Hệ thống GPS và RFID dùng để định vị và điều khiển xe

- Sử dụng các module GPS – Galileo: các module này có chức năng thu tín hiệu từ các hệ thống vệ tinh định vị, qua đó tính toán xác định được vị trí của thiết bị đó theo hệ tọa độ địa lý:

ĐỒ ÁN/ KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP

HỆ THỐNG GPS VÀ RFID DÙNG ĐỂ ĐỊNH VỊ

VÀ ĐIỀU KHIỂN XE

Ngành: ĐIỆN TỬ

Chuyên ngành: VIỄN THÔNG

Giảng viên hướng dẫn : TS.VÕ ĐÌNH TÙNG Sinh viên thực hiện : NGUYỄN HOÀNG LONG

PHIẾU GIAO ĐỀ TÀI

NHIỆM VỤ THỰC HIỆN ĐỒ ÁN/ KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP

(Do giảng viên hướng dẫn ghi và giao cho sinh viên nộp về văn phòng Khoa

trong 02 tuần đầu thực hiện đồ án/khóa luận tốt nghiệp)

1 Sinh viên thực hiện đề tài

Họ tên : NGUYỄN HOÀNG LONG MSSV : 1515010024 Lớp :15HDT01 Ngành : Kỹ thuật điện tử, truyền thông

Chuyên ngành : Điện tử viễn thông

2 Tên đề tài: Hệ thống GPS và RFID dùng để định vị và điều khiển xe

3 Nhiệm vụ thực hiện đề tài:

+ Tìm hiểu vi điều khiển PIC 18F14K50

+ Tìm hiểu Modul GSM Sim800C

+ Hoàn tất báo cáo luận văn theo mẫu

Ghi chú: Mỗi sinh viên một phiếu, GVHD ghi rõ tên đề tài và nhiệm vụ của từng sinh

viên

TP HCM, ngày …… tháng 10 năm 2017

Giảng viên hướng dẫn

(Ký và ghi rõ họ tên)

PHIẾU ĐĂNG KÝ

ĐỀ TÀI ĐỒ ÁN/KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP

Hệ: VLVH… (CQ, LT, B2, VLVH)

1 Họ và tên sinh viên/ nhóm sinh viên đăng ký đề tài (sĩ số trong nhóm……):

(1) Nguyễn Hoàng Long MSSV: 1515010024 Lớp: 15HDT01

(2) MSSV: ……… Lớp: (3) MSSV: ……… Lớp: Ngành : Điện Tử

Chuyên ngành : Viễn Thông

2 Tên đề tài đăng ký : Hệ thống GPS và RFID dùng để định vị và điều khiển xe

Sinh viên đã hiểu rõ yêu cầu của đề tài và cam kết thực hiện đề tài theo tiến độ và hoàn thành đúng thời hạn

Giảng viên hướng dẫn

(Ký và ghi rõ họ tên)

TP HCM, ngày … tháng … năm ………

Sinh viên đăng ký

(Ký và ghi rõ họ tên)

PHIẾU THEO DÕI TIẾN ĐỘ THỰC HIỆN ĐỒ ÁN/ KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP

(Do giảng viên hướng dẫn ghi và giao cho sinh viên nộp chung với ĐA/KLTN

sau khi hoàn tất đề tài)

1 Tên đề tài: Hệ thống GPS và RFID dùng để định vị và điều khiển xe

2 Giảng viên hướng dẫn: TS Võ Đình Tùng

3 Sinh viên/ nhóm sinh viên thực hiện đề tài (sĩ số trong nhóm……):

(1) Nguyễn Hoàng Long MSSV: 1515010024 Lớp: 15HDT01

Kiểm tra ngày: Đánh giá công việc hoàn thành: ………… %

Được tiếp tục:  Không tiếp tục:  13/11 – 19/11 Thi công mạch

ĐỒ ÁN/ KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP

(GVHD nộp Bản nhận xét này về Văn phòng Viện)

1 Họ và tên sinh viên/ nhóm sinh viên được giao đề tài (sĩ số trong nhóm……):

(1) Nguyễn Hoàng Long MSSV: 1515010024 Lớp: 15HDT01 (2) MSSV: ……… Lớp:

(3) MSSV: ……… Lớp:

Ngành : Điện Tử Chuyên ngành : Viễn Thông 2 Tên đề tài: Hệ thống GPS và RFID dùng để định vị và điều khiển xe 3 Tổng quát về ĐA/KLTN: Số trang: 76 Số chương: 04 Số bảng số liệu: 16 Số hình vẽ: 38 Số tài liệu tham khảo: 05 Phần mềm tính toán: 03 Số bản vẽ kèm theo: 05 Hình thức bản vẽ:

Hiện vật (sản phẩm) kèm theo:

4 Nhận xét: a) Về tinh thần, thái độ làm việc của sinh viên:

b) Những kết quả đạt được của ĐA/KLTN:

c) Những hạn chế của ĐA/KLTN:

5 Đề nghị: Được bảo vệ (hoặc nộp ĐA/KLTN để chấm)  Không được bảo vệ  TP HCM, ngày … tháng … năm ………

Giảng viên hướng dẫn

(Ký và ghi rõ họ tên)

ĐỒ ÁN/ KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP

(GVPB nộp Bản nhận xét này về Văn phòng Viện)

1 Họ và tên sinh viên/ nhóm sinh viên được giao đề tài (sĩ số trong nhóm……):

(1) MSSV: ……… Lớp:

(2) MSSV: ……… Lớp:

(3) MSSV: ……… Lớp:

2 Tên đề tài:

3 Nhận xét: a) Những kết quả đạt được của ĐA/KLTN:

b) Những hạn chế của ĐA/KLTN:

4 Đề nghị: Được bảo vệ  Bổ sung thêm để bảo vệ  Không được bảo vệ  5 Các câu hỏi sinh viên cần trả lời trước Hội đồng: (1)

(2)

(3)

TP HCM, ngày … tháng … năm ………

Giảng viên phản biện

(Ký và ghi rõ họ tên)

MỤC LỤC

MỤC LỤC i

DANH MỤC BẢNG BIỂU vii

DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT viii

LỜI CAM ĐOAN 1

LỜI CẢM ƠN 2

TÓM TẮT ĐỒ ÁN 3

LỜI MỞ ĐẦU 4

Tính cấp thiết của đề tài: 4

Tình hình nghiên cứu: 5

Hệ thống thông tin địa lý GIS 5

Nhiệm vụ nghiên cứu: 6

Phương pháp nghiên cứu: 6

CHƯƠNG 1: CƠ SỞ LÝ THUYẾT 9

1.1 Tổng quan về GPS 9

1.1.1 Lịch sử hình thành và phát triển của hệ thống GPS 9

1.1.2 Các thành phần của GPS 11

1.1.2.1 Phần không gian 12

1.1.2.2 Phần điều khiển 13

1.1.2.3 Phần người sử dụng 14

1.1.3 Hoạt động của hệ thống 15

1.1.4 Bộ thu GPS 16

1.1.5 Phương trình xác định tọa độ 17

1.1.6 Hiệu chỉnh đồng hồ của bộ thu 18

1.1.7 Nguồn lỗi của tín hiệu GPS 19

1.1.8 Chuẩn NMEA0183 20

1.1.8.1 Sơ lược về chuẩn NMEA và chuẩn NMEA0183 20

1.1.8.2 Cấu trúc chuỗi NMEA 21

1.2 Hệ thống thông tin di động toàn cầu GSM 23

1.3 Giới thiệu module GPS L70 23

1.3.1 Giới thiệu chung 23

1.3.2 Đặc điểm tính năng của module GPS L70 24

1.3.3 Dữ liệu GPS trả về vi điều khiển 24

1.4 Giới thiệu module SIM 800C 25

1.4.1 Giới thiệu chung 25

1.4.2 Đặc điểm của module SIM800C 25

1.4.3 Sơ đồ chức năng 29

1.4.4 Tập lệnh AT 32

1.4.5 Cấu hình cho phần cứng: module simcom800C 34

1.5 Giới thiệu về vi điều khiển PIC18F14K50 37

1.5.1 Tổng quan về vi điều khiển PIC18F14K50 37

1.5.2.Giao tiếp USART 41

1.5.3 Khối USART trong PIC18F14K50 43

1.6 Giới thiệu Module RFID RC522 48

1.6.1 Tổng quang công nghệ RFID 48

1.6.2 Module RFID RC522 50

CHƯƠNG 2: TÍNH TOÁN VÀ THIẾT KẾ 51

2.1 Sơ đồ khối hệ thống 52

2.2 Thiết kế phần cứng cho khối module SIM 800C 52

2.2.1 Thiết kế nguồn cung cấp cho module SIM800C 53

2.2.2 Thiết kế phần module SIM800C 53

2.3 Thiết kế phần cứng cho khối module GPS L70 58

2.4 Thiết kế phần cứng cho khối vi điền khiển PIC18F14K50 60

2.5 Khối module RFID RC522 61

2.6 Sơ đồ nguyên lý toàn mạch 62

CHƯƠNG 3: THI CÔNG MẠCH 63

3.1 Sơ đồ nguyên lý toàn mạch 63

3.2 Lưu đồ giải thuật 64

3.4 Thực nghiệm đánh giá sai số của hệ thống 66

3.5 Thực nghiệm đánh giá tính ổn định của hệ thống 71

CHƯƠNG 4:KẾT QUẢ ĐẠT ĐƯỢC, KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN 73

4.1 Kết quả đạt được 73

4.1.1 Thiết kế chế tạo thành công mạch phần cứng, hiển thị các thông số 73

4.1.2 Giao diện tin nhắn người dùng 74

4.1.3 Bản đồ offline 74

4.1.4 Ý nghĩa thực tiễn 75

4.2 Kết luận 75

4.2.1 Kết luận 75

4.2.2 Đánh giá 75

4.3 Hướng phát triển của đề tài 76 TÀI LIỆU THAM KHẢO 77 PHỤ LỤC A

DANH MỤC HÌNH VẼ

Hình ảnh: Sơ đồ thiết kế hệ thống 7

Hình 1.1 Sơ đồ liên quan giữa ba phần của hệ thống định vị toàn cầu 12

Hình 1.2 Chuyển động vệ tinh nhân tạo xung quanh trái đất 13

Hình 1.3 Phần điều khiển của GPS 14

Hình 1.4 Tính toán vị trí của bộ thu GPS trên bề mặt trái đất 17

Hình 1.5 Hệ trục tọa độ máy thu - vệ tinh 17

Hình 1.6 Phương trình xác định tọa độ của máy thu GPS 18

Hình 1.7 Sơ đồ chân của GPS L70 24

Hình 1.8 Cấu trúc chuỗi tin GPRMC 25

Hình 1.9 Sơ đồ chức năng của module SIM800C 30

Hình 1.10 Sơ đồ chân vi điều khiển PIC18F14K50 39

Hình 1.11 Sơ đồ cấu trúc vi điều khiển PIC18F14K50 40

Hình 1.12 Sơ đồ truyền dữ liệu nối tiếp 43

Hình 1.13 Thanh ghi dữ liệu UDR0 44

Hình 1.14 Thanh ghi điều khiển hoạt động UCSRA0 44

Hình 1.15 Thanh ghi điều khiển hoạt động USART0 46

Hình 1.16 Thanh ghi UCSRC 47

Hình 1.17 Cấu trúc hai thanh ghi UBRRL và UBRRH 48

Hình 1.18 : Thẻ chip RFID 47

Hình 1.19 : Sơ đồ module chân RC522 51

Hình 2.1 Sơ đồ khối hệ thống 52

Hình 2.2 Sơ đồ mạch nguồn MIC290302 cho Module Sim800C 53

Hình 2.3 Thời gian bật chế độ hoạt động của phần GSM 54

Hình 2.4 Thời gian tắt chế độ hoạt động của phần GSM 54

Hình 2.5 Sơ đồ mạch của Module SIM800C 58

Hình 2.6: Kích hoạt chế độ hoạt động của phần GPS 59

Hình 2.7 Sơ đồ nguyên lí của module GPS L70 60

Hình 2.8 Sơ đồ nguyên lí của vi điều khiển PIC18F14K50 61

Hình 2.9 Sơ đồ nguyên lí của khối RFID RC522 61

Hình 2.10 Sơ đồ nguyên lí toàn mạch 62

Hình 3.1: Sơ đồ bố trí linh kiện Module SIM800C 60

Hình 3.2 Sơ đồ bố trí linh kiện của module GPS L70 60

Hình 3.3: Sơ đồ bố trí linh kiện của khối vi điều khiển PIC18F14K50 61

Hình 3.4: Sơ đồ giải thuật chương trình cho vi điều khiển 65

Hình 3.5 Biểu đồ tính ổn định của hệ thống 72

Hình 4.1 Mạch sản phẩm hoạt động 73

Hình 4.2 Giao diện tin nhắn 74

Hình 4.3 Giao diện bản đồ offline trên điện thoại 75

DANH MỤC BẢNG BIỂU

Bảng 1.1 Diễn giải của bản tin GPRMC 22

Bảng 1.2 Sơ đồ mã hóa và tốc độ dữ liệu lớn nhất trên giao diện vô tuyến 29

Bảng 1.3 Chức năng chân của module SIM800C 31

Bảng 1.4 Bảng phân loại các câu lệnh AT mở rộng 32

Bảng 1.5 Chọn kiểm tra Parity 46

Bảng 1.6 Độ dài dữ liệu truyền 46

Bảng 1.7 Tính tốc độ Baud 48

Bảng 2.1 Bảng trạng thái làm việc của NETLIGHT 55

Bảng 2.2 Mức logic của chân Serial port 57

Bảng 3.1 Kết quả thống kê đo được khoảng cách của điểm 1 so với điểm gốc từ thực tế 66

Bảng 3.2 Kết quả thống kê đo được khoảng cách của điểm 2 so với điểm 1 từ thực tế 67

Bảng 3.3 Kết quả thống kê đo được khoảng cách của điểm 3 so với điểm 1 từ thực tế 67

Bảng 3.4 Kết quả thống kê đo được khoảng cách của điểm 4 so với điểm 3 từ thực tế 68

Bảng 3.5 Kết quả thống kê đo được khoảng cách của điểm 5 so với điểm 4 từ thực tế 69

Bảng 3.6 Kết quả thống kê đo được khoảng cách của điểm 6 so với điểm 5 từ thực tế 70

Bảng 3.7 Kết quả thống kê đo được khoảng cách của điểm 7 so với điểm gốc từ thực tế 71

GPRS General Packet Radio Services Dịch vụ vô tuyến gói chung

GPS Global position systems Hệ thống định vị toàn cầu

GIS Geographic Information System Hệ thống thông tin địa lý

OMC Operation & Maintenance Center Trung tâm điều hành và bảo

dưỡng BSS Base station system Phân hệ trạm gốc

OMS Operation and Maintenance

SubSystem

Phân hệ vận hành và sửa chữa

SMS Short Message Service Dịch vụ tin nhắn ngắn

MMS Multimedia messaging service Dịch vụ tin nhắn đa phương tiện

WAP Wireless Application Protocol Giao thức ứng dụng mạng đơn

giản

SGSN Serving GPRS Support Node Là một phần tử trong mạng lõi

GPRS nhằm nối kết giữa mạng truy nhập và gateway

GGSN Gateway GPRS Support Node Là một gateway giữa

mạng GPRS/UMTS và các mạng

ở ngoài (như Internet hoặc các

mạng GPRS khác) VLR Visited Location Register Bộ đăng kí định vị tạm trú

HLR Home Location Register Bộ đăng kí định vị thường trú

CDMA Code Division Multiple Access Phương thức Đa truy cập phân

chia theo mã

TDMA Time Division Multiple Access Phương thức đa truy cập phân

chia theo thời gian SIM Subscriber Identity Module Thẻ chứa thông tin định dạng

W-CDMA Wideband Code Division

Multiple Access

Đa truy nhập theo mã băng rộng

TCP/UDP Transmission Control Protocol/

User Datagram Protocol

Giao thức điều khiển truyền dẫn/

Giao thức dữ liệu gói người sử dụng

IP Internet Protocol Giao thức dùng cho mạng

Internet

AT Attention Command Tập lệnh AT

CR CARRIAGE RETURN Lệnh Enter

TE Terminal Equipment Thiết bị đầu cuối

MT Mobile Terminal Thiết bị đầu cuối mạng

RFID Radio-frequency identification Nhận dạng bằng song vô tuyến

LỜI CAM ĐOAN

Tôi: Nguyễn Hoàng Long xin cam đoan:

- Đồ án tốt nghiệp là thành quả từ sự nghiên cứu hoàn toàn thực tế trên

cơ sở các số liệu thực tế và được thực hiện theo hướng dẫn của giáo viên hướng dẫn

- Đồ án được thực hiện là thành quả của riêng tôi, không sao chép bất

LỜI CẢM ƠN

Qua một thời gian nghiên cứu và thực hiện, đến nay đồ án tốt nghiệp với đề

tài: “Hệ thống GPS và RFID để định vị và điều khiển xe” do thầy Võ Đình Tùng

hướng dẫn đã được hoàn thiện Trong suốt thời gian nghiên cứu và thi công đề tài, chúng em đã gặp không ít vướng mắc nhất định và đã nhận được nhiều sự giúp đỡ nhiệt thành và quý báu

Trước tiên, chúng em gửi lời cảm ơn sâu sắc tới thầy Võ Đình Tùng đã tin tưởng giao đồ án, chỉ đạo và hướng dẫn tận tình trong suốt quá trình thực hiện đề tài Chúng em cũng xin được gửi lời cảm ơn chân thành tới các thầy cô giáo trong khoa Cơ – Điện – Điện Tử, các bạn trên các diễn đàn điện tử, cùng toàn thể các bạn sinh viên lớp Điện Tử Truyền Thông 15HDT01 đã động viên, góp ý, tạo điều kiện thuận lợi nhất giúp cho chúng em được hoàn thành đề tài đúng tiến độ được giao

Do năng lực và thời gian còn hạn chế nên việc tìm thêm nhiều tài liệu làm giàu cho đồ án còn thiếu sót Chúng em rất mong nhận được nhiều hơn nữa ý kiến đóng góp của các thầy cô giáo, sự chia sẻ tài liệu của các bạn sinh viên để chúng em

có thể hoàn thiện hơn kiến thức của mình

Chúng em xin chân thành cảm ơn!

TÓM TẮT ĐỒ ÁN

Nội dung đồ án nghiên cứu về hệ thống quản lý hệ thống xe máy dựa trên nền công nghệ GPS kết hợp với công nghệ GSM và công nghệ RFID, hệ thống có nhiệm vụ theo dõi, giám sát , điều hành hệ thống, chống trộm xe máy

Trên xe máy gắn thiết bị có nhiệm vụ thu tín hiệu định vị GPS từ vệ tinh, khi

có cú pháp tin nhắn gửi về thiết bị , thiết bị kiểm tra nội dung tin nhắn và gửi lại số điện thoại vừa gửi thông qua tin nhắn dạng SMS Nội dung gửi lại chứa link Google Map cho ta biết chính xác địa điểm của thiết bị, có thể hiện thị trên phần mềm Google Map

Bên trong thiết bị có bộ đọc mã thẻ chip RFID Bộ đọc cho ta biết xe nhận diện đúng thẻ chip mới cho phép khởi động động cơ Nếu không đúng thẻ chip đã cài đặt, xe sẽ không khởi động được

LỜI MỞ ĐẦU

Tính cấp thiết của đề tài:

Xuất phát từ nhu cầu thực tế, nhất là trong thời kỳ xe máy được sử dụng rộng rãi, yêu cầu giám sát hành trình chuyên nghiệp, giám sát phương tiện giao thông và chống trộm xe trở nên rất bức thiết

Bài toán này đặt ra cho hệ thống một số yêu cầu sau:

- Giám sát : xác định vị trí, theo dõi, cập nhật các trạng thái của phương tiện : bao gồm cả các yếu tố bên trong phương tiện

- Độ mở rộng và khả năng phục vụ lớn

Một số giải pháp hiện nay:

- Cắt cử nhân viên theo dõi, ghi nhận các báo cáo bằng văn bản, hoặc đường điện thoại

- Sử dụng các module GPS – Galileo: các module này có chức năng thu tín hiệu từ các hệ thống vệ tinh định vị, qua đó tính toán xác định được vị trí của thiết bị đó theo hệ tọa độ địa lý: bao gồm kinh độ, vĩ độ và độ cao

- GIS: là hệ thống phần mềm địa lý có chức năng tiếp nhận thông tin về vị trí địa lý, sau đó xử lý và hiển thị trên hệ thống bản đồ số Ví dụ như hệ thống quản lý tàu đánh cá thông qua bộ đàm, quản lý taxi…

Các vấn đề tồn tại trong thực tế:

- Khả năng giám sát và điều khiển bằng hình thức theo dõi chưa chuyên nghiệp

- Việc sử dụng các module xác định vị trí bằng GPS còn đơn giản, các thiết

bị hầu hết được nhập khẩu nguyên chiếc, ứng dụng đơn thuần xác định vị trí Bên cạnh đó giá thành còn cao và không chủ động được về mặt kỹ

- Với một số hệ thống quản lý thông tin về bản đồ số như GIS: tuy đã xây dựng theo mô hình hệ thống mức độ phổ biến chưa cao Ứng dụng mang tính chuyên biệt, đặc biệt là mức chi phí đầu tư lớn, chủ động về mặt kỹ thuật bị hạn chế

Tình hình nghiên cứu:

Hệ thống thông tin địa lý GIS

Công nghệ GIS (Geographic Information System) được ứng dụng trong các điều tra nghiên cứu khoa học, quản lý tài nguyên, đất đai, đánh giá các tác động của môi trường, quy hoạch đô thị, lịch sử địa lý, khoa học bản đồ, marketing, vận tải

…ví dụ như GIS có thể được ứng dụng để quản lý các vùng đất đai và nước bị ô nhiễm, hỗ trợ các nhà hoạch định, chuyên gia ra quyết định kịp thời và đúng đắn trên vùng bị ô nhiễm GIS cũng có thể dùng để thống kê, phân tích, lập bản đồ phân

bố khách hàng, các vị trí kinh doanh hay hệ thống bán hàng để hỗ trợ việc ra các quyết định kinh doanh

Thông tin địa lý có thể được truy xuất, truyền tải, chuyển đổi, và hiển thị bằng nhiều ứng dụng phần mềm Trong công nghiệp, các sản phẩm thương mại từ các công ty như SmallWorld, Manifold System, ESRI, Intergraph, Mapinfo và AutoDesk giữ ưu thế với các bộ công cụ toàn diện Chính phủ và các cơ quan an ninh, quân đội thường sử dụng các phần mềm riêng, các sản phẩm mã nguồn mở như GRASS và nhiều sản phẩm riêng biệt khác đáp ứng tốt các nhu cầu cụ thể Các công cụ miễn phí để xem tập dữ liệu GIS, truy cập công cộng các thông tin địa lý được thống trị

bởi các nguồn tài nguyên trực tuyến như Google Earth và bản đồ web tương tác.c đích nghiên cứu

Mục đích nghiên cứu:

Xuất phát từ thực tiễn đã nêu, đồ án thực hiện với những mục đích chính sau:

- Đối với sinh viên, đồ án là bước đầu tìm hiểu, thi công sản phẩm ứng dụng GPS trong thực tế, đồng thời cũng là bước triển khai những kiến

thức đã được học Thông qua việc nghiên cứu và làm việc nghiêm túc để rèn luyện tác phong, tinh thần khoa học, cũng như hoàn thiện phương pháp, tư duy nghiên cứu, giải quyết một vấn đề thực tiễn Quan trọng hơn, đồ án còn là bước “tổng kết và hoàn thiện” những kỹ năng còn thiếu sót trước khi thực sự trở thành người kỹ sư

- Về mặt ứng dụng thực tiễn, hệ thống góp phần giúp quản lý các tuyến xe buýt một cách thông minh có hệ thống và thuận lợi, kịp thời đưa ra các thông báo khi có sự cố trên các tuyến đường: kẹt xe, xe hư…Người đi xe buýt dễ dàng trong việc đón xe, tránh được tình trạng lên nhầm hay xuống nhầm trạm do đã có sự thông báo trước

Ngoài ra, đồ án còn có ý nghĩa như những bước đầu chập chững tiếp cận công nghệ GPS /RFID đang ngày càng phát triển như vũ bão, góp phần làm “điểm tựa” cho các thế hệ sau của trường ta đạt được những nấc thang cao hơn của công nghệ GPS / RFID nói riêng, của công nghệ và kỹ thuật nói chung

Nhiệm vụ nghiên cứu:

Đối với trường ta, công nghệ GPS/RFID là một vấn đề mới, chưa được đưa vào giảng dạy, cũng như có rất ít ứng dụng cụ thể được triển khai Nguyên nhân có thể do đây là ngành khoa học còn nhiều mới mẻ, và khó khăn, giá thành cho thiết bị nghiên cứu khá đắt

Đối với nước ta, ứng dụng GPS /RFID chưa nhiều do tính phức tạp, do trình

độ công nghệ chưa đủ và do giá thành linh kiện liên quan GPS / RFID còn khá đắt

Và quan trọng hơn là vẫn còn thiếu các mô hình hỗ trợ cho việc dạy và học

Do đó yêu cầu thực hiện đề tài được bộ môn, giáo viên hướng dẫn đặt ra cho nhóm sinh viên là: ứng dụng công nghệ GPS/RFID định vị và điều khiển xe

Phương pháp nghiên cứu:

Để khắc phục các thực trạng trên và tìm ra một giải pháp tối ưu hơn nhóm đã

kết hợp giữa công nghệ GPS ,mạng di động GSM (cụ thể là công nghệ SMS) và

công nghệ RFID để đưa ra một hệ thống quản lý và điều khiển xe tối ưu hơn:

- Chi phí đầu tư, chi phí bảo trì và sử dụng thấp

- Có khả năng quản lý hệ thống rộng lớn

- Phạm vi quản lý không có giới hạn (khu vực nào có sóng di động là có

thể triển khai được.)

- Sản phẩm bền đẹp, dễ sử dụng…

Hệ thống bao gồm các module hoàn chỉnh đáp ứng tốt giải pháp quản lý xe:

Module phần cứng GPS và RFID có nhiều chức năng, có khả năng định vị vị trí,

điều khiển hệ thống điện xe, module quang báo hiển thị thông tin bằng hình ảnh,

module thông báo dùng âm thanh

Hình ảnh: Sơ đồ thiết kế hệ thống

Các kết quả đạt được của đề tài:

Kết quả thực nghiệm: chương 6 là quá trình đánh giá kết quả thực tế và hoàn thiện

Kết cấu của đồ án:

Đồ án thực hiện bao gồm 4 chương với những vấn đề sau:

- Phân tích : các khái niệm ban đầu về được đưa ra trong chương 2 nhằm trình bày về các kiến thức cơ bản về GPS, vi điều khiển và các lý thuyết

có liên quan, đó chính là phương pháp luận thông suốt đồ án

- Thiết kế mô hình phần cứng: thông qua 3 chương trình bày về thiết kế

mô hình và thi công phần cứng cho module thu thập dữ liệu từ vệ tinh, phần cứng giao tiếp với module thông báo tại các trạm dừng xe buýt

- Kết luận: chương 4 là phần kết luận và hướng phát triển đề tài

CHƯƠNG 1: CƠ SỞ LÝ THUYẾT

1.1 Tổng quan về GPS

1.1.1 Lịch sử hình thành và phát triển của hệ thống GPS

Sự ra đời của những phương tiện vận chuyển như máy bay, và những con tàu

vũ trụ đòi hỏi điều khiển những thiết bị đó trong không gian ba chiều Những phương pháp dẫn đường và những hệ thống dẫn đường vô tuyến điện chỉ xác định được vị trí theo 2 chiều không gian dùng cho việc dẫn dắt các tàu thủy đã trở thành lỗi thời và không còn phù hợp Trước những đòi hỏi về kỹ thuật đó nhiều nhà khoa học đã được chính phủ Mỹ tài trợ để thực hiện nghiên cứu hệ thống dẫn đường dựa trên vũ trụ Bộ Quốc phòng Mỹ là cơ quan thiết kế và điều khiển hệ thống định vị toàn cầu Trong nhóm những người tham gia điều hành dự án GPS của Bộ Quốc Phòng Mỹ cần kể tới sự đóng góp to lớn của TS Ivan Getting, người sáng lập The Aerospace Corporation, và TS Bradford Parkinson, chủ tịch hội đồng quản trị của The Aerospace Corporation

Hệ thống định vị toàn cầu (Global Positioning System - GPS) được Chính phủ Mỹ thiết lập năm 1995, là hệ thống định vị, dẫn hướng và định thời trên không trung được sử dụng rộng rãi nhất hiện nay Hệ thống vệ tinh này cung cấp miễn phí các dịch vụ có liên quan, bao gồm các hoạt động dân sự và quân sự cho người sử dụng trên toàn thế giới Việc áp dụng công nghệ GPS không chỉ phổ biến cho việc

sử dụng dân sự, từ ôtô, máy bay đến điện thoại di động, mà cũng là một bộ phận không thể thiếu của hệ thống an ninh và bảo vệ quốc phòng

Hệ thống định vị toàn cầu (GPS-Global Positioning System) là một mạng gồm 24 vệ tinh Navstar quay xung quanh Trái đất tại độ cao 11.000 dặm (17.600 km) Được Bộ Quốc Phòng Mỹ ấn định chi phí ban đầu vào khoảng 13 tỷ USD, song việc truy nhập tới GPS là miễn phí đối với mọi người dùng, kể cả những người

ở các nước khác Các số liệu định vị và định thời được sử dụng cho vô số những ứng dụng khác nhau bao gồm hàng không, đất liền và hàng hải, theo dõi các phương

tiện giao thông trên bộ và tầu biển, điều tra khảo sát và vẽ bản đồ, quản lý tài sản và tài nguyên thiên nhiên

Với việc khắc phục được những giới hạn về độ chính xác quân sự vào tháng 3/1996, ngày nay GPS có thể chỉ ra chính xác vị trí của các mục tiêu chỉ nhỏ bằng đồng 10 xu ở bất kỳ nơi nào trên bề mặt trái đất

Vệ tinh GPS đầu tiên đã được phóng vào năm 1978 Mười vệ tinh đầu tiên là các vệ tinh ‘mở mang’, gọi là Block 1 (Lô 1) Từ năm 1989 đến năm 1993 có 23 vệ tinh khai thác, gọi là Block 2 (Lô 2) đã được phóng lên quỹ đạo Vệ tinh thứ 24 được phóng nốt vào năm 1994 đã hoàn thành hệ thống

Vệ tinh bay với vận tốc cao cứ 12 tiếng đồng hồ thì đủ một vòng quỹ đạo Cho đến nay đã có tổng số 28 vệ tinh, trong đó 24 chiếc đang hoạt động và 4 chiếc kia dùng để dự phòng khi có một chiếc nào bị hỏng

Quỹ đạo bay của hệ thống vệ tinh này cũng được sắp xếp để bất cứ chỗ nào trên trái đất đều nhận thấy ít nhất là 4 vệ tinh đang bay ngang trên trời Nhiệm vụ của thiết bị GPS là làm sao nhận được tín hiệu phát ra từ các vệ tinh bay ngang trên trời … tối thiểu là từ ba vệ tinh Một khi máy đã nhận được tín hiệu phát ra từ các

vệ tinh thì các mạch điện tử trong máy sẽ đo và biết được khoảng cách từ các vệ tinh cũng như tọa độ của nó

Trong vài giây đồng hồ máy sẽ làm bài toán và cho giải đáp ngay đó là tọa

độ của máy, phương pháp này trong toán học gọi là TRILATERATION (phép đo 3 cạnh tam giác) Tọa độ này cho bạn biết từ vĩ tuyến cho đến kinh tuyến chính xác đến mức độ tới từng giây

Một số hệ thống toàn cầu và khu vực khác như hệ thống Galileo do liên minh Châu Âu và Cơ quan vũ trụ Châu Âu thiết lập Hệ thống dẫn hướng trong không trung GLONASS của Nga, Hệ thống QZSS của Nhật Bản và Hệ thống BEIDOU của Trung Quốc hiện đang được xây dựng Sau nghiên cứu đánh giá kỹ lưỡng

dụng và chương trình này rất giống với trọng tâm chính sách của Mỹ Các thực thể quản lý và cơ quan an ninh cũng được yêu cầu phát hiện và bảo vệ chống lại việc sử dụng các hệ thống này một cách phi pháp và cho các mục đích chống đối Nỗ lực duy trì Chương trình GLONASS cho thấy dự định của Nga ủng hộ GNSS riêng của mình Hệ thống do Chính phủ liên bang Nga quản lý bao gồm 21 vệ tinh, có quỹ đạo quay quanh 3 hành tinh khác nhau Từ sau năm 1995 hệ thống GPS vẫn tiếp tục được duy trì và bảo dưỡng cũng như thay thế những vệ tinh già tuổi Năm 2000,

số vệ tinh trong chòm GPS đã tăng lên 28 vệ tinh Những vệ tinh thế hệ GPS-IIR đã

và đang được phóng lên để thay thế những vệ tinh già tuổi Vệ tinh được phóng lên ngày 16/9/2005 mang tên GPS-IIR-M1, là vệ tinh đầu tiên thuộc thế hệ 8 chiếc vệ tinh hiện đại nhất GPS-IIR-M Theo website Space-Based Postioning, Navigation and Timing của chính phủ Mỹ, Chính phủ Mỹ cam kết cung cấp tối thiểu 24 vệ tinh GPS hoạt động trên quĩ đạo với 95% thời gian Không lực Mỹ (USA Air Force) phóng các vệ tinh bổ sung có chức năng dự trữ để phòng cho thời gian bảo dưỡng định kỳ các vệ tinh và bảo đảm tính sẳn có của ít nhất 24 vệ tinh hoạt động Từ 28/08/2009, đã có 35 vệ tinh trong chòm GPS, với 30 vệ tinh ‘khỏe mạnh’ cho người sử dụng” Do đó, chòm 30 vệ tinh đang thực sự bay như một chòm 24 vệ tinh

1.1.2 Các thành phần của GPS

Hệ thống vệ tinh GPS chia làm 3 phần:

- Phần không gian (space segment): Các vệ tinh

- Phần điều khiển (control segment ): Trạm mặt đất

- Phần ngưởi sử dụng

Hình 1.1 Sơ đồ liên quan giữa ba phần của hệ thống định vị toàn cầu

1.1.2.1 Phần không gian

Gồm 28 quả vệ tinh (24 vệ tinh hoạt động và 4 vệ tinh dự trữ khi có một chiếc nào bị hỏng) (tính đến năm 2000) nằm trên các quỹ đạo xoay quanh trái đất Chúng chuyển động ổn định, hai vòng quỹ đạo trong khoảng thời gian gần 24 giờ Các vệ tinh này chuyển động với vận tốc 7 nghìn dặm một giờ 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

Hình 1.2 Chuyển động vệ tinh nhân tạo xung quanh trái đất

1.1.2.2 Phần điều khiển

Mục đích trong phần này là kiểm soát vệ tinh đi đúng hướng theo quỹ đạo và thông tin thời gian chính xác Có tất cả 5 trạm kiểm soát được đặt rải rác trên trái đất Bốn trạm kiểm soát hoạt động một cách tự động, và một trạm kiểm soát là trung tâm ở Colorado Springs bang Colarado của Mỹ 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 anten khác để gửi lại thông tin cho các vệ tinh

Phần điều khiển có 5 trạm quan sát có nhiệm vụ như sau:

- Giám sát và điều khiển hệ thống vệ tinh liên tục

- Quy định thời gian hệ thống GPS

- Dự đoán dữ liệu lịch thiên văn và hoạt động của đồng hồ trên vệ tinh

- Cập nhật định kỳ thông tin dẫn đường cho từng vệ tinh cụ thể

Hình 1.3 Phần điều khiển của GPS

1.1.2.3 Phần người sử dụng

Phần người sử dụng là khu vực có phủ sóng mà người sử dụng dùng anten và máy thu tín hiệu từ vệ tinh và có được thông tin vị trí, thời gian và vận tốc di chuyển

Các bộ thu GPS của người sử dụng bao gồm anten, bộ xử lý và một đồng hồ

có độ ổn định cao được đặt ở tần số truyền dẫn của các vệ tinh Chúng cũng có thể bao gồm các bộ phận hiển thị để cung cấp các thông tin vị trí, tốc độ, hay bản đồ chỉ đường

Một bộ thu GPS được mô tả với số kênh Nó cho biết số lượng vệ tinh tối đa

mà bộ thu có thể xử lý đồng thời Hiện nay, số kênh của bộ thu GPS thường đạt tới

12 đến 20 kênh

Đa số các bộ thu GPS có thể truyền tải dữ liệu tính toán được tới máy tính hay các thiết bị khác sử dụng giao thức NMEA 0183 hay chuẩn mới hơn và ít sử dụng hơn là NMEA 2000 Ngoài ra cũng có các giao thức khác như SiRF hay MTK

Bộ thu GPS có thể truyền dữ liệu tới các thiết bị khác thông qua giao tiếp nối tiếp, USB hay BlueTooth

1.1.3 Hoạt động của hệ thống

Với GPS, các tín hiệu từ các vệ tinh sẽ đi tới các vị trí chính xác của người dùng và được đo theo phép tam giác đạc Để thực hiện phép tam giác đạc, GPS đo khoảng cách thông qua thời gian hành trình của bản tin vô tuyến từ vệ tinh tới một máy thu mặt đất Để đo thời gian hành trình, GPS sử dụng các đồng hồ rất chính xác trên các vệ tinh, một khi khoảng cách tới vệ tinh đã được đo thì việc biết trước về vị trí vệ tinh trong không gian sẽ được sử dụng để hoàn thành tính toán Các máy thu GPS trên mặt đất có một “cuốn niên giám” được lưu trữ trong bộ nhớ máy tính của chúng để chỉ thị mỗi vệ tinh sẽ có mặt nơi nào trên bầu trời vào bất kỳ thời điểm nào Các máy thu GPS sẽ tính toán các thời gian trễ qua tầng đối lưu và khí quyển

để tiếp tục làm chính xác hơn phép đo vị trí

Để bảo đảm chắc chắn vệ tinh và máy thu đồng bộ với nhau, mỗi vệ tinh có bốn đồng hồ nguyên tử chỉ thời gian chính xác tới 3 ns, tức ba phần tỷ giây Nhằm tiết kiệm chi phí, các đồng hồ trong các máy thu dưới đất được làm ít chính xác hơn đôi chút Bù lại, một phép đo tầm hoạt động vệ tinh được trang bị thêm Phép đo lượng giác chỉ ra rằng, nếu ba số đo chính xác định vị được vị trí một điểm trong không gian ba chiều thì một phép đo thứ tư có thể loại bỏ mọi độ chênh lệch thời gian nào đó Phép đo thứ tư này chỉnh lại sự đồng bộ hoá không hoàn hảo của máy thu

Khối mặt đất thu nhận tín hiệu vệ tinh đi tới với tốc độ bằng tốc độ ánh sáng, với tốc độ như vậy tín hiệu cũng phải mất một lượng thời gian đáng kể để tới được máy thu Sự chênh lệch giữa thời điểm tín hiệu được gửi đi và thời điểm tín hiệu được thu nhận với tốc độ ánh sáng cho phép máy thu tính được khoảng cách tới vệ tinh Để đo lường chính xác độ cao, kinh độ và vĩ độ, máy thu đo thời gian các tín hiệu từ một số vệ tinh truyền tới máy thu

GPS sử dụng một hệ tọa độ gọi là Hệ thống Trắc địa học Toàn cầu 1984 (WGS-84 - Worldwide Geodetic System 1984) Hệ thống này tương tự như các đường kẻ kinh tuyến và vĩ tuyến quen thuộc thường thấy trên các bản đồ treo tường

cỡ lớn Hệ thống WGS - 84 cung cấp một khung tham chiếu gắn sẵn tiêu chuẩn hoá, cho phép các máy thu của bất kỳ hãng sản xuất nào cũng cung cấp đúng cùng một thông tin định vị

1.1.4 Bộ thu GPS

Bộ thu GPS tính toán vị trí của nó bằng việc tính toán và so sánh thời gian truyền tín hiệu từ lúc nó được gửi từ vệ tinh đến khi nhận được tại bộ thu trên mặt đất Mỗi vệ tinh truyền liên tục các bản tin có chứa thời gian bản tin được gửi đi, thông tin quỹ đạo chính xác, tình trạng hệ thống chung Bộ thu GPS đo thời gian truyền của mỗi bản tin gửi từ vệ tinh và tính toán khoảng cách tới vệ tinh đó Phép

đo hình học ba cạnh tam giác được sử dụng để kết hợp các khoảng cách này cùng vị trí của các vệ tinh để xác định vị trí của bộ thu Tuy nhiên trên thực tế, một sai số nhỏ của thời gian nhân với vận tốc rất lớn của ánh sáng (cũng là vận tốc lan truyền của sóng điện từ) sẽ gây ra sai số về khoảng cách đáng kể Do vậy các bộ thu sử dụng thêm một vệ tinh để hiệu chỉnh đồng hồ của chúng Trong một số trường hợp nếu biết một trong các thông số tọa độ không gian, ví dụ như độ cao, chúng ta chỉ cần 3 vệ tinh để xác định được vị trí chính xác

Tính toán được khoảng cách từ bộ thu tới vệ tinh, cho phép xác định vị trí của bộ thu nằm trên hình cầu có tâm là vệ tinh đó Do vậy, với 4 vệ tinh ta có thể xác định được vị trí của bộ thu ở tại hai miền giao của 4 hình cầu có tâm là vị trí các

vệ tinh, bán kính là khoảng cách từ bộ thu tới các vệ tinh đó

Trường hợp không có lỗi, bộ thu GPS sẽ có vị trí tại một điểm giao của 4 bề mặt hình cầu Nếu bề mặt của hai mặt cầu giao nhau tại nhiều hơn một điểm, giao tuyến của chúng sẽ là một hình tròn Giao tuyến này và mặt cầu thứ 3 trong hầu hết các trường hợp sẽ giao nhau tại hai điểm (mặc dù chúng có thể chỉ giao nhau tại

giao điểm mà gần với bề mặt trái đất nhất đối với các bộ thu của các phương tiện di chuyển trên hay gần bề mặt trái đất Giao điểm còn lại có thể là vị trí chính xác của một thiết bị khác trong không gian

Hình 1.4 Tính toán vị trí của bộ thu GPS trên bề mặt trái đất

1.1.5 Phương trình xác định tọa độ

Hình 1.5 Hệ trục tọa độ máy thu - vệ tinh

Để xác định được tọa độ thì tại vị trí đó cần “nhìn” thấy ít nhất 4 vệ tinh (hình vẽ) Ta có khoảng cách giữa vị trí cần đo và vệ tinh là ρ = c * t,

Gọi tọa độ vị trí là (X, Y, Z), tại một thời điểm ta có 4 phương trình như sau:

Hình 1.6 Phương trình xác định tọa độ của máy thu GPS

Trong đó Δt là thông số để đồng bộ thời gian giữa phía phát và phía thu Giải

4 phương trình 4 ẩn ta thu được tọa độ cần xác định

1.1.6 Hiệu chỉnh đồng hồ của bộ thu

Phương pháp tính toán vị trí trong trường hợp không có lỗi đã được giải thích ở trên Trong thực tế, nguồn gây lỗi đáng kể nhất là đồng hồ của bộ thu GPS Bởi vì tốc độ lan truyền ánh sáng là rất lớn, do vậy chỉ một sai số nhỏ của thời gian

sẽ gây ra sai lệch lớn trong tính toán khoảng cách từ bộ thu tới vệ tinh Muốn vậy

bộ thu GPS phải được trang bị một đồng hồ đặc biết chính xác, với giá thành cao Tuy nhiên, các nhà sản xuất mong muốn đưa ra thị trường những thiết bị thu GPS ở mức giá chấp nhận được cho thị trường đa số người dùng, do vậy cách giải quyết sự xung đột này dựa trên cách mà các mặt cầu giao nhau

Hầu hết các khả năng bề mặt của 3 mặt cầu sẽ giao nhau khi đường tròn giao tuyến của hai mặt cầu đầu tiên thường sẽ đủ lớn và sẽ giao với mặt cầu thứ 3 tại hai

trên bộ thu Tuy nhiên, khoảng cách từ vị trí ước lượng của bộ thu GPS tới bề mặt hình cầu ứng với vệ tinh thứ 4 có thể được sử dụng để hiệu chỉnh sai số đồng hồ Chúng ta đặt khoảng cách từ vị trí ước lượng của bộ thu GPS tới vệ tinh thứ 4 là R4, P4 là giả khoảng cách của vệ tinh thứ 4 Khi đó, khoảng cách Da từ vị trí ước lượng của bộ thu tới bề mặt hình cầu ứng với vệ tinh thứ 4: Da = R4 – P4 Thời gian ước lượng cho sự sai số đồng hồ được tính là B= Da / c (với c là vận tốc ánh sáng) Chúng ta dễ nhận thấy đồng hồ trên bộ thu GPS trễ khi giá trị B là âm và nhanh khi giá trị B là dương

1.1.7 Nguồn lỗi của tín hiệu GPS

Có khá nhiều nguồn có thể gây nhiễu hoặc suy giảm tín hiệu siêu cao tần phát từ vệ tinh tới các bộ thu Khi đó bộ thu có thể không thực hiện được các phép tính toán vị trí hay cho kết quả sai lệch:

Sự giữ chậm của tầng đối lưu (do độ ẩm) và tầng điện ly Tín hiệu bị chậm đi khi đi xuyên qua tầng khí quyển, nhất là tầng điện ly Hệ thống GPS sử dụng các

mô hình tích hợp sẵn để tính toán độ trễ tín hiệu trung bình và hiệu chỉnh một phần lỗi do nguyên nhân này gây ra

Hiệu ứng nhiều đường: xảy ra khi tín hiệu GPS bị phản xạ từ các tòa nhà, các

bề mặt lớn trước khi tới được bộ thu Nguyên nhân này sẽ làm tăng thời gian truyền dẫn tín hiệu GPS

Sai lệch đồng hồ máy thu: Đồng hồ trên máy thu có thể sai lệch so với các đồng hồ nguyên tử trên vệ tinh, gây ra các phép tính sai về khoảng cách Tuy nhiên trên thực tế các sai lệch về đồng hồ rất nhỏ

Lỗi quỹ đạo: Cũng được biết đến là các lỗi thiên văn, do các vệ tinh thông báo vị trí không chính xác

Số lượng vệ tinh nhìn thấy tại vị trí bộ thu: Càng nhiều số lượng vệ tinh nhìn thấy được thì các phép tính của bộ thu càng chính xác Bất kỳ một vật cản nào cũng

có thể làm che khuất các vệ tinh khỏi tầm nhìn của bộ thu GPS Các bộ thu GPS thường không làm việc trong nhà, dưới nước hay dưới lòng đất

Che khuất về hình học: Phụ thuộc vào vị trí tương đối của các vệ tinh ở thời điểm bất kỳ Khi các vệ tinh nằm trên một đường thẳng hoặc tạo thành nhóm sẽ gây

ra sự che khuất đối với bộ thu GPS

Sự suy giảm của tín hiệu vệ tinh có chủ ý: Là hành động có mục đích của Bộ Quốc phòng Hoa Kỳ nhằm ngăn chặn các đối thủ quân sự thu được chính xác tín hiệu định vị Tuy việc này đã được ngừng từ năm 2000, tuy nhiên không có một sự đảm bảo chắc chắn về tính ổn định và chính xác của các bộ thu GPS

1.1.8 Chuẩn NMEA0183

1.1.8.1 Sơ lược về chuẩn NMEA và chuẩn NMEA0183

NMEA (hay NMEA 0183) là một chuẩn giao thức cho sự truyền thông giữa các thiết bị điện tử dùng cho tàu thủy cũng như các thiết bị đo tốc độ gió, la bàn, máy lái tự động, thiết bị thu GPS và rất nhiều các thiết bị khác được định nghĩa và phát triển bởi Hiệp hội điện tử tàu thủy quốc gia Hoa Kỳ (National Marine Electronics Association)

Chuẩn NMEA 0183 sử dụng các ký tự ASCII, giao thức truyền thông nối tiếp quy định cách một “thiết bị gửi” truyền một câu dữ liệu tới “thiết bị nhận” tại một thời điểm

Ở tầng ứng dụng, chuẩn NMEA quy định nội dung các kiểu câu dữ liệu cho phép thiết bị nhận có khả năng phân tích dữ liệu một cách chính xác Các câu dữ liệu đều bắt đầu bằng ký tự “$” và kết thúc bằng <CR><LF>

Đối với các các thiết bị GPS, tất cả các câu dữ liệu đều bắt đầu bằng

“$GPxxx” trong đó xxx là loại bản tin Một số loại câu dữ liệu thường sử dụng:

GGA: Global positioning system fixed data

GSA: GNSS DOP and active satellites

GSV: GNSS satellites in view

RMC: Recommended minimum specific GNSS data

VTG: Course over ground and ground speed

Cấu hình truyền thông nối tiếp (tầng liên kết dữ liệu)

Tốc độ bit: 4800 bps

Số bit dữ liệu: 8

Bít chẵn lẻ: None

Bit dừng: 1 hoặc nhiều hơn

Cơ chế bắt tay thiết bị: không

Hầu hết các máy GPS hiện nay đều giao tiếp dựa trên chuẩn NMEA 0183, một số thì vẫn có thể dùng được với chuẩn NMEA 0180 và NMEA 0182 với tốc độ truyền dữ liệu chỉ có 1200bps

1.1.8.2 Cấu trúc chuỗi NMEA

Mỗi câu bắt đầu bằng ký tự “$” 5 ký tự tiếp theo cho phép nhận dạng loại câu dữ liệu Tất cả các trường dữ liệu theo sau được phân cách bởi dấu “,” Ký tự đầu tiên tiếp theo sau các trường dữ liệu là dấu “*”

Theo sau dấu “*” là hai số checksum biểu diễn dưới dạng hex Checksum được tính bằng cách XOR tất cả các mã ASCII của tất cả các trường giữa 2 dấu “$”

và “*” kể cả mã ASCII của dấu “*”

Các ký tự enter và xuống dòng kết thúc câu dữ liệu Nếu dữ liệu cho một trường nào đó không có thì trường đó trống và dấu “,” ngăn cách giữa các trường vẫn được truyền đi

Ví dụ với câu dữ liệu GPRMC

- Bản tin kiểu RMC- (Recommended Minimum Specific GNSS Data)

Ví dụ ta nhận được chuỗi bản tin

$GPRMC,161229.487,A,3723.2475,N,12158.3416,W,0.13,309.62,120598,,*10

Sau đây là diễn giải của bản tin

Bảng 1.1 Diễn giải của bản tin GPRMC

(RMC protocol header) Thời gian (UTC Time) 161229.487 Giờ phút giây (% giây)

Kiểm tra (Checksum) *10 Kiểm tra mã truyền tin

1.2 Hệ thống thông tin di động toàn cầu GSM

Hệ thống thông tin di động toàn cầu – GSM là tiêu chuẩn phổ biến nhất trong thông tin di động trên thế giới hiện nay Theo tổ chức sáng lập là hiệp hội GSM ước đoán rằng, 80% thị trường di động toàn cầu đang sử dụng công nghệ này, với hơn 3

tỷ người trên hơn 212 quốc gia Sự phổ biến này giúp cho việc chuyển vùng quốc tế giữa các nhà cung cấp dịch vụ di động trở nên dễ dàng, các thuê bao có thể sử dụng dịch vụ di động ở nhiều nơi trên thế giới

Ngoài cung cấp dịch vụ cuộc gọi thoại, GSM cũng mở rộng các dịch vụ tiện lợi khác cho người sử dụng như tin nhắn ngắn SMS, được hỗ trợ tốt bởi hầu hết các chuẩn di động khác Các tiêu chuẩn mới sau này ra đời, như General Packet Radio Service – GPRS (năm 1997) và Enhanced Data Rates for GSM Evolution – EDGE (năm 1999), mang lại các dịch vụ giá trị gia tăng phong phú và các mức cước phí hấp dẫn

1.3 Giới thiệu module GPS L70

1.3.1 Giới thiệu chung

Module L70 là một module GPS của hãng Quectel Module L70 được thiết

kế với chip lõi GPS MT3339 của MTK, với khả năng bắt sóng GPS rất tốt “ 66 accquisition Channels – 22 tracking channels” Khoảng cách sai số dưới 10 mét, chính xác hơn các dòng chip đang sử dụng như Ublox, Holux…Điểm nổi bật của Module L70 là khả năng tiêu thụ dòng thấp chỉ 22 – 25mA và có kích thước rất nhỏ chỉ 10.1x9.7x2.5mm

GPS L70 được thiết kế với kích thước nhỏ gọn, giúp người dùng dể dàng nghiên cứu và triển khai các ứng dụng liên quan đến GPS như : định vị toạ độ hiển thị lên bản đồ Google, đo tốc độ , thời gian…với độ chính xác cao Bên cạnh

đó với kích thước nhỏ gọn, ngõ ra dữ liệu tiện dụng , GPS L70 sẽ mang đến

1.3.2 Đặc điểm tính năng của module GPS L70

 L1 Band Receiver (1575.42MHz)

 Protocols: NMEA 0183, PMTK

 Update Rate: 1Hz (default), up to10Hz

 Giao tiếp dữ liệu GPS qua UART

 Module sử dụng các chân GND, VCC, TXD, RXD, RST để giao tiếp với vi

Hình 1.7 Sơ đồ chân của GPS L70

1.3.3 Dữ liệu GPS trả về vi điều khiển

Vì GPS gửi thông tin về là một chuỗi dữ liệu gồm rất nhiều thông tin khác nhau,

bản tin GPS gửi về có cấu trúc: