Đề tài Thiết kế và thi công mô hình điều khiển, giám sát bãi giữ xe ô tô tự động

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.

187 trang | Chia sẻ: thientruc20 | Lượt xem: 394 | Lượt tải: 2

Bạn đang xem trước 20 trang tài liệu Đề tài Thiết kế và thi công mô hình điều khiển, giám sát bãi giữ xe ô tô tự động, để xem tài liệu hoàn chỉnh bạn click vào nút DOWNLOAD ở trên

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 ii TRƯỜNG ĐH SPKT TP. HỒ CHÍ MINH KHOA ĐIỆN-ĐIỆN TỬ BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM ĐỘC LẬP - TỰ DO - HẠNH PHÚC ----o0o---- Tp. HCM, ngày 11 tháng 01 năm 2019 NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Họ tên sinh viên 1: Nguyễn Thanh Lộc MSSV: 13141174 Chuyên ngành: Điện tử công nghiệp Mã ngành: 41 Hệ đào tạo: Đại học chính quy Mã hệ: 1 Khóa: 2013 Lớp: 13141DT1A Họ tên sinh viên 2: Mai Văn Thành MSSV: 13141310 Chuyên ngành: Điện tử công nghiệp Mã ngành: 41 Hệ đào tạo: Đại học chính quy Mã hệ: 1 Khóa: 2013 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. iii − 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: ThS. Nguyễn Tấn Đời CÁN BỘ HƯỚNG DẪN BM. ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH iv TRƯỜNG ĐH SPKT TP. HỒ CHÍ MINH KHOA ĐIỆN-ĐIỆN TỬ BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM ĐỘC LẬP - TỰ DO - HẠNH PHÚC ----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- 6/10/2018) - Nộp đề cương chi tiết đồ án tốt nghiệp. 2 (8/10/2018- 13/10/2018) - Tìm hiểu và thiết kế khung mô hình bãi xe. - Tìm hiểu module PLC S7-1200. 3 (15/10/2018- 21/10/2018) - 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 (22/10/2018- 27/10/2018) - Xây dựng ứng dụng quét thẻ RFID bằng Arduino và C# trên phần mềm Visual Studio. - 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. - v 5 (30/10/2018- 3/11/2018) - Xây dựng ứng dụng quét thẻ RFID bằng Arduino và C# trên phần mềm Visual Studio. - 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 (5/11/2018- 10/11/2018) - 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 (12/11/2018- 17/11/2018) - 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 (19/11/2018- 24/11/2018) - 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 (19/11/2018- 24/11/2018) - 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 (3/12/2018- 8/12/2018) - Lập trình hệ thống nâng xe, chạy thử trên mô hình. - Kết nối PLC với các ứng dụng, chạy mô hình, sửa lỗi. 11 (10/12/2018- 15/12/2018) - 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. vi 12 (17/12/2018- 22/12/2018) - Chạy thử toàn bộ mô hình, sửa lỗi phần cứng và phần mềm. - Viết quyển luận văn. 13 (24/12/2018- 29/12/2018) - Chạy thử toàn bộ mô hình, sửa lỗi phần cứng và phần mềm. - Viết quyển luận văn. 14 (31/12/2018- 5/1/2019) - Hoàn chỉnh, cân chỉnh lại toàn bộ hệ thống. - Viết hoàn chỉnh quyển luận văn. 15 (7/1/2019- 12/1/2019) - Hoàn chỉnh hệ thống và quyển luận văn. 16 (14/1/2019- 19/1/2019) - Báo cáo, bảo vệ đồ án tốt nghiệp. GV HƯỚNG DẪN (Ký và ghi rõ họ và tên) vii 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 viii 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 ix 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 các phương án bãi 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 mô ̣ 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 x 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 xi 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 xii 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 ..........................................