NGHIÊN cứu và PHÁT TRIỂN mũ bảo HIỂM đa NĂNG CHO NGƯỜI THAM GIA GIAO THÔNG

BỘ CÔNG THƯƠNG
TRƯỜNG

BÁO CÁO TỔNG KẾT
ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU KHOA HỌC CỦA SINH VIÊN

NGHIÊN CỨU VÀ PHÁT TRIỂN MŨ BẢO HIỂM ĐA NĂNG CHO
NGƯỜI THAM GIA GIAO THÔNG

Sinh viên thực hiện:
Người hướng dẫn:

Hà Nội, 6/2021


BỘ CÔNG THƯƠNG
TRƯỜNG

BÁO CÁO TỔNG KẾT
ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU KHOA HỌC CỦA SINH VIÊN

NGHIÊN CỨU VÀ PHÁT TRIỂN MŨ BẢO HIỂM ĐA NĂNG
CHO NGƯỜI THAM GIA GIAO THÔNG
Sinh viên thực hiện:

Giới tính: Nam

Dân tộc: Kinh
Lớp, khoa:

Năm thứ:

Ngành học: Cơng nghệ kĩ thuật điện tử viễn thông
Người hướng dẫn:

Hà Nội, 6/2021


3

LỜI CẢM ƠN
Trong thời gian thực hiện đề tài nghiên cứu khoa học, em đã nhận được nhiều
sự giúp đỡ, đóng góp ý kiến và chỉ bảo nhiệt tình của các thầy cô bộ môn Điện tử viễn
thông cũng như thầy cô trong khoa Điện tử trường ...... Đồng thời chúng em đã được
tiếp cận các trang thiết bị hiện đại của khoa để phục vụ vào mục đích nghiên cứu, học
tập.
Em xin gửi lời cảm ơn chân thành đến thầy - giảng viên khoa Điện tử,
trường ..., người đã tận tình hướng dẫn em trong suốt quá trình làm đề tài.
Em cũng xin cảm ơn các thầy cô trong trường ..... nói chung, các thầy cơ trong
khoa Điện tử nói riêng đã chỉ dạy những kiến thức quý báu, giúp em có được cơ sở lý
thuyết vững vàng và tạo điều kiện giúp đỡ em trong suốt quá trình học tập.
Cuối cùng, em xin chân thành cảm ơn gia đình và bạn bè đã ln tạo điều kiện,
quan tâm, giúp đỡ, động viên trong suốt quá trình học tập và hoàn thành đề tài nghiên
cứu khoa học.

Hà Nội, Ngày.....tháng.....năm.......
Sinh viên thực hiện

MỤC LỤC

4


5

DANH MỤC HÌNH ẢNH


6

DANH MỤC NHỮNG TỪ VIẾT TẮT
Tên từ viết tắt
GPS

Tên đầy đủ

Global Positioning System

GPRS

General Packet Radio Service

UART

Universal Asynchronous Receiver –Transmitter

GSM

Global System for Mobile Communications

VDK

Vi điều khiển

I/O

Đầu vào/ đầu ra (Input/ Output)


7
1
1

TỔNG QUAN

ĐẶT VẤN ĐỀ
Với sự phát triển mạnh mẽ của khoa học và công nghệ ngày nay đi cùng với cơng

cuộc cơng nghiệp hóa - hiện đại hóa đất nước đã thúc đẩy nền công nghiệp sản xuất
nước nhà phát triển. Các phương tiện giao thông như xe máy, ô tô cũng được chế tạo
ra không những ngày càng tinh tế mang tính hiện đại mà cịn thơng minh tăng tính tự
động hóa nhằm nâng cao chất lượng sống của chúng ta. Theo quy hoạch phát triển
ngành công nghiệp xe máy Việt Nam giai đoạn 2006 - 2015 có xét đến 2020, Bộ Cơng
Thương ước tính lượng xe máy lưu thơng tồn thị trường đến năm 2015 sẽ đạt 31 triệu
xe và tăng lên 33 triệu xe vào 2020. Trong đó tăng bình qn hàng năm từ 2010-2020
sẽ đạt từ 1,8 đến 2,2 triệu xe mỗi năm. Số lượng xe máy lớn như vậy đi kèm với một
bộ phận ý thức người dân còn thấp sẽ dẫn đến mối nguy tai nạn giao thông ngày càng
tăng cao. Với một đất nước mà xe máy là phương tiện di chuyển thì điều xảy ra tai nạn
giao thông không thể tránh khỏi như điều khiển phương tiện giao thơng khi có nồng độ
cồn,khoảng cách giữa các xe có thể xảy ra tai nạn vì thế cần địi hỏi một mũ bảo hiểm

có tính thơng minh, hàm lượng tự động hóa cao, đảm bảo an toàn cho người điều khiển
phương tiện tránh khỏi những rủi ro đáng tiếc như va quẹt hay tai nạn và kịp thời cứu
chữa khi xảy ra tai nạn bằng hệ thống thông báo tới người thân, bệnh viện nhằm đưa
số lượng các vụ tai nạn, số lượng người chết giảm xuống mức tối đa có thể. Thống kê
của Uỷ ban An tồn giao thơng quốc gia, trong q I/2021, trên cả nước đã xảy ra
3.206 vụ tai nạn giao thông, làm chết 1.672 người, bị thương 2.386 người. So với cùng
kỳ năm 2020, giảm 263 vụ (giảm 7,58%), số người bị thương giảm 183 người nhưng
số người chết tăng 33 người (tăng 2,1%). Trong đó, có 30 tỉnh, thành phố có số người
chết giảm so với cùng kỳ năm 2020, 9 địa phương giảm trên 30% số người chết,
nhưng vẫn cịn 30 tỉnh có số người chết do tai nạn giao thông tăng so với cùng kỳ, 16
tỉnh tăng trên 30%.
Ngày nay, công nghệ kỹ thuật đang phát triển mạnh mẽ, các phương pháp lập
trình rất đa dạng và lập trình nhúng là một hướng đi của xu thế hiện nay. Trong lập
trình nhúng thì ngơn ngữ lập trình với Arduino là một trong những phương pháp sử
dụng nhiều nhất. Arduino là một bo mạch xử lý hay cịn gọi là vi điều khiển được dùng
để lập trình tương tác với các thiết bị phần cứng như cảm biến, động cơ, màn hình,


8
bluetooth, GPS. Tuy chỉ là một bo mạch nhỏ gọn, chi phí thấp vì bo đã được thi cơng
sẵn, tuy nhiên Arduino có thể được ứng dụng vào rất nhiều lĩnh vực khác nhau, ta có
thể đo đạc nhiệt độ để điều khiển tưới tiêu trong các nhà vườn, hoặc có thể dùng để
điều khiển xe cân bằng rất phổ biến hiện nay, hay có thể ứng dụng nó vào việc điều
khiển cánh tay Robot. Ngồi những lợi ích to lớn trên, việc sử dụng và lập trình trên
Arduino cũng rất đơn giản, môi trường phát triển đa dạng, hỗ trợ trên nhiều hệ điều
hành khác nhau, có thể học 1 cách nhanh chóng. Vì những điểm mạnh ưu việt như vậy
nên nhóm đã quyết định chọn Arduino làm bộ xử lý trung tâm cho việc “NGHIÊN
CỨU VÀ PHÁT TRIỂN MŨ BẢO HIỂM ĐA NĂNG CHO NGƯỜI THAM GIA
GIAO THÔNG”
1.1. MỤC ĐỊCH NGHIÊN CỨU

Thiết kế hệ thống thông minh cảnh báo cho người tham gia giao thông để hệ
thống cảnh báo chạy ổn định, đo nồng độ cồn chính xác, báo vị trí người dùng chính
xác, gửi tin nhắn về số điện thoại nhanh.
1.2. NỘI DUNG NGHIÊN CỨU
• Đọc và tìm hiểu các nguồn tài liệu.
• Tìm hiểu cách kết nối giữa Arduino với module sim 808L và
module gia tốc.
• Viết chương trình cho khối điều khiển Arduino, khối module sim
808L, cảm biến gia tốc.
• Vẽ mạch và thi cơng mạch
• Kết nối các khối lại với nhau.
• Chạy thử nghiệm sản phẩm.
• Viết báo cáo đề tài.
• Báo cáo đề tài.
1.3. GIỚI HẠN ĐỀ TÀI
• Thiết kế mơ hình nhỏ, gọn.


9
• Định vị vị trí thơng qua App Google Map nên điện thoại cần
phải có mạng mới có thể tra cứu vị trí.
• Anten phải để ngồi trời mới có thể nhận được tín hiệu tốt.
1.4. BỐ CỤC
Với đề tài thiết kế hệ thống xe máy thơng minh thì bố cục đồ án như sau:
Chương 1: Tổng Quan Trình bày đặt vấn đề dẫn nhập lý do chọn đề
tài, mục tiêu, nôi dung nghiên cứu, các giới hạn thông số và bố cục
đồ án.
Chương 2: Cơ Sở Lý Thuyết Trình bày các lý thuyết liên quan đến
các vấn đề mà đề tài sẽ dùng để thực hiện thiết kế, thi cơng cho đề
tài, bao gồm các thơng số, hình ảnh các linh kiện sử dụng trong đồ

án.
Chương 3 Trình bày sơ đồ khối, chức năng từng khối. Tính tốn và
thiết kế từng khối để có thể vẽ sơ đồ nguyên lý tồn mạch và thi cơng
hệ thống Trình bày kết quả thi cơng phần cứng và hình ảnh mơ
phỏng của mạch, các bước tiến hành thi cơng mạch. Ngồi ra, trong
chương này còn đưa vào lưu đồ và các chương trình lập trình chính.
Chương 4: Kết quả - Nhận xét – đánh giá Trình bày kết quả của cả
quá trình nghiên cứu, thời gian thực hiện và kiến thức trong suốt thời
gian nhận được trong quá trình làm đồ án tốt nghiệp và cuối cùng là
đưa ra nhận xét, đánh giá khách quan của bản thân về sản phẩm tự
tay mình làm. Kết luận và hướng phát triển Trình bày kết quả thu
được dựa vào phương pháp và mục đích ban đầu, các việc đã và
chưa làm được. Ngoài ra, trong chương này, trình bày hướng phát
triển và mở rộng quy mô của đề tài nghiên cứu này vào thực tế.


10
CHƯƠNG 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT
2.1. TỔNG QUAN VỀ GPS
Hệ thống Định vị Toàn cầu (tiếng Anh: Global Positioning System-GPS) là hệ
thống xác định vị trí dựa trên vị trí của các vệ tinh nhân tạo, do Bộ Quốc phòng Hoa
Kỳ thiết kế, xây dựng, vận hành và quản lý. Trong cùng một thời điểm, tọa độ của một
điểm trên mặt đất sẽ được xác định nếu xác định được khoảng cách từ điểm đó đến ít
nhất ba vệ tinh. Tuy được quản lý bởi Bộ Quốc phòng Hoa Kỳ, nhưng chính phủ Hoa
Kỳ cho phép mọi người trên thế giới sử dụng một số chức năng của GPS miễn phí, bất
kể quốc tịch nào. Các nước trong Liên minh Châu Âu đang xây dựng Hệ thống định vị
Galileo, có tính năng giống như GPS của Hoa Kỳ.
Hệ thống định vị toàn cầu của Mỹ là hệ dẫn đường dựa trên một mạng lưới 24 quả
vệ tinh được Bộ Quốc Phịng Hoa Kỳ đặt trên quỹ đạo khơng gian. Các hệ thống dẫn
đường truyền thống hoạt động dựa trên các trạm phát tín hiệu vơ tuyến điện. Được biết

đến nhiều nhất là các hệ thống sau: LORAN – (LOng RAnge Navigation) – hoạt động
ở giải tần 90-100 kHz chủ yếu dùng cho hàng hải, hay TACAN – (TACtical Air
Navigation) – dùng cho quân đội Mỹ và biến thể với độ chính xác thấp VOR/DME –
VHF (Omnidirectional Range/Distance Measuring Equipment) – dùng cho hàng không
dân dụng.
Gần như đồng thời với lúc Mỹ phát triển GPS, Liên Xô cũng phát triển một hệ
thống tương tự với tên gọi GLONASS. Hiện nay Liên minh châu Âu đang phát triển
hệ dẫn đường vệ tinh của mình mang tên Galileo. Trung Quốc thì phát triển hệ thống
định vị tồn cầu của mình mang tên Bắc Đẩu bao gồm 35 vệ tinh. Ban đầu, GPS và
GLONASS đều được phát triển cho mục đích quân sự, nên mặc dù chúng dùng được
cho dân sự nhưng không hệ nào đưa ra sự đảm bảo tồn tại liên tục và độ chính xác. Vì
thế chúng khơng thỏa mãn được những yêu cầu an toàn cho dẫn đường dân sự hàng
không và hàng hải, đặc biệt là tại những vùng và tại những thời điểm có hoạt động
quân sự của những quốc gia sở hữu các hệ thống đó. Chỉ có hệ thống dẫn đường vệ
tinh châu Âu Galileo (đang được xây dựng) ngay từ đầu đã đặt mục tiêu đáp ứng các
yêu cầu nghiêm ngặt của dẫn đường và định vị dân sựVĩ độ (ký hiệu: φ) của một
điểm bất kỳ trên mặt Trái Đất là góc tạo thành giữa đường thẳng


11
đứng (phương của dây dọi, có đỉnh nằm ở tâm hệ tọa độ-chính là
trọng tâm của địa cầu) tại điểm đó và mặt phẳng tạo bởi xích đạo.
Đường tạo bởi các điểm có cùng vĩ độ gọi là vĩ tuyến, và chúng là
những đường tròn đồng tâm trên bề mặt Trái Đất.
GPS ban đầu chỉ dành cho các mục đích quân sự, nhưng từ năm 1980 chính phủ
Mỹ cho phép sử dụng trong dân sự. GPS hoạt động trong mọi điều kiện thời tiết, mọi
nơi trên Trái Đất, 24 giờ một ngày. Khơng mất phí th bao hoặc mất tiền trả cho việc
thiết lập sử dụng GPS nhưng phải tốn tiền khơng rẻ để mua thiết bị thu tín hiệu và
phần mềm nhúng hỗ trợ ( Giá của module GPS cũng khá đắt, khoảng trên 300k). Các
máy thu GPS ngày nay cực kì chính xác, nhờ vào thiết kế nhiều kênh hoạt động song

song của chúng. Tuy nhiên bạn phải đưa máy thu GPS đến nơi thống đãng để nó hoạt
động thật sự chính xác.
2.2. GIỚI THIỆU PHẦN CỨNG
2.2.1. Board Arduino
a. Giới thiệu
Arduino thật ra là một bo mạch vi xử lý được dùng để lập trình tương tác với các
thiết bị phần cứng như cảm biến, động cơ, đèn hoặc các thiết bị khác. Đặc điểm nổi bật
của Arduino là môi trường phát triển ứng dụng cực kỳ dễ sử dụng, với một ngơn ngữ
lập trình có thể học một cách nhanh chóng ngay cả với người ít am hiểu về điện tử và
lập trình. Và điều làm nên hiện tượng Arduino chính là mức giá rất thấp và tính chất
nguồn mở từ phần cứng tới phần mềm. Các ứng dụng nổi bật của board mạch Arduino
như robot đơn giản, điều khiển nhiệt độ, phát hiện chuyển động, game tương tác.
Board Arduino có rất nhiều phiên bản với hiệu năng và mục đích sử dụng khác
nhau như: Arduino Mega, Arduino LilyPad. Trong số đó, Arduino Uno R3 là một trong
những phiên bản được sử dụng rộng rãi nhất. Arduino UNO R3 là một dịng Arduino
đủ mạnh về tính năng, 20 chân, bộ nhớ đủ cho hầu hết các ứng dụng thông thường.
b. Phân loại
Bảng 2.2-1.Phân loại Arduino
Arduino Nano

Arduino Mega
2560 R3

Arduino Uno R3


12

Hình ảnh
IC chính

IC nạp

Nguồn cấp
cho mạch

Các cổng
vào ra

ATmega328P-AU

ATmega2560

CH340
ATmega16U2
5VDC cổng USB
5VDC từ cổng
hoặc 6-9VDC chân USB hoặc nguồn
Raw.
ngồi cắm từ giắc
trịn DC (khuyên
dùng 6~9VDC để
đảm bảo mạch hoạt
động tốt.

• Chân Digital: 14
chân.
- Chân Serial: 0 (RX)
và 1 (TX): dùng để
gửi (transmit – TX)
và nhận (receive –

RX) dữ liệu TTL
Serial.
- Chân PWM: 3, 5, 6,
9, 10 và 11: Mỗi
chân kỹ thuật số
này cung cấp tín
hiệu Điều chế độ
rộng xung có độ
phân giải 8 bit. Tín
hiệu PWM có thế
được tạo ra bằng
cách sử dụng hàm
analogWrite ().
- Chân SPI: 10 (SS),
11(MOSI),
12(MISO),
13(SCK).
- LED: được nối với
chân số 13. Khi
chân này được
người dùng sử
dụng, LED sẽ sáng.
• Chân Analog: có 8
chân analog (A0

ATmega328

ATmega16U2
5VDC từ cổng
USB hoặc nguồn

ngồi cắm từ giắc
trịn DC (khun
dùng 6~9VDC để
đảm bảo mạch hoạt
động tốt, nếu bạn
cắm 12VDC thì IC
ổn áp rất dễ chết và
gây hư hỏng mạch).
•Chân Digital: 54 •Chân Digital: 14
chân.
chân.
- Chân Serial: chân - Chân Serial: : 0
RX (0,15.17,19) và (RX) và 1 (TX):
chân
TX dùng
để gửi
(1,14,16,18).
(transmit – TX)
- Chân PWM: có 15 và nhận (receive
chân gồm các chân
– RX) dữ liệu
2 → 13 và chân
TTL
Serial.
44, 45, 46. Các
chân này được sử Arduino Uno có
dụng làm đầu vào thể giao tiếp với
hoặc đầu ra cho thiết bị khác
thiết bị được thiết thông qua 2 chân
Kết nối

lập bằng các hàm này.
Mode
(), bluetooth thường
digtalWrite
(), thấy nói nơm na
digitalRead ().
chính là kết nối
- Chân SPI: 50 Serial không dây.
(MISO),
51 Nếu không cần
(MOSI), 52 (SCK), giao tiếp Serial,
53 (SS). Các chân
bạn không nên sử
này được sử dụng
dụng 2 chân này
cho giao tiếp nối
tiếp với giao thức nếu không cần
SPI để liên lạc thiết
giữa 2 thiết bị trở - Chân PWI: 3, 5, 6,
lên. SPI cho phép 9, 10, và 11: cho
bit phải được thiết phép bạn xuất ra
lập để bắt đầu giao xung PWM với độ
phân giải 8bit (giá


13
→ A7) mỗi chân tiếp với các thiết bị trị từ 0 → 28-1
tương tự này có khác.
tương ứng với 0V
một ADC sẵn có • Chân Analog: có → 5V) bằng hàm

độ phân giải 1024 16 chân analog analogWrite(). Nói
bit. Theo mặc (A0 → A15). một cách đơn giản,
định, các chân Các chân này bạn có thể điều
được đo từ mặt đất được sử dụng chỉnh được điện áp
đến 5V.
như chân đầu ra ở chân này từ
• Ngồi ra, 2 chân vào tương tự mức 0V đến 5V
A4 và A5 hỗ trợ cho bộ ADC, thay vì chỉ cố định
giao tiếp I2C.
nếu khơng sử ở mức 0V và 5V
dụng nó hoạt như những chân
động như chân khác.
digital
bình - Chân SPI: 10 (SS),
thường.
Nó 11 (MOSI), 12
13
được thiế t lậ p (MISO),
bở i cá c hà m (SCK). Ngoài các
pinMode () khai chức năng thơng
bá o
chân, thường, 4 chân này
analogRead
() cịn dùng để truyền
để đọc trạng phát dữ liệu bằng
thái chân và giao thức SPI với
nhận giá trị kỹ các thiết bị khác.
thuật số cho tín - LED 13: trên
Arduino UNO có 1
hiệu analog.

• Ngồi ra, chân đèn led màu cam
20 cho SDA và 21 (kí hiệu chữ L).
cho SCK (Tốc độ Khi bấm nút Reset,
400khz) để cho bạn sẽ thấy đèn
phép liên lạc hai này nhấp nháy để
dây với các thiết bị báo hiệu. Nó được
nối với chân số 13.
khác.
Khi chân này được
người dùng sử
dụng, LED sẽ
sáng.

• Chân Analog: có
6 chân analog
(A0 → A5) cung
cấp độ phân giải
tín hiệu 10bit (0
→ 210-1) để đọc
giá trị điện áp
trong khoảng 0V
→
5V.
Với
chân AREF trên
board, bạn có thể


14

để đưa vào điện
áp tham chiếu
khi sử dụng các
chân analog. Tức
là nếu bạn cấp
điện áp 2.5V vào
chân này thì bạn
có thể dùng các
chân analog để
đo điện áp trong
khoảng từ 0V →
2.5V với độ phân
giải vẫn là 10bit.

• Ngồi ra, có 2
chân A4 (SDA) và
A5 (SCL) hỗ trợ
giao tiếp I2C/TWI
với các thiết bị
khác.
c. Vi điều khiển arduino uno R3

Hình 2.2-1.Vi điều khiển Arduino Uno R3
Cấu trúc tổng quát của Arduino UNO R3 như sau:

Bảng 2.2-2.Cấu trúc của vi điều khiển Arduino
Vi điều khiển

Atmega328P

Điện áp hoạt động

5V

Điện áp đầu vào (Khuyên dùng)

7- 12V

Điện áp đầu vào giới hạn

6-20V


15

Chân Digital I/O

14 (Với 6 chân PWM output)

Chân PWM Digital I/O

6

Chân đầu vào Analog

6

Dòng sử dụng I/O Pin

20mA

Dòng sử dụng 3.3V Pin

50mA

Bộ nhớ Flash

32 KB (Atmega328P) với 0.5KB
dùng bởi bootloader)

SRAM

2 KB (ATmega328P)

EEPROM

1 KB (ATmega328P)

Clock Speed

16MHz

LED_BUILTIN

13

Chiều dài

68.6 mm

Chiều rộng

53.4 mm

Trọng lượng
2.2.2. Module Sim 800L

25

Dựa trên hệ thống mạng di động GSM trên tồn cầu và nhằm mục đích thực hiện
các chức năng gọi điện hay nhắn tin cho người sử dụng điện thoại di động, ta có thể
lựa chọn các module sim có mặt trên thị trường như: sim800L, sim900A, sim800A
mini, …
Bảng 2.2-3.Các module SIM trên thị trường
Module sim800L
Kích thước
25 x 22mm
Điện áp hoạt động 3.7→4.2V
Dòng điện ở chế 10mA
độ chờ
Khe cắm sim
MICROSIM
Băng tần
GSM850MHz,
EGSM900MHz,
DSC1800Mhz,
PCS1900MHz
Giao tiếp
Vi điều khiển qua
TTL khơng cần

MAX232

Tích hợp

Khơng

Module sim800A
25 x 31mm
5→18V
Lớn hơn 1A

Module sim900A
24 x 24 x 3mm
4.5→5V
1.5mA

MICROSIM
GSM850MHz,
EGSM900MHz,
DSC1800Mhz,
PCS1900MHz
Vi điều khiển TTL
(3.3-5VDC) hoặc
RS232.

MICROSIM
Kép 900/ 1800
MHz

Nhiều loại vi điều

khiển
như:
ARDUINO,
RASPBERRY PI,
ARM, AVR, PIC,
8051,...
- Chuyển mức tín - Chuyển mức tín
hiệu TTL Mosfet
hiệu TTL Mosfet


16
tốc độ cao.
tốc độ cao.
- IC chuyển mức - IC chuyển mức
tín hiệu RS232
tín hiệu RS232
MAX232.
MAX232.
a. Tổng quan module Sim 800L
Trung tâm của module là chip SIM800L GSM của SimCom. Điện áp hoạt động của
chip là từ 3,4V đến 4,4V, tương thích trực tiếp với pin LiPo.

Hình 2.2-2.Mặt trước của module SIM 800L
Tất cả các chân tín hiệu chính của GSM SIM800L được nối ra header nên bạn có
thể dễ dàng cấp nguồn và điều khiển module thông qua UART. Module hỗ trợ baudrate
từ 1200bps đến 115200bps với việc tự động điều chỉnh baudrate phù hợp. Module cần
một ăng-ten ngoài để kết nối với mạng di động. Các module đã đi kèm với một ăng-ten
xoắn ốc được kết nối trực tiếp đến chân NET trên PCB. PCB cũng có cổng kết nối
UFL trong trường hợp bạn muốn gắn thêm hoặc thay đổi vị trí ăng-ten.

Hình 2.2-3.Mặt sau của module SIM 800L
b.Nguyên lý hoạt động

Module sim hoạt động dựa trên cách thức là : giao tiếp UART với vi điều
khiển trung tâm và sử dụng tập lệnh AT.


17
* Giao tiếp UART với vi điều khiển

Các module sim sẽ có 2 chân chức năng là : RX, TX. Ta sẽ nối với vi điều
khiển theo quy tắc chéo : chân RX của module sim nối với chân TX của vi điều
khiển và ngược lại chân RX của vi điều khiển nối với chân TX của module sim.
Riêng đối với dịng module sim 800x mini thì ta mắc theo cách sau : chân
TX của vi điều khiển (Arduino) khi nối với chân RX của module sim cần qua
cầu phân áp trở 1k nối tiếp trở 2k lấy tại điểm giữa. Vì để hạ áp từ 5V xuống
3.3V, khơng làm cháy module sim.

Hình 2.2-4.Giao tiếp UART với arduino
Tập lệnh AT

Tập lệnh AT (Attention command) tập lệnh chuẩn được hỗ trợ bởi hầu hết
các thiết bị di động như điện thoại di động, GSM modem có hỗ trợ gửi và nhận
tin nhắn tin nhắn dưới dạng SMS (Short Message Service) và điều khiển cuộc
gọi. Rất nhiều sinh viên các trường đại học trong và ngoài nước đã được giao
các đề tài nghiên cứu về tập lệnh AT phục vụ cho các mục đích điều khiển khác
nhau như: các cuộc gọi, truyền các file dữ liệu dưới dạng âm thanh, hình ảnh từ
máy tính đến điện thoại di động, từ điện thoại di động đến điện thoại di động để
tạo kỹ năng làm việc trong các hệ thống mạng viễn thông. Nhiều doanh nghiệp

trong nước đã xây dựng các dịch vụ tin nhắn dưới dạng SMS với mục đích
quảng cáo và chăm sóc khách hàng trong kinh doanh.
Các lệnh chung:
AT : Kiểm tra module có hoạt động hay khơng
Trả về: OK nếu hoạt động bình thường, báo lỗi hoặc khơng trả về nếu có lỗi xảy
ra


18

AT+CPIN? : Kiểm tra Simcard
Trả về: +CPIN: READY OK (nếu tìm thấy simcard)
 Các lệnh gọi điện:
• ATD0123456789: Gọi điện cho số điện thoại 0123456789
• ATA : Chấp nhận cuộc gọi đến
• ATH : Hủy cuộc gọi
• AT+CUSD=1 : Chuyển chế độ USD để tra số dư tài khoản
• ATD*101#; : Kiểm tra tài khoản ( Trả về: +CUSD: 0, “Tai khoan goc cua quy
khach la ….)
 Các lệnh nhắn tin:
• AT+CMGF=x : Cấu hình tin nhắn (x=0: DPU, x=1:dạng ký tự)
• AT+CNMI=2,x,0,0 : Chọn x=1 (chỉ báo vị trí lưu tin nhắn) hoặc x=2 (hiển thị ra
ngay nội dung tin nhắn)
• Trả về: +CMTI: “SM”,3 (x=1)
• Trả về:+CMT:

“+84938380171″, ’’’’,”17/07/30,14:48:09

+28”

• Nội dung tin nhắn
• AT+CMGR=x : Đọc tin nhắn tại vị trí lưu x Trả về: nội dung tin nhắn.
• AT+CMGD=x : Xóa tin nhắn được lưu ở vị trí x.
• AT+CMGS=”sodienthoai” : Gửi tin nhắn cho sodienthoai, sau dịng lệnh này sẽ
nhận được ‘>’ (mã HEX là 0x3C), bây giờ có thể nhập vào nội dung tin nhắn,
nhập tiếp 0x1A để gửi tin nhắn đi hoặc 0x1B để hủy gửi tin nhắn.
Chức năng các chân
Bảng 2.2-4.Chức năng các chân module SIM800L
Tên chân
VBAT
VDD_EXIT

Số thứ tự
I/O
Miêu tả
chân
Cung cấp năng lượng
34,35
I

Chú thích

Cung cấp
nguồn.

40

O

Nguồn ra 2,8V.

Nếu các
chân này


19

không được
sử dụng,
tiếp tục mở.
GND

8,13,19,21,27
,30,31,33,36,
37

Nguồn

GND cho
VBAT nên
sử dụng
chân 36,37.

PWRKEY nên được
kéo xuống thấp tại ít
nhất 1 giây và sau đó
được giải phóng để
bật / tắt mơ-đun.

Nội bộ kéo

lên VBAT.

Nguồn bật/tắt
PWRKEY

39

MICP
MINCN

9
10

SPKP
SPKN

11
12

NETLIGHT
STATUS

41
42

UART1_DRT

6

UART_R1

UART1_DCD

7
5

UART1_CTS
UART1_RTS
UART1_TXD
UART1_RXD
UART2_TXD
UART2_RXD

4
3
1
2
22
23

USB_VBUS
USB_DP
USB_DN

24
25
26

I

Giao diện âm thanh

I

Đầu vào âm thanh
khác biệt.

O

Đầu ra âm thanh
khác biệt.

GPIO
O
Tình trạng mạng
O
Bật nguồn
Cổng nối tiếp
I
Thiết bị đầu cuối dữ
liệu đã sẵn sàng.
O
Chỉ báo chng
O
Phát hiện sóng mang
dữ liệu
O
Xóa để gửi
I
Yêu cầu để gửi
O
Chuyển dữ liệu

I
Nhận dữ liệu
O
Chuyển dữ liệu
I
Chuyển dữ liệu
Giao diện gỡ lỗi
I
Gỡ lỗi và tải xuống.
I/O
I/O

Nếu các
chân này
không được
sử dụng,
tiếp tục mở.

Nếu các
chân này
không được
sử dụng, hãy
tiếp tục mở.

Nếu các
chân này
không được


20

sử dụng, hãy
tiếp tục mở.
38

ADC
I

SIM_VDD

18

Giao diện thẻ SIM
O

SIM_DATA

15

I/O

SIM_CLK
SIM_RST

16
17

O
O

SIM_DET

14

I

ADC

GSM_ANT
BT_ANT
RF_SYNC

10 bit tương tự
chung cho kỹ thuật
số chuyển đổi.

Nếu các
chân này
không được
sử dụng, hãy
tiếp tục mở.

Cung cấp điện áp
cho thẻ SIM.

Tất cả các
tín hiệu của
Hỗ trợ thẻ SIM 1.8V giao diện
SIM phải
hoặc 3V
Nhập / xuất dữ liệu được bảo

vệ chống
SIM
lại ESD với
SIM clock
một mảng
SIM reset
diode TVS.
Phát hiện thẻ SIM

Nếu các
chân
này
không được
sử dụng, hãy
tiếp tục mở.

Giao diện ăng-ten
32
I/O
Kết nối ăng-ten GSM
20
I/O
Kết nối ăng-ten
Bluetooth
Tín hiệu đồng bộ hóa của RF
29
O
Tín hiệu đồng bộ hóa
của RF

2.2.3. Cảm biến siêu âm HC-SR04
Cảm biến siêu âm HC-SR04 là một dạng cảm biến module. Cảm biến này thường
chỉ là một bản mạch, hoạt động theo nguyên lý thu phát sóng siêu âm bởi 2 chiếc loa
cao tần.
Cảm biến siêu âm HC-SR04 thường được kết hợp với các bộ arduino, PIC, AVR,
… để chạy một số ứng dụng như: phát hiện vật cản trên xe robot, đo khoảng cách vật,
…
Chính vì là một cảm biến siêu âm dạng module, cho nên hầu như ứng dụng hay độ
chính xác của cảm biến đều phụ thuộc vào phần code mà người sử dụng lập trình và
nạp vào bản mạch điều khiển.


21
a. Cấu tạo cảm biến siêu âm
* Bộ phận phát sóng siêu âm
Cấu tạo của các đầu phát và đầu thu siêu âm là các loa gốm đặc biệt, phát siêu âm
có cường độ cao ở tần số thường là 40kHz cho nhu cầu đo khoảng cách.

Hình 2.2-5.Bộ phát sóng siêu âm
Về nguyên lý, các loa này cần có nguồn điện áp cao mới phát tốt được (nhà sản
xuất công bố = 30V). Trên mạch công suất sử dụng IC MAX232 làm nhiệm vụ đệm.
IC này sẽ lấy tín hiệu từ bộ điều khiển, khuếch đại biên độ lên mức +/-30V cấp nguồn
cho bộ loa trên. IC này sẽ được đóng ngắt qua một transistor để hạn chế việc tiêu thụ
dịng.
* Bộ phận thu sóng siêu âm phản xạ
Thiết bị thu là dạng loa gốm có cấu tạo chỉ nhạy với một tần số chẳng hạn như
40KHz. Qua một loạt các linh kiện như OPAM TL072, transistor NPN…Tín hiệu này
liên tục được khuếch đại biên độ và cuối cùng là đưa qua một bộ so sánh, kết hợp với
tín hiệu từ bộ điều khiển để đưa về bộ điều khiển.
* Bộ phận xử lý

Bộ phận xử lý là điều khiển tín hiệu Vi điều khiển (PIC16F688, STC11, …) được
sử dụng làm nhiệm vụ phát xung, xử lý tính tốn thời gian từ khi phát đến khi thu
được sóng siêu âm nếu nhận được tín hiệu TRIG.
b. Nguyên lí hoạt động
Để đo khoảng cách bằng cảm biến siêu âm HC-SR04, ta sẽ phát 1 xung rất ngắn
(5 microSeconds) từ chân Trig. Tiếp theo, 1 xung HIGH ở chân Echo sẽ được cảm
biến tạo ra và phát đi cho đến khi nhận lại được sóng phản xạ ở chân này. Lúc này, độ
rộng của xung sẽ bằng với thời gian sóng siêu âm được phát từ cảm biến và phản xạ
lại.


22
Trong khơng khí, tốc độ âm thanh đạt mức 340 m/s (hằng số), tương đương với
29,412 microSeconds/cm (106 / (340*100)). Khi đã tính được thời gian, ta sẽ chia cho
29,412 để ra giá trị khoảng cách.

Hình 2.2-6.Ngun lí hoạt động của SR04
c. Thông số kỹ thuật
- Điện áp làm việc: 5VDC
- Dòng điện: 15mA
- Tần số: 40 KHZ
- Khoảng cách phát hiện: 2cm – 4m
- Tín hiệu đầu ra: Xung mức cao 5V, mức thấp 0V
- Góc cảm biến: Khơng quá 15 độ.
- Độ chính xác cao: Lên đến 3mm
- Chế độ kết nối: VCC / Trig (T-Trigger) / Echo (R-Receive) / GND
d. Sơ đồ chân

Hình 2.2-7.Sơ đồ chân SR04
- VCC: Dùng để cấp nguồn 5v

23
- Trig: Chân digital output
- Echo: Chân digital input
- GND: Chân 0v
2.2.4. Cảm biến nồng độ cồn MQ3
a. Thông số kỹ thuật
- Kích thước: 32 x 22 x 27 mm.
- Chip chính: LM393, MQ-3 cảm biến khí.
- Điện áp cung cấp: DC 5V. Có 2 dạng tín hiệu đầu ra dạng Analog và TTL.
- Tín hiệu đầu ra TTL có giá trị thấp. (đầu ra tín hiệu mức thấp có thể được kết nối trực
tiếp với vi điều khiển).
- Đầu ra tương tự 0 ~ 5V, nồng độ cồn càng cao điện áp càng cao.
- Độ nhạy cao và chọn lọc tốt với hơi ethanol.
- Bền và ổn định đáng tin cậy.
- Nhạy và phục hồi nhanh.
b. Sơ đồ chân

Hình 2.2-8.Sơ đồ chân MQ3
gồm 4 chân:
VCC: 2,5V - 5V.
DOUT: Digital output.
AOUT: Analog output.
GND: 0V.
c. Ứng dụng:
- Sử dụng để phát hiện nồng độ cồn trong môi trường, hơi thở. Cảm biến có độ nhạy
cao khả năng phản hồi nhanh, độ nhạy có thể điều chỉnh được bằng biến trở. Cảm biến
cung cấp một đầu ra tương tự dựa trên nồng độ cồn.
- Cảm biến MQ-3 có thể phát hiện khí gas, alcohol, ethanol.

24
2.2.5. Module GPS NEO 6M

Hình 2.2-9.Cấu tạo của NEO 6M
Mạch GPS Ublox Neo6 sử dụng module NEO-6M-0-001 của hãng UBlox. Mạch
GPS Ublox với hiệu suất bắt sóng cao kèm theo 1 anten GPS gốm. Module có tích hợp
sẵn EEPROM, tất cả các thơng tin cấu hình có thể được lưu trữ trong EEPROM. Trên
mạch có tích hợp 1 pin dự phịng, khi nguồn chính ngắt, pin dự phịng có thể duy trì
trong 30 phút cho dữ liệu GPS được lưu trữ.
a. Thông số kỹ thuật
Module GPS: Neo-6M-0-001 của hãng U-Blox.
- Điện áp cung cấp: 3.3-5V. · Giao tiếp UART TTL.
- Baudrate: 4800, 9600 (mặc định), 19200, 38400, 57600, 115200, 230400.
- Khi chưa bắt được sóng chân PPS (tương ứng với con led trên mạch) sẽ sáng liên tục,
Khi bắt được sóng tương ứng con led sẽ nhấp nháy
b. Chức năng các chân của module
- GND: Chân Mass, cấp 0V. · 5V: Nguồn dương cấp 4.5~5VDC nuôi Module GPS
NEO 6M V2 hoạt động.
- BAT: Nếu sử dụng pin Lion 3.7VDC thì dùng chân này để cấp nguồn.
- PPS: Chân chức năng của Module GPS NEO 6M V2, sau gần 1s sẽ xuất 1 xung ra
(có thể kết nối với led). –
- TXD: Chân truyền Uart TX.
- RXD: Chân nhận Uart RX
c. Sự hoạt động của GPS


25
Các vệ tinh GPS bay vòng quanh Trái Đất hai lần trong một ngày theo một quỹ

đạo rất chính xác và phát tín hiệu có thơng tin xuống Trái Đất. Các máy thu GPS nhận
thông tin này và bằng phép tính lượng giác tính được chính xác vị trí của người dùng.
Về bản chất máy thu GPS so sánh thời gian tín hiệu được phát đi từ vệ tinh với thời
gian nhận được chúng. Sai lệch về thời gian cho biết máy thu GPS ở cách vệ tinh bao
xa. Rồi với nhiều quãng cách đo được tới nhiều vệ tinh máy thu có thể tính được vị trí
của người dùng và hiển thị lên bản đồ điện tử của máy.
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 thơng 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. Ở phần sau, chúng ta sẽ
tìm hiểu cách lấy các thông tin này từ các vệ tinh.
d. Các thành phần của GPS
GPS hiện tại gồm 3 phần chính: phần khơng gian, kiểm sốt và sử dụng. Khơng
qn Hoa Kỳ phát triển, bảo trì và vận hành các phần khơng gian và kiểm sốt. Các vệ
tinh GPS truyền tín hiệu từ khơng gian, các máy thu GPS sử dụng các tín hiệu này để
tính tốn vị trí trong không gian 3 chiều (kinh độ, vĩ độ và độ cao) và thời gian hiện
tại.
Các vệ tinh được cung cấp bằng năng lượng Mặt Trời. Chúng có các nguồn pin
dự phịng để duy trì hoạt động khi chạy khuất vào vùng khơng có ánh sáng Mặt Trời.
Các tên lửa nhỏ gắn ở mỗi quả vệ tinh giữ chúng bay đúng quỹ đạo đã định.
* 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 và quay hai vòng quỹ đạo trong
khoảng thời gian gần 24 giờ với vận tốc 7 nghìn dặm/1giờ. Các vệ tinh trên quỹ đạo
được bố trí sao cho các máy thu GPS trên mặt đất có thể nhìn thấy tối thiểu 4 vệ tinh
vào bất kỳ thời điểm nào.
* Phần kiểm soát