THIẾT KẾ, THI CÔNG MÔ HÌNH ĐIỀU KHIỂN, GIÁM SÁT BÃI đỗ XE TỰ ĐỘNG

TRƯỜNG ĐẠI HỌC KIẾN TRÚC ĐÀ NẴNG KHOA CÔNG NGHỆ KỸ THUẬT ĐIỆN - ĐIỆN TỬ VÕ KHẮC THẮNG ĐỀ TÀI: THIẾT KẾ, THI CƠNG MƠ HÌNH ĐIỀU KHIỂN, GIÁM SÁT BÃI ĐỖ XE TỰ ĐỘNG ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP NGÀNH CÔNG NGHỆ KỸ THUẬT ĐIỆN, ĐIỆN TỬ GVHD: NGUYỄN HỒNG PHÚC Đà Nẵng, 3/2021 TRƯỜNG ĐẠI HỌC KIẾN TRÚC ĐÀ NẴNG Cô ̣ng Hòa Xã Hô ̣i Chủ Nghĩa Viêṭ Nam KHOA CNKT ĐIỆN, ĐIỆN TỬ Đô ̣c lâ ̣p – Tự – Hạnh phúc Đà Nẵng, ngày …… tháng …… năm 2020 NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Họ tên sinh viên : VÕ KHẮC THẮNG Mã số sinh viên : 1651210024 Ngành : Công nghệ Kỹ thuật điện, điện tử Khóa : 2016 – 2021 I TÊN ĐỀ TÀI: THIẾT KẾ, THI CƠNG MƠ HÌNH ĐIỀU KHIỂN, GIÁM SÁT BÃI ĐỖ XE TỰ ĐỘNG II.NHIỆM VỤ Các số liệu ban đầu: - Sử dụng nguồn điện 220VAC - Động bước dùng làm thang nâng hệ trục Oxyz - Cảm biến hồng ngoại 24VDC giúp phát xe vào, - Thẻ từ RFID dùng lấy liệu để hệ thống cất xe, trả xe - Cơ cấu truyền động bánh răng, dây cu roa, trục vít me - Mạch Arduino dùng liên kết với Module RFID, hình hiển thị LCD bàn phím dùng để lấy liệu nạp tiền cho thẻ từ - Khối xử lý trung tâm PLC Siemens S7 – 1200 Nội dung thực hiện: Chương 1: Tổng quan Chương 2: Hệ thống bãi đỗ xe tự động Chương 3: Giới thiệu PLC Siemens S7 - 1200 Chương 4: Tổng quan RFID Chương 5: Truyền thông Mobus TCP/IP Chương 6: Phần mềm điều khiển, giám sát WinCC Chương 7: Thiết kế, thi công hệ thống bãi đỗ xe tự động KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN III NGÀY GIAO NHIỆM VỤ 16/11/2020 IV NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ 13/03/2021 V GIẢNG VIÊN HƯỚNG DẪN ThS Nguyễn Hồng Phúc VI HỒ SƠ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Tập thuyết minh đồ án tốt nghiệp Bản vẽ sơ đồ công nghệ, sơ đồ nối điện, bảng phân cơng vào ra, lưu đồ thuật tốn, chương trình điều khiển khổ A0 Đĩa CD gồm: file Word đề tài, file Powerpoint file vẽ Mơ hình đề tài TRƯỞNG KHOA TRƯỞNG BỘ MƠN GIẢNG VIÊN HƯỚNG DẪN (Ký, ghi rõ họ tên) (Ký, ghi rõ họ tên) (Ký, ghi rõ họ tên) LỜI MỞ ĐẦU Với hệ thống giao thông dày đặc, xã hội phát triển nhu cầu sử dụng phương tiện cá nhân, đặc biệt xe ô tô ngày tăng Điều kéo theo việc bãi đỗ xe xây dựng ngày nhiều, đặc biệt thành phố lớn diện tích đất ngày hạn hẹp Một số chủ trương tiện đỗ xe vỉa hè lòng đường gây mỹ quan thị an tồn giao thơng Chính lý đó, nhóm sinh viên chúng em định nghiên cứu, thiết kế đề tài “Thiết kế, thi công mơ hình điều khiển, giám sát bãi đỗ xe tự động” nhằm góp phần để giải thực trạng áp dụng kiến thức học vào thực tiễn Trong đề tài nhóm sử dụng PLC làm thiết bị xử lý trung tâm điều khiển toàn hệ thống, giám sát WinCC, ngồi cịn sử dụng cơng nghệ RFID ứng dụng vào hệ thống bãi đỗ xe tự động Phương pháp hệ thống hồn tồn chạy cách tự động việc cất xe vào trả xe cho khách hàng Mơ hình thi cơng qua trình tìm hiểu lựa chọn linh kiện cách phù hợp nhất, cách đấu nối với cảm biến, cơng tắc hành trình, động cơ, rơ le, xử lý tín hiệu RFID cách chỉnh thơng số để hồn thành mơ hình bãi đỗ xe hồn thiện tối ưu Được phân công quý thầy cô môn Công nghệ kĩ thuật Điện Điện tử, khoa Công nghệ Kĩ thuật Điện - Điện tử, trường Đại học Kiến trúc Đà Nẵng Sau gần tháng nghiên cứu, chúng em hoàn thành đề tài tốt nghiệp “Thiết kế, thi cơng mơ hình điều khiển, giám sát bãi đỗ xe tự động”  Đề hoàn thành đề tài giao, nỗ lực học hỏi thân cịn có hướng dẫn tận tình thầy Khoa Cơng nghệ Kỹ thuật Điện - Điện tử, trường Đại học Kiến trúc Đà Nẵngvì lời báo cáo đồ án tốt nghiệp em muốn gửi lời cảm ơn chân thành đến thầy ThS Nguyễn Hồng Phúc thầy cô giáo môn khoa trực tiếp hướng dẫn tận tình giúp đỡ tạo điều kiện để em hoàn thành tốt để tài tốt nghiệp Em xin chân thành cảm ơn! VÕ KHẮC THẮNG ĐỖ TẤN THỊNH VÕ VĂN HOÀNG MỤC LỤC Trang CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN 1.1 Đặt vấn đề 1.2 Mục tiêu .2 1.3 Nội dung thuyết minh .2 CHƯƠNG 2: HỆ THỐNG BÃI ĐỖ XE TỰ ĐỘNG 2.1 Phân tích phương pháp bãi đỗ xe ô tô .3 2.2 Phương án nhóm lựa chọn .6 CHƯƠNG 3: GIỚI THIỆU VỀ PLC SIEMENS S7-1200 3.1 Giới thiệu chung PLC 3.1.1 Khái niệm PLC 3.1.2 Cấu trúc chung PLC 10 3.1.3 Hoạt động PLC 11 3.1.4 Ứng dụng PLC 11 3.2 PLC Siemens S7 - 1200 11 3.2.1 Giới thiệu PLC S7 – 1200 11 3.2.2 Bảng tín hiệu 16 3.2.4 Các Module truyền thông 16 3.2.5 Ngơn ngữ lập trình PLC S7 – 1200 17 3.2.6 Giới thiệu phần mềm lập trình PLC S7 – 1200 17 CHƯƠNG 4: TỔNG QUAN VỀ RFID 19 4.1 Tổng quan 19 4.2 Cấu trúc RFID 19 4.3 Ứng dụng công nghệ RFID đời sống 20 CHƯƠNG 5: TRUYỀN THÔNG MODBUS TCP/IP .22 5.1 Giao thức truyền thông Modbus 22 5.1.1 Sơ lược truyền thông Modbus .22 5.1.2 Các chuẩn Modbus phổ biến .22 5.1.3 Tầm quan trọng mạng Modbus 23 5.2 Giao thức truyền thông Modbus TCP/IP .23 5.2.1 Modbus TCP/IP .23 5.2.2 Phương thức truyền thông Modbus TCP/IP .24 CHƯƠNG 6: PHẦN MỀM ĐIỀU KHIỂN VÀ GIÁM SÁT WINCC .26 6.1 Phần mềm WinCC 26 6.2 Chức WinCC cơng nghiệp tự động hóa .26 CHƯƠNG 7: THIẾT KẾ, THI CÔNG HỆ THỐNG 28 7.1 Thiết kế hệ thống .28 7.2 Lựa chọn phần cứng .29 7.2.1 Phần quẹt thẻ RFID 29 7.2.1.1 Module RFID kết nối với Arduino 30 7.2.1.2 Arduino kết nối Arduino với module RFID 30 7.2.2 Cơ cấu thang nâng hạ .32 7.2.3 Khối điều khiển trung tâm .34 7.2.4 Truyền thông Arduino với PLC .35 7.2.5 Cảm biến hồng ngoại .36 7.2.6 Màn hình hiển thị LCD 37 7.2.7 Khối nguồn .39 7.3 Thi cơng mơ hình hệ thống .40 7.3.1 Thi công phần cứng 41 7.3.2 Chương trình điều khiển 43 7.3.2.1 Lưu đồ thuật toán 43 7.3.2.2 Phân công I/O 44 7.3.2.3 Thiết kế giao diện điều khiển, giám sát WinCC 44 7.3.2.4 Chương trình điều khiển 46 7.4 Kết đạt .79 KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN 80 TÀI LIỆU THAM KHẢO 81 DANH MỤC HÌNH ẢNH Trang Hình 1.1 Mơ hình hệ thống bãi đỗ xe tơ tự động Hình 2.1 Phương pháp đỗ xe dạng xếp tầng Hình 2.2 Phương pháp đỗ xe dạng di chuyển quanh tòa nhà Hình 2.3 Phương án bãi đỗ xe dạng tháp Hình 2.4 Phương pháp bãi đỗ xe dạng hình trụ Hình 2.5 Phương pháp bãi đỗ xe dạng xoay vòng đứng Hình 2.6 Phương pháp bãi đỗ xe dạng tháp di chuyển thang nâng Hình 3.1 PLC SIEMENS Hình 3.2 Cấu trúc chung PLC 10 Hình 3.3 Các cổng giao tiếp phận kết nối PLC S7-1200 12 Hình 3.4 Các led trạng thái phân nối dây PLC S7-1200 16 Hình 3.5 Giao diện phần mềm TIA Portal 17 Hình 4.1 Tổng quan RFID .19 Hình 4.2 Cấu trúc RFID 20 Hình 4.3 Ứng dụng RFID thư viện 20 Hình 4.4 Ứng dụng RFID sản xuất 21 Hình 4.5 Những ứng dụng tiêu biểu khác RFID 21 Hình 5.1 Truyền thơng Master Slaver .22 Hình 5.2 Kết hợp modbus TCP/IP với modbus RTU .24 Hình 6.1 Giao diện WinCC tích hợp phần mềm TIA Portal 26 Hình 7.1 Sơ đồ khối hệ thống 28 Hình 7.2 Mạch RFID RC522 30 Hình 7.3 Mạch Arduino Mega 2560 .31 Hình 7.4 Sơ đồ nối chân RFID với Arduino 31 Hình 7.5 Chương trình RFID Arduino 32 Hình 7.6 Động bước 32 Hình 7.7 Driver TB6560 .33 Hình 7.8 Cơ cấu nâng hạ hệ thống 34 Hình PLC Siemens 1212 DC/DC/DC .35 Hình 7.10 Module Ethernet Shilde kết nối với Arduino .35 Hình 7.11 Chương trình truyền thơng Arduino PLC .36 Hình 7.12 Cảm biến hồng ngoại 36 Hình 7.13 Sơ đồ nối chân cảm biến hồng ngoại .37 Hình 7.14 Màn hình LCD .37 Hình 7.15 Sơ đồ chân LCD 38 Hình 7.16 Chương trình Arduino hiển thị hình LCD 38 Hình 7.17 Nguồn 24VDC – 10A 39 Hình 7.18 Sơ đồ đấu nối hệ thống 40 Hình 7.19 Thiết kế mơ hình 42 Hình 7.20 Sơ đồ thi cơng tủ điện 42 Hình 7.21 Bảng phân cơng I/O .44 Hình 7.22 Phần giao diện 44 Hình 7.23 Phần giao diện giám sát, điều khiển .45 68 Chương trình lấy xe: 69 70 – Chương trình Arduino: #include #include #include #include #include #include #include #include #include //Thu vien ban phim #define RST_PIN 47 // Configurable, see typical pin layout above #define SS_PIN 49 #define buzz 25 #define cardNum #define payment // Khai bao chan buzz 10000 #define price1 50000 #define price2 100000 #define price3 150000 String card[] = {"", "12 B9 9B 34", "D9 B9 E7 5A", "B6 BE 34 2B", "19 6D B4 59", "C9 A4 F1 5A", "EA 88 88 03"}; const byte ROWS = 4; //four rows const byte COLS = 4; //four columns 71 char hexaKeys[ROWS][COLS] = { {'1', '2', '3', 'A'}, {'4', '5', '6', 'B'}, {'7', '8', '9', 'C'}, {'*', '0', '#', 'D'}}; byte rowPins[ROWS] = {37, 35, 33, 31}; //connect to the row pinouts of the keypad byte colPins[COLS] = {45, 43, 41, 39}; //connect to the column pinouts of the keypad Keypad keypad = Keypad( makeKeymap(hexaKeys), rowPins, colPins, ROWS, COLS); LiquidCrystal_I2C lcd(0x27, 16, 2); MFRC522 mfrc522(SS_PIN, RST_PIN); ModbusIP mb; typedef struct carInfo { unsigned char id; unsigned char inputCard; String card; long money;}; struct carInfo car_info[10]; unsigned char index_t = 0, i_mode = 0; const unsigned char RFID = 102; byte mac[] = { 0xDE, 0xAD, 0xBE, 0xEF, 0xFE, 0xED }; byte ip[] = { 192, 168, 1, 120 }; int rfid_send = 0; void setup() { Serial.begin(9600); lcd.begin(); lcd.backlight(); lcd.setCursor(0, 0); 72 lcd.print(" SYSTEM INIT "); SPI.begin(); // Init SPI bus mfrc522.PCD_Init(); // Init MFRC522 mfrc522.PCD_DumpVersionToSerial(); // Show details of PCD MFRC522 Card Reader details Serial.println(F("Scan PICC to see UID, SAK, type, and data blocks ")); mb.config(mac, ip); // Init modbus mb.addIreg(100);; pinMode(buzz, OUTPUT); //Init Buzz digitalWrite(buzz, LOW); for (unsigned char i = 1; i < 7; i++) { car_info[i].id = i; car_info[i].card = card[i]; car_info[i].money = 10000; Serial.println(String("ID: ") + car_info[i].id + " card: " + car_info[i].card + " money: " + car_info[i].money);} readInfoCard(); for (unsigned char i = 0; i < 8; i++) {} delay(1000); lcd.clear();} void loop() { unsigned char iscard_id = 0; mb.task(); lcd.setCursor(0, 0); lcd.print(" Bai Do Xe "); iscard_id = checkCard(); mb.Ireg(100, rfid_send); if (iscard_id != 0) { if (car_info[iscard_id].inputCard == 0) { if (checkMoney(iscard_id)) { //Kiem tra so tien the 73 Serial.println("===================> 1"); notification(1); car_info[iscard_id].inputCard = 1; lcd.setCursor(0, 0); lcd.print(" Moi Vao "); delay(3000); lcd.clear();} else { /*Neu khong du tien*/ notification(2); lcd.setCursor(0, 0); lcd.print("- Khong du tien - "); delay(3000); index_t = 1;}} else { notification(1); car_info[iscard_id].inputCard = 0; lcd.setCursor(0, 0); lcd.print(" Moi Ra "); delay(1000); lcd.setCursor(0, 0); lcd.print("So Tien Con Lai"); lcd.setCursor(2, 1); lcd.print(car_info[iscard_id].money); lcd.print("(VND)"); delay(3000);}} //mb.Ireg(RFID, 5); while (index_t == 1) { isInputMoney(); mb.task();} while (index_t == 2) { 74 inputMoneny(iscard_id); mb.task();}} /* Doc thong tin so tien moi the*/ unsigned char checkCard() { unsigned char isID = 0; if ( ! mfrc522.PICC_IsNewCardPresent()) //Check the co duoc quet hay khong {return 0;} if ( ! mfrc522.PICC_ReadCardSerial()) //Co dung tan { return 0;} Serial.println("UID tag :"); String content = ""; for (byte i = 0; i < mfrc522.uid.size; i++) //Doc ma the vao bien connet { Serial.print(mfrc522.uid.uidByte[i] < 0x10 ? " 0" : " "); Serial.println(mfrc522.uid.uidByte[i], HEX); content.concat(String(mfrc522.uid.uidByte[i] < 0x10 ? " 0" : " ")); //Luu vao bien content content.concat(String(mfrc522.uid.uidByte[i], HEX));} content.toUpperCase(); if (content.substring(1) != "") //So sanh ma the vua quet voi ma mac dinh { Serial.println(String("Card: ") + content.substring(1)); for (unsigned char i = 1; i < 7; i++) { if (content.substring(1) == car_info[i].card) { isID = car_info[i].id; rfid_send = car_info[i].id; Serial.println(String("Card id: ") + isID + String(" send: ") + 75 rfid_send); break;}}} Serial.println(String("idID: ") + isID); mfrc522.PICC_HaltA(); mfrc522.PCD_StopCrypto1(); content = ""; return isID;} void readInfoCard() { for (unsigned char i = 1; i < 7; i++) { car_info[i].id = i; car_info[i].inputCard = 0; car_info[i].card = card[i]; car_info[i].money = (EEPROM.read(i)) * 10000; Serial.println(String("ID: ") + car_info[i].id + " card: " + car_info[i].card + " money: " + car_info[i].money); }} /* Thong bao*/ void notification(unsigned char mode) { unsigned char i = 0; if (mode == 1) { for (i = 0; i < ; i++) { digitalWrite(buzz, HIGH); delay(100); digitalWrite(buzz, LOW); delay(100);}} if (mode == 2) { for (i = 0; i < 4; i++) { digitalWrite(buzz, HIGH); delay(100); digitalWrite(buzz, LOW); 76 delay(100); }}} bool checkMoney(unsigned char card_id) { bool isMoney = false; Serial.println(String("ID: ") + card_id + " money: " + car_info[card_id].money ); if (car_info[card_id].money >= 10000) { /*Neu so tien the >= 10000 > tru 10k*/ car_info[card_id].money -= 10000; saveInfo(); isMoney = true;} return isMoney;} /*Nap tien vao the*/ void inputMoneny(unsigned char id) { lcd.setCursor(0, 0); lcd.print(" - Nap Tien -"); lcd.setCursor(0, 1); char key = keypad.getKey(); if (key == 'A') { if (i_mode == 3) { i_mode = 0;} else { i_mode++;}} if (i_mode == 0) { lcd.print("> 50000 (vnd)"); } else if (i_mode == 1) { lcd.print("> 100000 (vnd)"); } else if (i_mode == 2) { lcd.print("> 150000 (vnd)"); } else if (i_mode == 3) { lcd.print("> 200000 (vnd)");} 77 if (key == 'D' && i_mode == 0) { car_info[id].money += 50000; Serial.println(String("Save epp1: ") + car_info[id].money / 10000); EEPROM.write(id, (car_info[id].money / 10000)); notification(1); index_t = 0; delay(1000); lcd.clear(); } else if (key == 'D' && i_mode == 1) { car_info[id].money += 100000; Serial.println(String("Save epp2: ") + car_info[id].money / 10000); EEPROM.write(id, (car_info[id].money / 10000)); notification(1); index_t = 0; delay(1000); lcd.clear();} else if (key == 'D' && i_mode == 2) { car_info[id].money += 150000; Serial.println(String("Save epp3: ") + car_info[id].money / 10000); EEPROM.write(id, (car_info[id].money / 10000)); notification(1); index_t = 0; delay(1000); lcd.clear(); } else if (key == 'D' && i_mode == 3) { car_info[id].money += 200000; Serial.println(String("Save epp4: ") + car_info[id].money / 10000); EEPROM.write(id, (car_info[id].money / 10000)); notification(1); index_t = 0; 78 delay(1000); lcd.clear(); } else {}} /* Luu thong tin so tien vua bi tru */ void saveInfo() {} void isInputMoney() { lcd.setCursor(0, 0); lcd.print("Nap Tien Vao The"); char key = keypad.getKey(); if (key == 'A') { if (i_mode == 1) { i_mode = 0; } else { i_mode = 1; }} if (i_mode == 0) { lcd.setCursor(0, 1); lcd.print("> Yes No"); } else { lcd.setCursor(0, 1); lcd.print(" Yes > No");} if (key == 'D' && i_mode == 0) { index_t = 2; i_mode = 0; lcd.clear(); } else if (key == 'D' && i_mode == 1) { index_t = 0; i_mode = 0; lcd.clear(); }} 79 7.4 Kết đạt Sau thi công tồn hệ thống đạt kết có sau: – Hồn chỉnh mơ hình với thiết kế dự tính – Cơ cấu nâng hạ xẹ để cất xe trả xe vị trí – Cảm biến hoạt động để nhận biết có xe gửi trả – Cơng tắc hành trình hoạt động giúp giới hạn chu trình hoạt động thang nâng 80 KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN Kết luận Qua cố gắng nỗ lực thân, giúp đỡ tận tình giảng viên hướng dẫn thời gian qua, em hoàn thành xong đề tài “Thiết kế, thi cơng mơ hình điều khiển, giám sát hệ thống bãi đỗ xe tự động” Cụ thể đề tài đạt nội dung sau: – Hệ thống đưa xe vào ổn định – Thẻ RFID giao tiếp với PLC – Giao diện điều khiển giám sát WinCC hoạt động tốt – Có thể tốn tiền gửi xe Hướng phát triển  Về cơng nghệ thu phí gửi xe đặt chỗ: – Thêm chức đặt chỗ trước thơng qua web, điện thoại – Thu phí theo giời gian gửi xe – Lưu liệu khách hàng để tiện theo dõi cấp thông tin an ninh cần thiết – Có thể nhận diện khn mặt quét vân tay để tạo nên hệ thống tiên tiến  Về công nghệ điều khiển, giám sát: – Có thể mở rộng nhiều số lượng vị trí gửi xe – Sử dụng thiết bị cơng nghiệp để mơ hình chạy ổn định – Nâng cấp hệ thống giám sát, điều khiển qua web 81 TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Lập trình PLC – SCADA mạng truyền thơng cơng nghiệp, Lê Ngọc Bích, Phạm Quang Huy, NXB Bách khoa Hà Nội, 2016 [2] Lập trình với PLC S7 – 1200 & S7 – 1500, Ngô Văn Thuyên, Phạm Quang Huy, NXB Thanh Niên, 2019 [3] Tự động hóa PLC – 1200 với TIA Portal, Trần Văn Hiếu, NXB Khoa học kỹ thuật, 2019 [4] Thiết kế hệ thống giám sát điều khiển với TIA Portal, Trần Văn Hiếu, NXB Khoa học kỹ thuật, 2019 [5] Giáo trình kỹ thuật vi xử lý vi điều khiển, Đặng Phước Minh, NXB Thanh Niên, 2015 [6] Một số trang web tự động hóa: – https://plctech.com.vn – https://new.siemens.com – https://dientutuonglai.com/tim-hieu-arduino.html – http://arduino.vn/bai-viet/198-hoc-arduino-can-nhung-gi 82 ...  Cất xe: Khi có xe vào thì quét thẻ đưa xe đến vị trí gửi xe, lúc hệ thống bắt đầu việc so sánh xem có xe bãi chứa xe hay chưa Nếu chưa bắt đầu cất xe vào bãi, hệ thống lệnh cho tay nâng xe bắt... đầu làm việc nâng xe khỏi vị trí gửi xe di chuyển đến vị trí chứa xe Lúc tay nâng xe bắt đầu việc đưa xe vào vị trí hồn thành việc cất xe  Trả xe: Cũng việc cất xe việc lấy xe trả khách tương... thay xe cart vận chuyển xe, hệ thống sử dụng thang nâng chạy dọc khay để xe để nhận lấy xe Hệ thống đỗ xe thông minh phổ biến trước đời hệ thống đỗ xe tự động di chuyển tầng robot Với bãi đậu xe