CHƯƠNG 1.1 Giới thiệu Tình trạng mật độ dân cư tăng nhanh chóng đang diễn ra ở nhiều thành phố trên thế giới, và điều này đặc biệt phổ biến ở các thành phố lớn và đô thị phát triển. Việc tăng cường dân số cùng với sự phát triển kinh tế đồng nghĩa với việc tăng cường vận tải cá nhân và lưu thông giao thông. Điều này gây ra những thách thức đối với việc quản lý đô thị và đặc biệt là vấn đề về chỗ đỗ xe. Các bãi đỗ xe truyền thống, trong bối cảnh tăng cường mật độ dân cư và số lượng phương tiện, gặp phải nhiều vấn đề.
An ninh, chất lượng bảo quản phương tiện, cũng như phương pháp quản lý đều gặp nhiều hạn chế. Không chỉ vậy, diện tích sử dụng lớn cùng với chi phí đỗ xe cao cũng làm cho người dân gặp phải nhiều khó khăn khi đi lại và sử dụng dịch vụ đỗ xe. Mô hình truyền thống của bãi đỗ xe không còn phù hợp với hình ảnh văn minh, hiện đại của các khu vực đô thị ngày nay. Đối với một đô thị muốn phát triển và tiến bộ, việc cải thiện hệ thống quản lý đỗ xe là cực kỳ cần thiết.
Nhiều vấn đề đã được giải quyết nhanh gọn với công nghệ điện tử và tự động hóa. Các bãi giữ xe truyền thống đã không còn phù hợp với hầu hết các tòa nhà, chung cư hay bệnh viện… vì những rắc rồi mà nó mang lại. Với hệ thống giữ xe bằng thẻ từ các vấn đề nan giải muôn thưở như vấn đề ùn tắc, tình trạng mất xe, mất vé gửi… dường như đã được giải quyết triệt để. Xuất phát từ các vấn đề thiết thực đó đề tài “ Bãi giữ xe thông minh ứng dụng công nghệ RFID ” đã được chọn cho quá trình nghiên cứu.2 Yêu cầu kỹ thuật Mục tiêu của Đồ án hệ thống nhúng lần này là xây dựng hệ thống bãi giữ xe sử dụng thẻ từ RFID.
Một ý tưởng thú vị để thực hiện đồ án bãi giữ xe sử dụng thẻ từ RFID bằng PIC18F4520 là tạo ra một hệ thống tự động và hiệu quả cho việc quản lý bãi giữ xe. Trước hết, hệ thống sẽ được trang bị các thiết bị đọc thẻ RFID được đặt ở cổng vào và cổng ra của bãi giữ xe. Khi một xe đến, hệ thống sẽ tự động đọc thông tin từ thẻ RFID mà xe đó mang theo. PIC18F4520 sẽ đảm nhận vai trò trung tâm của Hệ thống bãi giữ xe sử dụng thẻ từ RFID ĐỒ ÁN HỆ THỐNG NHÚNG Trang 2 hệ thống, nhận dữ liệu từ thiết bị đọc thẻ RFID và xử lý thông tin.
Thông qua các thuật toán phù hợp, PIC18F4520 sẽ xác định tính hợp lệ của thẻ, ghi nhận thời gian vào và ra của xe và cập nhật cơ sở dữ liệu về việc giữ xe. Bên cạnh đó, hệ thống sẽ có một giao diện người dùng đơn giản và thân thiện. Người dùng có thể dễ dàng xem thông tin về việc đọc thẻ từ RFID và trạng thái của việc giữ xe thông qua một màn hình hiển thị. Một phần quan trọng khác của ý tưởng này là về tính bảo mật.
Hệ thống sẽ được thiết kế để chỉ cho phép xe ra vào khi có thông tin thẻ RFID hợp lệ. Các biện pháp bảo mật như mã hóa dữ liệu và xác thực người dùng cũng sẽ được tích hợp để đảm bảo an toàn cho hệ thống. Cuối cùng, hệ thống sẽ tự động điều khiển cổng vào/ra của bãi giữ xe dựa trên thông tin từ thẻ RFID. Điều này giúp tăng cường tính tự động và hiệu quả của quá trình giữ xe.
Tóm lại, ý tưởng này kết hợp giữa công nghệ thẻ từ RFID và vi điều khiển PIC18F4520 để tạo ra một hệ thống quản lý bãi giữ xe thông minh, tự động và an toàn.3 Ý tưởng thực hiện Một ý tưởng độc đáo để thực hiện đồ án bãi giữ xe sử dụng thẻ từ RFID là xây dựng một hệ thống quản lý thông minh và tiện lợi cho việc giữ xe tại các bãi đỗ công cộng hoặc tòa nhà cao tầng. Hệ thống sẽ bao gồm các thiết bị đọc thẻ RFID được đặt ở cổng vào và cổng ra của bãi giữ xe. Mỗi xe sẽ được trang bị một thẻ RFID có chứa thông tin cá nhân và dữ liệu về việc sử dụng dịch vụ giữ xe. Khi một xe đến, thiết bị đọc thẻ sẽ tự động đọc thông tin từ thẻ RFID và gửi dữ liệu đó đến một trung tâm điều khiển.
Trung tâm điều khiển sẽ xử lý thông tin từ thiết bị đọc thẻ, kiểm tra tính hợp lệ của thẻ RFID và quản lý việc lưu trữ xe trong bãi giữ xe. Bên cạnh đó, hệ thống sẽ cung cấp một giao diện người dùng đơn giản, thân thiện để người dùng có thể dễ dàng kiểm tra thông tin về việc giữ xe. Một yếu tố quan trọng khác của ý tưởng này là về tính bảo mật. Thẻ RFID và dữ liệu liên quan sẽ được mã hóa để đảm bảo an toàn và tránh sự xâm nhập không mong muốn vào hệ thống.
Cuối cùng, hệ thống cũng sẽ được tích hợp với cổng vào/ra của bãi giữ xe để tự động điều khiển việc ra vào của xe dựa trên thông tin từ thẻ RFID. Tóm lại, ý tưởng này Hệ thống bãi giữ xe sử dụng thẻ từ RFID ĐỒ ÁN HỆ THỐNG NHÚNG Trang 3 kết hợp giữa công nghệ thẻ từ RFID và các thiết bị điều khiển để tạo ra một hệ thống quản lý bãi giữ xe thông minh, hiệu quả, tiện lợi và an toàn cho cả người sử dụng và quản lý. Hệ thống bãi giữ xe sử dụng thẻ từ RFID ĐỒ ÁN HỆ THỐNG NHÚNG Trang 4 CHƯƠNG 2. THIẾT KẾ PHẦN CỨNG 2.1 Sơ đồ khối KHỐI KHỐI KHỐI RFID NÚT NHẤN SENSOR KHỐI VI ĐIỀU KHIỂN KHỐI KHỐI HIỆN THỊ SERVO KHỐI NGUỒN Hình 2-1: Sơ đồ khối Hệ thống bãi giữ xe sử dụng thẻ từ RFID ĐỒ ÁN HỆ THỐNG NHÚNG Trang 5 Qua hình ảnh sơ đồ khối ở trên ( Hình 2-1), khối nguồn sẽ cung cấp nguồn điện cho toàn bộ hệ thống.
Vi điều khiển sẽ nhận các tín hiệu từ các khối như khối nút nhấn, khối sensor, khối RFID và khối nguồn. Sau đó, khối điều khiển sẽ xử lý thông tin và hiển thị thông báo ở khối hiện thị. Đồng thời, nó sẽ gửi tín hiệu đến servo để điều khiển cổng mở ra hoặc đóng lại.2 Thiết kế trên Proteus Hình 2-2: Thiết kế mạch trên Proteus 2.3 Khối vi điều khiển 2.1 Giới thiệu về khối vi điều khiển Microcontroller là khối vi điều khiển, một thành phần quan trọng trong nhiều hệ thống điện tử hiện đại. Nó là một thiết bị điện tử nhúng tích hợp trên một vi mạch duy nhất bao gồm một bộ xử lý trung tâm (CPU), các giao tiếp vào/đầu ra (I/O), bộ nhớ (ROM hoặc RAM) và nhiều chức năng khác như bộ chuyển đổi analog–to–digital (ADC), bộ định thời (Timer).
Hệ thống bãi giữ xe sử dụng thẻ từ RFID ĐỒ ÁN HỆ THỐNG NHÚNG Trang 6 Các chức năng chính của khối vi điều khiển bao gồm: Kiểm soát các thiết bị ngoại vi như cảm biến, động cơ, bộ điều khiển mạng, màn hình hiển thị, đèn LED. Thu thập, xử lý và lưu trữ dữ liệu từ các thiết bị ngoại vi và các nguồn khác. Điều khiển các thiết bị ngoại vi dựa trên các tín hiệu đầu vào và chương trình điều khiển được lập trình trước. Các loại vi điều khiển phổ biến bao gồm: Vi điều khiển AVR của Microchip và vi điều khiển PIC của Atmel là hai trong số những loại phổ biến, với khả năng linh hoạt và đáng tin cậy trong nhiều ứng dụng điện tử; Vi điều khiển STM32 của STMicroelectronics được biết đến với hiệu suất cao và tính linh hoạt, thích hợp cho các dự án đòi hỏi hiệu suất và tính năng nâng cao; Vi điều khiển Arduino, dựa trên AVR, là lựa chọn phổ biến cho các dự án phát triển nhanh, với cộng đồng lớn và các tài liệu hỗ trợ phong phú.
Mỗi loại vi điều khiển có tính năng và ứng dụng riêng biệt, từ việc điều khiển thiết bị đơn giản đến xử lý dữ liệu phức tạp và giao tiếp mạng. Vi điều khiển là công cụ quan trọng giúp các nhà phát triển thực hiện ý tưởng và sáng tạo trong lĩnh vực điện tử và IoT.2 Vi điều khiển PIC18F4520 Hình 2-3: PIC18F4520 Vi điều khiển PIC18F4520 (Hình 2-3) của Microchip là một trong những lựa chọn phổ biến và mạnh mẽ cho các nhà phát triển trong lĩnh vực điện tử và tự động hóa. Với sự kết hợp của hiệu suất, linh hoạt và tính ổn định, nó đã trở thành một trong Hệ thống bãi giữ xe sử dụng thẻ từ RFID ĐỒ ÁN HỆ THỐNG NHÚNG Trang 7 những chip ưa chuộng cho các dự án yêu cầu mức độ phức tạp trung bình đến cao.Với bộ xử lý RISC 8-bit và tốc độ xung nhịp lên đến 40 MHz, PIC18F4520 cung cấp một nền tảng mạnh mẽ để thực hiện các chức năng điều khiển và xử lý dữ liệu. Bộ nhớ FLASH lên đến 32 KB và RAM lên đến 1536 bytes cung cấp không gian đủ cho việc lưu trữ mã chương trình và dữ liệu trong các ứng dụng phức tạp.
Kích thước bộ nhớ chương trình 32 kB Kích thước Dữ liệu RAM 1.5 kB Tần số đồng hồ tối đa 40 MHz Độ phân giải ADC 10 bit Số lượng I/O 36 I/O Điện áp cấp nguồn - Tối thiểu 4.2 V Điện áp cấp nguồn - Tối đa 5.5 V Độ rộng bus dữ liệu 8 bit Nhiệt độ làm việc tối thiểu -40 ºC Nhiệt độ làm việc tối đa 85 ºC Loại RAM dữ liệu RAM Kích thước ROM dữ liệu 256 kB Loại ROM dữ liệu Flash Loại giao diện I2C, MSSP, PSP, SPI, USART Số lượng kênh ADC 13 Channel Số bộ hẹn giờ/bộ đếm 1 Timer Chiều cao 3.81 mm Chiều dài 52.26 mm Chiều rộng 13.84 mm Bảng 2-1: Thông số kỹ thuật PIC18F4520 Ở bảng thông số kỹ thuật của PIC18F4520 (bảng 2-1), PIC18F4520 tích hợp một loạt các tính năng hữu ích như chuyển đổi A/D, PWM, UART, SPI và I2C, mở ra nhiều cơ hội cho việc kết nối và giao tiếp với các thiết bị ngoại vi và các thành phần khác. Hệ thống bãi giữ xe sử dụng thẻ từ RFID ĐỒ ÁN HỆ THỐNG NHÚNG Trang 8 Điều này làm cho nó trở thành một lựa chọn lý tưởng cho các ứng dụng đa dạng từ điều khiển thiết bị, tự động hóa công nghiệp, đến các thiết bị y tế và điện tử tiêu dùng. PIC18F4520 không chỉ nổi bật với tính năng kỹ thuật mạnh mẽ, mà còn nhờ vào sự hỗ trợ toàn diện từ Microchip và cộng đồng phát triển rộng lớn.