thiết kế và thi công bãi giữ xe tự động

Bãi Giữ Xe Tự Động

i

LỜI CẢM ƠN
Đầu tiên, nhóm thực hiện xin chân thành gửi lời cảm ơn đến tất cả quý thầy cô
giảng dạy của trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật Thành Phố Hồ Chí Minh, đặc biệt là
quý thầy cô khoa Điện - Điện Tử đã giảng dạy và cung cấp những kiến thức bổ ích tạo
điều kiện thuận lợi cho nhóm thực hiện đồ án này.
Nhóm xin gửi lời cảm ơn chân thành nhất đến giáo viên hướng dẫn là thầy Trần
Mạnh Sơn đã tận tình hướng dẫn, giúp đỡ, cung cấp những kiến thức quan trọng và
thiết bị cũng như tạo điều kiện thuận lợi cho nhóm trong suốt quá trình thực hiện đồ án
Cảm ơn bạn bè và các anh chị khóa trước đã góp ý kiến, giúp đỡ và động viên
nhóm hoàn thành đề tài này.
Cuối cùng nhóm xin gởi lời cảm ơn chân thành tới nhà trường, thầy cô, gia đình và
bạn bè đã động viên và giúp đỡ nhóm trong suốt quá trình thực hiện đề tài. Nhóm xin
chúc gia đình, quý thầy cô và bạn bè nhiều sức khỏe và thành công trong công việc và
cuộc sống.
Chân thành cảm ơn!


Bãi Giữ Xe Tự Động

ii

LỜI MỞ ĐẦU
Đất nước ta đang trong thời kỳ công nghiệp hóa, hiện đại hóa cùng với sự phát
triển không ngừng của khoa học kỹ thuật, chính vì vậy mà chúng ta luôn phải không
ngừng học tập, nâng cao kiến thức chuyên môn, cập nhật liên tục các thông tin cũng
như ứng dụng các công nghệ mới vào trong đời sống hiện tại.
Song song với sự phát triển không ngừng đó, các ngành chuyên về tự động hóa nói

chung cũng như ngành công nghệ điện tự động nói riêng luôn tiên phong trong lĩnh vực
công nghệ và không ngừng nghiên cứu những ứng dụng công nghệ mới để đáp ứng xu
thế phát triển của lĩnh vực công nghệ trong nước và trên thế giới.
Xuất phát từ thực trạng giao thông ở các thành phố lớn ở nước ta (như Hà Nội, Tp
Hồ Chí Minh) và các nước trên thế giới, với sự gia tăng ngày càng lớn của các phương
tiện giao thông (đặc biệt là ôtô), một nhu cầu về bãi đỗ cho các phương tiện giao thông
là yêu cầu cấp bách. Không những giảm tắc nghẽn giao thông, nó còn đem lại mặt
thẩm mỹ cho một thành phố lớn hiện đại, Với lý do đó, nhóm đã khảo sát thiết kế một
mô hình bãi đỗ xe tự động, qua một thời tìm hiểu và thực hiện đề tài nhờ được sự
hướng dẫn tận tình của thầy: Trần Mạnh Sơn và các thầy cô trong bộ môn tự động
hoá, chúng em đã hoàn thành đề tài.


Bãi Giữ Xe Tự Động

iii

MỤC LỤC
CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN.......................................................................................... 1
1.1 Đặt vấn đề ............................................................................................................... 1
1.2 Mục tiêu đề tài ........................................................................................................ 1
1.3 Giới hạn đề tài ......................................................................................................... 1
1.4 Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài ................................................................ 2
1.5 Nội dung đề tài........................................................................................................ 2
CHƢƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT ĐIỀU KHIỂN HỆ THỐNG BÃI GIỮ XE...... 4
2.1 Một số mô hình bãi xe thực tế ở một số nước ........................................................ 4
2.1.1 Mô hình xếp chồng (Auto Stacker) .................................................................. 4
2.1.2 Mô hình bãi xe nhiều tầng (Driver in Parking) ................................................ 5
2.1.3 Mô hình bãi giữ xe tự động hoá (Above ground Automated Parking) ............ 5
2.1.4 Mô hình bãi xe tự động hoá dạng ngầm (Underground Automated Parking) . 6

2.2 Các khâu của bãi giữ xe tự động............................................................................. 7
2.2.1 Khu vực đầu vào ............................................................................................... 7
2.2.2 Khu vực cất xe .................................................................................................. 7
2.2.3 Khu vực xe ra ................................................................................................... 8
2.3 Nguyên lý hoạt động của mô hình bãi giữ xe ......................................................... 9
CHƢƠNG 3: LỰA CHỌN THIẾT BỊ PHẦN CỨNG .............................................. 10
3.1 Yêu cầu về mô hình bãi giữ xe ............................................................................. 10
3.2 Lựa chọn thiết bị phần cứng ................................................................................. 10
3.2.1 Lựa chọn vi điều khiển ................................................................................... 11
3.2.2

Lựa chọn động cơ ...................................................................................... 23

3.2.3 Nút nhấn ......................................................................................................... 25
3.2.4 Đèn báo ........................................................................................................... 25
3.2.5 Công Tắc Hành Trình ..................................................................................... 26
3.2.6 Lựa chọn quạt làm mát ................................................................................... 27
3.2.7 Lựa chọn camera ............................................................................................ 28
3.2.8 Lựa chọn bộ quyét thẻ .................................................................................... 29
3.2.9 Thẻ cảm ứng RFID ......................................................................................... 29


Bãi Giữ Xe Tự Động

iv

3.2.10 Cổng USB nối dài......................................................................................... 30
3.2.11 Mạch Cầu H.................................................................................................. 31
3.2.12 Mạch nguồn .................................................................................................. 33
3.2.13 Module con PIC16f877a .............................................................................. 35

3.2.14 Cổng usb giao tiếp máy tính và PIC16f877a................................................ 36
CHƢƠNG 4: THUẬT TOÁN ĐIỀU KHIỂN ............................................................ 37
4.1

Giới thiệu open CV ........................................................................................... 37

4.2 Nhận diện khuôn mặt dùng đặc trưng Haar-like .................................................. 37
4.3

Nhận diện mặt người dùng đặc trưng PCA ...................................................... 40

4.3.2 Khái quát về nhận dạng mặt người................................................................. 40
4.3.2 Đặc trưng PCA và bài toán nhận dạng mặt người ......................................... 42
4.3.3 Trích chọn đặc trưng PCA và huấn luyện ...................................................... 44
4.3.4 Nhận dạng dựa trên đặc trưng PCA (Face Recoginition) .............................. 46
CHƢƠNG 5: KẾT QUẢ THỰC NGHIỆM ............................................................... 48
5.1 Hệ thống quản lý bãi giữ xe tự Động.................................................................... 48
5.1.1 Chế độ Auto.................................................................................................... 48
5.1.2 Chế độ Mannual ............................................................................................. 48
5.2 Phần cứng của mô hình bãi giữ xe ........................................................................ 48
5.2.1 Phần khung bãi giữ xe .................................................................................... 48
5.2.2 Tủ điều khiển .................................................................................................. 49
5.3 Phần mềm giám sát hệ thống ................................................................................ 50
5.4 Kết quả chạy mô hình ........................................................................................... 51
CHƢƠNG 6: KẾT LUẬN VÀ HƢỚNG PHÁT TRIỂN .......................................... 55
6.1 Kết luận ................................................................................................................. 55
6.2 Hướng phát triển ................................................................................................... 55


Bãi Giữ Xe Tự Động

v

DANH MỤC HÌNH
Hình 2.1: Mô hình xếp chồng.......................................................................................... 4
Hình 2.2: Mô hình bãi xe nhiều tầng............................................................................... 5
Hình 2.3: Mô hình bãi giữ xe tự động hoá ...................................................................... 6
Hình 2.4: Mô hình bãi xe tự động hoá dạng ngầm.......................................................... 6
Hình 2.5: Khu vực đầu vào ............................................................................................. 7
Hình 2.6: Khu vực cất xe ................................................................................................ 8
Hình 2.7: Khu vực xe ra .................................................................................................. 8
Hình 2.8: Sơ đồ khối các thiết bị trong mô hình. ............................................................ 9
Hình 3.1: Sơ đồ chân của PIC16f877a .......................................................................... 13
Hình 3.2: Sơ đồ khối của PIC16F877A ........................................................................ 16
Hình 3.3: Sơ đồ mạch master clear (reset PIC) ............................................................. 21
Hình 3.4: Bộ nhớ chương trình ..................................................................................... 21
Hình 3.5: Động cơ DC1 ................................................................................................ 23
Hình 3.6: Động cơ DC2 ................................................................................................ 24
Hình 3.7: Nút nhấn ........................................................................................................ 25
Hình 3.8: Đèn báo.......................................................................................................... 25
Hình 3.9: Ký hiệu tiếp điểm công tắc hành trình .......................................................... 26
Hình 3.10: Công tắc hành trình ..................................................................................... 27
Hình 3.11: Quạt làm mát dùng trong mô hình .............................................................. 27
Hình 3.12: Camera ........................................................................................................ 28
Hình 3.13: Bộ quyét thẻ ................................................................................................ 29
Hình 3.14: Thẻ cảm ứng RFID...................................................................................... 30
Hình 3.15: Cổng nối dài USB ....................................................................................... 31
Hình 3.16: Sơ đồ nguyên lý mạch cầu H ...................................................................... 32
Hinh 3.17: Mạch cầu H thi công ................................................................................... 33
Hình 3.18: Sơ đồ nguyên lý mạch nguồn ...................................................................... 34

Hình 3.19: Mạch nguồn thi công ................................................................................... 35
Hình 3.20: Module PIC16f877A ................................................................................... 35
Hình 3.21: Cổng USB-UART giao tiếp ........................................................................ 36
Hình 4.1: Các nguồn gốc đặc tính sinh trắc của người ................................................. 40
Hình 4.2: Cấu trúc tổng quát của hệ thống nhận dạng mặt ........................................... 41
Hình 4.3: Các ảnh luyện có cùng kích thước và mặt ở tâm ảnh ................................... 44
Hình 5.1: Bộ khung của mô hình bãi giữ xe ................................................................. 49
Hình 5.2: Tủ điều khiển................................................................................................. 49
Hình 5.3: Cấu tạo bên trong tủ điều khiển .................................................................... 50
Hình 5.4: Giao diện của hệ thống .................................................................................. 51
Hình 5.5: Vi trí xe ban đầu ............................................................................................ 51


Bãi Giữ Xe Tự Động

vi

Hình 5.6: Giao diện hệ thống trên máy tính .................................................................. 52
Hình 5.7: Lấy xe ra khỏi vị trí ban đầu ......................................................................... 52
Hình 5.8: Đưa xe vào ô số 1 .......................................................................................... 53
Hình 5.9: Hình ảnh trên máy tính .................................................................................. 53
Hình 5.11: Đưa xe ra .................................................................................................... 54


Bãi Giữ Xe Tự Động

vii

DANH MỤC BẢNG
Bảng 3.1: Các thanh ghi liên quan đến Port A .............................................................. 17

Bảng 3.2: Các thanh ghi liên quan đến Port B .............................................................. 17
Bảng 3.3: Các thanh ghi liên quan đến Port C .............................................................. 18
Bảng 3.4: Các thanh ghi liên quan đến Port D .............................................................. 19
Bảng 3.5: Các thanh ghi liên quan đến Port E............................................................... 19
Bảng 3.6: Lựa chọn Bank của Bộ nhớ dữ liệu trong PIC.............................................. 22
Bảng 3.8: Thông số kỹ thuật công tắc hành trình .......................................................... 27
Bảng 3.9: Thông số động cơ .......................................................................................... 28
Bảng 3.10: Thông tin bộ quyét thẻ ................................................................................ 29
Bảng 3.11: Thông số kỹ thuật thẻ cảm ứng RFID......................................................... 30
Bảng 3.12: Thông số kỹ thuật USB-UART .................................................................. 36


Bãi Giữ Xe Tự Động

DANH SÁCH TỪ VIẾT TẮT






USB - Universal Serial Bus
UART - Universal Asynchronous Receiver/Transmitter
COM - Communication
RFID - Radio Frequency Identification
PCA – Principal Component Analysis

viii

Bãi Giữ Xe Tự Động

1

CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN
1.1 Đặt vấn đề
Hiện nay đất nước ta đang hội nhập vào sự phát triển chung của nền kinh
tế thế giới và khu vực Châu Á bằng nền sản xuất đa dạng và đầy tiềm năng. Nền kinh
tế đã và đang phát triển này không chỉ đòi hỏi một số lượng lao động khổng lồ mà còn
yêu cầu về trình độ, chất lượng tay nghề, kỹ thuật lao động và thiết bị sản xuất. Trên đà
phát triển đó, vấn đề tự động hóa trong quá trính sản xuất, trong các hoạt động
sinh hoạt hằng ngày của con người đã trở thành nhu cầu cần thiết. Thoạt đầu vấn đề tự
động hóa được thực hiện riêng lẻ từ cơ khí hóa cho đến các mạch điện tử. Ngày nay,
với sự xuất hiện của các chíp vi xử lý và máy tính cùng với việc sử dụng rộng rãi của
nó đã đẩy vấn đề tự động hóa lên một bước cao hơn và thời lượng nhanh hơn…
Cùng với sự phát triển của đất nước thì chất lượng cuộc sống của người dân cũng
được nâng cao, một số thành phố lớn ở nước ta, việc đi lại bằng xe bốn bánh là rất lớn
do đó nhu cầu phải có bãi để và giữ xe là rất cần thiết. Tuy nhiên, ở các khu đô thị lớn
thì khoảng không gian trống là rất ít do đó cần xây dựng những bãi để xe và giữ xe
nhiều tầng và mang tính chuyên nghiệp.
Từ những nhu cầu thực tế và rất thực tiễn ở nước ta, nhóm thực hiện quyết định
chọn đề tài: “BÃI GIỮ XE TỰ ĐỘNG” để nghiên cứu và phát triển.
1.2 Mục tiêu đề tài
Mô hình được xây dựng nhỏ gọn, chắc chắn và thực hiện một số mục tiêu đề ra:
- Xây dựng giao diện trong visual studio 2010 để điều khiển hệ thống bãi giữ xe.
- Xử lý ảnh để phát hiện mặt người.
- Sử dụng vi điều khiển để điều khiển động hệ thống.
1.3 Giới hạn đề tài
-

Đề tài chỉ thực hiện phát hiện khuôn mặt
Đề tài chỉ xây dựng lại mô hình hoạt động của dây chuyền bãi giữ xe tự động
Thực tế bãi giữ xe được dùng cho phương tiện ô tô từ 4-7 chỗ ngồi
Đối với mô hình thì nhóm thiết kế gồm 3 tầng để 9 xe ô tô

Chƣơng 1: Tổng Quan


Bãi Giữ Xe Tự Động

2

1.4 Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài
Nội dung của đề tài "Bãi Giữ Xe Tự Động" cung cấp các bước tiến hành và cách
thức xây dựng, thiết kế hệ thống, từ đó đưa ra phương án mới giúp tiếp cận và xây
dựng mọi quy trình hay hệ thống tự động bất kỳ nào trên thực tế hiện nay. Sau khi hoàn
thành hệ thống này thì công nghệ trong hệ thống này sẽ được ứng dụng vào các bãi giữ
xe nhằm giải quyết vấn đề chỗ đậu xe cho ô tô.
Sau quá trình thực hiện đề tài này, nhóm thực hiện đã học hỏi thêm được một số
các kiến thức và kỹ năng quan trọng trong việc tiếp cận thiết kế và xây dựng một hệ
thống bất kỳ, khả năng thiết kế, lập trình điều khiển các hệ thống trên visual studio
cũng như khả năng kết nối các thiết bị.
1.5 Nội dung đề tài
Các phần còn lại của đề tài được tóm tắt như sau:
Chương 2: Cơ sở lý thuyết điều khiển hệ thống bãi giữ xe
Chương này trình bày các hệ thống bãi giữ xe trong thực tế, sơ đồ khối và nguyên lý
hoạt động của hệ thống nhằm làm cơ sở lý thuyết cho các chương sau.
Chương 3: Lựa chọn thiết bị phần cứng
Chương này yêu cầu thiết kế phần cứng, lựa chọn các thiết bị cho mô hình, chi tiết về
những thiết bị được sử dụng trong mô hình, phương án chọn các thiết bị và cơ cấu ngõ

ra trong dây chuyền, phương án kết nối các thiết bị và cơ cấu dây chuyền được trình
bày trong chương này.
Chương 4: Thuật toán điều khiển
Chương này trình bày thuật toán điều khiển và giám sát hoạt động của hệ thống.
Chương 5: Kết quả
Chương này tổng hợp các kết quả sau khi đã thiết kế và thi công mô hình, kết quả giữa
mô hình và giao diện điều khiển giám sát.

Chƣơng 1: Tổng Quan


Bãi Giữ Xe Tự Động

3

Chương 6: Kết luận và hướng phát triển
Chương này trình bày kết quả mà nhóm đã thực hiện được và từ đó đưa ra hướng phát
triển cho hệ thống để tối ưu hóa hệ thống hơn trong tương lai

Chƣơng 1: Tổng Quan


Bãi Giữ Xe Tự Động

4

CHƢƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT ĐIỀU KHIỂN HỆ THỐNG
BÃI GIỮ XE
Chương này sẽ trình bày một cách tổng quát từng khâu chính của một hệ thống bãi
giữ tự động, Dựa vào sự hoạt động của hệ thống trên thực tế, chương 2 sẽ đưa ra yêu

cầu về nguyên lý hoạt động và giới thiệu các thiết bị áp dụng vào mô hình.
2.1 Một số mô hình bãi xe thực tế ở một số nƣớc
2.1.1 Mô hình xếp chồng (Auto Stacker)
Mô hình này sử dụng một hệ thống thủy lực để nâng tối đa 4 ôtô xếp cạnh
nhau lên một tầng cao để dành chỗ cho 4 xe khác ở bên dưới. Tuy nhiên, giải
pháp này chỉ phù hợp với qui mô nhỏ, hiệu quả kinh tế không cao.

Hình 2.1: Mô hình xếp chồng

Chƣơng 2: Cơ Sở Lý Thuyết Điều Khiển Hệ Thống Bãi Giữ Xe


Bãi Giữ Xe Tự Động

5

2.1.2 Mô hình bãi xe nhiều tầng (Driver in Parking)
Mô hình này với các đường dốc để chủ xe tự lái vào và ra khỏi bãi xe, mức độ tự
động hoá tương đối không cao, giải pháp này tuy phổ biến nhưng chưa phổ biến
về mặt không gian, ô nhiễm môi trường.

Hình 2.2: Mô hình bãi xe nhiều tầng
2.1.3 Mô hình bãi giữ xe tự động hoá (Above ground Automated Parking)
Mô hình này là một bước cải tiến so với 2 mô hình trên, sức chứa có thể
tăng gấp nhiều lần so với mô hình bãi giữ xe nhiều tầng. Bố trí các xe sát nhau và thu
hẹp khoảng cách giữa các tầng, các khâu nhận bão quản và trả xe hoàn toàn
được tự động hóa.

Chƣơng 2: Cơ Sở Lý Thuyết Điều Khiển Hệ Thống Bãi Giữ Xe

Bãi Giữ Xe Tự Động

6

Hình 2.3: Mô hình bãi giữ xe tự động hoá
2.1.4 Mô hình bãi xe tự động hoá dạng ngầm (Underground Automated Parking)
Hệ thống đỗ xe tự động dạng hầm ngầm là loại bãi đỗ xe tự động hiện đại, tân tiến
nhất trên thế giới hiện nay. Nó giúp tiết kiệm diện tích, chứa được nhiều xe trên cùng
một mặt bằng, rất phù hợp cho những thành phố, đô thị lớn, sầm uất.

Hình 2.4: Mô hình bãi xe tự động hoá dạng ngầm
Chƣơng 2: Cơ Sở Lý Thuyết Điều Khiển Hệ Thống Bãi Giữ Xe


Bãi Giữ Xe Tự Động

7

2.2 Các khâu của bãi giữ xe tự động
Một hệ thống bãi giữ xe được chia làm 3 phần như sau:
2.2.1 Khu vực đầu vào
Đây là khu vực đưa xe vào hệ thống.

Hình 2.5: Khu vực đầu vào

2.2.2 Khu vực cất xe
Đây là khu vực giữ xe, hệ thống nâng sẽ lấy xe ở đầu vào và đưa xe vào hê thống,
hệ thống giữ xe có thể chứa hàng trăm chỗ, phụ thuộc vào người điều khiển mà xe sẽ
được đưa vào chỗ nào còn trống.

Chƣơng 2: Cơ Sở Lý Thuyết Điều Khiển Hệ Thống Bãi Giữ Xe


Bãi Giữ Xe Tự Động

8

Hình 2.6: Khu vực cất xe

2.2.3 Khu vực xe ra
Sau khi người giữ xe quyét thẻ thì hệ thống nâng sẽ đưa xe ra. Khu vực đầu ra là
khâu kết thúc của một hệ thống giữ xe như Hình 2.7.

Hình 2.7: Khu vực xe ra

Chƣơng 2: Cơ Sở Lý Thuyết Điều Khiển Hệ Thống Bãi Giữ Xe


Bãi Giữ Xe Tự Động

9

2.3 Nguyên lý hoạt động của mô hình bãi giữ xe
Dựa vào nguyên lý hoạt động của bãi giữ xe ngoài thực tế, mô hình bãi giữ xe được
xây dựng như sau:
Toàn bộ hoạt động của mô hình được giám sát trực tiếp bằng thiết bị giám sát liên
kết với hệ thống thông qua bộ điều khiển. Bên cạnh đó, điều khiển 3 động cơ thông qua
các thiết bị điều khiển.
Với nguyên lý hoạt động như trên thì các thành phần chính của mô hình gồm:

- Bộ điều khiển.
- Thiết bị điều khiển
- Động cơ
- Thiết bị điều khiển động cơ.
Hình 2.8 mô tả hoạt động của mô hình bãi giữ xe theo dạng hình khối, các thành phần
chính liên kết với nhau thông qua các tín hiệu liên kết.

Hình 2.8: Sơ đồ khối các thiết bị trong mô hình.

Chƣơng 2: Cơ Sở Lý Thuyết Điều Khiển Hệ Thống Bãi Giữ Xe


Bãi Giữ Xe Tự Động

10

CHƢƠNG 3: LỰA CHỌN THIẾT BỊ PHẦN CỨNG
Dựa vào những kiến thức thực tế ở chương 2, chương này trình bày về yêu cầu thiết
kế phần cứng, lựa chọn thiết bị điện cần thiết cho mô hình. Chi tiết về những thiết bị
được sử dụng trong mô hình, phương án chọn các thiết bị và cơ cấu ngõ ra trong hệ
thống, phương án kết nối các thiết bị và cơ cấu dây chuyền. Mô hình được thiết kế sao
cho phù hợp với điều kiện làm việc trong phòng thí nghiệm.

3.1 Yêu cầu về mô hình bãi giữ xe
Đầu tiên, mô hình bãi giữ xe phải được thiết kế nhỏ gọn sao cho phù hợp với điều
kiện của phòng thí nghiệm. Các thiết bị được lắp đặt phải phù hợp cho việc tháo lắp,
thay thế hoặc bảo trì. Những thiết bị điện được sử dụng trong mô hình phải đáp ứng
được yêu cầu hoạt động như đáp ứng nhanh, độ chính xác cao, phổ biến trên thị trường
để thuận tiện cho việc thay thế, sửa chữa. Tủ điều khiển trong mô hình phải được thiết
kế đơn giản, dễ vận hành.

Giao diện của hệ thống bao gồm các nút nhấn tương ứng trên tủ điều khiển, các
chức năng của hệ thống. Thiết kế giao diện phải đơn giản, dễ dàng điều khiển. Hệ
thống giám sát phải hiển thị được tất cả các trạng thái hoạt động của hệ thống, lưu trữ
dữ liệu trong lúc hoạt động. Cảnh báo lỗi khi có lỗi trong lúc vận hành, bảo mật hệ
thống theo các cấp độ điều khiển và hiển thị các thông số điều khiển.

3.2 Lựa chọn thiết bị phần cứng
Trong một hệ thống bất kì nào đó, việc lựa chọn các thiết bị thích hợp sẽ tạo ra khá
nhiều thuận lợi trong việc điều khiển và giám sát hoạt động của mô hình. Như sơ đồ
khối của mô hình được trình bày tại chương 2 thì để lựa chọn thiết bị một cách hợp lý
và hiệu quả, cần phải phân tích một cách hợp lý từng thiết bị một.
Sau khi tìm hiểu và phân tích chức năng và yêu cầu của hệ thống, các thiết bị trong
mô hình bãi giữ xe được lựa chọn như sau:

Chƣơng 3: Lựa Chọn Thiết Bị Phần Cứng


Bãi Giữ Xe Tự Động

11

3.2.1 Lựa chọn vi điều khiển
Vi điều khiển là bộ điều khiển lập trình trung tâm được xem như là phần cốt lõi
của hệ thống, mọi chức năng điều khiển đều thông qua vi điều khiển. Vì vậy, việc lựa
chọn vi điều khiển thích hợp là rất quan trọng. Trên thị trường hiện nay có khá nhiều
loại vi điều khiển khác nhau như Họ vi điều khiển AMCC, họ vi điều khiển Atmel, họ
vi điều khiển Cypress MicroSystems, họ vi điều khiển Freescale Semiconductor, họ vi
điều khiển Fujitsu, họ vi điều khiển Intel, họ vi điều khiển Microchip, họ vi điều khiển
National Semiconductor, họ vi điều khiển STMicroelectronics, họ vi điều khiển Philips
Semiconductors, … mỗi loại vi điều khiển đều có các tính năng riêng biệt nên tùy vào

yêu cầu hệ thống sẽ chọn ra được loại vi điều khiển thích hợp nhất.
Sau quá trình phân tích chức năng và yêu cầu công nghệ của hệ thống nhóm đã
chọn PIC 16f877a họ vi điều khiển Microchip thích hợp nhất với các ưu điểm nổi bật
như sau: cấu trúc đơn giản, có khả năng mở rộng thuận tiện cho việc thiết kế lắp đặt và
nâng cấp hệ thống, …
3.2.1.1 Giới thiệu chung
PIC là tên viết tắt của Máy tính khả trình thông minh (Programable Intelligent
Computer) do hãng General Instrument đặt tên, con vi điều khiển đầu tiên của họ là
PIC1650. Hãng Microchip tiếp tục phát triển các dòng sản phẩm này. Cho đến nay, các
sản phẩm vi điều khiển PIC của Microchip đã gần 100 loại, từ họ 10Fxxx đến các họ
12Cxxx, 17Cxx, 16Fxx, 16Fxxx, 16FxxxA, 16LFxxxA, 18Fxxx 18LFxxx.
PIC 16F887A là dòng Pic khá phổ biến,khá đầy đủ tính năng phục vụ cho hầu hết
tất cả ứng dụng trong thực tế. Đây là dòng PIC khá dễ cho người mới làm quen với PIC
có thể học tập và tạo nền tản về họ vi điều khiển PIC của mình.
PIC 16F887A thuộc họ vi điều khiển 16Fxxx có đặc tính sau:
 Ngôn ngữ lập trình đơn giản với 35 lệnh có độ dài 14 bit.
 Tất cả các câu lệnh thực hiện trong 1 chu kì lệnh ngoại 1 số câu lệnh rẽ nhánh
thực hiện trong 2 chu kì lệnh. Chu kì lệnh bằng 4 lần chu kì dao động của thạch
anh.
 Bộ nhớ chương trình Flash 8Kx14 words, với khả năng ghi xóa khoảng 100 ngàn
lần.
 Bộ nhớ Ram 368x8bytes.
 Bộ nhớ EFPROM 256x8bytes.
Chƣơng 3: Lựa Chọn Thiết Bị Phần Cứng


Bãi Giữ Xe Tự Động









12

Khả năng ngắt (lên tới 14 nguồn cả ngắt trong và ngắt ngoài)
Ngăn nhớ Stack được chia làm 8 mức.
Truy cập bộ nhớ bằng địa chỉ trực tiếp hoặc gián tiếp.
Dải điện thế hoạt động rộng: 2.0V đến 5.5V.
Nguồn sử dụng 25mA.
Công suất tiêu thụ thấp: <0.6mA với 5V, 4MHz 20uA với nguồn 3V, 32 kHz
Có 3 timer: timer 0,8 bit chức năng định thời và bộ đếm với hệ số tỷ lệ trước.
Timer1, 16 bit chức năng bộ định thời, bộ đếm với hệ số tỷ lệ trước, kích hoạt chế
độ Sleep. Timer2, 8bit chức năng định thời và bộ đếm với hệ số tỷ lệ trước và sau.
Có 2 kênh Capture/ so sánh điện áp(Compare)/điều chế độ rộng xung PWM 10
bit/(CCP).
Có 8 kênh chuyển đổi ADC 10 bit.
Cổng truyền thông nối tiếp SSp với SPI phương thức chủ
(chủ/phụ).Bộ
truyền nhận thông tin đồng bộ, dị bộ(USART/SCL) có khả năng phát hiện 9 bit
địa chỉ.
Cổng phụ song song (PSP) với 8 bit mở rộng, với RD,WR và CS điều khiển.







a) Phân loại PIC theo ký tự



Nhóm thứ nhất có ký tự C, họ PIC xxCxxx được đưa vào một nhóm, gọi là OTP
(One Time Programable) chỉ có thể lập trình một lần duy nhất.
Nhóm thứ hai có ký tự F, LF, họ PIC xxFxxx, xxFxxx, gọi là Flash, cho phép
ghi/xóa nhiều lần bắng các mạch điện thông thường.

b) Phân Loại PIC Theo Ký Số




Loại thứ nhất là dòng PIC cơ bản (Base-Line), gồm các PIC 12Cxxx, có độ dài
lệnh là 12 bit.
Loại thứ hai là các dòng PIC 10F, 12F, và 16F, gọi là dòng phổ thông (MidRange), có độ dài lệnh là 14 bit.
Loại thứ ba là dòng PIC 18F (High-End), có độ dài lệnh là 16 bit. PIC là một vi
điều khiển với kiến trúc RISC, sử dụng microcode đơn giản đặt trong ROM,
chạy một lệnh một chu kỳ máy (4 chu kỳ của bộ dao động). PIC nhờ có
EEPROM nên tạo thành 1 bộ điều khiển vào ra khả trình, có rất nhiều dòng PIC
với hàng loạt các mô-đun ngoại vi tích hợp sẵn (như USART, PWM, ADC...),
với bộ nhớ chương trình từ 512 Word đến 32K Word. PIC16F877A là dòng PIC

Chƣơng 3: Lựa Chọn Thiết Bị Phần Cứng


Bãi Giữ Xe Tự Động

13

phổ biến nhất, đủ mạnh về tính năng, 40 chân, bộ nhớ đủ lớn cho hầu hết các
ứng dụng thông thuờng
3.2.1.2 Sơ đồ chân PIC16f877a

Hình 3.1: Sơ đồ chân của PIC16f877a










Chân OSC1/CLK1 (13): ngõ vào kết nối với dao động thạch anh hoặc ngõ vào
nhận xung clock từ bên ngoài.
Chân OSC2/CLK2 (14): ngõ ra dao động thạch anh hoặc ngõ ra cấp xung clock.
Chân (MCLR) /Vpp (1) có 2 chức năng
(MCLR) : ngõ vào reset tích cực ở mức thấp
Vpp: ngõ vào nhận điện áp lập trình khi lập trình cho PIC
Chân RA0/AN0(2), RA1/AN1(3), RA2/AN2(3): có 2 chức năng
RA0,1,2: xuất/nhập số
AN 0,1,2: ngõ vào tương tự kênh thứ 0,1,2
Chân RA2/AN2/VREF-/CVREF+ (4): xuất nhập số/ ngõ vào tương tự của kênh
thứ 2/ ngõ vào điện áp chuẩn thấp của bộ AD/ngõ vào điện áp chuẩn của bộ AD

Chƣơng 3: Lựa Chọn Thiết Bị Phần Cứng

Bãi Giữ Xe Tự Động























14

Chân RA3/AN3/ VREF+(5): xuất nhập số/ ngõ vào tương tự của kênh 3/ngõ vào
điện áp chuẩn(cao) của bộ AD

Chân RA4/TOCK1/C1OUT(6): xuất nhập số/ngõ vào xung clock bên ngoài cho
Timer 0/ ngõ ra bộ so sánh 1
Chân RA5/AN4/(SS) /C2OUT(7): xuất nhập số/ngõ vào tương tự kênh 4/ngõ vào
chon lựa SPI phụ/ngõ ra bộ so sánh 2
Chân RB0/INT (33): xuất nhập số/ngõ vào tín hiệu ngắt ngoài
Chân RB1 (34), RB2(35): xuất nhập số
Chân RB3/PGM(36) : xuất nhập số/ cho phép lập trình điện áp thấp ICSP
Chân RB4 (37), RB5(38): xuất nhập số
RB6/PGC(39): xuất nhập số/mạch gỡ rối và xung clock lập trình ICSP
Chân RB7/PGD(40): xuất nhập số/mạch gỡ rối và dữ liệu lập trình ICSP
Chân RC0/T1OCO/TICKI (15): xuất nhập số/ngõ vào bộ giao động Timer1/ngõ
vào xung clock bên ngoài Timer 1
Chân RC1/T1OSI/CCP2 (16): xuất nhập số/ngõ vào bộ giao động Timer1/ngõ vào
Capture2, ngõ ra compare2, ngõ ra PWM2
Chân RC2 /CCP1 (17): xuất nhập số/ngõ vào bộ giao động Timer1/ngõ vào
Capture1, ngõ ra compare1, ngõ ra PWM1.
Chân RC3 /SCK/SCL (18): xuất nhập số/ngõ vào xung clock nối tiếp đồng bộ,
ngõ ra chế độ SPI, ngõ vào xung clock nối tiếp đồng ộ, ngõ ra chế độ I2C.
Chân RC4/SDI/SDA(23): xuất nhập số/dữ liệu vào SPI/xuất nhập dữ liệu I2C
RC5/SD0(24): xuất nhập số/dữ liệu ra SPI
Chân RC6/TX/CkK(25): xuất nhập số/ truyền bất đồng bộ USART/ xung đồng bộ
USART
Chân RC7/RX/DT(26): xuất nhập số/nhận đồng bộ USART
Chân RD0-7/PSP0-7(19-30): xuất nhập số/ dữ liệu port song song.
RE0/ (RD) /AN5(8): xuất nhập số / điều khiển port song song/ ngõ vào tương tự 5
RE1/ (WR) /AN6(9): xuất nhập số / điều khiển ghi port song song/ ngõ vào tương
tự 6
RE2/ (CS) /AN7(10): xuất nhập số / chân chọn lựa điều khiển port song song/ ngõ
vào tương tự kênh thứ 7
Chân VDD(11,32) và VSS(12,31): là chân nguồn của PIC

Chƣơng 3: Lựa Chọn Thiết Bị Phần Cứng


Bãi Giữ Xe Tự Động

15

3.2.1.2 Cấu trúc tổng quát PIC16F877A



















8 K Flash ROM
368 bytes RAM

256 bytes EEPROM
5 Port I/O (A, B, C, D, E), ngõ vào/ra với tín hiệu điều khiển độc lập
bộ định thời 8 bit Timer 0 và Timer 2
1 bộ định thời 16 bit Timer 1, có thể hoạt động trong cả chế độ tiết kiệm năng
lượng (Sleep Mode) với nguồn xung clock ngoài
bộ CCP, Capture/Compare/PWM - tạm gọi là: Bắt giữ / So sánh / Điều biến xung
1 bộ biến đổi tương tự – số (ADC) 10 bit, 8 ngõ vào
bộ so sánh tương tự (Comparator)
1 bộ định thời giám sát (WDT – Watch Dog Timer)
1 cổng song song (Parallel Port) 8 bit với các tín hiệu điều khiển
1 cổng nối tiếp (Serial Port)
15 nguồn ngắt (Interrupt)
Chế độ tiết kiệm năng lượng (Sleep Mode)
Nạp chương trình bằng cổng nối tiếp ICSPTM (In-Circuit Serial Programing)
Nguồn dao động lập trình được tạo bằng công nghệ CMOS
35 tập lệnh có độ dài 14 bit
Tần số hoạt động tối đa là 20 MHz

Cấu trúc phần cứng PIC16F877A: PIC là một vi điều khiển với kiến trúc RISC,
chạy một lệnh một chu kỳ máy (4 chu kỳ của bộ dao động). PIC16F877A là họ vi điều
khiển có 40 chân, mỗi chân có một chức năng khác nhau. Trong đó có một số chân đa
công dụng (đa hợp), mỗi chân có thể hoạt động như một đường xuất/nhập (I/O) độc lập
hoặc là một chức năng đặc biệt dùng để giao tiếp với các thiết bị ngoại vi.

Chƣơng 3: Lựa Chọn Thiết Bị Phần Cứng


Bãi Giữ Xe Tự Động

16

Hình 3.2: Sơ đồ khối của PIC16F877A

Chƣơng 3: Lựa Chọn Thiết Bị Phần Cứng


Bãi Giữ Xe Tự Động

17

3.2.1.3 Các Port x và thanh ghi TRISx [ x={A,B,C,D,E} ]
a) Port A và thanh ghi TRISA
Bảng 3.1: Các thanh ghi liên quan đến Port A

Ghi chú: x – giá trị không rõ, u – giá trị không thay đổi. Các ô tô bóng không được
dùng bởi Port A
Port A gồm 6 chân RA0-RA5, việc ghi các giá trị nào vào thanh ghi TRISA sẽ quy
định các chân của Port A là Input hay Output, 0 = Output, 1 = Input. Việc đọc thanh
ghi Port A sẽ đọc các trạng thái chân cảu Port A. Việc ghi giá trị vào thanh ghi Port A
sẽ thay đổi các trạng thái của các chân của Port A. Riêng chân RA4 được tích hợp thêm
chức năng cung cấp xung clock ngoài cho Timer 0 (RA4/T0CLKI), các chân khác của
Port A được đa hợp với các chân Analog của bộ ADC và chân ngõ vào điện thế so sánh
của bộ so sánh Comparator. Hoạt động của các chân này được quy định bằng các bit
ADCON1 và CMCON1. Khi các chân của Port A được sử dụng là ngõ vào thì các bit
của thanh ghi TRISA phải luôn bằng 1.
b) Port B và thanh ghi TRISB
Bảng 3.2: Các thanh ghi liên quan đến Port B

Chƣơng 3: Lựa Chọn Thiết Bị Phần Cứng