Thiết kế và phát triển thiết bị phát hiện xe ô tô sử dụng cảm biến từ trường và công nghệ truyền thông lora

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC
Đề tài

THIẾT KẾ VÀ PHÁT TRIỂN THIẾT BỊ PHÁT HIỆN
XE Ô TÔ SỬ DỤNG CẢM BIẾN TỪ TRƯỜNG VÀ
CÔNG NGHỆ TRUYỀN THÔNG LORA
Sinh viên:
MSSV:
Lớp:
Giảng viên hướng dẫn:
Hội đồng:

27/09/2023

Dương Văn Đoàn
20172472
ĐTVT.11-K62
TS. Đào Việt Hùng
212_14ET


NỘI DUNG CHÍNH

Phần I: Đặt vấn đề
Phần II: Quá trình triển khai đề tài
Phần III: Kiểm thử và kết quả
Phần IV: Kết luận và hướng phát triển

27/09/2023

1

I. Đặt vấn đề
 Hiện trạng

• Số lượng xe ơ tơ tăng cao
• Bãi đỗ xe trong nhà đang q tải
• Bãi đỗ xe ngồi trời khai thác chưa hiệu quả

 Hệ quả

• Gây ùn tắc giao thơng, ơ nhiễm khơng khí
• Gây khó khăn cho tài xế
• Khó khăn cho việc quản lý, thất thốt và lãng phí
tài ngun

Một số dạng bãi đỗ xe ô tô
27/09/2023

2


I. Đặt vấn đề
 Công nghệ phục vụ các bãi đỗ xe ngồi trời
• Khó áp dụng cơng nghệ sóng siêu âm, hồng
ngoại, microwave cho bãi đỗ xe ngồi trời

• Tại Việt Nam, việc nghiên cứu, ứng dụng công
nghệ cảm biến cho các bãi đỗ xe ngồi trời cịn
chưa phổ biến

 Đòi hỏi việc phát triển thiết bị phát hiện xe ô tô
áp dụng công nghệ phù hợp cho bãi đỗ xe ngồi
trời.

Một số cơng nghệ cảm biến ứng dụng phát hiện xe ô tô
27/09/2023

3


I. Đặt vấn đề
 Ưu điểm của công nghệ cảm biến từ trường cho ứng dụng bãi đỗ
xe ngồi trời

• Nguyên lý phát hiện phương tiện dựa trên sự thay đổi tín hiệu từ trường
trái đất do phương tiện gây ra.
• Tín hiệu từ trường khơng bị ảnh hưởng bởi các yếu tố như mưa, sương
mù
• Giá thành hợp lý
• Tiêu thụ điện năng thấp
• Nhỏ gọn, dễ triển khai, tích hợp

Ứng dụng của cảm biến từ trường trái đất trong phát hiện xe ô tô
27/09/2023

4


I. Đặt vấn đề
 Mơ hình quản lý bãi đỗ xe đề xuất bởi nhóm nghiên cứu

• Hệ thống dựa trên sự kết hợp bao gồm Detector, Camera, Gateway
tập trung giúp phát hiện, xác định phương tiện trên phố, bãi đỗ xe
ngồi trời

Mơ hình tổng quan hệ thống
27/09/2023

5


I. Đặt vấn đề
 Vai trò của đồ án trong đề tài nghiên cứu

• Khảo sát, tìm hiểu, nghiên cứu các phương pháp quản lý, phát hiện xe ô tô cho
bãi đỗ xe thơng minh
• Phân tích, đề xuất giải pháp phát hiện xe ô tô cho bãi đỗ xe ngồi trời sử dụng
cơng nghệ cảm biến từ trường
• Nghiên cứu, ứng dụng công nghệ truyền thông LoRa/LoRaWAN cho thiết bị phát
hiện xe ơ tơ
• Thiết kế, phát triển phần cứng, phần mềm cho thiết bị phát hiện xe ô tơ (Detector)
• Đảm bảo truyền thơng tin cậy giữa phân hệ Detector – Gateway dựa trên cơ sở
kế thừa phát triển phần cứng, phần mềm thiết bị tập trung Smart Gateway
• Nghiên cứu, phát triển cơ chế điều khiển cho phân hệ Detector – Gateway thông
qua truyền thông LoRa

27/09/2023

6

II. Quá trình triển khai đề tài
 Kiến trúc tổng quan hệ thống

• Hệ thống dựa trên kiến trúc LoRaWAN

Kiến trúc tổng quan hệ thống
27/09/2023

7


II. Quá trình triển khai đề tài
 Khảo sát khả thi ứng dụng cảm biến từ trường trái đất trong việc
phát hiện xe ơ tơ tại khu đơ thị

Hình ảnh và dữ liệu trong quá trình khảo sát
27/09/2023

8


II. Quá trình triển khai đề tài
 Thiết kế phần cứng thiết bị Detector

• Thiết bị phần cứng được triển khai tích hợp với các thành phần:
̶ Cảm biến từ trường HMC5883L
̶ Cảm biến hồng ngoại HS0038B
̶ MCU Stm32L031K6Tx
̶ IC thời gian thực DS3231

̶ Module truyền thông LoRa RFM95 IC Sx1276

Hình ảnh và dữ liệu khảo sát
27/09/2023

9


II. Quá trình triển khai đề tài
 Thiết kế phần cứng thiết bị Detector
Detector v1.0

Detector v1.1

Detector v2.0

Detector theo các phiên bản 1.0, 1.1, 2.0
27/09/2023

10


II. Quá trình triển khai đề tài
 Tổng quan phân hệ Detector-SGateway
• Thiết bị Detector thực thi nhiệm vụ

̶ Xử lý tín hiệu, phát hiện xe ơ tơ tại vị trí đỗ xe
̶ Truyền/nhận dữ liệu trạng thái vị trí đỗ xe theo sự kiện và chu kỳ tới
gateway thông qua truyền thông LoRa
̶ Nhận sự quản lý, điều khiển của Smart Gateway

• Thiết bị SGateway thực thi nhiệm vụ

̶ Truyền nhận dữ liệu truyền thông LoRa từ các Detector
̶ Điều khiển quản lý các Detector
̶ Lưu trữ, xử lý biên, gửi dữ liệu lên Server thông qua LTE, Ethernet, Wifi

Hình ảnh thiết bị Detector, gateway
27/09/2023

11


III. Kiểm thử và kết quả đạt được
 Kiểm thử độ chính xác thiết bị Detector

Kiểm thử thiết bị tại phịng thí nghiệm

27/09/2023

Kiểm thử thiết bị tại sân C9 đại học
Bách Khoa Hà Nội
12


III. Kiểm thử và kết quả
 Kết quả phát hiện phương tiện

• Kết quả độ chính xác phát hiện đạt 100% trong các trường hợp xe
đỗ đúng vị trí

Xe vào

Xe dừng

Số lần
Số lần
xe vào
phát
hiện
25

Độ
chính
xác

25

100%

Số lần Số lần
xe
phát
dừng
hiện
25

25

Xe ra
Độ

chính
xác

Số lần
xe ra

Số lần
phát
hiện

Hiệu
suất

100%

25

25

100%

Kết quả kiểm thử độ chính xác của thiết bị
IP Gen

Frequency
(Hz)

Length

BW

(KB)

SF

Time

RSSI
(dBm)

SNR
(dB)

SqN

Payload

255.25.
0.109

923200000

55

125

10

2-Jan

-48

8.5

1979

*20220805002542,9,000001001,0,0
12,ffffffff#

255.25.
0.109

923600000

55

125

10

2-Jan

-48

8.8

1980

*20220805002635,9,000001001,1,0
12,ffffffff#

Kết quả tin dữ liệu Detector  Gateway
27/09/2023

13


III. Kiểm thử và kết quả
 Kết quả kiểm thử truyền thông LoRa và mức tiêu thụ năng lượng

Kết quả kiểm thử tỷ lệ mất gói tin

Kết quả kiểm thử độ trễ truyền thơng
Mơ tả

Lý thuyết

Thực tế

Standby mode RTC

0.29 µA

0.35 µA

Normal MCU, Sensor,
RFM95 (Sleep)

12 mA

14 mA

Normal MCU, Sensor,
RFM95 (Tx)

20-120 mA

40 mA (Max)

15-20 mA

34 mA

Normal MCU, Sensor,
RFM95 (Rx)

Kết quả kiểm thử mức tiêu thụ năng lượng
27/09/2023

14


IV. Kết luận và hướng phát triển
 Kết luận chung

 Khảo sát, nghiên cứu, tìm hiểu các phương pháp phát hiện xe ứng
dụng trong bãi đỗ xe thông minh
 Phân tích, đề xuất phương pháp phát hiện xe ơ tơ sử dụng cảm
biến từ trường ứng dụng trong bãi đỗ xe thông minh
 Thiết kế phát triển thiết bị phát hiện xe Detector sử dụng công
nghệ cảm biến từ trường và công nghệ truyền thông LoRa

 Kiểm thử chức năng và vận hành thiết bị đạt mục tiêu đề ra

 Hướng phát triển

• Tối ưu cơ chế điều khiển thiết bị
• Tối ưu mức tiêu thụ năng lượng của thiết bị

27/09/2023

15


Kết quả nghiên cứu liên quan
 Cơng bố khoa học
• Tên bài báo:
An IoT System for Detection an
d Identification of Radioactive M
aterial in Scrap Metal Recycling
• Nơi cơng bố: IEEE International
Conference on Consumer
Electronics (ICCE) 2022
• Năm cơng bố: 07-09 tháng 1
năm 2022

27/09/2023

16


EM XIN CẢM ƠN QUÝ THẦY CÔ

VÀ CÁC BẠN ĐÃ LẮNG NGHE


Phụ lục
 Thiết kế cơ chế hoạt động của thiết bị Detector
• Thiết bị Detector có hai tác vụ chính
̶ Tác vụ xử lý tín hiệu cảm biến
̶ Tác vụ xử lý truyền thơng LoRa

Lưu đồ thuật tốn tác vụ xử lý tín hiệu cảm biến của Detector


Phụ lục
 Thiết kế cơ chế hoạt động của thiết bị Detector

Lưu đồ thuật tốn tác vụ truyền thơng LoRa và khung thời gian truyền nhận trên Detector