QUẢN LÝ XE SỬ DỤNG MODULE SIM908 VÀ GOOGLE MAP (code Csharp)

TÓM TẮT ĐỒ ÁN Đề tài đồ án: “ GIÁM SÁT HÀNH TRÌNH XE BẰNG MODULE SIM908 VÀ GOOGLE MAP”Đồ án được nghiên cứu, khảo sát và thực hiện với mục đích áp dụng những kiến thức đã học trong nhà trường để thiết kế, tạo ra một Hệ thống giám sát hành trình xe hoàn chỉnh. Hệthống tích hợp module GSMGPS SIM908, MCU điều kiển trong tâm và ứng dụng bản đồ GOOGLE MAP.

ÐẠI HỌC QUỐC GIA THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

TRƯỜNG ÐẠI HỌC BÁCH KHOA KHOA ÐIỆN – ÐIỆN TỬ

BỘ MÔN VIỄN THÔNG

Nhóm sinh viên thực hiện

MỤC LỤC NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN MÔN HỌC 1 Error! Bookmark not defined LỜI CẢM ƠN Error! Bookmark not defined

TÓM TẮT ĐỒ ÁN 2

PHẦN I: CƠ SỞ LÝ THUYẾT 7

Chương 1: GIỚI THIỆU MODULE SIM908 7

1.1 Tổng quan về module sim908 7

1.2 Đặc điểm phần cứng và các thông số kĩ thuật: 7

Chương 2: TẬP LỆNH AT 17

2.1 Khái niệm: 17

2.2 Cú pháp một lệnh AT: 17

2.3 Một số lệnh AT sử dụng trong đề tài 18

Chương 3: TÌM HIỀU VI XỬ LÝ MPS430 22

3.1 Giới thiệu 22

3.2 Hệ thống định thời (clock) linh hoạt 22

3.3 Các vùng địa chỉ 23

3.4 Hệ thống reset và khởi động 24

3.5 Hệ thống ngắt 26

3.6 Digital I/O 29

PHẦN II: TÌM HIỂU VỀ GPS/GSM/GOOGLE MAP 32

Chương 4: TÌM HIỂU VỀ GPS 32

4.1 Giới thiệu về hệ thống định vị toàn cầu GPS 32

4.2 Hoạt động của GPS 34

4.3 Độ chính xác của GPS 35

4.4 Các thành phần của GPS 35

4.5 Tín hiệu GPS 36

4.6 Ứng dụng GPS 36

4.7 Máy thu GPS 37

Chương 5: TÌM HIỂU VỀ GSM 40

5.1 Giới thiệu chung về GSM 40

5.2 Cấu trúc của hệ thống thông tin di động GSM 41

5.3 Quá trình xử lý các tín hiệu số và biến đổi vào sóng vô tuyến 43

PHẦN III: XÂY DỰNG HỆ THỐNG 48

Chương 6: GIAO TIẾP SIM908 VỚI PC VÀ HIỂN THỊ TỌA ĐỘ LÊN GOOGLE MAP 48

6.1 Sơ đồ khối của hệ thống: 48

6.2 Xây dựng giao diện người dùng bằng Microsoft Visual Studio 50

Chương 7: KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN 70 7.1 Kết luận: 70 7.2 Hướng phát triển: 71

PHẦN I: CƠ SỞ LÝ THUYẾT

Chương 1: Giới thiệu về module sim908 Chương 2: Tập lệnh AT

Chương 3: Tìm hiểu vi xử lý MSP430

PHẦN I: CƠ SỞ LÝ THUYẾT

Chương 1: GIỚI THIỆU MODULE SIM908

Chương 1: GIỚI THIỆU MODULE SIM908

NỘI DUNG CHÍNH:

1.1 Tổng quan về module sim908

1.2 Đặc điểm về phần cứng và các thông số kĩ thuật

PHẦN I: CƠ SỞ LÝ THUYẾT

Chương 1: GIỚI THIỆU MODULE SIM908

1.1 Tổng quan về module sim908

 SIM908 là module GSM/GPRS 4 băng tần kết hợp với công nghệ GPS; vì vậy nó hoàn toàn tương thích với băng tần Dual- band (GSM 900/1800) mà các mạng di động hiện tại ở Việt Nam đang sử dụng SIM908 hỗ trợ GPRS multi-slot class 10/class 8 và dạng đồ thị mã hóa (coding schemes ) CS-1, CS-2 , CS-3, CS-4 Giải pháp GPS tích hợp trên module SIM908 cung cấp khả năng thu thập, tính toán với độ chính xác ở mức chấp nhận được và thời gian kết nối lần đầu (Time-To-First-Fix) ngắn

 Với kích thước nhỏ gọn, module này có thể sử dụng cho các ứng dụng như Smart phone, PDA, thiết bị định vị GPS cầm tay hay các thiết bị di động khác

Hình 1: Module sim908 của hãng SIMCOM

Hình 2: Bảng giới thiệu Coding schemes

1.2 Đặc điểm phần cứng và các thông số kĩ thuật:

1.2.1 Sơ đồ chân sim908:

Sim908 được đóng gói theo kiểu linh kiện dán có 80 chân

Hình 3: Sơ đồ chân module sim908

Bảng 1: Chi tiết các chân module SIM908

1.2.2 Sơ đồ khối SIM908:

Hình 4: Sơ đồ khối SIM908

Module SIM908 gồm các khối sau:

 Power supply: nhận điện áp vào trong khoảng 3.2V- 4.8V , ngõ ra là các giá trị điện áp thích hợp

để cung cấp cho các khối khác thông qua bộ quản lí nguồn (Power management unit)

 Radio frequency: xử lí tín hiệu cao tần

 Base band: xử lí tín hiệu băng gốc, bao gồm tín hiệu analog và digital

 GPS Receiver: thu nhận và xử lí tín hiệu GPS

 Analog interface and digital interface: các khối giao diện để người sử dụng tương tác với

module

1.2.3 Các cổng giao tiếp/báo hiệu module SIM908 thực tế:

Hình 5: Module SIM908 thực tế

 Các phần giao tiếp/báo hiệu

SW101: nút tắt mở module GSM PORT: cổng giao tiếp chính ( lệnh AT, GPRS data port) GPS PORT: GPS debug port

D200: đèn báo nguồn D101: đèn led chỉ thị CN102: cổng giao tiếp USB J103: anten GSM

J100: anten GPS

 Các điện áp kiểm tra:

TEST1: 3.3V TEST2: 5V TEST3: 4V TEST4: 2.8V

Hình 6: Kết nối SIM908 với các thành phần giao tiếp

1.2.4: Thông số kĩ thuật:

 Nguồn cung cấp: 3.2 – 4.8V

 Dòng tiêu thụ:

a) Chế độ cực đại: 2A b) Chế độ GPS: 77mA c) Chế độ sleep: 1mA

 Sạc pin: hộ trợ sạc điều khiển cho pin Li-ion

 Dải tần hoạt động:

a) Sim 908 có 4 băng tần: GSM 850MHz, EGSM 900MHz, DCS 1800MHz và PCS

1900MHz Sim 908 có thể dò tìm 4 băng tần tự động hoặc thiết lập bởi lệnh AT b) Phù hợp với GSM phase 2/2+

a) MT, MO, CB, Text and PDU mode

b) Lưu trữ SMS: sim card

 External Antenna ( anten bên ngoài): antenna pad

 Tính năng audio: speech codec modes

a) Half rate (ETS 06.20)

b) Full rate (ETS 06.10)

c) Enhanced Full Rate (ETS 06.50/ 0.6.60 / 06.80) ( tăng cường tốc độ)

d) Adaptive multi rate (AMR) (tốc độ đa thích nghi)

e) Echo Cancellation ( triệt phản xạ)

f) Noise Suppression ( triệt nhiễu)

 SERIAL PORT AND DEBUG PORT:

 hỗ trợ RTS / CTS bắt tay phần cứng và phần mềm bật / tắt điều khiển lưu lượng

 khả năng ghép kênh theo GSM 07.10 giao thức mutiplexer

 Hỗ trợ tốc độ baud tự động: 1200bps đến 57600bps

b) Debug port:

 Null modem interface GPS/DBG_TXD and GPS/DBG_RXD ( giao tiếp modem rỗng)

 Có thể dùng để hiệu chỉnh lỗi và cập nhật firmwave

 Phonebook management ( quản lý danh bạ): hỗ trợ cho các loại danh bạ SM, FD, LD, RC,

ON, MC

 Sim application toolkit: GSM 11.14 release 99

 Real time clock ( thời gian thực): hỗ trợ thời gian thực (RTC)

 Kích thước vật lý:Size: 30*30*3.2mm - Weight: 5.2g

1.2.5 Chế độ hoạt động:

Bảng 2: chế độ hoạt động module SIM908

Cú pháp cơ bản : AT<x><n> hoặc AT&< x><n>

Với: <x> : Lệnh

<n> : Đối số của lệnh, đối số có thể có 1 hoặc nhiều đối số, đối số có thể tùy chỉnh, được thiết lập mặc định nếu trong lệnh thiếu đối số

Cú pháp tham số S : ATS< n>=<m>

Với: <n> : Chỉ số của t hanh ghi S được thiết lập

<m> : Giá trị đặt cho thanh ghi S <m> có thể tùy chỉnh, nếu thiếu, giá trị mặc định sẽ được gán cho <m>

Kiểm tra module có

hoạt động hay không

serial port GSM

AT+IPR=<baudrate>

Với <baudrate> là một trong

số các giá trị: bauding), 1200, 2400, 4800,

0(auto-9600, 19200, 38400, 57600,

115200

+OK: thành công +ERROR: có lỗi (ở đây chọn tốc độ baud GSM là 9600)

<format>=3: 8 bit data, 0 parity, 1 stop bit

<format>=4: 7 bit data, 0 parity, 2 stop bit

<format>=5: 7 bit data, 1 parity, 1 stop bit

<format>=6: 7 bit data, 0 parity, 1 stop bit

<parity>=0: odd

<parity>=1: even

<parity>=3: space

Chọn format cho SMS AT+CMGF=<mode>

<mode>=0: PDU mode

<mode>=1: text mode

+OK: thành công +ERROR: có lỗi

Gửi tin nhắn AT+CMGS=”PhoneNumber”

<mode>=0: sau khi đọc tin nhắn trạng thái của tin nhắn

sẽ chuyển từ “unread” sang

“read”

<mode>=1: không thay đổi trạng thái của tin nhắn được đọc

Tùy vào thiết lập format SMS mà ta

sẽ nhận được những chuỗi trả về khác nhau

Thiết lập mode cho

+OK: thành công +ERROR: có lỗi

57600, 115200, 230400,

460800

+OK: thành công + ERROR: có lỗi

không chạy +“Location Not Fix”: GPS đã chạy và không cố định

+“Location 2D Fix”: trạng thái GPS cố định 2D

+“Location 3D Fix”: trạng thái

GPS cố định 3D

Điều khiển dữ liệu ra

NMEA GPS

+ 0 thì: giảm thiểu thông tin ngõ ra

GPS NMEA từ Debug UART + Bit1=1, cho phép dữ liệu ngõ ra NMEA $GPGGA

+ Bit2=1, cho phép dữ liệu ngõ ra NMEA $GPGLL

+ Bit3=1, cho phép dữ liệu ngõ ra NMEA $GPGSA

+ Bit4=1, cho phép dữ liệu ngõ ra NMEA $GPGSV

+ Bit5=1, cho phép dữ liệu ngõ ra NMEA $GPRMC

+ Bit6=1, cho phép dữ liệu ngõ ra NMEA $GPVTG

Lấy thông tin vị trí GPS

Các thông tin về: kinh độ, vĩ độ, cao

độ, thời gian, …

số, MSP430 đã đưa ra được những giải pháp tốt cho những nhu cầu ứng dụng với tín hiệu hỗn tạp

MSP430 có một số phiên bản như: MSP430x1xx, MSP430x2xx, MSP430x3xx, MSP430x4xx,

MSP430x5xx Dưới đây là những đặc điểm tổng quát của họ vi điều khiển MSP430:

+ Cấu trúc sử dụng nguồn thấp giúp kéo dài tuổi thọ của Pin

- Duy trì 0.1µA dòng nuôi RAM

- Chỉ 0.8µA real- time clock

- 250 µA/ MIPS

+ Bộ tương tự hiệu suất cao cho các phép đo chính xác

- 12 bit hoặc 10 bit ADC-200 kskp, cảm biến nhiệt độ, Vref

- 12 bit DAC

- Bộ giám sát điện áp nguồn

+ 16 bit RISC CPU cho phép được nhiều ứng dụng, thể hiện một phần ở kích thước Code lập trình

- Thanh ghi lớn nên loại trừ được trường hợp tắt nghẽn tập tin khi đang làm việc

- Thiết kế nhỏ gọn làm giảm lượng tiêu thụ điện và giảm giá thành

- Tối ưu hóa cho những chương trình ngôn ngữ bậc cao như C, C++

- Có 7 chế độ định địa chỉ

- Khả năng ngắt theo véc tơ lớn

+ Trong lập trình cho bộ nhớ Flash cho phép thay đổi Code một cách linh hoạt, phạm vi rộng, bộ nhớ Flash còn có thể lưu lại như nhật ký của dữ liệu

3.2 Hệ thống định thời (clock) linh hoạt

Hệ thống Clock được thiết kế một cách đặc biệt cho những ứng dụng sử dụng nguồn cung cấp là Pin Một

bộ tạo xung nhịp phụ tần số thấp ( ACLK) được cung cấp trực tiếp từ một bộ dao động thạch anh 32 KHz ACLK được sử dụng như là một Real-time Clock nền để kích hoạt các tính năng Một bộ dao động kĩ thuật số tốc độ cao ( DCO) có thể làm nguồn xung đồng hồ chính ( MCLK) sử dụng cho CPU và những kết nối ngoại vi tốc độ cao Bởi thiết kế này, DCO có thể hoạt động ổn định 1MHz trong thời gian ít hơn

2 µS MSP430 được thiết kế dựa trên những giải pháp có hiệu quả sử dụng một RISC CPU16 bít hiệu suất cao

+ Bộ định thời phụ tần số thấp: Hoạt động ở chế độ sẵn sang sử dụng nguồn cực thấp

+ Bộ định thời chính ( Master Clock) tốc độ cao: Hoạt động xử lý tín hiệu hiệu suất cao

Hình 7: Sơ đồ cấu trúc của MSP430

3.3 Các vùng địa chỉ

MSP430 được thiết kế theo cấu trúc Von-Neumann có một vùng địa chỉ được chia thành nhiều vùng như

là thanh ghi hàm đặc biệt ( SFRs), những ngoại vi, RAM, bộ nhớ Flash/ROM

3.3.1 Flash/ROM

Địa chỉ bắt đầu của Flash/ROM phụ thuộc vào độ lớn của Flash/ROM và còn tùy thuộc vào từng họ vi điều khiển Địa chỉ kết thúc của Flash/ROM là 0x1FFFFh Flash/ROM có thể sử dụng cho cả mã chương trình và dữ liệu Những bảng Byte hoặc Word có thể được tồn trử và sử dụng ngay trong Flash/ROM mà không cần copy vào RAM trước khi sử dụng chúng Những bảng véc tơ được ánh xạ đến 16 Word phía trên của vùng địa chỉ Flash/ROM với ưu tiên ngắt cao nhất ở vùng địa chỉ cao nhất của Flash/ROM

3.3.2 RAM

RAM bắt đầu ở địa chỉ 0200h và giới hạn cuối cùng tùy thuộc vào kích thước của RAM RAM có thể sử dụng cho cả mã chương trình và dữ liệu

Hình 8: Sơ đồ bộ nhớ của MSP430

3.3.3 Các module ngoại vi

Trong vùng không gian địa chỉ của MSP430 có 2 vùng địa chỉ dành cho những Mô đun ngoại vi Vùng địa chỉ từ 0100 đến 01FFh sử dụng dành riêng cho những mô đun ngoại vi 16 Bít Vùng địa chỉ từ 010 đến 0FFh sử dụng dành riêng cho những mô đun ngoại vi 8 bit

3.3.4 Thanh ghi hàm đặc biệt

SFRs liên quan nhiều đến sự cho phép những tính năng của một số mô đun ngoại vi và dùng để truyền những tín hiệu ngắt từ ngoại vi SFRs nằm ở 16 Byte thấp của vùng địa chỉ và được tổ chức bằng Byte SFRs chỉ có thể được truy cập bởi chỉ thị Byte

Hệ thống mạch reset bao gồm 2 hệ thống là POR ( Power On Reset) và PUC( Power Up Clear)

Hình 9: bit, Byte, Word trong cấu trúc nhớ của MSP430

+ POR chỉ được sinh ra bởi 3 sự kiện sau:

- Cấp nguồn cho thiết bị

- Tín hiệu ở chân RST /NMI ở mức thấp khi thiết lập cấu hình cho hệ thống Reset

- SVS ở mức thấp khi PORON = 1

+ PUC thì luôn sinh ra khi POR được sinh ra, nhưng không xảy ra ngược lại Những sự kiện sau đây sẽ khởi động PUC:

- Khi POR được sinh ra

- Watchdog timer hết hiệu lực khi trong chế độ watchdog

- Khi chốt an toàn của Watchdog timer, Flash memory bị vi phạm

3.4.1 Power On Reset

POR được sinh ra bởi các điều kiện liên quan đến phần cứng:

+ Thiết bị được cấp nguồn POR được sinh ra nếu điện áp cung cấp giảm xuống dưới giá trị mà tại đó thiết bị không còn làm việc chính xác nữa, còn gọi là sự sụt áp

+ Khi chân RST /NMI ở mức thấp nếu nó được thiết lập chức năng Reset hơn là ngắt không khả ngụy Mặc định thì chức năng của chân này là Reset

+ Ở những phương án lớn hơn có bộ giám sát điện áp cung cấp SVS Ở đây ta có thể thiết lập cấu hình, không giống như bộ dò sụt áp Nó đặt cờ SVSFG nếu điện áp sụt dưới mức được lập trình và có thể Reset một cách tùy chọn

Hình 10: Sơ đồ hệ thống Reset của MSP430

3.4.2 Power Up Clear

PUC thì luôn sinh ra khi POR được sinh ra, nhưng không xảy ra ngược lại Những sự kiện sau đây sẽ khởi động PUC:

+ Watchdog timer bị tràn trong chế độ giám sát

+ Một sự cố gắn ghi vào thanh ghi điều khiển giám sát WDTCTL mà không đúng từ khóa 0x5A trong Byte cao Một Reset được khởi động nếu watchdog không cho phép hoặc ở chế độ định thời khoảng + PUC còn được sinh ra bởi một sự truy cập địa chỉ dự trữ của những thanh ghi ngoại vi hoặc đọc bộ nhớ không được thực thi

3.4.3 Các điều kiện sau khi Reset

Những điều kiện ban đầu cho những thanh ghi và những ngoại vi sau khi Reset POR và PUC được giới thiệu tổng quát như sau:

+ Chân RST/NMI được thiết lập cho Reset, nó cũng có thể được sử dụng cho kết nối JTAG ở một vài loại như F2013

+ Phần lớn các chân I/O được thiết lập như là ngã vào tín hiệu số Cũng có một vài ngoại lệ là những chân này có thể sử dụng với bộ dao động thạch anh như ở F2013

+Thanh ghi trạng thái được Clear Điều này có nghĩa là IC sẽ hoạt động hết công suất, mặc dù nó có thể

có một chế độ nguồn thấp trước khi được Reset trở lại

+ Watchdog timer bắt đầu ở chế độ giám sát Đây là một điều cốt yếu vì bởi vì nó là một đặc tính an toàn, nhưng có nghĩa là bạn phải vận hành nó hoặc cho phép nó trước khi nó hết thời gian chờ và Reset lại chip

+ Bộ đếm chương trình được nạp bởi một vector Reset được lưu ở địa chỉ 0xFFFE Nó sẽ cung cấp địa chỉ của lệnh đầu tiên được thực thi

3.5 Hệ thống ngắt

Hệ thống ngắt được bố trí thành một dãy kết nối gồm nhiều mô đun Mô đun gần nhất là CPU/NMIRS thì

có quyền ưu tiên ngắt cao hơn Ở đây có 3 loại ngắt là: Reset hệ thống, ngắt khả ngụy, ngắt không khả ngụy

3.5.1 Ngắt không khả ngụy

Ngắt không khả ngụy NMI thì không bị che bởi bít ngắt cho phép chung GIE nhưng bị che bởi các bít ngắt riêng lẽ như NMIIE, ACCVIE, OFIE Khi một ngắt NMI được chấp nhận thì tất cả những bít ngắt cho phép NMI tự động Reset Chương trình bắt đầu chạy ở địa chỉ được lưu trữ trong vector ngắt không khả ngụy là 0FFFCh

Ngắt không khả ngụy có thể được sinh ra bởi 3 nguồn sau:

Hình 11: Sơ đồ hệ thống ngắt của MSP430

+ Biên của chân RST/NMI khi được thiết lập ở chế độ NMI

+ Xuất hiện những sự đứt gãy dao động

+ Có sự vượt quá dữ liệu bộ nhớ Flash

Hình 12: Sơ đồ ngắt không khả ngụy

3.5.2 Ngắt khả ngụy

Ngắt khả ngụy được gây ra bởi các thiết bị ngoại vi với khả năng ngắt bao gồm cả bộ định thời giám sát

sự tràn của bộ đếm thời gian Mỗi nguồn ngắt khả ngụy có thể mất tác dụng một cách riêng lẽ bởi một bít ngắt cho phép hoặc tất cả những ngắt khả ngụy có thể bị mất tác dụng bởi bít cho phép ngắt GIE ở thanh ghi trạng thái

3.5.3 Xử lý ngắt

Khi một ngắt được yêu cầu từ thiết bị ngoại vi, các Bit ngắt được cho phép và Bit GIE được Set, chương trình ngắt được yêu cầu Chỉ có những Bit cho phép riêng rẽ phải được Set cho ngắt không khả ngụy được yêu cầu

 Sự chấp nhận ngắt:

Thời gian trễ ngắt là 5 chu kỳ ( CPUx) và 6 chu kỳ ( CPU), bắt đầu với sự chấp nhận của một yêu cầu ngắt và kéo dài đến khi thực hiện những lệnh đầu tiên của các chương trình ngắt Ngắt Logic được thực hiện theo các bước như sau:

1 Bất kì một lệnh nào đang thực thi đều được hoàn thành

2 Bộ đếm chương trình PC, địa chỉ của lệnh kế tiếp được đẩy lên ngăn xếp

3 SR được đẩy lên ngăn xếp

4 Các ngắt với ưu tiên cao hơn thì được chọn nếu các ngắt xảy ra trong suốt quá trình thực thi và làm trì hoãn chương trình

5 Những cờ ngắt yêu cầu Reset một cách tự động trên cờ nguồn đơn Nhiều cờ nguồn vẫn Set cho

Những véc tơ ngắt không được chỉ định có thể được sử dụng cho mã chương nếu cần thiết

Một số mô đun Bit cho phép, Bit ngắt cho phép, cờ ngắt thì nằm ở SFRs SFRs nằm ở phạm vi địa chỉ thấp hơn và được thực hiện ở định dang Byte SFRs phải được truy cập bằng những lệnh Byte

3.6 DIGITAL I/O

3.6.1 Giới thiệu về digital I/O

MSP430 có các Port xuất/ nhập dữ liệu gọi là các Port I/O Mỗi Port có 8 chân I/O, số lượng Port tùy thuộc vào từng họ MSP430 Mỗi chân I/O được thiết lập các chức năng vào/ra một cách riêng rẽ, và các chân I/O này cũng dùng để đọc hoặc ghi dữ liệu một cách đôc lập

P1 và P2 có thể dùng để ngắt Mỗi chân I/O của P1, P2 có tác dụng ngắt độc lập và có thể thiết lập ngắt cạnh lên hoặc cạnh xuống của tín hiệu vào

Các ngõ vào/ra số được mô tả như sau:

+ Những chân I/O riêng rẽ có thể được lập trình một cách độc lập

+ P1 và P2 có thể thiết lập làm những ngắt riêng rẽ

+ Những thanh ghi dữ liệu vào/ra độc lập

+ Có thể thiết lập tăng lên hoặc giảm xuống của điện trở một cách độc lập

3.6.2 Các hoạt động I/O

3.6.2a Thanh ghi dữ liệu vào PxIN

Mỗi Bit trong mỗi thanh ghi PxIN phản ảnh giá trị của tín hiệu vào ở chân I/O tương ứng khi các chân này được thiết lập chức năng I/O

Bit = 0: Ngõ vào mức thấp

Bit = 1: Ngõ vào mức cao

3.6.2b Thanh ghi dữ liệu xuất PxOUT

Mỗi Bit trong mỗi thanh ghi PxOUT là giá trị xuất ra trên các chân I/O tương ứng khi khi các chân này được thiết lập chức năng I/O Xuất dữ liệu có hướng và việc tăng giảm điện trở thì không được phép

Bit = 0: Ngõ ra mức thấp

Bit = 1: Ngõ ra mức cao

Nếu các chân điều khiển tăng-giảm điện trở bị mất hiệu lực thì các Bit tương ứng trong thanh ghi PxOUT

có tác dụng lựa chọn việc tăng giảm điện trở

Bit = 0: Giảm xuống

Bit = 1: Tăng lên

3.6.2c Các thanh ghi định hướng PxDIR

Mỗi Bit trong mỗi thanh ghi PxDIR lựa chọn định hướng của chân I/O tương ứng, bất chấp chức năng đã được chọn của chân Những Bit PxDIR cho những chân I/O được lựa chọn cho những chức năng khác phải được thiết lập theo yêu cầu của chức năng đó

Bit = 0: Những chân của Port được định hướng là ngõ vào

Bit = 1: Những chân của Port được định hướng là ngõ ra

3.6.2d Các thanh ghi cho phép tăng/giảm điện trở PxREN

Mỗi Bit của mỗi thanh ghi PxREN dùng để cho phép hoặc không cho phép sự tăng/giảm điện trở của các chân I/O tương ứng Những Bit tương ứng của thanh ghi PxOUT được chọn nếu chân được tăng lên hoặc giảm xuống

Bit = 0: Tăng/giảm điện trở không được cho phép

Bit = 1: Tăng/giảm điện trở được cho phép

3.6.2e Thanh ghi chức năng lựa chọn PxSEL và PxSEL2

Các chân này được đa hợp với các các chức năng của các mô đun ngoại vi khác Mỗi Bit PxSEL và PxSEL2 được sử dụng cho việc lựa chọn chức năng của các chân: Chức năng I/O xuất nhập dữ liệu hoặc chức năng mô đun giao tiếp ngoai vi

3.6.2f Ngắt P1, P2

Mỗi chân của P1 và P2 có thể làm một ngắt yêu cầu Các chân này được thiết lập với các thanh ghi phụ như:

 Cho phép ngắt ( PxIE)

Thanh ghi này cho phép ngắt trên những chân riêng rẽ

Bit = 0: không cho phép ngắt

Bit = 1: Cho phép ngắt

Mỗi Bit cho phép ngắt PxIE này được liên kết với cờ ngắt PxIFG tương ứng

Việc ghi vào thanh ghi PxOUT và PxDIR có thể ảnh hưởng đến việc điều chỉ

 Thanh ghi lựa chọn ngắt cạnh ( PxIES)

Lựa chọn loại ngắt khi xuất hiện sự biến đổi tín hiệu ( Nếu PxIE và GIE được Set)

Bit = 0: Ngắt cạnh lên

Bit = 1: Ngắt cạnh xuống

 Thanh ghi cờ ngắt ( PxIFG)

Cờ ngắt này được Set tự động theo chương trình đã được lập trình trước khi xuất hiện một sự chuyển đổi tín hiệu Cờ PxIFG phải sử dụng chương trình để Reset

Bit = 0: Không có ngắt

Bit = 1: Có ngắt

PHẦN II:

TÌM HIỂU VỀ GPS/GSM/GOOGLE MAP

4.1 Giới thiệu về hệ thống định vị toàn cầu 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, 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

 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 toàn cầu của mình mang tên Bắc

Đẩu bao gồm 35 vệ tinh

 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 Không mất phí thuê bao hoặc mất tiền trả cho việc thiết lập sử dụng GPS nhưng phải tốn tiền không rẻ để mua thiết bị thu tín hiệu và phần mềm nhúng hỗ trợ

 Dưới đây là một số thông tin đáng chú ý về các vệ tinh GPS (còn gọi là NAVSTAR, tên gọi chính thức của Bộ Quốc phòng Mỹ cho GPS):

- Vệ tinh GPS đầu tiên được phóng năm 1978

- Hoàn chỉnh đầy đủ 24 vệ tinh vào năm 1994

- Mỗi vệ tinh được làm để hoạt động tối đa là 10 năm

- Vệ tinh GPS có trọng lượng khoảng 1500kg và dài khoảng 5m với các tấm năng lượng Mặt Trời mở (có độ rộng 7m²)

- Công suất phát bằng hoặc dưới 50 watts

Hình 13 Vệ tinh GPS trên quỹ đạo trái đất

Hình 14 Vệ tinh GPS bay quanh trái đất

4.2 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 thông 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 thông 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

Hình 15 Hoat động của GPS

4.3 Độ chính xác của GPS:

 Các máy thu GPS ngày nay cực kì chính xác, nhờ vào thiết kế nhiều kênh hoạt động song song của chúng Các máy thu 12 kênh song song (của Garmin) nhanh chóng khóa vào các quả vệ tinh khi mới bật lên và chúng duy trì kết nối bền vững, thậm chí trong tán lá rậm rạp hoặc thành phố với các toà nhà cao tầng Trạng thái của khí quyển và các nguồn gây sai số khác có thể ảnh hưởng tới độ chính xác của máy thu GPS Các máy thu GPS có độ chính xác trung bình trong vòng 15 mét

 Các máy thu mới hơn với khả năng WAAS (Wide Area Augmentation System) có thể tăng độ

chính xác trung bình tới dưới 3 mét Không cần thêm thiết bị hay mất phí để có được lợi điểm của

WAAS Người dùng cũng có thể có độ chính xác tốt hơn với GPS vi sai (Differential GPS,

DGPS) sửa lỗi các tín hiệu GPS để có độ chính xác trong khoảng 3 đến 5 mét Cục Phòng vệ Bờ biển Mỹ vận hành dịch vụ sửa lỗi này Hệ thống bao gồm một mạng các đài thu tín hiệu GPS và phát tín hiệu đã sửa lỗi bằng các máy phát hiệu Để thu được tín hiệu đã sửa lỗi, người dùng phải

có máy thu tín hiệu vi sai bao gồm cả ăn-ten để dùng với máy thu GPS của họ

4.4 Các thành phần của GPS:

GPS hiện tại gồm 3 phần chính: phần không gian, kiểm soát và sử dụng Không quân Hoa Kỳ phát triển, bảo trì và vận hành các phần không gian và kiểm soát Các vệ tinh GPS truyền tín hiệu từ không gian, và các máy thu GPS sử dụng các tín hiệu này để tính toán vị trí trong không gian 3 chiều (kinh độ, vĩ độ và

độ cao) và thời gian hiện tại

 Phần không gian

- Phần không gian gồm 24 vệ tinh (21 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 vá quay hai vòng quỹ đạo trong khoảng thời gian gần 24 giờ với vận tốc 7 nghìn dặm một giờ.[4] 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 phòng

để duy trì hoạt động khi chạy khuất vào vùng không có ánh sáng Mặt Trời Các tên lửa nhỏ gắn ở mỗi quả vệ tinh giữ chúng bay đúng quỹ đạo đã định

 Phần kiểm soát

- Mục đích trong phần này là kiểm soát vệ tinh đi đúng hướng theo quỹ đạo và thông tin thời gian chính xác Có 5 trạm kiểm soát đặt rải rác trên trái đất Bốn trạm 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 soát trung tâm Tại trạm kiểm soát trung tâm, nó sẽ sửa lại dữ liệu cho đúng và kết hợp với hai an-ten khác để gửi lại thông tin cho các vệ tinh Ngoài ra, còn một trạm kiểm soát trung tâm dự phòng và sáu trạm quan sát chuyên biệt

- Trạm trung tâm cũng có thể truy cập từ các ăng-ten mặt đất của U.S Air Force Satellite

Control Network (AFSCN) và các trạm quan sát NGA (National Geospatial-Intelligence Agency) Các đường bay của vệ tinh được ghi nhận bởi các trạm quan sát chuyên dụng

của Không quân Hoa Kỳ đặt ở Hawaii, Kwajalein, Đảo Ascension, Diego Garcia, Colorado Springs, Colorado và Cape Canaveral, cùng với các trạm quan sát NGA được vận hành ở Anh, Argentina, Ecuador, Bahrain, Úc và Washington DC Thông tin đường

bay của vệ tinh đi được gởi đến Air Force Space Command's MCS ở Schriever Air Force

Base 25 km đông đông nam của Colorado Springs, do 2nd Space Operations Squadron (2 SOPS) của U.S Air Force vận hành Sau đó 2 SOPS liên lạc thường xuyên với mỗi vệ tinh GPS thông qua việc cập nhật định vị sử dụng các ăng-ten mặt đất chuyên dụng hoặc dùng chung (AFSCN)(các ăng-ten GPS mặt đất chuyên dụng được đặt ở Kwajalein, đảo Ascension, Diego Garcia, và Cape Canaveral) Các thông tin cập nhật này đồng bộ hóa

với các đồng hồ nguyên tử đặt trên vệ tinh trong vòng một vài phần tỉ giây cho mỗi vệ tinh, và hiệu chỉnh lịch thiên văn của mô hình quỹ đạo bên trong mỗi vệ tinh Việc cập nhật được tạo ra bở bộ lọc Kalman sử dụng các tín hiệu/thông tin từ các trạm quan sát trên mặt đất, thông tin thời tiết không gian, và các dữ liệu khác

 L1 chứa hai mã "giả ngẫu nhiên"(pseudo random), đó là mã Protected (P) và mã

Coarse/Acquisition (C/A) Mỗi một vệ tinh có một mã truyền dẫn nhất định, cho phép máy thu GPS nhận dạng được tín hiệu Mục đích của các mã tín hiệu này là để tính toán khoảng cách từ vệ tinh đến máy thu GPS

 Tín hiệu GPS chứa ba mẩu thông tin khác nhau – mã giả ngẫu nhiên, dữ liệu thiên văn và dữ liệu lịch Mã giả ngẫu nhiên đơn giản chỉ là mã định danh để xác định được quả vệ tinh nào là phát thông tin nào Có thể nhìn số hiệu của các quả vệ tinh trên trang vệ tinh của máy thu Garmin để biết nó nhận được tín hiệu của quả nào

 Dữ liệu thiên văn cho máy thu GPS biết quả vệ tinh ở đâu trên quỹ đạo ở mỗi thời điểm trong ngày Mỗi quả vệ tinh phát dữ liệu thiên văn chỉ ra thông tin quỹ đạo cho vệ tinh đó và mỗi vệ tinh khác trong hệ thống

 Dữ liệu lịch được phát đều đặn bởi mỗi quả vệ tinh, chứa thông tin quan trọng về trạng thái của

vệ tinh (lành mạnh hay không), ngày giờ hiện tại Phần này của tín hiệu là cốt lõi để phát hiện ra

vị trí

4.6 Ứng dụng GPS:

 Quản lý và điều hành xe

1 Giám sát quản lý vận tải, theo dõi vị trí, tốc độ, hướng di chuyển,…

2 Giám sát mại vụ, giám sát vận tải hành khách,

3 Chống trộm cho ứng dụng thuê xe tự lái, theo dõi lộ trình của đoàn xe

4 Liên lạc, theo dõi định vị cho các ứng dụng giao hàng GPS có nhiều ứng dụng mạnh mẽ trong quản lý

xe ô tô, đặc biệt là các loại xe như: Xe taxi, xe tải, xe công trình, xe bus, xe khách, xe tự lái Với nhiều tính năng như:

 Giám sát lộ trình đường đi của phương tiện theo thời gian thực: vận tốc, hướng di chuyển và trạng thái tắt/mở máy, quá tốc độ của xe…

 Xác định vị trí xe chính xác ở từng góc đường (vị trí xe được thể hiện nháp nháy trên bản đồ), xác định vận tốc và thời gian xe dừng hay đang chạy, biết được lộ trình hiện tại xe đang đi (real time)

 Lưu trữ lộ trình từng xe và hiển thị lại lộ trình của từng xe trên cùng một màn hình

 Xem lại lộ trình xe theo thời gian và vận tốc tùy chọn

 Quản lý theo dõi một hay nhiều xe tại mỗi thời điểm

 Báo cáo cước phí và tổng số km của từng xe (ngày/tháng)

 Cảnh báo khi xe vượt quá tốc độ, vượt ra khỏi vùng giới hạn

 Chức năng chống trộm