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


: 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:


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

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


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


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

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


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

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


- 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

-

➢ 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)

-


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.



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.

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

=
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

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