Hình 3.3: PLC S7 – 1200 CPU 1214C DC/DC/DC Khối đọc thẻ ARDUINO UNO R3
Sử dụng Arduino UNO R3 và mạch đọc thẻ RFID RC522 để đọc mã thẻ từ các thẻ Tag, kết nối với máy tính qua cổng USB.
Arduino Uno R3 là một mạch vi xử lý phát triển sử dụng vi điều khiển Atmega328P nhằm xây dựng các ứng dụng tương tác với nhau hoặc với môi trường được thuận lợi hơn. Arduino sử dụng mã nguồn mở, có thể giao tiếp với nhiều ngoại vi như các cảm biến, các mạch điện tử, mạch công suất, động cơ...
Thông số kỹ thuật của Arduino Uno R3 được thể hiện trong bảng 3.1.
Bảng 3.1: Thông số kỹ thuật của Arduino Uno R3.
Vi điều khiển Atmega328 họ 8bit
Điện áp hoạt động 5V DC (chỉ được cấp qua cổng USB)
Tần số hoạt động 16 MHz
Dòng tiêu thụ khoảng 30mA
Điện áp vào khuyên dùng 7-12V DC Điện áp vào giới hạn 6-20V DC
Số chân Digital I/O 14 (6 chân hardware PWM) Số chân Analog 6 (độ phân giải 10bit)
Mạch đọc thẻ RFID RC522
RFID (Radio Frequency Identification) là công nghệ nhận dạng đối tượng bằng sóng vô tuyến, cho phép nhận biết các đối tượng thông qua hệ thống thu phát sóng radio, từ đó có thể giám sát, quản lý hoặc lưu vết từng đối tượng.
Một thiết bị hay một hệ thống RFID được cấu tạo bởi hai thành phần chính là thiết bị đọc (reader) và thiết bị phát mã RFID có gắn chip hay còn gọi là tag (Hình3.5). Thiết bị đọc được gắn antenna để thu – phát sóng điện từ, thiết bị phát mã RFID tag được gắn với vật cần nhận dạng, mỗi thiết bị RFID tag chứa một mã số nhất định và không trùng lặp nhau.
Hình 3.5: Cấu trúc thẻ RFID và hệ thống RFID
Khi hoạt động, thiết bị RFID reader phát ra sóng điện từ ở một tần số nhất định, khi thiết bị RFID tag trong vùng hoạt động sẽ nhận biết được sóng điện từ này và thu nhận năng lượng, từ đó phát lại cho thiết bị RFID reader biết mã số của mình, giúp cho RFID reader nhận biết được tag nào đang trong vùng hoạt động.
Hình 3.6: Sơ đồ kết nối Arduino Uno R3 và Mạch đọc thẻ RFID RC522
Camera nhận hình ảnh
Sử dụng Camera A870 để chụp ảnh, kết nối với máy tính qua cổng USB.
Hình 3.7: Camera xử lí hình ảnh A870
Thông số kỹ thuật:.
- Kích thước: 59,5mm � 63mm.
- Tự động cân bằng trắng, chỉnh màu tự động.
- Camera độ nét cao, chip + ống kính ở window.
- Thích hợp cho máy tính để bàn và máy tính xách tay.
- Hỗ trợ Windows 2000 / XP / window7 / win8 / window10 / Vista 32- bit,
- Kết nối qua cổng USB.
Khối động cơ
Động cơ bước (Step motor), đây là một loại động cơ đồng bộ, có khả năng biến đổi các tín hiệu điều khiển dưới dạng các xung điện rời rạc được phát ra kế tiếp nhau, tạo thành các chuyển động góc quay của trục rotor.
• Thông số kỹ thuật - Động cơ bước size 42. - Góc bước: 1,8 độ. - Điện áp 12VDC. - Momen xoắn 1.5Nm. - Số bước tối đa: 200.
Công tắc hành trình
Công tắc hành trình (Hình 3.8) dùng để giới hạn hành trình của các bộ phận chuyển động nào đó trong một cơ cấu hay một hệ thống, bao gồm:
Bộ phận nhận truyền động: đây là một bộ phận khá quan trọng của một công tắc hành trình, thứ làm nên sự khác biệt giữa chúng và các loại công tắc khác. Chúng được gắn trên đầu của công tắc có nhiệm vụ nhận tác động từ các bộ phận chuyển động để tác động kích hoạt công tắc.
Thân công tắc: phần thân của công tắc sẽ bao gồm các linh kiện bên trong với lớp vỏ bằng nhựa giúp chúng va dâp, bảo vệ các mạch điện bên trong khỏi các tác nhân tác động vật lý.
Chân kết nối: đây được xem là phần tín hiệu ngõ ra cho công tắc vì nó có nhiệm vụ truyền tín hiệu đến các thiết bị khác khi bị tác động bởi bộ phận truyền động.
Hình 3.8: Công tắc hành trình
3.2. XÂY DỰNG CHƯƠNG TRÌNH ĐIỀU KHIỂN
3.2.1. Bài toán công nghệ
Khi có xe vào: nhân viên quẹt thẻ, lúc này hệ thống bắt đầu việc so sánh xem đã có xe trong bãi hay chưa, nếu chưa thì bắt đầu cất xe vào bãi. Hệ thống bắt đầu chụp ảnh cũng như định vị vị trí còn trống trong bãi và ra lệnh cho tay nâng bắt đầu việc nâng xe ra khỏi khung và di chuyển đến vị trí đặt xe, lúc này tay nâng đặt xe vào vị trí và hoàn tất việc cất xe.
Khi lấy xe trả khách: Lần lượt khách quẹt thẻ sau đó hệ thống sẽ xem xe đã có trong bãi chưa, nếu đã có thì bắt đầu di chuyển tay nâng xe đến vị trí của xe đồng thời nâng xe ra khỏi khung sau đó di chuyển đến vị trí ra trả xe cho khách.
Sự cố điện đột ngột: Khi hệ thống xảy ra sự cố mất điện đột ngột toàn bộ hệ thống sẽ đứng yên đúng toạ độ, vị trí mà mà hệ thống đang chạy. Muốn khởi động lại ta sẽ phải cấp điện lại cho hệ thống và reset lại hệ thống.
Hệ thống có thể chạy ở chế độ tự động hoặc chế độ thủ công (bằng tay):
Tiếp điểm kết nối
Bộ phận nhận truyền động Thân công tắc
Hình 3.9: Sơ đồ thao tác vận hành
Hệ thống chạy tự động
Đưa xe vào hệ thống
Khi có xe vào thì nhân viên quẹt thẻ, lúc này hệ thống bắt đầu việc so sánh xem đã có xe trong bãi hay chưa, nếu chưa thì bắt đầu cất xe vào bãi. Hệ thống bắt đầu chụp ảnh cũng như định vị vị trí còn trống trong bãi và ra lệnh cho tay nâng bắt đầu việc nâng xe ra khỏi khung và di chuyển đến vị trí đặt xe, lúc này tay nâng đặt xe vào vị trí và hoàn tất việc cất xe.
Đưa xe ra khỏi hệ thống
Cũng như việc cất xe thì việc lấy xe trả khách cũng tương tự. Lần lượt khách quẹt thẻ sau đó hệ thống sẽ xem xe đã có trong bãi chưa, nếu đã có thì bắt đầu di chuyển tay nâng xe đến vị trí của xe đồng thời nâng xe ra khỏi khung sau đó di chuyển đến vị trí ra trả xe cho khách.
Hệ thống chạy bằng tay
Đưa xe vào hệ thống
Khi xe vào điểm gửi xe, trên màn hình điều khiển WinCC , nhân viên sẽ thấy trên các ô vị trí biết được vị trí xe nào còn trống (nếu có xe sẽ hiển thị
logo xe ô tô) nhân viên sẽ thực hiện thao tác bấm “check in” vào vị trí còn trống, khi đó hệ thống nâng xe sẽ đến vị trí lấy xe, tiếp đến nhân viên sẽ sẽ bấm “Take OK” để chấp nhận đưa xe vào vị trí.
Đưa xe ra khỏi hệ thống
Sau khi đã đưa xe vào vị trí gửi xe nhân viên tiếp tục nhìn trên màn hình điều khiển để biết được vị trí lấy xe (có xe hiển thị logo xe) tiếp đến nhân viên sẽ bấm “Check Out” vị trí mà muốn trả xe khi đó hệ thống nâng sẽ đến đúng ô vị trí mà mình muốn trả xe. Sau khi đến đúng vị trí nhân viên lại tiếp tục bấm “Take OK” để chấp nhận đưa xe ra.
3.2.2 Thuật toán điều khiển
- Khi xe được đưa vào vị trí gửi, thẻ từ được quét qua thiết bị đọc thẻ, thiết bị đọc thẻ sẽ có được chuỗi dữ liệu gồm 7 mã ACSII để đưa lên máy tính. Hệ thống quản lý trên máy tính truy cập cơ sở dữ liệu để kiểm tra xem mã thẻ đã tồn tại trước đó hay chưa, nếu có nghĩa là thẻ từ đã được quét trước đó và xe đã gửi trong bãi, cơ cấu nâng sẽ di chuyển đến vị trí xe để sẵn sàng lấy xe trả, nếu chưa thì lần quét thẻ này sẽ là để gửi xe vào bãi, cơ cấu nâng ở vị trí gốc cũng sẵn sàng để đưa xe vào bãi.
- Quá trình gửi xe: Camera gắn ở tay nâng sẽ chụp ảnh và nhận dạng biển số xe, nếu nhận dạng được biển số, tay nâng sẽ tiến hành đưa xe vào bãi. Nếu không nhận dạng được biển số (không thể chụp được hình, nhận dạng không đủ ký tự), phần mềm quản lý trên máy tính sẽ đưa ra lựa chọn: có muốn tiếp tục đưa xe vào hay nhận dạng lại một lần nữa? Tùy theo yêu cầu đưa ra, hệ thống sẽ thực hiện: nếu vẫn cất xe vào: tay nâng sẽ tiến hành đưa xe vào bãi, nếu muốn nhận dạng lại, sẽ cần thao tác quét thẻ từ lại, và quá trình lại bắt đầu lại từ đầu.
-Quá trình trả xe: Cơ cấu nâng dịch chuyển đến vị trí khoang chứa xe, camera tiến hành chụp ảnh và nhận dạng biển số xe. Nếu biển số xe nhận dạng trùng với biển số xe lúc đưa vào, tay nâng sẽ tiến hành lấy xe ra. Ngược lại, nếu biển số xe không giống hoặc không được nhận dạng, phần mềm quản lý trên máy tính cũng đưa ra lựa chọn: tiếp tục lấy xe ra hay nhận
dạng lại xe ra? Nếu cho phép lấy xe ra, tay nâng sẽ lấy xe ra khỏi khoang giữ. Khi quá trình đưa xe vào hoặc lấy xe ra thành công, máy tính sẽ cập nhật dữ liệu cho cơ sở dữ liệu. Nếu không thành công, máy tính đưa ra thông báo lỗi xảy ra trong quá trình vận hành. Lưu đồ thuật toán của hệ thống thể hiện trên Hình 3.10.
Hình 3.10: Lưu đồ thuật toán hệ thống3.2.3. Lưu đồ thuật toán quá trình điều khiển cơ cấu nâng 3.2.3. Lưu đồ thuật toán quá trình điều khiển cơ cấu nâng
Hình 3.11: Lưu đồ thuật toán điều khiển cơ cấu nâng
Hệ thống sẽ bắt đầu yêu cầu việc gửi xe, nếu đúng sẽ thực hiện lấy xe khỏi vị trí vào, nếu không sẽ thực hiện trả xe. Khi gửi xe, cơ cấu nâng sẽ nâng xe ra khỏi vị trí xe vào để chuẩn bị tiến hành gửi xe. Tay nâng di chuyển đến vị trí còn trống, hạ xe vào vị trí gửi xe, hoàn thành việc gửi xe, sau đó trở về vị trí ban đầu (vị trí gốc).
Đối với quá trình trả xe, cơ cấu nâng di chuyển đến vị trí khoang chứa xe để chuẩn bị trả xe. Tay nâng sẽ nâng xe ra khỏi
khoang chứa, rồi di chuyển đến vị trí trả xe để thực hiện trả xe cho khách.
Hình 3.12: Sơ đồ các vị trí để xe trong mô hình
Giải thích:
Các số 1, 2, 3, 4, 5, 6 là vị trí các ô để xe.
Vị trí C, E là giới hạn trên của vị trí cơ cấu nâng đi đến để tiến hành gửi xe. Vị trí B, D là giới hạn dưới vị trí để nâng xe đi đến tiến hành trả xe.
Vị trí A là vị trí gốc của hệ thống nâng xe.
3.2.4 Lưu đồ thuật toán chương trình PLC chế độ gửi xe:
Lưu đồ thuật toán PLC quá trình gửi xe được thể hiện ở Hình 3.13
B1: Khi quẹt thẻ Check In và xử lý rồi đưa vào PLC để hoàn tất quá trình quẹt thẻ và nhận dạng biển số xe xong.
B2: Chọn vị trí cần gửi xe ở chương trình PLC. B3: PLC sẽ điều khiển các cơ cấu nâng hạ đến vị trí.
B4: Ban đầu sẽ kiểm tra cơ cấu đã ở vị trí Home hay chưa( công tắc hành trình 3 =1 khi ở vị trí home). Nếu công tắc hành trình 3 không tác động thì sẽ tiến hành về home cho cơ cấu.
B5: Khi cơ cấu đã ở vị trí home thì sẽ di chuyển đến vị trí đã chọn ở bước 2. B6: Quá trình đưa xe và đặt xe xong, cơ cấu sẽ quay về home.
B7: Khi quay về home thì cơ cấu sẽ dừng lại kết thúc quá trình gửi xe và bắt đầu cho lượt gửi tiếp theo.
Hình 3.13: Lưu đồ thuật toán của PLC với chế độ gửi xe 3.2.5 Lưu đồ thuật toán chương trình PLC chế độ lấy xe:
Lưu đồ thuật toán quá trình lấy xe được thể hiện ở Hình 3.14.
B1: Khi quẹt thẻ Check out và xử lý dữ liệu trong SQL để tìm ra vị trí xe xong sẽ gửi lệnh điều khiển xuống PLC
B2: Ban đầu sẽ kiểm tra cơ cấu đã ở vị trí Home hay chưa ( công tắc hành trình 3 =1 khi ở vị trí home). Nếu công tắc hành trình 3 không tác động thì sẽ tiến hành về home cho cơ cấu.
B3: PLC sẽ điều khiển các cơ cấu nâng hạ đến vị trí để lấy xe.
B4: Quá trình đi lên các ô chứa và lấy xe xong, cơ cấu sẽ quay về home. B5: Khi quay về home thì cơ cấu sẽ dừng lại kết thúc quá trình lấy xe, và chuẩn
3.3 NHẬN DẠNG BIỂN SỐ XE
Lưu đồ thuật toán nhận dạng biển số.
Hình 3.15: Các bước nhận diện biển số xe
Chụp ảnh bằng camera đây là khâu quan trọng nhất của hệ thống bởi vì nếu ảnh chụp bị mờ hay nhiễu thì khi đưa vào nhận dạng sẽ không được. Để chụp ảnh thì ta có thể sử dụng camera hoặc WebCam. Khi lựa
chọn thiết bị thì ta cần quan tâm tới các thông số, để hình ảnh được ổn định nhóm đưa ra lựa chọn sử dụng camera để chụp ảnh.
Tiền xử lý ảnh đây là bước đầu tiên khi xử lý bất kỳ một ảnh nào. Hình ảnh tiền xử lý là hình ảnh chưa được chỉnh sửa ở bất kỳ phương diện nào. Ở bước này hình ảnh sẽ được cải thiện về độ tương phản, khử nhiễu, khử bóng, khử độ lệch…và mục đích làm cho ảnh trở nên tốt hơn. Đồng thời ở giai đoạn này cũng chuyển ảnh gốc thành những loại ảnh cần thiết để thuận lợi trong việc thực hiện các giai đoạn kế tiếp.
Sau khi có được hình ảnh từ camera, chương trình tiến hành quá trình tách biển số xe ra khỏi hình. Bằng việc sử dụng tệp tin lưu trữ dữ liệu huấn luyện nhận dạng biển số xe tỉ lệ 33x25, chương trình sẽ tiến hành xử lý và trả về biển số xe với kích thước ảnh 500x500 pixel.
Từ biển số xe ta tiến hành lấy đường viền ảnh. Vì biển số xe có màu nền trắng còn ký tự màu đen, nên khi lấy đường viền ta sẽ dễ dàng có các đường viền bao quanh những ký tự để phục vụ cho bước tiếp theo là cắt ký tự.
Như bước ở trên ta đã có các đường viền xung quanh các ký tự, từ các đường viền này ta cắt riêng lẻ từng ký tự của biển số xe. Thường các biển số xe hiện tại thường có 7 hoặc 8 ký tự [6].
3.4 THIẾT KẾ GIAO DIỆN ĐIỀU KHIỂN VÀ GIÁM SÁT
3.4.1 Thiết kế giao diện PLC trên WinCC
WinCC được ứng dụng trong nhiều lĩnh vực khác nhau, phổ biến nhất là tự động hóa quá trình điều khiển và giám sát quy trình sản xuất. Khi một hệ thống sử dụng chương trình WinCC để điều khiển và thu thập dữ liệu từ quá trình, có thể mô phỏng các sự kiện xảy ra trong quá trình bằng các sơ đồ, hình ảnh trực quan.
Yêu cầu của giao diện:
- Giao diện có bố cục rõ ràng, cân đối với độ phân giải: 800 x 600 - Phông nền của giao diện có màu sắc ưa nhìn, không lòe loẹt.
- Bảng điều khiển thiết kế đầy đủ gồm:
- Đầu vào: đầy đủ nút nhấn EMG, start, stop, reset, auto, maual. - Đầu ra: hiển thị đèn báo trạng thái hoạt động của mô hình như trạng thái cơ cấu đi lên, đi xuống, vị trí gốc.
- Các vị trí xe được đánh số, hiển thị đầy đủ vị trí, số lượng.
Các bước thiết kế giao diện:
Bước 1: Khai báo khối Wincc trong Tia Portal từ phần add new device.
Bước 2: Lựa chọn khối Wincc Advance và kết nối IE với PLC.
Bước 3: Cài đặt và căn chỉnh độ màn hình Wincc với độ phân giải 800 x 600
Bước 4: Thiết kế phông nền cho giao diện, chia tỉ lệ các