Sơ đồ thiết kế hệ thống điều khiển

Giải thích sơ đồ hệ thống điều khiển:

 Máy tính đóng vai trị là nơi lưu trữ cơ sở dữ liệu của cả hệ thống, nhận

và lưu trữ dữ liệu từ camera, phát tín hiệu điều khiển cũng như tiếp nhận dữ liệu từ các module đầu vào của Arduino

 Mạch Arduino sẽ đảm nhận vai trò trung gian điều khiển các module,

động cơ của barrie và truyền dữ liệu nhận từ các thiết bị đầu vào trừ camera được kết nối trực tiếp với máy tính, và xuất tín hiệu về máy tính để phân tích, lưu trữ.

23

4.2 Thiết kế phần cứng mơ hình:

 Xác định cũng như phân bố vị trí các thiết bị quan trọng trên bản vẽ,

trong mơ hình đây là vị trí của 2 camera, động cơ barrie.

 Kích thước tính tốn hợp lí với hạn chế của đề tài nhưng vẫn thể hiện

rõ được bản chất và u cầu. Tính tốn vị trí các thiết bị:

Thiết bị Vị trí

Camera 18cm từ dưới lên thang nằm ngang

phía trên hai làn ra, vào trở xuống.

Động cơ barrie Từ 10cm ~ 12cm ở thanh L được thiết kế hai bên của mơ hình

Thanh barrie 22cm được cố định trên động cơ

Module quét thẻ từ

Đối diện với thanh L của động cơ barrie, trên vách trái ở làn vào, và

vách phải của làn ra Hệ thống điều khiển (mạch Arduino,…) Hộp nhỏ nằm giữ 2 làn Module nhận diện báo cháy

Bất kì ở phía trong bãi thoả u cầu bảo vệ, thơng báo an tồn cho tồn

bãi giữ xe

24

Hình 4.4

: Bảng vẽ

thiết

25

4.2.1 Vị trí các thiết bị theo bảng vẽ:

Hình 4.5: Vị trí 2 thanh L trên bảng vẽ

Hình 4.6: Vị trí động cơ barrie

 Động cơ barrie được đặt khoảng giữ thanh L mô phỏng phù hợp với

chiều cao trung bình của một chiếc xe oto 4 chỗ trong thực tế.

 Động cơ được cố định chắc chắn tránh tình trạng va đập gây hư hỏng

26

Hình 4.7: Vị trí đặt hệ thống máy qt thẻ

27

4.3 Lựa chọn thiết bị, linh kiện:

4.3.1 Camera:

Hình 4.9: Webcam Rapoo C260

Với độ phân giải cao 1080P, webcam cung cấp hình ảnh vơ cùng rõ ràng và chân thật.

28

4.3.2 Khối tín hiệu, điều khiểu:

Arduino nano V3:

Hình 4.11: Mạch Arduino nano V3

Arduino Nano là phiên bản nhỏ gọn của Arduino Uno với cùng MCU ATmega328P, vì cùng MCU nên mọi tính năng hay chương trình có trên Arduino Uno đều có trên Arduino Nano.

Cảm biến thẻ từ RFID RC522:

 Module RFID RC522 NFC 13.56mhz dùng để đọc và ghi dữ liệu cho

thẻ NFC tần số 13.56mhz.

 Với mức thiết kế nhỏ gọn, linh hoạt module này là sự lựa chọn thích

hợp cho các ứng dụng đọc – ghi thẻ NFC, đặc biệt khi sử dụng kết hợp với ARDUINO.

29

Hình 4.12: Cảm biến thẻ từ RFID RC522 Động Cơ RC Servo MG996 gắn vào barrie: Động Cơ RC Servo MG996 gắn vào barrie:

 Động cơ RC Servo MG996 là loại thường được sử dụng nhiều nhất trong

các thiết kế Robot hoặc dẫn hướng xe.

 Động cơ RC Servo MG996 có lực kéo mạnh, các khớp và bánh răng

được làm hồn tồn bằng kim loại nên có độ bền cao, động cơ được tích hợp sẵn driver điều khiển động cơ bên trong theo cơ chế phát xung - quay góc nên rất dễ sử dụng.

30

Hình 4.13: Động cơ servo MG996 Cảm biến khí gas MQ2: Cảm biến khí gas MQ2:

Hình 4.14: Cấu tạo của module MQ2

 Được sử dụng để phát hiện các loại khí như : LPG: là hỗn hợp hydrocarbon

nhẹ, ở thể khí. LPG trong dân dụng và cơng nghiệp chủ yếu có thành phần gồm Propane Iso Butan (C4H10), Propan (C3H8), Mêtan (CH4), Hydrogen khói

31

 MQ2 dùng để phát hiện các khí có thể gây cháy. Nó được cấu tạo từ

chất bán dẫn SnO2. Chất này có độ nhạy cảm thấp với khơng khí sạch. Nhưng khi trong mơi trường có chất gây cháy, độ dẫn của nó thay đổi ngay.

4.3.3 Khối xử lý trung tâm:

 Là nơi lưu trữ các dữ liệu của toàn hệ thống nên sử dụng một chiếc máy

tính xách tay hoặc máy tính để bàn có chip xử lý Intel Core i5 trở lên với RAM máy khoảng 8GB

32

4.4 Thiết kế mạch điều khiển:

Hình 4.16: Sơ đồ thiết kế mạch điều khiển Giải thích sơ đồ nguyên lý: Giải thích sơ đồ nguyên lý:

 Nguồn từ được cấp từ ổ USB máy tính qua cổng USB mini trên mạch

Nano với điện áp đầu vào dao động từ 5-6V

 Dây màu vàng (dây tín hiệu) trên 2 servo lần lượt được nối với chân D5,

D6 của mạch Nano. 2 dây còn lại nối với chân VCC và GND theo đúng thứ tự của dây

 Chân MISO(SDO), chân MOSI(SDI) của 2 module quét thẻ lần lượt nối

vào chân D12, D11 của mạch Nano.

 Chân reset (RST), chân xung SCK của 2 module quét thẻ nối vào chân

D9, D13 của mạch. SS(SDA)1, SS2 lần lượt nối vào D10, D8

 Chân GND và 3.3V nối đúng vào chân cùng tên trên Arduino

 Chân A0 trên mạch Arduino nối với chân Aout trên cảm biến MQ2, các

33

4.5 Xây dựng sơ đồ Input/Output cho hệ thống:

Hình 4.18: Sơ đồ input, output của hệ thống Giải thích: Giải thích:

 Máy tính là cơ sở dữ liệu, các thiết bị sẽ đưa thơng tin về máy chủ.

Từ đây máy tính cũng như hệ thống cơ sở dữ liệu sẽ truyền lệnh đến mạch Arduino để điều khiển động cơ servo

 Mạch Arduino đóng vai trị trung gian trong việc truyền, nhận tính

34

4.6 Thiết kế hệ thống nhận biến và chữa cháy:

Hình 4.19: Sơ đồ hệ thống nhận biết, cảnh báo và chữa cháy Giải thích: Giải thích:

 Các module cảm biến sẽ liên tục nhận và gửi tín hiệu về mạch

Arduino để phát hiện và kịp thời ngăn chặn các tình huống cháy nổ trong bãi xe

 Mạch động cơ sẽ điều khiển động cơ bơm và cấp nguồn chạy độc lập

cho Arduino trong bãi. Như vậy cho dù khi mất điện, tình huống cháy nổ xe trong bãi vẫn có thể được khắc phục kịp thời

 Màn hình LED sẽ hiển thị trạng thái vị trí các bãi xe cịn trống, trạng

35

Hình 4.20: Sơ đồ thiết kế mạch nhận biết cháy nổ xe trong bãi Giải thích sơ đồ thiết kế: Giải thích sơ đồ thiết kế:

 Nguồn 12V cấp vào chân 12V trên mạch L298N và GND, dây 12V trên

mạch vào chân Vin trên mạch Arduino, GND vào GND để cấp nguồn cho tồn mạch vì nguồn đầu vào Arduino Uno có thể chịu điện áp đầu vào 6~35VDC

 Ba đèn tín hiệu xanh, đỏ, vào được mắc lần lượt vào chân D9, D7 và D10.

Dòng ra tối đa trên GPIO là 40mA nên an tồn với các led màu thơng dụng, mắc từ dây tín hiệu qua một điện trở 10 Ohm để đảm bảm an toàn cho led.

 Nút BUTTON giả lập cho tín hiệu nhận từ module cảm biến cháy nổ

 FLOAT SWITCH là phao trong bồn chứa nước để chữa cháy

 Màn hình LCD hiển thị các thơng báo

 CAM BIEN 1, 2 sẽ xác định và thơng báo vị trí có hoặc khơng có xe trong

36

CHƯƠNG 5: THI CƠNG VÀ THÍ NGHIỆM MƠ HÌNH 5.1 Thi công lắp đặt các thiết bị:

Lắp đặt các thiết bị vào các vị trí như mục 4.2., kích thước theo bảng 4.1 ta được mơ hình:

37

Hình 5.2: Vị trí module qt thẻ ở làn vào

38

Hình 5.4: Hộc nhỏ đựng vi mạch điều khiển barrie và đi đây cho modulue nhận tín hiệu thẻ từ hiệu thẻ từ

39

Hình 5.5: Màn hình và 2 cảm biến nhận biến vị trí và thơng báo trong bãi

Hình 5.6: Vị trí của nguồn, mạch L298N, Arduino điều khiển thông báo, động cơ bơm bơm

40

5.2 Thi công viết phần mềm điều khiển và giám sát:

5.2.1 Hệ thống điều khiển và giám sát

Hình 5.7: Lưu đồ thuật tốn hệ thống Giải thích sơ đồ thuật tốn của hệ thống:

 Đầu tiên thiết lập cấu hình sử dụng hệ thống, kết nối mạch nhận dữ liệu thẻ

và điều khiển barrie (ở đây là mạch Arduino), đặt các camera vào vị trí và kết nối vào máy tính qua cổng USB

41

 Ở làn vào, xe khách hàng vào vị trí, quét thẻ từ. Nếu thẻ chưa được đăng ký,

hệ thống sẽ ra thông báo cho nhân viên hoặc người dùng.

 Nếu thẻ đã đăng kí, camera sẽ chụp ảnh và nhận diện biển số xe của người

dùng. Gửi dữ liệu về hệ thống cơ sở dữ liệu.

 Nếu bỏ qua thông báo và cho phép xe vào, camera vẫn sẽ chụp là lưu trữ

biển số dù biển số chưa được đăng ký trên hệ thống. Lúc này thẻ đó sẽ được dùng cho biển số này.

 Sau khi đã hồn tất q trình trên, barrie sẽ mở và đóng sau 10 giây chờ

 Ở làn ra, xe khách hàng vào vị trí, quét thẻ từ. Lúc này camera sẽ chụp ảnh

và đối chiếu với ảnh lúc đầu khi xe ở làn vào.

 Hệ thống cơ sở dữ liệu trên máy tính sẽ kiểm tra biển số xe có trùng khớp

với thẻ đã dùng hay không.

 Nếu dữ liệu ở làn ra trùng khớp với làn vào, hệ thống sẽ hiển thị giá tiền và

thời gian gửi xe trong bãi của khách hàng

 Khách hàng trả phí gửi xe và hệ thống cho phép barrie mở để xe chạy ra và

đóng lại sau 10s. Kết thúc một quá trình

Lưu ý:

 Vị trí của xe phải vào đúng vị trí, từ đó camera mới có thể nhận diện biển

số chính xác. Nếu biển số không nhận hoặc nhận diện sai một phần do chất lượng của camera hoặc độ sáng của mơi trường bên ngồi.

 Tất cả q trình có thể thực hiện bằng một người, hạn chế tiếp xúc giữ

nhân viên và khác hàng.

 Có thể sử dụng các vi mạch tốt hơn như trong mơ hình hệ thống điều

khiển sử dụng là mạch Arduino Nano V3 rất dễ xảy ra lỗi nếu thao tác nhanh. Nếu tình trạng xảy ra, nhấn nút RST trên Arduino và thử lại

42

Hình ảnh thử nghiệm:

Hình 5.8: Xác định các camera sẽ sử dụng

43

Hình 5.10: Cài đặt cấu hình hệ thống, ngơn ngữ và phí gửi xe

Hình 5.11: Đăng kí biển số với thẻ

44

Hình 5.12: Đưa biển số đã đăng kí và quẹt thẻ

45

46

5.2.2 Hệ thống nhận diện và cảnh báo cháy:

Hình 5.15: Lưu đồ hệ thống nhận biết vị trí xe và hiển thị thơng báo Giải thích lưu đồ hệ thống báo cháy:

 Khi cấp nguồn vào L298N, nguồn cũng sẽ được cấp vào mạch Arduino, nếu

có điện thì đèn cả hai mạch sẽ sáng, nếu khơng có nguồn hoặc hết pin thì đèn hai mạch sẽ khơng sáng.

 Khi chạy, mạch Arduino sẽ kiểm tra tín hiệu từ phao nước trong bồn chứa

47

như bồn trống và ngược lại, màn hình khơng hiển thị và đèn đỏ tắt nếu như bồn đủ nước.

 Khi đã đủ yêu cầu, các cảm biến lần lượt nhận tín hiệu sẽ hiển thị lên màn

hình, thể hiện rằng vị trí đó đã có xe vào và đèn ở khu vực đó sẽ sáng.

 Khi tất cả cảm biến đã có tín hiệu đồng nghĩa với các vị trí đỗ xe đã đầy, màn

hình sẽ hiển thị thơng báo hết chỗ và cảm ơn khách hàng đã dùng dịch vụ giữ xe.

 Khi cảm biến cháy nổ có tín hiệu, nếu như bồn khơng có nước đèn đỏ sẽ

sáng nhưng máy bơm không hoạt động, ngược lại máy bơm nước hoạt động và màn hình hiển thị đang có sự cố trong bãi xe.

Hình 5.16: Sơ đồ hệ thống thơng báo cháy nổ trên máy tính

Lưu ý: Hệ thống thơng báo cháy nổ trên máy tính chạy song song với hệ thống thơng báo cháy nổ chạy riêng biệt bên trong bãi, để tình huống máy chủ mất điện và xảy ra cháy nổ trong bãi vẫn có thể kịp thời xử lý.

48

Hình ảnh khi thử nghiệm:

Hình 5.17: Cấp nguồn cho mạch L298N và Arduino

49

Hình 5.19: Khi khơng có nước trong bồn, đèn đỏ sáng và mạch khơng hoạt động

50

Hình 5.21: Màn hình hiển thị khi bãi xe hai đã có xe

51

Hình 5.23: Thơng báo sự cố trên màn hình

52

53

CHƯƠNG 6: KẾT LUẬN, CÁC HẠN CHẾ VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN

6.1 Kết luận:

Sau quá trình nghiên cứu, thực hiện và được sự hướng dẫn tận tình của thầy Võ Đình Tùng cùng các thầy cô Viện Kỹ Thuật Trường Đại học Công Nghệ Tp. HCM, chúng em đã hồn thành được đề tài “Bãi giữ xe thơng minh có nhận diện cháy xe và cảnh báo tự động”. Chúng em đã thực hiện được những yêu cầu của đề tài như sau:

 Tìm hiểu được các nguyên nhân gây cháy nổ xe.

 Làm quen với thuật ngữ winform C#, phần mềm Visual Studio.

 Tìm hiểu được đặc tính, hoạt động của các linh kiện sử dụng.

 Giao tiếp module L298N với Arduino để điều khiển động cơ, module

Arduino với máy tính để nhận và lưu trữ dữ liệu

 Thiết kế, lắp ráp được mơ hình bãi giữ xe thơng minh, hệ thống nhận biết,

cảnh báo và chữa cháy

 Trong q trình hoạt động, mơ hình hoạt động tương đối ổn định, độ phản

hồi từ các linh kiện sử dụng nhanh và chính xác nhất là camera, hai module thẻ từ

6.2 Hạn chế:

 Trong quá trình thiết kế và lắp đặt mơ hình xảy ra đợt bùng phát dịch

covid tại Việt Nam mạnh mẽ, nhà nước thực hiện các chỉ thị hạn chế việc di chuyển nên nhóm khơng thể mua một số module, linh kiện quan trọng.

 Thiếu dụng cụ cơ khí nên phần mơ hình hệ thống nhận biết và báo cháy

không được đẹp mắt.

 Mô hình mang tính mơ phỏng tương đối, các linh kiện sử dụng chỉ dùng

cho mơ hình.

 Chi phí thực hiện có hạn.

6.3 Hướng phát triển của đề tài:

Ngoài những kết quả đã đạt được trong đề tài này, chúng ta có thể phát triển đề tài trong tương lai như sau:

54

 Lắp đặt được các linh kiện quan trọng sẽ thể hiện được tốt yêu cầu của đề

tài.

 Lắp đặt thêm camera để khi nhận diện biển số có thể nhận diện được

thêm khn mặt khách hàng sử dụng, nâng cao tính an tồn

 Cải thiện thêm vị trí đỗ xe trong bãi, lắp đặt camera bên trong bãi xe để

giám sát

 Thêm hệ thống lấy xe tự động theo dữ liệu thẻ đăng kí từ trong bãi

 Cải thiện thêm tốc độ nhận là lưu dữ liệu từ hệ thống qt thẻ chính xác

và an tồn hơn

 Lắp đặt thêm các trụ bơm nước và bình C02 tự động chạy độc lập khi mất

55

Tài Liệu Tham Khảo

Về các nguy cơ cháy nổ xe:

 Leo Ronken, Property/Casualty Senior Consulting Underwriter Cologne,

May 2021

https://www.genre.com/knowledge/publications/pmint21-1-en.html

 MZM TOHIR Development of Fire Scenarios for Car Parking Buildings