Đồ án thiết kế và thi công mô hình bãi đỗ xe ô tô tự động - ĐH Sư phạm Kỹ thuật TP. Hồ Chí Minh

Tìm hiểu quy trình thiết kế và thi công mô hình bãi đỗ xe ô tô tự động tối ưu diện tích, tích hợp công nghệ hiện đại và giải pháp thông minh.

• Tác giả: Nguyễn Xuân Quỳnh
• Người hướng dẫn: TS. Nguyễn Phan Thanh
• Trường học: Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật TP. Hồ Chí Minh
• Chuyên ngành: Công nghệ Kỹ thuật Điện – Điện tử
• Đề tài: Thiết kế và thi công mô hình bãi đỗ xe ô tô tự động
• Loại tài liệu: Đồ án tốt nghiệp
• Năm xuất bản: 2025
• Địa điểm: Hồ Chí Minh

Tóm tắt

I. Tổng quan mô hình bãi đỗ xe ô tô tự động tại ĐH Sư phạm Kỹ thuật

Đô thị hóa nhanh chóng tạo ra áp lực đỗ xe gay gắt tại các thành phố lớn. Đề tài thiết kế và thi công mô hình bãi đỗ xe ô tô tự động tại ĐH Sư phạm Kỹ thuật TP.HCM giải quyết trực tiếp thách thức này. Nghiên cứu do sinh viên ngành Công nghệ Kỹ thuật Điện – Điện tử triển khai dưới sự hướng dẫn của TS. Nguyễn Phan Thanh. Dự án tập trung phát triển mô hình bãi đỗ xe nhiều tầng điều khiển thông minh. Mô hình áp dụng nguyên lý tích hợp hệ thống cơ khí chính xác cùng mạch điều khiển công nghiệp. Bộ điều khiển lập trình PLC đóng vai trò xử lý trung tâm cho toàn bộ quy trình vận hành. Hệ thống tự động nhận diện phương tiện, định tuyến vị trí trống và đưa xe vào khoang chứa an toàn. Thiết kế này giúp tiết kiệm đến 60% diện tích mặt đất so với bãi đỗ truyền thống. Đồng thời, mô hình loại bỏ hoàn toàn các rủi ro va quẹt khi người lái tự lùi xe trong không gian hẹp. Toàn bộ chu trình vận hành diễn ra khép kín, nhanh chóng và đạt độ tin cậy cơ khí cao. Đây là nền tảng nghiên cứu ứng dụng thực tế quan trọng cho hạ tầng giao thông thông minh.

1.1. Mục tiêu và phạm vi nghiên cứu của đề tài

Nghiên cứu hướng tới việc chế tạo thành công một sa bàn bãi đỗ xe tự động thu nhỏ hoàn chỉnh. Đề tài tập trung kiểm chứng khả năng vận hành của hệ thống nâng hạ kết hợp bàn xoay chuyển làn. Phạm vi thực nghiệm bao gồm việc lập trình điều khiển chuyển động đa trục bằng xung tốc độ cao từ PLC. Hệ thống còn tích hợp công nghệ nhận dạng phương tiện qua thẻ RFID và camera ghi hình. Thiết kế mô hình bảo đảm tính đồng bộ giữa cơ cấu chấp hành khí nén và động cơ bước. Sinh viên thực hiện kiểm soát sai số vị trí khay nâng trong ngưỡng dung sai cơ khí cho phép. Kết quả nghiên cứu cung cấp dữ liệu thực nghiệm giá trị phục vụ công tác giảng dạy tự động hóa tại trường đại học.

1.2. Xu hướng tự động hóa bãi đỗ xe thông minh

Bãi đỗ xe thông minh đang trở thành hạ tầng bắt buộc tại các đô thị phát triển. Các bãi đỗ truyền thống bộc lộ rõ sự lãng phí mặt bằng và thời gian tìm kiếm chỗ trống. Xu hướng tự động hóa hoàn toàn chuyển giao nhiệm vụ di chuyển xe cho robot và hệ thống cơ khí. Việc ứng dụng công nghệ thẻ RFID cùng mạng truyền thông công nghiệp giúp quản lý xe theo thời gian thực. Hệ thống lưu kho dạng tháp hoặc dạng tầng ngầm giúp nâng cao hệ số sử dụng đất gấp nhiều lần. Ngoài ra, việc ngắt động cơ xe trước khi vào khoang đỗ giúp triệt tiêu khí thải độc hại trong khu vực bãi xe. Mô hình nghiên cứu tại HCMUTE phản ánh chính xác sự dịch chuyển công nghệ tất yếu này.

II. Phân tích kỹ thuật bãi đỗ xe ô tô tự động tại ĐH Sư phạm Kỹ thuật

Quá trình thiết kế bãi đỗ xe tự động đặt ra nhiều bài toán kỹ thuật phức tạp cần xử lý. Thách thức hàng đầu nằm ở độ chính xác định vị vị trí khay nâng khi bốc dỡ xe. Sai lệch cơ khí nhỏ cũng có thể gây kẹt khung trượt hoặc rơi phương tiện. Cơ cấu truyền động phải chịu tải trọng tĩnh lẫn tải trọng động biến thiên liên tục. Đội ngũ nghiên cứu phải tính toán độ bền của dây đai GT2 và trục vít me nâng hạ. Động cơ bước đòi hỏi thuật toán phát xung ổn định để chống mất bước khi tăng tốc đột ngột. Bên cạnh cơ khí, bài toán xử lý tín hiệu điều khiển cũng gặp nhiều trở ngại. Tín hiệu cảm biến quang dễ bị nhiễu do ánh sáng môi trường hoặc góc phản xạ bề mặt. Chuẩn giao tiếp SPI giữa vi điều khiển và đầu đọc thẻ cần duy trì đường truyền chống suy hao. Hệ thống khí nén đòi hỏi áp suất cấp liên tục 1,2 MPa nhằm đảm bảo xi lanh quay Airtac hoạt động dứt khoát. Việc phân tích kỹ lưỡng các yếu tố này giúp hạn chế tối đa hư hỏng phần cứng khi vận hành thực tế.

2.1. Thách thức về cơ cấu cơ khí và nâng hạ tải trọng

Khung di chuyển lên xuống chịu ứng suất lớn nhất trong toàn bộ mô hình. Thanh vitme đường kính 8mm và bước ren 2mm giữ vai trò truyền động thẳng đứng. Cơ cấu này phải tự hãm tốt khi mất điện để chống rơi khay nâng xe. Ma sát giữa đai ốc và trục vít cần được giảm thiểu qua bôi trơn định kỳ. Dây đai GT2 bề rộng 6mm đòi hỏi lực căng vừa đủ để tránh hiện tượng trượt răng pulley. Tay lấy xe và bàn xoay phải duy trì độ đồng tâm tuyệt đối khi đổi hướng. Bất kỳ độ cong vênh nào của thanh dẫn hướng cũng khiến động cơ bước bị quá tải và kẹt chuyển động.

2.2. Vấn đề đồng bộ tín hiệu cảm biến và điều khiển

Việc phối hợp nhiều loại cảm biến đòi hỏi thuật toán điều khiển chặt chẽ. Cảm biến quang và công tắc hành trình phải phản hồi tín hiệu ngắt chính xác từng mili giây. Nếu tín hiệu gửi về PLC bị trễ, trục nâng sẽ vượt ngưỡng giới hạn vật lý. Môi trường công nghiệp xung quanh còn tạo ra xung nhiễu điện từ lên đường dây dẫn. Tín hiệu xung tần số cao từ PLC điều khiển driver động cơ bước dễ gây nhiễu chéo sang đường truyền dữ liệu SPI của Arduino. Đội ngũ kỹ thuật phải bố trí tiếp địa và lắp đặt rơ le trung gian cách ly mạch động lực. Việc phân nhánh nguồn cấp 24VDC và 5VDC riêng biệt giúp bảo vệ linh kiện bán dẫn an toàn.

III. Giải pháp thiết kế bãi đỗ xe ô tô tự động tại ĐH Sư phạm Kỹ thuật

Mô hình ứng dụng kiến trúc điều khiển phân tầng linh hoạt để đảm bảo độ tin cậy. Bộ điều khiển lập trình PLC đảm nhận vai trò chỉ huy trung tâm cho các cơ cấu chấp hành. Vi điều khiển Arduino Uno R3 thu nhận tín hiệu quẹt thẻ RFID và giao tiếp camera qua mạng máy tính. Khối động cơ bước nhận xung điều khiển chính xác từ ngõ ra tốc độ cao của PLC. Nhờ đó, cơ cấu trục vitme dài 500mm nâng hạ xe mượt mà đến đúng tọa độ tầng yêu cầu. Cơ cấu xoay sử dụng xi lanh quay Airtac HRQ10 kết hợp van điện từ 5/2 dùng điện áp 24VDC. Khí nén cung cấp mô men xoay ổn định, giúp đảo hướng khay xe chính xác 90 độ hoặc 180 độ. Cánh tay lấy xe tích hợp dây đai GT2 truyền động tịnh tiến đưa pallet vào ô chứa. Hệ thống cảm biến quang đóng vai trò giám sát sự hiện diện của xe và xác lập gốc tọa độ Home. Mọi thiết bị đóng cắt như cầu dao aptomat và rơ le trung gian đều được lắp đặt khoa học trong tủ điện tiêu chuẩn. Giải pháp này giúp phần cứng hoạt động bền bỉ và dễ bảo trì.

3.1. Thiết kế phần cứng và cơ cấu truyền động

Khung mô hình gia công từ nhôm định hình nhằm tối ưu trọng lượng và độ cứng vững. Trục vitme đường kính 8mm kết hợp ray trượt tuyến tính giúp nâng hạ khay xe mượt mà. Hệ thống truyền động ngang sử dụng dây đai GT2 bước răng 2mm liên kết trực tiếp với pulley động cơ bước. Khí nén điều khiển xi lanh quay Airtac HRQ10 thông qua van điện từ 5/2 coil 24V công suất 3W. Mạch nguồn cách ly bảo vệ bộ vi xử lý khỏi hiện tượng sụt áp khi các van khí đóng ngắt. Các công tắc hành trình cơ học giới hạn hành trình chuyển động, ngăn ngừa va chạm vật lý ngoài ý muốn.

3.2. Thuật toán điều khiển PLC và truyền thông dữ liệu

Lưu đồ thuật toán điều khiển tổng quát phân tách rõ ràng quy trình gửi xe và trả xe. Khi cảm biến phát hiện xe tại cửa vào, module RFID quét mã thẻ để nhận diện tài khoản. PLC xử lý chuỗi lệnh phát xung điều khiển động cơ bước di chuyển trục theo tọa độ định sẵn. Chuẩn truyền thông nối tiếp SPI và Ethernet bảo đảm trao đổi dữ liệu thông suốt giữa các bộ điều khiển. Hệ thống kiểm tra trạng thái các cảm biến quang trước khi kích hoạt cánh tay lấy xe. Nếu phát hiện vật cản hoặc sự cố kẹt cơ khí, chu trình lập tức dừng khẩn cấp. Toàn bộ thông tin vị trí ô đỗ được cập nhật liên tục lên cơ sở dữ liệu giám sát.

IV. Đánh giá ứng dụng bãi đỗ xe ô tô tự động tại ĐH Sư phạm Kỹ thuật

Đề tài tốt nghiệp tại ĐH Sư phạm Kỹ thuật TP.HCM khẳng định tính khả thi cao của giải pháp bãi đỗ xe tự động. Mô hình vận hành ổn định trong nhiều kịch bản gửi và trả xe liên tục. Thời gian trung bình để cất hoặc lấy một phương tiện chỉ mất từ 30 đến 45 giây. Tỷ lệ nhận diện thẻ RFID và vị trí khay đỗ đạt độ chính xác gần như tuyệt đối. Kết quả này chứng minh năng lực làm chủ công nghệ điều khiển tự động của sinh viên kỹ thuật. Trong tương lai, mô hình có thể dễ dàng mở rộng quy mô từ dạng sa bàn lên hệ thống công nghiệp thực tế. Các đô thị đông dân cư, tòa nhà chung cư và trung tâm thương mại là những đối tượng hưởng lợi trực tiếp từ công nghệ này. Việc đưa bãi đỗ tự động vào vận hành sẽ giải tỏa áp lực giao thông tĩnh cho các thành phố lớn. Đồng thời, giải pháp này góp phần xây dựng hạ tầng đô thị thông minh theo định hướng hiện đại hóa.

4.1. Hiệu quả tối ưu hóa không gian và vận hành

Ứng dụng mô hình bãi đỗ tự động tạo ra bước nhảy vọt về mật độ chứa xe. Cấu trúc nhiều tầng theo phương thẳng đứng cho phép đỗ nhiều phương tiện trên diện tích đất tối thiểu. Hệ thống hoàn toàn không cần đường dốc, lối đi nội bộ hay không gian mở cửa xe. Nhờ vậy, diện tích sử dụng được tiết kiệm đáng kể so với bãi đỗ xe truyền thống. Thời gian gửi và nhận xe được tối ưu hóa thông qua lập trình điều khiển tự động bằng PLC. Chủ xe chỉ cần thao tác quẹt thẻ RFID tại cổng vào mà không phải tốn thời gian tìm chỗ. Phương thức vận hành này cắt giảm đáng kể tình trạng ùn ứ giao thông cục bộ tại các khu vực trung tâm.

4.2. Tiềm năng triển khai thực tế trong đô thị thông minh

Mô hình nghiên cứu cung cấp cơ sở dữ liệu quan trọng để chế tạo bãi đỗ quy mô công nghiệp. Hệ thống dễ dàng tích hợp vào mạng lưới Internet vạn vật (IoT) của thành phố thông minh. Người dùng có thể đặt trước chỗ đỗ xe và thanh toán trực tuyến qua ứng dụng điện thoại. Khả năng kết nối camera an ninh và nhận dạng biển số tự động giúp thắt chặt an ninh bãi xe. Việc nhân rộng công nghệ này tại bệnh viện, trường học và chung cư sẽ giải quyết bài toán giao thông tĩnh. Sự kết hợp giữa bộ điều khiển công nghiệp và cơ cấu chấp hành khí nén mang lại tuổi thọ thiết bị lâu dài. Đây là hướng đầu tư hạ tầng có hiệu quả kinh tế và xã hội bền vững.

Nội dung chính

Bối cảnh và vấn đề nghiên cứu

Tại các đô thị lớn của Việt Nam như Thành phố Hồ Chí Minh, Hà Nội, Hải Phòng và Đà Nẵng, quá trình đô thị hóa diễn ra nhanh chóng khiến quỹ đất dành cho giao thông tĩnh ngày càng khan hiếm. Diện tích mặt bằng trung tâm có giá trị kinh tế cao và thường được ưu tiên cho các mục đích thương mại, dịch vụ hoặc công trình công cộng. Thực trạng này dẫn đến việc các phương tiện ô tô thường xuyên phải dừng, đỗ tràn lan trên vỉa hè và lòng đường, gây cản trở lưu thông, làm gia tăng nguy cơ ùn tắc giao thông vào giờ cao điểm, đồng thời làm mất mỹ quan đô thị và ảnh hưởng đến trật tự an toàn công cộng.

Nhu cầu sử dụng phương tiện cá nhân tại Việt Nam liên tục gia tăng. Theo báo cáo công bố ngày 10/5/2024 của Hiệp hội các nhà sản xuất ô tô Việt Nam (VAMA), trong tháng 4/2024, các thành viên VAMA đã tiêu thụ tổng cộng 24.350 xe các loại, ghi nhận mức tăng trưởng 9% so với cùng kỳ năm trước. Trong đó, xe du lịch đạt 17.258 chiếc, xe thương mại đạt 6.815 chiếc và dòng xe chuyên dụng đạt 277 chiếc (tăng 21%). Dữ liệu về 10 mẫu ô tô có doanh số cao trong tháng 5/2024 tại thị trường Việt Nam cũng phản ánh rõ nét sức mua của người dân:

STT	Mẫu xe	Doanh số (tháng 5/2024)	Thay đổi so với tháng 4/2024	Giá bán niêm yết (triệu đồng)
1	Mitsubishi Xpander	1.477	Tăng 17%	659 – 830
2	Toyota Corolla Cross	996	Giảm 33%	730 – 913
3	Hyundai Accent	924	Tăng 9%	425 – 540
4	Toyota Yaris Cross	902	Tăng 2%	730 – 850
5	Mazda CX-5	892	Tăng 11%	829 – 1.452
6	Mitsubishi Xforce	802	Giảm 1%	599 – 680
7	Toyota Vios	766	Giảm 17%	495 – 638
8	Toyota Veloz Cross	604	Mới	638 – 668

Trước áp lực gia tăng phương tiện cơ giới cá nhân và tình trạng thiếu hụt trầm trọng diện tích đỗ xe, nhóm tác giả thuộc Khoa Điện – Điện tử, Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật TP. Hồ Chí Minh đã thực hiện đề tài "Thiết kế và thi công mô hình bãi đỗ xe ô tô tự động".

Mục tiêu nghiên cứu của đề tài:

1. Thiết kế và thi công hoàn chỉnh một mô hình hệ thống bãi xe ô tô tự động có khả năng giám sát và điều khiển tự động tìm vị trí thích hợp để cất giữ xe và trả xe đúng vị trí ban đầu.
2. Thiết lập cơ chế vận hành tích hợp chức năng lưu trữ và hiển thị đầy đủ thông tin phương tiện khi ra vào bãi đỗ.

Đối tượng và phạm vi nghiên cứu:

• Đối tượng nghiên cứu: Quy trình công nghệ đỗ xe tự động dạng tháp, bao gồm cơ cấu nâng hạ trục tọa độ cơ khí, bộ điều khiển logic lập trình được (PLC), hệ thống vi điều khiển phụ trợ, công nghệ nhận dạng tần số vô tuyến (RFID) và thuật toán thị giác máy tính nhận diện biển số.
• Phạm vi nghiên cứu: Đề tài dừng lại ở quy mô xây dựng mô hình thực nghiệm thu nhỏ với sức chứa 4 vị trí đỗ xe. Kích thước vật lý của khung mô hình là chiều cao 60 cm, chiều rộng 50 cm và chiều cao cơ sở so với mặt phẳng đế gỗ là 23 cm. Hệ thống chưa tích hợp tính năng tính toán thu phí tự động và vẫn yêu cầu sự hiện diện của nhân viên vận hành để giám sát an ninh, hỗ trợ quẹt thẻ và can thiệp thủ công khi có sự cố kỹ thuật. Thiết kế cơ khí của mô hình chưa bao gồm vỏ che bảo vệ chống chịu các tác động thời tiết khắc nghiệt ngoài trời (mưa lớn, nhiệt độ cao, độ ẩm, bụi bẩn) và chưa trang bị các hệ thống nguồn điện dự phòng khi xảy ra sự cố mất điện lưới hoặc cháy nổ.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Để xác định phương án kỹ thuật tối ưu, tác giả đã tiến hành khảo sát và so sánh bốn dạng bãi đỗ xe ô tô phổ biến trong thực tế: bãi đỗ xe truyền thống trên mặt đất, bãi đỗ xe bán tự động dạng xếp hình (chiều cao mỗi tầng tối đa 2.100 mm cho xe SUV và 1.600 mm cho xe Sedan), bãi đỗ xe quay vòng đứng (chiếm diện tích mặt sàn 36 m², cung cấp tối đa 16 chỗ đỗ xe tương đương diện tích hai chỗ đỗ thông thường) và bãi đỗ xe cao tầng dạng tháp (Elevator Parking System / Speedy Tower, kiến trúc từ 20 đến 35 tầng). Trên cơ sở đối chiếu các tiêu chí về mức độ tiết kiệm diện tích mặt bằng, tính thẩm mỹ, khả năng tự động hóa và chi phí lắp đặt, nhóm tác giả chọn giải pháp bãi đỗ xe cao tầng dạng tháp làm cơ sở thiết kế mô hình thực nghiệm.

Phương pháp nghiên cứu được triển khai thông qua các giải pháp kỹ thuật cụ thể:

• Phương pháp tính toán cơ học và động lực học: Ứng dụng phương trình cơ học trục vitme để xác định mô-men xoắn cần thiết của động cơ bước dẫn động trục nâng hạ và tính toán tiết diện xilanh quay khí nén theo áp suất công tác.
• Phương pháp điều khiển truyền động: Sử dụng kỹ thuật phát chuỗi xung PTO (Pulse Train Output) từ ngõ ra số tốc độ cao của PLC để điều khiển vị trí và vận tốc quay của động cơ bước qua mạch điều khiển chuyên dụng, thay vì phương pháp điều chế độ rộng xung PWM thông thường.
• Phương pháp nhận diện ký tự quang học và xử lý ảnh số: Sử dụng ngôn ngữ Python kết hợp các thư viện xử lý ảnh nguồn mở để nhận dạng chuỗi ký tự biển số xe thu nhận từ máy ảnh kỹ thuật số.
• Phương pháp truyền thông công nghiệp và tích hợp phần mềm: Ứng dụng giao thức truyền thông nối tiếp SPI để kết nối mạch đọc thẻ RFID với vi điều khiển; sử dụng cáp truyền thông Ethernet chuẩn công nghiệp để liên kết PLC với máy tính quản lý; dùng thư viện Snap7 trong Python để truy cập trực tiếp vùng nhớ PLC thông qua giao thức S7 Communication mà không cần qua máy chủ trung gian OPC UA; sử dụng ngôn ngữ C# trên nền tảng .NET để xây dựng giao diện người dùng và liên kết cơ sở dữ liệu quan hệ.

Nguồn dữ liệu nghiên cứu bao gồm số liệu thống kê công nghiệp ô tô của VAMA năm 2024, thông số kỹ thuật (datasheet) từ các nhà sản xuất thiết bị tự động hóa (Siemens, Airtac, NXP, Microchip, Atmel) và các kết quả thu thập trực tiếp trong quá trình vận hành thử nghiệm mô hình thực tế.

Thiết kế và triển khai hệ thống

Cấu trúc phần cứng của hệ thống được chia thành 7 khối chức năng chính: khối đọc thẻ, khối thu nhận và xử lý hình ảnh, khối điều khiển động cơ và rơ le, khối công tắc hành trình, khối cảm biến, khối xử lý trung tâm, và khối nguồn cung cấp điện.

Tính toán và lựa chọn thiết bị cơ khí - động lực

Cơ cấu chuyển động hai trục XY sử dụng thanh trục vitme đai ốc bi loại T8 với bước ren $L = 2\text{ mm} = 0{,}002\text{ m}$ và hiệu suất truyền động $\eta = 0{,}9$.

Đối với cơ cấu chuyển động ngang (trục X) chịu trách nhiệm đẩy và rút khay chứa xe (pallet), tổng khối lượng tải trọng tính toán là $m = 3\text{ kg}$. Lực cản cần di chuyển được xác định theo công thức: $$F = m \cdot g = 3 \cdot 9{,}81 = 29{,}43\text{ N}$$

Mô-men xoắn yêu cầu trên trục động cơ được tính toán theo công thức truyền động vitme: $$T_d = \frac{F \cdot L}{2\pi \cdot \eta} = \frac{29{,}43 \cdot 0{,}002}{2\pi \cdot 0{,}9} \approx 0{,}0104\text{ Nm}$$

Nhóm tác giả lựa chọn động cơ bước NEMA 17 size 42x40 mm có mô-men xoắn định mức đạt $0{,}45\text{ Nm}$, vượt xa giá trị tính toán lý thuyết để đảm bảo độ tin cậy khi tải trọng dao động. Đối với trục thẳng đứng (trục Y) thực hiện chuyển động nâng hạ khay xe, do phải thắng trọng lực trực tiếp, hệ thống sử dụng động cơ bước NEMA 17 size 42x48 mm có mô-men xoắn $0{,}55\text{ Nm}$. Cả hai động cơ bước đều được điều khiển thông qua mạch công suất TB6600 (điện áp cấp 9–42 VDC, dòng ra tối đa 4 A, tần số xung hỗ trợ tối đa 200 kHz).

Cơ cấu xoay bàn đón xe sử dụng xilanh khí nén quay một góc 90° để xoay hướng đầu xe ra cửa sau khi hạ xuống từ tháp đỗ. Áp suất khí nén vận hành danh định là $P = 0{,}7\text{ MPa} = 0{,}7 \cdot 10^6\text{ Pa}$. Để sinh ra lực tác dụng tối thiểu $F_{td} \ge 29{,}43\text{ N}$, đường kính nòng xilanh $D$ được tính toán: $$D \ge \sqrt{\frac{4 \cdot F_{td}}{\pi \cdot P}} = \sqrt{\frac{4 \cdot 29{,}43}{\pi \cdot 0{,}7 \cdot 10^6}} \approx 0{,}0073\text{ m} = 7{,}3\text{ mm}$$

Nhóm nghiên cứu đã lựa chọn xilanh quay mã hiệu AIRTAC HRQ10 với đường kính $D = 10\text{ mm}$ (thỏa mãn điều kiện $D \ge 7{,}3\text{ mm}$), được cấp khí và đổi chiều bằng van điện từ $5/2$ một đầu cuộn coil điện áp 24 VDC.

Bảng thông số kỹ thuật các linh kiện phần cứng chính

Hạng mục thiết bị	Tên / Mã hiệu thiết bị	Thông số kỹ thuật danh định	Chức năng trong hệ thống
Bộ điều khiển logic	Siemens S7-1200 CPU 1214C DC/DC/DC (6ES7 214-1AG40-0XB0)	Nguồn 20.8–28.8 VDC, 14 ngõ vào số DI, 10 ngõ ra số DO, 2 ngõ vào tương tự AI, bộ nhớ 150 KB	Xử lý trung tâm, phát xung PTO điều khiển vị trí chuyển động nâng hạ
Vi điều khiển phụ trợ	Arduino Uno R3	Vi điều khiển ATmega328P 8-bit, xung nhịp 16 MHz, nguồn 5 VDC, 14 chân Digital I/O	Giao tiếp module RFID RC522 và điều khiển khối phát âm thanh
Đầu đọc thẻ thông minh	MFRC522 NFC RFID	Tần số 13,56 MHz, nguồn 3,3 VDC, cự ly đọc 0–60 mm, chuẩn truyền thông SPI tốc độ 10 Mbit/s	Quét mã thẻ nhận dạng của người gửi xe
Camera quan sát	Webcam EVEBOT USB 2K	Độ phân giải HD 720P, cảm biến ảnh 3 MP, kết nối USB	Ghi hình mặt trước xe để phục vụ thuật toán nhận diện biển số
Động cơ trục nâng hạ	Động cơ bước NEMA 17 size 42x48 mm	Góc bước 1,8°, dòng 1,68 A/pha, mô-men xoắn 0,55 Nm, trọng lượng 350 g	Dẫn động cơ cấu nâng hạ khay xe trục Y
Động cơ trục đẩy khay	Động cơ bước NEMA 17 size 42x40 mm	Góc bước 1,8°, dòng 1,68 A/pha, mô-men xoắn 0,45 Nm, trọng lượng 280 g	Dẫn động cơ cấu trượt lấy và trả khay xe trục X
Xilanh khí nén	AIRTAC HRQ10	Đường kính nòng 10 mm, dải áp suất 0,1–0,7 MPa, ren cổng M5x8, góc xoay 90°	Xoay hướng khay xe tại vị trí bàn xoay tầng trệt
Cảm biến tiệm cận	LJ12A3-4-Z/BX NPN NO	Điện áp 6–36 VDC, cự ly phát hiện 4 mm, ngõ ra NPN thường mở	Xác định vị trí gốc chuẩn (set home) cho trục ngang
Cảm biến khoảng cách	Quang điện E3F-DS30C4	Điện áp 6–36 VDC, dải đo 3–30 cm, ngõ ra NPN	Phát hiện xe đã rời khỏi khoang nâng/bàn xoay
Công tắc hành trình	Omron V-153-1C25	Dòng định mức 15 A (250 VAC), tiếp điểm SPDT (1NO+1NC)	Giới hạn hành trình biên cơ cấu trục nâng và vị trí gốc bàn xoay
Rơ le trung gian	OMRON MY2N-J / HH52P	Điện áp cuộn hút 24 VDC, tiếp điểm 5 A, gồm 2 cặp tiếp điểm chuyển đổi (2NO+2NC)	Đảo cực tính tín hiệu từ cảm biến NPN sang PNP để cấp vào ngõ vào PLC
Khối âm thanh hướng dẫn	DFPlayer Mini + PAM8403 + Loa toàn dải 4Ω 5W	Điện áp 5 VDC, giải mã MP3/WAV qua thẻ nhớ microSD, công suất khuếch đại Class D 2x3 W	Phát thông báo hướng dẫn và cảnh báo bằng âm thanh cho tài xế

Kiến trúc điều khiển và luồng phần mềm

Hệ thống hoạt động với hai chế độ vận hành: Tự động (Auto) và Thủ công bằng tay (Manual), được lựa chọn qua công tắc xoay LA38-11X21 trên mặt tủ điện.

1. Quy trình gửi xe tự động:

   • Khi khởi động, cơ cấu nâng hạ tự động đưa khay rỗng (pallet chờ) xuống khoang nâng ở tầng trệt. Cần chắn barrier mở ra.
   • Tài xế đưa xe vào vị trí khay nâng, hệ thống kích hoạt đầu đọc RFID RC522. Khi người dùng quẹt thẻ hợp lệ, tín hiệu quét được Arduino Uno xử lý và truyền sang phần mềm máy tính.
   • Người dùng nhấn nút xác nhận "Gửi xe", cần chắn đóng lại. Webcam EVEBOT chụp hình ảnh phương tiện, chương trình Python kích hoạt thư viện OpenCV để tiền xử lý ảnh và EasyOCR để trích xuất ký tự biển số. Dữ liệu biển số được chuẩn hóa qua biểu thức chính quy (re), lưu vào hệ quản trị cơ sở dữ liệu Microsoft SQL Server cùng thời gian thực và mã ID thẻ.
   • Phần mềm máy tính gửi lệnh qua thư viện Snap7 đến PLC S7-1200. PLC kích hoạt khối hàm phát xung PTO đưa trục Y và trục X vận hành theo quỹ đạo tính toán, di chuyển pallet mang xe đến vị trí ô đỗ còn trống trong tháp. Sau khi xếp xe thành công, cơ cấu quay trở lại lấy pallet chờ tiếp theo đưa xuống vị trí tầng trệt cho lượt gửi xe sau.

2. Quy trình lấy xe tự động:

   • Người dùng đến trạm thao tác và quẹt lại thẻ từ. Hệ thống truy vấn mã ID thẻ trong SQL Server để xác định vị trí tầng và ô chứa xe tương ứng.
   • PLC điều khiển trục cơ cấu nâng đến vị trí ô đỗ, rút khay xe ra và hạ xuống khoang tiếp nhận.
   • Khi khay chạm đáy tầng trệt, van điện từ 5/2 kích hoạt xilanh quay AIRTAC HRQ10 xoay bàn nâng một góc 90° để đầu xe hướng thẳng ra lối xuất bãi. Cần chắn mở lên để người lái điều khiển phương tiện ra ngoài.
   • Cảm biến quang E3F-DS30C4 đặt tại lối ra ghi nhận phương tiện đã rời khỏi bãi an toàn, gửi tín hiệu phản hồi để PLC kích hoạt xilanh quay đưa bàn xoay về góc 0° ban đầu và hạ barrier xuống.
   • Trường hợp tài xế làm mất thẻ, nhân viên quản lý sẽ đối chiếu giấy tờ thực tế, tra cứu thông tin biển số lưu trữ trên hệ thống SQL Server để truy xuất vị trí ô xe, sau đó chuyển sang chế độ Manual để vận hành cánh tay lấy xe bằng bảng điều khiển giám sát.

Phần mềm điều khiển và giám sát được xây dựng trên hai môi trường:

• Môi trường WinCC Professional V17 (trong gói TIA Portal V17): Thiết kế giao diện giám sát tổng quan trạng thái các vị trí đỗ, các nút bấm điều khiển Manual (chạy trục X/Y, nâng/hạ, quay xilanh) và trạng thái các đầu vào/ra của PLC S7-1200.
• Ứng dụng C# trên Visual Studio 2019: Đảm nhận chức năng giao tiếp với đầu đọc RFID qua cổng Serial, truy vấn cơ sở dữ liệu Microsoft SQL Server, ghi nhận lịch sử xe vào/ra và hỗ trợ xuất báo cáo sang tệp bảng tính Microsoft Excel.

Nội dung chính theo từng chương

Chương 1: Tổng quan

Chương 1 trình bày nguyên nhân lựa chọn đề tài xuất phát từ vấn đề quá tải giao thông tĩnh tại các đô thị lớn ở Việt Nam, đi kèm số liệu phân tích thị trường tiêu thụ ô tô từ VAMA trong năm 2024. Nội dung nghiên cứu được xác lập tập trung vào việc nghiên cứu nguyên lý hoạt động của các hệ thống bãi đỗ xe thông minh, tính toán lựa chọn thiết bị công nghiệp phù hợp, thiết kế sơ đồ nguyên lý mạch điện, gia công lắp ráp mô hình vật lý thu nhỏ 4 vị trí đỗ (kích thước 60x50x23 cm), lập trình thuật toán điều khiển trên PLC S7-1200 và xây dựng giao diện điều khiển, giám sát kết hợp xử lý ảnh biển số xe.

Chương 2: Phân tích các phương pháp bãi đỗ xe ô tô

Chương 2 tập trung phân tích ưu điểm và nhược điểm của 4 giải pháp đỗ xe phổ biến:

• Bãi đỗ xe truyền thống: Chi phí vận hành thấp, chỉ tiêu thụ điện năng cho chiếu sáng, không phụ thuộc vào thiết bị điện tự động; tuy nhiên lãng phí diện tích, sức chứa thấp, không tối ưu cho quỹ đất đô thị khan hiếm.
• Hệ thống bãi đỗ xe tự động xếp hình: Thiết kế linh hoạt cho các dòng xe kích thước khác nhau (tầng 1 và 2 cao 2.100 mm cho SUV, tầng trên 1.600 mm cho Sedan), thi công và di dời thuận tiện; nhưng thời gian luân chuyển xe tương đối chậm và vẫn mang tính chất bán tự động.
• Hệ thống đỗ xe quay vòng đứng: Tiết kiệm diện tích triệt để (chỉ cần 36 m² cho 16 ô đỗ), lắp đặt linh hoạt ở đô thị đông đúc; song kết cấu cơ khí không thể dùng chung linh hoạt giữa Sedan và SUV, chi phí đầu tư cao hơn hệ thống xếp hình.
• Hệ thống đỗ xe cao tầng dạng tháp: Quy mô kiến trúc lớn (20–35 tầng), nâng hạ và dịch chuyển tự động hoàn toàn, diện tích chiếm đất tối thiểu; nhược điểm là chi phí đầu tư ban đầu lớn và đòi hỏi kết cấu khung chịu lực có độ cứng vững cao.

Từ các so sánh trên, nhóm tác giả chọn mô hình bãi đỗ xe dạng tháp để nghiên cứu. Đồng thời, chương này tổng hợp cơ sở lý thuyết về công nghệ sóng vô tuyến RFID (tần số 125 kHz và 13,56 MHz), chuẩn giao tiếp SPI, USB, Ethernet, kiến trúc bộ điều khiển lập trình được PLC, các kỹ thuật điều khiển động cơ bước (PWM và PTO), nguyên lý cảm biến quang điện, công tắc hành trình, rơ le trung gian, cùng các công cụ phần mềm như TIA Portal V17, Visual Studio, VS Code, SQL Server và Arduino IDE.

Chương 3: Tính toán và thiết kế hệ thống

Chương 3 trình bày các bước tính toán và thiết kế chi tiết:

• Xây dựng sơ đồ khối toàn hệ thống gồm 7 khối chức năng: đọc thẻ, xử lý ảnh, xử lý trung tâm, điều khiển động cơ/rơ le, cảm biến, công tắc hành trình và nguồn nuôi.
• Tính toán cơ học lực kéo và mô-men xoắn cho trục X ($m = 3\text{ kg}$, $F = 29{,}43\text{ N}$, $T_d = 0{,}01\text{ Nm}$) và trục Y để chọn động cơ bước NEMA 17 size 42x40 mm và size 42x48 mm cùng mạch lái TB6600.
• Tính toán đường kính nòng xilanh khí nén cho bàn xoay theo áp suất $P = 0{,}7\text{ MPa}$ ($D \ge 7{,}3\text{ mm}$), lựa chọn xilanh AIRTAC HRQ10 ($D = 10\text{ mm}$) và van điện từ khí nén 5/2 coil 24 VDC.
• Thiết kế mạch điện: Sơ đồ đấu nối dây toàn mạch, cấu hình địa chỉ đầu vào/ra của PLC CPU 1214C DC/DC/DC, mạch ghép nối Arduino Uno R3 với module RFID RC522 qua giao tiếp SPI, mạch khuếch đại PAM8403 phát âm thanh qua module DFPlayer Mini, và sơ đồ đi dây hoàn chỉnh cho tủ điều khiển công nghiệp tích hợp Aptomat MCB 2P 10 A, bộ nguồn tổ ong 24 VDC 10 A.

Chương 4: Thi công hệ thống

Chương 4 mô tả toàn bộ quy trình chế tạo cơ khí và lập trình điều khiển:

• Gia công và lắp ráp phần cứng cơ khí: Khung mô hình tháp đỗ xe, bàn trượt vitme trục X, khung di chuyển lên xuống trục Y, trụ bàn xoay khí nén, vỏ hộp quẹt thẻ và tủ điện điều khiển công nghiệp.
• Lắp đặt thiết bị ngoại vi: Định vị các công tắc hành trình V-153-1C25 giới hạn trên/dưới trục nâng và vị trí gốc bàn xoay; gắn cảm biến tiệm cận LJ12A3-4-Z/BX để định vị gốc trục trượt ngang; cố định cảm biến quang E3F-DS30C4 phát hiện xe ra.
• Xây dựng lưu đồ thuật toán: Thiết lập lưu đồ tổng quát hệ thống, lưu đồ quy trình gửi xe và lấy xe, thuật toán vận hành ở chế độ Auto và Manual.
• Lập trình điều khiển: Cấu hình phát xung PTO trên hai trục phát xung tốc độ cao của PLC S7-1200 để định vị chính xác vị trí ô đỗ; lập trình chương trình Python thu nhận ảnh từ webcam, xử lý lọc nhiễu qua OpenCV, nhận diện ký tự biển số qua EasyOCR và truyền nhận cờ lệnh/dữ liệu với PLC bằng thư viện Snap7.
• Thiết kế giao diện WinCC giám sát trạng thái bãi đỗ và xây dựng giao diện C# quản lý truy xuất dữ liệu biển số trên SQL Server.

Chương 5: Kết quả, nhận xét và đánh giá

Chương 5 công bố kết quả nghiệm thu thực nghiệm:

• Lắp ráp thành công mô hình vật lý hoàn chỉnh với hệ thống khung cơ khí, bàn xoay khí nén, cơ cấu tay gắp pallet và tủ điện điều khiển công nghiệp đi dây gọn gàng, bố trí cầu đấu domino phân phối nguồn 24 VDC ổn định.
• Vận hành kiểm thử hệ thống: Ghi nhận quá trình cấp điện vào/ra của PLC S7-1200 và driver TB6600 hoạt động chính xác; giao diện WinCC hiển thị trực quan trạng thái ô đỗ còn trống hoặc đã có xe.
• Kết quả phần mềm: Camera chụp ảnh sắc nét, thuật toán Python nhận diện biển số xe chính xác, dữ liệu ID thẻ và biển số được cập nhật lập tức lên bảng dữ liệu SQL Server, tính năng xuất báo cáo ra file Excel thực hiện thông suốt.
• Thử nghiệm chức năng trả xe khi mất thẻ: Nhân viên sử dụng giao diện phần mềm tra cứu biển số, định vị tọa độ ô xe và điều khiển chế độ Manual trên WinCC để hạ pallet trả xe thành công.

Chương 6: Kết luận và hướng phát triển

Chương 6 tổng kết các kết quả đạt được: Hoàn thành thiết kế và thi công mô hình bãi đỗ xe dạng tháp 4 vị trí hoạt động đúng nguyên lý; tích hợp thành công giữa PLC công nghiệp, vi điều khiển phụ trợ, cảm biến, hệ thống khí nén và thuật toán thị giác máy tính. Đồng thời, nhóm tác giả chỉ ra các hạn chế kỹ thuật hiện tại và đề xuất các giải pháp nâng cấp trong giai đoạn tiếp theo.

Kết quả và đóng góp

Kết quả chính

• Thi công hoàn thiện mô hình thực nghiệm bãi đỗ xe dạng tháp thu nhỏ gồm 4 vị trí đỗ, kích thước $60 \times 50 \times 23\text{ cm}$.
• Hệ thống cơ điện tử vận hành đồng bộ: Bộ điều khiển PLC S7-1200 CPU 1214C phát chuỗi xung PTO chính xác để điều khiển hai động cơ bước NEMA 17 qua mạch lái TB6600, phối hợp nhịp nhàng với bàn xoay khí nén AIRTAC HRQ10 quay góc 90° để điều hướng xe ra lối thoát.
• Hệ thống phần mềm tích hợp hoàn chỉnh: Thuật toán Python nhận dạng thành công chuỗi ký tự biển số xe qua Webcam EVEBOT USB 2K bằng thư viện EasyOCR và OpenCV; liên kết truyền thông hai chiều thời gian thực giữa Python và PLC qua giao thức Snap7 trên cổng cáp mạng Ethernet; lưu trữ đầy đủ mã số thẻ RFID RC522 (tần số 13,56 MHz) và biển số vào hệ quản trị Microsoft SQL Server, hỗ trợ xuất báo cáo sang tệp Excel.
• Đảm bảo tính linh hoạt và an toàn khi vận hành: Tích hợp chế độ chạy tự động (Auto) và điều khiển thủ công (Manual); trang bị khối nút dừng khẩn cấp LAY37-11ZS, công tắc hành trình bảo vệ giới hạn chuyển động cơ khí và quy trình xử lý sự cố trả xe thủ công khi khách hàng làm mất thẻ nhận dạng.

Giải pháp và kiến nghị của tác giả

• Ứng dụng thư viện mã nguồn mở Snap7 làm giải pháp kết nối trực tiếp giữa chương trình xử lý ảnh trên máy tính và vùng nhớ của PLC Siemens S7-1200 qua cổng cáp mạng Ethernet, thay thế cho giải pháp máy chủ OPC UA truyền thống nhằm giảm bớt độ phức tạp trong cấu hình, tiết kiệm chi phí bản quyền phần mềm và tăng tốc độ phát triển hệ thống.
• Sử dụng rơ le trung gian HH52P làm mạch đệm chuyển đổi tín hiệu cảm biến loại NPN sang cực tính PNP để đảm bảo tính tương thích phần cứng với các cổng ngõ vào số của PLC công nghiệp.
• Kết hợp giải pháp âm thanh tương tác (DFPlayer Mini, PAM8403, loa 4Ω 5W) để thông báo trạng thái vận hành và hướng dẫn thao tác trực tiếp cho người gửi xe.

Đóng góp của đề tài

Nhóm tác giả đã hiện thực hóa thành công một mô hình điều khiển bãi đỗ xe tích hợp liên ngành: kết hợp giữa kỹ thuật điều khiển tự động hóa công nghiệp (PLC S7-1200, WinCC), kỹ thuật cơ điện tử (động cơ bước, trục vitme, khí nén), kỹ thuật vi điều khiển (Arduino, RFID) và công nghệ phần mềm ứng dụng thị giác máy tính (Python, OpenCV, EasyOCR, SQL Server). Đồ án cung cấp một mô hình thực nghiệm minh họa tính khả thi của việc ứng dụng công nghệ tự động hóa nhằm tối ưu hóa diện tích đỗ xe tĩnh tại các đô thị hiện đại.

Hạn chế và hướng nghiên cứu tiếp

Hạn chế của đề tài

• Quy mô thử nghiệm còn nhỏ: Hệ thống mới chỉ dừng lại ở quy mô mô hình mô phỏng thu nhỏ với 4 vị trí đỗ xe, chưa thể hiện được trọn vẹn đặc tính tải trọng và thời gian chờ của một bãi xe thực tế.
• Mức độ tự động hóa: Hệ thống chưa thể vận hành tự động hóa hoàn toàn mà vẫn cần sự có mặt của nhân viên vận hành để giám sát hiện trường, hỗ trợ thao tác quẹt thẻ và can thiệp xử lý các sự cố kỹ thuật hoặc rủi ro tài sản.
• Tính năng dịch vụ: Chưa tích hợp chức năng tính toán chi phí và cổng thanh toán tự động khi xe ra vào.
• Độ bền và khả năng thích ứng môi trường: Kết cấu mô hình chưa đáp ứng các yêu cầu về độ bền cơ học công nghiệp, chưa có vỏ che chống chịu các yếu tố môi trường ngoài trời bất lợi như mưa lớn, nhiệt độ cao, độ ẩm cao và bụi bẩn.
• Cơ chế an toàn và dự phòng: Chưa được trang bị các giải pháp nguồn điện dự phòng (UPS/máy phát) hoặc cơ chế tự bảo vệ khi xảy ra các sự cố khẩn cấp như mất điện lưới, chập cháy hay lỗi phần cứng đột ngột.

Hướng nghiên cứu phát triển

Văn bản đồ án đề xuất định hướng phát triển trong tương lai:

• Nâng cấp mô hình lên quy mô thực tiễn lớn hơn với sức chứa ô đỗ nhiều hơn, phù hợp với xu hướng xây dựng hệ thống giao thông thông minh và đô thị hiện đại.
• Nghiên cứu bổ sung tính năng tự động tính phí và thanh toán trực tuyến.
• Hoàn thiện kết cấu cơ khí chịu lực ngoài trời và tích hợp các cơ chế an toàn nguồn dự phòng nhằm nâng cao độ ổn định và tính sẵn sàng khi triển khai trong môi trường thực tế.

Giá trị tham khảo

Đồ án tốt nghiệp này là tài liệu tham khảo hữu ích cho:

• Sinh viên các ngành Kỹ thuật Điện – Điện tử, Kỹ thuật Điều khiển và Tự động hóa, Cơ điện tử và Kỹ thuật Máy tính khi thực hiện đồ án môn học hoặc khóa luận tốt nghiệp có liên quan đến việc điều khiển vị trí chuyển động bằng PLC.
• Các kỹ sư và nhà phát triển ứng dụng cần tài liệu tham khảo thực tế về phương pháp tích hợp camera xử lý ảnh Python với PLC Siemens qua giao thức Snap7, cách cấu hình tính năng phát chuỗi xung PTO trên PLC S7-1200 điều khiển driver động cơ bước, cũng như phương pháp thiết kế giao diện giám sát WinCC kết hợp cơ sở dữ liệu Microsoft SQL Server.
• Phần đáng tham khảo nhất trong công trình là chương 3 và chương 4, nơi cung cấp các công thức tính toán chọn động cơ bước nâng hạ theo tải trọng trục vitme, phương pháp tính chọn đường kính nòng xilanh khí nén xoay, sơ đồ nguyên lý ghép nối mạch ngoại vi, và quy trình phân bổ ngõ vào/ra điều khiển công nghiệp.

Câu hỏi thường gặp

1. Tại sao nhóm tác giả lại lựa chọn thư viện Snap7 thay vì chuẩn giao tiếp OPC UA để kết nối Python với PLC Siemens S7-1200? Nhóm nghiên cứu chọn thư viện mã nguồn mở Snap7 nhằm mục đích đơn giản hóa quá trình lập trình và rút ngắn thời gian phát triển hệ thống. Snap7 cho phép chương trình Python kết nối trực tiếp với PLC qua giao thức Ethernet S7 Communication và truy cập toàn bộ các vùng nhớ dữ liệu (Inputs, Outputs, Data Blocks, Merkers, Timer, Counter) mà không cần cấu hình một máy chủ trung gian phức tạp như OPC UA.

2. Công thức và thông số nào được sử dụng để tính toán lựa chọn động cơ bước cho trục ngang của mô hình? Trục ngang (trục X) kéo đẩy khay xe với tổng tải trọng $m = 3\text{ kg}$, tương ứng lực di chuyển $F = m \cdot g = 3 \cdot 9{,}81 = 29{,}43\text{ N}$. Sử dụng trục vitme T8 bước ren $L = 0{,}002\text{ m}$ và hiệu suất $\eta = 0{,}9$, mô-men xoắn yêu cầu tính theo công thức: $$T_d = \frac{F \cdot L}{2\pi \cdot \eta} = \frac{29{,}43 \cdot 0{,}002}{2\pi \cdot 0{,}9} \approx 0{,}01\text{ Nm}$$ Từ kết quả này, nhóm chọn động cơ bước NEMA 17 size 42x40 mm có mô-men xoắn định mức $0{,}45\text{ Nm}$, đáp ứng vượt mức yêu cầu kỹ thuật.

3. Tiêu chí tính toán để chọn xilanh khí nén AIRTAC HRQ10 cho cơ cấu bàn xoay là gì? Cơ cấu bàn xoay cần sinh ra lực tác dụng tối thiểu $F_{td} \ge 29{,}43\text{ N}$ dưới áp suất làm việc của nguồn khí nén là $P = 0{,}7\text{ MPa}$. Theo công thức lực piston $F_{td} = (\pi \cdot D^2 / 4) \cdot P \cdot 10^6$, đường kính nòng xilanh yêu cầu là: $$D \ge \sqrt{\frac{29{,}43 \cdot 4}{0{,}7 \cdot 10^6 \cdot \pi}} \approx 0{,}007\text{ m} = 7\text{ mm}$$ Nhóm tác giả đã chọn xilanh khí nén xoay AIRTAC HRQ10 có đường kính nòng $D = 10\text{ mm}$ (lớn hơn 7 mm) để đảm bảo bàn xoay vận hành tin cậy.

4. Khi khách hàng làm mất thẻ nhận dạng RFID, hệ thống xử lý trả xe như thế nào? Khi xảy ra sự cố mất thẻ, nhân viên quản lý sẽ tiến hành xác minh giấy tờ sở hữu của khách hàng tại chỗ. Sau đó, nhân viên tra cứu biển số xe trên hệ thống cơ sở dữ liệu SQL Server để truy xuất vị trí ô chứa khay xe tương ứng và chuyển hệ thống từ chế độ Auto sang chế độ vận hành bằng tay (Manual) trên giao diện WinCC để điều khiển cánh tay nâng hạ lấy xe ra trả lại cho khách hàng.

5. Những công cụ phần mềm nào đã được sử dụng đồng thời để xây dựng toàn bộ hệ thống này? Hệ thống sử dụng đồng bộ 5 phần mềm: TIA Portal V17 (gồm STEP7 Professional lập trình PLC và WinCC Professional thiết kế HMI/SCADA giám sát), Arduino IDE (lập trình vi điều khiển Uno R3 đọc thẻ RFID và âm thanh), Visual Studio Code (lập trình Python nhận diện biển số xe qua OpenCV và EasyOCR), Microsoft Visual Studio 2019 (lập trình giao diện C# quản lý vận hành), và Microsoft SQL Server (lưu trữ cơ sở dữ liệu xe ra vào).

Kết luận

Đồ án tốt nghiệp "Thiết kế và thi công mô hình bãi đỗ xe ô tô tự động" của nhóm sinh viên Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật TP. Hồ Chí Minh đã giải quyết trọn vẹn yêu cầu chế tạo một mô hình bãi đỗ xe thông minh dạng tháp 4 vị trí vận hành tự động. Công trình kết hợp thành công bộ điều khiển logic công nghiệp PLC S7-1200 phát xung PTO, cơ cấu nâng hạ vitme, xilanh bàn xoay khí nén, công nghệ thẻ RFID và thị giác máy tính nhận diện biển số trên nền Python. Mặc dù còn giới hạn về kích thước mô hình thu nhỏ và chưa tích hợp cổng thanh toán tự động, kết quả nghiên cứu đã chứng minh tính khả thi cao về mặt kỹ thuật, mở ra tiềm năng ứng dụng thực tế trong việc giải quyết bài toán giao thông tĩnh tại các đô thị thông minh.

Trích đoạn nội dung tài liệu

Đặt vấn đề dẫn nhập lý do chọn đề tài, trình bày mục tiêu, nội dung nghiên cứu, xác định một số giới hạn và bố cục của đề tài. Chương 2: Cơ sở lý thuyết Phân tích và đánh giá các mô hình bãi đỗ xe ô tô phổ biến trên thị trường hiện nay, nêu rõ các ưu điểm và hạn chế của từng mô hình. Từ đó, lựa chọn giải pháp phù hợp nhất để triển khai trong phạm vi đề tài. Đồng thời, trình bày một số cơ sở lý thuyết liên quan và liệt kê các thiết bị phần cứng cần thiết cho việc hiện thực hóa hệ thống.

Chương 3: Thiết kế hệ thống Xây dựng sơ đồ khối và 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 sơ đồ bản vẽ của tủ điện, các ngõ vào ra của PLC và toàn bộ hệ thống. Chương 4: Thi công hệ thống Thi công mô hình hoàn chỉnh từ phần cứng đến phần mềm.

Xây dựng lưu đồ giải thuật và các giao diện điều khiển và giám sát của hệ thống. Chương 5: Kết quả, nhận xét và đánh giá Trình bày các kết quả vận hành và kết quả thử nghiệm, bao gồm cấu trúc tổng thể của mô hình hệ thống và giao diện phần mềm điều khiển. Tiếp theo, đưa ra nhận xét tổng quan về quá trình thực hiện và hiệu quả của đề tài, đồng thời đánh giá mức độ đáp ứng các mục tiêu đã đề 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. 3 PHẦN NỘI DUNG GVHD: TS.NGUYỄN PHAN THANH CHƯƠNG 2. PHÂN TÍCH CÁC PHƯƠNG PHÁP BÃI ĐỖ XE Ô TÔ Hiện nay trên thế giới có rất nhiều dạng bãi đỗ xe, nhóm em đã chọn ra một số loại hình bãi đỗ xe tiêu biểu để phân tích những ưu nhược điểm của từng loại. Từ đó, chọn ra phương pháp phù hợp để nghiên cứu mô hình cho đề tài.

Các bãi đỗ xe ô tô phổ biến hiện nay Bãi đỗ xe truyền thống [2] Hệ thống đỗ xe ô tô truyền thống có ở hầu hết các gia đình, văn phòng và trung tâm giải trí. Không gian đỗ xe riêng biệt được tạo ra để vào và ra trơn tru để tăng tổ chức và giảm lưu lượng. Ưu điểm: - Có mức tiêu thụ năng lượng thấp hơn, với nhu cầu điện năng chủ yếu chỉ dùng cho hệ thống chiếu sáng. Ngoài ra, chúng có độ tin cậy cao vì hoạt động không phụ thuộc vào các thiết bị điện hoặc hệ thống điều khiển tự động, do đó không bị ảnh hưởng trong trường hợp mất điện.

- Thiết kế đơn giản, số vốn bỏ ra không lớn, chi phí vận hành thấp. Việc giao từng lô đỗ xe cho cá nhân quản lý giúp tăng cường an ninh và bảo vệ phương tiện hiệu quả hơn. Nhược điểm: - Không gian hạn chế nên người lái xe phải tìm chỗ trống trước khi đỗ xe. Không có tính tự động cao.

- Sức chứa ít hơn so với các bãi giữ xe nhiều tầng cùng diện tích. Với sự khan hiếm ngày càng tăng của đất đô thị có sẵn và số lượng xe hơi sinh sôi nảy nở, cần có một giải pháp thay thế và bền vững. Bãi giữ xe kiểu truyền thống 4 PHẦN NỘI DUNG GVHD: TS.NGUYỄN PHAN THANH Hệ thống bãi đỗ xe tự động xếp hình [3] Là một hệ thống bãi đỗ xe bán tự động được thiết kế đơn giản, hoạt động thay thế cho các tầng sàn đỗ xe bê tông thông thường.