(Đồ án tốt nghiệp) giám sát, điều khiển thiết bị thông qua mạng GSM, internet dùng module SIM808

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT
THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
NGÀNH KỸ THUẬT ÐIỆN ĐIỆN TỬ

GIÁM SÁT, ÐIỀU KHIỂN THIẾT BỊ THÔNG QUA
MẠNG GSM, INTERNET DÙNG MODULE SIM808

GVHD: ThS. TRƯƠNG NGỌC ANH
SVTH : NGUYỄN THỊ TUYẾT SANG
MSSV: 13141272

SKL005283

Tp. Hồ Chí Minh, tháng 01/2018



TRƯỜNG ĐH. SƯ PHẠM KỸ THUẬT

CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM

ĐỘC LẬP - TỰ DO - HẠNH PHÚC

TP. HỒ CHÍ MINH

KHOA ĐIỆN-ĐIỆN TỬ
BỘ MƠN ĐIỆN TỬ CƠNG NGHIỆP – Y SINH
Tp.HCM, ngày 27 tháng 1 năm 2018

BẢNG MÔ TẢ CÔNG VIỆC
Họ tên sinh viên:

Nguyễn Thị Tuyết Sang

Lớp:

13141DT2A

MSSV: 13141272

Tên đề tài: GIÁM SÁT, ĐIỀU KHIỂN THIẾT BỊ THÔNG QUA MẠNG GSM,
INTERNET DÙNG MODULE SIM808
1.

MÔ TẢ MỤC TIÊU CỦA ĐỀ TÀI:

Thiết kế và thi cơng mơ hình có thể điều khiển và giám sát hoạt động của thiết bị
thông qua Internet, đồng thời có thể định vị được vị trí của mơ hình khi mơ hình
được gắn vào xe.
2.

MƠ TẢ CÔNG VIỆC THỰC HIỆN ĐỀ TÀI CỦA TỪNG SINH VIÊN:

Họ tên sinh viên: Nguyễn Thị Tuyết Sang
Các công việc thực hiện trong đề tài:
STT

NỘI DUNG CƠNG VIỆC

1

Tìm hiểu tài liệu, nghiên cứu

2

Đọc tài liệu, nghiên cứu tìm h
trong hình.

3

Thiết kế thi công phần cứng m

4

Thiết kế giao diện web giám

SINH VIÊN
(Ký ghi rõ họ tên)


XÁC NHẬN CỦA GIẢNG VIÊN HƯỚNG DẪN
(Ký ghi rõ họ tên)


TRƯỜNG ĐH. SƯ PHẠM KỸ THUẬT

CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM

ĐỘC LẬP - TỰ DO - HẠNH PHÚC

TP. HỒ CHÍ MINH

KHOA ĐIỆN-ĐIỆN TỬ
BỘ MƠN ĐIỆN TỬ CƠNG NGHIỆP – Y SINH
Tp.HCM, ngày 27 tháng 1 năm 2018

NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
Họ tên sinh viên:

Nguyễn Thị Tuyết Sang

MSSV: 13141272

Chuyên ngành:

Kỹ thuật Điện - Điện tử

Mã ngành:

01

Hệ đào tạo:

Đại học chính quy 2013

Mã hệ:

1

Lớp:

13141DT2A

Khóa:

I. TÊN ĐỀ TÀI: GIÁM SÁT, ĐIỀU KHIỂN THIẾT BỊ THÔNG QUA MẠNG GSM,
INTERNET DÙNG MODULE SIM808
II. NHIỆM VỤ
1.Các số liệu ban đầu:
-

Sử dụng module sim808, Arduino mega2560 và các linh kiện cần thiết

liên quan đến đề tài.
-

Điều khiển thiết bị thơng qua ĐTDĐ.

-

Có thể giám sát hoạt động của thiết bị qua Internet.

2.Nội dung thực hiện:
-

Tìm hiểu và tham khảo các tài liệu, giáo trình, nghiên cứu các chủ đề,

các nội dung liên quan đến đề tài.
-

Viết chương trình cho VĐK nhận tín hiệu điều khiển từ ĐTDĐ.

-

Thiết kế giao diện web giám sát thiết bị.

- Kết nối mạch phần cứng giữa Arduino mega2560 với module sim808, tải
đèn.
-

Thiết kế và thi cơng mơ hình hồn thiện.

-

Chạy thử nghiệm và cân chỉnh hệ thống.

-

Viết quyển báo cáo đồ án tốt nghiệp.

-

Báo cáo đồ án tốt nghiệp.
ii


III. NGÀY GIAO NHIỆM VỤ:

23/09/2017

IV. NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ: 27/01/2018
V. HỌ VÀ TÊN CÁN BỘ HƯỚNG DẪN:
CÁN BỘ HƯỚNG DẪN

ThS. Trương Ngọc Anh

BM. ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP - Y SINH

iii


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 27 tháng 1 năm 2018

LỊCH TRÌNH THỰC HIỆN ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
Họ tên sinh viên: Nguyễn Thị Tuyết Sang
Lớp: 13141DT2A

MSSV: 13141272

Tên đề tài: GIÁM SÁT, ĐIỀU KHIỂN THIẾT BỊ THÔNG QUA MẠNG GSM,
INTERNET DÙNG MODULE SIM808

Tuần/ngày
Tuần 1
23/9
Tuần 2
2/10 – 7/10
Tuần 3
9/10 – 14/10
Tuần 4
16/10 – 21/10
Tuần 5
23/10 – 28/10
Tuần 6
30/10 – 4/11
Tuần 7
06/11 – 11/11
Tuần 8
13/11 – 18/11


iv


Tuần 9
20/11 – 25/11
Tuần 10
27/11 – 2/12
Tuần 11

4/12 – 9/12
Tuần 12
11/12 – 16/12
Tuần 13
18/12 – 23/12
Tuần 14
25/12 – 30/12
Tuần 15
1/1 – 6/1
Tuần 16
8/1 – 13/1
Tuần 17
15/1 – 20/1
Tuần 18
22/1 – 27/1

v


LỜI CAM ĐOAN
Đề tài này là do tôi tự thực hiện dựa vào một số tài liệu trước đó và khơng
sao chép từ tài liệu hay cơng trình đã có trước đó.

Người thực hiện đề tài
Nguyễn Thị Tuyết Sang

vi


LỜI CẢM ƠN

Nhóm xin chân thành cảm ơn sự sự hướng dẫn chân thành của thầy Trương Ngọc
Anh, khoa Điện – Điện tử, trường Đại học Sư phạm Kĩ thuật Tp.HCM. Trong suốt thời
gian thực hiện đề tài này, cùng với sự hướng dẫn và những lời góp ý của thầy về nội dung
và phương pháp nghiên cứu, những lời nhận xét và chia sẻ kinh nghiệm thực tế đã giúp
cho nhóm có điều kiện thuận lợi để hồn thành tốt đồ án tốt nghiệp này.

Bên cạnh đó nhóm xin cảm ơn các thầy cô trong khoa Điện – Điện tử đã giảng
dạy, truyền đạt cho chúng em những kiến thức cần thiết để chúng em có tiền đề để
thực hiện đồ án tốt nghiệp. Nhóm cũng xin cảm ơn các thầy cô trong bộ môn Điện Tử
Công Nghiệp – Y Sinh đã góp ý cho chúng em trong quá trình thực hiện đồ án, các
thầy cơ ln làm việc tích cực trong cơng tác quản lý và thơng tin đến sinh viên để
việc bảo vệ đồ án luôn đảm bảo đúng tiến độ và hiệu quả.
Nhóm cũng xin gửi thật nhiều lời cảm ơn đến gia đình, bạn bè đã khích lệ tinh
thần, tạo động lực mạnh mẽ để giúp nhóm hồn thành tốt đề tài. Trân trọng cảm ơn!

Người thực hiện đề tài
Nguyễn Thị Tuyết Sang

vii


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.………………………………………………………………...……..xi

Danh mục các từ viết tắt ………………………………………………………….…xii
Tóm tắt...…………………………………………………………………………..…xiii
Chương 1. TỔNG QUAN............................................................................................ 1

1.1 ĐẶT VẤN ĐỀ..................................................................................................... 1
1.2 MỤC TIÊU.......................................................................................................... 1
1.3 NỘI DUNG NGHIÊN CỨU................................................................................ 2
1.4 GIỚI HẠN........................................................................................................... 2
1.5 BỐ CỤC.............................................................................................................. 2
Chương 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT................................................................................ 4
2.1 GIỚI THIỆU........................................................................................................ 4
2.2 TỔNG QUAN VỀ GPS....................................................................................... 4
2.2.1 Lịch sử hình thành và phát triển của hệ thống GPS.....................................4
2.2.2 Các thành phần của GPS............................................................................... 5
2.2.3 Nguyên tắc hoạt động của GPS..................................................................... 7
2.3 TỔNG QUAN VỀ GSM...................................................................................... 8
2.3.1 Tổng quan..................................................................................................... 8
2.3.2 Lịch sử mạng GSM....................................................................................... 8
2.3.3 Cấu trúc hệ thống mạng GSM....................................................................... 9
2.3.4 Khái quát về GPRS....................................................................................... 9
2.4 GIỚI THIỆU PHẦN CỨNG.............................................................................. 10
2.4.1 Giới thiệu về Module sim808..................................................................... 10
2.4.2 Arduino mega2560..................................................................................... 12
2.4.3 Tổng quan về Internet................................................................................. 13
2.4.4 Giới thiệu phương thức giao tiếp được sử dụng.......................................... 21
Chương 3. TÍNH TỐN VÀ THIẾT KẾ................................................................. 23
3.1 GIỚI THIỆU...................................................................................................... 23
3.2 TÍNH TỐN VÀ THIẾT KẾ HỆ THỐNG........................................................ 23
viii

3.2.1 Thiết kế sơ đồ khối hệ thống....................................................................... 23
3.2.2 Tính tốn và thiết kế mạch.......................................................................... 24
Chương 4. THI CƠNG HỆ THỐNG........................................................................ 32
4.1 GIỚI THIỆU...................................................................................................... 32
4.2 THI CÔNG HỆ THỐNG................................................................................... 32
4.2.1 Thi công bo mạch....................................................................................... 32
4.2.2 Lắp ráp và kiểm tra..................................................................................... 36
4.2.3 Kết quả hình ảnh trên màn hình giao diện web........................................... 37
4.3 ĐĨNG GĨI VÀ THI CƠNG MƠ HÌNH........................................................... 39
4.3.1 Đóng gói mơ hình....................................................................................... 39
4.3.2 Thi cơng mơ hình........................................................................................ 39
4.4 LẬP TRÌNH HỆ THỐNG.................................................................................. 43
4.4.1 Lưu đồ giải thuật......................................................................................... 43
4.4.2 Phần mềm lập trình cho vi điều khiển......................................................... 43
4.4.3 Phần mềm lập trình web............................................................................. 46
4.5 VIẾT TÀI LIỆU HƯỚNG DẪN SỬ DỤNG..................................................... 47
4.5.1 Viết tài liệu hướng dẫn sử dụng.................................................................. 47
4.5.2 Quy trình thao tác....................................................................................... 48
Chương 5. KẾT QUẢ_NHẬN XÉT_ĐÁNH GIÁ................................................... 49
5.1 KẾT QUẢ ĐẠT ĐƯỢC.................................................................................... 49
5.2 NHẬN XÉT – ĐÁNH GIÁ HỆ THỐNG.......................................................... 49
5.2.1 Ưu điểm của hệ thống................................................................................. 50
5.2.2 Nhược điểm của hệ thống........................................................................... 51
Chương 6. KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN............................................. 52
6.1 KẾT LUẬN....................................................................................................... 52
6.2 HƯỚNG PHÁT TRIỂN..................................................................................... 52
TÀI LIỆU THAM KHẢO
PHỤ LỤC……………………………………………………………………………xiv

ix


LIỆT KÊ HÌNH VẼ
Hình

Trang

Hình 2. 1 Các thành phần của hệ thống GPS................................................................ 5
Hình 2. 2 Chuyển động của các vệ tinh nhân tạo xung quanh Trái đất..........................6
Hình 2. 3 Các trạm kiểm sốt và ăng-ten...................................................................... 6
Hình 2. 4 Cấu trúc mạng GSM...................................................................................... 9
Hình 2. 5 Module sim808........................................................................................... 11
Hình 2. 6 Sơ đồ chân module GSM, GPRS,GPS, Bluetooth sim808..........................12
Hình 2. 7 Arduino mega2560...................................................................................... 13
Hình 2. 8 Hiệu ứng khi có CSS................................................................................... 16
Hình 2. 9 Giao diện làm việc với cơ sở dữ liệu........................................................... 18
Hình 2. 10 Các bước tạo bảng lưu trữ dữ liệu............................................................. 19
Hình 3. 1 Sơ đồ khối hoạt động của mơ hình.............................................................. 23
Hình 3. 2 Hình ảnh thực tế Arduino mega2560........................................................... 25
Hình 3. 3 Sơ đồ Schematic Arduino mega2560.......................................................... 26
Hình 3. 4 Hình ảnh thực tế module sim808................................................................ 27
Hình 3. 5 Sơ đồ Schematic module sim808................................................................ 28
Hình 3. 6 Hình ảnh thực tế module 2 rơ-le.................................................................. 29
Hình 3. 7 Sơ đồ Schematic của Module 2 rơ-le.......................................................... 29
Hình 3. 8 Hình ảnh thực tế module 2 SSR.................................................................. 30
Hình 3. 9 Sơ đồ Schematic của Module 2 SSR........................................................... 30
Hình 3. 10 Hình ảnh thực tế Adapter 9V 1A............................................................... 31
Hình 3. 11 Hình ảnh thực tế pin Lipo 3cell................................................................. 31
Hình 4. 1 Sơ đồ ngun lí tầng 1................................................................................ 32

Hình 4. 2 Sơ đồ ngun lí tầng 2................................................................................ 33
Hình 4. 3 Sơ đồ bố trí linh kiện tầng 1........................................................................ 34
Hình 4. 4 Sơ đồ bố trí linh kiện tầng 2........................................................................ 34
Hình 4. 5 Sơ đồ mạch in tầng 1................................................................................... 35
Hình 4. 6 Sơ đồ mạch in tầng 2................................................................................... 35
Hình 4. 7 Hình ảnh thực tế của tầng 2......................................................................... 36
Hình 4. 8 Hình ảnh thực tế tầng 1............................................................................... 37
Hình 4. 9 Hình ảnh sau khi lắp ghép tầng 1 và tầng 2 với nhau..................................37
Hình 4. 10 Trang hiển thị trạng thái hoạt động của thiết bị......................................... 38
Hình 4. 11 Định vị vị trí của mơ hình......................................................................... 38
Hình 4. 12 Mặt cắt sáu mặt của hộp đựng mơ hình..................................................... 40
Hình 4. 13 Mặt trên của mơ hình................................................................................ 41
Hình 4. 14 Hình ảnh mặt bên của mơ hình.................................................................. 41
Hình 4. 15 Hình ảnh mặt trước của sản phẩm............................................................. 42
Hình 4. 16 Lưu đồ giải thuật....................................................................................... 43
Hình 4. 17 Màn hình hiển thị đầu tiên của phần mềm Arduino IDE...........................44
Hình 4. 18 Đây là cửa sổ giao diện soạn thảo chương trình dùng Notepad ++...........47
Hình 4. 19 Lưu đồ hướng dẫn thao tác điều khiển...................................................... 48

x


LIỆT KÊ BẢNG
Bảng
Trang
Bảng 2. 1 Thông số kỹ thuật module sim808.............................................................. 11
Bảng 2. 2 Thông số kĩ thuật Arduino mega2560......................................................... 13
Bảng 2. 3 Một số thẻ HTML cơ bản được dùng.......................................................... 15
Bảng 2. 4 Một số thuộc tính cơ bản trong CSS........................................................... 16
Bảng 3. 1 Thông số kỹ thuật Arduino mega2560 và Uno R3...................................... 24

Bảng 5. 1 Thống kê thời gian thao tác và khả năng hoạt động của hệ thống...............50

xi


DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT
VĐK: Vi điều khiển
ĐTDĐ: Điện thoại di động
GPS: Global Positioning System
GSM: Global System for Mobile Communication
GNSS: Global Navigation Satellite System
NMEA: National Marine Electronics Association
GPRS: General Packet Radio Service
EDGE: Enhanced Data Rates for GSM Evolution
UART: Universal Asynchronous serial Reveiver and Transmitter
USB: Universal Serial Bus
SPI: Serial Peripheral Interface bus
I2C: Inter-Intergrated Circuit
HTML: HyperText Markup Language
CSS: Cascading Style Sheets
PHP: Personal Home Page
CSDL: Cơ sở dữ liệu
SQL : Structed Query Language

xii


TÓM TẮT
Hiện nay với sự phát triển của khoa học công nghệ đã làm cho cuộc sống của
con người trở nên hiện đại hơn. Cùng với xu hướng phát triển của khoa học kĩ thuật

ngày càng mạnh mẽ trên toàn thế giới, một bộ phận người yêu công nghệ đã biết hoặc
được trải nghiệm những tiện ích từ các mơ hình điều khiển thiết bị từ xa hay định vị vị
trí thơng qua cơng nghệ định vị GPS.
Nhóm thực hiện đề tài giám sát và điều khiển thiết bị thông qua mạng GSM,
Internet dùng module sim808 với mục tiêu điều khiển thiết bị từ xa thông qua điện
thoại di động, giám sát trạng thái hoạt động của thiết bị trên web đồng thời có thể xác
định được vị trí người dùng thơng qua mạng GSM.
Tóm lại mơ hình kết hợp các thiết bị điện tử và kỹ thuật truyền phát khơng dây
có tác dụng tự động hóa hồn tồn hoặc bán tự động hóa hoạt động của các thiết bị,
giúp cuộc sống dễ dàng và tiện nghi hơn. Các thiết bị của người dùng có thể giám sát,
điều khiển và quản lý từ xa ngay khi người dùng khơng có ở nhà.

xiii


CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN

Chương 1. TỔNG QUAN
1.1 ĐẶT VẤN ĐỀ
Xã hội ngày càng phát triển, chất lượng cuộc sống ngày càng được cải thiện và
nâng cao hơn. Đi cùng với những tiến bộ đó, chúng ta khơng thể khơng kể đến sự phát
triển vượt bậc của khoa học kĩ thuật. Đặc biệt là những ứng dụng của nó đã làm cho cả
thế giới thay đổi, văn minh hơn, hiện đại hơn và thơng minh hơn. Trong đó vai trị của
các bộ điều khiển thiết bị chiếm một vị trí thiết yếu, chúng được sử dụng rộng rãi
trong nhiều lĩnh vực của đời sống và trong công nghiệp.
Việc điều khiển thiết bị điện có rất nhiều cách, nhưng nếu ở khoảng cách rất xa
thì module sim được sử dụng phổ biến. Các module sim hiện nay có rất nhiều loại như
module sim 800,900,908… Nhưng với module sim808 có thêm tích hợp bluetooth nên
việc điều khiển có thêm nhiều lựa chọn.
Với module này chúng ta có thể điều khiển thiết bị ở một khoảng cách xa, thơng

qua sóng điện thoại, hoặc điều khiển thiết bị qua bluetooth nếu khi chúng ta ở khoảng
cách gần. Để quản lý việc đóng mở thiết bị, chúng ta kết hợp với việc đưa dữ liệu lên web
để quản lý, theo dõi. Ngồi ra module này cịn có tính năng GPS để định vị tọa độ của
module sim, trong trường hợp nó được gắn vào các thiết bị di chuyển được.

Với những tính năng trên nên nhóm sử dụng module này vào đồ án tốt nghiệp
và ứng dụng để điều khiển, giám sát các thiết bị và định vị vị trí mơ hình.
1.2 MỤC TIÊU
Mục tiêu mà nhóm thực hiện sẽ bao gồm các nội dung chính như sau:
- Thiết kế và thi cơng được mơ hình giúp điều khiển thiết bị từ xa thơng qua
sóng điện thoại đồng thời có thể giám sát được trạng thái hoạt động của thiết
bị thông qua internet.
- Định vị được vị trí của mơ hình trong trường hợp mơ hình được gắn vào
các thiết bị di chuyển được.

BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH


CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN
1.3 NỘI DUNG NGHIÊN CỨU


NỘI DUNG 1: Tìm hiểu và tham khảo các tài liệu giáo trình, nghiên cứu

các chủ đề, các nội dung liên quan đến đề tài.
 NỘI DUNG 2: Thiết kế sơ đồ kết nối toàn mạch, kết nối chân giữa các
module.


NỘI DUNG 3: Kết nối mạch phần cứng giữa vi điều khiển arduino

mega2560 với module sim808 và thiết bị.


NỘI DUNG 4: Viết chương trình cho vi điều khiển nhận tín hiệu từ module

sim808.
 NỘI DUNG 5: Viết chương trình hiển thị tọa độ của module lên Google
Map.


NỘI DUNG 6: Thiết kế giao diện web giám sát thiết bị.



NỘI DUNG 7: Lắp ráp các khối điều khiển vào mơ hình.



NỘI DUNG 8: Chạy thử nghiệm và cân chỉnh hệ thống.



NỘI DUNG 9: Viết báo cáo đồ án tốt nghiệp.



NỘI DUNG 10: Báo cáo đồ án tốt nghiệp.

1.4 GIỚI HẠN



Sử dụng arduino mega2560 làm bộ xử lý trung tâm điều khiển và giám sát

thiết bị thông qua module sim808.


Điều khiển và giám sát thiết bị qua internet.



Định vị vị trí khi mơ hình gắn vào vật di chuyển được.

1.5 BỐ CỤC
Chương 1: Tổng Quan
Ở

chương này ta trình bày các vấn đề bao gồm đặt vấn đề, mục tiêu, nội dung

nghiên cứu, các giới hạn và bố cục đồ án.
Chương 2: Cơ Sở Lý Thuyết
Ở

chương này ta giới thiệu phần cứng, lựa chọn linh kiện thiết bị được sử dụng

và giới thiệu khái quát về chức năng, thơng số kĩ thuật của các linh kiện đó, chuẩn giao
tiếp sử dụng.
Chương 3: Tính Tốn và Thiết Kế

BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH


CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN
Ở

chương này ta trình bày sơ đồ khối của hệ thống, giải thích các khối, quy trình

hoạt động và tính tốn các thơng số cần thiết của hệ thống. Trình bày và giải thích sơ dồ

ngun lí.
Chương 4: Thi Công Hệ Thống
Ở

chương này ta tiến hành thi cơng hệ thống, lưu đồ giải thuật, viết chương

trình và thiết kế giao diện cho web.
Chương 5: Kết Quả, Nhận Xét và Đánh Giá
Ở

chương này ta trình bày kết quả đã đạt được, nhận xét đánh giá về hệ thống,

hình ảnh thực tế và hoạt động của thiết bị. Trình bày kết quả của giao diện web và giải
thích.
Chương 6: Kêt Luận và Hướng Phát Triển
Ở

chương cuối này ta trình bày những kết luận rút ra được sau quá trình tìm

hiểu và thực hiện đề tài, kêt luận về khả năng hoạt động của thiết bị trên thực tế. Qua

đó đưa ra những kiến nghị và đề xuất hướng phát triển của đề tài.

BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH


CHƯƠNG 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT

Chương 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT
2.1 GIỚI THIỆU


Tổng quan về GPS.



Tổng quan về GSM.



Giới thiệu phần cứng.

2.2 TỔNG QUAN VỀ GPS
2.2.1 Lịch sử hình thành và phát triển của hệ thống GPS
Hệ thống định vị tồn cầu (Global Positioning System - GPS) được Chính phủ
Mỹ thiết lập năm 1995, là hệ thống định vị, dẫn hướng và định thời trên không trung
được sử dụng rộng rãi hiện nay. Hệ thống vệ tinh này cung cấp miễn phí các dịch vụ
có liên quan, bao gồm các hoạt động dân sự và quân sự cho người sử dụng trên tồn
thế giới. Việc áp dụng cơng nghệ GPS không chỉ phổ biến cho việc sử dụng dân sự, từ
ôtô, máy bay đến điện thoại di động, mà cũng là một bộ phận không thể thiếu của hệ
thống an ninh và bảo vệ quốc phịng.

Hệ thống định vị tồn cầu là một mạng gồm 24 vệ tinh Navstar quay xung
quanh Trái đất tại độ cao 11.000 dặm (17.600 km). Được Bộ Quốc Phịng Mỹ ấn định
chi phí ban đầu vào khoảng 13 tỷ USD, tuy nhiên việc truy nhập tới GPS là miễn phí
đối với mọi người dùng, kể cả những người ở các nước khác. Các số liệu định vị và
định thời được sử dụng cho vô số những ứng dụng khác nhau bao gồm hàng không,
đất liền và hàng hải, theo dõi các phương tiện giao thông trên bộ và tàu biển, điều tra
khảo sát và vẽ bản đồ, quản lý tài sản và tài nguyên thiên nhiên.
Với việc khắc phục được những giới hạn về độ chính xác qn sự vào tháng
3/1996, ngày nay GPS có thể chỉ ra chính xác vị trí của các mục tiêu chỉ nhỏ bằng đồng

10

xu ở bất kỳ nơi nào trên bề mặt trái đất.
Vệ tinh GPS đầu tiên đã được phóng vào năm 1978. Mười vệ tinh đầu tiên là các

vệ tinh “mở mang”, gọi là Block 1 (Lô 1). Từ năm 1989 đến năm 1993 có 23 vệ tinh

BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH


CHƯƠNG 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT
khai thác, gọi là Block 2 (Lơ 2) đã được phóng lên quỹ đạo. Vệ tinh thứ 24 được
phóng nốt vào năm 1994 đã hồn thành hệ thống.
Từ sau năm 1995 hệ thống GPS vẫn tiếp tục được duy trì và bảo dưỡng cũng
như thay thế những vệ tinh già tuổi. Năm 2000, số vệ tinh trong chòm GPS đã tăng lên
28 vệ tinh. Từ 28/08/2009, đã có 35 vệ tinh trong chịm GPS, với 30 vệ tinh “khỏe
mạnh” cho người sử dụng. Trong số 35 vệ tinh này, 24 vệ tinh đang hoạt động chính,
các vệ tinh cịn lại đóng vai trị dự phịng trong trường hợp 1 trong số 24 vệ tinh chính
bị hư hỏng.
2.2.2 Các thành phần của GPS

Hệ thống vệ tinh GPS được chia làm 3 phần:
-

Phần không gian (space segment): các vệ tinh.

-

Phần điều khiển (control segment): trạm mặt đất.

-

Phần người sử dụng (user segment): bộ thu tín hiệu.

Hình 2. 1 Các thành phần của hệ thống GPS.
a.

Phần không gian – Space segment
Gồm 28 quả vệ tinh (24 vệ tinh hoạt động và 4 vệ tinh dự trữ khi có một chiếc nào

bị hỏng, tính đến năm 2000) nằm trên các quỹ đạo xoay quanh trái đất. Chúng cách mặt
đất 20.200 km, bán kính quỹ đạo 26.600 km và chuyển động ổn định, hai vòng quỹ đạo
trong khoảng thời gian gần 24 giờ. Các vệ tinh này chuyển động với vận tốc 7 nghìn

BỘ MƠN ĐIỆN TỬ CƠNG NGHIỆP – Y SINH


CHƯƠNG 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT
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 4 vệ tinh vào bất kỳ thời điểm nào.
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 vệ tinh giữ chúng bay đúng quỹ đạo đã định.

Hình 2. 2 Chuyển động của các vệ tinh nhân tạo xung quanh Trái đất.
b.

Phần điều khiển – Control segment

Hình 2. 3 Các trạm kiểm soát và ăng-ten.
Là một mạng lưới các phương tiện kiểm soát theo dõi các vệ tinh, theo dõi
đường truyền, nhận tín hiệu và phân tích xử lý.
Mục đích trong phần này là kiểm soát vệ tinh đi đúng hướng theo quỹ đạo và
thơng tin thời gian chính xác. Có 5 trạm kiểm sốt đặt rải rác trên trái đất. Bốn trạm
BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH


CHƯƠNG 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT
kiểm soát hoạt động một cách tự động, và một trạm kiểm soát là trung tâm. Bốn trạm
này nhận tín hiệu liên tục từ những vệ tinh và gửi các thông tin này đến trạm kiểm sốt
trung tâm. Tại trạm kiểm sốt trung tâm, nó sẽ sửa lại dữ liệu cho đúng và kết hợp với
hai ăng-ten khác để gửi lại thông tin cho các vệ tinh. Ngồi ra, cịn một trạm kiểm sốt
trung tâm dự phòng và sáu trạm quan sát chuyên biệt.
c. Phần người sử dụng – User segment
Phần sử dụng là thiết bị nhận tín hiệu vệ tinh GPS và người sử dụng thiết bị này.
Các bộ thu GPS của người sử dụng bao gồm ăng-ten, bộ xử lý và một đồng hồ có độ ổn
định cao được đặt ở tần số truyền dẫn của các vệ tinh. Chúng cũng có thể bao gồm các bộ
phận hiển thị để cung cấp các thơng tin vị trí, tốc độ, hay bản đồ chỉ đường.

Một bộ thu GPS được mô tả với số kênh. Nó cho biết số lượng vệ tinh tối đa mà
bộ thu có thể xử lý đồng thời. Hiện nay, số kênh của bộ thu GPS thường đạt tới 12 đến

20 kênh.
Đa số các bộ thu GPS có thể truyền tải dữ liệu tính tốn được tới máy tính hay
các thiết bị khác sử dụng giao thức NMEA 0183 hay chuẩn mới hơn và ít sử dụng hơn
là NMEA 2000. Ngồi ra cũng có các giao thức khác như SiRF hay MTK. Bộ thu GPS
có thể truyền dữ liệu tới các thiết bị khác thông qua giao tiếp nối tiếp, USB hay
Bluetooth.
2.2.3 Nguyên tắc hoạt động của GPS
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
thơng 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

BỘ MƠN ĐIỆN TỬ CƠNG NGHIỆP – Y SINH