Giám sát vị trí qua tọa độ gps và điều khiển thiết bị cho xe máy qua sms dùng modulesim và pic 16f887

xác định tọa độ gps trả về sms. điều khiển thiết bị bằng sms Khoa học và công nghệ luôn không ngừng phát triển trước những nhu cầu, ý tưởng của con người trên Trái đất. Và để tiếp cận một phần của công nghệ hiện đại thì đồ án tốt nghiệp sẽ đề cập đến một công nghệ giúp ích rất nhiều trong lĩnh vực quân sự và sau đó được đưa ra ứng dụng rộng rãi vào lĩnh vực dân sự. Đó chính là hệ thống định vị toàn cầu GPS (The Global Positioning System). Để tiếp cận lĩnh vực định vị GPS thì trên thị trường có sản xuất Module SIM908 tích hợp trên đó phần GPS và GSMGPRS (The Global System for Mobile Communications) của hãng SIMCOM nhằm đáp ứng nhu cầu nghiên cứu của sinh viên. Để sử dụng được Module SIM908 cần có các thiết bị hỗ trợ như: Anten thu sóng GPS từ vệ tinh, anten GSM thu sóng mạng điện thoại di động, cáp kết nối anten với Module SIM, sử dụng nguồn cấp có Module theo mức điện áp Module có thể hoạt động. Ngoài ra có thể sử dụng thêm tai nghe, cáp giao tiếp nối tiếp. Để nghiên cứu lĩnh vực này thì có thể nghiên cứu việc xử lý dữ liệu GPS bằng Vi điều khiển . Sau đó có thể nghiên cứu thêm mạng GSM (bên mảng này thì không có lợi về kinh tế) nên rộng hơn nữa là cách cấu hình truyền dữ liệu qua GPRS. Nên cần nghiên cứu thêm về GPRS. Và tìm hiểu các phần mềm hỗ trợ việc hiện thị dữ liệu GPS lên máy tính tại trung tâm để theo dõi vị trí của Module và các dữ liệu cần thiết. Và cuối cùng khi thu được dữ liệu GPS và truyền qua mạng GSM ta có thể ở tại một vị trí có thể theo dõi một người, một đồ vật mà trên đó có gắn thiết bị thu GPS

Trang 1

TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

KHOA CÔNG NGHỆ ĐIỆN TỬ

ĐỒ ÁN 2 TÊN ĐỀ TÀI

GIÁM SÁT VỊ TRÍ VÀ ĐIỀU

KHIỂN BẢO VỆ XE MÁY

GVHD : ThS ĐÀO THỊ THU THỦY SVTH :IRIS VƯƠNG 12133811

LỚP:ĐHĐTVT8A

TP.Hồ Chí Minh, Tháng 12 Năm 2015

NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN

Trang 2

Tp Hồ Chí Minh, ngày… tháng… năm 2015

Giáo viên hướng dẫn

Trang 3

NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN PHẢN BIỆN

Tp Hồ Chí Minh, ngày… tháng… năm 2015

Giáo viên phản biện

Trang 4

ĐỒ ÁN 2 GVHD: Ths.Đào Thị Thu Thủy

LỜI CẢM ƠN

Đầu tiên,chúng xin gửi lời cảm ơn chân thành đến trường Đại Học Công Nghiệp.quý thầy cô khoa Công Nghệ Điện Tử đã tạo điều kiện thuận lợi nhất cho chúng em thực hiện đồ án này

Đặc biệt, cũng xin chân thành gửi lời biết ơn đến giáo viên hướng dẫn ThS: Đào Thị Thu Thủy vì đã trực tiếp hướng dẫn và có những góp ý, chỉ dẫn tận tình về những nội dung liên quan đến đồ án: “Giám sát vị trí và điều khiển bảo vệ xe máy” để chúng em có thể hoàn thành một cách tốt nhất

Đồng thời cũng xin gửi lời cám ơn đối với các bạn lớp ĐHĐTVT8A và các bạn có cùng đề tài góp ý xây dựng, chia sẽ kinh nghiệm cũng như việc tìm kiếm tài liệu liên quan, để đề tài được hoàn thiện hơn

Trong quá tìm nghiên cứu, tìm hiểu đến thi công làm mạch, mặc dù chúng em đã rất cố gắng nhưng chắc hẳn thiếu sót là vấn đề khó có thể tránh thể Vì thế chúng em rất sẵn lòng và mong rằng sẽ nhận được nhiều sự chỉ dẩn thêm nữa của quý thầy cô cũng như các bạn cho đồ án : “Giám sát vị trí và điều khiển bảo vệ xe máy”

Xin chân thành cảm ơn!

Trang 5

LỜI MỞ ĐẦU

Khoa học và công nghệ luôn không ngừng phát triển trước những nhu cầu, ý tưởng của con người trên Trái đất Và để tiếp cận một phần của công nghệ hiện đại thì đồ án tốt nghiệp sẽ đề cập đến một công nghệ giúp ích rất nhiều trong lĩnh vực quân sự và sau đó được đưa ra ứng dụng rộng rãi vào lĩnh vực dân sự Đó chính là hệ thống định vị toàn cầu GPS (The Global Positioning System)

Để tiếp cận lĩnh vực định vị GPS thì trên thị trường có sản xuất Module SIM908 tích hợp trên đó phần GPS và GSM/GPRS (The Global System for Mobile Communications) của hãng SIMCOM nhằm đáp ứng nhu cầu nghiên cứu của sinh viên Để sử dụng được Module SIM908 cần có các thiết bị hỗ trợ như: Anten thu sóng GPS từ vệ tinh, anten GSM thu sóng mạng điện thoại di động, cáp kết nối anten với Module SIM, sử dụng nguồn cấp có Module theo mức điện áp Module có thể hoạt động Ngoài ra có thể sử dụng thêm tai nghe, cáp giao tiếp nối tiếp

Để nghiên cứu lĩnh vực này thì có thể nghiên cứu việc xử lý dữ liệu GPS bằng Vi điều khiển Sau đó có thể nghiên cứu thêm mạng GSM (bên mảng này thì không có lợi về kinh tế) nên rộng hơn nữa là cách cấu hình truyền dữ liệu qua GPRS Nên cần nghiên cứu thêm về GPRS Và tìm hiểu các phần mềm hỗ trợ việc hiện thị dữ liệu GPS lên máy tính tại trung tâm để theo dõi vị trí của Module và các dữ liệu cần thiết

Và cuối cùng khi thu được dữ liệu GPS và truyền qua mạng GSM ta có thể ở tại một vị trí có thể theo dõi một người, một đồ vật mà trên đó có gắn thiết

bị thu GPS

Trang 6

DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT

GPS The Global Positioning System

GSM Global Standard for Mobile Communications

GPRS General Packet Radio Service

TDMA Time Division Multiple Access

CDMA Code Division Multiple Access

IC Integrated Circuit

MS Mobile Station

BTS Base Transceiver Station

SSP Sychronous Serial Port

UART A Universal Asynchronous Receiver/Transmitter

PSP Parallel Slave Port

IMEI International Mobile Equipment Identity

LED Light Emitting Diode

USART Universal Synchronous and Asynchronous serial Receiver

and Transmitter

ADC Analog-to-Digital Converter

ICSP In Circuit Serial Programing

SFR Special Function Register

GPR General Purpose Register

AD Analog to Digital

SIM Subscriber Identification module

Trang 7

SMS Short Message Service

RTC Real Time Clock

Trang 8

MỤC LỤC

LỜI MỞ ĐẦU

DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT

MỤC LỤC

Chương1 :LÝ THUYẾT TỔNG QUAN……… ……… 1

1.Tìm hiểu mạng GSM 1

1.1 Mạng thông tin di động toàn cầu (GSM) 1

1.1.1 Định nghĩa GSM 1

1.1.2 Các mạng điện thoại GSM ở Việt Nam 1

1.1.3 Cấu trúc cơ bản của mạng điện thoại di động 2

1.1.4 Băng tần GSM 900 MHz 2

1.1.5 Băng tần GSM 1800 MHz 3

1.2 Hệ thống GPS 4

1.2.1 Giới thiệu về hệ thống GPS 4

1.2.2 Hoạt động của hệ thống GPS 4

1.2.3 Cấu trúc của hệ thống GPS 6

1.2.4 Những nguồn lỗi ảnh hưởng đến tín hiệu GPS 10

1.2.5 Vai trò và ứng dụng của công nghệ GPS hiện nay 11

1.3 Giới thiệu vi điều khiển 16F887 12

1.3.1 Giới thiệu PIC 16F887 12

1.3.2 Sơ đồ chân PIC16F887 21

1.3.4 Các cổng xuất nhập 26

1.4.1 Giới thiệu SIM908 Easy 29

1.4.3 Mô tả đặc tính các chân của SIM908 Easy 33

1.4.3 Phần cứng ứng dụng GPS của module SIM908 38

1.4.4 Bật ứng dụng GPS 39

1.4.5 Mạch kết nối cho chân VRTC 39

1.4.6 Các Port giao tiếp của GPS 39

Trang 9

1.4.9 Một số tập lệnh AT cơ bản sử dụng cho ứng dụng GSM 40

1.4.10 Các lệnh thiết lập và cài đặt cho cuộc gọi 40

1.4.11 Các lệnh thiết lập và cài đặt cho tin nhắn SMS 41

1.4.13 Ứng dụng GPS của module SIM908 47

CHƯƠNG 2:THIẾT KẾ VÀ THI CÔNG 50

2.1 Thiết kế 50

2.1.1 Sơ đồ khối 50

2.1.2 Chức năng các khối 51

2.2 Thi công 56

2.2.1 Các bước thi công 56

KẾT LUẬN… ……… ……… …….68

BÀI HỌC KINH NGHIỆM………69

PHỤ LỤC 70

Trang 10

7 1.7 Ý nghiã số thuê bao IMSI 5

8 1.8 24 vệ tinh quay quanh trái đất 6

9 1.9 Các thành phần cấu tạo của hệ thống GPS 8

10 1.10 Các quỹ đạo của vệ tinh trong hệ thống GPS 12

11 1.11 Vị trí đặt trạm điều khiển GPS trên mặt đất 13

12 1.12 Phần điều khiển vệ tinh trong hệ thống GPS 14

13 1.13 Giao thoa tín hiệu 17

14 1.14 Sơ đồ chân PIC 16F887 19

15 1.15 Bộ nhớ chương trình 23

16 1.16 Bộ nhớ dữ liệu 24

17 1.17 Sơ đồ các ngõ ra 25

18 1.18 Hình ảnh về SIM908 27

19 1.19 Các chân của module SIM908 29

20 1.20 Truyền thông nối tiếp 34

Trang 11

21 1.21 Dùng LED kết nối với chân NETLIGHT 36

22 1.22 Ứng dụng của mạng GSM 39

23 2.1 Sơ đồ khối hệ thống hoạt động của board mạch

Module SIM908 kết nối với mạng di động

53

26 2.4 Phần cứng vi điều khiển PIC 16F887 55

28 2.6 Sơ đồ mạch bên trong 57

31 2.9 Lưu đồ giải thuật chương trình chính 60

32 2.10 Lưu đồ giải thuật chương trình khởi tạo GPS 61

33 2.11 Sơ đồ nguyên lý các khối chức năng của Module

SIM908 kết nối với mạng di động vẽ bằng

phần mềm Altium

62

34 2.12 Mạch in vẽ bằng Altium 63

35 2.13 Mạch in 3D vẽ bằng Altium 63

Trang 12

DANH MỤC CÁC BẢNG

1 1.1 Tính năng các chân của PIC 16F887 20

4 1.4 Mô tả chi tiết các chân cho ứng dụng GPS 37

5 1.5 Lệnh AT Command thiết lập và cài đặt cuộc gọi 40

6 1.6 Lệnh AT Command thiết lập và cài đặt cho tin nhắn SMS 41

9 1.9 Chi tiết các lệnh AT dành cho SIM908 47

10 1.10 Các dạng dữ liệu GPS đầu ra của SIM908 50

12 1.12 Dữ liệu GPS đầu vào theo giao thức NMEA 52

Trang 13

ĐỒ ÁN 2 ThS.Đào Thị Thu Thủy

GSM là một hệ thống có cấu trúc mở nên hoàn toàn không phụ thuộc vào phần cứng, người ta có thể mua thiết bị từ nhiều hãng khác nhau Do đó hầu như có mặt khắp mọi nơi trên thế giới, nên khi các nhà cung cấp dịch vụ thực hiện việc ký kết roaming với nhau nhờ đó mà thuê bao GSM có thể dễ dàng sử dụng máy điện thoại GSM của mình bất cứ nơi đâu

Mặt thuận lợi của công nghệ GSM là ngoài việc truyền dẫn âm thanh với chất lượng cao, nó còn cho phép thuê bao sử dụng các cách giao tiếp khác rẻ tiền hơn đó là tin nhắn SMS Ngoài ra công nghệ này có tính mở, nên nó dễ dàng kết nối các thiết bị khác nhau từ các nhà cung cấp dịch vụ khác nhau trên toàn thế giới

1.1.2 Các mạng điện thoại GSM ở Việt Nam

Ở Việt Nam và các nước trên Thế Giới, mạng điện thoại GSM vẫn chiếm đa số, Việt Nam có ba mạng điện thoại GSM chính là:

 Mạng vinaphone

 Mạng mobiphone

 Mạng Viettel

1.1.2.1 Công nghệ của mạng GSM

Các mạng điện thoại GSM sử dụng công nghệ TDMA

TDMA (Time Division Multiple Access) Phân chia các truy cập theo thời gian Công nghệ TDMA là công nghệ cho phép 8 máy di động có thể sử dụng chung một kênh để đàm thoại, mỗi máy sẽ sử dụng 1/8 khe thời gian để truyền và

Trang 14

Công nghệ CDMA sử dụng mã số cho mỗi cuộc gọi, và nó không sử dụng một kênh

để đàm thoại như công nghệ TDMA mà sử dụng cả một phổ tần (nhiều kênh

một lúc) vì vậy công nghệ này có tốc độ truyền dẫn tín hiệu cao hơn công nghệ TDMA

1.1.3 Cấu trúc cơ bản của mạng điện thoại di động

Mỗi mạng điện thoại di động có nhiều Tổng đài chuyển mạch MSC ở các khu vực khác nhau (Ví dụ như tổng đài miền Bắc, miền Trung, miền Nam) và mỗi Tổng đài lại có nhiều trạm thu phát vô tuyến BSS

Hình 1.1: Mô hình mạng điện thoại di động

Trang 15

 So sánh hai băng tần:

Hình 1.3: Băng tần GSM 900MHz và băng tần GSM 1800MHz

Trang 16

Hoàn cảnh ra đời: Năm 1978, nhằm thu thập các thông tin về tọa độ (vĩ độ và kinh độ),

độ cao và tốc độ của các cuộc hành quân Bộ quốc phòng Mỹ đã phóng lên quỹ đạo trái đất 24 vệ tinh Những vệ tinh trị giá nhiều tỷ USD này bay phía trên quỹ đạo trái đất với tốc độ chừng 11.200 km/h, có nhiệm vụ truyền đi các tín hiệu vô tuyến tần số thấp tới các thiết bị thu nhận

Hình 1.8: 24 vệ tinh quay quanh trái đất

Trong số 24 vệ tinh của bộ quốc phòng Mỹ nói trên, chỉ có 21 vệ tinh thực sự hoạt động, 3 vệ tinh còn lại là hệ thống hỗ trợ Tín hiệu vô tuyến truyền đi thường không đủ mạnh để thâm nhập vào các tòa nhà kiên cố, các hầm ngầm hay tới các địa điểm dưới nước Ngoài ra nó còn đòi hỏi tối thiểu 4 vệ tinh để đưa ra được thông tin chính xác về

vị trí (bao gồm cả độ cao) và tốc độ của một vật Vì hoạt động trên quỹ đạo, các vệ tinh đảm bảo cung cấp vị trí tại bất kỳ điểm nào trên trái đất

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

1.2.2 Hoạt động của hệ thống GPS

Cơ bản, GPS sử dụng nguyên tắc hướng thẳng tương đối của hình học và lượng giác học Mỗi vệ tinh liên tục phát và truyền dữ liệu trong quỹ đạo bay của nó cho tất cả các

Trang 17

5

chòm sao vệ tinh cộng thêm dữ liệu đến kịp thời và thông tin khác Do đó, mỗi thiết bị GPS nhận sẽ liên tục truy cập dữ liệu quỹ đạo chính xác từ vị trí của tất cả vệ tinh có thể tính toán bằng các vi mạch có trên tất cả các GPS nhận Từ đó tín hiệu hoặc sóng

vô tuyến di chuyển ở vận tốc hằng số (thường bằng vận tốc ánh sang )

các thiết bị GPS thu có thể tính toán khoảng cách liên quan từ GPS đến các vệ tinh khác bằng cách máy thu GPS so sánh thời gian tín hiệu được phát đi từ vệ tinh với thời gian mà thiết bị GPS thu nhậnđược tín hiệu do các vệ tinh pháp Độ sai lệch về thời gian cho biết máy thu GPS ở cách xa vệ tinh bao nhiêu bằng cách lấy khoảng thời gian sai lệch nhân với tốc độ của sóng vô tuyến Rồi với nhiều quãng cách đo được tới nhiều vệ tinh khác nhau các thiết bị GPS thu tín hiệu có thể tính được vị trí của thiết bị GPS

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

Trang 18

6

1.2.3 Cấu trúc của hệ thống GPS

Hệ thống định vị GPS bao gồm 3 bộ phận: bộ phận không gian (space segment), bộ phận điều khiển (control segment) và bộ phận người dùng (user segment)

Hình 1.9 Các thành phần cấu tạo của hệ thống GPS

1.2.3.1 Bộ phận không gian

1.2.3.1.1 Chòm vệ tinh GPS

- Bao gồm 24 vệ tinh bay trên quỹ đạo có độ cao đồng nhất 20.200 km, chu kỳ

12 giờ, phân phối đều trên 6 mặt phẳng quỹ đạo nghiêng với xích đạo một góc 55° Việc bố trí này nhằm mục đích để tại mỗi thời điểm và mỗi vị trí trên trái đất đều có thể quan sát được 4 vệ tinh

- Mỗi vệ tinh phát 2 tần số sóng mang với tần số cao L1=1575.42 MHz và L2=1227.60 MHz Loại sóng này phát trên cơ sở dãy số tựa ngẫu nhiên bao gồm các số 0 và 1 Mã này được gọi tên là mã P (Precise) Bên cạnh mã P sóng còn mang đi mã C/A (Clear/Acquisition) trong sóng L1 Mã C/A được phát với

2 tần số

- 10.23 MHz và 1.023 MHz Ngoài 2 mã trên vệ tinh còn phát mã phụ có tần số

50 Hz chứa các thông tin về lịch vệ tinh Các vệ tinh đều được trang bị đồng hồ nguyên tử với độ chính xác cao

Trang 19

7

Hình 1.10: Các quỹ đạo của vệ tinh trong hệ thống GPS

1.2.3.1.2 Cấu trúc tín hiệu GPS

Mỗi vệ tinh đều truyền hai tần số dùng cho công việc định vị là tần số 1575,42 MHz

và tần số 1227,60 NHz Hai sóng mang này gọi là L1 và L2, rất mạch lạc và được điều chế bởi những tín hiệu khác nhau

Mã nhiễu giải ngẫu nhiên (PRN - Pseudo Random Noise) thứ nhất được biết dưới cái

tên là mã C/A (Coarse/Acquisite-code), bao gồm một chuỗi các số cộng một và trừ

một, được phát đi ở tần số f0/10= 1.023 MHz Chuỗi này được lặp lại sau mỗi mili giây đồng hồ Mã nhiễu giải ngẫu nhiên (PRN) thứ hai, được biết dưới cái tên là mã

P(Precise - code), bao gồm một chuỗi các số cộng một và trừ một khác, được phát đi ở

tần số f0= 10,23 MHz Chuỗi này chỉ lặp lại sau 267 ngày Thời gian 267 ngày này được cắt ra làm 38 đoạn 7 ngày Trong 38 đoạn này có một đoạn không dùng đến, 5 đoạn dùng cho các trạm mặt đất , theo dõi các tàu thuyền sử dụng, gọi là trạm giả vệ

tinh (Pseudolite), còn lại 32 đoạn 7 ngày dành cho những vệ tinh khác nhau Bằng

cách này P- code rất khó bị giái mã để sử dụng nếu không được phép Mã Y(Y-code)

là mã PRN tương tự như mã P, có thể dùng thay cho mã

P Tuy nhiên phương trình tạo ra mã P thì được công bố rộng rãi và không giữ bí mật, trong khi phương trình tạo ra mã Y thì giữ bí mật Vì vậy, nếu mã Y được sử dụng thì những người sử dụng GPS không có giấy phép (nói chung là những người không thuộc quân đội Mỹ và đồng minh của họ) sẽ không thu được mã P (hoặc mã Y)

Trang 20

Cả hai sóng mang đều mang thông báo vệ tinh (Satellite message) cần phát dưới dạng một dòng dữ liệu được thiết kế ở tần số thấp (50Hz) để thông báo tới người sử dụng tình trạng và vị trí của vệ tinh Các dữ liệu này sẽ được các máy thu giải mã và dùng vào việc xác định vị trí của máy theo thời gian thực

1.2.3.2 Bộ phận điều khiển

Bộ phận điều khiển gồm toàn bộ thiết bị trên mặt đất được sử dụng để giám sát và điều khiển các vệ tinh Bộ phận này thường người sử dụng không nhìn thấy, nhưng đây là bộ phận quan trọng của hệ thống GPS Bộ phận điều khiển NAVSTAR, được gọi là hệ thống điều khiển hoạt động (Operational Control System (OCS)) gồm 5 trạm giám sát thụ động, toạ lạc ở Colorado Springs, Hawaii, đảo Ascencion, Diego Garcia

và Kwajalein, một trạm điều khiển chính (Master Control Station (MCS)) và 3 trạm hiệu chỉnh số liệu (Upload Station)

Hình 1.11 Vị trí đặt trạm điều khiển GPS trên mặt đất

Lưới trắc địa đặt trên 5 trạm này được xác định bằng phương pháp giao thoa đường đáy dài (VLBI) Trạm trung tâm làm nhiệm vụ tính toán lại tọa độ của các vệ tinh theo

số liệu của 5 trạm theo dõi thu được từ vệ tinh Sau tính toán các số liệu được gửi từ trạm trung tâm tới 3 trạm hiệu chỉnh số liệu và từ đó gửi tiếp tới các vệ tinh Như vậy

Trang 21

9

đáng kể (độ chính xác cỡ dm) Để đo được trên những khoảng cách dài đến vài nghìn

km chúng ta phải sử dụng máy 2 tần số để khử đi ảnh hưởng của tầng ion trong khí quyển trái đất trong vòng 1 giờ các vệ tinh đều có một số liệu đã được hiệu chỉnh để phát cho các máy thu

Hình 1.12 Phần điều khiển vệ tinh trong hệ thống GPS

Các máy thu này phân làm 2 loại: máy thu 1 tần số và máy thu 2 tần số Máy thu 1 tần

số chỉ nhận được các mã phát đi với sóng mang L1 Các máy thu 2 tần số nhận được

cả 2 sóng mang L1và L2 Các máy thu 1 tần số phát huy tác dụng trong đo tọa độ tuyệt đối với độ chính xác 10 m và tọa độ tương đối với độ chính xác từ 1 đến 5 cm trong khoảng cách nhỏ hơn 50 km Với khoảng cách lớn hơn 50 km độ chính xác sẽ giảm đi

Trang 22

10

1.2.4 Những nguồn lỗi ảnh hưởng đến tín hiệu GPS

Hệ thống GPS đã được thiết kế để ngày càng chính xác, tuy nhiên trên thực tế vẫn còn

có những lỗi Những lỗi này có thể gây ra một sự lệch từ 50 -> 100m từ vị trí máy thu GPS trên thực tế sau đây có một vài nguồn lỗi được bàn tới:

1.2.4.1 Điều kiện khí quyển:

Cả tầng điện ly lẫn tầng đối lưu đều khúc xạ những tín hiệu GPS Nó gây ra sự thay đổi về tốc độ của tín hiệu trong tầng điện ly và tầng đối lưu khác so với tốc độ tín hiệu GPS trong không gian Bởi vì vậy, khoảng cách tính toán bằng “tốc độ x thời gian” sẽ khác nhau

1.2.4.1 Lỗi do sự giao thoa tín hiệu GPS:

Do sự phản xạ từ các vật cản làm cho tin hiệu GPS giao thoa với nhau làm cho các thiết bị thu GPS sẽ thu được tín hiệu lỗi

Hình 1.13 Giao thoa tín hiệu

1.2.4.2 Lỗi do sự di chuyển của thiết bị GPS:

Do trong qua trình thu tín hiệu GPS các thiết bị GPS di chuyển sẽ xảy ra sai

số cỡ khoảng 5 -> 15m là do có độ trễ xảy ra trong qua trình truyền giữa vệ tinh và thiết bị GPS do vậy tuy theo tốc độ di chuyển của máy thu GPS mà sai số giữa vị trí nhận được và vị trí thực tế của máy thu GPS là bao nhiêu nhưng cỡ khoảng 5 -> 15 m

Trang 23

Khi mới ra đời, GPS được coi là một trong những công nghệ mang tính cách mạng bởi tầm ảnh hưởng của nó Càng ngày, GPS càng thể hiện được vai trò đặc biệt của nó trong hầu hết các lĩnh vực Ngày nay, các hệ thống giám sát được xây dựng có sẵn nhiều hình dạng và kích cỡ với nhiều tính năng, từ các thiết bị theo dõi GPS tiêu chuẩn đến USB và các thiết bị tích hợp trong điện thoại di động

Hệ thống GPS được sử dụng trong việc theo dõi xe để theo dõi về vị trí, hướng, tốc độ,… Đặc biệt, với các doanh nghiệp vận tải, hệ thống này là giải pháp tối ưu cho phép họ theo dõi xe và đảm bảo giao hàng hóa, dịch vụ kịp thời Ngoài ra, thiết bị theo dõi của xe rất hữu ích trong việc truy tìm chiếc xe bị đánh cắp Chỉ cần xe có cài GPS, khi xe bị đánh cắp, cảnh sát sẽ nhanh chóng xác định được vị trí của xe và tìm lại

nó dễ dàng

Hơn thế nữa, tiến bộ công nghệ đã tạo ra những thiết bị theo dõi xe rất nhỏ gọn và dễ dàng cài đặt riêng Chúng cho phép bạn tìm các tuyến đường khác nhau và giúp đỡ bạn trong việc truy tìm địa điểm nếu bạn bị lạc

Với những tính năng trên, GPS đang dần trở thành người bạn đồng hành với các cá nhân và nhiều doanh nghiệp, đặt biệt là các doanh nghiệp hoạt động trong lĩnh vực vận tải

 Trong lĩnh vực khí đốt và dầu mỏ: Ngày nay, các công ty dầu và khí luôn đặt dưới áp lực lớn nhất , phải tuân thủ và phù hợp với những yêu cầu và quy định quốc tế Các công ty luôn phải duy trì số liệu cụ thể về hệ thống hạ tầng ống dẫn phức tạp của họ Hơn bao giờ hết, các công ty dầu và khí đốt luôn là các công ty đi đầu trong ứng dụng công nghệ GPS và GIS trong việc thành lập các bản đồ, thu thập giám sát và phân tích các số liệu thực địa

Trang 24

12

 Trong quân sự: đây là lĩnh vực hình thành nên hệ thống định vị toàn cầu GPS

Vì vậy hệ thống GPS đóng một vai trò quan trọng trong lĩnh vực này như giám sát an ninh, phục vụ cho quân đội,…

 Trong giao thông: Giám sát quản lý vận tải, theo dõi vị trí, tốc độ, hướng di chuyển, giám sát thương mại dịch vụ vận tải hành khách, chống trộm cho ứng dụng thuê xe tự lái, theo dõi lộ trình của đoàn xe

1.3.1 Giới thiệu PIC 16F887

Đây là vi điều khiển thuộc họ PIC16Fxxx với tập lệnh gồm 35 lệnh có độ dài

14 bit Mỗi lệnh đều được thực thi trong một chu kì xung clock Tốc độ hoạt động tối đa cho phép là 20 MHz với một chu kì lệnh là 200ns Bộ nhớ chương trình 8Kx14 bit, bộ nhớ dữ liệu 368 byte RAM và bộ nhớ dữ liệu EEPROM với dung lượng 256byte Số PORT I/O là 5 với 33 pin I/O

1.3.1.1 Các đặc tính ngoại vi bao gồm các khối chức năng sau

- Timer0: bộ đếm 8 bit với bộ chia tần số 8 bit

- Timer1: bộ đếm 16 bit với bộ chia tần số, có thể thực hiện chức năng đếm dựa

vào xung clock ngoại vi ngay khi vi điều khiển hoạt động ở chế độ sleep

- Timer2: bộ đếm 8 bit với bộ chia tần số, bộ postcaler

- Hai bộ Capture/so sánh/điều chế độ rộng xung

- Các chuẩn giao tiếp nối tiếp SSP (Synchronous Serial Port), SPI và I2C

- Chuẩn giao tiếp nối tiếp USART với 9 bit địa chỉ

- Cổng giao tiếp song song PSP (Parallel Slave Port) với các chân điều khiển RD,

WR, CS ở bên ngoài

- 8 kênh chuyển đổi ADC 10 bit

- Hai bộ so sánh

- Bên cạnh đó là một vài đặc tính khác của vi điều khiển như:

- Bộ nhớ flash với khả năng ghi xóa được 100.000 lần

 Bộ nhớ EEPROM với khả năng ghi xóa được 1.000.000 lần

 Dữ liệu bộ nhớ EEPROM có thể lưu trữ trên 40 năm

 Khả năng tự nạp chương trình với sự điều khiển của phần mềm

Trang 25

21

1.3.1.2 Các đặc tính Analog

 Nạp được chương trình ngay trên mạch điện ICSP (In Circuit Serial Programming)

 thông qua 2 chân

 Watchdog Timer với bộ dao động trong

 Chức năng bảo mật mã chương trình

 Chế độ Sleep

 Có thể hoạt động với nhiều dạng Oscillator khác nhau

1.3.2 Sơ đồ chân PIC16F887

Hình 1.14: Sơ đồ chân PIC 16F887

Trang 26

22

1.3.2.1 Tính năng các chân

Bảng 1.1: Tính năng các chân của PIC 16F887

OSC1/CLKIN 13 I Dao động tinh thể lối vào dao động

ngoài OSC2/CLKOUT 14 O Dao động tinh thể hoặc lối ra xung

nhịp MCLR/Vpp 1 I/P Lối vào reset Lối vào điện áp nạp

trình Vpp RA0/AN0 2 I/O Vào/ ra số Lối vào analog 0

RA1/AN1 3 I/O Vào/ ra số Lối vào analog 1

RA3/AN3/V+Ref 5 I/O Vào/ ra số Lối vào analog 3 Lối vào

điện áp chuẩn V-ref của ADC RA4/TOCKI/C1OUT 6 I/O Vào/ra số cực máng ngỏ Lối vào

xung ngoài cho timer Lối ra bộ so sánh 1

RA5/SS/AN4/C2OUT 7 I/O Vào/ra số lối vào chọn SOI Lối vào

analog 4 lối ra bộ so sánh 2 RB0/INT 33 I/O Vào/ra số Lối vào ngắt ngoài

RB3/PGM 36 I/O Vào/ra số Nạp trình LVP

Trang 27

23

RB6 39 I/O Vào/ra số Xung nhịp nạp trình ICSP

RB7 40 I/O Vào/ra số Dữ nạp trình ICSP

RC0/T1OSO/T1CKI 15 I/O Vào/ra số Tạo dao động timer Xung

nhịp ngoài cho timer 1 RC1/T1OSI/CCP2 16 I/O Vào/ra số Tạo timer1 Lối vào

Capture Lối ra Compare2 Lối ra PWM2

RC2/CCP1 17 I/O Vào/ra số Lối vào Vào/ra số

Capture1 Lối ra PWM1 RC3/SCK/SCL 18 I/O Vào/ra số Nhịp đồng bộ choSPI và

I2C RC4/SDI/SDA 23 I/O Vào/ra số Vào dữ liệu SPI Vào/ra dữ

liệu I2C RC5/SDO 24 I/O Vào/ra số Ra dữ liệu SPI

RC6/TX/CK 25 I/O Vào/ra số Cổng truyền thông không

đồng bộ Xung nhịp truyền đồng bộ RC7/RX/DT 26 I/O Vào/ra số Cổng nhận không đồng bộ

Dữ liệu đồng bộ

Trang 28

Vào/ra số Cổng song song tớ Vào/ra số Cổng song song tớ Vào/ra số Cổng song song tớ Vào/ra số Cổng song song tớ Vào/ra số Cổng song song tớ Vào/ra số Cổng song song tớ Vào/ra số Cổng song song tớ Vào/ra số Cổng song song tớ RE0/RD/AN5 7 I/O Vào/ra số Điều khiển RD cổng song

song RE1/WR/AN6 8 I/O Vào/ra số Điều khiển WR cổng song

song RE2/CS/AN7 9 I/O Vào/ra số Điều khiển CS cổng song

song Vss 12,31 I/O Đất chung cho lối vào/ra và analog

Trang 29

25

Hình 1.15: Bộ nhớ chương trình

1.3.3.2 Bộ nhớ dữ liệu:

Bộ nhớ dữ liệu được chia thành 4 bank, mỗi bank có dung lượng 128 byte

RAM tĩnh Mỗi bank bao gồm các thanh ghi có chức năng đặc biệt SFR (Special

Function Register) nằm ở vùng địa chỉ thấp, và các thanh ghi mục đích chung GPR

(General Purpose Register) nằm ở vùng địa chỉ cao Các thanh ghi SFR thường xuyên

được sử dụng như STATUS, INTCON, FSR được bố trí trên tất cả các bank giúp thuận tiện trong quá trình truy xuất

Trang 30

1.3.4 Các cổng xuất nhập

Vi điều khiển PIC16F887 có 5 cổng xuất nhập, bao gồm PORTA, PORTB, PORTC, PORTD và PORTE

Trang 31

và ngược lại, muốn xác lập chức năng của một chân trong PORTA là output, ta

“clear” bit điều khiển tương ứng với chân đó trong thanh ghi TRISA

Chân RA4 dùng chung với lối vào xung nhịp cho timer0 khi dùng bộ đếm xung

từ bên ngoài

Các chân khác của cổng A được ghép lối vào của các bộ so sánh tương tự và bộ biến đổi ADC 8 kênh

1.3.4.2 Port B

Trang 32

28

PORTB (RPB) gồm 8 pin I/O ( RB0 – RB7) Thanh ghi điều khiển xuất nhập tương ứng là TRISB Bên cạnh đó một số chân của PORTB còn được sử dụng trong quá trình nạp chương trình cho vi điều khiển với các chế độ nạp khác nhau PORTB còn liên quan đến ngắt ngoại vi và bộ Timer0

PORTB còn được tích hợp chức năng điện trở kéo lên (20k ohm) được điều khiển bởi chương trình Chân RB0 có thể lựa chọn là lối vào của ngắt ngoài INT

Có 3 chân của cổng B được ghép lối với chức năng ICSP là RB6, RB7, RB3 tương ứng với lối vào PGC, PGD, LVP khi nạp trình.Lối vào RB4 và RB7 làm phát sinh ngắt RBIF khi thay đổi trạng thái khi các chân này định nghĩa là các lối vào Trạng thái hiện tại của lối vào này được so sánh với trạng thái được chốt lại tại lần đọc trước đó Khi có sự khác nhau thì cờ ngắt RBIF được lập

1.3.4.3 Port C

PORTC (RPC) gồm 8 pin I/O (RC0 – RC7) Thanh ghi điều khiển xuất nhập tương ứng là TRISC Bên cạnh đó PORTC còn chứa các chân chức năng của bộ so sánh, bộ Timer1, bộ PWM và các chuẩn giao tiếp nối tiếp I2C, SPI, SSP, USART

- Port E có 3 chân RE0 , RE1 , RE2 có thể được cấu hình là các chân xuất nhập

- Các chân của PORTE có ngõ vào analog , tại chế độ này khi đọc trạng thái các chân port E sẽ cho ta giá trị 0 Bên cạnh đó PORTE còn là các chân điều khiển của chuẩn giao tiếp PSP

Trang 33

Trang 34

1.4.2 Sơ đồ kết nối GSM/GPS SIM908 Easy

Trang 35

31

Định dạng
Số trang	70
Dung lượng	1,76 MB