Thiết kế thiết bị điện tử hỗ trợ thu phí tự động sử dùng công nghệ rfid

Thiết kế thiết bị điện tử hỗ trợ thu phí tự động sử dùng công nghệ rfid

-******* ĐỀ TÀI:THIẾT KẾ THIẾT BỊ ĐIỆN TỬ HỖ TRỢ THU PHÍ TỰ ĐỘNG SỬ DỤNG CÔNG NGHỆ RFID Giảng viên hướng dẫn: TS Nguyễn Quốc Khương Sinh viên thực : Đinh Duy Khánh SHSV: 20091433 Lớp ĐTVT 12 – K54 Hà Nội 12/2013 Báo cáo đồ án LỜI NÓI ĐẦU Ngày khoa học kĩ thuật ngày phát triển đạt nhiều thành tựu lớn Việc ứng dụng khoa học kĩ thu ật vào sống ngày nhiều giải nhiều vấn đề tồn ngành, lĩnh vực giao thông, khí hậu, y tế, truyền tin,… Trong đó, vấn đề ứng dụng khoa học kĩ thu ật vào giải quyêt vấn đề giao thông thu hút nhiều quan tâm nghiên cứu tình hình giao thông nước nhà nhiều vấn đề bất cập Tỉ lệ tai nạn giao thông đường cao, sở hạ tầng hệ thống điều hành giao thông thô sơ lạc hậu so với giới Trong có lĩnh vực việc quản lý tổ chức thu phí đường bộ, thủ công, từ khâu in vé, bán vé, thu vé, đóng mở barrie, …gây tốn nhiều tài nguyên , nhân lực, thường xuyên gây tắc nghẽn cục Nên em chọn tham gia xây dựng hệ thống thu phí tự động điện tử nhằm giải vấn đề Qua đây, em xin chân thành cảm ơn thầy giáo TS Nguyễn Quốc Khương thành viên nhóm ITS tận tình giúp đỡ dẫn cho em nhiều mặt kiến thức, kỹ thuật đồng thời đưa cho em nhiều định hướng, ý tư ởng tạo điều kiện tốt mặt thiết bị, địa điểm giúp em làm việc, để em thực đề tài thời gian qua Sinh viên thực Đinh Duy Khánh ITS_HARDWARE_SRF05 Page Báo cáo đồ án MỤC LỤC LỜI NÓI ĐẦU CHƯƠNG TỔNG QUAN HỆ THỐNG 1.1 Mô hình trạm thu phí điện tử 1.1.1 Thiết bị phát xe ( vehicle detector) 1.1.2 Camera 1.1.3 Đầu đọc thẻ RFID ( RFID reader) 1.1.4 Trạm trung tâm (station) 1.1.5 RSU – OBU ( RoadSide Unit – On Board Unit) 1.1.6 Đèn giao thông (traffic light) 1.1.7 Bảng led ( Led panel) 1.1.8 Cổng tự động ( Barrier) 1.2 Mô tả hoạt động trạm thu phí 1.2.1 Hoạt động thu phí cho xe qua trạm 1.2.2 Hoạt động SRF05 hệ thống 10 CHƯƠNG THIẾT KẾ THIẾT BỊ PHÂN LOẠI XE 11 2.1 Bài toán phân loại xe 11 2.1.1 Yêu cầu toán 11 2.1.2 Thiết kế thuật toán phát xe 11 2.2 Thiết kế phần cứng phân loại xe 14 2.2.1 Nguyên lí đo khoảng cách 15 2.2.2 Mạch xử lý tín hiệu thu 23 2.2.3 Thiết kế khí cột cảm biến 28 KẾT LUẬN 29 PHỤ LỤC 31 ITS_HARDWARE_SRF05 Page Báo cáo đồ án CHƯƠNG TỔNG QUAN HỆ THỐNG 1.1 Mô hình trạm thu phí điện tử Hình Mô hình tổng quan hệ thống Một trạm thu phí điện tử bao gồm nhiều thiết bịđiện tử có chức khác hỗ trợ đảm bảo cho hệ thống thu phí hoạt động cách xác Hệ thống hoạt động theo bước  Bước : Phát xe vào trạm đọc thông tin xe qua thiết bị phát xe đầu đọc thẻ, camera  Bước 2: Tiến hành giao dịch toán điện tử qua máy tính trạm  Bước 3: Phản hồi kết giao dịch qua barrier,bảng led, thiết bị phát tin RSU 1.1.1 Thiết bị phát xe ( vehicle detector) Thiết bị phát xe vào trạm đặt đầu trạm thu phí, có chức phát xe vào trạm , xe vào trạm thiết bị gửi tín hiệu báo cho máy tính trung tâm biết, để máy tính kích hoạt điều khiển thiết bị khác trạm ITS_HARDWARE_SRF05 Page Báo cáo đồ án Thiết bị thực tính phân loại xe qua việc đếm số trục xe Thiết bị tương ứng đặt cuối trạm thu phí, thực chức phát xe qua khỏi trạm gửi tín hiệu báo cho máy tính trung tâm biết để đưa điều khiển phù hợp xác ( điều khiển đóng mở barrier, hiển thị led…) Hình Mô hình cột cảm biến 1.1.2 Camera Camera lắp đầu trạm, sau thiết bị phát xe vào trạm Được điều khiển từ máy tính trung tâm thực chức chụp ảnh xe xe vào trạm Ảnh chụp có tác dụng việc lưu trữ để đối chiếu, bóc tách nhận dạng biển số xe thực nhiệm vụ phát vi phạm 1.1.3 Đầu đọc thẻ RFID ( RFID reader) Đây thiết bị có chức nhận biết thông tin phương tiện để tiến hành toán điện tử Đầu đọc đọc thông tin từ thẻ gắn xe thông báo cho máy tính trạm để xử lý Đầu đọc giao tiếp với thẻ qua công nghệ RFID ( công nghệ nhận dạng sử dụng sóng Radio ) ITS_HARDWARE_SRF05 Page Báo cáo đồ án 1.1.4 Trạm trung tâm (station) Đây nơi chứa máy tính trung tâm, thiết bị nhận tín hiệu từ cảm biến, thông tin từ đầu đọc, ảnh từ camera, xử lý đưa định điều khiển thiết bị điện tử khác Trong trạm có tủ điện trung tâm, cấp nguồn cho toàn thiết bị trạm hoạt động Hình Máy tính công nghiệp 1.1.5 RSU – OBU ( RoadSide Unit – On Board Unit) RSU thiết bị phản hồi thông tin thu phí đặt trạm Thiết bị truyền thông tin thu phí bao gồm mức phí, biển số xe,…về cho thiết bị thu đặt xe gọi OBU OBU có chức thu bóc tách, hiển thị thông tin thu phí lên báo cho lái xe biết 1.1.6 Đèn giao thông (traffic light) Đèn giao thông xanh đỏ có tác dụng điều khiển việc lưu thông phương tiện qua trạm, barrier đóng đèn b ật đỏ, yêu cầu phương tiện dừng lại, barrier mở, đèn bật xanh báo cho phương tiện phép qua trạm ITS_HARDWARE_SRF05 Page Báo cáo đồ án Hình Đèn giao thông 1.1.7 Bảng led ( Led panel) Bảng led đặt trạm thu phí, để hiển thị thông tin thu phí cách trực tiếp trạm 1.1.8 Cổng tự động ( Barrier) Cổng tự động Hình Sơ đ kết nối thiết bị trạm 1.2 Mô tả hoạt động trạm thu phí 1.2.1 Hoạt động thu phí cho xe qua trạm ITS_HARDWARE_SRF05 Page Báo cáo đồ án Hình Khi xe bắt đầu vào trạm Cột cảm biến để biết có xe bắt đầu vào trạm Khi xe qua cột, mạch xử lý đẩy tín hiệu trung tâm xử lý (station) Hình Trạm trung tâm bật đầu đọc thẻ camera Khi trung tâm xử lý (station) nhận tín hiệu từ cột cảm biến phát xe đến bật đầu đọc thẻ camera Đầu đọc thẻ bắt đầu đọc camera bắt đầu chụp ảnh xe tới ITS_HARDWARE_SRF05 Page Báo cáo đồ án Hình Trung tâm điều khiển bảng led barrie Sau camera chụp ảnh xong đầu đọc thẻ đọc thành công xe tới trạm hợp lệ tiến hành thu phí thành công, trạm trung tâm tiến hành hiển thị thông tin cần thiếu lên bảng LED mở barrie Hình Thu phí thành công xe khỏi trạm Sau xe qua khỏi cột cảm biến phát xe khỏi hệ thống (barrie cuối trạm), mạch xử lý cột cảm biến đẩy tín hiệu phát xe đến trung tâm xử lý ITS_HARDWARE_SRF05 Page Báo cáo đồ án Hình 10 Trung tâm xử lý gửi tín hiệu đóng barrie Sau nhận tín hiệu từ cột cảm biến phát xe khỏi hệ thống, Trung tâm xử lý gửi tín hiệu đóng barrie 1.2.2 Hoạt động SRF05 hệ thống Hệ thống SRF05 phân loại xe theo chiều cao bố trí trùng với vị trí cảm biến phát xe tới Khi sensor phát có xe đến, tín hiệu phát từ gửi trung tâm xử lý ( phần mềm ) Khi nhận tín hiệu kích hoạt từ sensor đến, SRF, phần mềm gửi tín hiệu kích hoạt SRF hoạt động Sau phần mềm nhận tín hiệu xe qua cột cảm biến từ sensor phát xe tới, trung tâm xử lý gửi tín hiệu kết thúc phiên làm việc cảm biến siêu âm SRF Sau nhận tín hiệu này, SRF ngừng làm việc gửi thông tin phân loại xe cho trung tâm xử lý Ngoài ra, chức thay cho sensor phát xe tới cần tín hiệu kích hoạt chuyển chế độ ban đầu trung tâm xử lý Sau đó, SRF vừa có chức sensor phát xe tới vừa phân loại xe Trung tâm xử lý gửi tín hiệu chuyển chế độ ban đầu lỗi sensor phát xe tới khắc phục SRF chuyển sang chế độ mong muốn ITS_HARDWARE_SRF05 Page 10 Báo cáo đồ án Hình 22 Khối xử lý điều khiển Khối xử lý : Sử dụng PIC16F886 nhỏ gọn phù hợp với yêu cầu chức mạch Vi điều khiển sử dụng chân RB4 làm chân TRIGGER kích hoạt hoạt động SRF05 tín hiệu xung vuông nhận từ SRF05 đưa chân RC2 (ECHO) Các chân RC6, RC7 chân truyền nhận liệu sử dụng để gửi liệu xử lý từ vi điều khiển trung tâm xử lý phục vụ cho hoạt động hệ thống ITS_HARDWARE_SRF05 Page 24 Báo cáo đồ án Khối nguồn Hình 23 Khối cấp nguồn LM7805: có chức chuyển đổi điện áp DC 5V Khối chuyển tiếp RS485-UART Hình 24 Khối giao tiếp RS485 với máy tính PC ITS_HARDWARE_SRF05 Page 25 Báo cáo đồ án Max485 IC có chức chuyển dòng liệu nối tiếp mức TTL ( dây tín hiệu Rx Tx so với dây đất GND ) thành dòng liệu dây không phụ thuộc vào dây đất dây A B Với đường truyền dài có suy hao hay sụt áp hai dây A B bị, nên giữ đươc hiệu hai mức điện áp dây Led1, Led2 hai led có chức báo có tín hiệu truyền nhận Sử dụng giao diện đầu cổng RJ45 để sử dụng dây cáp mạng Internet ( dây xoắn ) để làm đường truyền cho chuẩn RS485 2.2.2.2 Nguyên lí hoạt động - Nhận liệu : Tín hiệu theo chuẩn RS485 đưa đến hai chân B2 A2 Max485-1 để chuyển lại thành dòng liệu không đồng theo chuẩn UART đưa tới chân Rx kết nối UART ( TEST1) Từ chân ta kết nối tới chân Rx vi điều khiển để nhận liệu - Phát liệu : Ngược lại, dòng liệu UART từ chân Tx vi điều khiển đưa tới chân Tx Max485-2 chuyển thành chuẩn RS485 truyền dây A1 B1 Do đường truyền dài nên hay bị nhiễu môi trường xung quanh, nên có thêm khối chống nhiễu cho dây truyền ITS_HARDWARE_SRF05 Page 26 Báo cáo đồ án 2.2.2.3 Mạch layout hình dạng 3D Hình 25 Mạch xử lý SRF05 ( Layout) Hình 26 Mạch xử lý SRF05 (3D) ITS_HARDWARE_SRF05 Page 27 Báo cáo đồ án 2.2.3 Thiết kế khí cột cảm biến 2.2.3.1 Vị trí cảm biến hệ thống Cảm biến phân loại xe dựa vào chiều cao đặt song song với cảm biến phát xe tới Hình 27 Bố trí cảm biến siêu âm SRF05 2.2.3.2 Cấp nguồn tín hiệu vào Nguồn cấp cho mạch thu xử lý tín hiệu nguồn 12V lấy từ acquy adapter Tín hiệu kích hoạt : Vi điều khiển sử dụng xung có độ rộng 10 uS để bắt đầu phiên làm việc cho SRF05 Tín hiệu trả : SRF05 trả xung vuông có biên độ điện áp 5V Vi xử lý có nhiệm vụ đo độ rộng xung vuông để suy chiều cao đo ITS_HARDWARE_SRF05 Page 28 Báo cáo đồ án KẾT LUẬN Sau thời gian tìm hiểu tham gia công việc dự án ITS em đạt kết sau:  Hiểu nguyên lí hoạt động hệ thống ITS  Thiết kế modun phát hiện, phân loại xe Tuy nhiên, kết chưa tối ưu, nên thời gian tới em cố gắng để cải tiến tối ưu thiết kế để sử dụng cho thử nghiệm, nghiên cứu ITS_HARDWARE_SRF05 Page 29 Báo cáo đồ án TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Daniel M Dobkin, The RF in RFID Passive UHF RFID in Practice, Newnes Press, 2007 ITS_HARDWARE_SRF05 Page 30 Báo cáo đồ án PHỤ LỤC SOURCE CODE #include "16f886.h" #fuses NOWDT,PUT,HS,NOPROTECT,NOLVP #device *=16 adc = #use delay(clock=20000000) #use rs232(baud=9600,parity=N,xmit=PIN_C6,rcv=PIN_C7, bits=8) #use fast_io(B) float dist; // Biến lưu chiều cao đo lần SRF tiến hành đo float max; // Biến lưu chiều cao xe lớn nhận int1 has_echo=0; // Kiểm tra tín hiệu trả // Các biến phụ phục vụ cho thuật toán hoạt động theo ý muốn int1 i = 0; int8 c =0; int1 j = 0; int1 l = 0; int8 m; // Hàm ngắt truyền nhận liệu #int_RDA ITS_HARDWARE_SRF05 Page 31 void RDA_isr(void) Báo cáo đồ án { c = getc(); if (c == '>') putc('p'); if (c == '1') l = 0; if( c == '0' && l == 0) { if((350-max)[...]... 3 CHƯƠNG 2 THIẾT KẾ THIẾT BỊ PHÂN LOẠI XE 2.1 Bài toán phân loại xe 2.1.1 Yêu cầu bài toán  Yêu cầu: Phân loại xe thành 2 loại là xe tải và xe con  Giá trị trả về cho trung tâm xử lý là :  1 : xe con  2 : xe tải  0 : Báo động giả - khi SRF05 được kích hoạt nhưng nó phát hiện ra rằng không có xe trong hệ thống  Có chức năng kiểm tra kết nối với trung tâm xử lý với mục đích kết nối tự động : trung... được từ trung tâm xử lý và kết quả thực hiện từ việc đo đạc để có hai chế độ hoạt động riêng biệt như yêu cầu bài toán đặt ra - Chế độ 1: ITS_HARDWARE_SRF05 Page 12 Báo cáo đồ án 3 Hình 12 Thu t toán hoạt động chế độ 1 ITS_HARDWARE_SRF05 Page 13 Báo cáo đồ án 3 - Chế độ 2 : Hình 13 Thu t toán phân loại xe chế độ 2 2.2 Thiết kế phần cứng phân loại xe Như đã nêu trong phần thiết kế trên, cảm biến siêu âm... hoạt động như một cảm biến phát hiện xe tới và phân loại xe Tín hiệu kích hoạt là ‘k’ và khi muốn quay trở lại chế độ 1 thì trung tâm xử lý chỉ việc gửi ký tự ‘0’ 2.1.2 Thiết kế thu t toán phát hiện xe Hoạt động của một module SRF05 được chia làm hai giai đoạn:  Giai đoạn 1: Kích hoạt SRF05 và nhận tín hiệu thu được về vi xử lý ITS_HARDWARE_SRF05 Page 11 Báo cáo đồ án 3 Hình 11 Cơ ch ế hoạt động giai... gửi chuỗi ký tự “>s\r\n” xuống mạch xử lý SRF05 Sau khi nhận được ký tự này mạch xử lý sẽ gửi lại cho phần mềm ký tự ‘p’  Chức năng nhận ký tự kích hoạt từ trung tâm xử lý : SRF05 có khả năng hoạt động trong hai chế độ - Chế độ 1 : Trung tâm xử lý của hệ thống gửi ký tự kích hoạt ‘1’ khi đó SRF05 sẽ hoạt động liên tục để xác định chiều cao cao nhất của xe qua đó đưa ra phân loại xe Và ký tự ‘0’ khi... trả về một xung vuông có biên độ điện áp là 5V Vi xử lý có nhiệm vụ đo độ rộng của xung vuông này để suy ra chiều cao đo được ITS_HARDWARE_SRF05 Page 28 Báo cáo đồ án 3 KẾT LUẬN Sau thời gian tìm hiểu và tham gia công việc trong dự án ITS em đã đạt được các kết quả sau:  Hiểu nguyên lí hoạt động của hệ thống ITS  Thiết kế modun phát hiện, phân loại xe Tuy nhiên, những kết quả trên vẫn chưa tối ưu, nên... trước để phát hiện ánh sáng - D: Hoạt động ở một tần số 235kHZ cao hơn 2.2.1.3 Giới thiệu về cảm biến siêu âm SRF05 SRF05 là một bước phát triển từ SRF04, được thiết kế để làm tăng tính linh hoạt, tăng phạm vi, ngoài ra còn giảm bớt chi phí SRF05 là hoàn toàn tương thích với SRF04 Khoảng cách là tăng từ 3 mét đến 4 mét Một chế độ hoạt động mới, SRF05 cho phép sử dụng một chân duy nhất cho cả kích hoạt... duy nhất cho cả tín hiệu kích hoạt và hồi tiếp, và được thiết kế để lưu các giá trị trên chân lên bộ điều khiển nhúng Để sử dụng chế độ này, chân chế độ kết nối vào chân mát Tín hiệu hồi tiếp sẽ xuất hiện trên cùng ITS_HARDWARE_SRF05 Page 18 Báo cáo đồ án 3 một chân với tín hiệu kích hoạt SRF05 sẽ không tăng dòng phản hồi cho đến 700uS sau khi kết thúc các tín hiệu kích hoạt Ta đã có thời gian để kích... SRF05 bổ xung và gắn kết của hai đơn vị định hướng về phía trước Thiết lập như vậy thì có một khu vực mà hai khu vực phát hiện chồng chéo lên nhau ITS_HARDWARE_SRF05 Page 22 Báo cáo đồ án 3 Hình 21 Phương pháp giảm điểm mù Các vùng hoạt động của 2 cảm biến SRF05 tạo góc chung 30 độ Vùng chung thì được phân biệt bởi 2 phần tín hiệu trái phải và phần cản ở giữa 2.2.2 Mạch xử lý tín hiệu thu 2.2.2.1 Mạch... điều khiển Khối xử lý : Sử dụng PIC16F886 nhỏ gọn và phù hợp với yêu cầu của chức năng mạch Vi điều khiển sử dụng chân RB4 làm chân TRIGGER kích hoạt hoạt động của SRF05 và tín hiệu xung vuông nhận được từ SRF05 sẽ được đưa về chân RC2 (ECHO) Các chân RC6, RC7 là các chân truyền nhận dữ liệu được sử dụng để gửi các dữ liệu xử lý từ vi điều khiển về trung tâm xử lý phục vụ cho hoạt động của hệ thống ITS_HARDWARE_SRF05... hồi, và là chế độ đơn giản nhất để sử dụng Tất cả các chương trình đi ển hình cho SRF04 sẽ làm việc cho SRF05 ở chế độ này Để sử dụng chế độ này, chỉ cần chân chế độ không kết nối - SRF05 có một nội dừng trên chân này ITS_HARDWARE_SRF05 Page 17 Báo cáo đồ án 3 Hình 16 Giản đồ định thời SRF05 chế độ 1  Chế độ 2 – Dùng một chân cho cả kích hoạt và phản hồi Chế độ này sử dụng một chân duy nhất cho cả tín ... trạm thu phí, để hiển thị thông tin thu phí cách trực tiếp trạm 1.1.8 Cổng tự động ( Barrier) Cổng tự động Hình Sơ đ kết nối thiết bị trạm 1.2 Mô tả hoạt động trạm thu phí 1.2.1 Hoạt động thu phí. .. RSU thiết bị phản hồi thông tin thu phí đặt trạm Thiết bị truyền thông tin thu phí bao gồm mức phí, biển số xe,…về cho thiết bị thu đặt xe gọi OBU OBU có chức thu bóc tách, hiển thị thông tin thu. .. Cổng tự động ( Barrier) 1.2 Mô tả hoạt động trạm thu phí 1.2.1 Hoạt động thu phí cho xe qua trạm 1.2.2 Hoạt động SRF05 hệ thống 10 CHƯƠNG THIẾT KẾ THIẾT BỊ PHÂN