Thiết kế hệ thống thẻ giữ xe thông minh, dùng công nghệ rfid 273424
- 69 trang
- file .pdf
Luận văn thạc sỹ kỹ thuật
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI
---------------------------------------
Họ và tên tác giả luận văn
NGUYỄN VĂN HIỆP
TÊN ĐỀ TÀI LUẬN VĂN
THIẾT KẾ HỆ THỐNG THẺ GIỮ XE THÔNG MINH,
DÙNG CÔNG NGHỆ RFID
Chuyên ngành: Đo lường và các hệ thống điều khiển
LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT
ĐO LƯỜNG VÀ CÁC HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN
NGƯỜI HƯỚNG DẪN:
TS. NGUYỄN QUỐC CƯỜNG
Hà Nội - 2014
Trang 1
Luận văn thạc sỹ kỹ thuật
MỤC LỤC
DANH MỤC CÁC HÌNH ẢNH ............................................................................... 5
DANH MỤC CÁC BẢNG ........................................................................................ 7
LỜI CAM ĐOAN ...................................................................................................... 8
LỜI CẢM ƠN ............................................................................................................ 9
LỜI NÓI ĐẦU ......................................................................................................... 10
1. Cơ sở lựa chọn đề tài .......................................................................... 10
2. Phương pháp nghiên cứu ................................................................... 11
CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG QUẢN LÝ BÃI ĐỖ XE THÔNG
MINH........................................................................................................................ 13
1.1. Hệ thống hướng dẫn đỗ xe ................................................................. 13
1.2. Hệ thống kiểm soát vào/ra ................................................................. 14
1.3. Phần mềm quản lý bãi đỗ xe .............................................................. 15
1.4. Lợi ích của hệ thống quản lý bãi đỗ xe thông minh......................... 16
CHƯƠNG 2. TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ RFID VÀ ................................. 19
THIẾT KẾ ĐẦU ĐỌC ............................................................................................ 19
2.1. Tổng quan về công nghệ RFID ........................................................... 19
2.2. Tần số hoạt động .................................. Error! Bookmark not defined.
2.3. Hệ thống RFID ở tần số 13.56Mhz ..................................................... 22
2.3.1 Thẻ ....................................................................................................22
2.3.2. Đầu đọc ...........................................................................................23
2.3.3. Nguyên lý làm việc cơ bản ............................................................24
2.4. Thiết kế phần cứng đầu đọc RFID ..................................................... 26
2.4.1. Lựa chọn IC RFID Reader ...........................................................26
2.4.2. Cấu trúc của IC CR95HF .............................................................28
Trang 2
Luận văn thạc sỹ kỹ thuật
2.4.3. Cấu trúc đầu đọc RFID .................................................................28
2.4.4. Thiết kế chi tiết đầu đọc thẻ RFID ............................................29
2.4.5. Thiết kế mạch in đầu đọc thẻ RFID ..........................................42
2.5. Thiết kế firmware cho đầu đọc RFID ................................................ 44
2.5.1. Yêu cầu thiết kế..............................................................................44
2.5.2. Firmware cho đầu đọc RFID .......................................................44
2.5.3. Thực hiện việc viết firmware cho đầu đọc RFID........................46
2.6. Kết quả đạt được .................................................................................. 48
CHƯƠNG 3. THIẾT KẾ THIẾT BỊ ĐIỀU KHIỂN HỆ THỐNG ..................... 50
3.1. Tổng quan về thiết bị điều khiển hệ thống ........................................ 50
3.2. Thiết kế phần cứng của thiết bị điều khiển ....................................... 51
3.2.1. Thiết kế khối vi điều khiển ...........................................................51
3.2.2. Thiết kế khối Camera và giao tiếp máy tính ...............................52
3.2.3. Thiết kế khối thẻ nhớ và giao tiếp với đầu đọc thẻ RFID ..........54
3.2.4. Thiết kết khối nguồn cho thiết bị .................................................55
3.2.4. Vẽ mạch in cho thiết bị điều khiển hệ thống ...............................56
3.3. Thiết kế firmware cho thiết bị ............................................................ 58
3.3.1. Yêu cầu thiết kế..............................................................................58
3.3.2. Thiết kế firmware cho thiết bị ......................................................58
3.3.3. Chương trình kiểm tra hoạt động của thiết bị ............................60
CHƯƠNG 4. VIẾT CHƯƠNG TRÌNH XỬ LÝ DỮ LIỆU TRÊN MÁY
TÍNH ......................................................................................................................... 63
CHƯƠNG 5. KẾT QUẢ VÀ BÀN LUẬN ............................................................ 67
5.1. Kết quả đạt được .................................................................................. 67
5.2. Bàn luận ................................................................................................ 67
Trang 3
Luận văn thạc sỹ kỹ thuật
KẾT LUẬN .............................................................................................................. 68
TÀI LIỆU THAM KHẢO ...................................................................................... 69
1. RFID handbook (Rachel Waddington_Translate) .......................... 69
2. RFID Sourcebook (Sandrip Lahiri) .................................................. 69
3. Sefa Kalayci, Design of a radio frequency identification antenna,
Middle East Technical University, 2009 ............................................................ 69
4. STMicroelectronics, CR95HF datasheet .......................................... 69
5. Antenna design and impedance matching guidelines for CR95HF
multi-protocol contactless transceiver IC .......................................................... 69
6. Giáo trình cơ sở dữ liệu ...................................................................... 69
7. Học lập trình với C# ........................................................................... 69
8. Các website .......................................................................................... 69
Trang 4
Luận văn thạc sỹ kỹ thuật
DANH MỤC CÁC HÌNH ẢNH
Hình 1.1. Sơ đồ hệ thống hướng dẫn đỗ xe ......................................................14
Hình 1.2. Hệ thống kiểm soát vào/ra................................................................15
Hình 1.3. Sơ đồ tổng quát của hệ thống quản lý bãi đỗ xe thông minh ...........16
Hình 1.4. Sơ đồ tổng quan hệ thống quản lý bãi đỗ xe thông minh .................17
Hình 2.1. Cơ chế trao đổi năng lượng giữa đầu đọc và thẻ.............................24
Hình 2.2. Sơ đồ chân của IC CR95HF .............................................................27
Hình 2.3. Cấu trúc của IC CR95HF .................................................................28
Hình 2.4. Sơ đồ khối của đầu đọc RFID ..........................................................28
Hình 2.6. Sơ đồ mạch nguyên lý khối vi điều khiển .........................................30
Hình 2.7. Sơ đồ nguyên lý khối giao tiếp với CR95HF ....................................32
Hình 2.8. Cấu trúc Ăng-ten cần thiết kế cho CR95HF ....................................34
Hình 2.9. Ăng-ten dạng hình xoắn ốc ...............................................................35
Hình 2.10. Ăng-ten dạng hình vuông, lục giác và bát giác ..............................36
Hình 2.11. Sơ đồ nguyên lý khối ăng-ten .........................................................36
Hình 2.12. Các thông số thiết kế ăng-ten .........................................................37
Hinh 2.13. Ăng-ten của đầu đọc RFID .............................................................38
Hình 2.14. Sơ đồ nguyên lý của khối giao tiếp.................................................39
Hình 2.15. Sơ đồ nguyên lý khối trạng thái......................................................39
Hình 2.16. Sơ đồ khối nguồn cung cấp cho đầu đọc ........................................40
Hình 2.17. Sơ đồ nguyên lý của đầu đọc thẻ RFID ..........................................42
Hình 2.18. Sơ đồ sắp xếp linh kiện ...................................................................42
Hình 2.19. Sơ đồ mạch in lớp Toplayer của đầu đọc .......................................43
Hình 2.20. Sơ đồ mạch in lớp Bottomlayer của đầu đọc .................................43
Hình 2.21. Đầu đọc RFID sau khi hàn linh kiện ..............................................44
Hình 1.22. Lưu đồ thuật toán của đầu đọc RFID.............................................46
Hình 2.23. Cấu trúc thư mục của firmware cho đầu đọc RFID .......................47
Hình 2.24. Giao diện phần mềm kiểm tra việc đọc ghi vào thẻ .......................49
Hình 3.1. Sơ đồ khối của thiết bị điều khiển hệ thống .....................................50
Trang 5
Luận văn thạc sỹ kỹ thuật
Hình 3.1. Sơ đồ nguyên lý khối vi điều khiển ...................................................52
Hình 3.2. Lưu đồ thuật toán điều khiển camera ...............................................53
Hình 3.3. Sơ đồ nguyên lý khối giao tiếp camera và giao tiếp máy tính .........54
Hình 3.4. Sơ đồ nguyên lý khối thẻ nhớ và giao tiếp đầu đọc thẻ RFID ..........54
Hình 3.5. Sơ đồ khối nguồn cung cấp cho thiết bị ...........................................55
Hình 3.7. Các bố trí linh kiện trên bo mạch ....................................................56
Hình 3.8. Sơ đồ đi dây của mặt TopLayer ........................................................57
Hình 3.9. Sơ đồ đi dây lớp BottomLayer ..........................................................57
Hình 3.10. Hình ảnh của thiết bị sau khi đặt mạch và hàn linh kiện ...............58
Hình 3.11. Cấu trúc chương trình của đầu đọc ...............................................60
Hình 3.12. Giao diện chương trình kiểm tra hoạt động của thiết bị ................61
Hình 3.13. Kết quả ảnh chụp được do thiết bị gửi lên .....................................62
Hình 4.1. Giao diện khi khởi động chương trình .............................................64
Hình 4.2. Giao diện cấu hình cổng Com cho chương trình .............................64
Hình 4.3. Xem lại thông tin vào/ra của các xe .................................................66
Trang 6
Luận văn thạc sỹ kỹ thuật
DANH MỤC CÁC BẢNG
Bảng 2.1. Sơ đồ chân của CR95HF ................................................................. 28
Bảng 2.2. Mô tả bản tin giao tiếp giữa vi điều khiển và CR95HF ................... 33
Bảng 2.3. Các lệnh điều khiển CR95HF .......................................................... 33
Bảng 2.4. Hệ số tính điện cảm của ăng-ten...................................................... 36
Trang 7
Luận văn thạc sỹ kỹ thuật
LỜI CAM ĐOAN
Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu riêng của tôi, dưới sự hướng
dẫn của PGS. Nguyễn Quốc Cường – Đại Học Bách Khoa Hà Nội. Các số liệu, thiết
kế và kết quả nghiên cứu trình bày trong luận văn là trung thực và chưa từng được ai
công bố trong bất kỳ một công trình nghiên cứu nào khác
Học viên
Nguyễn Văn Hiệp
Trang 8
Luận văn thạc sỹ kỹ thuật
LỜI CẢM ƠN
Em xin chân thành cảm ơn PGS. Nguyễn Quốc Cường đã hướng dẫn, giúp đỡ
và tạo mọi điều kiện trong suốt thời gian em nghiên cứu. Em cảm ơn thầy đã dành
thời gian để giúp em hiểu rõ những vấn đề còn vướng mắc và cách giải quyết để em
có thể hoàn thành luận văn.
Trang 9
Luận văn thạc sỹ kỹ thuật
LỜI NÓI ĐẦU
1. Cơ sở lựa chọn đề tài
Cơ sở khoa học:
Việc đưa những thành tựu của công nghệ hiện đại hóa vào trong cuộc sống đời
thường ngày càng trở lên phổ biến trên toàn thế giới. Ở Việt Nam việc áp dụng công
nghệ hiện đại hóa vào đời sống để nhằm đáp ứng, phục vụ và hỗ trợ tối đa cho con
người trong mọi lĩnh vực cũng đang được áp dụng rộng rãi.
RFID (Radio Frequency Identification) là một công nghệ nhận dạng, quản lý
đối tượng tự động bằng sóng vô tuyến. Hệ thống bao gồm một thẻ để lưu trữ thông
tin và một đầu đọc RFID. Thông tin có thể được truyền qua lại giữa thẻ và đầu đọc
qua những khoảng cách vừa phải mà không cần một tiếp xúc vật lý nào cả.
Hệ thống RFID gồm hai thành phần: thứ nhất là những chiếc thẻ nhỏ có gắn
chip silicon cùng ăng ten radio và phần thứ 2 là bộ đọc cho phép giao tiếp đọc/ghi
thông tin lên các thẻ RFID.
Các thẻ RFID có bộ nhớ để lưu trữ các thông tin và có thể thay đổi được bởi sự
tương tác với các đầu đọc. Vì vậy công nghệ RFID được ứng dụng trong rất nhiều
lĩnh vực như: quản lý ra vào của các bãi trông giữ xe, quản lý nhân viên, quản lý hàng
hóa bán lẻ trong siêu thị, quản lý hàng hóa xuất, nhập trong xi nghiệp hay nhà kho,
làm thẻ hộ chiếu, quản lý xe cộ qua trạm thu phí …
Cơ cở thực tiễn:
Ngày nay tại các trung tâm giao dịch thương mại, các khu chung cư hay tại các
khu trung tâm vui chơi giải trí số lượng ra vào của các phương tiện giao thông là rất
lớn. Vì vậy với cách quản lý và giám sát xe bằng giấy cổ điển không còn phù hợp
nữa. Các hệ thống quản lý bãi đỗ xe tự động hay thông minh ra đời để giải quyết vấn
đề này. Hệ thống này sẽ dùng thẻ RFID để thay thế cho các vé xe bằng giấy và đã
cho thấy những tính năng ưu việt:
o Thời gian thực hiện việc gửi xe và lấy xe nhanh hơn giảm thiểu tình trạng
ùn tắc tại các bãi gửi xe.
Trang 10
Luận văn thạc sỹ kỹ thuật
o Tính bảo mật cao hơn nên giảm thiểu tình trạng mất xe của khách hàng.
Việc đọc/ghi thông tin lên các thẻ cần có một mã bảo mật thì mới thực
hiện được, đồng thời sử dụng các thuật toán mã hóa mà nhà sản xuất tạo
ra để mã hóa các thông tin ghi lên thẻ.
o Kết hợp với phần mềm quản lý trên máy tính giúp nhà quản lý có thể dễ
dàng kiểm tra số lượng xe ra/vào trong ngày, trong tháng hoặc có thể xem
được báo cáo về doanh thu của bãi gửi xe …
o Tạo cảnh quan văn minh cũng như hiện đại tại các bãi trông giữ xe.
Do vậy tác giả đã chọn đề tài “ Thiết kế hệ thống thẻ giữ xe thông minh, dùng
công nghệ RFID” làm luận văn thạc sỹ của mình.
2. Phương pháp nghiên cứu
Tìm hiểu tổng quan về một hệ thống quản lý bãi đỗ xe thông minh, nghiên cứu
khái quát về công nghệ RFID, thiết kế đầu đọc thẻ RFID, bộ điều khiển kết nối với
phần mềm trên máy tính cho hệ thống thẻ giữ xe thông minh.
Mục tiêu:
Nắm rõ được hoạt động của một hệ thống quản lý bãi đỗ xe thông minh
Hiểu rõ về công nghệ RFID nói chung và ở tần số 13.56Mhz nói riêng
Thiết kế đầu đọc thẻ RFID ở tần số 13.56Mhz
Thiết kế bộ điều khiển cho hệ thống thẻ giữ xe thông minh.
Viết phần mềm trên máy tính để quản lý bãi đỗ xe tự động
Phương pháp nghiên cứu
Bước 1: Tìm hiểu hoạt động của hệ thống quản lý bãi đỗ xe thông minh
Bước 2: Nghiên cứu và thiết kế đầu đọc thẻ RFID
Bước 3: Nghiên cứu và thiết kế thiết bộ điều khiển bãi đỗ xe
Bước 4: Viết chương trình trên máy tính để thu thập và hiển thị thông tin cho
hệ thống thẻ giữ xe thông minh.
Trang 11
Luận văn thạc sỹ kỹ thuật
Nội dung chính của luận văn bao gồm các phần:
Chương 1: Tổng quan về hệ thống quản lý bãi đỗ xe thông minh
Chương 2: Tổng quan về công nghệ RFID và thiết kế đầu đọc
Chương 3: Thiết kế thiết bị điều khiển hệ thống
Chương 4: Viết chương trình xử lý dữ liệu trên máy tính.
Chương 5: Kết quả và bàn luận
Trang 12
Luận văn thạc sỹ kỹ thuật
CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG QUẢN LÝ BÃI ĐỖ XE
THÔNG MINH
Ngày nay với tốc độ phát triển không ngừng của các phương tiện giao thông đặc
biệt là ô tô và xe máy thì phương pháp giữ xe truyền thống bằng vé giấy tại các khu
vui chơi giải trí, các khu công sở, đặc biệt là là các khu chung cư, các bãi trông giữ
xe… không còn phù hợp nữa. Thay vào đó con người đang dần áp dụng những thành
tựu của khoa học công nghệ vào phục vụ đời sống và từ đó hệ thống quản lý bãi đỗ
xe tự động hay thông minh được ra đời để đáp ứng được thực tế trên và nó đã mang
lại những lợi ích vô cùng to lớn.
Hệ thống quản lý bãi đỗ xe ra đời đã làm giảm tình trạng ùn tắc tại các điểm vào
ra của các bãi đỗ xe, rút ngắn thời gian gửi xe và lấy xe của khách hàng. Hệ thống
dùng thẻ từ để làm vé xe và được mã hóa các thông tin trong thẻ, đồng thời kết hợp
với Camera chụp ảnh biển số nên giảm thiểu tình trạng làm vé giả để lấy trộm xe,
đảm bảo an ninh tại các bãi trông giữ xe. Với phần mềm quản lý các số liệu trên máy
tính sẽ giúp nhà quản lý có thể xem lại báo cáo về số lượng xe vào ra, tổng thu nhập
của các bãi trông giữ xe theo ngày, tháng.
Hệ thống quản lý bãi đỗ xe thông minh được chia thành 3 thành phần được mô
tả như phần dưới đây:
1.1. Hệ thống hướng dẫn đỗ xe
Khu vực bãi đỗ xe được chia thành các tầng, và từng vùng và các ô chứa. Khi
người lái xe đi vào bãi đỗ xe sẽ quan sát thấy các bảng điện tử hiển thị thông tin về
số chỗ còn trống và hướng đi tới những vị trí còn trống đó.
Các đèn báo trạng thái được lắp đặt tại từng vị trí đỗ xe giúp lái xe phát hiện vị
trị còn trống từ khoảng cách xa. Lái xe dựa vào màu của các đèn báo này để biết vị
trí nào đã có xe, vị trí nào còn trống để có thể để xe vào.
Trang 13
Luận văn thạc sỹ kỹ thuật
Hình 1.1. Sơ đồ hệ thống hướng dẫn đỗ xe
Hệ thống hướng dẫn đỗ xe sẽ tối ưu hóa việc quản lý vị trí xe còn trống và giảm
thiểu thời gian cho người lái xe tìm kiếm chỗ đỗ xe trong bãi. Nhà quản lý dễ dàng
quan sát được tình trạng của bãi đỗ xe, tăng hiệu quả quản lý, đồng thời giảm được
chi phí điều hành, tối ưu hóa nguồn nhân lực.
1.2. Hệ thống kiểm soát vào/ra
Lái xe khi đi vào bãi đỗ xe sẽ được nhân viên quản lý bãi đỗ xe đưa cho thẻ
RFID và quẹt vào đầu đọc. Thiết bị điều khiển sẽ ra lệnh camera chụp ảnh đồng thời
ra lệnh mở Barie để người gửi xe đi vào bãi đỗ. Các thông tin về thẻ, thời gian vào
và hình ảnh chụp được sẽ được gửi lên máy tính để có thể truy vấn khi cần thiết.
Khi lái xe lấy xe thì sẽ đưa cho nhân viên thẻ RFID đã được đưa lúc vào. Nhân
viên quản lý sẽ quẹt thẻ vào đầu đọc thẻ, thiết bị điều khiển sẽ ra chụp ảnh để lấy ra
biển số xe. Hệ thống sẽ thực hiện việc kiểm tra biển số xe đã được lưu trong cơ sở dữ
liệu khi xe vào. Nếu có sự sai khác thì hệ thống sẽ đưa ra cảnh báo để nhân viên quản
lý biết. Còn nếu các thông tin hợp lệ thì phần mềm của hệ thống sẽ hiển thị thời gian
vào/ra và số tiền của lái xe cần phải trả, đồng thời Barie sẽ mở để người lái xe ra
ngoài.
Trang 14
Luận văn thạc sỹ kỹ thuật
Đối với các xe đăng ký gửi dài hạn hoặc cố định sẽ được cấp thẻ riêng và được
đăng ký với biển số xe tương ứng. Khi xe vào/ra thì biển số xe cũng sẽ được chụp và
so sánh với biển số đã đăng ký hoặc so sánh giữa biển số xe lúc vào và lúc ra. Nếu có
sự khác biệt thì hệ thống sẽ đưa ra thông báo hoặc cảnh báo tương ứng.
Hình 1.2. Hệ thống kiểm soát vào/ra
1.3. Phần mềm quản lý bãi đỗ xe
Thông tin của thẻ, thời gian vào/ra của lái xe cũng như hình ảnh của biển số xe
sẽ được phần mềm thu thập vào lưu vào cơ sở dữ liệu để có thể truy xuất khi cần thiết.
Dựa vào thời gian vào và thời gian của xe, phần mềm sẽ hiển thị số tiền mà người gửi
xe phải trả. Phần mềm cũng đưa ra được các báo cáo giúp người quản lý có thể kiểm
soát số lượng xe vào và xe ra cũng như doanh thu trong ngày, trong tháng của bãi đỗ
xe.
Trang 15
Luận văn thạc sỹ kỹ thuật
Hình 1.3. Sơ đồ tổng quát của hệ thống quản lý bãi đỗ xe thông minh
1.4. Lợi ích của hệ thống quản lý bãi đỗ xe thông minh
Hệ thống quản lý bãi đỗ xe thông minh ra đời để thay thế cho phương pháp quản
lý bãi đỗ xe bằng giấy và nó đã mang lại những lợi ích to lớn:
Tiết kiệm thời gian: Việc ghi thẻ và cấp thẻ thông thường chiếm đến hơn 10
giây. Trong khi đó việc quét thẻ thông minh chỉ mất 2 đến 3 giây, tốc độ này
rất nhanh so với thông thường nên sẽ giúp tránh được tình trạng ùn tắc tại các
cổng bãi xe. Từ đó giảm sự phiền lòng của khách hàng, đem lại sự thoải mái
cho cả người gửi và người giữ xe.
Độ an toàn, bảo mật cao: Khác với các loại vé xe giấy có thể bị sửa, in giả,
bị nhàu nát… thẻ xe của các bãi đỗ xe thông minh là loại thẻ từ công nghệ
cao, được mã hóa và bảo mật rất nghiêm ngặt, chống được sự truy nhập và
làm giả. Vì vậy, khi kẻ gian dù có lấy được thẻ xe của khách hàng vẫn không
thể lấy được xe vì không thể nhận biết thẻ này là của chiếc xe nào trong bãi.
Bên cạnh đó, tất cả những dữ liệu về xe như biển số xe, ngày giờ gửi, ảnh
Trang 16
Luận văn thạc sỹ kỹ thuật
của xe đều được lưu trong cơ sở dữ liệu nên giúp tăng cao tính an toàn cho
khách giữ xe và chủ bãi xe.
Quản lý doanh thu dễ dàng: Với phần mềm được thực hiện trên máy tính cho
phép lưu trữ thời gian vào/ra và số tiền mà người gửi xe phải trả giúp nhà
quản lý có thể xem lại doanh thu của từng ngày bất kỳ trong tháng.
Tạo môi trường trong sạch và cảnh quan hiện đại tại các bãi giữ xe: Khác hẳn
với phương pháp giữ xe bằng giấy phải ghi vào giấy và yên xe của người gửi
tạo cảm giác khó chịu của người gửi.
Từ những phân tích ở trên, hệ thống quản lý bãi đỗ xe thông minh mà tác giả
muốn hướng tới có sơ đồ tổng quan như mô tả ở Hình 1.4:
Hình 1.4. Sơ đồ tổng quan hệ thống quản lý bãi đỗ xe thông minh
Trong đó:
Khối phần mềm quản lý: Là phần mềm trên máy tính, thực hiện việc đọc
dữ liệu từ thiết bị điều khiển hệ thống để lấy các thông tin quẹt thẻ, các
thông tin về ảnh được chụp. Sau đó phân tích các thông tin này và lưu
vào cơ sở dữ liệu. Từ các thông tin trên phần mềm sẽ phân tích và đưa ra
các báo cáo giờ vào/ra, số tiền mà người gửi phải trả. Phần mềm cũng
đưa ra các báo cáo cho người quản lý có thể giám sát được số lượng xe
cũng như số tiền trong ngày, trong tháng mà bãi đỗ xe thu được.
Thiết bị điều khiển hệ thống: Đây là thiết bị sẽ điều khiển hoạt động của
hệ thống. Khi người gửi xe vào gửi xe sẽ quẹt thẻ lên đầu đọc thẻ, thiết
bị điều khiển hệ thống sẽ nhận thông tin từ đầu đọc thẻ và gửi lên phần
mềm quản lý trên máy tính, đồng thời lệnh chụp ảnh và gửi ảnh lên phần
mềm máy tính. Khi người gửi xe lấy xe cũng quẹt thẻ của mình lên đầu
Trang 17
Luận văn thạc sỹ kỹ thuật
đọc thẻ. Thiết bị điều khiển sẽ nhận thông tin từ đầu đọc thẻ và gửi lên
máy tính để tính tiền và làm các báo cáo. Thiết bị điều khiển đưa ra các
lệnh điều khiển Barrie hoặc đưa ra các cảnh báo khi có vi phạm.
Đầu đọc thẻ: Đây là thiết bị đọc các thông tin từ thẻ của người gửi và gửi
lên thiết bị điều khiển hệ thống để tiến hành xử lý các bước tiếp theo.
Vì số lượng công việc khá lớn và thời gian hạn hẹp để hoàn thành một hệ thống
quản lý bãi đỗ xe thông minh như mô tả ở trên là rất khó khăn. Vì vậy, trong luận văn
này tác giả chủ yếu đi sâu vào nghiên cứu và thiết kế hệ thống kiểm soát vào ra và
một phần nhỏ của phần mềm quản lý hệ thống.
Trang 18
Luận văn thạc sỹ kỹ thuật
CHƯƠNG 2. TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ RFID VÀ
THIẾT KẾ ĐẦU ĐỌC
2.1. Tổng quan về công nghệ RFID
RFID ( Radio Frequency Identification ) là một dạng của kỹ thuật nhận dạng tự
động. Đó là cách mà các công ty muốn nhận dạng các món đồ, bắt thông tin về chúng
và làm thế nào đó thu nhận dữ liệu đưa vào máy tính mà không cần nhân công nhập
dữ liệu vào. Mục tiêu của nhận dạng tự động là tăng tính hiệu quả, giảm lỗi dữ liệu
đầu vào và sử dụng nhân lực dư thừa cho các chức năng giá trị gia tăng như cung cấp
dịch vụ cho khách hàng.
Kỹ thuật RFID sử dụng truyền thông không dây trong dải tần số vô tuyến để
truyền dữ liệu từ các thẻ đến các bộ đọc. Thẻ có thể được đính kèm hoặc gắn vào đối
tượng được nhận dạng chẳng hạn sản phẩm, hộp hoặc băng truyền. Bộ đọc quét dữ
liệu của thẻ và gửi thông tin đế cơ sở dữ liệu có lưu trữ dữ liệu của thẻ. Ví dụ, các thẻ
có thể được đặt trên kính chắn gió xe hơi để hệ thống thu phí đường có thể nhanh
công nhận dạng và thu tiền trên các con đường.
Hệ thống RFID bao gồm thẻ (Tag) được tao nên bằng vi chip có gắn anten và
bộ đầu đọc (Reader). Các thẻ chính là những thẻ thông minh không tiếp xúc,chúng
sử dụng các trường điện từ hay từ trường để truyền năng lượng và thông tin.
Dạng đơn giản nhất được sử dụng hiện nay là thẻ RFID thụ động, làm việc
như sau: Anten đầu đọc phát ra sóng điện từ và anten của thẻ sẽ tạo ra năng lượng để
nuôi mạch vi chip trong thẻ. Vi chip trong thẻ sẽ điều chế sóng để thẻ phát trở lại về
phía đầu đọc, đầu đọc sẽ biến đổi các sóng đó thành tín hiệu số và từ đó xác định
được thông tin trong thẻ.
Trang 19
Luận văn thạc sỹ kỹ thuật
2.2. Tần số hoạt động
Tần số hoạt động của hệ thống RFID là tần số của tín hiệu phát đi của đầu đọc.
Công suất của thẻ nhận được có thể thấp hơn mười lần so với công suất phát của đầu
đọc.
Tần số phát tín hiệu là yếu tố rất quan trọng và phải được xem xét kỹ khi thiết
kế hệ thống RFID nhằm đảm bảo yêu cầu kỹ thuật và sự thống nhất đối với các hệ
thống khác. Việc chọn dải tần số sóng là đặc điểm hoạt động chính của hệ thống
RIFD. Tần số ảnh hưởng tới tốc độ truyền tín hiệu và khoảng cách đọc được thẻ. Nói
chung, tần số tín hiệu càng cao thì phạm vi đọc được thẻ càng xa. Mỗi ứng dụng phù
hợp với một dải tần số cụ thể do ở mỗi dải tần số thì sóng vô tuyến có đặc điểm khác
nhau. Ví dụ, tín hiệu có tần số thấp có thể xuyên qua các vật liệu có hằng số điện môi
cao (như tường bê-tông) tốt hơn sóng có tần số cao hơn, nhưng sóng tần số cao hơn
sẽ có tốc độ đọc nhanh hơn.
Có 4 dải tần số chính được sử dụng cho hệ thống RFID: tần số thấp, cao, siêu
cao và vi sóng
Tần số thấp:
Tần số trung tâm: 125Khz
Phạm vi đọc: Nhỏ hơn 10 cm
Dùng thẻ RFID: Thẻ thụ động
Tốc độ truyền dữ liệu: Nhỏ hơn 1Kbits/s
Cường độ từ trường: 72 dBµA/m trong phạm vi 10m
Chuẩn: ISO/IEC 18000-2
Ưu điểm: Hoạt động tốt trong môi trường nước và các đồ vật kim loại
Nhược điểm: Phạm vi đọc ngắn, tốc độ truyền dữ liệu chậm
Phạm vi ứng dụng:
o Điều khiển truy nhập cá nhân
o Theo dõi động vật
o Giám sát xe cộ
Trang 20
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI
---------------------------------------
Họ và tên tác giả luận văn
NGUYỄN VĂN HIỆP
TÊN ĐỀ TÀI LUẬN VĂN
THIẾT KẾ HỆ THỐNG THẺ GIỮ XE THÔNG MINH,
DÙNG CÔNG NGHỆ RFID
Chuyên ngành: Đo lường và các hệ thống điều khiển
LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT
ĐO LƯỜNG VÀ CÁC HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN
NGƯỜI HƯỚNG DẪN:
TS. NGUYỄN QUỐC CƯỜNG
Hà Nội - 2014
Trang 1
Luận văn thạc sỹ kỹ thuật
MỤC LỤC
DANH MỤC CÁC HÌNH ẢNH ............................................................................... 5
DANH MỤC CÁC BẢNG ........................................................................................ 7
LỜI CAM ĐOAN ...................................................................................................... 8
LỜI CẢM ƠN ............................................................................................................ 9
LỜI NÓI ĐẦU ......................................................................................................... 10
1. Cơ sở lựa chọn đề tài .......................................................................... 10
2. Phương pháp nghiên cứu ................................................................... 11
CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG QUẢN LÝ BÃI ĐỖ XE THÔNG
MINH........................................................................................................................ 13
1.1. Hệ thống hướng dẫn đỗ xe ................................................................. 13
1.2. Hệ thống kiểm soát vào/ra ................................................................. 14
1.3. Phần mềm quản lý bãi đỗ xe .............................................................. 15
1.4. Lợi ích của hệ thống quản lý bãi đỗ xe thông minh......................... 16
CHƯƠNG 2. TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ RFID VÀ ................................. 19
THIẾT KẾ ĐẦU ĐỌC ............................................................................................ 19
2.1. Tổng quan về công nghệ RFID ........................................................... 19
2.2. Tần số hoạt động .................................. Error! Bookmark not defined.
2.3. Hệ thống RFID ở tần số 13.56Mhz ..................................................... 22
2.3.1 Thẻ ....................................................................................................22
2.3.2. Đầu đọc ...........................................................................................23
2.3.3. Nguyên lý làm việc cơ bản ............................................................24
2.4. Thiết kế phần cứng đầu đọc RFID ..................................................... 26
2.4.1. Lựa chọn IC RFID Reader ...........................................................26
2.4.2. Cấu trúc của IC CR95HF .............................................................28
Trang 2
Luận văn thạc sỹ kỹ thuật
2.4.3. Cấu trúc đầu đọc RFID .................................................................28
2.4.4. Thiết kế chi tiết đầu đọc thẻ RFID ............................................29
2.4.5. Thiết kế mạch in đầu đọc thẻ RFID ..........................................42
2.5. Thiết kế firmware cho đầu đọc RFID ................................................ 44
2.5.1. Yêu cầu thiết kế..............................................................................44
2.5.2. Firmware cho đầu đọc RFID .......................................................44
2.5.3. Thực hiện việc viết firmware cho đầu đọc RFID........................46
2.6. Kết quả đạt được .................................................................................. 48
CHƯƠNG 3. THIẾT KẾ THIẾT BỊ ĐIỀU KHIỂN HỆ THỐNG ..................... 50
3.1. Tổng quan về thiết bị điều khiển hệ thống ........................................ 50
3.2. Thiết kế phần cứng của thiết bị điều khiển ....................................... 51
3.2.1. Thiết kế khối vi điều khiển ...........................................................51
3.2.2. Thiết kế khối Camera và giao tiếp máy tính ...............................52
3.2.3. Thiết kế khối thẻ nhớ và giao tiếp với đầu đọc thẻ RFID ..........54
3.2.4. Thiết kết khối nguồn cho thiết bị .................................................55
3.2.4. Vẽ mạch in cho thiết bị điều khiển hệ thống ...............................56
3.3. Thiết kế firmware cho thiết bị ............................................................ 58
3.3.1. Yêu cầu thiết kế..............................................................................58
3.3.2. Thiết kế firmware cho thiết bị ......................................................58
3.3.3. Chương trình kiểm tra hoạt động của thiết bị ............................60
CHƯƠNG 4. VIẾT CHƯƠNG TRÌNH XỬ LÝ DỮ LIỆU TRÊN MÁY
TÍNH ......................................................................................................................... 63
CHƯƠNG 5. KẾT QUẢ VÀ BÀN LUẬN ............................................................ 67
5.1. Kết quả đạt được .................................................................................. 67
5.2. Bàn luận ................................................................................................ 67
Trang 3
Luận văn thạc sỹ kỹ thuật
KẾT LUẬN .............................................................................................................. 68
TÀI LIỆU THAM KHẢO ...................................................................................... 69
1. RFID handbook (Rachel Waddington_Translate) .......................... 69
2. RFID Sourcebook (Sandrip Lahiri) .................................................. 69
3. Sefa Kalayci, Design of a radio frequency identification antenna,
Middle East Technical University, 2009 ............................................................ 69
4. STMicroelectronics, CR95HF datasheet .......................................... 69
5. Antenna design and impedance matching guidelines for CR95HF
multi-protocol contactless transceiver IC .......................................................... 69
6. Giáo trình cơ sở dữ liệu ...................................................................... 69
7. Học lập trình với C# ........................................................................... 69
8. Các website .......................................................................................... 69
Trang 4
Luận văn thạc sỹ kỹ thuật
DANH MỤC CÁC HÌNH ẢNH
Hình 1.1. Sơ đồ hệ thống hướng dẫn đỗ xe ......................................................14
Hình 1.2. Hệ thống kiểm soát vào/ra................................................................15
Hình 1.3. Sơ đồ tổng quát của hệ thống quản lý bãi đỗ xe thông minh ...........16
Hình 1.4. Sơ đồ tổng quan hệ thống quản lý bãi đỗ xe thông minh .................17
Hình 2.1. Cơ chế trao đổi năng lượng giữa đầu đọc và thẻ.............................24
Hình 2.2. Sơ đồ chân của IC CR95HF .............................................................27
Hình 2.3. Cấu trúc của IC CR95HF .................................................................28
Hình 2.4. Sơ đồ khối của đầu đọc RFID ..........................................................28
Hình 2.6. Sơ đồ mạch nguyên lý khối vi điều khiển .........................................30
Hình 2.7. Sơ đồ nguyên lý khối giao tiếp với CR95HF ....................................32
Hình 2.8. Cấu trúc Ăng-ten cần thiết kế cho CR95HF ....................................34
Hình 2.9. Ăng-ten dạng hình xoắn ốc ...............................................................35
Hình 2.10. Ăng-ten dạng hình vuông, lục giác và bát giác ..............................36
Hình 2.11. Sơ đồ nguyên lý khối ăng-ten .........................................................36
Hình 2.12. Các thông số thiết kế ăng-ten .........................................................37
Hinh 2.13. Ăng-ten của đầu đọc RFID .............................................................38
Hình 2.14. Sơ đồ nguyên lý của khối giao tiếp.................................................39
Hình 2.15. Sơ đồ nguyên lý khối trạng thái......................................................39
Hình 2.16. Sơ đồ khối nguồn cung cấp cho đầu đọc ........................................40
Hình 2.17. Sơ đồ nguyên lý của đầu đọc thẻ RFID ..........................................42
Hình 2.18. Sơ đồ sắp xếp linh kiện ...................................................................42
Hình 2.19. Sơ đồ mạch in lớp Toplayer của đầu đọc .......................................43
Hình 2.20. Sơ đồ mạch in lớp Bottomlayer của đầu đọc .................................43
Hình 2.21. Đầu đọc RFID sau khi hàn linh kiện ..............................................44
Hình 1.22. Lưu đồ thuật toán của đầu đọc RFID.............................................46
Hình 2.23. Cấu trúc thư mục của firmware cho đầu đọc RFID .......................47
Hình 2.24. Giao diện phần mềm kiểm tra việc đọc ghi vào thẻ .......................49
Hình 3.1. Sơ đồ khối của thiết bị điều khiển hệ thống .....................................50
Trang 5
Luận văn thạc sỹ kỹ thuật
Hình 3.1. Sơ đồ nguyên lý khối vi điều khiển ...................................................52
Hình 3.2. Lưu đồ thuật toán điều khiển camera ...............................................53
Hình 3.3. Sơ đồ nguyên lý khối giao tiếp camera và giao tiếp máy tính .........54
Hình 3.4. Sơ đồ nguyên lý khối thẻ nhớ và giao tiếp đầu đọc thẻ RFID ..........54
Hình 3.5. Sơ đồ khối nguồn cung cấp cho thiết bị ...........................................55
Hình 3.7. Các bố trí linh kiện trên bo mạch ....................................................56
Hình 3.8. Sơ đồ đi dây của mặt TopLayer ........................................................57
Hình 3.9. Sơ đồ đi dây lớp BottomLayer ..........................................................57
Hình 3.10. Hình ảnh của thiết bị sau khi đặt mạch và hàn linh kiện ...............58
Hình 3.11. Cấu trúc chương trình của đầu đọc ...............................................60
Hình 3.12. Giao diện chương trình kiểm tra hoạt động của thiết bị ................61
Hình 3.13. Kết quả ảnh chụp được do thiết bị gửi lên .....................................62
Hình 4.1. Giao diện khi khởi động chương trình .............................................64
Hình 4.2. Giao diện cấu hình cổng Com cho chương trình .............................64
Hình 4.3. Xem lại thông tin vào/ra của các xe .................................................66
Trang 6
Luận văn thạc sỹ kỹ thuật
DANH MỤC CÁC BẢNG
Bảng 2.1. Sơ đồ chân của CR95HF ................................................................. 28
Bảng 2.2. Mô tả bản tin giao tiếp giữa vi điều khiển và CR95HF ................... 33
Bảng 2.3. Các lệnh điều khiển CR95HF .......................................................... 33
Bảng 2.4. Hệ số tính điện cảm của ăng-ten...................................................... 36
Trang 7
Luận văn thạc sỹ kỹ thuật
LỜI CAM ĐOAN
Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu riêng của tôi, dưới sự hướng
dẫn của PGS. Nguyễn Quốc Cường – Đại Học Bách Khoa Hà Nội. Các số liệu, thiết
kế và kết quả nghiên cứu trình bày trong luận văn là trung thực và chưa từng được ai
công bố trong bất kỳ một công trình nghiên cứu nào khác
Học viên
Nguyễn Văn Hiệp
Trang 8
Luận văn thạc sỹ kỹ thuật
LỜI CẢM ƠN
Em xin chân thành cảm ơn PGS. Nguyễn Quốc Cường đã hướng dẫn, giúp đỡ
và tạo mọi điều kiện trong suốt thời gian em nghiên cứu. Em cảm ơn thầy đã dành
thời gian để giúp em hiểu rõ những vấn đề còn vướng mắc và cách giải quyết để em
có thể hoàn thành luận văn.
Trang 9
Luận văn thạc sỹ kỹ thuật
LỜI NÓI ĐẦU
1. Cơ sở lựa chọn đề tài
Cơ sở khoa học:
Việc đưa những thành tựu của công nghệ hiện đại hóa vào trong cuộc sống đời
thường ngày càng trở lên phổ biến trên toàn thế giới. Ở Việt Nam việc áp dụng công
nghệ hiện đại hóa vào đời sống để nhằm đáp ứng, phục vụ và hỗ trợ tối đa cho con
người trong mọi lĩnh vực cũng đang được áp dụng rộng rãi.
RFID (Radio Frequency Identification) là một công nghệ nhận dạng, quản lý
đối tượng tự động bằng sóng vô tuyến. Hệ thống bao gồm một thẻ để lưu trữ thông
tin và một đầu đọc RFID. Thông tin có thể được truyền qua lại giữa thẻ và đầu đọc
qua những khoảng cách vừa phải mà không cần một tiếp xúc vật lý nào cả.
Hệ thống RFID gồm hai thành phần: thứ nhất là những chiếc thẻ nhỏ có gắn
chip silicon cùng ăng ten radio và phần thứ 2 là bộ đọc cho phép giao tiếp đọc/ghi
thông tin lên các thẻ RFID.
Các thẻ RFID có bộ nhớ để lưu trữ các thông tin và có thể thay đổi được bởi sự
tương tác với các đầu đọc. Vì vậy công nghệ RFID được ứng dụng trong rất nhiều
lĩnh vực như: quản lý ra vào của các bãi trông giữ xe, quản lý nhân viên, quản lý hàng
hóa bán lẻ trong siêu thị, quản lý hàng hóa xuất, nhập trong xi nghiệp hay nhà kho,
làm thẻ hộ chiếu, quản lý xe cộ qua trạm thu phí …
Cơ cở thực tiễn:
Ngày nay tại các trung tâm giao dịch thương mại, các khu chung cư hay tại các
khu trung tâm vui chơi giải trí số lượng ra vào của các phương tiện giao thông là rất
lớn. Vì vậy với cách quản lý và giám sát xe bằng giấy cổ điển không còn phù hợp
nữa. Các hệ thống quản lý bãi đỗ xe tự động hay thông minh ra đời để giải quyết vấn
đề này. Hệ thống này sẽ dùng thẻ RFID để thay thế cho các vé xe bằng giấy và đã
cho thấy những tính năng ưu việt:
o Thời gian thực hiện việc gửi xe và lấy xe nhanh hơn giảm thiểu tình trạng
ùn tắc tại các bãi gửi xe.
Trang 10
Luận văn thạc sỹ kỹ thuật
o Tính bảo mật cao hơn nên giảm thiểu tình trạng mất xe của khách hàng.
Việc đọc/ghi thông tin lên các thẻ cần có một mã bảo mật thì mới thực
hiện được, đồng thời sử dụng các thuật toán mã hóa mà nhà sản xuất tạo
ra để mã hóa các thông tin ghi lên thẻ.
o Kết hợp với phần mềm quản lý trên máy tính giúp nhà quản lý có thể dễ
dàng kiểm tra số lượng xe ra/vào trong ngày, trong tháng hoặc có thể xem
được báo cáo về doanh thu của bãi gửi xe …
o Tạo cảnh quan văn minh cũng như hiện đại tại các bãi trông giữ xe.
Do vậy tác giả đã chọn đề tài “ Thiết kế hệ thống thẻ giữ xe thông minh, dùng
công nghệ RFID” làm luận văn thạc sỹ của mình.
2. Phương pháp nghiên cứu
Tìm hiểu tổng quan về một hệ thống quản lý bãi đỗ xe thông minh, nghiên cứu
khái quát về công nghệ RFID, thiết kế đầu đọc thẻ RFID, bộ điều khiển kết nối với
phần mềm trên máy tính cho hệ thống thẻ giữ xe thông minh.
Mục tiêu:
Nắm rõ được hoạt động của một hệ thống quản lý bãi đỗ xe thông minh
Hiểu rõ về công nghệ RFID nói chung và ở tần số 13.56Mhz nói riêng
Thiết kế đầu đọc thẻ RFID ở tần số 13.56Mhz
Thiết kế bộ điều khiển cho hệ thống thẻ giữ xe thông minh.
Viết phần mềm trên máy tính để quản lý bãi đỗ xe tự động
Phương pháp nghiên cứu
Bước 1: Tìm hiểu hoạt động của hệ thống quản lý bãi đỗ xe thông minh
Bước 2: Nghiên cứu và thiết kế đầu đọc thẻ RFID
Bước 3: Nghiên cứu và thiết kế thiết bộ điều khiển bãi đỗ xe
Bước 4: Viết chương trình trên máy tính để thu thập và hiển thị thông tin cho
hệ thống thẻ giữ xe thông minh.
Trang 11
Luận văn thạc sỹ kỹ thuật
Nội dung chính của luận văn bao gồm các phần:
Chương 1: Tổng quan về hệ thống quản lý bãi đỗ xe thông minh
Chương 2: Tổng quan về công nghệ RFID và thiết kế đầu đọc
Chương 3: Thiết kế thiết bị điều khiển hệ thống
Chương 4: Viết chương trình xử lý dữ liệu trên máy tính.
Chương 5: Kết quả và bàn luận
Trang 12
Luận văn thạc sỹ kỹ thuật
CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG QUẢN LÝ BÃI ĐỖ XE
THÔNG MINH
Ngày nay với tốc độ phát triển không ngừng của các phương tiện giao thông đặc
biệt là ô tô và xe máy thì phương pháp giữ xe truyền thống bằng vé giấy tại các khu
vui chơi giải trí, các khu công sở, đặc biệt là là các khu chung cư, các bãi trông giữ
xe… không còn phù hợp nữa. Thay vào đó con người đang dần áp dụng những thành
tựu của khoa học công nghệ vào phục vụ đời sống và từ đó hệ thống quản lý bãi đỗ
xe tự động hay thông minh được ra đời để đáp ứng được thực tế trên và nó đã mang
lại những lợi ích vô cùng to lớn.
Hệ thống quản lý bãi đỗ xe ra đời đã làm giảm tình trạng ùn tắc tại các điểm vào
ra của các bãi đỗ xe, rút ngắn thời gian gửi xe và lấy xe của khách hàng. Hệ thống
dùng thẻ từ để làm vé xe và được mã hóa các thông tin trong thẻ, đồng thời kết hợp
với Camera chụp ảnh biển số nên giảm thiểu tình trạng làm vé giả để lấy trộm xe,
đảm bảo an ninh tại các bãi trông giữ xe. Với phần mềm quản lý các số liệu trên máy
tính sẽ giúp nhà quản lý có thể xem lại báo cáo về số lượng xe vào ra, tổng thu nhập
của các bãi trông giữ xe theo ngày, tháng.
Hệ thống quản lý bãi đỗ xe thông minh được chia thành 3 thành phần được mô
tả như phần dưới đây:
1.1. Hệ thống hướng dẫn đỗ xe
Khu vực bãi đỗ xe được chia thành các tầng, và từng vùng và các ô chứa. Khi
người lái xe đi vào bãi đỗ xe sẽ quan sát thấy các bảng điện tử hiển thị thông tin về
số chỗ còn trống và hướng đi tới những vị trí còn trống đó.
Các đèn báo trạng thái được lắp đặt tại từng vị trí đỗ xe giúp lái xe phát hiện vị
trị còn trống từ khoảng cách xa. Lái xe dựa vào màu của các đèn báo này để biết vị
trí nào đã có xe, vị trí nào còn trống để có thể để xe vào.
Trang 13
Luận văn thạc sỹ kỹ thuật
Hình 1.1. Sơ đồ hệ thống hướng dẫn đỗ xe
Hệ thống hướng dẫn đỗ xe sẽ tối ưu hóa việc quản lý vị trí xe còn trống và giảm
thiểu thời gian cho người lái xe tìm kiếm chỗ đỗ xe trong bãi. Nhà quản lý dễ dàng
quan sát được tình trạng của bãi đỗ xe, tăng hiệu quả quản lý, đồng thời giảm được
chi phí điều hành, tối ưu hóa nguồn nhân lực.
1.2. Hệ thống kiểm soát vào/ra
Lái xe khi đi vào bãi đỗ xe sẽ được nhân viên quản lý bãi đỗ xe đưa cho thẻ
RFID và quẹt vào đầu đọc. Thiết bị điều khiển sẽ ra lệnh camera chụp ảnh đồng thời
ra lệnh mở Barie để người gửi xe đi vào bãi đỗ. Các thông tin về thẻ, thời gian vào
và hình ảnh chụp được sẽ được gửi lên máy tính để có thể truy vấn khi cần thiết.
Khi lái xe lấy xe thì sẽ đưa cho nhân viên thẻ RFID đã được đưa lúc vào. Nhân
viên quản lý sẽ quẹt thẻ vào đầu đọc thẻ, thiết bị điều khiển sẽ ra chụp ảnh để lấy ra
biển số xe. Hệ thống sẽ thực hiện việc kiểm tra biển số xe đã được lưu trong cơ sở dữ
liệu khi xe vào. Nếu có sự sai khác thì hệ thống sẽ đưa ra cảnh báo để nhân viên quản
lý biết. Còn nếu các thông tin hợp lệ thì phần mềm của hệ thống sẽ hiển thị thời gian
vào/ra và số tiền của lái xe cần phải trả, đồng thời Barie sẽ mở để người lái xe ra
ngoài.
Trang 14
Luận văn thạc sỹ kỹ thuật
Đối với các xe đăng ký gửi dài hạn hoặc cố định sẽ được cấp thẻ riêng và được
đăng ký với biển số xe tương ứng. Khi xe vào/ra thì biển số xe cũng sẽ được chụp và
so sánh với biển số đã đăng ký hoặc so sánh giữa biển số xe lúc vào và lúc ra. Nếu có
sự khác biệt thì hệ thống sẽ đưa ra thông báo hoặc cảnh báo tương ứng.
Hình 1.2. Hệ thống kiểm soát vào/ra
1.3. Phần mềm quản lý bãi đỗ xe
Thông tin của thẻ, thời gian vào/ra của lái xe cũng như hình ảnh của biển số xe
sẽ được phần mềm thu thập vào lưu vào cơ sở dữ liệu để có thể truy xuất khi cần thiết.
Dựa vào thời gian vào và thời gian của xe, phần mềm sẽ hiển thị số tiền mà người gửi
xe phải trả. Phần mềm cũng đưa ra được các báo cáo giúp người quản lý có thể kiểm
soát số lượng xe vào và xe ra cũng như doanh thu trong ngày, trong tháng của bãi đỗ
xe.
Trang 15
Luận văn thạc sỹ kỹ thuật
Hình 1.3. Sơ đồ tổng quát của hệ thống quản lý bãi đỗ xe thông minh
1.4. Lợi ích của hệ thống quản lý bãi đỗ xe thông minh
Hệ thống quản lý bãi đỗ xe thông minh ra đời để thay thế cho phương pháp quản
lý bãi đỗ xe bằng giấy và nó đã mang lại những lợi ích to lớn:
Tiết kiệm thời gian: Việc ghi thẻ và cấp thẻ thông thường chiếm đến hơn 10
giây. Trong khi đó việc quét thẻ thông minh chỉ mất 2 đến 3 giây, tốc độ này
rất nhanh so với thông thường nên sẽ giúp tránh được tình trạng ùn tắc tại các
cổng bãi xe. Từ đó giảm sự phiền lòng của khách hàng, đem lại sự thoải mái
cho cả người gửi và người giữ xe.
Độ an toàn, bảo mật cao: Khác với các loại vé xe giấy có thể bị sửa, in giả,
bị nhàu nát… thẻ xe của các bãi đỗ xe thông minh là loại thẻ từ công nghệ
cao, được mã hóa và bảo mật rất nghiêm ngặt, chống được sự truy nhập và
làm giả. Vì vậy, khi kẻ gian dù có lấy được thẻ xe của khách hàng vẫn không
thể lấy được xe vì không thể nhận biết thẻ này là của chiếc xe nào trong bãi.
Bên cạnh đó, tất cả những dữ liệu về xe như biển số xe, ngày giờ gửi, ảnh
Trang 16
Luận văn thạc sỹ kỹ thuật
của xe đều được lưu trong cơ sở dữ liệu nên giúp tăng cao tính an toàn cho
khách giữ xe và chủ bãi xe.
Quản lý doanh thu dễ dàng: Với phần mềm được thực hiện trên máy tính cho
phép lưu trữ thời gian vào/ra và số tiền mà người gửi xe phải trả giúp nhà
quản lý có thể xem lại doanh thu của từng ngày bất kỳ trong tháng.
Tạo môi trường trong sạch và cảnh quan hiện đại tại các bãi giữ xe: Khác hẳn
với phương pháp giữ xe bằng giấy phải ghi vào giấy và yên xe của người gửi
tạo cảm giác khó chịu của người gửi.
Từ những phân tích ở trên, hệ thống quản lý bãi đỗ xe thông minh mà tác giả
muốn hướng tới có sơ đồ tổng quan như mô tả ở Hình 1.4:
Hình 1.4. Sơ đồ tổng quan hệ thống quản lý bãi đỗ xe thông minh
Trong đó:
Khối phần mềm quản lý: Là phần mềm trên máy tính, thực hiện việc đọc
dữ liệu từ thiết bị điều khiển hệ thống để lấy các thông tin quẹt thẻ, các
thông tin về ảnh được chụp. Sau đó phân tích các thông tin này và lưu
vào cơ sở dữ liệu. Từ các thông tin trên phần mềm sẽ phân tích và đưa ra
các báo cáo giờ vào/ra, số tiền mà người gửi phải trả. Phần mềm cũng
đưa ra các báo cáo cho người quản lý có thể giám sát được số lượng xe
cũng như số tiền trong ngày, trong tháng mà bãi đỗ xe thu được.
Thiết bị điều khiển hệ thống: Đây là thiết bị sẽ điều khiển hoạt động của
hệ thống. Khi người gửi xe vào gửi xe sẽ quẹt thẻ lên đầu đọc thẻ, thiết
bị điều khiển hệ thống sẽ nhận thông tin từ đầu đọc thẻ và gửi lên phần
mềm quản lý trên máy tính, đồng thời lệnh chụp ảnh và gửi ảnh lên phần
mềm máy tính. Khi người gửi xe lấy xe cũng quẹt thẻ của mình lên đầu
Trang 17
Luận văn thạc sỹ kỹ thuật
đọc thẻ. Thiết bị điều khiển sẽ nhận thông tin từ đầu đọc thẻ và gửi lên
máy tính để tính tiền và làm các báo cáo. Thiết bị điều khiển đưa ra các
lệnh điều khiển Barrie hoặc đưa ra các cảnh báo khi có vi phạm.
Đầu đọc thẻ: Đây là thiết bị đọc các thông tin từ thẻ của người gửi và gửi
lên thiết bị điều khiển hệ thống để tiến hành xử lý các bước tiếp theo.
Vì số lượng công việc khá lớn và thời gian hạn hẹp để hoàn thành một hệ thống
quản lý bãi đỗ xe thông minh như mô tả ở trên là rất khó khăn. Vì vậy, trong luận văn
này tác giả chủ yếu đi sâu vào nghiên cứu và thiết kế hệ thống kiểm soát vào ra và
một phần nhỏ của phần mềm quản lý hệ thống.
Trang 18
Luận văn thạc sỹ kỹ thuật
CHƯƠNG 2. TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ RFID VÀ
THIẾT KẾ ĐẦU ĐỌC
2.1. Tổng quan về công nghệ RFID
RFID ( Radio Frequency Identification ) là một dạng của kỹ thuật nhận dạng tự
động. Đó là cách mà các công ty muốn nhận dạng các món đồ, bắt thông tin về chúng
và làm thế nào đó thu nhận dữ liệu đưa vào máy tính mà không cần nhân công nhập
dữ liệu vào. Mục tiêu của nhận dạng tự động là tăng tính hiệu quả, giảm lỗi dữ liệu
đầu vào và sử dụng nhân lực dư thừa cho các chức năng giá trị gia tăng như cung cấp
dịch vụ cho khách hàng.
Kỹ thuật RFID sử dụng truyền thông không dây trong dải tần số vô tuyến để
truyền dữ liệu từ các thẻ đến các bộ đọc. Thẻ có thể được đính kèm hoặc gắn vào đối
tượng được nhận dạng chẳng hạn sản phẩm, hộp hoặc băng truyền. Bộ đọc quét dữ
liệu của thẻ và gửi thông tin đế cơ sở dữ liệu có lưu trữ dữ liệu của thẻ. Ví dụ, các thẻ
có thể được đặt trên kính chắn gió xe hơi để hệ thống thu phí đường có thể nhanh
công nhận dạng và thu tiền trên các con đường.
Hệ thống RFID bao gồm thẻ (Tag) được tao nên bằng vi chip có gắn anten và
bộ đầu đọc (Reader). Các thẻ chính là những thẻ thông minh không tiếp xúc,chúng
sử dụng các trường điện từ hay từ trường để truyền năng lượng và thông tin.
Dạng đơn giản nhất được sử dụng hiện nay là thẻ RFID thụ động, làm việc
như sau: Anten đầu đọc phát ra sóng điện từ và anten của thẻ sẽ tạo ra năng lượng để
nuôi mạch vi chip trong thẻ. Vi chip trong thẻ sẽ điều chế sóng để thẻ phát trở lại về
phía đầu đọc, đầu đọc sẽ biến đổi các sóng đó thành tín hiệu số và từ đó xác định
được thông tin trong thẻ.
Trang 19
Luận văn thạc sỹ kỹ thuật
2.2. Tần số hoạt động
Tần số hoạt động của hệ thống RFID là tần số của tín hiệu phát đi của đầu đọc.
Công suất của thẻ nhận được có thể thấp hơn mười lần so với công suất phát của đầu
đọc.
Tần số phát tín hiệu là yếu tố rất quan trọng và phải được xem xét kỹ khi thiết
kế hệ thống RFID nhằm đảm bảo yêu cầu kỹ thuật và sự thống nhất đối với các hệ
thống khác. Việc chọn dải tần số sóng là đặc điểm hoạt động chính của hệ thống
RIFD. Tần số ảnh hưởng tới tốc độ truyền tín hiệu và khoảng cách đọc được thẻ. Nói
chung, tần số tín hiệu càng cao thì phạm vi đọc được thẻ càng xa. Mỗi ứng dụng phù
hợp với một dải tần số cụ thể do ở mỗi dải tần số thì sóng vô tuyến có đặc điểm khác
nhau. Ví dụ, tín hiệu có tần số thấp có thể xuyên qua các vật liệu có hằng số điện môi
cao (như tường bê-tông) tốt hơn sóng có tần số cao hơn, nhưng sóng tần số cao hơn
sẽ có tốc độ đọc nhanh hơn.
Có 4 dải tần số chính được sử dụng cho hệ thống RFID: tần số thấp, cao, siêu
cao và vi sóng
Tần số thấp:
Tần số trung tâm: 125Khz
Phạm vi đọc: Nhỏ hơn 10 cm
Dùng thẻ RFID: Thẻ thụ động
Tốc độ truyền dữ liệu: Nhỏ hơn 1Kbits/s
Cường độ từ trường: 72 dBµA/m trong phạm vi 10m
Chuẩn: ISO/IEC 18000-2
Ưu điểm: Hoạt động tốt trong môi trường nước và các đồ vật kim loại
Nhược điểm: Phạm vi đọc ngắn, tốc độ truyền dữ liệu chậm
Phạm vi ứng dụng:
o Điều khiển truy nhập cá nhân
o Theo dõi động vật
o Giám sát xe cộ
Trang 20