(Đồ án hcmute) thi công và thiết kế mô hình xe tự hành theo chỉ dẫn từ smartphone

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP.HCM
KHOA ĐIỆN - ĐIỆN TỬ

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

THI CÔNG VÀ THIẾT KẾ MƠ HÌNH XE TỰ HÀNH
THEO CHỈ DẪN TỪ SMARTPHONE

GVHD: ThS.NGUYỄN VĂN HIỆP
SVTH: NGUYỄN VĂN NAM
MSSV: 12141143
SVTH: TRƯƠNG HOÀNG PHÚ
MSSV: 12141171

SKL 0 0 4 4 9 7

Tp. Hồ Chí Minh, tháng 07/2016

do an


TRƯỜNG ĐẠI HỌC SPKT TPHCM
Khoa Điện - Điện Tử
Bộ Môn Điện Tử Cơng Nghiệp

CỘNG HỊA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM
Độc lập - Tự do - Hạnh phúc
Tp. Hồ Chí Minh, ngày.....tháng...... năm 2015

LỊCH TRÌNH THỰC HIỆN ĐỜ ÁN TỚT NGHIỆP
Họ tên sinh viên 1: Trương Hoàng Phú
Lớp: 12141DT2C
MSSV:12141171
Họ tên sinh viên 2: Nguyễn Văn Nam
Lớp: 12141DT2C
MSSV:12141143
Tên đề tài: Thi cơng và thiết kế mơ hình xe tự hành theo chỉ dẫn từ Smartphone
Tuần/ngày
Tuần 1
Tuần 2

Nội dung
Tìm giáo viên hướng dẫn, trình bày và chọn đề
tài.
Đề cương chi tiết về các nội dung cần nghiên cứu,
tìm mua mơ hình xe.

 Đề ra hướng giải quyết nhằm đáp ứng các yêu
cầu đề ra ban đầu.
 Tiếp tục tìm mua mơ hình xe phù hợp (nếu
chưa có)
 Giao thức truyền thơng Internet Client – Server
 Cách sử dụng máy chủ ảo Google
Spreadsheets.
 Hệ thống định vị toàn cầu GPS.
Tuần 4+5
 Nghiên cứu VĐK ARM STM32F10x, đại
cương về KIT STM32F103VET6.
 Nghiên cứu cách điều khiển module Arduino

Nano
 Tìm hiểu cách sử dụng và giao tiếp giữa vi
điều khiển với các module và cảm biến có sử
dụng.
Tuần 6+7+8+9  Tương tác dữ liệu giữa vi điều khiển ARM với
máy chủ và điện thoại với máy chủ.
 Nghiên cứu cơ bản về hệ điều hành Android.
 Tích hợp Google Maps API, Places API vào
trong Android Project.
 Viết ứng dụng điều khiển, giám sát và thiết lập
hoạt động cho xe.
Tuần 10+11
 Viết chương trình cho vi điều khiển thực hiện
các chức năng đã đề ra ban đầu.
 Thiết kế và thi công các mạch chức năng.
 Hồn thành mơ hình.
T̀n 3

do an

Xác nhận GVHD


Tuần 12+13

Tuần 14+15
Tuần 16

 Vận hành thử hệ thống.
 Kiểm tra tính ổn định của sản phẩm, hồn thiện

sản phẩm.
Viết báo cáo, tạo slide báo cáo.
Hoàn thành đề tại, tiến hành bảo vệ đề tài.
GV HƯỚNG DẪN
(Ký và ghi rõ họ và tên)

do an


TRƯỜNG ĐH SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP. HCM
KHOA ĐIỆN-ĐIỆN TỬ
BÔ MƠN ĐIỆN TỬ CƠNG NGHIỆP

CỘNG HỊA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM
Độc lập - Tự do - Hạnh phúc

PHIẾU ĐÁNH GIÁ KHĨA LUẬN TỚT NGHIỆP
I. Thơng tin chung
- Họ và tên sinh viên: Nguyễn Văn Nam

MSSV: 12141143

- Họ và tên sinh viên: Trương Hoàng Phú

MSSV: 12141171

- Tên đề tài: THI CƠNG VÀ THIẾT KẾ MƠ HÌNH XE TỰ HÀNH THEO CHỈ DẪN

TỪ SMARTPHONE
- Họ và tên giáo viên hướng dẫn: Nguyễn Văn Hiệp

II. Nhận xét về khóa luận
2.1. Đánh giá chung (hoàn thành bao nhiêu phần trăm mục tiêu của đề tài):
............................................................................................................................................................
............................................................................................................................................................
2.2. Ưu điểm của đề tài:
............................................................................................................................................................
............................................................................................................................................................
2.3. Khuyết điểm của đề tài:
............................................................................................................................................................
............................................................................................................................................................
2.4. Thái độ làm việc của sinh viên:
............................................................................................................................................................
............................................................................................................................................................
2.5. Kết quả chính thu được:
............................................................................................................................................................
............................................................................................................................................................
2.6. Đề nghị:

Được bảo vệ

Khơng được bảo vệ
Tp. HCM, ngày … tháng… năm 2016
Giáo viên hướng dẫn
(Ký và ghi rõ họ tên)

do an


PHIẾU GIAO NHIỆM VỤ ĐỜ ÁN TỚT NGHIỆP
1. Thơng tin sinh viên

Họ và tên: Trương Hoàng Phú

MSSV: 12141171

Tel: 01685503078

Email:

Họ và tên: Nguyễn Văn Nam

MSSV: 12141143

Tel: 0979963624

Email:

2. Thông tin đề tài

Tên của đề tài: THI CÔNG VÀ THIẾT KẾ MƠ HÌNH XE TỰ HÀNH THEO
HƯỚNG DẪN TỪ SMARTPHONE.
Mục đích của đề tài: cũng cố các kiến thức chuyên ngành cũng như trao dồi các kiến thức
mới và các kỹ năng để chuẩn bị cho các công việc sắp tới sau khi tốt nghiệp. Thiết kế ra
một sản phẩm công nghệ có tiềm năng phát triển trong tương lai tại Việt Nam trong lĩnh
vực giao thông vận tải.
Đồ án tốt nghiệp được thực hiện tại: Bộ môn Điện Tử Công Nghiệp, Khoa Điện - Điện
Tử, Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật Thành Phố Hồ Chí Minh.
Thời gian thực hiện: Từ ngày

21/3/2016 đến

7/7/2016

3. Các nhiệm vụ cụ thể của đề tài

-

-

Tìm hiểu hệ thống định vị tồn cầu GPS.
Nghiên cứu VĐK ARM STM32F10x, đại cương về KIT STM32F103VET6. Viết
chương trình điều khiển cho VĐK này bằng phần mềm KeilC v5, khai báo sử
dụng các ngoại vi.
Nghiên cứu cách điều khiển KIT Arduino Nano, viết chương trình điều khiển cho
nó với Arduino IDE.
Tìm hiểu cách sử dụng các module cảm biến, giao tiếp chúng với vi điều khiển để
thực hiện các chức năng như định vị, tránh vật cản tĩnh, xác định hướng đi.
Nghiên cứu và ứng dụng giao thức truyền thơng Client – Server.
Tìm hiểu cách sử dụng Google Spreadsheets (máy chủ ảo).
Tìm hiểu hệ điều hành Android, cách sử dụng phần mềm Android Studio.
Viết ứng dụng điện thoại để điều khiển, giám sát và thiết lập hoạt động cho mơ
hình. Đăng ký API Key cho ứng dụng.
Tính tốn thiết kế và thi công các mạch chức năng (nguồn, công suất).
Thi cơng mơ hình hồn chỉnh.
Vận hành thử mơ hình.
Cân chỉnh mơ hình.
Viết cuốn báo cáo đề tài.
Báo cáo đề tài tốt nghiệp.

do an

4. Lời cam đoan của sinh viên

Chúng tôi – Trương Hoàng Phú và Nguyễn Văn Nam cam đoan ĐATN là cơng trình
nghiên cứu của chúng tơi dưới sự hướng dẫn Thạc sỹ Nguyễn Văn Hiệp.
Các kết quả công bố trong ĐATN là trung thực và không sao chép từ bất kỳ cơng trình
nào khác.
Tp.HCM, ngày tháng
SV thực hiện đồ án

năm 2016

Tp.HCM, ngày tháng năm 2016
Giáo viên hướng dẫn
(Ký ghi rõ họ tên và học hàm học vị)

Xác nhận của Bộ Môn

do an


LỜI CAM ĐOAN
Đề tài này là do chúng tôi tự thực hiện dựa vào một số tài liệu và không sao chép từ tài
liệu hay cơng trình đã có trước đó. Nếu có bất kỳ sự gian lận nào chúng tôi xin chịu trách
nhiệm về nội dung đồ án của mình.
TP.HCM, ngày 7 tháng 7 năm 2016
Người thực hiện
Nguyễn Văn Nam

Trương Hoàng Phú

i

do an


LỜI CẢM ƠN


Chúng em xin chân thành cảm ơn quý thầy, cô Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ
Thuật TP.HCM đã tận tình dạy dỗ chúng em trong suốt những năm qua. Trong đó phải kể
đến q thầy cơ trong khoa Điện – Điện Tử đã truyền đạt những kiến thức, kinh nghiệm
cùng với sự đam mê của mình như đốt lên những ngọn lửa đam mê khám phá trong mỗi
chúng em và rồi từ những kiến thức, đam mê đó chúng em kết lại thành một đồ án cuối
cùng, đồ án tốt nghiệp do chính tay mình tạo ra, nó như một bàn đạp đầu tiên để bước
vào những cánh cửa lớn hơn.
Đặc biệt, nhóm xin chân thành cảm ơn thầy Nguyễn Văn Hiệp đã tận tình giúp đỡ
chúng em trong quá trình lựa chọn đề tài và hỗ trợ chúng em trong quá trình thực hiện đề
tài. Trong quá trình thực hiện đồ án cũng xảy ra nhiều khó khăn, thiếu sót nhưng được sự
đơn đốc và góp ý của thầy chúng em đã gặt hái được nhiều kiến thức và kinh nghiệm.
Một lần nữa chúng em xin cảm ơn thầy. Bên cạnh đó, nhóm chúng em xin cảm ơn thầy
Nguyễn Đình Phú, thầy Nguyễn Tấn Như đã cho chúng em mượn phòng D401 để tham
khảo tài liệu và thực hiện đồ án. Và cũng gửi lời cảm ơn đến những người bạn đã đóng
góp ý kiến, động viên tinh thần giúp cho nhóm thực hiện đề tài đạt hiệu quả hơn.
Cuối cùng, chúng con chân thành cảm ơn sự động viên và hỗ trợ của gia đình và
cha mẹ trong suốt thời gian học tập. Chúng con xin gửi lời cảm ơn trân trọng nhất đến
cha mẹ, người đã sinh ra và nuôi dưỡng chúng con nên người cũng như là tạo điều kiện
thuận lợi để chúng con có thể hồn thành đề tài của mình.
TP.HCM, ngày 7 tháng 7 năm 2016

Sinh viên thực hiện đồ án

Nguyễn Văn Nam

Trương Hoàng Phú

ii

do an


MỤC LỤC
LỜI CAM ĐOAN ............................................................................................................ i
LỜI CẢM ƠN ................................................................................................................. ii
MỤC LỤC ...................................................................................................................... iii
LIỆT KÊ HÌNH VẼ ........................................................................................................ v
LIỆT KÊ BẢNG ........................................................................................................... vii
TÓM TẮT .................................................................................................................... viii
Chương 1. TỔNG QUAN ............................................................................................... 1
1.1. ĐẶT VẤN ĐỀ..................................................................................................... 1
1.2. MỤC TIÊU .......................................................................................................... 2
1.3. NỘI DUNG NGHIÊN CỨU ............................................................................... 2
1.4. GIỚI HẠN ........................................................................................................... 2
1.5. BỐ CỤC .............................................................................................................. 3
Chương 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT .................................................................................... 4
2.1. HỆ THỐNG ĐỊNH VI TOÀN CẦU (GPS) VÀ HỆ TOẠ ĐỘ ĐỊA LÝ ............ 4
2.2. GIAO THỨC HTTP– TCP/IP............................................................................. 9
2.2.1. TCP/IP ........................................................................................................... 9
2.2.2. GIAO THỨC HTTP .................................................................................... 10
2.3. HỆ ĐIỀU HÀNH ANDROID ........................................................................... 15

2.3.1. TỔNG QUAN ............................................................................................. 15
2.3.2. GIỚI THIỆU VỀ NỀN TẢNG CỦA HỆ ĐIỀU HÀNH ANDROID: ........ 16
Chương 3. TÍNH TỐN VÀ THIẾT KẾ ..................................................................... 24
3.1. TỔNG QUAN VỀ U CẦU THIẾT KẾ HỆ THỐNG .................................. 24
3.2. TÍNH TỐN VÀ THIẾT KẾ HỆ THỐNG ...................................................... 25
3.2.1. THIẾT KẾ SƠ ĐỒ ĐIỀU KHIỂN .............................................................. 26
3.2.2. TÍNH TỐN VÀ THIẾT KẾ MƠ HÌNH XE ............................................ 27
3.2.3. SERVER INTERNET ................................................................................. 41
3.2.4. PHẦN MỀM ỨNG DỤNG TRÊN ĐIỆN THOẠI .................................... 45
Chương 4. THI CÔNG HỆ THỐNG ............................................................................ 49
4.1. THI CÔNG HỆ THỐNG: ................................................................................. 49
4.1.1 BOARD ĐIỀU KHIỂN ................................................................................ 49
4.1.2 GIAO TIẾP MODULE WIFI VỚI WEB SERVER (GOOGLE
SPREADSHEET) .................................................................................................. 50
4.2. LẬP TRÌNH BOARD ĐIỀU KHIỂN ............................................................... 54
4.2.1. NỘI DUNG CHƯƠNG TRÌNH ĐIỀU KHIỂN ......................................... 54
4.2.2. LƯU ĐỒ GIẢI THUẬT ............................................................................. 55
iii

do an


4.2.3. PHẦN MỀM KEIL C LẬP TRÌNH CHO VI ĐIỀU KHIỂN ARM ........... 62
4.2.4. CHƯƠNG TRÌNH TRÊN BOARD ĐIỀU KHIỂN .................................... 65
4.3. LẬP TRÌNH ỨNG DỤNG TRÊN ANDROID................................................. 68
4.3.1. NỘI DUNG CHƯƠNG TRÌNH ANDROID .............................................. 68
4.3.2. LƯU ĐỒ GIẢI THUẬT ............................................................................. 69
4.3.3. PHẦN MỀM ANDROID STUDIO ............................................................ 73
4.3.4. CHƯƠNG TRÌNH TRÊN ANDROID. ...................................................... 74
4.4. HƯỚNG DẪN SỬ DỤNG VÀ VẬN HÀNH HỆ THỐNG ............................. 87

4.4.1 HỆ THỐNG XE ........................................................................................... 87
4.4.2 PHẦN MỀM ĐIỆN THOẠI ........................................................................ 87
Chương 5: KẾT QUẢ_NHẬN XÉT_ĐÁNH GIÁ ....................................................... 90
5.1. SẢN PHẨM SAU KHI HOÀN THÀNH ......................................................... 90
5.1.1. MƠ HÌNH XE ............................................................................................. 90
5.1.2. ỨNG DỤNG TRÊN ĐIỆN THOẠI ............................................................ 91
5.2. KẾT QUẢ CHẠY HỆ THỐNG ........................................................................ 93
5.2.1. MƠ HÌNH XE ............................................................................................. 93
5.2.2. ỨNG DỤNG TRÊN ĐIỆN THOẠI ............................................................ 97
5.2.3. CLOUD SERVER (GOOGLE SPREADSHEETS) ................................... 98
5.3. KIẾN THỨC CĨ ĐƯỢC TRONG Q TRÌNH THIẾT KẾ SẢN PHẨM .... 98
Chương 6. KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN .................................................. 99
6.1. KẾT LUẬN ....................................................................................................... 99
6.2. HƯỚNG PHÁT TRIỂN .................................................................................... 99
TÀI LIỆU THAM KHẢO ........................................................................................... 100
PHỤ LỤC .................................................................................................................... 101

iv

do an


LIỆT KÊ HÌNH VẼ
Hình
Trang
Hình 2.1: Cách sắp xếp kinh độ và vĩ độ trên trái đất .................................................. 6
Hình 2.2: Phân bố kinh tuyến trên trái đất .................................................................... 7
Hình 2.3: Biểu thức toạ độ của tích vơ hướng .............................................................. 8
Hình 2.4: Biểu diễn đoạn đường di chuyển AD trên mặt phẳng toạ độ ........................ 9
Hình 2.5: Mơ hình truyền dữ liệu của TCP/IP .............................................................. 10

Hình 2.6: Mơ hình truyền thơng Client – Server .......................................................... 11
Hình 2.7: Cấu trúc của một URL. ................................................................................. 12
Hình 2.8: Quy trình hoạt động của kết nối HTTP ......................................................... 13
Hình 2.9: Cú pháp của một HTTP yêu cầu ................................................................... 14
Hình 2.10: Cú pháp của một HTTP trả lời .................................................................... 15
Hình 2.11: Kiến trúc của HĐH Android ....................................................................... 16
Hình 2.12: Nội dung mặc định của một Manifest.xml.................................................. 17
Hình 2.13: Nội dung mặc định của một tập tin .java .................................................... 18
Hình 2.14: Tạo một Activity mới. ................................................................................. 18
Hình 2.15: Vịng đời của một Activity.......................................................................... 19
Hình 2.16: Chuyển đổi giữa 2 Activity ......................................................................... 20
Hình 2.17: Vịng đời của một Service ........................................................................... 21
Hình 2.18: Một số thiết bị/cảm biến định vị GPS ......................................................... 21
Hình 2.19: Một số thiết bị/cảm biến đo khoảng cách ................................................... 22
Hình 2.20: Xử lý ảnh cho xe ô tô .................................................................................. 22
Hình 2.21: Cảm biến la bàn số HMC5883L ................................................................. 22
Hình 3.1: Sơ đồ khối của hệ thống. ............................................................................... 25
Hình 3.2: Sơ đồ điều khiển............................................................................................ 26
Hình 3.3: Mơ hình xe. ................................................................................................... 27
Hình 3.4: Hình dáng và sơ đồ mạch điện bên trong của TIP122. ................................. 28
Hình 3.5: Sơ đồ nguyên lý của khối khuếch đại công suất. .......................................... 29
Hình 3.6: Hình module ESP8266-01 ............................................................................ 30
Hình 3.7: Module GPS Ublox Neo 7M. ........................................................................ 31
Hình 3.8: Module cảm biến HMC5883L ...................................................................... 32
Hình 3.9: Vector lực từ tại điểm đo .............................................................................. 32
Hình 3.10: Hình ảnh thực tế cảm biến siêu âm SRF-05 .............................................. 33
Hình 3.11: Dạng sóng điều khiển và phản hồi của SRF-05 .......................................... 34
Hình 3.12: Dạng sóng điều khiển động sơ RC Servo 9G. ............................................ 34
Hình 3.13: Khung truyền của UART ............................................................................ 36
Hình 3.14: IC ổn áp 5V LM7805. ................................................................................. 38

Hình 3.15: Sơ đồ kết nối IC ổn áp 5V LM7805........................................................... 38
Hình 3.16: Hình ảnh thực tế IC AMS1117 ................................................................... 38
Hình 3.17: Sơ đồ kết nối IC AMS1117 ......................................................................... 39
Hình 3.18: Sơ đồ mạch của khối nguồn. ....................................................................... 40
Hình 3.19: Sơ đồ nguyên lý phần kết nối. ..................................................................... 40
Hình 3.20: Sơ đồ nguyên lý phần mạch công suất. ....................................................... 41
Hình 3.21: Giao diện của một Spreadsheet ................................................................... 42
Hình 3.22: Tạo một Google Form mới. ........................................................................ 43
Hình 3.23: Sửa tên cho các tiêu đề ................................................................................ 43
v

do an


Hình 3.24: Liên kết Form với Spreadsheets.................................................................. 44
Hình 3.25: Tạo thành cơng một Spreadsheets............................................................... 44
Hình 3.26: Form hồn chỉnh ......................................................................................... 44
Hình 3.27: Giới thiệu .................................................................................................... 45
Hình 3.28:Trợ giúp ........................................................................................................ 46
Hình 3.29: Cảnh báo(trái), Hồn thành(phải) .............................................................. 46
Hình 3.30: Điều khiển. .................................................................................................. 47
Hình 4.1: Sơ đồ mạch in phần mạch nguồn .................................................................. 50
Hình 4.2: Sơ đồ mạch in phần mạch cơng suất. ............................................................ 50
Hình 4.3: Lỗi 400 Bad Request từ máy chủ .................................................................. 51
Hình 4.4: DeviceID ....................................................................................................... 52
Hình 4.5: Máy chủ cập nhật dữ liệu mới được yêu cầu. ............................................... 52
Hình 4.6: Máy chủ chứa dữ liệu đường đi. ................................................................... 53
Hình 4.7: Dữ liệu trả về từ máy chủ khi được yêu cầu ................................................. 53
Hình 4.8: Dữ liệu nhận về ESP8266 ............................................................................. 54
Hình 4.9: Chọn dịng Arm sử dụng ............................................................................... 63

Hình 4.10: Thêm thư viện vào project .......................................................................... 64
Hình 4.11: Thêm file.h vào ........................................................................................... 64
Hình 4.12 : Biên dịch và nạp code ................................................................................ 65
Hình 4.13: Chọn thiết bị và phiên bản Android ............................................................ 74
Hình 4.14: Hồn tất tạo project .................................................................................... 74
Hình 4.15: Biểu tượng của ứng dụng. .......................................................................... 87
Hình 4.16: Giao diện khởi động ứng dụng ................................................................... 87
Hình 4.17: Giao diện hướng dẫn sử dụng ứng dụng ..................................................... 87
Hình 4.18: Tìm kiếm điểm đến. .................................................................................... 88
Hình 4.19: Hiển thị quãng đường.................................................................................. 88
Hình 4.20: Thơng báo hồn thành qng đường........................................................... 89
Hình 4.21: Cảnh báo sự cố. ........................................................................................... 89
Hình 5.1: Board mạch sau khi đã in và lắp ráp linh kiện ............................................. 90
Hình 5.2: Mơ hình xe sau khi đã hồn thành ............................................................... 91
Hình 5.3: Biểu tượng của ứng dụng. ............................................................................ 91
Hình 5.4: Giao diện khởi động ứng dụng và hướng dẫn sử dụng ................................ 92
Hình 5.5: Giao diện tìm kiếm điểm đến. ....................................................................... 92
Hình 5.6: Giao diện hiển thị lộ trình xe sẽ chạy ........................................................... 92
Hình 5.7: Thơng báo hồn thành qng đường............................................................. 93
Hình 5.8: Cảnh báo sự cố. ............................................................................................. 93
Hình 5.9: Dữ liệu các lộ trình. ...................................................................................... 96

vi

do an


LIỆT KÊ BẢNG
Bảng Trang
Bảng 4.1: Liệt kê linh kiện sử dụng trên board ............................................................. 49

vii

do an


TĨM TẮT
Giao thơng thơng minh hay thành phố thơng mình, những thuật ngữ khơng cịn
q xa lạ trên thế giới và tại Việt Nam thì nó đã dần hình thành một cái nhìn ngày càng
rõ nét hơn về một cuộc sống đầy văn minh trong tương lai. Xe tự hành là một trong
những dự án nhằm xây dựng một hệ thống giao thông thông minh.
Sự ra đời của các thiết bị điều khiển từ xa là bược ngoạt lớn cho nền KH-KT của
nhân loại. Xe điều khiển từ xa là một trong số đó, người dùng có thể thoải mái điều
khiển xe theo ý mình mà khơng cần phải lại gần. Dần dần, khoảng cách điều khiển
ngày càng được tăng xa hơn và dần vụt khỏi tầm mắt của con người. Lúc này có một
giải pháp đặt ra là thiết lập một dữ liệu quãng đường hẵn hoi để xe tự chạy, ngồi ra nó
cũng sẽ được trang bị đầy đủ các hệ thống cảm biến, phân tích dữ liệu để giúp chạy xe
an toàn và tuân thủ luật lệ giao thơng. Đây là một chủ đề khó nhưng khơng phải là
khơng thể làm được, nếu thành cơng thì nó sẽ đem lại rất nhiều lợi ích cho nước nhà
(giảm thiểu tai nạn giao thơng, giảm thiểu các chi phí y tế, tiết kiệm nhiên liệu, tiết
kiệm thời gian và bảo vệ mơi trường). Đó chính là lý do nhóm em chọn đề tài: Thiết kế
và thi cơng mơ hình xe tự hành theo chỉ dẫn từ Smartphone. Mơ hình này có khả năng
đi đến một điểm bất kỳ trên bản đồ giao thông nhờ khả năng định vị và xác định
hướng. Bên cạnh đó, chức năng tránh vật cản sẽ hỗ trợ xe vận hành an tồn khơng va
chạm và toàn bộ sẽ được thiết lập và giám sát trên Smartphone, mọi lúc mọi nơi đều
biết được xe đang ở đâu, đang đi đâu.
Với đề tài này, nhóm em mong muốn đề tài này sẽ là cơ sở nền tảng bước đầu
cho các nhóm sau có chung ý tưởng tiếp tục thực hiện. Nếu thành công, chắc chắn sẽ
là một bước tiến mạnh mẽ của nền KH-KT Việt Nam và hơn nữa nó sẽ giúp phát triển
ngành giao thơng vận tải của nước nhà lên một tầm cao mới.

viii

do an


CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN

Chương 1. TỔNG QUAN
1.1. ĐẶT VẤN ĐỀ
Ngày nay sự tiến bộ của KH-KT đã mang đến cho con người một cuộc sống ngày
càng văn minh và lý tưởng hơn. Cũng khơng q lắm khi nói như thế vì, ngày càng có
nhiều thiết bị “thơng minh” được ra đời nhằm giúp con người trong mọi lĩnh vực
(công-nông nghiệp, dịch vụ,…) và giao thơng là một trong số đó. Một phương tiện
giao thông thông minh được trang bị các thiết bị và cảm biến để thông báo cho tài xế
biết tình trạng của xe và hiện đại hơn nữa là một hệ thống xe tự hành và đó là lý do
nhóm em chọn đề tài này để thực hiện.
“Xe tự hành khơng cịn là viễn tưởng, khơng lâu nữa nó sẽ có mặt rộng rãi trên
tồn cầu. Mercedes - Benz, BMW, Tesla đã và đang chuẩn bị ra mắt những mẫu xe
được giới thiệu có khả năng tự vận hành và mạnh mẽ nhất là Google, họ đã tuyên bố
đang chạy thử nghiệm các mẫu xe tự hành trên đường phố California từ hè năm 2015.
Xe tự hành được chia ra thành 2 loại chính là bán tự động và hoàn toàn tự động:
 Loại xe hoàn toàn tự động là những mẫu xe có thể di chuyển từ điểm A đến điểm
B và tự xử lý các tình huống gặp phải trên đường mà không cần đến con người.
 Loại xe bán tự động là những loại xe chỉ có một số hệ thống tự động được trang
bị bên trong xe, nó địi hỏi lúc nào cũng phải có tài xế và những hệ thống này
nhằm hỗ trợ tài xế lưu thơng xe an tồn hơn.
Xe hơi có tính năng lái tự động sẽ ra mắt thị trường vào năm 2019.“Theo Tổ
chức IHC Automotive thì ước tính doanh số bán xe tự hành sẽ tăng lên 11,8 triệu
chiếc vào năm 2035. Trong số này, 7 triệu xe sẽ thuộc dạng bán tự hành, và 4,8 triệu

xe hoàn toàn di chuyển tự động.”
Những xe tự hành sẽ giúp giảm thiểu một cách đáng kể tai nạn giao thông hay
giảm bớt gánh nặng mà người điều khiển phải chịu đựng trên đường cao tốc hay khi
tắc đường bởi tất cả đều được tự động hóa. Hệ thống xe tự hành sẽ giúp từ việc phát
hiện điểm mù, cảnh báo làn đường khi khởi hành đến quản lý gia nhập làn đường và
thậm chí tự đậu xe,...
Hầu hết các nguyên nhân chính gây ra tai nạn giao thơng chính là từ người tài xế.
Với xe tự hành, sự phân tâm khi mệt mỏi hay say rượu sẽ không ảnh hưởng tới khả
BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP

do an

1


CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN
năng làm chủ trên đường bởi nhiệm vụ này sẽ được máy tính phụ trách. Thật khó khi
kỳ vọng vào mức độ giảm thiểu tai nạn sẽ là 100% nhưng xe tự hành sẽ thay đổi đáng
kể con số chục ngàn trường hợp tử vong xảy ra mỗi năm tại nhiều quốc gia.

1.2. MỤC TIÊU
Về phần xe: hồn thành một mơ hình xe tự hành, xe sẽ được kết nối Enthernet để
giao tiếp với smartphone, kết nối giao tiếp với các module và cảm biến, tự động chạy
đến được một vị trí đã được đặt trước bằng smartphone và tự tránh các vật cản tĩnh
trên đường đi.
Về phần ứng dụng điện thoại: thiết kế và viết một ứng dụng hoàn chỉnh chạy
trên hệ điều hành Android, giao tiếp truyền nhận dữ liệu với mơ hình xe, tích hợp các
phương thức của Google Maps để thực hiện việc tìm kiếm địa điểm, đường đi, lấy các
thơng tin chỉ dẫn về đường đi gửi về mơ hình xe.

1.3. NỘI DUNG NGHIÊN CỨU


Nội dung 1: Tìm hiểu hệ thống định vị toàn cầu GPS.



Nội dung 2: Nghiên cứu VĐK ARM STM32F10x, đại cương về KIT
STM32F103VET6.



Nội dung 3: Nghiên cứu giao tiếp VĐK với các module, cảm biến và truyền
nhận dữ liệu thông qua Enthernet.



Nội dung 4: Nghiên cứu module cảm biến la bàn, cảm biến khoảng cách.



Nội dung 5: Tìm hiểu hệ điều hành Android.



Nội dung 6: Viết ứng dụng điều khiển xe, hiển thị tọa độ GPS, lộ trình di
chuyển trên giao diện Google Maps, thiết kế giao diện điều khiển.



Nội dung 7: Thiết kế mơ hình.



Nội dung 8: Đánh giá kết quả thực hiện.

1.4. GIỚI HẠN


Phụ thuộc hoàn tồn vào độ chính xác của các cảm biến.



Độ chính xác của định vị còn hạn chế, sai số khoảng 2-2,5m



Xuất hiện thời gian trễ của việc truyền dữ liệu giữa điện thoại và xe.



Không tránh được vật cản động.

BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP

do an

2

CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN


Chưa tn thủ luật giao thơng.

1.5. BỚ CỤC


Chương 1: Tổng Quan



Chương 2: Cơ Sở Lý Thuyết.



Chương 3: Thiết Kế và Tính Tóan



Chương 4: Thi cơng hệ thống



Chương 5: Kết Quả, Nhận Xét và Đánh Giá



Chương 6: Kết Luận và Hướng Phát Triển

Chương 1: Tổng Quan.
Chương này trình bày vấn đề dẫn nhập, lý do chọn đề tài, mục tiêu, nội dung
nghiên cứu, các giới hạn và bố cục đồ án.
Chương 2: Cơ Sở Lý Thuyết.
Giới thiệu các linh kiện, thiết bị sử dụng thiết kế hệ thống, các chuẩn truyền, giao
thức.
Chương 3: Tính Tốn Và Thiết Kế Hệ Thống.
Tính tốn thiết kế, đưa ra sơ đồ ngun lí của hệ thống.
Chương 4: Thiết Kế Hệ Thống.
Thiết kế hệ thống, lưu đồ, đưa ra giải thuật và chương trình.
Chương 5: Kết Quả, Nhận Xét, Đánh Giá.
Đưa ra kết quả đạt được sau một thời gian nghiên cứu, một số hình ảnh của hệ
thống, đưa ra những nhận xét, đánh giá toàn bộ hệ thống.
Chương 6: Kết Luận và Hướng Phát Triển.
Trình bày những kết luận về hệ thống những phần làm rồi và chưa làm, đồng thời
nếu ra hướng phát triển cho hệ thống.

BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP

do an

3


CHƯƠNG 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT

Chương 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT
2.1. HỆ THỚNG ĐỊNH VI TỒN CẦU (GPS) VÀ HỆ TOẠ ĐỘ ĐỊA LÝ
 Hệ thống định vị toàn cầu (Global Positioning System – GPS) là hệ thống xác
định vị trí dựa trên vị trí của các vệ tinh nhân tạo, do Bộ Quốc phòng Hoa Kỳ thiết kế,

xây dựng, vận hành và quản lý. Trong cùng một thời điểm, tọa độ của một điểm trên
mặt đất sẽ được xác định nếu xác định được khoảng cách từ điểm đó đến ít nhất ba vệ
tinh[3].
Các vệ tinh GPS bay vịng quanh Trái Đất hai lần trong một ngày theo một quỹ
đạo rất chính xác và phát tín hiệu có thơng tin xuống Trái Đất. Các máy thu GPS nhận
thông tin này và bằng phép tính lượng giác tính được chính xác vị trí của người dùng.
Về bản chất máy thu GPS so sánh thời gian tín hiệu được phát đi từ vệ tinh với thời
gian nhận được chúng. Sai lệch về thời gian cho biết máy thu GPS ở cách vệ tinh bao
xa. Rồi với nhiều quãng cách đo được tới nhiều vệ tinh máy thu có thể tính được vị trí
của người dùng và hiển thị lên bản đồ điện tử của máy.
 Ứng Dụng của GPS: Ứng dụng của GPS là rất lớn, ngoài chức năng định vị trên
các thiết bị cá nhân và quân sự thì các nó cũng được ứng dụng rất nhiều trên các
phương tiện giao thơng:


Giám sát lộ trình đường đi của phương tiện theo thời gian thực: vận tốc,
hướng di chuyển và trạng thái tắt/mở máy, quá tốc độ của xe….



Xác định vị trí xe chính xác ở từng góc đường (vị trí xe được thể hiện nhấp
nháy trên bản đồ), xác định vận tốc và thời gian xe dừng hay đang chạy,
biết được lộ trình hiện tại xe đang đi (real time)



Lưu trữ lộ trình từng xe và hiển thị lại lộ trình của từng xe trên cùng một
màn hình



Xem lại lộ trình xe theo thời gian và vận tốc tùy chọn



Quản lý theo dõi một hay nhiều xe tại mỗi thời điểm



Báo cáo cước phí và tổng số km của từng xe (ngày/tháng)



Cảnh báo khi xe vượt quá tốc độ, vượt ra khỏi vùng giới hạn

BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP

do an

4


CHƯƠNG 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT


Chức năng chống trộm.

 Hệ toạ độ địa lý: là một hệ tọa độ cho phép tất cả mọi điểm trên Trái Đất đều có
thể xác định được bằng một tập hợp các số có thể kèm ký hiệu. Các tọa độ thường gồm
số biểu diễn vị trí thẳng đứng, và hai hoặc ba số biểu diễn vị trí nằm ngang. Hệ tọa độ

phổ biến hiện nay là hệ hệ tọa độ cầu tương ứng với tâm Trái Đất với các tọa độ là vĩ
độ, kinh độ và cao độ.


Vĩ độ (ký hiệu: φ) của một điểm bất kỳ trên mặt Trái Đất là góc tạo thành

giữa đường thẳng đứng (phương của dây dọi, có đỉnh nằm ở tâm hệ tọa độ-chính
là trọng tâm của địa cầu) tại điểm đó và mặt phẳng tạo bởi xích đạo. Đường tạo bởi
các điểm có cùng vĩ độ gọi là vĩ tuyến, và chúng là những đường tròn đồng tâm trên bề
mặt Trái Đất. Mỗi cực là 90 độ: cực bắc là 90° B; cực nam là 90° N. Vĩ tuyến 0° được
chỉ định là đường xích đạo, một đường thẳng tưởng tượng chia địa cầu thành Bán cầu
bắc và Bán cầu nam.


Kinh độ (ký hiệu: λ) của một điểm trên bề mặt Trái Đất là góc tạo ra

giữa mặt phẳng kinh tuyến đi qua điểm đó và mặt phẳng kinh tuyến gốc. Kinh độ có
thể là kinh độ đơng hoặc tây, có đỉnh tại tâm hệ tọa độ, tạo thành từ một điểm trên bề
mặt Trái Đất và mặt phẳng tạo bởi đường thẳng ngẫu nhiên nối hai cực bắc nam địa lý.
Những đường thẳng tạo bởi các điểm có cùng kinh độ gọi là kinh tuyến. Tất cả các
kinh tuyến đều là nửa đường tròn, và không song song với nhau: theo định nghĩa,
chúng hội tụ tại hai cực bắc và nam. Đường thẳng đi qua Đài Thiên văn Hoàng gia
Greenwich (gần London ở Liên hiệp Vương quốc Anh và Bắc Ireland) là đường tham
chiếu có kinh độ 0° trên tồn thế giới hay cịn gọi là kinh tuyến gốc. Kinh tuyến đối
cực của Greenwich có kinh độ là 180°T hay 180°Đ.

BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP

do an

5


CHƯƠNG 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT

Hình 2.1 Cách sắp xếp kinh độ và vĩ độ trên trái đất.

 Phương pháp xác định quãng đường và góc giữa hai toạ độ địa lý với
cực bắc của trái đất:
Sự phân bố các vĩ tuyến không giống như các kinh tuyến, các mặt phẳng tạo bởi các
vĩ tuyến luôn song song với nhau trong khi các mặt phẳng được tạo bởi các kinh tuyến
lại cắt nhau trên đường thẳng đi qua trục của trái đất, vậy nên giá trị khoảng cách của
một đơn vị vĩ độ sẽ luôn bằng nhau tại mọi vị trí trên trái đất cịn giá trị khoảng cách
của một đơn vị kinh độ sẽ nhỏ nhất ở hai cực và lớn nhất khi ở xích đạo. Do vậy, tuỳ
vào vị trí đang xét mà ta có các thơng số tính khác nhau.

BỘ MƠN ĐIỆN TỬ CƠNG NGHIỆP

do an

6


CHƯƠNG 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT

Hình 2.2 Phân bố kinh tuyến trên trái đất.

 Ý tưởng tính tốn góc giữa hai toạ độ với hướng bắc và khoảng cách giữa
chúng
Vì khoảng cách các kinh độ là không đều nhau cho nên ta khơng thể tính tốn

dựa bằng phương pháp mặt phẳng toạ độ mà không quy đổi, tuy nhiên trái đất rất rộng
lớn, vậy nên khi chúng ta chỉ xét trong một thành phố, nhất là một thành phố gần xích
đạo như thành phố Hồ Chí Minh thì ta có thể coi như các kinh tuyến và vĩ tuyến là các
đường thẳng vng góc với nhau, và khi khoảng cách của một đơn vị kinh tuyến bằng
khoảng cách của một đơn vị vĩ tuyến thì chúng ta có thể áp dụng các phương pháp tính
góc và khoảng cách giữa hai điểm và một vector trong mặt phẳng. Tại thành phố Hồ
Chí Minh là nơi đang xét có toạ độ 10°10’ – 10°38’ Bắc và 106°22’ – 106°54’ Đông,
vậy chúng ta chọn kinh độ 106 và vĩ độ 10 làm chuẩn để tính tốn.
Ta có:
 Độ dài của một độ vĩ độ trên kinh độ 106:
Dlat = 2πR/360 = 111701,0721(m).

(2.1)

Với R= 6400000(m) là bán kính trái đất.
BỘ MƠN ĐIỆN TỬ CƠNG NGHIỆP

do an

7


CHƯƠNG 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT
 Độ dài của một kinh độ trên vĩ độ 10:
Dlng= 2πRsin(90°-10°)/360

(2.2)

= Dlat * sin(80°) = 110004,0819(m).
Độ dài của một vĩ độ là không đổi tại mọi vị trí trên trái đất, vậy nên ta chọn

khoảng cách của một độ vĩ độ làm đơn vị chuẩn để tính tốn trong mặt phẳng toạ độ.
Khi đó tỷ lệ độ dài một độ vĩ độ trên một độ kinh độ sẽ là:
T = Dlat / Dlng = 1/ sin(80°)= 1,015427.

(2.3)

Khi tính tốn, chúng ta chỉ cần nhân giá trị kinh độ cho T là có thể tính tốn với
các cơng thức trong mặt phẳng toạ độ vì khi tính tốn các vector trong mặt phẳng u
cầu hai trục x,y có độ dài đơn vị bằng nhau. Để tính góc giữa hai toạ độ với hướng bắc
ta có thể dùng cơng thức tính tích vơ hướng của hai vector, một vector tạo bởi hai toạ
độ và một vector chỉ hướng bắc( vector đơn vị của trục vĩ độ) .

Hình 2.3 Biểu thức toạ độ của tích vơ hướng.

Ví dụ : chọn điểm hiện tại có toạ độ địa lý ( kinh độ; vĩ độ) là A(106,11; 10,56 ) và
điểm đến là D(106,23 ; 10, 7) .
⃗⃗⃗⃗⃗ = (106,23-106,11)* 1,015427 = 0,12185
X𝐴𝐷

(2.9)

Y⃗⃗⃗⃗⃗
𝐴𝐷 = 10,6 – 10,56 = 0,04.

(2.10)

 Quãng đường di chuyển là:
⃗⃗⃗⃗⃗ | * 111701,0721 = 14129,2(m) .
S=|𝐴𝐷

(2.11)

Tương tự áp dụng cơng thức toạ độ của tích vơ hướng ta có góc của ⃗⃗⃗⃗⃗
𝐴𝐷 so với hướng
⃗ ( 0 ; 1 ) ) là : 71,56°.
bắc(tương ứng với 𝐵

BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP

do an

8


CHƯƠNG 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT

Hình 2.4 Biểu diễn đoạn đường di chuyển AD trên mặt phẳng toạ độ

2.2. GIAO THỨC HTTP– TCP/IP
2.2.1. TCP/IP
a. Tổng quan
Bộ giao thức TCP/IP (Internet Protocol Suite) là bộ giao thức mà Internet và các
mạng máy tính đang sử dụng và chạy trên đó. Nó gồm 2 giao thức chính là TCP
(Transmission Control Protocol - Giao thức điều khiển giao vận) và IP (Internet
Protocol - Giao thức liên mạng).
Bộ giao thức TCP/IP được coi là một tập hợp các tầng. Mỗi tầng giải quyết một
tập các vấn đề liên quan đến việc truyền tải dữ liệu, và cung cấp cho các giao thức tầng
cấp trên một dịch vụ được định nghĩa rõ ràng dựa trên việc sử dụng các dịch vụ của
các tầng thấp hơn. Hay nói cách khác, các tầng trên gần với người dùng hơn và làm
việc với dữ liệu trừu tượng hơn, chúng dựa vào các tầng cấp dưới để biến đổi dữ liệu

thành các dạng mà cuối cùng có thể truyền đi trong mơi trường vật lý.

b. Mơ hình truyền dữ liệu của TCP/IP:

BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP

do an

9


CHƯƠNG 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT
Bốn tầng của TCP/IP: tầng ứng dụng (Application Layer), tầng giao vận
(Transport Layer), tầng mạng (Internet Layer) và tầng liên kết (Link Layer).

Hình 2.5 Mơ hình truyền dữ liệu của TCP/IP



Application Layer (Tầng ứng dụng): Tầng cao nhất trong cấu trúc phân lớp
của TCP/IP. Tầng này bao gồm tất cả các chương trình ứng dụng sử dụng các
dịch vụ sẵn có thơng qua một chồng giao thức TCP/IP như DHCP, DNS,
HTTP, FTP, Telnet, SMTP, … Chúng sẽ tương tác với tầng vận chuyển để
truyền hoặc nhận dữ liệu.



Transport Layer (Tầng giao vận): Gồm 2 phần chính là giao thức TCP và giao
thức UDP.



Internet Layer (Tầng mạng): IP (Ipv4, Ipv6).



Link Layer (Tầng lien kết): Ethernet, Wifi, Token Ring, PPP, Frame Relay…

2.2.2. GIAO THỨC HTTP
a. Tổng quan
HTTP là một giao thức hoạt động trên cơ chế yêu cầu – phản ứng trong mơ hình
điện tốn khách – máy chủ, nghĩa là HTTP cho phép giao tiếp giữa máy chủ và máy
khách. Máy khách sẽ gửi một yêu cầu bằng giao thức HTTP đến máy chủ (tùy vào
từng ứng dụng mà chọn yêu cầu khác nhau), sau đó máy chủ sẽ phản ứng lại yêu cầu.

BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP

do an

10


CHƯƠNG 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT
HTTP thuộc tầng ứng dụng của bộ giao thức TCP/IP (Các giao thức nền tảng cho
Internet).

Hình 2.6 Mơ hình truyền thơng Client – Server

b. Phương thức HTTP GET và HTTP POST:
Để máy chủ hiểu được yêu cầu của máy khách muốn làm gì cần phải thông qua

các phương thức HTTP. Các phương thức HTTP đã được định nghĩa hiện này là: GET,
POST, HEAD, OPTIONS, PUT, DELETE, TRACE [5]. Trong đó:


HTTP GET: lấy một nguồn tài nguyên hiện có trên máy chủ.



HTTP POST: tạo ra một nguồn tài nguyên mới.
Dựa theo ý nghĩa của 2 phương thức HTTP này, ta sẽ dùng nó để giao tiếp với

máy chủ nhằm trao đổi dữ liệu.

c. Mã trạng thái:
Sau khi nhận được yêu cầu từ máy khách thì máy chủ sẽ phản hồi lại một thông
báo và trong thông báo này sẽ chứa các mã trạng thái nhằm nói cho máy khách biết
rằng yêu cầu có được chấp nhận hay đã xảy lỗi gì rồi. Một số mã trạng thái thường gặp
hoặc mắc phải là:


2xx: điều này nói với máy khách rằng các yêu cầu đã được xử lý thành cơng,
mã phổ biến là 200 OK, các mã ít phổ biến hơn là 202, 203, 204, 205 và 206.



3xx: điều này địi hỏi máy khách phải có hành động bổ sung, hành động tiếp
theo phải được thực hiện để hoàn tất yêu cầu, mã phổ biến là 301(đối tượng
yêu cầu đã được chuyển), ít phổ biến hơn là 303, 304.



4xx: máy khách gặp lỗi, các mã này được sử dụng khi máy chủ nghĩ rằng máy
khách đã bị lỗi, hoặc bằng cách yêu cầu một nguồn tài nguyên không hợp lệ

BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP

do an

11