Thiết kế hệ thống quản lý bãi đỗ xe ô tô

ĐỒ ÁN CHUYÊN NGÀNH

ĐỒ ÁN CHUYÊN NGÀNH
ĐỀ TÀI:
THIẾT KẾ HỆ THỐNG QUẢN LÝ BÃI ĐỖ XE Ô TÔ

Giáo viên hướng dẫn : TS. Nguyễn Việt Sơn
Nhóm 2

1


ĐỒ ÁN CHUYÊN NGÀNH
LỜI NÓI ĐẦU
Sự tiến bộ của kỹ thuật trong lĩnh vực điện - điện tử - tin học trong nhiều năm
trở lại đây đã được ứng dụng rất nhiều vào trong thực tế như các lĩnh vực : quản
lí, các hệ thống tự động … làm giảm thiểu nhân lực mang lại hiệu quả kinh tế
cao. Trước hết phải kể đến sự ra đời và ngày càng hoàn thiện hơn của các linh
kiện điện tử, các bộ Vi xử lí…
Trong thực tế, các bộ Vi xử lí, các bộ cảm biến được ứng dụng rất nhiều để tạo
nên các hệ thống đo lường điều khiển, quản lí sản xuất…Trước tình trạng ở các
thành phố lớn ( Ví dụ Hà Nội ) việc đỗ xe rất thủ công không có sự hỗ trợ của
máy móc nên rất lãng phí nhân công, hiệu quả thấp, chúng em xin làm đồ án
chuyên ngành với đề tài : THIẾT KẾ HỆ THỐNG QUẢN LÝ BÃI ĐỖ XE Ô
TÔ
Chúng em xin trân thành cảm ơn thầy giáo TS. Nguyễn Việt Sơn đã tận tình
hướng dẫn giúp em hoàn thiện đồ án này. Do kinh nghiệm còn hạn chế, đồ án
này chắc chắn còn những thiếu sót vì vậy em rất mong nhận được sự hướng dẫn,
góp ý cuả các thầy cô giáo và toàn thể các bạn để đồ án của em hoàn thiện hơn.

Nhóm sinh viên thực hiện

2


ĐỒ ÁN CHUYÊN NGÀNH

CHƯƠNG I
GIỚI THIỆU TỔNG QUAN
1.1. THỰC TRẠNG CỦA CÁC BÃI ĐỖ XE Ô TÔ Ở VIỆT NAM HIỆN
NAY
Hiện nay ở nước ta chủ yếu là các bãi đỗ ô tô đơn thuần không có sự trợ
giúp của máy móc gây lãng phí nhân công, hiệu quả không cao. Việc trông
giữ xe chưa được quan tâm nhiều dẫn đến tình trạng lạm dụng vỉa hè của
người đi bộ làm chỗ để xe máy, làn đường của xe đạp thành chỗ trông giữ
ôtô... gây ra tình trạng hỗn loạn, ùn tắc ở nhiều tuyến phố .
Khả năng điều khiển và kiểm soát vị trí đỗ ở các bãi xe hiện nay cũng đang
là một vấn đề cần giải quyết, nếu không có sự hướng dẫn và kiểm soát một
cách chính xác sẽ dẫn tới tình trạng lộn xộn, lãng phí mặt bằng bãi đỗ…
Như vậy việc xây dựng các bãi đỗ xe hiện đại là rất cần thiết, điều này sẽ
giảm chi phí nhân công, có hướng dẫn cho lái xe khi vào bãi đỗ, có thể quản
lí trên máy tính…

1.2.

MÔ HÌNH MỘT BÃI ĐỖ XE Ô TÔ HIỆN ĐẠI

Dưới đây là mô hình một bãi đỗ xe hiện đại ở Hà Nội ( Siêu thị VINCOM )
3

ĐỒ ÁN CHUYÊN NGÀNH

Đơn vị 5

Đơn vị 3

Trung tâm

Đơn vị 2

Đơn vị 1

Đơn vị 4

Cảm biến

Sự hoạt động của bãi đỗ được mô tả tổng quát như sau :
Bãi đỗ được chia thành các hàng, trong các hàng là các ô đỗ xe. Chúng ta sẽ
đặt các cảm biến để phát hiện có xe hoặc không có xe ở các ô đỗ. Ở bên trong
bãi đỗ ta sẽ quản lí từng hàng một, ở mỗi hàng ta có bảng đèn LED thông báo
xem có bao nhiêu ô trống trong hàng, để làm được việc này tín hiệu từ cảm biến
sẽ được truyền về Vi xử lí, Vi xử lí sẽ xử lí thông tin và hiển thị lên bảng LED
để thông báo. Ở bên ngoài cổng ta cũng đặt một bảng LED thông báo số ô trống
của toàn bộ bãi đỗ, ở đây sẽ có một Vi xử lí tổng, con tổng này sẽ đọc toàn bộ
dữ liệu từ các Vi xử lí ở các hàng về để xử lí.
Tại các ô đỗ chúng ta cũng đặt các đèn báo trạng thái của ô đỗ ( có xe hoặc
không ) đèn đỏ là báo có xe, đèn xanh là báo không có xe.

CHƯƠNG II
TÌM HIỂU VÀ LỰA CHỌN CẢM BIẾN

4


ĐỒ ÁN CHUYÊN NGÀNH

2.1 TÌM HIỂU CHUNG VỀ CẢM BIẾN
2.1.1 Cảm biến tiệm cận
 Cảm biến tiệm cận là gì?
Là một thiết bị phát hiện đối tượng bằng phương pháp không tiếp xúc thông
qua sự thay đổi trong trường từ/ điện.
 Nguyên lý hoạt động của cảm biến tiệm cận
Cảm biến tiệm cận tạo ra một lưới các trường điện/ từ (trường này được tạo ra
bởi một mạch cộng hưởng) , khi đối tượng đi vào trường của cảm biến và làm
rối loạn các đường sức từ, kết quả sẽ được gửi đến mạch cộng hưởng và thông
qua sự thay đổi này để phá thiện ra đối tượng. Nguyên lý làm việc nhìn chung
như quá trình phát hiện mồi trên mạng nhện.

Hình 2.1: Mô hình một cảm biến tiệm cận
Khoảng cách hoạt động của cảm biến phụ thuộc vào bản chất vật liệu của đối
tượng phát hiện, từ milimet - vài chục milimet. Ứng dụng rộng rãi trong các dây
chuyền sản xuất như đo, đếm sản phẩm, xác định hành trình, phát hiện đối
tượng…..
 Phân loại cảm biến tiệm cận

5


ĐỒ ÁN CHUYÊN NGÀNH
-

Inductive (cảm ứng điện cảm): phát hiện vật thể kim loại.
Capacitive (cảm ứng điện dung): phát hiện vật thể kim loại và phi kim.
Magnetic (từ tính): phát hiện các đối tượng từ tính.
Photoelectric (cảm biến quang điện): sử dụng phần tử nhạy sáng để phát
hiện đối tượng.
Ultrasonic (siêu âm): sử dụng sóng siêu âm để phát hiện đối tượng kim
loại và phi kim.
 Cảm biến tiệm cận điện dung

Hình 2.2 : Mạch đo của cảm biến tiệm cận điện dung
 Cấu tạo và nguyên lý hoạt động:

Bộ phận cảm nhận là một cuộn dây được cung cấp dòng có tần số cao, nó sẽ
tạo ra một từ trường thay đổi xung quanh cuộn dây. Một vật kim loại nằm trong
vùng từ trường này sẽ xảy ra hiệu ứng dòng Fuco. Theo định luật Lenz, dòng
điện này có chiều chống lại nguyên nhân tạo nên nó, và kết quả tạo nên một từ
thông ngược lại từ thông của cuộn dây, điều này dẫn đến hệ số tự cảm L thay
đổi và trở kháng
Z = 2πfL.
Trong đó
L = F(n, η, A, l)
với n: số vòng dây
η: độ từ thẩm
A: khoảng cách
l: kiểu vật liệu


Ưu – Nhược điểm và phạm vi ứng dụng
6

ĐỒ ÁN CHUYÊN NGÀNH
•

Ưu điểm

Cấu tạo đơn giản. Có thể cảm nhận được các vật thể dẫn điện, không dẫn điện,
mức chất lỏng, vật thể nhẹ hay nhỏ. Tốc độ đáp ứng nhanh. Tuổi thọ và độ ổn
định với nhiệt độ cao.
• Nhược điểm
Bị ảnh hưởng bởi độ ẩm, sương, sự thay đổi điện môi. Dây nối sensor phải
ngắn để không ảnh hưởng đến điểm cộng hưởng của bộ dao động. Phạm vi hoạt
động thấp (từ milimet – vài chục milimet).
• Phạm vi ứng dụng
Ứng dụng trong việc đo và phát hiện các vật thể kim loại hoặc phi kim
2.1.2

Cảm biến siêu âm
 Cảm biến siêu âm là gì?

Cảm biến siêu âm là loại cảm biến sử dụng sóng siêu âm để xác định khoảng
cách cần đo thông qua thời gian phát và thu các sóng phản xạ đồng thời.
 Nguyên lý hoạt động

Hình 2.3 : Cảm biến siêu âm
Cảm biến phát ra sóng siêu âm, sau đó sóng được truyền đi trong không khí với
vận tốc khoảng 343m/s. Quá trình phát sóng siêu âm và thu sóng phản xạ diễn ra
đồng thời, đo được khoảng thời gian từ lúc phát đi tới lúc thu về, qua đó máy
tính có thể xác định được quãng đường mà sóng đã di chuyển trong không gian.
* Các vùng phía trước cảm biến

7


ĐỒ ÁN CHUYÊN NGÀNH
 Vùng tối (Blind zone):

Vùng tối tồn tại trước bề mặt cảm biến khoảng từ 6 - 80cm. Khi vật thể trong
vùng này thì đầu ra không có trạng thái ổn định.
 Vùng hoạt động:

Khoảng thời gian giữa tín hiệu phát và tín hiệu phản xạ nhận được nó tỉ lệ với
khoảng cách từ cảm biến đến vật thể.
Vùng hoạt động có thể điểu chỉnh. Giới hạn trên có thể điều chỉnh với mọi
cảm biến nhưng giới hạn dưới thì phụ thuộc vào từng loại cảm biến cụ thể.
 Blocking range:

Là vùng giữa giới hạn dưới và vùng mù. Khi vật ở trong vùng này vật sẽ
không được phát hiện.

Hình 2.4 : Đường đi của sóng siêu âm
Quãng đường di chuyển của sóng sẽ bằng 2 lần khoảng cách từ cảm biến tới
chướng ngoại vật, theo hướng phát của sóng siêu âm. Hay khoảng cách từ cảm
biến tới chướng ngại vật sẽ được tính theo nguyên lý TOF (Time Of Flight):
d = v . t/2

8


ĐỒ ÁN CHUYÊN NGÀNH

 Ưu – Nhược điểm và phạm vi ứng dụng
 Ưu điểm
-

Khoảng cách mà cảm biến có thể phát hiện lên tới 15m.

-

Sóng phản hồi của cảm biến không phụ thuộc vào màu sắc của bề mặt đối
tượng hay tính chất phản xạ ánh sáng của đối tượng.

 Nhược điểm
-

Cảm biến siêu âm yêu cầu đối tượng có một diện tích bề mặt tối thiểu (giá
trị này tùy thuộc vào từng loại cảm biến)

-

Sóng phản hồi cảm biến nhận được có thể chịu ảnh hưởng của sóng âm
thanh tạp âm, nhiệt độ hay dạng bề mặt của đối tượng cần xác định.

-

Cảm biến tiệm cận siêu âm yêu cầu một khoảng thời gian sau mỗi lần
sóng phát đi để sẵn sàng nhận sóng phản hồi. Kết quả cảm biến tiệm cận
siêu âm nhìn chung chậm hơn các cảm biến khác.

-

Cảm biến tiệm cận siêu âm giới hạn bởi khoảng cách phát hiện nhỏ nhất.

-

Sự thay đổi của môi trường như nhiệt độ (vận tốc âm thanh phụ thuộc vào
nhiệt độ) áp suất, sự chuyển động không đều của không khí, bụi bẩn bay
trong không khí gây ảnh hưởng đến kết quả đo.

 Phạm vi ứng dụng

Sử dụng cảm biến để đo khoảng cách, xác định vị trí của vật thể… Phạm vi sử
dụng từ vài centimet đến vài met.
Ví dụ: Cảm biến siêu âm SRF05

Một số đặc điểm của cảm biến siêu âm SRF05

9


ĐỒ ÁN CHUYÊN NGÀNH
Mức độ của sóng âm hồi tiếp phụ thuộc vào cấu tạo của đối tượng và góc phản
xạ của nó.
Bảng 2.1 : Các đặc tính của cảm biến siêu âm SRF05

Cảm biến quang điện
* Cảm biến quang điện là gì?
2.1.3

Cảm biến quang điện thực chất là các linh kiện quang điện, được cấu tạo từ
các chất bán dẫn, có một đầu thu và một đầu phát khi đầu phát phát ra ánh sáng

đầu thu sẽ thu ánh sáng này làm cho các linh kiện bán dẫn có thể dẫn hoặc khóa.
Dựa vào việc dẫn hoặc khóa này mà ta có thể biết được có vật hay không.
* Nguyên lý hoạt động
Khi có ánh sáng chiếu vào bề mặt của linh kiện bán dẫn thì nó sẽ thay đổi điện
trở. Sự thay đổi điện trở nhiều hay ít phụ thuộc vào cường độ ánh sáng chiếu
vào.

10


ĐỒ ÁN CHUYÊN NGÀNH

Hình 2.5 : Các dạng cảm biến quang điện
Khi có ánh sáng chiếu vào bề mặt của linh kiện bán dẫn thì nó sẽ thay đổi điện
trở. Sự thay đổi điện trở nhiều hay ít phụ thuộc vào cường độ ánh sáng chiếu
vào.
* Ưu – Nhược điểm và phạm vi ứng dụng





Ưu điểm
o Hạn chế được những phụ thuộc của cảm biến vào yếu tố khách
quan như điều kiện môi trường và đối tượng cần xác định
o Có độ chính xác cao
o Phạm vi sử dụng rộng
Nhược điểm
o Không sử dụng được ở môi trườn nhiều bụi bẩn
Phạm vi ứng dụng

o Sử dụng trong cảm biến xác định vị trí
o Áp dụng trong chế tạo Encoder và thước mã
o Đo cường độ sáng
o Ghép quang cách ly tín hiệu

2.2 LỰA CHỌN CẢM BIẾN
2.2.1 Lựa chọn cảm biến

VÀ CÁCH LẮP ĐẶT

11


ĐỒ ÁN CHUYÊN NGÀNH
Với ứng dụng là chỉ cần phát hiện sự có mặt của ô tô trong ô đỗ xe và cảm biến
được đặt ở trên nóc của ô đỗ cách trần xe khoảng 1,5m đến 2,5m nên ta chọn
cảm biến quang điện.
Cảm biến quang điện E3F3-R61
Với yêu cầu đặt ra cho hệ thống, ta có thể sử dụng cảm biến quang điện loại
E3F3-R61 của Omron với các thông số sau :
-

Vỏ nhựa, hình trụ D=18, gọn, tiết kiệm không gian.
Thời gian đáp ứng: 2.5 ms (max).
Nguồn cấp: từ 12 đến 24VDC
Dây được nối sẵn (pre-wired) dài 2m.

-

Có đèn báo khi sensor hoạt động (màu cam).

-

Hoạt động ở chế độ Light-On hoặc Dark-On (tùy model).

-

Có mạch bảo vệ chống ngắn mạch và nối ngược cực .

-

Độ nhạy có thể chỉnh được (với loại khuếch tán).

-

Loại phản xạ gương.

-

Khoảng cách 2m.

12


ĐỒ ÁN CHUYÊN NGÀNH
-

Ngõ ra NPN-NO.

-

Giá 520 000vnd.
 Nguyên lý hoạt động

Hình 2.6 : Nguyên lí hoạt động của cảm biến quang điện E3F3-R61
Khi ta đấu mạch như hình vẽ của nhà sản xuất thì khi mà có vật chắn (có ô tô )
mắt thu sẽ thu được tín hiệu phản xạ khi đó đầu ra ( Load ) sẽ không có dòng
điện chạy qua, ngược lại khi không có vật chắn (không có ô tô ) thì mắt thu sẽ
không thu được tín hiệu phản xạ và lúc này đầu ra của cảm biến ( Load ) sẽ có
dòng điện chạy qua. Như vậy, dựa vào tín hiệu đầu ra của cảm biến ta có thể biết
được ô đỗ có ô tô hay không.
Cách lắp đặt cảm biến
Mỗi ô đỗ ta đặt 1 cảm biến, cảm biến được gắn trên trần cách mặt đất 3m.

2.2.2

Cảm biến

Ô đỗ

13


ĐỒ ÁN CHUYÊN NGÀNH

CHƯƠNG III
CHỌN LINH KIỆN VÀ THIẾT KẾ MẠCH NGUYÊN LÍ
3.1 CHỌN VI XỬ LÝ
Ta chọn Vi xử lí AVR Atmega16

14


ĐỒ ÁN CHUYÊN NGÀNH

U2
9
13
12
40
39
38
37
36
35
34
33
1
2
3
4
5
6
7
8

RESET
XTAL1
XTAL2
PA0/ADC0

PA1/ADC1
PA2/ADC2
PA3/ADC3
PA4/ADC4
PA5/ADC5
PA6/ADC6
PA7/ADC7
PB0/T0/XCK
PB1/T1
PB2/AIN0/INT2
PB3/AIN1/OC0
PB4/SS
PB5/MOSI
PB6/MISO
PB7/SCK

PC0/SCL
PC1/SDA
PC2/TCK
PC3/TMS
PC4/TDO
PC5/TDI
PC6/TOSC1
PC7/TOSC2
PD0/RXD
PD1/TXD
PD2/INT0
PD3/INT1
PD4/OC1B
PD5/OC1A

PD6/ICP1
PD7/OC2

AREF
AVCC

22
23
24
25
26
27
28
29
14
15
16
17
18
19
20
21

32
30

ATMEGA16

Hình 3.1 : Chíp Atmega16
AVR là một họ vi điều khiển do hãng Atmel sản xuất (Atmel cũng là nhà sản

xuất dòng vi điều khiển 89C51 ). AVR là chip vi điều khiển 8 bits với cấu trúc
tập lệnh đơn giản hóa-RISC(Reduced Instruction Set Computer), một kiểu cấu
trúc đang thể hiện ưu thế trong các bộ xử lí. So với các chip vi điều khiển 8 bits
khác, AVR có nhiều đặc tính hơn hẳn, hơn cả trong tính ứng dụng (dễ sử dụng)
và đặc biệt là về chức năng:
•

Gần như chúng ta không cần mắc thêm bất kỳ linh kiện phụ nào khi sử
dụng AVR, thậm chí không cần nguồn tạo xung clock cho chip (thường là
các khối thạch anh).

•

Thiết bị lập trình (mạch nạp) cho AVR rất đơn giản, có loại mạch nạp chỉ
cần vài điện trở là có thể làm được. một số AVR còn hỗ trợ lập trình on –
chip bằng bootloader không cần mạch nạp…

•

Bên cạnh lập trình bằng ASM, cấu trúc AVR được thiết kế tương thích C.

Nguồn tài nguyên về source code, tài liệu, application note…rất lớn trên internet

15


ĐỒ ÁN CHUYÊN NGÀNH
•

Hầu hết các chip AVR có những tính năng (features) sau:

•

Có thể sử dụng xung clock lên đến 16MHz, hoặc sử dụng
xung clock nội lên đến 8 MHz (sai số 3%)

•

Bộ nhớ chương trình Flash có thể lập trình lại rất nhiều lần và
dung lượng lớn, có SRAM (Ram tĩnh) lớn, và đặc biệt có bộ
nhớ lưu trữ lập trình được EEPROM.

•

Nhiều ngõ vào ra (I/O PORT) 2 hướng (bi-directional).

•

8 bits, 16 bits timer/counter tích hợp PWM.

•

Các bộ chuyển đối Analog – Digital phân giải 10 bits, nhiều
kênh.

•

Chức năng Analog comparator.

•

Giao diện nối tiếp USART (tương thích chuẩn nối tiếp RS232).

•

Giao diện nối tiếp Two –Wire –Serial (tương thích chuẩn I2C)
Master và Slaver.

•

Giao diện nối tiếp Serial Peripheral Interface (SPI)

•

...

* Một số chip AVR thông dụng:

•

AT90S1200

•

AT90S2313

16


ĐỒ ÁN CHUYÊN NGÀNH
•

AT90S2323 and AT90S2343

•

AT90S2333 and AT90S4433

•

AT90S4414 and AT90S8515

•

AT90C8534

•

ATtiny10, ATtiny11 and ATtiny12

•

ATtiny15

•

ATtiny22

•

ATtiny26

•

ATtiny28

•

ATmega8/8515/8535

•

ATmega16 …….

3.2. CHỌN BỘ GIẢI MÃ LED 7 THANH VÀ ĐÈN LED 7 THANH,
TRANSISTOR
Ta chọn bộ giả mã 7447 :

17


ĐỒ ÁN CHUYÊN NGÀNH

U1
7
1
2
6
4
5
3

A
B
C
D
BI/RBO
RBI
LT

QA
QB
QC
QD
QE
QF
QG

13
12
11
10
9
15
14

7447

Hình 3.2 : IC giải mã 7 thanh 7447
Bộ gải mã 7447 có 4 đầu vào và 7 đầu ra dữ liệu, nó có chức năng giải mã số
BCD ( dạng nhị phân ) thành mã 7 thanh để phù hợp với LED để hiển thị kết

quả.
Các chân BI/RBO, RBI, LT không cần nối trong ứng dụng này.
* Bảng chân lí của IC 7447

Với đèn LED ta chọn loại Anot chung, màu tùy ý :
Với Transistor ta chọn loại NPN

18


ĐỒ ÁN CHUYÊN NGÀNH

Q1
NPN

a)

b)
Hình 3.3 : Đèn Led (a), Transistor NPN (b)

3.2. SƠ ĐỒ MẠCH NGUYÊN LÝ CỦA HỆ THỐNG
Trong sơ đồ, các công tắc tương ứng với các cảm biến, ta hiển thị theo phương
pháp quét LED.
Nguồn cung cấp là 5V.
Ta sẽ có 4 hàng, mỗi hàng có 2 con Vi xử lí như hình bên dưới. Các Vi xử lí lần
lượt là U1,2 ( hàng 1) U3,4 ( hàng 2 ) U5,6 ( hàng 3 ) U7,8 ( hàng 4 ) và 1 Vi xử
lí tổng là U9. Việc truyền dữ liệu từ các hàng lên Vi xử lí tổng U9 thông qua các
Vi xử lí U2,4,6,8.

CHƯƠNG IV

LƯU ĐỒ THUẬT TOÁN VÀ LẬP TRÌNH
4.1. LƯU ĐỒ THUẬT TOÁN
 Lưu đồ thuật toán cho hệ thống

19


ĐỒ ÁN CHUYÊN NGÀNH

Bắt đầu

Đọc giá trị từ các hàng
Hiển thị thông báo tại các hàng

Truyền thông kết quả

Xử lí kết quả ở tổng
Hiển thị thông báo

 Lưu đồ thuật toán cho một hàng

20


ĐỒ ÁN CHUYÊN NGÀNH
Bắt đầu

Đọc các chân của U1
9

Đọc các chân của U2

Tăng giảm biến đếm

Tăng giảm biến đếm

Truyền kết quả từ U1 lên U2

U2 cộng kết quả của U1 và U2

U2 lấy giá trị đặt trừ giá trị U1+U2

Hiển thị kết quả
Truyền thông



Lưu đồ thuật toán phần hiển thị
21


ĐỒ ÁN CHUYÊN NGÀNH

Bắt đầu

Khởi tạo điều kiện đầu cho Timer

Xảy ra Ngắt Timer lần 1 thì gửi dữ liệu ra cổng. Sét Led tương ứng

Ngắt Timer lần 2 thì đảo bit thấp => cao rồi gửi ra cổng. Sét Led tương ứng

4.2. LẬP TRƯƠNG TRÌNH CHÍNH
Mô phỏng trên máy tính

22