Hoạt động của hệ thống

Gửi xe vào:

Chọn chế độ auto. Khi có xe vào thì ta quẹt thẻ để gửi dữ liệu mã thẻ vào máy tính. Hệ thống sẽ tự động hoạt động cho xe vào chỗ trống gần nhất. Nếu ta chọn chế độ manual thì phải chọn vị trí và chế độ gửi xe, sau đó hệ thống sẽ cho xe vào vị trí mong muốn.

Lấy xe ra:

Chọn chế độ auto. Khi quẹt thẻ thì hệ thống sẽ tự động lấy xe tương ứng đã gửi trước đó ra vị trí OUT. Nếu chọn chế độ manual thì ta phải chọn vị trí và chế độ lấy xe, sau đó hệ thống sẽ lấy xe mong muốn ra vị trí OUT. Nếu mã thẻ đã có trong cơ sở dữ liệu thì cũng sẽ được xóa sau khi lấy xe ra.

Sự cố mất thẻ:

Sau khi kiểm tra giấy tờ của khách hàng bị mất thẻ xe, nhân viên sẽ kiểm tra biển số xe đó có trong cơ sở dữ liệu hay không. Nếu có thì truy xuất vị trí đỗ xe và tiến hành trả xe với chế độ điều khiển bằng tay.

3.4. Thiết kế phần cứng.

3.4.1. Chọn giải pháp gửi xe ô tô tự động.

Với những tiêu chí là tối ưu về mặt số lượng chỗ gửi xe trong một diện tích nhất định cũng như là hình ảnh bãi gửi xe phải đẹp, hiện đại và tăng tính mỹ quan cho thành phố. Ngoài ra thời gian lấy và cất xe phải nhanh chóng, tính tự động phải cao, chất lượng gửi xe phải được đảm bảo. Trong các giải pháp giữ xe ô tô được trình bày trong phần cơ sở lý thuyết, chỉ có hệ thống bãi gửi xe ô tô tự động dạng tòa nhà hình vuông và hình trụ tròn là thỏa mãn được các tiêu chí đặt ra. Sau đó

24 quyết định cuối cùng nhóm em đó là sẽ thiết kế và thi công mô hình bãi giữ xe ô tô tự động hình trụ tròn.

 Tại sao lại chọn bãi giữ xe ô tô tự động mà không phải bãi giữ xe truyền thống?

- Tăng số lượng chỗ để xe trên cùng một diện tích đất. Đây là một ưu điểm lớn nhất của bãi đỗ xe thông minh. Trong khi các nhà hàng, khách sạn, chung cư cao tầng ngày càng mọc lên như nấm để phát triển kinh tế thì đồng nghĩa quỹ đất ngày càng hạn hẹp. Việc tận dụng tối đa diện tích đất cho bãi đỗ xe là hoàn toàn cần thiết. Ở các bãi gửi xe truyền thống, ta sẽ tốn diện tích cho việc xây dựng lối đi bộ, cầu thang hoặc thang máy để phục vụ người đi bộ trong khu vực đỗ xe. Trong khi đó ở bãi đổ xe tự động, ta sẽ không phải xây dựng những cái đó vì xe sẽ được tự động đưa vào chỗ gửi xe mà không cần người lái. Hơn nữa diện tích để làm lối đi cho xe di chuyển ra vào cũng là rất lớn mà ta có thể tiết kiệm được trong hệ thống giữ xe tự động.

- Giảm thời gian đưa xe vào và lấy xe ra. Vì hệ thống tự động cất và lấy xe cho khách vào vị trí thuận lợi nhất trong thời gian nhanh nhất nên sẽ đỡ mất thời gian cho họ trong việc tìm chỗ đỗ xe phù hợp.

- Giảm được tiếng ồn và khí thải do xe không phải nổ máy, di chuyển trong khu vực đỗ xe. Từ đó tăng chất lượng sống của người dân, tiết kiệm được năng lượng và làm giảm tình trạng ô nhiễm môi trường.

- Tăng cường xây dựng mỹ quan đô thị với các bãi giữ xe tự động, góp phần nâng cao cơ sở hạ tầng và xây dựng hình ảnh chuyên nghiệp, hiện đại cho các thành phố lớn tại Việt Nam.

- Tăng chất lượng gửi xe bằng cách giảm mức độ va chạm khi đưa xe vào và lấy xe ra khỏi bãi vì không có người lái xe trong hệ thống gửi xe tự động.

 Tại sao lại chọn bãi giữ xe ô tô tự động dạng tòa nhà hình trụ tròn mà không phải dạng tòa nhà hình vuông?

- Tiết kiệm được diện tích hơn. Bãi giữ xe hình trụ sẽ có diện tích nhỏ hơn so với bãi giữ xe hình vuông với cùng số lượng chỗ để xe trên 1 tầng.

25 So sánh trong trường hợp có 10 xe trên 1 tầng:

Hình 3.2: So sánh diện tích bãi giữ xe dạng tháp tròn và vuông Bảng 3.1: So sánh bãi giữ xe dạng tháp tròn và vuông

Tiêu chí Tháp vuông Tháp tròn

Diện tích S = 15 x 18 = 270𝑚2 S = ∏ x 17.52

4 = 240𝑚2 Khoảng trống Tốn không gian ở giữa để di

chuyển tay nâng gửi xe vào hoặc lấy xe ra. Có khoảng trống giữa các ô để xe nhưng cũng không đáng kể Tận dụng diện tích trống Không thể. Vì khoảng trống đó phải để cho cánh tay nâng di chuyển.

Làm nơi lưu trữ vật dụng. Ví dụ như có thể để chứa các bình chữa cháy, các thiết bị bảo vệ hoặc những đồ vật sử dụng trong những trường hợp cấp bách.

26

Hình 3.3: So sánh kết cấu bãi giữ xe dạng tháp tròn và vuông

Nếu đặt hệ thống đỗ xe hình trụ tròn này ngầm ở dưới lòng đất thì cấu trúc tròn của hệ thống giúp chống động đất, các chấn động hoặc rung lắc cũng bị phân tán lực ra xung quanh, tỷ lệ biến dạng nhỏ. Còn hệ thống ở dạng vuông thì lực nén và lực căng bề mặt dễ làm biến dạng bức tường nên phải xây tường dày hơn. Do đó ta có thể tiết kiệm được chi phí cho việc xây dựng bề mặt thành của hệ thống.

3.4.2. Lựa chọn cơ cấu truyền động.

Sau khi cân nhắc lựa chọn thì cấu trúc của hệ thống bãi giữ xe ô tô tự động sẽ là hình trụ tròn. Do đó, cơ cấu truyền động cho hệ thống sẽ cần một chuyển động tịnh tiến nâng hạ cánh tay nâng để xác định tầng gửi xe, một chuyển động tịnh tiến để đưa xe vào hoặc lấy xe ra và một chuyển động xoay để xoay đến đúng chỗ giữ xe trong tầng. Có rất nhiều cơ cấu truyền động để có thể tạo thành chuyển động tịnh tiến mà ta cần phải lựa chọn, đó là:

 Cơ cấu vít me – đai ốc trượt. Ưu điểm:

- Độ chính xác truyền động cao, tỷ số truyền lớn. - Truyền động êm, có khả năng tự hãm, lực truyền lớn. - Thiết kế nhỏ gọn, gia công đơn giản.

Nhược điểm:

27

Hình 3.4: Cơ cấu vít me – đai ốc trượt

 Truyền động đai: Là cơ cấu truyền động nhờ lực ma sát giữa các mặt tiếp

xúc của vật dẫn và vật bị dẫn. Cấu tạo gồm 3 bộ phận: Bánh dẫn, bánh bị dẫn và dây đai. Hoạt động theo nguyên lý: Khi bánh dẫn quay thì nhờ lực ma sát giữa dây đai và bánh đai làm cho bánh bị dẫn quay theo. Dây đai thì có loại có răng và không có răng và đều được làm từ vật liệu tạo ma sát tốt. Truyền động bằng dây đai cũng là bộ truyền cơ khí được sử dụng sớm nhất và vẫn được sử dụng phổ biến hiện nay trong các ứng dụng máy in 3D, máy khâu hoặc là trong các hộp số vô cấp trong xe máy, ô tô.

28

Ưu điểm:

- Có thể truyền động giữa các trục xa nhau. - Hiệu suất truyền động tốt.

- Hoạt động êm, giá thành rẻ, chi phí bảo dưỡng thấp. - Kết cấu vận hành đơn giản.

- Không cần phải bôi trơn.

Nhược điểm:

- Khi vận hành nhiều thì dây đai có thể bị kéo dãn.

- Có thể xuất hiện hiện tượng trượt đàn hồi giữa dây đai và pulley hoặc ròng rọc dẫn đến tỉ số truyền bị thay đổi.

- Nhiệt độ ứng dụng bị giới hạn.

 Truyền động xích: Được cấu tạo từ dây xích và nhông xích (hay còn gọi là

đĩa xích) dẫn truyền lực. Thường được ứng dụng để truyền chuyển động từ các động cơ như băng chuyền, băng tải, hộp giảm tốc hoặc là bộ truyền động trong xe máy.

Hình 3.6: Cấu tạo của bộ truyền động xích Ưu điểm:

- Có thể làm việc khi quá tải đột ngột, hiệu suất cao hơn, không có hiện tượng trượt.

- Không đòi hỏi phải căng xích.

Nhược điểm:

- Khi vào khớp và ra khớp, các mắt xích xoay tương đối với nhau và bản lề xích bị mòn, gây nên tải trọng phụ thụ động.

29 - Khi làm việc tạo ra tiếng ồn.

- Cần phải bôi trơn thường xuyên và phải có bộ phận điều chỉnh xích.

Hình 3.7: Bộ truyền xích trong xe máy

 Ray trượt vuông (Linear Guideways): Sử dụng sự luân chuyển tuần

hoàn của các viên bi thép giữa một thanh ray hình chữ nhật và một hộp trượt tạo thành chuyển động tuyến tính. Thanh trượt thường được cố định chặt trên bề mặt máy, còn con trượt được gắn vào chi tiết cần chuyển động tuyến tính.

30 Ưu điểm: - Chịu tải nặng - Có tuổi thọ cao - Độ chính xác cao - Có tốc độ cao

- Chuyển động thẳng mượt, ma sát thấp.

Nhược điểm: Chi phí mua sản phẩm đắt.

 Ray trượt tròn: Được cấu tạo gồm có: Ray trượt, con trượt và gối đỡ. Ray

trượt sẽ được cố định tại một vị trí đáp ứng được hành trình di chuyển của thiết bị đó. Con trượt giúp cho các bộ phận của thiết bị có thể di chuyển được.

Hình 3.9: Ray trượt tròn Ưu điểm:

- Cấu trúc đơn giản, dễ lắp đặt. - Hiệu quả truyền động cao.

31

 Chọn phương án truyền động tuyến tính.

Vì những hạn chế về mặt kiến thức thiết kế cơ khí nên nhóm em quyết định chọn phương án cơ cấu truyền động đai, sử dụng động cơ 24VDC, các pulley, ròng rọc và dây đai curoa để tạo nên các chuyển động tuyến tính cho hệ thống. Ngoài ra như đã phân tích thì giải pháp này cũng là phương án có đơn giản, dễ lắp đặt và có chi phí thấp, rất phù hợp với khả năng của nhóm em và yêu cầu đặt ra của hệ thống. Để tăng thêm sự cứng cáp và chắc chắn cho cơ cấu nâng hạ thì nhóm em có sử dụng thêm cơ cấu chuyển động tuyến tính con trượt tròn sử dụng song song với phương án truyền động bằng dây đai.

3.4.3. Lựa chọn thiết bị.

 Động cơ DC.

Cơ cấu truyền động dây đai được chọn cho đề tài này, do đó một động cơ DC là cần thiết để thực hiện phương án đó. Trên thị trường có rất nhiều loại động cơ một chiều có hộp giảm tốc với đa dạng các hình dạng, kích cỡ và số vòng quay trên phút RPM. Tuy nhiên vì mô hình được thiết kế nhỏ, cao (vì có nhiều tầng) nên nhóm em chọn sử dụng động cơ một chiều có hộp số vuông JGY370 160RPM.

Hình 3.10: Động cơ một chiều có hộp số vuông JGY370 160RPM Ưu điểm:

- Động cơ có hộp giảm tốc nên sẽ kéo được tải lớn, tốc độ hoạt động thấp rất phù hợp với hệ thống để xe không bị rớt ra ngoài khi di chuyển.

32 - Do cơ cấu bánh răng trục vít bên trong động cơ nên khi không cấp điện trục quay sẽ bị khóa, do đó sẽ dễ dàng điều khiển được vị trí của tay nâng trong hệ thống.

Nhược điểm: Có hộp số nên tốc độ quay chậm. Thông số kỹ thuật:

- Điện áp sử dụng: 12VDC

- Tốc độ quay không tải: 160rpm (vòng/phút) - Mô men: 2.2kg.cm

Các thiết bị kết nối với động cơ DC để tạo nên cơ cấu truyền động dây đai sẽ gồm có:

 Pulley GT2 20 răng 6.35mm.

Vì trục đầu ra của trục động cơ 12VDC JGY370 là ~6.35mm nên ta sẽ sử dụng pulley với cùng kích thước để gắn vào đầu trục động cơ tạo thành bánh dẫn trong hệ thống truyền động bằng dây đai.

Hình 3.11: Pulley GT2 20 răng 6.35mm

 Ròng rọc GT2

Đường kính của nó là 3mm, có tất cả 20 răng và ròng rọc này được đặt ở phía dưới của hệ thống tạo thành bánh bị dẫn. Chọn loại ròng rọc có đường kính khác cũng không quan trọng lắm, miễn là nó hoạt động được với dây đai GT2 được giới thiệu ở bên dưới.

33

 Dây đai GT2

Đây là dây đai curoa được làm bằng nhựa cao su, có tác dụng truyền chuyển động từ bánh dẫn đến bánh bị dẫn và tạo nên chuyển động tuyến tính cho hệ thống. Vì pulley và ròng rọc được chọn là loại GT2 nên sẽ chọn loại dây đai GT2 là phù hợp với hệ thống. Chọn loại dây đai khác sẽ có thể không thích hợp, lúc đó sẽ có hai lựa chọn: một là thay đổi loại dây đai, hai là thay đổi cả pulley và ròng rọc.

Hình 3.13: Dây đai GT2

Các linh kiện để tạo thành cơ cấu chuyển động tuyến tính con trượt tròn:

 Thanh trượt tròn: Đường kính 8mm, được làm bằng thép không gỉ, mạ crom

sáng bóng.

Hình 3.14: Thanh trượt tròn

 Ổ bi LM8UU (con trượt): Có đường kính trong là 8mm. Vì thanh trượt của

mình là 8mm nên con trượt này cũng phải cùng kích thước để có thể hoạt động trơn tru được.

34

 Bạc đạn đỡ trục KLF08: Có đường kính trong là 8mm, cùng kích thước với

thanh trượt và con trượt, có nhiệm vụ là làm gối đỡ trục thẳng đứng cho thanh trượt.

Hình 3.16: Bạc đạn đỡ trục KLF08

 Lựa chọn cảm biến:

Hiện nay trên thị trường có bán rất nhiều loại cảm biến quang, cảm biến hồng ngoại phát hiện vật cản từ 5V-24V, giá thành cũng tương tự nhau, có ứng dụng giống nhau là để phát hiện cản. Trong đề tài này nhóm em sử dụng cảm biến hồng

ngoại phát hiện vật cản E3F-DS10C4. Có thể sử dụng loại cảm biến quang khác

cũng được. Thông số kỹ thuật: - Điện áp: 6-36VDC - Dòng 300mA - Đầu ra NPN - Kết nối:

+ Dây màu nâu: nối nguồn 24VDC + Dây màu xanh: nối GND

+ Dây màu đen là dây tín hiệu thường mở NPN, nối vào ngõ vào của PLC. - Khoảng cách: 3-30cm, có thể điều chỉnh được qua biến trở gắn trên cảm biến. - Có led hiển thị ngõ ra màu đỏ.

35

Hình 3.17: Cảm biến hồng ngoại phát hiện vật cản E3F-DS10C4

 Webcam Logitech C270 720p.

Trên thị trường hiện nay có rất nhiều loại webcam với sự đa dạng về giá cả cũng như là chất lượng. Tuy nhiên để có thể chọn ra một loại webcam tầm trung có giá cả vừa phải với độ phân giải cao và chất lượng tốt thì nhóm em lựa chọn webcam Logitech C270 720p. Webcam này được sử dụng để chụp ảnh biển số xe và gửi hình ảnh qua qua máy tính thông qua cổng USB.

Thông số kỹ thuật:

- Tốc độ khung hình: 30fps - Độ phân giải 720p.

- Tiêu cự: Lấy nét cố định.

- Cổng kết nối với máy tính: Cổng USB.

- Hỗ trợ hệ điều hành: Windows® 10, Windows 8, Windows 7, macOS 10.10, Chrome OS, Android™ v 5.0.

- Tính năng: Hoạt động với Skype™ - Google Hangouts™ - FaceTime dành cho Mac.

36

 Động cơ bước

Trong luận văn này, động cơ bước có tác dụng xoay tay nâng đến vị trí mong muốn. Nhóm em quyết định sử dụng động cơ bước nhằm tăng độ chính xác và tin cậy cho hệ thống vì động cơ bước là sự lựa chọn tối ưu trong các ứng dụng điều khiển vị trí. Khối lượng tải ở đây là tay nâng không quá nặng nên có thể sử dụng loại động cơ bước có kích thước vừa phải. Động cơ bước được xài trong đề tài này là động cơ bước NEMA 23 size 57, 1.8 step.

Thông số kỹ thuật: - Loại động cơ bước: 2 phase - Dòng định mức: 2A

- Độ phân giải: 1.8 độ/ 1 bước - Số dây: 6 dây

Hình 3.19: Động cơ bước NEMA size 57