NGHIÊN cứu và THIẾT kế TRẠM THU PHÍ tự ĐỘNG kết hợp cân điện tử

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC ĐÔNG Á KHOA CNKT ĐIỆN - ĐIỆN TỬ Đề tài: NGHIÊN CỨU VÀ THIẾT KẾ TRẠM THU PHÍ TỰ ĐỘNG KẾT HỢP CÂN ĐIỆN TỬ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐÀ NẴNG – 04/2016 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC ĐÔNG Á KHOA CNKT ĐIỆN - ĐIỆN TỬ - GVHD: LÊ VIẾT VĨNH ĐỀ TÀI : NGHIÊN CỨU VÀ THIẾT KẾ TRẠM THU PHÍ TỰ ĐỘNG KẾT HỢP CÂN ĐIỆN TỬ CHUYÊN NGÀNH: TỰ ĐỘNG HÓA ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐÀ NẴNG - 04/2016 LỜI NĨI ĐẦU Nhóm thực đề tài xin gửi lời cảm ơn chân thành đến quý Thầy cô khoa Điện – Điện Tử, quý Thầy cô thuộc môn Điện Tử giảng dạy truyền đạt kiến thức chuyên ngành cho nhóm thực đề tài thời gian vừa qua Đặc biệt nhóm thực xin gửi lời cảm ơn sâu sắc tới Thầy Lê Viết Vĩnh tận tình hướng dẫn giúp đỡ tạo điều kiện thuận lợi giúp nhóm thực hồn thành tốt đề tài Nhóm thực đề tài không quên cảm ơn bạn lớp trao đổi, góp ý để nhóm thực hồn thành đề tài cách tốt đẹp thời gian Mặc dù có nhiều cố gắng nỗ lực thực hiện, kiến thức khả thân nhiều hạn chế nên q trình thực đề tài tránh khỏi sai phạm, thiếu sót…Rất mong nhận góp ý, dẫn từ nơi quý thầy cô bạn sinh viên Xin chân thành cảm ơn! Nhóm thực đề tài TĨM TẮT Ngày khoa học cơng nghệ ngày phát triển, vi điều khiển AVR vi điều khiển PIC ngày thơng dụng hồn thiện , nói xuất Arduino vào năm 2005 Italia mở hướng cho vi điều khiển Sự xuất Arduino hỗ trợ cho người nhiều lập trình thiết kế, người bắt đầu tìm tòi vi điều khiển mà khơng có q nhiều kiến thức, hiểu biết sâu sắc vật lý điện tử Phần cứng thiết bị tích hợp nhiều chức mã nguồn mở Ngơn ngữ lập trình Java lại vô dễ sử dụng tương thích với ngơn ngữ C hệ thư viện phong phú chia sẻ miễn phí Chính lý nên Arduino dần phổ biến phát triển ngày mạnh mẽ tồn giới Có nhiều cơng nghệ đời sử dụng nhiều lĩnh vực Trong đó, cơng nghệ RFID sử dụng rộng rãi nhiều lĩnh vực toán siêu thị, toán ngân hàng, sử dụng cho bãi giữ xe Ngồi ra, cơng nghệ sử dụng rộng rãi đời sống Sự đời thẻ RFID ý tưởng độc đáo Thẻ RFID thay cho mã vạch sản phẩm có bán siêu thị bán lẻ thay cơng nghệ tìm dấu vết máy phát radio nhỏ không đắt tiền Thông tin truyền qua khoảng cách nhỏ mà không cần tiếp xúc vật lý Đó mà RFID mang tới Trên sở kiến thức học môn học : Vi Điều Khiển – Vi Xử Lý , Ghép Nối Điều Khiển Thiết Bị Ngoại Vi… với hiểu biết thiết bị điện tử, chúng em định thực đề tài : “NGHIÊN CỨU VÀ THIẾT KẾ TRẠM THU PHÍ TỰ ĐỘNG KẾT HỢP CÂN ĐIỆN TỬ ” thiết kế gồm có phần cứng phần mềm Phần mềm thiết kế công cụ Microsoft Visual Basic 2010 giao tiếp với phần cứng Arduino mega 2560 kết nối với modul đọc thẻ từ RFID RC522 Ứng dụng thực số chức phần cứng nhận diện thẻ RFID, từ quản lý xe bãi cách dễ dàng có độ an tồn tuyệt đối thời gian xử lý nhanh chóng, tránh ùn tắc bãi giữ xe thông thường Đề tài có tính thực tiễn cao nghiên cứu phát triển thêm đề tài ứng dụng ngồi thực tế tương lai MỤC LỤC Đồ án tốt nghiệp Đại Học Đông Á CHƯƠNG TỔNG QUAN VỀ ĐỀ TÀI 1.1 VAI TRỊ VÀ ỨNG DỤNG CỦA CƠNG NGHỆ HIỆN NAY Ngày nay, khoa học công nghệ ngày phát triển, công nghệ đánh giá cao công nghệ RFID Chúng ngày phổ biến ứng dụng nhiều lĩnh vực quản lý đối tượng, nhân sự, quản lý hàng hóa bán lẻ siêu thị, nghiên cứu động vật học, quản lý hàng hóa xí nghiệp, kho hàng Bên cạnh đó, cơng cụ lập trình Microsoft Visual Basic 2010 ưa chuộng cho việc lập trình máy tính, giao diện đẹp dễ sử dụng 1.2 LÝ DO CHỌN ĐỀ TÀI Hiện quốc lộ nước ta có 60 trạm thu phí loại.Trong 45 trạm khu quản lý đường trực thuộc cục đường VIỆT NAM quản lý trạm Cục ủy quyền cho sở GTVT/GTCC quản lý, trạm UBND tỉnh quản lý trạm doanh nghiệp BOT quản lý.Trong số có 14 trạm tự động hóa khâu thu phí kiểm sốt ( trạm QL5,3 trạm QL1,trạm cầu Mỹ Thuận, Trạm Cỏ May, trạm QL13, trạm QL10,trạm xa lộ Hà Nội, trạm cầu Cần Thơ ) Một thực trạng thiết bị trạm thu phí nơi kiểu, khơng có tiêu chuẩn chung thiết bị công nghệ đẫn đến quy trình thu khác gây phức tạp cho cơng tác quản lý không thuận tiện cho phương tiện qua lại, số không phù hợp với chế độ tài Việt Nam nên buộc đơn vị sử dụng phải vận dụng biện pháp vận hành khác với thiết kế ban đầu đẫn đến hậu hiệu đầu tư thấp, khó kiểm sốt số thu thực tế,không hạn chế số nhân cơng tiềm ẩn nhiều phát sinh tiêu cực Vì việc xác định, lựa chọn công nghệ phù hợp với điều kiện kinh tế việt nam nhằm làm sở cho việc xây dựng quy trình thu phí thuận tiện, an toàn hiệu cần phải tiến hành Căn vào triển khai việc thống đồng hóa thiết bị cơng nghệ quy trình thu tồn mạng lưới trạm thu phí quốc lộ,đặc biệt tuyến đường quan trọng tuyến đường đối ngoại, giúp cho thu phí Việt Nam văn minh đại Ngồi tạo điều kiện đưa ứng dụng công nghệ vào thực tế đại hóa cơng tác thu phí, cho phép ứng dụng phương thức thu đại, thuận tiện cho người sử dụng, bảo đảm an toàn giao thong, hỗ trợ quản lý tốt tiền thu phí, chống thất thu giảm nhân lực Đề tài có số ưu điểm như: Trang Đồ án tốt nghiệp Đại Học Đơng Á  Giá thành, chi phí lắp đặt rẻ  Phần cứng sử dụng ARDUINO hỗ trợ nhiều thư viện  Phần mềm sử dụng công cụ Microsoft Visual Basic 2010 Microsoft hỗ trợ ngôn ngữ Visual Basic sử dụng phổ biến, nguồn tài liệu phong phú Vì vậy, nhóm thực đề tài định chọn đề tài tốt nghiệp NGHIÊN CỨU VÀ THIẾT KẾ TRẠM THU PHÍ TỰ ĐỘNG KẾT HỢP CÂN ĐIỆN TỬ 1.3 MỤC ĐÍCH CỦA ĐỀ TÀI Nhóm thực đề tài chọn đồ án theo hướng NGHIÊN CỨU VÀ THIẾT KẾ TRẠM THU PHÍ TỰ ĐỘNG KẾT HỢP CÂN ĐIỆN TỬ để phát triển ứng dụng thực tế 1.4 MỤC TIÊU VÀ PHẠM VI NGHIÊN CỨU Sau chấp nhận đề tài nghiên cứu hướng dẫn, nhóm thực đề tài đặt mục tiêu nghiên cứu cụ thể sau: tìm hiểu nguyên tắc hoạt động công nghệ RFID module RC 522, biết cách thiết kế ứng dụng Microsoft Visual Basic 2010 phần cứng phải giao tiếp với phần mềm thông qua ARDUINO Do giới hạn thời gian nghiên cứu kiến thức chuyên ngành nên nhóm thực đề tài tập trung nghiên cứu số vấn đề xoay quanh đề tài như: tìm hiểu cài đặt cơng cụ hỗ trợ lập trình ARDUINO Visual Basic 2010, xây dựng giao diện Microsoft Visual Basic 2010 đóng vai trò kết nối với phần cứng thực chức đọc thẻ RFID từ module đọc thẻ RC 522 1.5 PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU Chúng thực đề tài sử dụng phương pháp để nghiên cứu đề tài sau:  Phương pháp phân tích tổng hợp lý thuyết  Phương pháp tham khảo tài liệu  Phương pháp thực nghiệm Cụ thể:  Trang Tìm hiểu Arduino phần cứng tập lệnh Đồ án tốt nghiệp  Đại Học Đơng Á Tìm hiểu phần cứng Arduino mega 2560 Viết chương trình điều khiển phần mềm Arduino  Thiết kế phần khí chế tạo  Lập trình hồn thiện mơ hình Trạm thu phí kết hợp cân điện tử 1.6 TỔNG QUAN Đề tài “NGHIÊN CỨU VÀ THIẾT KẾ TRẠM THU PHÍ TỰ ĐỘNG KẾT HỢP CÂN ĐIỆN TỬ ” Bao gồm phần chính:  Động  Tìm hiểu mạch Arduino mega 2560  Tìm hiểu phần mềm Arduino để viết chương trình  Ý nghĩa đề tài: Đề tài Nghiên cứu thiết kế trạm thu phí tự động kết hợp cân điện tử RFID ứng dụng thực tế mà phát triển mạnh mẽ, đa dạng sinh động, ứng dụng nhiều sống nhằm giảm bớt sức lao động người 1.7 BỐ CỤC ĐỀ TÀI Đề tài bao gồm nội dung sau: CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ ĐỀ TÀI Chương giới thiệu chung đề tài, lý chọn đề tài, mục tiêu đề tài CHƯƠNG 2: NGHIÊN CỨU LÝ THUYẾT Chương giới thiệu khái quát Arduino Mega 2560 công nghệ RFID CHƯƠNG 3: KHẢO SÁT VÀ THIẾT KẾ Chương nói việc thiết kế tổng quan cho hệ thống CHƯƠNG 4: CHƯƠNG TRÌNH ĐIỀU KHIỂN Chương mơ tả quy trình hoạt động toàn hệ thống CHƯƠNG 5: KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN Chương tóm tắt lại thành phần hệ thống, hạn chế cần khắc phục chưa làm Trang Đồ án tốt nghiệp Đại Học Đông Á CHƯƠNG NGHIÊN CỨU LÝ THUYẾT 2.1 GIỚI THIỆU VỀ ARDUINO 2.1.1 Lịch sử hình thành phát triển Arduino thực gây sóng gió thị trường người dùng DIY (là người tự chế sản phẩm mình) toàn giới vài năm gần đây, gần giống với Apple làm thị trường thiết bị di động, số lượng người dùng cực lớn đa dạng với trình độ trải rộng từ bậc phổ thông lên đến đại học làm cho người tạo chúng phải ngạc nhiên mức độ phổ biến Hình 2.1 Những thành viên khởi xướng Arduino Arduino mà khiến sinh viên nhà nghiên cứu trường đại học danh tiếng MIT, Stanford, Camegie Mellon phải sử dụng; Google muốn hỗ trợ cho đời kit Arduino Mega ADK dùng để phát triển ứng dụng Android tương tác với cảm biến thiết bị khác Arduino thật bo mạch vi xử lý dùng để lập trình tương tác với thiết bị phần cứng cảm biến, động cơ, đèn thiết bị khác Đặc điểm bật Arduino môi trường phát triển ứng dụng dễ sử dụng, với ngơn ngữ lập trình học cách nhanh chóng với người am hiểu điện tử lập trình Và điều làm nên tượng Arduino mức giá thấp tính chất nguồn mở từ phần cứng tới phần mềm Chỉ với khoảng $30, người Trang Đồ án tốt nghiệp Đại Học Đơng Á dùng sở hữu board Arduino có 20 ngõ I/O tương tác điều khiển chừng thiết bị Arduino đời thị trấn Ivrea thuộc nước Ý đặt theo tên vị vua vào kỷ thứ King Arduin Arduino thức đưa giới thiệu vào năm 2005 công cụ khiêm tốn dành cho sinh viên giáo sư Massimo Banzi, người phát triển Arduino, trường Interaction Design Instistute Ivrea (IDII) Mặc dù khơng tiếp thị cả, tin tức Arduino lan truyền với tốc độ chóng mặt nhờ lời truyền miệng tốt đẹp người dùng Hiện Arduino tiếng tới nỗi có người tìm đến thị trấn Ivrea để tham quan nơi sản sinh Arduino 2.1.2 Giới thiệu board arduino mega 2560 Hình 2.2 Board Arduino Mega 2560 Arduino Mega 2560 bo mạch thiết kế với xử lý trung tâm vi điểu khiển AVR Atmega2560 Cấu tạo Arduino Mega 2560 bao gồm phần sau: - Cổng USB: loại cổng giao tiếp để ta upload code từ PC lên vi điều khiển Đồng thời giao tiếp serial để truyền liệu vi điều khiển máy tính - Jack nguồn: để chạy Arduino thỉ lấy nguồn từ cổng USB trên, khơng phải lúc cắm với máy tính Lúc ta cần nguồn từ 9V đến 12V - Có 54 chân vào/ra, ngồi có chân nối đất (GND) chân điện áp tham chiếu (AREF) Trang Đồ án tốt nghiệp Đại Học Đông Á delay(100); lcd.setCursor(0,2); lcd.print("BS: 43H1 012.06"); microservo9g.write(90); //Mở Barier delay(5000); while(digitalRead(CBH) == 0){} // Chờ cho xeđi qua microservo9g.write(0); //Đóng Barier delay(5000); lcd.clear(); else { //so sánh kiểm tra số tiền // Serial.println("1"); //gửi liệu báo số dư khơng đủ microservo9g.write(0); // Đóng Barier lan_quet[xe1]=0; } else if(isBAuthorized(serial)) { lan_quet[xe2]++; printSerial(serial); //in mã thẻ thẻ quẹt delay(10); sodu[xe2] = EEPROM.read(xe2);//đọc lại vùng nhớ eeprom if (sodu[xe2]>1){ sodu[xe2] = sodu[xe2]-20; //thu phí xe quatrạm 20.000đ EEPROM.write(xe2, sodu[xe2]); //luu lai số dư vào vùng nhớ eeeprom delay(10); Serial.write(sodu[xe2]); // gửi lại liệusố dư lên //Serial.println(sodu[xe2]); delay(10); //Serial.println(Can_Dien_Tu); //In hình giá trị trung bình lần đọc Serial.write(Can_Dien_Tu); // Hiển thị lên Máy Tính digitalWrite(XANH, HIGH); //Đèn XANH sáng báocho xe qua digitalWrite(DO, LOW); digitalWrite(COI_BAO,LOW); delay(100); digitalWrite(COI_BAO,HIGH); delay(100); lcd.setCursor(0,1); lcd.print("MA THE DUNG"); delay(100); Trang 63 Đồ án tốt nghiệp Đại Học Đông Á lcd.setCursor(0,2); lcd.print("92A1 019.09"); microservo9g.write(90); //Mở Barier delay(5000); while(digitalRead(CBH) == 0){} // Chờ cho xe qua microservo9g.write(0); //Đóng Barier delay(5000); lcd.clear(); } else { //so sánh kiểm tra số tiền // Serial.println("1") //gửi liệu báo số dư không đủ microservo9g.write(0); // động đóng lan_quet[xe2]=0; } else if(isCAuthorized(serial)) { lan_quet[xe3]++; printSerial(serial); //in mã thẻ thẻ đượ quẹt delay(10); sodu[xe3] = EEPROM.read(xe3); //đọc lại vùng eeprom if (sodu[xe3]>1){ sodu[xe3] = sodu[xe3]-20; //thu phí xe trạm 20.000đ EEPROM.write(xe3, sodu[xe3]); //luu lai số dư vào vùng nhớ eeeprom delay(10); Serial.write(sodu[xe3]); // gửi lại liệu số dư lên //Serial.println(sodu[xe3]); delay(10); //Serial.println(Can_Dien_Tu); //In hình giá trị trung bình lần đọc Serial.write(Can_Dien_Tu); // Hiển thị Máy Tính digitalWrite(XANH, HIGH); //Đèn XANH sáng báo cho xe qu digitalWrite(DO, LOW); digitalWrite(COI_BAO,LOW); delay(100); digitalWrite(COI_BAO,HIGH); delay(100); lcd.setCursor(0,1); lcd.print("MA THE DUNG"); delay(100); Trang 64 Đồ án tốt nghiệp Đại Học Đông Á lcd.setCursor(0,2); lcd.print("BS: 88K1 032.55"); microservo9g.write(90); //Mở Barier delay(5000); while(digitalRead(CBH) == 0){} // Chờ cho xe qua microservo9g.write(0); //Đóng Barier delay(5000); lcd.clear(); } else { //so sánh kiểm tra số tiền // Serial.println("1"); //gửi liệu báo số dư không đủ microservo9g.write(0); } lan_quet[xe3]=0; } else { for(int j = 0; j 1500) { for(int m=0;m