1. Trang chủ
  2. » Luận Văn - Báo Cáo

Thiết kế và thi công mô hình điều khiển, giám sát bãi giữ xe ô tô tự động

187 274 1

Đang tải... (xem toàn văn)

Tài liệu hạn chế xem trước, để xem đầy đủ mời bạn chọn Tải xuống

THÔNG TIN TÀI LIỆU

Thông tin cơ bản

Định dạng
Số trang 187
Dung lượng 11,29 MB

Nội dung

Mô hình được thi công thông qua quá trình tìm hiểu, chọn lựa linh kiện một cách phù hợp nhất, kết hợp giao tiếp với các khối cảm biến, công tắc hành trình, động cơ, rơ le, xử

Trang 1

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP HỒ CHÍ MINH

KHOA ĐIỆN – ĐIỆN TỬ

BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH

-

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

NGÀNH CÔNG NGHỆ KỸ THUẬT ĐIỆN TỬ TRUYỀN THÔNG

ĐỀ TÀI:

THIẾT KẾ VÀ THI CÔNG MÔ HÌNH

ĐIỀU KHIỂN, GIÁM SÁT BÃI GIỮ XE Ô TÔ TỰ ĐỘNG

GVHD : ThS Nguyễn Tấn Đời

SVTH : Nguyễn Thanh Lộc MSSV : 13141174

Trang 2

BỘ GIÁO DỤC & ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP HỒ CHÍ MINH

KHOA ĐIỆN – ĐIỆN TỬ

BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH

-

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

NGÀNH CÔNG NGHỆ KỸ THUẬT ĐIỆN TỬ TRUYỀN THÔNG

ĐỀ TÀI:

THIẾT KẾ VÀ THI CÔNG MÔ HÌNH

ĐIỀU KHIỂN, GIÁM SÁT BÃI GIỮ XE Ô TÔ TỰ ĐỘNG

GVHD : ThS Nguyễn Tấn Đời

SVTH : Nguyễn Thanh Lộc MSSV : 13141174

Tp Hồ Chí Minh - 2/2019

Trang 3

TRƯỜNG ĐH SPKT TP HỒ CHÍ MINH

KHOA ĐIỆN-ĐIỆN TỬ

BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH

CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM ĐỘC LẬP - TỰ DO - HẠNH PHÚC

o0o

NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

Họ tên sinh viên 1: Nguyễn Thanh Lộc MSSV: 13141174

Chuyên ngành: Điện tử công nghiệp Mã ngành: 41

Hệ đào tạo: Đại học chính quy Mã hệ: 1

Họ tên sinh viên 2: Mai Văn Thành MSSV: 13141310

Chuyên ngành: Điện tử công nghiệp Mã ngành: 41

Hệ đào tạo: Đại học chính quy Mã hệ: 1

I TÊN ĐỀ TÀI: THIẾT KẾ VÀ THI CÔNG MÔ HÌNH ĐIỀU KHIỂN, GIÁM SÁT

BÃI GIỮ XE Ô TÔ TỰ ĐỘNG

II NHIỆM VỤ

1 Các số liệu ban đầu:

− Kích thước mô hình: chiều dài 70cm, chiều rộng 60cm, chiều cao 75cm

− Động cơ có hộp số 24VDC giúp vận hành hệ thống có vận tốc 94 vòng/phút

− Cảm biến chữ U 24VDC phát hiện vật cản để xác định vị trí

− Công tắc hành trình 24VDC chức năng đóng, mở động cơ

− Webcam colorvis ND60 đóng vai trò thu nhận ảnh đầu vào, kết nối máy tính qua cổng USB

− Cơ cấu truyền động dây xích và bánh răng

− Mạch Arduino Uno R3 và RFID RC522 được dùng làm bộ xử lý đọc thẻ từ, kết nối máy tính thông qua cổng USB

2 Nội dung thực hiện:

− Tìm hiểu các phương thức giao tiếp với PLC

− Tìm hiểu nghiên cứu cách thức quẹt thẻ, xử lý ảnh

− Tìm hiểu PLC S7-1200, CPU-1214C

− Các cách thức hoạt động của mô hình để lựa chon linh kiện phù hợp

Trang 4

iii

− Tìm hiểu, nghiên cứu thiết kế mạch điều khiển cũng như đảo chiều động cơ dùng

rơ le

− Thiết kế, xây dựng phần cứng của mô hình

− Xây dựng chương trình điều khiển, giao tiếp giữa máy tính và Arduino, máy tính và camera, máy tính và PLC

− Chạy thử nghiệm, cân chỉnh và sửa lỗi mô hình

− Nhận xét, đánh giá chung toàn bộ hệ thống

− Viết báo cáo luận văn

− Báo cáo đề tài tốt nghiệp

III NGÀY GIAO NHIỆM VỤ: 1/9/2018

IV NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ: 10/1/2019

V HỌ VÀ TÊN CÁN BỘ HƯỚNG DẪN: ThS Nguyễn Tấn Đời

Trang 5

TRƯỜNG ĐH SPKT TP HỒ CHÍ MINH

KHOA ĐIỆN-ĐIỆN TỬ

BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH

CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM ĐỘC LẬP - TỰ DO - HẠNH PHÚC

o0o

Trang 7

- Hoàn chỉnh, cân chỉnh lại toàn bộ hệ thống

- Viết hoàn chỉnh quyển luận văn

Trang 8

vii

LỜI CAM ĐOAN

Đề tài này là do nhóm tự thực hiện dựa vào kiến thức được học, nghiên cứu tìm hiểu một số các đề tài và phương án đi trước, không sao chép từ bất cứ tài liệu hay công trình

đã có trước đó

Tp Hồ Chí Minh, ngày 11 tháng 01 năm 2019

Sinh viên thực hiện 1 Sinh viên thực hiện 2

Nguyễn Thanh Lộc Mai Văn Thành

Trang 9

LỜI CẢM ƠN

Được sự phân công của quý thầy cô, bộ môn Điện tử Công nghiệp – Y sinh, khoa Điện – Điện tử, trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật TP.HCM, sau gần ba tháng nghiên cứu

chúng em đã hoàn thành đề tài tốt nghiệp “Thiết kế và thi công mô hình điều khiển, giám

sát bãi giữ xe ô tô tự động”

Để hoàn thành đề tài được giao, ngoài sự nỗ lực học hỏi của bản thân còn có sự hướng dẫn tận tình của thầy cô và bạn bè Vì thế, trong lời đầu tiên của cuốn báo cáo đồ án tốt

nghiệp này, chúng em muốn dành lời cảm ơn chân thành đến Thầy Th.s Nguyễn Tấn Đời

cũng như các thầy cô giáo trong bộ môn và bạn bè đã trực tiếp hướng dẫn và tận tình giúp

đỡ, tạo điều kiện để chúng em hoàn thành tốt đề tài

Xin chân thành cảm ơn!

Tp Hồ Chí Minh, ngày 11 tháng 01 năm 2019

Sinh viên thực hiện 1 Sinh viên thực hiện 2

Nguyễn Thanh Lộc Mai Văn Thành

Trang 10

ix

MỤC LỤC

Trang bìa i

Nhiệm vụ đồ án ii

Lịch trình iv

Lời cam đoan vii

Lời cảm ơn viii

Mục lục ix

Liệt kê hình vẽ xii

Liệt kê bảng……… xv

Tóm tắt xvi

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN 1

1.1 Đặt vấn đề 1

1.2 Mục tiêu 1

1.3 Nội dung nghiên cứu 1

1.4 Giới hạn 2

1.5 Bố cục 2

CHƯƠNG 2 CƠ SỞ LÝ THUYẾT 4

2.1 Phân tích các phương án bãi đỗ xe ô tô 4

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

2.1.2 Phương án lựa chọn 6

2.2 Các cơ sở lý thuyết liên quan 7

2.2.1 Giới thiêu về ngôn ngữ C# và mô ̣t số công cụ liên quan 7

a Ngôn ngữ C# và NET Framework 7

b Thư viện S7.NET 7

c Giải thuật xử lý ảnh nhận dạng biển số xe 7

2.2.2 Công nghệ RFID 8

2.2.3 Các chuẩn giao tiếp truyền dữ liệu 10

a Chuẩn giao tiếp USB 10

b Chuẩn giao tiếp SPI 11

c Chuẩn giao tiếp Enthernet 11

2.2.4 Giới thiệu một số phần mềm lập trình 12

Trang 11

2.3 Giới thiệu phần cứng 17

2.3.1 Thiết bị xử lý trung tâm - PLC 17

2.3.2 Cảm biến quang 20

2.3.3 Công tắc hành trình 22

2.3.4 Rơ le trung gian 24

2.3.5 Động cơ DC giảm tốc có hộp số 25

a Động cơ DC 25

b Hộp số giảm tốc 27

CHƯƠNG 3 THIẾT KẾ 29

3.1 Giới thiệu 29

3.2 Thiết kế hệ thống 29

3.2.1 Thiết kế sơ đồ khối hệ thống 29

3.2.2 Thiết kế phần cứng 31

a Thiết kế khối xử lý trung tâm 31

b Thiết kế khối đọc thẻ 33

c Thiết kế khối thu nhận hình ảnh 37

d Thiết kế khối công tắc hành trình và khối cảm biến 38

e Thiết kế khối động cơ và khối rơ le 40

f Thiết kế khối nguồn 42

3.2.3 Sơ đồ nguyên lý của toàn mạch 44

CHƯƠNG 4 THI CÔNG HỆ THỐNG 46

4.1 Giới thiệu 46

4.2 Thi công hệ thống 46

4.2 Thi công mô hình 47

4.2.1 Thi công cánh tay lấy xe 47

4.2.2 Thi công hệ thống quay cho cánh tay 49

4.2.3 Thi công hệ thống nâng cánh tay lên, xuống 51

4.2.4 Thi công bộ nguồn cấp cho hệ thống 53

4.2.5 Kết nối các chân tín hiệu với PLC 54

4.3 Lập trình hệ thống 55

4.3.1 Lập trình cho PLC 55

a Giới thiệu phần mềm 55

b Lưu đồ giải thuật cho PLC 56

Trang 12

xi

c Chương trình chính điều khiển trên PLC 58

4.3.2 Chương trình đọc thẻ RFID cho Arduino 64

a Giới thiệu phần mềm 64

b Chương trình đọc mã thẻ RFID 64

4.3.3 Thiết kế giao diện C# 64

a Giới thiệu phần mềm 64

b Lưu đồ giải thuật điều khiển từ máy tính 66

c Chương trình chính trên C# 68

4.3.4 Hệ thống cơ sở dữ liệu SQL 62

4.3.5 Phần mềm lập trình C# 64

4.3.6 Lưu đồ giải thuật điều khiển từ máy tính 64

4.4 Lập trình mô phỏng 70

4.4.1 Mô phỏng trên trên WinCC 70

a Giới thiệu giao diện làm việc WinCC 70

b Giao diện giám sát hệ thống trên WinCC 71

4.4.2 Giao diện quản lý hệ thống trên C# 73

4.5 Tài liệu hướng dẫn sử dụng, thao tác 74

4.5.1 Hướng dẫn các bước sử dụng 74

4.5.2 Quy trình thao tác 74

CHƯƠNG 5 KẾT QUẢ_NHẬN XÉT_ĐÁNH GIÁ 75

5.1 Hệ thống mô hình 75

5.2 Hệ thống điện 78

5.3 Kết quả mô phỏng 82

5.3.1 Mô phỏng trên WinCC 82

5.3.2 Mô phỏng trên C# 82

5.3.3 Kết quả thống kê 84

CHƯƠNG 6 KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN 85

6.1 Kết luận 85

6.2 Hướng phát triển 85

TÀI LIỆU THAM KHẢO 87

PHỤ LỤC xvii

Trang 13

LIỆT KÊ HÌNH VẼ

Hình Trang

Hình 2.1 Phương án bãi đỗ dạng xếp hình 4

Hình 2.2 Phương án bãi đỗ dạng di chuyển quanh tòa nhà 5

Hình 2.3 Phương án bãi đỗ dạng tháp 5

Hình 2.4 Phương án bãi đỗ dạng hình trụ 6

Hình 2.5 Phương án bãi đỗ dạng tháp xếp tầng của nhóm 6

Hình 2.6 Giải thuật nhận dạng biển số xe 8

Hình 2.7 Cấu trúc thẻ RFID và hệ thống RFID cơ bản 9

Hình 2.8 Giao diện của Microsoft Visual Studio 2017 12

Hình 2.9 Giao diện của Microsoft SQL Server 2017 14

Hình 2.10 Giao diện của phần mềm TIA Portal V13 15

Hình 2.11 Giao diện của phầm mềm Arduino IDE 1.8.5 16

Hình 2.12 Một số loại PLC thông dụng 18

Hình 2.13 Cấu trúc cơ bản của PLC 19

Hình 2.14 Cấu trúc của cảm biến quang điện 21

Hình 2.15 Một số loại cảm biến quang thường dùng 22

Hình 2.16 Một số loại công tắc hành trình thông dụng 23

Hình 2.17 Cấu tạo và nguyên lý hoạt động của rơ le trung gian 24

Hình 2.18 Tiếp điểm NO và NC của rơ le trung gian 24

Hình 2.19 Một số loại Rơ le trung gian 25

Hình 2.20 Nguyên lý hoạt động của động cơ điện một chiều 26

Hình 2.21 Cấu tạo của hộp số giảm tốc 27

Hình 3.1 Sơ đồ khối toàn hệ thống 29

Hình 3.2 Kết nối PLC với máy tính 31

Hình 3.3 PLC S7 – 1200 CPU 1214C DC/DC/DC 31

Hình 3.4 Arduino Uno R3 chip cắm 33

Hình 3.5 Arduino Uno R3 chip dán 33

Hình 3.6 Bố trí linh kiện trên Arduino Uno R3 35

Hình 3.7 Mạch đọc thẻ RFID RC522 36

Hình 3.8 Sơ đồ chân Mạch đọc thẻ RFID RC522 37

Hình 3.9 Sơ đồ kết nối Arduino Uno R3 và Mạch đọc thẻ RFID RC522 37

Hình 3.10 Webcam Colorvis ND60 38

Trang 14

xiii

Hình 3.11 Công tắc hành trình Omrom V- 5F932DN 38

Hình 3.12 Cảm biến quang Panasonic Panadac 914 39

Hình 3.13 Sơ đồ kết nối cảm biến, công tắc hành trình với PLC 40

Hình 3.14 Rơ le trung gian Omron MY2N 40

Hình 3.15 Sơ đồ kết nối ngõ ra PLC với 2 rơ-le 13_1 và 13_2 41

Hình 3.16 Động cơ giảm tốc Tsukasa TG-85E-CH-77-D919 41

Hình 3.17 Cấu tạo động cơ giảm tốc Tsukasa TG-85E-CH-77-D919 42

Hình 3.18 Sơ đồ mạch điều khiển và đảo chiều động cơ DC 42

Hình 3.19 Nguồn tổ ong 24VDC – 3A 43

Hình 3.20 Sơ đồ kết nối toàn mạch 45

Hình 4.1 Lắp ráp động cơ cho cánh tay 47

Hình 4.2 Lắp ráp công tắc hành trình cho cánh tay vào 48

Hình 4.3 Lắp ráp công tắc hành trình cho cánh tay ra 48

Hình 4.4 Lắp ráp động cơ cho hệ thống quay 49

Hình 4.5 Lắp ráp công tắc hành trình cho hệ thống quay đến vị trí chẵn 50

Hình 4.6 Lắp ráp cảm biến cho hệ thống quay đến vị trí lẽ 50

Hình 4.7 Lắp ráp động cơ nâng cánh tây lên hoặc xuống 51

Hình 4.8 Lắp ráp cảm biến đếm giới hạn trên và giới hạn dưới cho từng vị trí 52

Hình 4.9 Lắp ráp công tắc hành trình giới hạn cánh tay xuống 52

Hình 4.10 Nguồn tổ ông 24VDC – 3A 53

Hình 4.11 Kết nối tín hiệu ngõ vào PLC 54

Hình 4.12 Kết nối tín hiệu ngõ ra của PLC 54

Hình 4.13 Giao diện vùng viết chương trình PLC 55

Hình 4.14 Lưu đồ giải thuật cho PLC 56

Hình 4.15 Sơ đồ các vị trí để xe trong mô hình 57

Hình 4.16 Giao diện thiết kế form trên C# 65

Hình 4.17 Giao diện viết chương trình trên C# 65

Hình 4.18 Thuật toán điều khiển PLC từ máy tính 66

Hình 4.19 Giao diện làm việc của WinCC 70

Hình 4.20 Giao diện màn hình chính trên WinCC 71

Hình 4.21 Giao diện giám sát bãi xe trên WinCC 72

Hình 4.22 Giao diện chính trên C# 73

Hình 4.23 Quy trình thao tác vận hành 74

Hình 5.1 Mặt trước của mô hình sau khi lắp thiết bị 75

Trang 15

Hình 5.2 Mặt dưới của mô hình sau khi lắp thiết bị 76

Hình 5.3 Cánh tay ra vào để lấy xe 76

Hình 5.4 Đông cơ quay đến vị trí chẵn lẽ hoạt động 77

Hình 5.5 Động cơ nâng hạ xe đến vị trí hoạt động 77

Hình 5.6 Domino phân bố điện áp cho các thiết bị trong mô hình 78

Hình 5.7 Điện áp của Domino phân bố điện cho các thiết bị 78

Hình 5.8 Điện áp cấp cho động cơ thông qua rơ le 79

Hình 5.9 PLC hoạt động khi cấp nguồn 80

Hình 5.10 Điện áp cấp vào PLC 81

Hình 5.11 Điện áp cấp ngõ ra của PLC 81

Hình 5.12 Giao diện giám sát bãi xe trên WinCC khi hoạt động 82

Hình 5.13 Giao diện quản lý thẻ xe trên C# khi xe vào 83

Hình 5.14 Giao diện quản lý thẻ xe trên C# khi xe ra 83

Trang 16

xv

LIỆT KÊ BẢNG

Bảng Trang

Bảng 3.1 Thông số cơ bản của PLC S7 – 1200 CPU 1214C DC/DC/DC 32

Bảng 3.2 Thông số kỹ thuật của Arduino Uno R3……… 34

Bảng 4.1 Danh sách các linh kiện ……… 46

Bảng 5.1 Kết quả chạy thực nghiệm hệ thống……… 84

Trang 17

TÓM TẮT

Với hệ thống giao thông dày đặc, xã hội phát triển và nhu cầu sử dụng phương tiện

cá nhân, đặc biệt là xe ô tô ngày càng tăng Điều này kéo theo việc các bãi giữ xe được xây dựng ngày càng nhiều, đặc biệt ở các thành phố lớn trong khi diện tích đất ngày càng hạn hẹp Từ đó, một số chủ phương tiện đỗ xe trên các vỉa hè cũng như lòng lề đường gây mất

mỹ quan đô thị và mất an toàn giao thông Chính vì lý do đó mà nhóm quyết định nghiên

cứu đề tài “Thiết kế và thi công mô hình điều khiển, giám sát bãi giữ xe ô tô tự động”

nhằm góp một phần nào đó để giải quyết thực trạng hiện tại cũng như áp dụng những kiến thức đã học vào thực tiễn

Trong đề tài này, nhóm sẽ dùng PLC làm thiết bị xử lý trung tâm, điều khiển toàn bộ

hệ thống, giám sát bằng WinCC Ngoài ra, nhóm còn ứng dụng công nghệ RFID, xử lý ảnh nhận diện biển số trên C# để tăng độ chính xác và tính bảo mật của hệ thống Với phương pháp này thì hệ thống hoàn toàn được chạy một cách tự động trong việc cất xe và trả xe cho khách Bên cạnh đó, hệ thống cũng được chạy bằng tay để phòng khi có các trường hợp phần mềm bị trục trặc hay mất thẻ

Mô hình được thi công thông qua quá trình tìm hiểu, chọn lựa linh kiện một cách phù hợp nhất, kết hợp giao tiếp với các khối cảm biến, công tắc hành trình, động cơ, rơ le, xử

lý tín hiệu hình ảnh, RFID, áp dụng giải thuật điều khiển, cũng như cân chỉnh các thông số với kết quả mong muốn cuối cùng là đạt được một mô hình bãi đỗ xe hoàn thiện và tối ưu nhất

Trang 18

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN

Chương 1 TỔNG QUAN

1.1 ĐẶT VẤN ĐỀ

Theo số liệu thống kê sơ bộ của Tổng cục Hải quan, trong tháng 7/2018, cả nước nhập gần 5.700 ô tô nguyên chiếc các loại, xuất xứ từ Thái Lan (chiếm 51%), xuất xứ

từ Indonesia (chiếm 31%), xuất xứ từ Hàn Quốc (chiếm 8%)[1*],… Điều này chứng

tỏ tình hình số lượng xe ô tô ở nước ta tăng khá nhanh Từ những số liệu trên đòi hỏi những yếu tố cơ sở hạ tầng phải đáp ứng cho sự tăng trưởng đó, đặc biệt là vấn đề về bãi đậu xe Một trong những phương pháp nhằm giải quyết những khó khăn này là việc ứng dụng sự phát triển của khoa học kỹ thuật, công nghệ cao vào trong xây dựng

cơ sở hạ tầng Cụ thể hơn, cần xây dựng những bãi đậu xe mang tính hiện đại, tự động cao và tính an toàn được đặt lên hàng đầu Đồng thời, những bãi đậu xe như vậy cần phải đáp ứng vừa 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 kiến thức

đã học vào thực tế để giải quyết những vấn đề nêu trên, chúng em quyết định nghiên

cứu và thi công đề tài: “Thiết kế và thi công mô hình điều khiển, giám sát bãi giữ

xe ô tô tự động”

1.2 MỤC TIÊU

Ứng dụng những tính năng vượt trội của PLC, các thiết bị tự động như cảm biến, công tắc hành trình, rơ le trung gian, động cơ,… để thực hiện một mô hình bãi giữ xe ô tô mang tính tự động cao, có khả năng tự động cất xe và trả xe Ngoài ra, với đề tài này nhóm còn ứng dụng công nghệ RFID và xử lý ảnh nhận diện biển số xe để tăng cường tính bảo mật cho hệ thống

1.3 NỘI DUNG NGHIÊN CỨU

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

• NỘI DUNG 1: Thu thập dữ liệu về nhu cầu sử dụng xe ô tô cá nhân và các bãi giữ xe hiện nay

Trang 19

• NỘI DUNG 2: Tìm hiểu ưu và nhược điểm của một số bãi giữ xe ô tô đang được

áp dụng hiện nay

• NỘI DUNG 3: Nghiên cứu, xây dựng thuật toán điều khiển hệ thống bãi giữ xe

ô tô tự động

• NỘI DUNG 4: Thiết kế và thi công mô hình

• NỘI DUNG 5: Đánh giá kết quả thực hiện

• NỘI DUNG 6: Nhận xét ưu nhược điểm của toàn bộ hệ thống và hướng phát triển đề tài

− Sử dụng loại động cơ DC giảm tốc 24V có hộp số đi kèm để vận hành hệ thống

− Nhóm không thi công tủ điện vì có một số linh kiện, thiết bị mượn ở phòng thực hành của khoa, không thể tháo rời khỏi bộ thí nghiệm

− Sử dụng các hàm của thư viện xử lý ảnh Emgu CV để xử lý nhận dạng biển số

• Chương 4: Thi công hệ thống

• Chương 5: Kết quả, nhận xét và đánh giá

• Chương 6: Kết huận và hướng phát triển

Trang 20

− Chương 2: Cơ sở lý thuyết

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

− Chương 3: Thiết kế hệ thống

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

và toàn bộ hệ thống

− Chương 4: Thi công hệ thống

Trình bày các bước thi công mô hình hoàn chỉnh từ phần cứng đến phần mềm Xây dựng lưu đồ giải thuật, phương trình tính toán các thông số cụ thể, xử lý tín hiệu

và lập trình cho PLC, vi điều khiển

− Chương 5: Kết quả, nhận xét và đánh giá

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 các mục tiêu

đã đặt ra ban đầu

− Chương 6: Kết luận và hướng phát triển

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

hướng phát triển cho đề tài

Trang 21

Chương 2 CƠ SỞ LÝ THUYẾT

2.1 Phân tích các phương án 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 dụng phổ biến nhằm lựa chọn ra phương án phù hợp cho đề tài

2.1.1 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 giữ được từ

▪ Bãi đỗ dạng di chuyển quanh tòa nhà

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

Trang 22

CHƯƠNG 2 CƠ SỞ LÝ THUYẾT

BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH 5

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 23

▪ 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 tự động bởi một cơ cấu nâng hạ

Hình 2.4 Phương án bãi đỗ dạng hình trụ

- 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

2.1.2 Phương án lựa chọn

Hình 2.5 Phương án bãi đỗ dạng tháp xếp tầng của nhóm

Trang 24

CHƯƠNG 2 CƠ SỞ LÝ THUYẾT

BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH 7

Sau khi phân tích, phương án áp dụng vào đề tài được lựa chọn theo các tiêu chí: tiết kiệm diện tích, hiệu quả kinh tế theo thời gian, tính tự động cao Do đó phương án bãi đỗ dạng tháp được sử dụng vào đề tài của nhóm

2.2 Các cơ sở lý thuyết liên quan

2.2.1 Giới thiệu về ngôn ngữ C# và một số công cụ liên quan

a Ngôn ngữ C# và NET Framework [2*]

C# là một ngôn ngữ hướng đối tượng trong sáng và an toàn cho phép các nhà phát triển dễ xây dựng một loạt các ứng dụng an toàn và mạnh mẽ chạy trên NET Framework Có thể sử dụng C# để tạo ra các ứng dụng truyền thống Windows, dịch

vụ Web XML, thành phần phân phối ứng dụng dạng clientserver, ứng dụng cơ sở dữ liệu, và nhiều hơn thế nữa NET Framework là một nền tảng phát triển phổ biến để xây dựng các ứng dụng cho Windows, Windows Store, Windows Phone, Windows Server, và Windows Azure Nền tảng NET Framework bao gồm ngôn ngữ lập trình C# và Visual Basic, Common Language Runtime và một lớp thư viện rộng lớn

b Thư viện S7.NET [3*]

S7.Net là trình điều khiển PLC chỉ hoạt động với PLC và chỉ với kết nối Ethernet Điều này có nghĩa là plc của bạn phải có CPU Profinet hoặc thẻ bên ngoài profinet (thẻ CPxxx) S7.Net được viết hoàn toàn bằng C#, vì vậy bạn có thể gỡ lỗi

dễ dàng mà không cần phải thông qua các bản gốc

S7.Net tương thích với S7-200, S7-300, S7-400, S7-1200, S7-1500

S7.Net hiển thị một lớp có tên Plc chứa tất cả các phương thức mà chúng ta có thể sử dụng để giao tiếp với PLC

Để kết nối và ngắt kết nối, bạn có thể sử dụng các hàm Open() và Close(), để giao tiếp, bạn có thể sử dụng bất kỳ phương thức nào để đọc và ghi các biến từ bộ nhớ PLC

Có thể đọc và ghi byte từ một vùng bộ nhớ duy nhất, được cung cấp địa chỉ bắt

đầu và số byte Có thể ánh xạ trực tiếp DB tới các lớp và cấu trúc

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

▪ Thư viện xử lý ảnh Emgu CV

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

Trang 25

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

▪ Giải thuật xử lý ảnh nhận diện biển số xe

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#

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 500x500

pixel

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

6 Mặc dù đã nhận dạng được các ký tự, nhưng lúc này thứ tự của chúng vẫn rất lộn xộn Do đó bước cuối cùng là sắp xếp chúng theo thứ tự dựa vào vị trí cắt của các ký

tự ở bước 4 Và cuối cùng ta có được kết quả là các chữ số và chữ cái chính xác, cũng như sắp xếp hợp lý như biển số đã chụp

2.2.2 Công nghệ RFID [1]

▪ Giới thiệu

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

Trang 26

CHƯƠNG 2 CƠ SỞ LÝ THUYẾT

BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH 9

▪ Cấu tạo

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

Hình 2.7 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 bị RFID tag trong vùng hoạt động sẽ cảm nhận được sóng điện từ này và thu nhận năng lượng, từ đó phát lại cho thiết bị RFID reader biết mã số của mình Từ đó thiết bị RFID reader nhận biết được tag nào đang trong vùng hoạt động

▪ 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 thẻ chip RFID được gán một mã số khác nhau Do vậy, khi một vật được gắn chip RFID thì khả năng nhận dạng nhầm vật đó với 1 thẻ chip RFID khác là rất thấp, xác suất là 1 phần 4 tỷ Với ưu điểm về mặt công nghệ như vậy nên sự bảo mật và độ an toàn 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

Trang 27

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

2.2.3 Các chuẩn giao tiếp truyền dữ liệu [5*]

a Chuẩn giao tiếp USB

▪ Giới thiệu

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

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

Những thiết bị USB có đặc tính cắm nóng, điều này có nghĩa các thiết bị có thể 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 khi máy tính chuyển sang chế độ tiết kiệm điện

Trang 28

CHƯƠNG 2 CƠ SỞ LÝ THUYẾT

BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH 11

b Chuẩn giao tiếp SPI

SPI là một chuẩn truyền thông nối tiếp tốc độ cao do hãng Motorola đề xuất Đây là kiểu truyền thông Master-Slave, trong đó có 1 chip Master điều phối quá trình truyền thông và các chip Slaves được điều khiển bởi chip Master, vì thế truyền thông chỉ xảy ra giữa Master và Slave SPI là một cách truyền song công (full duplex), nghĩa

là tại cùng một thời điểm, quá trình truyền và nhận có thể xảy ra đồng thời SPI đôi khi được gọi là chuẩn truyền thông “4 dây” vì có 4 đường giao tiếp trong chuẩn này

đó là SCK (Serial Clock), MISO (Master Input Slave Output), MOSI (Master Ouput Slave Input) và SS (Slave Select)

- SCK: Xung giữ nhịp cho giao tiếp SPI, vì SPI là chuẩn truyền đồng bộ nên cần 1 đường giữ nhịp, mỗi nhịp trên chân SCK báo 1 bit dữ liệu đến hoặc đi Sự tồn tại của chân SCK giúp quá trình truyền ít bị lỗi và vì thế tốc độ truyền của SPI có thể đạt rất cao Xung nhịp chỉ được tạo ra bởi chip Master

- MISO – Master Input / Slave Output: nếu là chip Master thì đây là đường Input còn nếu là chip Slave thì lại là Output MISO của Master và các Slaves được nối trực tiếp với nhau

- MOSI – Master Output / Slave Input: nếu là chip Master thì đây là đường Output còn nếu là chip Slave thì là Input MOSI của Master và các Slaves được nối trực tiếp với nhau

- SS – Slave Select: SS là đường chọn Slave cần giao tiếp, trên các chip Slave đường SS sẽ ở mức cao khi không làm việc Nếu chip Master kéo đường SS của một Slave nào đó xuống mức thấp thì việc giao tiếp sẽ xảy ra giữa Master và Slave đó Chỉ có 1 đường SS trên mỗi Slave nhưng có thể có nhiều đường điều khiển SS trên Master, tùy thuộc vào thiết kế của người dùng

c Chuẩn giao tiếp Enthernet

Ethernet là 1 công nghệ mạng cục bộ (LAN) nhằm chuyển thông tin giữa các máy tính với tốc độ từ 10 đến 100 Mbps Hiện thời công nghệ Ethernet thường được

sử dụng nhất là công nghệ sử dụng cáp đôi xoắn 10-Mbps Công nghệ truyền thông 10-Mbps sử dụng hệ thống cáp đồng trục cỡ lớn, hoặc cáp đôi, cáp sợi quang Tốc độ chuẩn cho hệ thống Ethernet hiện nay là 100-Mbps

Từ khi chuẩn Ethernet ra đời, các đặc tính kĩ thuật và trình tự để xây dựng nên

1 mạng Ethernet đã trở nên dễ dàng hơn đối với mọi người Những đặc tính này cùng

Trang 29

với tính dễ sử dụng đã tạo nên một thị trường Ethernet rộng lớn và là nguyên nhân cho sự ứng dụng rộng rãi của Ethernet trong nền công nghiệp máy tính

Phần lớn các hãng sản xuất máy tính ngày nay trang bị cho sản phẩm của họ thiết bị 10-Mbps Ethernet khiến cho thiết bị của họ có thể sẵn sàng kết nối vào mạng Ethernet cục bộ Khi chuẩn Ethernet 100-Mbps đã trở nên phổ biến hơn thì máy tính được trang bị các thiết bị Ethernet hoạt động ở cả hai tốc độ 10-Mbps và 100-Mbps Những quản lí viên mạng Ethernet ngày nay cần thiết phải biết liên kết một số lượng lớn các máy tính lại với nhau bằng công nghệ mạng thiết bị trung gian Rất nhiều mạng LAN ngày nay hỗ trợ các máy tính được sản xuất bởi nhiều hãng khác nhau, tuy nhiên cần phải đảm bảo được sự tương thích giữa các dòng máy tính

2.2.4 Giới thiệu một số phần mềm lập trình

▪ Phần mềm Microsoft Visual Studio

Hình 2.8 Giao diện của Microsoft Visual Studio 2017

Visual studio là một trong những công cụ hỗ trợ lập trình rất nổi tiếng nhất hiện nay của Mcrosoft và chưa có một phần mềm nào có thể thay thế được nó Visual Studio được viết bằng 2 ngôn ngữ đó chính là C# và VB+ Đây là 2 ngôn ngữ lập trình giúp người dùng có thể lập trình được hệ thống một các dễ dàng và nhanh chóng nhất thông qua Visual Studio

Trang 30

CHƯƠNG 2 CƠ SỞ LÝ THUYẾT

BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH 13

Visual Studio là một phần mềm lập trình hệ thống được sản xuất trực tiếp từ Microsoft Từ khi ra đời đến nay, Visual Studio đã có rất nhiều các phiên bản sử dụng khác nhau Điều đó, giúp cho người dùng có thể lựa chọn được phiên bản tương thích với dòng máy của mình cũng như cấu hình sử dụng phù hợp nhất

Bên cạnh đó, Visual Studio còn cho phép người dùng có thể tự chọn lựa giao diện chính cho máy của mình tùy thuộc vào nhu cầu sử dụng

▪ Một số tính năng

- Biên tập mã

Giống như bất kỳ một IDE khác, Visual Studio gồm có một trình soạn thảo mã

hỗ trợ tô sáng cú pháp và hoàn thiện mả bằng các sử dụng IntelliSense không chỉ cho các hàm, biến và các phương pháp mà còn sử dụng cho các cấu trúc ngôn ngữ như truy vấn hoặc vòng điều khiển

- Trình gỡ lỗi

Visual Studio có một trình gỡ lỗi có tính năng vừa lập trình gỡ lỗi cấp máy và

gỡ lỗi cấp mã nguồn Tính năng này hoạt động với cả hai mã quản lý giống như ngôn ngữ máy và có thể sử dụng để gỡ lỗi các ứng dụng được viết bằng các ngôn ngữ được

hỗ trợ bởi Visual Studio

- Thiết kế

+ Windows Forms Designer

Được sử dụng với mục đích xây dựng GUI sử dụng Windows Forms, được bố trí dùng để xây dựng các nút điều khiển bên trong hoặc cũng có thể khóa chúng vào bên cạnh mẫu Điều khiển trình bày dữ liệu có thể được liên kết với các nguồn dữ liệu như: Cơ sở dữ liệu hoặc truy vấn

+ WPF Designery

Tính năng này cũng giống như Windows Forms Designer có công dụng hỗ trợ kéo và thả ẩn dụ Sử dụng tương tác giữa người và máy tính nhắm mục tiêu vào Windows Presentation Foundation

+ Web designer/development

Visual Studio cũng có một trình soạn thảo và thiết kế website cho phép các trang web được thiết kế theo tính năng kéo và thể đối tượng

Trang 31

▪ Phần mềm Microsoft SQL Server

Hình 2.9 Giao diện của Microsoft SQL Sever 2017

SQL Server là viết tắt của Structure Query Language, nó là một công cụ quản

lý dữ liệu được sử dụng phổ biến ở nhiều lĩnh vực Hầu hết các ngôn ngữ bậc cao đều

có trình hỗ trợ SQL như Visual Basic, Oracle, Visual C Các chương trình ứng dụng

và các công cụ quản trị cơ sở dữ liệu (CSDL) cho phép người sử dụng truy nhập tới

cơ sở dữ liệu mà không cần sử dụng trực tiếp SQL Nhưng những ứng dụng đó khi chạy phải sử dụng SQL

▪ Đặc điểm của SQL Server

- SQL là ngôn ngữ tựa tiếng Anh

- SQL là ngôn ngữ phi thủ tục, nó không yêu cầu ta cách thức truy nhập cơ sở dữ

liệu như thế nào Tất cả các thông báo của SQL đều rất dễ sử dụng và ít khả năng mắc lỗi

- SQL cung cấp tập lệnh phong phú cho các công việc hỏi đáp dữ liệu

+ Chèn, cập nhật, xoá các hàng trong một quan hệ

+ Tạo, sửa đổi, thêm và xoá các đối tượng trong cơ sở dữ liệu

+ Điều khiển việc truy nhập tới cơ sở dữ liệu và các đối tượng của cơ sở dữ liệu

để đảm bảo tính bảo mật của cơ sở dữ liệu

+ Đảm bảo tính nhất quán và sự ràng buộc của cơ sở dữ liệu

Trang 32

CHƯƠNG 2 CƠ SỞ LÝ THUYẾT

BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH 15

+ Yêu cầu duy nhất để sử dụng cho các hỏi đáp là phải nắm vững được các cấu trúc sơ sở dữ liệu của mình

▪ Đối tượng làm việc của SQL Server

Là các bảng (tổng quát là các quan hệ) dữ liệu hai chiều Các bảng này bao gồm một hoặc nhiều cột và hàng Các cột gọi là các trường, các hàng gọi là các bản ghi Cột với tên gọi và kiểu dữ liệu (kiểu dl của mỗi cột là duy nhất) xác định tạo nên cấu trúc của bảng (Ta có thể dùng lệnh Desc[ribe] TABLE-name để xem cấu trúc của bảng, phần tuỳ chọn có thể được bỏ trong Oracle) Khi bảng đã được tổ chức hệ thống cho một mục đích nào đó có một cơ sở dữ liệu

▪ Phần mềm TIA Portal

Hình 2.10 Giao diện của phần mềm TIA Portal V13

TIA Portal (Total Intergrated Automation Portal) là phần mềm cơ sở tích hợp tất cả các phần mềm lập trình cho các hệ tự động hóa và truyền động điện: PLC, HMI, Inverter của Siemens

Được thiết kế với giao diện thân thiện người sử dụng, lần đầu làm quen thì rất rối mắt bởi rất nhiều tính năng và tác vụ của nó, nhưng khi làm quen nhiều rồi thí đúng là rất tiện, tất cả trong một Tất cả các bộ điều khiển PLC, HMI, Inverter đều được cấu hình trên TIA Portal V13, tạo ra sự nhất quán trong việc lập trình, cấu hình sản phẩm

Các gói phần mềm có trong TIA Portal

Trang 33

– SIMATIC STEP7 Professional V13 và SIMATIC STEP7 V13 PLCSIM dùng

để lập trình và mô phỏng PLC S7-1200, S7-300, S7-400

– SIMATIC WinCC Professional V13: Lập trình giao diện HMI và IPC

– SIMATIC Start Driver V13: Cấu hình biến tần Siemens

▪ Phần mềm Arduino IDE

Hình 2.11 Giao diện của phầm mềm Arduino IDE 1.8.5

Các thiết bị dựa trên nền tảng Arduino được lập trình bằng ngôn ngữ riêng Ngôn ngữ này dựa trên ngôn ngữ Wiring được viết cho phần cứng Và Wiring lại là một biến thể của C/C++ Một số người gọi nó là Wiring, một số khác thì gọi là C hay C/C++ và đội ngũ phát triển Arduino gọi là ngôn ngữ Arduino Ngôn ngữ Arduino bắt nguồn từ C/C++ phổ biến hiện nay do đó rất dễ học, dễ hiểu Để lập trình cũng như gửi lệnh và nhận tín hiệu từ mạch Arduino, nhóm phát triển dự án này đã cũng cấp đến cho người dùng một môi trường lập trình Arduino được gọi là Arduino IDE (Intergrated Development Environment)

Arduino IDE là phần mềm dùng để lập trình cho Arduino Môi trường lập trình Arduino IDE có thể chạy trên ba nền tảng phổ biến nhất hiện nay là Windows, Macintosh OSX và Linux Do có tính chất nguồn mở nên môi trường lập trình này hoàn toàn miễn phí và có thể mở rộng thêm bởi người dùng có kinh nghiệm Ngôn ngữ lập trình có thể được mở rộng thông qua các thư viện C++ Và do ngôn ngữ lập

Trang 34

CHƯƠNG 2 CƠ SỞ LÝ THUYẾT

BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH 17

trình này dựa trên nền tảng ngôn ngữ C của AVR nên người dùng hoàn toàn có thể nhúng thêm code viết bằng AVR vào chương trình nếu muốn

2.3 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

- Thiết bị đầu vào: thiết bị đọc thẻ RFID, camera, cảm biến quang, công tắc hành

trình

- Thiết bị đầu ra: Động cơ DC giảm tốc (có hộp số), rơ le trung gian

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

▪ Giới thiệu

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 có thời 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 có chức năng điều chỉnh (như PID, ) và các chức năng tính toán khác Lúc đầu, PLC chủ yếu được ứng dụng trong các ngành công nghiệp chế tạo, điều khiển các quá trình 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

- 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,

Trang 35

PLC có những ưu điểm mà các bộ điều khiển cổ điển dùng dây nối và rơ-le không 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

Hình 2.12 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

Trang 36

CHƯƠNG 2 CƠ SỞ LÝ THUYẾT

BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH 19

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

NG O

(INPUT)

BỘ NH

BỘ Ử LÝ TRUNG TÂM (CPU)

NG RA (OUTPUT)

- 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

▪ Nguyên lý hoạt động

Trạng thái ngõ vào của PLC được phát hiện và được lưu vào bộ nhớ đệm, (bộ nhớ trong PLC gồm các thành phần như sau: ROM, EPROM, EEOROM PLC) thực hiện các lệnh logic trên các trạng thái của chúng và thông qua chương trình trạng thái, ngõ ra được cập nhật và lưu vào bộ nhớ đệm Sau đó, trạng thái ngõ ra trong bộ nhớ 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 theo chương trình

Trang 37

trong bộ nhớ Chương trình được truyền nạp vào PLC thông qua những thiết bị lập trình chuyên dụng

▪ Ứng dụng

Nhờ họat động theo chương trình nên PLC có thể được ứng dụng để điều khiển nhiều thiết bị máy móc khác nhau Chỉ cần thay đổi chương trình điều khiển và cách kết nối thì chính PLC đó để điều khiển thiết bị, hay máy móc khác Cũng như vậy, nếu muốn thay đổi quy luật hoạt động của máy móc, thiết bị hay hệ thống sản xuất tự động, rất đơn giản, chỉ cần thay đổi chương trình điều khiển Các đối tượng mà PLC

có thể điều khiển được rất đa dạng, từ máy bơm, máy cắt, máy khoan, lò nhiệt,… đến các hệ thống phức tạp như: băng tải, hệ thống chuyển mạch tự động (ATS), thang máy, dây chuyền sản xuất,…

2.3.2 Cảm biến quang [7*]

▪ Giới thiệu

Cảm biến quang điện (Photoelectric Sensor) thực chất chúng là do các linh kiện quang điện tạo thành Khi có ánh sáng thích hợp chiếu vào bề mặt của cảm biến quang, chúng sẽ thay đổi tính chất Tín hiệu quang được biến đổi thành tín hiệu điện nhờ hiện tượng phát xạ điện tử ở cực catot (Cathode) khi có một lượng ánh sáng chiếu vào Từ đó cảm biến sẽ đưa ra đầu ra để tác động theo yêu cầu công nghệ

Cảm biến quang điện có những ưu điểm sau:

– Phát hiện vật thể nhưng không cần tiếp xúc với vật thể đó (Phát hiện từ xa) – Phát hiện được từ khoảng cách xa

– Ít bị hao mòn, có tuổi thọ và độ chính xác, tính ổn định cao

– Phát hiện nhiều vật thể khác nhau

– Thời gian đáp ứng nhanh, có thể điều chỉnh độ nhạy theo ứng dụng

Trang 38

CHƯƠNG 2 CƠ SỞ LÝ THUYẾT

BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH 21

– Bộ thu sáng

Thông thường bộ thu sáng là một phototransistor (transistor quang) Bộ phận này cảm nhận ánh sáng và chuyển đổi thành tín hiệu điện tỉ lệ Hiện nay nhiều loại cảm biến quang sử dụng mạch ứng dụng tích hợp chuyên dụng ASIC (Application Specific Integrated Circuit) Mạch này tích hợp tất cả bộ phận quang, khuếch đại, mạch xử lý và chức năng vào một vi mạch (IC)

Bộ phận thu có thể nhận ánh sáng trực tiếp từ bộ phát (như trường hợp của loại thu-phát), hoặc ánh sáng phản xạ lại từ vật bị phát hiện (trường hợp phản xạ khuếch tán)

– Mạch tín hiệu ra

Mạch ngõ ra chuyển tín hiệu tỉ lệ (analogue) từ transistor quang/ ASIC thành tín hiệu On/ Off được khuếch đại Khi lượng ánh sáng thu được vượt quá mức ngưỡng được xác định, tín hiệu ra của cảm biến được kích hoạt Mặc dù một số loại cảm biến thế hệ trước tích hợp mạch nguồn và dùng tín hiệu ra là tiếp điểm rơ le vẫn khá phổ biến, ngày nay các loại cảm biến chủ yếu dùng tín hiệu ra bán dẫn (PNP/NPN)

Hình 2.14 Cấu trúc của cảm biến quang điện

▪ Phân loại

– Cảm biến quang thu phát (Through-beam sensor)

– Cảm biến quang phản xạ gương (Retro – reflection sensor)

– Cảm biến quang khuếch tán (Diffuse reflection sensor)

Trang 39

▪ Các loại cảm biến quang thường dùng

– Cảm biến quang Omron: E3F3, E3X, E3Z, E3Z-L, E3Z-G, E3X-DA-S,

E3JK,…

– Cảm biến quang Hanyoung: PS, PY, PZ1, PL-D, PE, PW, PN, PTX,

– Cảm biến quang Autonics

– Cảm biến quang Sick

– Cảm biến quang IFM

– Cảm biến quang Keyence

– Cảm biến quang Yamatake

– Cảm biến quang Sunx

– Cảm biến quang Carlo Gavazzi

Hình 2.15 Một số loại cảm biến quang thường dùng

2.3.3 Công tắc hành trình [8*]

▪ Giới thiệu

Công tắc hành trình là thiết bị dùng để giới hạn hành trình của các bộ phận chuyển động khác Có chức năng đóng mở, được đặt tại một vị trí nhất định trên đường hoạt động của một dòng điện hay một động cơ nào đó mà đến vị trí của công tắc sẽ có sự thay đổi xảy ra Có thể tắt, có thể chuyển hướng, có thể quay và có thể chuyển hóa được từ động cơ thành tín hiệu

Công tắc hành trình khác với công tắc thông thường đó là không duy trì được

Trang 40

CHƯƠNG 2 CƠ SỞ LÝ THUYẾT

BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH 23

trạng thái cố định, tức là nếu không có tác động nữa thì công tắc sẽ trở về trạng thái ban đầu Có thể lấy ví dụ đơn giản cho các bạn có thể hình dung đó là công tắc hành trình trong các tủ lanh, khi mở cửa ra đèn sáng, khi đóng cánh tủ lại thì đèn tắt,…

▪ Cấu tạo

Vì là một loại công tắc nên nó có đầy đủ các bộ phận của một công tắc điện bình thường Ngoài ra có thêm 1 bộ phận đó là cần tác động Công tắc hành trình là loại công tắc có 3 chân Chân COM, chân tạo với chân COM thành tiếp điểm NC (thường đóng), chân còn lại tạo với chân COM thành tiếp điểm NO (thường mở)

▪ Phân loại

Có nhiều chủng loại công tắc hành trình tùy theo ứng dụng riêng biệt có thể phù

hợp với từng ứng dụng về kích thước, chức năng, và môi trường hoạt động

– Theo hãng sản xuất: Omron, Hanyoung,…

– Theo kiểu dáng: dạng gạt, dạng nhấn, dạng kéo và treo, thường đóng thường

Hình 2.16 Một số

loại công tắc hành trình thông dụng

Ngày đăng: 21/05/2019, 15:38

TỪ KHÓA LIÊN QUAN

TRÍCH ĐOẠN

TÀI LIỆU CÙNG NGƯỜI DÙNG

TÀI LIỆU LIÊN QUAN

w