Xem mẫu
- HỆ THỐNG TỰ ĐỘNG KIỂM SOÁT NGƯỜI RA/VÀO CỔNG
Tạ Tấn Tính, Nguyễn Thị Mai Hương
Viện Kỹ thuật HUTECH, Trường Đại học Công nghệ TP.Hồ Chí Minh
GVHD: TS. Nguyễn Hoài Nhân
TÓM TẮT
Đề tài nghiên cứu thiết kế và chế tạo thanh chắn kiểm soát an ninh việc ra vào cổng một cơ quan
hành chính, toà nhà... Thanh chắn được lắp đặt tại các cổng ra/vào của cơ quan như bệnh viện,
trường học, cơ quan chính quyền, nhà máy, xí nghiệp, cụm toà nhà chung cư... Thanh chắn thay
thế cho con người trong phân luồng giao thông, kiểm soát an ninh, kiểm soát ra/vào một cách tự
động. Hệ thống này gồm có một thanh chắn ngang lắp trên trục quay. Trục quay được gá cố định
vào cột đỡ, trục này quay được nhờ truyền động của động cơ điện. Bộ mạch điện tử có chip vi điều
khiển làm trung tâm sẽ điều khiển hoạt động của hệ thống gồm: truyền và nhận tín hiệu từ module
đọc thẻ từ RFID, truyền nhận thông tin với máy tính chủ có chứa thông tin dữ liệu của thành viên
trong tổ chức, điều khiển thanh chắn hạ xuống hoặc nâng lên. Thiết bị thanh chắn tự động sau khi
được tính toán, thiết kế, chế tạo đã được lắp ráp và có thể hoạt động tốt.
1 GIỚI THIỆU
Thanh chắn được nghiên cứu và ứng dụng trong phân luồng giao thông, kiểm soát an ninh, kiểm
soát ra vào tại xí nghiệp, cơ quan, trường học, cụm chung cư [1-7]. Thanh chắn tự động ra đời và
ngày càng thay thế thanh chắn truyền thống do con người vận hành trực tiếp. Hệ thống này bao
gồm phần cơ khí là thanh chắn, cụm động cơ truyền động để quay thanh chắn, bộ vi điều khiển
đọc tín hiệu từ module dọc thẻ từ RFID [2] nhằm nhận diện đối tượng người được phép ra vào tổ
chức, cơ quan. Bộ vi điều khiển sẽ xuất tín hiệu đóng hay mở thanh chắn.
Thanh chắn dạng thanh ngang có thời gian đóng mở ngắn và có tính kinh tế cao [1]. Dạng thanh
chắn này phù hợp trong các địa điểm bãi đậu xe, cổng vào vì những địa điểm này cần tính năng
đáp ứng nhanh. Dạng thiết kế này thường dùng thanh ngang làm bằng vật liệu nhôm, vì vậy xe có
thể va gãy hoặc người lạ có thể xâm nhập bằng cách làm hỏng thanh ngang. Ngoài ra dạng này
người và vật có thể chui qua bên dưới [1-3].
Thanh chắn kiểu cột truyền động bằng khí nén, thuỷ lực hoặc cơ khí. Loại cột giống như xylanh trồi
lên từ mặt đất. Kiểu cấu trúc này sẽ chắc chắn và chống lại sự xâm nhập của xe đi vào vùng kiểm
soát thậm chí xe chạy ở tốc độ cao. Kiểu cấu trúc này giá thành cao, lắp đặt khó [1, 2, 7].
Thanh chắn kiểu sợi xích hoặc dây thép căng ngang với tầm dài tới 30 mét. Kiểu thiết kế này phù
hợp với các bãi xe rất rộng. Kiểu kết cấu này vẫn cho phép người đi bộ có thể đi qua [1, 2].
217
- 2 NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG CỦA HỆ THỐNG
Thanh chắn đã được sử dụng ở Việt Nam từ khá lâu, thiết kế ban đầu của thanh chắn khá đơn giản
có cấu tạo là cần trục dài với một vật nặng làm đối trọng một đầu. Kiểu thiết kế thanh chắn này cần
một người trực đóng/mở thanh chắn. Hiện nay trình độ khoa học kỹ thuật phát triển barrier tự động
ra đời nhanh chóng chiếm lĩnh thị trường. Tại hầu hết các cơ quan, xí nghiệp, khu dân cư… đều lắp
đặt hệ thống barrier tự động để phân luồng phương tiện ra vào, cũng như kiểm soát an ninh cho
các tòa nhà.
Thanh chắn tự động sử dụng nguồn điện lưới dân dụng, có nguyên lý hoạt động khá đơn giản. Các
loại barrier hiện nay đều đã được đấu nối sẵn với main điều khiển. Sau khi lắp đặt thanh chắn và
đấu nối nguồn điện việc còn lại chỉ cần bấm nút bằng điều khiển cầm tay là barrier sẽ tự động
đóng mở theo ý người sử dụng. Mỗi barrier thường sẽ được trang bị 2 điều khiển từ xa với bán kính
điều khiển khoảng 50 m và một điều khiển cắm điện để bàn. Trong trường hợp mất điện bên trong
tủ chứa thiết bị thiết kế có sẵn nắm vặn bằng tay giúp đóng mở barrier (không tốn sức vì đã có bộ
trợ lực).
Hình 1. Nguyên lý hoạt động của thanh chắn tự động
Thanh chắn tự động thường được kết nối với hệ thống máy tính, đầu đọc thẻ hay máy đọc vân tay
giúp tích hợp với các hệ thống như thang máy, hệ thống giữ xe thông minh (Hình 1). Ngoài ra thanh
chắn tự động còn có khả năng kết nối tốt với hệ thống cảm biến quang, cảm biến từ trường giúp
thời gian đóng mở chính xác nhất.
Thiết bị được vận hành bằng phương pháp FID – qu t thẻ từ
– Thẻ từ: Mỗi thẻ sẽ có một mã số ri ng dùng để mở thanh chắn.
– Hệ thống sẽ lưu t n những thẻ được ph p ra vào.
– Mỗi lần quẹt thì động cơ sẽ quay đến khi tay khuỷ chạm vào kích dùng để tắt động cơ
– Sau 10 s thì thanh chắn sẽ tự động hạ xuống và chờ cho lần quẹt tiếp sau .
Thông số kỹ thuật của thanh chắn tự động:
– Kích thước bao ngoài hệ thanh chắn: dài × cao × rộng tương ứng là 300×1000×200 [mm].
218
- – Chiều dài thanh chắn: 1000 mm.
– Vật liệu khung cụm gá thanh chắn ngang: Thép hộp 30 ×30 mm, vỏ làm bằng mica và
những tiết khác gia công bằng nhôm.
3 KẾT QUẢ THI CÔNG SẢN PHẨM THANH CHẮN TỰ ĐỘNG: GIA CÔNG, LẮP
RÁP, LẬP TRÌNH
Các cụm cơ khí thực tế (Hình 2) được chế tạo từ các chi tiết làm bằng thép.
Hình 2. Hình ảnh thực tế: (a) giá đỡ thanh ngang, (b): hệ thống thanh chắn
và (c) hệ thanh chắn sau khi hoàn chỉnh
Tủ điện điều khiển hệ thống hoạt động gồm có bộ điều khiển trung tâm là vi điều khiển Arduino
UNO. Vi điều khiển kết nối với thiết bị đọc thẻ từ RFID (Hình 3).
Hình 3. Sơ đồ kết nối RFID – mạch vi điều khiển Arduino
219
- Thông số kỹ thuật thẻ RFID:
– Nguồn: 3.3V DC, 13 – 26 mA.
– Dòng ở chế độ chờ: 10 – 13 mA.
– Tần số sóng mang: 13.56 MHz.
– Khoảng cách hoạt động: 0～60 mm (mifare1 card).
– Giao tiếp: SPI.
– Tốc độ truyền dữ liệu: Tối đa 10 Mbit/s.
– Các loại card RFID hỗ trợ: mifare1 S50, mifare1 S70, mifare UltraLight, mifare Pro, mifare
Desfire.
– Kích thước: 40 × 60 mm.
– Thư viện lập trình RFID RC522 hỗ trợ Arduino.
Vì thẻ RFID (Hình 4) thụ động có giá thành ngày càng giảm đi, do vậy mà ngày càng nhiều lĩnh vực
công nghiệp đã chấp thuận sử dụng loại thẻ RFID và công nghệ này, có khá nhiều công ty đang
tiến hành thay thế công nghệ nhận dạng mã vạch truyền thống sang sử dụng nhãn tag RFID. Người
dùng có thể thấy các loại thẻ tag RFID thụ động trong ứng dụng quản lý tài sản, quản lý công cụ,
kiểm soát sự kiện, kiểm soát ra vào và nhiều ứng dụng đa dạng khác.
Hình 4. Thẻ RFID RC522 và thẻ tag
Thẻ được sử dụng trong hệ thống RFID có chức năng như một bộ thu phát (transponder), được thiết
kế để có thể vừa có khả năng thu tín hiệu vô tuyến vừa có khả năng tự động phát đi, trả lời.
Cấu tạo một thẻ RFID thường bao gồm các thành phần sau:
– Mạch giải mã.
– Bộ nhớ.
– Nguồn cung cấp.
220
- – Điều khiển giao tiếp.
Để truyền động cho thanh ngang, hệ thống sử dụng động cơ DC. Mạch công suất điều khiển động
cơ (Hình 5) có những thông số kỹ thuật như sau:
Thông số kỹ thuật
– Driver: L298N tích hợp hai mạch cầu H.
– Điện áp điều khiển: +5 V ~ +12 V.
– Dòng tối đa cho mỗi cầu H là: 2A (=>2A cho mỗi motor).
– Điện áp của tín hiệu điều khiển: +5 V ~ +7 V.
– Dòng của tín hiệu điều khiển: 0 ~ 36 mA (Arduino có thể chơi đến 40 mA).
– Công suất hao phí: 20W (khi nhiệt độ T = 75 oC).
– Nhiệt độ bảo quản: -25 oC ~ +130 oC.
Hình 5. Module Điều Khiển Động Cơ-LV298 V3
5 KẾT LUẬN
Đề tài nghiên cứu thiết kế và chế tạo thanh chắn kiểm soát an ninh việc ra vào cổng một cơ quan
hành chính, toà nhà… Thanh chắn được lắp đặt tại các cổng ra/vào của cơ quan như bệnh viện,
trường học, cơ quan chính quyền, nhà máy, xí nghiệp, cụm toà nhà chung cư... Thanh chắn thay
thế cho con người trong phân luồng giao thông, kiểm soát an ninh, kiểm soát ra/vào một cách tự
động. Hệ thống sau khi thiết kế, chế tạo và lắp ráp hoàn chỉnh đã hoạt động tốt.
TÀI LIỆU THAM KHẢO
[1] Hüseyin R. Börklü, Sadik A. Kalyon, 2017, ‘A Design Study of an Innovative Barrier System for
Personal Parking Lots’, Gazi University Journal of Science, pp. 113-123.
[2] S. C. Hanche, Pooja Munot, Pranali Bagal, Kirti Sonawane & Pooja Pise, 2013, ‚Automated
Vehicle Parking System using FID‛, ITSI Transactions on Electrical and Electronics Engineering,
Vol -1, Iss -2.
221
- [3] Arfa selem, Areeba Najm, Fatima Quama, 2015 ‘Automatic barrier control car parking
system, Int Journal of Technology and research,’ Vol 3. No. 1.
[4] Acy M. Kottalil, Abhijith S, Ajmal M M, Abhilash L J.,Ajith Babu., 2014 ‘Automatic railway gate
control system, ’ Int. Journal of Advanced Research in Electrical, Electronics and
Instrumentation Engineering, Vol. 3, Iss 2.
[5] Krishna, ShashiYadav and Nidhi, 2013 ‘Automatic Railway Gate Control Using Microcontroller,’
Oriental Journal Of Computer Science & Technology, Vol.6, No.4,.
[6] Ahmed Salih Mahdi. Al-Zuhairi, 2013 ‘Automatic Railway Gate and Crossing Control based
Sensors & Microcontroller’, International Journal of Computer Trends and Technology Vol. 4,
Iss. 7.
[7] J. Banuchandar, V. Kaliraj, P. Balasubramanian, S. Deepa, N. Thamilarasi, 2012 ‘Automated
Unmanned Railway Level Crossing System’, Int. Journal of Modern Engineering Research
(IJMER) Vol. 2, Iss.1, pp. 458-463.
222
nguon tai.lieu . vn
