THIẾT KẾ, CHẾ TẠO MÔ HÌNH BÃI GIỮ XE Ô TÔ THÔNG MINH
Bạn đang xem bản rút gọn của tài liệu. Xem và tải ngay bản đầy đủ của tài liệu tại đây (3.04 MB, 104 trang )
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC NÔNG LÂM THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH
KHĨA LUẬN TỐT NGHIỆP
THIẾT KẾ, CHẾ TẠO MƠ HÌNH BÃI GIỮ XE
Ơ TƠ THƠNG MINH
Họ tên sinh viên: LÊ HẢI ĐĂNG
NGUYỄN VĂN HÒA
GVHD:
Th.S. NGUYỄN TẤN PHÚC
T.S. VƯƠNG THÀNH TIÊN
Nghành:
CƠ ĐIỆN TỬ
Niên khóa:
2011-2015
-Thành phố Hồ Chí Minh-
Tháng 05/2015
NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN
…………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………
Tp. Hồ Chí Minh, ngày….tháng….năm 2015
Giáo viên hướng dẫn
T.S. Vương Thành Tiên
Th.S. Nguyễn Tấn Phúc
THIẾT KẾ, CHẾ TẠO MƠ HÌNH BÃI GIỮ XE Ơ TƠ THƠNG
MINH
Tác giả
LÊ HẢI ĐĂNG
NGUYỄN VĂN HỊA
Khóa luận được đề trình để đáp ứng yêu cầu
cấp bằng Kỹ sư chuyên ngành
Cơ Điện Tử
Giáo viên hướng dẫn:
T.S. VƯƠNG THÀNH TIÊN
Th.S. NGUYỄN TẤN PHÚC
Tháng 05/2015
3
LỜI NÓI ĐẦU
Kinh tế ngày một lớn mạnh, xã hội ngày một phát triển kèm theo là nhu cầu chất
lượng đời sống được tăng cao. Phương tiện đi lại ngày càng nhiều, nhất là xe ơ tơ,
nhưng diện tích xây dựng các bãi đỗ xe lại ít. Trước tình hình đó, hệ thống bãi đỗ xe
dùng thang máy đưa xe lên cao và người lái tự lái xe ra bãi đỗ là phương án kết hợp
đỗ xe nhiều tầng với hệ thống cơ khí đơn giản nhất xuất hiện từ Mỹ năm 1918 sau đó
lan truyền nhanh chóng sang châu Âu. Mãi đến năm 1982, hệ thống bãi đỗ xe ô tô tự
động hoàn toàn không người lái xe được phát minh đầu tiên ở Đức, sau đó được Nhật
Bản phát triển công nghệ này và ứng dụng rộng rãi từ năm 1985. Hiện nay nhiều nước
trên Thế Giới bắt đầu ứng dụng cơng nghệ này, trong đó có Việt Nam, tuy nhiên Nhật
Bản và Hàn Quốc – hai quốc gia có số lượng bãi đỗ xe ơ tơ tự động nhiều nhất trên
Thế Giới.
Với những lợi ích mà bãi đỗ xe ô tô tự động mang lại như giải quyết được vấn đề
tiếng ồn, ô nhiễm trong bãi đỗ xe, tiết kiệm khơng gian, khắc phục được tình trạng
mất cắp phụ tùng hay đồ đạc trong xe, tiết kiệm thời gian gửi…nhờ hệ thống hoàn
toàn tự động từ khâu gửi xe đến lấy xe, bãi đỗ xe ô tô tự động là một phương án giải
quyết tối ưu nhất cho tình trạng thiếu bãi đỗ xe trên Thế Giới hiện nay.
Ở Việt Nam, với sự phát triển mạnh về kinh tế, đơ thị hóa, đời sống nhân dân
được nâng cao nên các trung tâm mua sắm, khu vui chơi giải trí, siêu thị…càng nhiều,
nhu cầu gửi xe ơ tơ là không nhỏ. Tuy nhiên, hiện tại quỹ đất cho việc xây dựng các
bãi đỗ xe có hạn. Trước tình hình đó các nhà lãnh đạo đang cố gắng tìm ra nhiều
phương án giải quyết và bãi đỗ xe ô tô tự động là phương án khả thi nhất giải quyết
vấn đề đó.
Nắm bắt được tình hình trên nên chúng tôi đã đề xuất đề tài “Thiết kế, chế tạo
mô hình bãi giữ xe ơ tơ thơng minh” làm luận văn tốt nghiệp Đại học. Với kết quả đạt
được của đề tài này chúng tôi mong muốn sẽ khăc phục phần nào vấn đề khó khăn về
chật hẹp bãi đỗ xe tại Việt Nam hiện nay. Hy vọng nó sẽ là tài liệu tham khảo bổ ích
cho các bạn muốn tìm hiểu.
Đề tài gồm 5 chương:
Chương 1: Giới thiệu.
Chương 2: Cơ sở lý thuyết.
Chương 3: Thiết kế, tính tốn cho hệ thống thang nâng di chuyển.
Chương 4: Kết quả và thảo luận.
Chương 5: Kết luận và kiến nghị.
4
Trong thời gian ngắn thực hiện đề tài cộng với kiến thức cịn nhiều hạn chế, nên
khơng thể tránh được những thiếu sót, chúng tơi rất mong được sự góp ý của quý Thầy
(Cô) và các bạn để đề tài hoàn thiện hơn.
5
LỜI CẢM ƠN
Trong suốt khóa học 2011 – 2015 tại Trường Đại học Nơng Lâm TP Hồ Chí
Minh, tơi được tiếp cận một cách có hệ thống các kiếm thức khoa học tiên tiến hiện
đại của ngành cơ điện tử. Kết thúc khóa học tơi được giao đề tài “THIẾT KẾ, CHẾ
TẠO MƠ HÌNH BÃI GIỮ XE Ơ TƠ THƠNG MINH” là một đề tài về lĩnh vực khá
mới mẻ và hấp dẫn hiện nay.
Tôi xin chân thành cảm ơn các Thầy (Cô) đã giảng dạy, các Thầy (Cô) trong bộ
môn Cơ Điện Tử đã quan tâm và tạo điều kiện thuận lợi cho tơi suốt q trình hồn
thành đề tài.
Đặc biệt, chúng em xin chân thành cảm ơn thầy T.S. Vương Thành Tiên và thầy
Th.S. Nguyễn Tấn Phúc đã tận tình hướng dẫn và tạo mọi điều kiện thuận lợi để chúng
em hoàn thành nhiệm vụ học tập và nghiên cứu đề tài.
Chúng tôi bày tỏ long biết ơn sâu sắc đến bạn bè, gia đình đã khích lệ động viên
tơi trong q trình học tập và nghiên cứu.
Tp. Hồ Chí Minh, ngày….tháng….năm 2015
Sinh viên thực hiện
LÊ HẢI ĐĂNG
NGUYỄN VĂN HÒA
6
MỤC LỤC
Trang
TRANG TỰA………………………………………………………………………….i
7
DANH MỤC HÌNH
8
DANH MỤC BẢNG
9
THIẾT KẾ, CHẾ TẠO MƠ HÌNH BÃI ĐỖ XE Ơ TÔ THÔNG MINH
Chương 1. GIỚI THIỆU
LÝ DO CHỌN ĐỀ TÀI VÀ TẦM QUAN TRỌNG CỦA ĐỀ TÀI.
1.1.1.
Lý do chọn đề tài.
1.1.
Theo thống kê sơ bộ của Sở Giao thông – Cơng chính TP.HCM, cuối năm 2004,
tại các quận trung tâm Thành phố chỉ có thể bố trí khoảng 3.500 chỗ đậu ô tô, kể cả
chỗ đậu được phép trên lề đường và trong các bãi giữ xe công cộng. Trong khi đó,
hằng ngày hơn 5.800 ơ tơ có nhu cầu về việc đỗ xe, điều đó dẫn đến tình trạng ơ tơ có
thể tìm bất cứ chỗ nào để đậu, kể cả gây cản trở giao thơng. Chỉ tính riêng khu vực
trung tâm Quận 1, nhu cầu đậu xe trung bình là 1.200 xe/ngày, nhưng các bãi đỗ xe
cơng cộng chỉ đáp ứng được khoảng 350 xe, còn bãi đỗ xe của các khách sạn, trung
tâm thương mại, cao ốc văn phịng là 500 xe. Tồn Thành phố có khoảng 2,6 triệu
phương tiện giao thơng, trong đó trên 200.000 xe 4 bánh. Mức tăng trưởng phương
tiện giao thông, đặc biệt là xe ô tô cá nhân đã tăng vọt từ 12% năm 2003 lên đến 20%
năm 2004. Phương tiện cá nhân tăng lên, trong khi diện tích bãi đỗ xe thì vẫn như cũ.
Theo tính tốn của Sở Giao thơng Cơng chính, lượng xe trên địa bàn Thành phố
sẽ tăng 30%/tháng. Trong khi đó, các điểm đậu, bãi đỗ xe hiện có chỉ đáp ứng được
khoảng 20% trong gần 276.000 ôtô các loại đang lưu hành.
Sở Giao thông – Công chính TP. Hồ Chí Minh cho biết, số xe đang lưu hành của
Thành phố chiếm gần 50% số xe hiện có trên Tồn quốc. Theo số liệu năm 2005, trung
bình mỗi tháng có thêm từ 2.500 đến 3.000 xe mới được đưa vào lưu hành.
Trong khi đó, diện tích bến bãi dành cho xe khách, xe buýt, xe tải, taxi tại TP Hồ
Chí Minh là 44 ha, bằng 0,1% diện tích đơ thị, trong khi nhu cầu cần có là 300 ha. Đến
năm 2020, theo quy hoạch cần 1.140 ha, bằng 2,6% diện tích đơ thị, trong khi tại các
nước là 20%.
Trước thực trạng của thành phố ngày càng thiếu bãi đỗ xe nên chúng tôi đã thực
hiện đề tài “THIẾT KẾ, CHẾ TẠO MƠ HÌNH BÃI GIỮ XE Ơ TÔ THÔNG MINH”
nhằm đáp ứng nhu cầu về chỗ đỗ xe cho tình hình hiện nay.
1.1.2.
Tầm quan trọng của đề tài.
Đề tài nghiên cứu mang tính thực tiễn trong việc vận dụng các kiến thức đã
được học vào trong thực tế.
GVHD: T.S. VƯƠNG THÀNH TIÊN
Th.S. NGUYỄN TẤN PHÚC
10
SVTH: LÊ HẢI ĐĂNG
NGUYỄN VĂN HÒA
THIẾT KẾ, CHẾ TẠO MƠ HÌNH BÃI ĐỖ XE Ơ TÔ THÔNG MINH
Về mặt khoa học, đề tài sẽ giúp cho nhóm sinh viên thực hiện hiểu rõ thêm về
cơ cấu và nguyên lý làm việc thực tiễn cũng như phương hướng phát triển của các
hệ thống giữ xe tự động trong thực tế.
Về mặt thực tiễn, đề tài này có thể áp dụng vào thực tế để tạo ra một hệ thống
giữ xe ôtô thật sự với nguyên tắc làm việc giống nhau hoặc tương tự.
1.2.
MỤC TIÊU ĐỀ TÀI.
Mục tiêu chung:
Tìm hiểu các thiết kế mơ hình bãi giữ xe hiện có và sẽ thiết kế, chế tạo mơ hình
bãi giữ xe ơ tơ sử dụng robot nâng, cho xe vào bãi dạng tầng hầm. Từ thiết kế sẽ xây
dựng phần mềm trên máy tính giúp giám sát, theo dõi tình trạng của bãi giữ xe.
Muc tiêu cụ thể:
-
Tham quan, tìm hiểu về các bãi giữ xe hiện có.
-
Thiết kế, bố trí, tính tốn nhà giữ xe gồm:
•
Khung nhà xe.
•
Hệ thống nâng, di chuyển xe.
•
Hệ thống điều khiển giám sát.
-
Thiết kế và chế tạo mơ hình.
-
Chỉnh sửa và cải tiến mơ hình.
-
Hiệu chỉnh và khảo nghiệm các chức năng của mơ hình.
-
Lấy số liệu, rút ra kết luận và đề ra hướng phát triển cho mơ hình.
1.3.
PHƯƠNG TIỆN NGHIÊN CỨU.
-
Arduino mega 2560
-
Phần mềm Labview.
-
Cảm biến hồng ngoại.
-
Động cơ DC.
-
Một số công cụ liên quan.
CÁCH THỨC NGHIÊN CỨUVÀ PHƯƠNG ÁN THỰC HIỆN.
1.4.1 Một số bãi đỗ xe thông minh
1.4.
-
HỆ THỐNG XOAY VÒNG TẦNG (Cycle parking).
Hệ thống lắp đặt ngầm dưới đất, phù hợp cho mặt bằng nhỏ hẹp.
GVHD: T.S. VƯƠNG THÀNH TIÊN
Th.S. NGUYỄN TẤN PHÚC
11
SVTH: LÊ HẢI ĐĂNG
NGUYỄN VĂN HÒA
THIẾT KẾ, CHẾ TẠO MƠ HÌNH BÃI ĐỖ XE Ơ TÔ THÔNG MINH
-
Xe được đặt trên các bàn nâng (pallet), hệ thống xoay vòng tròn 360 o theo phương
thẳng đứng bằng 1 thang phụ để di chuyển lần lượt các pallet đến vị trí thang nâng
chính khi xe ra/vào hệ thống.
Hình 1.1: Mơ hình hệ thống bãi đỗ xe xoay vịng tầng
HỆ THỐNG XOAY VỊNG NGANG (Tatol Parking): là loại thiết bị rất hiệu
quả cho nơi có diện tích hình vng, hình chữ nhật có nhiều tầng, nhiều hàng
ngầm dưới mặt đất. Xe được đưa vào và lấy ra khỏi hệ thống bằng thiết bị nâng
di chuyển theo hai trục đứng và ngang theo một trật tự lập trình trước.
Hình 1.2: Mơ hình hệ thống bãi đỗ xe xoay vịng ngang.
GVHD: T.S. VƯƠNG THÀNH TIÊN
Th.S. NGUYỄN TẤN PHÚC
12
SVTH: LÊ HẢI ĐĂNG
NGUYỄN VĂN HÒA
THIẾT KẾ, CHẾ TẠO MƠ HÌNH BÃI ĐỖ XE Ơ TƠ THƠNG MINH
HỆ THỐNG XOAY VỊNG ĐỨNG (Mini Rotary): Xe được xếp vào bàn nâng
(pallet) xoay khép kín và nặng nề, mỗi lần muốn đưa xe vào hay đưa xe ra, hệ
thống bàn nâng phải xoay và kéo theo tất cả xe chứa trên nó.
Hình 1.3: Mơ hình hệ thống bãi đỗ xe xoay vịng đứng.
1.4.2. Phương án mơ hình thiết kế hệ thống thang nâng di chuyển(LIFT SLIDE
SYSTEM)
1.4.2.1. Sơ lược về Hệ thống thang nâng di chuyển.
Loại hệ thống đỗ ô tô dạng thang nâng là loại hệ thống rất thuận tiện, an toàn và
kinh tế. Với loại này sẽ tăng tối đa diện tích sử dụng, 60 xe có thể đỗ trên diện tích đất
dành cho 3 xe (khoảng 48m2); tốc độ xe ra vào nhanh (60m/phút). Hệ thống tương
thích với PLC Lập trình điều khiển tồn bộ vận hành của hệ thống nên các vấn đề xảy
ra (nếu có) có thể được phát hiện và giải quyết tức thời. Do tương thích PLC nên hệ
thống liên tục cập nhật các thơng tin về tình trạng hoạt động của hệ thống và thu thập
dữ liệu về xe vào, ra, cước phí trên cơ sở từng giờ, từng ngày, từng tuần…Hệ thống có
thể được thiết kế với các kích thước khác nhau phù hợp với kích thước cho phép bên
trong toà nhà. Rung động, tiếng ồn và lượng điện tiêu thụ được giảm thiểu nhờ thiết bị
biến tần.
-
Hệ thống lắp ngầm hoặc nổi, mặt bằng từ trung bình đến lớn.
-
Xe được đặt trên các bàn nâng (pallet), thang nâng sẽ vừa di chuyển theo chiều
ngang vừa nâng hạ để đưa xe vào vị trí đỗ.
-
Số lượng xe tối ưu của hệ thống: 40 – 70 xe.
Tuy nhiên, loại này có nhược điểm là việc vận hành của tồn hệ thống phụ thuộc
vào thang di chuyển này và thời gian xếp xe chậm hơn so với loại hệ thống tầng di
chuyển (Super Parking) nên hiện nay ít được chọn lựa.
GVHD: T.S. VƯƠNG THÀNH TIÊN
Th.S. NGUYỄN TẤN PHÚC
13
SVTH: LÊ HẢI ĐĂNG
NGUYỄN VĂN HÒA
THIẾT KẾ, CHẾ TẠO MƠ HÌNH BÃI ĐỖ XE Ơ TƠ THƠNG MINH
Hình 1.4: Bảng thống số của Hệ thống thang nâng di chuyển.
Hình 1.5: Hệ thống Lift slide system với kết cấu bê tông.
1.4.2.2. Đặc điểm của Hệ thống thang nâng di chuyển.
Hệ thống gồm có những đặc điểm sau:
-
- Hệ thống lắp đặt ngầm dưới đất, phù hợp cho mặt bằng nhỏ hẹp.
Hệ thống gồm 3 tầng mỗi tầng 4 chỗ, thiết kế bãi đỗ cho các loại xe du lịch 7 chỗ.
Năng suất gửi xe tối đa là 12 xe/ngày đêm.
Chuyên dùng để giữ các loại xe có trọng lượng dưới 1850 kg.
Tốc độ di chuyển của cơ cấu nâng là: 24 m/phút.
Tốc độ di chuyển ngang là: 18 m/phút.
Điều khiển tự động bằng arduino.
Khách hàng tự đưa xe vào nơi đỗ và lấy xe ra.
Ngày làm việc 2 ca.
GVHD: T.S. VƯƠNG THÀNH TIÊN
Th.S. NGUYỄN TẤN PHÚC
14
SVTH: LÊ HẢI ĐĂNG
NGUYỄN VĂN HÒA
THIẾT KẾ, CHẾ TẠO MƠ HÌNH BÃI ĐỖ XE Ơ TÔ THÔNG MINH
1.4.2.3. Ưu điểm và nhược điểm của Hệ thống thang nâng di chuyển.
Ưu điểm:
- Chiếm diện tích nhỏ phù hợp với mặt bằng nhỏ và hẹp.
- An toàn cho người và xe.
- Gửi và lấy xe dễ dàng nhờ hệ thống điều khiển tự động.
Nhược điểm:
- Chí phí đầu tư lớn.
- Tốn năng lượng.
1.4.2.4. Nguyên lý làm việc của Hệ thống thang nâng di chuyển.
-
Nguyên lý đưa xe vào.
Bước 1: Chủ xe sẽ chạy xe vào vị trí tập kết trên tấm palet, chủ xe đi ra khỏi
cửa.
Bước 2: Cửa nhà xe sẽ được đóng lại.
Bước 3: Hệ thống cơ cấu nâng hoạt động đưa xe đến đúng vị trí.
Nguyên lý lấy xe ra:
Bước 1: Hệ thống nâng và ngang cùng hoạt động đưa xe ra vị trí cơ cấu nâng.
Bước 2: Cơ cấu nâng hoạt động đưa lên trên.
Bước 3: Cửa nhà xe mở ra.
Bước 4: Chủ xe vào lấy xe ra.
Sau khi hiểu được tầm quan trọng của nhà giữ xe chúng tôi đã đặt ra những
yêu cầu, tiêu chuẩn cần thiết cho một nhà giữ xe hồn chỉnh:
-
Có độ bền, độ cứng vững cần thiết, không bị biến dạng khi chịu tải trọng.
Độ chính xác cao, khoảng cách giữa các ơ giữ xe phải bằng nhau, phù hợp.
Số lượng các ô giữ xe phải phù hợp với kích thước của xe.
Cần phải có độ thẩm mỹ cao.
Từ những yêu cầu trên nhóm đưa ra phương án thiết kế mơ hình như sau:
Nhà giữ xe có kích thước 625x280x720mm.
Bao gồm 3 tầng, mỗi tầng có 4 ơ giữ xe.
Kích thước mỗi ơ giữ xe là: 275x165mm.
Khung nhà xe được làm từ sắt vuông 14mm
Lắp các cảm biến, cơng tắc hành trình vào các khoang chứa xe để có thể nhận
biết tín hiệu.
Sử dụng phần mềm Labview thiết kế giao diện điều khiển giám sát hệ thống
thông qua card arduino mega 2560.
GVHD: T.S. VƯƠNG THÀNH TIÊN
Th.S. NGUYỄN TẤN PHÚC
15
SVTH: LÊ HẢI ĐĂNG
NGUYỄN VĂN HÒA
THIẾT KẾ, CHẾ TẠO MƠ HÌNH BÃI ĐỖ XE Ơ TÔ THÔNG MINH
Chương 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT
2.1. ARDUINO
2.1.1. Tổng quan về Arduino.
Arduino đã và đang được sử dụng rộng rãi trên Thế Giới và ngày càng chứng tỏ
sức mạnh thông qua vô số ứng dụng độc đáo người dùng trong cộng đồng nguồn
mở(open-source). Tuy nhiên tại Việt Nam Arduino vẫn chưa được biết đến nhiều.
2.1.1.1. Arduino là gì?
Arduino là một nền tảng điện tử mã nguồn mở, với phần cứng và phần mềm linh
hoạt, dễ dàng sử dụng. Nó dành cho nghệ sĩ, nhà thiết kế, người có sở thích và bất cứ
ai quan tâm đến việc tạo các đối tượng tương tác với nhau hoặc với môi trường.
Arduino thường gồm một board mạch điện tử có vi xử lý, có thể kết nối với máy
tính thơng qua cổng USB. Bằng phần mềm Arduino trên máy tính, người dùng có thể
viết và nạp chương trình xuống board, để thực hiện các tác vụ như mong muốn. Người
dùng có thể ứng dụng Arduino để lập trình tương tác với đèn, động cơ, cảm biến hoặc
các thiết bị khác.
Mơ hình Arduino thì rất đơn giản, nhưng sự đóng góp của nó thì rất quan trọng.
Hình 2.1: Logo Arduino.
2.1.1.2. Sơ lược lịch sử.
Được phát hành năm 2005 như một công cụ khiêm tốn cho sinh viên của Banzi
(Một trong các sáng lập viên Arduino) tại Interaction Design Institute Ivrea (IDII) [2],
với sự lan truyền nhanh đến chóng mặt và sau đó đã biến Arduino trở thành một hiện
tượng.
Đội phát triển cốt lõi Arduino gồm Massimo Banzi, David Cuartielles, Tom Igoe,
Gianluca Martino, David Mellis và Nicholas Zambetti. Massimo Banzi đã được phỏng
vấn trên tuần san FLOSS ngày 21 tháng 3 năm 2009 tập trên mạng TWiT.tv, trong đó
GVHD: T.S. VƯƠNG THÀNH TIÊN
Th.S. NGUYỄN TẤN PHÚC
16
SVTH: LÊ HẢI ĐĂNG
NGUYỄN VĂN HÒA
THIẾT KẾ, CHẾ TẠO MƠ HÌNH BÃI ĐỖ XE Ơ TƠ THƠNG MINH
ơng đã thảo luận về lịch sử và mục tiêu của dự án Arduino. Ơng cũng có buổi nói
chuyện tại Hội nghị TEDGlobal 2012, nơi mà ơng vạch ra việc sử dụng khác nhau của
bảng mạch Arduino trên Thế Giới.
Arduino là phần cứng nguồn mở: Các thiết kế tham khảo phần cứng Arduino
được phân phối theo giấy phép “Creative Commons Attribution Share-Alike 2.5” và có
sẵn trên trang web của Arduino. Bố trí và sản xuất tập tin cho một số phiên bản của
phần cứng Arduino cũng có sẵn. Mã nguồn cho IDE có sẵn và phát hành theo giấy
phép GNU General Public License, phiên bản 2.
Mặc dù thiết kế phần cứng và phần mềm là tự do sẵn có theo giấy phép copyleft,
các nhà phát triển đã yêu cầu tên "Arduino" được độc quyền sản phẩm chính thức và
không được sử dụng cho sản phẩm phát sinh mà khơng có phép. Văn bản chính sách
chính thức việc sử dụng các tên Arduino nhấn mạnh rằng dự án là mở cửa cho kết hợp
công việc của người khác vào các sản phẩm chính thức. Một số sản phẩm tương thích
với Arduino phát hành thương mại đã tránh được "Arduino" tên bằng cách sử dụng tên
các biến thể "-Duino".
2.1.1.3. Khả năng của bo mạch Arduino.
Bo mạch Arduino sử dụng dòng vi xử lý 8bit megaAVR của Atmel với hai chip
phổ biến nhất ATmega328 và ATmega2560. Các dòng vi xử lý này cho phép lập trình
các ứng dụng điều khiển phức tạp do được trang bị cấu hình mạnh với các loại bộ nhớ
ROM, RAM và Flash, các ngõ vào ra digital I/O trong đó có nhiều ngõ có khả năng
xuất tín hiệu PWM, các ngõ đọc tín hiệu analog, các chuẩn giao tiếp đa dạng như
UART, SPI, TWI (I2C).
•
Xung nhịp: 16MHz
• EEPROM: 1KB (ATmega328) và 4KB (ATmega2560)
• SRAM: 2KB (Atmega328) và 8KB (Atmega2560)
• Flash: 32KB (Atmega328) và 256KB (Atmega2560)
- Đọc tín hiệu cảm biến ngõ vào:
• Digital: Các bo mạch Arduino đều có các cổng digital có thể cấu hình làm ngõ
vào hoặc ngõ ra bằng phần mềm. Do đó người dùng có thể linh hoạt quyết định
số lượng ngõ vào và ngõ ra. Tổng số lượng cổng digital trên các mạch dùng
Atmega328 là 14, và trên Atmega2560 là 54.
• Analog: Các bo mạch Arduino đều có trang bị các ngõ vào analog với độ phân
giải 10-bit (1024 phân mức, ví dụ với điện áp chuẩn là 5V thì độ phân giải
khoảng 0.5mV). Số lượng cổng vào analog là 6 đối với Atmega328 và 16 đối
với Atmega2560. Với tính năng đọc analog, người dùng có thể đọc nhiều loại
cảm biến như nhiệt độ, áp suất, độ ẩm, ánh sáng, gyro, accelerometer…
- Xuất tín hiệu điều khiển ngõ ra:
GVHD: T.S. VƯƠNG THÀNH TIÊN
Th.S. NGUYỄN TẤN PHÚC
17
SVTH: LÊ HẢI ĐĂNG
NGUYỄN VĂN HÒA
THIẾT KẾ, CHẾ TẠO MƠ HÌNH BÃI ĐỖ XE Ơ TƠ THƠNG MINH
•
Digital output: Tương tự như các cổng vào digital, người dùng có thể cấu hình
trên phần mềm để quyết định dùng ngõ digital nào là ngõ ra. Tổng số lượng
cổng digital trên các mạch dùng Atmega328 là 14, và trên Atmega2560 là 54.
• PWM output: Trong số các cổng digital, người dùng có thể chọn một số cổng
dùng để xuất tín hiệu điều chế xung PWM. Độ phân giải của các tín hiệu PWM
này là 8-bit. Số lượng cổng PWM đối với các bo dùng Atmega328 là 6, và đối
với các bo dùng Atmega2560 là 14. PWM có nhiều ứng dụng trong viễn thông,
xử lý âm thanh hoặc điều khiển động cơ mà phổ biến nhất là động cơ servos
trong các máy bay mơ hình.
- Chuẩn Giao tiếp:
• Serial: là chuẩn giao tiếp nối tiếp được dùng rất phổ biến trên các bo mạch
Arduino. Mỗi bo có trang bị một số cổng Serial cứng (việc giao tiếp do phần
cứng trong chip thực hiện). Bên cạnh đó, tất cả các cổng digital cịn lại đều có
thể thực hiện giao tiếp nối tiếp bằng phần mềm (có thư viện chuẩn, người dùng
khơng cần phải viết code). Mức tín hiệu của các cổng này là TTL 5V. Lưu ý
cổng nối tiếp RS – 232 trên các thiết bị hoặc PC có mức tín hiệu là UART 12V.
Để giao tiếp được giữa hai mức tín hiệu, cần phải có bộ chuyển mức (ví dụ như
chip MAX232). Số lượng cổng Serial cứng của Atmega328 là 1 và của
Atmega2560 là 4. Với tính năng giao tiếp nối tiếp, các bo Arduino có thể giao
tiếp được với rất nhiều thiết bị như PC, touchscreen, các game console…
• USB: Các bo Arduino tiêu chuẩn đều có trang bị một cổng USB để thực hiện
kết nối với máy tính dùng cho việc tải chương trình. Tuy nhiên các chip AVR
khơng có cổng USB, do đó các bo Ardunino phải trang bị thêm phần chuyển đổi
từ USB thành tín hiệu UART. Do đó máy tính nhận diện cổng USB này là cổng
COM thay vì là cổng USB tiêu chuẩn.
• SPI: là một chuẩn giao tiếp nối tiếp đồng bộ có bus gồm có 4 dây. Với tính năng
này các bo Arduino có thể kết nối với các thiết bị như LCD, bộ điều khiển video
game, bộ điều khiển cảm biến các loại, đọc thẻ nhớ SD và MMC…
• TWI (I2C): là một chuẩn giao tiếp đồng bộ khác nhưng bus chỉ có hai dây. Với
tính năng này các bo Arduino có thể giao tiếp với một số loại cảm biến như
thermostat của CPU, tốc độ quạt, một số màn hình OLED/LCD, đọc real – time
clock, chỉnh âm lượng cho một số loại loa…
2.1.1.4. Phần cứng
Một bảng mạch Arduino bao gồm một bộ vi điều khiển Atmel AVR 8-bit và các
thành phần bổ sung để tạo điều kiện lập trình và tích hợp cách mạch điện khác với
bảng mạch Arduino. Một khía cạnh quan trọng của Arduino dựa trên tiêu chuẩn kết nối
thống nhất cho bo mạch CPU được kết nối với một loạt mô – đun chuyển đổi tiện ích
bổ sung được gọi là shield (bộ chắn). Một số shield giao tiếp bo mạch Arduino trực
tiếp từ các chân nối khác nhau, nhưng shield được định địa chỉ riêng biệt thông qua
GVHD: T.S. VƯƠNG THÀNH TIÊN
Th.S. NGUYỄN TẤN PHÚC
18
SVTH: LÊ HẢI ĐĂNG
NGUYỄN VĂN HÒA
THIẾT KẾ, CHẾ TẠO MƠ HÌNH BÃI ĐỖ XE Ơ TÔ THÔNG MINH
bus kết nối nối tiếp I² C, cho phép shield được xếp chồng lên nhau và được sử dụng
song song nhau. Arduino chuẩn sử dụng megaAVR là tổ chợp chip, đặc biệt là
ATmega8, Atmega168, ATmega328, ATmega1280, và ATmega2560. Một số ít các bộ
vi xử lý khác đã được sử dụng tương thích chuẩn Arduino. Hầu hết bo mạch bao gồm
một bộ điều áp tuyến tính 5V và một bộ dao động tinh thể 16 MHz (hoặc cộng hưởng
gốm trong một số biến thể dao động), mặc dù một số thiết kế như LilyPad chạy ở 8
MHz và chia sẻ bộ điều áp trên bo mạch do hạn chế thông số định dạng thể. Bộ vi điều
khiển của Arduino cũng được lập trình trước nhờ một bộ nạp khởi động theo cách đơn
giản là tải lên các chương trình vào bộ nhớ flash trên chip, so với các thiết bị khác
thường cần một lập trình viên bên ngồi hỗ trợ khi sử dụng.
Ở cấp độ khái niệm, khi sử dụng xếp chồng phần mềm Arduino, tất cả bo mạch
được lập trình nhờ kết nối nối tiếp RS-232, nhưng cách này được thực hiện khác nhau
theo từng phiên bản của phần cứng. Bảng mạch Arduino nối tiếp chứa một mạch dịch
cấp để chuyển đổi giữa tín hiệu cấp – RS – 232 và cấp – TTL. Bảng mạch Arduino
hiện nay được lập trình thơng qua cổng USB, cài đặt này sử dụng chip chuyển đổi
USB – sang-nối tiếp như FTDI FT232. Một số biến thể, chẳng hạn như Arduino Mini
và Boarduino khơng chính thức, sử dụng một bảng mạch có thể tháo rời chuyển đổi
USB-sang-nối tiếp hoặc cáp, Bluetooth hoặc các phương pháp khác (khi được sử dụng
với công cụ vi điều khiển truyền thống thay vì Arduino IDE, lập trình AVR ISP chuẩn
phải được sử dụng.).
Bảng mạch Arduino ln cho thấy hầu hết các chân nối I/O pins của vi điều
khiển để sử dụng bởi các mạch khác. Các Diecimila, Duemilanove , và Uno hiện tại
cung cấp 14 chân I/O số, 6 trong số đó có thể tạo tiến hiệu điều biến độ rộng xung và
sáu đầu vào tương tự. Các chân nằm ở mặt trên bo mạch, thông qua đầu chân cái 0.10inch (2,5 mm). Một số shield ứng dụng nhúng plug-in cũng đã có ở dạng thương mại.
Bo mạch Arduino Nano và Bare Bones tương thích Arduino có thể cung cấp các
chân cắm đực ở mặt duới của bo mạch để kết nối các bo mạch khác khơng cần hàn.
Có rất nhiều bo mạch tương thích Arduino và bo mạch dẫn xuất từ Arduino. Một
số có chức năng tương đương với Arduino và có thể được sử dụng thay thế lẫn cho
nhau. Phần lớn là Arduino cơ bản với việc bổ sung các trình điều khiển đầu ra phổ
biến, thường sử dụng trong giáo dục cấp trường để đơn giản hóa việclắp ráp các xe đẩy
và robot nhỏ. Những biến thể khác là tương đương về điện nhưng thay đổi tham số
dạng (form-factor), đôi khi cho phép tiếp tục sử dụng các Shield, đôi khi không. Một
số biến thể sử dụng bộ vi xử lý hoàn toàn khác với mức độ khác nhau về tính tương
thích.
GVHD: T.S. VƯƠNG THÀNH TIÊN
Th.S. NGUYỄN TẤN PHÚC
19
SVTH: LÊ HẢI ĐĂNG
NGUYỄN VĂN HÒA
THIẾT KẾ, CHẾ TẠO MƠ HÌNH BÃI ĐỖ XE Ơ TƠ THƠNG MINH
2.1.1.5. Shield
Arduino và bảng mạch Arduino tương thích sử dụng các shiel – bo mạch mạch
điện được cắm vào bo mạch Arduino chính thường thơng qua các đầu chân cắm trên
bo mạch Arduino chủ. Shiel có thể cung cấp chức năng điều khiển động cơ, GPS, kết
nối mạng ethernet, màn hình LCD, hoặc bảng mạch khung (tạo mẫu). Một số shield
cũng có thể được chế tạo để thực hiện DIY.
2.1.1.6. Phần mềm
Mơi trường phát triển tích hợp (IDE) Arduino là một ứng dụng đa nền tảng được
viết bằng Java và được dẫn xuất từ IDE cho ngôn ngữ lập trình xử lý và các dự án lắp
ráp. Nó được thiết kế để làm nhập mơn lập trình cho các nhà lập trình và những người
mới sử dụng khác khơng quen thuộc với phát triển phần mềm. Nó bao gồm một trình
soạn thảo mã với các tính năng như làm nổi bật cú pháp, khớp dấu ngặc khối chương
trình, và thụt đầu dịng tự động và cũng có khả năng biên dịch và tải lên các chương
trình vào bo mạch với một nhấp chuột duy nhất. Một chương trình hoặc mã viết cho
Arduino được gọi là "sketch".
Chương trình Arduino được viết bằng C hoặc C++. Arduino IDE đi kèm với một
thư viện phần mềm được gọi là "Wiring" từ dự án lắp ráp ban đầu, cho hoạt động đầu
vào/đầu ra phổ biến trở nên dễ dàng hơn nhiều. Người sử dụng chỉ cần định nghĩa hai
hàm để thực hiện một chương trình điều hành theo chu kỳ:
-
setup() : Hàm chạy một lần duy nhất vào lúc bắt đầu của một chương trình
dùng để khởi tạo các thiết lập.
loop() : Hàm được gọi lặp lại liên tục cho đến khi bo mạch được tắt đi.
Khi các bạn bật điện bảng mạch Arduino, reset hay nạp chương trình mới, hàm
setup() sẽ được gọi đến đầu tiên. Sau khi xử lý xong hàm setup(), Arduino sẽ nhảy đến
hàm loop() và lặp vô hạn hàm này cho đến khi bạn tắt điện bo mạch Arduino. Chu
trình đó có thể mơ tả trong hình dưới đây:
GVHD: T.S. VƯƠNG THÀNH TIÊN
Th.S. NGUYỄN TẤN PHÚC
20
SVTH: LÊ HẢI ĐĂNG
NGUYỄN VĂN HÒA
THIẾT KẾ, CHẾ TẠO MƠ HÌNH BÃI ĐỖ XE Ơ TƠ THƠNG MINH
Hình 2.2:Lưu đồ chương trình
Arduino IDE sử dụng GNU toolchain và AVR libc để biên dịch chương trình và
sử dụng avrdude để tải lên các chương trình vào bo mạch chủ.
Do nền tảng Arduino sử dụng vi điều khiển Atmel, môi trường phát triển của
Atmel, AVR Studio hoặc Atmel Studio mới hơn, cũng có thể được sử dụng để phát
triển phần mềm cho các Arduino.
2.1.1.7. Các loại bo mạch Arduino.
Về mặt chức năng: bo mạch Arduino chia thành 2 loại: loại bo mạch chính có
chip Atmega, loại mở rộng thêm chức năng cho bo mạch chính (thường được gọi là
shield).
Các bo mạch chính về cơ bản là giống nhau về chức năng, tuy nhiên về mặt cấu
hình như số lượng I/O, dung lượng bộ nhớ, hay kích thước có sự khác nhau. Một số bo
có trang bị thêm các tính năng kết nối như Ethernet và Bluetooth.
Các bo mở rộng chủ yếu mở rộng thêm một số tính năng cho bo mạch chính ví
dụ như tính năng kết nối Ethernet, Wireless, điều khiển động cơ…
GVHD: T.S. VƯƠNG THÀNH TIÊN
Th.S. NGUYỄN TẤN PHÚC
21
SVTH: LÊ HẢI ĐĂNG
NGUYỄN VĂN HÒA
THIẾT KẾ, CHẾ TẠO MƠ HÌNH BÃI ĐỖ XE Ơ TƠ THƠNG MINH
Hình 2.3: Các loại Board Arduino.
2.1.2. Arduino mega 2560.
Hình 2.4: Board Arduino Mega 2560.
GVHD: T.S. VƯƠNG THÀNH TIÊN
Th.S. NGUYỄN TẤN PHÚC
22
SVTH: LÊ HẢI ĐĂNG
NGUYỄN VĂN HÒA
THIẾT KẾ, CHẾ TẠO MƠ HÌNH BÃI ĐỖ XE Ơ TƠ THƠNG MINH
Hình trên là cận cảnh con Arduino Mega 2560. Đối với chúng ta lập trình cho
Arduino thì trước tiên quan tâm những thành phần được đánh số ở trên:
(1) _Cổng USB (loại B): Cổng giao tiếp để upload code từ PC lên vi điểu khiển
đồng thời cũng là giao tiếp serial để truyền dữ liệu giữa vi điểu khiển với máy
tính.
(2) _Jack nguồn: để chạy Arduino thì có thể lấy nguồn từ cổng USB ở trên, nhưng
không phải lúc nào cũng cắm với máy tính. Lúc đó, ta cần một nguồn 9 – 12V.
(3) _Hàng Header: đánh số từ 0 – 53 là hàng digital pin, nhận vào hoặc xuất ra các
tín hiệu số. Ngồi ra có một pin đất (GND) và pin điện áp tham chiếu (AREF).
(4) _Hàng header thứ hai: chủ yếu liên quan đến điện áp đất, nguồn.
(5) _Hàng header thứ ba: các chân để nhận vào hoặc xuất ra các tín hiệu analog. Ví
dụ như đọc thông tin của các thiết bị cảm biến.
(6) _Vi điều khiển AVR: là bộ xử lý trung tâm của tồn bo mạch. Với mỗi mẫu
Arduino khác nhau thì con chip này khác nhau. Ở con Arduino Mega này thì sử
dụng ATMega2560.
Một số thơng số kỹ thuật như sau:
Bảng 2.1: Một số thông số kỹ thuật của Arduino mega 2560.
THÔNG SỐ KỸ THUẬT
Chip
Atmega328
Điện áp cấp nguồn
5V
Điện áp đầu vào (input) (kiến nghị )
7 – 12V
Điện áp đầu vào(giới hạn)
6 – 20V
Số chân Digital I/O
54 (có 15 chân điều chế độ rộng xung
PWM)
Số chân Analog (Input)
16
DC Current per I/O Pin
40mA
GVHD: T.S. VƯƠNG THÀNH TIÊN
Th.S. NGUYỄN TẤN PHÚC
23
SVTH: LÊ HẢI ĐĂNG
NGUYỄN VĂN HÒA
THIẾT KẾ, CHẾ TẠO MƠ HÌNH BÃI ĐỖ XE Ơ TÔ THÔNG MINH
DC Current for 3.3V Pin
Flash Memory
50mA
256KB với 8KB sử dụng bootloader
SRAM
8K
EEPROM
4K
Xung nhịp
16Mhz
2.2. LABVIEW 2012.
2.2.1. Tổng quan về Labview.
2.2.1.1. LabView là gì?
LabView là một ngơn ngữ lập trình bằng đồ hoạ sử dụng các biểu tượng (icons)
thay cho các dịng lệnh để tạo ra các ứng dụng. Khơng giống như các ngơn ngữ lập
trình bằng các dịng, LabView sử dụng lập trình dịng dữ liệu – dữ liệu xác định sự
thực hiện của chương trình.
Trong LabView, xây dựng một giao diện người dùng bằng cách dùng một bộ các
công cụ và đối tượng. Giao diện người dùng chính là mặt máy – front panel. Sau đó
thêm mã lệnh sử dụng các biểu diễn đồ hoạ của các hàm để điều khiển các đối tượng
của mặt máy. Mã này nằm trong sơ đồ khối. Nếu xây dựng chuẩn, sơ đồ khối sẽ như
một lưu đồ.
LabView được tích hợp đầy đủ cho việc truyền tin với các phần cứng như là
GPIB, VXI, PXI, RS-232, RS – 485 và các thiết bị thu nhận dữ liệu…Vì vậy LabView
có các đặc trưng được xây dựng bên trong phù hợp với việc kết nối các ứng dụng của
bạn.
LabView có thể tạo các ứng dụng biên dịch 32 bit, cho ta tốc độ thực hành nhanh
dùng trong các giải pháp thu thập dữ liệu, thử, đo lường và điều khiển. Ta cũng có thể
tạo các thư viện độc lập dùng chung và chạy được như DLL, vì LabView chính là một
bộ biên dịch 32 bit.
LabView có các thư viện đầy đủ dùng cho thu thập, phân tích, hiển thị và lưu trữ
dữ liệu. LabView cũng có các cơng cụ phát triển phần mềm truyền thống. Bạn có thể
tạm các điểm dừng, chạy mơ phỏng chương trình và chạy từng bước cả chương trình
để đơn giản hố việc gỡ rối và viết chương trình.
2.2.1.2. Tại sao chúng ta lại sử dụng LabView?
LabView cho phép ta xây dựng các giải pháp riêng dùng trong các hệ thống khoa
học và kỹ thuật. LabView mang đến sự linh động, mềm dẻo và tốc độ thực hiện của
một ngôn ngữ lập trình đầy tính năng mà khơng có gây ra khó khăn hay phức tạp nào.
LabView cung cấp cho hàng ngàn người sử dụng một cách lập trình nhanh hơn
các hệ thống đo lường, thu thập số liệu và điều khiển.
GVHD: T.S. VƯƠNG THÀNH TIÊN
Th.S. NGUYỄN TẤN PHÚC
24
SVTH: LÊ HẢI ĐĂNG
NGUYỄN VĂN HÒA
THIẾT KẾ, CHẾ TẠO MƠ HÌNH BÃI ĐỖ XE Ơ TÔ THÔNG MINH
Bằng cách sử dụng LabView để làm mẫu, thiết kế, kiểm tra và cung cấp đầy đủ
các hệ thống thiết bị và có thể giảm bớt được thời gian phát triển hệ thống và tăng
năng suất lên gấp 4 – 10 lần.
LabView có lợi ích về một cơ sở người dùng đã cài đặt, nhiều năm phản hồi sản
phẩm và các công cụ hỗ trợ mạnh. Cuối cùng, LabView trợ giúp kỹ thuật National
Instruments và vùng phát triển đảm bảo sự thành công cho việc phát triển các giải
pháp của chúng ta.
Ưu điểm của LabView.
- Tốc độ làm việc nhanh hơn với ngôn ngữ đồ họa (G code).
- Được hỗ trợ một cách nhanh chóng và tự động trong việc sử dụng miễn phí các
Driver thiết bị.
- Có thể làm việc lập tức với LabView bằng việc mở và chạy thử các ví dụ.
- Kết hợp việc truyền nhận và phân tích dữ liệu vào hàm phân tích nâng cao.
- Lưu trữ dữ liệu và thiết lập các báo cáo.
- Thiết kế các giao diện người dùng một cách chuyên nghiệp nhất.
- Tạo lập các ứng dụng riêng lẻ (Xuất ra file chạy .exe).
- Phù hợp với các dịng máy tính đời mới Multicore.
- Dễ dàng mở rộng lĩnh vực hoạt động và ứng dụng các công nghệ mới.
- Điều kiện được hợp tác và phát triển với cộng đồng kỹ sư trên khắp Thế Giới.
Nhược điểm của LabView
- Cài đặt phần mềm và các công cụ liên quan khá phức tạp.
- Phải thực hiện trên máy vi tính hoặc một máy tính nhúng.
GVHD: T.S. VƯƠNG THÀNH TIÊN
Th.S. NGUYỄN TẤN PHÚC
25
SVTH: LÊ HẢI ĐĂNG
NGUYỄN VĂN HÒA
