Thanh chắn kiểm soát an ninh tự động

ĐỒN THANH NIÊN CỘNG SẢN HỒ CHÍ MINH BAN CHẤP HÀNH TP HỒ CHÍ MINH CƠNG TRÌNH DỰ THI GIẢI THƯỞNG SINH VIÊN NGHIÊN CỨU KHOA HỌC EURÉKA LẦN THỨ XX NĂM 2018 TÊN CƠNG TRÌNH: THANH CHẮN KIỂM SOÁT AN NINH TỰ ĐỘNG LĨNH VỰC NGHIÊN CỨU: Kỹ thuật công nghệ CHUYÊN NGÀNH: Điện-Điện tử Mã số cơng trình: …………………………… i MỤC LỤC MỤC LỤC i DANH MỤC HÌNH ẢNH ii TÓM TẮT ĐẶT VẤN ĐỀ Lý chọn đề tài 2 Mục tiêu nghiên cứu Đối tượng nghiên cứu .2 Phạm vi nghiên cứu Ý nghĩa khoa học ý nghĩa thực tiễn, quy mô phạm vi áp dụng PHẦN 1: TỔNG QUAN TÀI LIỆU PHẦN 2: MỤC TIÊU - PHƯƠNG PHÁP Mục tiêu .5 Phương pháp PHẦN 3: KẾT QUẢ - THẢO LUẬN .6 Kết thiết kế nguyên lý hoạt động hệ thống Kết thiết kế chắn tự động Kết thi công sản phẩm chắn tự động : gia cơng, lắp ráp, lập trình .8 PHẦN 4: KẾT LUẬN - ĐỀ NGHỊ 16 Kết luận .16 Đề xuất kiến nghị 16 ii DANH MỤC HÌNH ẢNH Hình Ngun lý hoạt động chắn tự động Hình Bản vẽ thân khung đỡ chắn Hình Hình ảnh thực tế lắp ráp giá đỡ ngang Hình Hình ảnh thực tế hệ thống chắn Hình Hệ chắn sau hoàn chỉnh Hình Sơ đờ kế t nố i RFID – mạch vi điều khiển Arduino Hình Thẻ RFID RC522 thẻ tag 10 Hình Module Điều Khiển Động Cơ-LV298 V3 11 Hình Mạch thu RF dùng IC PT2272 giải mã 12 Hình 10 Module thu RF 12 TÓM TẮT Đề tài nghiên cứu thiết kế chế tạo chắn kiểm soát an ninh việc vào cổng quan hành chính, tồ nhà … Thanh chắn lắp đặt cổng ra/vào quan bệnh viện, trường học, quan quyền, nhà máy, xí nghiệp, cụm tồ nhà chung cư Thanh chắn thay cho người phân luồng giao thơng, kiểm sốt an ninh, kiểm soát ra/vào cách tự động Hệ thống gồm có chắn ngang lắp trục quay Trục quay gá cố định vào cột đỡ, trục quay nhờ truyền động động điện Bộ mạch điện tử có chip vi điều khiển làm trung tâm điều khiển hoạt động hệ thống gồm: truyền nhận tín hiệu từ module đọc thẻ từ RFID, truyền nhận thơng tin với máy tính chủ có chứa thông tin liệu thành viên tổ chức, điều khiển chắn hạ xuống nâng lên Thiết bị chắn tự động sau tính toán, thiết kế, chế tạo lắp ráp hoạt động tốt 2 ĐẶT VẤN ĐỀ Lý chọn đề tài Cơng nghiệp hố đại hố giúp cho cơng nghiệp tăng suất từ tạo nhiều sản phẩm có chất lượng giá thành phù hợp Ứng dụng tự động hoá đời sống hàng ngày giúp sống tiện nghi hơn, văn minh Hiện ứng dụng Internet kết nối vạn vật (IoT) phát triển rộng rãi ngày cho thấy vai trị tích cực sống Việc kiểm soát an ninh ra/vào tự động cho tổ chức, quan phần hệ thống IoT Thanh chắn tự động đời ngày thay chắn truyền thống người vận hành trực tiếp Đề tài tập trung nghiên cứu, tính tốn, thiết kế chế tạo chắn kiểm soát an ninh tự động Hệ thống bao gồm phần khí chắn, cụm động truyền động để quay chắn, vi điều khiển đọc tín hiệu từ module dọc thẻ từ RFID nhằm nhận diện đối tượng người phép vào tổ chức, quan Bộ vi điều khiển xuất tín hiệu đóng hay mở chắn Thanh chắn tự động kiểm soát an ninh sản xuất nhiều giới giá thành cao, đề tài thực việc thiết kế chế tạo chắn tự động với giá thành thấp nhiều chủ động phát triển công nghệ nước Việt Nam Mục tiêu nghiên cứu Tính tốn, thiết kế, chế tạo chắn tự động kiểm soát an ninh ứng dụng quan, tổ chức, khu chung cư Đối tượng nghiên cứu Thanh chắn tự động kiếm soát an ninh Phạm vi nghiên cứu Thanh chắn tự động kiểm soát an ninh ứng dụng Việt Nam Ý nghĩa khoa học ý nghĩa thực tiễn, quy mô phạm vi áp dụng Ý nghĩa khoa học: thiết kế, chế tạo chắn tự động giám sát an ninh cho quan, tổ chức, xí nghiệp, cụm khu chung cư 3 Ý nghĩa thực tiễn: giải vấn đề tự động hoá kiểm soát an ninh, tăng cường giám sát 24/24 giờ, thay người việc kiểm soát an ninh 4 PHẦN 1: TỔNG QUAN TÀI LIỆU Thanh chắn nghiên cứu ứng dụng phân luồng giao thơng, kiểm sốt an ninh, kiểm sốt vào xí nghiệp, quan, trường học, cụm chung cư [17] Thanh chắn tự động đời ngày thay chắn truyền thống người vận hành trực tiếp Hệ thống bao gồm phần khí chắn, cụm động truyền động để quay chắn, vi điều khiển đọc tín hiệu từ module dọc thẻ từ RFID [2] nhằm nhận diện đối tượng người phép vào tổ chức, quan Bộ vi điều khiển xuất tín hiệu đóng hay mở chắn Thanh chắn dạng ngang có thời gian đóng mở ngắn có tính kinh tế cao [1] Dạng chắn phù hợp địa điểm bãi đậu xe, cổng vào địa điểm cần tính đáp ứng nhanh Dạng thiết kế thường dùng ngang làm vật liệu nhơm xe va gãy người lạ xâm nhập cách làm hỏng ngang Ngồi dạng người vật chui qua bên [1, 2, 3] Thanh chắn kiểu cột truyền động khí nén, thuỷ lực khí Có loại sau: 1) cột giống xylanh trồi lên từ mặt đất Kiểu cấu trúc chắn chống lại xâm nhập xe vào vùng kiểm sốt chí xe chạy tốc độ cao Kiểu cấu trúc giá thành cao, lắp đặt khó [1, 2, 7] Thanh chắn kiểu sợi xích dây thép căng ngang với tầm dài tới 30 mét Kiểu thiết kế phù hợp với bãi xe rộng Kiểu kết cấu cho phép người đi qua [1, 2] 5 PHẦN 2: MỤC TIÊU - PHƯƠNG PHÁP Mục tiêu - Thiết kế kết cấu khí giữ xoay chắn Từ xây dựng vẽ thiết kế tay máy - Chế tạo kết cấu khí chắn dựa vẽ thiết kế Thiết kế thi công điều khiển hoạt động chắn Lắp ráp hoàn thiện chắn - Chạy thử kiểm tra xác, hiệu quả, độ an toàn, ổn định chắn người thiết bị xung quanh môi trường dân cư Phương pháp - Phương pháp tính tốn lý thuyết áp dụng việc tính kết cấu chắn - Phương pháp thiết kế khí sử dụng phần mềm Autocad - Phương pháp chế tạo chi tiết máy lắp ráp máy - Nghiên cứu lập trình hệ thống điện điều khiển chắn chuyển động, đọc thẻ từ cá nhân RFID - Phương pháp kiểm tra đánh giá độ tin cậy hệ thống 6 PHẦN 3: KẾT QUẢ - THẢO LUẬN Kết thiết kế nguyên lý hoạt động hệ thống Thanh chắn sử dụng Việt Nam từ lâu, thiết kế ban đầu chắn đơn giản có cấu tạo cần trục dài với vật nặng làm đối trọng đầu Kiểu thiết kế chắn cần người trực đóng/mở chắn Hiện trình độ khoa học kỹ thuật phát triển Barrier tự động đời nhanh chóng chiếm lĩnh thị trường Tại hầu hết quan, xí nghiệp, khu dân cư … lắp đặt hệ thống barrier tự động để phân luồng phương tiện vào, kiểm sốt an ninh cho tịa nhà Barrier tự động sử dụng nguồn điện lưới dân dụng, có nguyên lý hoạt động đơn giản Các loại barrier đấu nối sẵn với main điều khiển Sau lắp đặt chắn đấu nối nguồn điện việc lại cần bấm nút điều khiển cầm tay barrier tự động đóng mở theo ý người sử dụng Mỗi barrier thường trang bị điều khiển từ xa với bán kính điều khiển khoảng 50 m điều khiển cắm điện để bàn Trong trường hợp điện bên tủ chứa thiết bị thiết kế có sẵn nắm vặn tay giúp đóng mở barrier (khơng tốn sức có trợ lực) Thanh chắn tự động (Hình 1) thường kết nối với hệ thống máy tính, đầu đọc thẻ hay máy đọc vân tay giúp tích hợp với hệ thống thang máy, hệ thống giữ xe thơng minh Ngồi chắn tự động cịn có khả kết nối tốt với hệ thống cảm biến quang, cảm biến từ trường giúp thời gian đóng mở xác Hình Nguyên lý hoạt động chắn tự động Thiế t bi ̣đươ ̣c vâ ̣n hành bằ ng phương pháp RFID – quét thẻ từ - Thẻ từ: mỗi thẻ sẽ có mô ̣t mã số riêng dùng để mở chắn - Hê ̣ thố ng sẽ lưu tên những thẻ đươ ̣c phép vào - Mỗi lầ n que ̣t thì đô ̣ng sẽ quay đế n tay khuỷa cha ̣m vào kích dùng để tắ t đô ̣ng - Sau 10 s thì chắ n sẽ tự đô ̣ng ̣ xuố ng và chờ cho lầ n que ̣t tiế p sau Kết thiết kế chắn tự động Thông số kỹ thuật chắn tự động: + Kích thước bao ngồi hệ chắn: dài × cao × rộng tương ứng 300×1000×200 [mm] + Chiều dài chắn: 1000 [mm] + Vật liệu khung cụm gá chắn ngang: thép hộp 30 ×30 mm, vỏ làm mica tiết khác gia cơng nhơm Khung máy (Hình 2) phận cấu thành nên máy hồn chỉnh Chính khung máy hàn cố định lại với nhau, đỡ bắt vít đồng thời hàn để tăng độ bền vững chịu lực hoạt động Hình Bản vẽ thân khung đỡ chắn Kết thi công sản phẩm chắn tự động : gia cơng, lắp ráp, lập trình Kết gia cơng chế tạo cụm khí thực tế thể hình 3, 4, Vật liệu chế tạo chi tiết khí thép Hình Hình ảnh thực tế lắp ráp giá đỡ ngang Hình Hình ảnh thực tế hệ thống chắn Hình Hệ chắn sau hoàn chỉnh Tủ điện điều khiển hệ thống hoạt động gồm có điều khiển trung tâm vi điều khiển Arduino UNO Vi điều khiển kết nối với thiết bị đọc thẻ từ RFID (hình 6) Hình Sơ đồ kế t nố i RFID – mạch vi điều khiển Arduino Thông số kỹ thuật thẻ RFID:  Nguồn: 3.3VDC, 13 - 26mA  Dòng chế độ chờ: 10 - 13mA  Tần số sóng mang: 13.56MHz 10  Khoảng cách hoạt động: 0～60mm（mifare1 card）  Giao tiếp: SPI  Tốc độ truyền liệu: tối đa 10Mbit/s  Các loại card RFID hỗ trợ: mifare1 S50, mifare1 S70, mifare UltraLight, mifare Pro, mifare Desfire  Kích thước: 40 mm×60 mm  Thư viên lập trình RFID RC522hổ trợ Ardui Vì thẻ RFID thụ động có giá thành ngày giảm đi, mà ngày nhiều lĩnh vực công nghiệp chấp thuận sử dụng loại thẻ RFID cơng nghệ này, có nhiều công ty tiến hành thay công nghệ nhận dạng mã vạch truyền thống sang sử dụng nhãn tag RFID Người dùng thấy loại thẻ tag RFID thụ động ứng dụng quản lý tài sản, quản lý cơng cụ, kiểm sốt kiện, kiểm sốt vào nhiều ứng dụng đa dạng khác Hình Thẻ RFID RC522 thẻ tag Thẻ sử dụng hệ thống RFID có chức thu phát (transponder), thiết kế để vừa có khả thu tín hiệu vơ tuyến vừa có khả tự động phát đi, trả lời Cấu tạo thẻ RFID thường bao gồm thành phần sau: - Mạch giải mã - Bộ nhớ 11 - Nguồn cung cấp - Điều khiển giao tiếp Để truyền động cho ngang, hệ thống sử dụng động DC Mạch cơng suất điều khiển động (hình 8) có thơng số kỹ thuật sau: Thơng số kỹ thuật  Driver: L298N tích hợp hai mạch cầu H  Điện áp điều khiển: +5 V ~ +12 V  Dòng tối đa cho cầu H là: 2A (=>2A cho motor)  Điện áp tín hiệu điều khiển: +5 V ~ +7 V  Dòng tín hiệu điều khiển: ~ 36mA (Arduino chơi đến 40mA nên khỏe re bạn)  Cơng suất hao phí: 20W (khi nhiệt độ T = 75 ℃)  Nhiệt độ bảo quản: -25 ℃ ~ +130 ℃ Hình Module Điều Khiển Động Cơ-LV298 V3 12 Hình Mạch thu RF dùng IC PT2272 giải mã Hình 10 Module thu RF Chương trình nạp Chip vi điều khiển #include #include #define m1 A4 #define m2 A5 #define coi #define rf1 #define rf2 #define ht1 A0 #define ht2 A1 #define so_nhan_vien int data[4]; int nv[10][4]={ 234,18,111,46, 105,246,177,115,} int stt,tt; /* Set your new UID here! */ 13 #define NEW_UID {0xDE, 0xAD, 0xBE, 0xEF} #define SS_PIN 10 #define RST_PIN MFRC522 mfrc522(SS_PIN, RST_PIN);// Create MFRC522 instance MFRC522::MIFARE_Key key; void setup() { pinMode(m1, OUTPUT); pinMode(m2, OUTPUT); pinMode(coi, OUTPUT); pinMode(rf1, INPUT); pinMode(rf2, INPUT); pinMode(ht1, INPUT_PULLUP); pinMode(ht2, INPUT_PULLUP); Serial.begin(9600);// Initialize serial communications with PC while (!Serial);// Do nothing if no serial port is opened (added for Arduinos based on ATMEGA32U4) SPI.begin(); // Init SPI bus mfrc522.PCD_Init(); // Init MFRC522 card for (byte i = 0; i < 6; i++) { key.keyByte[i] = 0xFF; } digitalWrite(coi,1); digitalWrite(m1,1); digitalWrite(m2,1); } void loop() { // Look for new cards, and select one if present if ( ! mfrc522.PICC_IsNewCardPresent() || ! mfrc522.PICC_ReadCardSerial() ) { if(digitalRead(rf1)==1) { nang_barrie(); } return; } for (byte i = 0; i < mfrc522.uid.size; i++) { // Serial.print(mfrc522.uid.uidByte[i] < 0x10 ? " 0" : " "); data[i]=(mfrc522.uid.uidByte[i]); // Serial.println(mfrc522.uid.uidByte[i]); } check_id() ; if((stt > 0)) { nang_barrie(); 14 } else { Serial.print("the sai "); } void nang_barrie() { digitalWrite(coi,0); delay(300); digitalWrite(coi,1); Serial.print("the dung ") while(digitalRead(ht1)==1) { digitalWrite(m1,0); delay(300); } digitalWrite(m1,1); digitalWrite(m2,1); delay(5000); while(digitalRead(ht2)==1) { digitalWrite(m2,0); delay(300); } digitalWrite(m1,1); digitalWrite(m2,1); } void check_id() { int loi; stt=0; for(int e=0;e