Kết quả đạt được của dự án là việc thiết kế và chế tạo thành công một thiết bị cảnh báo và truy tìm cho người già mất trí nhớ và thú cưng, với khả năng định vị liên tục được tích hợp thô
GIỚI THIỆU
Tính cấp thiết và lý do chọn đề tài
Sa sút trí tuệ, theo TS.BS Nguyễn Doãn Phương, Viện trưởng Viện Sức khỏe Tâm thần Bệnh viện Bạch Mai, là hội chứng lâm sàng do tổn thương não, dẫn đến suy giảm nhận thức như trí nhớ, định hướng và ngôn ngữ Bệnh Alzheimer là nguyên nhân phổ biến nhất, chiếm 60-80% tổng số bệnh nhân Tính đến năm 2015, gần 50 triệu người trên thế giới mắc sa sút trí tuệ, tương đương 5% người trên 60 tuổi, và dự đoán cứ ba giây sẽ có thêm một ca mới Người mắc bệnh thường gặp khó khăn trong việc nhận thức môi trường xung quanh, làm tăng nguy cơ lạc lõng, gây ra thách thức lớn cho gia đình trong việc chăm sóc và bảo đảm an toàn cho họ.
Việc thú cưng, đặc biệt là chó và mèo, bị mất tích không phải là hiếm gặp, bởi chúng ngày càng trở thành thành viên quan trọng trong gia đình Dù được chăm sóc kỹ lưỡng, những chú chó, mèo vẫn có bản năng nghịch ngợm và thích khám phá, dẫn đến việc chúng có thể bị trộm hoặc đi lạc Ngoài ra, chúng cũng có thể gây rắc rối khi sang nhà hàng xóm ăn vụng hoặc phá phách, thậm chí gây thương tích cho người khác, khiến chủ nhân phải chịu trách nhiệm và bồi thường thiệt hại lớn.
Theo thống kê từ các tổ chức phúc lợi động vật quốc tế, hàng năm tại Việt Nam có khoảng 5 triệu con chó và 1 triệu con mèo bị buôn bán và giết thịt, bao gồm cả những con bị bắt trộm và chó, mèo hoang Nạn trộm thú cưng đang gia tăng, trở thành một vấn đề xã hội nghiêm trọng.
Nhiều người yêu động vật và nuôi thú cưng đang cảm thấy thất vọng vì sự thiếu vắng vai trò của cơ quan thực thi pháp luật trong việc bảo vệ thú cưng khỏi nạn trộm cắp và buôn bán vô nhân đạo.
Hiện nay, sự thiếu hỗ trợ từ công nghệ đang trở thành một vấn đề nghiêm trọng, vì vậy việc áp dụng các giải pháp cảnh báo và truy tìm thông minh là rất cần thiết Những giải pháp này không chỉ giúp giảm thiểu rủi ro mất tích mà còn mang lại sự an tâm và hiệu quả trong việc chăm sóc người bệnh mất trí nhớ cũng như thú cưng của chúng ta.
Ý nghĩa khoa học và thực tiễn
Đề tài "Thiết Kế, Chế Tạo Thiết Bị Cảnh Báo và Truy Tìm Người Mất Trí Nhớ và Thú Cưng Mất Tích" không chỉ mang lại giá trị khoa học mà còn có ứng dụng thực tiễn đáng kể, mang lại lợi ích cho cộng đồng và người chăm sóc Dự án này không chỉ là nghiên cứu kỹ thuật mà còn là bước tiến quan trọng trong việc áp dụng công nghệ để giải quyết vấn đề an toàn và chăm sóc ngày càng gia tăng.
Đề tài kết hợp công nghệ GPS và GSM nhằm tạo ra giải pháp hiệu quả cho vấn đề mất trí nhớ và thú cưng đi lạc, mở ra khả năng mới trong việc ứng dụng công nghệ để giải quyết thách thức xã hội Thiết bị cảnh báo và truy tìm giúp giảm áp lực cho gia đình và người chăm sóc, mang lại sự an tâm và giảm lo lắng cho mọi người liên quan Đối với người bệnh và thú cưng, đây là giải pháp an toàn, giảm nguy cơ mất tích và tạo môi trường an ninh Công nghệ này không chỉ phục vụ một đối tượng cụ thể mà còn mang lại lợi ích cho cộng đồng, với ứng dụng tiềm năng trong y tế, an ninh và chăm sóc cộng đồng Thiết bị được thiết kế dễ sử dụng và linh hoạt, tích hợp công nghệ với nhu cầu thực tế của người dùng Với tính năng mở rộng, đề tài này có khả năng nâng cao chất lượng cuộc sống và cải thiện giải pháp dựa trên tiến bộ công nghệ và yêu cầu của người sử dụng, đóng góp quan trọng cho sự tiến bộ trong xã hội.
Giải quyết các vấn đề cụ thể của xã hội là một bước tiến tích cực, thể hiện sự kết hợp hài hòa giữa khoa học và thực tiễn.
Mục tiêu nghiên cứu
Mục tiêu của dự án là phát triển thiết bị theo dõi và cảnh báo hiệu quả cho người mất trí nhớ và thú cưng đi lạc, với yêu cầu về độ chính xác, độ tin cậy và tính dễ sử dụng Thiết bị này sẽ giúp người dùng nhanh chóng xác định vị trí và trạng thái của đối tượng theo dõi, nhằm nâng cao sự an toàn và yên tâm cho người sử dụng.
Chúng tôi phát triển thiết bị theo dõi vị trí chính xác sử dụng công nghệ GPS hiện đại với sai số tối thiểu Hệ thống cảnh báo hiệu quả được tích hợp để thông báo kịp thời khi đối tượng ra khỏi vùng an toàn hoặc gặp nguy hiểm Giao diện người dùng trên ứng dụng Blynk thân thiện, giúp người dùng dễ dàng quản lý thiết bị.
Đối tượng nghiên cứu và phạm vị giới hạn
Đối tượng nghiên cứu của đồ án này tập trung vào hai nhóm chính: người già mất trí nhớ và thú cưng Người già mắc chứng mất trí nhớ thường gặp khó khăn về an toàn và tự chăm sóc, đặc biệt khi họ có nguy cơ lạc lõng và không nhận biết được môi trường xung quanh Trong khi đó, thú cưng đóng vai trò quan trọng trong nhiều gia đình, và sự mất tích của chúng gây ra lo lắng và căng thẳng cho chủ nhân.
Đề tài này tập trung vào nhu cầu cụ thể của nhóm người dùng, với số lượng người dùng được giới hạn nhằm đảm bảo hiệu quả và tính chủ quan của giải pháp Việc này giúp giải quyết vấn đề của người già mất trí nhớ và thú cưng mất tích một cách chặt chẽ, tránh sự phân tán và nâng cao tính ứng dụng Mặc dù gặp một số hạn chế về công nghệ, đề tài vẫn mở ra khả năng mới trong việc cải thiện chất lượng cuộc sống cho nhóm người này Tóm lại, việc xác định rõ đối tượng nghiên cứu và phạm vi giới hạn là yếu tố quan trọng để phát triển giải pháp thích ứng với yêu cầu cụ thể của người sử dụng.
Phương pháp nghiên cứu
Để đạt được các mục tiêu đề ra, chúng tôi áp dụng nhiều phương pháp nghiên cứu và triển khai, bắt đầu bằng việc nghiên cứu tài liệu và công nghệ liên quan đến GPS, các module cảm biến và hệ thống vi điều khiển Chúng tôi thiết kế và phát triển phần cứng với các linh kiện phù hợp như module GPS, vi điều khiển và cảm biến hỗ trợ, đồng thời sản xuất bảng mạch điện tử theo tiêu chuẩn kỹ thuật đã được nghiên cứu Phát triển phần mềm là bước quan trọng, trong đó chúng tôi xây dựng phần mềm điều khiển cho vi điều khiển nhằm thu thập và xử lý dữ liệu từ cảm biến Ngoài ra, ứng dụng Blynk được phát triển để người dùng dễ dàng theo dõi và quản lý thiết bị từ xa.
Sau khi hoàn tất phần cứng và phần mềm, chúng tôi tiến hành kiểm thử thiết bị trong điều kiện thực tế để đánh giá độ chính xác và độ tin cậy của hệ thống Phản hồi từ người dùng thử nghiệm được thu thập nhằm cải tiến và hoàn thiện thiết bị Cuối cùng, chúng tôi tối ưu hóa phần cứng và phần mềm để giảm thiểu tiêu thụ năng lượng và kéo dài thời lượng pin.
Chúng tôi tin rằng việc kết hợp các phương pháp nghiên cứu và triển khai sẽ giúp dự án đạt được các mục tiêu đề ra, cung cấp giải pháp hiệu quả và tin cậy cho việc theo dõi và cảnh báo người mất trí nhớ hoặc thú cưng đi lạc.
Cấu trúc đồ án
ĐATN gồm 6 chương, trong đó:
Chương 1: Giới Thiệu: Trong chương này, sẽ giới thiệu tổng quan về bối cảnh và lý do lựa chọn đề tài Mục tiêu nghiên cứu và phương pháp nghiên cứu cũng sẽ được trình bày nhằm xác định rõ ràng hướng đi và mục đích của đồ án
Chương 2: Tổng Quan Về Đề Tài: Chương này cung cấp cái nhìn tổng quát về các khái niệm, định nghĩa, và kiến thức liên quan đến chủ đề nghiên cứu Các công nghệ và phương pháp hiện có sẽ được thảo luận nhằm đưa ra cơ sở cho việc phát triển hệ thống
Chương 3: Cơ Sở Lý Thuyết: Trong chương này, các lý thuyết cơ bản và các nguyên tắc khoa học liên quan sẽ được trình bày chi tiết Điều này bao gồm các kiến
Hệ thống định vị toàn cầu (GPS) đóng vai trò quan trọng trong việc xác định vị trí chính xác Công nghệ Internet of Things (IoT) kết nối các thiết bị thông minh, tạo ra mạng lưới thông tin rộng lớn Vi điều khiển là bộ não của nhiều thiết bị, giúp xử lý dữ liệu hiệu quả Cảm biến thu thập thông tin từ môi trường, cung cấp dữ liệu cần thiết cho các ứng dụng khác nhau Bảo mật dữ liệu là yếu tố then chốt để bảo vệ thông tin cá nhân và doanh nghiệp Cuối cùng, các phương pháp tối ưu hóa năng lượng giúp tăng cường hiệu suất và kéo dài tuổi thọ cho thiết bị.
Chương 4: Phương Pháp Xây Dựng Hệ Thống: Chương này tập trung vào quá trình phát triển hệ thống Các bước thiết kế và triển khai hệ thống theo dõi và cảnh báo sẽ được mô tả chi tiết Điều này bao gồm việc lựa chọn thiết bị phần cứng, thiết kế mạch điện, lập trình phần mềm, và tích hợp hệ thống
Chương 5: Kết Quả Thực Nghiệm - Đánh Giá: Trong chương này, quá trình thử nghiệm và đánh giá hệ thống sẽ được trình bày Các kết quả thu được từ các thử nghiệm thực tế sẽ được phân tích để đánh giá hiệu quả và độ chính xác của hệ thống Các thách thức và vấn đề gặp phải trong quá trình thử nghiệm cũng sẽ được thảo luận
Chương 6: Kết Luận và Kiến Nghị: Chương cuối cùng sẽ tổng kết các kết quả đạt được từ nghiên cứu và phát triển hệ thống Những đóng góp của đồ án, cũng như những hạn chế và các khuyến nghị cho nghiên cứu và phát triển trong tương lai, sẽ được đề xuất nhằm hoàn thiện và nâng cao hiệu quả của hệ thống
TỔNG QUAN VỀ ĐỀ TÀI
Khái niệm gps
Hệ thống Định vị Toàn cầu (GPS) là một công nghệ đột phá của thế kỷ 20, bao gồm mạng lưới vệ tinh quỹ đạo Trái Đất, ban đầu được phát triển bởi Quân đội Hoa Kỳ Ngày nay, GPS đã trở thành công nghệ phổ biến, ảnh hưởng sâu rộng đến cuộc sống hiện đại, đặc biệt trong bối cảnh di động và kết nối ngày càng quan trọng GPS không chỉ giúp xác định vị trí mà còn cung cấp những giải pháp sáng tạo trong nhiều lĩnh vực như điều hướng, quản lý tài sản, và theo dõi sức khỏe Tích hợp vào điện thoại di động và thiết bị thông minh, GPS cung cấp hướng dẫn chi tiết và bản đồ chính xác, cải thiện hiệu suất và an toàn trong ngành vận tải Công nghệ này cũng hỗ trợ các hoạt động thể thao và mở ra nhiều cơ hội mới cho sự tiện lợi và sáng tạo, thay đổi cách chúng ta tương tác với thế giới và quản lý thông tin.
Trong thời đại hiện đại, sự kết nối liên tục và giao tiếp hiệu quả đóng vai trò quan trọng trong cuộc sống hàng ngày Thiết bị GSM (Hệ thống Di động Toàn cầu) đã trở thành một phần không thể thiếu trong việc duy trì liên lạc.
Bảy công nghệ này đóng vai trò quan trọng trong việc kết nối con người với thế giới số, mang đến nhiều cơ hội mới cho giao tiếp, truyền thông và sự tiện lợi.
GSM không chỉ cách mạng hóa giao tiếp qua điện thoại và tin nhắn mà còn là nền tảng hạ tầng quan trọng cho kết nối toàn cầu Hệ thống này cung cấp khả năng gọi điện, nhắn tin và hỗ trợ nhiều ứng dụng thông minh, từ theo dõi sức khỏe đến thanh toán điện tử, góp phần nâng cao chất lượng cuộc sống và kết nối mọi người trên toàn thế giới.
Sự kết hợp giữa GPS và GSM không chỉ là hội nhập công nghệ mà còn là bước đột phá quan trọng, mở ra nhiều tiềm năng và ứng dụng đa dạng, góp phần nâng cao tiện lợi và an toàn trong cuộc sống hàng ngày.
1 Theo dõi vị trí và di chuyển:
Kết hợp công nghệ GPS và GSM cho phép theo dõi vị trí và di chuyển một cách chính xác và liên tục Các thiết bị như điện thoại thông minh và đồng hồ thông minh có khả năng sử dụng cả hai công nghệ này, giúp người dùng không chỉ nắm bắt vị trí hiện tại mà còn theo dõi lịch sử di chuyển một cách chi tiết.
2 An ninh và bảo mật:
Trong lĩnh vực an ninh và bảo mật, sự kết hợp giữa công nghệ và dịch vụ định vị liên tục đóng vai trò quan trọng trong việc bảo vệ tài sản và theo dõi người thân Điều này đặc biệt hữu ích trong các tình huống khẩn cấp, giúp tăng cường an toàn và bảo vệ cho những người mà chúng ta yêu thương.
Trong ngành vận tải, sự kết hợp giữa GPS và GSM mang lại hiệu quả cao trong việc quản lý xe cộ Việc theo dõi vị trí, tốc độ và lịch sử di chuyển của xe không chỉ giúp tối ưu hóa lộ trình mà còn giảm thiểu rủi ro và nâng cao an toàn giao thông.
4 Theo dõi sức khỏe và hoạt động thể chất:
Trong ngành sức khỏe, thiết bị kết hợp nổi bật với khả năng theo dõi hoạt động thể chất và tình trạng sức khỏe cá nhân Người dùng có thể ghi lại quãng đường đi bộ, chạy bộ hoặc đạp xe, và dễ dàng chia sẻ thông tin này với các ứng dụng sức khỏe.
5 Gọi cấp cứu và hỗ trợ khẩn cấp:
Trong các tình huống khẩn cấp, việc xác định vị trí chính xác thông qua GPS và GSM là rất quan trọng, giúp cung cấp hỗ trợ nhanh chóng Người dùng có thể dễ dàng kích hoạt dịch vụ cấp cứu hoặc chia sẻ vị trí của mình khi cần thiết.
6 Quản lý tài sản và hàng hóa:
Kết hợp GPS và GSM trong kinh doanh và quản lý tài sản giúp theo dõi vị trí hàng hóa, quản lý kho bãi và tối ưu hóa chuỗi cung ứng Sự kết hợp này không chỉ tạo ra cơ hội mới trong quản lý thông tin và di chuyển, mà còn góp phần vào môi trường số an toàn, hiệu quả và tiện lợi Đây là bước tiến quan trọng hướng tới một cuộc sống hiện đại và thông minh.
Trong thời đại hiện nay, sự kết hợp giữa Hệ thống Định vị Toàn cầu (GPS) và Hệ thống Liên lạc Di động Toàn cầu (GSM) đã tạo ra những thiết bị định vị và cảnh báo mạnh mẽ, mang lại nhiều ứng dụng thiết thực Công nghệ này không chỉ giúp xác định vị trí chính xác mà còn hỗ trợ quản lý an toàn, cảnh báo và ứng phó khẩn cấp hiệu quả.
GPS là công nghệ cốt lõi trong thiết bị định vị, cho phép xác định vị trí chính xác nhờ tín hiệu từ vệ tinh Bằng cách kết hợp với GSM, hệ thống này truyền tải thông tin vị trí đến máy chủ hoặc người dùng một cách nhanh chóng và hiệu quả.
Kết hợp GPS và GSM cho phép theo dõi liên tục vị trí và di chuyển của các đối tượng như người đi lạc, xe cộ và thú cưng Thiết bị định vị cập nhật thông tin theo thời gian thực, mang lại sự an tâm và khả năng kiểm soát hiệu quả.
3 An ninh và bảo mật:
Hệ thống Liên lạc Di động Toàn cầu (GSM) cung cấp các biện pháp an ninh quan trọng như mã hóa dữ liệu, chống nghe lén và bảo mật mạng Nó cũng bao gồm quản lý từ chối dịch vụ (DoS), chế độ Roaming an toàn, cùng với quản lý đăng ký và tự động khóa thiết bị, đảm bảo an toàn cho quá trình truyền thông và quản lý liên lạc di động.
Các tồn tại của thiết bị gps
AirTag của Apple là thiết bị nhỏ gọn và hiện đại, hỗ trợ người dùng theo dõi và tìm kiếm vật dụng cá nhân hiệu quả Thiết bị hoạt động dựa trên công nghệ Bluetooth, Ultra-Wideband (UWB) và mạng lưới Find My Network của Apple, mang đến hệ thống định vị chính xác và an toàn.
Khi lần đầu sử dụng AirTag, thiết bị sẽ kết nối với iPhone hoặc thiết bị Apple khác qua Bluetooth Low Energy (BLE), tạo nên sự liên kết với tài khoản iCloud của bạn Công nghệ BLE không chỉ tiết kiệm năng lượng mà còn duy trì kết nối ổn định trong phạm vi ngắn, đảm bảo AirTag luôn sẵn sàng khi bạn cần tìm kiếm.
Tính năng Precision Finding của AirTag phát huy hiệu quả tối đa trong việc tìm kiếm các vật dụng gần kề Công nghệ UWB qua chip U1 trên iPhone từ đời iPhone 11 trở lên cho phép đo khoảng cách và hướng đến AirTag một cách chính xác Nhờ đó, bạn có thể xác định vị trí của AirTag dễ dàng, ngay cả khi nó nằm khuất mắt Thêm vào đó, AirTag còn có tính năng phát âm thanh, giúp bạn nhanh chóng nhận biết vị trí của nó khi ở gần.
Khi AirTag ra ngoài phạm vi kết nối Bluetooth, mạng lưới Find My Network của Apple vẫn giúp bạn theo dõi Find My Network là một hệ thống các thiết bị Apple kết nối Bluetooth trên toàn cầu Khi một thiết bị Apple khác gần AirTag, nó sẽ nhận tín hiệu Bluetooth và gửi vị trí của AirTag một cách ẩn danh và bảo mật về tài khoản iCloud của bạn, cho phép bạn theo dõi AirTag ngay cả khi ở xa hàng km.
Khi bạn làm mất AirTag, chế độ mất (Lost Mode) sẽ là giải pháp hữu hiệu Bằng cách kích hoạt chế độ này, AirTag sẽ gửi thông báo cho bạn khi được phát hiện bởi một thiết bị iOS khác Người tìm thấy AirTag có thể sử dụng NFC để hiển thị thông tin liên lạc của bạn.
Nếu bạn đã cung cấp thông tin liên hệ, hãy đảm bảo rằng chúng được cập nhật Tính năng này rất hữu ích, giúp bạn nhanh chóng lấy lại các vật dụng bị mất.
Apple ưu tiên bảo mật và quyền riêng tư, với dữ liệu vị trí của AirTag được mã hóa end-to-end, chỉ bạn mới có quyền truy cập Thông tin này không được lưu trữ trên AirTag mà chỉ trên thiết bị của bạn Nếu có một AirTag lạ di chuyển cùng bạn, iPhone sẽ gửi thông báo để ngăn chặn việc theo dõi trái phép.
AirTag sử dụng pin CR2032 có thể thay thế, với tuổi thọ khoảng một năm Khi pin yếu, iPhone sẽ thông báo để bạn thay pin, giúp AirTag luôn hoạt động hiệu quả.
AirTag của Apple là một thiết bị nhỏ gọn, tích hợp công nghệ tiên tiến và tính năng bảo mật cao, giúp người dùng dễ dàng theo dõi và tìm kiếm vật dụng cá nhân Với sự kết hợp giữa BLE, UWB và Find My Network, AirTag không chỉ mang lại sự tiện lợi mà còn đảm bảo quyền riêng tư và an ninh cho người sử dụng.
Thiết bị định vị thông minh Vtag của Viettel là một sản phẩm nhỏ gọn nhưng tích hợp nhiều tính năng hữu ích Với công nghệ định vị chính xác, kết hợp giữa GPS và sóng của mạng Viettel, Vtag giúp người dùng theo dõi vị trí của những người thân yêu, như trẻ nhỏ hoặc người già, cũng như các tài sản quý giá như ô tô và xe máy.
Vtag là thiết bị thời trang và nhỏ gọn, lý tưởng để gắn lên các đối tượng cần theo dõi Ngoài chức năng định vị, Vtag còn cho phép lưu trữ lịch sử di chuyển trong vòng 6 tháng, giúp người dùng theo dõi hoạt động và quản lý thời gian một cách chi tiết.
Tính năng cảnh báo SOS nổi bật cho phép người dùng gửi tin nhắn cảnh báo nguy hiểm trực tiếp đến ứng dụng trên smartphone, rất hữu ích trong các tình huống khẩn cấp để đảm bảo an toàn cho bản thân và người thân.
Vtag tích hợp cảm biến gia tốc, cho phép người dùng nhận cảnh báo khi đối tượng bắt đầu hoặc dừng di chuyển, từ đó nâng cao khả năng kiểm soát chi tiết đối với các vật thể đang được định vị.
Vtag được trang bị tính năng chống nước đạt chuẩn IP65, cho phép thiết bị hoạt động hiệu quả trong môi trường ẩm ướt và khi tiếp xúc ngắn với nước, đảm bảo độ bền bỉ và sự tin cậy trong mọi điều kiện thời tiết.
So sánh thiết bị gps
Hình 2.1: Bảng so sánh với các thiết bị GPS trên thị trường Đặc điểm VTAG AirTag ĐATN
Công nghệ kết nối GPS, wifi và sóng di động Bluetooth Low Energy
(BLE), UWB, NFC GPS, wifi và sóng di động
Nền tảng và ứng dụng
Nền tảng vThings, ứng dụng tracking trên smartphone Ứng dụng Find My Ứng dụng Blynk, Nền tảng Vietnix Định vị thời gian thực Có Có Có
Xem lịch sử di chuyển Có (trong 6 tháng) Không Có
Cảnh báo nguy hiểm Có Có (thông báo an toàn) Có
Vùng an toàn Cảnh báo khi ra khỏi vùng an toàn Không rõ ràng Cảnh báo khi ra khỏi vùng an toàn
Tự thiết lập vùng an toàn
Cảm biến gia tốc Có (cảnh báo hành trình di chuyển/dừng di chuyển) Không có Không có
Tương thích thiết bị Smartphone iPhone, iPad, iPod touch chạy iOS 14.5 trở lên Smartphone
Trạm giám sát Không có Không có Có
Thông tin liên hệ Không có Dùng NFC Hiển thị lên màn hình
Cảnh báo đánh rơi Không có
Chỉ cảnh báo khi bật Lost Mode và phụ thuộc vào thiết bị iOS khác
Cảnh báo ngay khi rơi khỏi người
CƠ SỞ LÝ THUYẾT
Giới thiệu thành phần hệ thống
3.1.1 ESP32 NodeMCU LuaNode32 Module Thu Phát Wifi
ESP32 là một vi điều khiển tiết kiệm chi phí và công suất thấp, tích hợp Bluetooth và Wi-Fi chế độ kép, mang lại tính linh hoạt và hiệu suất cao cho nhiều ứng dụng Là sự kế thừa của NodeMCU ESP8266, ESP32 do Espressif Systems sản xuất, được sử dụng phổ biến trong các lĩnh vực IoT, robot và tự động hóa.
ESP32 được tối ưu hóa để tiêu thụ điện năng thấp, rất phù hợp cho các ứng dụng sử dụng pin Hệ thống quản lý năng lượng của nó cho phép hoạt động ở chế độ ngủ và chỉ khởi động khi cần thiết, giúp kéo dài tuổi thọ pin một cách hiệu quả.
Khi so sánh vi điều khiển ESP32 với các loại vi điều khiển khác, một lợi thế nổi bật là ESP32 tích hợp sẵn các mô-đun Wi-Fi và Bluetooth Trong khi một số vi điều khiển khác cần thêm Wi-Fi thông qua các tấm chắn hoặc bộ điều hợp, điều này không chỉ làm tăng giá thành mà còn giảm tính tiện lợi Ngược lại, ESP32 mang lại giải pháp tiết kiệm chi phí cho người dùng nhờ vào tính năng tích hợp này, lý tưởng cho những ai muốn khai thác các khả năng kết nối không dây.
Bộ điều hợp Wi-Fi và Bluetooth thường có giá cao, gây khó khăn cho những người đam mê và các dự án nhỏ Trong khi đó, mô-đun tích hợp ESP32 cung cấp tính linh hoạt, hiệu suất mạnh mẽ và độ tin cậy cao cho nhiều ứng dụng như IoT, cổng MQTT, giải mã MP3, mã hóa giọng nói và phát trực tuyến video Thêm vào đó, ESP32 có cổng USB, cho phép nó hoạt động như một thiết bị cắm và chạy, dễ dàng lập trình giống như các bộ vi điều khiển khác.
Hình 3.1: Sơ đồ chân ESP32 NodeMCU LuaNode32
• IC chính: ESP32 (ESP32-WROOM-32)
• Phiên bản Firmware: NodeMCU Lua
• Chip nạp và giao tiếp UART: CP2102
• GPIO tương thích hoàn toàn với firmware Node MCU
• GIPO giao tiếp mức: 3.3VDC
• Nguồn sử dụng: 5VDC (qua MicroUSB hoặc Vin)
• Tích hợp Led báo trạng thái, nút Reset, Flash
• Tương thích hoàn toàn với trình biên dịch: Arduino IDE
• 34 GPIO có thể lập trình
• 10 GPIO cảm ứng điện dung
ESP32 NodeMCU LuaNode32 là một công cụ quan trọng trong việc đo lường và giám sát môi trường, nhờ vào khả năng sử dụng các cảm biến nhiệt độ, độ ẩm và ánh sáng Thiết bị này cung cấp thông tin chi tiết về điều kiện môi trường xung quanh, hỗ trợ xây dựng hệ thống giám sát thông minh cho nhà thông minh và các dự án đo lường môi trường hiệu quả.
ESP32 NodeMCU LuaNode32 là một giải pháp linh hoạt cho nhiều ứng dụng như nhà thông minh, theo dõi vị trí, hệ thống báo động an ninh, và điều khiển máy in 3D hoặc máy CNC Sự đa dạng và khả năng tích hợp cao của nó làm cho nó trở thành lựa chọn lý tưởng cho các dự án IoT và ứng dụng nhúng.
ESP32 NodeMCU LuaNode32 là một công cụ linh hoạt và mạnh mẽ, phù hợp cho các dự án IoT wearables, điều khiển robot và nhiều ứng dụng maker khác Sự tích hợp này thúc đẩy sự sáng tạo và tiện ích trong việc xây dựng các dự án DIY và ứng dụng thông minh.
Raspberry Pi 4 Model B là một thiết bị nhúng mạnh mẽ và đa năng, phát triển bởi Quỹ Raspberry Pi, thu hút sự quan tâm của cả người mới và chuyên gia trong lĩnh vực công nghệ.
Với việc sử dụng bộ xử lý ARM Cortex-A72 lõi tứ lên đến 1.5GHz, Raspberry
Pi 4 mang đến sức mạnh tính toán đáng kể so với các phiên bản trước đó Điều này cho phép nó xử lý mượt mà các tác vụ đa nhiệm và ứng dụng đòi hỏi nhiều tài nguyên
Các tùy chọn RAM từ 2GB đến 8GB LPDDR4 không chỉ nâng cao hiệu suất mà còn cải thiện khả năng đáp ứng của thiết bị, giúp xử lý từ các ứng dụng đơn giản đến những tác vụ tính toán phức tạp.
Raspberry Pi 4 với chip VideoCore VI mang lại khả năng xử lý đồ họa xuất sắc, hỗ trợ OpenGL ES 3.x và giải mã video 4Kp60, giúp tái tạo nội dung đa phương tiện nhanh chóng và chất lượng Đây là lựa chọn hoàn hảo cho các dự án đa phương tiện như trung tâm giải trí gia đình, giáo dục đa phương tiện và giải trí số.
Mạng kết nối của Raspberry Pi 4 cũng được nâng cấp đáng kể, với Gigabit
Ethernet kết hợp với kết nối không dây kép 802.11ac Wi-Fi và Bluetooth 5.0 mang lại cho người dùng những tùy chọn kết nối mạng ổn định và mượt mà, lý tưởng cho các ứng dụng Internet of Things (IoT) và mạng nội bộ.
Raspberry Pi 4 cũng được trang bị đầy đủ các cổng kết nối như USB 3.0 và
USB 2.0, cùng với hai cổng micro HDMI hỗ trợ độ phân giải 4K ở 60Hz, mang đến sự linh hoạt trong việc kết nối với nhiều thiết bị và màn hình khác nhau Nó còn có jack âm thanh 3.5mm và khe cắm thẻ nhớ microSD cho lưu trữ dữ liệu mở rộng
Raspberry Pi 4 với GPIO (General Purpose Input/Output) tích hợp mang đến nền tảng mạnh mẽ cho phát triển phần cứng và phần mềm, giúp người dùng thực hiện các dự án tự chế và IoT độc đáo Sự tương thích với nhiều hệ điều hành như Raspberry Pi OS, Ubuntu và các bản phân phối Linux khác làm cho việc phát triển ứng dụng và thí nghiệm trở nên dễ dàng hơn bao giờ hết.
Hình 3.2: Sơ đồ chân Raspberry Pi 3 Model B+ BCM2837B0
16 Ưu nhược điểm chung của Raspberry Pi:
• Hiện nay Raspberry Pi có giá thành khá rẻ cùng kích thước vô cùng nhỏ gọn
• Với việc tiêu thụ năng lượng rất thấp, Raspberry Pi chính là thiết bị siêu tiết kiệm điện
• Được thiết kế có GPU mạnh
• Những thiết bị này có thể phục vụ cho nhiều mục đích sử dụng khác nhau
• Raspberry Pi có khả năng hoạt động liên tục không ngừng nghỉ
Raspberry Pi có một số yếu điểm như CPU cấu hình thấp, chỉ hỗ trợ kết nối LAN 100, và không tích hợp sẵn Wifi, người dùng cần mua thêm USB Wifi để sử dụng Ngoài ra, để khai thác tối đa thiết bị này, người dùng cần có kiến thức cơ bản về Linux và điện tử.
• Vi xử lý: Broadcom BCM2837B0, quad-core A53 (ARMv8) 64-bit SoC
• Kết nối: 2.4GHz and 5GHz IEEE 802.11 b/g/n/ac wireless LAN, Bluetooth 4.2, BLE, Gigabit Ethernet over USB 2.0 (Tối đa 300Mbps)
• Video và âm thanh: 1 cổng full-sized HDMI, Cổng MIPI DSI Display, cổng MIPI CSI Camera, cổng stereo output và composite video 4 chân
• Multimedia: H.264, MPEG-4 decode (1080p30), H.264 encode (1080p30); OpenGL ES 1.1, 2.0 graphics
• Nguồn điện sử dụng: 5V/2.5A DC cổng microUSB, 5V DC trên chân GPIO, Power over Ethernet (PoE) (yêu cầu thêm PoE HAT)
Lý thuyết về gps
Hệ thống GPS bao gồm 27 vệ tinh nhân tạo, trong đó có 24 vệ tinh hoạt động và 3 vệ tinh dự phòng, quay quanh Trái đất Mỗi vệ tinh hoàn thành 2 vòng quanh Trái đất mỗi ngày, với quỹ đạo được điều chỉnh để đảm bảo luôn có ít nhất 4 vệ tinh có thể "nhìn thấy" từ bất kỳ vị trí nào Việc xác định vị trí dựa vào 4 vệ tinh này được thực hiện thông qua phương pháp Trilateration.
Khi thiết bị GPS nhận tín hiệu từ vệ tinh, nó sẽ tính toán khoảng thời gian từ lúc vệ tinh phát tín hiệu đến khi thiết bị nhận được tín hiệu đó, được ký hiệu là T.
Vận tốc tín hiệu truyền đi trong chân không là 3.10^8 m/s Áp dụng công thức S = V.T, chúng ta có thể tính toán khoảng cách từ vệ tinh đến thiết bị thu GPS.
Mục đích chính của việc tính quãng đường từ vệ tinh đến thiết bị nhận GPS là xác định vị trí chính xác của thiết bị trong không gian Khi thiết bị nhận GPS, như điện thoại di động hoặc thiết bị định vị GPS, thu tín hiệu từ các vệ tinh, quãng đường tín hiệu đã đi giúp xác định khoảng cách giữa thiết bị và từng vệ tinh Với tốc độ di chuyển của tín hiệu gần bằng tốc độ ánh sáng, thiết bị có thể tính toán khoảng cách dựa trên thời gian tín hiệu mất để đến từ vệ tinh.
Khi tín hiệu di chuyển qua không khí, tốc độ của nó có thể bị giảm do hiện tượng bremsstrahlung và sự truyền dẫn ionospheric và tropospheric, dẫn đến độ trễ ảnh hưởng đến độ chính xác xác định vị trí Thiết bị GPS áp dụng các thuật toán đặc biệt để tính toán độ trễ tín hiệu, sử dụng các thông số như vận tốc tín hiệu trong không khí và sự chệch thời gian nhỏ do tác động của lớp ionospheric và tropospheric để điều chỉnh độ trễ.
Nguyên lý hoạt động của hệ thống dựa vào thời gian mà tín hiệu cần để truyền từ vệ tinh đến thiết bị Bằng cách tính toán khoảng thời gian này và biết được vận tốc của tín hiệu, gần bằng vận tốc ánh sáng, chúng ta có thể xác định vị trí chính xác của thiết bị.
Thiết bị sử dụng tốc độ ánh sáng (27 tốc ánh sáng) để xác định khoảng cách đến các vệ tinh Khi nhận được thông tin khoảng cách từ ít nhất bốn vệ tinh, thuật toán trilat (triangulation trilat) sẽ được áp dụng để xác định vị trí chính xác của thiết bị.
Hình 3.3: Sơ lược về cách hoạt động của hệ thống GPS dạng 2D
Nếu bạn đang ở trên bề mặt của một quả cầu khổng lồ với bán kính 10 dặm và cách vệ tinh A 10 dặm, bạn có thể hình dung vị trí của mình Tiếp theo, khi bạn biết mình cách vệ tinh B 15 dặm, bạn đã hình thành một hình cầu thứ hai, lớn hơn một chút so với hình cầu đầu tiên.
Hai hình cầu giao nhau tạo thành một đường tròn hoàn hảo Khi biết khoảng cách tới vệ tinh thứ ba, đường tròn chỉ còn lại hai điểm duy nhất Trái đất có thể coi như một quả cầu thứ tư, do đó, vị trí bạn đứng chắc chắn nằm trên bề mặt trái đất, loại bỏ điểm lơ lửng trong không gian Tuy nhiên, để đảm bảo độ chính xác cao và cung cấp thông tin chi tiết hơn, hầu hết các thiết bị GPS cần tín hiệu từ bốn vệ tinh hoặc nhiều hơn.
=> Để thực hiện được phép toán này, các máy thu GPS phải thực hiện ít nhất 2 điều:
Các vị trí của ít nhất 3 vệ tinh đang quay trên đầu bạn
Khoảng cách từ bạn đến những vệ tinh đó
Hình 3.4: Sơ lược về cách hoạt động của hệ thống GPS dạng 3D
3.2.2 Cấu trúc tín hiệu từ vệ tinh
Toàn bộ một tín hiệu chứa 25 frame (25 khung), mỗi frame chứa 5 sub-frame
The message consists of 5 sub-frames, each containing 10 words Each word is encoded with 30 bits With a baud rate of 50 bps, the total transmission time for the entire message from the satellite is 12.5 minutes.
Hình 3.5: Cấu trúc một tín hiệu GPS truyền từ vệ tinh
Sub-frame 1: mã hóa số tuần và thời gian trong tuần, cũng như dữ liệu về tình trạng của vệ tinh
Sub-frame 2 & 3: các khung con này chứa quỹ đạo chính xác của vệ tinh
Sub-frame 4 & 5 trong lịch niên giám cung cấp thông tin về trạng thái và quỹ đạo của tối đa 32 vệ tinh trong chòm sao, đồng thời chứa dữ liệu liên quan đến việc sửa lỗi các giá trị của vệ tinh hợp lệ.
Giao thức NMEA (National Marine Electronics Association) là chuẩn truyền thông quan trọng trong lĩnh vực hàng hải và định vị toàn cầu (GPS), cho phép truyền dữ liệu giữa các thiết bị đo đạc và điều khiển NMEA được áp dụng rộng rãi trong ngành công nghiệp hàng hải, bao gồm tàu biển, thuyền cá và các thiết bị di động như GPS Đây là định dạng dữ liệu tiêu chuẩn, hỗ trợ tất cả các thiết bị nhận tín hiệu GPS, thường được gọi là NMEA Message, và được sử dụng để truyền dữ liệu từ thiết bị nhận GPS đến máy tính hoặc các module khác.
Dữ liệu được truyền qua các trình tự ký tự ASCII dưới dạng chuỗi văn bản Giao thức NMEA quy định các loại dữ liệu khác nhau cần truyền, bao gồm thông tin về vị trí, độ chính xác, thời gian, tốc độ, hướng và nhiều thông tin khác.
Hình 3.6: Cấu trúc của một NMEA Message
Các thông điệp đầu ra từ thiết bị GPS chứa nhiều dữ liệu quan trọng như thời gian, tọa độ vị trí, số lượng vệ tinh trong vùng quan sát, độ cao và cường độ tín hiệu.
• 11 Input messages: Người dùng gửi các message này để trực tiếp cấu hình vị trí
30 hiện tại, thời gian, baudrate, bit dữ liệu, bit stop…
Chúng ta cần chú ý đến các Output messages, được phân biệt qua các Header sau ký tự “$” Có 14 loại Header tương ứng với 14 Output messages, nhưng chúng ta chỉ tập trung vào 3 loại Header chứa tọa độ vị trí: GPGGA, GPRMC và GPGLL.
Một số ví dụ về câu lệnh NMEA bao gồm:
• GPGGA: thông tin về vị trí và độ chính xác
• GPRMC: thông tin về vị trí và tốc độ
• GPGLL: thông tin về vị trí dưới định dạng lat/long.
Lý thuyết về giao thức http
Module SIM800A là một trong những module GSM/GPRS phổ biến trong lĩnh vực IoT và viễn thông, cung cấp kết nối dữ liệu không dây Tính năng nổi bật của SIM800A là khả năng gửi và nhận dữ liệu qua giao thức HTTP, cho phép giao tiếp với các máy chủ web để thực hiện các tác vụ như đăng tải dữ liệu cảm biến, nhận lệnh điều khiển từ xa và truy cập dịch vụ web.
HTTP (HyperText Transfer Protocol) là giao thức chính trên World Wide Web, cho phép truyền tải tài liệu siêu văn bản như trang web Đây là nền tảng quan trọng của web hiện đại, cung cấp cơ chế truyền tải dữ liệu linh hoạt giữa client và server HTTP hoạt động theo mô hình client-server, trong đó client, thường là trình duyệt web, gửi yêu cầu HTTP đến server để truy cập tài nguyên như trang web, hình ảnh hoặc video Server xử lý yêu cầu và trả về phản hồi chứa tài nguyên hoặc thông báo lỗi nếu không tìm thấy.
HTTP là giao thức stateless, nghĩa là mỗi yêu cầu từ client đến server được xử lý độc lập mà không lưu lại trạng thái Điều này giúp HTTP đơn giản và nhẹ, nhưng cũng gây khó khăn trong việc duy trì trạng thái phiên làm việc của người dùng Để khắc phục vấn đề này, các công nghệ như cookies và session được áp dụng.
HTTP cũng tích hợp các phương thức quan trọng như GET (yêu cầu tài nguyên), POST (gửi dữ liệu đến server), PUT (cập nhật tài nguyên), DELETE (xóa
HTTP hỗ trợ các thao tác CRUD (Create, Read, Update, Delete) thông qua nhiều tài nguyên và phương thức khác nhau Ngoài ra, HTTP thường được kết hợp với HTTPS (HTTP Secure), sử dụng TLS/SSL để mã hóa dữ liệu, đảm bảo an toàn và bảo mật thông tin trong quá trình truyền tải.
PHƯƠNG HƯỚNG XÂY DỰNG HỆ THỐNG
Sơ đồ khối hệ thống
Hình 4.1: Sơ đồ khối của hệ thống
4.1.1 Xây dựng thiết bị GPS cho người mất trí nhớ hoặc thú cưng
Thiết bị cho người dùng gồm: ESP32, Module SIM800A, Module GPS, Pin Lithium, mạch sạc MH-CD42, loa Buzzer, LCD OLED SSD1306, cảm biến từ trường A1302KUA-T
Hình 4.2: Sơ đồ kết nối của thiết bị
Khi thiết bị được kích hoạt, Module GPS thu thập dữ liệu vị trí hiện tại từ vệ tinh và truyền đến mạch ESP32 để xử lý Dữ liệu này sau đó được gửi đến server qua module SIM800A bằng giao thức HTTP, cho phép người giám sát theo dõi vị trí theo thời gian thực qua ứng dụng hoặc trang web Thiết bị cũng kiểm tra vị trí so với khu vực an toàn đã được thiết lập; nếu đối tượng ra khỏi khu vực an toàn, loa cảnh báo sẽ kích hoạt và module SIM800A gửi tin nhắn SMS cảnh báo đến người giám sát, kèm theo thông tin vị trí hiện tại Màn hình LCD hiển thị SOS và thông tin liên lạc để người đi đường có thể hỗ trợ kịp thời.
Khi được trang bị pin và mạch sạc, thiết bị trở nên hoàn thiện và linh hoạt hơn trong việc theo dõi và bảo vệ người sử dụng Nguồn pin cho phép thiết bị hoạt động liên tục mà không cần thay đổi pin thường xuyên, trong khi mạch sạc tích hợp đảm bảo nguồn năng lượng luôn ổn định.
34 sử dụng có thể dễ dàng theo dõi tình trạng pin và nhận thông báo cảnh báo khi cần thay thế hoặc sạc pin
4.1.2 Xây dựng trạm trung tâm đặt tại nhà đối tượng
Trạm giám sát gồm: Raspberry Pi 4, ESP32, Mạch giảm áp
Hình 4.3: Sơ đồ kết nối của trạm
Hệ thống giám sát sử dụng Raspberry Pi 4 và ESP32 để theo dõi và dự đoán vị trí thiết bị Raspberry Pi 4 tích hợp giao diện Tkinter hiển thị dữ liệu trên bản đồ, kết nối với các dịch vụ như Openrouteservice để dẫn đường và quản lý cơ sở dữ liệu thông qua SQL hoặc CSV Giao diện cung cấp các nút chức năng như Start, Station, Exit, History, Submit, Find và Change để thực hiện các tác vụ cụ thể.
Mạch ESP32 tích hợp ứng dụng Blynk cho phép theo dõi liên tục vị trí đối tượng thông qua dữ liệu tọa độ từ server Người dùng có thể dễ dàng kiểm tra tình trạng và vị trí trên điện thoại di động nhờ giao diện đồ họa thân thiện của Blynk, mang lại sự linh hoạt và cá nhân hóa trong quản lý Đặc biệt, khả năng cấp nguồn từ pin tái sử dụng hoặc nguồn năng lượng bên ngoài đảm bảo hoạt động liên tục và linh hoạt cho trạm theo dõi.
Xây dựng giải thuật cho hệ thống
4.2.1 Sơ đồ giải thuật của thiết bị
37 Hình 4.4: Sơ đồ giải thuật của thiết bị
Để xử lý hệ thống, bước đầu tiên là xác định các chân pin của ESP32 theo các chuẩn giao tiếp cần thiết Cụ thể, sử dụng UART cho module SIM và GPS, I2C cho la bàn, SPI cho màn hình OLED, cùng với các chân IO để kích hoạt các thiết bị phần cứng.
Sau khi khởi tạo, các biến trạng thái sẽ được thiết lập để quản lý các yếu tố quan trọng như onGPRS (kiểm tra tín hiệu mạng), attachFlag (xác định thiết bị có trên người hay không), SOS (theo dõi việc ra ngoài vùng an toàn), find (kiểm tra xem có nhấn nút Find trên trạm giám sát và Blynk để báo hiệu tìm kiếm hay không), connected (xác nhận người giám sát đã nắm được tình hình qua nút Submit hay chưa), notFind (kiểm tra tình trạng tìm kiếm người đi lạc), và personDetect (xác định có ai nhấn nút SOS trên thiết bị hay không).
Sử dụng thư viện QMC5883Lcompass để khởi tạo la bàn cho thiết bị GPS, sau đó bắt đầu thu thập dữ liệu từ vệ tinh thông qua thư viện TinyGPSPlus.
Khi đã thu thập đủ dữ liệu, chúng ta tiến hành kích hoạt module SIM bằng cách đưa chân PWRKEY xuống mức 0 trong 1 giây, sau đó đưa trở lại mức 1.
Để kích hoạt module SIM, cần viết một hàm gửi các lệnh AT đến thiết bị và kiểm tra phản hồi Lệnh AT (Attention) là các lệnh được gửi từ thiết bị điều khiển nhằm thực hiện các chức năng cụ thể trên module SIM.
The article discusses the integration of a microcontroller with a modem to perform tasks such as establishing connections, sending SMS messages, and transmitting data over mobile networks It highlights the function `sendATcommand(char* ATcommand, char* expected_answer, unsigned int timeout)` as a key component in executing these operations effectively.
- ATcommand: Chuỗi ký tự chứa lệnh AT cần gửi đến modem hoặc module
- expected_answer: Chuỗi ký tự chứa phản hồi mong đợi từ modem khi lệnh AT được thực thi thành công
- timeout: Thời gian chờ (tính bằng milliseconds) để nhận được phản hồi từ modem trước khi từ bỏ
Để kết nối GPRS, cần thực hiện một loạt lệnh AT như sau: đầu tiên, kích hoạt kết nối GPRS bằng lệnh "AT+CGATT=1" Tiếp theo, thiết lập loại kết nối với lệnh "AT+SAPBR=3,1,\"Contype\",\"GPRS\"" Sau đó, khởi tạo kết nối bằng lệnh "AT+SAPBR=1,1" Cuối cùng, kiểm tra trạng thái kết nối GPRS với lệnh "AT+SAPBR=2,1".
- AT+CGATT=1: Lệnh này được sử dụng để gắn (attach) thiết bị vào mạng GPRS
- AT+SAPBR=3,1,"Contype","GPRS": Lệnh này cấu hình Bearer Profile cho kết nối GPRS
- AT+SAPBR=1,1: Lệnh này kích hoạt (open) Bearer Profile
- AT+SAPBR=2,1: Lệnh này kiểm tra trạng thái của Bearer Profile
Biến onGPRS lưu trữ giá trị trả về của lệnh, cho biết liệu Bearer Profile đã được mở thành công hay chưa; nếu không, hệ thống sẽ tiếp tục thực hiện kết nối lại.
Khởi tạo ngắt timer cho ESP32 giúp đọc dữ liệu từ server, bao gồm tọa độ trạm, chu kỳ gửi dữ liệu và khoảng cách an toàn Thiết bị sẽ tính toán khoảng cách từ nó đến trạm và gửi lại server thông tin như tọa độ thiết bị, khoảng cách và trạng thái người dùng Nếu khoảng cách vượt quá an toàn, trạng thái sẽ là 1, ngược lại sẽ là 0.
40 Đầu tiên ta sẽ khởi tạo và cấu hình các thông số HTTP cho việc truyền dữ liệu qua mạng di động while(!sendATcommand("AT+HTTPINIT", "OK", 1000))
} sendATcommand("AT+HTTPPARA=\"CID\",1", "OK", 1000);
- Gửi lệnh AT+HTTPINIT để khởi tạo dịch vụ HTTP
Nếu quá trình khởi tạo không thành công và không nhận được tín hiệu OK, hãy gửi lệnh AT+HTTPTERM để kết thúc tất cả các phiên HTTP đang mở, sau đó tiến hành thử khởi tạo lại.
Để cấu hình ngữ cảnh PDP cho dịch vụ HTTP, hãy gửi lệnh AT+HTTPPARA="CID",1 Việc này đảm bảo rằng module sử dụng đúng ngữ cảnh PDP cho các hoạt động HTTP.
After successfully initializing, set up and execute an HTTP GET request to retrieve data from the server, followed by reading the server's response data Use the command `sendATcommand("AT+HTTPPARA=\"URL\",\"http://datagpstracker.info.vn/datagps/read.php\"", "OK", 1000);` to specify the URL, then send the action command with `sendATcommand("AT+HTTPACTION=0", "+HTTPACTION: 0,200", 5000);`, and finally, read the server data using `recceiveDataServer("AT+HTTPREAD", 10000);`.
AT+HTTPPARA="URL","http://datagpstracker.info.vn/datagps/read.php" để cấu hình URL mà module sẽ truy cập
- Sử dụng lệnh AT+HTTPACTION=0 để thực hiện yêu cầu GET Chờ phản hồi +HTTPACTION: 0,200 để đảm bảo yêu cầu thành công
Sử dụng lệnh AT+HTTPREAD để lấy dữ liệu phản hồi từ máy chủ Khi phát hiện chu kỳ gửi dữ liệu thay đổi, cần cập nhật lại timer ngắt của ESP32.
Sau khi thu thập dữ liệu tọa độ của trạm và khoảng cách an toàn do người giám sát chỉ định, chúng ta sẽ tính toán khoảng cách từ thiết bị đến trạm sử dụng công thức Haversine Tiếp theo, chúng ta sẽ so sánh kết quả tính toán với vùng an toàn đã được thiết lập để xác định xem thiết bị có vượt quá giới hạn an toàn hay không Hàm sử dụng để thực hiện tính toán này là `void calculatorDistance(double lat, double lon, double latS, double lonS, double* dist)`.
{ lat = lat * M_PI / 180.0; lon = lon * M_PI / 180.0; latS = latS * M_PI / 180.0; lonS = lonS * M_PI / 180.0; double dlat = latS - lat; double dlon = lonS - lon;
// Áp dụng công thức Haversine double a = sin(dlat/2) * sin(dlat/2) + cos(lat) * cos(latS) * sin(dlon/2)
* sin(dlon/2); double c = 2 * atan2(sqrt(a), sqrt(1-a));
Khi vượt quá vùng an toàn, hệ thống sẽ thực hiện các biện pháp cần thiết để thông báo cho người giám sát, bao gồm việc gửi tin nhắn và kích hoạt loa để thông báo cho những người xung quanh Để thực hiện điều này, lệnh sendATcommand("AT+CMGF=1", "OK", 1000) sẽ được sử dụng.
String data = "AT+CMGS=\"" + String(number) + "\"\r"; sendATcommand(data.c_str(), "OK", 1000);
Tính toán thiết kế mạch nguồn
4.3.1 Thiết kế nguồn cho hệ thống
Hình 4.15: Sơ đồ nối mạch nguồn cho hệ thống
1 Điện trở R10 - Điều chỉnh dòng sạc: Điện trở R10 dùng để thiết lập dòng sạc cho pin
Theo datasheet, dòng sạc được thiết lập bởi điện trở R10 theo công thức:
Giả sử chúng ta muốn dòng sạc là 2A:
2 Điện trở R8 - Điều chỉnh dòng cho LED:
Chọn điện trở 20 Ω theo yêu cầu của IP5306
Các tụ điện cần thiết để lọc nhiễu và ổn định điện áp:
Cuộn cảm để duy trì dòng qua mạch:
=>Chọn cuộn cảm 1àH theo yờu cầu của IP5306
4.3.2 Thiết kế nguồn cho module SIM800A
Hình 4.16: Sơ đồ nối mạch nguồn cho module SIM800A
1 Xác định điện áp và dòng điện yêu cầu: [6] Điện áp đầu vào (Vin): 5V Điện áp đầu ra (Vout): Điện áp yêu cầu cho SIM (có thể là 3.4V hoặc 4.4V tùy vào loại SIM)
Dòng điện đầu ra (Iout): Tối đa 3A (theo datasheet của MIC29302WU-TR)
IC điều chỉnh điện áp MIC29302WU-TR có công thức tính điện áp đầu ra như sau: Vout=Vref×(1+R14/R15)+Iadj×R14
Iadj≈50nA (có thể bỏ qua)
Giả sử điện áp đầu ra cần là 4V:
Chọn giá trị R14 và R15 là:
Các tụ điện cần thiết để đảm bảo ổn định cho mạch:
C11 (100àF) và C12 (1àF): Là cỏc tụ lọc đầu vào để giảm nhiễu và gợn súng
U13 (330àF) và C14 (100nF): Là cỏc tụ lọc đầu ra để giảm nhiễu và ổn định điện áp đầu ra
4 Kiểm tra các điện trở và tụ điện khác:
Để đảm bảo điện áp phù hợp cho SIM, hãy chọn điện trở R16 (470Ω) thích hợp Đồng thời, cần kích hoạt hoặc tắt IC bằng cách đảm bảo chân EN được kết nối với nguồn điện thích hợp để IC hoạt động hiệu quả.
4.3.3 Thiết kế nguồn cho ESP32
Hình 4.17: Sơ đồ nối mạch nguồn cho ESP32
Diode Schottky 1N5819W là lựa chọn lý tưởng cho chuyển đổi nguồn nhờ vào điện áp rơi thấp và tốc độ chuyển mạch cao Với điện áp ngược cực đại lên đến 40V, 1N5819W hoàn toàn phù hợp cho các mạch sử dụng nguồn 5V.
Dòng điện (Forward Current, IF): ESP32 tiêu thụ dòng điện tối đa khoảng 500mA
- 1A 1N5819W có dòng điện tiến lên đến 1A, phù hợp cho ứng dụng này
Tụ điện tại đầu vào (C17, C18) cần chọn loại có giá trị cao để lọc nhiễu và ổn định điện áp Thông thường, sử dụng một tụ gốm 0.1µF (100nF) kết hợp với một tụ điện phân 10µF để đạt hiệu quả tối ưu.
Tụ điện tại đầu ra (C17, C18): Để đảm bảo điện áp ổn định, cũng nên chọn một tụ gốm 0.1àF (100nF) và một tụ điện phõn 10àF
Hình 4.18: Sơ đồ nối mạch của nút nhấn SOS
1 Tính toán điện trở kéo lên (Pull-up Resistor) R5:
VIH(min) là mức điện áp đầu vào tối thiểu để chân I/O được nhận là mức cao, thường là 0.7 * VCC
Ta cần đảm bảo rằng: VIH(min)=0.7×3.3V=2.31V
Dòng điện kéo lên được chọn sao cho tiêu thụ ít năng lượng, thông thường trong khoảng từ 1μA đến 1mA Giả sử chúng ta chọn dòng điện khoảng 1mA:
Rpull−up=VCC/I=3.3V/1mA=3.3kΩ Điện trở 4.7kΩ bạn chọn là hợp lý vì nó nằm trong khoảng giá trị này và tiêu thụ ít dòng điện hơn:
2 Tính toán điện trở giới hạn dòng (Current-limiting Resistor) R6:
VOL(max) là mức điện áp đầu ra tối đa mà chân I/O được nhận là mức thấp, thường là 0.3 * VCC
Ta cần đảm bảo rằng khi công tắc đóng, mức điện áp trên chân I/O là đủ thấp:
Để đảm bảo chân I/O được kéo xuống mức thấp khi công tắc được nhấn, điện trở R6 cần có giá trị đủ nhỏ Với điện áp tối đa VOL(max) = 0.3 × 3.3V = 0.99V, ta cần đảm bảo rằng điện áp qua R6 gần như bằng 0V.
VR6=IR6×R6 Giả sử dòng điện qua công tắc là 1mA, điện trở R8 cần đảm bảo:
=> Chọn 470Ω để đảm bảo chân I/O được kéo xuống mức thấp mà vẫn bảo vệ công tắc
4.3.5 Thiết kế PWRKEY cho module SIM800A
Hình 4.19: Sơ đồ nối mạch của chân PWRKEY Xác định các thông số cần thiết
1 Điện áp đầu vào (V_in): 3.3V
2 Điện áp cơ sở-emitter để transistor dẫn (V_BE): khoảng 0.7V
3 Điện áp bảo hòa cơ sở-emitter (V_BE(sat)): tối đa 1.2V
4 Hệ số khuếch đại dòng điện (hFE): tối thiểu 120
Dòng tải tối đa (I_C(max)) là 50mA
2 Chọn giá trị điện trở R12:
Giả sử dòng điện rò qua cơ sở mong muốn là nhỏ hơn 1/10 dòng điện cơ sở IR13
