Thiết kế và thi công bãi giữ xe ứng dụng công nghệ REID và xử lý ảnh

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP NGÀNH ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP THIẾT KẾ, THI CÔNG BÃI GIỮ XE ỨNG DỤNG CÔNG NGHỆ RFID VÀ XỬ LÝ ẢNH GVHD: Nguyễn Ngô Lâm SVTH1: Nguyễn Đăng Việt MSSV: 15141327 SVTH2: Trần Trí Đạt MSSV: 15141337 SKL006087 Tp Hồ Chí Minh, tháng 6/2019 Báo Cáo Đồ Án Tốt Nghiệp NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Họ tên sinh viên: Chuyên ngành: Hệ đào tạo: Khóa: I TÊN ĐỀ TÀI: THIẾT KẾ, THI CÔNG BÃI GIỮ XE ỨNG DỤNG CÔNG NGHỆ RFID VÀ XỬ LÝ ẢNH II NHIỆM VỤ Các số liệu ban đầu: (ghi thông số, tập tài liệu tín hiệu, hình ảnh,…) Vì đề tài thiết kế, thi công bãi giữ xe nên nhóm sưu tầm hình biển số xe có sẵn mạng để sau đưa vào sử dụng phần xử lý ảnh Nội dung thực hiện: (ghi nội dung cần thực phần tổng quan)  Tổng quan hệ thống quản lý xe vào tự động ứng dụng xử lý ảnh  Nghiên cứu thuật toán xử lý ảnh ứng dụng  Viết chương trình điều khiển cho Arduino, xử lý mơ hình thực tế  Viết chương trình xử lý ảnh  Giải pháp thiết kế giao diện giám sát hoạt động hệ thống  Hoàn thiện hệ thống điều khiển mơ hình, tiến hành chạy mẫu III NGÀY GIAO NHIỆM VỤ: IV NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ: 10/06/2019 V HỌ VÀ TÊN CÁN BỘ HƯỚNG DẪN: CÁN BỘ HƯỚNG DẪN ThS Nguyễn Ngô Lâm BM ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH Báo Cáo Đồ Án Tốt Nghiệp TRƯỜNG ĐH SPKT TP HỒ CHÍ MINHCỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM KHOA ĐIỆN-ĐIỆN TỬ BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH Tp HCM, ngày tháng 07 năm 2019 LỊCH TRÌNH THỰC HIỆN ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Họ tên sinh viên 1: Nguyễn Đăng Việt Lớp: 15141DT1B Họ tên sinh viên 2: Trần Trí Đạt Lớp: 15141DT1B Tên đề tài: THIẾT KẾ, THI CÔNG BÃI GIỮ XE ỨNG DỤNG CÔNG NGHỆ RFID VÀ XỬ LÝ ẢNH Tuần/ngày Tuần (18/2 – 24/2) Tuần (25/2 – 3/3) Tuần (4/3 – 10/3) Tuần (11/3 – 17/3) Tuần (18/3 – 24/3) Tuần Báo Cáo Đồ Án Tốt Nghiệp (25/3 – 31/3) Tuần (1/4 - 7/4) Tuần (8/4 – 14/4) Tuần (15/4 – 21/4) Tuần 10 (22/4 – 28/4) Tuần 11 (29/4 – 5/5) Tuần 12 (6/5 – 12/5) Tuần 13 (13/5 – 19/5) Tuần 14 (20/5 – 26/5) Tuần 15 (27/5 – 2/6) Tuần 16 (18/6 – 22/6) Báo Cáo Đồ Án Tốt Nghiệp Trang iv LỜI CAM ĐOAN Đề tài nhóm chúng tơi tự thực dựa vào số tài liệu trước khơng chép từ tài liệu hay cơng trình có trước Người thực đề tài Nguyễn Đăng Việt – Trần Trí Đạt Báo Cáo Đồ Án Tốt Nghiệp Trang v LỜI CẢM ƠN Trong thời gian thực đề tài này, nhóm em nhận nhiều giúp đỡ, đóng góp ý kiến bảo nhiệt tình thầy bạn bè, nên nhóm em xin chân thành cảm ơn:  Ban giám hiệu nhà trường Đại học Sư Phạm Kỹ Thuật TP.HCM tạo điều kiện tốt cho sinh viên học tập nghiên cứu  Thầy cô trường tận tình hướng dẫn thư viện trường cung cấp giáo trình tài liệu tham khảo suốt trình học tập sinh viên  Đặc biệt hướng dẫn giúp đỡ tận tình thầy giáo Nguyễn Ngơ Lâm giảng dạy, giúp đỡ phân tích rõ vấn đề sinh viên cịn khúc mắc Nhóm em cố gắng trình tìm hiểu thực đề tài kiến thức cịn hạn chế khiến tiểu luận khơng ý thầy Nhóm mong góp ý, nhận xét đánh giá nội dung hình thức trình bày từ thầy để nhóm hồn thiện báo cáo tốt Xin chân thành cảm ơn! TP.HCM, Ngày tháng 07 năm 2019 Nhóm sinh viên thực Nguyễn Đăng Việt – Trần Trí Đạt Báo Cáo Đồ Án Tốt Nghiệp Trang vi MỤC LỤC NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP LỊCH TRÌNH THỰC HIỆN ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP LỜI CAM ĐOAN LỜI CẢM ƠN MỤC LỤC LIỆT KÊ HÌNH VẼ LIỆT KÊ BẢNG PHỤ LỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT TÓM TẮT Chương 1: TỔNG QUAN 1.1Giới thiệu 1.2Tình hình nghiên cứu 1.2.1Tình hình nghiên cứu tr 1.2.2Tình hình nghiên cứu n 1.3Tính cấp thiết đề tài 1.4Mục tiêu đề tài 1.5Phương hướng thực đề tài 1.6 Bố cục đồ án Chương 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT 2.1Giới thiệu linh kiện 2.1.1Borad Arduino Uno R3 2.1.2 Module RFID RC522 2.1.3 Màn hình LCD 20x4 2.1.4Động Servo SG90 2.1.5Camera USB 2.0 2.2Phần mềm lập trình điều khiển 2.2.1Phần mềm lập trình Ar 2.2.2Giới thiệu phần mềm M 2.2.3Cài đặt thư viện Arduin 2.3Sơ lược công nghệ RFID 2.4Sơ lược UART 2.5Sơ lược chuẩn giao tiếp SPI 2.6Sơ lược I2C 2.7 Lý thuyết ảnh số Báo Cáo Đồ Án Tốt Nghiệp Trang vii 2.7.1 Khái niệm ảnh số 33 2.7.2 Cấu trúc file ảnh 34 2.7.3 Ảnh RGB 34 2.7.4 Mức xám (Gray level) .35 2.7.5 Lược đồ mức xám (Histogram) 35 2.7.6 Ảnh nhị phân .36 2.8 Các Phương pháp xử lý ảnh số 36 2.8.1 Chuyển ảnh màu RGB thành ảnh mức xám Gray level 36 2.8.2 Phương pháp lọc nhiễu ảnh .37 Chương 3: THIẾT KẾ - THI CÔNG HỆ THỐNG 38 3.1 Sơ đồ khối hệ thống 38 3.1.1 Yêu cầu hệ thống .38 3.1.2 Thiết kế sơ đồ khối 38 3.1.3 Hoạt động hệ thống 39 3.2 Thiết kế 39 3.2.1 Khối động .39 3.2.2 Khối hiển thị 40 3.2.3 Khối RFID 41 3.2.4 Khối nguồn 43 3.3 Thiết kế phần mềm 44 3.3.1 Thiết kế phần mềm cho PC .44 3.3.2 Lưu đồ giải thuật chương trình 44 3.3.3 Lưu đồ chương trình khởi tạo, điều khiển LCD – Servo 45 3.3.4 Lưu đồ chương trình RFID 46 3.3.5 Thiết kế giao diện quản lý PC 46 3.4 Thi công 47 3.4.1 Thiết kế mạch in 47 3.4.2 Board mạch hoàn thiện 48 3.4.3 Thi cơng mơ hình bãi xe 50 Chương : HỆ THỐNG NHẬN DẠNG BIỂN SỐ XE MÁY 52 4.1 Mơ hình tổng qt nhận dạng biển số xe máy 52 4.2 Ảnh đầu vào .52 4.3 Tiền xử lý 53 4.3 Phân vùng ảnh tách biển số 53 4.3.1 Phân vùng ảnh 53 Báo Cáo Đồ Án Tốt Nghiệp Trang viii 4.3.2 Trích vùng biển số .54 4.4 Phân đoạn biển số 55 4.5 Nhận dạng biển số 55 4.5.1 Tạo mẫu ký tự 55 4.5.2 Nhận dạng ký tự phương pháp tương quan 57 Chương 5: KẾT QUẢ - NHẬN XÉT – ĐÁNH GIÁ 60 5.1 Kết thực .60 5.2 Nhận xét – Đánh giá 62 Chương 6: KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN .63 6.1 Kết luận 63 6.2 Hướng phát triển 64 TÀI LIỆU THAM KHẢO 65 PHỤ LỤC 1: CHƯƠNG TRÌNH .66 Code Arduino 66 Code Matlab 66 PHỤ LỤC 2: CÁCH VẬN HÀNH HỆ THỐNG .72 Báo Cáo Đồ Án Tốt Nghiệp Trang 61 Ở giao diện khởi động khơng có thơng tin xe bãi xe chưa hoạt động chưa có xe bãi Chỉ có camera ngõ ngõ vào hoạt động bình thường thơi Tiếp theo, có xe vào hệ thống chụp ảnh xe ngõ vào, phân tích xử lý đọc biển số xe khách hàng, đồng thời hiển thị lên dòng chữ “MỜI XE VÀO” lưu liệu xe (bao gồm: mã thẻ, biển số xe, thời gian xe vào) vào PC Hình 3: Giao diện có xe vào Khi có xe ra, hệ thống chụp ảnh xe ra, đọc lại biển số khách hàng, sau truy xuất lại liệu tương ứng với mã thẻ, so sánh có với biển số xe hay khơng, mở servo cho xe ra, hiển thị hình LCD dịng chữ “MỜI XE RA”, “TẠM BIỆT Q KHÁCH, THƯỢNG LƠ BÌNH AN” Chương 5: Kết Quả - Nhận Xét - Đánh Giá Báo Cáo Đồ Án Tốt Nghiệp Trang 62 Hình 4: Giao diện có xe Trường hợp quẹt thẻ, biển số xe không giống với liệu ban đầu xe vào servo khơng mở, giữ xe khách hàng lại hiển thị dịng chữ “KHƠNG HỢP LỆ”, sau chờ nhân viên tới xử lý Hình 5: Giao diện xe không hợp lệ 5.2 Nhận xét – Đánh giá Sau hoàn thiện ta tiến hành chạy thử toàn hệ thống để kiểm tra độ ổn định, tính xác độ trễ điều khiển hệ thống Sau trình thực nghiệm cho thấy hệ thống sử dụng thời gian dài mạch điều khiển chưa ổn định, có thời gian trễ dễ bị nhiễu Chương 5: Kết Quả - Nhận Xét - Đánh Giá Báo Cáo Đồ Án Tốt Nghiệp Trang 63 Chương 6: KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN 6.1 Kết luận Sau thời gian thực đề tài đến nhóm hoàn thành yêu cầu đề ra, thiết kế thi cơng thành cơng mơ hình bãi giữ xe ứng dụng công nghệ RFID xử lý ảnh, nhận dạng biển số xe phần mềm matlab, có giao diện quản lý với phương pháp chức sau:  Lập trình Arduino để đọc liệu từ RFID, nhận liệu để hiển thị LCD điều khiển động Servo cho xe vào  Sử dụng chuẩn phương thức giao tiếp thường gặp UART  Sử dụng thuật toán xử lý ảnh để xử lý, tách nhận dạng biển số  Ứng dụng công nghệ RFID để đọc ghi hình ảnh, biển số xe trước sau tách biển số  Điều khiển động servo để mở barie cho xe vào  Ứng dụng phần mểm hỗ trợ xử lý ảnh matlab Tuy nhiên kiến thức hạn hẹp nên khơng thể tránh khỏi thiếu xót nhóm hạn chế phần thời gian trễ quẹt thẻ RFID (cách vận hành hệ thống nhóm nêu kỹ phần phụ lục 2) Một số ưu điểm hệ thống:  Giải vấn đề kẹt xe, vé gửi xe, đánh tráo thẻ xe bãi xe truyền thống trước  Giảm nhiều thời gian, khoản chi phí thuê nhân viên quản lý, bảo vệ, thu lợi nhuận cao  Khả đọc ghi lại liệu nhiều lần (khi khách hàng trả thẻ lấy xe khỏi bãi có thẻ tái sử dụng lại thẻ với khách hàng mới)  Thẻ RFID bền, hoạt động tốt mơi trường khơng thuận lợi nóng, ẩm, bụi bẩn, ăn mịn, hay có va chạm,… tạo độ tin cậy cao sử dụng  Lưu trữ, kiểm sốt đội tượng (thơng tin khách hàng) mà không cần phải xếp Một số nhược điểm hệ thống:  Chi phí triển khai cao bãi xe truyền thống trước  Thẻ RFID dễ bị nhiễu sóng mơi trường nước kim loại  Thời gian trễ lớn (khoảng – 3s), thực tế bãi xe lớn thời gian trễ nhỏ Vì mơ hình nên nhóm sử dụng thẻ RFID RC-522 đầu đọc chuyên dụng Chương 6: Kết Luận Và Hướng Phát Triển Báo Cáo Đồ Án Tốt Nghiệp Trang 64 6.2 Hướng phát triển Để mơ hình phát triển tương lai nhóm có số phương án đề xuất sau:  Tích hợp thêm nhiều cảm biến để nâng tính ổn định đảm bảo cho hệ thống  Lập trình thêm chức nhận dạng người lái xe cho hệ thống, tăng cường thêm tính bảo mật  Kết hợp thêm pin lượng mặt trời đặt bãi xe, hướng tới mục tiêu sử dụng nguồn lượng tiết kiệm  Upload liệu lên cloud để tránh trường hợp bị điện hay hệ thống xảy cố ý muốn Chương 6: Kết Luận Và Hướng Phát Triển Báo Cáo Đồ Án Tốt Nghiệp Trang 65 TÀI LIỆU THAM KHẢO Sách: [1] Giáo trình “Xử lý ảnh – Nguyễn Thanh Hải” – Đại học Sư Phạm Kỹ Thuật Tp.HCM [2] Giáo trình “Cơng nghệ nhận dạng vô tuyến RFID – Nguyễn Văn Hiệp” – Đại học Sư Phạm Kỹ Thuật Tp.HCM [3] Giáo trình “Matlab – Phan Thanh Tao” – Đại học Đà Nẵng [4] Đồ án tốt nghiệp “Thiết kế, thi cơng mơ hình bãi giữ xe ô tô – Nguyễn Lưu Trọng Đông, Nguyễn Thanh Huy” – Đại học Sư Phạm Kỹ Thuật Tp.HCM [5] Đồ án tốt nghiệp “Hệ thống bãi giữ xe thông minh ứng dụng công nghệ IoT RFID – Nguyễn Thanh Bình, Đồn Nguyễn Như Bảo” – Đại học Sư Phạm Kỹ Thuật Tp.HCM Website: https://www.fecegypt.com/uploads/dataSheet/1522237550_arduino%20uno %20 r3.pdf [2] https://www.nxp.com/docs/en/data-sheet/MFRC522.pdf [3] https://www.vishay.com/docs/37314/lcd020n004l.pdf [4] http://www.ee.ic.ac.uk/pcheung/teaching/DE1_EE/stores/sg90_datasheet.pdf [5] http://arduino.vn/ [6] https://ww2.mathworks.cn/en/ [7] Mạnh Tùng, “4 bãi giữ xe thông minh đề xuất xây Sài Gịn” VNExpress mục Giao thơng, 30/3/2017 [1] Tài Liệu Tham Khảo Báo Cáo Đồ Án Tốt Nghiệp Trang 66 PHỤ LỤC 1: CHƯƠNG TRÌNH Code Arduino #include void loop() #include { sv='0'; if ( mfrc522.PICC_IsNewCardPresent()) { #define SS_PIN 10 #define RST_PIN if ( mfrc522.PICC_ReadCardSerial()) MFRC522 mfrc522(SS_PIN, RST_PIN); { for (byte i = 0; i