Đề tài nghiên cứu cũng như tạo ra những giải pháp để có thể tối ưu, nâng cao chất lượng và hiệu quả cho bãi xe tập trung vào việc thiết kế và triển khai một hệ thống quản lý bãi đỗ xe m
GIỚI THIỆU
GIỚI THIỆU
Sự gia tăng lưu lượng hành khách và phương tiện tại các bãi đỗ xe ở khu vực có mật độ giao thông cao như sân bay, khu du lịch và trung tâm thương mại vào ngày thường và ngày lễ đã phản ánh sự phát triển kinh tế mạnh mẽ Tuy nhiên, điều này cũng gây ra thách thức lớn trong việc quản lý giao thông nội đô và tiếp cận bãi đỗ xe Tình trạng tắc nghẽn xe ra vào bãi đỗ đã trở thành vấn đề cấp bách, ảnh hưởng đến hiệu suất hoạt động của các khu vực này và trải nghiệm của hàng triệu người dân mỗi năm.
Hình 1.1 Hình ảnh tắc nghẽn giao thông tại các khu vực trọng điểm TP.HCM [1]
Sự gia tăng nhanh chóng của hành khách và phương tiện đã dẫn đến tình trạng bãi đỗ xe hết chỗ vào giờ cao điểm, gây ùn tắc giao thông tại các khu vực trọng điểm như sân bay và trung tâm thương mại Tình trạng này không chỉ tạo ra sự phiền toái cho hành khách mà còn ảnh hưởng đến các dịch vụ và nhân viên tại đây Quá trình vào và ra khỏi bãi đỗ xe trở thành một thách thức lớn trong quản lý giao thông, với sự chồng chéo và hỗn loạn trong quy trình di chuyển.
2 chỉ làm tăng nguy cơ tai nạn mà còn làm giảm hiệu suất toàn bộ mật độ giao thông nơi những nơi này
Hình 1.2 Hình ảnh lối ra/vào bãi xe sân bay Tân Sơn Nhất [2]
Sự chậm trễ trong việc đỗ và lấy xe tại các bãi xe sân bay không chỉ làm giảm trải nghiệm của hành khách mà còn ảnh hưởng đến kế hoạch di chuyển và quản lý lưu lượng Tình trạng hàng ngàn chiếc xe máy bị bỏ quên đã tồn tại từ khi bãi xe bắt đầu hoạt động, gây lãng phí diện tích và tăng chi phí cho việc vệ sinh, sửa chữa Ngoài ra, việc duy trì những chiếc xe này còn cần nhân công để đảm bảo an toàn phòng chống cháy nổ.
Tại nhà giữ xe sân bay Tân Sơn Nhất, hiện có khoảng 700 xe máy bị gửi quá hạn Ông Nguyễn Anh Tuấn, Trưởng phòng Vận hành của Công ty TCP, cho biết tình trạng này đang cần được giải quyết.
Nhiều lần, đơn vị đầu tư và khai thác nhà xe đã gửi văn bản kiến nghị đến cơ quan chức năng của TP.HCM để đề xuất hướng xử lý, nhưng đến nay vẫn chưa nhận được hướng dẫn cụ thể.
Việc sử dụng thẻ từ trong bãi xe có thể mang lại một số rủi ro, đặc biệt khi nhu cầu mở rộng bãi đỗ gia tăng Các nhà xe phải chi thêm tiền để mua hàng nghìn thẻ, dẫn đến tăng chi phí hoạt động Hơn nữa, tình trạng mất thẻ của người dùng cũng gây khó khăn, cùng với việc lưu trữ thông tin về danh tính người gửi xe và giấy tờ xe, tốn nhiều thời gian và công sức.
Hình 1.4 Hình ảnh minh họa căn cước công dân
Mã QR đang ngày càng trở thành công cụ hiệu quả cho việc xác thực và quản lý thông tin Hiện nay, mã QR đã được tích hợp vào Chứng minh nhân dân (CCCD) và ứng dụng VNeID, mang lại sự tiện lợi cho người dùng.
Vì thế, việc ứng dụng thẻ CCCD như là thẻ xe, sẽ là một ý tưởng mang lại chiều hướng mới và hiệu quả
Với những lý do trên, nhóm quyết định thực hiện đề tài đồ án tốt nghiệp “THIẾT
Đề tài “Kế và Thi Công Mô Hình Quản Lý Bãi Đỗ Xe Ô Tô” tập trung vào việc thiết kế và triển khai hệ thống quản lý bãi đỗ xe mới, sử dụng mã QR từ thẻ Căn cước công dân (CCCD) để lưu trữ thông tin về người gửi xe và xe được gửi Giải pháp này nhằm tối ưu hóa và nâng cao chất lượng, hiệu quả của bãi xe, đồng thời hạn chế tình trạng xe quá hạn không rõ người gửi Việc chuyển đổi từ quản lý thẻ xe bằng RFID sang thẻ CCCD không chỉ tăng tính cá nhân hóa mà còn cải thiện khả năng truy xuất thông tin, giảm thiểu khả năng thất lạc thẻ so với thẻ RFID thông thường.
Hệ thống nhận diện biển số xe sẽ được cải thiện thông qua việc tích hợp công nghệ học máy, nâng cao độ chính xác và tốc độ nhận diện Đồng thời, một ứng dụng điện thoại sẽ được phát triển để kết nối các bãi đỗ xe, từ đó tối ưu hóa quản lý bãi đỗ xe, mang lại sự tiện lợi và hiệu quả cho người dùng.
Nghiên cứu này cải thiện quản lý bãi đỗ xe bằng cách sử dụng mã QR từ thẻ CCCD thay vì thẻ RFID, giúp tăng cường tính cá nhân hóa và khả năng truy xuất thông tin Công nghệ Deep Learning được tích hợp nâng cao độ chính xác và tốc độ nhận diện biển số xe Ứng dụng di động kết nối các bãi đỗ xe mang lại trải nghiệm người dùng tốt hơn, tạo ra hệ thống linh hoạt và hiệu quả hơn.
Hệ thống quản lý bãi đỗ xe được phát triển nhằm giảm ùn tắc và nâng cao tính tiện lợi trong việc lưu trữ thông tin xe Thiết kế của hệ thống phù hợp với các bãi xe ở khu vực đông đúc, giúp giảm tải áp lực và cải thiện trải nghiệm người sử dụng Đề tài này góp phần quan trọng vào việc cải thiện quản lý bãi đỗ xe tại các trung tâm thành phố lớn ở Việt Nam.
MỤC TIÊU ĐỀ TÀI
Đề tài "Thiết kế và thi công mô hình quản lý bãi đỗ xe ô tô" tập trung vào việc phát triển một hệ thống quản lý bãi đỗ xe hiệu quả tại các khu vực có mật độ giao thông cao Hệ thống này sẽ bao gồm các chức năng cụ thể nhằm tối ưu hóa việc sử dụng không gian đỗ xe và nâng cao trải nghiệm của người sử dụng.
Chức năng quản lý thông tin xe cho phép lưu trữ số CCCD của người gửi xe và biển số xe thông qua mã QR từ thẻ CCCD Điều này giúp hạn chế tình trạng xe quá hạn không rõ người gửi và giảm thiểu khả năng thất lạc thẻ so với thẻ RFID thông thường Để xác nhận khi ra/vào, người dùng cần cung cấp cùng lúc CCCD và biển số xe.
- Chức năng nhận diện biển số xe: tích hợp công nghệ Deep Learning để nhận diện biển số xe
Ứng dụng di động được phát triển nhằm kết nối và hỗ trợ người dùng trong việc tìm kiếm và đặt chỗ đậu xe Ứng dụng này cung cấp thông tin chi tiết về tình trạng các bãi đỗ xe, đồng thời hướng dẫn người dùng đến vị trí bãi xe phù hợp một cách dễ dàng.
Chức năng quản lý xe ra/vào giúp bảo mật thông tin cá nhân và dữ liệu xe, đồng thời cho phép người dùng truy xuất thông tin một cách nhanh chóng và chính xác khi cần thiết.
Mục tiêu của đề tài là phát triển một hệ thống quản lý bãi đỗ xe hiện đại và hiệu quả, giúp giảm ùn tắc giao thông tại các trung tâm thành phố lớn, nâng cao trải nghiệm người dùng và tối ưu hóa quy trình quản lý bãi đỗ xe.
PHẠM VI GIỚI HẠN ĐỀ TÀI
Đề tài này tập trung vào việc xác định phạm vi giới hạn cụ thể để đảm bảo tính khả thi và hiệu quả của hệ thống quản lý bãi đỗ xe được thiết kế Những giới hạn này bao gồm các yếu tố quan trọng trong quá trình phát triển và triển khai hệ thống.
Môi trường nghiên cứu đề tài này được giới hạn trong không gian trong nhà, nơi ánh sáng tự nhiên không đủ, và được bổ sung bằng ánh sáng từ đèn nhằm đảm bảo độ sáng cần thiết cho biển số xe.
- Giới hạn về chức năng hệ thống:
Lưu trữ thông tin xe theo số CCCD có thể thực hiện bằng cách sử dụng mã QR từ thẻ CCCD Việc này cho phép sử dụng số CCCD làm cơ sở để lưu trữ biển số xe, thời gian ra/vào của xe và giá tiền gửi xe.
Hệ thống sẽ không hỗ trợ các phương pháp lưu trữ khác như sinh trắc học hay RFID
+ Nhận diện biển số xe: chỉ nhận diện biển số xe thông qua công nghệ Deep Learning
Hệ thống quản lý xe ra vào tập trung vào việc kiểm soát và giám sát hoạt động ra vào bãi đỗ xe, không bao gồm các dịch vụ bổ sung như rửa xe, sửa chữa hay bảo dưỡng xe tại khu vực này.
Ứng dụng di động giúp người dùng tìm kiếm và đặt chỗ đậu xe dễ dàng, cung cấp thông tin về tình trạng bãi đỗ và hướng dẫn sử dụng Tuy nhiên, ứng dụng này không hỗ trợ thanh toán trực tuyến hoặc đặt trước các dịch vụ khác ngoài đỗ xe.
- Giới hạn về điều kiện dữ liệu đầu vào:
Dữ liệu biển số xe yêu cầu biển số phải rõ ràng và đúng quy cách theo tiêu chuẩn Việt Nam nhằm đảm bảo độ chính xác trong việc nhận diện.
Thẻ CCCD cần có mã QR hợp lệ và thông tin chính xác để hệ thống lưu trữ thông tin người gửi và xe Hệ thống không chấp nhận các loại giấy tờ tùy thân khác.
Hệ thống yêu cầu một kết nối Internet ổn định để đảm bảo việc trao đổi dữ liệu hiệu quả giữa các thành phần của hệ thống và ứng dụng di động.
- Giới hạn về khả năng tích hợp:
Hệ thống được phát triển để hoạt động độc lập và không có khả năng tích hợp với các hệ thống quản lý bãi đỗ xe hiện tại, bao gồm cả những hệ thống sử dụng công nghệ RFID hoặc các công nghệ khác.
Hệ thống sẽ được thiết kế với khả năng mở rộng để đáp ứng nhu cầu gia tăng trong tương lai Tuy nhiên, trong phạm vi đề tài này, hệ thống chỉ được triển khai ở quy mô thử nghiệm tại một bãi đỗ xe giới hạn.
- Giới hạn về mô hình:
Mô hình được thiết kế và mô phỏng với 3 chỗ đậu xe, nghĩa là toàn bộ hệ thống và các thuật toán chỉ áp dụng và kiểm tra trong phạm vi này, không mở rộng ra số lượng chỗ đậu xe lớn hơn.
Các cảm biến được lắp đặt gần khối xử lý trung tâm, giúp đơn giản hóa mô hình mô phỏng Trong quá trình này, khoảng cách truyền dữ liệu giữa các cảm biến và khối xử lý trung tâm không được tính đến, cho phép tập trung vào việc kiểm tra các chức năng chính của hệ thống mà không bị ảnh hưởng bởi các yếu tố liên quan đến truyền dữ liệu từ xa.
PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
Nhóm thực hiện đề tài đã áp dụng nhiều phương pháp nghiên cứu đa dạng, bắt đầu bằng việc tổng hợp và phân tích tài liệu lý thuyết.
Nền tảng vi điều khiển, quy tắc hoạt động của phần cứng và các ngôn ngữ lập trình như C, Python, Java là những yếu tố quan trọng giúp nhóm xây dựng một cơ sở lý thuyết vững chắc cho thiết kế hệ thống.
Để đánh giá tính khả thi và hiệu quả của giải pháp đề xuất, nhóm đã áp dụng phương pháp mô phỏng Phương pháp này cho phép chúng tôi tối ưu hóa hệ thống trước khi triển khai thực tế, từ đó giảm thiểu rủi ro và nâng cao hiệu suất.
Nhóm đã khảo sát thực tế các bãi đỗ xe để nắm rõ quy trình hoạt động và các vấn đề hiện tại Qua đó, nhóm có cái nhìn tổng quan hơn về tình hình, từ đó đề xuất các giải pháp phù hợp và hiệu quả.
Sau khi hoàn thiện thiết kế lý thuyết và mô phỏng, nhóm thực hiện đã triển khai hệ thống trên mô hình thực tế Việc này đảm bảo hệ thống hoạt động ổn định và hiệu quả, đáp ứng yêu cầu thực tế tại các trung tâm thành phố lớn của Việt Nam.
ĐỐI TƯỢNG VÀ PHẠM VI NGHIÊN CỨU
Trong quá trình phát triển hệ thống quản lý bãi đỗ xe, các thành phần và công nghệ đóng vai trò quan trọng trong việc đảm bảo hiệu quả và tính khả thi của giải pháp Các đối tượng nghiên cứu chính sẽ được trình bày dưới đây.
- Thiết kế hệ thống giám sát tại bãi đỗ xe sử dụng ngôn ngữ Python
- Xây dựng một mô hình nhận dạng biển số xe sử dụng YOLO và CNN
- Xây dựng ứng dụng trên điện thoại sử dụng ngôn ngữ Java
- Sử dụng ngôn ngữ C để phát triển phần mềm cho vi điều khiển
- Giao tiếp với nhau bằng cơ sở dữ liệu
Khối xử lý trung tâm đóng vai trò quan trọng trong việc điều khiển các thiết bị ngoại vi và giao tiếp với máy tính qua giao thức UART Nó cũng đảm bảo việc truyền nhận dữ liệu lên cơ sở dữ liệu và cần có khả năng kết nối Internet thông qua wifi.
- Sử dụng thiết bị quét QR code chuyên dụng và giao tiếp với máy tính thông qua giao thức UART.
BỐ CỤC QUYỂN BÁO CÁO
Báo cáo này được cấu trúc thành năm chương chính, mỗi chương đảm nhận một nội dung cụ thể để trình bày chi tiết và toàn diện về đề tài nghiên cứu.
Chương 1 Giới thiệu: nhóm đưa ra tình hình nghiên cứu hiện nay, tính cấp thiết của đề tài Đưa ra lý do chọn đề tài và ứng dụng thực tế của đề tài
Chương 2 Cơ sở lý thuyết: giới thiệu chi tiết cơ sở lý thuyết, các khái niệm sẽ vận dụng trong đề tài
Chương 3 Thiết kế hệ thống: trình bày được sơ đồ khối hệ thống, thiết kế của từng khối trong hệ thống, lựa chọn linh kiện, tính toán, xây dựng lưu đồ giải thuật và đưa ra cách vận hành hợp lý của hệ thống dựa trên những lý thuyết có sẵn
Chương 4 Kết quả: biểu thị, vận hành phần cứng thực tế, đánh giá độ ổn định của hệ thống, nhược điểm còn tồn tại
Chương 5 Kết luận và hướng phát triển: nêu ra những kết quả đã thực hiện được và hướng phát triển đề tài trong tương lai.
CƠ SỞ LÝ THUYẾT
KHÁI NIỆM THỊ GIÁC MÁY TÍNH
Con người dễ dàng cảm nhận cấu trúc thế giới xung quanh, từ độ sâu của không gian đến hình dạng và màu sắc của các đối tượng như chậu hoa Những nhà nghiên cứu trong lĩnh vực thị giác máy tính đang phát triển các phương trình toán học nhằm tái tạo hình thể và vẻ bề ngoài của đối tượng trong hình ảnh.
Thị giác máy tính là tập hợp các phương pháp nhằm thu nhận và xử lý ảnh kỹ thuật số, giúp phân tích và mô tả lại thế giới xung quanh Công nghệ này cho phép tái tạo các thuộc tính như hình dạng, màu sắc, ánh sáng và sắc độ, đồng thời thực hiện nhận dạng, phân loại và giám sát các đối tượng trong hình ảnh.
Trong đồ án tốt nghiệp, nhóm thực hiện đã ứng dụng công nghệ thị giác máy tính để nhận diện vật thể Đặc biệt, nhóm đã chọn mô hình YOLO, một trong những mô hình học máy phổ biến, để nhận diện biển số xe.
TỔNG QUAN VỀ MẠNG NEURAL NHÂN TẠO
Mạng Neural nhân tạo, một nhánh của học máy, được thiết kế dựa trên cấu trúc và hoạt động của bộ não con người Nó bao gồm nhiều Neural liên kết với nhau, tạo thành một mạng lưới thần kinh, mô phỏng cách tế bào thần kinh sinh học truyền tín hiệu cho nhau.
Neural sinh học bao gồm các sợi nhánh (Dendrites) nhận tín hiệu từ các Neural khác, sau đó truyền tín hiệu này đến Soma dưới dạng xung điện để xử lý Kết nối với Soma là sợi Axon, nơi tín hiệu đầu ra được truyền đến Synapse, tạo cầu nối với các Neural khác và hình thành mạng lưới Neural sinh học Dựa trên những hiểu biết về Neural sinh học, con người đã nỗ lực tái tạo mạng lưới này thông qua mô hình Neural nhân tạo.
2.3.1 Mô hình Neural nhân tạo
Mạng Neural nhân tạo mô phỏng hoạt động của bộ não con người thông qua việc kết nối nhiều Neural với nhau thành một mạng tương tự cấu trúc não Các Neural được sắp xếp thành nhiều lớp, trong đó mỗi Neural, tương đương với một nút, nhận nhiều đầu vào (input) và tạo ra một đầu ra (output).
Hình 2.2 Mô hình của một Neural nhân tạo [3]
Figure 2.2 illustrates how the input signals correspond to the dendrites of biological neurons, with the neuron symbolizing the soma It also represents nodes, while synapses signify weights, and the axon denotes the output of the node.
2.3.2 Kiến trúc mạng Neural nhân tạo
Một mạng Neural nhân tạo là sự kết hợp của nhiều lớp perceptron còn được gọi là perceptron đa lớp được được mô tả như hình 2.3
Hình 2.3 minh họa kiến trúc của một mạng Neural nhân tạo, bao gồm nhiều nút tròn, mỗi nút hoạt động như một Neural Đầu ra của mỗi Neural sẽ trở thành đầu vào cho Neural khác, tạo thành một mạng lưới với ba lớp.
Lớp đầu vào trong mạng Neural nhân tạo nhận thông tin từ thế giới bên ngoài, nơi các nút đầu vào thực hiện việc xử lý, phân tích và phân loại dữ liệu trước khi chuyển tiếp sang lớp tiếp theo.
Lớp ẩn trong mạng Neural nhân tạo nhận dữ liệu từ lớp đầu vào hoặc các lớp ẩn khác Mạng có thể bao gồm nhiều lớp ẩn, mỗi lớp thực hiện phân tích dữ liệu đầu ra từ lớp trước, xử lý sâu hơn và chuyển tiếp dữ liệu đến lớp tiếp theo.
Lớp đầu ra trong mạng nơ-ron nhân tạo là phần cung cấp kết quả cuối cùng sau khi xử lý toàn bộ dữ liệu Lớp này có thể bao gồm một hoặc nhiều nút, tùy thuộc vào yêu cầu của bài toán.
Mạng Neural nhân tạo cũng có nhiều loại khác nhau [4]:
Mạng Neural truyền thẳng là một loại mạng nơ-ron xử lý dữ liệu theo một chiều, từ nút đầu vào đến nút đầu ra Trong mạng này, mỗi nút trong một lớp được kết nối với tất cả các nút trong lớp tiếp theo Mạng truyền thẳng sử dụng các phép tính để cải thiện khả năng dự đoán theo thời gian.
Mạng lan truyền ngược là một loại mạng học máy, hoạt động liên tục để cải thiện độ chính xác của dự đoán thông qua việc sử dụng vòng lặp phản hồi Dữ liệu được truyền từ nút đầu vào và trải qua quá trình hiệu chỉnh để nâng cao khả năng dự đoán của mạng.
Trong mạng Neural, để đến được nút đầu ra, tín hiệu phải trải qua nhiều đường dẫn bên trong Tuy nhiên, chỉ có một lối đi tối ưu nhất dẫn đến nút đầu ra phù hợp.
Mạng Neural tích chập (CNN) sử dụng các lớp ẩn để thực hiện các phép toán như tóm tắt và sàng lọc, được gọi là tích chập Chức năng này rất quan trọng trong việc phân loại hình ảnh, vì mạng có khả năng trích xuất các đặc điểm nổi bật từ hình ảnh, phù hợp cho các ứng dụng nhận dạng và phân loại.
TỔNG QUAN VỀ YOLO
YOLO (YOU ONLY LOOK ONCE) là một mô hình nhận diện đối tượng tiên tiến trong thị giác máy tính, nổi bật với khả năng phân tích toàn bộ hình ảnh chỉ trong một lần nhìn Mô hình này có thể dự đoán vị trí và loại tất cả các đối tượng xuất hiện trong bức ảnh một cách đồng thời, mang lại hiệu quả cao trong việc nhận diện và phân loại.
Kiến trúc YOLO tiếp cận bài toán phát hiện vật thể như một bài toán hồi quy, sử dụng mạng gồm các lớp tích chập, tổng hợp và kết nối đầy đủ để xử lý hình ảnh đầu vào Với khả năng tối ưu cho GPU và chỉ cần một lần chuyển tiếp, YOLO đạt tốc độ xử lý rất cao Thuật toán này không chỉ mang lại độ chính xác cao mà còn nhanh chóng trong việc phát hiện vật thể, làm cho nó trở thành lựa chọn lý tưởng cho các ứng dụng thị giác máy tính.
Hình 2.4 Kiến trúc mạng YOLO [5]
Mạng YOLO chia ảnh thành lưới ô kích thước SxS, với kích thước mặc định là 7x7, nhằm đưa ra các dự đoán chính xác cho các đối tượng trong ảnh.
Các khung bao (bounding box) bao gồm 5 tham số: tọa độ tâm (x, y), chiều rộng (w), chiều cao (h) và độ tự tin (confidence) của dự đoán Dưới đây là hình ảnh ví dụ minh họa cho các khung bao này.
Hình 2.5 minh họa các khung bao trong YOLO, thể hiện cách chia hình ảnh để nhận diện vật thể Ý tưởng chính của YOLO là sử dụng các hàm toán học, trong đó có hàm tính IoU, để xác định vị trí và kích thước của các đối tượng trong ảnh.
Hình 2.6 Hình ảnh công thức tính IoU
Công thức trong hình 2.6 xác định Area of Overlap là diện tích chung giữa bounding box dự đoán và bounding box thực tế, trong khi Area of Union là diện tích hợp nhất của chúng Nếu chỉ số IoU lớn hơn 0.5, mô hình dự đoán được đánh giá là có hiệu suất tốt.
YOLO sử dụng Anchor box để ước lượng và xác định bounding box cho vật thể Giống như bounding box đã đề cập trước đó, Anchor box giúp xác định vị trí của vật thể và sau đó, thông qua thuật toán hồi quy, bounding box sẽ được tinh chỉnh từ Anchor box để tạo ra bounding box dự đoán chính xác hơn.
Hình 2.7 Xác định Anchor box cho vật thể [6]
Hình 2.7 minh họa quá trình xác định Anchor box cho vật thể, trong đó có ba viền xanh đại diện cho các Anchor box Tất cả các Anchor box này đều giao nhau với Bounding box của vật thể, nhưng chỉ có Anchor box có viền xanh dày nhất được chọn do nó có chỉ số IoU cao nhất so với Ground truth bounding box.
Mô hình YOLO V3 Tiny giữ lại cấu trúc chính của YOLO V3 với mạng CNN để trích xuất đặc trưng và các lớp phát hiện vật thể Tuy nhiên, YOLO V3 Tiny có số lượng lớp tích chập và lớp phát hiện ít hơn, giúp giảm đáng kể lượng tính toán và số lượng tham số, đồng thời vẫn duy trì độ chính xác, phù hợp cho việc nhận diện biển số xe.
YOLO V3 Tiny là một mô hình hiệu quả trong việc nhận diện biển số xe, có khả năng huấn luyện trên tập dữ liệu lớn với nhiều hình ảnh biển số khác nhau Mô hình này học được các đặc điểm đặc trưng của biển số xe, từ đó nhận diện chính xác trong các bức ảnh Ứng dụng của nó rất đa dạng, bao gồm giám sát giao thông và quản lý bãi đỗ xe, góp phần nâng cao hiệu quả trong các lĩnh vực này.
TỔNG QUAN VỀ MÃ QR CODE
QR code, hay mã phản hồi nhanh, là một loại mã vạch ma trận (Matrix-barcode) hoặc mã vạch 2 chiều (2D), được thiết kế để hiển thị thông tin mã hóa mà máy có thể đọc được.
Mã QR Code, lần đầu tiên xuất hiện vào năm 1994 do Denso Wave (công ty con của Toyota) phát triển, bao gồm các chấm đen và ô vuông trên nền trắng Mã này có khả năng chứa thông tin như URL, thời gian, địa điểm sự kiện và mô tả sản phẩm, cho phép quét và đọc nhanh chóng bằng máy đọc mã vạch hoặc điện thoại có camera Sự tiện lợi của QR Code giúp người dùng dễ dàng truy cập thông tin cần thiết.
Hình 2.9 Cấu trúc của mã QR code [7]
Trong hình 2.9 biểu diễn cấu trúc của một mã QR với các thành phần:
Trong mã QR, các ô đen trắng khác nhau đại diện cho mã nhị phân, với ô trắng có giá trị 0 và ô đen có giá trị 1 Tất cả các ô này tạo thành thông tin được lưu trữ trong mã QR.
Finder Pattern là các ô vuông nằm ở bốn góc của mã QR, giúp thiết bị quét xác định phạm vi của mã và đọc được thông tin ngay cả khi mã bị biến dạng Nhờ vào những hoa văn này, thiết bị có thể quét mã QR từ bất kỳ góc độ nào.
- Timing pattern: là những ô vuông đen trắng được đặt xen kẽ nhau, giúp thiết bị quét có thể xác định tọa độ của từng ô trong mã QR code
Mẫu căn chỉnh là khu vực nằm ở góc dưới bên phải của mã QR, có hình dạng là một hình vuông với một hình vuông nhỏ bên trong Nó được sử dụng để điều chỉnh các sai lệch phát sinh trong quá trình quét mã bởi thiết bị quét.
Một số ưu điểm của mã QR so với mã vạch truyền thống [7]:
Mã QR phiên bản 40 có khả năng lưu trữ một lượng lớn thông tin, cho phép sửa chữa lỗi ở mức L Nó có thể chứa tối đa 4,296 ký tự trong bảng chữ cái tiếng Anh hoặc 7,098 chữ số.
Mã vạch yêu cầu việc xác định mã quốc gia, mã sản phẩm và mã nhà cung cấp, sau đó đối chiếu với cơ sở dữ liệu để tìm kiếm thông tin cần thiết Trong khi đó, mã QR có khả năng lưu trữ toàn bộ thông tin này trong một mã duy nhất.
Mã QR có thể được sử dụng để lưu trữ liên kết đến trang web và ứng dụng, đồng thời hiển thị trên Internet Trong Căn cước công dân và ứng dụng VNeID, mã QR được tích hợp chứa các thông tin quan trọng theo thứ tự: Số căn cước công dân gắn chip, Số chứng minh nhân dân cũ (nếu có), Họ và tên, Ngày tháng năm sinh, Giới tính, Địa chỉ thường trú, và Ngày cấp, với các thông tin được ngăn cách bằng dấu "|".
TỔNG QUAN CÁC CHUẨN GIAO TIẾP ĐƯỢC DÙNG TRONG HỆ THỐNG
I2C, một giao thức truyền thông hai dây do Philips Semiconductors phát minh vào năm 1982, thường được sử dụng để kết nối các thiết bị tốc độ thấp như vi điều khiển, bộ chuyển đổi A/D và D/A, cũng như các thiết bị I/O và phụ kiện khác trong các hệ thống nhúng.
I2C sử dụng hai chân để thiết lập giao tiếp:
- SDA: chân dữ liệu nối tiếp
- SCL: chân đồng hồ nối tiếp
Giao thức I2C cung cấp nhiều tốc độ truyền dữ liệu khác nhau tùy thuộc vào chế độ hoạt động, với tốc độ 100 kbit/s trong chế độ tiêu chuẩn và 400 kbit/s trong chế độ tốc độ tối đa.
Hình 2.10 Khung truyền dữ liệu của giao thức I2C [8]
Trong giao thức I2C, mỗi thiết bị đều có địa chỉ riêng biệt, cho phép thiết bị chủ gửi địa chỉ của thiết bị tớ qua chân SDA Sau khi gửi địa chỉ, thiết bị chủ tiếp tục truyền khung dữ liệu, và chỉ thiết bị tớ có địa chỉ khớp với địa chỉ đã gửi mới nhận được luồng dữ liệu Để đảm bảo quá trình truyền dữ liệu diễn ra suôn sẻ, có một số điều kiện cần được đáp ứng trong giao thức I2C.
Điều kiện bắt đầu: Master sẽ khởi tạo khung dữ liệu và bắt đầu quá trình truyền bằng cách chuyển đổi từ mức cao sang mức thấp của đường dữ liệu SDA, đồng thời đưa đường dữ liệu SCL lên mức cao để chuẩn bị cho việc truyền dữ liệu.
Điều kiện dừng: Master sẽ chuyển đổi đường dữ liệu SDA từ mức cao sang mức thấp trong khi đường dữ liệu SCL vẫn giữ ở mức cao Sau đó, Master sẽ giải phóng Bus, cho phép thiết bị mới kết nối.
UART là giao thức truyền thông phổ biến, thường được sử dụng trong hệ thống nhúng để kết nối máy tính với vi điều khiển Giao thức này hỗ trợ truyền dữ liệu theo dạng serial và song song không đồng bộ, với khả năng định dạng dữ liệu và điều chỉnh tốc độ truyền linh hoạt.
Hình 2.11 Giao tiếp UART serial và song song [9]
Hình 2.11 Thể hiện các kiểu giao tiếp của giao thức UART, những thành phần chính trong giao thức UART:
- Thiết bị gửi: nhận dữ liệu từ nguồn, format dữ liệu đó thành chuỗi bit và gửi đi thông qua chân TX (Transmit)
Thiết bị nhận dữ liệu hoạt động bằng cách tiếp nhận thông tin qua chân RX (Receive), sau đó xử lý chuỗi dữ liệu đến và chuyển đổi chúng thành dữ liệu song song (parallel data) để cung cấp cho hệ thống nhận.
Baud Rate là thông số quan trọng trong giao tiếp UART, xác định tốc độ truyền dữ liệu qua kênh truyền, thường được đo bằng bps (Bits per second) Nó cho biết số bit được truyền trong một giây Một số baud rate phổ biến khi lập trình bao gồm 9600, 115200, 4800 và 57600.
Trong giao tiếp UART mỗi khung dữ liệu sẽ được đóng lại bởi start và stops bit, được thể hiện như hình
Hình 2.12 Start bit của UART frame format [9]
Start bit, như hình 2.12, là bit đầu tiên trong khung dữ liệu gửi đi qua giao thức UART, có chức năng thông báo cho thiết bị nhận rằng đây là điểm bắt đầu của chuỗi bit Start bit luôn có giá trị logic mức thấp.
Hình 2.13 Data bit của UART frame format [9]
Các data bit như hình 2.13 là thông tin mà được máy nhận cần phải nhận được
Số lượng bit của Data bit có thể đa dạng, nhưng được sử dụng nhiều nhất là 8 bit
Hình 2.14 Parity bit của UART frame format [9]
Parity bit là một bit bổ sung trong khung truyền dữ liệu, được sử dụng để kiểm tra lỗi trong quá trình truyền Bit này có thể được thiết lập là bit chẵn hoặc bit lẻ, giúp xác định xem số lượng bit truyền đi có khớp với quy ước hay không Nếu số lượng bit không đúng, máy nhận sẽ nhận diện được lỗi trong dữ liệu đã truyền.
Hình 2.15 Stop bit của UART frame format [9]
Stop bit, thường được truyền ở cuối khung truyền, thông báo cho máy nhận về sự kết thúc của chuỗi bit cần nhận Mặc dù hầu hết các cấu hình sử dụng một stop bit, việc thêm một stop bit nữa có thể nâng cao độ tin cậy trong quá trình truyền dữ liệu.
THIẾT KẾ HỆ THỐNG
YÊU CẦU HỆ THỐNG
Dựa trên các mục tiêu đã đề ra trong Mục 1.2, hệ thống cần đáp ứng các yêu cầu và tính năng chi tiết sau:
Hệ thống quản lý thông tin xe cần có chức năng quét mã QR từ thẻ CCCD của người gửi xe, cho phép lưu trữ số CCCD và biển số xe vào cơ sở dữ liệu Tính năng này bao gồm module quét và giải mã QR, giúp kết nối và quản lý thông tin xe một cách hiệu quả.
Hệ thống nhận diện biển số xe sử dụng công nghệ Deep Learning, cho phép ghi lại hình ảnh để xác định biển số với độ chính xác cao Việc tích hợp mô hình Deep Learning đã được huấn luyện giúp cải thiện khả năng nhận diện, mang lại hiệu quả tối ưu cho quá trình xử lý và nhận diện biển số xe.
Ứng dụng di động đóng vai trò quan trọng trong việc kết nối và hỗ trợ người dùng tìm kiếm bãi đỗ xe Việc phát triển một ứng dụng thân thiện, dễ sử dụng sẽ giúp người dùng dễ dàng đặt chỗ đậu xe Để nâng cao trải nghiệm người dùng, ứng dụng cần cung cấp thông tin chính xác và được cập nhật liên tục.
Hệ thống quản lý xe ra/vào cần một ứng dụng với giao diện người dùng thân thiện, hiển thị đầy đủ thông tin về số CCCD và biển số xe Ứng dụng này sẽ giúp quản lý thông tin xe ra/vào, ghi nhận thời gian và trạng thái của xe một cách hiệu quả.
Hệ thống cung cấp giải pháp toàn diện và hiệu quả cho việc quản lý và sử dụng bãi đỗ xe, đảm bảo an toàn và tiện lợi cho người dùng Việc tích hợp công nghệ tiên tiến như Deep Learning và QR code giúp nâng cao độ chính xác và tốc độ xử lý, tạo nên một hệ thống thông minh và linh hoạt Nhờ đó, hệ thống đáp ứng đầy đủ các nhu cầu của người dùng trong việc quản lý thông tin xe cộ và tìm kiếm bãi đỗ xe một cách thuận tiện và hiệu quả.
MÔ HÌNH HỆ THỐNG
Nhằm phát triển một hệ thống phần cứng ổn định và phần mềm dễ sử dụng, nhóm đã xây dựng mô hình hoạt động tổng quát của hệ thống trước khi đề xuất các giải pháp cụ thể.
Hình 3.1 Mô hình hệ thống
- Theo như mô hình đã đề ra ở hình 3.1, hệ thống sẽ có 4 thành phần chính:
+ Mô hình khu vực quản lý cổng ra/vào có chức năng nhận diện biển số xe, quản lý xe ra/vào
+ Mô hình khu vực giám sát trạng thái vị trí đỗ xe có chức năng kiểm tra và đưa trạng thái chỗ đỗ xe lên cơ sở dữ liệu
+ Cơ sở dữ liệu là cầu nối giao tiếp giữa các thành phần trong mô hình
+ Giao diện người dùng giúp người dùng dễ dàng tương tác, đặt chỗ và kiểm tra trạng thái bãi đỗ xe được cập nhập liên tục
- Mô hình khu vực quản lý cổng/ra vào chứa các thành phần:
+ Máy quét mã QR cho chức năng sử dụng số CCCD làm thông tin lưu trữ về người gửi xe và xe cần gửi
+ Máy tính và camera cho chức năng nhận diện biển số xe và quản lý xe ra/vào bãi đỗ xe
+ Thanh chắn nâng/hạ để xe ra/vào bãi
+ Bảng hiển thị để hiển thị số chỗ trống ở lối vào và giá tiền đối với lối ra
Hình 3.2 Thành phần “Mô hình khu vực quản lý cổng ra/vào”
Mô hình khu vực quản lý cổng ra/vào đảm nhận các chức năng quan trọng như lưu trữ thông tin xe, nhận diện biển số xe và quản lý việc cho phép xe ra vào.
- Mô hình khu vực giám sát trạng thái vị trí đỗ xe chứa các thành phần:
+ Vi điều khiển để xử lý dữ liệu từ các cảm biến
+ Các cảm biến hồng ngoại
Hình 3.3 Thành phần “Mô hình khu vực giám sát trạng thái vị trí đỗ xe”
Mô hình khu vực giám sát vị trí đỗ xe, như trong hình 3.3, kết nối vi điều khiển với các cảm biến hồng ngoại nhằm xác định trạng thái chỗ đậu xe và truyền tải dữ liệu lên cơ sở dữ liệu.
Nhóm thực hiện đề tài đã xây dựng phần cứng dựa trên hai mô hình chính: "mô hình khu vực quản lý cổng ra/vào" và "mô hình khu vực giám sát trạng thái vị trí đỗ xe" Do đó, thiết kế phần cứng được chia thành hai phần: "thiết kế phần cứng khu vực quản lý cổng ra/vào" và "thiết kế phần cứng khu vực giám sát trạng thái vị trí đỗ xe".
THIẾT KẾ PHẦN CỨNG KHU VỰC QUẢN LÝ CỔNG RA/VÀO
3.3.1 Chức năng phần cứng khu vực quản lý cổng ra vào
Trong phần cứng khu vực quản lý cổng ra/vào sẽ có các chức năng bao gồm:
- Chức năng đọc mã QR từ CCCD/Vnid để ghi lại thông tin số CCCD của người gửi xe
- Chức năng ghi lại hình để đưa vào khối xử lý ảnh nhận diện biển số
- Chức năng đóng/mở để xe ra/vào
- Chức năng hiển thị bao gồm một màn hình hiển thị số chỗ trống và một màn để hiện thị giá tiền
- Chức năng liên kết với cơ sở dữ liệu thông qua Wifi
3.3.2 Sơ đồ khối khu vực quản lý cổng ra/vào
Sơ đồ khối quản lý cổng ra/vào là thành phần chính, đảm nhiệm nhiều chức năng quan trọng như đọc mã QR, ghi hình ảnh, nhận diện biển số xe, nâng hạ thanh chắn xe, hiển thị thông tin và kết nối với cơ sở dữ liệu.
Hình 3.4 Sơ đồ khối Mô hình khu vực quản lý cổng ra/vào
Sơ đồ khối quản lý cổng ra/vào, như mô tả trong hình 3.4, được phát triển dựa trên mô hình đã nêu ở mục 3.2 Nhóm thực hiện có trách nhiệm điều khiển việc mở và đóng cổng khi có xe ra vào, đồng thời thu thập thông tin người dùng từ mã.
QR được cung cấp cùng nhận diện biển số xe, sau đó lưu vào tệp Excel để xử lý và sử dụng
Khối xử lý trung tâm đóng vai trò quan trọng trong việc truyền nhận dữ liệu với các khối khác để điều khiển thiết bị ngoại vi như servo, LCD, và LED Nó cũng thực hiện giao tiếp với máy tính thông qua khối xử lý ảnh và đồng thời kết nối với ứng dụng điện thoại thông qua cơ sở dữ liệu.
Khối ghi hình liên tục quét hình ảnh và chụp ảnh khi nhận được tín hiệu yêu cầu, nhằm ghi lại hình ảnh biển số xe Sau đó, những bức ảnh này sẽ được truyền đến khối xử lý ảnh để phân tích và xử lý thông tin.
Khối quét mã QR có chức năng giải mã QR code và trả về dữ liệu sau khi giải mã Đồng thời, khối xử lý ảnh lưu trữ dữ liệu từ thiết bị đọc QR code chuyên dụng, nhận diện biển số xe và gửi tín hiệu xác nhận về cho khối xử lý trung tâm.
+ Khối thanh chắn: khối có chức năng đóng/mở khi có tín hiệu điều khiển từ khối xử lý trung tâm yêu cầu
Khối cảm biến bao gồm hai loại cảm biến được đặt tại hai vị trí khác nhau Một cảm biến được lắp đặt tại vị trí xe ra vào bãi chính, giúp giữ thanh chắn không đóng xuống đột ngột khi xe chưa hoặc đang di chuyển qua.
+ Khối hiển thị: nhận dữ liệu từ khối xử lý trung tâm hiển thị thông tin (giá tiền, số chỗ trống,…)
+ Khối nút nhấn: gửi tín hiệu về khối xử lý trung tâm để yêu cầu đóng/mở trực tiếp
+ Khối nguồn: cung cấp nguồn cho các khối khác hoạt động
3.3.3 Thiết kế từng khối khu vực cổng ra/vào
Khối ghi hình có nhiệm vụ liên tục thu nhận và chụp ảnh khi nhận tín hiệu yêu cầu, với hình ảnh biển số xe được truyền đến khối xử lý ảnh Để nhận diện biển số xe hiệu quả, ảnh đầu vào cần có độ phân giải cao Trong điều kiện ánh sáng yếu trong nhà, thiết bị ghi hình cần đạt độ phân giải 1920x1080 pixel, tốc độ khung hình 30 fps và cảm biến ánh sáng thấp nhằm đảm bảo chất lượng hình ảnh tốt nhất.
Nhóm thực hiện đã chọn Webcam Rapoo C260 với độ phân giải 1080 pixels và 30 fps để ghi lại hình ảnh biển số xe một cách rõ nét Sản phẩm này không chỉ đáp ứng nhu cầu sử dụng mà còn phù hợp với chi phí và dễ dàng lắp đặt mà không cần cài đặt thêm.
Bảng 3.1 Bảng thông số kỹ thuật Webcam Rapoo [10]
STT Mục đánh giá Thông số
1 Loại ống kính Hybrid Lens
3 Độ phân giải Full HD 1080P/30fps
4 Tỷ lệ khung hình 30 khung hình/giây
5 Kích thước 77mm x 48.7mm x 45mm
Ngoài việc các thông số yêu cầu phù hợp như ở bảng 3.1, yếu tố kích thước và trọng lượng cũng là yếu tố để nhóm thực hiện chọn Webcam Rapoo C260
Kích thước của Webcam Rapoo C260 chỉ 77mm x 48.7mm x 45mm Đây là một Webcam nhỏ gọn thích hợp trong đề tài này
Hình 3.5 Hình ảnh Webcam Rapoo C260 [10]
Thiết bị Camera sẽ được kết nối trực tiếp với khối xử lý ảnh (máy tính) thông qua cổng USB, như mô tả trong hình 3.6.
Hình 3.6 Kết nối camera với máy tính
Hình 3.6 mô tả khối ghi hình sử dụng hai webcam cho cả lối vào và lối ra, giúp truyền hình ảnh Các webcam này sẽ kết nối với máy tính, đại diện cho khối xử lý ảnh thông qua cổng USB.
Cảm biến hồng ngoại được sử dụng để nhận biết xe vào hoặc ra khỏi vị trí đỗ, cũng như ở vị trí chờ trước thanh chắn, nhằm tạo dấu hiệu để đóng barrier Với khoảng cách phát hiện ngắn và chi phí thấp, cảm biến này là lựa chọn lý tưởng cho các ứng dụng liên quan đến quản lý bãi đỗ xe.
Hình 3.7 Hình ảnh mô tả thiết lập và sơ đồ chân cảm biến hồng ngoại [11]
Mặc dù giá rẻ, tuy nhiên dựa theo thông số của cảm biến hồng ngoại cho thấy linh kiện này vẫn đáp ứng được tính chất trong mô hình
Bảng 3.2 Bảng thông số kỹ thuật cảm biến hồng ngoại [11]
STT Tính chất Thông số
3 Khoảng cách hoạt động 2 – 30 cm
Cảm biến hồng ngoại hoạt động dựa trên cặp truyền nhận tia hồng ngoại, phát ra tần số nhất định Khi tia hồng ngoại bị vật cản chặn, nó sẽ phản xạ về đèn thu hồng ngoại, tạo ra tín hiệu đầu ra Khoảng cách hoạt động hiệu quả của cảm biến này dao động từ 2 đến 30 cm, mang lại sự tiện lợi trong việc lắp đặt và sử dụng.
Về kết nối phần cứng:
Cảm biến được sử dụng để điều khiển việc đóng barrier khi xe ra vào khu vực quản lý cổng, bao gồm các chân VCC, GND và GPIO để kết nối với khối xử lý trung tâm.
Hình 3.8 Sơ đồ kết nối cảm biến hồng ngoại ở khu vực quản lý cổng ra/vào
Về hoạt động, khi có vật cản, ngõ ra được kéo xuống mức thấp Khi không có vật cản thì ngõ ra ở mức cao
Với mục đích hiển thị số lượng chỗ trống ở lối vào và giá tiền gửi xe ở lối ra, nhóm lựa chọn module LCD
Khi kết nối linh kiện có nhiều chân với vi điều khiển, thường tốn nhiều chân kết nối Để giải quyết vấn đề này, việc sử dụng module I2C là cần thiết, vì nó chỉ yêu cầu 2 chân kết nối thay vì 6 chân như trước Module I2C hỗ trợ các loại LCD tích hợp HD44780, tương thích với hầu hết các dòng vi điều khiển hiện nay.
Hình 3.9 Hình ảnh mặt trước và mặt sau LCD 16x2 tích hợp I2C [12]
Ngoài kích thước thì thông số kỹ thuật của LCD cũng phù hợp với mức độ mô hình của đề tài theo bảng thông số 3.3
Bảng 3.3 Thông số kỹ thuật LCD 16x2 tích hợp I2C [12]
STT Tính chất Thông số
3 Kích thước module 80mm x 35mm x 9mm
4 Kích thước hiển thị 64.5mm x 16mm
Về kết nối phần cứng, chân SCL và SDA của LCD được kết nối theo bus I2C của khối xử lý trung tâm, nguồn cung cấp 5V cho LCD hoạt động
Mô tả kết nối giữa LCD tích hợp I2C với khối xử lý trung tâm như hình sau:
Hình 3.10 Sơ đồ kết nối màn hình LCD 16x02 I2C với khối xử lý trung tâm
Sơ đồ kết nối của màn hình LCD sẽ kết nối với chân SCL và SDA của khối xử lý trung tâm cho cả hai LCD Địa chỉ mặc định của LCD là 0x27, vì vậy để thay đổi địa chỉ của LCD lối vào, nhóm thực hiện hàn chân A0 trên LCD, biến địa chỉ thành 0x26.
THIẾT KẾ PHẦN CỨNG KHU VỰC GIÁM SÁT TRẠNG THÁI VỊ TRÍ ĐỖ XE
3.4.1 Chức năng phần cứng khu vực giám sát trạng thái vị trí đỗ xe
Trong phần cứng khu vực giám sát trạng thái vị trí đỗ xe sẽ có các chức năng bao gồm:
- Chức năng kiểm tra tình trạng vị trí đỗ
- Chức năng liên kết với cơ sở dữ liệu thông qua Wifi
3.4.2 Sơ đồ khối khu vực giám sát trạng thái vị trí đỗ xe
Sơ đồ khối khu vực giám sát vị trí đỗ xe là thành phần quan trọng trong hệ thống phần cứng, có nhiệm vụ kiểm tra tình trạng vị trí đỗ xe và kết nối với cơ sở dữ liệu.
Hình 3.23 Sơ đồ khối Mô hình khu vực giám sát trạng thái vị trí đỗ xe
Nhóm thực hiện đã chọn “sơ đồ khối Mô hình khu vực giám sát trạng thái vị trí đỗ xe” để kiểm tra số lượng xe hiện có trong bãi và cập nhật thông tin về chỗ giữ xe đã có xe đậu hay chưa lên cơ sở dữ liệu.
Khối xử lý trung tâm đóng vai trò quan trọng trong việc nhận dữ liệu từ khối cảm biến, giao tiếp hiệu quả với máy tính (khối xử lý ảnh) và đồng thời kết nối với ứng dụng điện thoại thông qua cơ sở dữ liệu.
+ Khối cảm biến: các cảm biến đặt dưới vị trí đỗ xe để kiểm tra chỗ đỗ có xe đỗ hay không
+ Khối nguồn: cung cấp nguồn cho các khối khác hoạt động
3.4.3 Thiết kế các khối khu vực giám sát trạng thái vị trí đỗ xe
Các khối khu vực giám sát trạng thái vị trí đỗ xe bao gồm khối xử lý trung tâm và khối cảm biến, được mô tả trong các phần 3.1.3.2 và 3.1.3.7 Sơ đồ kết nối cho khu vực giám sát này được thiết lập dựa trên các khối này.
+ Chân VCC kết nối nguồn 5V, GND nói với mức 0V,
Chân GPIO 25, 26, 27 của ESP32 được sử dụng để kết nối các cảm biến, giúp nhận biết xe vào và ra khỏi vị trí đỗ xe trong khu vực giám sát.
Hình 3.24 Sơ đồ kết nối cảm biến hồng ngoại ở khu vực giám sát trạng thái vị trí đỗ xe
Dòng điện tiêu thụ và điện áp các linh kiện khu vực giám sát trạng thái vị trí đỗ xe được liệt kê bao gồm:
Bảng 3.8 Dòng tiêu thụ và điện áp tiêu thụ của khu vực giám sát trạng thái vị trí đỗ xe
STT Tính chất Dòng tiêu thụ (mA) Điện áp (V)
Nhóm có tổng dòng tiêu thụ của mạch là:
Để đảm bảo hệ thống hoạt động hiệu quả và chính xác, nhóm thực hiện đã lựa chọn nguồn Adapter 5V-1A, phù hợp với điện áp nguồn ra mắc song song là 5V.
3.4.4 Lưu đồ cho khối xử lý trung tâm
Trong các hệ thống thực tế, nhiều vi điều khiển phụ được sử dụng để thu thập dữ liệu tại các vị trí đỗ xe và truyền tải dữ liệu không dây đến cơ sở dữ liệu Điều này đã truyền cảm hứng cho nhóm phát triển tích hợp thêm một vi điều khiển phụ để thực hiện truyền dẫn không dây qua Wi-Fi, theo quy trình như được mô tả trong lưu đồ hình 3.25.
Hình 3.25 Lưu đồ giải thuật khu vực giám sát trạng thái vị trí đỗ xe
Chức năng chính của ESP32 là nhận giá trị từ cảm biến hồng ngoại và gửi những giá trị này lên cơ sở dữ liệu lưu trữ, như được minh họa trong lưu đồ giải thuật hình 3.25.
THIẾT KẾ PHẦN MỀM
Phần mềm của hệ thống được chia làm 2 phần:
Thiết kế phần mềm giám sát bãi đỗ xe bao gồm việc phát triển ứng dụng để theo dõi và quản lý bãi xe, tích hợp công nghệ nhận diện biển số xe, và thiết lập giao tiếp hiệu quả với vi điều khiển thông qua giao thức UART.
Thiết kế phần mềm cho ứng dụng di động bao gồm việc phát triển hệ thống đặt chỗ trước cho bãi xe, hiển thị trạng thái chỗ đậu còn trống và truyền nhận dữ liệu từ bãi xe thông qua cơ sở dữ liệu.
3.5.1 Phần mềm giám sát bãi đỗ xe
- Lưu đồ chính của phần mềm giám sát bãi đỗ xe:
Hình 3.26 Lưu đồ chính phần mềm giám sát bãi đỗ xe
Lưu đồ hình 3.26 thiết lập giao diện giám sát quy trình xe vào và ra, cho phép hệ thống tự động chạy các chương trình con tương ứng khi có xe ra vào.
Chương trình con quy trình xe vào có nhiệm vụ ghi lại các dữ liệu quan trọng như số CCCD, biển số xe (BSX) và thời gian xe vào bãi Tất cả thông tin này sẽ được lưu trữ vào file Excel và đồng thời gửi tín hiệu đến vi điều khiển để xử lý.
Chương trình con quy trình xe ra có nhiệm vụ kiểm tra số CCCD và biển số xe, ghi lại thời gian xe ra, tính toán phí gửi xe và gửi tín hiệu cho vi điều khiển.
- Lưu đồ giải thuật “xử lý xe vào”: Chương trình tập trung việc có người dùng quét mã
QR mới tiến hành các chức năng khác cụ thể như hình 3.27
Hình 3.27 Lưu đồ giải thuật “Xử lý xe vào”
- Từ hình 3.27, chương trình thực hiện được giải thích qua các thao tác:
+ Khi có xe vào bãi, người gửi xe sẽ bắt đầu lấy CCCD để quét làm thẻ ra vào
Hệ thống sẽ xác định xem QR code đã được quét hay chưa; nếu đã quét, hệ thống sẽ nhận dạng biển số xe và lưu trữ dữ liệu nhận dạng, thời gian vào cùng mã số CCCD vào file Excel.
+ Một tín hiệu sẽ được chuyển xuống vi điều khiển thông qua giao thức UART để tiến hành mở barrier
Quy trình xe ra được thực hiện thông qua lưu đồ giải thuật, trong đó người dùng cần quét CCCD tương tự như khi xe vào Tuy nhiên, quy trình này có nhiều tín hiệu gửi đến ESP32 hơn, bao gồm việc mở cổng và hiển thị giá tiền.
Hình 3.28 Lưu đồ giải thuật “Xử lý xe ra”
- Từ hình 3.28, chương trình thực hiện được giải thích qua các thao tác
+ Khi có xe ra khỏi bãi, người gửi xe sẽ dùng CCCD ra để quét mã QR
+ Hệ thống sẽ kiểm tra rằng QR code đã được quét hay chưa, nếu đã được quét, hệ thống sẽ tiến hành nhận diện biển số xe
Sau khi quét và nhận dạng số CCCD và BSX, hệ thống sẽ so sánh với dữ liệu lưu trữ trong file Excel Nếu cả hai thông tin đều chính xác, hệ thống sẽ lưu lại thời gian ra, tính tiền và gửi tín hiệu mở barrier cho vi điều khiển Ngược lại, nếu một trong hai thông tin sai, hệ thống sẽ thông báo cho người giám sát.
- Lưu đồ giải thuật chương trình con nhận diện biển số xe: chức năng nhận diện và lưu trữ biển số xe
Hình 3.29 Lưu đồ giải thuật con “Nhận diện biển số xe”
Để nhận diện biển số xe, quá trình diễn ra qua hai bước chính, với dữ liệu đầu vào là hình ảnh chụp từ camera.
Để nhận được biển số xe, nhóm thực hiện cần huấn luyện máy tính (khối xử lý ảnh) nhận diện vùng chứa biển số Việc này được thực hiện bằng cách sử dụng IDE Visual Studio Code để huấn luyện mô hình nhận diện.
Hình 3.30 Hình ảnh các thông số khi huấn luyện
Sau 20 lần huấn luyện, mô hình đạt độ chính xác 98.5% trong việc dự đoán đúng vị trí biển số xe trong ảnh Điều này cho thấy hệ thống đã cải thiện khả năng nhận dạng biển số Khi xác định được vùng chứa biển số, mô hình sử dụng thư viện Open-CV để cắt biển số xe một cách hiệu quả.
Hình 3.31 Ảnh trước và sau khi cắt vùng chứa biển số xe
Hệ thống đã hoàn thành yêu cầu của tiến trình 1, xác định và cắt thành công vùng chứa biển số xe.
Để mạng neural có khả năng hiểu và nhận diện ký tự, cần trải qua quá trình huấn luyện với các bước cơ bản trong nhận dạng ký tự Đầu tiên, hình ảnh đầu vào được phân tích và xử lý dữ liệu, trong đó điểm nổi bật là việc phân tích một dòng văn bản thành từng ký tự riêng biệt Quá trình này dựa vào việc nhận diện các pixel màu của ký tự trên ảnh, sử dụng dữ liệu đầu vào đã được xử lý với hai loại pixel: điểm trắng RGB (255, 255, 255) và điểm đen RGB (0, 0, 0).
Quá trình phân tích bao gồm hai giai đoạn chính: đầu tiên là phân tích chuỗi văn bản thành các dòng riêng lẻ, sau đó là phân tích từng dòng thành các ký tự Việc tách dòng ký tự là bước quan trọng, tạo điều kiện thuận lợi cho việc tách riêng từng ký tự một cách nhanh chóng và hiệu quả.
Thuật toán: bắt đầu từ điểm ảnh (a,b) đầu tiên của bức ảnh (0,0) với số dòng được phân tích ban đầu là dòng thứ 0
Hình 3.32 Quá trình tách dòng
Để xác định giới hạn trên, cần quét toàn bộ chiều ngang của bức ảnh với một giá trị b cố định, trong khi giá trị a phải nhỏ hơn hoặc bằng chiều ngang của ảnh Trong quá trình quét, nếu phát hiện pixel đen, giá trị b sẽ được ghi nhận là tọa độ giới hạn trên của dòng.
KẾT QUẢ
KẾT QUẢ MÔ HÌNH THI CÔNG
Mô hình phần cứng nhóm thực hiện nhằm giám sát trạng thái vị trí đỗ xe và quản lý cổng ra/vào, giúp tối ưu hóa quy trình vận hành và nâng cao hiệu quả sử dụng không gian đỗ xe Hệ thống này cung cấp thông tin chính xác về tình trạng bãi đỗ, đồng thời hỗ trợ quản lý ra vào một cách hiệu quả.
Hình 4.1 Hình ảnh mô hình giám sát trạng thái vị trí đỗ xe và mô hình quản lý cổng ra/vào
Nhóm thực hiện mô hình phần cứng cho hệ thống giám sát trạng thái vị trí đỗ xe và quản lý cổng ra/vào đã hoàn thành nhiệm vụ của mình, đảm bảo tính hiệu quả và chính xác trong việc theo dõi và điều khiển các hoạt động liên quan đến bãi đỗ xe.
Khu vực giám sát trạng thái vị trí đỗ xe đảm nhiệm việc kiểm tra xem có xe đỗ hay không, sau đó cập nhật thông tin này lên cơ sở dữ liệu Firebase.
Quản lý cổng ra/vào đảm nhiệm việc hiển thị thông tin trên màn hình LCD và điều khiển thanh chắn ra vào trong cả quy trình xe ra và xe vào.
Tổng quan hình ảnh mô hình nhìn từ phía trước được nhóm thực hiện đặt vào mô hình thu lại kết quả như hình 4.2:
Hình 4.2 Tổng quan mô hình bãi đỗ xe
- Mô hình sau khi hoàn chỉnh sẽ kết nối với MÁY TÍNH làm khối xử lý ảnh và các linh kiện khác kết nối bao gồm:
Máy quét QR (2 máy) được sử dụng để đọc mã QR nhằm thu thập dữ liệu người dùng từ CCCD Bên cạnh đó, camera (2 máy) hỗ trợ việc chụp hình ảnh để đưa vào khối xử lý ảnh Cuối cùng, động cơ Servo (2 động cơ) đảm nhận vai trò điều khiển khối thanh chắn.
+ Nút nhấn ( 2 nút nhấn): một nút để mở/đóng thanh chắn ra và một để mở/đóng thanh chắn vào
Cảm biến hồng ngoại bao gồm 5 cảm biến, trong đó 3 cảm biến được kết nối với khu vực giám sát trạng thái vị trí đỗ xe, gửi dữ liệu lên Firebase Hai cảm biến còn lại kết nối với khu vực quản lý cổng ra/vào, đảm bảo rằng thanh chắn chỉ đóng khi có xe đi qua.
- Đối với khu vực lối ra/vào:
Hình 4.3 Lối ra/vào bãi đỗ xe
- Trong hình 4.3 chia làm 2 khu vực:
Khu vực lối vào của hệ thống được trang bị một máy quét QR code, một barrier, một nút nhấn và một màn hình LCD, giúp hiển thị số lượng chỗ trống hiện tại trong bãi.
+ Khu vực lối ra bãi xe gồm: một máy quét QR code, một barrier và một nút nhấn và màn hình LCD hiển thị giá tiền gửi xe
- Hiển thị ở lối ra và ở lối vào như sau:
Hình 4.4 Bảng hiển thị ở lối ra và lối vào
Trong hình 4.4, nhóm thực hiện đã lắp đặt một màn hình LCD tại lối vào để hiển thị số lượng chỗ trống còn lại trong bãi đỗ xe, đồng thời tại lối ra hiển thị giá tiền dựa trên thời gian gửi xe của người dùng Cuối cùng, hệ thống cũng bao gồm một khối nút nhấn.
Trong hình 4.5 bao gồm 2 nút nhấn với nút bên trái để đóng/mở lối vào và nút bên phải để đóng/mở thanh chắn lối ra.
KẾT QUẢ PHẦN MỀM THIẾT KẾ
4.2.1 Kết quả giao diện phần mềm quản lý
Phần mềm quản lý được nhóm thực hiện xây dựng bằng Python và sử dụng thư viện tinker cho giao diện như sau:
Hình 4.6 Tổng quan phần mềm quản lý bãi đỗ xe
- Trong hình 4.6 giao diện phần mềm quản lý bao gồm:
+ Khung trạng thái bãi đỗ xe: Lượt xe vào – lượt xe ra – số xe hiện trong bãi – số chỗ trống còn lại
+ Hai khung hiển thị video trực tiếp từ camera
+ Hai khung hiển thị biển số xe sau khi chụp và xử lý
+ Hai khung hiển thị thông tin của người gửi xe
+ Khung mệnh giá tiền gửi xe
+ Khung hiển thị thời gian thực
+ Nút nhấn “Sửa biển số xe”: sửa BSX lúc vào khi phần mềm nhận diện sai + Nút “Xuất file excel”: tạo bảo sao từ file excel hiện tại
4.2.2 Kết quả phần mềm cho ứng dụng di động
Nhóm thực hiện đã phát triển một ứng dụng đặt chỗ trước nhằm đáp ứng nhu cầu tìm kiếm chỗ giữ xe nhanh chóng cho người dùng Ứng dụng này sở hữu nhiều chức năng hữu ích và giao diện thân thiện, giúp người dùng dễ dàng sử dụng và trải nghiệm dịch vụ.
Hình 4.7 Màn hình “Đăng nhập” của ứng dụng
Hình 4.8 Màn hình “Đăng ký” của ứng dụng
Khi mở ứng dụng, người dùng sẽ thấy màn hình đăng nhập đầu tiên Để sử dụng ứng dụng, người dùng cần có tài khoản Nếu chưa có tài khoản, họ có thể nhấn nút đăng ký dưới nút đăng nhập để tiến hành tạo tài khoản.
Người dùng cần nhập thông tin đăng ký, bao gồm email và mật khẩu, để hoàn tất quy trình đăng ký Sau khi đăng ký thành công, hệ thống sẽ chuyển người dùng về màn hình chính.
“Đăng nhập” và sau khi đăng nhập thành công thì người dùng sẽ được đưa tới màn hình
“Nhập thông tin đặt trước”
Hình 4.9 Màn hình “Nhập thông tin đặt trước” của ứng dụng
Màn hình "Thông báo đặt chỗ thành công" trong ứng dụng hiển thị sau khi người dùng nhập thông tin cá nhân như số CCCD, biển số xe và số điện thoại để thực hiện đặt chỗ Sau khi nhấn nút "Xác nhận", người dùng sẽ được chuyển đến màn hình thông báo xác nhận việc đặt chỗ thành công.
Trên màn hình “Thông báo đặt chỗ thành công”, người dùng sẽ nhận được thông báo xác nhận rằng việc đăng ký đã diễn ra thành công, kèm theo thông tin đã được ghi nhận.
68 nhận, kèm với deadline mà người dùng cần phải thực hiện đúng, nếu đến sau thời gian hẹn thì tài khoản của người dùng sẽ bị khóa
Một số thông tin của người dùng sau khi đặt chỗ thành công sẽ được lưu trữ vào Firebase Realtime Database phục vụ cho công tác quản lý
Hình 4.11 Thông tin của người dùng được lưu vào Realtime Database
Thông tin người dùng bao gồm biển số xe, số CCCD, email đăng ký, họ tên, số điện thoại và thời gian bấm xác nhận sẽ được lưu trữ như hình 4.11.
Hình 4.12 Màn hình “Người dùng đã đặt chỗ” của ứng dụng
Hình 4.13 Màn hình “Thông báo hủy đặt chỗ thành công” của ứng dụng
Khi người dùng đã đặt chỗ và đăng nhập lại vào ứng dụng trước thời gian hẹn, màn hình sẽ hiển thị thông báo xác nhận đặt chỗ, kèm theo thông tin số CCCD và thời gian đặt.
Khi người dùng nhấn nút "Hủy đặt chỗ", họ sẽ được chuyển đến màn hình đăng nhập với thông báo xác nhận hủy thành công Sau thông báo này, thông tin đặt chỗ của người dùng sẽ được xóa khỏi Firebase Realtime Database.
Trong trường hợp bãi xe hết chỗ, người dùng sẽ nhận được thông báo như sau:
Hình 4.14 hiển thị màn hình “Thông báo hết chỗ” của ứng dụng Sau khi thực hiện tính toán dữ liệu, nếu nhà xe không còn chỗ trống, người dùng sẽ nhận được thông báo về tình trạng hết chỗ.
HOẠT ĐỘNG HỆ THỐNG
Nguyên lý hoạt động của hệ thống được mô tả như sau:
Khi cấp nguồn, toàn bộ hệ thống sẽ khởi động và khối hiển thị sẽ sáng lên Tuy nhiên, thông tin chỉ bắt đầu được hiển thị khi nhận tín hiệu từ khối xử lý trung tâm.
+ Người dùng quét mã QR trên CCCD hoặc ứng dụng VniD, ứng dụng sẽ tự chụp biển số và lưu lại dữ liệu để hiển thị
Hình 4.15 Giao diện giám sát khi có xe vào
+ Khối xử lý ảnh lưu lại biển số xe
+ Hình 4.15 sẽ cho người quản lý biết thông tin vào gồm số CCCD, biển số xe và thời gian xe vào được lưu vào tệp Excel
+ Thanh chắn lối vào mở lên và đợi
+ Sau khi xe chạy qua cảm biến hồng ngoại cạnh thanh chắn thì lúc này thanh chắn mới hạ xuống
+ Người dùng quét mã QR trên CCCD hoặc ứng dụng VniD
+ Khối xử lý ảnh lưu lại biển số xe
Hình 4.16 Giao diện giám sát khi có xe ra
Hệ thống so sánh số CCCD và BSX đã lưu với thông tin ban đầu khi xe vào Nếu không trùng khớp, hệ thống sẽ hiển thị thông báo về số CCCD hoặc BSX không chính xác.
BSX sai Nếu trùng thì thông tin xe ra ( Số CCCD – BSX – Thời gian xe ra ) được lưu vào tệp Excel
+ Hình 4.16 cho người quản lý biết thông tin xe đang ra như số CCCD, BSX, thời gian ra, tổng thời gian gửi và giá tiền gửi xe
+ Sau đó gửi tính hiệu cho khối xử lý trung tâm để hiện giá tiền lên LCD
Hình 4.17 Hình ảnh LCD hiển thị giá tiền ở lối ra
Giá tiền gửi xe được thông báo rõ ràng cho người dùng và quản lý, chia thành ba mức: dưới 4 tiếng là 10.000 VND, từ 4 đến 8 tiếng là 15.000 VND, và trên 8 tiếng là 20.000 VND mỗi ngày.
+ Thanh chắn lối ra mở lên và đợi
+ Sau khi xe chạy qua cảm biến hồng ngoại cạnh thanh chắn thì lúc này thanh chắn mới hạ xuống
Khi thanh chắn không tự động đóng hoặc mở theo lệnh, người dùng có thể nhấn nút để điều khiển lối ra hoặc vào mong muốn Nếu thanh chắn đang ở trạng thái đóng, nhấn nút sẽ nâng thanh chắn lên Ngược lại, nếu thanh chắn đang treo ở trạng thái nâng, nhấn nút sẽ hạ thanh chắn xuống.
- Đối với các nút nhấn:
+ Nếu người quản lý thấy thông tin biển số xe sai thì có thể nhấn nút “Sửa biển số xe” để điều chỉnh lại cho đúng
Hình 4.18 Nút nhấn “Sửa BSX”
+ Sau khi người dùng ấn nút “Sửa BSX” như hình 4.18, một cửa sổ sẽ bật lên được thể hiện ở hình 4.19
Hình 4.19 Khung điều chỉnh biển số xe
+ Một cửa sổ hiển thị lên như hình 4.19 để người dùng chỉnh sửa biển số xe mới chính xác
+ Người dùng khi muốn tạo bản sao từ tệp hiện tại có thể ấn nút “Xuất file Excel” để tạo một file mới như hình 4.20
Hình 4.20 Nút nhấn “Xuất file Excel”
+ Sau khi ấn nút “Xuất file Excel” như hình 4.21, sẽ có thông báo hiển thị lên vị trí hiện tại của tệp được sao lưu
Hình 4.21 Thông báo xuất file thành công
+ Trong hình 4.21, tệp sau lưu được tạo theo định dạng “Tên tệp gốc” | “Năm – Tháng – Ngày sao lưu” | “Thời gian sao lưu” và khi mở tệp lên như sau:
Hình 4.22 Giao diện tệp Excel được sao lưu
+ Tệp được sao lưu sẽ có đầy đủ thông tin như tệp gốc tại thời điểm sao lưu
- Đối với người đặt chỗ:
+ Người dùng mở ứng dụng có thể đăng nhập hoặc đăng ký nếu chưa có tài khoản
+ Ứng dụng đặt chỗ sẽ liên tục cập nhập số chỗ trống
Nếu còn chỗ trống, người dùng có thể nhập thông tin để đặt chỗ Ngược lại, nếu hết chỗ trống, người dùng sẽ nhận thông báo rằng không còn chỗ trống.
+ Khi người dùng đặt chỗ thành công sẽ nhận được thông tin và giờ tối đa quy định phải đến bãi
+ Mỗi người dùng chỉ có thể đăng ký 1 lần cho đến khi hủy hoặc đã gửi xe vào bãi
Nếu người dùng không đến hoặc không hủy đặt chỗ trong vòng 30 phút sau khi đặt, hệ thống sẽ tự động xóa đơn đăng ký và chặn tài khoản của người dùng.