Giám sát vị trí qua tọa độ gps và điều khiển thiết bị cho xe máy qua sms dùng modulesim và pic 16f887

Bạn đang xem bản rút gọn của tài liệu. Xem và tải ngay bản đầy đủ của tài liệu tại đây (1.76 MB, 70 trang )

TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

KHOA CÔNG NGHỆ ĐIỆN TỬ

ĐỒ ÁN 2
TÊN ĐỀ TÀI

GIÁM SÁT VỊ TRÍ VÀ ĐIỀU
KHIỂN BẢO VỆ XE MÁY
GVHD : ThS ĐÀO THỊ THU THỦY
SVTH :IRIS VƯƠNG 12133811
LỚP:ĐHĐTVT8A

TP.Hồ Chí Minh, Tháng 12 Năm 2015

NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN

................................................................................................................................................
................................................................................................................................................
................................................................................................................................................
................................................................................................................................................
................................................................................................................................................
................................................................................................................................................
................................................................................................................................................
................................................................................................................................................
................................................................................................................................................
................................................................................................................................................
................................................................................................................................................
................................................................................................................................................
................................................................................................................................................

................................................................................................................................................
................................................................................................................................................
................................................................................................................................................
................................................................................................................................................
................................................................................................................................................
................................................................................................................................................
................................................................................................................................................
................................................................................................................................................
Tp Hồ Chí Minh, ngày… tháng… năm 2015
Giáo viên hướng dẫn

NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN PHẢN BIỆN
................................................................................................................................................
................................................................................................................................................
................................................................................................................................................
................................................................................................................................................
................................................................................................................................................
................................................................................................................................................
................................................................................................................................................
................................................................................................................................................
................................................................................................................................................
................................................................................................................................................
................................................................................................................................................
................................................................................................................................................
................................................................................................................................................
................................................................................................................................................
................................................................................................................................................
................................................................................................................................................
................................................................................................................................................

Xin chân thành cảm ơn!

ĐỒ ÁN 2

GVHD: Ths.Đào Thị Thu Thủy

LỜI MỞ ĐẦU
Khoa học và công nghệ luôn không ngừng phát triển trước những nhu
cầu, ý tưởng của con người trên Trái đất. Và để tiếp cận một phần của công
nghệ hiện đại thì đồ án tốt nghiệp sẽ đề cập đến một công nghệ giúp ích rất
nhiều trong lĩnh vực quân sự và sau đó được đưa ra ứng dụng rộng rãi vào lĩnh
vực dân sự. Đó chính là hệ thống định vị toàn cầu GPS (The Global Positioning
System).
Để tiếp cận lĩnh vực định vị GPS thì trên thị trường có sản xuất Module
SIM908 tích hợp trên đó phần GPS và GSM/GPRS (The Global System for
Mobile Communications) của hãng SIMCOM nhằm đáp ứng nhu cầu nghiên
cứu của sinh viên. Để sử dụng được Module SIM908 cần có các thiết bị hỗ trợ
như: Anten thu sóng GPS từ vệ tinh, anten GSM thu sóng mạng điện thoại di
động, cáp kết nối anten với Module SIM, sử dụng nguồn cấp có Module theo
mức điện áp Module có thể hoạt động. Ngoài ra có thể sử dụng thêm tai nghe,
cáp giao tiếp nối tiếp.
Để nghiên cứu lĩnh vực này thì có thể nghiên cứu việc xử lý dữ liệu GPS
bằng Vi điều khiển . Sau đó có thể nghiên cứu thêm mạng GSM (bên mảng này
thì không có lợi về kinh tế) nên rộng hơn nữa là cách cấu hình truyền dữ liệu
qua GPRS. Nên cần nghiên cứu thêm về GPRS. Và tìm hiểu các phần mềm hỗ
trợ việc hiện thị dữ liệu GPS lên máy tính tại trung tâm để theo dõi vị trí của
Module và các dữ liệu cần thiết.
Và cuối cùng khi thu được dữ liệu GPS và truyền qua mạng GSM ta có
thể ở tại một vị trí có thể theo dõi một người, một đồ vật mà trên đó có gắn thiết

bị thu GPS

ĐỒ ÁN 2

GVHD: Ths.Đào Thị Thu Thủy

DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT
GPS

The Global Positioning System

GSM

Global Standard for Mobile Communications

GPRS

General Packet Radio Service

TDMA Time Division Multiple Access
CDMA

Code Division Multiple Access

IC

Integrated Circuit

MS

Mobile Station

BTS

Base Transceiver Station

SSP

Sychronous Serial Port

UART

A Universal Asynchronous Receiver/Transmitter

PSP

Parallel Slave Port

IMEI

International Mobile Equipment Identity

LED

Light Emitting Diode

USART

Universal Synchronous and Asynchronous serial Receiver

and Transmitter
ADC

Analog-to-Digital Converter

ICSP

In Circuit Serial Programing

SFR

Special Function Register

GPR

General Purpose Register

AD

Analog to Digital

SIM

Subscriber Identification module

ĐỒ ÁN 2

GVHD: Ths.Đào Thị Thu Thủy

SMS

Short Message Service

RTC

Real Time Clock

TE

Terminal Equipment

MT

Mobile Terminal

LF

Line Feed

TX

Transmit Direction

DTR

Data terminal Ready

RXD

Receive Data

TXD

Transmit Data

RTS

Request To Send

CTS

Clear To Send

RI

Ring Indicator

DCD

Data Carrier Detection

ĐỒ ÁN 2

GVHD: Ths.Đào Thị Thu Thủy

MỤC LỤC
LỜI MỞ ĐẦU ..................................................................................................

DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT...................................................................
MỤC LỤC ......................................................................................................
Chương1 :LÝ THUYẾT TỔNG QUAN………………………………………..…………………. 1

1.Tìm hiểu mạng GSM ................................................................................... 1
1.1

Mạng thông tin di động toàn cầu (GSM) ............................................. 1

1.1.1 Định nghĩa GSM .................................................................................. 1
1.1.2 Các mạng điện thoại GSM ở Việt Nam. ............................................... 1
1.1.3 Cấu trúc cơ bản của mạng điện thoại di động ....................................... 2
1.1.4 Băng tần GSM 900 MHz ...................................................................... 2
1.1.5 Băng tần GSM 1800 MHz ................................................................... 3
1.2

Hệ thống GPS ..................................................................................... 4

1.2.1 Giới thiệu về hệ thống GPS .................................................................. 4
1.2.2 Hoạt động của hệ thống GPS .............................................................. 4
1.2.3 Cấu trúc của hệ thống GPS .................................................................. 6
1.2.4 Những nguồn lỗi ảnh hưởng đến tín hiệu GPS ....................................10
1.2.5 Vai trò và ứng dụng của công nghệ GPS hiện nay ..............................11
1.3

Giới thiệu vi điều khiển 16F887 .........................................................12

1.3.1 Giới thiệu PIC 16F887 .......................................................................12
1.3.2 Sơ đồ chân PIC16F887 ......................................................................21
1.3.4 Các cổng xuất nhập ............................................................................26

1.4.1 Giới thiệu SIM908 Easy .....................................................................29
1.4.3 Mô tả đặc tính các chân của SIM908 Easy ..........................................33
1.4.3 Phần cứng ứng dụng GPS của module SIM908 ...................................38
1.4.4 Bật ứng dụng GPS..............................................................................39
1.4.5 Mạch kết nối cho chân VRTC ............................................................39
1.4.6 Các Port giao tiếp của GPS ................................................................39

ĐỒ ÁN 2

GVHD: Ths.Đào Thị Thu Thủy

1.4.9 Một số tập lệnh AT cơ bản sử dụng cho ứng dụng GSM ....................40
1.4.10

Các lệnh thiết lập và cài đặt cho cuộc gọi ...............................40

1.4.11

Các lệnh thiết lập và cài đặt cho tin nhắn SMS .......................41

1.4.13

Ứng dụng GPS của module SIM908 .......................................47

CHƯƠNG 2:THIẾT KẾ VÀ THI CÔNG .......................................................50
2.1

Thiết kế ..............................................................................................50

2.1.1 Sơ đồ khối ..........................................................................................50
2.1.2 Chức năng các khối ............................................................................51
2.2
Thi công .............................................................................................56
2.2.1 Các bước thi công ..............................................................................56

KẾT LUẬN…..………………………………………...………..…….68
BÀI HỌC KINH NGHIỆM……………………………………………69
PHỤ LỤC ....................................................................................................70

ĐỒ ÁN 2

GVHD: Ths.Đào Thị Thu Thủy

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ
STT

HÌNH

TÊN HÌNH

TRANG

1

1.1

Mô hình mạng điện thoại di động

2

2

1.2

Băng tần GSM 1800 MHz

3

3

1.3

3

4

1.4

Băng tần GSM 900MHz và băng tần GSM
1800MHz
Mạng điện thoại di động GSM.

5

1.5

IMEI: Số nhận dạng thiết bị di động quốc tế

5

6

1.6

Ý nghĩa số SIM.

5

7

1.7

Ý nghiã số thuê bao IMSI

5

8

1.8

24 vệ tinh quay quanh trái đất

6

9

1.9

Các thành phần cấu tạo của hệ thống GPS

8

10

1.10

Các quỹ đạo của vệ tinh trong hệ thống GPS

12

11

1.11

Vị trí đặt trạm điều khiển GPS trên mặt đất

13

12

1.12

Phần điều khiển vệ tinh trong hệ thống GPS

14

13

1.13

Giao thoa tín hiệu

17

14

1.14

Sơ đồ chân PIC 16F887

19

15

1.15

Bộ nhớ chương trình

23

16

1.16

Bộ nhớ dữ liệu.

24

17

1.17

Sơ đồ các ngõ ra.

25

18

1.18

Hình ảnh về SIM908.

27

19

1.19

Các chân của module SIM908

29

20

1.20

Truyền thông nối tiếp

34

4

ĐỒ ÁN 2

GVHD: Ths.Đào Thị Thu Thủy

21

1.21

Dùng LED kết nối với chân NETLIGHT

36

22

1.22

Ứng dụng của mạng GSM

39

23

2.1

53

24

2.2

Sơ đồ khối hệ thống hoạt động của board mạch
Module SIM908 kết nối với mạng di
động.Sơ đồ mạch nguồn

26

2.4

Phần cứng vi điều khiển PIC 16F887

55

27

2.5

Sơ đồ mạch

56

28

2.6

Sơ đồ mạch bên trong

57

31

2.9

Lưu đồ giải thuật chương trình chính

60

32

2.10

Lưu đồ giải thuật chương trình khởi tạo GPS

61

33

2.11

34

2.12

35

2.13

54

Sơ đồ nguyên lý các khối chức năng của Module 62
SIM908 kết nối với mạng di động vẽ bằng
phần mềm Altium.
Mạch in vẽ bằng Altium
63
Mạch in 3D vẽ bằng Altium

63

ĐỒ ÁN 2

GVHD: Ths.Đào Thị Thu Thủy

DANH MỤC CÁC BẢNG
STT

BẢNG

TÊN BẢNG

1

1.1

Tính năng các chân của PIC 16F887

20

2

1.2

Chức năng các chân SIM908

30

3

1.3

Các trạng thái của chân NETLIGHT

36

4

1.4

Mô tả chi tiết các chân cho ứng dụng GPS

37

5

1.5

Lệnh AT Command thiết lập và cài đặt cuộc gọi.

40

6

1.6

Lệnh AT Command thiết lập và cài đặt cho tin nhắn SMS

41

7

1.7

Lệnh AT dành cho tin nhắn SMS

41

9

1.9

Chi tiết các lệnh AT dành cho SIM908

47

10

1.10

Các dạng dữ liệu GPS đầu ra của SIM908

50

11

1.11

Dữ liệu GPS đầu ra dạng $GPRMC.

51

12

1.12

Dữ liệu GPS đầu vào theo giao thức NMEA

52

13

1.13

Chức năng các chân

TRANG

56

ĐỒ ÁN 2

ThS.Đào Thị Thu Thủy

Chương1 :LÝ THUYẾT TỔNG QUAN
1.Tìm hiểu mạng GSM
1.1 Mạng thông tin di động toàn cầu (GSM)
1.1.1 Định nghĩa GSM
GSM (Global System for Mobile communication) là hệ thống thông tin di
động số toàn cầu, là công nghệ không dây thuộc thế hệ 2G (second generation) có cấu
trúc mạng tế bào, cung cấp dịch vụ truyền giọng nói và chuyển giao dữ liệu chất lượng
cao với các băng tần khác nhau: 400MHz, 900MHz, 1800Hz và 1900MHz, được tiêu
chuẩn Viễn thông Châu Âu (ETSI) quy định.
GSM là một hệ thống có cấu trúc mở nên hoàn toàn không phụ thuộc vào phần
cứng, người ta có thể mua thiết bị từ nhiều hãng khác nhau. Do đó hầu như có mặt
khắp mọi nơi trên thế giới, nên khi các nhà cung cấp dịch vụ thực hiện việc ký kết
roaming với nhau nhờ đó mà thuê bao GSM có thể dễ dàng sử dụng máy điện thoại
GSM của mình bất cứ nơi đâu.
Mặt thuận lợi của công nghệ GSM là ngoài việc truyền dẫn âm thanh với chất
lượng cao, nó còn cho phép thuê bao sử dụng các cách giao tiếp khác rẻ tiền hơn đó là
tin nhắn SMS. Ngoài ra công nghệ này có tính mở, nên nó dễ dàng kết nối các thiết bị
khác nhau từ các nhà cung cấp dịch vụ khác nhau trên toàn thế giới.
1.1.2 Các mạng điện thoại GSM ở Việt Nam.
Ở Việt Nam và các nước trên Thế Giới, mạng điện thoại GSM vẫn chiếm đa số,
Việt Nam có ba mạng điện thoại GSM chính là:
 Mạng vinaphone
 Mạng mobiphone

 Mạng Viettel
1.1.2.1. Công nghệ của mạng GSM
Các mạng điện thoại GSM sử dụng công nghệ TDMA.
TDMA (Time Division Multiple Access). Phân chia các truy cập theo thời
gian. Công nghệ TDMA là công nghệ cho phép 8 máy di động có thể sử dụng
chung một kênh để đàm thoại, mỗi máy sẽ sử dụng 1/8 khe thời gian để truyền và
1

ĐỒ ÁN 2

ThS.Đào Thị Thu Thủy

nhận thông tin.
1.1.2.1 Công nghệ CDMA
Khác với công nghệ TDMA của các mạng GSM là công nghệ CDMA của các mạng
như:
- Mạng Sfone 095
- Mạng HT Mobile 092
CDMA là viết tắt của “Code Division Multiple Access” Phân chia các truy cập theo
mã.
Công nghệ CDMA sử dụng mã số cho mỗi cuộc gọi, và nó không sử dụng một kênh
để đàm thoại như công nghệ TDMA mà sử dụng cả một phổ tần (nhiều kênh
một lúc) vì vậy công nghệ này có tốc độ truyền dẫn tín hiệu cao hơn công nghệ
TDMA.
1.1.3 Cấu trúc cơ bản của mạng điện thoại di động
Mỗi mạng điện thoại di động có nhiều Tổng đài chuyển mạch MSC ở các khu
vực khác nhau (Ví dụ như tổng đài miền Bắc, miền Trung, miền Nam) và mỗi
Tổng đài lại có nhiều trạm thu phát vô tuyến BSS.

Hình 1.1: Mô hình mạng điện thoại di động.
1.1.4 Băng tần GSM 900 MHz
Khi sử dụng thuê bao mạng Vinaphone, Mobiphone hoặc Vietel thì chính là đang sử
dụng công nghệ GSM. Công nghệ GSM được chia làm 3 băng tần:
- Băng tần GSM 900MHz.
- Băng tần GSM 1800MHz.
- Băng tần GSM 1900MHz.
2

ĐỒ ÁN 2

ThS.Đào Thị Thu Thủy

1.1.5 Băng tần GSM 1800 MHz

Hình 1.2: băng tần GSM 1800 MHz.
Ở băng tần 1800MHz, Điện thoại di động thu ở dải sóng 1805MHz đến 1880MHz và
phát ở dải sóng 1710MHz đến 1785MHz. Khi điện thoại di động thu từ đài phát trên
một tần số nào đó (trong giải 1805MHz đến 1880MHz) nó sẽ trừ đi 95MHz để lấy ra
tần số phát, khoảng cách giữa tần số thu và phát của băng GSM 1800là 95MHz.
 So sánh hai băng tần:

Hình 1.3: Băng tần GSM 900MHz và băng tần GSM
1800MHz.

3

ĐỒ ÁN 2

ThS.Đào Thị Thu Thủy

1.2 Hệ thống GPS
1.2.1 Giới thiệu về hệ thống GPS
Hệ thống định vị toàn cầu “GPS” (the global positioning system) hay còn gọi là
NAVSTAR (Navigation Satellite Timing And Ranging). Hệ thống GPS có thể xác
định vị trí sai số từ vài trăm mét đến vài trăm centimet
Hoàn cảnh ra đời: Năm 1978, nhằm thu thập các thông tin về tọa độ (vĩ độ và kinh độ),
độ cao và tốc độ của các cuộc hành quân. Bộ quốc phòng Mỹ đã phóng lên quỹ đạo
trái đất 24 vệ tinh. Những vệ tinh trị giá nhiều tỷ USD này bay phía trên quỹ đạo trái
đất với tốc độ chừng 11.200 km/h, có nhiệm vụ truyền đi các tín hiệu vô tuyến tần số
thấp tới các thiết bị thu nhận.

Hình 1.8: 24 vệ tinh quay quanh trái đất
Trong số 24 vệ tinh của bộ quốc phòng Mỹ nói trên, chỉ có 21 vệ tinh thực sự hoạt
động, 3 vệ tinh còn lại là hệ thống hỗ trợ. Tín hiệu vô tuyến truyền đi thường không đủ
mạnh để thâm nhập vào các tòa nhà kiên cố, các hầm ngầm hay tới các địa điểm dưới
nước. Ngoài ra nó còn đòi hỏi tối thiểu 4 vệ tinh để đưa ra được thông tin chính xác về
vị trí (bao gồm cả độ cao) và tốc độ của một vật. Vì hoạt động trên quỹ đạo, các vệ
tinh đảm bảo cung cấp vị trí tại bất kỳ điểm nào trên trái đất.
GPS hoạt động trong mọi điều kiện thời tiết, mọi nơi trên trái đất, 24 giờ một ngày.
Không mất phí thuê bao hoặc mất tiền trả cho việc thiết lập sử dụng GPS nhưng phải
tốn tiền không rẻ để mua thiết bị thu tín hiệu và phần mềm nhúng hỗ trợ.
1.2.2 Hoạt động của hệ thống GPS
Cơ bản, GPS sử dụng nguyên tắc hướng thẳng tương đối của hình học và lượng giác
học. Mỗi vệ tinh liên tục phát và truyền dữ liệu trong quỹ đạo bay của nó cho tất cả các
4

ĐỒ ÁN 2

ThS.Đào Thị Thu Thủy

chòm sao vệ tinh cộng thêm dữ liệu đến kịp thời và thông tin khác. Do đó, mỗi thiết bị
GPS nhận sẽ liên tục truy cập dữ liệu quỹ đạo chính xác từ vị trí của tất cả vệ tinh có
thể tính toán bằng các vi mạch có trên tất cả các GPS nhận. Từ đó tín hiệu hoặc sóng
vô tuyến di chuyển ở vận tốc hằng số (thường bằng vận tốc ánh sang )
các thiết bị GPS thu có thể tính toán khoảng cách liên quan từ GPS đến các vệ tinh
khác bằng cách máy thu GPS so sánh thời gian tín hiệu được phát đi từ vệ tinh với thời
gian mà thiết bị GPS thu nhậnđược tín hiệu do các vệ tinh pháp. Độ sai lệch về thời
gian cho biết máy thu GPS ở cách xa vệ tinh bao nhiêu bằng cách lấy khoảng thời
gian sai lệch nhân với tốc độ của sóng vô tuyến. Rồi với nhiều quãng cách đo được tới
nhiều vệ tinh khác nhau các thiết bị GPS thu tín hiệu có thể tính được vị trí của thiết bị
GPS.
Máy thu phải nhận được tín hiệu của ít nhất ba vệ tinh để tính ra vị trí hai chiều (kinh
độ và vĩ độ) và để theo dõi được chuyển động. Khi nhận được tín hiệu của ít nhất 4 vệ
tinh thì máy thu có thể tính được vị trí ba chiều (kinh độ, vĩ độ và độ cao). Một khi vị
trí người dùng đã tính được thì máy thu GPS có thể tính các thông tin khác, như tốc
độ, hướng chuyển động, bám sát di chuyển, khoảng hành trình, quãng cách tới điểm
đến, thời gian Mặt Trời mọc, lặn và nhiều thứ khác nữa.

5

ĐỒ ÁN 2

ThS.Đào Thị Thu Thủy

1.2.3 Cấu trúc của hệ thống GPS

Hệ thống định vị GPS bao gồm 3 bộ phận: bộ phận không gian (space
segment), bộ phận điều khiển (control segment) và bộ phận người dùng (user
segment).

Hình 1.9 Các thành phần cấu tạo của hệ thống GPS
1.2.3.1 Bộ phận không gian
1.2.3.1.1 Chòm vệ tinh GPS
- Bao gồm 24 vệ tinh bay trên quỹ đạo có độ cao đồng nhất 20.200 km, chu kỳ
12 giờ, phân phối đều trên 6 mặt phẳng quỹ đạo nghiêng với xích đạo một góc
55°. Việc bố trí này nhằm mục đích để tại mỗi thời điểm và mỗi vị trí trên trái
đất đều có thể quan sát được 4 vệ tinh.
- Mỗi vệ tinh phát 2 tần số sóng mang với tần số cao L1=1575.42 MHz và
L2=1227.60 MHz. Loại sóng này phát trên cơ sở dãy số tựa ngẫu nhiên bao
gồm các số 0 và 1. Mã này được gọi tên là mã P (Precise). Bên cạnh mã P sóng
còn mang đi mã C/A (Clear/Acquisition) trong sóng L1. Mã C/A được phát với
2 tần số
- 10.23 MHz và 1.023 MHz. Ngoài 2 mã trên vệ tinh còn phát mã phụ có tần số
50 Hz chứa các thông tin về lịch vệ tinh. Các vệ tinh đều được trang bị đồng hồ
nguyên tử với độ chính xác cao.

6

ĐỒ ÁN 2

ThS.Đào Thị Thu Thủy

Hình 1.10: Các quỹ đạo của vệ tinh trong hệ thống GPS
1.2.3.1.2 Cấu trúc tín hiệu GPS
Mỗi vệ tinh đều truyền hai tần số dùng cho công việc định vị là tần số 1575,42 MHz

và tần số 1227,60 NHz. Hai sóng mang này gọi là L1 và L2, rất mạch lạc và được điều
chế bởi những tín hiệu khác nhau.
Mã nhiễu giải ngẫu nhiên (PRN - Pseudo Random Noise) thứ nhất được biết dưới cái
tên là mã C/A (Coarse/Acquisite-code), bao gồm một chuỗi các số cộng một và trừ
một, được phát đi ở tần số f0/10= 1.023 MHz. Chuỗi này được lặp lại sau mỗi mili
giây đồng hồ. Mã nhiễu giải ngẫu nhiên (PRN) thứ hai, được biết dưới cái tên là mã
P(Precise - code), bao gồm một chuỗi các số cộng một và trừ một khác, được phát đi ở
tần số f0= 10,23 MHz. Chuỗi này chỉ lặp lại sau 267 ngày. Thời gian 267 ngày này
được cắt ra làm 38 đoạn 7 ngày. Trong 38 đoạn này có một đoạn không dùng đến, 5
đoạn dùng cho các trạm mặt đất , theo dõi các tàu thuyền sử dụng, gọi là trạm giả vệ
tinh (Pseudolite), còn lại 32 đoạn 7 ngày dành cho những vệ tinh khác nhau. Bằng
cách này P- code rất khó bị giái mã để sử dụng nếu không được phép. Mã Y(Y-code)
là mã PRN tương tự như mã P, có thể dùng thay cho mã
P. Tuy nhiên phương trình tạo ra mã P thì được công bố rộng rãi và không giữ bí mật,
trong khi phương trình tạo ra mã Y thì giữ bí mật. Vì vậy, nếu mã Y được sử dụng thì
những người sử dụng GPS không có giấy phép (nói chung là những người không
thuộc quân đội Mỹ và đồng minh của họ) sẽ không thu được mã P (hoặc mã Y).
7

ĐỒ ÁN 2

ThS.Đào Thị Thu Thủy

Sóng mang L1 được điều chế bằng cả 2 mã (Mã-C/A và Mã`-P hoặc mã Y), trong khi
sóng mang L2 chỉ bao gồm một Mã-P hoặc mã Y.
Các mã được điều chế trên sóng mang bằng cách giản đơn có ý thức. Nếu mã có trị số
-1 thì phase sóng mang đổi 180°, còn nếu mã số có trị số +1 thì phase sóng mang giữ
nguyên không thay đổi.
Cả hai sóng mang đều mang thông báo vệ tinh (Satellite message) cần phát dưới dạng

một dòng dữ liệu được thiết kế ở tần số thấp (50Hz) để thông báo tới người sử dụng
tình trạng và vị trí của vệ tinh. Các dữ liệu này sẽ được các máy thu giải mã và dùng
vào việc xác định vị trí của máy theo thời gian thực.
1.2.3.2 Bộ phận điều khiển
Bộ phận điều khiển gồm toàn bộ thiết bị trên mặt đất được sử dụng để giám sát và
điều khiển các vệ tinh. Bộ phận này thường người sử dụng không nhìn thấy, nhưng
đây là bộ phận quan trọng của hệ thống GPS. Bộ phận điều khiển NAVSTAR, được
gọi là hệ thống điều khiển hoạt động (Operational Control System (OCS)) gồm 5 trạm
giám sát thụ động, toạ lạc ở Colorado Springs, Hawaii, đảo Ascencion, Diego Garcia
và Kwajalein, một trạm điều khiển chính (Master Control Station (MCS)) và 3 trạm
hiệu chỉnh số liệu (Upload Station).

Hình 1.11 Vị trí đặt trạm điều khiển GPS trên mặt đất
Lưới trắc địa đặt trên 5 trạm này được xác định bằng phương pháp giao thoa đường
đáy dài (VLBI). Trạm trung tâm làm nhiệm vụ tính toán lại tọa độ của các vệ tinh theo
số liệu của 5 trạm theo dõi thu được từ vệ tinh. Sau tính toán các số liệu được gửi từ
trạm trung tâm tới 3 trạm hiệu chỉnh số liệu và từ đó gửi tiếp tới các vệ tinh. Như vậy
8

ĐỒ ÁN 2

ThS.Đào Thị Thu Thủy

đáng kể (độ chính xác cỡ dm). Để đo được trên những khoảng cách dài đến vài nghìn
km chúng ta phải sử dụng máy 2 tần số để khử đi ảnh hưởng của tầng ion trong khí
quyển trái đất trong vòng 1 giờ các vệ tinh đều có một số liệu đã được hiệu chỉnh để
phát cho các máy thu

Hình 1.12 Phần điều khiển vệ tinh trong hệ thống GPS

1.2.3.4 Bộ phận người dùng
Bộ phận người dùng là thiết bị thu tin hiệu GPS và người sử dụng những thiết bị này.
Thiết bị thu tin hiệu GPS là một máy thu tín hiệu sóng vô tuyến đặc biệt. Nó được thiết
kế để thu tín hiệu sóng vô tuyến được truyền từ các vệ tinh và tính toán vị trí dựa trên
thông tin đó.
Các máy thu này phân làm 2 loại: máy thu 1 tần số và máy thu 2 tần số. Máy thu 1 tần
số chỉ nhận được các mã phát đi với sóng mang L1 .Các máy thu 2 tần số nhận được
cả 2 sóng mang L1và L2. Các máy thu 1 tần số phát huy tác dụng trong đo tọa độ tuyệt
đối với độ chính xác 10 m và tọa độ tương đối với độ chính xác từ 1 đến 5 cm trong
khoảng cách nhỏ hơn 50 km. Với khoảng cách lớn hơn 50 km độ chính xác sẽ giảm đi.
9

ĐỒ ÁN 2

ThS.Đào Thị Thu Thủy

1.2.4 Những nguồn lỗi ảnh hưởng đến tín hiệu GPS
Hệ thống GPS đã được thiết kế để ngày càng chính xác, tuy nhiên trên thực tế vẫn còn
có những lỗi. Những lỗi này có thể gây ra một sự lệch từ 50 -> 100m từ vị trí máy thu
GPS trên thực tế. sau đây có một vài nguồn lỗi được bàn tới:
1.2.4.1 Điều kiện khí quyển:
Cả tầng điện ly lẫn tầng đối lưu đều khúc xạ những tín hiệu GPS. Nó gây ra sự thay
đổi về tốc độ của tín hiệu trong tầng điện ly và tầng đối lưu khác so với tốc độ tín hiệu
GPS trong không gian. Bởi vì vậy, khoảng cách tính toán bằng “tốc độ x thời gian” sẽ
khác nhau.
1.2.4.1 Lỗi do sự giao thoa tín hiệu GPS:
Do sự phản xạ từ các vật cản làm cho tin hiệu GPS giao thoa với nhau làm cho các
thiết bị thu GPS sẽ thu được tín hiệu lỗi.

Hình 1.13 Giao thoa tín hiệu
1.2.4.2 Lỗi do sự di chuyển của thiết bị GPS:
Do trong qua trình thu tín hiệu GPS các thiết bị GPS di chuyển sẽ xảy ra sai
số cỡ khoảng 5 -> 15m là do có độ trễ xảy ra trong qua trình truyền giữa vệ
tinh và thiết bị GPS do vậy tuy theo tốc độ di chuyển của máy thu GPS mà
sai số giữa vị trí nhận được và vị trí thực tế của máy thu GPS là bao nhiêu
nhưng cỡ khoảng 5 -> 15 m.

10

ĐỒ ÁN 2

ThS.Đào Thị Thu Thủy

1.2.5 Vai trò và ứng dụng của công nghệ GPS hiện nay
1.2.5.1 Vai trò
Khởi nguồn của hệ thống GPS được sử dụng trong mục đích quân sự do bộ quốc
phòng Hoa Kỳ quản lý, và khi được đưa vào sử dụng trong hệ thống dân sự thì nó càng
chiếm một vai trò quan trọng.
Khi mới ra đời, GPS được coi là một trong những công nghệ mang tính cách mạng bởi
tầm ảnh hưởng của nó. Càng ngày, GPS càng thể hiện được vai trò đặc biệt của nó
trong hầu hết các lĩnh vực. Ngày nay, các hệ thống giám sát được xây dựng có sẵn
nhiều hình dạng và kích cỡ với nhiều tính năng, từ các thiết bị theo dõi GPS tiêu chuẩn
đến USB và các thiết bị tích hợp trong điện thoại di động.
Hệ thống GPS được sử dụng trong việc theo dõi xe để theo dõi về vị trí, hướng, tốc
độ,… Đặc biệt, với các doanh nghiệp vận tải, hệ thống này là giải pháp tối ưu cho
phép họ theo dõi xe và đảm bảo giao hàng hóa, dịch vụ kịp thời. Ngoài ra, thiết bị
theo dõi của xe rất hữu ích trong việc truy tìm chiếc xe bị đánh cắp. Chỉ cần xe có cài
GPS, khi xe bị đánh cắp, cảnh sát sẽ nhanh chóng xác định được vị trí của xe và tìm lại

nó dễ dàng.
Hơn thế nữa, tiến bộ công nghệ đã tạo ra những thiết bị theo dõi xe rất nhỏ gọn và dễ
dàng cài đặt riêng. Chúng cho phép bạn tìm các tuyến đường khác nhau và giúp đỡ bạn
trong việc truy tìm địa điểm nếu bạn bị lạc.
Với những tính năng trên, GPS đang dần trở thành người bạn đồng hành với các cá
nhân và nhiều doanh nghiệp, đặt biệt là các doanh nghiệp hoạt động trong lĩnh vực
vận tải
1.2.5.2 Ứng dụng
Hệ thống GPS đã được đưa vào sử dụng rất nhiều lĩnh vực khác nhau. Một số ứng
dụng quan trọng mà hệ thống này mang lại:
Trong giáo dục: Chương trình thiết bị Bản đồ và GIS Giáo dục (Mapping & GIS
Educator) giới thiệu những giải pháp đơn giản và đa dạng, tạo điều kiện thuận lợi nhất
cho các tổ chức giáo dục, thực hiện việc giản dạy về công nghệ GPS và GIS cho học
viên dựa trên những công nghệ mới nhất của Trimble.
 Trong lĩnh vực khí đốt và dầu mỏ: Ngày nay, các công ty dầu và khí luôn đặt
dưới áp lực lớn nhất , phải tuân thủ và phù hợp với những yêu cầu và quy định
quốc tế. Các công ty luôn phải duy trì số liệu cụ thể về hệ thống hạ tầng ống
dẫn phức tạp của họ. Hơn bao giờ hết, các công ty dầu và khí đốt luôn là các
công ty đi đầu trong ứng dụng công nghệ GPS và GIS trong việc thành lập các
bản đồ, thu thập giám sát và phân tích các số liệu thực địa
11

ĐỒ ÁN 2

ThS.Đào Thị Thu Thủy

 Trong quân sự: đây là lĩnh vực hình thành nên hệ thống định vị toàn cầu GPS.
Vì vậy hệ thống GPS đóng một vai trò quan trọng trong lĩnh vực này như giám
sát an ninh, phục vụ cho quân đội,…

 Trong giao thông: Giám sát quản lý vận tải, theo dõi vị trí, tốc độ, hướng di
chuyển, giám sát thương mại dịch vụ vận tải hành khách, chống trộm cho ứng
dụng thuê xe tự lái, theo dõi lộ trình của đoàn xe.

1.3

Giới thiệu vi điều khiển 16F887

1.3.1 Giới thiệu PIC 16F887
Đây là vi điều khiển thuộc họ PIC16Fxxx với tập lệnh gồm 35 lệnh có độ dài
14 bit. Mỗi lệnh đều được thực thi trong một chu kì xung clock. Tốc độ hoạt động
tối đa cho phép là 20 MHz với một chu kì lệnh là 200ns. Bộ nhớ chương trình
8Kx14 bit, bộ nhớ dữ liệu 368 byte RAM và bộ nhớ dữ liệu EEPROM với dung
lượng 256byte. Số PORT I/O là 5 với 33 pin I/O.
1.3.1.1 Các đặc tính ngoại vi bao gồm các khối chức năng sau
- Timer0: bộ đếm 8 bit với bộ chia tần số 8 bit.
- Timer1: bộ đếm 16 bit với bộ chia tần số, có thể thực hiện chức năng đếm dựa
vào xung clock ngoại vi ngay khi vi điều khiển hoạt động ở chế độ sleep.
- Timer2: bộ đếm 8 bit với bộ chia tần số, bộ postcaler.
- Hai bộ Capture/so sánh/điều chế độ rộng xung.
- Các chuẩn giao tiếp nối tiếp SSP (Synchronous Serial Port), SPI và I2C.
- Chuẩn giao tiếp nối tiếp USART với 9 bit địa chỉ.
- Cổng giao tiếp song song PSP (Parallel Slave Port) với các chân điều khiển RD,
WR, CS ở bên ngoài.
- 8 kênh chuyển đổi ADC 10 bit.
- Hai bộ so sánh.
- Bên cạnh đó là một vài đặc tính khác của vi điều khiển như:
- Bộ nhớ flash với khả năng ghi xóa được 100.000 lần.
 Bộ nhớ EEPROM với khả năng ghi xóa được 1.000.000 lần.
 Dữ liệu bộ nhớ EEPROM có thể lưu trữ trên 40 năm.

 Khả năng tự nạp chương trình với sự điều khiển của phần mềm.

12

ĐỒ ÁN 2

ThS.Đào Thị Thu Thủy

1.3.1.2 Các đặc tính Analog
 Nạp được chương trình ngay trên mạch điện ICSP (In Circuit Serial Programming)
 thông qua 2 chân.
 Watchdog Timer với bộ dao động trong.
 Chức năng bảo mật mã chương trình.
 Chế độ Sleep.
 Có thể hoạt động với nhiều dạng Oscillator khác nhau.
1.3.2 Sơ đồ chân PIC16F887

Hình 1.14: Sơ đồ chân PIC 16F887

21

Giám sát vị trí qua tọa độ gps và điều khiển thiết bị cho xe máy qua sms dùng modulesim và pic 16f887

Tài liệu liên quan

Tài liệu bạn tìm kiếm đã sẵn sàng tải về