Sự phổ biến của nó đóng gópkhông nhỏ tới sự phát triển của các ngành sản xuất, giao thông, vuichơi giải trí,… trong những năm gần đây đặc biệt là lĩnh vực tự độngnhất là hệ thống điều kh
Trang 1BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ SÀI GÒN KHOA ĐIỆN – ĐIỆN TỬ
BÁO CÁO ĐỒ ÁN 1 -
THIẾT KẾ VÀ THI CÔNG MÔ HÌNH BÃI GIỮ XE THÔNG MINH SỬ DỤNG RFID
GVHD : Th.S ĐỖ QUANG ĐẠO
SVTH : HỒ VĂN KHÁNH DUY [ DH31900737 ] LỚP: D19_DDT01
TP Hồ Chí Minh, Tháng 7/2022
Trang 2LỜI NÓI ĐẦU
Với sự phát triển không ngừng của khoa học công nghệ, cuộcsống con người ngày càng trở nên hiện đại hơn Điều đó đem lại chochúng ta nhiều giải pháp tốt hơn, đa dạng hơn trong việc xử lýnhững vấn đề tưởng chừng như rất phức tạp gặp phải trong cuộcsống Việc ứng dụng các thành tựu khoa học kỹ thuật hiện đại trongtrong tất cả các lĩnh vực đã và đang rất phổ biến trên toàn thế giới,thay thế dần những phương thức thủ công, lạc hậu và ngày càngđược cải tiến hiện đại, hoàn mỹ hơn
Cùng với sự phát triển chung đó, nước ta cũng đang mạnh mẽtiến hành cuộc công nghiệp hóa và hiện đại hóa đất nước để bắt kịp
sự phát triển của các nước trong khu vực và trên thế giới Trong đólĩnh vực điện tử ngày càng đóng vai trò quan trọng trong việc pháttriển kinh tế và đời sống con người Sự phổ biến của nó đóng gópkhông nhỏ tới sự phát triển của các ngành sản xuất, giao thông, vuichơi giải trí,… trong những năm gần đây đặc biệt là lĩnh vực tự độngnhất là hệ thống điều khiển thông minh, nó đã có sự phát triển mạnh
mẽ với nhiều hình thức, phương pháp tiếp cận, chia sẽ thông tin hiệnđại và tiếp cận hơn
Với lòng đam mê, yêu thích của mình trong lĩnh vực này, em đã
quyết định chọn đề tài “Thiết kế và thi công mô hình bãi giữ xe thông minh sử dụng RFID” làm đề tài đồ án.
Trong thời gian thực hiện đề tài cộng với kiến thức còn nhiềuhạn chế, nên trong báo cáo đồ án này không tránh khỏi những thiếusót, em thực hiện rất mong được sự đóng góp ý kiến của thầy cô
TP Hồ Chí Minh, ngày tháng 7 năm 2022
Trang 3Qúy thầy cô trong khoa Điện - Điện Tử đã giảng dạy nhữngkiến thức chuyên môn làm cơ sở để thực hiện đồ án và đã tạo điềukiện thuận lời để các em hoàn thành đồ án này.
Đặc biệt thầy Đỗ Quang Đạo, giảng viên hướng dẫn đề tài đãnhiệt tình giúp đỡ và hỗ trợ cho em những lời chỉ dạy quý báu, giúp
em thực hiện định hướng tốt trong khi thực hiện đề tài
TP.HCM, ngày tháng 7 năm 2022
Trang 4NHẬN XÉT CỦA GIẢNG VIÊN HƯỚNG DẪN
-
-TP.Hồ Chí Minh, ngày , tháng , năm 2022
GV hướng dẫn
Trang 5ĐỖ QUANG ĐẠO
MỤC LỤC
LỜI NÓI ĐẦU 2
LỜI CẢM ƠN 3
NHẬN XÉT CỦA GIẢNG VIÊN HƯỚNG DẪN 4
CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VÀ ĐẶT VẤN ĐỀ 6
1.1 TỔNG QUAN 6
1.2 ĐẶT VẤN ĐỀ 6
1.3 TÍNH CẤP BÁCH CỦA ĐỀ TÀI 7
1.4 MỤC TIÊU VÀ GIỚI HẠN 7
CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT 8
2.1 GIỚI THIỆU VỀ RFID 8
2.2 GIỚI THIỆU LINH KIỆN 9
2.2.1 BOARD ARDUINO R3 9
2.2.2 MODULE RFID RC522 10
2.2.3 MÀN HÌNH LCD 11
2.2.4 TỔNG QUAN VỀ I2C 13
2.2.5 ĐỘNG CƠ SERVO SG90 15
2.2.6 MỘT SỐ LINH KIỆN PHỤ 15
2.3 PHẦN MỀM LẬP TRÌNH ĐIỀU KHIỂN 16
CHƯƠNG 3: THIẾT KẾ VÀ XÂY DỰNG HỆ THỐNG 17
3.1 SƠ ĐỒ KHỐI 17
3.2 PHẦN CỨNG 18
3.2.1 KHỐI ĐỘNG CƠ (SG90) 19
3.2.2 KHỐI HIỂN THỊ (LCD 20*4) 20
3.2.3 KHỐI RFID 21
3.2.4 KHỐI XỬ LÍ TRUNG TÂM (Arduino Uno R3) 22
3.2.5 KHỐI NGUỒN (Máy Tính) 22
Trang 63.3 PHẦN MỀM 23
3.3.1 CHƯƠNG TRÌNH ĐIỀU KHIỂN ARDUINO 26
CHƯƠNG 4: KẾT QUẢ VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN 33
4.1 KẾT QUẢ THỰC HIỆN ĐƯỢC 33
4.2 KẾT LUẬN 35
4.3 HƯỚNG PHÁT TRIỂN 35
TÀI LIỆU THAM KHẢO 36 CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VÀ ĐẶT VẤN ĐỀ 1.1 TỔNG QUAN.
- Hiện nay nước ta đang phát triển theo hướng hiện đại hóa công nghiệp hóa, nhu cầu của con người về sự tiện lợi ngày càng tăng, mật độ dân cư xe cộ ngày càng đông Đặc biệt là sự gia tăng về số lượng về xe máy, điều này cũng phản ánh sự phát triển của một số quốc gia nhưng cũng ảnh hưởng đến một số vấn đề như môi trường,
ùn tắc giao thông, thiếu bãi giữ xe, cần được giải quyết
- 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 máy giữ xe bằng thẻ từ (máy giữ xe quẹt thẻ) 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
1.2 ĐẶT VẤN ĐỀ
- Có thể thấy lượng xe ô tô ngày một tăng, song song với vấn đề đó, người ta đặt vấn đề là xây dựng những bãi giữ xe để phục vụ cho người dân trong công việc cũng như trong việc đi lại của họ
- Yêu cầu đặt ra là cần phải áp dụng các tiến bộ về khoa học kỹ thuật cho các bãi giữ xe tiến đến tối ưu hóa tự động và thông minh Các công nghệ mới tiên tiến đã
ra đời như công nghệ RFID, các công nghệ điều khiển và giám sát từ xa… đã và luôn
Trang 7được ưu tiên ứng dụng vào các hệ thống hiện đại và ứng dụng nó cho các bãi giữ xethông minh là một thành công điển hình.
- Có thể thấy được ở hình thức giữ xe truyền thống đã mang lại nhiều vấn đềtồn động và cần được thay thế Ví dụ như mỗi vé giữ xe chỉ sử dụng một lần, hết lượt
xe của khách ra khỏi bãi là nó trở thành rác và không thể tái sử dụng
- Ngoài ra, mỗi khi trời mưa vé xe dễ bị thấm nước, bị mờ số xe và nhân viênkhông thể nhận diện được, đôi khi khách hàng còn làm rách Ở hệ thống bãi giữ xethông minh thì tất cả những điều đó đều được giải quyết một cách triệt để, thẻ xe làthẻ điện từ, chống thấm nước khi trời mưa, tiện lợi và gọn gàng
1.3 TÍNH CẤP BÁCH CỦA ĐỀ TÀI.
- Như vấn đề đã đặt ra thì nhu cầu sử dụng bãi giữ xe thông minh trên thịtrường Việt Nam ngày càng tăng cao Nắm bắt được tình hình đó nhiều công ty côngnghệ đã không ngừng phát triển các hệ thống bãi giữ xe thông minh nhằm đáp ứngnhu cầu thực tế mang lại nhiều lợi nhuận
- Ở các hình thức giữ xe truyền thống, các doanh nghiệp đã gặp phải rất nhiềubất cập và gây khó khăn cho quá trình quản lý cũng như cho nhân viên an ninh Ngoài
ra, ở các bãi giữ xe thông thường như: xé vé tay, ghi phấn lên xe…các hình thức giữ
xe truyền thống rất tốn kém, không an toàn, gây lãng phí và ô nhiễm môi trường dolượng giấy thải ra ngoài môi trường
- Để khắc phục vấn đề đó đề tài sau nghiên cứu sẽ phần nào góp phần vào việcgiải quyết nhu cầu về bãi xe, cũng như tích hợp thêm công nghệ mới IoT vào để cảithiện hiệu quả và tính linh hoạt, thông minh của các hệ thống hiện có
Trang 8CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT
2.1 GIỚI THIỆU VỀ RFID.
- Hiện nay có rất nhiều công nghệ mới ra đời giúp người dùng có những trảinghiệm mới mẻ Công nghệ RFID là một công nghệ hiện nay khá phổ biến trong cuộcsống
- RFID (Radio Frequency Identification): là một công nghệ nhận dạng dữliệu tự động bằng sóng vô tuyến Cho phép một thiết bị đọc thông tin chứa trong chipkhông tiếp xúc trực tiếp ở khoảng cách xa, công nghệ này cho phép nhận biết các đốitượng thông qua hệ thống thu phát sóng vô tuyến, từ đó có thể giám sát, quản lý hoặclưu vết từng đối tượng
- Cấu tạo của RFID: Một hệ thống hay một thiết bị RFID được cấu tạo từ 2thành phần cơ bản không thể thiếu đó chính là thiết bị phát mã RFID thường đượcnhắc đến với cái tên thẻ RFID (RFID tag) và phần thiết bị đọc (Reader) Thiết bị đọcnày sẽ được gắn anten phát sóng điện từ, thiết bị phát RFID sẽ được gắn với vật cầnnhận dạng, mỗi thiết bị RFID tag chứa một mã số nhất định và không trùng nhau Bộnhớ của con chip có thể chứa từ96 đến 512 bit dữ liệu Đầu đọc reader cho phép giaotiếp với thẻ RFID qua sóng radio ở khoảng cách trung bình từ 0,5-30 mét, từ đó truyền
dữ liệu về hệ thống máy tính trung tâm
Trang 9Hình 1 Thẻ RFID và RFID tag
- Đặc điểm: Hệ thống RFID sử dụng hệ thống không dây thu phát sóng vôtuyến
2.2 GIỚI THIỆU LINH KIỆN.
2.2.1 BOARD ARDUINO R3.
Trang 10Hình 2 Sơ đồ chân arduino
- Là một board mạch vi điều khiển được phát triển bởi Arduino
+ 5V: cấp điện áp 5V đầu ra Dòng tối đa cho phép ở chân này là 500mA.+ 3.3V: cấp điện áp 3.3V đầu ra Dòng tối đa cho phép ở chân này là50mA
+ Vin (Voltage Input): để cấp nguồn ngoài cho Arduino UNO, nối cựcdương của nguồn với chân này và cực âm của nguồn với chân GND
Trang 11+ IOREF: điện áp hoạt động của vi điều khiển trên Arduino UNO có thểđược đo ở chân này, và nó luôn là 5V Mặc dù vậy không được lấy nguồn 5V từ chânnày để sử dụng bởi chức năng của nó không phải là cấp nguồn.
+ RESET: việc nhấn nút Reset trên board để reset vi điều khiển tươngđương với việc chân RESET được nối với GND qua 1 điện trở 10KΩ
+ 32KB bộ nhớ Flash: những đoạn lệnh bạn lập trình sẽ được lưu trữ trong
bộ nhớ Flash của vi điều khiển
+ 2KB cho SRAM: giá trị các biến khai báo khi lập trình sẽ lưu ở đây Khaibáo càng nhiều biến thì càng cần nhiều bộ nhớ RAM
+ 1KB cho EEPROM: đây giống như một chiếc ổ cứng mini – nơi có thểđọc và ghi dữ liệu của mình vào
+ 2 chân Serial: 0 (RX) và 1 (TX): dùng để gửi (transmit – TX) và nhận(receive – RX) dữ liệu TTL Serial Arduino Uno có thể giao tiếp với thiết bị khácthông qua 2 chân này
+ Chân PWM (~): 3, 5, 6, 9, 10, và 11: cho phép xuất ra xung PWM với độphân giải 8bit bằng hàm analog Write () Nói một cách đơn giản, có thể điều chỉnhđược điện áp ra ở chân này từ mức 0V đến 5V thay vì chỉ cố định ở mức 0V và 5Vnhư những chân khác
+ Chân giao tiếp SPI: 10 (SS), 11 (MOSI), 12 (MISO), 13 (SCK) Ngoàicác chức năng thông thường, 4 chân này còn dùng để truyền phát dữ liệu bằng giaothức SPI với các thiết bị khác
+ LED 13: trên Arduino UNO có 1 đèn led màu cam Khi bấm nút Resetđèn này nhấp nháy để báo hiệu Nó được nối với chân số 13
- Arduino UNO có 6 chân analog (A0→A5) cung cấp độ phân giải tín hiệu 10bit (0→2 ) để đọc giá trị điện áp trong khoảng 0V→5V Với chân AREF trên board,10bạn có thể để đưa vào điện áp tham chiếu khi sử dụng các chân analog Tức là nếu bạncấp điện áp 2.5V vào chân này thì bạn có thể dùng các chân analog để đo điện áptrong khoảng từ 0V→ 2.5V với độ phân giải vẫn là 10bit
- Đặc biệt, Arduino UNO có 2 chân A4 (SDA) và A5 (SCL) hỗ trợ giao tiếpI2C/TWI với các thiết bị khác
2.2.2 MODULE RFID RC522.
- Kỹ thuật RFID sử dụng truyền thông không dây trong dải tần sóng vô tuyến
để truyền dữ liệu từ các Tag (thẻ) đến các Reader (bộ đọc) Tag có thể được đính kèmhoặc gắn vào đối tượng được nhận dạng chẳng hạn sản phẩm, hộp hoặc giá kệ (Pallet)
Trang 12- Dạng đơn giản nhất được sử dụng hiện nay là hệ thống RFID thụ động làmviệc như sau: Reader truyền một tín hiệu tần số vô tuyến điện từ qua anten của nó đếnmột con chip Reader nhận thông tin trở lại từ chip và gửi nó đến đầu đọc và xử lýthông tin lấy được từ chip Các chip không tiếp xúc không tích điện, chúng hoạt độngbằng cách sử dụng năng lượng nhận từ tín hiệu được gửi bởi Reader.
Hình 3 Arduino kết nối với RFID
- Dùng giao tiếp FBI kết nối với Arduino qua 4 chân: SCK, MISO, MOSI, SS
- Sử dụng IC MFRC522 để đọc và ghi giữ liệu cho thẻ NC
+ Giao tiếp: SPI
+ Tốc độ truyền dữ liệu: tối đa 10Mbit/s
+ Kích thước: 40mm × 60mm
- SDK(SS): chân lựa chọn chip khi giao tiếp SPI (kích hoạt mức thấp)
- SCK: chân xung trong chế độ SPI
- MOSI(SDI): Master Data Out – Slave In trong chế độ giao tiếp SPI
- MISO(SDO): Master Data In – Slave Out trong chế độ giao tiếp SPI
- IRQ: chân ngắt
- GND: chân nối mass
- RST: chân reset lại module
- VCC: nguồn 3.3V
2.2.3 MÀN HÌNH LCD.
Trang 13+ Giao tiếp: I2C
+ Địa chỉ mặc định: 0X27 (có thể điều chỉnh bằng ngắn mạch chânA0/A1/A2)
+ Trọng lượng: 5G
- Chức năng của từng chân LCD 1602:
+ Chân số 1 - VSS: chân nối đất cho LCD được nối với GND của mạchđiều khiển
+ Chân số 2 - VDD: chân cấp nguồn cho LCD, được nối với VCC=5V củamạch điều khiển
+ Chân số 3 - VE: điều chỉnh độ tương phản của LCD
+ Chân số 4 - RS: chân chọn thanh ghi, được nối với logic "0" hoặc logic
"1":
Logic “0”: Bus DB0 - DB7 sẽ nối với thanh ghi lệnh IR của LCDhoặc nối với bộ đếm địa chỉ của LCD
Trang 14Logic “1”: Bus DB0 - DB7 sẽ nối với thanh ghi dữ liệu DR bên trongLCD
+ Chân số 5 - R/W: chân chọn chế độ đọc/ghi (Read/Write), được nối vớilogic “0” để ghi hoặc nối với logic “1” đọc
+ Chân số 6 - E: chân cho phép (Enable) Sau khi các tín hiệu được đặt lênbus DB0-DB7, các lệnh chỉ được chấp nhận khi có 1 xung cho phép của chân này nhưsau:
Ở chế độ ghi: Dữ liệu ở bus sẽ được LCD chuyển vào thanh ghi bêntrong khi phát hiện một xung (High-To-Low transition) của tín hiệu chân E
Ở chế độ đọc: Dữ liệu sẽ được LCD xuất ra DB0-DB7 khi phát hiệncạnh lên (Low-To-High transition) ở chân E và được LCD giữ ở bus đến khi nào chân
E xuống mức thấp
+ Chân số 7 đến 14 - D0 đến D7: 8 đường của bus dữ liệu dùng để trao đổithông tin với MPU Có 2 chế độ sử dụng 8 đường bus này là: Chế độ 8bit (dữ liệuđược truyền trên cả 8 đường, với bit MSB là bit DB7) và Chế độ 4 bit (dữ liệu đượctruyền trên 4 đường từ DB4 tới DB7, bit MSB là DB7)
+ Chân số 15 - A: nguồn dương cho đèn nền
+ Chân số 16 - K: nguồn âm cho đèn nền
+ Kết nối với arduino thông qua module chuyển đổi I2C với địa chỉ giaotiếp I2C là *0,27
2.2.4 TỔNG QUAN VỀ I2C.
- I2C là một loại bus nối tiếp được phát triển bởi hãng sản xuất linh kiện điện
tử Philips Ban đầu, loại bus này chỉ được dùng trong các linh kiện điện tử của Philips.Sau đó, do tính ưu việt và đơn giản của nó, I2C đã được chuẩn hóa và được dùng rộngrãi trong các module truyền thông nối tiếp của vi mạch tích hợp ngày nay
Trang 15Hình 5 Linh kiện I2C
- I2C sử dụng hai đường truyền tín hiệu: một đường xung nhịp đồng hồ (SCL)
và một đường dữ liệu (SDA) SCL và SDA luôn được kéo lên nguồn bằng một điệntrở kéo lên có giá trị xấp xỉ 4,7 KOhm Các chế độ hoạt động của I2C bao gồm:
+ Chế độ chuẩn (Standard mode) hoạt động ở tốc độ 100 Kbit/s
+ Chế độ tốc độ thấp (Low-Speed mode) hoạt động ở tốc độ 10 Kbit/s
- Module I2C giao tiếp LCD1602, LCD1604, LCD2004
- Thông số kĩ thuật.
+ Kích thước: 41.5mm(L) x 19mm(W) x 15.3mm(H)
+ Trọng lượng: 5g
+ Điện áp hoạt động: 2.5v-6v
+ Jump chốt: Cung cấp đèn cho LCD hoặc ngắt
+ Biến trở xoay độ tương phản cho LCD
Trang 17- Nút nhấn nạp tiền cho thẻ
Hình 8 Nút nhấn
- Đèn báo và còi
Hình 9 Đèn và còi báo2.3 PHẦN MỀM LẬP TRÌNH ĐIỀU KHIỂN.
- Phần mềm lập trình Arduino
- Dùng để lập trình Arduino
- Là một trình soạn thảo văn bản, giúp viết code để nạp vào Board Arduino
CHƯƠNG 3 THIẾT KẾ VÀ XÂY DỰNG HỆ THỐNG :
Trang 183.1 SƠ ĐỒ KHỐI.
KHỐI ĐỘNG CƠ SERVO
KHỐI NGUỒN KHỐI XỬ LÝ KHỐI RFID
- Khối động cơ Servo: Điều khiển Servo đóng mở để điều khiển xe ra/vào
- Khối hiển thị: Hiển thị thông tin trạng thái hoạt động bãi giữ xe
- Khối nguồn: Cung cấp nguồn cho toàn mạch của hệ thống
- Khối RFID: Đọc thẻ khi xe ra vào
- Nguyên lý hoạt động:
+ Khi có xe vào đúng vị trí khách hàng tự quẹt thẻ đã được cấp trước khốiRFID sẽ nhận được tín hiệu và đưa về khối xử lý trung tâm sau đó điều khiển động cơServo gạt lên cho xe vào đúng 5 giây sẽ tự động gạt xuống
+ Khi xe ra đúng vị trí khách hàng tự quẹt:
+ Nếu mã thẻ khi khối RFID nhận được là chính xác thì sẽ gửi tín hiệu tớikhối trung tâm và khối này sẽ nhận lệnh và trừ tiền là 10.000đ trong tài khoản đã nạptrước (100.000đ) và hiển thị lên màn hình LCD, tiếp tục điều khiển động cơ sẽ gạt lênđúng 5 giây cho xe ra sau đó gạt xuống
+ Nếu mã thẻ khi quẹt vào khối RFID nhận được là không chính xác thì sẽgửi tín hiệu về khối trung tâm và điều khiển động cơ sẽ không mở cho xe ra và trường
