ỨNG DỤNG CÔNG NGHỆ GPS GPRS GIÁM SÁT HỆ THỐNG XE BUÝT

i

Bộ Giáo dục và Đào tạo
Trường Đại học Sư Phạm Kỹ Thuật Tp. HCM
Khoa Cơ khí Chế tạo máy
Bộ môn Cơ Điện Tử
o0o
Cộng Hoà Xã Hội Chủ Nghĩa Việt Nam
Độc lập – Tự do – Hạnh phúc


o0o

NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

Họ và tên : Chu Văn Hiền MSSV : 06111029
Hồ Trọng Hiếu MSSV: 06111034
Phạm Đình Thủy MSSV: 06111100
Lớp 061111B Ngành : Cơ Điện Tử

1.1. ĐẦU ĐỀ LUẬN VĂN
ỨNG DỤNG CÔNG NGHỆ GPS/GPRS GIÁM SÁT HỆ THỐNG XE BUÝT
1.2. NHIỆM VỤ.
- Thiết kế, thi công mạch phần cứng định vị GPS và truyền dữ liệu
- Xây dựng phần mềm server quản lý, giám sát và điều hành xe buýt
1. Ngày giao nhiệm vụ luận văn:
2. Ngày hoàn thành nhiệm vụ:
3. Họ và tên giáo viên hướng dẫn: TS. Nguyễn Trường Thịnh
4. Họ và tên giáo viên phản biện: ThS. Nguyễn Thành Chiến

Nội dung và yêu cầu LVTN đã thông qua Bộ môn.

Ngày tháng năm
CHỦ NHIỆM BỘ MÔN GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN

PHẦN DÀNH CHO KHOA, BỘ MÔN
Người duyệt (chấm sơ bộ):
Đơn vị:
Ngày bảo vệ:
Điểm tổng kết:
Nơi lưu trữ dự án:


ii
NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN

Ngày tháng năm
Giáo viên hướng dẫn

iii
NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN PHẢN BIỆN

Ngày tháng năm
Giáo viên phản biện

iv
LỜI CẢM ƠN

Qua một thời gian nghiên cứu và thực hiện, đến nay đồ án tốt nghiệp với đề tài:
“Ứng dụng công nghệ GPS/GPRS giám sát hệ thống xe buýt” do thầy Nguyễn
Trường Thịnh hướng dẫn đã được hoàn thiện. Trong suốt thời gian nghiên cứu và thi
công đề tài, chúng em đã gặp không ít vướng mắc nhất định và đã nhận được nhiều sự
giúp đỡ nhiệt thành và quý báu.
Trước tiên, chúng em gửi lời cảm ơn sâu sắc tới thầy Nguyễn Trường Thịnh đã
tin tưởng giao đồ án, chỉ đạo và hướng dẫn tận tình trong suốt quá trình thực hiện đề
tài. Chúng em cũng xin được gửi lời cảm ơn chân thành tới các thầy cô giáo trong

khoa Cơ Khí Chế Tạo Máy, các bạn trên các diễn đàn điện tử, cùng toàn thể các bạn
sinh viên lớp Cơ Điện Tử 061111 đã động viên, góp ý, tạo điều kiện thuận lợi nhất
giúp cho chúng em được hoàn thành đề tài đúng tiến độ được giao.
Do năng lực và thời gian còn hạn chế nên việc tìm thêm nhiều tài liệu làm giàu
cho đồ án còn thiếu sót. Chúng em rất mong nhận được nhiều hơn nữa ý kiến đóng góp
của các thầy cô giáo, sự chia sẻ tài liệu của các bạn sinh viên để chúng em có thể hoàn
thiện hơn kiến thức của mình.


Chúng em xin chân thành cảm ơn!



v
TÓM TẮT ĐỒ ÁN
Nội dung đồ án nghiên cứu về hệ thống quản lý hệ thống xe buýt dựa trên nền
công nghệ GPS kết hợp với công nghệ GPRS, hệ thống có nhiệm vụ theo dõi, giám sát
và điều hành hệ thống xe buýt trên địa bàn hoạt động.
Trên mỗi xe buýt đều được gắn một thiết bị có nhiệm vụ thu tín hiệu định vị
GPS từ vệ tinh, sau đó gửi về Server trung tâm thông qua mạng GPRS với giao thức
truyền TCP/IP, thiết bị này được gọi là thiết bị định vị GPS hay gọi tắt là thiết bị định
vị.
Ở Server trung tâm được kết nối mạng Internet và sử dụng phần mềm Java lập
trình mạng Socket để kết nối với thiết bị định vị, thông qua giao thức TCP/IP, nhằm
mục đích truyền nhận dữ liệu giữa 2 bên.
Tiếp theo đó Server trung tâm sẽ xử lý dữ liệu GPS nhận được từ thiết bị định
vị, sau đó hiển thị thông số tọa độ vị trí lên bản đồ số của phần mềm trung tâm hoặc
Google Map và gửi các lệnh điều khiển cũng như thông báo tới xe buýt và các trạm
dừng

vi
ABSTRACT
vii
MỤC LỤC
LỜI CẢM ƠN iv
TÓM TẮT ĐỒ ÁN v
ABSTRACT vi
DANH MỤC HÌNH VẼ xii
DANH MỤC BẢNG BIỂU xv
DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT xvi
CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN 1
1.1 Dẫn nhập 1
1.2. Mục tiêu đề tài 2
1.3. Giới hạn đề tài 2
1.4. Một số mô hình, ứng dụng trong việc quản lý và điều hành các phương tiện. 3
1.4.1. Hệ thống thông tin địa lý GIS 3
1.4.2. Quản lý hệ thống xe buýt thông qua bộ đàm. 3
1.5. Lựa chọn phương án thực hiện. 3
1.6. Thiết kế hệ thống 4
CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT 6

2.1. Tổng quan về GPS. 6
2.1.1. Lịch sử hình thành và phát triển của hệ thống GPS. 6
2.1.2 . Các thành phần của GPS 8
2.1.2.1. Phần không gian 8
2.1.2.2. Phần điều khiển 9
2.1.2.3. Phần người sử dụng 10
2.1.3 Hoạt động của hệ thống 10
2.1.4. Bộ thu GPS. 11
2.1.5. Phương trình xác định tọa độ. 13
viii
2.1.6. Hiệu chỉnh đồng hồ của bộ thu. 14
2.1.8. Nguồn lỗi của tín hiệu GPS 14
2.1.9. Chuẩn NMEA0183 15
2.1.9.1. Sơ lược về chuẩn NMEA và chuẩn NMEA0183 15
2.1.9.2. Cấu trúc chuỗi NMEA 16
2.2. Hệ thống thông tin di động toàn cầu GSM 18
2.3 Dịch vụ số liệu cải tiến GPRS – General Packet Radio Service 18
2.3.1. Sơ lược 18
2.3.2. Kiến trúc hệ thống GPRS chung. 19
2.3.3. Địa chỉ IP 20
2.3.4 Các lớp thiết bị GPRS. 22
2.3.5 Thông số chất lượng dịch vụ (QoS) GPRS 22
2.3.6 Các dịch vụ hỗ trợ 23
2.4. GIỚI THIỆU SIM 548 23
2.4.1. Giới thiệu chung 23
2.4.2. Đặc điểm của module SIM548C 24
2.4.3. Sơ đồ chức năng 27
2.5. Giới thiệu về vi điều khiển ATMEGA128 30
2.5.1. Tổng quan về vi điều khiển ATMega128 30
2.5.2.Giao tiếp USART 34

2.5.3. Khối USART trong Atmega128 35
2.5.4. Giao tiếp I2C 40
2.5.4.1. Khái quát TWI và I2C 40
2.5.4.2. TWI trên AVR 41
2.5.5. Giao tiếp SPI 46
2.6. Giới thiệu IC thu phát âm thanh ISD2560 48
ix
2.6.1. Sơ đồ chân ISD2560 49
2.6.2. Sơ đồ khối bên trong của ISD2560 49
2.6.3. Một số thông số cơ bản 50
2.6.4. Mô tả chức năng các chân 50
2.6.5. Mô tả chức năng 54
2.6.5.1. Mô tả chi tiết 54
2.6.5.2. Các MODE vận hành 55
CHƯƠNG 3: THIẾT KẾ VÀ THI CÔNG PHẦN CỨNG 60
3.1. Sơ đồ khối mạch phần cứng. 61
3.2. Thiết kế phần cứng cho khối modul sim 548C 61
3.2.1. Thiết kế phần cứng cho phần GSM/GPRS 61
3.2.2. Thiết kế phần cứng cho phần GPS 66
3.3. Thiết kế phần cứng cho khối vi điền khiển ATMEGA128 69
3.4. Thiết kế phần cứng cho khối vi điền khiển ATMEGA32 71
3.5. Khối nguồn cung cấp 72
3.5.1. Nguồn cung cấp cho phần GSM/GPRS 73
3.5.2. Nguồn cung cấp cho phần GPS và khối ATMega128 75
3.6. Khối hiển thị 75
3.7. Khối tiếng nói 76
CHƯƠNG 4: LẬP TRÌNH ĐIỀU KHIỂN 77
4.1 Tập lệnh AT 77
4.2 Tập lệnh AT sử dụng điều khiển module GSM và GPS 79
4.2.1 Cấu hình cho phần cứng: module simcom548 truy cập GPRS 79

4.2.2 Truyền nhận thông báo về tình trạng GPRS 83
4.2.3 Thiết lập kết nối 84
4.2.4 Truyền nhận gói 85
x
4.2.5 Hủy kết nối 86
4.3. Lập trình cho vi điều khiển Atmega 128 87
CHƯƠNG 5: XÂY DỰNG PHẦN MỀM SERVER 91
5.1. Yêu cầu và mục đích của hệ thống phần mềm 91
5.2.Cấu trúc và sơ đồ giải thuật 92
5.2.1. Cấu trúc 92
5.2.2. Sơ đồ giải thuật 93
5.3. Xây dựng phần mềm server quản lý phương tiện, ứng dụng giao thức TCP/IP 94
5.3.1 Ứng dụng giao thức TCP/IP trong việc liên kết các user qua mạng internet. . 94
5.3.1.1. Sơ lược về TCP server. 94
5.3.1.2. Đơn vị điều khiển socket 94
5.3.1.3. Quy trình tạo một server trên máy tính sử dụng socket 94
5.3.2 Giải pháp ứng dụng của module Sim548 trong việc kết nối server- client 95
5.3.2.1. Đối với server. 95
5.3.2.2. Module Sim548 95
5.3.3 Khả năng và mức độ đáp ứng của Server 96
5.3.4 Vấn đề bảo mật của hệ thống 96
5.3.5 Giải pháp GPRS 97
5.4. Xây dựng phần mềm Server dùng Java 98
5.4.1 Java và lịch sử phát triển 98
5.4.2 Các khối chức năng thực hiện yêu cầu đặt ra 99
5.4.3. Các công việc thực hiện để xây dựng phần mềm Server 99
5.4.3.1. Xây dựng bản đồ offline 100
5.4.3.2. Xây dựng thuật toán tính khoảng cách 101
CHƯƠNG 6: KẾT QUẢ THỰC NGHIỆM 102
6.1. Thực nghiệm đánh giá sai số của hệ thống 102

xi
6.2. Thực nghiệm đánh giá tính ổn định của hệ thống 107
CHƯƠNG 7: CÁC KẾT QUẢ ĐẠT ĐƯỢC, KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT
TRIỂN 108
7.1. Các kết quả đạt được 108
7.1.1. Thiết kế chế tạo thành công mạch phần cứng, hiển thị các thông số. 108
7.1.2. Xây dựng phần mềm server có chức năng giám sát và quản lý 109
7.1.3. Bản đồ offline 110
7.1.4. Ý nghĩa thực tiễn 110
7.2. Kết luận 111
7.2.1 Kết luận 111
7.2.2. Các vấn đề còn chưa được giải quyết 111
7.2.3. Đánh giá 111
7.3. Hướng phát triển của đề tài 112
TÀI LIỆU THAM KHẢO 113
xii
DANH MỤC HÌNH VẼ
Hình 1.1 Sơ đồ thiết kế hệ thống 4
Hình 2.1 Sơ đồ liên quan giữa ba phần của hệ thống định vị toàn cầu 8
Hình 2.2 Chuyển động vệ tinh nhân tạo xung quanh trái đất 9
Hình 2.3 Phần điều khiển của GPS 10
Hình 2.4 Tính toán vị trí của bộ thu GPS trên bề mặt trái đất 12
Hình 2.5 Hệ trục tọa độ máy thu - vệ tinh 13
Hình 2.6 Phương trình xác định tọa độ của máy thu GPS 13
Hình 2.13 Kiến trúc chung của hệ thống GPRS 19
Hình 2.14 Cấp phát địa chỉ IP tĩnh trong GPRS 21
Hình 2.15 Cấp phát địa chỉ IP động trong GPRS 21
Hình 2.16 Sơ đồ chức năng của module SIM548C 28
Hình 2.17 Sơ đồ chân vi điều khiển ATMega128 32
Hình 2.18 Sơ đồ cấu trúc vi điều khiển ATMega128 33

Hình 2.19 Sơ đồ truyền dữ liệu nối tiếp 35
Hình 2.20 Thanh ghi dữ liệu UDR0 36
Hình 2.21 Thanh ghi điều khiển hoạt động UCSRA0 36
Hình 2.22 Thanh ghi điều khiển hoạt động USART0 37
Hình 2.23 Thanh ghi UCSRC 38
Hình 2.24 Cấu trúc hai thanh ghi UBRRL và UBRRH 39
Hình 2.25 Mạng TWI(I2C) và 2 điện trở kéo lên 41
Hình 2.26 Biểu đồ hoạt động tạo ra Start, Stop và Repeat Start 41
Hình 2.27 Các bit trong thanh ghi TWBR 42
Hình 2.28 Các bit trong thanh ghi TWCR 42
Hình 2.29 Các bit trong thanh ghi TWSR 42
Hình 2.30 Các bit trong thanh ghi TWAR 42
xiii
Hình 2.31 Master truyền dữ liệu 44
Hình 2.32 Slave nhận dữ liệu 46
Hình 2.33 Sơ đồ khối truyền nhận SPI 47
Hình 2.34 Sơ đồ kết nối SPI 48
Hình 3.1 Sơ đồ khối mạch phần cứng. 61
Hình 3.2 Bật chế độ hoạt động cho phần GSM/GPRS sử dụng nút bấm 62
Hình 3.3 Thời gian bật chế độ hoạt động của phần GSM/GPRS 62
Hình 3.4 Thời gian tắt chế độ hoạt động của phần GSM/GPRS 63
Hình 3.5 Đèn LED chỉ thị cho NETLIGHT và chân STATUS 64
Hình 3.6 Sơ đồ chuyển mức điện áp giữa vi điều khiển ATMega128 với phần
GSM/GPRS 65
Hình 3.7 Kích hoạt chế độ hoạt động cùa phần GPS 67
Hình 3.8 Sơ đồ nguyên lí của khối module SIM548C 69
Hình 3.9 Sơ đồ nguyên lí của vi điều khiển ATMega128 70
Hình 3.10 Sơ đồ mắc thạch anh với vi điều khiển ATMega128 70
Hình 3.11 Sơ đồ đấu nối với chân Reset của vi điều khiển ATMega128 71
Hình 3.12 Sơ đồ nguyên lí của vi điều khiển ATMega32 72

Hình 3.13 Sơ đồ nguyên lí giao tiếp cổng COM 72
Hình 3.14 Sự sụt áp đã làm cho dòng tiêu thụ phải tăng lên 2A 73
Hình 3.15 Sơ đồ chân kết nối Pin Li-Ion cung cấp nguồn cho GSM/GPRS 74
Hình 3.16 Nguồn cấp cho chân VRTC trong phần GSM/GPRS của module. 74
Hình 3.17 Khối nguồn cung cấp cho phần GPS và ATMega128 75
Hình 3.18 Khối hiển thị LCD 75
Hình 3.19 Nguyên lý khối phát âm thanh LCD 76
Hình 4.1 Lưu đồ thuật toán của vi điều khiển 88
Hình 4.3 Cấu trúc chuỗi tin GPRMC 89
xiv
Hình 4.4 Lưu đồ thuật toán chương trình con nhận dữ liệu GPS 90
Hình 5.1 Sơ đồ hệ thống 92
Hình 5.2 Sơ đồ phần mềm theo lớp 92
Hình 5.3 Sơ đồ giải thuật 93
Hình 5.4 Sơ đồ khối Server 99
Hình 5.5 Tọa độ của đối tượng trên bản đồ 100
Hình 6.1 Biểu đồ tính ổn định của hệ thống 107
Hình 7.1 Mạch sản phẩm hoạt động 108
Hình 7.2 Giao diện phần mềm server. 109
Hình 7.3 Giao diện bản đồ offline. 110
xv
DANH MỤC BẢNG BIỂU
Bảng 2.3 Diễn giải của bản tin GPRMC 17
Bảng 2.5 Sơ đồ mã hóa và tốc độ dữ liệu lớn nhất trên giao diện vô tuyến 27
Bảng 2.6 Chức năng chân của module SIM548C 29
Bảng 2.7 Chọn kiểm tra Parity. 38
Bảng 2.8 Độ dài dữ liệu truyền 39
Bảng 2.9 Tính tốc độ Baud. 40
Bảng 2.10 Chức năng các chân kết nối SPI 48
Bảng 3.1 Bảng trạng thái làm việc của NETLIGHT 63

Bảng 3.2 Mức logic của chân Serial port 65
Bảng 4.1 Bảng phân loại các câu lệnh AT mở rộng 78
Bảng 4.2 Bảng lệnh cấu hình cho Module GPRS truy cập mạng 79
Bảng 4.3 Tập lệnh tra cứu trạng thái GPRS 83
Bảng 4.4 Tập lệnh thiết lập cấu hình TCP 84
Bảng 4.5 Lệnh gửi dữ liệu qua GPRS 85
Bảng 4.6 Tập lệnh hủy kết nối GPRS 87
Bảng 6.1 Kết quả thống kê đo được từ thực tế 102

xvi
DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT

GSM
Global System for Mobile
Communications
Hệ thống thông tin di động toàn
cầu
GPRS
General Packet Radio Services
Dịch vụ vô tuyến gói chung
GPS
Global position systems
Hệ thống định vị toàn cầu
GIS
Geographic Information System
Hệ thống thông tin địa lý
OMC
Operation & Maintenance Center

Trung tâm điều hành và bảo

dưỡng
BSS
Base station system
Phân hệ trạm gốc
OMS
Operation and Maintenance
SubSystem
Phân hệ vận hành và sửa chữa
SMS
Short Message Service
Dịch vụ tin nhắn ngắn
MMS
Multimedia messaging service
Dịch vụ tin nhắn đa phương tiện
WAP
Wireless Application Protocol
Giao thức ứng dụng mạng đơn
giản.
SGSN
Serving GPRS Support Node
Là một phần tử trong mạng lõi
GPRS nhằm nối kết giữa mạng
truy nhập và gateway
GGSN
Gateway GPRS Support Node
Là một gateway giữa
mạng GPRS/UMTS và các mạng
ở ngoài (như Internet hoặc các
mạng GPRS khác)
VLR

Visited Location Register
Bộ đăng kí định vị tạm trú
HLR
Home Location Register
Bộ đăng kí định vị thường trú
xvii
CDMA
Code Division Multiple Access
Phương thức Đa truy cập phân
chia theo mã
TDMA
Time Division Multiple Access
Phương thức đa truy cập phân chia
theo thời gian
SIM
Subscriber Identity Module
Thẻ chứa thông tin định dạng
W-CDMA
Wideband Code Division
Multiple Access
Đa truy nhập theo mã băng rộng
TCP/UDP
Transmission Control Protocol/
User Datagram Protocol
Giao thức điều khiển truyền dẫn/
Giao thức dữ liệu gói người sử
dụng
IP
Internet Protocol
Giao thức dùng cho mạng Internet

AT
Attention Command
Tập lệnh AT
CR
CARRIAGE RETURN
Lệnh Enter
LF
Line Feed
Lùi vào đầu dòng
TE
Terminal Equipment
Thiết bị đầu cuối
MT
Mobile Terminal
Thiết bị đầu cuối mạng

1

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN
1.1 Dẫn nhập
Xuất phát từ nhu cầu thực tế, nhất là trong thời kỳ mở rộng về hoạt động của
các hệ thống vấn tải, yêu cầu quản lý chuyên nghiệp, hiệu quả, bài toán quản lý và
giám sát phương tiện giao thông công cộng trở nên rất bức thiết.
Bài toán này đặt ra cho hệ thống một số yêu cầu sau:
- Giám sát các phương tiện công cộng: xác định vị trí, theo dõi, cập nhật các
trạng thái của phương tiện công cộng: bao gồm cả các yếu tố bên trong
phương tiện.
- Truyền thông báo tới phương tiện công cộng và các trạm dừng
- Độ mở rộng và khả năng phục vụ lớn.
Một số giải pháp hiện nay:

- Cắt cử nhân viên theo dõi, ghi nhận các báo cáo bằng văn bản, hoặc đường
điện thoại.
- Sử dụng các module GPS – Galileo: các module này có chức năng thu tín
hiệu từ các hệ thống vệ tinh định vị, qua đó tính toán xác định được vị trí
của thiết bị đó theo hệ tọa độ địa lý: bao gồm kinh độ, vĩ độ và độ cao.
- GIS: là hệ thống phần mềm địa lý có chức năng tiếp nhận thông tin về vị trí
địa lý, sau đó xử lý và hiển thị trên hệ thống bản đồ số. Ví dụ như hệ thống
quản lý tàu đánh cá thông qua bộ đàm, quản lý taxi…
Các vấn đề tồn tại trong thực tế:
- Đối với việc quản lý bằng các nhân viên cử theo các chuyến xe: tốn kém về
nhân lực và chưa hiệu quả. Khả năng giám sát và điều khiển chưa chuyên
nghiệp.
- Việc sử dụng các module xác định vị trí bằng GPS còn đơn giản, các thiết bị
hầu hết được nhập khẩu nguyên chiếc, ứng dụng đơn thuần xác định vị trí.
Bên cạnh đó giá thành còn cao và không chủ động được về mặt kỹ thuật.
- Với một số hệ thống quản lý thông tin về bản đồ số như GIS: tuy đã xây
dựng theo mô hình hệ thống mức độ phổ biến chưa cao. Ứng dụng mang
tính chuyên biệt, đặc biệt là mức chi phí đầu tư lớn, chủ động về mặt kỹ
thuật bị hạn chế.
2

1.2. Mục tiêu đề tài
Xuất phát từ thực tiễn đã nêu, đồ án thực hiện với những mục đích chính sau:
- Đối với nhóm sinh viên, đồ án là bước đầu tìm hiểu, thi công sản phẩm ứng
dụng GPS trong thực tế, đồng thời cũng là bước triển khai những kiến thức
đã được học. Thông qua việc nghiên cứu và làm việc nghiêm túc để rèn
luyện tác phong, tinh thần khoa học, cũng như hoàn thiện phương pháp, tư
duy nghiên cứu, giải quyết một vấn đề thực tiễn. Quan trọng hơn, đồ án còn
là bước “tổng kết và hoàn thiện” những kỹ năng còn thiếu sót trước khi thực
sự trở thành người kỹ sư.

- Về mặt ứng dụng thực tiễn, hệ thống góp phần giúp quản lý các tuyến xe
buýt một cách thông minh có hệ thống và thuận lợi, kịp thời đưa ra các
thông báo khi có sự cố trên các tuyến đường: kẹt xe, xe hư…Người đi xe
buýt dễ dàng trong việc đón xe, tránh được tình trạng lên nhầm hay xuống
nhầm trạm do đã có sự thông báo trước
Ngoài ra, đồ án còn có ý nghĩa như những bước đầu chập chững tiếp cận công
nghệ GPS đang ngày càng phát triển như vũ bão, góp phần làm “điểm tựa” cho các thế
hệ sau của trường ta đạt được những nấc thang cao hơn của công nghệ GPS nói riêng,
của công nghệ và kỹ thuật nói chung.
1.3. Giới hạn đề tài
Đối với trường ta, công nghệ GPS là một vấn đề mới, chưa được đưa vào giảng
dạy, cũng như có rất ít ứng dụng cụ thể được triển khai. Nguyên nhân có thể do đây là
ngành khoa học còn nhiều mới mẻ, và khó khăn, giá thành cho thiết bị nghiên cứu khá
đắt.
Đối với nước ta, ứng dụng GPS chưa nhiều do tính phức tạp, do trình độ công
nghệ chưa đủ và do giá thành linh kiện liên quan GPS còn khá đắt. Và quan trọng hơn
là vẫn còn thiếu các mô hình hỗ trợ cho việc dạy và học
Do đó yêu cầu thực hiện đề tài được bộ môn, giáo viên hướng dẫn đặt ra cho
nhóm sinh viên là: ứng dụng công nghệ GPS/GPRS định vị, giám sát và truyền thông
đến tuyến xe buýt và các trạm dừng.



3

1.4. Một số mô hình, ứng dụng trong việc quản lý và điều hành các phương tiện.
1.4.1. Hệ thống thông tin địa lý GIS
Công nghệ GIS (Geographic Information System) được ứng dụng trong các
điều tra nghiên cứu khoa học, quản lý tài nguyên, đất đai, đánh giá các tác động của
môi trường, quy hoạch đô thị, lịch sử địa lý, khoa học bản đồ, marketing, vận tải …ví

dụ như GIS có thể được ứng dụng để quản lý các vùng đất đai và nước bị ô nhiễm, hỗ
trợ các nhà hoạch định, chuyên gia ra quyết định kịp thời và đúng đắn trên vùng bị ô
nhiễm. GIS cũng có thể dùng để thống kê, phân tích, lập bản đồ phân bố khách hàng,
các vị trí kinh doanh hay hệ thống bán hàng để hỗ trợ việc ra các quyết định kinh
doanh.
Thông tin địa lý có thể được truy xuất, truyền tải, chuyển đổi, và hiển thị bằng
nhiều ứng dụng phần mềm. Trong công nghiệp, các sản phẩm thương mại từ các công
ty như SmallWorld, Manifold System, ESRI, Intergraph, Mapinfo và AutoDesk giữ ưu
thế với các bộ công cụ toàn diện. Chính phủ và các cơ quan an ninh, quân đội thường
sử dụng các phần mềm riêng, các sản phẩm mã nguồn mở như GRASS và nhiều sản
phẩm riêng biệt khác đáp ứng tốt các nhu cầu cụ thể. Các công cụ miễn phí để xem tập
dữ liệu GIS, truy cập công cộng các thông tin địa lý được thống trị bởi các nguồn tài
nguyên trực tuyến như Google Earth và bản đồ web tương tác.
1.4.2. Quản lý hệ thống xe buýt thông qua bộ đàm.
Mô tả: trên mỗi chiếc xe buýt của hệ thống được trang bị một chiếc bộ đàm có
khả năng liên lạc với trung tâm bằng sóng VHF. Trung tâm quản lý có thể giao tiếp
trực tiếp với lái xe thông qua kênh thoại. Bên cạnh đó có thể dùng bộ ghép nối tín hiệu
để truyền dữ liệu.
Hệ thống này rất phổ biến, tuy nhiên tồn tại một số thực trạng: Bị ảnh hưởng
của nhiễu lớn, bên cạnh đó là vùng phủ sóng nhỏ, chỉ trong phạm vi vài chục km.
1.5. Lựa chọn phương án thực hiện.
Để khắc phục các thực trạng trên và tìm ra một giải pháp tối ưu hơn nhóm đã
kết hợp giữa công nghệ GPS và mạng di động GSM (cụ thể là công nghệ GPRS) để
đưa ra một hệ thống quản lý tối ưu hơn:
- Chi phí đầu tư, chi phí bảo trì và sử dụng thấp.
- Có khả năng quản lý hệ thống rộng lớn.
4

- Phạm vi quản lý không có giới hạn (khu vực nào có sóng di động là có thể
triển khai được.)

- Sản phẩm bền đẹp, dễ sử dụng…
1.6. Thiết kế hệ thống
Hệ thống bao gồm các module hoàn chỉnh đáp ứng tốt giải pháp quản lý các
tuyến xe buýt: Module phần cứng GPS có nhiều chức năng, có khả năng định vị vị trí,
kết nối với trung tâm, module quang báo hiển thị thông tin bằng hình ảnh, module
thông báo dùng âm thanh, phần mềm giám sát hiệu quả.

Hình 1.1 Sơ đồ thiết kế hệ thống
Đồ án thực hiện bao gồm những vấn đề sau:
- Phân tích : các khái niệm ban đầu về được đưa ra trong chương 2 nhằm trình
bày về các kiến thức cơ bản về GPS, vi điều khiển và các lý thuyết có liên
quan, đó chính là phương pháp luận thông suốt đồ án.
- Thiết kế mô hình phần cứng: thông qua 3 chương trình bày về thiết kế mô
hình và thi công phần cứng cho module thu thập dữ liệu từ vệ tinh, phần
cứng giao tiếp với module thông báo tại các trạm dừng xe buýt
- Thiết kế phần mềm: thông qua chương 4 và chương 5. Chương 4 trình bày
thiết kế phần mềm cho module điều khiển thu thập dữ liệu và gửi dữ liệu về
5

trung tâm điều khiển. Chương 5 xây dựng phần mềm server nhận dữ liệu từ
các xe buýt, giám sát và gửi các thông báo điều khiển kịp thời
- Kết quả thực nghiệm: chương 6 là quá trình đánh giá kết quả thực tế và hoàn
thiện.
- Kết luận: chương 7 là phần kết luận và hướng phát triển đề tài.

6

CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT
2.1. Tổng quan về GPS.
2.1.1. Lịch sử hình thành và phát triển của hệ thống GPS.
Sự ra đời của những phương tiện vận chuyển như máy bay, và những con tàu
vũ trụ đòi hỏi điều khiển những thiết bị đó trong không gian ba chiều. Những phương
pháp dẫn đường và những hệ thống dẫn đường vô tuyến điện chỉ xác định được vị trí
theo 2 chiều không gian dùng cho việc dẫn dắt các tàu thủy đã trở thành lỗi thời và
không còn phù hợp. Trước những đòi hỏi về kỹ thuật đó nhiều nhà khoa học đã được
chính phủ Mỹ tài trợ để thực hiện nghiên cứu hệ thống dẫn đường dựa trên vũ trụ. Bộ
Quốc phòng Mỹ là cơ quan thiết kế và điều khiển hệ thống định vị toàn cầu. Trong
nhóm những người tham gia điều hành dự án GPS của Bộ Quốc Phòng Mỹ cần kể tới

sự đóng góp to lớn của TS Ivan Getting, người sáng lập The Aerospace Corporation,
và TS Bradford Parkinson, chủ tịch hội đồng quản trị của The Aerospace Corporation.
Hệ thống định vị toàn cầu (Global Positioning System - GPS) được Chính phủ
Mỹ thiết lập năm 1995, là hệ thống định vị, dẫn hướng và định thời trên không trung
được sử dụng rộng rãi nhất hiện nay. Hệ thống vệ tinh này cung cấp miễn phí các dịch
vụ có liên quan, bao gồm các hoạt động dân sự và quân sự cho người sử dụng trên toàn
thế giới. Việc áp dụng công nghệ GPS không chỉ phổ biến cho việc sử dụng dân sự, từ
ôtô, máy bay đến điện thoại di động, mà cũng là một bộ phận không thể thiếu của hệ
thống an ninh và bảo vệ quốc phòng.
Hệ thống định vị toàn cầu (GPS-Global Positioning System) là một mạng gồm
24 vệ tinh Navstar quay xung quanh Trái đất tại độ cao 11.000 dặm (17.600 km).
Được Bộ Quốc Phòng Mỹ ấn định chi phí ban đầu vào khoảng 13 tỷ USD, song việc
truy nhập tới GPS là miễn phí đối với mọi người dùng, kể cả những người ở các nước
khác. Các số liệu định vị và định thời được sử dụng cho vô số những ứng dụng khác
nhau bao gồm hàng không, đất liền và hàng hải, theo dõi các phương tiện giao thông
trên bộ và tầu biển, điều tra khảo sát và vẽ bản đồ, quản lý tài sản và tài nguyên thiên
nhiên.
Với việc khắc phục được những giới hạn về độ chính xác quân sự vào tháng
3/1996, ngày nay GPS có thể chỉ ra chính xác vị trí của các mục tiêu chỉ nhỏ bằng
đồng 10 xu ở bất kỳ nơi nào trên bề mặt trái đất.
Vệ tinh GPS đầu tiên đã được phóng vào năm 1978. Mười vệ tinh đầu tiên là
các vệ tinh ‘mở mang’, gọi là Block 1 (Lô 1). Từ năm 1989 đến năm 1993 có 23 vệ
7

tinh khai thác, gọi là Block 2 (Lô 2) đã được phóng lên quỹ đạo. Vệ tinh thứ 24 được
phóng nốt vào năm 1994 đã hoàn thành hệ thống.
Vệ tinh bay với vận tốc cao cứ 12 tiếng đồng hồ thì đủ một vòng quỹ đạo. Cho
đến nay đã có tổng số 28 vệ tinh, trong đó 24 chiếc đang hoạt động và 4 chiếc kia dùng
để dự phòng khi có một chiếc nào bị hỏng.
Quỹ đạo bay của hệ thống vệ tinh này cũng được sắp xếp để bất cứ chỗ nào trên

trái đất đều nhận thấy ít nhất là 4 vệ tinh đang bay ngang trên trời. Nhiệm vụ của thiết
bị GPS là làm sao nhận được tín hiệu phát ra từ các vệ tinh bay ngang trên trời … tối
thiểu là từ ba vệ tinh. Một khi máy đã nhận được tín hiệu phát ra từ các vệ tinh thì các
mạch điện tử trong máy sẽ đo và biết được khoảng cách từ các vệ tinh cũng như tọa độ
của nó.
Trong vài giây đồng hồ máy sẽ làm bài toán và cho giải đáp ngay đó là tọa độ
của máy, phương pháp này trong toán học gọi là TRILATERATION (phép đo 3 cạnh
tam giác). Tọa độ này cho bạn biết từ vĩ tuyến cho đến kinh tuyến chính xác đến mức
độ tới từng giây.
Một số hệ thống toàn cầu và khu vực khác như hệ thống Galileo do liên minh
Châu Âu và Cơ quan vũ trụ Châu Âu thiết lập. Hệ thống dẫn hướng trong không trung
GLONASS của Nga, Hệ thống QZSS của Nhật Bản và Hệ thống BEIDOU của Trung
Quốc hiện đang được xây dựng. Sau nghiên cứu đánh giá kỹ lưỡng. Chương trình dẫn
hướng vệ tinh Galileo, một sáng kiến hợp tác giữa liên minh Châu Âu và Cơ quan Vũ
trụ Châu Âu, cuối cùng đã nhận được sự khẳng định để sử dụng và chương trình này
rất giống với trọng tâm chính sách của Mỹ. Các thực thể quản lý và cơ quan an ninh
cũng được yêu cầu phát hiện và bảo vệ chống lại việc sử dụng các hệ thống này một
cách phi pháp và cho các mục đích chống đối. Nỗ lực duy trì Chương trình GLONASS
cho thấy dự định của Nga ủng hộ GNSS riêng của mình. Hệ thống do Chính phủ liên
bang Nga quản lý bao gồm 21 vệ tinh, có quỹ đạo quay quanh 3 hành tinh khác nhau.
Từ sau năm 1995 hệ thống GPS vẫn tiếp tục được duy trì và bảo dưỡng cũng như thay
thế những vệ tinh già tuổi. Năm 2000, số vệ tinh trong chòm GPS đã tăng lên 28 vệ
tinh. Những vệ tinh thế hệ GPS-IIR đã và đang được phóng lên để thay thế những vệ
tinh già tuổi. Vệ tinh được phóng lên ngày 16/9/2005 mang tên GPS-IIR-M1, là vệ
tinh đầu tiên thuộc thế hệ 8 chiếc vệ tinh hiện đại nhất GPS-IIR-M. Theo website
Space-Based Postioning, Navigation and Timing của chính phủ Mỹ, Chính phủ Mỹ
cam kết cung cấp tối thiểu 24 vệ tinh GPS hoạt động trên quĩ đạo với 95% thời gian.
Không lực Mỹ (USA Air Force) phóng các vệ tinh bổ sung có chức năng dự trữ để
8

phòng cho thời gian bảo dưỡng định kỳ các vệ tinh và bảo đảm tính sẳn có của ít nhất
24 vệ tinh hoạt động. Từ 28/08/2009, đã có 35 vệ tinh trong chòm GPS, với 30 vệ tinh
‘khỏe mạnh’ cho người sử dụng”. Do đó, chòm 30 vệ tinh đang thực sự bay như một
chòm 24 vệ tinh.
2.1.2 . Các thành phần của GPS
Hệ thống vệ tinh GPS chia làm 3 phần:
- Phần không gian (space segment): Các vệ tinh.
- Phần điều khiển (control segment ): Trạm mặt đất.
- Phần người sử dụng (user segment): Bộ thu tín hiệu.

Hình 2.1 Sơ đồ liên quan giữa ba phần của hệ thống định vị toàn cầu
2.1.2.1. Phần không gian
Gồm 28 quả vệ tinh (24 vệ tinh hoạt động và 4 vệ tinh dự trữ khi có một chiếc
nào bị hỏng) (tính đến năm 2000) nằm trên các quỹ đạo xoay quanh trái đất. Chúng
chuyển động ổn định, hai vòng quỹ đạo trong khoảng thời gian gần 24 giờ. Các vệ tinh
này chuyển động với vận tốc 7 nghìn dặm một giờ. Các vệ tinh trên quỹ đạo được bố