Đồ án Thiết kế, thi công bãi giữ xe ứng dụng công nghệ Rfid và xử lý ảnh

I CÔNG BÃI GIỮ XE ỨNG DỤNG CÔNG NGHỆ RFID VÀ XỬ LÝ ẢNH. II. NHIỆM VỤ 1. Các số liệu ban đầu: (ghi những thông số, tập tài liệu tín hiệu, hình ảnh,) Vì đề tài là thiết kế, thi công bãi giữ xe nên nhóm chỉ sưu tầm những tấm hình biển số xe có sẵn trên mạng để sau này đưa vào sử dụng trong phần xử lý ảnh. 2. Nội dung thực hiện: (ghi những nội dung chính cần thực hiện như trong phần tổng quan)  Tổng quan về hệ thống quản lý xe ra vào tự động ứng dụng xử lý ảnh.  Nghiên cứu thuật toán xử lý ảnh ứng dụng.  Viết chương trình điều khiển cho Arduino, xử lý trên mô hình thực tế.  Viết chương trình xử lý ảnh.  Giải pháp thiết kế giao diện giám sát hoạt động của hệ thống.  Hoàn thiện hệ thống điều khiển và mô hình, tiến hành chạy mẫu. III. NGÀY GIAO NHIỆM VỤ: 18/02/2019 IV. NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ: 10/06/2019 V. HỌ VÀ TÊN CÁN BỘ HƯỚNG DẪN: ThS. Nguyễn Ngô Lâm CÁN BỘ HƯỚNG DẪN BM. ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH Báo Cáo Đ ồ Án T ố t Nghi ệ p Trang ii TRƯỜNG ĐH SPKT TP. HỒ CHÍ MINH CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM KHOA ĐIỆN-ĐIỆN TỬ ĐỘC LẬP - TỰ DO - HẠNH PHÚC BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH ----o0o---- Tp. HCM, ngày tháng 07 năm 2019 LỊCH TRÌNH THỰC HIỆN ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Họ tên sinh viên 1: Nguyễn Đăng Việt Lớp: 15141DT1B MSSV: 15141327 Họ tên sinh viên 2: Trần Trí Đạt Lớp: 15141DT1B MSSV: 15141337 Tên đề tài: THIẾT KẾ, THI CÔNG BÃI GIỮ XE ỨNG DỤNG CÔNG NGHỆ RFID VÀ XỬ LÝ ẢNH Xác nhận Tuần/ngày Nội dung GVHD Tuần 1 - Chọn đề tài. (18/2 – 24/2) Tuần 2 - Viết đề cương chi tiết cho đồ án. (25/2 – 3/3) Tuần 3 - Trình bày phướng án thực hiện đề tài. (4/3 – 10/3) - Phân chia công việc cho từng thành viên. Tuần 4 - Tìm hiểu hoạt động, nguyên lý làm việc và test (11/3 – 17/3) thử các module. (Board Arduino, RFID, ) Tuần 5 - Kết nối Board Arduino với module RFID, kiểm (18/3 – 24/3) tra độ nhạy của thẻ từ. - Tìm hiểu các phần mềm và ngôn ngữ để viết chương trình điều khiển. (Arduino IDE, Matlab). Tuần 6 - Nghiên cứu về thuật toán xử lý ảnh ứng dụng. Báo Cáo Đ ồ Án T ố t Nghi ệ p Trang iii (25/3 – 31/3) Tuần 7 - Nghiên cứu thiết kế cơ bản sơ đồ nguyên lý. (1/4 - 7/4) - Nghiên cứu thiết kế cơ bản về phần cứng, mô hình nhà giữ xe. Tuần 8 - Viết chương trình điểu khiển cho Arduino, nạp (8/4 – 14/4) code, chạy thử riêng phần RFID trên phần cứng thực tế. Tuần 9 - Xử lý hình ảnh biển số xe nhận về từ camera (15/4 – 21/4) thông qua phần mềm Matlab. Tuần 10 - Tiếp tục xử lý về hình ảnh, khi ảnh bị lệch, chụp (22/4 – 28/4) không rõ, hoặc nhận dạng sai, Tuần 11 - Đưa ra giải pháp thiết kế giao diện cách tối ưu (29/4 – 5/5) nhất để giám sát hệ thống. Tuần 12 - Hoàn chỉnh cơ bản phần cứng. (6/5 – 12/5) - Vẽ mạch in từng phần cho phù hợp mô hình. Tuần 13 - Lắp ráp mạch, các linh kiện, mạch in, module (13/5 – 19/5) lên mô hình. Tuần 14 - Lập trình hoàn chỉnh. (20/5 – 26/5) - Cân chỉnh, tối ưu sản phẩm. Tuần 15 - Viết và chỉnh sửa báo cáo. (27/5 – 2/6) - In báo cáo. Tuần 16 - Bảo vệ ĐATN (18/6 – 22/6) GV HƯỚNG DẪN (Ký và ghi rõ họ và tên) Báo Cáo Đ ồ Án T ố t Nghi ệ p Trang iv LỜI CAM ĐOAN Đề tài này là do nhóm chúng tôi tự thực hiện dựa vào một số tài liệu trước đó và không sao chép từ tài liệu hay công trình đã có trước đó. Người thực hiện đề tài Nguyễn Đăng Việt – Trần Trí Đạt Báo Cáo Đ ồ Án T ố t Nghi ệ p Trang v LỜI CẢM ƠN Trong thời gian thực hiện đề tài này, nhóm em đã nhận được nhiều sự giúp đỡ, đóng góp ý kiến và chỉ bảo nhiệt tình của các thầy cô và bạn bè, vậy nên nhóm em xin chân thành cảm ơn:  Ban giám hiệu nhà trường Đại học Sư Phạm Kỹ Thuật TP.HCM đã tạo điều kiện tốt nhất cho sinh viên học tập và nghiên cứu.  Thầy cô trong trường đã tận tình hướng dẫn và thư viện trường đã cung cấp giáo trình và tài liệu tham khảo trong suốt quá trình học tập của sinh viên.  Đặc biệt là sự hướng dẫn và giúp đỡ tận tình của thầy giáo Nguyễn Ngô Lâm đã giảng dạy, giúp đỡ và phân tích rõ về những vấn đề sinh viên còn khúc mắc. Nhóm em đã cố gắng trong quá trình tìm hiểu và thực hiện đề tài nhưng vì kiến thức còn hạn chế khiến bài tiểu luận này không được như ý thầy. Nhóm rất mong được sự góp ý, nhận xét đánh giá về nội dung và hình thức trình bày từ thầy để nhóm có thể hoàn thiện bài báo cáo tốt hơn. Xin chân thành cảm ơn! TP.HCM, Ngày tháng 07 năm 2019 Nhóm sinh viên thực hiện Nguyễn Đăng Việt – Trần Trí Đạt Báo Cáo Đ ồ Án T ố t Nghi ệ p Trang vi MỤC LỤC NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP....................................................................................... i LỊCH TRÌNH THỰC HIỆN ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ............................................................ ii LỜI CAM ĐOAN ................................................................................................................. iv LỜI CẢM ƠN ........................................................................................................................ v MỤC LỤC ............................................................................................................................ vi LIỆT KÊ HÌNH VẼ .............................................................................................................. ix LIỆT KÊ BẢNG ................................................................................................................... xi PHỤ LỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT .......................................................................................... xii TÓM TẮT ...........................................................................................................................xiii Chương 1: TỔNG QUAN ...................................................................................................... 1 1.1 Giới thiệu ..................................................................................................................... 1 1.2 Tình hình nghiên cứu hiện nay .................................................................................... 1 1.2.1 Tình hình nghiên cứu trong nước ......................................................................... 1 1.2.2 Tình hình nghiên cứu ngoài nước ......................................................................... 3 1.3 Tính cấp thiết của đề tài ............................................................................................... 3 1.4 Mục tiêu đề tài ............................................................................................................. 4 1.5 Phương hướng thực hiện đề tài .................................................................................... 4 1.6 Bố cục đồ án ................................................................................................................. 4 Chương 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT .......................................................................................... 6 2.1 Giới thiệu linh kiện ...................................................................................................... 6 2.1.1 Borad Arduino Uno R3 ......................................................................................... 6 2.1.2 Module RFID RC522............................................................................................ 9 2.1.3 Màn hình LCD 20x4 ........................................................................................... 10 2.1.4 Động cơ Servo SG90 .......................................................................................... 13 2.1.5 Camera USB 2.0 ................................................................................................. 14 2.2 Phần mềm lập trình điều khiển .................................................................................. 15 2.2.1 Phần mềm lập trình Arduino IDE ....................................................................... 15 2.2.2 Giới thiệu phần mềm Matlab .............................................................................. 21 2.2.3 Cài đặt thư viện Arduino cho Matlab ................................................................. 23 2.3 Sơ lược về công nghệ RFID ...................................................................................... 25 2.4 Sơ lược về UART ...................................................................................................... 27 2.5 Sơ lược về chuẩn giao tiếp SPI .................................................................................. 33 2.6 Sơ lược về I2C ........................................................................................................... 33 2.7 Lý thuyết ảnh số ......................................................................................................... 33 Báo Cáo Đ ồ Án T ố t Nghi ệ p Trang vii 2.7.1 Khái niệm ảnh số ................................................................................................ 33 2.7.2 Cấu trúc một file ảnh .......................................................................................... 34 2.7.3 Ảnh RGB ............................................................................................................ 34 2.7.4 Mức xám (Gray level) ......................................................................................... 35 2.7.5 Lược đồ mức xám (Histogram) .......................................................................... 35 2.7.6 Ảnh nhị phân ....................................................................................................... 36 2.8 Các Phương pháp xử lý ảnh số .................................................................................. 36 2.8.1 Chuyển ảnh màu RGB thành ảnh mức xám Gray level ...................................... 36 2.8.2 Phương pháp lọc nhiễu ảnh ................................................................................. 37 Chương 3: THIẾT KẾ - THI CÔNG HỆ THỐNG .............................................................. 38 3.1 Sơ đồ khối của hệ thống............................................................................................. 38 3.1.1 Yêu cầu hệ thống ................................................................................................ 38 3.1.2 Thiết kế sơ đồ khối ............................................................................................. 38 3.1.3 Hoạt động của hệ thống ...................................................................................... 39 3.2 Thiết kế ...................................................................................................................... 39 3.2.1 Khối động cơ....................................................................................................... 39 3.2.2 Khối hiển thị ....................................................................................................... 40 3.2.3 Khối RFID .......................................................................................................... 41 3.2.4 Khối nguồn ......................................................................................................... 43 3.3 Thiết kế phần mềm ..................................................................................................... 44 3.3.1 Thiết kế phần mềm cho PC ................................................................................. 44 3.3.2 Lưu đồ giải thuật chương trình chính ................................................................. 44 3.3.3 Lưu đồ chương trình con khởi tạo, điều khiển LCD – Servo ............................. 45 3.3.4 Lưu đồ chương trình con RFID .......................................................................... 46 3.3.5 Thiết kế giao diện quản lý trên PC ..................................................................... 46 3.4 Thi công ..................................................................................................................... 47 3.4.1 Thiết kế mạch in ................................................................................................. 47 3.4.2 Board mạch đã hoàn thiện .................................................................................. 48 3.4.3 Thi công mô hình bãi xe ..................................................................................... 50 Chương 4 : HỆ THỐNG NHẬN DẠNG BIỂN SỐ XE MÁY ............................................ 52 4.1 Mô hình tổng quát nhận dạng biển số xe máy ........................................................... 52 4.2 Ảnh đầu vào ............................................................................................................... 52 4.3 Tiền xử lý ................................................................................................................... 53 4.3 Phân vùng ảnh và tách biển số ................................................................................... 53 4.3.1 Phân vùng ảnh ..................................................................................................... 53 Báo Cáo Đ ồ Án T ố t Nghi ệ p Trang viii 4.3.2 Trích vùng biển số .............................................................................................. 54 4.4 Phân đoạn biển số ...................................................................................................... 55 4.5 Nhận dạng biển số...................................................................................................... 55 4.5.1 Tạo mẫu ký tự ..................................................................................................... 55 4.5.2 Nhận dạng ký tự bằng phương pháp tương quan ................................................ 57 Chương 5: KẾT QUẢ - NHẬN XÉT – ĐÁNH GIÁ ........................................................... 60 5.1 Kết quả thực hiện ....................................................................................................... 60 5.2 Nhận xét – Đánh giá .................................................................................................. 62 Chương 6: KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN ......................................................... 63 6.1 Kết luận ...................................................................................................................... 63 6.2 Hướng phát triển ........................................................................................................ 64 TÀI LIỆU THAM KHẢO ................................................................................................... 65 PHỤ LỤC 1: CHƯƠNG TRÌNH ......................................................................................... 66 1. Code Arduino ............................................................................................................ 66 2. Code Matlab .............................................................................................................. 66 PHỤ LỤC 2: CÁCH VẬN HÀNH HỆ THỐNG ................................................................. 72 Báo Cáo Đ ồ Án T ố t Nghi ệ p Trang ix LIỆT KÊ HÌNH VẼ Hình Trang Hình 1. 1: Máy tính hiển thị và lưu dữ liệu thông tin xe ra - vào ............................... 2 Hình 1. 2: Đầu đọc thẻ xe CR500 ............................................................................... 3 Hình 2. 1: Hình ảnh thực tế Arduino Uno R3 ............................................................. 6 Hình 2. 2: Sơ đồ chân của Arduino Uno R3 ............................................................... 7 Hình 2. 3: Hình ảnh thực tế module RFID RC522 ..................................................... 9 Hình 2. 4: Hình ảnh LCD 20x4 ................................................................................. 10 Hình 2. 5: Dạng sóng điều khiển LCD ...................................................................... 12 Hình 2. 6: Module chuyển đổi I2C ........................................................................... 12 Hình 2. 7: Hình ảnh động cơ Servo SG90 ................................................................ 13 Hình 2. 8: Hình ảnh Camera ..................................................................................... 14 Hình 2. 9: Giao diện phần mềm Arduino IDE .......................................................... 16 Hình 2. 10: Vùng lập trình code Arduino ................................................................. 16 Hình 2. 11: Chọn board để biên dịch code ................................................................ 17 Hình 2. 12: Chọn port của board đang kết nối .......................................................... 17 Hình 2. 13: Lưu lại file đã lập trình .......................................................................... 18 Hình 2. 14: Biên dịch chương trình........................................................................... 18 Hình 2. 15: Biên dịch chương trình........................................................................... 19 Hình 2. 16: Nạp chương trình ................................................................................... 19 Hình 2. 17: Nạp chương trình ................................................................................... 20 Hình 2. 18: Nạp chương trình ................................................................................... 20 Hình 2. 19: Kết quả chương trình ............................................................................. 21 Hình 2. 20: Giao diện phần mềm Matlab .................................................................. 22 Hình 2. 21: Nhận gói hỗ trợ phần cứng .................................................................... 24 Hình 2. 22: Chọn gói hỗ trợ phần cứng cho Arduino ............................................... 24 Hình 2. 23: Chọn hoàn tất cài đặt .............................................................................. 25 Hình 2. 24: Hệ thống RFID cơ bản ........................................................................... 27 Hình 2. 25: Giao tiếp UART ..................................................................................... 28 Hình 2. 26: Giao tiếp song song ................................................................................ 29 Hình 2. 27: Sơ đồ khối UART .................................................................................. 30 Hình 2. 28: Truyền thông UART .............................................................................. 31 Hình 2. 29: Giao diện UART .................................................................................... 32 Hình 2. 30: Mảng 2 chiều của một file ảnh ............................................................... 34 Hình 2. 31: Mô hình màu RGB ................................................................................. 35 Hình 2. 32: Ảnh xám và lược đồ mức xám ............................................................... 36 Hình 2. 33: Ảnh nhị phân .......................................................................................... 36 Hình 3. 1: Sơ đồ khối hệ thống ................................................................................. 38 Hình 3. 2: Sơ đồ kết nối Arduino với 2 servo ........................................................... 40 Hình 3. 3: Sơ đồ kết nối Arduino với LCD ............................................................... 41 Hình 3. 4: Sơ đồ kết nối khối RFID với Arduino ..................................................... 42 Hình 3. 5: Lưu đồ giải thuật chương trình chính ...................................................... 44 Hình 3. 6: Lưu đồ chương trình khối xử lý trung tâm .............................................. 45 Hình 3. 7: Lưu đồ chương trình RFID ...................................................................... 46 Báo Cáo Đ ồ Án T ố t Nghi ệ p Trang x Hình 3. 8: Giao diện quản lý trên PC ........................................................................ 47 Hình 3. 9: Mạch in kết nối Arduino với module RFID ............................................. 47 Hình 3. 10: Mạch in kết nối Arduino với servo và LCD .......................................... 48 Hình 3. 11: Board mạch Arduino – RFID ................................................................. 48 Hình 3. 12: Board mạch đã đóng hộp ....................................................................... 49 Hình 3. 13: Board mạch Arduino – servo và LCD ................................................... 49 Hình 3. 14: Board mạch sau khi đã đóng hộp ........................................................... 50 Hình 3. 15: Mặt trước của mô hình ........................................................................... 50 Hình 3. 16: Mặt sau của mô hình .............................................................................. 51 Hình 4. 1: Sơ đồ hệ thống nhận dạng biển số xe máy ............................................... 52 Hình 4. 2: Quá trình tiền xử lý .................................................................................. 53 Hình 4. 3: Nhị phân biển số xe .................................................................................. 55 Hình 4. 4: Chuẩn hóa và tìm ký tự ............................................................................ 55 Hình 4. 5: Mẫu ký tự số 1 ......................................................................................... 56 Hình 4. 6: Thuật toán tạo mẫu ký tự ......................................................................... 57 Hình 4. 7: Thuật toán so sánh mẫu và xuất ký tự ...................................................... 58 Hình 4. 8: Mẫu ký tự số 1, 2 (42 hàng, 24 cột) ......................................................... 59 Hình 5. 1: Giao diện trên PC và mô hình hệ thống ................................................... 60 Hình 5. 2: Giao diện khi mới khởi động ................................................................... 60 Hình 5. 3: Giao diện khi có xe vào ........................................................................... 61 Hình 5. 4: Giao diện khi có xe ra .............................................................................. 62 Hình 5. 5: Giao diện khi xe ra không hợp lệ ............................................................. 62 Báo Cáo Đ ồ Án T ố t Nghi ệ p Trang xi LIỆT KÊ BẢNG Bảng Trang Bảng 2. 1: Thông số kỹ thuật chính của borad Arduino ............................................. 8 Bảng 2. 2: Chức năng các chân của LCD ................................................................. 12 Bảng 3. 1: Bảng nối chân giữa LCD và arduino ....................................................... 41 Bảng 3. 2: Sơ đồ kết nối với RC522 ......................................................................... 42 Bảng 3. 3: Dòng và áp quy định các link kiện .......................................................... 43 Báo Cáo Đ ồ Án T ố t Nghi ệ p Trang xii PHỤ LỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT RFID Radio Frequency Identification Nhận dạng qua tần số vô tuyến IoT Internet of Things Mạng lưới vạn vật kết nối Internet UART Universal Asynchronous Receiver / Truyền dữ liệu nối tiếp bất đồng Transmitter bộ SPI Serial Peripheral Interface Chuẩn truyển thông nối tiếp I2C Inter – Intergrated Circuit Giao tiếp giũa các IC LCD Liquid Crystal Display Màn hình tinh thể lỏng ROM Read Only Memory Bộ nhớ chỉ đọc RAM Random Access Memory Bộ nhớ truy cập ngẫu nhiên SRAM Static Random Access Memory Bộ nhớ truy cập ngẫu nhiên tĩnh EPROM Electrically Eraseble Programmable Bộ nhớ không mất dữ liệu khi Read Only Memory ngừng cung cấp điện SCK Serial Clock Chân giữ xung nhịp trong giao tiếp SPI MISO Master Input Slave Output Chân mang dữ liệu từ các thiết bị SPI về vi điều khiển MOSI Master Output Slave Input Chân mang dữ liệu từ vi điều khiển đến các thiết bị SPI SDA Serial Data Line Dây truyền dữ liệu LF Low Frequencies Tần số thấp HF High Frequencies Tần số cao UHF Ultra High Frequencies Tần số rất cao SHF Super High Frequencies Tần số siêu cao Báo Cáo Đ ồ Án T ố t Nghi ệ p Trang xiii TÓM TẮT Theo sau sự phát triển và biến động như vũ bão của nền kinh tế, cùng đó là tốc độ phát triển chóng mặt của Khoa học – Kỹ thuật, ngày nay ở các thành phố lớn mật độ số lượng xe ngày càng đông. Điều này phần nào nói lên sự phát triển của một quốc gia nhưng ngược lại dẫn đến sự ô nhiễm về môi trường, ùn tắc giao thông và thiếu bãi đậu, đỗ xe cần được giải quyết. Điện tử đang trở thành một ngành công nghiệp đa nhiệm, đã và đang đáp ứng nhu cầu của mọi người về tất cả những lĩnh vực phổ biến trong đời sống. Các thiết bị điện tử đã, đang và sẽ tiếp tục được ứng dụng rộng rãi và mang lại hiệu quả tối ưu nhất trong hầu hết các lĩnh vực khoa học kỹ thuật cũng như đời sống xã hội. Với trình độ khoa học kỹ thuật ngày càng phát triển, rất nhiều những vấn đề đã được giải quyết một cách nhanh gọn với công nghệ điện tử hiện đại. Các bãi giữ xe truyền thống đã không còn phù hợp với những trung tâm thương mại, siêu thị hay bệnh viện vì những rắc rối mà nó mang lại. Với hệ thống giữ xe bằng thẻ từ và xử lý ảnh để nhận dạng biển số xe thì những vấn đề như mất xe, mất vé gửi xe đã được giải quyết nhanh gọn và triệt để. Xuất phát từ những vấn đề thiết thực đó đề tài “Thiết kế, thi công bãi giữ xe ứng dụng công nghệ RFID và xử lý ảnh” đã được chọn cho quá trình nghiên cứu. Báo Cáo Đ ồ Án T ố t Nghi ệ p Trang 1 Chương 1: TỔNG QUAN 1.1 Giới thiệu Hiện nay nước ta đang phát triển theo hướng công nghiệp hóa hiện đại hóa, nhu cầu của con người về sự tiện lợi trong cuộc sống ngày càng tăng, càng ngày mật độ dân cư và xe cộ càng đông. Đặc biệt là sự gia tăng về số lượng xe máy, điều này cũng phản ánh sự phát triển của một quốc gia nhưng cũng dẫn đến những vấn đề như là môi trường, ùn tắc giao thông, thiếu bãi đậu xe, cần được giải quyết cấp thiết. Trong khi ngành công nghiệp điện tử cũng đang phát triển rất mạnh, đã và đang dần đáp ứng được nhu cầu từ tất cả các lĩnh vực công, nông, lâm, ngư nghiệp cho đến những nhu cầu trong đời sống hàng ngày. Với trình độ khoa học kỹ thuật ngày càng phát triển, nhiều vấn đề từ đó đã được giải quyết nhanh gọn với công nghệ điện tử và tự động hóa. Vậy nên các bãi xe truyền thống đã không còn phù hợp với hầu hết các trung tâm thương mai, hội nghị, chung cư hay những bệnh viện lớn, vì những rắc rối mà nó mang lại như ùn tắc, mất xe, mất vé gửi xe, Với hệ thống giữ xe bằng thẻ từ, các vấn đề gần như được giải quyết triệt để. Xuất phát từ các vấn đề thiết thực đó, đề tài “Bãi giữ xe ứng dụng công nghệ RFID và xử lý ảnh” đã được chọn để nghiên cứu. 1.2 Tình hình nghiên cứu hiện nay 1.2.1 Tình hình nghiên cứu trong nước Hiện nay tình trạng bãi giữ xe dần trở nên là một vấn đề nan giải ở các thành phố lớn trong nước ta vào các dịp lễ Tết và cũng như là ngày thường. Trong khi đó, cũng xuất hiện thêm rất nhiều các bãi xe tự phát với mục đích là thu lợi nhuận từ tiền gửi xe của người dân nhưng không đảm bảo về an ninh, chất lượng quản lý và đặc biệt là lấy giá vé gửi xe rất cao, khiến cho rất nhiều bộ phận người dân bức xúc. Vì thế có thể thấy nhu cầu về bãi xe thông minh và an toàn ở thời điểm hiện tại là cực kỳ lớn. Năm qua, UBND TP.HCM đã có ý kiến về việc đầu tư bãi đậu xe thông minh cao tầng lắp ghép trên địa bàn TP. Theo đó, UBND TP.HCM chấp thuận về nguyên tắc đầu tư xây dựng và khai thác tạm các bãi đậu xe thông minh ở các vị trí đất đủ điều kiện để phục vụ nhu cầu dừng đậu xe tại khu trung tâm TP.HCM theo như đề xuất của Sở Giao thông Vận tải. UBND TP.HCM giao Sở Giao thông vận tải chủ trì phối hợp với các sở ngành nghiên cứu, xác định cụ thể các vị trí đất đủ điều kiện, thời hạn khai thác tương ứng Chương 1: Tổng Quan Báo Cáo Đ ồ Án T ố t Nghi ệ p Trang 2 và hình thức đầu tư phù hợp để hướng dẫn các nhà đầu tư có quan tâm thực hiện theo quy định. Bãi đậu xe cao tầng lắp ghép tại các khu đất thuộc côn trường Lam Sơn ở phía sau nhà hát TP.HCM (rộng 1.410 m2) có 9 tầng với tổng mức đầu tư 161 tỉ đồng. Dự án có tổng diện tích xây dựng hơn 6.000 m2 với sức chứa 168 ôtô. Bãi xe được trang bị hệ thống đậu xe sử dụng robot tự động xếp xe. Hình thức đầu tư dự án được đề xuất theo hợp đồng Xây dựng – Sở hữu – Kinh doanh. Bên cạnh đó còn có kế hoạch xây dựng thêm bãi xe thông minh ở công viên 23/9 (rộng 4.048 m2), công viên Lê Văn Tám (rộng 1.416 m2) và công viên Tao Đàn (rộng 570 m2) [7]. Và cho tới thời điểm này hầu hết các trung tâm thương mại và siêu thị lớn đều đã tích hợp các bãi xe sử dụng công nghệ RFID và đạt được thành công. Tuy nhiên so với thực tế tình hình phát triển của đất nước thì còn cần nhiều bãi giữ xe hơn là thế nữa. Đây là hình ảnh bãi giữ xe sử dụng công nghệ RFID ngay tại trường Đại học Sư Phạm Kỹ Thuật TP.HCM: Hình 1. 1: Máy tính hiển thị và lưu dữ liệu thông tin xe ra - vào Chương 1: Tổng Quan Báo Cáo Đ ồ Án T ố t Nghi ệ p Trang 3 Hình 1. 2: Đầu đọc thẻ xe CR500 1.2.2 Tình hình nghiên cứu ngoài nước Ngày nay, ở các nước tiên tiến trên thế giới như Hàn Quốc, Nhật Bản, Australia, gần như hoàn toàn 100% ở những thành phố lớn và chật hẹp, người ta đã xây dựng hệ thống bãi giữ xe tự động được trang bị thiết bị để di chuyển xe từ mặt đất lên điểm đỗ xe trên cao hay xuống dưới lòng đất để tiết kiệm diện tích (hay còn gọi là hệ thống gửi xe ngầm). Đây là những giải pháp giúp tăng xấp xỉ khoảng 100 lần số lượng xe so với cách giữ xe truyền thống, cho phép giải quyết được vấn đề về thiếu mặt bằng xây dựng và rất nhiều những vấn đề khác. Ở các nước phát triển công nghệ RFID và IoT gần như đã được ứng dụng hầu hết trong mọi lĩnh vực. Việc ứng dụng công nghệ mới đã góp... độ chuẩn (standard mode) hoạt động ở tốc độ 100 Kbit/s.  Chế độ tần số thấp (low speed mode) hoạt động ở tốc độ 10 Kbit/s. Ngoài ra I2C còn có chế độ 10 bit địa chỉ tương đương với 1024 địa chỉ. 2.7 Lý thuyết ảnh số 2.7.1 Khái niệm ảnh số Ảnh trong thực tế liên tục về không gian và độ sáng, để có thể xử lý ảnh ta cần biến đổi tín hiệu tương tự thành tín hiệu rời rạc thông qua quá trình lấy mẫu, và lượng tự hóa thành phần cấu tạo thành tập hợp phần tử ảnh gọi là quá trình số hóa. Chương 2: Cơ Sở Lý Thuyết Báo Cáo Đ ồ Án T ố t Nghi ệ p Trang 34 Ảnh là tập hợp các điểm (phần tử ảnh) khi được số hóa. Khối lượng thông tin trong một ảnh là rất lớn. Bản chất các thông số ảnh có tính vector. 2.7.2 Cấu trúc một file ảnh Một file ảnh là tập hợp nhiều điểm ảnh: Hình 2. 30: Mảng 2 chiều của một file ảnh Vậy ảnh được xem như một ma trận tọa độ. Do đó hàm f(x,y) còn cò thể biểu diễn dưới dạng ma trận như sau: 푓(0,0) 푓(0,1) 푓(0, 푁 − 1) ( ) ( ) ( ) 푓(푥, 푦) = ( 푓 1,0 푓 1,1 푓 1, 푁 − 1 ) : ∶ ∶ 푓(푀 − 1,0) 푓(푀 − 1,1) 푓(푀 − 1, 푁 − 1) 2.7.3 Ảnh RGB Ảnh RGB còn gọi là ảnh “truecolor” do tính trung thực của nó. Ảnh này được biểu diễn bởi một ma trận ba chiều có kích thước m x n x 3, với m x n là kích thước ảnh theo pixel. Ma trận này định nghĩa các thành phần màu Red, Green, Blue cho mỗi điểm ảnh. Từ viết tắt RGB trong tiếng Anh có nghĩa là R: Red (màu đỏ) G: Green (màu xanh lá cây) B: Blue (màu xanh lam) Đây là ba màu gốc trong các mô hình ánh sáng bổ sung. Chương 2: Cơ Sở Lý Thuyết Báo Cáo Đ ồ Án T ố t Nghi ệ p Trang 35 Hình 2. 31: Mô hình màu RGB Một trong những ứng dụng phổ biến nhất của mô hình màu RGB là việc hiển thị màu sắc trong các ống tia âm cực, màn hình tinh thể lỏng hay màn hình plasma, chẳng hạn như màn hình máy tính hay ti vi. Mỗi điểm ảnh trên màn hình có thể được thể hiện trong bộ nhớ máy tính như là các giá trị độc lập của màu đỏ, xanh lá cây và xanh lam. Các giá trị này được chuyển đổi thành các cường độ và gửi tới màn hình. Bằng việc sử dụng các tổ hợp thích hợp của các cường độ ánh sáng đỏ, xanh lá cây và xanh lam, màn hình có thể tái tạo lại phần lớn các màu trong khoảng đen và trắng. 2.7.4 Mức xám (Gray level) Mức xám là kết quả sự mã hóa tương ứng một cường độ sáng của mỗi điểm ảnh với một giá trị nhất định, mỗi pixel có thể mã hóa 8 bit (0 đến 255) hay 16, 32, 64 bit. Tạo thành ma trận dữ liệu. 2.7.5 Lược đồ mức xám (Histogram) Lược đồ mức xám là một hàm cung cấp tần số xuất hiện của mỗi mức xám (gray level) trong ảnh. Biểu diễn toán học của histogram của một ảnh số có L = 256 mức xám là một hàm rời rạc: (p(fk) ∈ [0,1]): 푛푘 P(fk) = 푛 Trong đó : fk là giá trị mức xám thứ k (k = 0,1,,L-1) nk là số pixel mức xám đó n là tổng số pixel của ảnh Chương 2: Cơ Sở Lý Thuyết Báo Cáo Đ ồ Án T ố t Nghi ệ p Trang 36 Hình 2. 32: Ảnh xám và lược đồ mức xám 2.7.6 Ảnh nhị phân Ảnh trắng đen sau khi mã hóa tạo thành ma trận chỉ nhận giá trị logic (0,1) tương ứng 0 là pixel trắng, 1 là pixel đen. Hình 2. 33: Ảnh nhị phân 2.8 Các Phương pháp xử lý ảnh số 2.8.1 Chuyển ảnh màu RGB thành ảnh mức xám Gray level Sử dụng camera thu nhận ảnh thì ảnh sẽ là 24 bit màu, do đó dung lượng lưu trữ sẽ rất lớn và ảnh hưởng tới tốc độ xử lý. Vì vậy khi thu ảnh, ta sẽ chuyển về ảnh mức xám 8 bit theo công thức: X = 0.2125*R + 0.71554*G + 0.0721*B (2.1) Chương 2: Cơ Sở Lý Thuyết Báo Cáo Đ ồ Án T ố t Nghi ệ p Trang 37 2.8.2 Phương pháp lọc nhiễu ảnh Nhiễu có thể coi như sự đột biến của một điểm ảnh so với các điểm lân cận. Lọc nhiễu ảnh nhằm mục đích loại bỏ các đột biến của ảnh, ở đây ta sử dụng phương pháp lọc số dựa trên tính dư thừa thông tin không gian, các pixel lân cận có thể có cùng hoặc gần cùng một số đặc tính. Trong kỹ thuật này, người ta sử dụng một mặt nạ di chuyển khắp ảnh gốc. Tùy theo tổ hợp điểm đang xét với các điểm lân cận mà ta sử dụng kỹ thuật lọc tuyến tính hay phi tuyến. Điểm ảnh chịu tác động của biến đổi là điểm ở tâm mặt nạ. Chương 2: Cơ Sở Lý Thuyết Báo Cáo Đ ồ Án T ố t Nghi ệ p Trang 38 Chương 3: THIẾT KẾ - THI CÔNG HỆ THỐNG 3.1 Sơ đồ khối của hệ thống 3.1.1 Yêu cầu hệ thống Với tiêu chí thiết kế, xây dựng một bãi giữ xe thông minh, dễ sử dụng. Hệ thống có các yêu cầu sau:  Khối xử lý trung tâm nhận được tín hiệu gửi về từ module RFID.  Khối xử lý trung tâm kết nối được với khối xử lý ảnh để nhận dạng biển số.  Khối xử lý trung tâm gửi dữ liệu ra khối hiển thị và điều khiển động cơ servo cho phép xe ra – vào. 3.1.2 Thiết kế sơ đồ khối Từ yêu cầu của hệ thống nhóm chúng em thiết kế sơ đồ khối như sau: Hình 3. 1: Sơ đồ khối hệ thống Chức năng từng khối:  Khối nguồn có chức năng cấp nguồn cho toàn mạch.  Khối xử lý trung tâm: Điều khiển các hoạt động của mạch, lập trình kết nối với các linh kiện, module trong mạch.  Khối RFID RC522: Đọc thẻ khi xe ra vào và đếm số xe sau mỗi lần đọc thẻ.  Khối PC: Phần mềm PC có chức năng kết hợp với camera với đầu đọc RFID để xử lý dữ liệu xe ra vào, cùng đó kết hợp với khối xử lý trung tâm để quản lý hệ thống. Chương 3: Thiết Kế - Thi Công Hệ Thống Báo Cáo Đ ồ Án T ố t Nghi ệ p Trang 39  Khối hiển thị: Hiển thị thông báo của bãi xe.  Khối động cơ: Điều khiển Servo đóng mở cho phép xe ra - vào. 3.1.3 Hoạt động của hệ thống Hệ thống hoạt động có 3 chế độ:  Khi có xe vào đúng vị trí, hành khách được nhận thẻ và tự quẹt thẻ. Khi thẻ được quét thì camera sẽ chụp ảnh và gửi về máy tính để nhận dạng biển số. Các thông tin (biển số, mã thẻ, thời gian gửi) được lưu vào một cơ sở dữ liệu của hệ thống và hệ thống sẽ mở sevor để xe chạy vào. Sau khi xe chạy vào thì hạ sevor xuống.  Khi xe ra thẻ được quét, camera cũng sẽ chụp lại hình ảnh xe và biển số xe, dựa vào mã ID của thẻ mà so sánh, nếu đúng với biển số xe ban đầu thì cho xe ra (có thể mở rộng thêm tính thời gian để thu tiền gửi xe) và sevor tự động mở cho xe chạy ra còn nếu không trùng khớp hệ thống sẽ thông báo không trùng biển số.  Trường hợp khách hàng mất thẻ từ nên việc lấy xe bằng quá trình quẹt thẻ không được thực hiện. Như vậy, hành khách muốn lấy xe buộc phải chứng minh xe mình được gửi trong bãi xe bằng các giấy tờ thùy thân. Nhân viên kiểm tra giấy tờ của khách, kiểm tra biển số xe có tồn tại trong hệ thống cơ sở dữ liệu không và sau đó giải quyết. 3.2 Thiết kế Theo sơ đồ khối ta sẽ thiết kế kế phần cứng bao gồm các phần:  Khối xử lý trung tâm: Arduino Uno  Khối RFID: module RC522  Khối động cơ: động cơ servo mini 5V  Khối hiển thị: LCD 20x4  Khối nguồn: sử dụng nguồn máy tính 3.2.1 Khối động cơ  Yêu cầu thiết kế: khối này điều khiển đóng – mở cổng khi xe vào và xe ra.  Lựa chọn phần cứng: để ứng dụng việc đóng mở cửa ta thường nghĩ đến động cơ Servo. Vì hệ thống nhỏ nên ta sẽ chọn loại động cơ Servo 5V minni là đủ để đáp ứng cho yêu cầu điều khiển, tối đa giải pháp kinh tế.  Kết nối Arduino: do Servo mini chỉ có 3 chân và đề tài này chỉ sử dụng 2 Servo gồm nguồn, mas và chân điều khiển. Ta kết nối nguồn và mass vào chân nguồn và mas của Arduino còn chân điều khiển nối vào chân 5 và 6.  Sơ đồ nguyên lý: Chương 3: Thiết Kế - Thi Công Hệ Thống Báo Cáo Đ ồ Án T ố t Nghi ệ p Trang 40 Hình 3. 2: Sơ đồ kết nối Arduino với 2 servo  Giải thích nguyên lý: khi có tín hiệu từ Arduino gửi về Servo sẽ điều khiển đóng – mở. 3.2.2 Khối hiển thị  Yêu cầu thiết kế: khối hiển thị có chức năng hiển thị thông tin điều khiển giúp cho hành khách quan sát dễ dàng. Trong đề tài này khối hiển thị được nhóm sử dụng để hiển thị trình trạng của bãi giữ xe hoặc thông báo đến hành khách khi hệ thống xảy ra lỗi.  Lựa chọn phần cứng: để thiết kế việc hiển thị trong hệ thống điển tử nhỏ, người ta thường sử dụng LCD, led 7 đoạn, led ma trận. Tuy nhiên led 7 loạn và led ma trận thường thích hợp cho việc hiển thị ngày là chính. Ngày nay, thiết bị hiển thị LCD được sử dụng rất nhiều trong các ứng dụng vi điều khiển. + LCD có rất nhiều ưu điểm so với các dạng hiển thị khác. + LCD có khả năng hiện thị kí tự đa dạng, trực quan (chữ, số và kí tự đồ họa). + Dễ dàng đưa vào mạch ứng dụng theo nhiều giao thức khác nhau. + Tốn rất ít tài nguyên hệ thống và giá thành rẻ. Trên trị trường có nhiều loại LCD khác nhau với kích thước và tính năng đa dạng, ở đây hệ thống cần hiển thị thông tin, cũng như để thiết kế hệ thống gọn gàng, nhỏ đẹp ta chọn 20x04 là đủ cho yêu cầu thiết kế. Để giao tiếp được arduino với LCD thì ta chọn Chương 3: Thiết Kế - Thi Công Hệ Thống Báo Cáo Đ ồ Án T ố t Nghi ệ p Trang 41 phương thức giao tiếp với module I2C vì: hạn chế được số lượng dây và giúp thiết kế phần cứng dễ dàng và gọn gàng.  Kết nối: STT LCD I2C ARDUINO 1. VCC 5V 2. GND GND 3. SDA PIN A4 PIN A5 4. SCL Bảng 3. 1: Bảng nối chân giữa LCD và arduino  Sơ đồ nguyên lý: Hình 3. 3: Sơ đồ kết nối Arduino với LCD  Giải thích nguyên lý: khối hiển thị được kết nối với Arduino Uno để hiển thị thông tin tình hình trạng thái bãi giữ xe. 3.2.3 Khối RFID  Yêu cầu thiết kế: khối RFID có nhiệu vụ đọc mã UID từ thẻ RFID sau đó chuyển mã UID thành chuỗi số rồi gửi về Arduino, gửi về PC.  Phương án chọn phần cứng: như yêu cầu hệ thống phần mềm trên máy tính ta sẽ kết hợp giữa các camera và công nghệ RFID để quản lý xe ra vào. Ở đây ta sử dụng thẻ tag thụ động để ứng dụng công nghệ cho hệ thống, với ứng dụng RFID Chương 3: Thiết Kế - Thi Công Hệ Thống Báo Cáo Đ ồ Án T ố t Nghi ệ p Trang 42 người ta sẽ thường chọn các module đầu đọc thẻ có sẵn với các tần số nhác nhau như 125khz, 13.56Mhz, 433Mhz,  Kết luận ở đây ta lựa chọn đầu lọc thẻ 13.56 Mhz RC522 vì khoảng cách không cần xa, với mức giá rẻ thiết kế nhỏ gọn, module này sử dụng lựa chọn hàng đầu cho các ứng dụng về ghi đọc thẻ RFID.  Kết nối với Arduino: STT RFID RC522 ARDUINO 1. 3.3V 3.3V 2. RST PIN 9 3. GND GND 4. MISO PIN 11 5. MOSI PIN 12 6. SCK PIN 13 7. SDA PIN 10 Bảng 3. 2: Sơ đồ kết nối với RC522  Sơ đồ nguyên lý: Hình 3. 4: Sơ đồ kết nối khối RFID với Arduino Chương 3: Thiết Kế - Thi Công Hệ Thống Báo Cáo Đ ồ Án T ố t Nghi ệ p Trang 43  Giải thích nguyên lý: khi có thẻ tag được quét vào hay thẻ mới có tác động vào RC522 thì sẽ gửi mã thẻ đã quét cho PC. 3.2.4 Khối nguồn  Yêu cầu thiết kế: khối này có nhiệm vụ cung cấp điện cho tất cả các khối còn lại trong mạch hoạt động.  Phương án lựa chọn: để đáp ứng được yêu cầu của hệ thống thì ta cần tính toán điện áp và dòng điện để cung cấp cho các linh kiện hoạt động bình thường và sử dụng nguồn một cách hợp lý. Theo đó các giá trị điện áp và tổng dòng điện sẽ được liệt kê trong bảng sau: TỔNG SỐ ĐIỆN DÒNG STT THIẾT BỊ DÒNG LƯỢNG ÁP ĐIỆN ĐIỆN 1. ARDUINO UNO 3 5V 30mA 90mA 2. MODULE RC522 2 3.3V 13 -26mA 26–52mA 3. SERVO MINI 2 5V 550mA 1100mA 4. LCD 20X4 1 5V 25mA 25mA TỔNG ~1.3A Bảng 3. 3: Dòng và áp quy định các link kiện  Phương hướng thiết kế: các thiết bị được sử dụng trong đề tài này chủ yếu sử dụng nguồn trực tiếp từ máy tính. 3.2.5 Sơ đồ nguyên lý toàn mạch Sau khi thực hiện kết nối các thành phần lại, ta được sơ đồ nguyên lý toàn mạch như sau: Chương 3: Thiết Kế - Thi Công Hệ Thống Báo Cáo Đ ồ Án T ố t Nghi ệ p Trang 44 3.3 Thiết kế phần mềm 3.3.1 Thiết kế phần mềm cho PC Từ yêu cầu của hệ thống ta tiến hành thiết kế giao diện phần mềm để quản lý xe ra vào như sau:  Đọc hình ảnh từ 2 camera.  Sử dụng đầu đọc thẻ RFID để chụp ảnh xe vào và chụp ảnh xe ra.  Dữ liệu hệ thống được lưu vào file EXCEL. 3.3.2 Lưu đồ giải thuật chương trình chính Giải thích lưu đồ:  Đầu tiên khởi tạo các cổng kết nối UART, khởi tạo các biến xử dụng trong chương trình.  Sau đó kết nối camera và RFID, nhận dữ liệu và xử lý theo vòng lặp của serial port.  Đọc dữ liệu để chụp ảnh sau đó xử lý ảnh để xử lý xe ra/vào. Hình 3. 5: Lưu đồ giải thuật chương trình chính Chương 3: Thiết Kế - Thi Công Hệ Thống Báo Cáo Đ ồ Án T ố t Nghi ệ p Trang 45 3.3.3 Lưu đồ chương trình con khởi tạo, điều khiển LCD – Servo Giải thích lưu đồ:  Khởi tạo thư viện, khởi tạo serial port.  Setup cho LCD và servo.  Kiểm tra có nhận dữ liệu từ PC.  Hiển thị LCD và mở servo. Hình 3. 6: Lưu đồ chương trình khối xử lý trung tâm Chương 3: Thiết Kế - Thi Công Hệ Thống Báo Cáo Đ ồ Án T ố t Nghi ệ p Trang 46 3.3.4 Lưu đồ chương trình con RFID Giải thích lưu đồ:  Đầu tiên khởi tạo thư viện cần thiết, định nghĩa các chân sử dụng, thiết lập chuẩn giao tiếp.  Kiểm tra có quét hay không. Nếu có tiến hành gửi 4 byte cho PC. Hình 3. 7: Lưu đồ chương trình RFID 3.3.5 Thiết kế giao diện quản lý trên PC Sau nhiều lần chỉnh sửa, tham khảo các giao diện của các bãi giữ xe, thì nhóm em đã đưa ra được giao diện tối ưu nhất có thể. Giao diện gồm có camera ngõ ra và ngõ vào hoạt động liên tục, ảnh xe vào, ảnh xe ra, ảnh biển số xe sau khi đã xử lý, bảng thông tin xe của khách, ô hiển thị số lượng xe còn trong bãi, nút xem lịch sử xe trong ngày. Chương 3: Thiết Kế - Thi Công Hệ Thống Báo Cáo Đ ồ Án T ố t Nghi ệ p Trang 47 Hình 3. 8: Giao diện quản lý trên PC 3.4 Thi công 3.4.1 Thiết kế mạch in Sau khi đã thiết kế sơ đồ khối, sơ đồ nguyên lý toàn mạch thì ta tiến hành vẽ mạch in đã thiết kế, bao gồm 2 mạch in giống như hình 3.7 để kết nối giữa Arduino và module RFID nhắm tăng tính ổn định cho hệ thống. Hình 3. 9: Mạch in kết nối Arduino với module RFID Chương 3: Thiết Kế - Thi Công Hệ Thống Báo Cáo Đ ồ Án T ố t Nghi ệ p Trang 48 Tiếp theo là mạch in kết nối Arduino với động cơ servo và LCD: Hình 3. 10: Mạch in kết nối Arduino với servo và LCD 3.4.2 Board mạch đã hoàn thiện Sau khi thiết kế sơ đồ nguyên lý phần cứng và tiến hành thi công mạch nay nhóm đã hoàn thành xong và hình ảnh của mạch như sau: Hình 3. 11: Board mạch Arduino – RFID Chương 3: Thiết Kế - Thi Công Hệ Thống Báo Cáo Đ ồ Án T ố t Nghi ệ p Trang 49 Sau đó, tiến hành đóng hộp board mạch cho gọn gàng: Hình 3. 12: Board mạch đã đóng hộp Tiếp theo là board mạch Arduino với servo và LCD: Hình 3. 13: Board mạch Arduino – servo và LCD Chương 3: Thiết Kế - Thi Công Hệ Thống Báo Cáo Đ ồ Án T ố t Nghi ệ p Trang 50 Hình 3. 14: Board mạch sau khi đã đóng hộp 3.4.3 Thi công mô hình bãi xe Dựa theo lựa chọn thiết kế ban đầu, cấu trúc thiết kế mô hình của nhóm gồm 2 làn cho xe ra – vào, có 1 nhà quản lý bãi giữ xe, 2 động cơ servo, các vị trí để xe trong bãi. Formex là vật liệu chính làm nên mô hình. Hình 3. 15: Mặt trước của mô hình Chương 3: Thiết Kế - Thi Công Hệ Thống Báo Cáo Đ ồ Án T ố t Nghi ệ p Trang 51 Hình 3. 16: Mặt sau của mô hình Chương 3: Thiết Kế - Thi Công Hệ Thống Báo Cáo Đ ồ Án T ố t Nghi ệ p Trang 52 Chương 4 : HỆ THỐNG NHẬN DẠNG BIỂN SỐ XE MÁY 4.1 Mô hình tổng quát nhận dạng biển số xe máy Mục đích của đề tài xây dựng một chương trình đọc biển số xe tạo một vị trí cố định, ví dụ lối vào của khu vực bãi đậu xe, hệ thống xây dựng dựa vào một máy tính PC thông thường có giao tiếp với một máy ghi hình (camera hay webcam) nhằm đáp ứng trạng thái chụp ảnh, hay một máy ảnh được chụp từ máy ảnh, để tạo ra một ảnh (ảnh gốc) được đưa vào máy tính PC. Từ những hình ảnh thu được có chứa biển số xe thì phần mền sẽ tự xử lý và kết quả đưa ra biển số xe. Một khi biển số xe được phát hiện (nhận dạng), các chữ số của nó được đọc và xuất ra trên giao diện người dung và đối chiếu lại cơ sở dữ liệu. Quá trình nhận dạng biển số xe từ ảnh thu được thực hiện theo từng giai đoạn khác nhau, có thể tóm tắt theo sơ đồ khối như sau: Hình 4. 1: Sơ đồ hệ thống nhận dạng biển số xe máy Trích vùng biển số: khối này có chức năng tách biển số từ ảnh chụp bằng các phương pháp xử lý ảnh. Kết quả của nó là ảnh biển số cắt ra từ ảnh chụp. Đây là một công việc rất khó khăn vì ta không biết được vị trí chính xác của biển số. Ngoài ra còn phụ thuộc vào độ sáng ảnh chụp. Tách kí tự: sau khi trích biển số, chúng ta bắt đầu phân đoạn kí tự. Khối này thực hiện tách kí tự có trong biển số, tạo thành tập ảnh riêng biệt các ký tự phục vụ việc nhận dạng kí tự. Ảnh của lỗi kí tự là ảnh trắng đen. Nhận dạng kí tự: sau khi phân đoạn, tách được ký tự trong biển số và tạo thành một chuỗi ký tự. Chuỗi này đưa vào khối nhận dạng để tiến hành nhận dạng từng ký tự. Sau khi nhận dạng ký tự, hệ thống sẽ hiển thị thông báo trên giao diện của máy tính quản lý hệ thống, đồng thời lưu lại dữ liệu vừa nhận được. 4.2 Ảnh đầu vào Ảnh được chụp là ảnh chụp phía sau xe chứa một phần xe và ảnh biển số. Ảnh biển số trong phạm vi của đề tài này xử lý là mô phỏng các ký tự tự tạo. Chương 4: Hệ Thống Nhận Dạng Biển Số Xe Máy Báo Cáo Đ ồ Án T ố t Nghi ệ p Trang 53 4.3 Tiền xử lý Ảnh chụp vào thường là ảnh màu, ta tiến hành chuyển ảnh màu thành ảnh xám, tiếp tục nhị phân hóa thành ảnh trắng đen, sau đó tiến hành trích vùng biển số dựa vào các vùng liên thông. Việc xác định ngưỡng sáng rất quan trọng nó quyết định đến khả năng chọn đúng vùng biển số. Chọn chính xác vùng biển số thật sự rất khó ta chỉ có thể xác định chính xác trong một khoảng nào đó. Thông qua lược đồ xám ta nhận thấy vùng biển số thường sẽ có độ sáng tương đối lớn, vì vậy ta sẽ xác định lược đồ xám lớn nhất trong khoảng này và ngưỡng xám cần chọn sẽ thuộc vùng này nhờ nó ta sẽ giảm được thời gian lặp tìm ngưỡng xám. Kết quả này có được nhờ vào quá trình khảo sát thống kê trên nhiều ảnh và đây là kết quả tối ưu nhất mà ta có thể tìm được. Ảnh nhị phân là ảnh mà giá trị các điểm ảnh chỉ có hai giá trị 0 và 1 (trắng và đen). Để chuyển từ ảnh xám về ảnh nhị phân ta đặt một ngưỡng thích hợp để so sánh. Mức xám của ảnh sẽ được dùng để so sánh với giá trị ngưỡng này. 0, 푢 < 푛 Biếu thức f(u) = { 1, 푥 ≥ 푛 Hình 4. 2: Quá trình tiền xử lý 4.3 Phân vùng ảnh và tách biển số 4.3.1 Phân vùng ảnh Phân vùng ảnh là bước then chốt trong xử lý ảnh. Giai đoạn này nhằm phân tích ảnh thành những thành phần có cùng tính chất nào đó dựa theo biên hay các vùng liên thông có thể là cùng mức xám, cùng màu, Chương 4: Hệ Thống Nhận Dạng Biển Số Xe Máy Báo Cáo Đ ồ Án T ố t Nghi ệ p Trang 54 Nếu phân vùng dựa trên các vùng liên thông ta gọi là kỹ thuật phân vùng miền đồng nhất. Nếu ta phân vùng dựa theo biên gọi là kỹ thuật phân vùng biên. Ngoài ra còn có các kỹ thuật khác như phân vùng dựa theo biên độ, phân vùng dựa theo kết cấu. Để phân tích các đối tượng trong ảnh, chúng ta cần phải phân biệt được các đối tượng cần quan tâm với phần còn lại của ảnh. Những đối tượng này có thể tìm được nhờ các kỹ thuật phân đoạn ảnh, theo nghĩa tách phần tiền ảnh ra hậu ảnh. Có thể hiểu phân vùng là tiến trình chia ảnh thành nhiều vùng, mỗi vùng chứa một đối tượng có thể biểu diễn một hai từ đoạn thẳng tiếp xúc nhau. Ta có phương pháp phân vùng ảnh như sau: Thuật toán gán nhãn thành phần liên thông: Kỹ thuật này gán cho mỗi thành phần liên thông của ảnh nhị phân một nhãn riêng biệt. Nhãn thường là các số tự nhiên bắt đầu từ một đến tổng số các thành phần liên thông có trong ảnh. Giải thuật quét ảnh từ trái sang phải và từ trên xuống dưới. Trong dòng thữ nhất của các pixel, một nhãn duy nhất được gán cho mỗi đường chạy liên tục pixel đen. Với mỗi pixel đen của các dòng tiếp theo, các pixel lân cận trên dòng trước và pixel bên trái được xem xét. Nếu bất kì pixel lân cận nào được gán nhãn, nhãn tương tự được gán cho pixel đen hiện thời, ngược lại nhãn tiếp theo chưa được sử dụng được chọn, thủ tục này tiếp tục cho tới dòng cuối của ảnh. Ảnh được nhận về là ảnh nhị phân, trong đó có nhiều đối tượng khác nhau ta tiến hành chọn ra đối tượng nào là biển số còn đối tượng nào không phải là biển số. Dựa vào thuật toán gán nhãn liên tiếp các đối tượng cụ thể như sau: Thuật toán phân vùng ảnh dựa trên kỹ thuật đánh nhãn liên tiếp:  Mặt nạ ảnh với 4 điểm lân cận  Mặt nạ ảnh với 8 điểm lân cận  Mặt nạ ảnh với 4 điểm lân cận và 8 điểm lân cận Quy ước khi quét ảnh:  Nếu điểm ảnh có giá trị là 0 thì gọi là điểm ảnh nền  Nếu điểm ảnh có giá trị là 1 thì gọi là điểm ảnh nổi  Ta chỉ đánh nhãn các điểm ảnh nổi 4.3.2 Trích vùng biển số Trích ra các đối tượng đem so sánh với điều kiện cụ thể của biển số xe về chiều cao, chiều rộng, tỉ lệ các cạnh, diện tích, trọng tâm, để thu về vùng biển số. Dựa vào các thực nghiệm ta thấy chỉ có cùng biển số mới thỏa điều kiện tích nhất định, cong những vùng khác sẽ nhỏ hơn, nhưng trong điều kiện ánh sáng quá chói việc Chương 4: Hệ Thống Nhận Dạng Biển Số Xe Máy Báo Cáo Đ ồ Án T ố t Nghi ệ p Trang 55 xác định ngưỡng xám không chính xác sẽ dẫn đến có nhiều vùng có diện tích thỏa điều kiện đưa ra, dẫn đến nhận dạng sai, hoặc không cắt được chính xác vùng biến số, đây cũng là mặt hạn chế của đồ án. 4.4 Phân đoạn biển số Nhị phân biển số xe là bước quan trọng để nhận dạng biển số xe. Bước này sẽ tìm mức ngưỡng tối ưu, sau đó tiến hành nhị phân hóa ảnh với ngưỡng vừa tìm được (nhằm làm tăng độ tương phản của ký tự với nền biển số). Hình 4. 3: Nhị phân biển số xe Biển số được chuẩn hóa về kích thước [240 NaN], sau đó được lấy bù, sau đó chuẩn hóa về hai ảnh có kích thước [120 NaN] để tìm kí tự. Hình 4. 4: Chuẩn hóa và tìm ký tự 4.5 Nhận dạng biển số 4.5.1 Tạo mẫu ký tự Nhận dạng các ký tự có trong ảnh đối tượng. Mô hình nhận dạng biển số xe, dựa vào phương pháp đối sánh mẫu dựa trên đặc trưng. Xây dựng các mẫu vào các lớp khác nhau, sau đó gán cho các lớp này. Trích chọn đặc trưng: Đây là bước biểu diễn các mẫu bằng các đặc trưng của đối tượng. Trong quá trình, số liệu ảnh sẽ được thu gọn lại, điều này hết sức cần thiết cho việc tiết kiệm bộ nhớ trong việc lưu trữ và thời gian tính toán. Một phương pháp trích chọn đặc trưng tốt nếu như nó trích chọn các đặc trưng của đối tượng mà các đặc trưng đó sẽ giúp cho việc phân biệt được các lớp mẫu khác nhau, đồng thời nó cũng Chương 4: Hệ Thống Nhận Dạng Biển Số Xe Máy Báo Cáo Đ ồ Án T ố t Nghi ệ p Trang 56 biến đổi được các thuộc tính cố hữu của đối tượng hay do các thiết bị thu nhận ảnh tạo ra. Việc chọn các đối tượng đặc trưng của đối tượng là việc lựa chọn ra các yếu tố hình học. Sự biến đổi từng yếu tố riêng có thể làm thay đổi trật tự các đại lượng, điều này có thể làm ảnh hưởng đến việc phân lớp. Vấn đề này thường được giải quyết bằng một phép biến đổi tuyến tính thích hợp với các thành phần của vector đặc trưng. Qua thực nghiệm đã cắt ra từng ký tự của biển số và cho ra kích thước ảnh chuẩn của một ký tự là 24x42. Tiến hành lấy tất cả 15 mẫu ký tự thường được dùng trong biển số xe và 10 mẫu ký tự số. Tổng cổng có 24 mẫu ký tự (24x42) được lưu vào trong hai ma trận mẫu “kytu” va “kyso”. Màu đen tương ứng với bit 0, màu trắng tương ứng với bit 1, như hình 4.5. Hình 4. 5: Mẫu ký tự số 1 Chương 4: Hệ Thống Nhận Dạng Biển Số Xe Máy Báo Cáo Đ ồ Án T ố t Nghi ệ p Trang 57 Hình 4. 6: Thuật toán tạo mẫu ký tự 4.5.2 Nhận dạng ký tự bằng phương pháp tương quan Các ký tự sau khi đã cách ly ta mang chúng phân thành các lớp giống như cách tạo ra các lớp mẫu. Như vậy, ta lựa chọn các lớp ký tự này so sánh lần lượt với các lớp có trong mẫu. Kết quả của mỗi lần so sánh tìm ra hệ số tương quan sau đó tiến hành lưu chúng cùng các lớp khác. Sau khi hoàn tất xong ta tiếp tục chọn trong các lớp xem lớp nào có hệ số tương quan lớn nhất, lớp này có tên gì tương ứng với ký tự nào ta xuất ra màn hình ký tự đó. Phương pháp này đòi hỏi cần phải có hai ảnh cùng kích thước. Thuật toán so sánh mẫu:  Chuẩn hóa ảnh ký tự vừa cắt ra về kích thước 24x42.  Dùng công thức tính hệ số tương quan để tính lần lượt với các mẫu.  Lưu các kết quả vừa tìm được vào trong một lớp.  Tìm hệ số tương quan gần bằng 1 nhất trong lớp.  Xuất ra ký tự tương ứng với lớp đó. Chương 4: Hệ Thống Nhận Dạng Biển Số Xe Máy Báo Cáo Đ ồ Án T ố t Nghi ệ p Trang 58 Hình 4. 7: Thuật toán so sánh mẫu và xuất ký tự Công thức xác định hệ số tương quan: ∑ ∑ (퐴푚푛−퐴′)(퐵푚푛−퐵′) 푚 푛 (4.1) 푟 = 2 2 √(∑푚 ∑푛(퐴푚푛−퐴′) (∑푚 ∑푛(퐵푚푛−퐵′) ) Trong đó: Amn là giá trị pixel tại cột m và hàng n Bmn là giá trị pixel tại cột m và hàng n A’ và B’ là giá trị trung bình của ma trận A và B. Ma trận A và B giống nhau khi và chỉ khi r = 1. Chương 4: Hệ Thống Nhận Dạng Biển Số Xe Máy Báo Cáo Đ ồ Án T ố t Nghi ệ p Trang 59 Ví dụ: Gọi A là ma trận ảnh chứa ký tự cần nhận dạng là số 1, B là ma trận mẫu số 1, C là ma trận mẫu số 2. Hình 4. 8: Mẫu ký tự số 1, 2 (42 hàng, 24 cột) Kết quả hệ số tương quan giữa ma trận A với B và A với C: Corr2(A,B) = 1 Corr2(A,C) = 0.3677 Suy ra A và B là 2 ảnh giống nhau, khi đó dựa vào ma trận mẫu là B là ký tự nào thì xuất ký tự đó ra. Hoàn tất quá trình nhận dạng. Chương 4: Hệ Thống Nhận Dạng Biển Số Xe Máy Báo Cáo Đ ồ Án T ố t Nghi ệ p Trang 60 Chương 5: KẾT QUẢ - NHẬN XÉT – ĐÁNH GIÁ 5.1 Kết quả thực hiện Sau quá trình thiết kế và thi công nhóm đã hoàn thành được mô hình và giao diện quản lý hệ thống trên PC. Hình 5. 1: Giao diện trên PC và mô hình hệ thống Và sau khi đã có mô hình và hệ thống, ta sẽ nói về hoạt động và chức năng của hệ thống có thể làm được: Hình 5. 2: Giao diện khi mới khởi động Chương 5: Kết Quả - Nhận Xét - Đánh Giá Báo Cáo Đ ồ Án T ố t Nghi ệ p Trang 61 Ở giao diện mới khởi động này thì sẽ không có thông tin nào của xe vì bãi xe chưa hoạt động và chưa có xe trong bãi. Chỉ có 2 camera ngõ ra và ngõ vào hoạt động bình thường thôi. Tiếp theo, khi có xe vào hệ thống sẽ chụp ảnh của xe ở ngõ vào, phân tích xử lý và đọc đúng biển số xe của khách hàng, đồng thời hiển thị lên dòng chữ “MỜI XE VÀO” và lưu dữ liệu của xe (bao gồm: mã thẻ, biển số xe, thời gian xe vào) vào trong PC. Hình 5. 3: Giao diện khi có xe vào Khi có xe ra, hệ thống sẽ chụp ảnh của xe ra, đọc lại biển số của khách hàng, sau đó truy xuất lại dữ liệu tương ứng với mã thẻ, so sánh có đúng với biển số xe hay không, nếu đúng thì mở servo cho xe ra, hiển thị trên màn hình LCD dòng chữ “MỜI XE RA”, “TẠM BIỆT QUÝ KHÁCH, THƯỢNG LÔ BÌNH AN”. Chương 5: Kết Quả - Nhận Xét - Đánh Giá Báo Cáo Đ ồ Án T ố t Nghi ệ p Trang 62 Hình 5. 4: Giao diện khi có xe ra Trường hợp khi quẹt thẻ, biển số xe ra không giống với dữ liệu ban đầu khi xe vào thì servo sẽ không mở, giữ xe của khách hàng lại và hiển thị dòng chữ “KHÔNG HỢP LỆ”, sau đó chờ nhân viên tới xử lý. Hình 5. 5: Giao diện khi xe ra không hợp lệ 5.2 Nhận xét – Đánh giá Sau khi hoàn thiện ta tiến hành chạy thử toàn bộ hệ thống để kiểm tra độ ổn định, cũng như tính chính xác và độ trễ khi điều khiển của hệ thống. Sau quá trình thực nghiệm thì cho thấy hệ thống khi sử dụng một thời gian dài thì mạch điều khiển vẫn chưa ổn định, có thời gian trễ và dễ bị nhiễu. Chương 5: Kết Quả - Nhận Xét - Đánh Giá Báo Cáo Đ ồ Án T ố t Nghi ệ p Trang 63 Chương 6: KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN 6.1 Kết luận Sau thời gian thực hiện đề tài đến nay nhóm đã hoàn thành được các yêu cầu đề ra, đã thiết kế và thi công thành công mô hình bãi giữ xe ứng dụng công nghệ RFID và xử lý ảnh, nhận dạng biển số xe trên phần mềm matlab, có giao diện quản lý với những phương pháp và chức năng như sau:  Lập trình Arduino để đọc dữ liệu từ RFID, nhận dữ liệu về để hiển thị LCD và điều khiển động cơ Servo cho xe ra vào.  Sử dụng các chuẩn và phương thức giao tiếp thường gặp là UART.  Sử dụng các thuật toán xử lý ảnh để xử lý, tách và nhận dạng biển số.  Ứng dụng công nghệ RFID để đọc và ghi hình ảnh, biển số xe trước và sau khi tách biển số.  Điều khiển động cơ servo để mở thanh barie cho xe ra vào.  Ứng dụng phần mểm hỗ trợ xử lý ảnh là matlab. Tuy nhiên do kiến thức còn hạn hẹp nên không thể tránh khỏi những thiếu xót và nhóm vẫn còn hạn chế về phần thời gian trễ khi quẹt thẻ RFID. (cách vận hành hệ thống nhóm sẽ nêu kỹ trong phần phụ lục 2). Một số ưu điểm của hệ thống:  Giải quyết cơ bản về vấn đề kẹt xe, mất vé gửi xe, đánh tráo thẻ xe trong các bãi xe truyền thống trước đó.  Giảm rất nhiều thời gian, các khoản chi phí thuê nhân viên quản lý, bảo vệ, thu về được lợi nhuận cao hơn.  Khả năng đọc và ghi lại được dữ liệu nhiều lần. (khi khách hàng trả thẻ và lấy xe ra khỏi bãi có thẻ tái sử dụng lại thẻ với khách hàng mới).  Thẻ RFID rất bền, có thể hoạt động tốt trong các môi trường không thuận lợi như nóng, ẩm, bụi bẩn, ăn mòn, hay có sự va chạm, tạo được độ tin cậy cao khi sử dụng.  Lưu trữ, kiểm soát được các đội tượng (thông tin của khách hàng) mà không cần phải sắp xếp. Một số nhược điểm của hệ thống:  Chi phí triển khai cao hơn các bãi xe truyền thống trước đó.  Thẻ RFID dễ bị nhiễu sóng trong môi trường nước và kim loại.  Thời gian trễ còn khá lớn (khoảng 2 – 3s), còn trong thực tế các bãi xe lớn thì thời gian trễ rất nhỏ. Vì ở đây là mô hình nên nhóm sử dụng thẻ RFID RC-522 chứ không phải đầu đọc chuyên dụng. Chương 6: Kết Luận Và Hướng Phát Triển Báo Cáo Đ ồ Án T ố t Nghi ệ p Trang 64 6.2 Hướng phát triển Để mô hình có thể phát triển trong tương lai nhóm có một số phương án đề xuất sau:  Tích hợp thêm nhiều cảm biến để nâng tính ổn định và đảm bảo cho hệ thống.  Lập trình thêm chức năng nhận dạng người lái xe cho hệ thống, tăng cường thêm tính bảo mật.  Kết hợp thêm các tấm pin năng lượng mặt trời đặt ở bãi xe, hướng tới mục tiêu sử dụng nguồn năng lượng sạch và tiết kiệm.  Upload dữ liệu lên cloud để tránh trường hợp bị mất điện hay hệ thống xảy ra sự cố ngoài ý