Đề tài khoa học cấp trường thiết kế và chế tạo hệ thống chống trộm xe máy

Những thành tựu của nó đã có thể biến đượcnhững cái tưởng chừng như không thể thành những cái có thể, góp phần nâng cao đờisống vật chất và tinh thần cho con người.Để góp phần làm sáng t

VIỆN CNTT-ĐIỆN-ĐIỆN TỬ Độc lập - Tự do - Hạnh phúc

NHIỆM VỤ ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU

-o0o -Họ và tên sinh viên: Nguyễn Hoàng Dũng MSSV: 13030682

Ngày, tháng, năm sinh: 24/06/1996 Nơi sinh: Vũng Tàu

Chuyên Ngành: Tự động hóa

I TÊN ĐỀ TÀI: Thiết kế và chế tạo hệ thống chống trộm cho xe máy

II NHIỆM VỤ VÀ NỘI DUNG:

· Tìm hiểu về Mạch Arduino UNO R3

· Đưa ra các phương án nghiên cứu

· Thiết kế và chế tạo hệ thống chống trộm cho xe máy

· Kiểm tra, đánh giá tính ứng dụng của đề tài

III NGÀY GIAO NHIỆM VỤ ĐỀ TÀI: 01/11/2018

IV NGÀY HOÀN THÀNH ĐỀ TÀI: 31/03/2019

V HỌ TÊN CÁN BỘ HƯỚNG DẪN: Th.S Phạm Chí Hiếu

Bà Rịa - Vũng Tàu, Ngày… tháng …năm 2019

TS Phan Ngọc Hoàng

LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan đề tài nghiên cứu khoa học này tổng quát lại kết quả quá trìnhnghiên cứu của tôi Các số liệu, hình ảnh, thông tin trong đề tài đều trung thực, do tôitìm hiểu, tham khảo từ nhiều nguồn tư liệu Đề tài này không sao chép các đề tài đã có

từ trước

Nếu phát hiện có bất kỳ sự gian lận nào tôi xin hoàn toàn chịu trách nhiệm về nộidung đề tài của mình Trường đại học BÀ RỊA-VŨNG TÀU không liên quan đếnnhững vi phạm tác quyền, bản quyền do tôi gây ra trong quá trình thực hiện (nếu có)

Vũng Tàu, ngày … tháng … năm 2019

Người cam đoan

Nguyễn Hoàng Dũng

Lời nhận xét của hội đồng phản biện

Chủ tịch hội đồng Phản biện 1 Phản biện 2 Ủy viên

Lưu Hoàng Phan Thanh Hoàng Anh Châu Nguyễn Ngọc Lan Phạm Văn Tâm

SVTH: Nguyễn Hoàng Dũng

đó ngày càng được khẳng định thêm Những thành tựu của nó đã có thể biến đượcnhững cái tưởng chừng như không thể thành những cái có thể, góp phần nâng cao đờisống vật chất và tinh thần cho con người.

Để góp phần làm sáng tỏ hiệu quả của những ứng dụng trong thực tế của ngành

kỹ thuật điện tử, sau một thời gian học tập được quý thầy cô trong viện giảng dạy vềcác kiến thức chuyên ngành, đồng thời được sự giúp đỡ nhiệt tình của các thầy côtrong ngành Điện-Điện tử, cùng với sự nổ lực của bản thân, em đã nghiên cứu đề tài

“thiết kế và chế tạo hệ thống chống trộm cho xe máy“ nhưng do thời gian, kiến thức

và kinh nghiệm của em còn có hạn nên sẽ không thể tránh khỏi những sai sót Em rấtmong được sự giúp đỡ và tham khảo ý kiến của thầy cô và các bạn nhằm đóng gópphát triển thêm đề tài

LỜI CẢM ƠN

Trước khi bắt đầu nghiên cứu khoa học, với lòng biết ơn sâu sắc nhất, em xincảm ơn quý thầy cô ngành Điện-Điện tử đã tận tình truyền đạt kiến thức cũng như giúp

đỡ em trong quá trình học tập tại trường

Đặc biệt, em xin ghi nhớ sự nhiệt tình của thầy Phạm Chí Hiếu, người trực tiếphướng dẫn và đã giúp em hoàn thành đề tài này

Sau cùng, em cũng xin cảm ơn những người bạn đã đóng góp ý kiến và hỗ trợthông tin để em hoàn thiện đề tài

Vũng tàu, ngày …… tháng….… năm 2019

Sinh viên thực hiện chính

(Ký và ghi rõ họ tên)

Nguyễn Hoàng Dũng

SVTH: Nguyễn Hoàng Dũng

MỤC LỤC

NHIỆM VỤ ĐỀ TÀI

LỜI CAM ĐOAN

MỞ ĐẦU

LỜI CẢM ƠN

MỤC LỤC

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN 01

1.1 Nhu cầu tự động hóa ở Việt Nam 01

1.2 Mục tiêu của đề tài ……….………… 01

1.3 Tính tối ưu của đề tài 01

CHƯƠNG 2 THIẾT BỊ VÀ CÁC GIẢI PHÁP CÔNG NGHỆ 02

2.1 Giới thiệu về mạch Arduino UNO R3 …….………… ……… 02

2.1.1 Nguồn sử dụng …….……… ……….… 03

2.1.2 Các chân năng lượng……… ……… 03

2.1.3 Bộ nhớ sử dụng…….……… … 04

2.1.4 Các cổng vào/ra trên Arduino board ……… ………… ……….… 04

2.1.5 Lập trình cho Arduino ……… ……… ……….… 05

2.2 Module SIM800A ……….……… 06

2.2.1 Kết nối Module SIM800A ……….……….……… 06

2.2.2 Thông số kỹ thuật của module Sim800A mini V1………….……… 07

2.2.3 Chức năng các chân của module……….…….……… 08

2.3 Giới thiệu về module GPS GY-NEO 6M V2……… 08

2.3.1 Thông số kỹ thuật của module GPS ……… 09

2.3.2 Chức năng các chân của module……….……… 09

2.3.3 Sơ lược về GPS……… …… ….……… 10

2.3.4 Sự hoạt động của GPS……… …… 11

2.3.5 Các thành phần của GPS ……… ……….……… 12

2.3.6 Tín hiệu GPS…… ……….……… ………….………… 13

CHƯƠNG 3 THIẾT KẾ MẠCH VÀ CHƯƠNG TRÌNH…… 14

3.1 Sơ đồ nguyên lý……… ……… …… ….……… 14

3.2 Sơ đồ mạch in……… ……… …… … ….……… …… 14

3.3 Mô hình thực tế……… ……… ……….……… 15

3.4 Chương trình……… ……… ……….……….……… 15

CHƯƠNG 4 KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN ĐỀ TÀI… 21

4.1 Kết luận… ……… ……… ……… ….……… 21

4.1.1 Ưu điểm của đề tài …….……… ……… …… … … ……… 21

4.1.2 Nhược điểm của đề tài……….………… ………….……… 21

4.2 Hướng phát triển…… ……… ……… ….……… 21

TÀI LIỆU THAM KHẢO ……… 22

SVTH: Nguyễn Hoàng Dũng

CHƯƠNG 1

TỔNG QUAN

1.1 Nhu cầu tự động hóa ở Việt Nam

Tự động hóa là một lĩnh vực công nghệ rất quan trọng trong sự phát triển củamỗi quốc gia Khi ngành này phát triển và được ứng dụng rộng rãi thì nó sẽ góp phầncải thiện đáng kể trong mọi lĩnh vực của đời sống Nhưng hiện tại ở nước ta ngành nàyvẫn còn rất thiếu và yếu về quy mô hình lẫn năng lực làm chủ công nghệ Điều đó làmhạn chế rất lớn đến sự phát triển của đất nước Nhưng nhìn về mặt tích cực thì đó cũng

là cơ hội để ngành này khai thác nhu cầu rất lớn từ nhiều vấn đề

Và một nhu cầu cấp thiết mà hàng ngày vẫn thường xuyên xảy ra ở nước ta đó làphòng tránh nạn trộm cắp xe gắn máy Việc có một thiết bị giúp chúng ta có thể điềukhiển bật tắt xe máy từ xa nhằm nâng cao khả năng bảo vệ tài sản của mình, đồng thời

có thể định vị được chiếc xe mọi lúc mọi nơi là rất cần thiết

1.2 Mục tiêu của đề tài

- Nghiên cứu mô hình chống trộm và định vị xe máy thông qua sóng điện thoại

- Nghiên cứu cơ sở lý thuyết để xây dựng mô hình dựa trên các kiến thức đã học

về lập trình

- Ứng dụng các công nghệ gần gũi với cuộc sống con người để xây dựng lên hệthống điều khiển từ xa

1.3 Tính tối ưu của đề tài

- Tạo tính tư duy cho sinh viên trong quá trình nghiên cứu

- Có tính linh động và mở rộng cho sinh viên thiết kế mô hình dựa trên cơ sở thực tế

- Mô hình đơn giản nhưng rất hữu ích

CHƯƠNG 2

THIẾT BỊ VÀ CÁC GIẢI PHÁP CÔNG NGHỆ

2.1 Giới thiệu về Mạch Arduino NANO

Arduino NANO là dòng mạch Arduino phổ biến, sự tiện dụng, đơn giản, có thểlập trình trực tiếp bằng máy tính (như Arduino Uno) và đặc biệt hơn cả đó là kíchthước của nó Kích thước của Arduino Nano cực kì nhỏ gọn (1.85cm x 4.3cm), rấtthích hợp cho các newbie, vì giá rẻ hơn Arduino Uno nhưng dùng được tất cả các thưviệt của mạch này

Hình 2.1 Board mạch Arduino NANO

Hình 2.2 Chip Atmega 328

Arduino NANO sử dụng vi điều khiển chính là: ATmega328 (tương tự Board

Arduino Uno r3) Bộ não này có thể xử lí những tác vụ đơn giản như điều khiển đèn

LED nhấp nháy, xử lí tín hiệu cho xe điều khiển từ xa, điều khiển động cơ bước, điềukhiển động cơ servo, làm một trạm đo nhiệt độ–độ ẩm và hiển thị lên màn hình LCD,

… hay những ứng dụng khác

2.1.1 Nguồn sử dụng

Arduino UNO R3 có thể được cấp nguồn 5V thông qua cổng USB hoặc cấpnguồn ngoài với điện áp khuyên dùng là 7-12VDC hoặc điện áp giới hạn là 6-20V.Thường thì cấp nguồn bằng pin 9V là hợp lí nhất nếu bạn không có sẵn nguồn từ cổngUSB Nếu cấp nguồn vượt quá ngưỡng giới hạn trên, bạn sẽ làm hỏng Arduino UNO

2.1.2 Các chân năng lượng

GND (Ground): Cực âm của nguồn điện cấp cho Arduino NANO Khi bạn dùng

các thiết bị sử dụng những nguồn điện riêng biệt thì những chân này phải được nối vớinhau

5V: Cấp điện áp 5V đầu ra Dòng tối đa cho phép ở chân này là 500mA.

3.3V: Cấp điện áp 3.3V đầu ra Dòng tối đa cho phép ở chân này là 50mA.

Vin (Voltage Input): Để cấp nguồn ngoài cho Arduino NANO, bạn nối cực

dương của nguồn với chân này và cực âm của nguồn với chân GND

IOREF: Điện áp hoạt động của vi điều khiển trên Arduino Nano có thể được đo

ở chân này Và dĩ nhiên nó luôn là 5V Mặc dù vậy bạn không được lấy nguồn 5V từchân này để sử dụng bởi chức năng của nó không phải là cấp nguồn

RESET: Việc nhấn nút Reset trên board để reset vi điều khiển tương đương với

việc chân RESET được nối với GND qua 1 điện trở 10KΩ

Lưu ý:

Arduino NANO không có bảo vệ cắm ngược nguồn vào Do đó bạn phải hết sứccẩn thận, kiểm tra các cực âm–dương của nguồn trước khi cấp cho Arduino UNO.Việc làm chập mạch nguồn vào của Arduino NANO sẽ biến nó thành một miếng nhựachặn giấy, khuyên bạn nên dùng nguồn từ cổng USB nếu có thể

Các chân 3.3V và 5V trên Arduino là các chân dùng để cấp nguồn ra cho cácthiết bị khác, không phải là các chân cấp nguồn vào Việc cấp nguồn sai vị trí có thểlàm hỏng board Điều này không được nhà sản xuất khuyến khích

Cấp nguồn ngoài không qua cổng USB cho Arduino NANO với điện áp dưới 6V

Cấp điệp áp trên 5.5V vào các chân Digital hoặc Analog của Arduino NANO sẽlàm hỏng vi điều khiển.

Cường độ dòng điện qua một chân Digital hoặc Analog bất kì của ArduinoNANO vượt quá 40mA sẽ làm hỏng vi điều khiển Do đó nếu không dùng để truyềnnhận dữ liệu, bạn phải mắc một điện trở hạn dòng

Khi sử dụng mạch Arduino, đặc biệt một số bạn mới bắt đầu tiếp xúc, làm quenthì việc cấp nguồn nên thận trọng Theo mình thì nên sử dụng nguồn 5V chuẩn quaUSB, hoặc sử dụng nguồn 9v cấp cho cổng đầu vào mạch Arduino Tránh trường hợphỏng mạch Arduino

2.1.3 Bộ nhớ sử dụng

Vi điều khiển Atmega328 tiêu chuẩn sử dụng trên Arduino NANO có:

32KB bộ nhớ Flash: Những đoạn lệnh bạn lập trình sẽ được lưu trữ trong bộ nhớ

Flash của vi điều khiển Thường thì sẽ có khoảng vài KB trong số này sẽ được dùngcho bootloader nhưng đừng lo, bạn hiếm khi nào cần quá 20KB bộ nhớ này đâu

2KB cho SRAM (Static Random Access Memory): Giá trị các biến bạn khai báokhi lập trình sẽ lưu ở đây Bạn khai báo càng nhiều biến thì càng cần nhiều bộ nhớRAM Tuy vậy, thực sự thì cũng hiếm khi nào bộ nhớ RAM lại trở thành thứ mà bạnphải bận tâm Khi mất điện, dữ liệu trên SRAM sẽ bị mất

1KB cho EEPROM (Electrically Eraseble Programmable Read Only Memory):Đây giống như một chiếc ổ cứng mini–nơi bạn có thể đọc và ghi dữ liệu của mình vàođây mà không phải lo bị mất khi cúp điện giống như dữ liệu trên SRAM

2.1.4 Các cổng vào/ra trên Arduino Board

Hình 2.3 Các cổng ra/vào

Mạch Arduino NANO có 14 chân digital dùng để đọc hoặc xuất tín hiệu Chúng chỉ có 2 mức điện áp là 0V và 5V với dòng vào/ra tối đa trên mỗi chân là 40mA Ở mỗi chân đều có các điện trở pull-up từ được cài đặt ngay trong vi điều khiển

ATmega328 (mặc định thì các điện trở này không được kết nối) Một số chân digital

có các chức năng đặc biệt như sau:

2 chân Serial: 0 (RX) và 1 (TX): Dùng để gửi (transmit–TX) và nhận (receive –

RX) dữ liệu TTL Serial Arduino Uno có thể giao tiếp với thiết bị khác thông qua 2chân này Kết nối bluetooth thường thấy nói nôm na chính là kết nối Serial không dây.Nếu không cần giao tiếp Serial, bạn không nên sử dụng 2 chân này nếu không cần thiết

Chân PWM (~): 3, 5, 6, 9, 10, và 11: cho phép bạn xuất ra xung PWM với độ

phân giải 8bit (giá trị từ 0 → 28-1 tương ứng với 0V → 5V) bằng hàm analog Write().Nói một cách đơn giản, bạn có thể điều chỉnh được điện áp ra ở chân này từ mức 0Vđến 5V thay vì chỉ cố định ở mức 0V và 5V như những chân khác

Chân giao tiếp SPI: 10 (SS), 11 (MOSI), 12 (MISO), 13 (SCK) Ngoài các chứcnăng thông thường, 4 chân này còn dùng để truyền phát dữ liệu bằng giao thức SPI vớicác thiết bị khác

LED 13: trên Arduino NANO có 1 đèn led màu cam (kí hiệu chữ L) Khi bấm

nút Reset, bạn sẽ thấy đèn này nhấp nháy để báo hiệu Nó được nối với chân số 13.Khi chân này được người dùng sử dụng, LED sẽ sáng

Arduino NANO Broad có 8 chân analog (A0 → A7) cung cấp độ phân giải tín

hiệu 10bit (0 → 210-1) để đọc giá trị điện áp trong khoảng 0V → 5V Với chân AREFtrên board, bạn có thể để đưa vào điện áp tham chiếu khi sử dụng các chân analog Tức

là nếu bạn cấp điện áp 2.5V vào chân này thì bạn có thể dùng các chân analog để đođiện áp trong khoảng từ 0V → 2.5V với độ phân giải vẫn là 10bit

Đặc biệt, Arduino NANO có 2 chân A4 (SDA) và A5 (SCL) hỗ trợ giao tiếp I2C/TWI với các thiết bị khác

2.1.5 Lập trình cho Arduino

Các thiết bị dựa trên nền tảng Arduino được lập trình bằng ngôn ngữ riêng Ngônngữ này dựa trên ngôn ngữ Wiring được viết cho phần cứng nói chung Và Wiring lại

là một biến thể của C/C++ Một số người gọi nó là Wiring, một số khác thì gọi là C

hay C/C++ Riêng mình thì gọi nó là “ngôn ngữ Arduino”, và đội ngũ phát triển

Arduino cũng gọi như vậy Ngôn ngữ Arduino bắt nguồn từ C/C++ phổ biến hiện nay

do đó rất dễ học, dễ hiểu Nếu học tốt chương trình tin học thì việc lập trình Arduino

sẽ rất dễ thở đối với bạn

Để lập trình cho Mạch Arduino, nhà phát triển cung cấp một môi trường lập trìnhArduino được gọi là Arduino IDE (Intergrated Development Environment) như hìnhdưới đây

Hình 2.4 Giao diện lập trình

2.2 Module SIM800A

Hình 2.5 Module SIM800A Mini

Module sim800 mini sử dụng nguồn khoảng 3.7V ~ 5V DC, có thể dùng pinlithium nhưng không được quá 5V nếu không các linh kiện điện tử sẽ bị cháy

2.2.1 Kết nối Module SIM800A

Module này sử dụng giao diện TTL, có thể được kết nối trực tiếp với MCU,ARM, mà không cần thiết bị chuyển đổi và không sử dụng các liên kết máy tính nhưcổng USB, RS232, RS485 và liên kết nối tiếp khác, module sẽ bị cháy.

2.2.2 Thông số kỹ thuật của module Sim800A mini V1

· IC chính: Module GSM GPRS Sim800A

· Nguồn cấp: 4.5-5V, có thể sử dụng với nguồn dòng thấp từ 500mAh trở lên (nhưcổng USB, nguồn từ Board Arduino) Khuyên dùng nguồn 2A để đảm bảo hiệu suất hoạt động của SIM

· Tích hợp Khe Micro Sim

· Tích hợp led báo trạng thái Sim800A

· Tích hợp tụ bù điện dung cao và Diode giảm áp để có thể cấp 5VDC và nguồn dòng thấp

· Dòng khi ở chế độ chờ: 10 mA

· Dòng khi hoạt động: 100 mA đến 2A

· Kích thước: 2.5 cm x 3.1 cm

Hình 2.6 Mặt trước Module sim800A Mini

Hình 2.7 Mặt sau Mudule sim800A Mini

Hình 2.8 Các chân của Modile sim800A

mini 2.2.3 Chức năng các chân của module:

· GND: Chân Mass, cấp 0V

· 5V: Nguồn dương cấp 4.5~5VDC nuôi Module Sim800A hoạt động

· BAT: Nếu sử dụng pin Lion 3.7VDC thì dùng chân này để cấp nguồn

· DTR: Chân chức năng của Module SIM800A, có thể không sử dụng

· TXD: Chân truyền Uart TX

· RXD: Chân nhận Uart RX

· LL: Chân Linein_L của Sim800, có thể không sử dụng

· LR: Chân Linein_R của Sim800, có thể không sử dụng

· McN: Chân Mic_N của Sim800, có thể không sử dụng

· McP: Chân Mic_P của Sim800, có thể không sử dụng

2.3 Giới thiệu về module GPS GY-NEO 6M V2

trong EEPROM Trên mạch có tích hợp 1 pin dự phòng, khi nguồn chính ngắt, pin dự phòng có thể duy trì trong 30 phút cho dữ liệu GPS được lưu trữ.

2.3.1 Thông số kỹ thuật của module GPS

· Module GPS: Neo-6M-0-001 của hãng U-Blox

Hình 2.10 Các chân của Module gps neo 6m

v2 2.3.2 Chức năng các chân của module

· GND: Chân Mass, cấp 0V

· 5V: Nguồn dương cấp 4.5~5VDC nuôi Module GPS NEO 6M V2 hoạt động.

· BAT: Nếu sử dụng pin Lion 3.7VDC thì dùng chân này để cấp nguồn

· PPS: Chân chức năng của Module GPS NEO 6M V2, sau gần 1s sẽ xuất 1 xung

ra (có thể kết nối với led)

· TXD: Chân truyền Uart TX

Lưu ý quan trọng: Để module có thể định vị chúng ta cần đưa module (anten) ra

ngoài trời và chờ trong vòng 2 đến 3 phút để module thực hiện các quá trình thiết lậpban đầu

Kỳ cho phép mọi người trên thế giới sử dụng một số chức năng của GPS miễn phí, bất

kể quốc tịch nào Các nước trong Liên minh Châu Âu đang xây dựng Hệ thống định vịGalileo, có tính năng giống như GPS của Hoa Kỳ

Hệ thống định vị toàn cầu của Mỹ là hệ dẫn đường dựa trên một mạng lưới 24quả vệ tinh được Bộ Quốc Phòng Hoa Kỳ đặt trên quỹ đạo không gian Các hệ thốngdẫn đường truyền thống hoạt động dựa trên các trạm phát tín hiệu vô tuyến điện Được

biết đến nhiều nhất là các hệ thống sau: LORAN – (LOng RAnge Navigation) – hoạt động ở giải tần 90-100 kHz chủ yếu dùng cho hàng hải, hay TACAN – (TACtical Air

Navigation) – dùng cho quân đội Mỹ và biến thể với độ chính xác thấp VOR/DME –

VHF (Omnidirectional Range/Distance Measuring Equipment) – dùng cho hàng

không dân dụng

Gần như đồng thời với lúc Mỹ phát triển GPS, Liên Xô cũng phát triển một hệthống tương tự với tên gọi GLONASS Hiện nay Liên minh châu Âu đang phát triển

hệ dẫn đường vệ tinh của mình mang tên Galileo Trung Quốc thì phát triển hệ thống

định vị toàn cầu của mình mang tên Bắc Đẩu bao gồm 35 vệ tinh.

Ban đầu, GPS và GLONASS đều được phát triển cho mục đích quân sự, nên mặc

dù chúng dùng được cho dân sự nhưng không hệ nào đưa ra sự đảm bảo tồn tại liên tục

và độ chính xác Vì thế chúng không thỏa mãn được những yêu cầu an toàn cho dẫnđường dân sự hàng không và hàng hải, đặc biệt là tại những vùng và tại những thờiđiểm có hoạt động quân sự của những quốc gia sở hữu các hệ thống đó Chỉ có hệthống dẫn đường vệ tinh châu Âu Galileo (đang được xây dựng) ngay từ đầu đã đặtmục tiêu đáp ứng các yêu cầu nghiêm ngặt của dẫn đường và định vị dân sự