Đề tài nghiên cứu, thiết kế mô hình bãi Đỗ xe Ô tô tự Động

Một trongnhững phương pháp nhằm giải quyết những khó khăn này là việc ứng dụng sự pháttriển của khoa học kỹ thuật, công nghệ cao vào trong xây dựng cơ sở hạ tầng.. Những

Trang 1

CHƯƠNG 1 MỤC LỤC TÓM TẮT Error: Reference source not found LỜI NÓI ĐẦU Error: Reference source not found LỜI CAM ĐOAN Error: Reference source not found DANH SÁCH HÌNH VẼ VÀ BẢNG Error: Reference source not found

MỤC LỤC 1

MỞ ĐẦU 1

1.1 Đặt vấn đề 1

1.2 Nội dung nghiên cứu 1

1.3 Giới hạn 2

1.4 Bố cục 2

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ BÃI ĐỖ XE TỰ ĐỘNG 4

1.1 Phân tích các phương án cho bãi đỗ xe ô tô 4

1.1.1 Các dạng bãi đỗ xe ô tô phổ biến hiện nay 4

1.1.2 Phương án lựa chọn 7

1.2 Các cơ sở lý thuyết liên quan 7

1.2.2 Công nghệ RFID 11

1.2.3 Các chuẩn giao tiếp truyền dữ liệu 12

1.2.4 Giới thiệu một số phần mềm lập trình sử dụng 14

1.3 Giới thiệu phần cứng 17

1.3.1 Thiết bị xử lý trung tâm – PLC 17

1.3.2 Động cơ Step 20

CHƯƠNG 2 THIẾT KẾ HỆ THỐNG 23

2.1 Thiết kế cấu trúc hệ thống 23

2.2 Thiết kế hệ thống 24

2.2.1 Thiết kế sơ đồ khối hệ thống 24

2.2.2 Hoạt động của hệ thống 25

2.3 Tính chọn thiết bị 25

2.3.1 Thiết bị cơ khí 25

2.3.2 Thiết bị điện 26

2.4 Thiết kế mạch điện điều khiển 38

Trang 2

CHƯƠNG 3 XÂY DỰNG CHƯƠNG TRÌNH ĐIỀU KHIỂN 39

3.1 Lập trình hệ thống 39

3.1.1 Lập trình cho PLC 39

3.1.2 Thiết kế giao diện Pycharm Community Edition 57

3.2 Lập trình mô phỏng 67

CHƯƠNG 4 KẾT QUẢ THỰC HIỆN MÔ HÌNH 70

4.1 Hệ thống mô hình 70

4.1.1 Thi công mô hình 70

4.2 Kết quả thực nghiệm 77

4.3 Hoàn thiện mô hình 78

4.4 Tài liệu hướng đẫn sử dụng thao tác 79

CHƯƠNG 5 KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN 80

5.1 Kết luận 80

5.2 Hướng phát triển 80

TÀI LIỆU THAM KHẢO 82

CHƯƠNG 2

Trang 3

MỞ ĐẦU

1.1 Đặt vấn đề

Theo số liệu thống kê sơ bộ của Tổng cục Hải quan, trong tháng 6/2021, cảnước nhập gần 15.316 chiếc ô tô nguyên chiếc các loại, xuất xứ từ từ Thái Lan với7.264 chiếc; từ Inđônêxia với 4.729 chiếc và từ Trung Quốc với 2.077 chiếc Số xenhập khẩu từ 3 thị trường này chiếm tới 92% tổng lượng xe nhập khẩu vào ViệtNam trong tháng [1*],… Điều này chứng tỏ tình hình số lượng xe ô tô ở nước ta cónhu cầu sử dụng ô tô rất cao Từ những số liệu trên đòi hỏi những yếu tố cơ sở hạtầng phải đáp ứng cho sự tăng trưởng đó, đặc biệt là vấn đề về bãi đậu xe Một trongnhững phương pháp nhằm giải quyết những khó khăn này là việc ứng dụng sự pháttriển của khoa học kỹ thuật, công nghệ cao vào trong xây dựng cơ sở hạ tầng Cụthể hơn, cần xây dựng những bãi đậu xe mang tính hiện đại, tự động cao và tính antoàn được đặt lên hàng đầu Đồng thời, những bãi đậu xe như vậy cần phải đáp ứngvừa mang tính kinh tế, vừa phù hợp với thực tiễn như tiết kiệm quỹ đất xây dựng,tính cảnh quan,

Thừa hưởng những thành quả đi trước và mong muốn áp dụng những kiếnthức đã học vào thực tế để giải quyết những vấn đề nêu trên, chúng em quyết định

thực hiện đề tài: “Nghiên cứu, thiết kế mô hình bãi đỗ xe ô tô tự động”.

1.2 Nội dung nghiên cứu

Trong đề tài này, nhóm sẽ tiến hành nghiên cứu các nội dung như sau:

 NỘI DUNG 1: Tìm hiểu ưu và nhược điểm của một số bãi giữ xe ô tô đangđược áp dụng hiện nay

 NỘI DUNG 2: Nghiên cứu, xây dựng thuật toán điều khiển hệ thống bãi giữ

xe ô tô tự động

 NỘI DUNG 3: Thiết kế và thi công mô hình

Trang 4

 NỘI DUNG 4: Đánh giá kết quả thực hiện.

 NỘI DUNG 5: Nhận xét ưu nhược điểm của toàn bộ hệ thống và hướng pháttriển đề tài

 Chỉ có 8 vị trí để cất xe

 Sử dụng loại động cơ STEP 42 và STEP 57 và Driver điều khiển động cơ

 Sử dụng các hàm của thư viện xử lý ảnh của openCV để xử lý nhận dạng biểnsố xe

 Hệ thống có thể tính chi phí giữ xe, còn việc thu phí phải cần nhân viên thựchiện

1.4 Bố cục

Đề tài được trình bày trong 6 chương

 Chương 1: Cơ sở lý thuyết

 Chương 2: Thiết kế hệ thống

 Chương 3: Thi công hệ thống

 Chương 4: Mô hình hệ thống

 Chương 5: Kết huận

Cụ thể như sau:

 Chương 1: Tổng quan về bãi đỗ xe tự động

Trình bày, phân tích ưu nhược điểm của các phương án bãi đỗ xe ô tô hiện cótrên thị trường, từ đó chọn ra phương án phù hợp cho đề tài Giới thiệu một số lýthuyết liên quan và những phần cứng cần sử dụng cho đề tài

 Chương 2: Thiết kế hệ thống

Trang 5

Xây dựng sơ đồ khối, trình bày nguyên lý hoạt động của hệ thống Thiết kế vàlựa chọn linh kiện phù hợp cho từng khối Xây dựng sơ đồ nguyên lý cho từng khối

và toàn bộ hệ thống

 Chương 3: Xây dựng chương trình điều khiển

Trình bày các bước thi công mô hình hoàn chỉnh phần mềm Xây dựng lưu đồgiải thuật, phương trình tính toán các thông số cụ thể, xử lý tín hiệu và lập trình choPLC

 Chương 4: Kết quả thực hiện mô hình

Trình bày những kết quả đạt được (cấu trúc mô hình, giao diện phần mềm).Sau đó đưa ra nhận xét tổng thể về đề tài cũng như những đánh giá dựa trên cácmục tiêu đã đặt ra ban đầu

 Chương 5: Kết luận

Trình bày những ưu nhược điểm của toàn bộ hệ thống Từ đó đưa ra kết luận

Trang 6

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ BÃI ĐỖ XE TỰ ĐỘNG

1.1 Phân tích các phương án cho bãi đỗ xe ô tô

Do nhu cầu xã hội phát triển nên phương án bãi đỗ ô tô ngày càng đa dạng.Sau đây là phần trình bày đặc điểm, ưu, nhược của một số phương án được áp dụngphổ biến nhằm lựa chọn ra phương án phù hợp cho đề tài

1.1.1 Các dạng bãi đỗ xe ô tô phổ biến hiện nay

 Bãi đỗ dạng xếp hình

Đây là phương án đỗ xe phù hợp với các thành phố lớn có lượng xe quá tải.Hệ thống sử dụng cấu trúc thiết kế một tháp và cao 2 hoặc 3 tầng, mỗi tầng giữđược từ 4 đến 5 xe

Hình 1.1 Phương án bãi đỗ dạng xếp hình

- Ưu điểm: chi phí thấp, phù hợp nhiều loại địa hình, tiết kiệm diện tích, bảotrì, bảo dưỡng, di chuyển đơn giản

- Nhược điểm: chỉ phù hợp với quy mô nhỏ (5 đến 15 ô tô), cơ cấu điều khiểnchưa tự động

Trang 7

 Bãi đỗ dạng di chuyển quanh tòa nhà

Phương án này khá cổ điển, với cấu trúc thiết kế là một toàn nhà hình trụnhiều tầng là đường cho xe di chuyển Khách hàng sẽ tự lái xe vào ra vị trí đỗ, cónhân viên bán vé và ghi lại biển số xe

Hình 2.2 Phương án bãi đỗ dạng di chuyển quanh tòa nhà

- Ưu điểm: giữ được nhiều xe, chi phí vận hành thấp, tiết kiệm diện tích

- Nhược điểm: ô nhiễm môi trường, tính an toàn, tự động không cao

 Bãi đỗ dạng tháp

Đây là phương án đỗ xe tự động rất phổ biến, với diện tích đất không lớn vẫn

có thể đỗ được rất nhiều xe Cấu trúc thiết kế gồm nhiều tháp, mỗi tháp có nhiều

tầng và mỗi tầng giữ được một xe Các xe vào ra được cơ cấu nâng hạ dịch chuyển.

Trang 8

Hình 3.3 Phương án bãi đỗ dạng tháp

- Ưu điểm: số lượng xe đỗ được nhiều, bảo trì, bảo dưỡng đơn giản, tiết kiệmdiện tích, chi phí vận hành thấp

- Nhược điểm: vốn đầu tư cao, thời gian trả xe dài

 Bãi đỗ dạng hình trụ

Phương án này đang là xu hướng ngày nay, với cấu trúc thiết kế hình tháp trụ,chia ra nhiều tầng và mỗi tầng đỗ được rất nhiều xe Xe vào ra được di chuyển tựđộng bởi một cơ cấu nâng hạ

Hình 4.4 Phương án bãi đỗ dạng hình trụ

Trang 9

- Ưu điểm: tính thẩm mỹ cao, đỗ được nhiều xe, tiết kiệm diện tích.

- Nhược điểm: chi phí đầu tư cao, bảo trì, bảo dưỡng phức tạp

1.1.2 Phương án lựa chọn

Hình 5.5 Phương án bãi đỗ dạng tháp xếp tầng của nhóm

Sau khi phân tích, phương án áp dụng vào đề tài được lựa chọn theo các tiêuchí: tiết kiệm diện tích, hiệu quả kinh tế theo thời gian, tính tự động cao, phù hợpvới yêu cầu của một đồ án tốt nghiệp Do đó phương án bãi đỗ dạng tháp đượcnhóm lựa chọn thực hiện

1.2 Các cơ sở lý thuyết liên quan

1.2.1 Giải thuật xử lý ảnh

 Giải thuật xử lý ảnh nhận diện biển số xe [4*]

 Thư viện xử lý ảnh CV2

CV2 là một thư viện xử lý hình ảnh, thị giác máy tính dành riêng cho ngônngữ C# Cho phép gọi các hàm chức năng của thư viện xử lý ảnh OpenCV

Trang 10

Có thể được Visual Studio, Xamarin Studio và Unity biên dịch, nó có thể chạy trênWindows, Linux, Mac OS X, iOS, Điện thoại Android và Windows.

 Giải thuật xử lý ảnh nhận diện biển số xe

Bước 1: Camera nhận lệnh chụp ảnh từ C# và tiến

hành chụp hình Hình ảnh sẽ được thiết bị truyền về

máy tính và được lưu trữ trong chương trình C#

Bước 2: Sau khi có được hình ảnh từ camera, chương

trình tiến hành quá trình tách biển số xe ra khỏi hình

Bằng việc sử dụng tệp tin lưu trữ dữ liệu huấn luyện

nhận dạng biển số xe tỉ lệ 33x25, chương trình sẽ tiến

hành xử lý và trả về biển số xe với kích thước ảnh

640x320 pixel

Bước 3: Từ biển số xe ta tiến hành lấy đường viền

ảnh Vì biển số xe có màu nền trắng còn ký tự màu

đen, nên khi lấy đường viền ta sẽ dễ dàng có các

đường viền bao quanh những ký tự để phục vụ cho

bước tiếp theo là cắt ký tự

Hình 6.6 Giải thuật

nhận dạng biển số xe

Bước 4: Như bước ở trên ta đã có các đường viền xung quanh các ký tự, từ cácđường viền này ta cắt riêng lẻ từng ký tự của biển số xe Thường các biển số xe hiệntại thường có 7 hoặc 8 ký tự

Bước 5: Với những mẫu ký tự được cắt ra, ta đưa chúng vào thư viện nhận dạng kýtự có sẵn trong CV2 Từ đó ta sẽ có được các ký tự được chuyển từ dạng tương tự(hình ảnh) sang dạng số (mã ASCII)

Trang 11

Bước 6: Mặc dù đã nhận dạng được các ký tự, nhưng lúc này thứ tự của chúng vẫnrất lộn xộn Do đó bước cuối cùng là sắp xếp chúng theo thứ tự dựa vào vị trí cắtcủa các ký tự ở bước 4 Và cuối cùng ta có được kết quả là các chữ số và chữ cáichính xác, cũng như sắp xếp hợp lý như biển số đã chụp

1.2.2 Công nghệ RFID

 Giới thiệu

RFID là công nghệ nhận dạng đối tượng bằng sóng vô tuyến Công nghệ nàycho phép nhận biết các đối tượng thông qua hệ thống thu phát sóng radio, từ đó cóthể giám sát, quản lý hoặc lưu vết từng đối tượng

 Cấu tạo

Một thiết bị hay một hệ thống RFID được cấu tạo bởi hai thành phần chính làthiết bị đọc (reader) và thiết bị phát mã RFID có gắn chip hay còn gọi là tag Thiếtbị đọc được gắn antenna để thu - phát sóng điện từ, thiết bị phát mã RFID tag đượcgắn với vật cần nhận dạng, mỗi thiết bi RFID tag chứa một mã số nhất định vàkhông trùng lặp nhau

H ì n h

7.7 Cấu trúc thẻ RFID và hệ thống RFID cơ bản

 Nguyên lý hoạt động

Thiết bị RFID reader phát ra sóng điện từ ở một tần số nhất định, khi thiết bịRFID tag trong vùng hoạt động sẽ cảm nhận được sóng điện từ này và thu nhậnnăng lượng, từ đó phát lại cho thiết bị RFID reader biết mã số của mình Từ đó thiếtbị RFID reader nhận biết được tag nào đang trong vùng hoạt động

Trang 12

 Ứng dụng

Thẻ chip (tag) RFID chứa rất nhiều mã nhận dạng khác nhau, thông thường là

32 bit tương ứng với hơn 4 tỷ mã số khác nhau Ngoài ra khi xuất xưởng mỗi thẻchip RFID được gán một mã số khác nhau Do vậy, khi một vật được gắn chipRFID thì khả năng nhận dạng nhầm vật đó với 1 thẻ chip RFID khác là rất thấp, xácsuất là 1 phần 4 tỷ Với ưu điểm về mặt công nghệ như vậy nên sự bảo mật và độ antoàn của các thiết bị ứng dụng công nghệ RFID là rất cao

– Ứng dụng quản lý lưu thông hàng hóa

– Ứng dụng quản lý kho hàng

– Ứng dụng quản lý thu phí đường bộ tự động

– Bên cạnh những ứng dụng nổi bật đó còn rất nhiều những ứng dụng thiết thựccho quản lý như: quản lý nhà máy, quản lý thư viện, quản lý chấm công, quản lý bãigiữ xe, quản lý nhà ăn, quản lý sinh viên, quản lý bệnh viện, khóa cửa dùng côngnghệ RFID, chống trộm xe máy, …

1.2.3 Các chuẩn giao tiếp truyền dữ liệu

a Chuẩn giao tiếp USB

USB (Universal Serial Bus) là một chuẩn kết nối tuần tự đa dụng trong máytính USB sử dụng để kết nối các thiết bị ngoại vi với máy tính, chúng thường đượcthiết kế dưới dạng các đầu cắm cho các thiết bị tuân theo chuẩn cắm-và-chạy màvới tính năng cắm nóng thiết bị (nối và ngắt các thiết bị không cần phải khởi độnglại hệ thống)

 Đặc điểm

Cho phép mở rộng 127 thiết bị kết nối cùng vào một máy tính thông qua một cổngUSB duy nhất.Với USB 2.0 chuẩn tốc độ cao, đường truyền đạt tốc độ tối đa đến

480 Mbps

Trang 13

Cáp USB gồm hai sợi nguồn (+5V và dây chung GND) cùng một cặp gồm haisợi dây xoắn để mang dữ liệu Trên sợi nguồn, máy tính có thể cấp nguồn lên tới500mA ở điện áp 5V một chiều (DC).

Những thiết bị tiêu thụ công suất thấp (ví dụ: chuột, bàn phím, loa máy tínhcông suất thấp ) được cung cấp điện năng hoạt động trực tiếp từ các cổng USB màkhông cần có sự cung cấp nguồn riêng Với các thiết bị cần sử dụng nguồn côngsuất lớn (như máy in, máy quét ) không sử dụng nguồn điện từ đường truyền USBnhư nguồn chính của chúng, lúc này đường truyền nguồn chỉ có tác dụng như mộtsự so sánh mức điện thế của tín hiệu

Những thiết bị USB có đặc tính cắm nóng, điều này có nghĩa các thiết bị cóthể được kết nối (cắm vào) hoặc ngắt kết nối (rút ra) trong mọi thời điểm mà người

sử dụng cần mà không cần phải khởi động lại hệ thống

Nhiều thiết bị USB có thể được chuyển về trạng thái tạm ngừng hoạt động khimáy tính chuyển sang chế độ tiết kiệm điện

b Chuẩn giao tiếp RS485

RS485 là một phương thức giao tiếp nối tiếp giữa máy tính và các thiết bị trongngành công nghiệp, viễn thông, POS,… Hay còn được gọi là TIA-485 (-A) hoặcEIA-485 RS485 còn được đặc biệt sử dụng ở các môi trường nhiễu có phạm viđường truyền rộng lớn, đường cáp đi đường dài trong môi trường nhiễu

RS485 không chỉ là giao diện từ thiết bị đến thiết bị đơn lẻ mà còn là tổ hợp truyềnthông có chức năng tạo ra các mạng đơn giản của nhiều thiết bị. Có thể liên kết lêntới 32 thiết bị trên một cặp dây đơn với hệ thống dây nối đất có khoảng cách lên đến1200m

Bộ chuyển đổi này có mạch bảo vệ cách ly nguồn, cách ly từ tính Dễ dùng, thu pháttự động, không gây trễ thông tin Bộ chuyển đổi S177P1 thiết kế riêng cho tín hiệuModbus RTD RS 485 giao tiếp với máy tính thông qua cổng USB

Trang 14

Được sử dụng trong ngành công nghiệp, thiết kế nhỏ gọn Có các mạch bảo vệchống rỉ và các tác động từ môi trường xung quanh Bộ chuyển đổi này hoạt độngliên lạc nhanh, ổn định Có bảo mật cao tự động thu phát.

1.2.4 Giới thiệu một số phần mềm lập trình sử dụng

Phần mềm PyCharm Community Edition 2021.3

Hình 8.8 Giao diện của PyCharm Community Edition 2021.3

Phần mềm PyCharm cung cấp một bộ công cụ hoàn chỉnh cho các nhà pháttriển Python chuyên nghiệp PyCharm được xây dựng xung quanh một trình soạnthảo hiểu mã sâu sắc, và một trình sửa lỗi cho cái nhìn rõ ràng về hoạt động của mã.PyCharm cung cấp khả năng tích hợp với các công cụ cộng tác như hệ thống kiểmsoát phiên bản và các tracker Trình biên tập chuyên nghiệp mở rộng các yếu tố cầnthiết bằng cách tích hợp liền mạch với các khuôn khổ web, các công cụ JavaScript,

ảo hóa và hỗ trợ containerization

+Lợi ích của phần mềm PyCharm

Một khía cạnh quan trọng của chương trình là hiểu được nền tảng mã mà bạnđang đưa vào PyCharm đảm bảo bạn có thể khám phá dự án của bạn chỉ với một

Trang 15

vài thao tác trên phím, nó cung cấp cho bạn một cái nhìn tổng quan về cấu trúc dựán và cho phép bạn truy cập vào các tài liệu có liên quan ngay từ trình soạn thảo.Hiểu được một nền tảng code nhanh hơn có nghĩa là thúc đẩy nhanh hơn quá trìnhphát triển của bạn.

+ Các tính năng của phần mềm PyCharm

- Hỗ trợ Windows, macOS và Linux

- Hỗ trợ mã hoàn thiện thông minh, điều hướng bằng một cú nhấp chuột và kiểm trakiểu PEP8

- Tái cấu trúc an toàn và tự động trong dự án của bạn

- Tự động phát hiện các vấn đề mã: ví dụ: phân tích mã không sử dụng

- Trình gỡ lỗi hiệu suất cao

- Chế độ mô phỏng Vim

Trang 16

 Phần mềm GX Deverloper

Hình 9.9 Giao diện của phần mềm GX Deverloper

Gx developer là một trong những dòng phiên bản phần mềm lập trình của plcMitsubishi hiện nay Phần mềm phiên bản này cung cấp đầy đủ các cụ cụ hỗ trợ lậptrình một cách thuận tiện Đặc biệt phần mềm thích hợp cho cả nhưng máy tính cóbộ nhớ ít và cấu hình thấp Ngoài ra, giao diện phần mềm đơn giản, dễ sử dụngcũng là một ưu điểm lớn.

Phần mềm PLC Mitsubishi GX Developer có một số tính cụ thể như sau:

 Hỗ trợ đầy đủ các lệnh để người dùng viết các chương trình plc bao gồm các hàm và lệnh cơ bản

Trang 17

 Download và upload nhanh chóng các chương trình từ plc và máy tính

 Tính năng Reset plc mặc định từ nhà sản xuất, password, khóa mật khẩu

 Ngoài ra, phần mềm còn được tích hợp các tính năng khác như test code

chương trình có sẵn bằng debug

 Phần mềm hỗ trợ cho các máy tính có hệ điều hành Windows 7, windowsXP, Windows2000, Windows Vista.

1.3 Giới thiệu phần cứng

Với đề tài này, nhóm sẽ sử dụng một số thiết bị phần cứng sau

- Thiết bị xử lý trung tâm: PLC Misubishi FX3U

- Thiết bị đầu vào: thiết bị đọc thẻ RFID, camera.

- Thiết bị đầu ra: Động cơ STEP và công tắc hành trình

1.3.1 Thiết bị xử lý trung tâm – PLC [6*]

PLC (Programmable Logic Controller), là thiết bị điều khiển lập trình được,

nó có khả năng thực hiện linh hoạt các thuật toán thông qua một ngôn ngữ lập trình.Người sử dụng có thể tạo ra chương trình lập trình hàng loạt các sự kiện, thao tác.Các thao tác này được kích hoạt khi có tác nhân kích thích hoặc có thể hoạt động cóthời gian trễ (thời gian đã định hoặc các sự kiện được đếm)

PLC thích hợp nhất cho điều khiển logic (thay thế các rơle), song cũng cóchức năng điều chỉnh (như PID, ) và các chức năng tính toán khác Lúc đầu, PLCchủ yếu được ứng dụng trong các ngành công nghiệp chế tạo, điều khiển các quátrình rời rạc Trong các hệ SCADA, PLC phát huy được nhiều ưu điểm và thế mạnh.Lịch sử phát triển của PLC như sau:

- 1968: Richard Morley sáng tạo ý tưởng PLC cho General.

- 1969: PLC đầu tiên (Allen Bradley và Bedford) được GM sử dụng trong

công nghiệp ô-tô (128 DI/DO, 1kByte bộ nhớ)

- 1971: Ứng dụng PLC đầu tiên ngoài công nghiệp ô-tô.

Trang 18

- 1976: Lần đầu tiên sử dụng trong hệ thống phân cấp điều khiển dây chuyền

sản xuất

- 1980: Các module vào/ra thông minh.

- 1981: PLC nối mạng, 16-bit PLC, các màn hình CRT màu

- 1982: PLC với 8192 I/O (lớn nhất).

- 1996: Slot-PLC, Soft-PLC,

PLC có những ưu điểm mà các bộ điều khiển cổ điển dùng dây nối và rơ-lekhông thể nào sánh được:

- Lập trình dễ dàng, ngôn ngữ lập trình dễ học.

- Gọn nhẹ nên thuận lợi khi di chuyển, lắp đặt

- Dễ bảo quản, sửa chữa

- Bộ nhớ có dung lượng lớn, nạp xóa dễ dàng, chứa được những chương trình

phức tạp

- Độ chính xác cao.

- Khả năng xử lý nhanh.

- Hoạt động tốt trong môi trường công nghiệp.

- Giao tiếp được với nhiều thiết bị, máy tính, mạng và các thiết bị điều khiển

khác

Trang 19

Hình 10.10 Một số loại PLC thông dụng

 Cấu trúc của PLC

Cấu trúc cơ bản của một PLC bao giờ cũng gồm các thành phần cơ bản sau:

- Mô đun nguồn

- Mô đun xử lý tín hiệu

- Mô đun vào

- Mô đun ra

- Mô đun nhớ

- Thiết bị lập trình

Ngoài các mô đun chính như trên, PLC còn có các mô đun phụ trợ như môđun giao tiếp mạng, truyền thông, mô đun ghép nối các mô đun chức năng để xử lýtín hiệu như mô đun kết nối với các can nhiệt, mô đun điều khiển động cơ bước, môđun kết nối với encoder, mô đun đếm xung vào, …

Hình 11.11 Cấu trúc cơ bản của PLC

Trang 20

+ Misubishi có các họ như Alpha, Fx, Fx0, Fx0N,Fx1N,Fx2N,…

- Theo số lượng các đầu vào/ra ta có thể phân PLC thành bốn loại sau:

+ Micro PLC là loại có dưới 32 kênh vào/ra

+ PLC nhỏ có đến 256 kênh vào/ra

+ PLC trung bình có đến 1024 kênh vào/ra

+ PLC có đến trên 1024 kênh vào/ra

Trạng thái ngõ vào của PLC được phát hiện và được lưu vào bộ nhớ đệm, (bộnhớ trong PLC gồm các thành phần như sau: ROM, EPROM, EEOROM PLC) thựchiện các lệnh logic trên các trạng thái của chúng và thông qua chương trình trạngthái, ngõ ra được cập nhật và lưu vào bộ nhớ đệm Sau đó, trạng thái ngõ ra trong bộnhớ đệm được dùng để đóng/mở các tiếp điểm kích hoạt các thiết bị tương ứng.Như vậy, tất cả hoạt động của các thiết bị được điều khiển hoàn toàn tự động theochương trình trong bộ nhớ Chương trình được truyền nạp vào PLC thông quanhững thiết bị lập trình chuyên dụng

1.3.2 Động cơ Step

a Động cơ Step [10*]

Trang 21

Động cơ bước hay còn gọi là Step Motor là một loại động cơ chạy bằng điện có

nguyên lý và ứng dụng khác biệt với đa số các động cơ điện thông thường Chúng

thực chất là một động cơ đồng bộ dùng để biến đổi các tín hiệu điều khiển dưới

dạng các xung điện rời rạc kế tiếp nhau thành các chuyển động góc quay hoặc các

chuyển động của rôto có khả năng cố định roto vào các vị trí cần thiết (Theo

wikipedia)

 Cấu tạo và nguyên lý hoạt động của một động cơ bước

Step Motor có cấu tạo như sau:

– 1 Rotor là một dãy các lá nam châm vĩnh cữu được xếp chồng lên nhau một cách

cẩn thận Trên các lá nam châm này lại chia thành các cặp cực xếp đối xứng nhau

– Stato được tạo bằng sắt từ được chia thành các rãnh để đặt cuộn dây

Hình 12.12 cấu tạo động cơ bước

Trang 22

Động cơ bước không quay theo cơ chế thông thường, Step motor quay theo từng

bước một nên nó có độ chính xác cao về mặt điều khiển học

Chúng làm việc nhờ các bộ chuyển mạch điện tử Các mạch điện tử sẽ đưa các tín

hiệu của lệnh điều khiển vào stato theo thứ tự và một tần số nhất định

Tổng số góc quay của rotor tương ứng với số lần chuyển mạch, cũng như chiều

quay và tốc độ quay của rotor phụ thuộc vào thứ tự chuyển đổi và tần số chuyển

đổi

 Ưu điểm của động cơ bước – Step Motor

Step Motor có ưu điểm là khả năng cung cấp moment xoắn cực lớn ở dải vận tốc

thấp và trung bình

Một động cơ bước trên thị trường khá bền, giá thành cũng tương đối thấp

Việc thay thế cũng khá dễ dàng

Không nên dùng Step Motor cho các thiết bị đòi hỏi tốc độ cao.

 Nhược điểm

Step Motor hay xảy ra có hiện tượng bị trượt bước Lí do bởi vì lực từ yếu hay

nguồn điện cấp vào không đủ

Khi hoạt động thì Step Motor thường gây ra tiếng ồn và có hiện tượng nóng dần

Với những Step Motor thế hệ mới thì việc độ ồn và nóng của động cơ giảm đáng kể

 Ứng dụng

 Động cơ bước hiện nay thường được ứng dụng nhiều trong điều khiển chuyển

động kỹ thuật số là chủ yếu Nó được thực hiện bởi các lệnh được mã hoá dưới

dạng số

Trang 23

 Ứng dụng trong ngành tự động hoá, đặc biệt là đối với các thiết bị cần có sự

chính xác Ví dụ như các loại máy móc công nghiệp phục vụ cho gia công cơ

khí như: Máy cắt plasma cnc, máy cắt cnc laser …

Ngoài ra trong công nghệ máy tính, động cơ Step được sử dụng cho các loại ổ

đĩa cứng, ổ đĩa mềm, máy in…

CHƯƠNG 2 THIẾT KẾ HỆ THỐNG

2.1 Thiết kế cấu trúc hệ thống

2.1.1 Yêu cầu công nghệ

- Hệ thống quản lý bãi gửi xe thông minh sử dụng công nghệ kiểm soát ra vào

bằng thẻ từ dành cho hệ thống các phương tiện vận tải, xe ô tô sử dụng các thiết bịcông nghệ thay thế sức con người Mang đến sự nhanh gọn và chính xác trong quảnlý an ninh bãi xe

- Hệ thống cho phép ghi vé xe và kiểm soát ra vào một cách tự động, nhanh chóng

hơn Các thông tin được ghi lại như biển số xe, số thẻ xe, vé xe, ảnh xe, ảnh ngườigửi xe…Đồng thời sử dụng hệ thống phần mềm giúp người quản lý dễ dàng điều

Trang 24

hành bãi đỗ xe hơn Thực hiện được các báo cáo về số lượng xe ra vào, kiểm soátdoanh thu cho bãi xe và nhiều tiện ích khác.

- Các phương tiện giao thông khi vào bãi giữ xe sẽ được cấp phát 1 thẻ từ (hay

còn gọi RFID) đã được đăng ký trong hệ thống Khi quẹt thẻ camera chụp biển số

xe và phân tích thành số Số thẻ và biển số xe sẽ được lưu trữ đồng thời với hìnhảnh của lái xe do camera chụp để truy vấn khi cần thiết Thời gian xe vào bắt đầuđược tính khi quẹt thẻ và là cơ sở tính toán thời gian đỗ xe

 Ưu điểm giải pháp bãi giữ xe thông minh bằng thẻ từ

– Về khả năng hoạt động: sử dụng nhiều thiết bị hiện đại giúp kiểm soát chặt chẽ

và nhanh chóng hơn.

– Khả năng tự động hoá: Sử dụng thẻ từ có mã số riêng khó có thể làm giả, hình

ảnh biển số xe và chủ phương tiện điều khiển được hệ thống lưu trữ ngay khingười lái xe quẹt thẻ vào.Do vậy tính bảo mật cao hơn so với các phươngpháp truyền thống, khả năng lấy xe cũng nhanh chóng hơn.

– Giải pháp giữ xe thông minh có tính chuyên nghiệp cao và tiện ích cho ngườidùng

Trang 25

2.2 Thiết kế hệ thống

2.2.1 Thiết kế sơ đồ khối hệ thống

Hình 13.1.Sơ đồ khối toàn hệ thống

 Chức năng của từng khối

– Khối nguồn: cung cấp nguồn cho toàn bộ hệ thống hoạt động

– Khối đọc thẻ RFID: bộ đọc thẻ từ RFID có nhiệm vụ đọc mã thẻ

– Khối thu nhận hình ảnh: dùng camera để chụp ảnh

Khối xử lý trung tâm:

+ Sử dụng laptop tích hợp sẵn những công cụ lập trình có nhiệm vụ thu nhận,

xử lý, lưu trữ mã thẻ từ đầu đọc thẻ RFID, nhận dạng biển số từ hình chụp đượcbằng Camera, giao tiếp với PLC

+ PLC nhận tín hiệu từ máy tính và các tín hiệu ngõ vào để điều khiển động cơ.2.2.2 Hoạt động của hệ thống

– Cất xe

Khi có xe vào thì nhân viên quẹt thẻ, lúc này hệ thống bắt đầu việc so sánhxem đã có xe trong bãi hay chưa, nếu chưa thì bắt đầu cất xe vào bãi Hệ thống bắtđầu chụp ảnh cũng như định vị vị trí còn trống trong bãi và ra lệnh cho hệ thống tay

Trang 26

nâng xe bắt đầu việc nâng xe ra khỏi khung và di chuyển đến vị trí đặt xe, lúc nàytay nâng xe bắt đầu việc đặt xe vào vị trí và hoàn tất việc cất xe.

– Trả xe

Cũng như việc cất xe thì việc lấy xe trả khách cũng tương tự Lần lượt kháchquẹt thẻ sau đó hệ thống sẽ xem xe đã có trong bãi chưa, nếu đã có thì bắt đầu dichuyển tay nâng xe đến vị trí của xe đồng thời nâng xe ra khỏi khung sau đó dichuyển đến vị trí ra trả xe cho khách

– Sự cố mất thẻ

Vì khách hàng mất thẻ từ nên việc lấy xe bằng quá trình quét thẻ không đượcthực hiện Như vậy, hành khách muốn lấy được xe buộc phải chứng minh xe mìnhđược gửi trong bãi bằng các giấy tờ tùy thân

Nhân viên kiểm tra giấy tờ của khách hàng, kiểm tra biển số xe có tồn tại trog

cơ sở dữ liệu không Nếu có thì truy xuất vị trí đỗ xe để tiến hành trả xe với chế độđiều khiển bằng tay và lưu lại thông tin khách hàng mất thẻ Sau đó tiến hành xóathông tin xe đã gửi trong cở sở dữ liệu

2.3 Tính chọn thiết bị

2.3.1 Thiết bị cơ khí

Bảng 14.1 Danh sách các linh kiện phần cơ khí

Trang 27

2.3.2 Thiết bị điện

Bảng 15.2 Danh sách các linh kiện phần thiết bị điện.

a Khối khối xử lý trung tâm

Khối xử lý trung tâm bao gồm PLC và máy tính giao tiếp với nhau qua cổngtruyền thông RS485

Với đề tài này thì nhóm sử dụng, 3 công tắc hành trình để giới hạn chuyểnđộng ra vào cơ cấu nâng hạ , lên xuống, trái phải, 3 động cơ Step để xử lý trục quaycủa động cơ Nhóm chọn Broad PLC Mitsubishi FX3U-24MT làm thiết bị cho khối

xử lý trung tâm

PLC Misubitshi

Trang 28

Hình 16.2 Kết nối PLC với máy tính

Hình 17.3 Broad PLC Mitsubishi FX3U-24MT-6AD-2DA (14 In / 10 Out

Trang 29

Nguồn cung cấp

Giới hạn dưới cho phép

Giới hạn trên cho phép

24 VDC20.4V DC28.8V DC

Số lượng ngõ vào ra

- Dòng điện tiêu thụ tối đa

- Dòng điện khởi động

- 500 mA cho duy nhất CPU.

- 1500 mA cho CPU và tất cả các mô

đun mở rộng

- 12 A tại 28.8 VDC.

Thời gian xử lý của CPU

- Cho toán hạng bit

- Cho toán hạng Word

- Cho phép toán với dấu phảy động

- 0.085 µs/lệnh

- 1.7 µs/lệnh

- 2.3 µs/lệnh

thời tầm địa chỉ của các blocks từ 1 đến

65535 Chúng không bị giới hạn, toàn bộ

bộ nhớ thực thi có thể được sử dụng

- FBD

- SCL

Trang 30

b Khối đọc thẻ RFID

Đầu đọc thẻ RFID với thiết kế nhỏ gọn, chống nước, có khả năng đọc các loại thẻ

RFID ở tần số 125KHz Đầu đọc cấp nguồn thông qua cổng USB và giao tiếp theo

chuẩn USB

Bảng 19.4 Thông số kỹ thuật của Đầu đọc thẻ RFID

Trang 31

Kích thước sản phẩm 104mm * 68mm * 13 mm.

c Khối thu nhận hình ảnh

Sử dụng Webcam Logitech C270 để chụp ảnh, kết nối với máy tính qua cổng

USB

Hình 20.4 Webcam Logitech C270

– Bộ cảm biến ảnh HD (1280 x 720 pixels) Chụp ảnh tĩnh 3 megapixels Tốc

độ hình bắt hình lên đến 30 hình/giây

trong veo

– Ứng dụng công nghệ Righ Light - tự động điều chỉnh để lấy được ánh sáng

tối ưu, và cho ảnh tốt ngay cả trong điều kiện ánh sáng mập mờ

d Khối công tắc hành trình

 Khối công tắc hành trình

Với đề tài này thì nhóm quyết định chọn công tắc hành trình

Trang 32

Hình 21.5 Công tắc hành trình

 Thông số kỹ thuật:

– Điện áp hoạt động: 12 – 30 VDC

e Khối động cơ Step và driver tb6600

Mô hình này nhóm dùng 3 động cơ Step.Tương ứng mỗi động cơ sẽ có 2 ngõ

ra của PLC để điều khiển 2 rơ le kích dẫn cho động cơ hoạt động

 Động cơ Step 42

Trang 34

Hình 24.7 Cấu tạo động cơ Step 42

 Động cơ Step 57

Hình 25.8 Động cơ step 57

 Bảng 26.6 Thông số kỹ thuật động cơ Step 57

Trang 35

Hình 27.9 Cấu tạo động cơ Step 57

 Driver TB6600

Hình 28.10 Driver TB6600

 Thông số kỹ thuật

+ Nguồn đầu vào là 5V – 42V

+ Dòng cấp tối đa là 4A

+ Ngõ vào có cách ly quang, tốc độ cao

+ Có tích hợp đo quá dòng quá áp.

+ Cân nặng: 200G

Trang 36

+ Kích thước: 96 * 71 * 37mm.

 Cài đặt và ghép nối:

DC+: Nối với nguồn điện từ 9 – 40VDC

DC- : Điện áp (-) âm của nguồn

A+ và A -: Nối vào cặp cuộn dây của động cơ bước

B+ và B- : Nối với cặp cuộn dây còn lại của động cơ

PUL+: Tín hiệu cấp xung điều khiển tốc độ (+5V) từ BOB cho M6600

PUL-: Tín hiệu cấp xung điều khiển tốc độ (-) từ BOB cho M6600

DIR+: Tín hiệu cấp xung đảo chiều (+5V) từ BOB cho M6600

DIR-: Tín hiệu cấp xung đảo chiều (-) từ BOB cho M6600

ENA+ và ENA -: khi cấp tín hiệu cho cặp này động cơ sẽ không có lực momen giữ

– PLC Misubishi FX3U sử dụng điện áp 24VDC, dòng tiêu thụ tối đa 1500mA

– Động cơ giảm tốc Tsukasa TG-85E-CH-77-D919 sử dụng điện áp 12VDC đến24VDC, dòng điện tiêu thụ tối đa 500mA

– Bộ driver TB660 dùng cấp nguồn 5V

Trang 37

Với những thông số kỹ thuật, điện áp sử dụng và dòng điện tiêu thụ đã phântích trên, nhóm quyết định chọn nguồn cung cấp cho toàn bộ hệ thống là nguồn tổong 24VDC – 20A.

Hình 29.11 Nguồn tổ ong 24VDC – 20A.

 Thông số kỹ thuật

– Đầu vào: AC110V / 220V.

– Đầu ra: DC 24V 20A.

– Công suất đầu ra: 480W.

– Tần số: 50 / 60Hz.

– Nhiệt độ làm việc: - 40°C ~ 65°C.

– Nhiệt độ lưu trữ: 20°C ~ 60°C

– Chất liệu: kim loại, linh kiện điện tử.

– Kích thước: 240 mm * 124 mm * 47 mm (L * W * H)

 Các kí hiệu đầu kết nối

– L-N : Đầu vào AC.

– V+ : Đầu ra DC dương.

– V- : Đầu ra DC âm.

Trang 38

– GND : Đầu dây nối đất.

– V / ADJ: Điều chỉnh điện áp đầu ra (15%).

Hình 30.12 Nguồn tổ ong 5VDC – 2A.

 Bộ nguồn 5V dùng cấp nguồn cho bộ driver TB660

 Thông số cơ bản :

- Điện áp vào: AC 110/220V

- Điện áp ra: 5V

- Dòng max: 2A

- Kích thước 70*40*32mm

Trang 39

2.4 Thiết kế mạch điện điều khiển

Tiêu đề	Nghiên Cứu, Thiết Kế Mô Hình Bãi Đỗ Xe Ô Tô Tự Động
Thể loại	Đồ Án Tốt Nghiệp

Định dạng
Số trang	85
Dung lượng	5,76 MB