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

TR

NG
B

B GIÁO D C & ÀO T O
I H C S PH M K THU T TP. H CHÍ MINH
KHOA I N ậ I N T
MÔN I N T CÔNG NGHI P ậ Y SINH
---------------------------------

ÁN T T NGHI P
NGÀNH CÔNG NGH K THU T I N T

TRUY N THÔNG

TÀI:

GIÁM SÁT VÀ C NH BÁO
HO T

NG PH

NG TI N

V N T I Ô TÔ
GVHD: Th.S Nguy n Ngô Lâm
SVTH :

V nH i

MSSV: 13141077

Tp. H Chí Minh ậ 07/2018


TR

NG
B

B GIÁO D C & ÀO T O
I H C S PH M K THU T TP. H CHÍ MINH
KHOA I N ậ I N T
MÔN I N T CÔNG NGHI P ậ Y SINH
---------------------------------

ÁN T T NGHI P
NGÀNH K THU T I N T

TRUY N THÔNG

TÀI:

GIÁM SÁT VÀ C NH BÁO
HO T

NG PH

NG

TI N V N T I Ô TÔ
GVHD: Th.S Nguy n Ngô Lâm
SVTH :

V nH i

MSSV: 13141077

Tp. H Chí Minh ậ 07/2018


TR
B

NG H. S PH M K THU T
C NG HÒA XÃ H I CH NGH A VI T NAM
TP. H CHÍ MINH
C L P - T DO - H NH PHÚC
KHOA I N- I N T
MÔN I N T CÔNG NGHI P ậ Y SINH
Tp. HCM, ngày tháng 07 n m 2018

H tên sinh viên:
Chuyên ngành:
H đào t o:
Khóa:
I. TÊN

NHI M V

V nH i
K thu t i n - i n t
i h c chính quy
2013

ÁN T T NGHI P
MSSV: 13141077
Mã ngành:
Mã h :
L p:

TÀI: GIÁM SÁT VÀ C NH BÁO HO T
NG PH
T I Ô TÔ

01
1
13141DT2D
NG TI N V N

II. NHI M V
1. Các s li u ban đ u:
-

S d ng module sim 808 đ th c hi n: g i, nh n tin b ng GSM và đ nh v GPS.

-

Module Sim808 có GPS v i đ nh y cao v i 22 kênh theo dõi và 66 kênh ti p
nh n. Bên c nh đó, nó c ng h tr công ngh A-GPS, giúp cho vi c đ nh v đ

chính xác h n, ngay c khi

thi t b

c

trong nhà.

-

Sai s đ nh v 10m.

-

T a đ nh n bi t xe ngã t i thi u theo tr c x là: 10000.

-

Giá tr nh n bi t xe đang b rung là nh h n 900. Khi xe không b rung l c va
ch m giá tr ho t đ ng n đ nh do c m bi n rung thu th p đ

-

c là t 1021-1023.

Thi t b không th th c hi n c nh báo g i và nh n tin v đi n tho i theo dõi khi
n m ngoài vùng ph sóng.

2. N i dung th c hi n:
- nghiên c u v h p đen.

- Nghiên c u v gps, gsm. T đó l

ch n linh ki n phù h p (module sim).

- Nghiên c u v Arduino và m t s c m nh c m bi n rung, c m bi n đo gia t c góc
và m t s c m bi n khác liên quan đ n h p đen.
- Th c hi n thi t k m ch trên ph n m m chuyên d ng altium designer.
- Ti n hành thi công m ch in và l p ráp linh ki n ph n c ng.
- Tìm hi u và cài đ t ph n m m l p trình cho board vi x lý Arduino là Arduino
IDE.
ii


- L p trình k t n i các d li u t các c m bi n thông qua vi x lý trung tâm là board
Arduino và hi n th v đi n tho i Smart Phone.
- Ch y th nghi m h th ng giám sát và c nh báo ph

ng ti n v n t i ô tô trên

monitor và th c t .
- Cân ch nh h th ng.
- Vi t báo cáo.
- Báo cáo đ tài t t nghi p.
III. NGÀY GIAO NHI M V :
13/03/2018
IV. NGÀY HOÀN THÀNH NHI M V : 03/07/2017
V. H VÀ TÊN CÁN B H NG D N:
Th.S Nguy n Ngô Lâm
CÁN B H

NG D N

BM. I N T

CÔNG NGHI P – Y SINH

iii


TR
B

NG H. S PH M K THU T
TP. H CHệ MINH
KHOA I N- I N T

MÔN I N T

C NG HÒA XÃ H I CH NGH A VI T NAM
C L P - T DO - H NH PHÚC

CÔNG NGHI P ậ Y SINH

Tp. HCM, ngày

L CH TRÌNH TH C HI N

tháng 07 n m 2018

ÁN T T NGHI P

H tên sinh viên :
V nH i
L p: 13141DT2D
MSSV: 13141077
Tên đ tài:
GIÁM SÁT VÀ C NH BÁO HO T
T I Ô TÔ.

NG PH

Tu n/ngày

N i dung

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

G p giáo viên h ng d n, nh n đ tài đ án t t
nghi p.
Tìm tài li u ph c v cho nghiên c u và th c
hi n đ tài, vi t đ c ng đ án t t nghi p.

Thi t k s đ kh i, s đ nguyên lý m ch

Tu n 11
(17/4 – 23/4)

L p trình đi u khi n Module SIM808 g i tin
nh n và nh n cu c g i.

Tu n 12
(24/4 – 30/4)

Ch nh s a, hoàn thi n l p trình cho toàn h
th ng.

Tu n 13,14
(01/5 – 14/5)
Tu n 15
(15/5 – 21/5)

Ch nh s a, hoàn thi n m ch thi công.

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

NG TI N V N
Xác nh n
GVHD

Cài đ t các công c h tr l p trình đi u khi n
đ th c hi n đ tài.
L p trình đi u khi n arduino giao ti p v i
module SIM808.

Ch y th nghi m th c t và tinh ch nh, đóng
gói s n ph m.
L y k t qu th c nghi m vi t đ c
cáo.
Vi t báo cáo t t nghi p.

ng cho báo

Ch nh s a, ki m tra l n cu i và n p quy n báo
cáo.
Báo cáo đ án t t nghi p.

iv


GV H NG D N
(Ký và ghi rõ h và tên)

Th.S Nguy n Ngô Lâm

v

L I CAM OAN
tài này là do nhóm đ án t th c hi n d a vào m t s tài li u và công trình nghiên
c u, không sao chép t tài li u hay công trình đã có tr c đó. N u có sao chép nhóm đ án
hoàn toàn ch u trách nhi m.
Tp. H Chí Minh, ngày 01 tháng 07 n m 2017
Sinh viên th c hi n

V NH I

vi


L IC M
“U ng n

N

c nh ngu n, n qu nh k tr ng cây” là truy n th ng mang giá tr

nhân v n vô cùng quý báu mà t x a đ n nay ông cha ta đã r ng d y và gìn gi cho đ n
t n ngày hôm nay. Chính vì l đó mà nhóm nghiên c u luôn luôn vô cùng t lòng bi t n
chân thành đ n t t c m i ng

i đã giúp đ nhóm t n tình trong th i gian qua đ hoàn

thành t t đ tài đ án t t nghi p “Giám sát và c nh báo ho t đ ng ph

ng ti n v n t i ô

tô”. Và đi u vô cùng đ c bi t h n mà không th không nh c đ n đó là s h

ng d n vô

cùng t n tình c a Th y ThS.Nguy n Ngô Lâm và các Th y Cô trong b môn

i nT

Công Nghi p – Y Sinh đã giúp đ h t s c nhi t tình nhóm trong su t quá trình nghiên
c u và hoàn thành đ tài đ

c giao. Qu đúng v i câu “Không Th y đ mày làm nên”. Vì

th , trong l i đ u tiên c a cu n báo cáo đ án t t nghi p này, Nhóm mu n dành l i c m
n chân thành sâu s c đ n Th y ThS.Nguy n Ngô Lâm và các Th y Cô trong b môn
i n T Công Nghi p – Y Sinh c a Tr
Chính Minh.

i H c S Ph m K Thu t Thành Ph H

ng th i nhóm nghiên c u c ng th hi n s bi t n đ i v i các b n cùng

l p đã góp ý ki n xây d ng đ tài đ
Không th quên đ
sinh thành d

ng

c hoàn thi n h n.

c, nhóm nghiên c u xin g i l i c m n đ n nh ng đ ng

ng d c đã luôn h tr , đ ng viên và c ng là ni m đ ng l c l n lao đ

nhóm có th hoàn thành t t đ tài.
M c dù đã c g ng r t nhi u, nh ng nhóm s khó tránh kh i nh ng lúc làm các
Th y Cô, các b n phi n lòng. Kính mong quý Th y Cô, cùng các b n l

ng th b

qua. V i v n ki n th c h n h p cùng kinh nghi m s ng ít i c a mình thì ch c ch n
trong bài báo cáo s có nh ng sai l m thi u sót. Nhóm nghiên c u r t làm th l i và
mong nh n đ

c nh ng ch d y, đóng góp vô cùng quý báu c a quý Th y cô cùng các

b n đ nhóm có th hoàn thi n t t đ tài h n n a.
M t l n n a, nhóm nghiên c u xin chân thành c m n!

Sinh viên th c hi n

V NH I
vii


viii


M CL C

Trang bìa ........................................................................................................................ i
Nhi m v đ án ............................................................................................................. ii
L ch trình ..................................................................................................................... iv
Cam đoan .................................................................................................................... vi
L i c m n .................................................................................................................. vii
M c l c ...................................................................................................................... viii
Li t kê hình v .............................................................................................................. x
Li t kê b ng v ............................................................................................................ xii
Tóm t t ...................................................................................................................... xiii
Ch ng 1: T NG QUAN ............................................................................................. 1
TV N

............................................................................................................. 1

M C TIểU.................................................................................................................. 1
N I DUNG NGHIểN C U ....................................................................................... 2
GI I H N ................................................................................................................... 2
B C C ...................................................................................................................... 2
Ch

ng 2: C

S

Lụ THUY T ................................................................................. 4

2.1TÌM HI U V H TH NG GPS .......................................................................... 4
2.1.1 H th ng đ nh v toàn c u (GPS) ................................................................... 4
2.1.2 C u trúc c a h th ng đ nh v toàn c u GPS ................................................. 5
2.1.3 Ph

ng trình chuy n h

ng ........................................................................... 9

2.1.4 Thành ph n tín hi u gps ............................................................................... 11
2.1.5 Cách th c làm vi c c a h th ng gps ........................................................... 15
2.2 TÌM HI U V H TH NG M NG GSM ........................................................ 19
2.2.1 M ng thông tin di đ ng toàn c u (GSM) ..................................................... 19
2.2.2 C u trúc c b n c a m ng đi n tho i di đ ng .............................................. 20
2.2.3 Các Thành Ph n C a M ng i n Tho i Di

ng ....................................... 22

2.2.4 M t s t p l nh AT c b n s d ng cho ng d ng GSM ............................ 24
2.3 CÁC CHU N GIAO TI P ................................................................................. 32
2.3.1 Chu n giao ti p I2C ..................................................................................... 32
2.3.2 Chu n giao ti p UART ................................................................................ 34
2.3.3 Chu n NMEA0183....................................................................................... 35
2.4 GI I THI U PH N C NG ............................................................................... 42
viii


2.4.1 Arduino UNO R3 ......................................................................................... 42
2.4.2 Module SIM808 ........................................................................................... 46
2.4.3 C m bi n ...................................................................................................... 50
Ch

ng 3: TÍNH TOÁN VÀ THI T K ................................................................ 52

3.1 GI I THI U ....................................................................................................... 52
3.2 TệNH TOÁN VẨ THI T K H TH NG ........................................................ 52
3.2.1 Thi t k s đ kh i h th ng ........................................................................ 52
3.2.2 Tính toán và thi t k m ch ........................................................................... 55
3.2.3 S đ nguyên lý c a toàn m ch ................................................................... 63
Ch

ng 4: THI CÔNG H TH NG ....................................................................... 65

4.1 GI I THI U ....................................................................................................... 65
4.2 THI CÔNG H TH NG .................................................................................... 65
4.2.1 Thi công bo m ch ......................................................................................... 65
4.2.2 L p ráp và ki m tra ...................................................................................... 67
4.3 ÓNG GÓI ......................................................................................................... 68
4.4 L P TRÌNH H TH NG ................................................................................... 69
4.4.1 L u đ gi i thu t .......................................................................................... 69
4.4.2 Ph n m m l p trình cho vi đi u khi n.......................................................... 71
4.5 VI T TẨI LI U H
4.5.1 Vi t tài li u h

NG D N S

D NG, THAO TÁC ............................... 77

ng d n s d ng ................................................................... 77

4.5.2 Quy trình thao tác ......................................................................................... 79
Ch

ng 5: K T QU _NH N XÉT_ ÁNH GIÁ ................................................... 80

5.1 K T QU QUÁ TRÌNH TH C HI N

TẨI. ............................................... 80

5.1.1 K t qu v c m bi n ..................................................................................... 80
5.1.2 K t qu v giám sát và c nh báo .................................................................. 81
5.2 NH N XÉT VẨ ÁNH GIÁ CHUNG .............................................................. 85
Ch

ng 6: K T LU N VÀ H

NG PHÁT TRI N .............................................. 87

6.1 K T LU N ......................................................................................................... 87
6.2 H

NG PHÁT TRI N ...................................................................................... 87

TÀI LI U THAM KH O .................................................................................. xiv
PH L C

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

ix


LI T Kể HÌNH V
Hình

Trang

Hình 2.1: v tinh quay quanh trái đ t ............................................................................ 4
Hình 2.2: Các thành ph n c u t o c a h th ng GPS ................................................... 5
Hình 2.3: Mô hình ba m ng c a h th ng đ nh v toàn c u. ......................................... 6
Hình 2.4: Ph n thi t b s d ng d n đ
Hình 2.5: Tr m m t đ t đ

ng GPS. ......................................................... 7

c s d ng t 1984-2007.................................................... 8

Hình 2.6: Các qu đ o c a v tinh trong h th ng GPS. .............................................. 9
Hình 2.7: Mô hình tín hi u GPS khi truy n .................................................................. 13
Hình 2.8: C u trúc thành ph n cùng pha c a L1 ........................................................... 14
Hình 2.9: C u trúc thành ph n vuông pha c a L1. ....................................................... 14
Hình 2.10: Tính kho ng cách t thi t b GPS đ n v tinh. ........................................... 16
Hình 2.11: Thông tin d li u. ........................................................................................ 17
Hình 2.12: L i do giao thoa tín hi u GPS ..................................................................... 18
Hình 2.13: Mô hình m ng đi n tho i di đ ng. .............................................................. 20
Hình 2.14: B ng t n GSM 1800 MHz. ......................................................................... 21
Hình 2.15: B ng t n GSM 900MHz và b ng t n GSM 1800MHz. .............................. 21
Hình 2.16: M ng đi n tho i di đ ng GSM.................................................................... 22
Hình 2.17: IMEI: S nh n d ng thi t b di đ ng qu c t . ............................................. 23
Hình 2.18: Ý ngh a s SIM. .......................................................................................... 23
Hình 2.19: Ý ngh a s thuê bao IMSI. .......................................................................... 24
Hình 2.20: K t n i thi t b vào bus I2C ch đ chu n (Standard mode) và ch đ nhanh
(Fast mode).................................................................................................................... 33
Hình 2.21: Ho t đ ng ua SDA, SCL khi truy n nh n d li u ...................................... 33
Hình 2.22: K t n i UART ............................................................................................. 34

Hình 2.23: Khung truy n c a giao ti p UART. ............................................................ 34
Hình 2.24: Hình m t tr

c c a board Arduino UNO. .................................................. 43

Hình 2.25: S đ thành ph n chính c a Arduino UNO R3 .......................................... 44
Hình 2.26: Module SIM808 c a hưng mlab .................................................................. 46
Hình 2.27: c m bi n rung .............................................................................................. 50
Hình 2.28: C m bi n gia t c MPU-6050 ...................................................................... 51
Hình 3.1: S đ kh i c a h th ng ................................................................................ 53
Hình 3.2: Kh i x lý trung tâm ..................................................................................... 56
Hình 3.3: Kh i SIM808 k t n i v i Arduino ................................................................ 57
x


Hình 3.4: Kh i c m bi n rung k t n i v i Arduino ...................................................... 58
Hình 3.5: Kh i c m bi n gia t c k t n i v i Arduino ................................................... 59
Hình 3.6: Kh i led k t n i v i arduino ......................................................................... 60
Hình 3.7: Kh i Switch k t n i v i Arduino .................................................................. 60
Hình 3.8: Kh i chuông báo k t n i v i Arduino .......................................................... 61
Hình 3.9: Smartphone ................................................................................................... 61
Hình 3.10: Adapter 12V-2A .......................................................................................... 62
Hình 3.11: S đ nguyên lý toàn m ch ........................................................................ 63
Hình: 4.1 M ch in thi t k trên Altium Designer ......................................................... 65
Hình 4.2: S đ b trí các linh ki n .............................................................................. 66
Hình 4.3: M ch in sau khi thi công ............................................................................... 67
Hình 4.4: Góc nhìn 3D s đ b trí linh ki n trên Altium Designer ............................ 67
Hình 4.5: M ch th c t sau khi ráp linh ki n ................................................................ 68
Hình 4.6: M ch sau khi đóng gói .................................................................................. 68
Hình 4.7: L u đ gi i thu t h th ng ............................................................................ 69

Hình 4.8: Ch

ng trình con khi xe b rung và ki m tra cu c g i đ n .......................... 70

Hình: 4.9: giao di n ph n m m arduino IDE ................................................................ 72
Hình 4.10: L u đ miêu t l i quá trình các b

c v n hành thi t b ............................ 79

Hình 5.1: K t qu c m bi n rung ho t đ ng trên monitor. ........................................... 80
Hình 5.2: K t qu c m bi n gia t c liên t c đ c giá tr v trên monitor ....................... 81
Hình 5.3: Thi t b giám sát v trí qua tin nh n khi có cu c g i đ n .............................. 82
Hình 5.4: V trí c a thi t b và v trí c a Smartphone trên google map ........................ 83
Hình 5.5: Thi t b c nh báo b rung qua tin nh n ......................................................... 84
Hình 5.6: Thi t b ng t ho t đ ng xe và sáng đèn xi-nhan khi b ngư. ......................... 85

xi


LI T Kể B NG
B ng

Trang

B ng 2.1: L nh AT Command thi t l p và cài đ t cu c g i ........................................... 24
B ng 2.2: L nh AT Command thi t l p và cài đ t cho tin nh n SMS. ........................... 25
B ng 2.3: L nh AT dành cho tin nh n SMS. .................................................................. 26
B ng 2.4: Các l nh AT Command đ c bi t cho SIM808C ............................................. 29
B ng 2.5: Chi ti t các l nh AT dành cho SIM808C. ...................................................... 30
B ng 2.6: Danh sách các d ng d li u đ u ra ................................................................. 36

B ng 2.7:Giao th c GGA ................................................................................................ 37
B ng 2.8:

nh d ng v trí ............................................................................................... 38

B ng 2.9 Giao th c GLL ................................................................................................. 38
B ng 2.10: Giao th c GSA ............................................................................................. 39
B ng 2.11: Giao th c GSV ............................................................................................. 40
B ng 2.12: Giao th c RMC ............................................................................................ 41
B ng 2.13: Giao th c VTG ............................................................................................. 42
B ng 2.14: Thông s k thu t c a Arduino UNO........................................................... 45
B ng 2.15: Ch c n ng các chân SIM808. ....................................................................... 46
B ng 5.1: K t qu th ng kê thông s kinh đ c a thi t b và ph n m m Google maps . 85
B ng 5.2: K t qu th ng kê thông s kinh đ c a thi t b và ph n m m Google maps . 86

xii


TÓM T T
M c đích c a đ tài là t o ra m t thi t b h p đen cho ô tô c ng nh m t s
ph

ng ti n v n t i khác. Giúp ng

mình c ng nh c nh báo cho ng

i dùng có th d dàng giám sát xe hay tài s n c a
i dùng v tình tr ng c a xe.

Nhóm nghiên c u s d ng h th ng m ng di đ ng toàn c u GSM và h th ng

đ nh v toàn c u GPS đ

c tích h p s n trong module sim 808 đ ng th i k t h p v i

m t s c m bi n nh : c m bi n rung, c m bi n gia t c…Cùng b vi x lý trung là
board Arduino Uno R3 đ xác đ nh chính xác v trí c a xe khi đang di chuy n. H
th ng giúp b o v an toàn cho ng

i dùng khi thi t k t đ ng t t máy khi xe có s c

ngư hay va đ p m nh c ng nh c nh báo cho m i ng

i xung quanh bi t tình tr ng c a

xe khi g p s c nh còi hú, đèn xi nhan sáng nh p nháy,…đ k p th i giúp đ .
th i c ng giúp ng

ng

i dùng c nh báo tình tr ng c a xe thông qua các c m bi n b ng tin

nh n và g i đi n nh h th ng m ng di đ ng toàn c u GSM.
i m n i b t c a đ tài là h th ng d dàng s d ng cho ng

i dùng.

u đi m là

khi kh i đông h th ng thì h th ng ho t đ ng t đ ng. S n ph m có giá thành v a ph i,
có tính ng d ng cao không ch cho xe ô tô mà còn cho t t c các ph

ng ti n v n t i

khác.

xiii


CH

NG 1: T NG QUAN

Ch

ng 1: T NG QUAN
TV N

1.1.

Quá trình phát tri n kinh t , công nghi p hóa, hi n đ i hóa là ti n đ cho quá trình
đô th hóa. Nhu c u di chuy n (nhu c u giao thông) luôn t ng theo quá trình phát tri n
kinh t - xã h i. Chính vì v y hi n nay, s l

ng ph

ng ti n tham gia giao thông ngày

càng nhi u và đa d ng nh xe g n máy, ô tô, xe t i, xe buýt, ... i u đó đã gây ra nhi u
v n đ nh ùn t c và tai n n giao thông. Do đó gây khó kh n trong vi c c nh báo nh ng
r i ro có th x y ra cho ph

sát tình tr ng ph

ng ti n và ng

i đi u khi n xe. Vì v y vi c qu n lý và giám

ng ti n giao thông tr nên r t quan tr ng và c n thi t đ i v i ng

dùng. Theo thông tin m i nh t đ

i

c c p nh t, chính ph đã ra ngh đ nh s 86/2014/N -

CP ban hành ngày 10/9/2014 và thay th cho ngh đ nh 91/2009/N -CP và ngh đ nh
93/2012/N -CP. Ngh đ nh 86/2014 thay đ i và b sung thêm m t s đi u kho n v
vi c l p đ t thi t b giám sát hành trình b t bu c đ i v i xe kinh doanh v n t i, ngh đ nh
có hi u l c thi hành k t ngày 01/12/2014 quy đ nh v qu n lý ph

ng ti n v n t i, yêu

c u t t c các ph

ng ti n v n t i ph i l p đ t h p đen theo đúng tiêu chu n B Giao

thông v n t i là tr

c ngày 01 tháng 7 n m 2018 áp d ng cho xe ô tô kinh doanh v n t i

hàng hóa có tr ng t i thi t k d

i 3,5 t n. Nh ng đ qu n lý h p đen m t cách ti n

d ng và d dàng thì c n m t thi t b có th giám sát và c nh báo k p th i. Xu t phát t
chính nhu c u th c t đó mà nhóm đã đ a ra quy t đ nh ch n đ tài: “Giám sát và c nh
báo ho t đ ng ph

ng ti n v n t i ô tô” đ ti n hành nghiên c u và th c hi n.

đ tài này, nhóm đ án s thi t k m t thi t b có g n b đ nh v GPS và các c m
bi n đ đ

c l p đ t trên ph

ng ti n v n t i ô tô nh m g i các thông s nh : giám sát

v trí, c nh báo rung xe, c nh báo ngã xe v smartphone. Khi đó, Smartphone có th
giám sát v trí thi t b trên google map và đ ng th i th y đ

c nh ng c nh báo ngã xe

ho c rung xe qua tin nh n, cu c g i m t cách k p th i.

M C TIểU

1.2.

Thi t k và thi công m ch giám sát ho t đ ng ph
cho ng

ng ti n v n t i ô tô và c nh báo

i dùng.

L p trình Arduino đ giám sát thi t b thông qua Smarphone.
B

MÔN I N T

CÔNG NGHI P ậ Y SINH

1


CH

NG 1: T NG QUAN
ng d ng các t p l nh c a Module SIM808 đ g i các thông tin giám sát và c nh

báo v Smartphone.

N I DUNG NGHIểN C U

1.3.

Quá trình làm vi c c a nhóm nghiên c u đ

c th c hi n qua các b

c sau:

 Cài đ t ph n m m Altium đ v m ch và ph n m m Arduino IDE đ l p
trình x lý.
 Nghiên c u v GPS và GSM.
 Nghiên c u v Arduino UNO R3 và module SIM 808.
 Thi t k , thi công mô hình ph n c ng.
 L p trình giao ti p Arduino v i SIM808 và GPS.
 L p trình Arduino đ giám sát thi t b và c nh báo cho ng

i dùng qua

Smartphone.
 L p ráp các kh i vào mô hình.
 Ch y th nghi m h th ng giám sát và c nh báo ph

ng ti n v n t i ô tô.

 Cân ch nh h th ng.
 Vi t báo cáo đ án t t nghi p.
 Báo cáo đ tài t t nghi p.

GI I H N

1.4.

nh v v trí ô tô trên b n đ sai l nh so v i th c t



m c ch p nh n đ

 T c đ c p nh t v trí và các thông s c a xe ô tô tùy theo ch t l

c.

ng sóng c a

nhà m ng mà Smartphone s d ng.
 Thi t k và thi công h th ng giám sát và c nh báo ph

ng ti n v n t i ô tô b ng

cách thi công trên mô hình.

1.5.
Ch

B

C C

ng 1: T ng Quan
t v n đ liên quan đ n đ tài, tìm hi u nh ng lý do và s c n thi t đ th c hi n

đ tài, m c tiêu hoàn thành, gi i h n c ng nh nh ng b

c đi t c b n đ n c th mà

nhóm s th c hi n trong quá trình nghiên c u đ tài.
Ch

B

ng 2: C S Lý Thuy t
MÔN I N T

CÔNG NGHI P ậ Y SINH

2


CH

NG 1: T NG QUAN
Trình bày các ki n th c v ph m m m Arduino IDE, lý thuy t v Arduino UNO

R3, lý thuy t v SIM808 đ
Ch

c áp d ng trong đ tài.

ng 3: Tính Toán vƠ Thi t K
Trình bày s đ kh i c a h th ng, tính toán thi t k cho t ng kh i.

Ch

ng 4: Thi Công H Th ng
Thi công m ch theo thi t k . L p trình đi u khi n cho vi x lý chính. Ki m tra,

ch y th nghi m và tinh ch nh l i.
Ch

ng 5: K t Qu , Nh n Xét vƠ ánh Giá
Trình bày k t qu đã đ t đ

Ch

ng 6: K t Lu n vƠ H

c và đ a ra nh ng bàn lu n v s n ph m.

ng Phát Tri n

K t lu n chung v đ tài và h

B

MÔN I N T

ng phát tri n c a nó.

CÔNG NGHI P ậ Y SINH

3


NG 2: C

CH

Ch

S

ng 2: C

Lụ THUY T

S

Lụ THUY T

TÌM HI U V H TH NG GPS

2.1

2.1.1 H th ng đ nh v toƠn c u (GPS)
H th ng đ nh v toàn c u GPS (the global positioning system) hay còn g i là
NAVSTAR (Navigation Satellite Timing And Ranging) là h th ng xác đ nh t a đ
d a trên v trí c a các v tinh nhân t o. H th ng GPS có th xác đ nh v trí sai s t
vài tr m mét đ n vài tr m centimet. Trong cùng m t th i đi m,
trên trái đ t n u xác đ nh đ
đ

m t v trí b t k

c kho ng cách đ n t i thi u ba v tinh thì ta có th tính

c t a đ c a v trí đó. 4
Hoàn c nh ra đ i: N m 1978, nh m thu th p các thông tin v t a đ (v đ và

kinh đ ), đ cao và t c đ c a các cu c hành quân. B qu c phòng M đã phóng lên
qu đ o trái đ t 24 v tinh. Nh ng v tinh tr giá nhi u t USD này bay phía trên qu
đ o trái đ t

đ cao 19.200 km, v i t c đ ch ng 11.200 km/h, có nhi m v truy n

đi các tín hi u vô tuy n t n s th p t i các thi t b thu nh n. 1

Hình 2.1: v tinh quay quanh trái đ t1
Trong s 24 v tinh c a b qu c phòng M nói trên, ch có 21 v tinh th c s
ho t đ ng, 3 v tinh còn l i là h th ng h tr . Tín hi u vô tuy n truy n đi th

ng

không đ m nh đ thâm nh p vào các tòa nhà kiên c , các h m ng m hay t i các đ a
đi m d

in

c. Ngoài ra nó còn đòi h i t i thi u 4 v tinh đ đ a ra đ

c thông tin

chính xác v v trí (bao g m c đ cao) và t c đ c a m t v t. Vì ho t đ ng trên qu
Nguy n Qu c V
2014.
1

B

ng, “Nghiên c u, ch t o h p đen ô tô”, Lu n v n Th c s , Tr

MÔN I N T

CÔNG NGHI P ậ Y SINH

ng DHSPKT, Tp.HCM,

4


CH

NG 2: C

S

Lụ THUY T

đ o, các v tinh đ m b o cung c p v trí t i b t k đi m nào trên trái đ t. Vào n m
1983, Liên Xô b n r i m t máy bay hành khách c a Hàn Qu c vì đã vi ph m không
2

ph n. Sau tai n n này, nhu c u đ nh v và d n đ

ng cho các ng d ng hàng không

và dân d ng tr nên c p thi t. T ng th ng Reagan đã ra l nh cho quân đ i M ph i
m c a m t ph n GPS cho các ng d ng dân s . Ng

i M đ tránh gây nguy hi m

đ n quy n l i c a M đã phát minh ra SA (dùng đ t ng sai s ) và b t đ u đ a ng
d ng vào n m 1990. Vào tháng 5 n m 2000, k thu t quân s M đã ti n khá xa, lúc
này t ng th ng Clinton m i t tin ra l nh t t SA. Sau đó, nhu c u máy thu GPS cá
nhân và dân d ng m i th c s bùng n .1

2.1.2 C u trúc c a h th ng đ nh v toƠn c u GPS
H th ng đ nh v toàn c u GPS bao g m có 3 b ph n chính c u thành đó là
ph n ng

i s d ng (User Segment), ph n đi u khi n (Control Segment), ph n không

gian (Space Segment).

Hình 2.2: Các thành ph n c u t o c a h th ng GPS1

Nguy n Qu c V
2014.
1

B

ng, “Nghiên c u, ch t o h p đen ô tô”, Lu n v n Th c s , Tr

MÔN I N T

CÔNG NGHI P ậ Y SINH

ng DHSPKT, Tp.HCM,

5


NG 2: C

CH

S

Lụ THUY T

Chúng ta s tìm hi u 3 b ph n chính c a GPS và ch c n ng c a chúng:

Hình 2.3: Mô hình ba m ng c a h th ng đ nh v toàn c u.4

a. Ph n s d ng1
B ph n ng

i dùng là thi t b thu tín hi u GPS và ng

i s d ng nh ng thi t

b này. Thi t b thu tín hi u GPS là m t máy thu tín hi u sóng vô tuy n đ c bi t.
Nó đ

c thi t k đ thu tín hi u sóng vô tuy n đ

c truy n t các v tinh và tính

toán v trí d a trên thông tin đó. Thi t b thu tín hi u GPS có nhi u kích c khác
nhau, hình dáng và giá c khác nhau. 1

B

MÔN I N T

CÔNG NGHI P ậ Y SINH

6


NG 2: C

CH

S

Lụ THUY T

Tính ch t và giá c c a thi t b thu tín hi u GPS nói chung l thu c vào ch c
n ng mà b ph n thu nh n có ý đ nh. B ph n thu nh n dùng cho ngành hàng h i
và hàng không th

ng s d ng cho tính n ng giao di n v i th nh ch a b n đ đi

bi n. B ph n thu nh n dùng cho b n đ kh n ng chính xác r t cao và có giao
di n ng

i s d ng cho phép ghi nh n d li u nhanh chóng.

Hình 2.4: Ph n thi t b s d ng d n đ

ng GPS.1

Các b ph n c a m t thi t b GPS trong ph n s d ng:1
- Ph n c ng.
- Ph n m m.
- Ph n tri n khai công ngh .
Ph n c ng bao g m máy thu m ch đi n t , các b dao đ ng t n s vô tuy n RF,
các ng ten và các thi t b ngo i vi c n thi t đ ho t đ ng máy thu.

c đi m chính

y u c a b ph n này là tính ch c ch n, có th xách tay, tin c y khi làm vi c ngoài tr i
và d thao tác. 1
Ph n m m bao g m nh ng ch

ng trình tính dùng đ x lý s li u c th ,

chuy n đ i nh ng thông báo GPS thành nh ng thông tin đ nh v ho c d n đ
h u ích. Nh ng ch
l i d ng đ
B

ng trình này cho phép ng

i s d ng tác đ ng khi c n đ có th

c nh ng u đi m c a nhi u đ c tính đ nh v GPS. Nh ng ch

MÔN I N T

ng đi

CÔNG NGHI P ậ Y SINH

ng trình
7


CH

NG 2: C

S

Lụ THUY T

này đ

c thi t k sao cho có th cung c p nh ng thông báo h u ích v tr ng thái và

s ti n b c a h th ng t i ng
nh ng ch

i đi u hành. Ngoài ra trong ph n m m còn bao g m

ng trình phát tri n tính đ c l p c a máy thu GPS, có th đánh giá đ

c

các nhân t nh tính s n sàng c a v tinh và m c đ tin c y c a đ chính xác. 1
Ph n tri n khai công ngh h

ng t i m i l nh v c liên quan đ n GPS nh : c i

ti n thi t k máy thu, phân tích và mô hình hóa hi u ng c a anten khác nhau, hi u
ng truy n sóng và s ph i h p c a chúng trong ph n m m x lý s li u, phát tri n
các h th ng liên k t truy n thông m t cách tin c y cho các ho t đ ng đ nh v GPS
c ly dài và ng n khác nhau và theo dõi các xu th phát tri n trong l nh v c giá c và
hi u su t thi t b .

1

b. Ph n đi u khi n
Ph n đi u khi n là đ ki m soát v tinh đi đúng h

ng qu đ o và thông tin th i

gian chính xác. Có 8 tr m ki m soát r i rác trên m t đ t trong đó có 4 tr m theo dõi
đ t

Hawaii, Kwajalein, đ o Ascension, Diego Garcia, Colorado Springs, Colorado

và Cape Canaveral, 1 tr m đi u khi n trung tâm và 3 tr m hi u ch nh s li u. L
tr c đ a đ t trên 4 tr m này đ

c xác đ nh b ng ph

ng pháp giao thoa đ

i

ng đáy

dài (VLBI). Tr m trung tâm làm nhi m v tính toán l i t a đ các v tinh theo s li u
c a 4 tr m theo dõi thu đ

c t v tinh. Sau đó tính toán các s li u đ

c g i t tr m

trung tâm t i 3 tr m hi u ch nh s li u và t đó g i ti p t i các v tinh. 1

Hình 2.5: Tr m m t đ t đ
B

MÔN I N T

c s d ng t 1984-2007.1

CÔNG NGHI P ậ Y SINH

8


NG 2: C

CH

S

Lụ THUY T

c. Ph n không gian
Ph n không gian g m 27 v tinh (24 v tinh ho t đ ng và 3 v tinh d phòng)
n m trên các qu đ o xoay quanh trái đ t. Chúng cách m t đ t 20.200 km, bán kính
qu đ o 26.600 km. Chúng chuy n đ ng n đ nh vá quay hai vòng qu đ o trong
kho ng th i gian g n 24 gi v i v n t c 7 nghìn d m m t gi . Các v tinh trên qu
đ ođ

c b trí sao cho các máy thu GPS trên m t đ t có th nhìn th y t i thi u 3 v

tinh vào b t k th i đi m nào. M i v tinh phát 2 t n s sóng mang v i t n s cao
L1=1575.42 MHz và L2 = 1227.62 MHz. C 2 sóng mang đ u mang thông báo v
tinh c n phát d
báo t i ng

i d ng m t dòng d li u đ

c thi t k

t n s th p(50Hz) đ thông

i s d ng tình tr ng và v trí c a v tinh. Các d li u này s đ

c các

máy thu gi i mã và dùng vào vi c xác đ nh v trí c a máy theo th i gian th c. 1

Các v tinh đ

c cung c p b ng n ng l

ng m t tr i. Chúng có các ngu n pin

d phòng đ duy trì ho t đ ng khi ch y khu t vào vùng không có ánh sáng m t tr i.
Các tên l a nh g n

m i qu v tinh gi chúng bay đúng qu đ o đã đ nh.3

Hình 2.6: Các qu đ o c a v tinh trong h th ng GPS.1

2.1.3 Ph

ng trình chuy n h

ng

B thu s d ng tín hi u nh n đ
tinh và th i gian đ

c t các v tinh đ xác đ nh các v trí c a v

c truy n t v tinh t i b thu. Trong đó, x, y, z là các thành ph n

v trí v tinh và th i gian truy n t v tinh t i b thu đ

c ch đ nh là [xi, yi, zi, ti], i

= 1, 2, 3…., n là bi u th cho s v tinh (n ≥ 3). 1

B

MÔN I N T

CÔNG NGHI P ậ Y SINH

9


NG 2: C

CH

S

Lụ THUY T

Khi th i gian nh n tín hi u đ

c ch đ nh b i đ ng h trên m ch đi n, kí hi u

là tr, th i gian nh n th c s là: (tr + b), trong đó b là đ tr đ ng h c a b thu. Th i
gian truy n tín hi u là: (tr + b – ti). Gi s tín hi u đ
(kí hi u: c) thì quãng đ

ng đ

c truy n đi v i t c đ ánh sáng

c truy n là: (tr + b – ti).c bi t đ

c kho ng cách t

b thu t i v tinh và v trí c a v tinh, đi u đó có ngh a là b thu n m trên b m t c a
m t c u có tâm đ t t i v trí c a v tinh v i bán kính b ng chính kho ng cách t v
tinh t i b thu. Vì v y, b thu s là giao đi m các m t c u n u nó nh n tín hi u t
nhi u v tinh. Trong tr

ng h p lý t

ng không có l i, b thu là giao đi m c a các

m t c u.
B thu có b n n s , ba thành ph n c a v trí máy thu GPS và đ tr đ ng h
[x, y, z, b]. Các ph

ng trình c a m t c u đ

c xác đ nh b i:

(x-xi)2 + (y-yi)2 + (z-zi)2 = [(tr+b-ti).c]2, v i i = 1,2,…, n

(2.1)

T a đ v trí t i m t đ a đi m trên m t đ t:1
xác đ nh chính xác v trí t i m t đ a đi m trên m t đ t thì b thu GPS ph i
nh n đ

c tín hi u truy n v t ít nh t ba v tinh, m i v tinh truy n tín hi u v m t

đ t v i th i gian khác nhau. T ph
ph

ng trình chuy n h

ng t ng quát, ta có h 3

ng trình nh 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, t a đ v tinh th nh t, th hai và th ba và th i gian truy n t v
tinh th nh t, th hai và th ba t i b thu theo trình t : x1, y1, z1, t1, x2, y2, z2, t2, x3,
y3, z3, t3, tr, b,c là nh ng h ng s . T ph

ng trình (2.2), (2.3), (2.4)

V i x là:

(2.5)

B

MÔN I N T

CÔNG NGHI P ậ Y SINH

10