Đồ án tốt nghiệp thiết kế và thi công mô hình điều khiển, giám sát bãi giữ xe ô tô tự động

BỘ GIÁO DỤC & ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP. HỒ CHÍ MINH
KHOA ĐIỆN – ĐIỆN TỬ
BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH
---------------------------------

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
NGÀNH CÔNG NGHỆ KỸ THUẬT ĐIỆN TỬ TRUYỀN THÔNG
ĐỀ TÀI:

THIẾT KẾ VÀ THI CÔNG MÔ HÌNH
ĐIỀU KHIỂN, GIÁM SÁT
BÃI GIỮ XE Ô TÔ TỰ ĐỘNG
GVHD : ThS Nguyễn Tấn Đời
SVTH : Nguyễn Thanh Lộc
MSSV :

13141174

Tp. Hồ Chí Minh - 2/2019


BỘ GIÁO DỤC & ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP. HỒ CHÍ MINH
KHOA ĐIỆN – ĐIỆN TỬ
BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH
---------------------------------

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
NGÀNH CÔNG NGHỆ KỸ THUẬT ĐIỆN TỬ TRUYỀN THÔNG

ĐỀ TÀI:

THIẾT KẾ VÀ THI CÔNG MÔ HÌNH
ĐIỀU KHIỂN, GIÁM SÁT
BÃI GIỮ XE Ô TÔ TỰ ĐỘNG

GVHD : ThS Nguyễn Tấn Đời
SVTH : Nguyễn Thanh Lộc
MSSV : 13141174

Tp. Hồ Chí Minh - 2/2019


TRƯỜNG ĐH SPKT TP. HỒ CHÍ MINH
CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM
KHOA ĐIỆN-ĐIỆN TỬ
ĐỘC LẬP - TỰ DO - HẠNH PHÚC
BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH
----o0o---Tp. HCM, ngày 11 tháng 01 năm 2019

NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
Họ tên sinh viên 1:
Chuyên ngành:
Hệ đào tạo:
Khóa:

Nguyễn Thanh Lộc
Điện tử công nghiệp
Đại học chính quy
2013

MSSV: 13141174
Mã ngành: 41
Mã hệ: 1
Lớp: 13141DT1A

Họ tên sinh viên 2:
Chuyên ngành:
Hệ đào tạo:
Khóa:

Mai Văn Thành
Điện tử công nghiệp
Đại học chính quy
2013

MSSV: 13141310
Mã ngành: 41
Mã hệ: 1
Lớp: 13141DT1B

I. TÊN ĐỀ TÀI: THIẾT KẾ VÀ THI CÔNG MÔ HÌNH ĐIỀU KHIỂN, GIÁM SÁT
BÃI GIỮ XE Ô TÔ TỰ ĐỘNG
II. NHIỆM VỤ
1. Các số liệu ban đầu:
− Kích thước mô hình: chiều dài 70cm, chiều rộng 60cm, chiều cao 75cm.
− Động cơ có hộp số 24VDC giúp vận hành hệ thống có vận tốc 94 vòng/phút.
− Cảm biến chữ U 24VDC phát hiện vật cản để xác định vị trí.
− Công tắc hành trình 24VDC chức năng đóng, mở động cơ.
− Webcam colorvis ND60 đóng vai trò thu nhận ảnh đầu vào, kết nối máy tính qua

cổng USB.
− Cơ cấu truyền động dây xích và bánh răng.
− Mạch Arduino Uno R3 và RFID RC522 được dùng làm bộ xử lý đọc thẻ từ, kết nối
máy tính thông qua cổng USB.
2. Nội dung thực hiện:
− Tìm hiểu các phương thức giao tiếp với PLC.
− Tìm hiểu nghiên cứu cách thức quẹt thẻ, xử lý ảnh.
− Tìm hiểu PLC S7-1200, CPU-1214C.
− Các cách thức hoạt động của mô hình để lựa chon linh kiện phù hợp.
ii


− Tìm hiểu, nghiên cứu thiết kế mạch điều khiển cũng như đảo chiều động cơ dùng
rơ le.
− Thiết kế, xây dựng phần cứng của mô hình.
− Xây dựng chương trình điều khiển, giao tiếp giữa máy tính và Arduino, máy tính và
camera, máy tính và PLC.
− Chạy thử nghiệm, cân chỉnh và sửa lỗi mô hình.
− Nhận xét, đánh giá chung toàn bộ hệ thống.
− Viết báo cáo luận văn.
− Báo cáo đề tài tốt nghiệp.
III. NGÀY GIAO NHIỆM VỤ:

1/9/2018

IV. NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ: 10/1/2019
V. HỌ VÀ TÊN CÁN BỘ HƯỚNG DẪN:
CÁN BỘ HƯỚNG DẪN

ThS. Nguyễn Tấn Đời

BM. ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH

iii


TRƯỜNG ĐH SPKT TP. HỒ CHÍ MINH
CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM
KHOA ĐIỆN-ĐIỆN TỬ
ĐỘC LẬP - TỰ DO - HẠNH PHÚC
BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH
----o0o---Tp. HCM, ngày 11 tháng 01 năm 2019

LỊCH TRÌNH THỰC HIỆN ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
Họ tên sinh viên 1: Nguyễn Thanh Lộc
Lớp: 13141DT1A

MSSV: 13141174

Họ tên sinh viên 2: Mai Văn Thành
Lớp: 13141DT1B

MSSV: 13141310

Tên đề tài:
THIẾT KẾ VÀ THI CÔNG MÔ HÌNH
ĐIỀU KHIỂN, GIÁM SÁT BÃI GIỮ XE Ô TÔ TỰ ĐỘNG.

Tuần/ngày

Nội dung

Xác nhận
GVHD

1
(1/10/2018-

- Nộp đề cương chi tiết đồ án tốt nghiệp.

6/10/2018)
2
(8/10/201813/10/2018)
3
(15/10/201821/10/2018)

- Tìm hiểu và thiết kế khung mô hình bãi xe.
- Tìm hiểu module PLC S7-1200.
- Tìm hiểu, mua linh kiện, thiết bị, vật tư (cảm
biến, động cơ DC,v.v.).
- Thiết kế, dựng khung mô hình bãi xe.

4

- Xây dựng ứng dụng quét thẻ RFID bằng

(22/10/2018-

Arduino và C# trên phần mềm Visual Studio.

27/10/2018)

- Kết nối, quản lý cơ sở dữ liệu trên phần mềm
SQL Server Manager.
- Thiết kế giao diện điều khiển và giám sát trên
phần mềm Tia Portal.
-

iv


5

- Xây dựng ứng dụng quét thẻ RFID bằng

(30/10/2018-

Arduino và C# trên phần mềm Visual Studio.

3/11/2018)

- Kết nối, quản lý cơ sở dữ liệu trên phần mềm
SQL Server Manager.
- Thiết kế giao diện điều khiển và giám sát trên
phần mềm Tia Portal.

6
(5/11/201810/11/2018)

- Xây dựng ứng dụng nhận diện biển số xe bằng

C# trên phần mềm Visual Studio.
- Lập trình cho hệ thống nâng hạ xe trên phần
mềm Tia Portal.

7
(12/11/201817/11/2018)

- Xây dựng ứng dụng nhận diện biển số xe bằng
C# trên phần mềm Visual Studio.
- Lập trình cho hệ thống nâng hạ xe trên phần
mềm Tia Portal.

8
(19/11/201824/11/2018)

- Lắp ráp, kết nối phần cứng vào PLC và gắn thiết
bị vào mô hình.
- Lập trình cho hệ thống nâng xe, chạy thử trên
mô hình.

9
(19/11/201824/11/2018)

- Lắp ráp, kết nối phần cứng vào PLC và gắn thiết
bị vào mô hình.
- Lập trình cho hệ thống nâng xe, chạy thử trên
mô hình.

10
(3/12/20188/12/2018)

- Lập trình hệ thống nâng xe, chạy thử trên mô
hình.
- Kết nối PLC với các ứng dụng, chạy mô hình,
sửa lỗi.

11
(10/12/201815/12/2018)

- Kết nối PLC với các ứng dụng, chạy mô hình,
sửa lỗi.
- Chạy thử toàn bộ mô hình, sửa lỗi phần cứng và
phần mềm.

v


12
(17/12/201822/12/2018)
13
(24/12/201829/12/2018)
14
(31/12/2018-

- Chạy thử toàn bộ mô hình, sửa lỗi phần cứng và
phần mềm.
- Viết quyển luận văn.
- Chạy thử toàn bộ mô hình, sửa lỗi phần cứng và
phần mềm.
- Viết quyển luận văn.

- Hoàn chỉnh, cân chỉnh lại toàn bộ hệ thống.
- Viết hoàn chỉnh quyển luận văn.

5/1/2019)
15
(7/1/2019-

- Hoàn chỉnh hệ thống và quyển luận văn.

12/1/2019)
16
(14/1/2019-

- Báo cáo, bảo vệ đồ án tốt nghiệp.

19/1/2019)

GV HƯỚNG DẪN
(Ký và ghi rõ họ và tên)

vi


LỜI CAM ĐOAN
Đề tài này là do nhóm tự thực hiện dựa vào kiến thức được học, nghiên cứu tìm hiểu
một số các đề tài và phương án đi trước, không sao chép từ bất cứ tài liệu hay công trình
đã có trước đó.

Tp. Hồ Chí Minh, ngày 11 tháng 01 năm 2019
Sinh viên thực hiện 1

Sinh viên thực hiện 2

Nguyễn Thanh Lộc

Mai Văn Thành

vii


LỜI CẢM ƠN
Được sự phân công của quý thầy cô, bộ môn Điện tử Công nghiệp – Y sinh, khoa
Điện – Điện tử, trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật TP.HCM, sau gần ba tháng nghiên cứu
chúng em đã hoàn thành đề tài tốt nghiệp “Thiết kế và thi công mô hình điều khiển, giám
sát bãi giữ xe ô tô tự động”.
Để hoàn thành đề tài được giao, ngoài sự nỗ lực học hỏi của bản thân còn có sự hướng
dẫn tận tình của thầy cô và bạn bè. Vì thế, trong lời đầu tiên của cuốn báo cáo đồ án tốt
nghiệp này, chúng em muốn dành lời cảm ơn chân thành đến Thầy Th.s Nguyễn Tấn Đời
cũng như các thầy cô giáo trong bộ môn và bạn bè đã trực tiếp hướng dẫn và tận tình giúp
đỡ, tạo điều kiện để chúng em hoàn thành tốt đề tài.
Xin chân thành cảm ơn!

Tp. Hồ Chí Minh, ngày 11 tháng 01 năm 2019
Sinh viên thực hiện 1

Sinh viên thực hiện 2

Nguyễn Thanh Lộc

Mai Văn Thành

viii


MỤC LỤC
Trang bìa .......................................................................................................................... i
Nhiệm vụ đồ án ............................................................................................................... ii
Lịch trình ....................................................................................................................... iv
Lời cam đoan ................................................................................................................ vii
Lời cảm ơn ................................................................................................................... viii
Mục lục ........................................................................................................................... ix
Liệt kê hình vẽ ............................................................................................................... xii
Liệt kê bảng……………………………………………………………………...........xv
Tóm tắt ........................................................................................................................ xvi

CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN ............................................................................... 1
1.1. Đặt vấn đề ................................................................................................................ 1
1.2. Mục tiêu ................................................................................................................... 1
1.3. Nội dung nghiên cứu ................................................................................................ 1
1.4. Giới hạn .................................................................................................................... 2
1.5. Bố cục ....................................................................................................................... 2

CHƯƠNG 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT................................................................... 4
2.1. Phân tích cá c phương á n bã i đỗ xe ô tô ................................................................ 4
2.1.1. Các dạng bãi đỗ xe ô tô phổ biến hiện nay ....................................................... 4
2.1.2. Phương án lựa chọn .......................................................................................... 6
2.2. Các cơ sở lý thuyết liên quan ................................................................................... 7
2.2.1. Giới thiêu về ngôn ngữ C# và mộ t số công cụ liên quan .............................. 7
a. Ngôn ngữ C# và .NET Framework .................................................................... 7
b. Thư viện S7.NET................................................................................................ 7

c. Giải thuật xử lý ảnh nhận dạng biển số xe ......................................................... 7
2.2.2. Công nghệ RFID ............................................................................................... 8
2.2.3. Các chuẩn giao tiếp truyền dữ liệu ................................................................. 10
a. Chuẩn giao tiếp USB ........................................................................................ 10
b. Chuẩn giao tiếp SPI .......................................................................................... 11
c. Chuẩn giao tiếp Enthernet ................................................................................ 11
2.2.4. Giới thiệu một số phần mềm lập trình ............................................................ 12
ix


2.3. Giới thiệu phần cứng .............................................................................................. 17
2.3.1. Thiết bị xử lý trung tâm - PLC ....................................................................... 17
2.3.2. Cảm biến quang .............................................................................................. 20
2.3.3. Công tắc hành trình ......................................................................................... 22
2.3.4. Rơ le trung gian .............................................................................................. 24
2.3.5. Động cơ DC giảm tốc có hộp số ..................................................................... 25
a. Động cơ DC ...................................................................................................... 25
b. Hộp số giảm tốc ................................................................................................ 27

CHƯƠNG 3. THIẾT KẾ. ................................................................................. 29
3.1. Giới thiệu................................................................................................................ 29
3.2. Thiết kế hệ thống .................................................................................................... 29
3.2.1. Thiết kế sơ đồ khối hệ thống .......................................................................... 29
3.2.2. Thiết kế phần cứng ......................................................................................... 31
a. Thiết kế khối xử lý trung tâm ........................................................................... 31
b. Thiết kế khối đọc thẻ ........................................................................................ 33
c. Thiết kế khối thu nhận hình ảnh ....................................................................... 37
d. Thiết kế khối công tắc hành trình và khối cảm biến ........................................ 38
e. Thiết kế khối động cơ và khối rơ le .................................................................. 40
f. Thiết kế khối nguồn .......................................................................................... 42

3.2.3. Sơ đồ nguyên lý của toàn mạch ...................................................................... 44

CHƯƠNG 4. THI CÔNG HỆ THỐNG ......................................................... 46
4.1. Giới thiệu................................................................................................................ 46
4.2. Thi công hệ thống................................................................................................... 46
4.2. Thi công mô hình ................................................................................................... 47
4.2.1. Thi công cánh tay lấy xe ................................................................................. 47
4.2.2. Thi công hệ thống quay cho cánh tay ............................................................. 49
4.2.3. Thi công hệ thống nâng cánh tay lên, xuống .................................................. 51
4.2.4. Thi công bộ nguồn cấp cho hệ thống .............................................................. 53
4.2.5. Kết nối các chân tín hiệu với PLC .................................................................. 54
4.3. Lập trình hệ thống .................................................................................................. 55
4.3.1. Lập trình cho PLC........................................................................................... 55
a. Giới thiệu phần mềm ....................................................................................... 55
b. Lưu đồ giải thuật cho PLC ............................................................................... 56
x


c. Chương trình chính điều khiển trên PLC ........................................................ 58
4.3.2. Chương trình đọc thẻ RFID cho Arduino ....................................................... 64
a. Giới thiệu phần mềm ........................................................................................ 64
b. Chương trình đọc mã thẻ RFID ........................................................................ 64
4.3.3. Thiết kế giao diện C# ...................................................................................... 64
a. Giới thiệu phần mềm ........................................................................................ 64
b. Lưu đồ giải thuật điều khiển từ máy tính ......................................................... 66
c. Chương trình chính trên C# .............................................................................. 68
4.3.4. Hệ thống cơ sở dữ liệu SQL ........................................................................... 62
4.3.5. Phần mềm lập trình C# ................................................................................... 64
4.3.6. Lưu đồ giải thuật điều khiển từ máy tính ....................................................... 64
4.4. Lập trình mô phỏng ................................................................................................ 70

4.4.1. Mô phỏng trên trên WinCC ............................................................................ 70
a. Giới thiệu giao diện làm việc WinCC .............................................................. 70
b. Giao diện giám sát hệ thống trên WinCC ........................................................ 71
4.4.2. Giao diện quản lý hệ thống trên C# ................................................................ 73
4.5. Tài liệu hướng dẫn sử dụng, thao tác .................................................................... 74
4.5.1. Hướng dẫn các bước sử dụng ......................................................................... 74
4.5.2. Quy trình thao tác ........................................................................................... 74

CHƯƠNG 5. KẾT QUẢ_NHẬN XÉT_ĐÁNH GIÁ ..................................... 75
5.1. Hệ thống mô hình. ................................................................................................. 75
5.2. Hệ thống điện ......................................................................................................... 78
5.3. Kết quả mô phỏng .................................................................................................. 82
5.3.1. Mô phỏng trên WinCC ................................................................................... 82
5.3.2. Mô phỏng trên C# ........................................................................................... 82
5.3.3. Kết quả thống kê ............................................................................................. 84

CHƯƠNG 6. KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN. .............................. 85
6.1. Kết luận .................................................................................................................. 85
6.2. Hướng phát triển .................................................................................................... 85

TÀI LIỆU THAM KHẢO ....................................................................................... 87
PHỤ LỤC.................................................................................................................. xvii

xi


LIỆT KÊ HÌNH VẼ
Hình

Trang

Hình 2.1. Phương án bãi đỗ dạng xếp hình ................................................................... 4
Hình 2.2. Phương án bãi đỗ dạng di chuyển quanh tòa nhà.......................................... 5
Hình 2.3. Phương án bãi đỗ dạng tháp .......................................................................... 5
Hình 2.4. Phương án bãi đỗ dạng hình trụ .................................................................... 6
Hình 2.5. Phương án bãi đỗ dạng tháp xếp tầng của nhóm .......................................... 6
Hình 2.6. Giải thuật nhận dạng biển số xe .................................................................... 8
Hình 2.7. Cấu trúc thẻ RFID và hệ thống RFID cơ bản................................................ 9
Hình 2.8. Giao diện của Microsoft Visual Studio 2017 ................................................ 12
Hình 2.9. Giao diện của Microsoft SQL Server 2017 ................................................... 14
Hình 2.10. Giao diện của phần mềm TIA Portal V13................................................... 15
Hình 2.11. Giao diện của phầm mềm Arduino IDE 1.8.5............................................. 16
Hình 2.12. Một số loại PLC thông dụng ....................................................................... 18
Hình 2.13. Cấu trúc cơ bản của PLC ............................................................................ 19
Hình 2.14. Cấu trúc của cảm biến quang điện .............................................................. 21
Hình 2.15. Một số loại cảm biến quang thường dùng ................................................... 22
Hình 2.16. Một số loại công tắc hành trình thông dụng................................................ 23
Hình 2.17. Cấu tạo và nguyên lý hoạt động của rơ le trung gian ................................. 24
Hình 2.18. Tiếp điểm NO và NC của rơ le trung gian .................................................. 24
Hình 2.19. Một số loại Rơ le trung gian ....................................................................... 25
Hình 2.20. Nguyên lý hoạt động của động cơ điện một chiều ...................................... 26
Hình 2.21. Cấu tạo của hộp số giảm tốc ....................................................................... 27
Hình 3.1. Sơ đồ khối toàn hệ thống............................................................................... 29
Hình 3.2. Kết nối PLC với máy tính. ............................................................................ 31
Hình 3.3. PLC S7 – 1200 CPU 1214C DC/DC/DC ...................................................... 31
Hình 3.4. Arduino Uno R3 chip cắm ............................................................................ 33
Hình 3.5. Arduino Uno R3 chip dán. ............................................................................ 33
Hình 3.6. Bố trí linh kiện trên Arduino Uno R3 ........................................................... 35
Hình 3.7. Mạch đọc thẻ RFID RC522 .......................................................................... 36
Hình 3.8. Sơ đồ chân Mạch đọc thẻ RFID RC522........................................................ 37

Hình 3.9. Sơ đồ kết nối Arduino Uno R3 và Mạch đọc thẻ RFID RC522. .................. 37
Hình 3.10. Webcam Colorvis ND60 ............................................................................. 38
xii


Hình 3.11. Công tắc hành trình Omrom V- 5F932DN ................................................. 38
Hình 3.12. Cảm biến quang Panasonic Panadac 914 .................................................... 39
Hình 3.13. Sơ đồ kết nối cảm biến, công tắc hành trình với PLC. ............................... 40
Hình 3.14. Rơ le trung gian Omron MY2N .................................................................. 40
Hình 3.15. Sơ đồ kết nối ngõ ra PLC với 2 rơ-le 13_1 và 13_2. .................................. 41
Hình 3.16. Động cơ giảm tốc Tsukasa TG-85E-CH-77-D919 ............................... 41
Hình 3.17. Cấu tạo động cơ giảm tốc Tsukasa TG-85E-CH-77-D919 ......................... 42
Hình 3.18. Sơ đồ mạch điều khiển và đảo chiều động cơ DC. ..................................... 42
Hình 3.19. Nguồn tổ ong 24VDC – 3A. ....................................................................... 43
Hình 3.20. Sơ đồ kết nối toàn mạch .............................................................................. 45
Hình 4.1. Lắp ráp động cơ cho cánh tay ....................................................................... 47
Hình 4.2. Lắp ráp công tắc hành trình cho cánh tay vào............................................... 48
Hình 4.3. Lắp ráp công tắc hành trình cho cánh tay ra ................................................. 48
Hình 4.4. Lắp ráp động cơ cho hệ thống quay .............................................................. 49
Hình 4.5. Lắp ráp công tắc hành trình cho hệ thống quay đến vị trí chẵn. ................... 50
Hình 4.6. Lắp ráp cảm biến cho hệ thống quay đến vị trí lẽ ......................................... 50
Hình 4.7. Lắp ráp động cơ nâng cánh tây lên hoặc xuống ............................................ 51
Hình 4.8. Lắp ráp cảm biến đếm giới hạn trên và giới hạn dưới cho từng vị trí. ......... 52
Hình 4.9. Lắp ráp công tắc hành trình giới hạn cánh tay xuống ................................... 52
Hình 4.10. Nguồn tổ ông 24VDC – 3A ........................................................................ 53
Hình 4.11. Kết nối tín hiệu ngõ vào PLC ...................................................................... 54
Hình 4.12. Kết nối tín hiệu ngõ ra của PLC .................................................................. 54
Hình 4.13. Giao diện vùng viết chương trình PLC. ...................................................... 55
Hình 4.14. Lưu đồ giải thuật cho PLC .......................................................................... 56
Hình 4.15. Sơ đồ các vị trí để xe trong mô hình ........................................................... 57

Hình 4.16. Giao diện thiết kế form trên C#. ................................................................. 65
Hình 4.17. Giao diện viết chương trình trên C# ........................................................... 65
Hình 4.18. Thuật toán điều khiển PLC từ máy tính ...................................................... 66
Hình 4.19. Giao diện làm việc của WinCC ................................................................... 70
Hình 4.20. Giao diện màn hình chính trên WinCC ....................................................... 71
Hình 4.21. Giao diện giám sát bãi xe trên WinCC ....................................................... 72
Hình 4.22. Giao diện chính trên C# .............................................................................. 73
Hình 4.23. Quy trình thao tác vận hành ........................................................................ 74
Hình 5.1. Mặt trước của mô hình sau khi lắp thiết bị ................................................... 75
xiii


Hình 5.2. Mặt dưới của mô hình sau khi lắp thiết bị. ................................................... 76
Hình 5.3. Cánh tay ra vào để lấy xe .............................................................................. 76
Hình 5.4. Đông cơ quay đến vị trí chẵn lẽ hoạt động ................................................... 77
Hình 5.5. Động cơ nâng hạ xe đến vị trí hoạt động. ..................................................... 77
Hình 5.6. Domino phân bố điện áp cho các thiết bị trong mô hình .............................. 78
Hình 5.7. Điện áp của Domino phân bố điện cho các thiết bị ...................................... 78
Hình 5.8. Điện áp cấp cho động cơ thông qua rơ le. ..................................................... 79
Hình 5.9. PLC hoạt động khi cấp nguồn ....................................................................... 80
Hình 5.10. Điện áp cấp vào PLC................................................................................... 81
Hình 5.11. Điện áp cấp ngõ ra của PLC ........................................................................ 81
Hình 5.12. Giao diện giám sát bãi xe trên WinCC khi hoạt động ................................ 82
Hình 5.13. Giao diện quản lý thẻ xe trên C# khi xe vào. .............................................. 83
Hình 5.14. Giao diện quản lý thẻ xe trên C# khi xe ra.................................................. 83

xiv


LIỆT KÊ BẢNG

Bảng

Trang

Bảng 3.1. Thông số cơ bản của PLC S7 – 1200 CPU 1214C DC/DC/DC ..................... 32
Bảng 3.2. Thông số kỹ thuật của Arduino Uno R3……………………………………..34
Bảng 4.1. Danh sách các linh kiện …………………………………………………… . 46
Bảng 5.1. Kết quả chạy thực nghiệm hệ thống………………………………………… 84

xv


TÓM TẮT
Với hệ thống giao thông dày đặc, xã hội phát triển và nhu cầu sử dụng phương tiện
cá nhân, đặc biệt là xe ô tô ngày càng tăng. Điều này kéo theo việc các bãi giữ xe được xây
dựng ngày càng nhiều, đặc biệt ở các thành phố lớn trong khi diện tích đất ngày càng hạn
hẹp. Từ đó, một số chủ phương tiện đỗ xe trên các vỉa hè cũng như lòng lề đường gây mất
mỹ quan đô thị và mất an toàn giao thông. Chính vì lý do đó mà nhóm quyết định nghiên
cứu đề tài “Thiết kế và thi công mô hình điều khiển, giám sát bãi giữ xe ô tô tự động”
nhằm góp một phần nào đó để giải quyết thực trạng hiện tại cũng như áp dụng những kiến
thức đã học vào thực tiễn.
Trong đề tài này, nhóm sẽ dùng PLC làm thiết bị xử lý trung tâm, điều khiển toàn bộ
hệ thống, giám sát bằng WinCC. Ngoài ra, nhóm còn ứng dụng công nghệ RFID, xử lý ảnh
nhận diện biển số trên C# để tăng độ chính xác và tính bảo mật của hệ thống. Với phương
pháp này thì hệ thống hoàn toàn được chạy một cách tự động trong việc cất xe và trả xe
cho khách. Bên cạnh đó, hệ thống cũng được chạy bằng tay để phòng khi có các trường
hợp phần mềm bị trục trặc hay mất thẻ.
Mô hình được thi công thông qua quá trình tìm hiểu, chọn lựa linh kiện một cách phù
hợp nhất, kết hợp giao tiếp với các khối cảm biến, công tắc hành trình, động cơ, rơ le, xử
lý tín hiệu hình ảnh, RFID, áp dụng giải thuật điều khiển, cũng như cân chỉnh các thông số

với kết quả mong muốn cuối cùng là đạt được một mô hình bãi đỗ xe hoàn thiện và tối ưu
nhất.

xvi


CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN

Chương 1. TỔNG QUAN
1.1. 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%)[1*],… 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”.

1.2. 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.

1.3. NỘI DUNG NGHIÊN CỨU
Trong đề tài này, nhóm sẽ tiến hành nghiên cứu các nội dung như sau:
• NỘI DUNG 1: Thu thập dữ liệu về nhu cầu sử dụng xe ô tô cá nhân và các bãi
giữ xe hiện nay.
BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH

1


CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN
• NỘI DUNG 2: Tìm hiểu ưu và nhược điểm của một số bãi giữ xe ô tô đang được
áp dụng hiện nay.
• NỘI DUNG 3: Nghiên cứu, xây dựng thuật toán điều khiển hệ thống bãi giữ xe
ô tô tự động.
• NỘI DUNG 4: Thiết kế và thi công mô hình.
• NỘI DUNG 5: Đánh giá kết quả thực hiện.
• NỘI DUNG 6: Nhận xét ưu nhược điểm của toàn bộ hệ thống và hướng phát
triển đề tài.

1.4. 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.

1.5. BỐ CỤC
Đề tài được trình bày trong 6 chương
• Chương 1: Tổng quan
• Chương 2: Cơ sở lý thuyết
• Chương 3: Thiết kế hệ thống
• Chương 4: Thi công hệ thống
• Chương 5: Kết quả, nhận xét và đánh giá
• Chương 6: Kết huận và hướng phát triển
BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH

2


CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN
Cụ thể như sau:
− Chương 1: Tổng quan
Đặt vấn đề dẫn nhập lý do chọn đề tài, trình bày mục tiêu, nôi dung nghiên cứu,
xác định một số giới hạn và trình bày bố cục của đề tài.
− Chương 2: Cơ sở lý thuyết
Trình bày, phân tích ưu nhược điểm của các phương án bãi đỗ xe ô tô hiện có
trên thị trường, từ đó chọn ra phương án phù hợp cho đề tài. Giới thiệu một số lý
thuyết liên quan và những phần cứng cần sử dụng cho đề tài.

− Chương 3: Thiết kế hệ thống
Xây dựng sơ đồ khối, trình bày nguyên lý hoạt động của hệ thống. Thiết kế và
lựa chọn linh kiện phù hợp cho từng khối. Xây dựng sơ đồ nguyên lý cho từng khối
và toàn bộ hệ thống.
− Chương 4: Thi công hệ thống
Trình bày các bước thi công mô hình hoàn chỉnh từ phần cứng đến phần mềm.
Xây dựng lưu đồ giải thuật, phương trình tính toán các thông số cụ thể, xử lý tín hiệu
và lập trình cho PLC, vi điều khiển.
− Chương 5: Kết quả, nhận xét và đánh giá
Trình bày những kết quả đạt được (cấu trúc mô hình, giao diện phần mềm). Sau
đó đưa ra nhận xét tổng thể về đề tài cũng như những đánh giá dựa trên các mục tiêu
đã đặt ra ban đầu.
− Chương 6: Kết luận và hướng phát triển
Trình bày những ưu nhược điểm của toàn bộ hệ thống. Từ đó đưa ra kết luận và
hướng phát triển cho đề tài.

BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH

3


CHƯƠNG 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT

Chương 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT
2.1. Phân tích các phương án bãi đỗ xe ô tô
Do nhu cầu xã hội phát triển nên phương án bãi đỗ ô tô ngày càng đa dạng. Sau
đây là phần trình bày đặc điểm, ưu, nhược của một số phương án được áp dụng phổ
biến nhằm lựa chọn ra phương án phù hợp cho đề tài.

2.1.1. Các dạng bãi đỗ xe ô tô phổ biến hiện nay

▪

Bãi đỗ dạng xếp hình
Đây là phương án đỗ xe phù hợp với các thành phố lớn có lượng xe quá tải. Hệ

thống sử dụng cấu trúc thiết kế một tháp và cao 2 hoặc 3 tầng, mỗi tầng giữ được từ
4 đến 5 xe.

Hình 2.1. Phương án bãi đỗ dạng xếp hình
- Ưu điểm: chi phí thấp, phù hợp nhiều loại địa hình, tiết kiệm diện tích, bảo
trì, bảo dưỡng, di chuyển đơn giản.
- Nhược điểm: chỉ phù hợp với quy mô nhỏ (5 đến 15 ô tô), cơ cấu điều khiển
chưa tự động.
▪

Bãi đỗ dạng di chuyển quanh tòa nhà
Phương án này khá cổ điển, với cấu trúc thiết kế là một toàn nhà hình trụ nhiều

tầng là đường cho xe di chuyển. Khách hàng sẽ tự lái xe vào ra vị trí đỗ, có nhân viên
bán vé và ghi lại biển số xe.
BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH

4


CHƯƠNG 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT

Hình 2.2. Phương án bãi đỗ dạng di chuyển quanh tòa nhà
- Ưu điểm: giữ được nhiều xe, chi phí vận hành thấp, tiết kiệm diện tích.
- Nhược điểm: ô nhiễm môi trường, tính an toàn, tự động không cao.

▪

Bãi đỗ dạng tháp
Đây là phương án đỗ xe tự động rất phổ biến, với diện tích đất không lớn vẫn

có thể đỗ được rất nhiều xe. Cấu trúc thiết kế gồm nhiều tháp, mỗi tháp có nhiều tầng
và mỗi tầng giữ được một xe. Các xe vào ra được cơ cấu nâng hạ dịch chuyển.

Hình 2.3. Phương án bãi đỗ dạng tháp
- Ưu điểm: số lượng xe đỗ được nhiều, bảo trì, bảo dưỡng đơn giản, tiết kiệm
diện tích, chi phí vận hành thấp.
- Nhược điểm: vốn đầu tư cao, thời gian trả xe dài.
BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH

5


CHƯƠNG 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT
▪

Bãi đỗ dạng hình trụ
Phương án này đang là xu hướng ngày nay, với cấu trúc thiết kế hình tháp trụ,

chia ra nhiều tầng và mỗi tầng đỗ được rất nhiều xe. Xe vào ra được di chuyển tự
động bởi một cơ cấu nâng hạ.

Hình 2.4. Phương án bãi đỗ dạng hình trụ
- Ưu điểm: tính thẩm mỹ cao, đỗ được nhiều xe, tiết kiệm diện tích.
- Nhược điểm: chi phí đầu tư cao, bảo trì, bảo dưỡng phức tạp.

2.1.2. Phương án lựa chọn

Hình 2.5. Phương án bãi đỗ dạng tháp xếp tầng của nhóm
BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH

6


CHƯƠNG 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT
Sau khi phân tích, phương án áp dụng vào đề tài được lựa chọn theo các tiêu
chí: tiết kiệm diện tích, hiệu quả kinh tế theo thời gian, tính tự động cao. Do đó
phương án bãi đỗ dạng tháp được sử dụng vào đề tài của nhóm.

2.2. Các cơ sở lý thuyết liên quan
2.2.1. Giới thiệu về ngôn ngữ C# và một số công cụ liên quan
a. Ngôn ngữ C# và .NET Framework [2*]
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.
b. Thư viện S7.NET [3*]
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.
c. Giải thuật xử lý ảnh nhận diện biển số xe [4*]
▪ Thư viện xử lý ảnh Emgu CV
Emgu CV 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.
BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH

7


CHƯƠNG 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT
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. Hình ảnh sẽ được thiết bị truyền về máy tính và
được lưu trữ trong chương trình C#.
2. Sau khi có được hình ảnh từ camera, chương trình
tiến hành quá trình tách biển số xe ra khỏi hình. Bằng
việc sử dụng tệp tin lưu trữ dữ liệu huấn luyện nhận
dạng biển số xe tỉ lệ 33x25, chương trình sẽ tiến hành
xử lý và trả về biển số xe với kích thước ảnh 500x500
pixel.
3. Từ biển số xe ta tiến hành lấy đường viền ảnh. Vì

biển số xe có màu nền trắng còn ký tự màu đen, nên
khi lấy đường viền ta sẽ dễ dàng có các đường viền
bao quanh những ký tự để phục vụ cho bước tiếp theo

Hình 2.6. Giải thuật
nhận dạng biển số xe

là cắt ký tự.
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. Thường các biển số xe hiện tại thường
có 7 hoặc 8 ký tự.
5. Với những mẫu ký tự được cắt ra, ta đưa chúng vào thư viện nhận dạng ký tự có
sẵn trong Emgu CV. Từ đó ta sẽ có được các ký tự được chuyển từ dạng tương tự
(hình ảnh) sang dạng số (mã ASCII).
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. Và cuối cùng ta có được kết quả là các chữ số và chữ cái chính xác, cũng
như sắp xếp hợp lý như biển số đã chụp.
2.2.2. Công nghệ RFID [1]
▪ Giới thiệu
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.
BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH

8