Ứng dụng vi mạch tích hợp của SIMCOM và kỹ thuật triệt áp quá độ vào thiết bị giám sát xe máy

Nhờ có thiết bị giám sát, người sử dụng xe máy có thể yên tâm tránh được những vụ cướp xe, kiểm tra được trạng thái xe kể cả khi không ở gần xe, tìm lại xe dễ dàng khi bị mất cắp, tìm x

LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan rằng nội dung của luận văn này là hoàn toàn do tôi tìm hiểu, nghiên cứu và viết ra Tất cả đều được tôi thực hiện cẩn thận, có sự định hướng và sửa chữa của giáo viên hướng dẫn Nội dung của luận văn có tham khảo

và sử dụng một số thông tin, tài liệu từ các nguồn sách, tạp chí được liệt kê trong danh mục các tài liệu tham khảo

Tôi xin chịu trách nhiệm với những nội dung trong luận văn này

LỜI CẢM ƠN

Trước tiên, tôi xin gửi lời cảm ơn tới cô hướng dẫn luận văn của tôi, Tiến sĩ Phạm Nguyễn Thanh Loan, đã tạo mọi điều kiện, và giúp đỡ tôi hoàn thành tốt luận văn này Trong suốt quá trình nghiên cứu, cô đã kiên nhẫn hướng dẫn, trợ giúp và động viên tôi rất nhiều Sự hiểu biết sâu sắc về khoa học, cũng như kinh nghiệm của cô chính là tiền đề giúp tôi đạt được những thành tựu và kinh nghiệm quý báu

Xin cảm ơn chân thành tới tập thể các thầy cô trong Viện Điện Tử Viễn Thông, trường Đại học Bách Khoa Hà Nội đã tạo ra một môi trường tốt để em học tập và nghiên cứu Và tôi xin cảm ơn các thầy cô trong Viện Đào tạo sau đại học đã quan tâm đến khóa học này, tạo điều kiện thuận lợi cho các học viên học tập và nghiên cứu

Tôi cũng xin cảm ơn bạn bè và gia đình đã luôn bên tôi, cổ vũ và động viên tôi những lúc khó khăn để có thể vượt qua và hoàn thành tốt luận văn này

Tôi xin chân thành cảm ơn!

MỤC LỤC

LỜI CAM ĐOAN i

MỤC LỤC iii

DANH SÁCH HÌNH VẼ iv

DANH SÁCH BẢNG BIỂU v

DANH SÁCH CÁC TỪ VIẾT TẮT vi

LỜI MỞ ĐẦU 1

NỘI DUNG 2

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ THIẾT BỊ GIÁM SÁT XE MÁY 3

1.1 Giời thiệu chung về hệ thống giám sát xe máy: 3

1.2 Chức năng chính của hệ thống giám sát hành trình xe máy: 5

1.3 Tính năng của thiết bị giám sát xe máy 8

1.4 Đánh giá chung các thiết bị giám sát hành trình xe máy 12

CHƯƠNG 2 GIỚI THIỆU VI MẠCH SIMCOM VÀ KỸ THUẬT TRIỆT ÁP QUÁ ĐỘ 16

2.1 Vi mạch nhúng SIMCOM[1] 16

2.2 Kỹ thuật triệt áp quá độ 27

CHƯƠNG 3 TRIỂN KHAI THỰC THI NHỮNG CẢI TIẾN TRÊN THIẾT BỊ LẮP LÊN XE 42

3.1 Sơ đồ khối thiết bị giám sát hành trình 42

3.2 Sơ đồ nguyên lý thiết bị giám sát hành trình 43

3.3 Sơ đồ layout thiết bị giám sát hành trình 45

3.4 Mạch thực tế thu được 46

3.5 Phần mềm điều khiển sử dụng Embedded AT cho module SIM928A[8] 47

CHƯƠNG 4 ĐÁNH GIÁ HIỆU QUẢ CỦA CÁC CẢI TIẾN 55

KẾT LUẬN 61

TÀI LIỆU THAM KHẢO 63

DANH SÁCH HÌNH VẼ

Hình 1.1 Giới thiệu thành phần hệ thống giám sát xe máy thông thường 3

Hình 1.2 Giám sát thiết bị trực tuyến trên webserver 6

Hình 1.3 Giám sát thiết bị thông qua các trạm BTS 7

Hình 2.1 Hệ thống sạc điện cho bình acquy trên xe máy 28

Hình 2.2 Ảnh hưởng của mobin đánh lửa đến các thiết bị trên xe 29

Hình 2.3 Những điện áp trên xe 12V 30

Hình 2.4 Điện áp đột biến theo chuẩn xung 5a 31

Hình 2.5 Mạch ví dụ về thiết bị triệt áp cơ bản[2] 34

Hình 2.6 Ví dụ về dạng triệt áp khi lên quá mức điện áp cho phép 35

Hình 2.7 Hình dạng 2 kiểu dáng diode TVS 37

Hình 2.8 Đặc tuyến TVS diode[6] 38

Hình 2.9 Dòng xung qua diode ở các nhiệt độ khác nhau 39

Hình 2.10 Điện áp đột biến kiểm tra ở 334A theo chuẩn IEC61000-4-5, R = 2 sOhm[6] 40

Hình 3.1 Sơ đồ khối thiết bị 42

Hình 3.2 Sơ đồ nguyên lý 43

Hình 3.3 Khối nguồn xung cung cấp năng lượng cho mạch 44

Hình 3.4 Khối điều khiển điện áp ra cho xe máy 44

Hình 3.5 Mạch layout lớp bottom 45

Hình 3.6 Mạch layout lớp bottom 46

Hình 3.7 Mạch thực tế nhìn từ trên xuống 46

Hình 3.8 Mạch thực tế nhìn từ dưới lên 47

Hình 3.9 Luồng thông tin hoạt động của module SIM928A 48

Hình 4.1 Máy dao động ký 55

Hình 4.2 Bộ nguồn điện AC-DC điều chỉnh được 56

Hình 4.3 Đồng hồ đa năng Multimeter Pro's Kit 56

DANH SÁCH BẢNG BIỂU

Bảng 1: Đặc điểm chung của module SIM928A 20

Bảng 2: Hiệu năng của module GPS 22

Bảng 3: Bảng tốc độ truyền dữ liệu 24

Bảng 4: Giới thiệu các chế độ hoạt động 24

Bảng 5: Dòng tiêu thụ của module GSM 26

Bảng 6: Năng lượng xung lớn nhất theo chuẩn xung 5a, 12V cat IV 34

Bảng 7: Năng lượng giải phóng bởi TS1 cho xung 5a, 12V, Cat IV (Vclamp = 45 V, Rline=0.1 Ohm) 35

Bảng 8: Mức điện áp cho phép của TVS diode 39

Bảng 9: Tổng kết tính năng thiết bị 59

Bảng 10: Tính năng phần mềm của thiết bị 60

DANH SÁCH CÁC TỪ VIẾT TẮT

MCU Micro Controller Unit

GPS Global Positioning System

GSM Global System for Mobile communications

IP Internet Protocol

GPRS General Package Radio Service

MIPS Milion Instruction Per Second

VBAT Voltage of Battery

ESD Electrostatic Sensitive Device

TVS Transient Voltage Suppression

UART Universal Asynchronous Receiver/Transmitter SPI Serial Peripheral Interface

I2C Intergrated Circuit Communications

LDO Low Drop Out regulator

ADC Analog to Digital Converter

GPIO General Purpose Input/Output

USB Universal Serial Bus

VDC Voltage of Direct Current

VAC Voltage of Alternating Current

ECU Engine Control Unit

1

LỜI MỞ ĐẦU

Thiết bị giám sát nói chung và giám sát xe máy nói riêng đang phát triển hết sức mạnh mẽ Nhờ có thiết bị giám sát, người sử dụng xe máy có thể yên tâm tránh được những vụ cướp xe, kiểm tra được trạng thái xe kể cả khi không ở gần xe, tìm lại xe dễ dàng khi bị mất cắp, tìm xe trong bãi, Vì thế, nhiều hãng trong và ngoài nước đã cho ra đời nhiều phiên bản với nhiều chức năng cho người sử dụng lựa chọn

Tuy nhiên, trong quá trình kiểm tra và triển khai, hầu hết thiết bị không thực

sự tối ưu về độ ổn định của tính năng, kích thước và độ bền được như mong đợi Những thiết bị lắp trên xe máy khi hoạt động sẽ phải chịu nhiều yếu tố như: nhiệt

độ, độ ẩm, rung lắc và đặc biệt là điện áp đột biến từ hệ thống điện của xe Riêng phần bảo vệ chống điện áp đột biến thì nhiều thiết bị không có Bên cạnh đó, các thiết bị trên thị trường dùng công thức chung gồm 3 phần riêng biệt là GSM, GPS

và vi điều khiển Điều này có ít lợi ích nhưng rất nhiều hạn chế Những hạn chế này

sẽ được làm rõ trong luận văn

Luận văn tập trung nghiên cứu đề tài “Ứng dụng vi mạch tích hợp SIMCOM và kỹ thuật triệt áp quá độ vào thiết bị giám sát xe máy” nhằm mục

đích nâng cao độ ổn định về tính năng, độ bền, giảm kích thước, giảm năng lượng tiêu thụ của thiết bị lắp lên xe Để đạt được mục đích nêu trên, luận văn sẽ tập trung chủ yếu vào các vấn đề chính sau đây:

1) Giới thiệu, phân tích các thiết bị xe máy hiện tại và nguyên nhân chính dẫn đến tuổi thọ thiết bị thấp, thiết bị hoạt động không ổn định, tiêu hao năng lượng ở các thiết kế cũ

2) Đề xuất vi mạch SIMCOM và kỹ thuật triệt áp quá độ vào thiết kế nhằm tăng độ bền, giảm điện năng tiêu thụ và giảm kích thước của thiết bị 3) Triển khai thực thi các cải tiến trên thiết bị lắp lên xe máy

4) Đánh giá hiệu quả của các cải tiến đã đề xuất

NỘI DUNG

Nội dung của luân văn bao gồm 5 chương

 Chương 1: Tổng quan về thiết bị giám sát xe máy

Chương này sẽ trình bày chức năng và những thiết bị giám sát xe máy đã có trên thị trường Qua đó, chương này cũng đưa ra ưu nhược điểm của thiết bị và đề ra một số hướng giải quyết cho những vấn đề này

 Chương 2: Giới thiệu vi mạch SIMCOM và áp dụng kỹ thuật triệt áp quá độ

Chương này sẽ trình bày hướng giải quyết những vấn đề đã nêu ở chương 1 bằng cách sử dụng những ưu điểm, lưu đồ trạng thái xử lý, đặc tả kỹ thuật của vi mạch SIMCOM, và tính toán từ lý thuyết đến thực tế về kỹ thuật triệt áp quá độ của điện áp đột biến, những gai này sinh ra từ hệ thống điện của xe

 Chương 3: Triển khai thực thi các cải tiến trên thiết bị lắp lên xe

Chương này giới thiệu về phần thiết kế chi tiết từ mạch nguyên lý đến layout, nguyên lý hoạt động và từ chức năng mới của thiết bị giám sát đến phần mềm điều khiển viết cho module SIMCOM

 Chương 4: Đánh giá hiệu quả của các cải tiến

Chương này trình bày các kết quả thu được khi thực hiện những cải tiến

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ THIẾT BỊ GIÁM SÁT

XE MÁY

Chương này giới thiệu về các thiết bị giám sát hành trình xe máy đang có trên thị trường và đặc điểm chung của chúng Qua đó, chương này cũng đưa ra những nguyên nhân, ưu nhược điểm của thiết bị và đề ra một số hướng giải quyết cho những vấn đề này

1.1 Giời thiệu chung về hệ thống giám sát xe máy:

Trên thị trường trong và ngoài nước hiện này, có nhiều hãng cung câp các hệ thống giám sát trên web, điện thoại khác nhau Nhưng về cơ bản, một hệ thống giám sát sẽ bao gồm những thành phần sau:

Hình 1.1 Giới thiệu thành phần hệ thống giám sát xe máy thông thường

Trong hình vẽ trên, hệ thống giám sát gồm các thành phần chính (đi từ trên xuống dưới và từ trái qua phải) là hệ thống vệ tinh GPS, phương tiện có gắn thiết bị định vị, hạ tầng mạng viễn thông, hệ thống máy chủ lưu trữ dữ liệu, hệ thống truyền dẫn internet, và hệ thống máy tính cá nhân, điện thoại Thừ nhất là hệ thống vệ tinh GPS (gồm 27 vệ tinh, 24 vệ tinh sử dụng và 3 vệ tinh để dự bị) Hệ thống này có chức năng phủ sóng GPS để thiết bị thu nhận và chuyển thành các thông tin về tọa

độ, tốc độ, độ cao,

Thừ hai là phương tiện được gắn thiết bị giám sát hành trình (hay còn gọi là hộp đen hoặc thiết bị đầu cuối) Thiết bị này có 3 thành phần chính là: GPS, GSM module, khối xử lý trung tâm Đầu tiên, GPS module trong hộp đen là thành phần nhận tín hiệu GPS phát ra từ các vệ tinh và trả về các tham số liên quan đến vị trí, tốc độ, hướng di chuyển Tiếp đến là GSM module (Có gắn SIM điện thoại) có chức năng chính là để truyền tải các thông số của xe, các thông số toạ độ về hệ thống servers thông qua hạ tầng viễn thông với công nghệ truyền dẫn GPRS hoặc SMS đến chủ xe Cuối cùng là khối xử lý trung tâm Khối này nhận nhiệm vụ quản lý, điều khiển thiết bị dựa vào tín hiệu thu thập được từ GPS, tín hiệu vào ra, …Tín hiệu điều khiển được nhận qua đường GPRS hoặc GSM, điều khiển từ xa

Thứ ba là nhà cung cấp dịch vụ viễn thông như: Viettel, Mobifone, Vinaphone… Các thiết bị sẽ được gắn SIM card của các nhà mạng này Những tin nhắn hay dữ liệu mà thiết bị thu thấp được hay cần phải trao đổi, nhận lệnh điều khiển từ người chủ được truyền dẫn thông qua sóng di động của các mạng

Thứ tư là hệ thống server có cài đặt hệ thống phần mềm giám sát xe máy dùng để cập nhật, xử lý, lưu trữ dữ liệu liên quan đến các thông số của xe và các thông số tọa độ… Từ đó, điều khiển thiết bị gắn trên xe cũng như cung cấp các dịch

vụ cho người sử dụng

Thứ năm là máy tính và thứ sáu là điện thoại ở văn phòng hay ở nhà, của người dùng hay tổ chức có nhu cầu giám sát xe máy (Phần mềm được tích hợp với

bản đồ chi tiết đầy đủ 64 tỉnh thành Việt Nam) để kết nối tới hệ thống server thông qua internet, người quản lý có thể theo dõi, giám sát, điều khiển xe máy của họ Bản

đồ số chi tiết của hệ thống dữ liệu Viettel Map hoặc bản đồ số Google Map cung cấp cho hệ thống server hoặc máy tính văn phòng và người sử dụng Người dùng có thể dùng điện thoại di động có kết nối GPRS, GSM để ra lệnh điều khiển thiết bị bằng SMS, GPRS, đầu số

1.2 Chức năng chính của hệ thống giám sát hành trình xe máy:

Hệ thống giám sát hành trình xe máy có rất nhiều chức năng Mỗi hãng có những thế mạnh riêng cung cấp cho người sử dụng Phần này của luận văn sẽ liệt kê hết những tính năng mà các hệ thống giám sát đang phát triển

Đầu tiên, khi người sử dụng mua thiết bị giám sát hành trình về, người sử dụng phải nhắn tin kích hoạt đến cho thiết bị Sau khi nhận được tin nhắn này, thiết

bị bắt đầu khởi tạo các thông số mặc định như: sử dụng remote, sử dụng còi hú, sử dụng xi nhan trong cảnh báo, … Đặc biệt là thông số máy chủ để gửi bản tin về Thông số này sẽ tồn tại đến khi nào người sử dụng thay đổi không sử dụng máy chủ này nữa Nó cũng là chỗ cung cấp thông tin cho web hay điện thoại, để người sử dụng quản lý xe của mình trên đó Kết thực quá trình kích hoạt, thiết bị sẽ khởi động lại để đảm bảo các thiết lập hoạt động một cách trơn chu Tin nhắn kích hoạt thiết bị thường là : KICHHOAT <mật khẩu người dung> Việc sử dụng mật khẩu người dùng là để thiết bị có tính cá thể hóa Người khác sẽ không thể giành quyền điều khiển thiết bị khi không có mật khẩu người dùng Trong trường hợp không may bị mất mật khẩu, người sử dụng có thể liên hệ trực tiếp với nhà cung cấp dịch

vụ để tìm lại mật khẩu Mọi thông tin trong thiết bị, các thay đổi đều được máy chủ lưu lại Khi người sử dụng muốn thay đổi mật khẩu của mình, tin nhắn: MATKHAU,<mật khẩu cũ>,<mật khẩu mới> là cái người sử dụng cần thực hiện

Thứ hai là tính năng giám sát trực tuyến trên website của hãng cũng cấp thiết

bị Khi xe máy mở khóa điện, thiết bị sẽ gửi dữ liệu định kỳ (mặc định là 10s) lần

Các thiết lập để vào mạng viettel như APN, User, Pass, đã được thiết lập mặc định Nếu có yêu cầu là APN,User, Pass này cần được thay đổi thì sẽ cập nhật trong bản firmware tiếp theo Nếu người sử dụng ở nước ngoài, có thể dùng lệnh qua tin nhắn

để thay đổi thông số APN này Thời gian gửi bản tin và cấu hình IP, Port của thiết

bị bằng tin nhắn: GPRS <tần suất gửi bản tin>,<Số gói>,<địa chỉ IP>,<cổng> Trong đó, tần suất gửi bản tin định kỳ (mặc định là 10s) là chu kỳ gửi dữ liệu về server khi xe hoạt động, số gói: mặc định hiện thời là 1, địa chỉ IP, cổng là địa chỉ server mà thiết bị sẽ gửi đến Người dùng có thể lấy thông tin cấu hình GPRS này bằng cách tin nhắn GETIP Chờ một thời gian sẽ có tin nhắn phản hồi từ thiết bị

như là: Lay Mau: 10s So goi: 1 goi IP: 103.1.210.167 PORT: 8009 Trong thời gian

xe của người sử dụng trong trại thái ngắt khóa điện, thiết bị sẽ đi vào trạng thái tiết kiệm năng lượng Gửi mặc định 30p/ lần Thông số này sẽ thay đổi được trong bản firmware tiếp theo Khi thời gian ngắt khóa điện lâu hơn 2 ngày, thiết bị sẽ đi vào trạng thái ngủ sâu và tắt hết các chức năng phụ để tiết kiệm acquy cho xe máy Dưới đây là hình ảnh quãng đường thiết bị đi trên web:

Hình 1.2 Giám sát thiết bị trực tuyến trên webserver

Thứ ba là tính năng xác định tọa độ xe bằng thông tin từ các trạm BTS (CELL ID) Chức năng này sẽ phát huy tác dụng khi người sử dụng không nhận được thông tin về tọa độ GPS hoặc module GPS bị hỏng Nhược điểm là độ chính xác tương đối kém, sai số từ 100 mét - 2Km tùy mật độ trạm BTS xung quanh thiết

bị Để kiểm tra tọa độ bằng tính năng này, người sử dụng nhắn tin: CELLID Sau khi nhận được lệnh nhắn đến Thiết bị sẽ xử lý một 15s để tìm các trạm xung quanh Sau đó, thiết bị sẽ trả lời bằng tin nhắn tới số người sử dụng Tuy từng thông tin thu thập được dài hoặc ngắn mà thiết bị sẽ nhắn 2 tin hoặc 1 tin Về cơ bản thiết bị sẽ nhắn 2 tin, và người sử dụng cần ghép 2 tin này lại như bản tin mẫu này: {"token":

"5176610696","radio":"gsm","mcc":310,"mnc":410,"cells":[{"lac":7033,"cid":17811},{"lac":7033,"cid":17812,"signal":-60,"tA":13},{"lac":7033,"cid":18513},{"lac": 7033,"cid":16383},{"lac":7033,"cid":12812},{"lac":7033,"cid":12811}],"address":1} Sau khi nhận được tin trả lời, người sử dụng copy thông tin này và paste vào trang web: https://unwiredlabs.com/api Hình ảnh trang web:

Hình 1.3 Giám sát thiết bị thông qua các trạm BTS

Thứ tư là tính năng cập nhật firmware từ xa Trong quá trình phát triển phần mềm, những lỗi nhỏ gây giảm hiệu năng hoạt động thiết bị là rất dễ gặp phải Với tính năng này, người sử dụng sẽ yên tâm hơn khi thiết bị của mình nếu xảy ra lỗi, hãng sản xuất có thể giúp người sử dụng sửa chữa từ xa Hoặc, khi có bản firmware mới để thiết bị chạy ổn định hơn, máy chủ sẽ tự động tải firmware mới này xuống

để nâng cấp bản hiện tại Tính năng này người sử dụng sẽ thấy giống với tính năng cập nhật của window Microsoft sau khi phát hành các bản window, mỗi lần có lỗi xảy ra, họ sẽ phát hành các bản vá Bản vá này được tải qua window update và được cài đặt tự động Qua đó, hệ thống máy tính sẽ hoạt động được ổn định và tránh được các tấn công của hacker vào lỗi đó

1.3 Tính năng của thiết bị giám sát xe máy

Phần trên của luận văn đã đề cập đến những tính năng chính của hệ thống giám sát xe máy Tuy nhiên, để hệ thống vận hành, thiết bị giám sát mới là thứ đầu tiên cần được nhắc đến Đơn giản là vì thiết bị là nơi sẽ cung cấp thông tin cho server hoạt động, thiết bị được lắp lên xe của người sử dụng, thiết bị sẽ can thiệp trực tiếp vào hệ thống điện xe để có thể điều khiển, tìm kiếm xe ,… Dưới đây, luận văn sẽ liệt kê các tính năng phổ biến của các thiết bị trên thị trường

Thứ nhất phải kể đến đầu tiên đó là tính năng thu thập dữ liệu GPS Trên thiết bị có module để bắt các tín hiệu từ vệ tinh GPS Từ đó, tọa độ, thời gian, vận tốc được tính toán và gửi về server dưới dạng các bản tin định kỳ Tần xuất gửi tin, người sử dụng có thể thay đổi thông qua tin nhắn hoặc lệnh từ server xuống Nhưng thông tin này sẽ được server lưu lại trong database Mỗi lần muốn xem lại hành trình đã đi hay kiểm tra trạng thái xe, ra lệnh cho xe, người sử dụng chỉ việc vào trang web, đăng nhập bằng tải khoản của mình đã được cấp và xem

Thứ hai là tính năng tìm xe trong bãi Tính năng này giúp người sử dụng có thể dễ dàng tìm thấy xe mình, nhất là khi để xe ở những bãi để xe lớn như royal city hay mỹ đình park Người sự dụng có nhiều cách để tìm vị trí của xe như soạn tin nhắn MOKHOA để xe nháy đèn và hú còi 2 tiếng Qua đó, người sử dụng sẽ biết

được vị trí của xe mình Cách thứ hai là sử dụng cuộc gọi đến thiết bị Người sử dụng đơn giản chỉ việc nháy máy Thiết bị sẽ nháy đèn hú còi liên tục để báo cho người sử dụng biết vị trí Tuy nhiên, khi để xe dưới hầm hay những chỗ không có sóng di động, người sử dụng sẽ không thể dùng 2 cách trên Cách cuối cùng để để tìm xe sẽ loại bỏ được nhược điểm của 2 cách trên, đó là tìm xe bằng remote Tuy nhiên, với cách này cũng phát sinh một nhược điểm đó là tiêu thụ năng lượng acquy

và khả năng phủ sóng chỉ trong bán kính 50 m đổ lại Nhưng do bãi đỗ xe hiện tại cũng ko quá lớn nên hoàn toàn có thể đáp ứng được phần lớn nhu cầu của người sử dụng

Tính năng thứ ba liên quan đến an toàn của xe, đó là tính năng khóa và mở khóa xe máy Tính năng an toàn này giành cho chủ xe Khi bị mở khóa trái phép (đang để khóa mà xe bị mở khóa điện), xe sẽ nháy đèn, hú còi liên tục và xe sẽ không thể mở khóa chạy nếu không có lệnh mở khóa xe Sau khoảng 5 lần hú còi, thiết bị sẽ gọi điện đến cho người sử dụng để cảnh bảo Nếu người sử dụng không bắt máy, thiết bị sẽ gửi tin nhắn cảnh bảo Để kích hoạt tính năng này, người sử dụng có nhiều cách như khóa/ mở khóa bằng remote: bấm nút khóa thiết bị sẽ khóa

xe và bật tính năng cảnh bảo; để tắt tính năng này chúng ta bấm nút mở khóa trên remote Hoặc người sử dụng có thể sử dụng tin nhắn nếu như không ở gần xe Cú pháp tín nhắn đơn giản để bật tính năng an toàn này là KHOAXE Để sử dụng bình thường, người sử dụng nhắn tin MOKHOA Cách cuối cùng để thuận tiện hơn cho người sử dụng đó là dùng nháy máy để khóa và mở khóa

Tính năng thứ tư là cảnh báo rung lắc Xe máy sau khi tắt máy sẽ tự động kích hoạt chế độ cảnh bảo rung lắc để đề phòng người khác tác động trái phép vào

xe Khi rung lắc lâu hơn 10s, thiết bị sẽ gửi tin nhắn cảnh báo đến cho người sử dụng Khi hết rung lắc, thiết bị sẽ thiết lập lại thông số và tiếp tục cảnh bảo khi có rung lắc tiếp Để sử dụng tính năng này, người sử dụng cần kích hoạt bằng cách nhắn tin: BAORUNG 1 Nếu không muốn sử dụng tính năng này, người sử dụng nhắn tin: BAORUNG 0 Lưu ý rằng, khi kích hoạt tính năng này, xe tải lớn đi qua làm rung thiết bị cũng có thể gây ra những cảnh bảo phiền đến người sử dụng

Thứ năm là tính năng không phải thiết bị nào trên thị trường cũng có, đó là tính năng mở điện xe không cần chìa khóa Tính năng được nảy sinh khi người sử dụng bị mất chìa khóa hoặc để khóa xe trong cốp Với tính năng này, thiết bị sẽ tự đóng khóa điện để xe khởi động và chạy xe như bình thường Để sử dụng, người dùng chỉ việc bấm nút mở khóa điện xe trên điều khiển hoặc nhắn SMS Nếu muốn thuận tiện hơn, người sử dụng có thể dùng lệnh CALL Tuy nhiên, trước khi dùng call, người sử dụng phải bật trạng thái TIENLOI của thiết bị lên Cũng do đi xe không cần chìa nên người sử dụng không thể dùng chìa để tắt máy Do vậy, các cách tắt máy khi xe đang vào chế độ đi xe không cần chìa là sử dụng nút khóa xe trên remote, nhắn tin DIENXE 0 hoặc KHOAXE Hoặc nếu đang bật trạng thái TIENLOI, người sử dụng có thể nháy máy vào thiết bị để tắt máy

Thứ sáu là tính năng tự động khóa xe sau 30s và CALLđể mở khóa Khi xe tắt khóa điện, thiết bị sẽ tự động nhận biết và bắt đầu đếm khoảng 25-30s để đi vào trạng thái khóa xe Để mở khóa, người sử dụng nháy máy vào thiết bị Người sử dụng muốn dùng tính năng nay thì cần phải kích hoạt nó bằng tin nhắn: ANTOAN

0 Khi bật tính năng này, người dùng sẽ có thêm 2 tính năng kèm theo, đó là nhận được thông tin trạng thái của thiết bị bằng cách khi nháy vào số điện thoại của thiết

bị trong khi xe của người dùng đang mở khóa điên Tính năng thứ hai là tìm kiếm

xe trong bãi bằng cách nháy máy mở khóa Xe sẽ phát ra tiếng còi và nháy đèn

Thứ bảy là tính năng khóa và mở khóa xe bằng cách nháy máy Khi xe đang trong trạng thái mở khóa, người sử dụng nháy máy -> Thiết bị sẽ khóa xe và kêu 2 tiếng, nháy đèn 2 lân Khi xe đang trong trạng thái khóa, người sử dụng nháy máy -

> Thiết bị sẽ mở khóa xe và kêu 3 tiếng, nháy đèn 3 lần Khi sử dụng tính năng này, người sử dụng có thêm tính năng tìm xe trong bãi bằng cách nháy máy Tuy nhiên, nhược điểm là người sử dụng sẽ phải nhớ xem xe mình đang trong trạng thái mở khóa hay khóa Nếu không nhớ, người sử dụng cứ mở khóa bằng chìa của mình, nếu

xe kêu nhiều tiếng -> Xe đang khóa Để sử dụng tính năng này, người sử dụng cần phải kích hoạt bằng tin nhắn ANTOAN 1 Sau khi kích hoạt tính năng này thì trạng thái TIENLOI hay ANTOAN 0 sẽ không có tác dụng

Thứ tám là tính năng cảnh bảo acquy khi gần hết Thiết bị sẽ cập nhật thông tin về điện áp acquy liên tục Khi acquy xe xuống dưới mức được thiết lập từ trước, thiết bị sẽ nhắn tin cảnh báo đến người sử dụng Sau đó, thiết bị sẽ đi vào trạng thái siêu tiết kiệm để tránh kiệt acquy Người sử dụng khi nhận được tin nhắn cảnh bảo cần phải khởi động xe để sạc acquy hoặc tháo thiết bị ra nếu không muốn kiệt acuy Trong phiên bản tiếp theo của thiết kế, thiết bị sẽ được trang bị thêm công tắc điện

tử để tắt đi khi không dùng đến nữa

Ngoài các tính năng thiết bị giám sát đã kể trên, người sử dụng còn có một số các câu lệnh để kiểm tra tình trạng hoạt động của thiết bị Một trong số đó có thể kể đến là tính năng kiểm tra thông tin tài khoản SIM từ xa qua tin nhắn Do tài khoản người dùng có 2 tài khoản là tài khoản chính và tài khoản phụ Do đó, thiết bị cũng được lập trình để kiểm tra 2 tài khoản này Để kiểm tra tài khoản chính, người sử dụng nhắn tin theo cú pháp: TAIKHOANCHINH Thông tin sẽ được thiết bị phản hồi trong giây lát sau khi kiểm tra tài khoản Để kiểm tra tài khoản phụ, người sử dụng nhắn tin theo cú pháp: TAIKHOANPHU Thông tin sẽ được thiết bị phản hồi trong giây lát sau khi kiểm tra tài khoản Sau khi kiểm tra tài khoản trên SIM, người

sử dụng có thể nạp tiền từ xa cho tài khoản mà không cần phải tháo sim ra bằng cách soạn tin nhắn: NAPTHE <mã thẻ cào> Với cụm tính năng liên quan đến SIM này, người sử dụng hoàn toàn không cần can thiệp vào thiết bị mà vẫn duy trì tình trạng hoạt động cho số điện thoại dùng cho thiết bị Mặt khác, người dùng muốn kiểm tra thông tin trạng thái hiện tại của xe như vận tốc, tọa độ, tính trạng acquy, xe đang trong trạng thái khóa hay không khóa, sử dụng hay không sử dụng xinhan,… Người sử dụng đơn giản chỉ việc nhắn tin TRANGTHAI Thiết bị sẽ tổng hợp các thông tin ở trạng thái hiện tại của xe và gửi trả lại cho người sử dụng

Trong quá trình làm việc với thiết bị, nếu người dùng không muốn tốn tiền tin nhắn thì có thể sử dụng tính năng điều khiển thiết bị qua GPRS Hay nói khác đi, người sử dụng vào trang web quản lý và điều khiển từ đó xuống cho thiết bị Tính năng này hơi bất tiện ở chỗ: Người sử dụng phải bật truyền dữ liệu Qua đó, thời

gian ra lệnh cho thiết bị sẽ bị kéo dài hơn Trong một số trường hợp kíp bách sẽ không thể kịp

1.4 Đánh giá chung các thiết bị giám sát hành trình xe máy

Qua khảo sát các thiết bị hiện có trên thị trường như X100, ZTE và một số thiết bị của Trung Quốc, luận văn đã thấy phát sinh một số các nhược điểm cẩn phải khắc phục Mục đích của luân văn chính là sử dụng các công nghệ mới nhằm tạo ra thiết bị không bị những nhược điểm này

1.4.1 Nhược điểm:

Nhược điểm đầu tiên và cũng là quan trọng nhất chính là việc tiêu tốn nhiều năng lượng của acquy Như mọi người đều biết, mỗi xe máy khi được sản xuất ra đều được trang bị một acquy có dung lượng cần thiết để khởi động hệ thống điện xe

và động cơ Khi chúng ta lắp thêm thiết bị, đồng nghĩa với việc năng lượng của acquy bị chia sẻ Qua đó, hệ thống điện xe sẽ bị ảnh hưởng Đa số các thiết bị hiện tại trên thị trường có dòng tiêu thụ lúc nghỉ lớn hơn 10 mA Có những thiết bị, thậm chí còn hơn 20 mA Điều này dẫn tới nhiều hệ lụy như xe của khách hàng không nổ được máy, chết acquy, … Bên cạnh đó, việc tiêu tốn nhiều năng lượng trong thời gian chờ cũng làm cho thiết bị hoạt động không ổn định khi điện áp acquy bị tụt xuống một mức điện áp nào đó

Nhược điểm thứ hai là các biện pháp bảo vệ thiết bị tránh những điện áp đột biến được sinh ra do hệ thống điện trên xe Nếu bảo vệ đầu nguồn của thiết bị kém thì tuổi thọ thiết bị giảm thậm chí hỏng mạch sau thời gian ngắn sử dụng Và đa số thiết bị trên thị trường không có bảo vệ đầu vào hoặc có nhưng không triệt để Những thiết bị có bảo vệ đầu vào là bảo vệ chống quá một điện áp nào đó, thiết bị

sẽ không hoạt động Nhưng những biệt pháp bảo vệ này phản ứng rất chậm với điện

áp đột biến Thậm chí, nguồn của thiết bị đã bị đánh hỏng thì biện pháp bảo vệ đó mới hoạt động Những điện áp đột biến này là do máy phát trên xe tạo ra Điện áp

đột biến lớn có thể lên đến 87V với máy phát điện giành cho hệ thống xe dùng acquy 12VDC

Nhược điểm thứ ba cần phải nhắc đến đó là kích thước của đa số thiết bị đều lớn, do việc tích hợp nhiều linh kiện trên mạch Như chung ta thấy, xe máy không

có nhiều khoảng trông để lắp thiết bị như oto Do đó, thiết bị càng nhỏ gọn bao nhiêu thì khi lắp vào xe sẽ càng thuận tiện bấy nhiêu Nguyên nhân chính dẫn đến việc thiết bị lớn là do sử dụng riêng rẽ các module GPS, GSM, khối xử lý trung tâm

và một số linh kiện không thực sự cần thiết

Nhược điểm thứ tư là thiết bị không điều khiển được khi đi vào vùng mất sóng di động hoặc điều khiển qua di động sẽ bị chậm Bên cạnh đó, thiết bị cũng không xác định được vị trí khi bị che khuất Đầu tiên là thiệt bị không điều khiển được khi đi vào vùng mất sóng di động: Sóng di động phủ sóng toàn quốc, đến từng

hộ gia đình, tỉ lệ mất sóng thực sự rất khó xảy ra nhưng ở đâu đó vấn có Một ví dụ điển hình là xe để trong các tầng hầm chung cư nhỏ hoặc trong nhà ở ngõ nhỏ (nơi

mà sóng di đông không thể xuyên tới) Khi đó, người sử dụng sẽ không thể điều khiển được xe nữa Mặt khác, việc sử dụng điều khiển từ xa qua di động cũng làm mất thời gian của người sử dụng Ví dụ, để tắt hoặc bật tính năng an toàn cho xe (cảnh báo khi có mở khóa xe trái phép, ngắt điện xe), người sử dụng mất không dưới 10s cho tính năng này Và thiết bị không xác định được vị trí khi bị che khuất hay để xe trong nhà Vệ tinh GPS chỉ có tác dụng khi ở ngoài trời, mật độ che khuất thấp Nếu thiết bị đi vào vùng che khuất cao như đi vào ngõ hẻm, để xe trong nhà, tầng hầm hay thậm chí bị hỏng anten GPS,… sẽ dẫn đến không định vị được vị trí

Nhược điểm cuối cùng và cũng là nhược điểm khiến nhiều người sử dụng còn băn khoăn khi sử dụng kiểu khóa công nghệ cao này, đó là giá thành sản phẩm cao so với tính năng mà thiết bị mang lại cho người sử dụng Thiết bị đang có trên thị trường chưa có nhiều tính năng và tối ưu về mặt phần cứng của thiết bị Nhưng giá thiết bị hiện tại đến tay người sử dụng vào khoảng 2 triệu đồng kèm bản hợp đồng 1 năm sử dụng dịch vụ giám sát trực tuyến Nếu sử dụng trong các năm tiếp

theo, người sử dụng cần phải trả khoảng 300K mỗi năm Với mức giá so với tính năng đã kể ở trên thì không phải người tiêu dùng nào cũng dám bỏ ra

1.4.2 Đề xuất giải pháp khắc phục các nhược điểm

Trong mục này, luận văn sẽ nêu ra một cách khái quát các biện pháp khắc phục cho từng nhược điểm Về cơ bản, việc áp dụng hai công nghệ là vi mạch nhúng của SIMCOM và kỹ thuật triệt áp quá độ đã giải quyết được các nhược điểm nêu trên

Đầu tiên là việc sử dụng vi mạch nhúng SIMCOM Đại diện ưu tú cho dòng

vi mạch nhúng của hãng SIMCOM này là module SIM928A Trong sim928A, chúng ta thấy 3 module là GPS, GSM và vi xử lý trung tâm được ghép vào làm 1 với dòng tiêu thụ lúc để chờ (tắt GPS) chỉ là 1,7 mA ở 3.8V[1] Với dòng tiêu thụ này ở 12V, dùng nguồn xung thì nó chỉ còn dưới 1 mA Quá đó khác phục được nhược điểm đầu tiên và cũng là quan trọng nhất, đó là dòng tiêu thụ của thiết bị giám sát Tiêu thụ càng ít năng lượng bao nhiêu thì điện xe càng ít ảnh hưởng bấy nhiêu Và người sử dụng cũng sẽ không lo một ngày nào đó xe mình không khởi động được

Tiếp theo là việc tích hợp cả 3 module vào trong 1 linh kiện có diện tích chỉ khoảng 30x30x3 mm[1] Một diện tích nhỏ hơn đáng kể với việc dùng 3 module rời khác nhau (tối thiểu 50x50x3 mm) Việc khác phục được nhược điểm thứ 3 về kích thước thiết bị sẽ cho ta nhiều không gian để lắp thiết bị vào xe, cũng như việc thêm các tính năng khác trong tương lại

Thứ ba là việc sử dụng vi mạch tích hợp SIMCOM sẽ cho ta kết quả nhanh hơn trong việc định vị xe qua trạm BTS của nhà mạng (CELL ID) Chỉ với một vài dòng code điều khiển cho vi mạch, người phát triển đã có thể lấy được các thông tin của trạm BTS Với việc định vị này, dù xe của người sử dụng có đi vào vùng bị che khuất nhiều hay để xe trong nhà, thiết bị vẫn có thể được định vị vị trí

Thứ tư là việc sử dụng vi mạch tích hợp cả 3 module GPS, GSM và khối xử

lý trung tâm vào làm 1 sẽ làm cho giá thành giảm xuống so với việc sử dụng 3 module rời

Nhược điểm quan trọng thứ 2 của các thiết bị hiện có trên thị trường đó là phần bảo vệ nguồn Giải pháp được đề xuất là sử dụng kết quả nghiên cứu về kỹ thuật triệt áp quá độ để khắc phục nhược điểm này[2] Đại diện cho kỹ thuật này là

sử dụng các diode TVS Ưu điểm của diode này là cho thời gian đáp ứng với những điện áp đột biến rất nhanh Qua đó, linh kiện diode sẽ tiêu giảm hết các gai gây nguy hiểm, giảm tuổi thọ cho thiết bị Mặt khác, TVS diode này tương đối nhỏ gọn

và giá thành thấp hơn so với các biện pháp mà thiết bị hiện có trên thị trường sử dụng Thiết bị trên thị trường sử dụng bây giờ là loại MOSFET đóng mở khi quá áp Nhược điểm của nó là diện tích tích hợp khá lớn và giá thành cao Do đó, TVS diode cũng góp phần làm giảm diện tích và giảm giá thành sản phẩm

Bên cạnh đó, giải pháp đứa ra cho trường hợp thiết bị đi vào vùng không có sóng di động đó là sử dụng điều khiển từ xa qua công nghệ truyền RF 2,4 GHz[3]

Do giới hạn của luận văn không bao gồm giải pháp này nên sẽ nêu sơ qua tại đây Khoảng cách truyền sóng RF của module CC2543 lên đến 50 m hoặc có thể xa hơn nếu dùng IC khuếch đại công suất kèm theo Do quá trình truyền tín hiệu qua RF là dạng dữ liệu nên có thể áp dụng nhiều thuật toán để bảo mật cho người dùng, đặc biệt tránh việc trùng lặp điều khiển Sử dụng chip CC2543 RF 2,4 GHz có tính năng tiết kiệm năng lượng rất tốt

Tóm lại, chương thứ nhất của luận văn là tập trung chủ yếu vào việc giới thiệu

hệ thống giám sát, chức năng chính của thiết bị hiện có trên thị trường, những nhược điểm của chúng, và đề xuất sử dụng vi mạch nhúng SIMCOM và kỹ thuật triệt áp quá

độ để khắc phục các nhược điểm đã nêu ra ở phía trước Trong các chương tiếp theo, luận văn sẽ giới thiệu chi tiết hơn Cụ thể là trong chương 2, luận văn sẽ giới thiệu chi tiết đặc tả kỹ thuật, cách lập trình, sơ đồ cấu trúc và cách chế độ hoạt động của vi mạch SIMCOM Phần 2 của chương 2 sẽ trình bày về chuẩn ISO 7637-2:2004[4] giành cho

kỹ thuật triệt áp quá độ và đề xuất sử dụng linh kiện TVS diode

CHƯƠNG 2 GIỚI THIỆU VI MẠCH SIMCOM VÀ KỸ

THUẬT TRIỆT ÁP QUÁ ĐỘ

Chương này sẽ trình bày hướng giải quyết những vấn đề đã nêu ở chương 1 bằng cách sử dụng những ưu điểm, lưu đồ trạng thái xử lý, đặc tả kỹ thuật của vi mạch nhúng SIMCOM, và tính toán từ lý thuyết đến thực về kỹ thuật triệt áp quá độ của điện áp đột biến, những gai này sinh ra từ hệ thống điện của xe

2.1 Vi mạch nhúng SIMCOM [1]

Trước khi tìm hiểu cách làm việc, cách lập trình của vi mạch nhúng SIMCOM, chúng ta cần làm quen với khái niệm vi mạch nhúng Vi mạch nhúng tồn tại rất nhiêu xung quanh chúng ta

Hệ thống nhúng thường được thiết kế để thực hiện một chức năng chuyên biệt nào đó Khác với các máy tính đa chức năng, chẳng hạn như máy tính cá nhân, một hệ thống nhúng chỉ thực hiện một hoặc một vài chức năng nhất định, thường đi kèm với những yêu cầu cụ thể và bao gồm một số thiết bị máy móc và phần cứng chuyên dụng mà ta không tìm thấy trong một máy tính đa năng nói chung Vì hệ thống chỉ được xây dựng cho một số nhiệm vụ nhất định nên các nhà thiết kế có thể

tối ưu hóa nó nhằm giảm thiểu kích thước và chi phí sản xuất Các hệ thống nhúng thường được sản xuất hàng loạt với số lượng lớn Hệ thống nhúng rất đa dạng, phong phú về chủng loại Đó có thể là những thiết bị cầm tay nhỏ gọn như đồng hồ

kĩ thuật số và máy chơi nhạc MP3, hoặc những sản phẩm lớn như đèn giao thông,

bộ kiểm soát trong nhà máy hoặc hệ thống kiểm soát các máy năng lượng hạt nhân Xét về độ phức tạp, hệ thống nhúng có thể rất đơn giản với một vi điều khiển hoặc rất phức tạp với nhiều đơn vị, các thiết bị ngoại vi và mạng lưới được nằm gọn trong một lớp vỏ máy lớn

Các thiết bị PDA hoặc máy tính cầm tay cũng có một số đặc điểm tương tự với hệ thống nhúng như các hệ điều hành hoặc vi xử lý điều khiển chúng nhưng các thiết bị này không phải là hệ thống nhúng thật sự bởi chúng là các thiết bị đa năng, cho phép sử dụng nhiều ứng dụng và kết nối đến nhiều thiết bị ngoại vi

Các vi điều khiển thường có các thiết bị ngoại vi được tích hợp trên chip nhằm giảm kích thước của hệ thống Có rất nhiều loại kiến trúc CPU được sử dụng trong thiết kế hệ nhúng như ARM, MIPS, Coldfire/68k, PowerPC, x86, PIC, 8051, Atmel AVR, Renesas H8, SH, V850, FR-V, M32R, Z80, Z8 … Điều này trái ngược với các loại máy tính để bàn, thường bị hạn chế với một vài kiến trúc máy tính nhất định Các hệ thống nhúng có kích thước nhỏ và được thiết kế để hoạt động trong môi trường công nghiệp thường lựa chọn PC/104 và PC/104++ làm nền tảng Những hệ thống này thường sử dụng DOS, Linux, NetBSD hoặc các hệ điều hành nhúng thời gian thực như QNX hay VxWorks Còn các hệ thống nhúng có kích thước rất lớn thường sử dụng một cấu hình thông dụng là hệ thống on chip (System

on a chip – SoC), một bảng mạch tích hợp cho một ứng dụng cụ thể (an specific integrated circuit – ASIC) Sau đó nhân CPU được mua và thêm vào như một phần của thiết kế chip Một chiến lược tương tự là sử dụng FPGA (field-programmable gate array) và lập trình cho nó với những thành phần nguyên lý thiết

application-kế bao gồm cả CPU

Hệ thống nhúng giao tiếp với bên ngoài thông qua các thiết bị ngoại vi, ví dụ như chuẩn giao tiếp kết nối nối tiếp Serial Communication Interfaces (SCI): RS-

232, RS-422, RS-485; chuẩn kết nối nối tiếp đồng bộ Synchronous Serial Communication Interface: I2C, JTAG, SPI, SSC và ESSI; chuẩn bus kết nối nối tiếp toàn cầu Universal Serial Bus (USB) Kết nối với các mạng Networks: Controller Area Network, LonWorks và các chân tín hiệu số, tín hiệu tương tự vào ra khác Trong mỗi hệ thống nhúng cũng có các bộ định thời khác nhau để lập trình thực thi các nhiệm vụ khác nhau

Các hệ thống nhúng thường nằm trong các cỗ máy được kỳ vọng là sẽ chạy hàng năm trời liên tục mà không bị lỗi hoặc có thể khôi phục hệ thống khi gặp lỗi

Vì thế, các phần mềm hệ thống nhúng được phát triển và kiểm thử một cách cẩn thận hơn là phần mềm cho máy tính cá nhân Ngoài ra, các thiết bị rời không đáng tin cậy như ổ đĩa, công tắc hoặc nút bấm thường bị hạn chế sử dụng Việc khôi phục

hệ thống khi gặp lỗi có thể được thực hiện bằng cách sử dụng các kỹ thuật như watchdog timer – nếu phần mềm không đều đặn nhận được các tín hiệu watchdog định kì thì hệ thống sẽ bị khởi động lại

Tiếp theo là khái niệm vi mạch tích hợp Vi mạch tích hợp là mạch điện tử tích hợp nhiều các linh kiện như tụ điện, điện trở, transistor, với số lượng lớn, ghép lại với nhau theo một quy tắc đã được thiết kế sẵn nhằm đáp ứng mục đích sử dụng nào đó

Một vi mạch tích hợp bao gồm một chip đơn tinh thể silic có chứa các linh kiện tích cực và linh kiện thụ động cùng dây nối giữa chúng Các linh kiện này được chế tạo bằng công nghệ giống như công nghệ chế tạo điôt và tranzito riêng rẽ Quá trình công nghệ này gồm việc nuôi cấy lớp epitaxi, khuếch tán tạp chất mặt nạ, nuôi cấy lớp oxit, và khắc oxit, sử dụng ảnh in li tô để định rõ các giản đồ

Vậy, vi mạch tích hợp (Integrated circuits - viết tắt là IC) là sản phẩm của kỹ thuật vi điện tử bán dẫn Nó gồm các linh kiện tích cực như tranzito, điôt , các linh kiện thụ động như điện trở, tụ điện, cuộn cảm, và các dây dẫn, tất cả được chế tạo

trong một qui trình công nghệ thống nhất, trong một thể tích hay trên một bề mặt của vật liệu nền Mỗi một loại vi mạch tích hợp chỉ giữ một hoặc vài chức năng nhất định nào đó

2.1.2 Giới thiệu vi mạch nhúng SIMCOM[1]

Vi mạch nhúng SIMCOM được sản xuất tại Trung Quốc và xuất khẩu đi các nước trên thế giới Trong luận văn này, chúng ta sẽ tìm hiểu về module SIM928A là một trong những vi mạch nhúng SIMCOM phổ biến trên thế giới

Được thiết kế để phân phối trên toàn cầu, SIM928A tích hợp GSM/ GPRS và GPS có hiệu năng cao 2 phần này nằm tách rời nhau GSM/GPRS hỗ trợ 4 băng tần

là GSM850 Mhz, EGSM900, DCS 1800 và PCS 1900 MHz SIM928A cho phép sử dụng GPRS đa đường lớp 10 và hỗ trợ mã hóa GPRS CS-1, CS-2, CS-3 và CS-4

Module GPS được tích hợp trên module SIM928A có độ nhạy cao, thời gian khởi động nhanh (Time-To-First_Fix TTFF) và độ chính xác cáo Với việc tích hợp sẵn LNA trong mình, người sử dụng không nhất thiết phải thêm LNA bên ngoài SIM928A có thể định vi ngay cả khi tín hiệu xuống -167 dBm mà không có mạng

hỗ trợ Mặt khác, công suất tiêu thụ cũng rất thấp (khi đang tìm kiếm khoảng 25

mA, khi đang định vị khoảng 21 mA) Module GPS hỗ trợ nhiều kiểu định vị và theo giõi, bao gồm GALILEO, QZSS, SBAS(WAAS, EGNOS, GAGAN), MSAS), DPGS(RTCM), và A-GPS

Với việc tích hợp cả 3 module GPS, GSM, và bộ xử lý trung tâm vào một module nhỏ gọn, kích thước (30x30x3 mm), SIM928A có thể được tích hợp vào những ứng dụng người dùng yêu cầu độ nhỏ gọn như M2M, smartphone, PDA, tracker và các thiết bị mobile khác

Module SIM928A có 80 chân, cung cấp nhiều giao tiếp giữa module và bo mạch của người sử dụng như: Cổng nối tiếp và cổng debug sẽ giúp người sử dụng phát triển ứng dụng của họ một cách dễ dàng; cổng nối tiếp không đồng bộ từ module GPS tới khối xử lý trung tâm; kênh audio bao gồm 2 đầu vào và 2 đầu ra,

người sử dụng có thể dễ dàng thiết lập bằng lệnh AT để điều khiển phát audio; hỗ trợ sạc pin cho các thiết bị dùng pin; hỗ trợ lập trình cho tín hiệu vào ra; bàn phím

và chuẩn hiển thị SPI sẽ mang lại cho người sử dụng sử thuận tiên để phát triển ứng dụng; định dạng giao thức NMEA cho giải pháp định vị; 33 kênh theo dõi/ 99 kênh tìm kiếm trong bộ nhận GPS có độ chính xác <2,5m CEP

SIM928A được thiết kế với công nghệ tiết kiệm năng lượng Dòng tiêu thụ lúc ngủ có thể xuống tầm 1,7 mA (GPS tắt) ở 4V Nếu sử dụng nguồn xung và điện

áp cung cấp là acquy 12 V thì dòng tiêu thu dưới 1 mA cho module SIMCOM 928A Với mức tiêu này, người sử dụng có thể yên tâm về thời gian chờ với xe máy

SIM928A tích hợp giao thức TCP/IP và TCP/IP mở rộng bằng lệnh AT Dữ liệu khi truyền qua giao thức TCP/IP sẽ đảm bảo không bị mất gói tin

2.1.3 Những đặc điểm nổi trội của module SIM928A

Các bảng sau sẽ nêu lên một cách chi tiết và tổng kết những ưu điểm nối trội của modile SIM928A Những ưu điểm này chính là lý do mà luận văn quyết định sử dụng vi mạch nhúng của SIMCOM chứ không phải của một hãng nào khác Đầu tiên là bảng giới thiệu sơ bộ về phần GSM, các chuẩn kết nối và năng lượng tiêu thụ

trên module SIM928A

Bảng 1: Đặc điểm chung của module SIM928A[1]

Điện áp hoạt động 3,2V ~ 4,8V

Chế độ tiết kiệm Tiêu thụ 1,2 mA trong chế độ ngủ (BS-PA-MFRMS =

9, GPS tắt)

Bộ sặc pin Hỗ trợ điều khiển sặc pin cho pin Li-Ion

Băng tần sử dụng Hỗ trợ 4 băng tần GSM850, EGSM900, DCS1800,

PCS 1900 Công suất đỉnh lúc truyền Tiêu tốn 2W khi sử dụng GSM850 và EGSM900

Tiêu tốn 1W khi sử dụng DCS1800 và PCS 1900 Kết nối GPRS Hỗ trợ GPRS đa đường lớp 10

Nhiệt độ hoạt động Hoạt động bình thường: -30 o

C ~ +80 oC Nhiệt độ hạn chế: -40oC ~ -30 oC và +80 oC ~ +85o+C Nhiệt độ bảo quản: -45oC ~ 90oC

GPRS Tốc độ truyền tải lên tối đa: 85,6 kbps

Tốc độ truyền tải xuống tối đa: 42,8 kpbs

Sơ đồ mã hóa: CS-1, CS-2, CS-3, CS-4 Tích hợp giao thức TCP/IP

Hỗ trợ kênh điều khiển quảng bá gói (PBCCH)

USSD Hỗ trợ dữ liệu dịch vụ bổ sung phi cấu trúc (USSD)

Lưu trữ SMS: SIM card

Giao thức SIM Hỗ trợ SIM card: 1,8V và 3V

Antenna ngoài Hỗ trợ anten pad

Đặc điểm audio Chế độ mã hóa giọng nói:

+ Half Rate (ETS 06.20) + Full Rate (ETS 06.10) + Enhanced Full Rate (ETS 06.50/06.60/06.80) + Adaptive multi rate (AMR)

+ Echo Cancellation + Noise Suppression Cổng truyền dẫn nối tiếp

và cổng debug

Cổng truyền dẫn nối tiếp:

+ Giao tiếp đầu đủ với moderm từ trạng thái và đường điều khiển, không đồng bộ và không cân bằng

+ Tốc độ từ 1200 bps tới 115200 bps + Có thể sử dụng tệp lệnh AT hoặc truyền dữ liệu

+ Hỗ trợ phần cứng RTS/CTS trong chế độ bắt tay và điều khiển ON/OFF bằng phần mềm

+ Hỗ trợ tốc độ truyền tự động từ 1200 bps tới 57600 bps

Cổng debug:

+ Giao tiếp DBG_TXD và DBG_RXD + Có thể sử dụng để debug hoặc cập nhất firmware Quản lý số điện thoại Hỗ trợ nhiều loại quản lý số điện thoại: SM, FD, LD,

RC, ON, MC Đồng hồ thời gian thực Hỗ trợ đồng hồ thời gian thực

Đặc tuyến vật lý Kích thước: 30x30x3 mm

Nặng: 5,3g Cập nhật firmware Hỗ trợ cập nhất firmware qua cổng debug

Bảng tiếp theo là giới thiệu phần GPS trong module SIM928A của SIMCOM Công nghệ GPS mới nhất được áp dụng trong module:

Bảng 2: Hiệu năng của module GPS

Hiệu năng khi

chuyển động

Thời gian cho

Trong bảng trên, chúng ta có thể thấy phần GPS trong module của SIMCOM

có số kênh lên tới 132 kênh Tốc độ cập nhật lớn nhất lên tới 10 lần trong 1 giây

Độ nhạy khi theo dõi thấp tới -167 dBm Phần GPS này có độ chính xác cao (0,1 m/s với vận tốc và 0,1 m/s2

với gia tốc) Bảng tiếp theo là các chế độ truyền dữ liệu của module SIM928A qua GPRS Mỗi chế độ truyền dữ liệu này sẽ tiêu tốn năng lượng khác nhau Cụ thể về năng lượng tiêu thụ trong các chế độ sẽ được nêu lên chi tiết ở phần chế độ hoạt động và điện năng tiêu thụ của vi mạch nhúng SIM928A được nêu ở phần tiếp theo

đó, Các chế độ hoạt động và mức năng lượng tiêu thụ sẽ cung cấp cho người phát triển khả năng tùy biến cho sản phẩm của mình Phần tiếp theo, luận văn sẽ giới

thiệu các chế độ hoạt động trong SIM928A

2.1.4.1 Chế độ hoạt động cơ bản của SIM928A

Để tổng quát nhất, luận văn trình bày các chế độ hoạt động theo dạng bảng sau:

Bảng 4: Giới thiệu các chế độ hoạt động

Module sẽ tự động đi vào chế độ ngủ nếu chế độ này được bật lên và không có dữ liệu hay bất cứ ngắt phần cũng nào xảy ra (ví dụ như GPIO ngắt hay dữ liệu trên cổng nối tiếp)

Trong trường hợp này, dòng tiêu thụ của module

sẽ được tối ưu ở mức thấp nhất Trong chế độ ngủ, module vẫn có thể nhận được tin nhắn SMS, cuộc gọi,…

Chế độ rảnh GSM

Phần mềm được kích hoạt Module được hòa vào mạng GSM và sẵn sang cho truyền thông

Cuộc gọi qua GSM

Kết nối giữa 2 người xử dụng đang trong xử lý Trong trường hợp này, công suất phụ thuộc nhiều vào chất lượng sóng, mạng như anten, hopping sequences, FR/EFR/HR

Chế độ standby

Module sẵn sang cho truyền dữ liệu GPRS, nhưng không có dữ liệu hiện tại được gửi đi Trong trường hợp này, dòng tiêu thụ trên thiết bị phụ thuộc vào chất lượng mạng cũng như thiết lập trong chế độ GPRS

Chế độ truyền dữ liệu GPRS

Đây là chế độ chuyền dữ liệu GPRS (PPP hoặc TCP hoặc UDP) đang xử lý Trong trường hợp này, công suất liên quan trực tiếp tới thiết lập mạng, tốc độ đường truyền và thiết lập GPRS

Chế độ tắt

module

Chế đọ này được kích hoạt bằng lệnh AT command

“AT+CPOWD=1” hoặc sử dụng PWRKEY Khối quản lý nguồn

sẽ tắt nguồn cung cấp cho phần sóng của module, và chỉ có nguồn cung cấp cho RTC là còn hoạt động Phần mềm không được kích hoạt Do đó cổng truyền dẫn nối tiếp không được truy cập Nguồn kết nối với chân VBAT vẫn hoạt động

độ này thấp hơn chế độ bình thường Chế độ chỉ sặc Module sẽ tự động vào chế độ chỉ sặc khi người sử dụng kết nối

thiết bị với bộ sạc và pin được Trong chế độ này, module sẽ

không tìm kiếm thông tin mạng và giới hạn truy cập bằng lệnh

AT Module cũng có thể vào chế độ chỉ sặc từ chế độ sặc trong suốt quá trình điều khiển bình thường bằng cách tắt module Chế độ sặc trong

quá trình hoạt

động bình

thường

Module sẽ tự động đi vào chế độ này khi người sử dụng cắm sạc Chế độ sạc bình thường có trong các chế độ: SLEEP, IDLE, TALK, GPRS IDLE và GPRS DATA

2.1.4.2 Điện năng tiêu thụ trong các chế độ

Những thông số trong bảng tổng kết sau được đo tại điện áp 3,8V Trong bảng dưới, chúng ta có thể thấy, module sim 928A có thể đạt được dòng tiêu rất nhỏ

~ 1,7 mA ở chế độ ngủ Trong chế độ này, thiết bị vẫn nhận được tin nhắn và cuộc gọi Do đó, thiết bị vẫn có thể được ra lệnh bình thường

Bảng 5: Dòng tiêu thụ của module GSM

Chế độ rảnh

GSM 850

EGSM 900 DCS 1800 PCS 1900 Thiết lặp

cuộc gọi

GSM 850 EGSM900

PCL = 5 240

mA PCL = 12 110

PCL = 19 76

DCS 1800 PCS1900

PCL = 0 180 PCL = 7 89 PCL = 15 76

Chế độ dữ liệu GPRS (1Rx, 1Tx)

GSM 850 EGSM900

PCL = 5 240

mA

PCL = 12 110 PCL = 19 83 DCS 1800

PCS1900

PCL = 0 170 PCL = 7 95 PCL = 15 80

Chế độ dữ liệu GPRS (4Rx,1Tx)

GSM 850 EGSM900

PCL = 5 270

mA

PCL = 12 150 PCL = 19 120 DCS 1800

PCS1900

PCL = 0 210 PCL = 7 130 PCL = 15 115

Chế độ dữ liệu GPRS (3Rx,2Tx)

GSM 850 EGSM900

PCL = 5 435

mA

PCL = 12 185 PCL = 19 130 DCS 1800

PCS1900

PCL = 0 320 PCL = 7 155 PCL = 15 122

IVBAT-Đỉnh Dòng

đỉnh

Xảy ra trong quá trình bắt đầu

2.2 Kỹ thuật triệt áp quá độ

Kỹ thuật triệt áp quá độ đã được áp dụng nhiều trên thế giới Kỹ thuật này rất cần thiết, đặc biệt là cho các thiết bị lắp trên hệ thống không ổn định dùng máy phát điện như hệ thống điện xe oto, xe máy,… Những hệ thống điện dùng máy phát lắp

trên xe phải tuân theo chuẩn ISO7637 xung thứ 5 Do đó, trước hết, chúng ta hãy tìm hiểu về chuẩn này

2.2.1 Giới thiệu chuẩn ISO7637-2:2004[4]

Chuẩn ISO7637-2:2004 xung 5 (Load dump pulse) được thiết kế để mô phỏng lại những điện áp đột biến được tạo ra bởi vòng quay của máy phát điện, khi battery hay một vài tải quan trọng khác bị ngắt kết nối một cách ngẫu nhiên:

Hình 2.1 Hệ thống sạc điện cho bình acquy trên xe máy[5]

Bên cạnh đó, khi xe khởi động, điện từ mobin của xe cũng sẽ ảnh hưởng ngược lại các thiết bị:

Hình 2.2 Ảnh hưởng của mobin đánh lửa đến các thiết bị trên xe[5]

Năng lượng tạo ra bởi điện áp đột biến này thường rất cao (máy phát điện có thể lên tời hàng trăm vôn) và dễ dàng gây nguy hiểm tới những thiết bị điện tử không có bảo vệ Phương pháp cơ bản để bảo vệ một mạch điện tử đó là chuyển hướng nguồn điện đặt vào mạch với một thiết bị triệt áp nhanh bán dẫn Trong đa số trường hợp, linh kiện phải giải phóng được nhiều năng lượng hơn mức cho phép

2.2.1.1 Điện áp trên xe:

Với các hệ thống điện trên xe 12V, điện áp từ máy phát tạo ra bình thường rơi vào khoảng 14V Khi điện áp rơi xuống “6V Crank” tức là xe đang khởi động Nặng lượng để khởi động xe kéo điện áp accuy xuống mức thập

“Load dump” được sinh ra do acquy đã được phóng điện sẽ bị ngắt kết nối với máy phát khi máy phát đang tạo ra dòng để sạc Thời gian cho những điện áp đột biến ngắn này khoảng 400 ms Và điện trở bên trong của máy phát khoảng 0,5 Ohm đến 4 Ohm

“+100/-150V spikes” là hệ quả của quá trình khởi động xe Tần số của bugi phụ thuộc vào vòng quay của máy và số xi lanh lắp trên xe Điều này sẽ tạo ra sự bức xạ điền từ dẫn đến điện áp đột biến tăng vọt

“24V jump start” được sinh ra do những ứng dụng tạm thời như quá trình sửa chữa xe, cứu hộ khi xe bị hết acquy Thông thường, quá trình này có thể diễn ra hơn

5 phút

“25 kV ESD spike là do sự phóng điện của quá trình xả tĩnh điện

Hình 2.3 Những điện áp trên xe 12V[5]

2.2.1.2 Phân tích chuẩn xung thứ 5 trong chuẩn ISO7637[4]

Hình phía dưới cho ta thấy dạng tổng quát về loại xung xảy ra ở các hệ thống dùng acquy 12V hoặc 24V, trên các phương tiện giao thông có lắp máy phát điện

Hình 2.4 Điện áp đột biến theo chuẩn xung 5a[2]

Những xung điện áp này mang đến điện áp và năng lượng rất cao Trong hệ thống điện 12V, xung này có thể đạt tới 87V Nhưng nguồn bình thường trong thiết

bị thường thiết kế chỉ chịu đến khoảng 40V với nguồn thường và 65V với nguồn đặc biệt Do đó, nó hoàn toàn có thể gây ra sự nguy hiểm cho những mạch điện tử nếu không được bảo vệ