(Luận văn thạc sĩ) xây dựng hệ thống hỗ trợ cảnh báo sự cố an ninh

Hệ thống này đáp ứng được nhu cầu tiếp nhận tin nhắn cảnh báo bằng SMS từ nhiều địa điểm khác nhau, định vị vị trí địa điểm xảy ra sự cố và vị trí nhân viên ứng cứu, gửi cảnh báo đúng đố

THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

LUẬN VĂN THẠC SĨ TRẦN PHƯỚC THÀNH

XÂY DỰNG HỆ THỐNG HỖ TRỢ ỨNG CỨU SỰ CỐ AN NINH

NGÀNH: KỸ THUẬT ĐIỆN TỬ - 60520203

S K C0 0 4 7 0 7

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT

THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

LUẬN VĂN THẠC SĨ TRẦN PHƯỚC THÀNH

XÂY DỰNG HỆ THỐNG HỖ TRỢ CẢNH BÁO SỰ CỐ AN NINH

NGÀNH: KỸ THUẬT ĐIỆN TỬ - 605270 Hướng dẫn khoa học:

PGS.TS NGUYỄN CHÍ NGÔN

Tp Hồ Chí Minh, tháng 10/2015

Trang i

I LÝ LỊCH SƠ LƯỢC:

Họ & tên: Trần Phước Thành Giới tính: Nam

Ngày, tháng, năm sinh: 13/04/1987 Nơi sinh: Cần

Thơ Quê quán: Cần Thơ Dân tộc:

Kinh

Chỗ ở riêng hoặc địa chỉ liên lạc: 57/1 CMT8, P An Thới, Q Bình Thủy, TP Cần Thơ Điện thoại cơ quan: Điện thoại nhà riêng: 0916913681 Fax: E-mail: phuocthanh87@gmail.com

II QUÁ TRÌNH ĐÀO TẠO:

1 Trung học chuyên nghiệp:

Hệ đào tạo: Thời gian đào tạo từ ……/…… đến ……/

…… Nơi học (trường, thành phố):

Ngành học:

2 Đại học:

Hệ đào tạo: Tại Chức Thời gian đào tạo từ 10/2005 đến 06/2010

Nơi học (trường, thành phố): Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật

TP.HCM Ngành học: Kỹ Thuật Điện – Điện Tử

Tên đồ án, luận án hoặc môn thi tốt nghiệp:

Ngày & nơi bảo vệ đồ án, luận án hoặc thi tốt nghiệp: ĐH SPKT

TP.HCM Người hướng dẫn:

III QUÁ TRÌNH CÔNG TÁC CHUYÊN MÔN KỂ TỪ KHI TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC:

Trang ii

Tôi xin cam đoan Luận văn Thạc sĩ ngành Kỹ Thuật Điện Tử “Xây dựng hệ thống

hỗ trợ ứng cứu sự cố an ninh” là kết quả của quá trình học tập, nghiên cứu khoa học độc lập, nghiêm túc

Ngoài việc sử dụng lại kết quả nghiên cứu của các tác giả khác như được trích dẫn trong tài liệu thì các kết quả của nghiên cứu này chưa từng được công bố trong bất cứ luận văn cùng cấp nào khác trước đây

Các số liệu trong luận văn là trung thực, được rút trích từ quá trình nghiên cứu và thực nghiệm Các phương pháp nêu trong luận văn được rút ra từ những cơ sở lý luận

và quá trình nghiên cứu tìm hiểu

Tp Hồ Chí Minh, ngày 20 tháng 08 năm 2015

Trần Phước Thành

Trang

Trước tiên, tôi xin chân thành cảm ơn Thầy PGS.Tiến sĩ Nguyễn Chí Ngôn Trưởng khoa Công Nghệ trường Đại học Cần Thơ đã tận tình chỉ dạy và hướng dẫn tôi trong quá trình học tập và quá trình thực hiện luận văn này

Tôi xin cảm ơn quý Thầy, Cô giảng viên đã tận tình giảng dạy trong thời gian tôi học tập và nghiên cứu tại trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật TP.HCM

Cuối cùng, tôi xin cảm ơn gia đình, bạn bè và đồng nghiệp đã giúp đỡ, ủng hộ tôi trong suốt thời gian học tập và hoàn thành luận văn này

Tp Hồ Chí Minh, ngày 20 tháng 08 năm 2015

Trần Phước Thành

Trang

Mục tiêu của nghiên cứu này là đề xuất giải pháp xây dựng một hệ thống hỗ trợ ứng cứu sự cố an ninh, góp phần nâng cao chất lượng dịch vụ giám sát an ninh, mà xã hội đang đặt ra Giải pháp đề xuất là xây dựng một phần mềm trên nền C#.net, cho phép định vị được các địa điểm cần giám sát và vị trí hiện tại của nhân viên (hoặc cộng tác viên) đảm nhiệm vai trò ứng cứu sự cố Ngay khi hệ thống tiếp nhận tin nhắn SMS cảnh báo từ một địa điểm xảy ra sự cố, nó sẽ tìm vị trí nhân viên gần nhất, dựa trên dữ liệu GPS Từ đó, hệ thống sẽ điều nhân viên tiếp cận một cách kịp thời, thông qua các chỉ dẫn đường đi trên bản đồ Google Maps đã cài trên điện thoại di động của họ Thử nghiệm hệ thống cho thấy kết quả hoàn toàn đáp ứng được yêu cầu thiết kế và có thể triển khai ứng dụng với chi phí thấp

on GPS data Thence, the system appoints staff in a timely manner, through the instruction paths on Google Maps installed on their mobile phones Experimental results show that the system fully meet the design requirements and can be implemented at low cost applications

Trang v

Trang tựa TRANG Quyết định giao đề tài

Lý lịch cá nhân i

Lời cam đoan ii

Cảm tạ iii

Tóm tắt iv

Mục lục v

Danh sách các chữ viết tắt vii

Danh sách các hình ix

Danh sách các bảng xi

Chương 1: TỔNG QUAN 1

1.1 Tổng quan chung về lĩnh vực nghiên cứu 1

1.2 Mục đích của đề tài 3

1.3 Nhiệm vụ của đề tài và giới hạn đề tài 3

1.4 Phương pháp nghiên cứu 4

Chương 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT 5

2.1 Hệ thống cảnh báo bằng SMS 5

2.2 Tổng quan về mạng GSM 13

2.3 Tổng quan về tin nhắn SMS 16

2.4 Tập lệnh AT command 21

2.5 Tổng quan về GPS 24

2.6 Google Maps API 36

Chương 3: XÂY DỰNG HỆ THỐNG HỖ TRỢ 46

ỨNG CỨU SỰ CỐ AN NINH 3.1 Tổng quan về hệ thống 46

3.2 Thiết lập bộ thiết bị cảnh báo SMS 48

Trang vii

3G : Third-Generation technology – Công nghệ truyền thông thế hệ thứ ba Ardunio Uno : Vi điều khiển mã nguồn mở

AT : Attention – Lệnh AT để chỉ thị cho modem thực hiện yêu cầu

AUC : Trung tâm nhận thực

BISC : Base station Identity Code – Mã nhận dạng trạm gốc

BSC : Base station Control – Đài điều khiển trạm gốc

BTS : Base Station Subsystem – Trạm thu phát gốc tín hiệu vô tuyến

CGI : Cell Global Identity – Vùng định vị

CIMD : Computer Interface to Message Distribution - Giao diện máy tính để

phân phối tin nhắn COM : Communication – Cổng giao tiếp

CSDL : Cơ sở dữ liệu

CSPDN : Mạng chuyển mạch số công cộng theo mạch

EIR : Equipment Identifed Reader – Bộ ghi nhận dạng thiết bị

ETSI : Viện Tiêu chuẩn Viễn thông châu Âu

FET : Transistor hiệu ứng trường

GMSC : Gateway Mobile Switching Center - Tổng đài trung kế

GPRS : General Packet Radio Service – Dịch vụ vô tuyến gói tổng hợp

GPS : Global Positioning System – Hệ thống định vị toàn cầu

GSM : Global System for Mobile Communications – Hệ thống thông tin di

động toàn cầu

MSC : Mobile Switching Central –trung tâm chuyển mạch các dịch vụ di động

OMC : Operating and Maintaining Central –trung tâm khai thác và bảo dƣỡng

OSS : Operating and surveilance System –Hệ thống khai thác và giám sát

PIR : Passive InfraRed sensor – Cảm biến tia nhiệt

PLMN : Mạng di động mặt đất công cộng

PSTN : Mạng điện thoại mặt đất công cộng

SIM : Subscriber Identity Module - Mô-đun nhận diện thuê bao (thẻ sim)

SMS : Short Message Services - Dịch vụ tin nhắn ngắn

SMSC : Short Message Service Center - Trung tâm dịch vụ tin nhắn ngắn SMTP : Simple Mail Transfer Protocol - Giao thức truyền tải thƣ đơn giản SOAP :

Simple Object Access Protocol - Giao thức truy cập đối tƣợng đơn giản SQL Server :

Structured Query Language – Hệ quản trị cơ sở dữ liệu

SS : Swithching system – hệ thống chuyển mạch

VLR : Bộ ghi định vị tạm trú

Trang

HÌNH

Hình 2.1: Dùng vật liệu pyroelectric để cảm ứng tia nhiệu

TRANG 5 Hình 2.2: Dùng vật liệu pyroelectric để cảm ứng tia nhiệu 6 Hình 2.3: Mạch khuếch đại tín hiệu cho cảm biến PIR [9] 7 Hình 2.4: Mô dun cảm biến PIR 7 Hình 2.5: Sơ đồ khối mô dun cảm biến PIP 8 Hình 2.6: Sơ đồ mạch của mô dun cảm biến PIR 8

Hình 2.7: Kính Fresnel và sơ đồ hội tụ các tia nhiệt vào vị trí của cảm biến PIR 9

Hình 2.8: Tín hiệu khi chưa có vật đi qua 11

Hình 2.9: Tín hiệu khi vật đi vào vùng ảnh hường 1 11

Hình 2.10: Tín hiệu khi vật đi vào vùng ảnh hường 2 12

Hình 2.11: Tín hiệu khi vật đi ra khỏi vùng ảnh hưởng 12

Hình 2.12: Tín hiệu trở về trạng thái thường trực 12

Hình 2.13: cấu trúc mạng GSM [5] 13

Hình 2.14: Ví dụ về phân cấp cấu trúc địa lý của mạng di động cellular (GSM)[6] 15 Hình 2.15: Vùng mạng GSM/PLMN [6] 15

Hình 2.16: Hệ thống SMS và các thiết bị 17

Hình 2.17: Cách thức SMS hoạt động thông qua một trung tâm tin nhắn SMS 18

Hình 2.18: Chức năng của SMS Gateway [12] 18

Hình 2.19: Ứng dụng SMS kết nối tới SMSC không qua trung gian SMS Gateway 19 Hình 2.20: Ứng dụng SMS kết nối tới SMSC qua trung gian SMS Gateway [12] 20

Hình 2.21: Một ứng dụng SMS kết nối đến điện thoại di động hoặc modem thông qua một SMS Gateway [12] 21

Hình 2.22: Cấu trúc của hệ thống định vị GPS 24

Trang x

Hình 2.24: Thiết bị thu tín hiệu GPS 27Hình 2.25: Sơ đồ khối máy thu tín hiệu GPS 28Hình 2.26: Mô tả kết quả tạo sự kiện 43Hình 2.27: Chỉ dẫn đường đi trên Google Maps 44Hình 3.1: Mô hình lưu trữ và xử lý tin nhắn 46Hình 3.2: Sơ đồ khối mô tả hoạt động hệ thống hỗ trợ ứng cứu sự cố an ninh 47Hình 3.3: Bộ Home Burglar Alarm System (CG-8800G3) 49Hình 3.4: Sơ đồ khối thiết bị CG-8800G3 50Hình 3.5: Mối liên kết các khối dữ liệu trong hệ cơ sở dữ liệu SQL 51Hình 3.6: Bảng cơ sở dữ liệu cảnh báo 56Hình 3.7: Truy xuất dữ liệu GPS từ điện thoại di động 60Hình 3.8: Ứng dụng Android để xác định vị trí nhân viên 62Hình 3.9: Giao diện chính của ứng dụng trên máy tính quản lý 63Hình 3.10: Các bảng quản trị cơ sở dữ liệu và hiển thị 63Hình 3.11: Bảng danh sách cảnh báo 64Hình 3.12: Hiển thị cảnh báo và nhân viên ứng cứu 65Hình 3.13: Cập nhật danh mục nhân viên và địa điểm 68Hình 4.1: Mô hình thực nghiệm 69Hình 4.2: Dạng nội dung tin nhắn mà nhân viên nhận được 70Hình 4.3: Hiển thị các trạm cần giám sát 71Hình 4.4: Điều hướng cho nhân viên ứng cứu 72Hình 4.5: Hướng di chuyển gợi ý cho nhân viên ứng 72

Trang xi

Bảng 2.1: Một số lệnh AT liên quan đến việc gửi tin nhắn [14] 22Bảng 2.2: Một số lệnh AT liên quan đến việc nhận tin nhắn SMS [21] 23Bảng 2.3: So sánh một số thông số kỹ thuật của ba hệ thống 34

vệ tinh dẫn đường toàn cầu

Bảng 3.1: Bảng thông số đặc điểm kỹ thuật 50Bảng 3.2: Bảng thuộc tính của dm_nhanvien 51Bảng 3.3: Bảng thuộc tính của site_info 52Bảng 3.4: Bảng thuộc tính của alarm_new 52Bảng 3.5: Các thông số cấu hình modem cần thiết để gửi/đọc 53tin nhắn qua modem 3G

Bảng 3.6: Các thông số cấu hình cơ sở dữ liệu hệ thống 54Bảng 4.2: Qui ước mã xác nhận của nhân viên 70

Chương 1:

TỔNG QUAN 1.1 Tổng quan về lĩnh vực nghiên cứu

Việc ứng dụng hệ thống cảnh báo an ninh, giám sát an ninh trong nhà xưởng, trạm BTS, văn phòng, bãi xe, siêu thị, nhà ở….  đã được đưa vào thực tế từ rất lâu. Theo dòng phát triển khoa học công nghệ, có rất nhiều hệ thống cảnh báo an ninh được phát triển với nhiều phương pháp cảnh báo khác nhau như cảnh báo bằng tin nhắn  SMS,  cảnh  báo  bằng  âm  thanh,  cuộc  gọi  điện  thoại  [1,2].  Tuy  nhiên,  các phương pháp này hạn chế về số lượng người tiếp nhận cảnh báo và báo động không phù  hợp  với  người  cần  tiếp  nhận  thông  tin  cảnh  báo. Hiện  nay,  cũng  có  rất  nhiều doanh nghiệp đang phát triển kinh doanh dịch vụ bảo vệ, ứng cứu, sửa chữa, cung cấp  dịch  vụ…,  nhưng  chủ  yếu  phát  triển  về  nguồn  nhân  lực,  ít  doanh  nghiệp  tập trung trang bị cho mình những trang thiết bị khoa học kỹ thuật để phục vụ cho công việc. Từ nhu cầu thực tiễn, nghiên cứu xây dựng hệ thống hỗ trợ ứng cứu thông tin. 

Hệ  thống  này  đáp  ứng  được  nhu  cầu  tiếp  nhận  tin  nhắn  cảnh  báo  bằng  SMS  từ nhiều địa điểm khác nhau, định vị vị trí địa  điểm xảy ra sự cố và  vị trí nhân viên ứng cứu, gửi cảnh báo đúng đối tượng, có một hệ cơ sở dữ liệu, hiển thị trực quan trên bản đồ GoogleMaps trên phần mềm, cung cấp thông tin về vị trí, tuyến đường ngắn nhất đến địa điểm cần ứng cứu, giúp cho nhân viên ứng cứu có cái nhìn tổng quan nhất và công tác chuẩn bị ứng cứu được thuận lợi nhất. 

  Cùng với sự phát triển các thành tựu công nghệ Điện Tử – Tin Học – Viễn Thông làm thay đổi cuộc sống con người từng giờ từng phút, nó tạo ra một trào lưu 

"Điện Tử – Tin Học – Viễn Thông" trong mọi lĩnh vực ở thế kỷ 21. Lĩnh vực Thông Tin  Di  Động  cũng  không  nằm  ngoài  trào  lưu  đó.  Cùng  với nhiều  công  nghệ  cảnh báo  an  ninh  khác  nhau  đều  ứng  dụng  hệ  thống  Thông  Tin  Di  Động,  nó  tạo  nhiều thuận lợi cho công tác bảo vệ và ứng cứu. Hệ thống cảnh báo hiện nay bao gồm các nhiều loại như tin nhắn SMS, tin nhắn thoại, email …các hệ thống này hầu hết đều 

sử dụng mạng GSM hiện nay [3]. 

    GSM  (Global  System  for  Mobile  communication)  là  hệ  thống  thông  tin  di động số toàn cầu, là công nghệ không dây thuộc thế hệ 2G (second generation) có cấu trúc mạng tế bào, cung cấp dịch vụ truyền giọng nói và chuyển giao dữ liệu chất lượng cao với các băng tần khác nhau: 400MHz, 900MHz, 1800MHz và 1900MHz, được tiêu chuẩn Viễn thông Châu Âu (ETSI) quy định [4][5]. GSM là một hệ thống 

có cấu trúc mở nên hoàn toàn không phụ thuộc vào phần cứng, người ta có thể mua thiết bị từ nhiều hãng khác nhau. Mặt thuận lợi to lớn của công nghệ GSM là ngoài việc truyền âm thanh với chất lượng cao còn cho phép thuê bao sử dụng các giao tiếp khác rẻ tiền hơn đó là tin nhắn SMS. Ngoài ra để tạo thuận lợi cho các nhà cung cấp dịch vụ thì công nghệ GSM được xây dựng trên cơ sở hệ thống mở nên nó dễ dàng kết nối các thiết bị khác nhau từ các nhà cung cấp thiết bị khác nhau [5]. GSM hiện chiếm 90% thị trường di động toàn cầu (Tháng 6 2015) [6]. Các mạng thông tin di động GSM cho phép roaming với nhau do đó những máy điện thoại di động GSM của các mạng GSM khác nhau có thể sử dụng được nhiều nơi trên thế giới [7]. 

Để  xây  dựng  một  hệ  thống  cảnh  báo  người  ta  không  thể  nào  bỏ  qua  việc  ứng dụng thống định vị toàn cầu GPS trong thiết kế để xác định vị trí địa lý nơi cần ứng cứu  hoặc  vị  trí  nhân  viên  ứng  cứu  được  chính  xác.  GPS  được  thiết  kế,  xây  dựng, vận hành và quản lý bởi Bộ quốc phòng Hoa Kỳ. Nhưng kể từ năm 1980, chính phủ Hoa Kỳ đã cho phép sử dụng hệ thống GPS vào mục đích dân sự. Và cho đến nay, lợi  ích  của  hệ  thống  GPS  mang  lại  là  vô  cùng  to  lớn.  GPS  không  chỉ  được  dùng trong lĩnh vực khai thác mỏ, địa chất, vẽ bản đồ mà còn được dùng để điều khiển giao thông và đặc biệt là sử dụng để định vị và dẫn đường trong ngành hàng không. 

Và với sự phát triển vượt bậc của công nghệ, ngay cả những chiếc điện thoại ngày nay cũng được trang bị hệ thống GPS. Đa số những nhà sản xuất điện thoại đều tích hợp sẵn một loại bản đồ số kèm theo hệ thống GPS trên điện thoại. Một số ít còn lại không có sẵn bản đồ số tích hợp sẵn mà người dùng phải mua một phần mềm bản 

đồ  từ  bên  thứ  ba.  Một  số  phần  mềm  bản  đồ  trên  thị  trường  có  thể  nhắc  đến  như: Vietmap, Mapking, OziExplorer… 

1.2 Mục đích của đề tài

  Từ nhu cầu cấp thiết về dịch vụ bảo vệ an ninh, đề tài sẽ xây dựng một ứng dụng hỗ trợ ứng cứu sự cố an ninh thông qua tin nhắn SMS, đề xuất xây dựng một phần mềm trên nền C#.net, cho phép định vị được các địa điểm cần giám sát và vị trí  hiện  tại  của  nhân  viên  (hoặc  cộng  tác  viên)  đảm  nhiệm  vai  trò  ứng  cứu  sự  cố. Ngay khi hệ thống tiếp nhận tin nhắn SMS cảnh báo từ một địa điểm xảy ra sự cố, 

nó sẽ tìm vị trí nhân viên gần nhất, dựa trên dữ liệu GPS được cập nhật sau mỗi 30 giây, với độ chính xác trong phạm vi 50m, từ thiết bị điện thoại thông minh cầm tay của họ. Từ đó, hệ thống sẽ điều nhân viên tiếp cận một cách kịp thời, thông qua các chỉ dẫn  đường đi  trên  bản đồ  Google  Maps đã cài trên  điện  thoại di  động  của họ, thời gian tin nhắn gởi đến từng nhân viên là 1 phút. Cùng lúc hệ thống có thể phục 

vụ cho nhiều đơn vị khác nhau, quản lý cập nhật vị trí của rất nhiều nhân viên. Đáp ứng  nhu  cầu  của  nhiều  công  ty  hiện  nay  về  vấn  đề  an  ninh  trong  nhà  máy  xí nghiệp…. Giảm  được  đội  ngũ  cán  bộ  quan sát,  bảo  đảm  an  ninh 24/24  trên tất  cả các chi nhánh của các đơn vị với chi phí hợp lý, thấp nhất. 

1.3 Nhiệm vụ của đề tài và giới hạn đề tài

- Xây dựng hệ thống quản trị là một phần mềm quản lý, hiển thị bằng công 

cụ lập trình C#. 

1.3.2 Giới hạn của đề tài 

    - Chỉ mới chị thực nghiệm trên hộ gia đình, khi áp dụng hệ thống này cho một cơ quan, xí nghiệp… thì cần phát triển, lắp đặt thêm nhiều loại thiết bị cảnh báo khác. 

  - Vị trí và điều hướng đều phụ thuộc vào ứng dụng Google Maps nên ít nhiều cũng có sai số, đặc biệt là những tuyến đường mới hoặc nhỏ thì không có trên bản 

đồ. 

  - Một số trường hợp ứng cứu sự cố phải về trung tâm lấy dụng cụ sửa chữa thì bảng đồ định hướng mà cộng tác viên nhận được ban đầu sẽ không có ích.  

1.4 Hướng nghiên cứu và phát triển

  Như đã phân tích ở trên chuyên đề này nhằm mục đích phân tích những ưu điểm của hệ thống cảnh báo sự cố bằng tin nhắn SMS, mạng GSM, hệ thống GPS, ứng  dụng  Google  Maps,  liên  kết  chúng  thành  một  hệ  thống  nhận  và  phát  tín  hiệu cảnh  phù  hợp  nhất  nghĩa  là  gởi  tin  nhắn  cảnh  báo  đến  đúng  người  cần  nhận  cảnh báo.  Hiện  nay,  các  nhà  sản  xuất  chỉ  chú  trọng  đến  việc  ghi  nhận  và  phát  tín  hiệu cảnh  báo  cho  một  hoặc  một  số  đối  tượng  được  quy  định  sẵn,  không  có  hệ  thống hiển thị, không xác định được là có người chấp nhận chưa hay sự cố đã được thông báo đến nhân viên ứng cứu chưa, nhân viên ứng cứu không hình dung được sự cố diễn ra ở đâu khi nào, không có một cơ sở dữ liệu để lưu trữ thông tin ứng cứu. 

  Từ những cơ sở trên nghiên cứu này sẽ 

- Trình bày về việc triển khai lắp đặt hệ thống phát tín hiệu cảnh báo, phần tiếp nhận và phát tín hiệu cảnh báo. 

- Nghiên cứu về hệ cơ sở dữ liệu SQL Sever, Window server, Web service, 

và lập trình ứng dụng quản trị, hiển thị vị trí trên Google Map. 

- Dựa vào những thông tin tiếp nhận và hệ thống cơ sở dữ liệu có sẵn, máy chủ sẽ cung cấp cho bộ phận ứng cứu một kế hoạch tiếp cận mục tiêu khả thi nhất, bằng cách gởi liên kết thông tin địa điểm cần được ứng cứu lên Google Maps. 

- Các vấn đề thường gặp khi triển khai hệ thống tiếp nhận cảnh báo thông tin. 

- Triển khai và ghi nhận kết quả đạt được. 

Chương 2:

CƠ SỞ LÝ THUYẾT 2.1 Hệ thống cảnh báo bằng SMS

2.1.1 Tổng quan 

thu thập tín hiệu cảnh báo như cảm biến hồng ngoại, cảm biến cử từ, cảm biến cảnh báo cháy,  rò  khí  gas…,  mô  dun  điều  khiển  và  mô  đun  đùng  để  gởi  tin  nhắn  SMS  qua  mạng 

diện của người di chuyển vào vùng cần đảm bảo an ninh, PIR xuất tín hiệu ở ngõ ra, mô dun điều khiển sẽ nhận tín hiệu từ ngõ ra của bộ thu tín hiệu hồng ngoại để tác động ngõ ra của mô dul gởi tin nhắn SMS đến người dùng hoặc hệ thống tiếp nhận tin nhắn cảnh báo. 

Hình 2.1: Sơ đồ khối hệ thống cảnh báo bằng SMS 

2.1.2 Cảm biến PIR 

Mọi vật thể đều được cấu tạo từ các phân tử nhỏ li ti, nhiệt là một dạng năng lượng  tạo  ra  từ  các  xao  động  của  các  phân  tử,  đó  là  các  chuyển  động  hỗn  loạn, không trật tự. Từ các xao động này, nó phát ra các tia nhiệt, bằng cảm giác thông thường của giác quan, con người chúng ta nói đó là sức nóng. Ở mỗi người nguồn thân nhiệt thường ổn định ở mức 37 độ C, đó là nguồn nhiệt mà ai cũng có và nếu dùng linh kiện cảm ứng thân nhiệt, chúng ta sẽ có thiết bị phát hiện ra các vật thể phát  ra  tia  nhiệt,  đó  chính  là  ý  tưởng  mà  người  ta  chế  ra  thiết  bị  motion  detector, điều khiển theo nguồn thân nhiệt chuyển động. Dựa vào ý tưởng trên người ta dùng vật  liệu  pyroelectric  [8]  để  làm  cảm  biến  dò  tia  nhiệt,  người  ta  kẹp  vật  liệu pyroelectric giữa 2 bản cực, khi có tác kích của các tia nhiệt, trên hai 2 bản cực sẽ 

Mô dun GSM gởi tin nhắn SMS

Hình 2.2: Dùng vật liệu pyroelectric để cảm ứng tia nhiệt 

Từ nguyên tắc trên người ta tạo ra cảm biến PIR (Passive InfraRed sensor) [9] bằng  cách  gắn  2  cảm  ứng  pyroelectric  tia  nhiệt  nằm  ngang  và  được  nối  vào  cực Gate của một transistor FET để khuếch đại tín hiệu điện, có 3 ngõ ra, chân 1 (Drain) nối  nguồn  Vcc,  chân  2  (Source)  tín  hiệu  output  ngõ  ra  của  cảm  biến,  chân  3 (Ground) nối mass. Ngoài ra phía trên 2 cảm ứng pyroelectric tia nhiệt người ta gắn thêm một tấm kính để lọc lấy tia nhiệt (tia hồng ngoại). Và có dạng như hình 2.3. 

Hình 2.4: Mô dun cảm biến PIR 

Kính lọc hồng ngoại

Cảm biến tia nhiệt

* Thiết bị hội tụ tia nhiệt cho mô dun cảm biến PIR  

  Các tia nhiệt phát ra từ các vật thể sống rất yếu và rất phân tán, để tăng độ rộng cho đầu dò cũng như hội tụ các tia nhiệt lại đúng vào vị trí của cảm biến PIR, người ta dùng kính Fresnel như hình 2.7 để chụp lên đầu cảm biến PIR. Đồng thời cũng giúp cho cảm biến tránh được các tia tử ngoài từ môi trường bên ngoài chiểu vào đầu cảm biến. 

Cảm biên 

(Sensor) 

Khuếch đại (amplifier) 

So sánh (comparisons) 

Mạch định thời 

có điều chỉnh (delay) 

Điều khiển 

tự động (auto control) 

nó lại phát ra tín hiệu điện. Sự xuất hiện của 2 tín hiệu này nhận biết rằng đã có một nguồn  nhiệt  di  động  ngang  và  mạch  điện  tử  sẽ  phát  ra  tín  hiệu  điều  khiển.  

Nguyên  tắc  hoạt  động:  Ở  trạng  thái  thường  trực  khi  chưa  có  tia  nhiệt  di chuyển  vào  đầu  dò  của  cảm  biến  thì  tín  hiệu  đang  ở  mức  0,  và  mạch  không  hoạt động. Khi có một vật chuyển động vào đầu dò nhiệt PIR thì các tia nhiệt từ vật thể 

đó phát ra sẽ đi qua thấu kính Fresnel các tia nhiệt này sẽ hội tụ vào đầu dò PIR, khi mới  vào  vùng  dò  của  cảm  biến  thì  các  tia  nhiệt  này  chỉ  hội  tụ  vào  cảm  biến pyroelectric thứ 1, thì mức 0 của cảm biến thứ nhất sẽ lên 1, kế đến trong khoảng thời gian rất nhỏ vật sẽ di chuyển ngang qua tới cảm biến pyroelectric thứ 2 cũng 

sẽ qua 1 một bộ khuếch đại thứ nhất là FET, kế đến tín hiệu ngõ ra của cảm biến PIR  ở  chân 2  (Source)  sẽ vào  một mạch  khuếch  đại nữa,  mạch  khuếch đại này  sẽ khuếch đại tín hiệu lên mức cần thiết theo theo thiết kế sẵn của nhà sản xuất, kế đến tín hiệu này sẽ đến một mạch so sánh để xuất ra tín hiệu chuẩn kỹ thuật số mức 1 tức là mạch đang hoạt động, ngược lại ở mức 0 mạch không hoạt động. Trong thực 

tế  vật  phát  ra  tia  hồng  ngoại  có  thể  di  chuyển  nhanh, chậm  hoặc  có  thể đứng  yên trong vùng quét của cảm ứng, vì thế ta cần mạch làm trễ tín hiệu lâu hơn so với tín hiệu nhận được trong thực tế để ta có thể điều chỉnh thiết bị hoạt động trong khoản thời gian mà chúng ta mong muốn. từ đây tín hiệu của mô duncảm biến được đưa ra ngoài để kết nối với các thiết bị khác. 

Chúng ta sẽ xem hoạt động của mạch qua các hình mô tả dưới đây: Với hình bóng đèn là  tín hiệu output  của mô  dunPIR, đèn tắt  là  mức  0,  đèn  sáng  là mức 1, hình cảm biến PIR với 2 bảng pyroelectric lúc đầu sẽ là màu lợt khi chưa có vật di chuyển vào vùng phát hiện tín hiệu là 1 đường thẳng (hình 2.8). Tiếp đến vật thể di chuyển vào vùng ảnh hưởng 1 tín hiệu bắt đầu xuất hiện, hình cảm biến PIR bảng pyroelectric 1 đậm lên nhưng ngõ ra của PIR là hình bóng đèn vẫn tắt (Hình 2.9). Khi vật thể đi vào vùng ảnh hưởng thứ 2 thì tín hiệu hình cảm biến PIR của bảng pyroelectric 1 sẽ lợt đi, bảng 2 đậm lên tín hiệu xuất hiện ở bảng 2, hình bóng đèn sáng lên, tín hiệu output của mô dunPIR lúc này là 1 (Hình 2.10). Khi vật thể đi qua khỏi vùng ảnh hưởng 2 thì tín hiệu đã trở về 0 nhưng đèn vẫn còn sáng vì lúc này mạch delay vẫn duy trùy tín hiệu ngõ ra của mô dunPIR ở mức 1 (Hình 2.11). Đến một thời gian cài đặt trước nhất định nào đó thì đèn sẽ tắt, tín hiệu sẽ trở về 0, mạch 

ở trạng thái thường trực (Hình 2.12). 

Xuất hiện tín hiệu pha dương

Vùng phát hiện 

Chưa vào vùng ảnh hưởng

Kính hội tụ Fresnel 

Tín hiệu  Cảm biến PIR 

Không xuất hiện tín hiệu

Vùng phát hiện 

Đèn tắt

Xuất hiện tín hiệu pha âm

Vùng phát hiện 

Ra khỏi vùng ảnh hưởng

Kính hội tụ Fresnel  Tín hiệu  Cảm biến PIR 

Không xuất hiện tín hiệu

Vùng phát hiện 

Đối tượng đi

Kính hội tụ Fresnel 

Tín hiệu  Cảm biến PIR 

Không xuất hiện tín hiệu

Vùng phát hiện 

Hết thời gian trễ đèn trở lại tắt

MS: Máy di động 

OSS: Operating and surveilance System –Hệ thống khai thác và giám sát. 

OMC: Operating and Maintaining Central –trung tâm khai thác và bảo dưỡng ISDN: Mạng số liên kết đa dịch vụ 

PSTN: Mạng điện thoại mặt đất công cộng 

CSPDN: Mạng chuyển mạch số công cộng theo mạch 

PLMN: Mạng di động mặt đất công cộng 

MS: Máy di động. 

Hệ thống GSM [5] được chia thành hệ thống chuyển mạch (SS hay NSS) và hệ thống  trạm  gốc  (BSS).  Hệ  thống  được  thực  hiện  như  một  mạng  gồm  nhiều  ô  vô tuyến cạnh nhau để cùng đảm bảo toàn bộ vùng phủ sóng của vùng phục vụ. Mỗi ô 

có một trạm vô tuyến gốc BTS làm việc ở một tập hợp các kênh vô tuyến. Các kênh này khác với các kênh được sử dụng ở các ô lân cận để tránh giao thoa nhiễu. Một 

bộ điều khiển trạm gốc BSC điều khiển nhóm BTS. BSC  điều khiển các chức năng như một trung tâm chuyển mạch các dịch vụ di động MSC điều khiển một số trạm BTS. MSC điều khiển các cuộc gọi đến và từ mạng chuyển mạch điện thoại công cộng PSTN,  mạng  số  liên kết đa  dịch vụ ISDN, mạng di  động mặt  đất công  cộng PDN, và có thể là các mạng riêng. Ở mạng cũng có một số các cơ sở dữ liệu để theo dõi như: 

-  Bộ đăng ký định vị thường trú HLR chứa thông tin về thuê bao như các dịch vụ 

bổ xung các thông số nhận thực và thông tin về vị trí của MS. 

-  Trung tâm nhận thực AUC được nối đến HLR. Chức năng của AUC là cung cấp cho HLR các thông số nhận thực và các khóa mật mã để sử dụng cho các khóa bảo mật. 

-  Bộ ghi định vị tạm trú VLR : là một cơ sở dữ liệu chứa thông tin về tất cả các MS hiện đang phục vụ của vùng MSC,  Mỗi MSC có một VLR. 

-  Thanh ghi nhận dạng thiết bị EIR được nối với MSC qua một đường báo hiệu nó cho phép MSC kiểm tra sự hợp lệ của thiết bị,chuyển giao, điều khiển công suất. 

2.2.2 Cấu trúc địa lý của mạng 

Mọi mạng điện thoại đều có một cấu trúc nhất định để định tuyến các cuộc gọi đến tổng đài cần thiết và cuối cùng đến thuê bao bị gọi. Trong mạng di động cấu trúc này rất quan trọng do tính lưu thông của các thuê bao trong mạng. 

Vùng phục vụ MSC (vùng được điều khiển dưới một MSC)

Vùng định vị LA (vùng định vị tìm gọi)

  Vùng phục vụ là bộ phận của mạng được MSC quản lý. Để định tuyến cuộc gọi  đến  thuê  bao  di  động,  đường  truyền  qua  mạng  sẽ  được  nối  đến  MSC  ở  vùng phục vụ MSC nơi thuê bao đang ở. 

  Vùng phục vụ là bộ phận của mạng được định nghĩa như một vùng mà ở đó 

có thể đạt đến một trạm di động nhờ việc trạm MS này được ghi lại ở một bộ ghi tạm trú, một vùng mạng GSM/PLMN được chia thành một hay nhiều vùng phục vụ MSC/LVR. 

2.2.5 Vùng định vị (LA: Location Area) 

  Mỗi  vùng  phục  vụ  MSC/VLR  được  chia  thành  một  số  vùng  định  vị.  Vùng định vi là một phần của vùng phục vụ MSC/VLR mà ở đó một MS có thể chuyển động tự do mà không cần cập nhật thông tin về vị trí tổng đài MSC/VLR. Hệ thống 

có  thể  nhận  dạng  vùng  định  vị  bằng  cách  sử  dụng  nhận  dạng  vùng  đinh  vị  LAI. Vùng định vị hệ thống sử dụng để tìm một thuê bao Đang ở trạng thái hoạt động. 

2.2.6 Ô (Cell) 

  Vùng  định  vị  được  chia  thành  một  số  ô.  Ô  là  một  vùng  bao  phủ  vô  tuyến được mạng nhận dạng bằng nhận dạng ô toàn cầu (CGI –Cell Global Identity).   Trạm  di  động  tự  nhận  dạng  ô  bằng  cách  sử  dụng  mã  nhận  dạng  trạm  gốc (BISC Base station Identity Code). 

  Các  vùng  ở  GSM  có  mối  liên  hệ  chặt  chẽ  với  nhau.  Mối  quan  hệ  giữa  các vùng của GSM (được thể hiện ở hình 2.15). 

đa 140 bytes dữ liệu, vì vậy mỗi tin nhắn chứa: 

 Không quá  160  ký  tự  nếu  sử  dụng kiểu  mã  hóa  7-bit  (mã  hóa  ký tự  7  bit phù hợp với kiểu mã hóa ký tự La-tinh chẳng hạn như bảng chữ cái tiếng Anh). 

 Không quá 70 ký tự nếu sử dụng kiểu mã hóa UCS2 Unicode (tin nhắn văn bản chứa những ký tự không phải ký tự La-tinh chẳng hạn như tiếng Trung 

Hoa, là kiểu mã hóa ký tự 16 bit). 

Tin  nhắn  văn  bản  SMS  hỗ  trợ  đa  ngôn  ngữ  toàn  cầu.  Tin  nhắn  SMS  có  thể truyền tải dữ liệu nhị phân do đó SMS có thể được sử dụng như là một phương tiện truyền tải vô tuyến. Công nghệ SMS cho phép “đẩy” thông tin. Điều này khác với 

mô hình “kéo” là mô hình mà thiết bị phải thường xuyên thăm dò máy chủ để kiểm tra xem có thông tin mới nào không. Mô hình “kéo” thường không phù hợp cho các ứng dụng cảnh báo và thông báo vì nó lãng phí băng thông và tăng tải cho máy chủ. Hình 2.16 mô tả hệ thống SMS và các thiết bị. 

Hình 2.16: Hệ thống SMS và các thiết bị 

b  Trung tâm tin nhắn SMS (SMSC) 

Trung tâm tin nhắn SMS chịu trách nhiệm xử lý các hoạt động SMS của mạng 

vô tuyến. Khi một tin nhắn được gửi từ một thiết bị nhắn tin, trước tiên tin nhắn đó 

sẽ được gửi đến trung tâm tin nhắn SMS. Sau đó trung tâm tin nhắn sẽ chuyển tiếp tin  nhắn  này  đến  máy  đích.  Một  tin  nhắn  SMS  có  thể  phải  đi  qua  nhiều  hơn  một trạm  (nhiều  SMSC  và  nhiều  SMS  Gateway)  trước  khi  nó  đến  được  máy  đích. Nhiệm  vụ chính  của SMSC  là định  tuyến  tin  nhắn SMS  và điều  chỉnh những  tiến trình  này.  Nếu  máy  nhận  chưa  sẵn  sàng  (đang  tắt  máy  hoặc hết pin) thì SMSC  sẽ lưu trữ tin nhắn đó, và nó sẽ chuyển tiếp tin nhắn khi máy nhận đã sẵn sàng. Hình 2.17 mô tả cách thức SMS hoạt động thông qua một trung tâm tin nhắn SMS. 

Hình 2.17: Cách thức SMS hoạt động thông qua một trung tâm tin nhắn SMS 

c  SMS Gateway  

Một vấn đề của việc truyền tải tin nhắn SMS là những SMSC được phát triển bởi những tổ chức khác nhau sử dụng giao thức truyền thông riêng và hầu hết các giao  thức  này  là  độc  quyền.  Chẳng  hạn,  Nokia  có  một  giao  thức  SMSC  gọi  là CIMD trong khi một nhà cung cấp khác là CMG lại có một giao thức gọi là EMI. Không  thể  kết  nối  hai  SMSC  này  lại  với  nhau  nếu  chúng  không  hỗ  trợ  cùng  một giao thức SMSC chung [12]. Để giải quyết vấn đề này, một SMS Gateway được đặt giữa hai SMSC như minh họa trong hình 2.18. 

Hình 2.18: Chức năng của SMS Gateway [12] 

ta có thể giải quyết vấn đề phức tạp này. Khi đó các ứng dụng SMS chỉ cần biết làm thế nào để kết nối tới SMS Gateway, các việc còn lại do SMS Gateway tự xử lý. Để 

hỗ trợ thêm SMSC, chỉ cần bổ sung các thiết lập của SMS Gateway vào ứng dụng SMS  [12].  Hình  2.20  minh  họa  một  ứng  dụng  SMS  kết  nối đến SMSC  thông  qua một SMS Gateway. 

Hình 2.20: Ứng dụng SMS kết nối tới SMSC qua trung gian SMS Gateway [12] 

Bên cạnh việc sử dụng một kết nối trực tiếp đến trung tâm tin nhắn SMS của nhà mạng không dây để gửi hoặc nhận tin nhắn, có một cách khác để gửi và nhận tin  nhắn  SMS  từ  máy  vi  tính  đó  là  sử  dụng  điện  thoại  di  động  hoặc  modem GSM/GPRS/3G  kết  nối  trực  tiếp  vào  máy  tính.  Để  làm  được  điều  đó,  ứng  dụng SMS  phải  biết  làm  thế  nào  để  giao  tiếp  với  các  thiết  bị  gửi  tin  này  bằng  cách  sử dụng lệnh AT. Một vài SMS Gateway có khả năng nắm giữ kết nối đến các thiết bị gửi tin này, nhờ đó để gửi và nhận tin nhắn SMS từ máy tính với một điện thoại di động hoặc modem được kết nối, ứng dụng SMS chỉ cần biết làm cách nào để giao tiếp được với SMS Gateway và không cần phải biết gì về lệnh AT [13] mô tả như hình 2.21. 

  Để gửi tin nhắn, trước hết cần lắp SIM được nhà mạng không dây cung cấp vào điện thoại hoặc modem, sau đó kết nối modem vào máy vi tính bằng dây cáp, hồng ngoại hay bluetooth. Sau khi kết nối thành công, ta có thể điều khiển modem bằng cách gửi chỉ thị đến nó. Chỉ thị được sử dụng để điều khiển modem được gọi 

là  tập  lệnh  AT  [14].  Tập  lệnh  AT  là  những  chỉ  thị  được  sử  dụng  để  điều  khiển modem hay điện thoại di động. AT là từ viết tắt của ATtention. Mọi dòng lệnh đều bắt đầu bởi “AT” hay “at”. 

  Cách gửi tin nhắn thông qua modem hay điện thoại di động kết nối trực tiếp với máy tính có hạn chế là tốc độ gửi tin nhắn SMS rất thấp. Nếu cần tốc độ gửi cao hơn  thì  cần  thiết  phải  thiết  lập  kết  nối  trực  tiếp  đến  Trung  tâm  SMS  hoặc  SMS Gateway của mạng không dây. Kết nối này có thể được thực hiện qua mạng Internet hoặc  kết  nối  quay  số.  Nếu  không  thể  kết  nối  trực  tiếp  đến  Trung  tâm  SMS  hoặc SMS Gateway của mạng không dây thì ta có thể kết nối đến SMS Gateway của một nhà  cung  cấp  dịch  vụ  SMS  nào  đó,  lúc  đó  SMS  Gateway  này  sẽ  chuyển  tiếp  tin nhắn SMS đến một Trung tâm SMS thích hợp.  

  Sau  khi  đăng  ký  và  thiết  lập  tài  khoản  với  nhà  mạng  không  dây  hoặc  nhà cung cấp dịch vụ SMS, ta đã có thể bắt đầu gửi tin nhắn SMS bằng cách sử dụng các giao thức/giao diện được hỗ trợ bởi SMSC hoặc SMS Gateway. 

2.4.2 Cách nhận tin nhắn SMS 

  Tương tự như việc gửi tin SMS, ta cũng có 2 cách để nhận tin nhắn SMS trên máy tính. 

  Cách  1:  Kết  nối  điện  thoại  di  động  hoặc  modem  GSM/GPRS/3G  vào  máy 

tính. Sau đó dùng máy tính và tập lệnh AT để đọc tin nhắn nhận được từ điện thoại 

đi động hoặc modem. 

  Việc nhận tin nhắn SMS thông qua một modem có một lợi thế là nhà mạng không  dây  thường  không  tính  phí  nhận  tin  nhắn  khi  dùng  với  một  Mô-đun  Nhận diện Thuê bao  (thẻ SIM). Bất lợi  của việc nhận  tin  nhắn  theo  cách này  là  modem không thể xử lý một số lượng lớn lưu lượng tin nhắn SMS truy cập. Có một cách để giải quyết vấn đề này đó là sử dụng nhiều modem để cân bằng tải lưu lượng SMS truy cập. Mỗi một modem sẽ có một thẻ SIM và số thuê bao riêng. Trong lập trình, việc gửi và nhận tin nhắn SMS thông qua một modem là tương tự nhau. Những gì cần  phải  làm  là  gửi  các  chỉ  thị  (dưới  dạng  lệnh  AT)  cho  modem,  các  việc  còn  lại modem tự thực hiện. 

  Cũng giống như việc gửi tin nhắn, việc nhận tin nhắn thông qua điện thoại hoặc modem GSM/GPRS có một số hạn chế, đó là tốc độ truyền tải SMS quá thấp. Nếu cần tốc độ cao hơn thì cần thiết phải thiết lập kết nối trực tiếp đến Trung tâm SMS hoặc SMS Gateway của mạng không dây. 

  Sau khi thiết lập một tài khoản với nhà mạng không dây hoặc nhà cung cấp dịch vụ SMS, SMSC hoặc SMS Gateway sẽ bắt đầu chuyển tiếp các tin nhắn đến ứng dụng SMS bằng cách sử dụng một số các giao thức/giao diện. Cũng giống như việc gửi tin, để kết nối đến SMSC, bắt buộc phải có các giao thức SMSC. Việc nhận tin nhắn theo cách này cũng dễ như việc gửi. 

2.5 Tổng quan về GPS

2.5.1. Tổng quan về hệ thống định vị GPS 

  GPS  hay  còn  được  gọi  là  NAVSTAR  là  hệ  thống  dẫn đường  vệ  tinh dùng 

để  cung  cấp  thông tin về  vị trí,  tốc  độ và  thời  gian  cho  các  máy thu  GPS  ở  khắp nơi trên trái đất trong mọi thời điểm và mọi điều kiện thời tiết [15,16]. 

GPS  được nghiên cứu  và phát  triển  bở chính phủ  Hoa Kỳ và được quản lý bởi Không lực Hoa Kỳ (U.S. Air  Force) với sự  giám sát  của  Ủy ban định vị -  dẫn đường  Bộ  Quốc  Phòng  Mỹ. Ban  đầu  chỉ  dành  cho  các  mục  đích  quân  sự,  nhưng 

từ năm 1980 chính phủ Mỹ đã cho phép sử dụng cho dân sự. 

Hệ  thống  GPS  có  thể  xác  định  vị  trí  với  sai  số  từ  vài  trăm  mét  đến  vài milimet. Tất nhiên với độ chính xác càng cao thì cấu tạo của máy thu tín hiệu GPS càng  phức  tạp  và  giá  thành  càng  cao.  Hệ  thống  GPS  được  ứng  dụng  rất  rộng  rãi trong thực tế như sử dụng GPS để xác định vị trí tàu trên biển, cứu hộ,… Ngoài ra GPS còn được sử  dụng  trong  lĩnh  vực  khai thác  mỏ,  địa  chất, vẽ bản đồ (hệ thống GIS), quy hoạch đô thị, điều khiển giao thông và đặc biệt  là được sử dụng để định 

vị và dẫn đường trong ngành hàng không. 

2.5.2  Các thành phần của hệ thống định vị GPS 

Hệ  thống  GPS  bao  gồm  ba  thành  phần:  Bộ  phận  không  gian  (Space Segment),  bộ  phận điều khiển (Control Segment) và bộ  phận người sử dụng (User Segment). 

Xử lý  Tín hiệu 

Hiển thị trên  màn hình 

Máy thu GPS 

Trạm theo dõi  

vệ tinh  (Monitor Station) 

Trạm theo dõi  

vệ tinh  (Monitor Station) 

Trạm theo dõi  

vệ tinh  (Monitor Station) 

Trạm theo dõi  

vệ tinh  (Monitor Station) 

Các trạm theo dõi vệ tinh 

Năm 1978,  nhằm mục  đích thu  thập  các thông tin  về  tọa  độ  (kinh độ  và  vĩ độ),  độ  cao  và  tốc  độ  của  các  cuộc  hành  quân,  hướng  dẫn  cho  pháo  binh  và  các hạm  đội.  Bộ  Quốc  Phòng  Mỹ  đã  phóng  lên  quỹ  đạo  trái  đất  những  vệ  tinh  GPS đầu  tiên.  Những  vệ  tinh  trị giá  nhiều  tỷ USD  này bay  phía  trên  trái  đất  ở  độ  cao 19.200  km,  với  tốc  độ  chừng  11.200  km/h.  Bộ  phận  không  gian  của  GPS  bao gồm 24  vệ  tinh (tính đến  năm 1994),  đã được bổ  sung  thành 28  vệ  tinh (vào  năm 2000),  chuyển  động  trong  6 mặt  phẳng  quỹ  đạo (nghiêng  55 độ so với  mặt phẳng xích  đạo)  xung quanh  trái đất  với  bán  kính  26.560  km,  hay nói cách  khác  độ  cao trung bình của vệ tinh GPS so với mặt đất vào khoảng 20.200 km [17]. Các vệ tinh nhân  tạo  liên  tục  phát  tín  hiệu  quảng  bá  khắp  toàn  cầu  và  được  ví  như  trái tim  của toàn hệ thống. Các vệ tinh được cấp nguồn hoạt động bởi các tấm pin mặt trời và được thiết kế để hoạt động trong vòng gần 8 năm.  Nếu các tấm pin mặt trời bị hỏng thì vệ tinh sẽ hoạt động nhờ các ắc quy dự phòng được gắn sẵn trên vệ tinh. Ngoài ra trên vệ tinh còn có một hệ thống tên lửa nhỏ để hiệu chỉnh quỹ đạo bay của vệ tinh. 

Ngoài  hệ  thống  NAVSTAR  của  Mỹ  còn  có  hệ  thống  GLONASS  của  Nga phát  triển và tồn tai song song. GLONASS gồm 24 vệ tinh, 8 vệ tinh cho một quỹ đạo  bay gồm 3  quỹ đạo. Các vệ tinh hoạt  động  với quỹ đạo  có  độ  cao  19,100  km orbits  ở  góc  nghiêng  64.8  độ  và  11  giờ  15  phút/quỹ  đạo.  GLONASS  cũng  giống như  GPS  được  phát  triển  trước  hết  cho  mục  đích  quân  sự.  Nên  mặc  dù  đã  cho phép được dùng dân sự nhưng không thể nào  đảm bảo tồn tại liên tục và độ  chính xác. 

Và đặc biệt  là  gần đây thì các nước  Liên Minh Châu  Âu đã cho  xây dựng  hệ thống  định  vị  GALILEO.  GALILEO  cũng  là  một  hệ  thống  định  vị  vệ  tinh toàn  cầu nhưng khác với GPS của Hoa Kỳ và GLONASS của Liên bang Nga ở chỗ nó là một hệ thống định vị được điều hành và quản lý bởi các tổ chức dân dụng, phi quân sự. Galileo theo  kế  hoạch  sẽ  chính  thức  hoạt  động  vào  năm  2011-12,  muộn  3-4  năm  so  với kế hoạch ban đầu. 

 5 trạm thu số liệu:

Được  đặt  tại  Hawai,  Colorade  Springs,  Ascension  (Nam  Đại  Tây  Dương), Diago  Garia  (Ấn  Độ  Dương),  Kwayalein  (Nam  Thái  Bình  Dương).  Có  nhiệm  vụ theo  dõi  các  tín  hiệu  vệ  tinh  để  kiểm  soát  và  dự  đoán  quỹ  đạo  của  chúng.  Mỗi trạm  được  trang  bị  những  máy  thu  P-code  để thu các tín hiệu của vệ tinh, sau đó truyền về trạm điều khiển chính. 

 Trạm truyền số liệu:

Đặt  tại Ascension,  Diago  Garia,  Kwayalein  có  khả  năng  chuyển số  liệu  lên 

vệ  tinh  gồm lịch thiên  văn  mới,  hiệu  chỉnh đồng  hồ,  các thông  điệp  cần phát,  các 

2.5.5 Bộ phận người sử dụng 

Bộ phận người sử dụng là người sử dụng và thiết bị ghi nhận GPS. Thiết bị ghi nhận GPS là một máy thu tín hiệu sóng vô tuyến đặc biệt. Nó được thiết kế để nghe tín hiệu sóng vô tuyến được  truyền từ  các vệ  tinh  và  tính toán vị trí dựa  trên thông  tin  đó.  Thiết bị  ghi  nhận  GPS  có nhiều kích cỡ khác nhau, hình dáng và giá 

cả khác nhau. 

Hình 2.24: Thiết bị thu tín hiệu GPS