1. Tên đề tài: Nghiên cứu và chế tạo hệ thống quản lý xe máy bằng smartphone. 2. Các số liệu, tài liệu ban đầu: Phần mềm Android Studio 2.3.2. Công cụ lập trình Intergrated Development Environment (IDE). Sơ đồ mạch điện xe Future neo. 3. Nội dung thực hiện đề tài: Thiết kế App ứng dụng quản lý xe máy trên Smartphone Android. Thiết kế thiết bị quản lý xe giao nhận dữ liệu với Smartphone. Lắp đặt thiết bị và cho vận hành trên xe máy. Cải tiến thiết bị để đạt được hiệu suất hoạt động tốt nhất. 4. Sản phẩm: App Android . Thiết bị thu nhận dữ liệu từ xe máy Quyển thuyết minh Đồ Án. Đĩa CD thuyết minh đề tài. File in 3D .
Trang 1TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ
Trang 2CỘNG HOÀ XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc lập – Tự do – Hạnh Phúc
***
TP Hồ Chí Minh, ngày 15 tháng 07 năm 2017
NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
Ngày nhận đề tài: 20/03/2017 Ngày nộp đề tài: 15/07/2017
1 Tên đề tài: Nghiên cứu và chế tạo hệ thống quản lý xe máy bằng smartphone
2 Các số liệu, tài liệu ban đầu:
- Phần mềm Android Studio 2.3.2
- Công cụ lập trình Intergrated Development Environment (IDE)
- Sơ đồ mạch điện xe Future neo
3 Nội dung thực hiện đề tài:
- Thiết kế App ứng dụng quản lý xe máy trên Smartphone Android
- Thiết kế thiết bị quản lý xe giao nhận dữ liệu với Smartphone
- Lắp đặt thiết bị và cho vận hành trên xe máy
- Cải tiến thiết bị để đạt được hiệu suất hoạt động tốt nhất
4 Sản phẩm:
- App Android
- Thiết bị thu nhận dữ liệu từ xe máy
- Quyển thuyết minh Đồ Án
- Đĩa CD thuyết minh đề tài
- File in 3D
Trang 3CỘNG HOÀ XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc lập – Tự do – Hạnh Phúc
*******
PHIẾU NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN
Tên đề tài: Nghiên cứu và chế tạo hệ thống quản lý xe máy bằng smartphone
NHẬN XÉT
1 Về nội dung đề tài & khối lượng thực hiện:
2 Ưu điểm:
3 Khuyết điểm:
4 Đề nghị cho bảo vệ hay không?
5 Đánh giá loại:
6 Điểm:……….(Bằng chữ )
TP Hồ Chí Minh, ngày 15 tháng 07 năm 2017
Giáo viên hướng dẫn
(Ký & ghi rõ họ tên)
Trang 4CỘNG HOÀ XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM
Độc lập – Tự do – Hạnh Phúc *******
PHIẾU NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN PHẢN BIỆN
Tên đề tài: Nghiên cứu và chế tạo hệ thống quản lý xe máy bằng smartphone
Họ và tên Giáo viên phản biện:
NHẬN XÉT
1 Về nội dung đề tài & khối lượng thực hiện:
2 Ưu điểm:
3 Khuyết điểm:
4 Đề nghị cho bảo vệ hay không?
5 Đánh giá loại:
TP Hồ Chí Minh, ngày 15 tháng 07 năm 2017
Giáo viên phản biện
(Ký & ghi rõ họ tên)
Trang 5LỜI MỞ ĐẦU
Hiện nay xu hướng ứng dụng IoT vào các thiết bị trong cuộc sống hàng ngày là phổ biến và thông dụng, với rất nhiều lợi ích mà các ứng dụng IoT mang lại
Xu hướng IoT đang tràn ngập ở các mảng Smarthome, Smartgarden,… và đang len lỏi vào lĩnh vực ôtô Xu hướng ứng dụng IoT vào xe hơi là tất yếu vì những ứng dụng tuyệt vời mà IoT mang lại
Với mục đích muốn ứng dụng một thiết bị IoT vào việc quản lý xe máy để thu thập các dữ liệu cơ bản của xe như mức nhiên liệu, số Km, tốc độ xe,… từ đó đưa ra các cảnh báo cần thiết giúp cho người sử dụng có thể quản lý phương tiện của mình một cách hiệu quả và an toàn hơn trước vấn nạn mất trộm xe máy
Mục đích tiếp theo của nhóm muốn việc quản lý xe máy của người dùng được tối
ưu và tiện lợi nhất, ai cũng có thể sử dụng thông qua chiếc điện thoại cá nhân từ đó việc quản lý chiếc xe của người dùng sẽ tiện lợi hơn rất nhiều
Từ những mục đích trên nhóm đi đến quyết định thực hiện Đồ Án “ Nghiên cứu
và chế tạo hệ thống quản lý xe máy bằng Smartphone.” qua sự hướng dẫn của thầy
Vũ Đình Huấn
Do thời gian và kiến thức có hạn nên không thể tránh khỏi những thiếu sót Kính mong quý thầy cô và các bạn tận tình góp ý để những phiên bản sau này được hoàn thiện hơn.!
TP.HCM, Ngày 15 tháng 07 năm 2017 Nhóm thực hiện đề tài :
Trang 6là bộ hành trang quý báu hỗ trợ chúng em trong những công việc mà sau này ra trường chúng em sẽ ứng dụng vào đó
Quá trình làm Đồ Án chúng em sẽ không tránh khỏi những thiếu sót trong sản phẩm cuối, vì thế chúng em rất mong nhận được những ý kiến đóng góp từ các thầy để
từ đó chúng em rút ra được những thiếu sót trong tư duy nghiên cứu, tư duy lập trình
TP.HCM, Ngày 15 tháng 07 năm 2017 Nhóm thực hiện đề tài :
Trang 7TÓM TẮT ĐỒ ÁN NGHIÊN CỨU CHẾ TẠO HỆ THỐNG
QUẢN LÝ XE MÁY BẰNG SMARTPHONE
1.Tóm tắt
Hiện nay, nhu cầu về một thiết bị quản lý xe máy là vô cùng lớn bởi vì nước ta là nước mà phương tiện giao thông đi lại chủ yếu của người dân là xe máy nhưng thực tế các sản phẩm quản lý, bảo vệ chiếc xe máy trước tầm mắt của kẻ trộm thì chưa có nhiều và giá cả lại khá cao, các tính năng của các sản phẩm này chưa được phát triển nhiều Nắm bắt được nhu cầu của thị trường và những hạn chế của các sản phẩm hiện
có trên thị trường nhóm có ý tưởng nghiên cứu chế tạo ra một thiết bị quản lý, giám sát
xe máy thông qua chiếc điện thoại thông minh nhằm đơn giản hóa việc quản lý chiếc
xe máy của người sử dụng, phát triển thêm nhiều tính năng hơn cho thiết bị để thiết bị
có thể hỗ trợ người dùng nhiều hơn và hiệu quả hơn
Sau một thời gian nghiên cứu, nhóm đã thực hiện được việc thiết kế ra một sản phẩm lắp đặt trên xe máy, thiết bị này sẽ thu thập các tín hiệu cơ bản của xe như mức xăng mà xe đang có, số km mà xe đã đi, tốc độ xe, tọa độ xe, mã lỗi từ đó xử lý các tín hiệu đầu vào, gửi các dữ liệu này đến chiếc điện thoại chạy hệ điều hành Android để người dùng cập nhật các thông tin cần thiết nhằm quản lý chiếc xe máy của họ như: bật tắt chống trộm từ xa, tìm xe trong bãi đỗ, báo bảo dưỡng, báo hết xăng, báo quá tốc
độ, cảnh báo trộm xe, đọc mã lỗi của xe một các dễ dàng và bảo vệ chiếc xe của người
sử dụng một cách an toàn hơn
Trang 82.Nội dung
Tổng quan giao nhận dữ liệu giữa thiết bị và Smartphone
Hình 1 : Nguyên lý hoạt động của thiết bị
Trang 9Giải thích Hình 1:
Trên Hình 1 là sơ đồ nguyên lý hoạt động giao nhận dữ liệu giữa thiết bị lắp trên
xe máy và điện thọai Smartphone thông qua 2 cách : Giao nhận gián tiếp thông qua Webserver hoặc gửi nhận dữ liệu trực tiếp giữa điện thoại và thiết bị lắp trên xe máy
Dữ liệu truyền nhận ở đây là các thông tin của xe mà người dùng quan tâm như: mức xăng, số Km xe đã đi, lệnh bảo dưỡng, quá tốc độ, lệnh cảnh báo,…
- Quá trình nhận gửi dữ liệu gián tiếp giữa điện thoại và thiết bị lắp trên
xe thông qua Webserver
Quá trình giao nhận dữ liệu này gồm 2 tiến trình xảy ra độc lập nhau: Gửi – nhận
dữ liệu giữa thiết bị lắp trên xe máy thông qua mạng 3G và Webserver và Nhận – gửi
dữ liệu giữa Smartphone và Webserver thông qua mạng 3G hoặc Wifi
- Quá trình nhận gửi dữ liệu trực tiếp giữa điện thoại và thiết bị lắp trên
xe
Ở quá trình này, dữ liệu sẽ truyền trực tiếp giữa điện thoại và thiết bị lắp trên xe không thông qua Webserver mà thông qua mạng Lan(mạng nội bộ) , áp dụng khi xe hết lưu lượng 3G hoặc đang ở chế độ chờ( tắt khóa xe) Quá trình truyền nhận dữ liệu
là phụ thuộc nhau tức Smartphone có kết nối thì thiết bị mới gửi dữ liệu
Trang 10Sản phẩm thực tế
Nhóm đã thiết kế ra một sản phẩm quản lý xe máy thông qua điện thoại Smartphone Android được lắp đặt thực tế trên xe và hoạt động được
Hình 2: Thiết bị quản lý xe máy và vỏ hộp
Hình 3 : Board mạch bên trong hộp
Trang 11Hoạt động được khi không có kết nối internet Có
Thời gian bắt được sóng GPS
1 phút 30 giây - 5 phút tùy điều kiện địa hình,
thời tiết
Thời gian kết nối và gửi dữ liệu đến Smartphone 40 giây
Độ trễ đáp ứng các lệnh điều khiển gửi từ
Bảng 1 : Thông số thiết bị
Trang 12Kết quả đạt được sau khi thực hiện Đồ Án
Hình 4 : Thiết bị sau khi được lắp đặt thực tế trên xe
Trang 13Hình 5: Giao diện App
Giải thích các thành phần trên App:
- Vùng số ① : Hiển thị số Km mà xe đã đi được
- Vùng số ② : Hiển thị mức xăng của xe (tính theo đơn vị %)
- Vùng số ③ : Hiển thị tọa độ vị trí của xe
- Nút LOCK điều khiển ON/OFF chống trộm và hiển thị trạng thái hoạt động của
hệ thống chống trộm
- Nút RESET : Reset lại Bảo dưỡng khi đã bảo dưỡng định kỳ cho xe
- Nút FIND : Bật chức năng tìm xe
- Nút STOP : bật chức năng tiết kiệm điện ( ngắt toàn bộ nguồn nuôi thiết bị)
Trang 14Sau 4 tháng thực hiện, cải tiến và nâng cấp sản phẩm và lắp đặt thực tế và đưa ra các tính năng cải tiến nhằm cải thiện khả năng hoạt động, cải thiện mức độ tiêu thụ điện năng của sản phẩm Cụ thể, sản phẩm đã được các tính năng sau:
- Về phần hiển thị:
+ Hiển thị số Km xe đã đi được
+ Hiển thị mức xăng còn lại của xe
+ Hiển thị tọa độ vị trí của xe
+ Hiển thị mã lỗi của xe
- Về phần điều khiển:
+ Điều khiển bật tắt được chống trộm từ xa
+ Điều khiển tìm xe từ xa
- Về phần cảnh báo, nhắc nhở:
+ Nhắc nhở Bảo dưỡng
+ Nhắc nhở quá tốc độ
+ Nhắc nhở quên tắt chống trộm khi mở khóa xe
+ Nhắc nhở Khởi động lại xe sau khi đã tắt toàn bộ hệ thống
+ Nhắc nhở hết xăng
- Tính năng nâng cấp thêm từ các dự định ban đầu
+ Phát triển tính năng đọc mã lỗi giúp người sử dụng biết được xe của mình
đang gặp phải vấn đề hỏn hóc gì khi đèn Check Engine sáng
+ Phát triển tính năng Auto LOCK : tự bật tính năng chống trộm khi người
dùng tắt xe và quên bật chống trộm
+ Phát triển thêm được tính năng nội mạng – tính năng này cho phép sử dụng được hệ thống trong điều kiện không có 3G hoặc Wifi nhưng sẽ bị giới hạn khoảng cách lại trong phạm vi 30m
+ Phát triển thêm tính năng STOP tiết kiệm điện năng – tính năng này sẽ hoạt động khi ta ấn nút STOP trên App Khi khởi động tính năng này, hệ thống
sẽ ngắt toàn bộ nguồn điện nuôi các Module tức là sẽ không tiêu tốn điện năng nhưng khi mở khóa xe trở lại thì hệ thống sẽ được kích hoạt để hoạt động trở lại kèm theo một thông báo được gửi đến Smartphone Android được cài App
Trang 15+ Cải tiến được mức độ tiêu thụ điện năng của sản phẩm, sau khi thực nghiệm cho thấy qua 24h điện áp của bình vẫn đáp ứng được việc khởi động lại xe Một số hình ảnh cảnh báo được hiển thị trên màn hình Smartphone Android
Hình 6 : Cảnh báo xe sắp hết xăng
Trang 16STT Chức năng Viettel
(Smartmoto )
Thiết bị của nhóm
6 Báo xăng và cảnh báo khi mức xăng
Bảng 2 : So sánh thiết bị với thiết bị quản lý xe máy của Viettel
Nhận xét: thiết bị nhóm nghiên cứu ra có những ưu việt hơn sản phẩm có sẵn trên thị
trường, đáp ứng được yêu cầu ban đầu đặt ra của nhóm
Trang 17Hạn chế và hướng phát triển đề tài:
Hạn chế
Do thời gian nghiên cứu và chế tạo khá ngắn nên nhóm còn nhiều hạn chế như:
- Thiết bị còn sơ khai, chưa hoàn thiện về board mạch lẫn thiết kế
- App còn viết ở dạng sơ khai, chưa hoàn thiện về giao diện, chưa đa dạng về hệ điều hành
- Module GPS sử dụng chưa đáp ứng được độ ổn định mong muốn
Hướng phát triển Đồ Án
- Phát triển app hơn nữa về giao diện, phát triển thêm app ở hệ điều hành IOS
- Cải thiện hơn nữa mức tiêu hao điện năng của xe
- Phát triển thêm web để người dùng truy cập vào và quản lý lịch sử di chuyển của xe
3.Tài liệu tham khảo
[1] PGS-TS Đỗ Văn Dũng (2013), “Điện động cơ và điều khiển động cơ”, Nhà xuất bản ĐHQG, Tp HCM, Việt Nam
[2] Arduino IDE
[3] Sơ đồ mạch điện Future neo 2007
[4] Android Studio
Trang 18MỤC LỤC
NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ii
PHIẾU NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN iii
PHIẾU NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN PHẢN BIỆN iv
LỜI MỞ ĐẦU v
LỜI CẢM ƠN vi
TÓM TẮT ĐỒ ÁN NGHIÊN CỨU CHẾ TẠO HỆ THỐNG QUẢN LÝ XE MÁY BẰNG SMARTPHONE vii
MỤC LỤC xviii
DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT xxii
DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU xxiii
DANH MỤC CÁC HÌNH ẢNH xxiv
CHƯƠNG 1 : TỔNG QUAN VỀ ĐỒ ÁN 1
1.1 Lý do chọn đề tài 1
1.2 Mục tiêu nghiên cứu 1
1.3 Phương pháp nghiên cứu 2
1.4 Phạm vi nghiên cứu 2
CHƯƠNG 2 : NỘI DUNG THỰC HIỆN ĐỀ TÀI 3
2.1 Quá trình khảo sát và thực hiện Đồ Án 3
2.2 Lựa chọn và tìm hiểu về phần cứng, phần mềm lập trình 4
2.2.1 Lựa chọn phần mềm Android Studio 4
2.2.2 Lựa chọn phần cứng để lập trình 5
2.3 Quá trình thực hiện Đồ án: 10
2.3.1 Lập kế hoạch nghiên cứu và thực hiện Đề tài 10
2.3.2 Quy trình thực hiện Đồ án 11
CHƯƠNG 3: CƠ SỞ LÝ THUYẾT THỰC HIỆN ĐỒ ÁN 12
3.1 Cơ sở thu thập dữ liệu mức xăng 12
3.1.1 Lý thuyết về biến trở 12
3.1.2 Thu thập dữ liệu thực tế trên xe 13
Trang 193.1.3 Phương án thu thập tín hiệu mức xăng xe 13
3.2 Cơ sở thu thập dữ liệu tốc độ, số Km của xe 15
3.2.1 Đối với các xe phun xăng điện tử (FI) 15
3.2.2 Đối với xe sử dụng chế hòa khí 18
3.3 Cơ sở tìm kiếm xe trong bãi đỗ 21
3.3.1 Cơ sở lý thuyết 21
3.3.2 Phương án 22
3.4 Cơ sở thu thập vị trí xe 23
3.4.1 Lý thuyết thu thập vị trí xe: 23
3.4.2 Phương án lắp đặt, thu thập vị trí xe 24
3.5 Cơ sở lắp đặt hệ thống chống trộm trên xe 25
3.5.1 Cơ sở lý thuyết để lắp đặt chống trộm 25
3.5.2 Phương án lắp đặt chống trộm 28
3.6 Cơ sở lý thuyết nhận gửi dữ liệu giữa Smartphone và thiết bị quản lý xe máy 29
3.6.1 Yêu cầu đối với việc gửi nhận dữ liệu giữa xe và Smartphone 29
3.6.2 Phương án đề ra 29
3.7 Cơ sở lý thuyết đọc lỗi của xe ( Áp dụng đối với xe FI có khả năng hiển thị lỗi) 30
3.7.1 Cơ sở lý thuyết về việc lấy mã lỗi xe 30
3.7.2 Phương pháp đọc mã lỗi của xe 31
CHƯƠNG 4 : SƠ ĐỒ NGUYÊN LÝ VÀ LƯU ĐỒ THUẬT TOÁN 34
4.1 Sơ đồ nguyên lý 34
4.1.1 KIT ESP8266 Node Mcu 35
4.1.2 Mạch nguồn LM2596S 36
4.1.3 Relay 5VDC 37
4.1.4 Cụm GPS – Dcom – Encoder 38
4.1.5 IC đệm dòng ULN2803 38
4.2 Lưu đồ tổng quan gửi nhận dữ liệu được sử dụng 40
Trang 204.2.1 Quá trình giao nhận dữ liệu giữa điện thoại và KIT ESP thông qua
Webserver(vùng số I) 41
4.2.2 Quá trình giao nhận dữ liệu trực tiếp giữa điện thoại Smartphone và KIT ESP (vùng số II) 42
4.3 Lưu đồ nhận gửi dữ liệu của KIT ESP8266 Node Mcu với Webserver 43
4.3.1 Lưu đồ gửi dữ liệu từ KIT ESP8266 Node Mcu lên Webserver 43
4.3.2 Lưu đồ nhận và xử lý dữ liệu của KIT ESP8266 Node Mcu từ Webserver 49 4.4 Lưu đồ nhận và xử lý dữ liệu giữa Webserver và Smartphone Android hoặc giữa thiết bị và Smartphone Android 52
4.4.1 Vùng đọc, xử lý dữ liệu, gửi dữ liệu từ Android lên Webserver 53
4.4.2 Vùng đọc, xử lý dữ liệu, gửi dữ liệu trực tiếp từ Android về KIT ESP8266 Node Mcu 55
4.5 Lưu đồ nhận, xử lý dữ liệu và gửi dữ liệu của Webserver 56
4.5.1 Các dữ liệu cần lưu lại trên Webserver 57
4.5.2 Các dữ liệu không cần lưu lại: 58
CHƯƠNG 5: KẾT QUẢ ĐẠT ĐƯỢC SAU KHI THỰC HIỆN 59
ĐỒ ÁN 59
5.1 Ứng dụng trên điện thoại – phần cứng 59
5.1.1 App điện thoại 59
5.1.2 Phần cứng 61
5.2 Các tính năng đạt được của Đồ Án 64
5.3 Đánh giá về tính ổn định và thời gian kết nối các Module của Đồ án 73
5.4 Đánh giá mức độ gây sụt áp bình Accu của thiết bị 74
5.4.1 Mức độ gây sụt áp của Accu ở chế độ chờ của thiết bị 74
5.4.2 Mức độ sụt áp của Accu ở chế độ STOP 75
5.5 Đánh giá mức độ tiêu tốn dung lượng 3G của thiết bị 76
5.6 So sánh thiết bị với sản phẩm khác trên thị trường 76
CHƯƠNG 6 : KẾT LUẬN , ĐỀ NGHỊ 77
6.1 Kết luận 77
6.2 Kiến nghị 77
Trang 21TÀI LIỆU THAM KHẢO 78
PHỤ LỤC 79
1.Code ESP 79
2.Code Android 95
3.Code Webserver 114
Trang 22DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT
IDE : Intergrated Development Environment
IoT : Internet of Things
TCP : Transmission Control Protocol
IP : Internet Protocol
UART : Universal Asynchronous Receiver – Transmitter
GPIO : General Purpose Input Output
FI : Fuel Injection
TTL : Transistor-Transistor Logic
Trang 23DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU
Bảng 2.1: Bảng khảo sát các thiết bị quản lý xe máy trên thị trường 3 Bảng 2.2 : So sánh khả năng ứng dụng của các Module vào Đồ Án 5 Bảng 2.3: Bảng lập kế hoạch nghiên cứu và thực hiện Đồ án 10 Bảng 3.1 : Bảng khảo sát thời gian sáng tắt đèn Check Engine 33 Bảng 5.1 : Bảng thống kê thời gian giao – nhận dữ liệu của sản phẩm 73 Bảng 5.2 : Bảng thống kê mức độ sụt áp của Accu ở chế độ chờ 74
Bảng 5.3 : Thống kê mức độ sụt áp của Accu ở chế độ STOP 75
Bảng 5.4 : So sánh sản phẩm của nhóm và thiết bị của Viettel 76
Trang 24DANH MỤC CÁC HÌNH ẢNH
Hình 2.1: Giao diện khởi động của Android Studio 2.3.2 4 Hình 2.2 : KIT ESP8266 Node Mcu 7 Hình 2.3 : Sơ đồ chân của KIT ESP8266 Node Mcu 9 Hình 2.4 : Lưu đồ quy trình thực hiện Đồ án 11 Hình 3.1 : Cấu tạo biến trở 12 Hình 3.2 : Sơ đồ nguyên lý hệ thống báo xăng trên xe máy 13 Hình 3.3 : Sơ đồ dây bộ báo xăng xe máy 13 Hình 3.4 : Vị trí dây tín hiệu thu thập mức xăng mà nhóm lắp đặt thêm 14 Hình 3.5 : Cảm biến tốc độ được lắp ở bánh trước / bánh sau của xe 15 Hình 3.6: Cảm biến tốc độ được lắp tại trục đầu ra của hộp số xe máy 15 Hình 3.7: Cấu tạo của cảm biến tốc độ loại quang 16 Hình 3.8 : Cấu tạo của cảm biến tốc độ loại từ 17 Hình 3.9 : Sơ đồ dây của cảm biến tốc độ trên xe máy 17 Hình 3.10 : Encoder 20 xung được sử dụng 18 Hình 3.11 : Vị trí lắp đặt cảm biến đo tốc độ,Km lên xe 20 Hình 3.12 : Sơ đồ dây điện hệ thống xy – nhan trên xe Future neo 21 Hình 3.13 : Sơ đồ lắp đặt hệ thống tìm xe lên xe 22 Hình 3.14 : Lắp đặt dây tín hiệu vào chung với hệ thống đèn xy –nhan của xe 22 Hình 3.15 : GPS NEO – 6M – 0 – 001 23 Hình 3.16 : Vị trí lắp đặt Module GPS trên bảng mạch 24 Hình 3.17 : Vị trí lắp đặt ăng - ten GPS trên xe 24 Hình 3.18 : Vị trí lắp đặt khóa xe máy 25 Hình 3.19 : Dụng cụ bẻ khóa xe máy mà kẻ trộm sử dụng 26 Hình 3.20 : Sơ đồ mạch điện công tắc máy của xe 27 Hình 3.21 : Sơ đồ lắp đặt hệ thống chống trộm trên xe 28 Hình 3.22 : Dcom 3G phát Wifi 29 Hình 3.23 : Vị trí đèn Check Engine trên Tableau xe máy 30 Hình 3.24 : Sơ đồ mạch sử dụng để thu thập thời gian nháy của đèn 32
Trang 25Hình 4.1: Sơ đồ mạch nguyên lý của đề tài 34 Hình 4.2 : KIT ESP 8266 Node Mcu 35 Hình 4.3 : Mạch nguồn LM2596S 36 Hình 4.4 : Relay 5VDC 37 Hình 4.5 : IC đệm dòng ULN 2803 38
Hình 4.6 : Lưu đồ tổng quan gửi nhận dữ liệu 40 Hình 4.7 : Lưu đồ gửi dữ liệu từ KIT ESP8266 Node Mcu lên Webserver 43
Hình 4.8 : Lưu đồ thuật toán xử lý dữ liệu đọc về 49 Hình 4.9: Lưu đồ nhận và xử lý dữ liệu giữa Webserver và Smartphone Android 52 Hình 4.10 : Lưu đồ thuật toán nhận gửi dữ liệu của Webserver 56 Hình 5.1 : Icon App 59 Hình 5.2 : Giao diện của App 60 Hình 5.3 : Bảng mạch của thiết bị 62 Hình 5.4 : Thiết bị sau khi lắp vào vỏ 63 Hình 5.5 : Thiết bị sau khi lắp đặt lên xe 63 Hình 5.6 : Thông báo xe sắp hết xăng 65 Hình 5.7 : Thông Báo Bảo dưỡng 66 Hình 5.8 : Thông báo quá tốc độ 67 Hình 5.9 : Thông báo mở khóa xe 68 Hình 5.10 : Thông báo mã lỗi xe máy 69 Hình 5.11 : Cảnh báo xác nhận ON/OFF LOCK 70 Hình 5.12 : Cảnh báo xác nhận bật STOP 71 Hình 5.13 : Cảnh báo xác nhận RESET BẢO DƯỠNG 72
Trang 26CHƯƠNG 1 : TỔNG QUAN VỀ ĐỒ ÁN
1.1 Lý do chọn đề tài
Nước ta đang là nước phát triển, nhu cầu đi lại của người dân là rất cao và vì thế lượng phương tiện xe máy cũng tăng theo cấp số nhân, nhà nhà ít nhất đều có một chiếc xe máy làm phương tiện đi lại
Hiện tại nhu cầu sử dụng điện thoại thông minh trên là rất cao, mà mức giá của một sản phẩm Smartphone là rất rẻ so với 5 năm trước đây để phục vụ cho nhu cầu sử dụng của người tiêu dùng Chính vì lý do trên, số lượng sử dụng điện thoại thông minh tại Việt Nam đang rất phổ biến và trở nên thông dụng trong cuộc sống hàng ngày với các ứng dụng đi theo thời đại Smartphone như Grab, Uber, Facebook,…
Các sản phẩm IoT và các ứng dụng của nó đang đi theo hướng phát triển rầm rộ với rất nhiều các dự án đã đi vào ứng dụng thực tế như SmartHome, SmartGarden,…
Hệ quả tích cực đi theo là các sản phẩm phục vụ cho việc nghiên cứu dự án IoT đang dần dần đa dạng hơn, giá thành rẻ hơn, nguồn tài liệu nghiên cứu về các sản phẩm này trở nên đa dạng nên việc nghiên cứu và phát triển một sản phẩm IoT là hoàn toàn có thể thực hiện được
Tổng hợp lại từ nhu cầu thực tế trên nhóm đã quyết định phát triển ra một sản phẩm nhằm quản lý xe máy bằng điện thoại Smartphone dựa vào thiết bị IoT giá rẻ
Đó là lý do nhóm đi đến việc hình thành Đồ Án “Nghiên cứu hệ thống quản lý xe
máy bằng Smartphone.”
1.2 Mục tiêu nghiên cứu
- Nghiên cứu, thiết kế ra một App chạy được trên điện thoại Smartphone có thể nhận – gửi dữ liệu về xe máy
- App chạy trên điện thoại có giao diện dễ dùng, thông tin được cập nhật từ xe được người sử dụng nắm bắt dễ dàng
- Nghiên cứu, thiết kế, lắp đặt thiết bị giám sát lên xe máy có thể thu nhận các dữ liệu cở bản của xe như số Km xe đã đi, mức xăng hiện tại của xe, tốc độ xe, tọa
độ xe, gửi dữ liệu về App cài trên Smartphone và nhận dữ liệu điều khiển từ Smartphone
- Thiết bị được lắp ráp lên xe không được làm thay đổi hoặc sai lệch chức năng của các hệ thống mà thiết bị lấy dữ liệu
- Thiết bị được thiết kế phải đáp ứng được việc giao nhận dữ liệu từ xa, không giới hạn khoảng cách
Trang 27- Thiết bị phải hoạt động ổn định
- Mức tiêu tốn điện năng của thiết bị là ở mức chấp nhận được, đảm bảo sau 24h
sử dụng vẫn có thể khởi động xe được
- Thiết bị phải hoạt động được trong điều kiện không có Wifi/3G
1.3 Phương pháp nghiên cứu
Nhằm đạt được mục tiêu nghiên cứu và đưa ra một sản phẩm kịp với tiến độ, nhóm đã tiến hành thực hiện các phương pháp nghiên cứu sau:
- Nghiên cứu trên mạng Internet, các nguồn thư viện mở
- Tham khảo các khóa học lập trình online trên Youtube
- Tham khảo các dự án IoT có sẵn trên thị trường
- Khảo sát thực tế xe máy để lắp đặt thiết bị quản lý
1.4 Phạm vi nghiên cứu
Trong khoảng thời gian 3 tháng kể từ lúc nhận Đồ Án là khoảng thời gian tương đối ngắn nên nhóm tập trung vào nghiên cứu các tính năng chính trước, sau đó phát triển các tính năng nâng cấp sau cụ thể:
- Thu thập dữ liệu: phải làm được việc thu thập các dữ liệu cơ bản như số Km, mức xăng
- Điều khiển: Điều khiển được bật – tắt chống trộm của xe, điều khiển tìm xe
- Cải tiến : cải tiến nhiều nhất những gì có thể thực hiện được trong thời gian được giao
Trang 28CHƯƠNG 2 : NỘI DUNG THỰC HIỆN ĐỀ TÀI
2.1 Quá trình khảo sát và thực hiện Đồ Án
STT Chức năng
Viettel (Smartmoto V2
có remote)
Thiết Bị Định
Vị Xe Máy A1
2 Lịch sử di chuyển của xe, thời gian dừng
Bảng 2.1: Bảng khảo sát các thiết bị quản lý xe máy trên thị trường
Qua bảng khảo sát, chúng ta có nhận xét: các thiết bị trên thị trường đang còn rất hạn chế về tính năng cũng như mức giá khá cao Vì vậy, người tiêu dùng khó tiếp cận đến các sản phẩm này được
Trên thực tế, nhu cầu về một thiết bị quản lý xe máy đơn giản, dễ sử dụng của người tiêu dùng là rất cao bởi lẽ nước ta có số lượng xe máy rất lớn và các vụ trộm cắp xảy ra hầu như là hàng giờ, hàng ngày Nhu cầu tuy cao nhưng các thiết bị thực tế vẫn chưa được sử dụng rộng rãi bởi vì một số nguyên nhân như giá thành, quá trình sử dụng phức tạp, bất tiện khi sử dụng
Nắm bắt được một số nhu cầu trên và qua khảo sát thực tế thì người dùng đang cần một thiết bị quản lý xe máy rẻ, tiện lợi, dễ sử dụng và có thể sử dụng ở mọi nơi, mọi lúc Từ đó chúng em đi đến việc hình thành ý tưởng là dùng một bộ Vi xử lý thu nhận dữ liệu, xử lý dữ liệu gửi lên Smartphone và nhận lại dữ liệu từ Smartphone để
xử lý và thực hiện lệnh
Trang 292.2 Lựa chọn và tìm hiểu về phần cứng, phần mềm lập trình
2.2.1 Lựa chọn phần mềm Android Studio
Yêu cầu đặt ra của Đề án là Quản lý xe máy bằng Smartphone nên việc mà chúng
em cần làm là tìm một phần mềm để lập trình một App sử dụng được trên hệ điều hành
nào đó Sau khi cân nhắc, chúng em lựa chọn lập trình một App Android vì nó đơn
giản, nguồn dữ liệu lập trình đa dạng nên việc học tập và lập trình là không khó và số lượng người dùng Android là nhiều nhất trong tất cả các hệ điều hành nên tính ứng dụng của Đồ Án sẽ cao hơn
Hình 2.1: Giao diện khởi động của Android Studio 2.3.2
Phần mềm hỗ trợ lập trình App Android là Android Studio 2.3.2 –Android
Studio là môi trường phát triển tích hợp (IDE) chính thức dành cho phát triển nền tảng Android Nó được ra mắt vào ngày 16 tháng 5 năm 2013 tại hội nghị Google I/O Android Studio được phát hành miễn phí theo giấy phép Apache Licence 2.0 Đây là phần mềm miễn phí và được rất nhiều lập trình viên sử dụng trong việc xây dựng một App Android nên việc lựa chọn phần mềm này là điều tất yếu
Trang 302.2.2 Lựa chọn phần cứng để lập trình
Trở lại yêu cầu của Đồ án là hệ thống quản lý xe máy bằng Smartphone và đã xác định được là Smartphone Android Vấn đề đặt ra là Smartphone sẽ giao tiếp với xe máy bằng cách nào ?
Câu trả lời là việc ứng dụng các sản phẩm truyền nhận dữ liệu không dây, nhưng
có rất nhiều sản phẩm với ưu nhược điểm khác nhau Nhiệm vụ của nhóm là lựa chọn
ra phần cứng phù hợp nhất với yêu cầu của Đồ Án
STT
Module Tiêu chí so sánh
ESP Node Mcu Bluetooth
HC06
Module simA900
1
Khả năng giao nhận dữ liệu
trực tiếp giữa điện thoại và
app
2 Khả năng giao nhận dữ liệu
80MHz ( up to 160MHz)
16MHz (*) 16MHz (*)
Bảng 2.2 : So sánh khả năng ứng dụng của các Module vào Đồ Án
Trang 31- Mức giá này được tham khảo tại Hshop.com
Qua bảng so sánh, nhóm thấy được những lợi ích mà ESP Node Mcu mang lại, vì vậy nhóm lựa chọn KIT ESP 8266 Node Mcu cho Đồ Án
Sau khi lựa chọn, nhóm phân tích lại những tính năng mà KIT ESP 8266 Node Mcu sẽ mang lại cho Đồ Án Cụ thể:
- Đây là KIT đang được sử dụng cực kỳ rộng rãi trong các dự án IoT( Internet of Things) nên việc lập trình là không khó khi nguồn dữ liệu phục vụ cho việc lập trình là rất đa dạng
- Với ESP8266 Node Mcu, ngoài việc sử dụng ngôn ngữ lập trình Lua ta còn có thể lập trình sử dụng ngôn ngữ C/C++ thông qua Arduino IDE Việc này rất thuận tiện khi mà cả 2 thành viên của nhóm đều có những kiến thức nền về lập trình Arduino IDE qua những dự án nhỏ đã thực hiện trong quá trình học
- Đây là KIT IoT nên sẽ được tích hợp sẵn module Wifi vào nên việc giao nhận dữ liệu từ xa giữa KIT ESP và Smartphone là thực hiện được từ đó nâng cao hơn tính ứng dụng của Đồ Án
- Bộ vi xử lý của KIT ESP là khá mạnh mẽ cụ thể : KIT tích hợp bộ điều khiển vi
mô 32-bit Tensilica L106 (MCU) có tính năng tiêu thụ điện năng thấp và RSIC 16-bit, đạt tốc độ 80 MHz Với hệ thống hoạt động thời gian thực (RTOS) và chức năng ngăn xếp Wi-Fi, khoảng 80% sức mạnh xử lý vẫn còn sẵn cho người dùng lập trình ứng dụng và phát triển
- Được thiết kế cho các thiết bị di động, thiết bị điện tử có thể đeo và ứng dụng Internet of Things (IoT), KIT ESP8266 đạt được tiêu thụ điện năng thấp với sự kết hợp của một số công nghệ độc quyền Kiến trúc tiết kiệm năng lượng có ba chế độ hoạt động - chế độ hoạt động, chế độ nghỉ và chế độ ngủ sâu, do đó cho phép các thiết kế sử dụng pin chạy lâu hơn
Trang 32- Kích thước của KIT là 5.7cm x 3cm khá nỏ gọn nên việc thiết kế mạch và lắp mạch lên xe máy là thực hiện được
- KIT có thể thực hiện gửi – nhận dữ liệu trực tiếp mà không cần thông qua mạng Wifi/3G
Sơ đồ chân và thông số của KIT ESP được lựa chọn
Hình 2.2 : KIT ESP8266 Node Mcu
Thông số cơ bản của KIT ESP8266 Node Mcu
+ IC chính: ESP8266 Wifi SoC
+ Phiên bản Firmware : Node Mcu
+ Chip nạp vào giao tiếp UART : CH340
+ GPIO tương thích với Firmware Node Mcu
+ Nguồn cấp 5V DC
+ Tương thích với trình biên dịch Arduino IDE
+ Hoạt động trong dãi nhiệt: -40°C to +125°C
+ 32-bit RISC CPU: Tensilica Xtensa LX106 hoạt động với tần số 80 MHz + QSPI flash ngoài – 512 KiB – 4 MiB (có thể lên tới 16 MiB)
+ Có 1 chân ADC
+ Có 16 chân GPIO
+ Tích hợp Led báo trạng thái, nút Reset, Flash
Trang 33- Kit RF thu phát wifi esp8266 nodeMcu với thiết kế dễ sử dụng và đặc biệt là có thể sử dụng trực tiếp trình biên dịch của Arduino để lập trình và nạp code, điều này khiến việc sử dụng và lập trình các ứng dụng trên ESP8266 trở nên rất đơn giản
- Kit RF thu phát wifi esp8266 nodeMcu sử dụng chip nạp và giao tiếp UART mới
có khả năng tự nhận Driver trên tất cả các hệ điều hành Window và Linux
- Giao thức kết nối (sử dụng giao thức kết nối TCP/IP):mạng wifi (có thể được sử dụng như điểm truy cập vào hoặc trạm phát wifi, nó lưu trữ một địa chỉ ip của máy chủ Websever qua việc nạp code cho KIT), kết nối với internet để lấy dữ liệu hoặc tải lên
- Các chân ESP8266 chỉ sử dụng điện áp 3.3V , không sử dụng điện áp 5V tại các chân ngõ vào
Chú thích:
- Giao thức TCP (Transmission Control Protocol – “Giao thức điều khiển truyền vận”) các ứng dụng trên các máy chủ được nối mạng có thể tạo các “kết nối” với nhau, mà qua đó chúng có thể trao đổi dữ liệu hoặc các gói tin Giao thức này đảm bảo chuyển giao dữ liệu tới nơi nhận một cách đáng tin cậy và đúng thứ tự TCP còn phân biệt giữa dữ liệu của nhiều ứng dụng (chẳng hạn, dịch vụ Web và dịch vụ thư điện tử) đồng thời chạy trên cùng một máy chủ
- GPIO là viết tắt General Purpose Input Output: thực tế nó là các chân đầu ra, đầu vào đa chức năng Chúng có chức năng kiểm soát và giao tiếp với các thiết bị bên ngoài.)
- Chip nạp vào giao tiếp UART (UART là viết tắt của Universal Asynchronous Receiver – Transmitter.) Thường là một mạch tích hợp được sử dụng trong việc truyền dẫn dữ liệu nối tiếp giữa máy tính và các thiết bị ngoại vi
Trang 34Hình 2.3 : Sơ đồ chân của KIT ESP8266 Node Mcu
Với yêu cầu cơ bản của Đồ án là thu thập các dữ liệu xăng, Km, tốc độ, trạng thái ON/OFF của khóa xe, tín hiệu đầu vào của GPS nên ta cần sử dụng các chân sau:
+ Chân A0(Input) : thu thập dữ liệu mức xăng
+ Chân D1(Input) : thu thập dữ liệu Encoder gửi về
+ Chân D2(Input) : thu thập dữ liệu tín hiệu mã lỗi của xe
+ Chân D5(Input) :thu thập tín hiệu ON/OFF của khóa xe
+ Chân RX(Input) : thu thập dữ liệu tọa độ GPS
+ Chân D0(Output) : điều khiển ON/OFF Relay G – D – E ( cụm module GPS-Dcom-Encoder)
+ Chân D6(Output) : điều khiển Relay tìm xe
+ Chân D7(Output) : điều khiển relay cấp nguồn cho KIT ESP8266 Node Mcu
+ Chân D8(Output) : điều khiển relay LOCK(relay khóa xe)
Trang 352.3 Quá trình thực hiện Đồ án:
2.3.1 Lập kế hoạch nghiên cứu và thực hiện Đề tài
Ngày nhận Đề tài là ngày 20/03/2017 và hạn nộp Đề tài là 15/07/2017 trong quá trình thực hiện chúng em chia thời gian theo bảng dưới đây
Tuần 1,2 Tìm ra phương án giải quyết Đề án Làm nhóm cùng
GVHD
Tuần 3,4 Lựa chọn phần cứng, phần mềm phù hợp Làm nhóm cùng
GVHD
Tuần 5,6,7,8 Nghiên cứu phần mềm Android Studio, nghiên
Tuần 9,10,11 Thử lắp mạch và kiểm tra giao tiếp giữa KIT
Tuần
15,16,17 Chỉnh sửa hoàn thiện, viết thuyết minh
Làm nhóm cùng GVHD
Bảng 2.3: Bảng lập kế hoạch nghiên cứu và thực hiện Đồ án
Trang 362.3.2 Quy trình thực hiện Đồ án
Hình 2.4 : Lưu đồ quy trình thực hiện Đồ án
Trang 37CHƯƠNG 3: CƠ SỞ LÝ THUYẾT THỰC HIỆN ĐỒ ÁN
3.1 Cơ sở thu thập dữ liệu mức xăng
3.1.1 Lý thuyết về biến trở
Trước khi đi vào cách thu thập mức xăng trên xe, chúng ta hãy xem lại cách mà một biến trở hoạt động vì thực tế trên xe máy biến trở được sử dụng để thu thập mức xăng
Hình 3.1 : Cấu tạo biến trở
Nguyên lý: Phần màu vàng là một lớp điện trở Kim màu xanh được đè chặt xuống phần điện trở này Giả sử có dòng điện đi từ 1 đến 3 thì nó sẽ phải qua phần màu vàng (được tô đỏ) và đó chính là điện trở hiện tại của biến trở Bạn chỉ việc vặn cây kim để tăng giảm độ dài của vùng màu đỏ, qua đó tăng giảm giá trị điện trở
Giả sử đặt một hiệu điện thế vào 2 cực 1 và 2, sử dụng công thức định luật Ôm,
ta có thể tính được điện áp lấy ra ở cực 3 Khi vặn biến trở, ta sẽ làm thay đổi điện trở
ở phần màu đỏ và màu vàng (do điện tích của chúng thay đổi), qua đó làm thay đổi điện áp ở chân 3 Người ta gọi hệ 2 điện trở này là cầu phân áp, tức là phân chia điện
áp nhờ một cầu điện trở
Trang 383.1.2 Thu thập dữ liệu thực tế trên xe
Trên xe để đo xăng, người ta sử dụng phao xăng để đo mức xăng Phao xăng có gắn một biến trở thay đổi (giới thiệu bên trên) theo mức xăng có trong bình, giá trị của biến trở thay đổi sẽ làm thay đổi điện áp ở ngõ ra Dựa vào giá trị điện áp thay đổi này, các thiết bị hiển thị mức xăng ( dạng đồng hồ kim hoặc đồng hồ kỹ thuật số) sẽ hiển thị mức xăng tương ứng
Hình 3.2 : Sơ đồ nguyên lý hệ thống báo xăng trên xe máy
3.1.3 Phương án thu thập tín hiệu mức xăng xe
Tín hiệu đưa ra là tín hiệu điện áp thay đổi theo vị trí của phao xăng nên nhóm đã đưa ra cách lấy dữ liệu xăng như sau: từ dây tín hiệu báo xăng nguyên thủy trên xe máy, mắc dây thu thập tín hiệu của sản phẩm song song với dây tín hiệu của xe máy để
lấy dữ liệu điện áp ngõ ra của hệ thống báo xăng xe máy
Hình 3.3 : Sơ đồ dây bộ báo xăng xe máy
Trang 39Trên xe máy, từ vị trí bộ báo xăng sẽ có 3 dây như sơ đồ, trong đó dây Bu/W và dây Y/W sẽ có chức năng mang tín hiệu điện áp về lại mặt đồng hồ hiển thị xe máy Hai dây này có mực điện áp dao động như sau:
- Dây Bu/W ứng với mức điện áp dao động từ 2.75V( ứng với vị trí hết xăng) đến 6.85V( ứng với trạng thái xe đầy xăng)
- Dây Y/W ứng với mức điện áp dao động từ 6.85V( ứng với vị trí hết xăng) đến 2.75V( ứng với trạng thái xe đầy xăng)
Trên đồng hồ báo xăng sẽ có các dây tương ứng như ở bộ báo xăng Vì vậy, nhóm tiến hành lấy tín hiệu ở dây Bu/W về thiết bị để thu thập mức xăng của xe
Hình 3.4 : Vị trí dây tín hiệu thu thập mức xăng mà nhóm lắp đặt thêm
Sau khi lắp đặt, nhóm đã kiểm tra xem việc lắp đặt thêm dây tín hiệu có ảnh hưởng đến độ chính xác của hệ thống báo xăng của xe không Kết quả là không ảnh hưởng, mức xăng vẫn được hiển thị đúng theo vị trí của phao xăng
Trang 403.2 Cơ sở thu thập dữ liệu tốc độ, số Km của xe
3.2.1 Đối với các xe phun xăng điện tử (FI)
3.2.1.1 Cơ sở lý thuyết
Vị trí lắp cảm biến tốc độ:
Hình 3.5 : Cảm biến tốc độ được lắp ở bánh trước / bánh sau của xe
Hình 3.6: Cảm biến tốc độ được lắp tại trục đầu ra của hộp số xe máy
Các xe phun xăng điện tử được trang bị sẵn cảm biến tốc độ nên việc thu thập tín hiệu tốc độ và số Km xe đi là đơn giản Bởi lẽ, chúng ta không cần lắp thêm cảm biến để thu thập các giá trị Km, tốc độ cho xe nữa