Bối cảnh và vấn đề nghiên cứu

Khóa luận tốt nghiệp kỹ sư ngành Kỹ thuật Máy tính với đề tài "Nghiên cứu và thiết kế hệ thống quản lý bãi đỗ xe ô tô tại trung tâm thương mại ứng dụng công nghệ UHF" được thực hiện bởi sinh viên Đồng Quang Quyền (MSSV: 19522111) và Tô Quang Huấn (MSSV: 19520571), dưới sự hướng dẫn của TS. Đoàn Duy tại Trường Đại học Công nghệ Thông tin – Đại học Quốc gia TP. Hồ Chí Minh (năm 2023).

Lý do chọn đề tài và bối cảnh thực tiễn

Theo thống kê được tác giả trích dẫn, tính đến năm 2017, TP. Hồ Chí Minh có dân số khoảng 8,6 triệu người với khoảng 80% sở hữu phương tiện giao thông cá nhân (tương đương 7,6 triệu người). Quá trình đô thị hóa và cơ giới hóa nhanh chóng đã tạo áp lực lớn lên mạng lưới hạ tầng giao thông đô thị. Dữ liệu từ Tổng cục Thống kê Việt Nam cho thấy tổng số ô tô đang lưu hành tại Việt Nam chạm ngưỡng 5 triệu xe vào tháng 9/2022 và tiếp tục gia tăng. Trong khi đó, các bãi đỗ xe có giấy phép tại các đô thị lớn chỉ đáp ứng được 8% đến 10% nhu cầu thực tế.

Sự thiếu hụt bãi đỗ xe dẫn đến tình trạng dừng đỗ trái phép trên lòng lề đường và vỉa hè, gây cản trở giao thông, tiềm ẩn nguy cơ tai nạn giao thông và bị xử phạt theo Nghị định 100/2019/NĐ-CP. Đồng thời, các bãi đỗ xe tự phát thường thu phí cao và thiếu an toàn. Tại các trung tâm thương mại và khu dân cư quy mô lớn có tầng hầm, tài xế thường gặp khó khăn khi tìm kiếm vị trí đỗ còn trống vào giờ cao điểm do thiếu thông tin định hướng, gây lãng phí thời gian và nhiên liệu. Sau khi đỗ, người dùng cũng gặp khó khăn trong việc nhớ vị trí xe do thiếu công cụ hỗ trợ tra cứu. Các hệ thống quản lý bãi đỗ xe hiện hành còn bộc lộ nhiều điểm hạn chế về chi phí đầu tư thiết bị, phương thức quản lý dữ liệu và mức độ tự động hóa.

Mục tiêu và nhiệm vụ nghiên cứu

Khóa luận xác định các mục tiêu và nhiệm vụ cụ thể bao gồm:

  1. Xây dựng mô hình hệ thống quản lý bãi đỗ xe ô tô quy mô vừa và nhỏ hoạt động tự động, tiết kiệm chi phí, độ chính xác cao và vận hành ổn định trong điều kiện môi trường thực tế.
  2. Ứng dụng công nghệ nhận dạng qua sóng vô tuyến tần số cực cao (UHF RFID) kết hợp thiết bị IoT để tự động hóa quy trình kiểm soát xe vào (check-in) và xe ra (check-out), nhằm giảm thiểu ùn tắc tại cổng bãi đỗ trong giờ cao điểm.
  3. Tận dụng hạ tầng thẻ định danh điện tử UHF RFID (thẻ EPC/eTag) đã được dán sẵn trên các phương tiện ô tô tại Việt Nam để làm dữ liệu đầu vào, giảm chi phí phát hành thẻ riêng biệt.
  4. Xây dựng hệ thống phần mềm quản lý trung tâm hỗ trợ phân khu bãi đỗ, cập nhật trạng thái vị trí trống theo thời gian thực, hỗ trợ gợi ý vị trí đỗ, tìm kiếm phương tiện, quản lý lịch sử đỗ xe và tự động tính toán chi phí.

Đối tượng và phạm vi nghiên cứu

  • Đối tượng nghiên cứu: Hệ thống quản lý bãi đỗ xe ô tô tự động ứng dụng công nghệ UHF RFID, vi điều khiển nhúng ESP32-CAM, cảm biến quang điện và máy chủ web quản lý cơ sở dữ liệu.
  • Phạm vi không gian triển khai: Hầm giữ xe ô tô tại Tòa nhà B và Tòa nhà E thuộc Trường Đại học Công nghệ Thông tin, Đại học Quốc gia TP. Hồ Chí Minh.
  • Giới hạn kỹ thuật và thực nghiệm:
    • Vận tốc di chuyển tối đa của phương tiện qua cổng kiểm soát: 10 km/h.
    • Khoảng cách đọc thẻ RFID thiết lập thực tế: tối đa 3 mét.
    • Quy mô tập mẫu kiểm tra, đánh giá hệ thống: 50 xe ô tô.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp

Khung lý thuyết và chuẩn công nghệ áp dụng

Đề tài dựa trên các nền tảng lý thuyết và tiêu chuẩn kỹ thuật phần cứng, phần mềm chuyên ngành:

  • Tiêu chuẩn UHF RFID: Công nghệ RFID băng tần siêu cao UHF hoạt động dựa trên tiêu chuẩn EPCglobal Class 1 Gen 2 (tương đương ISO/IEC 18000-6C) và ISO 18000-6B. Dải tần số hoạt động được quy định trong khoảng 860 MHz đến 960 MHz; tại Việt Nam áp dụng dải tần từ 902 MHz đến 928 MHz với kỹ thuật nhảy tần trải phổ (FHSS).
  • Cấu trúc dữ liệu thẻ EPC tại Việt Nam: Thẻ eTag dán trên kính/đèn xe ô tô (như thẻ VETC) tuân theo định dạng mã định danh tài sản đơn lẻ toàn cầu GIAI-96 (Global Individual Asset Identifier) với độ dài 96 bit:
Trường dữ liệu Độ dài (bit) Giá trị quy định Ý nghĩa kỹ thuật
Header value 8 34 Mã nhận dạng cấu trúc GIAI-96
Filter 3 0 Phân loại mục đích dùng chung
Partition 3 5 Xác định độ dài phân vùng Company Prefix (7 chữ số)
Company Prefix 24 8934112 – 8934127 Mã doanh nghiệp do cơ quan nhà nước cấp theo quy hoạch
Individual Asset Reference 58 Biến đổi theo xe Mã định danh duy nhất của phương tiện do đơn vị phát hành cấp
  • Lý thuyết ăng-ten: Ăng-ten thẻ UHF dạng Modified Half-Dipole nhằm thu nhỏ kích thước nhưng vẫn duy trì trở kháng phù hợp. Ăng-ten tích hợp của đầu đọc là loại phân cực tuyến tính (linear polarization) có độ lợi 8 dBi.
  • Hệ điều hành thời gian thực FreeRTOS: Cơ chế lập trình đa nhiệm (multitasking), quản lý luồng tác vụ và đồng bộ hóa tiến trình trên nền tảng framework ESP-IDF của hãng Espressif, thay thế cho mô hình lập trình tuần hoàn đơn luồng (Super Loop).

Phương pháp nghiên cứu

  • Phương pháp khảo sát, phân tích tổng hợp: Khảo sát các công trình nghiên cứu trong và ngoài nước về bãi đỗ xe thông minh (mạng cảm biến không dây WSN, thị giác máy tính, IoT, máy học). Phân tích ưu nhược điểm của các loại cảm biến (siêu âm, hồng ngoại, camera, RFID).
  • Phương pháp thiết kế và tích hợp hệ thống nhúng: Phối hợp module ESP32-CAM AI-Thinker với đầu đọc tầm xa PK-UHF201 và cụm cảm biến định hướng xe gồm cảm biến quang trở (LDR) và module phát laser 5 mW.
  • Phương pháp xây dựng phần mềm hướng dịch vụ: Thiết kế backend theo mô hình MVC sử dụng Node.js, cơ sở dữ liệu hướng tài liệu NoSQL MongoDB và giao diện web tương tác thời gian thực.
  • Phương pháp thực nghiệm kiểm thử: Thiết lập các kịch bản kiểm thử chức năng đọc thẻ ở các dải tốc độ khác nhau, kiểm tra logic xử lý ngoại lệ (quét nhiều thẻ, xe vào/ra bất thường) và đánh giá độ chính xác tại hiện trường cổng bãi xe nhà B và E.

Thiết kế và triển khai

Kiến trúc tổng thể hệ thống

Hệ thống được thiết kế theo mô hình phân tầng gồm 4 khối chức năng chính:

  1. Khối thiết bị phần cứng (Hardware Layer): Lắp đặt tại cổng bãi đỗ xe, gồm có vi điều khiển ESP32-CAM, đầu đọc UHF RFID PK-UHF201, cặp cảm biến laser - LDR định hướng và đèn LED chỉ báo.
  2. Khối máy chủ trung tâm (Central Server): Chạy trên môi trường Node.js, tiếp nhận dữ liệu HTTP RESTful từ các node ESP32-CAM và cung cấp API cho giao diện người dùng.
  3. Khối cơ sở dữ liệu trung tâm (Central Database): Sử dụng MongoDB để lưu trữ dữ liệu có cấu trúc dạng JSON Document, quản lý các tập hợp dữ liệu (collections).
  4. Khối ứng dụng người dùng và quản trị (Client/Admin Applications): Giao diện web dành cho người dùng tra cứu chỗ trống, tìm xe, xem hóa đơn và giao diện quản trị viên kiểm soát thiết bị, cấu hình cổng, phân khu và thống kê.
       [ Cụm Thiết Bị Cổng ]
 (ESP32-CAM + PK-UHF201 + Laser/LDR)
         (Node.js Server)             (MongoDB NoSQL)
     [ Ứng Dụng Web / Dashboard ]
      (Quản trị viên & Người dùng)

Thiết kế phần cứng và cảm biến

  • Bo mạch điều khiển ESP32-CAM AI-Thinker: Trang bị chip ESP32-S lõi kép 32-bit Xtensa LX6, tích hợp module camera OV2640, Wi-Fi 802.11 b/g/n, giao tiếp UART, SPI, I2C, ADC và GPIO. Bo mạch thực hiện thu thập tín hiệu cảm biến, điều khiển camera chụp ảnh và nhận dữ liệu mã thẻ từ đầu đọc RFID qua UART.
  • Đầu đọc thẻ UHF RFID tầm xa PK-UHF201: Thiết kế dựa trên chip xử lý Impinj R2000, dải tần 902–928 MHz, công suất phát 0–30 dBm, chuẩn kháng bụi/nước IP54, khoảng cách đọc tối đa từ 5 đến 8 mét, hỗ trợ chuẩn ISO 18000-6C/6B. Thiết bị được cấu hình hoạt động ở chế độ Trigger (kích hoạt bằng mức logic cao từ ESP32) thay vì chế độ Active quét liên tục, giúp giảm điện năng tiêu thụ và nhiệt độ vận hành.
  • Cụm cảm biến định hướng Laser - LDR: Gồm 2 cặp thu phát (module phát laser đỏ bước sóng 650 nm, công suất 5 mW và module cảm biến quang trở LDR sử dụng IC so sánh kép LM393). Hai cặp cảm biến được đặt thẳng hàng nối tiếp nhau trên làn xe để xác định chiều chuyển động của phương tiện.

Thiết kế phần mềm nhúng trên ESP32-CAM

Phần mềm nhúng được lập trình bằng C/C++ trên framework ESP-IDF, tận dụng FreeRTOS để phân chia chương trình thành 4 tác vụ (task) chạy song song:

  • Task 1 (Sensor): Đọc tín hiệu số từ 2 cảm biến quang trở (sensor_front và sensor_rear). Ứng dụng mô hình máy trạng thái hữu hạn 3 bước để chống nhiễu và bắt ngoại lệ:
    1. Trạng thái Xác nhận: Kích hoạt khi xe bắt đầu đi vào và che cảm biến đầu tiên (xác định hướng check-in nếu sensor_front = 1 hoặc check-out nếu sensor_rear = 1).
    2. Trạng thái Chuẩn bị: Kích hoạt khi xe che đồng thời cả 2 cảm biến, gửi tín hiệu kích hoạt (trigger) đến Task Camera và Task Reader.
    3. Trạng thái Hoàn tất: Kích hoạt khi xe di chuyển qua cảm biến thứ nhất, chỉ còn cảm biến thứ hai bị che; xác nhận xe đã đi qua cổng thành công để gửi dữ liệu lên máy chủ.
  • Task 2 (Check-State): Tiếp nhận trạng thái từ Task 1, điều phối luồng xử lý và thiết lập đường dẫn API phù hợp (/check-in hoặc /check-out).
  • Task 3 (Camera): Nhận tín hiệu trigger để điều khiển camera OV2640 chụp ảnh biển số/xe, đóng gói dữ liệu hình ảnh và đẩy lên máy chủ qua endpoint riêng biệt (POST /check-in-image, POST /check-out-image).
  • Task 4 (Reader): Nhận tín hiệu trigger để bật đầu đọc PK-UHF201 qua chân điều khiển, đọc mã EPC nhận được qua cổng UART. Kiểm tra tính hợp lệ của thẻ (chế độ single-tag); nếu quét được nhiều thẻ hoặc lỗi đọc sẽ kích hoạt cờ cảnh báo.

Thiết kế cơ sở dữ liệu MongoDB

Cơ sở dữ liệu được tổ chức thành 10 collections chuyên biệt:

  1. areas: Quản lý danh sách các phân khu trong bãi đỗ xe và tổng số vị trí của từng khu.
  2. gates: Quản lý danh mục các cổng vào/ra, trạng thái hoạt động và liên kết phân khu.
  3. car_infos: Lưu trữ thông tin phương tiện (mã thẻ EPC, biển số, loại xe, chủ sở hữu).
  4. owners: Quản lý thông tin định danh của chủ xe (họ tên, số điện thoại, giấy tờ).
  5. users: Quản lý tài khoản, mật khẩu băm và phân quyền người dùng/quản trị viên.
  6. check_in_outs: Lưu vết lịch sử các phiên ra/vào, mã thẻ, thời gian vào/ra, liên kết ảnh chụp.
  7. bills: Quản lý hóa đơn đỗ xe, thời gian sử dụng dịch vụ và số tiền phải thanh toán.
  8. cameras: Lưu trữ thông tin kỹ thuật, địa chỉ IP và vị trí lắp đặt của các camera.
  9. readers: Quản lý thông số cấu hình, cổng kết nối và vị trí các đầu đọc UHF.
  10. sensors: Quản lý trạng thái và thông số gán chân của các cảm biến quang điện.

Nội dung chính theo từng chương

Chương 1. Tổng quan đề tài

Chương 1 phân tích bối cảnh áp lực giao thông và thực trạng thiếu hụt hạ tầng bãi đỗ xe tại TP. Hồ Chí Minh với số liệu ô tô lưu hành đạt 5 triệu xe năm 2022. Chương này khảo sát các công nghệ xây dựng bãi đỗ xe thông minh hiện nay, bao gồm mạng cảm biến không dây (WSN), thị giác máy tính, IoT và RFID. Khảo sát chỉ ra rằng WSN có nhược điểm về tuổi thọ pin và dễ nhiễu; camera đơn thuần dễ bị ảnh hưởng bởi ánh sáng môi trường; trong khi đó, công nghệ UHF RFID sở hữu tầm đọc xa, độ tin cậy cao, chi phí thẻ thấp và có thể tận dụng thẻ định danh EPC dán sẵn trên các phương tiện ô tô tại Việt Nam. Trên cơ sở đó, nhóm tác giả xác định mục tiêu và giới hạn kỹ thuật của đề tài.

Chương 2. Cơ sở lý thuyết

Chương 2 trình bày chi tiết về công nghệ UHF RFID, nguyên lý truyền thông sóng vô tuyến phản xạ ngược (backscatter coupling), dải tần số và cấu trúc định dạng thẻ GIAI-96 theo chuẩn EPCglobal Gen2 tại Việt Nam. Tiếp đó, chương phân tích thông số kỹ thuật của các linh kiện phần cứng: bo mạch ESP32-CAM, vi điều khiển ESP32-S lõi kép, module cảm biến quang trở LDR với IC so sánh LM393, module phát laser 5 mW bước sóng 650 nm, và đầu đọc tầm xa PK-UHF201. Về cơ sở lý thuyết phần mềm, chương trình bày phương pháp cấu hình đầu đọc qua giao diện UART, so sánh mô hình FreeRTOS đa nhiệm với Super Loop trên ESP-IDF, đồng thời giới thiệu hệ quản trị cơ sở dữ liệu MongoDB và nền tảng máy chủ Node.js.

Chương 3. Phân tích và thiết kế hệ thống

Chương 3 xây dựng kiến trúc tổng thể 4 tầng của hệ thống quản lý bãi đỗ xe. Nội dung tập trung vào thiết kế phần mềm nhúng cho ESP32-CAM với 4 task chạy đồng thời trên FreeRTOS, thiết kế máy trạng thái hữu hạn cho cụm cảm biến quang điện để phân biệt chính xác chiều xe và bắt các trường hợp ngoại lệ. Về phía máy chủ, chương mô tả kiến trúc MVC trên Node.js, chi tiết hóa cấu trúc 10 collections trong cơ sở dữ liệu MongoDB và thiết kế các lưu đồ chức năng API (đăng nhập, check-in, check-out, cảnh báo, quản lý phân khu, quản lý thiết bị, tạo hóa đơn, tính phí). Cuối chương là sơ đồ nguyên lý kết nối phần cứng và bố trí chân nối giữa ESP32-CAM, đầu đọc PK-UHF201, laser và cảm biến LDR.

Chương 4. Kết quả và đánh giá

Chương 4 công bố kết quả hiện thực phần cứng và phần mềm. Phần cứng được đóng gói hoàn chỉnh và lắp đặt thử nghiệm tại khu vực hầm bãi xe Tòa nhà B và Tòa nhà E thuộc Trường Đại học Công nghệ Thông tin. Phần mềm web server đã triển khai đầy đủ các giao diện: Dashboard tổng quan, Danh sách xe, Thông tin chủ xe, Quản lý check-in/check-out kèm hình ảnh đối chiếu, Quan sát trạng thái cổng, Quản lý phân khu, Quản lý thiết bị và Quản lý hóa đơn. Chương cũng trình bày các bảng kết quả kiểm thử chức năng, đo đạc độ chính xác đọc thẻ theo tốc độ xe và khả năng xử lý cảnh báo hệ thống khi phát sinh lỗi quét nhiều thẻ hoặc check-in/out sai quy trình.

Chương 5. Kết luận và hướng phát triển

Chương 5 tổng kết các kết quả đạt được đối chiếu với mục tiêu ban đầu, xác nhận hệ thống đã vận hành ổn định trên mô hình thực tế. Đồng thời, nhóm tác giả chỉ ra các hạn chế kỹ thuật và đề xuất các hướng mở rộng nghiên cứu trong tương lai.

Kết quả và đóng góp

Kết quả thực nghiệm chính

  • Triển khai phần cứng thực tế: Chế tạo và đóng gói hoàn chỉnh cụm thiết bị điều khiển và cụm cảm biến laser - LDR, lắp đặt và vận hành tại cổng bãi giữ xe ô tô Tòa nhà B và Tòa nhà E của Trường Đại học Công nghệ Thông tin.
  • Vận hành hệ thống nhúng đa nhiệm: Lập trình thành công ESP32-CAM trên ESP-IDF với FreeRTOS, điều phối đồng bộ 4 tác vụ: đọc cảm biến định hướng, điều khiển chụp ảnh từ camera OV2640, kích hoạt đầu đọc PK-UHF201 qua UART và truyền nhận dữ liệu HTTP RESTful.
  • Xây dựng hệ thống Web Server và CSDL: Hoàn thiện máy chủ Node.js và CSDL MongoDB với 10 collections, triển khai đầy đủ giao diện quản trị, giám sát lưu lượng thời gian thực, quản lý phân khu, quản lý hóa đơn và lưu trữ đối chiếu hình ảnh.
  • Xử lý các kịch bản ngoại lệ: Hệ thống hiển thị thông báo cảnh báo trực quan và ghi nhận log trong các trường hợp: phát hiện nhiều thẻ UHF trong vùng quét cùng lúc, xe check-in nhiều lần liên tiếp, hoặc xe thực hiện check-out khi chưa có dữ liệu check-in hợp lệ.
  • Kiểm thử hiệu năng đọc thẻ: Hệ thống đáp ứng các chỉ số kỹ thuật đã đề ra với tập dữ liệu 50 xe ô tô thử nghiệm di chuyển qua cổng ở vận tốc dưới 10 km/h và khoảng cách đọc thẻ đạt 3 mét.

Giải pháp và cải tiến kỹ thuật do tác giả đề xuất

  • Cơ chế kích hoạt Trigger tiết kiệm năng lượng: Thay vì để đầu đọc tầm xa phát sóng liên tục (chế độ Active gây tiêu tốn điện năng và làm nóng thiết bị), nhóm đề xuất giải pháp kích hoạt theo sự kiện bằng xung mức cao từ vi điều khiển dựa trên tín hiệu phát hiện xe từ cảm biến.
  • Thuật toán máy trạng thái 3 giai đoạn: Giải quyết triệt để bài toán nhận diện sai hướng chuyển động của xe khi tài xế tiến vào vùng cảm biến rồi lùi lại, đảm bảo dữ liệu check-in/check-out chỉ được gửi lên máy chủ khi xe đã đi qua cổng hoàn toàn.
  • Tận dụng thẻ EPC dán sẵn: Khai thác hạ tầng thẻ định danh GIAI-96 có sẵn trên ô tô tại Việt Nam, loại bỏ chi phí mua sắm và phát hành thẻ RFID thủ công cho ban quản lý bãi xe.

Đóng góp của đề tài

Khóa luận đã hiện thực hóa một mô hình hệ thống quản lý bãi đỗ xe ô tô tự động có chi phí đầu tư thấp, kết hợp hiệu quả giữa công nghệ UHF RFID tầm xa và vi điều khiển IoT ESP32-CAM. Đề tài cung cấp giải pháp kỹ thuật hoàn chỉnh từ thiết kế phần cứng, lập trình hệ điều hành thời gian thực nhúng đến xây dựng hệ thống phần mềm quản lý máy chủ và cơ sở dữ liệu NoSQL, có khả năng ứng dụng thực tế cho các bãi đỗ xe trung tâm thương mại và tòa nhà quy mô vừa và nhỏ.

Hạn chế và hướng nghiên cứu tiếp

Hạn chế kỹ thuật

Dựa trên phạm vi và nội dung trình bày trong khóa luận, hệ thống còn một số điểm hạn chế:

  • Phạm vi thử nghiệm chỉ giới hạn tại 2 bãi đỗ xe của Trường Đại học Công nghệ Thông tin với quy mô tập mẫu thử nghiệm là 50 xe ô tô.
  • Vận tốc phương tiện khi qua cổng kiểm soát bị giới hạn ở mức tối đa 10 km/h và khoảng cách đọc thẻ thực tế được thiết lập trong phạm vi 3 mét.
  • Hình ảnh chụp từ camera OV2640 của module ESP32-CAM hiện chỉ phục vụ mục đích lưu trữ và đối chiếu trực quan trên giao diện web, chưa tích hợp thuật toán nhận diện biển số tự động (ANPR) bằng thị giác máy tính.
  • Môi trường không gian tầng hầm có kết cấu kim loại và vật cản có thể gây suy hao hoặc phản xạ sóng vô tuyến UHF trong một số điều kiện lắp đặt phức tạp.

Hướng phát triển tiếp theo

  • Mở rộng quy mô thử nghiệm hệ thống với số lượng phương tiện lớn hơn và triển khai trên các bãi đỗ xe có nhiều cổng ra/vào đồng thời.
  • Tích hợp mô hình học máy (Machine Learning) hoặc thị giác máy tính trên máy chủ để tự động nhận dạng biển số xe từ hình ảnh camera, tăng cường khả năng xác thực hai lớp (khớp mã thẻ EPC và biển số xe).
  • Tích hợp cổng thanh toán trực tuyến tự động (ví điện tử, thẻ ngân hàng) thông qua hệ thống hóa đơn điện tử.
  • Phát triển ứng dụng di động dành riêng cho người lái xe để hỗ trợ đặt chỗ trước, định vị dẫn đường đến vị trí đỗ còn trống và tra cứu vị trí xe trong bãi theo thời gian thực.

Giá trị tham khảo

Tài liệu khóa luận có giá trị tham khảo chuyên môn cao đối với:

  • Sinh viên và nghiên cứu sinh ngành Kỹ thuật Máy tính, Điện tử Viễn thông, Công nghệ Thông tin và Hệ thống IoT: Cung cấp tài liệu tham khảo chi tiết về quy trình lập trình nhúng đa nhiệm trên ESP32 sử dụng FreeRTOS và ESP-IDF framework (Mục 2.7, Mục 3.2).
  • Kỹ sư phát triển hệ thống giao thông thông minh (ITS) và kiểm soát ra/vào: Cung cấp thông số cấu hình chuẩn, cấu trúc mã hóa dữ liệu thẻ GIAI-96 tại Việt Nam (Bảng 2.3) và phương pháp tích hợp đầu đọc UHF RFID tầm xa PK-UHF201 với bộ điều khiển vi xử lý (Mục 2.5, Mục 3.3).
  • Lập trình viên phát triển ứng dụng web và cơ sở dữ liệu: Cung cấp mô hình thiết kế cơ sở dữ liệu NoSQL MongoDB gồm 10 collections chuyên dụng cho bài toán quản lý phân khu, cổng và giám sát luồng phương tiện ra/vào thời gian thực (Mục 3.2, Mục 4.2).

Câu hỏi thường gặp

1. Hệ thống sử dụng loại thẻ RFID nào và cấu trúc mã định danh của thẻ tại Việt Nam được quy định ra sao?

Hệ thống sử dụng thẻ thụ động UHF RFID (Passive Tag) tuân theo tiêu chuẩn EPCglobal Class 1 Gen 2 (ISO 18000-6C), hoạt động ở dải tần 902–928 MHz. Dữ liệu trong thẻ dán trên kính/đèn ô tô tại Việt Nam được mã hóa theo cấu trúc Global Individual Asset Identifier (GIAI-96) gồm 5 trường: Header (8 bit, giá trị 34), Filter (3 bit, giá trị 0), Partition (3 bit, giá trị 5), Company Prefix (24 bit, dải 8934112–8934127 do Tổng cục Đường bộ quản lý) và Individual Asset Reference (58 bit định danh duy nhất phương tiện).

2. Vì sao nhóm tác giả cấu hình đầu đọc PK-UHF201 hoạt động ở chế độ Trigger thay vì Active?

Chế độ Active yêu cầu đầu đọc liên tục phát sóng vô tuyến để quét tìm thẻ, gây lãng phí năng lượng lớn và làm tăng nhiệt độ thiết bị khi vận hành dài hạn. Nhóm tác giả cấu hình đầu đọc ở chế độ Trigger kích hoạt mức cao: đầu đọc chỉ thức dậy và thực hiện quét trong một khoảng thời gian nhất định khi nhận được tín hiệu điều khiển từ ESP32-CAM sau khi hệ thống cảm biến quang trở xác nhận có xe đi vào vùng kiểm soát.

3. Thuật toán máy trạng thái của cụm cảm biến giải quyết các tình huống ngoại lệ như thế nào?

Hệ thống sử dụng 2 cặp cảm biến laser - LDR đặt nối tiếp và quản lý qua máy trạng thái 3 bước: Xác nhận (phát hiện xe che cảm biến trước hoặc sau để nhận diện chiều vào/ra), Chuẩn bị (xe che đồng thời cả 2 cảm biến, kích hoạt camera và đầu đọc UHF), và Hoàn tất (xe đi qua cảm biến thứ nhất, chỉ còn che cảm biến thứ hai, hoàn tất ghi nhận và gửi dữ liệu lên server). Nếu xe chạm cảm biến đầu tiên rồi lùi ra mà không che cảm biến thứ hai, hệ thống sẽ tự hủy trạng thái và quay về chế độ chờ (Idle), ngăn chặn việc kích hoạt sai luồng dữ liệu.

4. Các tác vụ phần mềm nhúng được phân chia như thế nào trên nền tảng FreeRTOS của ESP32-CAM?

Chương trình nhúng trên ESP32-CAM được phân chia thành 4 tác vụ song song:

  • Task 1 (Sensor): Đọc giá trị 2 cảm biến quang trở và xác định trạng thái check-in, check-out hoặc idle.
  • Task 2 (Check-State): Nhận trạng thái từ Task 1 và điều phối luồng kích hoạt camera, đầu đọc tương ứng.
  • Task 3 (Camera): Điều khiển camera OV2640 chụp ảnh phương tiện và gửi gói tin ảnh lên server.
  • Task 4 (Reader): Nhận mã thẻ EPC từ đầu đọc UHF qua UART, kiểm tra tính hợp lệ của gói tin (single-tag) và gửi dữ liệu định danh lên server.

5. Quy mô thử nghiệm và các thông số giới hạn hoạt động thực tế của đề tài là bao nhiêu?

Hệ thống được lắp đặt thử nghiệm tại hầm xe Tòa nhà B và Tòa nhà E của Trường Đại học Công nghệ Thông tin (ĐHQG TP.HCM). Giới hạn kỹ thuật và quy mô đánh giá bao gồm: vận tốc tối đa của phương tiện khi qua cổng là 10 km/h, khoảng cách đọc thẻ RFID thực tế đạt tối đa 3 mét, và tập dữ liệu thử nghiệm đánh giá gồm 50 xe ô tô.

Kết luận

Khóa luận tốt nghiệp của sinh viên Đồng Quang Quyền và Tô Quang Huấn đã nghiên cứu, thiết kế và chế tạo thành công mô hình hệ thống quản lý bãi đỗ xe ô tô tự động ứng dụng công nghệ UHF RFID và vi điều khiển ESP32-CAM. Bằng việc tận dụng trực tiếp hạ tầng thẻ eTag EPC GIAI-96 sẵn có trên phương tiện giao thông tại Việt Nam kết hợp với kiến trúc phần mềm nhúng FreeRTOS và máy chủ Node.js/MongoDB, hệ thống đã tự động hóa hiệu quả quy trình kiểm soát check-in/check-out và quản lý dữ liệu bãi xe. Kết quả thử nghiệm thực tế tại Trường Đại học Công nghệ Thông tin chứng minh tính khả thi, độ tin cậy và khả năng ứng dụng thực tiễn của giải pháp trong việc tối ưu hóa hạ tầng đỗ xe đô thị.