MÔ TẢ CÔNG VIỆC THỰC HIỆN ĐỀ TÀI CỦA TỪNG SINH VIÊN

Họ tên Sinh viên 1: Nguyễn Thanh Lộc Các công việc thực hiện trong đề tài:

STT NỘI DUNG CÔNG VIỆC

1 Lên kế hoạch các bước thực hiện đồ án, lên ý tưởng xây dựng mô hình.

2 Chuẩn bị các linh kiện, thiết bị cần thiết để hoàn thành phần cứng.

3 Lắp ráp, kết nối các linh kiện, thiết bị vào mô hình.

4 Viết chương trình điều khiển hệ thống trên phần mềm TIA Portal.

5 Thiết kế giao diện điều khiển, giám sát trên WinCC.

6 Chạy thử nghiệm hệ thống, cân chỉnh, hoàn thiện giao diện, tối ưu thuật toán.

7 Tập trung hoàn thành quyển báo cáo và các biểu mẫu liên quan.

Họ tên Sinh viên 2: Mai Văn Thành Các công việc thực hiện trong đề tài:

STT NỘI DUNG CÔNG VIỆC

1 Lên kế hoạch các bước thực hiện đồ án, lên ý tưởng xây dựng mô hình.

2 Chuẩn bị các linh kiện, thiết bị cần thiết để hoàn thành phần cứng.

3 Khảo sát, tìm hiểu các đề tài tương tự để đưa ra giải thuật tối ưu.

4 Viết chương trình đọc mã thẻ RFID trên Arduino. Thiết kế giao diện quản lý, viết chương trình điều khiển trên C#, kết nối SQL Server.

5 Thiết kế giao diện điều khiển, giám sát trên WinCC.

6 Chạy thử nghiệm hệ thống, cân chỉnh, hoàn thiện giao diện, tối ưu thuật toán.

7 Tập trung hoàn thành quyển báo cáo và các biểu mẫu liên quan.

SINH VIÊN 1 SINH VIÊN 2

(Ký ghi rõ họ tên) (Ký ghi rõ họ tên)

XÁC NHẬN CỦA GIẢNG VIÊN HƯỚNG DẪN (Ký ghi rõ họ tên)

Tóm tắt:

Theo thống kê trong những năm gần đây, nhu cầu sử dụng xe ô tô của người dân Việt Nam ngày càng tăng. Việc xây dựng những bãi đỗ xe đang là một vấn đề nan giải trong khi quỹ đất ở các thành phố lớn ngày một hạn hẹp. Đề tài này nhằm ứng dụng những tiến bộ của khoa học kỹ thuật vào việc xây dựng một bãi đỗ xe ô tô hoạt động tự động, đồng thời góp phần giải quyết những khó

khăn về quỹ đất, về kinh tế, tài nguyên cũng như mỹ quan đô thị.

I. ĐẶT VẤN ĐỀ Mục đích của đề tài:

- Ứng dụng những tính năng vượt trội của PLC, các thiết bị tự động như cảm biến, công tắc hành trình, rơ le trung gian, động cơ,…

để xây dựng một mô hình bãi giữ xe ô tô mang tính tự động cao, có khả năng quản lý

cũng như tự động cất xe, trả xe và tính toán thời gian, chi phí gởi xe.

- Ứng dụng công nghệ RFID và xử lý ảnh nhận diện biển số xe để tăng cường tính bảo

II. PHƯƠNG PHÁP VÀ NỘI DUNG

NGHIÊN CỨU

Do hạn chế về thời gian thực hiện, cũng như sự mới mẻ trong bước đầu nghiên cứu khoa học, vì thế sinh viên thực hiện đề tài sử dụng hai phương pháp chủ yếu:

▪ Phương pháp tham khảo tài liệu.

▪ Phương pháp thực hành.

Các nội dụng nghiên cứu:

- Nghiên cứu, tìm hiểu về phần cứng như PLC, Arduino, mạch đọc thẻ RFID, webcam, cảm biến quang, công tắc hành trình, động cơ giảm tốc có hộp số, rơ le trung gian,…

- Nghiên cứu, tìm hiểu về các phần mềm lập trình như Visual Studio, TIA Portal, Arduino, SQL Server,…

- Nghiên cứu, tìm hiểu, xây dựng các thuật toán điều khiển hệ thống.

- Xây dựng chương trình giao tiếp giữa máy tính và Arduino, PLC.

- Xây dựng giao diện, chương trình điều khiển, giám sát trên C#, TIA Portal và

III. KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU

- Mô hình hệ thống

- Giao diện điều khiển, giám sát trên C#

- Giao diện trên WinCC

IV. KẾT LUẬN:

- Đề tài hoàn thành đúng thời gian quy định.

- Kiến thức chuyên môn còn hạn chế nên không tránh khỏi những sai sót của hệ thống trong quá trình hoạt động.

Hướng phát triền đề tài:

- Tăng thêm số lượng chỗ giữ xe.

- Điều khiển, giám sát, quản lý hệ thống thông qua điện thoại cũng như web.

- Cải tiến để hệ thống có thể hoạt động hoàn toàn tự động (quẹt thẻ tự động, thu phí tự

động,…).

TÀI LIỆU THAM KHẢO Sách tham khảo:

[1] Trần Văn Hiếu (2015), Tự động hóa PLC S7-1200 với Tia Portal. Nhà xuất bản khoa học và kỹ thuật.

[2] Lê Chí Kiên (2014), Giáo trình đo lường cảm biến, nhà xuất bản ĐH Quốc Gia TP.Hồ Chí Minh.

[3] Nguyễn Văn Hiệp (2014), Giáo trình công nghệ nhận dạng bằng sóng vô tuyến, nhà xuất bản ĐH Quốc Gia TP.Hồ Chí Minh.

Website tham khảo:

Giáo viên hướng dẫn: GVC.ThS. NGUYỄN TẤN ĐỜI

Sinh viên thực hiện: NGUYỄN THANH LỘC – MAI VĂN THÀNH

Điwb vuh

Trang - 2 MỤC LỤC

MỤC LỤC ... 2 LIỆT KÊ ẢNH ... 4 LIỆT KÊ BẢNG ... 6 MỞ ĐẦU ... 7 1. Đặt vấn đề ... 7 2. Mục tiêu ... 7 3. Nội dung nghiên cứu ... 7 4. Giới hạn ... 8 Chương 1: CƠ SỞ LÝ THUYẾT ... 9 1.1. Giới thiệu về ngôn ngữ C# và một số công cụ liên quan ... 9 1.1.1. Ngôn ngữ C# và .NET Framework ... 9 1.1.2. Thư viện S7.NET ... 9 1.1.3. Giải thuật xử lý ảnh nhận diện biển số xe ... 9 1.2. Công nghệ RFID ... 10 1.3. Các chuẩn giao tiếp ... 11 1.4. Giới thiệu phần cứng ... 11 1.5. Một số phần mềm sử dụng ... 11 Chương 2: THIẾT KẾ ... 12 2.1. Thiết kế sơ đồ khối hệ thống ... 12 2.2. Thiết kế phần cứng ... 14 2.2.1. Thiết kế khối xử lý trung tâm ... 14 2.2.2. Thiết kế khối đọc thẻ RFID ... 16 2.2.3. Thiết kế khối thu nhận hình ảnh ... 18 2.2.4. Thiết kế khối công tắc hành trình và khối cảm biến ... 19 2.2.5. Thiết kế khối động cơ và rơ le ... 21 2.2.6. Thiết kế khối nguồn ... 23

3.1. Thi công mô hình ... 25 3.1.1. Thi công cánh tay lấy xe ... 25 3.1.2. Thi công hệ thống quay cho cánh tay ... 26 3.2. Lập trình hệ thống ... 27 3.2.1. Lưu đồ giải thuật cho PLC ... 27 3.2.2. Lưu đồ giải thuật trên máy tính ... 28 Chương 4: KẾT QUẢ ... 31 4.1. Mô hình ... 31 4.2. Hệ thống giám sát và điều khiển ... 32 Chương 5: KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ ... 34 5.1. Kết luận ... 34 5.2. Hướng phát triển ... 34 TÀI LIỆU THAM KHẢO ... 36

Trang - 4 LIỆT KÊ ẢNH

Hình 1.1. Giải thuật nhận diện biển số xe ...10 Hình 2.1. Sơ đồ khối toàn hệ thống ...12 Hình 2.2. PLC S7 – 1200 CPU 1214C DC/DC/DC ...14 Hình 2.3. Arduino Uno R3 chip dán ...16 Hình 2.4. Mạch đọc thẻ RFID RC522 ...17 Hình 2.5. Sơ đồ kết nối Arduino Uno R3 và mạch đọc thẻ RFID – RC522 ……18 Hình 2.6. Webcam Colorvis ND60. ...19 Hình 2.7. Công tắc hành trình Omron V-5F932DN ...19 Hình 2.8. Cảm biến quang Panasonic Panadac 914 ...20 Hình 2.9. Sơ đồ kết nối cảm biến, công tắc hành trình với PLC. ...21 Hình 2.10. Rơ le trung gian Omron MY2N ...21 Hình 2.11. Sơ đồ kết nối PLC với 2 rơ le 13_1, 13_2.. ...21 Hình 2.12. Động cơ giảm tốc Tsukasa TG-85E-CH-77-D919. ...22 Hình 2.13. Sơ đồ mạch điều khiển đảo chiều động cơ ...22 Hình 2.14. Nguồn tổ ong 24VDC – 3A ...23 Hình 2.15. Sơ đồ kết nối toàn mạch. ...24 Hình 3.1. Lắp ráp động cơ cho cánh tay ...25 Hình 3.2. Lắp ráp công tắc hành trình cho cánh tay vào. ...25 Hình 3.3. Lắp ráp công tắc hành trình cho cánh tay ra ...25 Hình 3.4. Lắp ráp động cơ cho hệ thống quay ...26 Hình 3.5. Lắp ráp công tắc hành hình cho hệ thống quay đến vị trí chẵn ...26 Hình 3.6. Lắp ráp cảm biến cho hệ thống quay đến vị trí lẽ ...…26 Hình 3.7. Lắp ráp động cơ nâng cánh tay lên hoặc xuống ...27 Hình 3.8. Lắp ráp cảm biến

đếm giới hạn trên và giới hạn dưới của từng vị trí...27 Hình 3.9. Lắp ráp công tắc hành trình giới hạn cánh tay xuống ...27 Hình 3.10. Chương trình chính trên PLC ...28

Hình 3.13. Thuật toán điều khiển PLC từ máy tính ... 30 Hình 3.14. Chương trình con đọc mã thẻ. ... 30 Hình 3.15. Chương trình con cất xe ... 31 Hình 3.16. Chương trình con lấy xe ... 31 Hình 4.1. Mặt trước của mô hình sau khi lắp thiết bị ... 32 Hình 4.2. Mặt dưới của mô hình ... 32 Hình 4.3. Giao diện điều khiển, giám sát bãi xe trên WinCC 30 ... 33 Hình 4.4. Giao diện điều khiển, giám sát bãi xe trên C# ... 33

Trang - 6 LIỆT KÊ BẢNG

Bảng 2.1 Thông số cơ bản của PLC S7-1200 CPU 1214C DC/DC/DC ... 14 Bảng 2.2 Thông số kỹ thuật của Arduino Uno R3 ... 16 Bảng 4.1 Kết quả thử nghiệm chạy hệ thống ... 34

1. Đặt vấn đề

Theo số liệu thống kê sơ bộ của Tổng cục Hải quan, trong tháng 7/2018, cả nước nhập gần 5.700 ô tô nguyên chiếc các loại, xuất xứ từ Thái Lan (chiếm 51%), xuất xứ từ Indonesia (chiếm 31%), xuất xứ từ Hàn Quốc (chiếm 8%),…

Điều này chứng tỏ tình hình số lượng xe ô tô ở nước ta tăng khá nhanh. Từ những số liệu trên đòi hỏi những yếu tố cơ sở hạ tầng phải đáp ứng cho sự tăng trưởng đó, đặc biệt là vấn đề về bãi đậu xe. Một trong những phương pháp nhằm giải quyết những khó khăn này là việc ứng dụng sự phát triển của khoa học kỹ thuật, công nghệ cao vào trong xây dựng cơ sở hạ tầng. Cụ thể hơn, cần xây dựng những bãi đậu xe mang tính hiện đại, tự động cao và tính an toàn được đặt lên hàng đầu. Đồng thời, những bãi đậu xe như vậy cần phải đáp ứng vừa mang tính kinh tế, vừa phù hợp với thực tiễn như tiết kiệm quỹ đất xây dựng, tính cảnh quan,…

Thừa hưởng những thành quả đi trước và mong muốn áp dụng những kiến thức đã học vào thực tế để giải quyết những vấn đề nêu trên, chúng em quyết định nghiên cứu và thi công đề tài: “Thiết kế và thi công mô hình điều khiển, giám sát bãi giữ xe ô tô tự động”.

2. Mục tiêu

Ứng dụng những tính năng vượt trội của PLC, các thiết bị tự động như cảm biến, công tắc hành trình, rơ le trung gian, động cơ,… để thực hiện một mô hình bãi giữ xe ô tô mang tính tự động cao, có khả năng tự động cất xe và trả xe.

Ngoài ra, với đề tài này nhóm còn ứng dụng công nghệ RFID và xử lý ảnh nhận diện biển số xe để tăng cường tính bảo mật cho hệ thống.

3. Nội dung nghiên cứu

Trong đề tài này, nhóm sẽ tiến hành nghiên cứu các nội dung như sau:

Trang - 8

− Thu thập dữ liệu về nhu cầu sử dụng xe ô tô cá nhân và các bãi giữ xe hiện nay.

− Tìm hiểu ưu và nhược điểm của một số bãi giữ xe ô tô đang được áp dụng hiện nay.

− Nghiên cứu, xây dựng thuật toán điều khiển hệ thống bãi giữ xe ô tô tự động.

− Thiết kế và thi công mô hình.

− Đánh giá kết quả thực hiện.

− Nhận xét ưu nhược điểm của toàn bộ hệ thống và hướng phát triển đề tài.

4. Giới hạn

Vì một số điều kiện khách quan cũng như chủ quan nên đề tài này sẽ có một số giới hạn như sau:

− Nhóm chỉ xây dựng ý tưởng và cách thức hoạt động, sau đó nhờ một xưởng cơ khí để gia công mô hình.

− Kích thước mô hình nhỏ gọn: chiều cao 70cm, chiều rộng 60cm và chiều dài 75cm.

− Chỉ có 6 vị trí để cất xe.

− Sử dụng loại động cơ DC giảm tốc 24V có hộp số đi kèm để vận hành hệ thống.

− Nhóm không thi công tủ điện vì có một số linh kiện, thiết bị mượn ở phòng thực hành của khoa, không thể tháo rời khỏi bộ thí nghiệm.

− Sử dụng các hàm của thư viện xử lý ảnh Emgu CV để xử lý nhận dạng biển số xe.

Hệ thống có thể tính chi phí giữ xe, còn việc thu phí phải cần nhân viên thực hiện.

1.1. Giới thiệu về ngôn ngữ C# và một số công cụ liên quan 1.1.1. Ngôn ngữ C# và .NET Framework

C# là một ngôn ngữ hướng đối tượng trong sáng và an toàn cho phép các nhà phát triển dễ xây dựng một loạt các ứng dụng an toàn và mạnh mẽ chạy trên .NET Framework. Có thể sử dụng C# để tạo ra các ứng dụng truyền thống Windows, dịch vụ Web XML, thành phần phân phối ứng dụng dạng clientserver, ứng dụng cơ sở dữ liệu, và nhiều hơn thế nữa.NET Framework là một nền tảng phát triển phổ biến để xây dựng các ứng dụng cho Windows, Windows Store, Windows Phone, Windows Server, và Windows Azure. Nền tảng .NET Framework bao gồm ngôn ngữ lập trình C# và Visual Basic, Common Language Runtime và một lớp thư viện rộng lớn.

1.1.2. Thư viện S7.NET

S7.Net là trình điều khiển PLC chỉ hoạt động với PLC và chỉ với kết nối Ethernet. Điều này có nghĩa là plc của bạn phải có CPU Profinet hoặc thẻ bên ngoài profinet (thẻ CPxxx). S7.Net được viết hoàn toàn bằng C#, vì vậy bạn có thể gỡ lỗi dễ dàng mà không cần phải thông qua các bản gốc.

S7.Net tương thích với S7-200, S7-300, S7-400, S7-1200, S7-1500.

S7.Net hiển thị một lớp có tên Plc chứa tất cả các phương thức mà chúng ta có thể sử dụng để giao tiếp với PLC.

Để kết nối và ngắt kết nối, bạn có thể sử dụng các hàm Open() và Close(), để giao tiếp, bạn có thể sử dụng bất kỳ phương thức nào để đọc và ghi các biến từ bộ nhớ PLC.

Có thể đọc và ghi byte từ một vùng bộ nhớ duy nhất, được cung cấp địa chỉ bắt đầu và số byte. Có thể ánh xạ trực tiếp DB tới các lớp và cấu trúc.

1.1.3. Giải thuật xử lý ảnh nhận diện biển số xe Thư viện xử lý ảnh EmguCV

Trang - 10 EmguCV là một thư viện xử lý hình ảnh, thị giác máy tính dành riêng cho ngôn ngữ C#. Cho phép gọi các hàm chức năng của thư viện xử lý ảnh OpenCV.Có thể được Visual Studio, Xamarin Studio và Unity biên dịch, nó có thể chạy trên Windows, Linux, Mac OS X, iOS, Điện thoại Android và Windows.

Giải thuật xử lý ảnh nhận diện biển số xe

− 1: Camera nhận lệnh chụp ảnh từ C# và tiến hành chụp hình.

− 2: Sau khi có được hình ảnh từ camera, chương trình tiến hành quá trình tách biển số xe ra khỏi hình.

− 3: Từ biển số xe ta tiến hành lấy đường viền ảnh.

− 4: 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.

− 5: Với những mẫu ký tự được cắt ra, ta đưa chúng vào thư viện nhận dạng ký tự có sẵn trong Emgu CV.

− 6: Mặc dù đã nhận dạng được các ký tự, nhưng lúc này thứ tự của chúng vẫn rất lộn xộn. Do đó bước cuối cùng là sắp xếp chúng theo thứ tự dựa vào vị trí cắt của các ký tự ở bước 4.

Bắt đầu

Chụp ảnh

Tách hình iển số

Lấy đư ng viền ý t

Cắt ý t

Nhận ạng ý t

Sắp ếp ý t

ết th c Hình 1.1. Giải thuật nhận diện biển số xe

1.2. Công nghệ RFID

RFID là công nghệ nhận dạng đối tượng bằng sóng vô tuyến. Công nghệ này 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.

chính là thiết bị đọc (reader) và thiết bị phát mã RFID có gắn chip hay còn gọi là tag. 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 bi RFID tag chứa một mã số nhất định và không trùng lặp nhau.

▪ Nguyên lý 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 cảm nhận được sóng điện từ này và thu nhận năng lượng từ đó phát lại cho thiết bị RFID Reader biết mã số của mình.

Từ đó thiết bị RFID reader nhận biết được tag nào đang trong vùng hoạt động.

1.3. Các chuẩn giao tiếp

− Chuẩn giao tiếp USB.

− Chuẩn giao tiếp SPI.

− Chuẩn giao tiếp Enthernet.

1.4. Giới thiệu phần cứng

Với đề tài này, nhóm sẽ sử dụng một số thiết bị phần cứng sau

− Thiết bị xử lý trung tâm: PLC

− Thiết bị đầu vào: thiết bị đọc thẻ RFID, camera, cảm biến quang, công tắc hành trình.

− Thiết bị đầu ra: Động cơ DC giảm tốc (có hộp số), rơ le trung gian.

1.5. Một số phần mềm sử dụng

− Phần mềm Micorosoft Visual Studio.

− Phần mềm SQL Server Manager.

− Phần mềm TIA Portal.

−

Trang - 12 Chương 2: THIẾT KẾ

2.1. Thiết kế sơ đồ khối hệ thống

NG N T N HIỆU

H I LÝ TRUNG TÂM Y T NH + PLC

H I NG N H I CẢM BIẾN

PANADAC 914A

H I Đ NG CƠ À RƠ LE H I Đ C TH

ARDUINO + RFID RC522

H I THU NHẬN H NH ẢNH WEBCAM COLORVIS ND60

H I CÔNG T C HÀNH TR NH

Hình 2.1. Sơ đồ khối toàn hệ thống

▪ Chức năng của từng khối

– Khối nguồn: cung cấp nguồn cho toàn bộ hệ thống hoạt động.

– Khối đọc thẻ RFID: bộ đọc thẻ từ RFID có nhiệm vụ đọc mã thẻ.

– Khối thu nhận hình ảnh: dùng camera để chụp ảnh.

– Khối công tắc hành trình: có nhiệm vụ ngắt động cơ.

– Khối cảm biến: xác định vị trí cánh tay nâng hạ xe.

– Khối động cơ và rơ le: bao gồm các rơ le và các động cơ 24VDC để vận hành mô hình.

– Khối xử lý trung tâm:

+ Sử dụng laptop tích hợp sẵn những công cụ lập trình có nhiệm vụ thu nhận, xử lý, lưu trữ mã thẻ từ đầu đọc thẻ RFID, nhận dạng biển số từ hình chụp được bằng Camera, giao tiếp với PLC.