1 THIẾT KẾ VÀ THỰC HIỆN HỆ THỐNG GIÁM SÁT HÀNH TRÌNH SỬ DỤNG ĐỊNH VỊ TOÀN CẦU DESIGN AND IMPLEMENT JOURNEY TRACKING SYSTEM USING GLOBAL POSITION SYSTEM SVTH: Nguyễn Tiến Chuẩn, Mai Xuâ
Trang 11
THIẾT KẾ VÀ THỰC HIỆN HỆ THỐNG GIÁM SÁT HÀNH TRÌNH SỬ
DỤNG ĐỊNH VỊ TOÀN CẦU
DESIGN AND IMPLEMENT JOURNEY TRACKING SYSTEM USING GLOBAL
POSITION SYSTEM
SVTH: Nguyễn Tiến Chuẩn, Mai Xuân Hoàng
Lớp 10DTLT, Khoa Điện tử Viễn thông, Trường Đại học Bách khoa, Đại học Đà Nẵng
GVHD: KS Vũ Vân Thanh
Khoa Điện tử Viễn thông, Trường Đại học Bách khoa, Đại học Đà Nẵng
TÓM TẮT
Mục đích của đề tài là thiết kế và thực hiện hệ thống giám sát hành trình sử dụng định vị toàn cầu (GPS), bao gồm các module phần cứng tích hợp các chức năng GPS, GSM/GPRS, để thu nhận các thông tin định vị từ vệ tinh và truyền về máy chủ dịch vụ Web dữ liệu về thời gian, kinh độ, vĩ độ, vận tốc tức thời, tổng thời gian di chuyển, số lần và tổng thời gian dừng đỗ, các cảnh báo,… Từ đó, bằng cách truy cập vào trang web, thông qua giao diện đồ họa, hoặc tin nhắn SMS, người dùng có thể xác định được vị trí cũng như tình trạng của phương tiện hiện thời
ABSTRACT
The paper’s aim is design and implement journey tracking by using Global Positioning System (GPS), includes hardware modules integrated GPS,GSM/GPRS functions for receiving locator information from satellite and transferring data to Web server such as time, coordinate, immediately speed, total drive time, count and total stop time, warnings,… Therefore, by accessing webpage via graphical interface or SMS message, user can detect position and current status of device
1 Đặt vấn đề
Trong lĩnh vực điện tử viễn thông, việc ứng dụng GPS kết hợp với hệ thống thông tin di động toàn cầu/dịch vụ vô tuyến gói tổng hợp (GSM/GPRS) và hệ thống thông tin địa
lý (Geographic Information System – GIS) giúp giám sát hành trình của phương tiện từ xa theo thời gian thực đã mang lại những lợi ích thiết thực trong công tác quản lý của các cá nhân, doanh nghiệp và tổ chức
Mặt khác, bài báo được viết trong giai đoạn nhà nước đang triển khai lộ trình gắn thiết bị giám sát hành trình cho phương tiện vận tải theo Điều 12 của Nghị định 91-2009/NĐ-CP Tuy nhiên các sản phẩm đã có trên thị trường hầu hết được nhập từ nước ngoài giá thành cao và chi phí bão dưỡng tốn kém
Xuất phát từ nhu cầu thực tiễn, nhóm chọn đề tài thiết kế và thực hiện hệ thống giám sát hành trình Mục tiêu ban đầu là sản phẩm đạt được các tiêu chuẩn cơ bản tại Mục
2 tại Điều 12 của Nghị định 91-2009/NĐ-CP
2 Thiết kế và thực hiện hệ thống giám sát hành trình cơ bản
Trang 2Tuyển tập Báo cáo Hội nghị Sinh viên Nghiên cứu Khoa học lần thứ 8 Đại học Đà Nẵng năm 2012
2
2.1 Mô hình tổng quan và nguyên lí hoạt động của hệ thống
2.1.1 Mô hình tổng quan
Máy Chủ Dịch Vụ
Máy Tính Giám Sát
Vệ Tinh GPS
Mạng Internet
Mạng Viễn Thông Di Động Các Phương Tiện Giao Thông
Điện Thoại Di Động
Hình 1 Mô hình tổng quan của hệ thống giám sát hành trình 2.1.2 Nguyên lí hoạt động
Module GPS+GSM/GPRS có cảm biến thu tín hiệu định vị từ vệ tinh GPS một cách liên tục Các tín hiệu này sẽ được chuyển đổi thành các chuỗi dữ liệu theo chuẩn của hiệp hội điện tử hàng hải quốc tế (National Marine Electronics Association: NMEA) gởi đến cho vi điều khiển giải mã, tách lấy nội dung yêu cầu Sau đó dữ liệu được truyền qua mạng GPRS, đến mạng Internet về máy chủ dịch vụ và được lưu trữ, xử lý hiển thị trên web Từ đó các máy tính nối mạng Internet có thể truy cập vào máy chủ dịch vụ web để giám sát hành trình cũng như trạng thái hiện thời của phương tiện Ngoài ra, khi có tin nhắn SMS yêu cầu từ phía người dùng sử dụng điện thoại di động, module cũng trả về các thông tin định vị dưới dạng SMS
2.2 Thiết kế module thiết bị định vị
2.2.1 Thiết kế mạch phần cứng
PGD GPS_RXA
PGC
SW2_P1
1 4
PGC RB6
U4 PIC18F97J60
RH2/A18
1
RH3/A19
2
RE1/AD9/#WR/P2C
3
RE0/AD8/#RD/P2D
4
RB0//INT0/FLT0
5
RB1/INT1
6
RB2/INT2
7
RB3/INT3/ECCP2/P2A
8
NC
9
RG6
10
RG5
11
RF0/AN5
12
#MCLR
13
RG4/CCP5/P1D
14
VSS
15
VDD CORE/V_CAP
16
VDD
17
RF7/#SS1
18
RF6/AN11
19
RF5/AN10/C_VREF
20
RF4/AN9
21
RF3/AN8
22
RF2/AN7/C1OUT
23
RH7/AN15/P1B
24
RH6/AN14/P1C
25
RG3/CCP4/P3D51 RG2/RX2/DT252 RC2/ECCP1/P1A53 RC3/SCK1/SCL1RC4/SDI1/SDA154
55
RC5/SDO156 RB7/KBI3/PGD57 RJ6/#LBVDD58
59
VSS60 RJ3/#WRH61 VDD62 OSC1/CLKI63 OSC2/CLKOVSS64
65
RJ2/#WRL66 RB6/KBI2/PGC67 RB5/KBI168 RB4/KBIO69 RG1/TX2/CK270 RG0/ECCP3/P3A71 VSSRX72 TPIN- 73
TPIN+74 VDDRX 75
U7
MAX232_PIC
C1+
1
C1-3
C2+
4
C2-5
VCC16 GND15 V+
2
V-6
R1OUT 12
R2OUT9 T1IN
11
T2IN
10
R1IN
13
R2IN
8
T1OUT14 T2OUT 7
COM PORTS INTERFACE
P1
PIC_UART1
5 8 2
P2
PIC_UART2
5 8 2
C23 10uF C42 10uF
C43 10uF
C44 10uF
C45 10uF
R2IN_PIC PIC_TX2
CRY S_P63 25MHz
PIC_RX1 T2OUT_PIC T1OUT_PIC
R2IN_PIC T2OUT_PIC R1IN_PIC
1M
R10
R111 330
SIM_VDD
PGD RB7
SIM_RST SIM_DATA
Vbat
SIM_CLK
U6
SIM548C
VRTC
11
DCD
25
DTR
27
RXD
29
TXD
31
RTS
33
CTS
35
DBG-RXD36 DBG-TXD38
TEMP-BAT14 PWRKEY
13
NETLIGHT16 BUZZER18 STATUS20 GPIO-034 GPIO-122 DISP-RST32 DISP-D/C30 DISP-DAT28 DISP-CLKDISP-CS26
24
MIC1P42 MIC1N44 MIC2P46 MIC2N48 SPK1P
41
SPK1N
43
SPK2P
45
SPK2N
47
SIM-CLK
23 SIM-DATA
21 SIM-RST
19
SIM-PRESENCE
15
SIM-VDD
17
GPS_TIMEMARK52 GPS_WAKEUP 54
GPS_BOOTSEL 50
GPS_M-RST
49
GPS_TXB
55
GPS_RXB
57
GPS_TXA
51
GPS_RXA
53
GPS_VCC_RF56 GPS_VRTC
59 GPS_VANT 58
GPS_VCC60
ADC0
9
GND
1
GND
3
GND
5
GND
7
AGND
39
AGND40
VBAT2 VBAT4 VBAT6 VBAT8 VCHG10 VCHG12
RXD_GSM
+3.3V
J3 CON2_G59
RI
VR_LCD_E
C15_G13 100nF
NETLIGHT BUZZER STATUS
BT2_G59 3.3V
RB8
J16
HEADER 5
1 4
BT1_G11
3.3V
D10_G11 1N4001
LCD16X2
C17_PWR 100nF C19_PWR 100nF
RXD_GSM
R17_PWR 330 D11_PWR LED +5V
J8
POWER IN
2
3
J12 PIC_UART1
U5 LM7805C/TO
IN
J13 PIC_UART2
C20_PWR 100uF
R21_PWR 330
D20 LED
+5V
+5V
R10
VRTC
U11 LM117
VIN
3
VOUT2
GPS_RXA
+3.3V
+3.3V
C32_P59 100nF
+
C21_PWR 10uF
+
C22_PWR 47uF C24_PWR 100nF D13_PWR
LM35
D21 LED
PWRKEY
C30_P64 33pF
D22 LED
+3.3V
Q4 C1815
Q5 C1815
Vbat
R7_G16 470 R8 10K
R11_G20 470 R12 10K
Vbat
R10
Vbat
R13 470 R14
+3.3V
NETLIGHT
D23 LED
Vbat
BUZZER
STATUS
D5 1N4001 LS1
BUZZER
1 2
R15 D6_G37 LED_GRI
R9 270
PIC_RX1
RI
Q3 C1815
B C
D3 LED_GNL D4
LED_GSTT
RB7
+3.3V
+3.3V
C35_P76 100nF
TXD_GSM
RB4
C37_P86 100nF
T2OUT_SIM
C31_P63 33pF C27_P17
100nF D15_PWR
R2IN_SIM
R28_G51 10
MCLR
U8
MAX232_SIM
C1+
1
C1-3
C2+
4
C2-5
VCC16 GND15 V+
2
V-6
R1OUT12 R2OUT9 T1IN
11
T2IN
10
R1IN
13
R2IN
8
T1OUT14 T2OUT7
C25 10uF C46 10uF
C47 10uF
C48 10uF
PIC_RX2
C49 10uF
TXD_GSM R2IN_SIM T1OUT_SIM GPS_TXA
RB5
+3.3V
T2OUT_SIM RXD_GSM
+3.3V
+3.3V
GPS_RXA
+3.3V
R1IN_SIM
RB4
MCLR
RB5
P3
SIM_GSPA
5 8 2
PIC_RX2 RB0
P4
SIM_GSM
5 8 2
+5V
J14
SIM_GSM
PIC_TX2
J15
SIM_GPSA
+5V
RB1
RF7
C33_P62 100nF
RB2
RF6
+3.3V
Vbat
RF5
R107
+3.3V
SIM 548C MODULE
RB3
RF4
R108
RB4
+5V
POWER
R24 4.7K
R109
RF3 RB6
C41 0.1uF
PIC_TX1
R110
D14_G11 1N4001
R28_G2 10
PIC_RX2
SW2_P13
RF2
+3.3V
C36_P81 100nF
+3.3V
R25_P13 1K
C102_PWR 33pF C103_PWR 10pF R16_PWR 330 D12_PWR
RB5
12V
U100 MIC29302ADJ/TO220
EN
1
IN
2
OUT4 ADJ
5 +
C100_PWR
100uF
R100_PWR 43k R101_PWR 100k
+
C101_PWR 100uF R102_PWR 470
+3.3V
GPS_TXA
C34_P75 100nF
C25_P16 100nF
RB6
PIC_RX1
+3.3V +3.3V
LEDS INDICATE
C26_P16 100nF
RB7
NAP_ICSP
CON6
1
4 +3.3V
C40_ICSP 100nF
MCLR
Hình 2 Các khối Sim548C, Led chỉ thị và các cổng Com trên mạch
GPS+GSM/GPRS Hai khối GPS và GSM/GPRS hoạt động độc lập nhau, nguồn cung cấp cho khối GSM/GPRS là 3.4-4.5v, cho khối GPS là 3.3V, giao tiếp thông qua 2 cặp chân TX-RX riêng biệt Có 2 nguồn pin để lưu dữ liệu khởi tạo cho GPS
và đồng hồ thời gian thực
Trang 3Tuyển tập Báo cáo Hội nghị Sinh viên Nghiên cứu Khoa học lần thứ 8 Đại học Đà Nẵng năm 2012
3
sửa lỗi và thực hiện trao đổi dữ liệu giữa vi điều khiển PIC với Sim 548C
PGD GPS_RXA
PGC
SW2_P1
1 4
PGC RB6
U4 PIC18F97J60
RH2/A18
1
RH3/A19
2
RE1/AD9/#WR/P2C
3
RE0/AD8/#RD/P2D
4
RB0//INT0/FLT0
5
RB1/INT1
6
RB2/INT2
7
RB3/INT3/ECCP2/P2A
8
NC
9
RG6
10
RG5
11
RF0/AN5
12
#MCLR
13
RG4/CCP5/P1D
14
VSS
15
VDD CORE/V_CAP
16
VDD
17
RF7/#SS1
18
RF6/AN11
19
RF5/AN10/C_VREF
20
RF4/AN9
21
RF3/AN8
22
RF2/AN7/C1OUT
23
RH7/AN15/P1B
24
RH6/AN14/P1C
25
RG3/CCP4/P3DRG2/RX2/DT251
52
RC2/ECCP1/P1A53 RC3/SCK1/SCL154 RC4/SDI1/SDA1 RB7/KBI3/PGD RC5/SDO1 RJ6/#LB VDDVSS55 56 57 5859 60
RJ3/#WRHVDD61
62
OSC1/CLKI 63
OSC2/CLKO RJ2/#WRL VSS 64 65 66
RB6/KBI2/PGCRB5/KBI167
68
RB4/KBIO69 RG1/TX2/CK270 RG0/ECCP3/P3A VSSRX VDDRX TPIN- TPIN+ 71 72 73 7475
MAX232_PIC C2+
C2-5
GND15 V+
2
V-6
COM PORTS INTERFACE
P2
PIC_UART2
5 3 1
C42 10uF
C43 10uF
C44 10uF
MCU
C45 10uF
CRY S_P63 25MHz
Y 2
32.768 KHz_P43
R2IN_PIC T2OUT_PIC
1M
R10
C38_P43 22pF
R111 330
SIM_VDD
PGD RB7
SIM_RST SIM_DATA SIM_CLK
C39_P44 22pF
SIM548C
VRTC
11
DCD
25
DTR
27
RXD
29
TXD
31
RTS
33
CTS
35
DBG-RXD36 DBG-TXD38
TEMP-BAT 14
PWRKEY
13
NETLIGHT 16
BUZZER18 STATUS20
GPIO-034 GPIO-122 DISP-RST 32
DISP-D/C 30
DISP-DAT 28
DISP-CLK DISP-CS 2624
MIC1P 42
MIC1N 44
MIC2P 46
MIC2N 48
SPK1P
41
SPK1N
43
SPK2P
45
SPK2N
47
SIM-CLK
23 SIM-DATA
21 SIM-RST
19
SIM-PRESENCE
15
SIM-VDD
17
GPS_TIMEMARK52 GPS_WAKEUP54 GPS_BOOTSEL50 GPS_M-RST
49
GPS_TXB
55
GPS_RXB
57
GPS_TXA
51
GPS_RXA
53
GPS_VCC_RF56 GPS_VRTC
59 GPS_VANT 58
GPS_VCC 60
ADC0
9
GND
1
GND
3
GND
5
GND
7
AGND
39
AGND40
VBAT2 VBAT4 VBAT6 VBAT8 VCHG 10
VCHG 12
RXD_GSM
+3.3V
J3 CON2_G59
RI
10k VR_LCD_E
C15_G13 100nF
NETLIGHT BUZZER STATUS
BT2_G59 3.3V
RB8
J16
HEADER 5
1 4
BT1_G11
3.3V
D10_G11 1N4001
LCD16X2
C17_PWR 100nF C19_PWR 100nF R17_PWR 330 D11_PWR LED +5V
J8
POWER IN 2
3
J12 PIC_UART1
U5 LM7805C/TO IN
1
OUT3
J13 PIC_UART2
C20_PWR 100uF
R21_PWR 330
D20 LED
+5V
J9
SENSOR_LM35
1
+5V
R10 VRTC
U11 LM117 VIN
3
VOUT 2
GPS_RXA
+3.3V
+3.3V
C32_P59 100nF
+
C21_PWR 10uF
+
C22_PWR 47uF C24_PWR 100nF D13_PWR
LM35
D21 LED
PWRKEY
C30_P64 33pF
D22 LED
+3.3V
Q4 C1815
Q5 C1815
R7_G16 470 R8 10K
R11_G20 470 R12 10K
R10
Vbat
R13 470 R14
+3.3V
NETLIGHT
D23 LED
Vbat
BUZZER
STATUS
D5 1N4001 LS1
BUZZER
1 2
R15 D6_G37 LED_GRI
R9 270
PIC_RX1
RI
Q3 C1815
B C
D3 LED_GNL D4
LED_GSTT
RB7
+3.3V
+3.3V
C35_P76 100nF
TXD_GSM
RB4
C37_P86 100nF
T2OUT_SIM
C31_P63 33pF C27_P17
100nF D15_PWR
R2IN_SIM
R28_G51 10
MCLR
U8
MAX232_SIM C1+
1
C1-3
C2+
4
C2-5
VCC 16
GND15 V+
2
V-6
R1OUT 12
R2OUT 9
T1IN
11
T2IN
10
R1IN
13
R2IN
8
T1OUT14 T2OUT7 C25 10uF C46 10uF
C47 10uF
C48 10uF
PIC_RX2
C49 10uF
TXD_GSM R2IN_SIM T1OUT_SIM GPS_TXA
RB5
+3.3V
T2OUT_SIM RXD_GSM
+3.3V +3.3V
GPS_RXA
LM35
R1IN_SIM
RB4
MCLR
RB5
P3
SIM_GSPA
5 3 6
PIC_RX2 RB0
P4
SIM_GSM
5 3 1
+5V
PIC_TX2
J15
SIM_GPSA
+5V
RB1
RF7
C33_P62 100nF
RB2
RF6
+3.3V
Vbat
RF5
R107
+3.3V
SIM 548C MODULE
RB3
C28_P30 100nF
RF4
R108
RB4
+5V
POWER
R24 4.7K
R109
RF3 RB6
C41 0.1uF
PIC_TX1
R110
D14_G11
1N4001
R28_G2 10
SW2_P13
RF2
+3.3V
C36_P81 100nF
+3.3V
R25_P13 1K
C102_PWR 33pF C103_PWR 10pF R16_PWR 330 D12_PWR
RB5
12V
U100 MIC29302ADJ/TO220
EN
1
IN
2
OUT4 ADJ
5
+
C100_PWR
100uF
R100_PWR 43k R101_PWR 100k
+
C101_PWR 100uF R102_PWR 470
+3.3V
GPS_TXA
C34_P75 100nF
C25_P16 100nF
RB6
PIC_RX1
+3.3V
C29_P37 100nF
+3.3V
LEDS INDICATE
C26_P16 100nF
RB7
NAP_ICSP
CON6
1 4 +3.3V
C40_ICSP 100nF
MCLR
Hình 3 Khối nguồn cung cấp và mạch điều khiển trung tâm
UART để thực hiện giải mã, tách dữ liệu GPS và gởi lệnh cho Sim 548C gởi dữ liệu đến máy chủ dịch vụ Web thông qua mạng GPRS, hoặc gởi tin nhắn SMS phản hồi Ngoài ra còn có LCD để hiển thị các thông tin
cho khối GPS, và 5V cho LCD
2.2.2 Xây dựng lưu đồ chương trình cho Vi điều khiển
Bắt đầu
Thiết lập cổng
vào ra
Thiết lập ngắt và
tim er
Khởi tạo LCD
Hiển thị thông
tin giới thiệu
Thiết lập kết nối GPRS
Có kết nối?
Có ấn nút?
Có SMS?
Kết nỗi lỗi?
Gởi dữ liệu
Đọc SMS
Nội dung hợp lệ?
Gởi SMS
Xóa SMS
Thoát ?
Kết thúc
Y
N
Y
Y
Y N
N
N
N
Y
N
Y
Hình 4 Lưu đồ chương trình
Trang 4Tuyển tập Báo cáo Hội nghị Sinh viên Nghiên cứu Khoa học lần thứ 8 Đại học Đà Nẵng năm 2012
2.3 Thiết kế WebServer
MySQL Database
Listen on Port Server
AJAX Client
Website
Hình 5: Mô hình giám sát Client – Server giao diện Web
Các yêu cầu ban đầu của Web server:
các thiết bị qua giao thức TCP (Ví dụ: 2020)
Trước khi đi vào thiết kế mô hình giám sát, ta phải xây dựng phương thức thu thập
dữ liệu GPS từ thiết bị gửi về Server Dữ liệu được trao đổi giữa thiết bị và Server thông qua các gói IP và dựa trên giao thức TCP (SIM548C chỉ hỗ trợ TCP stack) Nhiệm vụ này được thực thi bởi chương trình lắng nghe trên cổng 2020, hoạt động liên tục để nhận, xử lý
và sao lưu dữ liệu gửi về từ thiết bị
Sau khi nhận được dữ liệu, Server phải phân biệt được thiết bị nào đã gửi đến Việc qui định cho mỗi thiết bị một “ID” là cần thiết, chẳng hạn như biển số xe mà thiết bị đó đang được gắn lên Qui trình cung cấp thông tin về thiết bị cho Server tương tự như một qui trình “đăng nhập” thường thấy Vì thế, cơ sở dữ liệu được khởi tạo cho mỗi thiết bị trước khi đưa vào hoạt động, ngoài mục đích bảo mật còn là nơi cập nhật dữ liệu mới mỗi khi thiết bị đăng nhập thành công
Bước tiếp theo là xây dựng hệ thống Web bằng ngôn ngữ kịch bản trình chủ PHP Đây là một công cụ mạnh cho việc lập trình các trang Web động và tương tác Nhiệm vụ chính của PHP là truy cập cơ sở dữ liệu cho mục đích đăng nhập trang Web và hiển thị thông tin hiện tại của thiết bị Yếu tố “động” được AJAX đảm nhiệm nhờ khả năng trao đổi dữ liệu giữa Client với Server cho phép cập nhật các thành phần của trang Web mà không phải tải lại toàn bộ trang
Trang 55
Hình 6: Giao diện Web giám sát hành trình
3 Kết luận
Bước đầu bài báo đã thiết kế và hoàn thiện thành công hệ thống giám sát hành trình
cơ bản Hệ thống đã được chạy thử nghiệm thực tế và đã đạt các kết quả đề ra như ban đầu: hiển thị và xác định được thông tin của người điều khiển, tọa độ, vận tốc di chuyển tức thời, số lần và tổng thời gian dừng đỗ, các cảnh báo về vượt tốc độ, cảnh báo khẩn cấp của phương tiện cần giám sát thông qua giao diện trang web và tin nhắn SMS Tuy nhiên, do ở phạm vi làm đề tài nên bài báo chưa xây dựng được một Server có tốc độ truy cập nhanh hơn, không chọn các module cảm biến GPS có độ chính xác cao do giá thành cao
Từ các kết quả ban đầu thu được, ta có thể hiệu chỉnh và phát triển thêm các tính năng khác cho thiết bị như: chức năng giám sát số lần đóng mở cửa xe, số lần nạp nhiên liệu, trang bị camera để chụp ảnh khi cần… và mở rộng đối cho tượng áp dụng như các phương tiện giao thông khác, tài sản cá nhân hoặc thậm chí là con người…
TÀI LIỆU THAM KHẢO
[1] SIMCOM Ltd (2007-02-07), SIM548C Hardware Design V1.01, SIMCOM Ltd
[2] SIMCOM Ltd (2008-04-30), SIM548C AT Commnad Set V1.00, SIMCOM Ltd
[3] Microchip Technology Inc (2006), Pic18F97J60 Family Datasheet, Microchip
Technology Inc
[4] Nguyễn Trung Chính (2009-09-10), “Thu thập dữ liệu qua GPRS”
