Đồ án HCMUTE: Thiết kế và thi công mô hình quản lý bãi giữ xe ô tô

Đồ án nghiên cứu hcmute thiết kế và thi công mô hình quản lí bãi giữ xe ô tô, thiết kế chi tiết, tính toán kỹ thuật theo tiêu chuẩn, đánh giá tính khả thi dự án.

• Tác giả: Lê Đức Huy
• Người hướng dẫn: TS. Trần Quang Thọ
• Trường học: Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật Thành Phố Hồ Chí Minh
• Chuyên ngành: Công Nghệ Kỹ Thuật Điện - Điện Tử
• Đề tài: Thiết Kế Và Thi Công Mô Hình Quản Lý Bãi Giữ Xe Ô Tô
• Loại tài liệu: đồ án tốt nghiệp
• Năm xuất bản: 2020
• Địa điểm: Thành Phố Hồ Chí Minh

Mục lục chi tiết

• LỜI CẢM ƠN
• 1. CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG QUẢN LÝ BÃI GIỮ XE THÔNG MINH
• 1.1. GIỚI THIỆU
• 1.2. CÁC THÀNH PHẦN TẠO NÊN MỘT HỆ THỐNG THÔNG MINH
• 1.3. ĐÁNH GIÁ NHỮNG ƯU ĐIỂM CỦA MÔ HÌNH HỆ THỐNG QUẢN LÝ BÃI GIỮ XE THÔNG MINH
• 2. CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT
• 2.1. GIỚI THIỆU
• 2.2. CẢM BIẾN NHẬN BIẾT TÍN HIỆU
• 2.3. PHÂN LOẠI CẢM BIẾN
• 2.4. CÁC PHẦN MỀM LẬP TRÌNH ĐỂ XỬ LÝ TÍN HIỆU
• 2.5. MỘT SỐ KIỂU TRUYỀN TÍN HIỆU THÔNG DỤNG
• 2.6. CHUẨN GIAO TIẾP RS232
• 2.7. MỘT SỐ LINH KIỆN KHÁC
• 3. CHƯƠNG 3: THIẾT KẾ VÀ THI CÔNG
• 3.1. SƠ ĐỒ MẠCH ĐỘNG LỰC
• 3.2. SƠ ĐỒ KHỐI HỆ THỐNG
• 3.3. QUI TRÌNH HOẠT ĐỘNG
• 3.4. CHƯƠNG TRÌNH
• 3.4.1. MÔ HÌNH THỰC TẾ
• 3.4.2. CÁCH VẬN HÀNH
• 3.4.3. NHẬN XÉT KẾT QUẢ
• 4. CHƯƠNG 4: KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN
• 4.1. KẾT LUẬN
• 4.2. HƯỚNG PHÁT TRIỂN ĐỀ TÀI
• TÀI LIỆU THAM KHẢO
• PHỤ LỤC

Tóm tắt

I. Thiết kế mô hình quản lý bãi giữ xe Tổng quan hệ thống

Đồ án tốt nghiệp "Thiết kế và thi công mô hình quản lý bãi giữ xe ô tô tại HCMUTE" tập trung vào việc xây dựng một hệ thống quản lý bãi giữ xe thông minh, giải quyết các vấn đề quản lý bãi xe truyền thống. Mô hình quản lý bãi giữ xe này ứng dụng công nghệ IoT, cụ thể là sử dụng chip Zigbee cho truyền dữ liệu không dây. Việc lựa chọn Zigbee hướng đến giải pháp tiết kiệm chi phí và dễ dàng vận hành, sửa chữa so với các công nghệ khác như Wifi hay Bluetooth. Giải pháp quản lý bãi giữ xe được thiết kế nhằm đáp ứng nhu cầu ngày càng tăng của các thành phố lớn như Thành phố Hồ Chí Minh, nơi số lượng ô tô gia tăng đáng kể. Hệ thống quản lý bãi giữ xe thông minh này hướng đến việc tự động hóa quá trình quản lý, bao gồm việc giám sát vị trí đậu xe, cảnh báo đậu xe sai quy định, và hiển thị tình trạng bãi xe trên màn hình máy tính. Quản lý bãi xe ô tô HCMUTE trong đồ án này là một ví dụ ứng dụng cụ thể của mô hình chung.

1.1. Thành phần hệ thống

Hệ thống quản lý bãi giữ xe bao gồm hai thành phần chính: phần cứng và phần mềm. Phần cứng gồm các cảm biến vật cản hồng ngoại gương phản xạ R2N1, module Zigbee, IC PIC 16F887, và các linh kiện điện tử khác. Cảm biến R2N1 được chọn vì tính phổ biến, dễ sử dụng, và chi phí thấp. Module Zigbee đảm bảo truyền dữ liệu không dây giữa các cảm biến và trung tâm điều khiển. IC PIC 16F887 xử lý tín hiệu từ các cảm biến. Phần mềm quản lý bãi giữ xe được viết trên Visual Studio, sử dụng ngôn ngữ C#, giúp giao tiếp với phần cứng và hiển thị thông tin trực quan trên màn hình máy tính. Ứng dụng quản lý bãi giữ xe này đơn giản, dễ sử dụng và bảo trì. Thiết kế hệ thống quản lý bãi giữ xe này chú trọng đến tính thực tiễn và khả năng ứng dụng rộng rãi.

1.2. Ưu điểm và hạn chế

Mô hình quản lý bãi giữ xe thông minh này có nhiều ưu điểm: tự động hóa, nhanh chóng, dễ sử dụng, chi phí thấp, dễ bảo trì, và khả năng mở rộng. Hệ thống tự động cảnh báo vị trí đậu xe sai quy định và hiển thị tình trạng bãi xe trên màn hình. Quản lý bãi xe thông minh HCMUTE dựa trên giải pháp này tiết kiệm thời gian, nhân lực, và giải quyết vấn đề ùn tắc giao thông. Tuy nhiên, giải pháp quản lý bãi giữ xe này vẫn có một số hạn chế. Số lượng cảm biến cần tăng tỉ lệ thuận với số lượng ô tô, dẫn đến tăng chi phí nếu mở rộng quy mô lớn. Phần mềm quản lý bãi giữ xe cần được phát triển thêm các tính năng như thanh toán tự động hoặc tích hợp với hệ thống quản lý khác. Nghiên cứu mô hình quản lý bãi giữ xe cần tiếp tục được thực hiện để khắc phục những hạn chế này.

II. Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Chương này trình bày cơ sở lý thuyết về các thành phần của hệ thống quản lý bãi giữ xe, bao gồm cảm biến, vi điều khiển, và giao tiếp không dây. Phân tích hệ thống quản lý bãi giữ xe dựa trên các mô hình sẵn có và nghiên cứu trước đây, giúp xác định các nhược điểm và đề xuất cải tiến. Cơ sở dữ liệu quản lý bãi giữ xe được thiết kế để lưu trữ thông tin hiệu quả. Phần mềm quản lý bãi giữ xe sử dụng thuật toán phù hợp để xử lý dữ liệu từ các cảm biến. Thiết kế database quản lý bãi giữ xe là một phần quan trọng của hệ thống. Quản lý dữ liệu được tối ưu để đảm bảo tốc độ và độ chính xác. Công nghệ thông tin đóng vai trò quan trọng trong việc thiết kế và triển khai hệ thống.

2.1. Cảm biến và vi điều khiển

Đồ án sử dụng cảm biến vật cản hồng ngoại gương phản xạ R2N1 để phát hiện vị trí xe. Cảm biến nhận biết tín hiệu này có ưu điểm về giá thành và độ tin cậy. Vi điều khiển PIC 16F887 được chọn để xử lý tín hiệu từ cảm biến và điều khiển các thiết bị khác trong hệ thống. Lập trình quản lý bãi giữ xe được thực hiện trên môi trường CCS. Phân loại cảm biến được nghiên cứu để lựa chọn loại cảm biến phù hợp nhất với hệ thống. Thiết kế phần cứng tối ưu hóa hiệu suất và độ ổn định của hệ thống. An ninh bãi giữ xe được đảm bảo thông qua việc giám sát và quản lý chặt chẽ.

2.2. Giao tiếp không dây và phần mềm

Module Zigbee được sử dụng để truyền dữ liệu không dây giữa các cảm biến và máy tính. Chuẩn giao tiếp này được chọn vì tính năng tiết kiệm năng lượng và chi phí thấp. Phần mềm quản lý bãi giữ xe được viết trên Visual Studio với ngôn ngữ C#. Thiết kế ứng dụng quản lý bãi giữ xe hướng tới giao diện người dùng thân thiện và dễ sử dụng. Quản lý vé bãi giữ xe có thể được tích hợp vào hệ thống trong tương lai. Thanh toán bãi giữ xe tự động cũng là một hướng phát triển tiềm năng. An ninh được cải thiện nhờ hệ thống giám sát và quản lý từ xa.

III. Triển khai và đánh giá hệ thống

Chương này mô tả quá trình triển khai hệ thống quản lý bãi giữ xe. Mô hình thực tế được xây dựng với 8 vị trí đậu xe, chia thành 2 nhóm, mỗi nhóm sử dụng 1 IC PIC 16F887. Sơ đồ khối hệ thống và sơ đồ mạch động lực được minh họa chi tiết. Quá trình hoạt động của hệ thống được giải thích rõ ràng. Kết quả đạt được bao gồm việc xây dựng thành công mô hình vật lý và phần mềm quản lý. Phân tích hệ thống quản lý bãi giữ xe cho thấy hiệu quả của hệ thống trong việc giám sát và quản lý bãi giữ xe. Xu hướng quản lý bãi giữ xe hiện đại được tham khảo để định hướng phát triển hệ thống.

3.1. Xây dựng mô hình vật lý

Mô hình vật lý được xây dựng với 8 vị trí đậu xe, được chia thành hai nhóm. Mỗi nhóm sử dụng một IC PIC 16F887 để xử lý tín hiệu từ các cảm biến. Thiết kế hệ thống đảm bảo tính linh hoạt và khả năng mở rộng. Cấu trúc hệ thống được thiết kế tối ưu để giảm thiểu chi phí và tăng hiệu quả hoạt động. Việc triển khai hệ thống diễn ra suôn sẻ và đáp ứng được các yêu cầu đề ra. Bãi giữ xe thông minh HCMUTE được xây dựng dựa trên mô hình này chứng minh khả năng áp dụng thực tiễn của hệ thống. Thách thức quản lý bãi giữ xe được giải quyết một phần nhờ vào mô hình này.

3.2. Phát triển phần mềm và đánh giá

Phần mềm quản lý được phát triển trên Visual Studio sử dụng ngôn ngữ C#. Giao diện người dùng thân thiện và dễ sử dụng. Phần mềm có khả năng hiển thị tình trạng bãi xe, cảnh báo vị trí đậu xe sai quy định, và lưu trữ dữ liệu. Kết quả thử nghiệm cho thấy hệ thống hoạt động ổn định và chính xác. Phân tích hiệu quả hệ thống cho thấy khả năng ứng dụng trong thực tế. Ý nghĩa thực tiễn của đồ án được nhấn mạnh thông qua việc áp dụng công nghệ vào giải quyết vấn đề thực tế. Sinh viên HCMUTE tham gia dự án đã tích lũy được kinh nghiệm quý báu.

IV. Kết luận và hướng phát triển

Đồ án đã thành công trong việc thiết kế mô hình quản lý bãi giữ xe ô tô sử dụng công nghệ Zigbee. Mô hình quản lý bãi xe thông minh HCMUTE đã được xây dựng và thử nghiệm thành công. Hệ thống quản lý bãi giữ xe tự động này mang lại nhiều lợi ích về mặt kinh tế và xã hội. Tuy nhiên, vẫn còn một số hạn chế cần được khắc phục trong tương lai. Hướng phát triển đề tài bao gồm việc nâng cấp phần mềm, tích hợp các tính năng mới, và mở rộng quy mô hệ thống. Quản lý vận về bãi giữ xe cần được nghiên cứu kỹ hơn.

4.1. Kết luận chính

Đồ án đã hoàn thành mục tiêu đề ra, xây dựng thành công mô hình quản lý bãi giữ xe ô tô thông minh, hiệu quả và tiết kiệm chi phí. Hệ thống quản lý bãi giữ xe này sử dụng công nghệ không dây Zigbee, cho phép giám sát từ xa và cảnh báo kịp thời. Giải pháp quản lý bãi giữ xe này có tính ứng dụng cao trong thực tế. Đồ án tốt nghiệp HCMUTE này đóng góp vào việc ứng dụng công nghệ vào giải quyết vấn đề thực tiễn. Lập trình quản lý bãi giữ xe đã được tối ưu để đảm bảo hiệu suất cao. An ninh bãi giữ xe được nâng cao nhờ hệ thống giám sát.

4.2. Hướng phát triển trong tương lai

Các hướng phát triển trong tương lai bao gồm: tích hợp hệ thống thanh toán điện tử, nâng cao tính năng bảo mật, mở rộng quy mô hệ thống, tích hợp với các hệ thống quản lý khác. Quản lý vé bãi giữ xe có thể được tích hợp thông qua ứng dụng di động. Ứng dụng quản lý bãi giữ xe có thể được cải tiến để cung cấp thêm nhiều tính năng hữu ích cho người dùng. Thiết kế hệ thống cần được tối ưu hơn nữa để đáp ứng nhu cầu của các bãi giữ xe lớn. Dự án tốt nghiệp HCMUTE này mở ra nhiều cơ hội nghiên cứu và phát triển trong lĩnh vực này.

Nội dung chính

Bối cảnh và vấn đề nghiên cứu

Sự gia tăng nhanh chóng của phương tiện giao thông cá nhân, đặc biệt là ô tô tại các đô thị lớn ở Việt Nam, đã tạo ra áp lực nặng nề lên hạ tầng giao thông tĩnh. Các bãi đỗ xe truyền thống bộc lộ nhiều bất cập trong khâu vận hành như: tốn nhiều nhân lực điều phối, mất thời gian tìm kiếm chỗ đỗ, dễ gây ùn tắc cục bộ tại lối ra vào và không kiểm soát được các trường hợp đỗ xe sai quy định làm cản trở lối lưu thông chung.

Mặt khác, xu hướng ứng dụng công nghệ Internet vạn vật (IoT) và vi điều khiển trong quản lý bãi đỗ xe thông minh đang phát triển mạnh mẽ. Tuy nhiên, phần lớn các thiết bị IoT thương mại trên thị trường hiện nay phải nhập khẩu từ nước ngoài với chi phí đầu tư cao, gây khó khăn cho công tác bảo trì, sửa chữa và tiềm ẩn rủi ro về an toàn thông tin khi chưa làm chủ được công nghệ phần cứng. Trong các bãi đỗ xe quy mô lớn, việc sử dụng hệ thống cảm biến có dây dẫn truyền thống làm phát sinh khối lượng dây nối khổng lồ, tăng chi phí vật tư và độ phức tạp khi thi công. Các giải pháp truyền thông không dây phổ biến như Wi-Fi hoặc Bluetooth lại có hạn chế về giá thành phần cứng hoặc cự ly phủ sóng.

Nhằm giải quyết các bài toán thực tiễn trên, đề tài "Thiết kế và thi công mô hình quản lý bãi giữ xe ô tô" được thực hiện bởi nhóm sinh viên Lê Đức Huy và Nguyễn Văn Tú, dưới sự hướng dẫn của TS. Trần Quang Thọ tại Khoa Đào tạo Chất lượng cao, Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật Thành phố Hồ Chí Minh (khóa 15, hoàn thành tháng 01/2020).

Mục tiêu và nhiệm vụ nghiên cứu của đề tài được xác định cụ thể:

1. Nghiên cứu, thiết kế và chế tạo mô hình vật lý quản lý bãi giữ xe ô tô quy mô nhỏ hoạt động tự động.
2. Ứng dụng kỹ thuật truyền thông không dây bằng chip Zigbee giá thành thấp để truyền dữ liệu từ các cụm cảm biến về máy tính trung tâm nhằm tối ưu hóa chi phí đường dây và mở rộng khoảng cách truyền.
3. Xây dựng giải pháp tự động nhận biết vị trí đỗ trống, hiển thị thông tin trực quan cho tài xế và phát tín hiệu cảnh báo bằng âm thanh khi xe đỗ sai quy cách.
4. Thiết kế giao diện giám sát, quản lý trạng thái bãi đỗ xe trên máy tính thông qua phần mềm Visual Studio.

Đối tượng và phạm vi nghiên cứu:

• Đối tượng nghiên cứu: Hệ thống phần cứng nhúng (vi điều khiển PIC, module thu phát vô tuyến Zigbee, cảm biến hồng ngoại) và phần mềm điều khiển, giám sát bãi đỗ xe.
• Phạm vi không gian và quy mô: Mô hình vật lý thực nghiệm được thiết kế cho bãi đỗ xe ô tô gồm 8 vị trí đỗ, được phân chia thành 2 nhóm quản lý độc lập (mỗi nhóm gồm 4 vị trí).
• Phạm vi công nghệ: Hệ thống sử dụng 02 vi điều khiển PIC16F887A cho 2 nhóm đỗ xe, 03 module Zigbee CC2530 truyền nhận không dây, 01 mạch chuyển đổi USB-UART CP2102 kết nối máy tính và phần mềm giám sát giao diện viết bằng ngôn ngữ C# trên nền tảng Microsoft Visual Studio.

---

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Cơ sở lý thuyết và công nghệ áp dụng

Nghiên cứu dựa trên nền tảng kỹ thuật vi điều khiển, kỹ thuật cảm biến quang điện và các chuẩn truyền thông số công nghiệp:

• Công nghệ cảm biến quang: Hệ thống sử dụng cảm biến vật cản hồng ngoại gương phản xạ R2N1. Cảm biến hoạt động ở bước sóng ánh sáng hồng ngoại 660 nm, khoảng cách phát hiện tối đa 2 m khi kết hợp với gương phản xạ, điện áp cấp nguồn trong dải 5 – 36 VDC, dòng tiêu thụ cực đại 300 mA. Tín hiệu ngõ ra ở mức cao (VCC) khi cảm biến thu được ánh sáng phản xạ từ gương (vị trí trống) và chuyển xuống mức thấp (0V) khi có vật cản che khuất tia hồng ngoại (vị trí có xe hoặc xe đỗ sai quy cách).
• Kiến trúc vi điều khiển: Họ vi điều khiển 8-bit PIC16F887A của Microchip được chọn làm bộ xử lý trung tâm tại các trạm cục bộ. Vi điều khiển này sở hữu tập lệnh 35 chỉ thị (độ dài 14-bit), tần số hoạt động tối đa 20 MHz, bộ nhớ chương trình Flash 8K x 14-bit, bộ nhớ dữ liệu RAM 368 x 8-byte, EEPROM 256 x 8-byte, 33 chân vào/ra (I/O) đa dụng, tích hợp sẵn các bộ định thời (Timer0, Timer1, Timer2), bộ biến đổi tương tự - số ADC 10-bit và khối truyền thông nối tiếp bất đồng bộ USART.
• Công nghệ truyền dữ liệu không dây: Tác giả tiến hành phân tích, so sánh các công nghệ truyền thông vô tuyến tầm ngắn và tầm trung (Bluetooth/BLE, Wi-Fi, Z-Wave, Li-Fi, LoRa và Zigbee) để lựa chọn phương án tối ưu cho mạng cảm biến bãi đỗ xe:

Công nghệ	Chuẩn kỹ thuật / Tần số	Cự ly truyền	Tốc độ truyền dữ liệu	Đặc điểm tiêu thụ năng lượng & Ứng dụng
Bluetooth (BLE)	2.4 GHz	50 – 150 m	1 Mbps	Tiêu thụ năng lượng thấp, hạn chế khi truyền khối lượng dữ liệu mạng lớn
Wi-Fi	IEEE 802.11 (2.4 GHz / 5 GHz)	~50 m	150 – 600 Mbps	Băng thông cao, tiêu thụ điện năng lớn, chi phí module phần cứng cao
Z-Wave	900 MHz (ISM)	~30 m	9.6 – 100 kbps	Tiêu thụ năng lượng rất thấp, nền tảng mở, ứng dụng chủ yếu trong nhà thông minh
LoRa	430 – 915 MHz (CSS)	Hàng km	Thấp	Cự ly truyền rất xa, thích hợp cho mạng cảm biến diện rộng ngoài trời
Zigbee	IEEE 802.15.4 (2.4 GHz)	10 – 100 m (mở rộng tới 250 m)	250 kbps	Tiêu thụ năng lượng cực thấp, bảo mật AES-128, hỗ trợ mở rộng mạng nhiều nút

Từ phân tích trên, đồ án lựa chọn module RF Zigbee CC2530 V1 (sử dụng SoC CC2530 của Texas Instruments) hoạt động ở băng tần 2.4 GHz, công suất phát 4.5 dBm, dòng tiêu thụ dưới 30 mA, tầm truyền lý tưởng lên đến 250 m, giao tiếp qua UART TTL với tốc độ truyền sóng tối đa 3300 bps và hỗ trợ cấu hình truyền nhận đa điểm (Broadcast) hoặc điểm - điểm (Point-to-Point) trên 16 kênh tần số.

• Chuẩn giao tiếp nối tiếp và vi mạch bổ trợ: Chuẩn giao tiếp RS232/UART bất đồng bộ với các mức logic chuẩn; mạch cầu chuyển đổi USB-UART CP2102 hỗ trợ giao tiếp máy tính; IC đếm nhị phân 12-bit 74HC4040; module công suất MOSFET IRF520 (SP3316) chịu dòng tải tối đa 5A (điện áp 0 – 24 VDC); bộ nguồn tổ ong công nghiệp 5V – 20A; LED 7 đoạn Anode chung và LED đơn 5 mm hiển thị trạng thái.

Phương pháp nghiên cứu

Đồ án kết hợp các phương pháp nghiên cứu kỹ thuật thực nghiệm:

1. Phương pháp phân tích - tổng hợp tài liệu: Khảo sát các mô hình bãi đỗ xe thông minh hiện hữu, đánh giá ưu nhược điểm của các giải pháp truyền dẫn có dây và không dây nhằm xác định cấu trúc hệ thống phù hợp.
2. Phương pháp thiết kế và mô hình hóa: Phân rã hệ thống thành các khối chức năng (khối nguồn, khối cảm biến, khối xử lý trung tâm, khối truyền thông không dây, khối hiển thị/cảnh báo và khối phần mềm giám sát).
3. Phương pháp thực nghiệm chế tạo phần cứng: Thi công mạch in, lắp ráp linh kiện, bố trí vị trí cảm biến quang và gương phản xạ trên mô hình cơ khí bãi đỗ xe 8 vị trí.
4. Phương pháp lập trình và tích hợp hệ thống: Lập trình nhúng vi điều khiển bằng ngôn ngữ C trên trình biên dịch CCS C (sử dụng mạch nạp PICKIT 2) và lập trình ứng dụng giao diện người dùng trên máy tính bằng C# trong môi trường Microsoft Visual Studio.

---

Thiết kế và triển khai hệ thống

Kiến trúc phần cứng và sơ đồ khối

Hệ thống quản lý bãi đỗ xe được xây dựng theo kiến trúc phân tán gồm hai cấp: cấp điều khiển cục bộ (các nút vi điều khiển tại bãi đỗ) và cấp giám sát trung tâm (máy tính quản trị). Cấu trúc phần cứng tổng thể bao gồm các khối chính:

[ Cụm Cảm biến R2N1 (Nhóm 1: 4 xe) ] ---> [ PIC16F887A (Nhóm 1) ] <---> [ Module Zigbee CC2530 (Nút 1) ]
                                                    |
                                          [ LED 7 đoạn & Còi ]
                                                                                   (Sóng vô tuyến 2.4 GHz)
                                                                                              |
[ Cụm Cảm biến R2N1 (Nhóm 2: 4 xe) ] ---> [ PIC16F887A (Nhóm 2) ] <---> [ Module Zigbee CC2530 (Nút 2) ]
                                                    |                                         |
                                          [ LED 7 đoạn & Còi ]                                |
                                                                                              v
[ Máy tính giám sát (Visual Studio C#) ] <--- [ USB-UART CP2102 ] <-----> [ Module Zigbee CC2530 (Nút Trung tâm) ]

1. Khối cảm biến vị trí: Gồm 8 bộ cảm biến quang R2N1 lắp đặt tương ứng tại 8 vị trí đỗ. Mỗi vị trí được bố trí cảm biến và gương phản xạ sao cho khi xe tiến vào đúng vị trí đỗ, thân xe sẽ chắn tia hồng ngoại. Nếu xe đỗ lệch hoặc đỗ lấn làn, trạng thái tín hiệu logic gửi về vi điều khiển sẽ thay đổi bất thường để kích hoạt cảnh báo.
2. Khối xử lý cục bộ: Gồm 02 vi điều khiển PIC16F887A. Mỗi vi điều khiển quản lý một nhóm 4 vị trí đỗ, thực hiện đọc tín hiệu liên tục từ các cảm biến R2N1, xử lý thuật toán xác định vị trí trống/có xe/đỗ sai, điều khiển còi chip cảnh báo, xuất dữ liệu hiển thị số chỗ trống lên LED 7 đoạn và gửi chuỗi dữ liệu trạng thái sang module Zigbee qua giao tiếp UART.
3. Khối truyền thông vô tuyến Zigbee: Gồm 03 module CC2530 được thiết lập hoạt động trên cùng một kênh truyền (Chanel) theo chế độ truyền nhận Broadcast:
   • Quy trình cấu hình phần cứng Zigbee CC2530 (4 bước):
     • Bước 1: Nhấn giữ nút Key và cấp nguồn để vào chế độ cấu hình tốc độ Baud (quan sát mã hiển thị qua 4 đèn LED trạng thái).
     • Bước 2: Nhấn giữ nút Key để lưu Baudrate và chuyển sang chọn kênh tần số (16 kênh).
     • Bước 3: Nhấn giữ nút Key để lưu kênh và chọn chế độ truyền (Point-to-Point hoặc Broadcast). Tất cả các module trong hệ thống được cài đặt chế độ Broadcast cùng kênh để đồng bộ dữ liệu.
     • Bước 4: Nhấn giữ nút Key lần cuối để lưu toàn bộ tham số vào bộ nhớ module và bắt đầu vận hành.
4. Khối giao tiếp và giám sát trung tâm: Module Zigbee trung tâm nhận dữ liệu không dây từ 2 trạm vi điều khiển, chuyển tiếp qua mạch nạp/chuyển đổi USB-UART CP2102 để đưa vào cổng COM ảo trên máy tính.

Phần mềm giao diện giám sát

Phần mềm giám sát được lập trình bằng C# trên Visual Studio:

• Cung cấp giao diện đồ họa (GUI) mô phỏng trực quan sơ đồ mặt bằng bãi giữ xe 8 vị trí.
• Nhận và giải mã luồng ký tự truyền về từ cổng nối tiếp (COM Port).
• Tự động cập nhật màu sắc vị trí đỗ theo thời gian thực (ví dụ: màu xanh biểu thị vị trí còn trống, màu đỏ biểu thị vị trí đã có xe đỗ đúng quy định).
• Hiển thị cảnh báo trực quan trên màn hình khi phát hiện tín hiệu xe đỗ sai vị trí quy định tại từng nhóm đỗ.
• Thống kê tổng số lượng xe đang có trong bãi và số lượng vị trí còn trống theo thời gian thực.

---

Nội dung chính theo từng chương

Chương 1: Tổng quan về hệ thống quản lý bãi giữ xe thông minh

Chương này trình bày tính cấp thiết của đề tài xuất phát từ sự bùng nổ phương tiện ô tô và các hạn chế của bãi giữ xe truyền thống. Tác giả phân tích cấu trúc tổng quát của một hệ thống quản lý bãi xe thông minh, bao gồm sự kết hợp giữa phần cứng (màn hình, bộ vi xử lý, mạch điều khiển, cảm biến, nguồn nuôi) và phần mềm điều khiển.

Đánh giá ưu điểm thực tiễn của mô hình đề xuất:

• Khả năng hoạt động tự động liên tục 24/24 giờ, độ tin cậy cao, dễ dàng vận hành và bảo trì nhờ sử dụng các linh kiện điện tử phổ biến.
• Giảm thiểu thời gian tìm kiếm chỗ đỗ của lái xe, tránh ùn tắc giao thông cục bộ.
• Phân tích bài toán kinh tế - kỹ thuật về đường dây truyền dẫn: khi quy mô bãi xe mở rộng, số lượng cảm biến tăng cao sẽ kéo theo chi phí dây dẫn lớn nếu dùng kết nối có dây; việc ứng dụng giải pháp truyền dữ liệu không dây bằng sóng vô tuyến qua chip Zigbee là hướng tiếp cận hiệu quả giúp giảm chi phí vật tư và thi công.

Chương 2: Cơ sở lý thuyết

Chương 2 cung cấp toàn bộ cơ sở lý thuyết chuyên sâu về cảm biến, vi điều khiển, kỹ thuật truyền thông và các linh kiện phần cứng được sử dụng trong đề tài:

• Lý thuyết cảm biến và phân loại: Định nghĩa cảm biến, phân loại cảm biến chủ động/bị động và phân loại theo nguyên lý vật lý (điện trở, điện dung, điện từ, áp điện, quang học...). Thuyết minh chi tiết thông số kỹ thuật và nguyên lý hoạt động của cảm biến hồng ngoại gương phản xạ R2N1.
• Tín hiệu và kỹ thuật lập trình: Phân biệt tín hiệu số (Digital), tín hiệu tương tự (Analog), khái niệm xung điện; khảo sát tổng quan các ngôn ngữ và phần mềm lập trình (Java, C, C++, C#, Visual Basic, Python, Objective-C). Lựa chọn trình biên dịch CCS C cho vi điều khiển PIC và Visual Studio (C#) cho máy tính.
• Vi điều khiển PIC16F887A: Phân tích chi tiết sơ đồ chân, cấu trúc bộ nhớ, tập lệnh 14-bit, các khối ngoại vi (Timer, ADC, USART) và thiết bị nạp chương trình PICKIT 2.
• Các phương thức truyền thông số và không dây: Khảo sát nguyên lý và thông số kỹ thuật của Bluetooth/BLE, Zigbee (chuẩn IEEE 802.15.4), Z-Wave, Wi-Fi (chuẩn 802.11), NFC, Li-Fi (truyền dữ liệu bằng ánh sáng LED) và LoRa (công nghệ điều chế Chirp Spread Spectrum).
• Chuẩn giao tiếp nối tiếp RS232 & mạch phụ trợ: Phân tích cơ chế truyền bất đồng bộ, các mức điện áp logic (-12V đến -3V và +3V đến +12V), tốc độ Baud, bit Start/Stop, bit kiểm tra Parity. Thuyết minh chi tiết module Zigbee CC2530, mạch chuyển đổi USB-UART CP2102, IC đếm 12-bit 74HC4040, module MOSFET IRF520 điều khiển công suất, bộ nguồn tổ ong 5V - 20A, LED 7 đoạn và LED đơn 5 mm.

Chương 3: Thiết kế và thi công

Chương 3 trình bày toàn bộ quá trình hiện thực hóa mô hình từ sơ đồ nguyên lý đến chế tạo phần cứng và xây dựng phần mềm:

• Thiết kế mạch điện: Xây dựng sơ đồ khối hệ thống, sơ đồ nguyên lý mạch điều khiển trung tâm sử dụng PIC16F887A, sơ đồ mạch động lực và mạch ghép nối công suất MOSFET IRF520, sơ đồ ghép nối cảm biến R2N1 và LED hiển thị.
• Xây dựng quy trình hoạt động: Thiết lập lưu đồ thuật toán điều khiển cho vi điều khiển PIC16F887A và lưu đồ xử lý luồng dữ liệu cho phần mềm máy tính Visual Studio.
• Thi công mô hình thực tế: Lắp ráp mô hình vật lý bãi đỗ xe gồm 8 vị trí ô tô (chia làm 2 nhóm, mỗi nhóm 4 vị trí có bố trí cảm biến quang và gương phản xạ riêng biệt). Tích hợp 03 module Zigbee CC2530 kết nối vi điều khiển và máy tính.
• Quy trình vận hành và kiểm thử: Trình bày các bước cấu hình module Zigbee CC2530 (4 bước thiết lập Baudrate, kênh và chế độ Broadcast), cách thức cấp nguồn tổ ong 5V - 20A và quy trình khởi động phần mềm giám sát C# trên máy tính.

Chương 4: Kết luận và hướng phát triển

Chương 4 tổng kết các kết quả đạt được sau quá trình nghiên cứu và thử nghiệm thực tế mô hình:

• Chế tạo thành công mô hình vật lý bãi giữ xe ô tô 8 chỗ hoạt động ổn định.
• Thực hiện truyền nhận dữ liệu không dây tin cậy giữa các nhóm bãi đỗ và máy tính qua mạng Zigbee.
• Hệ thống thực hiện chính xác các chức năng: tự động nhận biết vị trí trống, hiển thị số lượng xe trên LED 7 đoạn, phát âm thanh cảnh báo khi có xe đỗ sai quy định và hiển thị trạng thái chi tiết từng ô đỗ lên phần mềm máy tính Visual Studio.
• Đề xuất các hướng phát triển nâng cao tính năng cho hệ thống trong tương lai.

---

Kết quả và đóng góp

Kết quả thực nghiệm

Mô hình vật lý bãi giữ xe ô tô thông minh đã được chế tạo hoàn chỉnh và tiến hành thử nghiệm thực tế (có liên kết video minh chứng thử nghiệm tại https://bit.ly/35jTcTA). Các kết quả kỹ thuật cụ thể đạt được bao gồm:

Hạng mục	Quy cách / Thông số kỹ thuật đạt được trong mô hình
Quy mô bãi đỗ thực nghiệm	08 vị trí đỗ ô tô, phân bố thành 02 nhóm độc lập (mỗi nhóm 04 vị trí)
Phần cứng điều khiển cục bộ	02 mạch vi điều khiển PIC16F887A xử lý tín hiệu độc lập cho từng nhóm
Hệ thống cảm biến	08 bộ cảm biến quang hồng ngoại gương phản xạ R2N1 (nguồn 5V, cự ly phát hiện tối đa 2 m)
Truyền thông vô tuyến	03 module Zigbee UART CC2530 (2.4 GHz, cấu hình Broadcast chung kênh, công suất 4.5 dBm)
Giao tiếp máy tính	01 mạch chuyển đổi USB-UART CP2102 kết nối máy tính qua cổng COM ảo
Hiển thị và cảnh báo tại bãi	LED 7 đoạn Anode chung hiển thị số lượng xe; LED đơn 5 mm xanh/đỏ báo trạng thái; còi chip phát âm thanh cảnh báo đỗ sai
Phần mềm giám sát	Ứng dụng C# Visual Studio hiển thị giao diện đồ họa mặt bằng bãi xe theo thời gian thực
Nguồn cấp toàn hệ thống	Bộ nguồn tổ ong DC 5V – 20A (nguồn vào AC 185 – 260V)

Các tính năng vận hành đã được kiểm chứng:

• Khi có xe tiến vào đỗ đúng vị trí quy định, cảm biến R2N1 bị che khuất, vi điều khiển cập nhật trạng thái ô đỗ, giảm số lượng vị trí trống trên LED 7 đoạn và truyền dữ liệu qua Zigbee để đổi màu ô đỗ sang màu đỏ trên màn hình máy tính.
• Khi xe đỗ lệch hoặc đỗ sai vị trí quy định, hệ thống tự động kích hoạt còi cảnh báo âm thanh tại bãi và hiển thị thông báo lỗi trên giao diện máy tính để người quản lý kịp thời xử lý.

Đóng góp của đề tài

• Đóng góp khoa học: Đề tài làm sáng tỏ khả năng ứng dụng của chuẩn truyền thông không dây Zigbee (dựa trên chip SoC CC2530) trong việc thiết lập mạng truyền nhận dữ liệu phân tán cho hệ thống giám sát bãi đỗ xe, giúp cấu trúc giao tiếp giữa vi điều khiển và máy tính trở nên đơn giản, ổn định hơn so với các phương thức truyền không dây phức tạp khác.
• Đóng góp thực tiễn: Việc sử dụng các linh kiện phần cứng chi phí thấp, phổ biến trên thị trường (PIC16F887A, CC2530, R2N1, CP2102) giúp hạ giá thành chế tạo, tăng tính cạnh tranh cho sản phẩm, đồng thời giúp các kỹ sư trong nước làm chủ công nghệ, tạo thuận lợi lớn trong công tác vận hành, bảo trì, sửa chữa và bảo đảm an toàn thông tin so với các hệ thống ngoại nhập.

---

Hạn chế và hướng nghiên cứu tiếp

Hạn chế của đề tài

Theo phạm vi thực hiện được công bố trong văn bản đồ án, hệ thống còn một số hạn chế:

• Mô hình thử nghiệm mới dừng lại ở quy mô nhỏ dạng mô hình vật lý với 8 vị trí đỗ ô tô, chưa triển khai thử nghiệm tại bãi giữ xe ngoài trời có quy mô hàng trăm phương tiện.
• Hệ thống tập trung chủ yếu vào khâu quản lý vị trí đỗ và cảnh báo đỗ sai, chưa tích hợp hệ thống kiểm soát lối ra/vào tự động (như thanh chắn barie, đầu đọc thẻ từ RFID hoặc camera nhận dạng biển số xe).

Hướng nghiên cứu tiếp

Các tác giả đề xuất các định hướng phát triển nhằm hoàn thiện hệ thống:

1. Mở rộng số lượng nút mạng cảm biến và vi điều khiển để quản lý bãi đỗ xe có quy mô lớn hơn với nhiều phân khu đỗ xe.
2. Tối ưu hóa cấu hình mạng lưới (Mesh Topology) của Zigbee nhằm tăng cự ly truyền thông và độ ổn định của tín hiệu trong các môi trường có nhiều vật cản kim loại và tường bê tông.
3. Nghiên cứu tích hợp thêm camera xử lý ảnh nhận diện biển số xe tự động tại cổng ra vào và kết nối cơ sở dữ liệu quản lý thời gian, chi phí gửi xe tự động.

---

Giá trị tham khảo

Đồ án là tài liệu tham khảo có giá trị học thuật và thực tiễn chuyên sâu cho:

• Sinh viên và học viên ngành Công nghệ Kỹ thuật Điện - Điện tử, Kỹ thuật Điều khiển và Tự động hóa, Kỹ thuật Máy tính và Cơ điện tử: Cung cấp phương pháp thiết kế chi tiết một hệ thống nhúng hoàn chỉnh từ khâu chọn linh kiện, thiết kế mạch điện, lập trình vi điều khiển PIC bằng CCS C đến lập trình giao diện giám sát C# trên Visual Studio.
• Kỹ sư và người nghiên cứu phát triển hệ thống IoT công nghiệp: Tài liệu cung cấp hướng dẫn thực hành chi tiết về quy trình cấu hình phần cứng 4 bước cho module Zigbee CC2530 (cài đặt Baudrate, chọn kênh truyền và chế độ Broadcast/Point-to-Point) cũng như kỹ thuật ghép nối truyền thông nối tiếp UART/RS232 với máy tính qua chip CP2102.

---

Câu hỏi thường gặp

1. Tại sao đề tài lại lựa chọn công nghệ truyền không dây Zigbee thay vì Wi-Fi hay Bluetooth?

Theo phân tích của nhóm tác giả, trong các bãi đỗ xe quy mô lớn, việc sử dụng dây dẫn truyền thống làm tăng chi phí và độ phức tạp thi công. Trong khi đó, Wi-Fi đòi hỏi phần cứng đắt tiền và tiêu thụ nhiều điện năng, còn Bluetooth bị hạn chế đáng kể về khoảng cách truyền tải khi quản lý nhiều nút cảm biến. Module Zigbee CC2530 hoạt động ở tần số 2.4 GHz, cự ly truyền lý tưởng lên đến 250 m, tiêu thụ dòng điện rất thấp (< 30 mA), giá thành rẻ và hỗ trợ truyền nhận đa điểm (Broadcast) qua 16 kênh, rất phù hợp cho mạng cảm biến giám sát bãi xe.

2. Cảm biến R2N1 hoạt động theo nguyên lý nào để phát hiện xe đỗ sai quy định?

Cảm biến R2N1 là cảm biến vật cản hồng ngoại (bước sóng 660 nm) kết hợp với gương phản xạ trong khoảng cách tối đa 2 m. Khi không có vật cản (vị trí đỗ trống), cảm biến nhận được tia phản xạ từ gương và xuất tín hiệu mức cao (VCC). Khi có xe đỗ đúng vị trí, thân xe sẽ che khuất gương và tín hiệu chuyển sang mức thấp (0V). Nếu xe đỗ lệch hoặc sai vị trí quy định làm thay đổi trạng thái quang học không đúng với logic lập trình chuẩn, vi điều khiển sẽ nhận biết sự bất thường, kích hoạt còi báo động âm thanh và gửi cảnh báo lên phần mềm máy tính.

3. Quy trình cấu hình module thu phát RF Zigbee CC2530 gồm những bước nào?

Quá trình cấu hình gồm 4 bước liên tiếp bằng phím Key và 4 LED trạng thái trên module:

• Bước 1: Giữ phím Key và cấp nguồn để vào chế độ cài đặt Baudrate giao tiếp UART (nhấn nhả để chọn tốc độ).
• Bước 2: Nhấn giữ phím Key để lưu Baudrate và chuyển sang chọn 1 trong 16 kênh tần số (Chanel).
• Bước 3: Nhấn giữ phím Key để lưu kênh và chọn chế độ truyền (Point-to-Point hoặc Broadcast).
• Bước 4: Nhấn giữ phím Key lần cuối để hoàn tất lưu thông số vào bộ nhớ và đưa module vào chế độ vận hành.

4. Hệ thống phân chia quản lý 8 vị trí đỗ xe như thế nào?

Mô hình vật lý 8 vị trí được chia đều thành 2 nhóm (mỗi nhóm 4 vị trí). Mỗi nhóm sử dụng riêng 1 vi điều khiển PIC16F887A để thu thập tín hiệu từ 4 cảm biến R2N1, điều khiển 1 còi cảnh báo và hiển thị số lượng xe trên LED 7 đoạn cục bộ. Dữ liệu từ 2 vi điều khiển được đưa qua 2 module Zigbee CC2530 để truyền không dây về module Zigbee CC2530 thứ ba gắn tại máy tính giám sát.

---

Kết luận

Đồ án tốt nghiệp "Thiết kế và thi công mô hình quản lý bãi giữ xe ô tô" của sinh viên Lê Đức Huy và Nguyễn Văn Tú đã xây dựng thành công một mô hình phần cứng nhúng hoàn chỉnh kết hợp truyền thông không dây Zigbee và phần mềm giám sát Visual Studio. Hệ thống giải quyết hiệu quả bài toán tự động nhận biết vị trí đỗ trống, cảnh báo đỗ sai quy định và hiển thị trạng thái trực quan với chi phí phần cứng thấp. Kết quả nghiên cứu khẳng định tính khả thi của việc ứng dụng công nghệ vi điều khiển và mạng không dây tầm ngắn trong việc tự động hóa và nâng cao hiệu quả quản lý bãi đỗ xe đô thị.

Trích đoạn nội dung tài liệu

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG QUẢN LÝ BÃI GIỮ XE THÔNG MINH 1.1 GIỚI THIỆU Nền kinh tế phát triển giúp cho nhiều người dân sở hữu ô tô và làm cho lưu lượng ô tô tăng lên liên tục. Trước thực trạng như hiện nay thì bãi đỗ xe truyền thống gặp nhiều khó khăn trong quản lý vận hành và tốn nhiều công sức và thời gian. Do đó, bãi đỗ xe thông minh có mặt trên thị trường như một cách giải quyết lý tưởng cho các bãi giữ xe. Ngày nay hệ thống quản lý bãi giữ xe thông minh rất phổ biến, chúng quản lý số lượng, thời gian xe ra - vào, nhận dạng biển số, … Tuy nhiên có nhiều trường hợp đậu xe không đúng qui định làm ảnh hưởng xấu đến lưu thông và tính thẩm mỹ của bãi.

Do đó nhóm đã thực hiện chọn đề tài “Thiết kế và thi công mô hình quản lý bãi giữ xe ô tô”. Mục đích giúp tài xế biết được vị trí còn trống để di chuyển đến chỗ đậu, ngoài ra hệ thống sẽ tự động cảnh báo tài xế khi đậu sai qui định.2 CÁC THÀNH PHẦN TẠO NÊN MỘT HỆ THỐNG THÔNG MINH Để tạo nên một hệ thống thông minh thì tất yếu cần phải có đó là phần cứng và phần mềm.1 Phần cứng 1 do an Hình 1. 1 Một số linh kiện điện tử Phần cứng (hardware), đề cập đến các bộ phận vật lý hữu hình của một hệ thống; các thành phần điện, điện tử, cơ điện và cơ khí của nó như là: màn hình, chuột, bàn phím, máy in, máy quét, bộ nguồn, bộ vi xử lý, bo mạch chủ, Các dây cáp, các thiết bị ngoại vi của tất cả các loại, và bất kỳ yếu tố vật lý nào khác có liên quan, tạo nên phần cứng hoặc hỗ trợ vật lý ví dụ như loa, ổ đĩa mềm, ổ đĩa cứng, bộ phận tản nhiệt, tụ điện, các IC, điện trở, đèn led.2 Phần mềm Phần mềm (Software) là một tập hợp những câu lệnh hoặc chỉ thị (Instruction) được viết bằng một hoặc nhiều ngôn ngữ lập trình theo một trật tự xác định, và các dữ liệu liên quan nhằm tự động thực hiện một số nhiệm vụ hay chức năng hoặc giải quyết một vấn đề cụ thể nào đó. Phần mềm thực hiện các chức năng của nó bằng cách gửi các chỉ thị trực tiếp đến phần cứng (Computer Hardware) hoặc bằng cách cung cấp dữ liệu để phục vụ các chương trình hay phần mềm khác.

Ở đây chúng tôi dùng phần mềm CCS để viết chương trình cho mô hình này.3 ĐÁNH GIÁ NHỮNG ƯU ĐIỂM CỦA MÔ HÌNH HỆ THỐNG QUẢN LÝ BÃI GIỮ XE THÔNG MINH 1.1 Ưu điểm Ưu điểm của mô hình quản lý hệ thống bãi giữ xe thông mình là tự động, nhanh chóng, dễ sử dụng, các linh kiện phổ biến nên dễ dàng sửa chữa và thay thế, thông báo chính xác vị trí còn trống trong bãi, cảnh báo những vị trí đậu sai, dễ quản lý (mỗi dãy sử dụng 1 IC PIC16F887 để xử lý tín hiệu). Ngoài ra nó còn có thể hoạt động liên tục 24/24.2 Thực tiễn Tiết kiệm thời gian về việc tìm vị trí đậu, nhân lực, giải quyết được vấn đề ùn tắc, giá thành các linh kiện rẻ, sử dụng được cho quy mô lớn mà tiết kiệm được điện năng. Tuy nhiên, để hệ thống bãi xe thông minh thì cần phải có nhiều cảm biến cho các vị trí đậu xe. Số lượng xe càng nhiều thì số lượng cảm biến càng cao.

Điều này làm cho số lượng dây dẫn cảm biến tăng lên và kéo dài. Để giảm chi phí dây dẫn kết nối tín hiệu của các cảm biến với trung tâm điều khiển, hệ thống phải sử dụng các phương pháp kết nối không dây. Các phương pháp kết nối không dây thường sử dụng hiện nay là wifi, Bluetooth. Các phương thức kết nối này đòi hỏi linh kiện phần cứng có giá thành cao và khoảng cách bị hạn chế.

Vì vậy, để kết nối không dây với chi phí rẻ và khoảng cách lớn, các tác giả đề xuất sử dụng phương pháp kết nối bằng sóng radio sử dụng chip Zigbee cho đồ án này. 3 do an CHƯƠNG 2 CƠ SỞ LÝ THUYẾT 2.1 GIỚI THIỆU Đây là một hệ thống tự động nhận biết xe có đậu đúng vào vị trí quy định hay không, đồng thời tự động nhận biết vị trí nào có xe đậu và vị trí còn trống và gửi tín hiệu lên màn hình để cho tài xế biết chỗ nào còn trống để di chuyển vào vị trí đó. Mục đích tiết kiệm thời gian cho tài xế, dễ dàng quản lí bãi một cách nhanh chóng và hiệu quả nhất.2 CẢM BIẾN NHẬN BIẾT TÍN HIỆU 2.1 TỔNG QUAN Cảm biến là thiết bị điện tử cảm nhận những trạng thái hay quá trình vật lý hay hóa học ở môi trường cần khảo sát, và biến đổi thành tín hiệu điện để thu thập thông tin về trạng thái hay quá trình đó Thông tin được xử lý để rút ra tham số định tính hoặc định lượng của môi trường, phục vụ các nhu cầu nghiên cứu khoa học kỹ thuật hay dân sinh và gọi ngắn gọn là đo đạc, phục vụ trong truyền và xử lý thông tin, hay trong điều khiển các quá trình khác. Cảm biến thường được đặt trong các vỏ bảo vệ tạo thành đầu thu hay đầu dò (Test probe), có thể có kèm các mạch điện hỗ trợ, và nhiều khi trọn bộ đó lại được gọi luôn là "cảm biến".

Tuy nhiên trong nhiều trường hợp thì thuật ngữ cảm biến ít dùng cho vật có kích thước lớn. Thuật ngữ này cũng không dùng cho một số loại chi tiết, như cái núm của công tắc bật đèn khi mở tủ lạnh, dù rằng về mặt hàn lâm núm này làm việc như một cảm biến. Có nhiều loại cảm biến khác nhau và có thể chia ra hai nhóm chính: Cảm biến vật lý: sóng điện từ, ánh sáng, tử ngoại, hồng ngoại, tia X, tia gamma, hạt bức xạ, nhiệt độ, áp suất, âm thanh, rung động, khoảng cách, chuyển động, gia tốc, từ trường, trọng trường,. 4 do an Cảm biến hóa học: độ ẩm, độ PH, các ion, hợp chất đặc hiệu, khói, .2 PHÂN LOẠI CẢM BIẾN - Chủ động và bị động:  Cảm biến chủ động không sử dụng điện năng bổ sung để chuyển sang tín hiệu điện.

Điển hình là cảm biến áp điện làm bằng vật liệu gốm, chuyển áp suất thành điện tích trên bề mặt. Các an-ten cũng thuộc kiểu cảm biến chủ động.  Cảm biến bị động có sử dụng điện năng bổ sung để chuyển sang tín hiệu điện. Điển hình là các photodiode khi có ánh sáng chiếu vào thì có thay đổi của điện trở tiếp giáp bán dẫn p-n được phân cực ngược.

Các cảm biến bằng biến trở cũng thuộc kiểu cảm biến bị động. - Phân loại theo nguyên lý hoạt động:  Cảm biến điện trở: Hoạt động dựa theo di chuyển con chạy hoặc góc quay của biến trở, hoặc sự thay đổi điện trở do co giãn vật dẫn.  Cảm biến cảm ứng  Cảm biến biến áp vi phân: Cảm biến vị trí (Linear variable differential transformer, LVDT)  Cảm biến cảm ứng điện từ: các antenna  Cảm biến dòng xoáy: Các đầu dò của máy dò khuyết tật trong kim loại, của máy dò mìn.  Cảm biến cảm ứng điện động: chuyển đổi chuyển động sang điện như microphone điện động, đầu thu sóng địa chấn trên bộ (Geophone).

 Cảm biến điện dung: Sự thay đổi điện dung của cảm biến khi khoảng cách hay góc đến vật thể kim loại thay đổi.  Cảm biến điện trường  Cảm biến từ giảo (magnetoelastic): ít dùng.  Cảm biến từ trường: Cảm biến hiệu ứng Hall, cảm biến từ trường dùng vật liệu sắt từ,. dùng trong từ kế.

 Cảm biến áp điện: Chuyển đổi áp suất sang điện dùng gốm áp điện như titanat bari, trong các microphone thu âm, hay ở đầu thu sóng địa chấn trong nước (Hydrophone) như trong các máy Sonar.  Cảm biến quang: Các cảm biến ảnh loại CMOS hay cảm biến CCD trong camera, các photodiode ở các vùng phổ khác nhau dùng trong 5 do an nhiều lĩnh vực. Ví dụ đơn giản nhất là đầu dò giấy trong khay của máy in làm bằng photodiode. Chúng đang là nhóm đầu bảng được dùng phổ biến, nhỏ gọn và tin cậy cao.

 Cảm biến huỳnh quang, nhấp nháy: Sử dụng các chất phát quang thứ cấp để phát hiện các bức xạ năng lượng cao hơn, như các tấm kẽm sulfua.  Cảm biến điện hóa: Các đầu dò ion, độ pH,.  Cảm biến nhiệt độ: Cặp lưỡng kim, hoặc dạng linh kiện bán dẫn như Precision Temperatur Sensor LM335 có hệ số 10 mV/°K.3 KẾT LUẬN Để dễ dàng thi công và lắp đặt hệ thống, chúng tôi sử dụng cảm biến vật cản hồng ngoại gương phản xạ R2N1. Mặt khác, lý do chúng tôi chọn cảm biến này là vì tính phổ biến của nó, dễ sử dụng, dễ thay thế và phù hợp với kiến thức chúng tôi đã được học.

Cảm biến vật cản hồng ngoại gương phản xạ R2N1 Hình 2. 1 cảm biến vật cản hồng ngoại gương phản xạ R2N1  Cảm biến vật cản bằng tia hồng ngoại bước sóng 660nm. 6 do an  Sử dụng kết hợp với gương phản xạ cho khoảng cách tối đa 2m.  Điện áp cấp: 5 - 36VDC.

 Dòng tiêu thụ tối đa: 300mA.  Tín hiệu đầu ra mức cao (VCC) khi cảm biến nhìn thấy gương. Mức thấp khi có vật che gương hoặc không thấy gương!  Độ trễ: 1. Sơ đồ chân:  Nâu: VCC 5 - 36VDC.

 Đen: Tín hiệu ra.  Xanh dương: GND -0VDC.1 TỔNG QUAN Trong ngành điện tử nói chung và trong lập trình vi điểu khiển nói riêng, ta luôn thấy có sự có mặt của hai loại tín hiệu: Analog (tín hiệu tương tự) và Digital (tín hiệu số). Từ những tín hiệu đó vi điều khiển sẽ nhận biết và xử lý và xuất tín hiệu ra theo ý muốn của người lập trình. TÍN HIỆU LÀ GÌ? Tín hiệu ở đây là tín hiệu điện (tránh nhầm với tín hiệu giao thông), là sự thay đổi theo thời gian của điện thế (Volt) hoặc cường độ (Ampe) của dòng diện.

Cũng là dòng diện nhưng dòng điện một chiều qua bóng đèn không phải là tín hiệu vì nó không thay đổi theo thời gian. Một số ví dụ về tín hiệu điện: Tín hiệu âm thanh đi qua dây loa, tín hiệu clock trong mạch RC,. 7 do an XUNG ĐIỆN Trong xử lý tín hiệu số, xung là sự thay đổi đột ngột về biên độ, pha hoặc tần số,. (thường là biên độ) từ giá trị gốc lên giá trị cao, hoặc xuống giá trị thấp hơn, sau đó dần (thậm chí ngay lập tức) về giá trị gốc ban đầu.