Quản lý bãi giữ xe bằng thẻ từ rfid Đồ Án hệ thống nhúng kỹ thuật Điện tử viễn thông

HỆ THỐNG BÃI GIỮ XE BẰNG THẺ TỪ RFID TÓM TẮT Trong thời đại của sự kỹ thuật và tự động hóa, đồ án hệ thống nhúng "Hệ thống bãi giữ xe bằng RFID" mang đến một giải pháp thông minh và hiệ

GIỚI THIỆU

G IỚI THIỆU

Tình trạng mật độ dân cư tăng nhanh chóng đang diễn ra ở nhiều thành phố trên thế giới, và điều này đặc biệt phổ biến ở các thành phố lớn và đô thị phát triển Việc tăng cường dân số cùng với sự phát triển kinh tế đồng nghĩa với việc tăng cường vận tải cá nhân và lưu thông giao thông Điều này gây ra những thách thức đối với việc quản lý đô thị và đặc biệt là vấn đề về chỗ đỗ xe

Các bãi đỗ xe truyền thống, trong bối cảnh tăng cường mật độ dân cư và số lượng phương tiện, gặp phải nhiều vấn đề An ninh, chất lượng bảo quản phương tiện, cũng như phương pháp quản lý đều gặp nhiều hạn chế Không chỉ vậy, diện tích sử dụng lớn cùng với chi phí đỗ xe cao cũng làm cho người dân gặp phải nhiều khó khăn khi đi lại và sử dụng dịch vụ đỗ xe

Mô hình truyền thống của bãi đỗ xe không còn phù hợp với hình ảnh văn minh, hiện đại của các khu vực đô thị ngày nay Đối với một đô thị muốn phát triển và tiến bộ, việc cải thiện hệ thống quản lý đỗ xe là cực kỳ cần thiết Nhiều vấn đề đã được giải quyết nhanh gọn với công nghệ điện tử và tự động hóa Các bãi giữ xe truyền thống đã không còn phù hợp với hầu hết các tòa nhà, chung cư hay bệnh viện… vì những rắc rồi mà nó mang lại Với hệ thống giữ xe bằng thẻ từ các vấn đề nan giải muôn thưở như vấn đề ùn tắc, tình trạng mất xe, mất vé gửi… dường như đã được giải quyết triệt để Xuất phát từ các vấn đề thiết thực đó đề tài “ Bãi giữ xe thông minh ứng dụng công nghệ RFID ” đã được chọn cho quá trình nghiên cứu.

Y ÊU CẦU KỸ THUẬT

Mục tiêu của Đồ án hệ thống nhúng lần này là xây dựng hệ thống bãi giữ xe sử dụng thẻ từ RFID Một ý tưởng thú vị để thực hiện đồ án bãi giữ xe sử dụng thẻ từ RFID bằng PIC18F4520 là tạo ra một hệ thống tự động và hiệu quả cho việc quản lý bãi giữ xe Trước hết, hệ thống sẽ được trang bị các thiết bị đọc thẻ RFID được đặt ở cổng vào và cổng ra của bãi giữ xe Khi một xe đến, hệ thống sẽ tự động đọc thông tin từ thẻ RFID mà xe đó mang theo PIC18F4520 sẽ đảm nhận vai trò trung tâm của hệ thống, nhận dữ liệu từ thiết bị đọc thẻ RFID và xử lý thông tin Thông qua các thuật toán phù hợp, PIC18F4520 sẽ xác định tính hợp lệ của thẻ, ghi nhận thời gian vào và ra của xe và cập nhật cơ sở dữ liệu về việc giữ xe

Bên cạnh đó, hệ thống sẽ có một giao diện người dùng đơn giản và thân thiện Người dùng có thể dễ dàng xem thông tin về việc đọc thẻ từ RFID và trạng thái của việc giữ xe thông qua một màn hình hiển thị Một phần quan trọng khác của ý tưởng này là về tính bảo mật Hệ thống sẽ được thiết kế để chỉ cho phép xe ra vào khi có thông tin thẻ RFID hợp lệ Các biện pháp bảo mật như mã hóa dữ liệu và xác thực người dùng cũng sẽ được tích hợp để đảm bảo an toàn cho hệ thống

Cuối cùng, hệ thống sẽ tự động điều khiển cổng vào/ra của bãi giữ xe dựa trên thông tin từ thẻ RFID Điều này giúp tăng cường tính tự động và hiệu quả của quá trình giữ xe Tóm lại, ý tưởng này kết hợp giữa công nghệ thẻ từ RFID và vi điều khiển PIC18F4520 để tạo ra một hệ thống quản lý bãi giữ xe thông minh, tự động và an toàn.

Ý TƯỞNG THỰC HIỆN

Một ý tưởng độc đáo để thực hiện đồ án bãi giữ xe sử dụng thẻ từ RFID là xây dựng một hệ thống quản lý thông minh và tiện lợi cho việc giữ xe tại các bãi đỗ công cộng hoặc tòa nhà cao tầng Hệ thống sẽ bao gồm các thiết bị đọc thẻ RFID được đặt ở cổng vào và cổng ra của bãi giữ xe Mỗi xe sẽ được trang bị một thẻ RFID có chứa thông tin cá nhân và dữ liệu về việc sử dụng dịch vụ giữ xe

Khi một xe đến, thiết bị đọc thẻ sẽ tự động đọc thông tin từ thẻ RFID và gửi dữ liệu đó đến một trung tâm điều khiển Trung tâm điều khiển sẽ xử lý thông tin từ thiết bị đọc thẻ, kiểm tra tính hợp lệ của thẻ RFID và quản lý việc lưu trữ xe trong bãi giữ xe Bên cạnh đó, hệ thống sẽ cung cấp một giao diện người dùng đơn giản, thân thiện để người dùng có thể dễ dàng kiểm tra thông tin về việc giữ xe Một yếu tố quan trọng khác của ý tưởng này là về tính bảo mật Thẻ RFID và dữ liệu liên quan sẽ được mã hóa để đảm bảo an toàn và tránh sự xâm nhập không mong muốn vào hệ thống Cuối cùng, hệ thống cũng sẽ được tích hợp với cổng vào/ra của bãi giữ xe để tự động điều khiển việc ra vào của xe dựa trên thông tin từ thẻ RFID Tóm lại, ý tưởng này kết hợp giữa công nghệ thẻ từ RFID và các thiết bị điều khiển để tạo ra một hệ thống quản lý bãi giữ xe thông minh, hiệu quả, tiện lợi và an toàn cho cả người sử dụng và quản lý.

THIẾT KẾ PHẦN CỨNG

S Ơ ĐỒ KHỐI

NÚT NHẤN KHỐI KHỐI RFID

Qua hình ảnh sơ đồ khối ở trên ( Hình 2-1), khối nguồn sẽ cung cấp nguồn điện cho toàn bộ hệ thống Vi điều khiển sẽ nhận các tín hiệu từ các khối như khối nút nhấn, khối sensor, khối RFID và khối nguồn Sau đó, khối điều khiển sẽ xử lý thông tin và hiển thị thông báo ở khối hiện thị Đồng thời, nó sẽ gửi tín hiệu đến servo để điều khiển cổng mở ra hoặc đóng lại.

T HIẾT KẾ TRÊN P ROTEUS

Hình 2-2: Thiết kế mạch trên Proteus

K HỐI VI ĐIỀU KHIỂN

2.3.1 Giới thiệu về khối vi điều khiển

Microcontroller là khối vi điều khiển, một thành phần quan trọng trong nhiều hệ thống điện tử hiện đại Nó là một thiết bị điện tử nhúng tích hợp trên một vi mạch duy nhất bao gồm một bộ xử lý trung tâm (CPU), các giao tiếp vào/đầu ra (I/O), bộ nhớ (ROM hoặc RAM) và nhiều chức năng khác như bộ chuyển đổi analog–to–digital (ADC), bộ định thời (Timer)

Các chức năng chính của khối vi điều khiển bao gồm: Kiểm soát các thiết bị ngoại vi như cảm biến, động cơ, bộ điều khiển mạng, màn hình hiển thị, đèn LED Thu thập, xử lý và lưu trữ dữ liệu từ các thiết bị ngoại vi và các nguồn khác Điều khiển các thiết bị ngoại vi dựa trên các tín hiệu đầu vào và chương trình điều khiển được lập trình trước

Các loại vi điều khiển phổ biến bao gồm: Vi điều khiển AVR của Microchip và vi điều khiển PIC của Atmel là hai trong số những loại phổ biến, với khả năng linh hoạt và đáng tin cậy trong nhiều ứng dụng điện tử; Vi điều khiển STM32 của STMicroelectronics được biết đến với hiệu suất cao và tính linh hoạt, thích hợp cho các dự án đòi hỏi hiệu suất và tính năng nâng cao; Vi điều khiển Arduino, dựa trên AVR, là lựa chọn phổ biến cho các dự án phát triển nhanh, với cộng đồng lớn và các tài liệu hỗ trợ phong phú Mỗi loại vi điều khiển có tính năng và ứng dụng riêng biệt, từ việc điều khiển thiết bị đơn giản đến xử lý dữ liệu phức tạp và giao tiếp mạng Vi điều khiển là công cụ quan trọng giúp các nhà phát triển thực hiện ý tưởng và sáng tạo trong lĩnh vực điện tử và IoT

Vi điều khiển PIC18F4520 (Hình 2-3) của Microchip là một trong những lựa chọn phổ biến và mạnh mẽ cho các nhà phát triển trong lĩnh vực điện tử và tự động hóa Với sự kết hợp của hiệu suất, linh hoạt và tính ổn định, nó đã trở thành một trong những chip ưa chuộng cho các dự án yêu cầu mức độ phức tạp trung bình đến cao.Với bộ xử lý RISC 8-bit và tốc độ xung nhịp lên đến 40 MHz, PIC18F4520 cung cấp một nền tảng mạnh mẽ để thực hiện các chức năng điều khiển và xử lý dữ liệu Bộ nhớ FLASH lên đến 32 KB và RAM lên đến 1536 bytes cung cấp không gian đủ cho việc lưu trữ mã chương trình và dữ liệu trong các ứng dụng phức tạp

Kích thước bộ nhớ chương trình 32 kB

Kích thước Dữ liệu RAM 1.5 kB

Tần số đồng hồ tối đa 40 MHz Độ phân giải ADC 10 bit

Số lượng I/O 36 I/O Điện áp cấp nguồn - Tối thiểu 4.2 V Điện áp cấp nguồn - Tối đa 5.5 V Độ rộng bus dữ liệu 8 bit

Nhiệt độ làm việc tối thiểu -40 ºC

Nhiệt độ làm việc tối đa 85 ºC

Loại RAM dữ liệu RAM

Kích thước ROM dữ liệu 256 kB

Loại ROM dữ liệu Flash

Loại giao diện I2C, MSSP, PSP, SPI, USART

Số lượng kênh ADC 13 Channel

Số bộ hẹn giờ/bộ đếm 1 Timer

Bảng 2-1: Thông số kỹ thuật PIC18F4520 Ở bảng thông số kỹ thuật của PIC18F4520 (bảng 2-1), PIC18F4520 tích hợp một loạt các tính năng hữu ích như chuyển đổi A/D, PWM, UART, SPI và I2C, mở ra nhiều cơ hội cho việc kết nối và giao tiếp với các thiết bị ngoại vi và các thành phần khác Điều này làm cho nó trở thành một lựa chọn lý tưởng cho các ứng dụng đa dạng từ điều khiển thiết bị, tự động hóa công nghiệp, đến các thiết bị y tế và điện tử tiêu dùng PIC18F4520 không chỉ nổi bật với tính năng kỹ thuật mạnh mẽ, mà còn nhờ vào sự hỗ trợ toàn diện từ Microchip và cộng đồng phát triển rộng lớn Các công cụ phát triển, tài liệu và các tài nguyên hỗ trợ khác giúp nhà phát triển nhanh chóng triển khai và phát triển các ứng dụng của mình.Tóm lại, với hiệu suất, linh hoạt và tính ổn định, vi điều khiển PIC18F4520 là một lựa chọn xuất sắc cho các dự án điện tử đòi hỏi sự đa dạng và độ tin cậy cao

Hình 2-4: Sơ đồ chân PIC18F4520

PIC18F4520 có thiết bị 40 chân như trong sơ đồ chân ở hình trên (Hình 2-4) Các chân của bộ điều khiển có nhiều tính năng Các tính năng này được kích hoạt thông qua lập trình tùy theo yêu cầu Bảng 2-2 mô tả ngắn gọn từng chức năng chân bên dưới

STT Tên chân Mô tả

1 MCLR / VPP / RE3 MCLR: Đầu vào Master Clear (RESET)

VPP: đầu vào điện áp lập trình RE3: Chân I / O của PORTE, chân 3

2 RA0 / AN0 RA0: Chân I / O của PORTA, chân 0

3 RA1 / AN1 RA1: Chân I / O của PORTA, chân 1

RA2: Chân I / O của PORTA, chân 2 AN2: Đầu vào analog 2

VREF-: Đầu vào điện áp tham chiếu A / D (Mức thấp)

CVREF: Đầu ra tham chiếu bộ so sánh analog

5 RA3 / AN3 / VREF + RA3: Chân I / O của PORTA, chân 3

AN3: Đầu vào analog 3 VREF +: Đầu vào điện áp tham chiếu A / D (Mức cao)

RA4: Chân I / O của PORTA, chân 4 T0CKI: Đầu vào xung clock bên ngoài Timer0 C1OUT: Đầu ra so sánh 1

RCV: Đầu vào RCV của bộ thu phát tín hiệu USB bên ngoài

RA5: Chân I / O của PORTA, chân 5 AN4: Đầu vào analog 4

SS: Đầu vào Slave select SPI HLDVIN: Đầu vào phát hiện điện áp cao / thấp C2OUT: Đầu ra so sánh 2

8 RE0 / AN5 / CK1SPP RE0: Chân I / O của PORTE, chân 0

AN5: Đầu vào analog 5 CK1SPP: Đầu ra 1 xung clock SP

9 RE1 / AN6 / CK2SPP RE1: Chân I / O của PORTE, chân 1

AN6: Đầu vào analog 6 CK2SPP: Đầu ra 2 xung clock SPP

RE2: Chân I / O của PORTE, chân 2 AN6: Đầu vào analog 7

OESPP: Đầu ra kích hoạt SPP

11 VDD Chân cấp nguồn dương (+ 5V)

13 OSC1 / CLKI OSC1: Chân bộ dao động 1

CLKI: Đầu vào xung nhịp ngoài

14 OSC2 / CLKO / RA6 OSC2: Chân dao động 2

CLKO: Đầu ra xung nhịp RA6: Chân I / O của PORTA, chân 6

15 RC0/ T1OSO / T13CKI RC0: Chân I / O của PORTC, chân 0

T1OSO: Đầu ra bộ dao động Timer1 T13CKI: Đầu vào xung clock ngoài Timer1 / Timer3

RC1: Chân I / O của PORTC, chân 1 T1OSI: Đầu vào bộ dao động Timer1 CCP2: đầu vào capture 2 / đầu ra compare 2 / Đầu raPWM2

UOE: Đầu ra OE USB ngoài

17 RC2 / CCP1 / P1A RC2: Chân I / O của PORTC, chân 2

CCP1: Đầu vào capture 1 / đầu ra compare 1 / đầu ra PWM1

P1A: Đầu ra CCP1 PWM enhanced, kênh A

18 VUSB VUSB: Đầu ra bộ điều chỉnh điện áp USB 3.3V bên trong

19 RD0 / SPP0 RD0: Chân I / O của PORTD, chân 0

SPP0: Streaming Parallel Port data 0

23 RC4 / D- / VM RC4: Chân I / O của PORTC, chân 4

D-: Đường dữ liệu – USB (đầu vào / đầu ra) VM: Đầu vào VM thu phát tín hiệu USB ngoài

24 RC5 / D + / VP RC5: chân I / O của PORTC, chân 5

D +: Đường dữ liệu + USB (đầu vào / đầu ra) VP: Đầu vào VP bộ thu phát USB ngoài

25 RC6 / TX / CK RC6: Chân I / O của PORTC, chân 6

TX: Truyền dữ liệu không đồng bộ EUSART CK: Xung clock đồng bộ EUSART (RX / DT)

26 RC7 / RX / DT / SDO RC7: Chân I / O của PORTC, chân 7

RX: Nhận dữ liệu không đồng bộ EUSART DT: Truyền dữ liệu đồng bộ EUSART (TX / CK) SDO: Đầu ra dữ liệu giao thức SPI

28 RD5 / SPP5 / P1B RD5: Chân I / O của PORTD, chân 5

SPP5: Streaming Parallel Port data 5 P1B: Đầu ra CCP1 PWM enhanced, kênh B

29 RD6 / SPP6 / P1C RD6: Chân I / O của PORTD, chân 6

SPP6: Streaming Parallel Port data 6 P1C: Đầu ra PWM CCP1 enhanced, kênh C

30 RD7 / SPP7 / P1D RD7: Chân I / O của PORTD, chân 7

SPP7: Streaming Parallel Port data 7 P1D: Đầu ra CCP1 PWM enhanced, kênh D

32 VDD Chân cấp nguồn dương (+ 5V)

RB0: chân I / O của PORTB, chân 0 AN12: Đầu vào analog 12

INT0: Ngắt ngoài 0 FLT0: Đầu vào Fault PWM enhanced (module ECCP1)

SDI: Chân vào dữ liệu giao thức SPI SDA: Chân I / O dữ liệu giao thức I2C

INT1: Ngắt ngoài 1 SCK: I/O xung clock truyền dữ liệu nối tiếp đồng bộ cho giao thức SPI SCL: I/O xung clock truyền nối tiếp đồng bộ cho giao thức I2C

INT2: Ngắt ngoài 2 VMO: Đầu ra VMO thu phát tín hiệu USB bên ngoài

CCP2: Đầu vào capture 2 / Đầu ra 2 compare / Đầu ra PWM2

VPO: Đầu ra VPO bộ thu phát tín hiệu USB bên ngoài

KBI0: Chân Interrupt-on-change 0 CSSPP: Đầu ra điều khiển chọn chip SPP

38 RB5 / KBI1 / PGM RB5: chân I / O của PORTB, chân 5

KBI1: Chân Interrupt-on-change 1 PGM: Chân kích hoạt lập trình ICSP điện áp thấp

39 RB6 / KBI2 / PGC RB6: Chân I / O của PORTB, chân 6

KBI2: Chân ngắt khi thay đổi PGC: In-Circuit Debugger và chân đồng hồ lập trình ICSP

40 RB7 / KBI3 / PGD RB7: chân I / O của PORTB, chân 7

KBI3: Chân Interrupt-on-change 3 PGD: Chân lập trình dữ liệu ICSP In-Circuit Debugger và chân dữ liệu lập trình ICSP

Bảng 2-2: Sơ đồ chân PIC18F4520

K HỐI NGUỒN

2.4.1 Giới thiệu về khối nguồn

Khối nguồn là một thành phần quan trọng trong các hệ thống điện tử và điện lạnh Chức năng chính của khối nguồn là chuyển đổi dòng điện từ nguồn điện cung cấp (như nguồn lưới hoặc nguồn AC) thành các dạng dòng điện phù hợp để cung cấp năng lượng cho các thiết bị điện tử, như vi điều khiển, máy tính, thiết bị điện gia dụng và các thiết bị khác Khối nguồn thường được thiết kế để cung cấp các dạng dòng điện cụ thể như dòng điện liên tục (DC) hoặc dòng điện xoay chiều (AC), tùy thuộc cầu, tụ điện, mạch điều chỉnh và bộ lọc để đảm bảo rằng dòng điện đầu ra là ổn định và không bị nhiễu

Có nhiều loại khối nguồn khác nhau nhưng hai loại phổ biến nhất là khối nguồn chuyển đổi (switching power supply) và khối nguồn tuyến tính (linear power supply) Khối nguồn chuyển đổi thường nhẹ nhàng hơn, hiệu suất cao hơn và phổ biến trong các ứng dụng di động và thiết bị điện tử tiêu thụ ít năng lượng Trong khi đó, khối nguồn tuyến tính thường ổn định hơn và ít tạo ra nhiễu điện từ, thích hợp cho các ứng dụng yêu cầu chất lượng điện năng cao Tóm lại, khối nguồn đóng vai trò quan trọng trong việc cung cấp năng lượng ổn định và phù hợp cho các thiết bị điện tử và điện lạnh, đóng vai trò không thể thiếu trong hệ thống công nghệ hiện đại

Nguồn adapter 5V2A(Hình 2-5) dùng làm nguồn cho các thiết bị sử dụng điện áp 5VDC, thích hợp cho TV mini, ổ cứng di động 2,5 inch, DVD di động, TV box, thiết bị âm thanh và video không dây, thiết bị sạc, MP3 / MP4, đèn bàn nhỏ, bộ định tuyến, công tắc, bảng điều khiển trò chơi, điện thoại, đèn màu, máy ảnh…

Hình 2-5: Nguồn adapter 5V2A Điện áp đầu vào AC 100V-240V 50-60Hz Đầu cắm AC chuẩn Hoa Kỳ Điện áp ra DC 5V

Hiệu quả hoạt động 95% Đầu ra jack DC 5.5 * 2.5mm (tương thích 5.5 * 2.1mm)

Bảng 2-3: Thông số kỹ thuật nguồn adapeter

K HỐI HIỆN THỊ

2.5.1 Giới thiệu màn hình LCD

Liquid Crystal Display là màn hình LCD ( Hình 2-6) một loại màn hình hiển thị phổ biến được sử dụng rộng rãi trong các thiết bị điện tử như điện thoại di động, máy tính bảng, máy tính xách tay, máy tính để bàn và nhiều ứng dụng khác Công nghệ LCD sử dụng tinh thể lỏng để tạo ra hình ảnh trên màn hình

Cấu trúc cơ bản của màn hình LCD bao gồm hàng trăm hoặc hàng nghìn các điểm ảnh (pixel), mỗi điểm ảnh được điều khiển bởi các tế bào tinh thể lỏng Khi điện áp được áp dụng, các tế bào này thay đổi độ rong suốt, làm cho ánh sáng đi qua và tạo ra một điểm sáng hoặc tối trên màn hình Kết hợp các điểm ảnh này lại với nhau tạo ra hình ảnh và văn bản hiển thị

Hình 2-6: Màn hình LCD 1602 Điện áp MAX 7 V Điện áp MIN -0.3 V

Hoạt động ổn định 2.7 – 5.5 V Điện áp ra mức cao >2.4 V Điện áp ra mức thấp

Tiêu đề	Quản Lý Bãi Giữ Xe Bằng Thẻ Từ RFID
Tác giả	Tăng Anh Tuấn
Người hướng dẫn	TS. Trần Công Thịnh
Trường học	Trường Đại Học Tôn Đức Thắng
Chuyên ngành	Kỹ Thuật Điện Tử - Viễn Thông
Thể loại	Đồ Án Hệ Thống Nhúng
Năm xuất bản	2024
Thành phố	Thành Phố Hồ Chí Minh

Định dạng
Số trang	54
Dung lượng	1,4 MB