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



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


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


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


- 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.


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

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

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 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

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

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.

− 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 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.


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