Đồ án: Mô hình biển thông báo trạng thái xe bus tại các trạm sử dụng GPS
Bạn đang xem bản rút gọn của tài liệu. Xem và tải ngay bản đầy đủ của tài liệu tại đây (1.55 MB, 30 trang )
ĐỒ ÁN 3
MÔ HÌNH BIỂN THÔNG BÁO TRẠNG
THÁI XE BUS TẠI CÁC TRẠM SỬ
DỤNG GPS
MỤC LỤC
DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ..........................................................................................VII
DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU...................................................................................VIII
DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT...................................................................................IX
CHƯƠNG 1. GIỚI THIỆU ĐỀ TÀI...................................................................................1
1.1
MỤC ĐÍCH, Ý NGHĨA...................................................................................................1
1.2
NỘI DUNG...................................................................................................................1
1.3
PHƯƠNG PHÁP............................................................................................................1
CHƯƠNG 2. THIẾT KẾ PHẦN CỨNG............................................................................3
2.1
SƠ ĐỒ KHỐI CHỨC NĂNG............................................................................................3
2.2
KHỐI NGUỒN..............................................................................................................4
2.3
KHỐI VI ĐIỀU KHIỂN...................................................................................................5
2.4
KHỐI GIAO TIẾP GPS..................................................................................................7
2.5
KHỐI GIAO TIẾP SIM..................................................................................................7
2.6
KHỐI HIỂN THỊ............................................................................................................9
CHƯƠNG 3. KẾT QUẢ MÔ PHỎNG.............................................................................10
3.1
THIẾT KẾ MẠCH NGUYÊN LÝ....................................................................................10
3.2
THIẾT KẾ MẠCH IN....................................................................................................11
3.3
THI CÔNG PHẦN CỨNG..............................................................................................12
CHƯƠNG 4. KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN................................................13
4.1
KẾT LUẬN.................................................................................................................13
4.2
HƯỚNG PHÁT TRIỂN.................................................................................................14
TÀI LIỆU THAM KHẢO..................................................................................................15
PHỤ LỤC A 16
DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ
HÌNH 2.1: SƠ ĐỒ KHỐI CHỨC NĂNG...........................................................................3
HÌNH 2.2: SƠ ĐỒ NGUYÊN LÝ CỦA MODULE LM2596...........................................4
HÌNH 2.3: HÌNH ẢNH THỰC TẾ CỦA MODULE LM2596.[2]...................................5
HÌNH 2.4: SƠ ĐỒ CHÂN CỦA PIC16F887.[2]................................................................6
HÌNH 2.5: HÌNH ẢNH THỰC TẾ CỦA PIC16F887.[4].................................................8
HÌNH 2-6: HÌNH ẢNH THẬT TẾ VÀ SƠ ĐỒ CHÂN CỦA MODULE SIM808. [3].9
HÌNH 2-7: HÌNH ẢNH THỰC TẾ MODULE SIM900A. [4].......................................10
HÌNH 2-8: HÌNH ẢNH THỰC TẾ VÀ SƠ ĐỒ CHÂN LCD. [5].................................11
HÌNH 3.1: MẠCH NGUYÊN LÝ......................................................................................12
HÌNH 3.2: MẠCH IN SAU KHI THIẾT KẾ...................................................................13
HÌNH 3.2: MẶT SAU CỦA PHẦN CỨNG SAU KHI THI CÔNG.............................14
HÌNH 3.3: MẶT TRƯỚC CỦA PHẦN CỨNG...............................................................14
DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU
BẢNG 1.1: THÔNG SỐ KĨ THUẬT CỦA LM2696.........................................................5
BẢNG 1.2: THÔNG SỐ KĨ THUẬT CỦA PIC.................................................................6
BẢNG 1.3: THÔNG SỐ KĨ THUẬT CỦA MODULE SIM808......................................7
BẢNG 1-4: THÔNG SỐ KĨ THUẬT CỦA MODULE SIM900A...................................8
DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT
GPS
Global Positioning System
LCD
Liquid Crystal Dislay
PIC
Peripheral Interface Controller
PCB
Printed Circuit Board
SIM
Subscriber Identity Module
LCD
Liquid Crystal Display
ĐỒ ÁN 3
Trang 1/24
CHƯƠNG 1.
GIỚI THIỆU ĐỀ TÀI
1.1 Mục đích, ý nghĩa
Ngày nay, xã hội phát triển kéo theo đó là nhu cầu sử dụng phương tiện công
cộng. Đặc biệt vào giờ cao điểm tại TP.HCM, các phương tiện giao thông luôn bị ùn
tắc. Để giải quyết vấn đề đó thì sử dụng phương tiện công cộng như xe bus có thể
giảm tải ùn tắc giao thông. Để tiện cho mọi người tiện theo dõi thời gian những
tuyến xe bus gần tới trạm, em đã tìm hiểu và thực hiện đề tài “Mô hình biển thông
báo trạng thái xe bus tại các trạm sử dụng GPS” nhằm góp một phần công sức trong
việc giải quyết vấn đề trên.
1.2 Nội dung
Trên các tuyến xe bus, ta sẽ đặt một GPS với nhiệm vụ là gửi tin nhắn thông báo
tọa độ cho trạm. Sau đó trạm sẽ nhận tọa độ và tính toán thời gian dự kiến xe bus tới
trạm. Trạm sẽ hiển thi thông báo thời gian chờ dự kiến lên bảng thông báo.
1.3 Phương pháp
Trên tuyến xe bus, ta sẽ sử dụng Module SIM808 để gửi thông tin tọa độ về cho
PIC16F887. Sau khi nhận chuỗi tọa độ từ Module SIM808, PIC16F887 sẽ xử lý và
gửi tin nhắn về trạm. Tại trạm, ta sẽ sử dụng Module SIM900. Module SIM900A sẽ
nhận chuỗi tọa độ gửi thông số cho PIC16F887 xử lý số liệu tính ra khoảng cách.
Khi có được khoảng cách, PIC16F887 sẽ chia khoảng cách ấy với vận tốc trung
bình của xe bus để có được thời gian dự kiến và xuất ra màn hình LCD để thông
báo thời gian chờ dự kiến.
Để thiết kế phần cứng, ta sẽ sử dụng phần mềm ALTIUM DESIGNER. Phần
mềm thiết kế mạch tự động AlTIUM DESIGNER là môi trường thiết kế mạch điện
tử đồng nhất, tích hợp nhiều chức năng bao gồm thiết kế mạch nguyên lý, mạch in
PCB, lập trình hệ thống nhúng và FPGA.
ALTIUM DESIGNER có thư viện đa dạng bao gồm cả 2D và 3D, người dùng có
thể thiết kế và vẽ mạch in một cách dễ dàng. Phần mềm ALTIUM DESIGNER còn
có thể sử dụng nhiều phím tắt để vẽ thiết kế nguyên lý và mạch in nhanh chóng.
Mô hình biển thông báo trạng thái xe bus tại các trạm sử dụng GPS
ĐỒ ÁN 3
Trang 2/24
Để lập trình cho vi điều khiển PIC16F887, ta sử dụng phần mềm CCS C
COMPILER. CCS là trình biên dịch lập trình ngôn ngữ C cho Vi điều khiển PIC
của hãng Microchip.
Cũng như các trình biên dịch C khác cho PIC, CCS giúp người dùng nắm bắt
nhanh những ứng dụng cũng như là dễ dàng sử dụng. Cùng với đó, tài liệu hướng
dẫn của CCS và có sẵn một bản chi tiết Help giúp người dùng có thể dễ dàng lập
trình. Tab Communication của CCS còn liệt kê hết tất cả kết nối mà một con PIC hỗ
trợ như giao tiếp RS232, giao tiếp I2C…
Mô hình biển thông báo trạng thái xe bus tại các trạm sử dụng GPS
ĐỒ ÁN 3
Trang 3/24
CHƯƠNG 2.
THIẾT KẾ PHẦN CỨNG
1.4 Sơ đồ khối chức năng
KHỐI NGUỒN
5VDC
VI ĐIỀU KHIỂN
KHỐI GIAO
GIAO TIẾP SIM
VI ĐIỀU KHIỂN
TIẾP GPS
VỆ TINH
KHỐI HIỂN THỊ
Hình 2.1: Sơ đồ khối chức năng.
Nguyên lý hoạt động: khi khối nguồn 5VDC được cấp vào cho khối giao tiếp
GPS. GPS sẽ nhận tín hiệu từ vệ tinh. GPS sẽ gửi thông tin tọa độ nhận được về cho
khối vi điều khiển xử lý. Vi điều khiển sau khi xử lý xong sẽ gửi lại cho khối giao
tiếp GPS và gửi tin nhắn cho khối giao tiếp SIM. Khối giao tiếp SIM sẽ gửi thông
tin nhận được về cho khối vi điều khiển. Khối vi điều khiển sẽ xử lý những thông
tín đó và tính toán ra thời gian. Sau khi tính toán thời gian, khối vi điều khiển sẽ
xuất ra khối hiển thị.
1.5 Khối nguồn
Khối nguồn ta sẽ sử dụng module LM2596. Module lm2596 là mạch giảm áp
DC LM2596 3A. Mạch giảm áp DC có khả năng giảm áp từ 30V xuống còn 1.5V
Mô hình biển thông báo trạng thái xe bus tại các trạm sử dụng GPS
ĐỒ ÁN 3
Trang 4/24
mà vẫn đạt được hiệu suất cao. Module LM2596 được sử dụng nhiều trong các ứng
dụng chia nguồn, hạ áp, cấp nguồn cho các thiết bị như camera, motor, robot…
Hình 2.2: Sơ đồ nguyên lý của module LM2596
Hình 2.3: Hình ảnh thực tế của module LM2596.[2]
Thông số kĩ thuật của LM2596:
Điện áp đầu vào
Điện áp đầu ra
Dòng ra tối đa
Hiệu suất
3V đến 30V
1.5 đến 30V
3A
92%
Mô hình biển thông báo trạng thái xe bus tại các trạm sử dụng GPS
ĐỒ ÁN 3
Trang 5/24
Công suất
Kích thước
15W
15*20*14 (mm)
Bảng 1.1: Thông số kĩ thuật của LM2696.
1.6 Khối vi điều khiển
Hiện nay, ngoài thị trường có rất nhiều vi điều khiển như 8051, AVR, ARM...
Nhưng sử dụng rộng rãi nhất là họ vi điều khiển PIC. Vi điều khiển PIC có thể dễ
dàng mua tại thị trường Việt Nam, giá thành lại không quá đắt, có đầy đủ các chức
năng…
Kí hiệu vi điều khiển PIC:
-
PIC12xxxx: độ dài lệnh 12 bit.
-
PIC16xxxx: độ dài lệnh 16 bit.
-
PIC18xxxx: độ dài lệnh 18 bit.
Mô hình biển thông báo trạng thái xe bus tại các trạm sử dụng GPS
ĐỒ ÁN 3
Trang 6/24
Hình 2.4: Sơ đồ chân của PIC16F887.[2]
Mô hình biển thông báo trạng thái xe bus tại các trạm sử dụng GPS
ĐỒ ÁN 3
Trang 7/24
Hình 2.5: Hình ảnh thực tế của pic16f887.[4]
Thông số kĩ thuật của PIC16F887:
Nguồn vào
Số kênh I/O
Số kênh analog
Nguồn dao động nội
RAM
Giao tiếp nối tiếp
2-5Vdc
5
8
8MHz-20MHz
368 bytes
RS232,SPI,I2C...
Bảng 1.2: Thông số kĩ thuật của PIC
Mô hình biển thông báo trạng thái xe bus tại các trạm sử dụng GPS
ĐỒ ÁN 3
Trang 8/24
1.7 Khối giao tiếp GPS.
Module SIM808 là mạch tích hợp nguồn xung và IC đệm với đầy đủ những tính
năng GSM/GPRS/GPS. Module SIM808 là bản nâng cấp của mạch Module
SIM908 cũ.
Hình 2-6: Hình ảnh thật tế và sơ đồ chân của Module SIM808. [3]
Nguồn vào
Dòng vào thấp nhất
Mức tín hiệu giao tiếp
VBAT
5-18Vdc
1A
3.3-5VDC
Pad hàn pin, 3.7VDC
Bảng 1.3: Thông số kĩ thuật của Module SIM808
1.8 Khối giao tiếp SIM
Mạch GSM, GPRS Sim900A mini V2 được thiết kế nhỏ gọn, chi phí thấp nhưng
có khả năng hoạt động tốt. Mạch được thiết kế ra các chân cơ bản của SIM900A, có
tích hợp khe SIM và ăng-ten GSM với khả năng bắt song ổn định.
Mô hình biển thông báo trạng thái xe bus tại các trạm sử dụng GPS
ĐỒ ÁN 3
Trang 9/24
Hình 2-7: Hình ảnh thực tế Module SIM900A. [4]
Nguồn cấp vào
Dòng vào tối thiểu
Dòng ở chế độ chờ
Dòng khi hoạt động
Kích thước
4.5-5Vdc
0.5A
10 mA
100 mA – 2A
2.5cmx3.1cm
Bảng 1-4: Thông số kĩ thuật của Module SIM900A
1.9 Khối hiển thị
Ngày nay, thiết bị hiển thị LCD được sử dụng trong rất nhiều trong các ứng
dụng của VĐK. Khi sản xuất LCD, nhà sản xuất đã tích hợp chip điều khiển
(HD44780) bên trong lớp vỏ và chỉ đưa các chân giao tiếp cần thiết.
Mô hình biển thông báo trạng thái xe bus tại các trạm sử dụng GPS
ĐỒ ÁN 3
Trang 10/24
Hình 2-8: Hình ảnh thực tế và sơ đồ chân LCD. [5]
Chân
1
2
3
4
5
6
7-14
15
16
Kí hiệu
Vss
VDD
VEE
RS
RW
E
DB0-DB7
-
CHƯƠNG 3.
1.10
Mô tả
Chân nối đất cho LCD
Chân cấp nguồn cho LCD
Điều khiển độ tương phản cho LCD
Chân chọn thanh ghi
Chân chọn chế độ đọc/ghi
Chân cho phép
8 đường của bus để trao đổi dữ liệu với VĐK
Nguồn dương cho đèn nền
GND cho đèn nền
KẾT QUẢ MÔ PHỎNG
Thiết kế mạch nguyên lý
Mô hình biển thông báo trạng thái xe bus tại các trạm sử dụng GPS
ĐỒ ÁN 3
Trang 11/24
Hình 3.1: Mạch nguyên lý
Khi cấp nguồn 5Vdc cho Module SIM808, Module SIM808 sẽ gửi tín hiệu về cho
PIC16F887. PIC16F887 sẽ xử lý để tách chuỗi tọa độ của xe bus, và gửi tọa độ đó
đến trạm thông qua GSM của Module SIM808.
Ở trạm kế tiếp, khi Module SIM900A nhận được tin nhắn gửi chuỗi tọa độ về.
Module SIM900A sẽ gửi tín hiệu về cho PIC16F887 xử lý. PIC16F887 sẽ xử lý tọa
độ và tính toán ra được khoảng cách từ xe bus tới trạm. Từ khoảng cách đó và vận
tốc trung bình của xe bus, PIC16F887 sẽ tính ra được khoảng thời gian dự kiến xe
bus tới trạm và hiển thị lên LCD.
1.11
Thiết kế mạch in
Mô hình biển thông báo trạng thái xe bus tại các trạm sử dụng GPS
ĐỒ ÁN 3
Trang 12/24
Hình 3.2: Mạch in sau khi thiết kế
1.12
Thi công phần cứng
Hình 3.2: Mặt sau của phần cứng sau khi thi công
Mô hình biển thông báo trạng thái xe bus tại các trạm sử dụng GPS
ĐỒ ÁN 3
Trang 13/24
Hình 3.3: Mặt trước của phần cứng
CHƯƠNG 4.
KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN
1.13 Kết luận
Sau thời gian nỗ lực, cố gắng nghiên cứu và thực hiện, cùng với đó là sự chỉ dẫn
tận tình của TS. TRẦN THANH PHƯƠNG, em đã hoàn thành xong đề tài của mình
đúng yêu cầu và thời hạn đặt ra.
Sau khi thực hiện xong, mạch mô hình biển thông báo trạng thái xe bus ở các trạm
xe sử dụng GPS đã đạt được những mục tiêu như sau:
-
Lấy được tọa độ của xe bus để gửi về cho trạm xử lý.
-
Đưa ra được thời gian chờ dự kiến và hiển thị lên LCD để thông báo.
-
Mạch thiết kế tương đối nhỏ gọn, dễ sử dụng.
-
Giá thành rẻ, chi phí không quá cao.
Tuy nhiên, còn một số hạn chế như:
-
Không thể lấy chính xác vận tốc của xe bus.
-
GPS lấy tọa độ và PIC xử lý không nhanh.
-
GPS còn nhiều sai số.
-
Tốn nhiều tài nguyên gửi tin nhắn.
Mô hình biển thông báo trạng thái xe bus tại các trạm sử dụng GPS
ĐỒ ÁN 3
Trang 14/24
Mô hình biển thông báo trạng thái xe bus tại các trạm sử dụng GPS
ĐỒ ÁN 3
Trang 15/24
1.14 Hướng phát triển
Mô hình biển thông báo trạng thái xe bus tại các trạm xe bus sử dụng GPS có
nhiều hướng phát triển:
-
Thiết kế một app di động để tiện theo dõi.
-
Thiết kế mạch nhiều lớp để thu gọn mạch hơn nữa.
-
Đưa ra tọa độ nhanh hơn và xử lý để lấy số liệu nhanh hơn.
-
Khắc phục sai số để đưa ra thông số chính xác hơn.
Mô hình biển thông báo trạng thái xe bus tại các trạm sử dụng GPS
ĐỒ ÁN 3
Trang 16/24
TÀI LIỆU THAM KHẢO
Tiếng Việt:
[1]
.
[2]
[3]
/>
Mô hình biển thông báo trạng thái xe bus tại các trạm sử dụng GPS
ĐỒ ÁN 3
Trang 17/24
PHỤ LỤC A
#include <16F887.h>
#device ADC=10
#use delay(clock= 20M)
#use rs232(UART1,baud=9600,parity=N,bits=8,stream=UART)
#define SPK PIN_C1
#fuses NOBROWNOUT
//#fuses BORV21
#fuses NOWDT
#define LCD_ENABLE_PIN PIN_B5
#define LCD_RS_PIN
#define LCD_RW_PIN
PIN_B7
PIN_B6
#define LCD_DATA4
PIN_B4
#define LCD_DATA5
PIN_B3
#define LCD_DATA6
PIN_B2
#define LCD_DATA7
PIN_B1
#include "lcd.c"
int count=0, count1=0;
char data[]="000.000000,000.000000";//Khai báo mảng lưu tọa độ
int1 done=0;
const char GPS_RC[]="+UGNSINF:";//khai báo mãng chứa chuỗi tọa độ của GPS
int count5=0;
int1 F_GPS_RC=0;
Mô hình biển thông báo trạng thái xe bus tại các trạm sử dụng GPS
ĐỒ ÁN 3
Trang 18/24
const char KTTD[]="Kiem tra toa do";
//char sdt[]="\"+84909774616\"";//sdt
int count4=0;
int GTD=0;//
int count7 = 0,count6 = 0;
int Fsms=0;
const char sms[]="+CMT: \"";
#INT_RDA//vector ngat UART
void RDA_isr(VOID)
{
CHAR c = fgetc (UART)
IF(c==GPS_RC[count5])
{
count5++;
if(count5>=9)
{
F_GPS_RC=1;
//fputc('P');
}
}
else count5=0;
Mô hình biển thông báo trạng thái xe bus tại các trạm sử dụng GPS
ĐỒ ÁN 3
Trang 19/24
if(F_GPS_RC==1)
{
if(c==',')
{
count++;
}
else if(c=='\n')
{
count=0;
F_GPS_RC=0;
}
else
{
if((count==3)||(count==4))
{
if(count1==9)
{
data[9]=',';
count1=10;
}
data[count1]=c;
count1++;
}
if(count==5)
{
done=1;
count1=0;
Mô hình biển thông báo trạng thái xe bus tại các trạm sử dụng GPS
ĐỒ ÁN 3
Trang 20/24
}
}
}
if(c==sms[count7])
{
count7++;
if(count7==7)
{
Fsms=1;
}
}
else count7=0;
if(Fsms==1)
{
sdt[count6]=c;
count6++;
if((count6>=9)&&(c==34))
{
Fsms=0;
count6=0;
}
}
Mô hình biển thông báo trạng thái xe bus tại các trạm sử dụng GPS
