Hệ thống tự động kiểm soát người ra/vào cổng

Nội dung text: Hệ thống tự động kiểm soát người ra/vào cổng

1. HỆ THỐNG TỰ ĐỘNG KIỂM SỐT NGƯỜI RA/VÀO CỔNG Tạ Tấn Tính, Nguyễn Thị Mai Hương Viện Kỹ thuật HUTECH, Trường Đại học Cơng nghệ TP.Hồ Chí Minh GVHD: TS. Nguyễn Hồi Nhân TĨM TẮT Đề tài nghiên cứu thiết kế và chế tạo thanh chắn kiểm sốt an ninh việc ra vào cổng một cơ quan hành chính, tồ 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 tồ nhà chung cư Thanh chắn thay thế cho con người trong phân luồng giao thơng, kiểm sốt an ninh, kiểm sốt ra/vào một cách tự động. Hệ thống này gồm cĩ 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 cĩ 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 thơng tin với máy tính chủ cĩ chứa thơng 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 tốn, thiết kế, chế tạo đã được lắp ráp và cĩ thể hoạt động tốt. 1 GIỚI THIỆU Thanh chắn được nghiên cứu và ứng dụng trong phân luồng giao thơng, kiểm sốt an ninh, kiểm sốt 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 đĩng hay mở thanh chắn. Thanh chắn dạng thanh ngang cĩ thời gian đĩng mở ngắn và cĩ 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 nhơm, vì vậy xe cĩ thể va gãy hoặc người lạ cĩ thể xâm nhập bằng cách làm hỏng thanh ngang. Ngồi ra dạng này người và vật cĩ 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 sốt thậm chí xe chạy ở tốc độ cao. Kiểu cấu trúc này giá thành cao, lắp đặt khĩ [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 cĩ thể đi qua [1, 2]. 217
2. 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 cĩ 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 đĩng/mở thanh chắn. Hiện nay trình độ khoa học kỹ thuật phát triển barrier tự động ra đời nhanh chĩng 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 sốt an ninh cho các tịa nhà. Thanh chắn tự động sử dụng nguồn điện lưới dân dụng, cĩ 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 cịn lại chỉ cần bấm nút bằng điều khiển cầm tay là barrier sẽ tự động đĩng 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 cĩ sẵn nắm vặn bằng tay giúp đĩng mở barrier (khơng tốn sức vì đã cĩ 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 thơng minh (Hình 1). Ngồi ra thanh chắn tự động cịn cĩ khả năng kết nối tốt với hệ thống cảm biến quang, cảm biến từ trường giúp thời gian đĩng mở chính xác nhất. Thiết bị được vận hành bằng phương pháp FID – qu t thẻ từ – Thẻ từ: Mỗi thẻ sẽ cĩ 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 . Thơng số kỹ thuật của thanh chắn tự động: – Kích thước bao ngồi hệ thanh chắn: dài × cao × rộng tương ứng là 300×1000×200 [mm]. 218
3. – 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 cơng bằng nhơm. 3 KẾT QUẢ THI CƠNG SẢN PHẨM THANH CHẮN TỰ ĐỘNG: GIA CƠNG, 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 hồn chỉnh Tủ điện điều khiển hệ thống hoạt động gồm cĩ 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
4. Thơng số kỹ thuật thẻ RFID: – Nguồn: 3.3V DC, 13 – 26 mA. – Dịng ở chế độ chờ: 10 – 13 mA. – Tần số sĩng 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 cĩ giá thành ngày càng giảm đi, do vậy mà ngày càng nhiều lĩnh vực cơng nghiệp đã chấp thuận sử dụng loại thẻ RFID và cơng nghệ này, cĩ khá nhiều cơng ty đang tiến hành thay thế cơng nghệ nhận dạng mã vạch truyền thống sang sử dụng nhãn tag RFID. Người dùng cĩ thể thấy các loại thẻ tag RFID thụ động trong ứng dụng quản lý tài sản, quản lý cơng cụ, kiểm sốt sự kiện, kiểm sốt 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 cĩ chức năng như một bộ thu phát (transponder), được thiết kế để cĩ thể vừa cĩ khả năng thu tín hiệu vơ tuyến vừa cĩ 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
5. – Điều khiển giao tiếp. Để truyền động cho thanh ngang, hệ thống sử dụng động cơ DC. Mạch cơng suất điều khiển động cơ (Hình 5) cĩ những thơng số kỹ thuật như sau: Thơng số kỹ thuật – Driver: L298N tích hợp hai mạch cầu H. – Điện áp điều khiển: +5 V ~ +12 V. – Dịng tối đa cho mỗi cầu H là: 2A (=>2A cho mỗi motor). – Điện áp của tín hiệu điều khiển: +5 V ~ +7 V. – Dịng của tín hiệu điều khiển: 0 ~ 36 mA (Arduino cĩ thể chơi đến 40 mA). – Cơng 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 sốt an ninh việc ra vào cổng một cơ quan hành chính, tồ 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 tồ nhà chung cư Thanh chắn thay thế cho con người trong phân luồng giao thơng, kiểm sốt an ninh, kiểm sốt ra/vào một cách tự động. Hệ thống sau khi thiết kế, chế tạo và lắp ráp hồn chỉnh đã hoạt động tốt. TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Hüseyin R. Bưrklü, 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
6. [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