(Đồ án hcmute) thiết kế, thi công mạch định vị gps trên xe ô tô

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT
THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
NGÀNH CƠNG NGHỆ KỸ THUẬT ĐIỆN TỬ TRUYỀN THÔNG

THIẾT KẾ MẠCH ĐỊNH VỊ VÀ VIẾT PHẦN MỀM
ỨNG DỤNG GPRS TRÊN ÔTÔ

GVHD: TRẦN VĂN SỸ
SVTH: PHẠM TUẤN ANH
MSSV: 16341001
SVTH: LƯƠNG DUY VŨ
MSSV: 16341027

SKL 0 0 6 7 1 7

Tp. Hồ Chí Minh, tháng 1/2018

do an


BỘ GIÁO DỤC & ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP. HỒ CHÍ MINH
KHOA ĐIỆN – ĐIỆN TỬ
BỘ MÔN ĐIỆN TỬ-CÔNG NGHIỆP
---------------------------------

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
NGÀNH CÔNG NGHỆ KỸ THUẬT ĐIỆN TỬ TRUYỀN THÔNG

ĐỀ TÀI:

THIẾT KẾ MẠCH ĐỊNH VỊ VÀ VIẾT PHẦN MỀM
ỨNG DỤNG GPRS TRÊN ÔTÔ

GVHD: ThS. TRẦN VĂN SỸ
SVTH1: PHẠM TUẤN ANH
MSSV: 16341001
SVTH2: LƯƠNG DUY VŨ

MSSV: 16341027

Tp. Hồ Chí Minh – 1/2018

do an


BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP.HCM
KHOA ĐIỆN - ĐIỆN TỬ
BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH



ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
NGÀNH: CÔNG NGHỆ ĐIỆN TỬ TRUYỀN THÔNG
ĐỀ TÀI:

THIẾT KẾ,THI CÔNG MẠCH ĐỊNH VỊ

GPS TRÊN XE Ô TÔ
GVHD: ThS TRẦN VĂN SỸ
SVTH

MSSV

1.LƯƠNG DUY VŨ

16341027

2.PHẠM TUẤN ANH

16341001

TP.HCM THÁNG 01 NĂM 2018

do an


BỘ GIÁO DỤC & ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP. HỒ CHÍ MINH
KHOA ĐIỆN – ĐIỆN TỬ
BỘ MÔN ĐIỆN TỬ-CÔNG NGHIỆP
---------------------------------

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
NGÀNH KỸ THUẬT ĐIỆN TỬ TRUYỀN THÔNG
ĐỀ TÀI:

THIẾT KẾ MẠCH ĐỊNH VỊ VÀ VIẾT PHẦN MỀM

ỨNG DỤNG GPRS TRÊN ÔTÔ
GVHD: ThS. TRẦN VĂN SỸ
SVTH1: PHẠM TUẤN ANH
MSSV: 16341001
SVTH2: LƯƠNG DUY VŨ

MSSV: 16341027

Tp. Hồ Chí Minh - 1/2018

do an


CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN

Chương 1: TỔNG QUAN
1.1 Đặt vấn đề
Việt Nam đang trong q trình hội nhập tồn cầu, cùng với sự phát triển của thế giới
nước ta đang đẩy mạnh q trình cơng nghiệp hóa hiện đại hóa. Điện, đường ngày càng
được cải thiện dẫn đến giao thông phát triển kéo theo, theo số liệu thống kê nhà nước đã
đặt ngành công nghiệp ô tô trở thành ngành công nghiệp quan trọng của nền kinh tế.

Hình 1.1 Cầu vượt Cát Lái

Theo quyết định số 1829/QĐ-TTg, nhà nước đang và sẽ có những hỗ trợ và ưu
tiên cho ngành cơng nghiệp ơ tơ:
 Điều chỉnh các loại thuế, phí và lệ phí liên quan đến ơ tơ
 Hỗ trợ sản xuất trong nước và nâng cao giá trị tạo ra trong nước
 Phát triển cơng nghiệp hỗ trợ
BỘ MƠN ĐIỆN CÔNG NGHIỆP- Y SINH

do an

1


CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN

 An tồn, mơi trường và cơ sở hạ tầng…

Hình 1.2 Triển lãm ơ tơ quốc tế Việt Nam 2016.
Để đồng dễ dàng quản lý và đồng bộ cơ sở dữ liệu trên ô tô ta cần có một cơng cụ.
Đó là phương pháp định vị giám sát bằng GPS và hệ thống này quản lý bằng hệ thống
mạng, đây là cách mà thế giới hiện nay đang triển khai và phát triển rộng rãi.
Xuất phát từ thực tiễn này, nhóm chúng em đã quyết định đưa ra giải pháp “thiết
kế và thi công hệ thống định vị giám sát trên Ơ tơ GPS ” kết hợp điều khiển bằng vi xử lý
STM32 F103 C8T6. Và những thông số này được điều khiển, giám sát tại chỗ cũng như
thông qua mạng internet dựa trên ứng dụng IoT và vi điều khiển giúp cho người quản lý
luôn kiểm sốt hành trình di chuyển của xe và tiết kiệm được thời gian một cách tối ưu
nhất.

1.2 Mục tiêu
Đề tài dùng chip STM32 F103 C8T6 làm chip xử lý trung tâm, kết nối với Sim808
tích hợp GPS và GSM, lấy thông tin dữ liệu từ GPS lưu vào thẻ nhớ sau đó dữ liệu này sẽ
truyển lên server theo GSM, đồng thời mạch cịn có các chân output có thể giao tiếp với
các ngoại vi bổ sung ví dụ: cảm biến analog/digital, RFID, ngoại vi khác,… trên server
BỘ MÔN ĐIỆN CÔNG NGHIỆP- Y SINH

do an

2


CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN

nhận thông tin xử lý kết hợp google maps và lưu vào database hiển thị bởi một Website
Application.

1.3 Nội dung nghiên cứu
 Nội dung 1: Nghiên cứu chip xử lý STM32 F103 C8t6 và Sim 808
 Nội dung 2: Thiết kế thi công mạch
 Nội dung 3: Thiết kế lưu đồ giải thuật điều khiển
 Nội dung 4: Viết chương trình cho vi xử lý theo giải thuật
 Nội dung 5: Chạy thử nghiệm hệ thống và cân chỉnh chương trình cho phù hợp
thực tế
 Nội dung 6: Viết báo cáo thực hiện.

1.4 Giới hạn đề tài
 Thời gian thực hiện đề tài có hạn
 Mạch hoạt động chưa được tối ưu, thời gian chạy thử hạn chế
 Thiết kế web application đơn giản
 Cần khắc phục những sự cố ngồi thực tiễn

BỘ MƠN ĐIỆN CƠNG NGHIỆP- Y SINH

do an

3

Chương 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT

Chương 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT
Trong phạm vi đề tài có sử dụng chip xử lý trung tâm stm32f103c8t6 kết hợp với
module Sim808 và UART TTL-RS232, trong khi đó Sim808 được thiết kế tối ưu phục
vụ cho việc giám sát GPS, điều khiển các thiết bị từ xa thông qua GSM/GPRS. Sau
đây chúng ta sẽ tìm hiểu từng khối module cũng như hoạt của chúng để phục vụ cho
công việc thực hiện đề tài.
Đề tài nhằm mục đích giám sát xe ơ tơ thơng qua thông tin GPS, và gửi dữ liệu
nhận được lên webserver. Mọi thông tin về xe sẽ được lưu trữ bằng SQL và để tiện
nhận diện quan sát ta xem trên Google maps. Một số ngoại vi có thể bổ sung cho mạch
vd: cảm biến xăng, cảm biến mở thùng hàng, cảm biến gia tốc,… trong tầm đề tài
nhóm em đã để sẵn các chân output để tiện kết nối điều khiển tùy vào mục đích của
người sử dụng.

2.1

KHỐI VI ĐIỀU KHIỂN TRUNG TÂM

2.1.1 Giới thiệu về vi xử lý ARM Cortex-M3.
Trong vài năm trở lại đây,một trong những xu hướng chủ yếu trong các thiết kế
với vi điều khiển là sử dụng các chip lõi ARM như một vi điều khiển đa dụng. Dòng
STM32 thiết lập các tiêu chuẩn mới về hiệu suất ,chi phí,cũng như khả năng đáp ứng
các ứng dụng tiêu thụ năng lượng thấp.Với ứng dụng rộng, ngoại vi nhiều(GPIO, I2C,
SPI, ADC, USB, CAN, Ethernet……) ST cung cấp cho chúng ta các thư viện trực tiếp
cho mỗi dòng ARM (gọi là CMSIS-Cortex Microcontroller Software Interface
Standard) chúng ta dễ dàng hơn:khai báo và sử dụng .

BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH

do an

4


Chương 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT
Có rất nhiều dịng vi xử lý STM: STM32 F1, STM32 F3, STM32 F4, STM32
F7,… nhưng để phù hợp với đề tài cho hiệu năng cũng như về mặt giá thành nhóm
quyết định chọn STM32 F1 và chọn STM32 F103 C8T6, vì dịng này có 48 chân và số
chân giao tiếp vừa đủ để giao tiếp với các ngoại vi mình cần.
2.1.2 Khối xử lý trung tâm.
Với các đăc điểm hiện tại nhóm chúng em chọn chip xử lý là STM32F103 C8T6, giá
thành thấp và hiệu năng đủ để thực hiện những tính năng mong muốn, đồng thời được
hỗ trợ rất nhiều về phần mềm. Sau đây em xin giới thiệu sơ qua về chip xử lý:
STM32F103 C8T6 là vi điều khiển 32bit Cortex-M3 của STMicroelectronics,
một số thông tin chung về chip xử lý:
- Lõi : ARM 32 bit Cortex M3
- Tần số hoạt động 72 MHz
- Bộ nhớ : 64 Kb Flash , 20Kb SRAM
- Xung clock, Reset và nguồn cấp:
 Điện áp cung cấp cho chip và ngõ vào/ra IO từ 2V đến 3.6V
 Bộ giao động thạch anh từ 4 Mhz đến 16 Mhz(HSE)
 Bộ tạo giao động nội RC tốc độ cao 8Mhz(HSI)
 Bộ tạo giao động nội RC tốc độ thấp(LSI)
 Có bộ nhân tạo xung clock
 Bộ giao động 32Khz cho RTC(LSE)
- Chế độ tiết kiệm năng lượng:
 Chế độ Sleep(ngủ), Stop( dừng hoạt động), Stand by(chờ)
 Có chân Pin cung cấp cho RTC và thanh ghi cập nhật (back up register)
- ADC: 2 chân ADC (12 bit), tốc độ chuyển đổi là 1µs (tần số lấy mẫu 1MHz)

 Khoảng chuyển đổi từ 0V đến 3.6V
 Khả năng lấy mẫu kép và lưu giữ mẫu
 Cảm biến nhiệt độ chip

BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH

do an

5


Chương 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT
- DMA : Điều khiển 7 kênh DMA và hỗ trợ cho các ngoại vi: I2C, SPI, Timer,
UART.
- Timer : có 3 bộ 16 bit(2 watch dog, hỗ trợ bộ đếm xuống 24 bit, có điều khiển
động cơ bằng PWM va chế độ dừng khẩn cấp).
- Hỗ trợ nạp theo chuẩn SW và JTAG.
- Kiểu chân : LQFP48.
- Ứng dụng : điều khiển động cơ, thiết bị y tế và thiết bị cầm tay, máy tính và
thiết bị ngoại vi chơi game, GPS, ứng dụng cơng nghiệp,…

Hình 2.1 Thơng tin các dịng vi điều khiển.[Tài liệu tham khảo 2.1]

BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH

do an

6

Chương 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT

Sơ đồ khối cấu trúc vi xử lý:
Hình 2.2 Sơ đồ cấu trúc.[Tài liệu tham khảo 2.2]
Sơ đồ chân vi xử lý:

BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH

do an

7


Chương 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT
Hình 2.3 Sơ đồ chân.[Tài liệu tham khảo 2.3 ]

Sơ đồ cấu trúc xung clock:

Hình 2.4 Sơ đồ các bộ chia xung clock.[Tài liệu tham khảo 2.4]

2.2 KHỐI SIM808 :
2.2.1. Tổng quan về Sim808
Sim 808 được thiết kế tích hợp đầy đủ chức nắng GPS, GSM, GPRS, Bluetooth
góp phần tiết kiệm chi phí và thiết kế cho người dùng. Sim808 phát triển cải tiến hơn
sim 908 ở sự ổn định và có thêm chức năng bluetooth. GPS của sim808 hoạt động ổn
định, chính xác ngay cả khi anten đặt trong nhà. Giao tiếp của sim808 theo chuẩn
UART với các tập lệnh AT như sim900a hay sim 908.
Giới thiệu về UART: còn gọi là cổng giao tiếp (Serial port) là một cổng thông
dụng trong các máy tính trong các máy tính truyền thống dùng kết nối các thiết bị
BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH

do an

8


Chương 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT
ngoại vi với máy tính như: bàn phím, chuột điều khiển, modem, máy quét...Cổng nối
tiếp cịn có tên gọi khác như: Cổng COM, communication.
-

Tốc độ truyền.

-

Khung truyền.

-

Bit đầu tiên.

-

Dữ liệu truyền.

-

Bit kiểm tra.

-

Bit kết thúc.

Băng tần hoạt động của sim808 phù hợp với viễn thông Việt Nam, cụ thể là băng
tần hoạt động ở tần số GSM 850MHz, EGSM 900MHz, DCS 1800MHz và PCS
1900MHz. Sim808 tích hợp hổ trợ người dùng rất nhiều như:
 Hỗ trợ 4 * 4 bàn phím theo mặc định
 Một cổng nối tiếp modem đầy đủ (giao diện UART)
 Một USB, hỗ trợ gỡ lỗi và nâng cấp phần mềm.
 Kênh âm thanh bao gồm đầu vào micrô và đầu ra máy thu.
 Một giao diện thẻ SIM.
 Giao diện sạc.
 Có thể lập trình đầu vào và đầu ra chung (GPIO).
 Hỗ trợ chức năng Bluetooth.
 Hỗ trợ chức năng GPS.
 Hỗ trợ hai PWM và hai ADCs.
 Giao diện PCM / SPI.
Ngồi ra, SIM808 tích hợp giao thức TCP / IP và các lệnh TCP / IP AT mở rộng
rất hữu ích cho việc truyền dữ liệu các ứng dụng. Để biết chi tiết về các ứng dụng TCP
/ IP. Song song đó, Sim808 cịn được thiết kế với cơng nghê tiết kiệm năng lượng với
dịng điện là 1.2mA ở chế độ Sleep.
2.2.2

Sơ đồ khối của Module Sim808

BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH

do an

9

Chương 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT

Hình 2.5 Sơ đồ khối Module Sim808[Tài liệ tham khảo 2.5]
Trong đó, bao gồm các khối cơ bản như sau:
 Power supply: là khối nguồn cấp cho sim 808, nguồn từ 3.4V đến 4.4V
dòng vọt lố có thể tới 2A.
 PMU: bộ chia nguồn đến các đơn vị lân cận.
 Khối xử lý trung tâm: thanh ghi xử lý tín hiệu analog và số.
 Khối nhận tần số sóng vơ tuyến: thu nhận sóng vơ tuyến bluetooth, GSM.
 Cơng cụ GPS: thu sóng GPS đưa tín hiệu vào bộ xử lý
 Mạch analog: tiếp nhận và xử lý tín hiệu analog, có bộ xử lý audio.
 Các chuẩn kết nối khác: Sim, UART, PCM, USB…
2.2.3

Sơ đồ chân Sim808

Hình 2.6 Sơ đồ chân của sim808[Tài liệu tham khảo 2.6]

Bảng 1.1 Chi tiết chân sim808.
BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH

do an

10


Chương 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT
Tên chân

Chân số

I/O

Miêu tả

VBAT

4,5,6

I

SIM808 có 3 chân VBAT, và nguồn
khoảng từ 3.4V đến 4.4V.

VRTC

17

I/O

Nguồn cung cấp cho RTC

VDD_EXT

7

O

Nguồn ngõ ra 2.8V

GND

1,2,3,18,28,34

GND

,36,40,51,52,5
4,64,65,67,68
PWRKEY

8

I

PWRKEY được kéo xuống mức thấp 1
giây để bật/tắt module

MIC1P

19

MIC1N

20

SPK1P

21

SPK1N

I

Ngõ vào Audio

22

O

Ngõ ra Audio

PCM_OUT

48

O

PCM_IN

47

I

PCM_SYNC

45

O

PCM_CLK

46

I

KBC3

59

I

KBC2

60

I

KBC1

61

I

KBC0

62

I

KBR3

55

O

KBR2

56

O

KBR1

57

O

KBR0

58

O

GPIO19

43

I/O

GPIO17

44

I/O

Các chân vào/ ra (I/O)

DTR

9

I

Thiết bị đầu cuối dữ liệu đã sẵn sàng

RI

10

O

Chân báo

Giao diện PCM cho Audio

Hỗ trợ bàn phím 4x4

BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH

do an

11


Chương 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT
DCD

11

O

Phát hiện dữ liệu

CTS

12

O

Xóa yêu cầu

RTS

13

I

Gửi yêu cầu

TXD

14

O

Chuyển dữ liệu

RXD

15

I

Nhận dữ liệu

VCHG

25

I

USB_DP

26

I/O

USB_DN

27

I/O

ADC0

23

ADC1

24

I

PWM1

42

O.

PWM GPIO2

PWM2

41

O

PWM GPIO3

SDA

38

I/O

Dữ liệu bus nối tiếp I2C

SCL

39

O

Xung clock I2C

SIM_VDD

29

O

Cung cấp điện cho thẻ SIM, hỗ trợ 1.8V

Gỡ lỗi và nâng cấp Firmware

Dùng để chuyển đổi từ Analog

hoặc 3V

SIM_DATA

30

I/O

Dữ liệu vào / ra của SIM

SIM_CLK

31

O

Xung clock

SIM_RST

32

O

SIM reset

SIM_DET

33

I

Nhận dạng, phát hiện sim

GSM_ANT

66

I/O

Kết nối ăng-ten GSM

BT_ANT

53

I/O

Kết nối ăng-ten Bluetooth

GPS_ANT

35

I

Kết nối ăng-ten GPS

RF_SYNC

63

O

Tín hiệu đồng bộ RF

RESET

16

I

Reset

1PPS

37

I

Đèn báo tín hiệu GPS

NETLIGHT

50

O

Đèn báo tính hiệu mạng

STATUS

49

O

Đèn báo nguồn

 Đặc điểm của sim808 về GMS/GPRS:
- Nguồn cấp : 3.4V – 4.4V.
BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH

do an

12


Chương 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT
- Tiêu thụ điện năng chế độ sleep là 1mA.
- Tốc độ tải dữ liệu xuống tối đa là 85.6kbps.
- Tốc độ truyền dữ liệu lên tối đa là 85.6kpbs.
- Tích hợp giao thức TCP/IP, PPP(point to point protocol).
- Hỗ trợ tin nhắn đa phương tiện: Text, MO(tin nhắn gửi đi điện thoại ),
MT (tin nhắn gửi đến điện thoại) và tin nhắn tin nhắn được lưu trong sim.
- Nguồn cấp cho Sim Card: 1.8V- 3V.
- Tốc độ bauds hỗ trợ từ 1200 kpbs đến 460800 kpbs.
- Hỗ trợ RTC thời gian thực.
- Các câu lệnh, cảnh báo sử dụng tập lệnh AT.
 Đặc điểm của sim 808 về GPS:
-

Độ chính xác về tọa độ, đơn vị m.

-

Độ cính xác về tốc độ, đơn vị m/s.

-

Độ chính xác về thời gian, đơn vị nS.

-

Tần số cập nhật tín hiệu nhận về là 5 hz.

-

Mức tiêu thụ điện năng khi theo dõi liên tục.

2.3 KHỐI NGOẠI VI:
2.3.1. Khối lưu trữ dữ liệu
Để lưu trữ dữ liệu nhóm em sử dụng thẻ microSD
Card (Secure Digital Card) là một định dạng thẻ nhớ được sử dụng để lưu trữ dữ liệu
chủ yếu dùng trên các thiết bị di động (máy ảnh, điện thoại v.v…).

Hình 2.7 Một số loại thẻ nhớ.

BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH

do an

13

Chương 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT
Định dạng thẻ SD được chia làm 4 loại gồm: Hiệu suất tiêu chuẩn SDSC Standard
Capacity; Hiệu suất cao SDHC – High Capacity; Hiệu suất mở rộng SDXC - eXtended
Capacity (SDXC); và loại thẻ kết hợp đầu vào/đầu ra với chức năng lưu trữ dữ liệu
SDIO – input/output. Bốn định dạng này được được thiết kế dựa trên Ba hình thức,
kích thước là: SD (tiêu chuẩn thơng thường), miniSD (hình thức nhỏ hơn SD) và
microSD (hình thức rất nhỏ).

Các chân giao tiếp của SD card với vi điều khiển:

Hình 2.8 Các chân của SD Card.[Tài liệu tham khảo 2.7]
Chức năng các chân:
 Chân 1: CS (Chip Select) là chân chọn chip dùng trong mode SPI, chân
này nối với chân chọn chip của chip điều khiển (AVR).
 Chân 2: DI (Data input) hay là chân MOSI của chuẩn SPIm, chân này cần
kết nối với chân MOSI trên chip điều khiển (AVR).
 Chân 3, 6: là các chân GND.
 Chân 4: là chân nguồn.
 Chân 5: CLK là chân giữ nhịp trong mode SPI, chân này sẽ được kết nối
với SLK trên chip điều khiển (AVR).
 Chân 7: DO (Data Output) hay chân MISO của chuẩn SPI, chân này được
nối với chân MISO trên chip điều khiển (AVR).
BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH

do an

14

CHƯƠNG 3: TÍNH TỐN VÀ THIẾT KẾ

CHƯƠNG 3: TÍNH TỐN VÀ THIẾT KẾ
3.1

GIỚI THIỆU.
Thiết kế và tính tốn hệ thống là phần rất quan trọng vì nó sẽ quyết định vận

hành của hệ thống cũng như tính ổn định khi hoạt động. Với đề tài này, cần thiết kế
các khối như sau:
 Khối nguồn.
 Khối vi xử lý.
 Khối sim 808.
 Khối giao tiếp.
 Khối lưu dữ liệu micro SD card.
 Các ngoại vi.
Mỗi khối đều có những yêu cầu kỹ thuật và tính đặc thù riêng, do đó, để có
được mạch hồn chình ta cần khảo sát chi tiết về ngun lý của từng khối.

3.2

TÍNH TỐN VÀ THIẾT KẾ HỆ THỐNG.

3.2.1 Thiết kế sơ đồ khối hệ thống
Sơ đồ khối là một phần rất quan trọng. Do vậy, với đề tài này ta có thể thơng
qua ngun lý vận hành qua sơ đồ khối biết hoạt động của mạch.

Hình 3.1 Sơ đồ khối hệ thống.
BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH

do an

20


CHƯƠNG 3: TÍNH TỐN VÀ THIẾT KẾ
Chức năng tổng qt của các khối:
Nguồn cung cấp: đây là khối quyết định mạch có vận hành đươc hay khơng.
Nguồn cấp cho bộ não vi xử lý, cấp cho trái tim chính là Sim 808 và các bộ phận
khác là các ngoại vi nối thêm.
Khối xử lý trung tâm: dùng vi xử lý STM32 F103 C8T6 điều khiển vận
hành cho mạch. Chip sử dụng các chuẩn giao tiếp SPI, UART, I2C điề khiển các
ngoại vi. Giao tiếp với các ngoại vi gắn thêm như led, các cảm biến.
Khối sim 808: Đây là khối đảm nhận trách nhiệm nhân dữ liệu GPS và gửi
dữ liệu mà nó nhận vê qua GSM/GPRS. Thơng qua tập lênh AT ta có thể vận hành
nó.
Lưu trữ dữ liệu: thẻ SD card đảm nhận nhiệm vụ này, khi nó dữ liệu trả về
nó sẽ lưu lại đồng thời xuất ra thông tin mới cập nhật để sim gởi lên Web.
Khối giao tiếp RS232: giao tiếp với cổng COM để có thể truyền nhân dữ
liệu với bên ngồi dùng kết nối dây, phương thức hoạt động:
 Truyền dữ liệu qua cổng nối tiếp RS232 được thực hiện không đồng
bộ. Mỗi lần chỉ truyền 1 bit( mã ASCII). Có bit bắt đầu và kết thúc
truyền
 Tốc độ Baud: Tham số này chính là đặc trưng cho q trình truyền dữ
liệu qua cổng nối tiếp RS232 là tốc độ truyền nhận dữ liệu. Một số tốc
độ Baud thường dùng: 50, 75, 110, 150, 300, 600, 1200, 2400, 4800,
9600, 19200, …
 Bit chẵn lẻ hay Parity bit: Đây là bit kiểm tra lỗi trên đường truyền
Ngoại vi khác: có các đèn hiển thị và buzzer báo hiệu, đồng thời mạch có

đưa ra một số chân để giao tiếp cảm biến.
3.2.2 Tính tốn và thiết kế mạch
a. Khối giao tiếp gửi và nhận thông tin:
Để phù hợp với mục đích sử dụng nhóm em chọn sim808 vì

BỘ MƠN ĐIỆN TỬ CƠNG NGHIỆP – Y SINH

do an

21


CHƯƠNG 3: TÍNH TỐN VÀ THIẾT KẾ
 Thứ nhất: sim808 tích hợp cả GPS và GSM nên dễ dàng cho việc thiết kế
mạch
 Thứ hai: sim808 bản chất là sim900 đã ra mắt từ trước và thêm phần GPS
nên việc sử dụng tương tự như sim 900 chỉ thêm phần GPS. Sim thực hiện
tập lênh AT.
Sơ đồ khối sim808:

Hình 3.2 Sơ đồ nguyên lý khối sim.
 Mạch sử dụng nguồn 3.4V đến 4.4V (khuyến nghị 4V) dòng khởi động 2A,
dòng cho chế độ ngủ là 1.07mA. Hỗ trợ mạch sạc pin dự phịng, tụ C1 và
C42(hình) lọc áp.
 Pin 3V cấp cho bộ đếm thời gian thực.

Hình 3.3 Nguồn Pin 3V RTC.
BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH

do an

22


CHƯƠNG 3: TÍNH TỐN VÀ THIẾT KẾ
 2 antenna: GPS và GSM.
-

GSM:

Hình 3.4 Mạch kết nối antenna.[tài liệu tham khảo 3.1]
Theo datasheet sim808, nhóm thực hiện đã tham khảo, R101 =0 Ω và 2 tụ
C101,C102 để chống hiện tượng phóng điện do điện tĩnh ESD. Đầu nối RF phải
được đặt gần module sim808. Phần ghép nối này có thể được đơn giản hóa đi. Nếu
khơng gian giữa pin và module khơng nhiều có thể kết nối đơn giản hóa. Nhóm
quyết định thiết kế:

Hình 3.5 Antenna kết nối sim808.
-

GPS:

Ăng-ten hoạt động có bộ khuyếch đại tạp âm thấp (LNA) tích hợp[tài liệu
tham khảo ]. Cuộn L101 có tác dụng lọc dịng tín hiệu ngăn tín hiệu rị RF khác vào
đường truyền, giá tri khuyến nghị là L101 không bé hơn 27 nH. Và nhóm chon
dùng cuộn dây 68 nH. R102 có tác dụng bảo vệ mạch trong trường hợp antenna
đang hoạt động bị ngắn mạch. Và tương tự cho antenna GSM ta lược bỏ phần ghép
nối với antenna.

BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH

do an

23


CHƯƠNG 3: TÍNH TỐN VÀ THIẾT KẾ

Hình 3.6 mạch kết nối antenna GPS.[tài liệu tham khảo 3.2]
Dựa vào các thông tin thu thập được nhóm quyết định thiết kế như hình sau:

Hình 3.7 Antenna kết nối GPS.
 3 led hiển thị trạng thái làm việc.
Mạch dùng 3 led để hiển thị thơng tin về sim808. Đó là led báo nguồn hoạt
động, led báo chế độ mạng GPRS và led báo tín hiệu GPS. Qua mỗi led ta gắn trở 1
kΩ để hạn dịng.

Hình 3.8 Khối hiển thị.
 Mạch giao tiếp chuẩn UART, tốc độ baud cài đăt là 9600.
BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH

do an

24


CHƯƠNG 3: TÍNH TỐN VÀ THIẾT KẾ

Hình 3.9 Sơ đồ kết nối uart.[tài liệu tham khảo 3.3]
Nếu sử dụng điện áp của uart mức 3V-3.3V thì ta có thể sử dụng kết nối như

hình trên. Khi một diode sử dụng để cô lập điện áp chéo, nên chú ý rằng có điện áp
trên diode. Và mức điện áp của tín hiệu phải đáp ứng được tính chất điện của khách
hàng. Diode đề xuất là schottky. Theo đề xuất nhóm thiết kế như sau:

Hình 3.10 Mạch giao tiếp uart .
 Switch reset Sim
Để gắn thẻ sim giao tiếp với sim808 ta cần khay sim. Khay gồm các chân giao tiếp:

Hình 3.11 Khay sim.
 SIM DATA : chân dữ liệu
BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH

do an

25


CHƯƠNG 3: TÍNH TỐN VÀ THIẾT KẾ
 SIM CLK: chân xung
 SIM VDD: chân nguồn cấp 3V
 SIM RST: reset
Các chân có mắc điện trở 20 Ohm hạn dịng. Tụ C45 cách ly áp giữa SIM_VDD với
GND. Chân dữ liệu kết nối với chân 30 của module sim 808. Chân CLK nhận xung
clock từ module sim 808. Nguồn cấp cho khay là 1.8 V.
Mạch bảo vệ sử dụng ic SMF05C.

Hình 3.12 SMF05C.
Thực chất là 5 diode zenner, có chức năng ghim áp giúp linh kiện hoạt động
ổn định.
b. Khối xử lý trung tâm:

Sau quá trình tìm hiểu và sự hướng dẫn của giáo viên hướng dẫn nhóm em
chọn vi điều khiển ARM. Cụ thể là STM32 F103 C8T6 với ưu điểm cấu hình tương
đối và giá thành hợp lý phù hợp nhu cầu:
- Lõi : ARM 32 bit Cortex M3
- Hỗ trợ nạp theo chuẩn SW và JTAG.
- Gói thư viện hỗ trợ của hãng STMicroelectronics
- Tần số hoạt động 72 MHz
- Bộ nhớ : 64 Kb Flash , 20Kb SRAM
- 48 chân:

BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH

do an

26