Giám sát và cảnh báo hoạt động phương tiện vận tải ô tô

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

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

ĐỀ TÀI:

GIÁM SÁT VÀ CẢNH BÁO
HOẠT ĐỘNG PHƯƠNG TIỆN
VẬN TẢI Ô TÔ
GVHD: Th.S Nguyễn Ngô Lâm
SVTH : Đỗ Văn Hải
MSSV: 13141077

Tp. Hồ Chí Minh – 07/2018


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

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

GIÁM SÁT VÀ CẢNH BÁO
HOẠT ĐỘNG PHƯƠNG
TIỆN VẬN TẢI Ô TÔ
GVHD: Th.S Nguyễn Ngô Lâm
SVTH : Đỗ Văn Hải
MSSV: 13141077

Tp. Hồ Chí Minh – 07/2018


TRƯỜNG ĐH. SƯ PHẠM KỸ THUẬT
CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM
TP. HỒ CHÍ MINH
ĐỘC LẬP - TỰ DO - HẠNH PHÚC
KHOA ĐIỆN-ĐIỆN TỬ
BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH
Tp. HCM, ngày tháng 07 năm 2018

NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
Họ tên sinh viên:
Chuyên ngành:
Hệ đào tạo:
Khóa:

Đỗ Văn Hải
Kỹ thuật Điện - Điện tử
Đại học chính quy
2013

MSSV: 13141077

Mã ngành:
Mã hệ:
Lớp:

01
1
13141DT2D

I. TÊN ĐỀ TÀI: GIÁM SÁT VÀ CẢNH BÁO HOẠT ĐỘNG PHƯƠNG TIỆN VẬN
TẢI Ô TÔ
II. NHIỆM VỤ
1. Các số liệu ban đầu:
-

Sử dụng module sim 808 để thực hiện: gọi, nhắn tin bằng GSM và định vị GPS.

-

Module Sim808 có GPS với độ nhạy cao với 22 kênh theo dõi và 66 kênh tiếp
nhận. Bên cạnh đó, nó cũng hỗ trợ công nghệ A-GPS, giúp cho việc định vị được
chính xác hơn, ngay cả khi ở thiết bị ở trong nhà.

-

Sai số định vị 10m.

-

Tọa độ nhận biết xe ngã tối thiểu theo trục x là: 10000.

-

Giá trị nhận biết xe đang bị rung là nhỏ hơn 900. Khi xe không bị rung lắc va
chạm giá trị hoạt động ổn định do cảm biến rung thu thập được là từ 1021-1023.

-

Thiết bị không thể thực hiện cảnh báo gọi và nhắn tin về điện thoại theo dõi khi
nằm ngoài vùng phủ sóng.

2. Nội dung thực hiện:
- nghiên cứu về hộp đen.
- Nghiên cứu về gps, gsm. Từ đó lưạ chọn linh kiện phù hợp (module sim).
- Nghiên cứu về Arduino và một số cảm như cảm biến rung, cảm biến đo gia tốc góc
và một số cảm biến khác liên quan đến hộp đen.
- Thực hiện thiết kế mạch trên phần mềm chuyên dụng altium designer.
- Tiến hành thi công mạch in và lắp ráp linh kiện phần cứng.
- Tìm hiểu và cài đặt phần mềm lập trình cho board vi xử lý Arduino là Arduino
IDE.
ii


- Lập trình kết nối các dữ liệu từ các cảm biến thông qua vi xử lý trung tâm là board
Arduino và hiển thị về điện thoại Smart Phone.
- Chạy thử nghiệm hệ thống giám sát và cảnh báo phương tiện vận tải ô tô trên
monitor và thực tế.
- Cân chỉnh hệ thống.
- Viết báo cáo.
- Báo cáo đề tài tốt nghiệp.
III. NGÀY GIAO NHIỆM VỤ:

13/03/2018
IV. NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ: 03/07/2017
V. HỌ VÀ TÊN CÁN BỘ HƯỚNG DẪN:
Th.S Nguyễn Ngô Lâm
CÁN BỘ HƯỚNG DẪN

BM. ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH

iii


TRƯỜNG ĐH. SƯ PHẠM KỸ THUẬT
TP. HỒ CHÍ MINH
KHOA ĐIỆN-ĐIỆN TỬ

CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM
ĐỘC LẬP - TỰ DO - HẠNH PHÚC

BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH

Tp. HCM, ngày

tháng 07 năm 2018

LỊCH TRÌNH THỰC HIỆN ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
Họ tên sinh viên : Đỗ Văn Hải
Lớp: 13141DT2D
MSSV: 13141077
Tên đề tài:
GIÁM SÁT VÀ CẢNH BÁO HOẠT ĐỘNG PHƯƠNG TIỆN VẬN

TẢI Ô TÔ.
Tuần/ngày

Nội dung

Tuần 6
(13/3 – 19/3)
Tuần 7
(20/3 – 26/3)
Tuần 8
(27/3 – 02/4)
Tuần 9
(03/4 – 09/4)
Tuần 10
(10/4 – 16/4)

Gặp giáo viên hướng dẫn, nhận đề tài đồ án tốt
nghiệp.
Tìm tài liệu phục vụ cho nghiên cứu và thực
hiện đề tài, viết đề cương đồ án tốt nghiệp.
Thiết kế sơ đồ khối, sơ đồ nguyên lý mạch

Tuần 11
(17/4 – 23/4)

Lập trình điều khiển Module SIM808 gửi tin
nhắn và nhận cuộc gọi.

Tuần 12
(24/4 – 30/4)

Chỉnh sửa, hoàn thiện lập trình cho toàn hệ
thống.

Tuần 13,14
(01/5 – 14/5)
Tuần 15
(15/5 – 21/5)

Chỉnh sửa, hoàn thiện mạch thi công.

Tuần 16
(22/5 – 28/5)
Tuần 17,18
(29/5 – 11/6)
Tuần 19,20,21
(12/6 – 03/7)
Tuần 22
(04/7 – 10/7)

Xác nhận
GVHD

Cài đặt các công cụ hỗ trợ lập trình điều khiển
để thực hiện đề tài.
Lập trình điều khiển arduino giao tiếp với
module SIM808.

Chạy thử nghiệm thực tế và tinh chỉnh, đóng
gói sản phẩm.

Lấy kết quả thực nghiệm viết đề cương cho báo
cáo.
Viết báo cáo tốt nghiệp.
Chỉnh sửa, kiểm tra lần cuối và nộp quyển báo
cáo.
Báo cáo đồ án tốt nghiệp.

iv


GV HƯỚNG DẪN
(Ký và ghi rõ họ và tên)

Th.S Nguyễn Ngô Lâm

v


LỜI CAM ĐOAN
Đề tài này là do nhóm đồ án tự thực hiện dựa vào một số tài liệu và công trình nghiên
cứu, không sao chép từ tài liệu hay công trình đã có trước đó. Nếu có sao chép nhóm đồ án
hoàn toàn chịu trách nhiệm.
Tp. Hồ Chí Minh, ngày 01 tháng 07 năm 2017
Sinh viên thực hiện

ĐỖ VĂN HẢI

vi

LỜI CẢM ƠN
“Uống nước nhớ nguồn, ăn quả nhớ kẻ trồng cây” là truyền thống mang giá trị
nhân văn vô cùng quý báu mà từ xưa đến nay ông cha ta đã răng dạy và gìn giữ cho đến
tận ngày hôm nay. Chính vì lẽ đó mà nhóm nghiên cứu luôn luôn vô cùng tỏ lòng biết ơn
chân thành đến tất cả mọi người đã giúp đỡ nhóm tận tình trong thời gian qua để hoàn
thành tốt đề tài đồ án tốt nghiệp “Giám sát và cảnh báo hoạt động phương tiện vận tải ô
tô”. Và điều vô cùng đặc biệt hơn mà không thể không nhắc đến đó là sự hướng dẫn vô
cùng tận tình của Thầy ThS.Nguyễn Ngô Lâm và các Thầy Cô trong bộ môn Điện Tử
Công Nghiệp – Y Sinh đã giúp đỡ hết sức nhiệt tình nhóm trong suốt quá trình nghiên
cứu và hoàn thành đề tài được giao. Quả đúng với câu “Không Thầy đố mày làm nên”. Vì
thế, trong lời đầu tiên của cuốn báo cáo đồ án tốt nghiệp này, Nhóm muốn dành lời cảm
ơn chân thành sâu sắc đến Thầy ThS.Nguyễn Ngô Lâm và các Thầy Cô trong bộ môn
Điện Tử Công Nghiệp – Y Sinh của Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật Thành Phố Hồ
Chính Minh. Đồng thời nhóm nghiên cứu cũng thể hiện sự biết ơn đối với các bạn cùng
lớp đã góp ý kiến xây dựng đề tài được hoàn thiện hơn.
Không thể quên được, nhóm nghiên cứu xin gửi lời cảm ơn đến những đấng
sinh thành dưỡng dục đã luôn hỗ trợ, động viên và cũng là niềm động lực lớn lao để
nhóm có thể hoàn thành tốt đề tài.
Mặc dù đã cố gắng rất nhiều, nhưng nhóm sẽ khó tránh khỏi những lúc làm các
Thầy Cô, các bạn phiền lòng. Kính mong quý Thầy Cô, cùng các bạn lượng thứ bỏ
qua. Với vốn kiến thức hạn hẹp cùng kinh nghiệm sống ít ỏi của mình thì chắc chắn
trong bài báo cáo sẽ có những sai lầm thiếu sót. Nhóm nghiên cứu rất làm thứ lỗi và
mong nhận được những chỉ dạy, đóng góp vô cùng quý báu của quý Thầy cô cùng các
bạn để nhóm có thể hoàn thiện tốt đề tài hơn nữa.
Một lần nữa, nhóm nghiên cứu xin chân thành cảm ơn!

Sinh viên thực hiện

ĐỖ VĂN HẢI
vii

viii


MỤC LỤC
Trang bìa ........................................................................................................................ i
Nhiệm vụ đồ án ............................................................................................................. ii
Lịch trình ..................................................................................................................... iv
Cam đoan .................................................................................................................... vi
Lời cảm ơn .................................................................................................................. vii
Mục lục ...................................................................................................................... viii
Liệt kê hình vẽ .............................................................................................................. x
Liệt kê bảng vẽ ............................................................................................................ xii
Tóm tắt ...................................................................................................................... xiii
Chương 1: TỔNG QUAN ............................................................................................. 1
ĐẶT VẤN ĐỀ............................................................................................................. 1
MỤC TIÊU.................................................................................................................. 1
NỘI DUNG NGHIÊN CỨU ....................................................................................... 2
GIỚI HẠN ................................................................................................................... 2
BỐ CỤC ...................................................................................................................... 2
Chương 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT ................................................................................. 4
2.1TÌM HIỂU VỀ HỆ THỐNG GPS .......................................................................... 4
2.1.1 Hệ thống định vị toàn cầu (GPS) ................................................................... 4
2.1.2 Cấu trúc của hệ thống định vị toàn cầu GPS ................................................. 5
2.1.3 Phương trình chuyển hướng ........................................................................... 9
2.1.4 Thành phần tín hiệu gps ............................................................................... 11
2.1.5 Cách thức làm việc của hệ thống gps ........................................................... 15
2.2 TÌM HIỂU VỀ HỆ THỐNG MẠNG GSM ........................................................ 19
2.2.1 Mạng thông tin di động toàn cầu (GSM) ..................................................... 19

2.2.2 Cấu trúc cơ bản của mạng điện thoại di động .............................................. 20
2.2.3 Các Thành Phần Của Mạng Điện Thoại Di Động ....................................... 22
2.2.4 Một số tập lệnh AT cơ bản sử dụng cho ứng dụng GSM ............................ 24
2.3 CÁC CHUẨN GIAO TIẾP ................................................................................. 32
2.3.1 Chuẩn giao tiếp I2C ..................................................................................... 32
2.3.2 Chuẩn giao tiếp UART ................................................................................ 34
2.3.3 Chuẩn NMEA0183....................................................................................... 35
2.4 GIỚI THIỆU PHẦN CỨNG ............................................................................... 42
viii


2.4.1 Arduino UNO R3 ......................................................................................... 42
2.4.2 Module SIM808 ........................................................................................... 46
2.4.3 Cảm biến ...................................................................................................... 50
Chương 3: TÍNH TOÁN VÀ THIẾT KẾ ................................................................ 52
3.1 GIỚI THIỆU ....................................................................................................... 52
3.2 TÍNH TOÁN VÀ THIẾT KẾ HỆ THỐNG ........................................................ 52
3.2.1 Thiết kế sơ đồ khối hệ thống ........................................................................ 52
3.2.2 Tính toán và thiết kế mạch ........................................................................... 55
3.2.3 Sơ đồ nguyên lý của toàn mạch ................................................................... 63
Chương 4: THI CÔNG HỆ THỐNG ....................................................................... 65
4.1 GIỚI THIỆU ....................................................................................................... 65
4.2 THI CÔNG HỆ THỐNG .................................................................................... 65
4.2.1 Thi công bo mạch ......................................................................................... 65
4.2.2 Lắp ráp và kiểm tra ...................................................................................... 67
4.3 ĐÓNG GÓI ......................................................................................................... 68
4.4 LẬP TRÌNH HỆ THỐNG ................................................................................... 69
4.4.1 Lưu đồ giải thuật .......................................................................................... 69
4.4.2 Phần mềm lập trình cho vi điều khiển.......................................................... 71
4.5 VIẾT TÀI LIỆU HƯỚNG DẪN SỬ DỤNG, THAO TÁC ............................... 77

4.5.1 Viết tài liệu hướng dẫn sử dụng ................................................................... 77
4.5.2 Quy trình thao tác ......................................................................................... 79
Chương 5: KẾT QUẢ_NHẬN XÉT_ĐÁNH GIÁ ................................................... 80
5.1 KẾT QUẢ QUÁ TRÌNH THỰC HIỆN ĐỀ TÀI. ............................................... 80
5.1.1 Kết quả về cảm biến ..................................................................................... 80
5.1.2 Kết quả về giám sát và cảnh báo .................................................................. 81
5.2 NHẬN XÉT VÀ ĐÁNH GIÁ CHUNG .............................................................. 85
Chương 6: KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN .............................................. 87
6.1 KẾT LUẬN ......................................................................................................... 87
6.2 HƯỚNG PHÁT TRIỂN ...................................................................................... 87

TÀI LIỆU THAM KHẢO .................................................................................. xiv
PHỤ LỤC

.......................................................................................................... xv

ix


LIỆT KÊ HÌNH VẼ
Hình

Trang

Hình 2.1: vệ tinh quay quanh trái đất ............................................................................ 4
Hình 2.2: Các thành phần cấu tạo của hệ thống GPS ................................................... 5
Hình 2.3: Mô hình ba mảng của hệ thống định vị toàn cầu. ......................................... 6
Hình 2.4: Phần thiết bị sử dụng dẫn đường GPS. ......................................................... 7
Hình 2.5: Trạm mặt đất được sử dụng từ 1984-2007.................................................... 8
Hình 2.6: Các quỹ đạo của vệ tinh trong hệ thống GPS. .............................................. 9

Hình 2.7: Mô hình tín hiệu GPS khi truyền .................................................................. 13
Hình 2.8: Cấu trúc thành phần cùng pha của L1 ........................................................... 14
Hình 2.9: Cấu trúc thành phần vuông pha của L1. ....................................................... 14
Hình 2.10: Tính khoảng cách từ thiết bị GPS đến vệ tinh. ........................................... 16
Hình 2.11: Thông tin dữ liệu. ........................................................................................ 17
Hình 2.12: Lỗi do giao thoa tín hiệu GPS ..................................................................... 18
Hình 2.13: Mô hình mạng điện thoại di động. .............................................................. 20
Hình 2.14: Băng tần GSM 1800 MHz. ......................................................................... 21
Hình 2.15: Băng tần GSM 900MHz và băng tần GSM 1800MHz. .............................. 21
Hình 2.16: Mạng điện thoại di động GSM.................................................................... 22
Hình 2.17: IMEI: Số nhận dạng thiết bị di động quốc tế. ............................................. 23
Hình 2.18: Ý nghĩa số SIM. .......................................................................................... 23
Hình 2.19: Ý nghĩa số thuê bao IMSI. .......................................................................... 24
Hình 2.20: Kết nối thiết bị vào bus I2C ở chế độ chuẩn (Standard mode) và chế độ nhanh
(Fast mode).................................................................................................................... 33
Hình 2.21: Hoạt động ua SDA, SCL khi truyền nhận dữ liệu ...................................... 33
Hình 2.22: Kết nối UART ............................................................................................. 34
Hình 2.23: Khung truyền của giao tiếp UART. ............................................................ 34
Hình 2.24: Hình mặt trước của board Arduino UNO. .................................................. 43
Hình 2.25: Sơ đồ thành phần chính của Arduino UNO R3 .......................................... 44
Hình 2.26: Module SIM808 của hãng mlab .................................................................. 46
Hình 2.27: cảm biến rung .............................................................................................. 50
Hình 2.28: Cảm biến gia tốc MPU-6050 ...................................................................... 51
Hình 3.1: Sơ đồ khối của hệ thống ................................................................................ 53
Hình 3.2: Khối xử lý trung tâm ..................................................................................... 56
Hình 3.3: Khối SIM808 kết nối với Arduino ................................................................ 57
x


Hình 3.4: Khối cảm biến rung kết nối với Arduino ...................................................... 58

Hình 3.5: Khối cảm biến gia tốc kết nối với Arduino ................................................... 59
Hình 3.6: Khối led kết nối với arduino ......................................................................... 60
Hình 3.7: Khối Switch kết nối với Arduino .................................................................. 60
Hình 3.8: Khối chuông báo kết nối với Arduino .......................................................... 61
Hình 3.9: Smartphone ................................................................................................... 61
Hình 3.10: Adapter 12V-2A .......................................................................................... 62
Hình 3.11: Sơ đồ nguyên lý toàn mạch ........................................................................ 63
Hình: 4.1 Mạch in thiết kế trên Altium Designer ......................................................... 65
Hình 4.2: Sơ đồ bố trí các linh kiện .............................................................................. 66
Hình 4.3: Mạch in sau khi thi công ............................................................................... 67
Hình 4.4: Góc nhìn 3D sơ đồ bố trí linh kiện trên Altium Designer ............................ 67
Hình 4.5: Mạch thực tế sau khi ráp linh kiện ................................................................ 68
Hình 4.6: Mạch sau khi đóng gói .................................................................................. 68
Hình 4.7: Lưu đồ giải thuật hệ thống ............................................................................ 69
Hình 4.8: Chương trình con khi xe bị rung và kiểm tra cuộc gọi đến .......................... 70
Hình: 4.9: giao diện phần mềm arduino IDE ................................................................ 72
Hình 4.10: Lưu đồ miêu tả lại quá trình các bước vận hành thiết bị ............................ 79
Hình 5.1: Kết quả cảm biến rung hoạt động trên monitor. ........................................... 80
Hình 5.2: Kết quả cảm biến gia tốc liên tục đọc giá trị về trên monitor ....................... 81
Hình 5.3: Thiết bị giám sát vị trí qua tin nhắn khi có cuộc gọi đến .............................. 82
Hình 5.4: Vị trí của thiết bị và vị trí của Smartphone trên google map ........................ 83
Hình 5.5: Thiết bị cảnh báo bị rung qua tin nhắn ......................................................... 84
Hình 5.6: Thiết bị ngắt hoạt động xe và sáng đèn xi-nhan khi bị ngã. ......................... 85

xi


LIỆT KÊ BẢNG
Bảng

Trang

Bảng 2.1: Lệnh AT Command thiết lập và cài đặt cuộc gọi ........................................... 24
Bảng 2.2: Lệnh AT Command thiết lập và cài đặt cho tin nhắn SMS. ........................... 25
Bảng 2.3: Lệnh AT dành cho tin nhắn SMS. .................................................................. 26
Bảng 2.4: Các lệnh AT Command đặc biệt cho SIM808C ............................................. 29
Bảng 2.5: Chi tiết các lệnh AT dành cho SIM808C. ...................................................... 30
Bảng 2.6: Danh sách các dạng dữ liệu đầu ra ................................................................. 36
Bảng 2.7:Giao thức GGA ................................................................................................ 37
Bảng 2.8: Định dạng vị trí ............................................................................................... 38
Bảng 2.9 Giao thức GLL ................................................................................................. 38
Bảng 2.10: Giao thức GSA ............................................................................................. 39
Bảng 2.11: Giao thức GSV ............................................................................................. 40
Bảng 2.12: Giao thức RMC ............................................................................................ 41
Bảng 2.13: Giao thức VTG ............................................................................................. 42
Bảng 2.14: Thông số kỹ thuật của Arduino UNO........................................................... 45
Bảng 2.15: Chức năng các chân SIM808. ....................................................................... 46
Bảng 5.1: Kết quả thống kê thông số kinh độ của thiết bị và phần mềm Google maps . 85
Bảng 5.2: Kết quả thống kê thông số kinh độ của thiết bị và phần mềm Google maps . 86

xii


TÓM TẮT
Mục đích của đề tài là tạo ra một thiết bị hộp đen cho ô tô cũng như một số
phương tiện vận tải khác. Giúp người dùng có thể dễ dàng giám sát xe hay tài sản của
mình cũng như cảnh báo cho người dùng về tình trạng của xe.
Nhóm nghiên cứu sử dụng hệ thống mạng di động toàn cầu GSM và hệ thống
định vị toàn cầu GPS được tích hợp sẵn trong module sim 808 đồng thời kết hợp với
một số cảm biến như: cảm biến rung, cảm biến gia tốc…Cùng bộ vi xử lý trung là

board Arduino Uno R3 để xác định chính xác vị trí của xe khi đang di chuyển. Hệ
thống giúp bảo vệ an toàn cho người dùng khi thiết kệ tự động tắt máy khi xe có sự cố
ngã hay va đập mạnh cũng như cảnh báo cho mọi người xung quanh biết tình trạng của
xe khi gặp sự cố như còi hú, đèn xi nhan sáng nhấp nháy,…để kịp thời giúp đỡ. Đồng
thời cũng giúp người dùng cảnh báo tình trạng của xe thông qua các cảm biến bằng tin
nhắn và gọi điện nhờ hệ thống mạng di động toàn cầu GSM.
Điểm nổi bật của đề tài là hệ thống dễ dàng sử dụng cho người dùng. Ưu điểm là
khi khởi đông hệ thống thì hệ thống hoạt động tự động. Sản phẩm có giá thành vừa phải,
có tính ứng dụng cao không chỉ cho xe ô tô mà còn cho tất cả các phương tiện vận tải
khác.

xiii


CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN

Chương 1: TỔNG QUAN
1.1.

ĐẶT VẤN ĐỀ
Quá trình phát triển kinh tế, công nghiệp hóa, hiện đại hóa là tiền đề cho quá trình

đô thị hóa. Nhu cầu di chuyển (nhu cầu giao thông) luôn tăng theo quá trình phát triển
kinh tế - xã hội. Chính vì vậy hiện nay, số lượng phương tiện tham gia giao thông ngày
càng nhiều và đa dạng như xe gắn máy, ô tô, xe tải, xe buýt, ... Điều đó đã gây ra nhiều
vấn đề như ùn tắc và tai nạn giao thông. Do đó gây khó khăn trong việc cảnh báo những
rủi ro có thể xảy ra cho phương tiện và người điều khiển xe. Vì vậy việc quản lý và giám
sát tình trạng phương tiện giao thông trở nên rất quan trọng và cần thiết đối với người
dùng. Theo thông tin mới nhất được cập nhật, chính phủ đã ra nghị định số 86/2014/NĐCP ban hành ngày 10/9/2014 và thay thế cho nghị định 91/2009/NĐ-CP và nghị định
93/2012/NĐ-CP. Nghị định 86/2014 thay đổi và bổ sung thêm một số điều khoản về

việc lắp đặt thiết bị giám sát hành trình bắt buộc đối với xe kinh doanh vận tải, nghị định
có hiệu lực thi hành kể từ ngày 01/12/2014 quy định về quản lý phương tiện vận tải, yêu
cầu tất cả các phương tiện vận tải phải lắp đặt hộp đen theo đúng tiêu chuẩn Bộ Giao
thông vận tải là trước ngày 01 tháng 7 năm 2018 áp dụng cho xe ô tô kinh doanh vận tải
hàng hóa có trọng tải thiết kế dưới 3,5 tấn. Nhưng để quản lý hộp đen một cách tiện
dụng và dễ dàng thì cần một thiết bị có thể giám sát và cảnh báo kịp thời. Xuất phát từ
chính nhu cầu thực tế đó mà nhóm đã đưa ra quyết định chọn đề tài: “Giám sát và cảnh
báo hoạt động phương tiện vận tải ô tô” để tiến hành nghiên cứu và thực hiện.
Ở đề tài này, nhóm đồ án sẽ thiết kế một thiết bị có gắn bộ định vị GPS và các cảm
biến để được lắp đặt trên phương tiện vận tải ô tô nhằm gửi các thông số như: giám sát
vị trí, cảnh báo rung xe, cảnh báo ngã xe về smartphone. Khi đó, Smartphone có thể
giám sát vị trí thiết bị trên google map và đồng thời thấy được những cảnh báo ngã xe
hoặc rung xe qua tin nhắn, cuộc gọi một cách kịp thời.

1.2.

MỤC TIÊU
Thiết kế và thi công mạch giám sát hoạt động phương tiện vận tải ô tô và cảnh báo

cho người dùng.
Lập trình Arduino để giám sát thiết bị thông qua Smarphone.

BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH

1


CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN
Ứng dụng các tập lệnh của Module SIM808 để gửi các thông tin giám sát và cảnh
báo về Smartphone.

1.3.

NỘI DUNG NGHIÊN CỨU
Quá trình làm việc của nhóm nghiên cứu được thực hiện qua các bước sau:
 Cài đặt phần mềm Altium để vẽ mạch và phần mềm Arduino IDE để lập
trình xử lý.
 Nghiên cứu về GPS và GSM.
 Nghiên cứu về Arduino UNO R3 và module SIM 808.
 Thiết kế, thi công mô hình phần cứng.
 Lập trình giao tiếp Arduino với SIM808 và GPS.
 Lập trình Arduino để giám sát thiết bị và cảnh báo cho người dùng qua
Smartphone.
 Lắp ráp các khối vào mô hình.
 Chạy thử nghiệm hệ thống giám sát và cảnh báo phương tiện vận tải ô tô.
 Cân chỉnh hệ thống.
 Viết báo cáo đồ án tốt nghiệp.
 Báo cáo đề tài tốt nghiệp.

1.4.

GIỚI HẠN
 Định vị vị trí ô tô trên bản đồ sai lệnh so với thực tế ở mức chấp nhận được.
 Tốc độ cập nhật vị trí và các thông số của xe ô tô tùy theo chất lượng sóng của
nhà mạng mà Smartphone sử dụng.
 Thiết kế và thi công hệ thống giám sát và cảnh báo phương tiện vận tải ô tô bằng
cách thi công trên mô hình.

1.5.

BỐ CỤC

Chương 1: Tổng Quan
Đặt vấn đề liên quan đến đề tài, tìm hiểu những lý do và sự cần thiết để thực hiện
đề tài, mục tiêu hoàn thành, giới hạn cũng như những bước đi từ cơ bản đến cụ thể mà
nhóm sẽ thực hiện trong quá trình nghiên cứu đề tài.
Chương 2: Cơ Sở Lý Thuyết
BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH

2


CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN
Trình bày các kiến thức về phầm mềm Arduino IDE, lý thuyết về Arduino UNO
R3, lý thuyết về SIM808 được áp dụng trong đề tài.
Chương 3: Tính Toán và Thiết Kế
Trình bày sơ đồ khối của hệ thống, tính toán thiết kế cho từng khối.
Chương 4: Thi Công Hệ Thống
Thi công mạch theo thiết kế. Lập trình điều khiển cho vi xử lý chính. Kiểm tra,
chạy thử nghiệm và tinh chỉnh lỗi.
Chương 5: Kết Quả, Nhận Xét và Đánh Giá
Trình bày kết quả đã đạt được và đưa ra những bàn luận về sản phẩm.
Chương 6: Kết Luận và Hướng Phát Triển
Kết luận chung về đề tài và hướng phát triển của nó.

BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH

3

CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT

Chương 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT
2.1

TÌM HIỂU VỀ HỆ THỐNG GPS

2.1.1 Hệ thống định vị toàn cầu (GPS)
Hệ thống định vị toàn cầu GPS (the global positioning system) hay còn gọi là
NAVSTAR (Navigation Satellite Timing And Ranging) là hệ thống xác định tọa độ
dựa trên vị trí của các vệ tinh nhân tạo. Hệ thống GPS có thể xác định vị trí sai số từ
vài trăm mét đến vài trăm centimet. Trong cùng một thời điểm, ở một vị trí bất kỳ
trên trái đất nếu xác định được khoảng cách đến tối thiểu ba vệ tinh thì ta có thể tính
được tọa độ của vị trí đó. 4
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 ở độ cao 19.200 km, 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. 1

Hình 2.1: vệ tinh quay quanh trái đất1
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
Nguyễn Quốc Vương, “Nghiên cứu, chế tạo hộp đen ô tô”, Luận văn Thạc sĩ, Trường DHSPKT, Tp.HCM,
2014.
1

BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH

4


CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT
đạo, các vệ tinh đảm bảo cung cấp vị trí tại bất kỳ điểm nào trên trái đất. Vào năm
1983, Liên Xô bắn rơi một máy bay hành khách của Hàn Quốc vì đã vi phạm không
2

phận. Sau tai nạn này, nhu cầu định vị và dẫn đường cho các ứng dụng hàng không

và dân dụng trở nên cấp thiết. Tổng thống Reagan đã ra lệnh cho quân đội Mỹ phải
mở cửa một phần GPS cho các ứng dụng dân sự. Người Mỹ để tránh gây nguy hiểm
đến quyền lợi của Mỹ đã phát minh ra SA (dùng để tăng sai số) và bắt đầu đưa ứng
dụng vào năm 1990. Vào tháng 5 năm 2000, kỹ thuật quân sự Mỹ đã tiến khá xa, lúc
này tổng thống Clinton mới tự tin ra lệnh tắt SA. Sau đó, nhu cầu máy thu GPS cá
nhân và dân dụng mới thực sự bùng nổ.1

2.1.2 Cấu trúc của hệ thống định vị toàn cầu GPS
Hệ thống định vị toàn cầu GPS bao gồm có 3 bộ phận chính cấu thành đó là
phần người sử dụng (User Segment), phần điều khiển (Control Segment), phần không
gian (Space Segment).

Hình 2.2: Các thành phần cấu tạo của hệ thống GPS1

Nguyễn Quốc Vương, “Nghiên cứu, chế tạo hộp đen ô tô”, Luận văn Thạc sĩ, Trường DHSPKT, Tp.HCM,
2014.
1

BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH

5


CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT
Chúng ta sẽ tìm hiểu 3 bộ phận chính của GPS và chức năng của chúng:

Hình 2.3: Mô hình ba mảng của hệ thống định vị toàn cầu.4

a. Phần sử dụng1
Bộ phận người dùng là thiết bị thu tín hiệu GPS và người sử dụng những thiết
bị này. Thiết bị thu tín 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. Thiết bị thu tín hiệu GPS có nhiều kích cỡ khác
nhau, hình dáng và giá cả khác nhau. 1

BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH

6


CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT
Tính chất và giá cả của thiết bị thu tín hiệu GPS nói chung lệ thuộc vào chức
năng mà bộ phận thu nhận có ý định. Bộ phận thu nhận dùng cho ngành hàng hải
và hàng không thường sử dụng cho tính năng giao diện với thẻ nhớ chứa bản đồ đi
biển. Bộ phận thu nhận dùng cho bản đồ khả năng chính xác rất cao và có giao
diện người sử dụng cho phép ghi nhận dữ liệu nhanh chóng.

Hình 2.4: Phần thiết bị sử dụng dẫn đường GPS.1

Các bộ phận của một thiết bị GPS trong phần sử dụng:1
- Phần cứng.
- Phần mềm.
- Phần triển khai công nghệ.
Phần cứng bao gồm máy thu mạch điện tử, các bộ dao động tần số vô tuyến RF,
các ăng ten và các thiết bị ngoại vi cần thiết để hoạt động máy thu. Đặc điểm chính
yếu của bộ phận này là tính chắc chắn, có thể xách tay, tin cậy khi làm việc ngoài trời
và dễ thao tác. 1
Phần mềm bao gồm những chương trình tính dùng để xử lý số liệu cụ thể,
chuyển đổi những thông báo GPS thành những thông tin định vị hoặc dẫn đường đi
hữu ích. Những chương trình này cho phép người sử dụng tác động khi cần để có thể
lợi dụng được những ưu điểm của nhiều đặc tính định vị GPS. Những chương trình
BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH

7


CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT
này được thiết kế sao cho có thể cung cấp những thông báo hữu ích về trạng thái và
sự tiến bộ của hệ thống tới người điều hành. Ngoài ra trong phần mềm còn bao gồm
những chương trình phát triển tính độc lập của máy thu GPS, có thể đánh giá được
các nhân tố như tính sẵn sàng của vệ tinh và mức độ tin cậy của độ chính xác. 1
Phần triển khai công nghệ hướng tới mọi lĩnh vực liên quan đến GPS như: cải
tiến thiết kế máy thu, phân tích và mô hình hóa hiệu ứng của anten khác nhau, hiệu
ứng truyền sóng và sự phối hợp của chúng trong phần mềm xử lý số liệu, phát triển
các hệ thống liên kết truyền thông một cách tin cậy cho các hoạt động định vị GPS
cự ly dài và ngắn khác nhau và theo dõi các xu thế phát triển trong lĩnh vực giá cả và
hiệu suất thiết bị.

1

b. Phần điều khiển
Phần điều khiển là để kiểm soát vệ tinh đi đúng hướng quỹ đạo và thông tin thời
gian chính xác. Có 8 trạm kiểm soát rải rác trên mặt đất trong đó có 4 trạm theo dõi
đặt ở Hawaii, Kwajalein, đảo Ascension, Diego Garcia, Colorado Springs, Colorado
và Cape Canaveral, 1 trạm điều khiển trung tâm và 3 trạm hiệu chỉnh số liệu. Lưới
trắc địa đặt trên 4 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 các vệ tinh theo số liệu
của 4 trạm theo dõi thu được từ vệ tinh. Sau đó tính toán các số liệu được gởi từ trạm
trung tâm tới 3 trạm hiệu chỉnh số liệu và từ đó gởi tiếp tới các vệ tinh. 1

Hình 2.5: Trạm mặt đất được sử dụng từ 1984-2007.1
BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH

8


CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT

c. Phần không gian
Phần không gian gồm 27 vệ tinh (24 vệ tinh hoạt động và 3 vệ tinh dự phòng)
nằm trên các quỹ đạo xoay quanh trái đất. Chúng cách mặt đất 20.200 km, bán kính
quỹ đạo 26.600 km. Chúng chuyển động ổn định vá quay hai vòng quỹ đạo trong
khoảng thời gian gần 24 giờ với vận tốc 7 nghìn dặm một giờ. Các vệ tinh trên quỹ
đạo được bố trí sao cho các máy thu GPS trên mặt đất có thể nhìn thấy tối thiểu 3 vệ
tinh vào bất kỳ thời điểm nào. Mỗi vệ tinh phát 2 tần số sóng mang với tần số cao
L1=1575.42 MHz và L2 = 1227.62 MHz. Cả 2 sóng mang đều mang thông báo vệ
tinh 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

Các vệ tinh được cung cấp bằng năng lượng mặt trời. Chúng có các nguồn pin
dự phòng để duy trì hoạt động khi chạy khuất vào vùng không có ánh sáng mặt trời.
Các tên lửa nhỏ gắn ở mỗi quả vệ tinh giữ chúng bay đúng quỹ đạo đã định.3

Hình 2.6: Các quỹ đạo của vệ tinh trong hệ thống GPS.1

2.1.3 Phương trình chuyển hướng
Bộ thu sử dụng tín hiệu nhận được từ các vệ tinh để xác định các vị trí của vệ
tinh và thời gian được truyền từ vệ tinh tới bộ thu. Trong đó, x, y, z là các thành phần
vị trí vệ tinh và thời gian truyền từ vệ tinh tới bộ thu được chỉ định là [xi, yi, zi, ti], i
= 1, 2, 3…., n là biểu thị cho số vệ tinh (n ≥ 3). 1

BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH

9


CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT
Khi thời gian nhận tín hiệu được chỉ định bởi đồng hồ trên mạch điện, kí hiệu
là tr, thời gian nhận thực sự là: (tr + b), trong đó b là độ trễ đồng hồ của bộ thu. Thời
gian truyền tín hiệu là: (tr + b – ti). Giả sử tín hiệu được truyền đi với tốc độ ánh sáng
(kí hiệu: c) thì quãng đường được truyền là: (tr + b – ti).c biết được khoảng cách từ
bộ thu tới vệ tinh và vị trí của vệ tinh, điều đó có nghĩa là bộ thu nằm trên bề mặt của
mặt cầu có tâm đặt tại vị trí của vệ tinh với bán kính bằng chính khoảng cách từ vệ
tinh tới bộ thu. Vì vậy, bộ thu sẽ là giao điểm các mặt cầu nếu nó nhận tín hiệu từ
nhiều vệ tinh. Trong trường hợp lý tưởng không có lỗi, bộ thu là giao điểm của các
mặt cầu.
Bộ thu có bốn ẩn số, ba thành phần của vị trí máy thu GPS và độ trễ đồng hồ
[x, y, z, b]. Các phương trình của mặt cầu được xác định bởi:
(x-xi)2 + (y-yi)2 + (z-zi)2 = [(tr+b-ti).c]2, với i = 1,2,…, n

(2.1)

Tọa độ vị trí tại một địa điểm trên mặt đất:1
Để xác định chính xác vị trí tại một địa điểm trên mặt đất thì bộ thu GPS phải
nhận được tín hiệu truyền về từ ít nhất ba vệ tinh, mỗi vệ tinh truyền tín hiệu về mặt
đất với thời gian khác nhau. Từ phương trình chuyển hướng tổng quát, ta có hệ 3
phương trình như sau:
(x-x1)2 + (y-y1)2 + (z-z1)2 = [(tr+b-t1).c]2

(2.2)

(x-x2)2 + (y-y2)2 + (z-z2)2 = [(tr+b-t2).c]2

(2.3)

(x-x3)2 + (y-y3)2 + (z-z3)2 = [(tr+b-t3).c]2

(2.4)

Trong đó, tọa độ vệ tinh thứ nhất, thứ hai và thứ ba và thời gian truyền từ vệ
tinh thứ nhất, thứ hai và thứ ba tới bộ thu theo trình tự : x1, y1, z1, t1, x2, y2, z2, t2, x3,
y3, z3, t3, tr, b,c là những hằng số. Từ phương trình (2.2), (2.3), (2.4)
Với x là:

(2.5)

BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH

10