Thiết kế mô hình bãi đỗ xe thông minh ứng dụng xử lý ảnh

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA
KHOA CƠ KHÍ

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

ĐỀ TÀI:

THIẾT KẾ MƠ HÌNH BÃI ĐỖ XE THÔNG
MINH ỨNG DỤNG XỬ LÝ ẢNH

Người hướng dẫn:
Sinh viên thực hiện:
Số thẻ sinh viên :
Lớp:

TS. ĐẶNG PHƯỚC VINH
LÊ HỮU NAM THÀNH
VÕ QUANG
101130211
101130211
13CDT2

Đà Nẵng, 2018


TÓM TẮT ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
Tên đề tài :

THIẾT KẾ MƠ HÌNH BÃI ĐỖ XE THƠNG MINH ỨNG
DỤNG XỬ LÝ ẢNH

Họ và tên SV

: Lê Hữu Nam Thành

Mã SV

: 101130216

Lớp

: 13CDT2

Họ và tên SV

: Võ Quang

Mã SV

: 101130211

Lớp

: 13CDT2

GV hướng dẫn

: TS. Đặng Phước Vinh

GV duyệt

: TS. Võ Như Thành

Nội dung đã làm được bao gồm các vấn đề sau:
➢ Nhu cầu thực tế của đề tài.
Đồ án tốt nghiệp là một trong những học phần bắt buộc của sinh viên ngành Cơ điện tử
nói riêng cũng như sinh viên khối ngành kĩ thuật nói chung. Để thiết kế thành công một
cơ cấu, một cụm chi tiết máy hay một máy hồn chỉnh thì địi hỏi sinh viên phải có hiểu
biết và nắm chắc các kiến thức về lĩnh vực cơ khí cũng như điện tử. Đây là điều kiện
thuận lợi cho nhóm để được ứng dụng các kiến thức đã học vào thực tế.
Tại các thành phố lớn như Hà Nội, Hồ Chí Minh, Đà Nẵng, việc đáp ứng yêu cầu về
đất đai ngày càng không khả thi. Do đó, yêu cầu thực tế cần có các nhà đậu xe hiện đại có
hiệu suất sử dụng khơng gian tối đa, an tồn và mang lại lợi ích cho xã hội, đề tài: “ Thiết
kế mơ hình bãi đỗ xe thông minh ứng dụng xử lý ảnh ” được chọn. Dựa trên những phân
tích tối ưu về đặc điểm kỹ thuật, công nghệ chế tạo, khả năng ứng dụng, mức độ khả thi
và xem xét đến kinh tế.
➢ Phạm vi nghiên cứu của đề tài tốt nghiệp:
Trong đề tài này, nhóm thiết kế cơ cấu cho máy, tìm hiểu các phương pháp điều khiển
để đưa ra phương án tối ưu nhất, nghiên cứu tính thiết thực của sản phẩm và đưa ra giải
pháp phù hợp, từ đó:


- Tính tốn thiết kế các hệ truyền động chính..
- Thiết kế và thi cơng mơ hình.
- Lập trình điều khiển kết nối với máy tính.
➢ Nội dung đề tài đã thực hiện :
- Số trang thuyết minh: 46
- Số bản vẽ: 4A0
- Mơ hình: 1 mơ hình bãi đỗ xe thông minh ứng dụng xử lý ảnh
➢ Kết quả đã đạt được:

• Phần lý thuyết đã tìm hiểu:
- Tổng quan bãi đỗ xe ơ tơ tự động, tính thiết thực và cấp thiết của đề tài.
- Các kiểu bãi đỗ xe ô tô tự động trên thế giới.
- Giới thiệu một số bộ truyền, lựa chọn phương án thiết kế cơ cấu dẫn động cho
mơ hình bãi đỗ xe ơ tơ tự động
- Tính tốn lựa chọn các thành phần, bộ truyền sử dụng trong mơ hình bãi đỗ
xe ô tô tự động.
- Thiết kế các bộ phận gá đặt.
- Giới thiệu thành phần và các module chức năng điều khiển động cơ.
- Phần mềm Visual Studio với nền tảng Winform và ngơn ngữ lập trình C#.
- Thuật tốn xử lý ảnh kết hợp bảo mật bằng thẻ từ RFID và lưu trữ cơ sở dữ liệu.
• Đã lựa chọn và thiết kế phần:
- Lựa chọn các cơ cấu chấp hành.
- Thiết kế và chế tạo thành công mô hình bãi đỗ xe thơng minh.


ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG

CỘNG HỊA XÃ HƠI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

Độc lập - Tự do - Hạnh phúc

KHOA CƠ KHÍ

NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
Họ tên sinh viên

Số thẻ SV

Lớp

1

Lê Hữu Nam Thành

101130216

13CDT2

CƠ ĐIỆN TỬ

2

Võ Quang

101130211

13CDT2

CƠ ĐIỆN TỬ

STT

Ngành

1.

Tên đề tài: THIẾT KẾ MƠ HÌNH BÃI ĐỖ XE THÔNG MINH ỨNG DỤNG XỬ LÝ ẢNH

2.

Đề tài thuộc diện: ☐ Có ký kết thỏa thuận sở hữu trí tuệ đối với kết quả thực hiện

3.

Các số liệu và dữ liệu ban đầu:

4.

Nội dung các phần thuyết minh và tính tốn:
a. Phần chung:

STT

Họ tên sinh viên
Lê Hữu Nam Thành

1

Nội dung
- Tìm hiểu một hệ thống bãi đỗ xe trên thế giới và
lựa chọn hệ thống phù hợp để thực hiện đề tài.

Võ Quang

2

b. Phần riêng

STT
1

Họ tên sinh viên
Lê Hữu Nam Thành

Nội dung
- Tính tốn sức bền cho các trục, lập trình chương
trình Visual, hồn thành thuyết minh.

2

Võ Quang

- Xây dựng bản vẽ và chế tạo mơ hình, lập trình
điều khiển các cơ cấu chấp hành.


Các bản vẽ, đồ thị :

5.
STT

Họ tên sinh viên

1

Lê Hữu Nam Thành

2

Võ Quang

Nội dung
- Bản vẽ lưu đồ thuật toán

1A0

- Bản vẽ Tổng thể

1A0

- Bản vẽ Cụm chi tiết

1A0

- Bản vẽ sơ đồ mạch và sơ đồ khối chức năng 1A0
6. Họ và tên người hướng dẫn: TS. Đặng Phước Vinh
7. Ngày giao nhiệm vụ đồ án:

01/02/2018

8. Ngày hoàn thành đồ án:

01/06/ 2018

Đà Nẵng, ngày
Trưởng Bộ môn Cơ điện tử

tháng

năm 2018

Người hướng dẫn

TS. Đặng Phước Vinh


LỜI NÓI ĐẦU

Chúng em xin chân thành cảm ơn các thầy cơ trong khoa Cơ khí và bộ mơn Cơ điện
tử trường Đại học Bách khoa, Đại học Đà Nẵng đã tận tụy dạy dỗ, truyền đạt cho chúng
em những kiến thức quý báu trong những năm học vừa qua để chúng em có kiến thức
hồn thành được đề tài này.
Chúng em xin chân thành cảm ơn thầy Đặng Phước Vinh đã tận tình hướng dẫn, chỉ
bảo chúng em trong suốt thời gian nghiên cứu và thực hiện đề tài này.
Xin chân thành cảm ơn các bạn trong tập thể lớp 13CDT đã tham gia đóng góp ý kiến
trong suốt q trình thực hiện để nhóm có thể hồn thành tốt đề tài này.
Mặc dù được sự hướng dẫn nhiệt tình của thầy Đặng Phước Vinh, nhưng do cơng
nghệ cịn hạn chế, kinh nghiệm thiết kế chưa trau dồi nhiều, tài liệu phục vụ cho cơng
việc thiết kế cịn q ít nên cũng không tránh khỏi những bỡ ngỡ và sai sót. Sau thời
gian 3 tháng làm đề tài này bằng chính nổ lực của bản thân và được sự hướng dẫn của
thầy Đặng Phước Vinh, các thầy cô giáo và sự giúp đỡ của các bạn sinh viên khác trong
khoa chúng em đã hoàn thành xong đồ án này đúng thời gian quy định. Một lần nữa cho
phép chúng em gửi đến q thầy cơ cùng các bạn lịng biết ơn sâu nhất.

Đà Nẵng, ngày

tháng

năm 2018

Nhóm sinh viên thực hiện

Lê Hữu Nam Thành

i

Võ Quang


CAM ĐOAN

Kính gửi: - Trường Đại học Bách khoa Đà Nẵng
- Khoa Cơ Khí
Chúng em xin cam đoan nội dung của đồ án không phải sao chép bất cứ đồ án hay
cơng trình nào đã có trước đây. Mọi sự giúp đỡ cho việc thực hiện đồ án này đã được cảm
ơn, các thơng tin trích dẫn trong đồ án đã được ghi nguồn gốc rõ ràng và được phép cơng
bố.
Nhóm sinh viên thực hiện

Lê Hữu Nam Thành

ii

Võ Quang


MỤC LỤC

Tóm tắt
Nhiệm vụ đồ án
Lời nói đầu và cảm ơn ………………………………………………………………….... i
Lời cam đoan liêm chính học thuật ……………………………………………………....ii
Mục lục ………………………………………………………………………………..…iii
Danh sách các bảng biểu, hình vẽ và sơ đồ……………………………………….............v
CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG BÃI ĐỖ XE THƠNG MINH ... 2
1.1 Đặt vấn đề và tính cấp thiết của đề tài. ........................................................................... 2
1.2 Mục đích nghiên cứu. .................................................................................................... 2
1.3 Ý tưởng thiết kế mơ hình bãi đỗ xe ơ tơ thơng mình ứng dụng xử lý ảnh ....................... 3
1.4 Các vấn đề cần giải quyết .............................................................................................. 6
1.5 Phương hướng giải quyết ............................................................................................... 6
CHƯƠNG 2: TÍNH TỐN VÀ THIẾT KẾ PHẦN CƠ KHÍ ............................ 7
2.1 Chọn động cơ cho các cơ cấu dẫn động ......................................................................... 7
2.1.1 Phân tích các loại động cơ ................................................................................. 7
2.1.2 Lựa chọn động cơ. ............................................................................................. 7
2.2 Tính thơng số bộ truyền cho các cơ cấu dẫn hướng các trục. .......................................... 9
2.2.1 Cụm cơ cấu di chuyển ngang ............................................................................. 9
2.2.2 Cụm cơ cấu đưa xe vào ra ................................................................................ 14
2.2.3 Cơ cấu nâng hạ xe............................................................................................ 19
CHƯƠNG 3: TÍNH TỐN VÀ THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN ....... 24
3.1 Sơ đồ nguyên lý của mạch ........................................................................................... 24
3.2 Sơ đồ kết nối hệ thống ................................................................................................. 25
iii


3.3 Các linh kiện điện tử .................................................................................................... 25
3.3.1 Arduino Nano .................................................................................................. 25
3.3.2 Module A4988 ................................................................................................. 27
3.3.3 Module IC LM2596 dòng ra 3A....................................................................... 28

3.3.4 Động cơ bước .................................................................................................. 29
3.3.5 Thẻ từ RFID và module RC522 ....................................................................... 30
3.4 Mơ hình thực tế ........................................................................................................... 33
CHƯƠNG 4: XỬ LÝ ẢNH ................................................................................ 34
4.1 Tổng quan về xử lý ảnh ............................................................................................... 34
4.1.1 Khái niệm xử lý ảnh......................................................................................... 34
4.1.2 Quá trình xử lý ảnh .......................................................................................... 34
4.1.3 Phạm vi ứng dụng của xử lý ảnh ...................................................................... 36
4.1.4 Một số khái niệm cơ bản trong xử lý ảnh ......................................................... 36
4.2 Xử lý ảnh trong đề tài .................................................................................................. 38
4.2.1 Phần mềm và ngơn ngữ lập trình ...................................................................... 38
4.2.2 Q trình xử lý ảnh trong đề tài........................................................................ 39
KẾT LUẬN ……………………………………………………………………………. 43
TÀI LIỆU THAM KHẢO …………………………………………………………..…46
PHỤ LỤC

iv


DANH SÁCH CÁC BẢNG, HÌNH VẼ

Bảng 3.1 : Chế độ hoạt động module A4988 ................................................................... 28
……………………………………………………………………………………………...............................................

Hình 1.1: Thực trạng thiếu bãi đỗ xe ô tô tại thành phố Đà Nẵng ...................................... 3
Hình 1.2 :Bãi giữ xe ơ tơ dạng xoắn ốc tại Hong Kong ..................................................... 4
Hình 1.3: Hệ thống bãi giữ xe ơ tơ quay vịng tại Trung Quốc .......................................... 4
Hình 1.4: Bãi giữ xe ơ tơ tự động dạng tịa nhà hình trụ tại Đức........................................ 5
Hình 1.5 : Giải pháp bãi giữ xe ô tô xếp chồng tại Hàn Quốc ............................................ 5
Hình 2.1 : Thơng số hình học động cơ bước...................................................................... 8

Hình 2.2 : Động cơ bước................................................................................................... 8
Hình 2.3 : Bộ truyền xích .................................................................................................. 9
Hình 2.4 : Bộ truyền vít me đai ốc .................................................................................. 10
Hình 2.5 : Bộ truyền đai răng ......................................................................................... 10
Hình 2.6 : Cấu tạo cơ cấu di chuyển ngang ..................................................................... 11
Hình 2.7 : Dây đai và Pulley GT2 ................................................................................... 14
Hình 2.8 : Bộ truyền xích ................................................................................................ 15
Hình 2.9 : bộ truyền bánh răng thanh răng ...................................................................... 15
Hình 2.10 : Bộ truyền đai răng ........................................................................................ 16
Hình 2.11 : Cấu tạo cơ cấu di chuyển ngang ................................................................... 17
Hình 2.12 : Bộ truyền xích .............................................................................................. 20
Hình 2.13 : Bộ truyền vít me đai ốc ................................................................................ 20
Hình 2.14 : Cấu tạo cơ cấu nâng hạ ................................................................................. 21
Hình 3.1 : Sơ đồ nguyên lý mạch .................................................................................... 24
Hình 3.2 : Sơ đồ kết nối hệ thống .................................................................................... 25
Hình 3.3 : Board mạch Arduino Nano ............................................................................. 25
Hình 3.4 : Module điều khiển động cơ bước A4988 ........................................................ 27
Hình 3.5 : Sơ đồ kết nối module A4988 .......................................................................... 28
Hình 3.6 : Động cơ bước ................................................................................................ 29
Hình 3.7 : Sơ đồ dây của hãng Oriental .......................................................................... 30
Hình 3.8 : Nguyên lý hoạt động RFID ............................................................................ 31
Hình 3.9 : Mơ hình thực tế bãi đỗ xe thông minh ứng dụng xử lý ảnh ............................. 33
v


Hình 4.1: Quá trình xử lý ảnh ......................................................................................... 34
Hình 4.2 : Ảnh nhị phân.................................................................................................. 37
Hình 4.3 : Ảnh xám ........................................................................................................ 37
Hình 4.4 : Giao diện phần mềm Visual studio 2013 ........................................................ 39
Hình 4.5 : Quá trình xử lý ảnh ........................................................................................ 40

Hình 4.6 : Mạch điều khiển động cơ bước....................................................................... 43
Hình 4.7 : Giao diện của phần mềm ................................................................................ 44

vi


Mơ hình bãi đỗ xe thơng minh ứng dụng xử lý ảnh

MỞ ĐẦU

Ngày nay các trung tâm thành phố lớn với sự phát triển mật độ về dân cư và xe cộ
ngày càng đông đúc hơn. Đặc biệt là sự gia tăng về số lượng xe ô tô phần nào cũng phản
ánh sự phát triển của một quốc gia . Song song với sự phát triển đó, người ta đặt vân đề
xây dựng những bãi giữ xe để phục vụ cho người dân trong công việc cũng như việc đi lại
của họ .Vì thế ngày nay ở các nước tiên tiến trên thế giới như Nhật Bản, Hàn Quốc những
thành phố chật hẹp, người ta xây dựng hệ thống bãi giữ xe ôtô tự động được trang bị thiết
bị nâng để di chuyển ôtô từ mặt đất lên điểm đỗ trên cao (hệ thống nổi hoặc di chuyển xe
xuống điểm đỗ dưới lòng đất (hệ thống ngầm). Đây là những giải pháp giúp tăng hơn 100
lần số lượng xe trên một diện tích, cho phép giải quyết tình trạng thiếu mặt bằng xây
dựng. Trong khi đó ở thành phố Đà Nẵng có nhiều bãi đỗ xe nhưng chỉ đáp ứng 50% nhu
cầu .
Vì tính cấp thiết của vấn đề, chúng em, những sinh viên của ngành Cơ điện tử tại đại
học Bách khoa Đà Nẵng nhờ sự hướng dẫn tận tình của thầy TS. Đặng Phước Vinh đã
vận dụng những kiến thức được học, tham khảo thêm nhiều nguồn tài liệu.Chúng em
quyết định chọn đề tài “Thiết kế mơ hình bãi đỗ xe thông minh ứng dụng xử lý ảnh”.
Do đây là một đề tài mới, tư liệu tìm hiểu cịn ít, kiến thức và kinh nghiêm thực hành
của bản thân chưa đủ, nên đồ án này vẫn còn nhiều điểm chưa tối ưu, cần được khắc
phục, nâng cấp. Kính mong nhận được sự đóng góp, đánh giá của hội đồng bảo vệ để
chúng em có thể hồn thiện đề tài, chuẩn bị cho đồ án tốt nghiệp được thành công.
Em xin chân thành cám ơn.

Sinh viên thực hiện : Lê Hữu Nam Thành, Võ Quang

Hướng dẫn : TS. Đặng Phước Vinh

1


Mơ hình bãi đỗ xe thơng minh ứng dụng xử lý ảnh

1

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG BÃI ĐỖ XE THƠNG MINH

1.1 Đặt vấn đề và tính cấp thiết của đề tài.
Cùng với sự phát triển của một nền kinh tế năng động đòi hỏi một nền kỹ thuật công
nghệ cũng phải phát triển, đáp ứng kịp thời và đầy đủ những nhu cầu cần thiết của sự
phát triển đó. Điều này được thể hiện qua thực trạng tình hình phương tiện giao thơng ở
nước ta.Theo số liệu của hiệp hội sản xuất ô tô Việt Nam, trong tháng 3/2018, doanh số
bán hàng của toàn thị trường đạt 21.127 xe, tăng 70% so với tháng 2/20178. Bao gồm
12.858 xe du lịch; 6.949 xe thương mại và 1.320 xe chuyên dụng. Doanh số xe du lịch
tăng 48%; xe thương mại tăng 109% và xe chuyên dụng tăng 222% so với tháng trước .
Sản lượng của xe lắp ráp trong nước đạt 18.777 xe, tăng 76% so với tháng trước và số
lượng xe nhập khẩu nguyên chiếc là 2.350 xe, tăng 37% so với tháng trước. 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 đó, việc ứng dụng sự
phát triển của khoa học kỹ thuật, công nghệ cao vào trong xây dựng cơ sở hạ tầng rất cần
thiết. Cụ thể hơn, cần xây dựng những bãi đậu xe mang tính hiện đại, tự động cao và tính
an tồn 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,…
Mặc dù trên thế giới, nhiều bãi đậu xe có kỹ thuật cao và hiện đại đã được đưa vào ứng
dụng trong thực tế. Tuy nhiên, với mong muốn đưa ý tưởng từ những kiến thức đã học
vào trong thực tế giải quyết khó khăn này ở nước ta, chúng em thực hiện đề tài :
“ Thiết kế mơ hình bãi đỗ xe thông minh ứng dụng xử lý ảnh ”.
1.2 Mục đích nghiên cứu.
Vận dụng kiến thức đã được học để nghiên cứu, thiết kế mơ hình bãi đỗ xe ơ tơ tự
động, từ đó phát triển , đưa vào ứng dụng thực tiễn. Giúp cải thiện tình trạng thiếu bãi
đậu xe tại các thành phố lớn trong nước. Xây dựng nên những bãi đậu xe mang tính hiện
đại, tự động hóa cao , an tồn tuyệt đối, tiết kiệm quỹ đất xây dựng cũng như nguồn vốn
xây dựng, cải thiện cảnh quan.

Sinh viên thực hiện : Lê Hữu Nam Thành, Võ Quang

Hướng dẫn : TS. Đặng Phước Vinh

2


Mơ hình bãi đỗ xe thơng minh ứng dụng xử lý ảnh

1.3 Ý tưởng thiết kế mơ hình bãi đỗ xe ơ tơ thơng mình ứng dụng xử lý ảnh
➢ Thực trạng trong nước
-

-

Với thực trạng số lượng ô tô lưu thơng tăng lên nhanh chóng, cơ sở hạ tầng tại các
thành phố lớn chưa đáp ứng vấn đề đó, dẫn đến sự thiếu hụt chỗ đậu xe ô tô , đặc

biệt là vào giờ cao điểm.
Tại thành phố Đà Nẵng có 17 bãi đỗ xe đã và đang đầu tư, không đáp ứng kịp đà
tăng nhanh các phương tiện giao thông hiện nay.

-

Các tài xế ô tô khổ sở tìm bãi đậu xe, nhất là vào giờ cao điểm, dẫn đến tình trạng
1ơ tơ đỗ tràn xuống lịng đường.

-

Thành phố Đà Nẵng cũng như các thành phố lớn, đã ban hành quy định cấm đỗ xe
ô tô tại một số tuyến đường, đậu xe theo ngày chẵn lẽ, bước đầu đã đem lại hiệu
quả, song vẫn chưa triệt để.

Hình 1.1: Thực trạng thiếu bãi đỗ xe ô tô tại thành phố Đà Nẵng

Sinh viên thực hiện : Lê Hữu Nam Thành, Võ Quang

Hướng dẫn : TS. Đặng Phước Vinh

3


Mơ hình bãi đỗ xe thơng minh ứng dụng xử lý ảnh

➢ Các giải pháp bãi giữ xe ô tô tự động trên thế giới.

Hình 1.2 :Bãi giữ xe ơ tơ dạng xoắn ốc tại Hong Kong

Hình 1.3: Hệ thống bãi giữ xe ơ tơ quay vịng tại Trung Quốc
Sinh viên thực hiện : Lê Hữu Nam Thành, Võ Quang

Hướng dẫn : TS. Đặng Phước Vinh

4


Mơ hình bãi đỗ xe thơng minh ứng dụng xử lý ảnh

Hình 1.4: Bãi giữ xe ơ tơ tự động dạng tịa nhà hình trụ tại Đức

Hình 1.5 : Giải pháp bãi giữ xe ô tô xếp chồng tại Hàn Quốc
Sinh viên thực hiện : Lê Hữu Nam Thành, Võ Quang

Hướng dẫn : TS. Đặng Phước Vinh

5


Mơ hình bãi đỗ xe thơng minh ứng dụng xử lý ảnh

Ta chọn phương án “ bãi giữ xe ô tô xếp chồng ” với :
➢ Ưu điểm : chiếm ít diện tích đất xây dựng, chi phí xây dựng và kỹ thuật cơng
nghệ khơng địi hỏi q lớn. Số lượng xe nhiều và tối ưu hóa số lượng chổ đễ
xe, khơng ơ nhiễm khói bụi.
➢ Nhược điểm : do chỉ có một cơ cấu đảm nhiệm lấy và cất xe nên không tối ưu
về thời gian.
1.4 Các vấn đề cần giải quyết
- Điều khiển vị trí, tốc độ động cơ.

- Thiết kế mơ hình cơ khí tối ưu và phù hợp với thực tế.
- Quản lý xe theo mã code RFID kết hợp nhận dạng biển số xe.
- Xây dựng thuật tốn hệ thống ổn định, an tồn và tiết kiệm năng lượng.
- Tạo giao diện Windows form tối ưu dễ dàng giám sát, quản lý hệ thống.
1.5 Phương hướng giải quyết
- Điều khiển xác định vị trí, điểm dừng chính xác bằng cách sử dụng động cơ bước
điều khiển bằng Arduino.
- Thiết kế mơ hình cơ khí tối ưu và phù hợp với thực tế: Tiến hành tìm hiểu cách thiết
kế phần cơ khí của các bãi giữ xe ơ tơ xếp tầng trong và ngồi nước. Sau đó, tự thiết kế
lại phần cơ khí của mình cho tối ưu và có hiệu quả kinh tế
- Quản lý xe theo mã code RFID kết hợp nhận dạng biển số xe:
- Khi xe vào, nhân viên sẽ quét thẻ từ RFID rồi đưa thẻ cho khách, lúc đó camera chụp
hình và nhận dạng biển số xe. Như vậy xe sẽ được gán mã code cùng với biển số xe để
sắp xếp một vị trí nhất định chứa xe trong bãi. Mã code và biển số xe được lưu vào cơ
sở dữ liệu Access.
- Khi khách muốn lấy xe ra thì chỉ cần đưa thẻ từ cho nhân viên để nhân viên quét thẻ,
mã code dùng để xác định vị trí ơ cần lấy xe, camera chụp hình và nhận dạng biển số
xe. Vị trí đó có xe với mã code cùng biển số xe so sánh với những mã code và biển số
xe đã được lưu trong cơ sở dữ liệu Access, kích hoạt chương trình lấy xe ra.

Sinh viên thực hiện : Lê Hữu Nam Thành, Võ Quang

Hướng dẫn : TS. Đặng Phước Vinh

6


Mơ hình bãi đỗ xe thơng minh ứng dụng xử lý ảnh

2

CHƯƠNG 2: TÍNH TỐN VÀ THIẾT KẾ PHẦN CƠ KHÍ

2.1 Chọn động cơ cho các cơ cấu dẫn động
2.1.1 Phân tích các loại động cơ
Động cơ dẫn động cho các cơ cấu trong thực tế có rất nhiều loại khác nhau, với khả
năng điều khiển chính xác ấn tượng, đồng thời kèm theo cả một bộ phận phản hồi và bù
sai số.
Để điều khiển khung nâng trong mơ hình có thể chọn từ 2 loại động cơ:
- Động cơ bước: dễ dàng điều khiển chính xác, tốc độ tương đối thấp, phù hợp với yêu
cầu điều khiển khung nâng của mơ hình nhưng momen tương đối nhỏ.
- Động cơ DC: có tốc độ cao, momen tương đối lớn, cơng suất có nhiều mức lựa chọn,
do đó cần bộ giảm tốc để giảm tốc độ và tăng momen phù hợp với u cầu của khung
nâng trong mơ hình.
2.1.2 Lựa chọn động cơ.
Các cơ cấu chuyển động trên mơ hình bãi đỗ xe ô tô hầu như không chịu tải trọng (
chủ yếu là tải trọng do chính bản thân kết cấu máy gây ra ) nên yêu cầu động cơ cơng
suất nhỏ. Do vậy ở đây nhóm thống nhất phương án dùng động cơ bước để dẫn động các
trục, vì loại động cơ này dễ điều khiển, phổ biến trên thị trường và có giá thành hợp lý.
Tuy nhiên do không kèm theo bộ phận phản hồi bù sai số nên trong một số trường hợp
như quá tải, quá nhiệt,..động cơ sẽ khơng giữ được độ chính xác u cầu, xảy ra tình
trạng tụt bước hay mất bước. Do vậy khi tính tốn thiết kế, nhóm sẽ cố gắng giảm sự sai
lệch không mong muốn này về mức tối thiểu.
Trên thị trường hiện nay có bán rất nhiều loại động cơ bước của nhiều hãng khác nhau, kể
cả hàng cũ và hàng mới. Tuy nhiên có một điểm chung ở động cơ bước là cơng suất
khơng lớn, nếu có cơng suất lớn thì kích thước rất cồng kềnh và giá thành đắt. Phổ biến
trên thị trường hiện nay là động cơ bước có cơng suất khoảng 50W, do vậy nhóm đã chọn
3 động cơ loại này để dẫn 3 trục. Ngồi ra thơng số này cịn có thể điều chỉnh khi lắp ráp
ngoài thực tế.

-

➢ Động cơ bước sử dụng trong mơ hình với các thơng số như sau:
Góc bước: 1,8º/bước (200 bước/ chu kì)

-

Điện áp cấp tối đa : 24V

Sinh viên thực hiện : Lê Hữu Nam Thành, Võ Quang

Hướng dẫn : TS. Đặng Phước Vinh

7


Mơ hình bãi đỗ xe thơng minh ứng dụng xử lý ảnh

-

Dòng điện định mức : 1,2 A
Điện trở cuộn dây: 6,71Ω

-

Momen xoắn: 834 mN.m
Kích thước: 42,3×42,3×40 (mm)

-

Khối lượng: 650g

Hình 2.1 : Thơng số hình học động cơ bước
Động cơ bước NEMA 17 Stepper Motor là loại động cơ phổ biến nhất dùng để dựng
các mơ hình có kích thước trung bình. Động cơ bước NEMA 17 được gọi là NEMA 17
bởi vì kích thước của chúng là 1,7×1,7 inch (42,3×42,3 mm). Bên cạnh động cơ bước
NEMA 17 cịn có các loại động cơ bước khác với kích thước khác nhau như :NEMA
11,NEMA 14, NEMA 23 và dĩ nhiên con số sau NEMA càng lớn thì kích thước động cơ
càng lớn.

Hình 2.2 : Động cơ bước
Sinh viên thực hiện : Lê Hữu Nam Thành, Võ Quang

Hướng dẫn : TS. Đặng Phước Vinh

8


Mơ hình bãi đỗ xe thơng minh ứng dụng xử lý ảnh

Động cơ bước thường được điều khiển bởi một thiết bị gọi là stepper motor driver.
Trường hợp động cơ bước NEMA 17 thì ở đây nhóm dùng A4988 stepper motor driver.
Cấu tạo của một động cơ bước (Stepper Motor) giống như là tổng hợp của hai động cơ:
Động cơ một chiều không tiếp xúc và động cơ đồng bộ giảm tốc công suất nhỏ. Động cơ
bước không quay theo kiểu của động cơ mà chúng ta thấy thường ngày, chúng quay theo
từng bước với tốc độ chính xác về góc quay rất cao ( nên chúng gọi là động cơ bước ).
Chúng ta có thể hiểu động cơ bước là một động cơ đồng bộ dùng để biến đổi các tín hiệu
điều khiển dưới dạng các xung điện rời rạc liên tục thành các chuyển động góc quay.
2.2 Tính thông số bộ truyền cho các cơ cấu dẫn hướng các trục.
2.2.1 Cụm cơ cấu di chuyển ngang

2.2.1.1Lựa chọn phương án dẫn động
Đối với sự chuyển động của cơ cấu di chuyển ngang và đưa xe vào ra không yêu cầu
khắc khe như cơ cấu nâng hạ theo trục Z. Để truyền động giữa hai trục cách xa nhau, ta
cân nhắc giữa các phương án sau.
➢ Phương án thứ nhất : bộ truyền xích

Hình 2.3 : Bộ truyền xích
• Ưu điểm :

-

Khơng có hiện tượng trượt như bộ truyền đai, có thể làm việc khi có quá tải đột
ngột, hiệu suất cao.
Khơng địi hỏi phải căng xích nên lực tác dụng lên trục và ổ nhỏ hơn.

-

Kích thước bộ truyền nhỏ hơn bộ truyền đai nếu có cùng cơng suất.

-

• Nhược điểm :
-

Bản lề xích bị mịn nên gây tải trọng động, ồn.

-

Có tỉ số truyền tức thời thay đổi, vận tốc tức thời của xích và bánh bị dẫn thay đổi.

-

Phải bôi trơn thường xuyên.

Sinh viên thực hiện : Lê Hữu Nam Thành, Võ Quang

Hướng dẫn : TS. Đặng Phước Vinh

9


Mơ hình bãi đỗ xe thơng minh ứng dụng xử lý ảnh

- Mau bị mài mịn trong mơi trường có nhiều bụi hoặc bôi trơn không tốt.
➢ Phương án thứ hai : bộ truyền vít me đai ốc

Hình 2.4 : Bộ truyền vít me đai ốc
• Ưu điểm
- Cấu tạo đơn giản, thắng lực lớn, thực hiện được dịch chuyển chậm.
-

Kích thước nhỏ, chịu được lực lớn.
Thực hiện được các dịch chuyển chính xác cao.

• Nhược điểm
-

Hiệu suất thấp do ma sát trên ren.

-

Nhanh chóng bị mài mịn.

➢ Phương án thứ ba : bộ truyền đai răng

Hình 2.5 : Bộ truyền đai răng
Sinh viên thực hiện : Lê Hữu Nam Thành, Võ Quang

Hướng dẫn : TS. Đặng Phước Vinh

10


Mơ hình bãi đỗ xe thơng minh ứng dụng xử lý ảnh

• Ưu điểm :
-

Bộ truyền đai răng kết hợp những ưu điểm của dây đai dẹt và dây đai hình thang
với sự khơng có độ trượt của dây xích.

-

Chạy êm, ít ồn, chịu sốc.
Khoảng cách trục có thể lớn.

-

Khơng cần thiết bơi trơn.
Phí tốn bảo dưỡng ít.

• Nhược điểm
-

Sức căng ban đầu thấp, dây đai bị dãn sau thời gian làm việc, thường xuyên căng

-

đai.
Chịu tải ít.

Với yêu cầu đặt ra là đảm bảo tính linh hoạt, hoạt động êm ái, độ chính xác điều khiển
cao, khơng cần chịu tải lớn và trên hết là giảm chi phí. Phương án “ bộ truyền đai răng ”
được chọn.
2.2.1.2 Cấu tạo

Hình 2.6 : Cấu tạo cơ cấu di chuyển ngang
2.2.1.3 Tính tốn
➢ Tính tốn sức bền trục dẫn hướng
• Tính tốn gần đúng trục
Sinh viên thực hiện : Lê Hữu Nam Thành, Võ Quang

Hướng dẫn : TS. Đặng Phước Vinh

11


Mơ hình bãi đỗ xe thơng minh ứng dụng xử lý ảnh

Thanh dẫn có tác dụng dẫn hướng cho pallet đi theo đúng hướng đã đặt ra, vì 2 thanh

chịu tác dụng lực ngang nhau và có tác dụng như nhau nên khi tính sức bền ta chỉ cần
tính trên một thanh và suy thanh còn lại.
Thanh dẫn chịu tác dụng của trọng lượng: động cơ, cơ cấu nâng hạ,cơ cấu đưa xe ra
vào...
Trọng lượng của toàn bộ hệ thống : P = 24 ( N )
Chọn thanh dẫn là bằng vật liệu thép C45 có chiều dài là 680 (mm) .
Áp dụng cơng thức (7-3) trang 117[3] để tính đường kính trục tại tiết diện nguy hiểm :
d

3

Mtd
0.1.(1 −  4 )  

Trong đó:
- Mtđ - Momen tương đương .
- Mu, Mx - momen uốn xoắn và xoắn ở tiết diện tính tốn ( N.mm )
-β

=

do
; do - đường kính trong của trục rỗng .
d

- [σ] - ứng suất cho phép ( N/mm2 )
Áp dụng công thức (7-4) trang 117[3] :
Mtd = ( M u2 + 0,75.M X2 ) = M u = 2040 ( N.mm)

- Vì sử dụng trục đặc nên  = 0

- Với vật liệu trục là thép 45, nên ta có giới hạn bền . Tra bảng 7.2 trang 119[3], có

  = 50( N / mm2 )
Thay vào cơng thức, ta có được :
d3



2040
= 7, 4 (mm)
0,1.50

Lấy theo đường kính trục tiêu chuẩn : d = 8 (mm)
• Kiểm nghiệm độ bền

Ta có : Momen cản uốn của tiết diện trục : W =
=> Ứng suất pháp :  =

 d3
32

=

  83
32

= 50,3 (mm3)

M u 2040
= 40,6 (N/mm2)

=
50.3
W

Sinh viên thực hiện : Lê Hữu Nam Thành, Võ Quang

Hướng dẫn : TS. Đặng Phước Vinh

12


Mơ hình bãi đỗ xe thơng minh ứng dụng xử lý ảnh

Ta có ứng suất cho phép   = 50( N / mm2 ) =>     (Thỏa mãn điều kiện bền)
➢ Tính chọn bộ truyền đai răng.
Xác định modun m theo công thức 4.58 trang 156[1] : m = k  3

P1  Cr
n1

Với:
- k = 25, đai gờ hình trịn
- P1: cơng suất trên bánh chủ động. Chọn P1=1 (W)= 0,001 (KW)
- Cr : Hệ số tải trọng động . Cr = 1,5
- n1: số vòng quay của bánh dẫn: n1=n2= 120( vòng/ phút)
Như vậy ta có: m = 25  3

0,0011,5
= 0,58 => ta chọn modun m=0,8(mm)
120

=> bước răng p =  .m = 2,5 (mm)
Ta có Zmin= 17
=> ta chọn Z1= 20 (răng)
Tỉ số truyền i =

n1 Z 2
=1 => Z2= i.Z1= 20 (răng) ( thỏa mãn Z2 max = 115 răng)
=
n2 Z1

Đường kính vịng chia của bánh răng chủ động
d1 = m.Z1=0,8.20=16(mm)
Đường kính vịng chia của bánh răng bị động.
d2 = m.Z2 = 0,8.20 = 16(mm)
Khoảng cách trục nhỏ nhất là:
amin = 0,5.(d1+d2) + C với C = 2.m
=> amin = 0,5.(20+20) +2.0,8 = 21,6 (mm)
Để đảm bảo kích thước theo thiết kế ban đầu ta chọn a = 680 (mm).
Từ các tính tốn trên, ta lựa chọn bộ truyền đai răng phù hợp
Loại dây đai được sử dụng trong bộ truyền là dây đai GT2 với bước răng là 2mm và bề
rộng là 6mm.

Sinh viên thực hiện : Lê Hữu Nam Thành, Võ Quang

Hướng dẫn : TS. Đặng Phước Vinh

13

Mơ hình bãi đỗ xe thơng minh ứng dụng xử lý ảnh

Hình 2.7 : Dây đai và Pulley GT2
Dùng pulley răng để truyền động với các thông số sau :
Số răng : 20 răng
Chiều dài đường răng : 6 mm
Số răng trên đai : Z d =

2a Z1 + Z 2 p ( Z 2 − Z1 )2 2.680 20 + 20 2(20 − 20) 2
+
+
=
+
+
= 700 (mm)
p
2
4a
2
2
4.680

Số răng ăn khớp trên bánh đai.Vì 2 bánh đai có đường kính và số răng là như nhau nên ta
tính cho 1 đai.
Trong đó :
- Z0 =

Z1   1
360

- 1 là góc ơm bánh đai nhỏ : 1 = 180 −

Z 2 − Z1
 57,3 = 1800 .
a

Thỏa mãn điều kiện về góc ơm.
=> Số răng ăn khớp : Z 0 =

20.180
= 10 (răng)
360

2.2.2 Cụm cơ cấu đưa xe vào ra
2.2.2.1 Lựa chọn phương án dẫn động
Để truyền động giữa hai trục cách xa nhau, ta cân nhắc giữa các phương án sau :
Sinh viên thực hiện : Lê Hữu Nam Thành, Võ Quang

Hướng dẫn : TS. Đặng Phước Vinh

14