Đồ án Giám sát và cảnh báo hoạt động phương tiện vận tải ô tô.doc

Viết thuê đề tài giá rẻ trọn gói - KB Zalo/Tele : 0973.287.149
Luanvanmaster.com – Cần Kham Thảo - Kết bạn Zalo/Tele : 0973.287.149
BỘ GIÁO DỤC & ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP. HỒ CHÍ MINH
KHOA ĐIỆN – ĐIỆN TỬ
BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH
---------------------------------
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
NGÀNH CÔNG NGHỆ KỸ THUẬT ĐIỆN TỬ TRUYỀN THÔNG
ĐỀ TÀI:
GIÁM SÁT VÀ CẢNH BÁO HOẠT
ĐỘNG PHƯƠNG TIỆN VẬN TẢI
Ô TÔ
GVHD: Th.S Nguyễn Ngô Lâm
SVTH : Đỗ Văn Hải
MSSV: 13141077
Tp. Hồ Chí Minh

BỘ GIÁO DỤC & ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP. HỒ CHÍ MINH
KHOA ĐIỆN – ĐIỆN TỬ
---------------------------------
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
NGÀNH KỸ THUẬT ĐIỆN TỬ TRUYỀN THÔNG
ĐỀ TÀI:
GIÁM SÁT VÀ CẢNH BÁO
HOẠT ĐỘNG PHƯƠNG
TIỆN VẬN TẢI Ô TÔ
GVHD: Th.S Nguyễn Ngô Lâm
SVTH : Đỗ Văn Hải
MSSV: 13141077
Tp. Hồ Chí Minh

TRƯỜNG ĐH. SƯ PHẠM KỸ THUẬT CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM
TP. HỒ CHÍ MINH ĐỘC LẬP - TỰ DO - HẠNH PHÚC
KHOA ĐIỆN-ĐIỆN TỬ
Tp. HCM, ngày tháng 07 năm 2018
NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
Họ tên sinh viên: Đỗ Văn Hải MSSV: 13141077
Chuyên ngành: Kỹ thuật Điện - Điện tử Mã ngành: 01
Hệ đào tạo: Đại học chính quy Mã hệ: 1
Khóa: 2013 Lớp: 13141DT2D
I. TÊN ĐỀ TÀI: GIÁM SÁT VÀ CẢNH BÁO HOẠT ĐỘNG PHƯƠNG TIỆN VẬN
TẢI Ô TÔ
II. NHIỆM VỤ
1. Các số liệu ban đầu:
- Sử dụng module sim 808 để thực hiện: gọi, nhắn tin bằng GSM và định vị GPS.
- Module Sim808 có GPS với độ nhạy cao với 22 kênh theo dõi và 66 kênh tiếp
nhận. Bên cạnh đó, nó cũng hỗ trợ công nghệ A-GPS, giúp cho việc định vị được
chính xác hơn, ngay cả khi ở thiết bị ở trong nhà.
- Sai số định vị 10m.
- Tọa độ nhận biết xe ngã tối thiểu theo trục x là: 10000.
- Giá trị nhận biết xe đang bị rung là nhỏ hơn 900. Khi xe không bị rung lắc va
chạm giá trị hoạt động ổn định do cảm biến rung thu thập được là từ 1021-1023.
- Thiết bị không thể thực hiện cảnh báo gọi và nhắn tin về điện thoại theo dõi khi
nằm ngoài vùng phủ sóng.
2. Nội dung thực hiện:
- nghiên cứu về hộp đen.
- Nghiên cứu về gps, gsm. Từ đó lưạ chọn linh kiện phù hợp (module sim).
- Nghiên cứu về Arduino và một số cảm như cảm biến rung, cảm biến đo gia tốc góc
và một số cảm biến khác liên quan đến hộp đen.
- Thực hiện thiết kế mạch trên phần mềm chuyên dụng altium designer.
- Tiến hành thi công mạch in và lắp ráp linh kiện phần cứng.
- Tìm hiểu và cài đặt phần mềm lập trình cho board vi xử lý Arduino là Arduino
IDE.
ii

- Lập trình kết nối các dữ liệu từ các cảm biến thông qua vi xử lý trung tâm là board
Arduino và hiển thị về điện thoại Smart Phone.
- Chạy thử nghiệm hệ thống giám sát và cảnh báo phương tiện vận tải ô tô trên
monitor và thực tế.
- Cân chỉnh hệ thống.
- Viết báo cáo.
- Báo cáo đề tài tốt nghiệp.
III. NGÀY GIAO NHIỆM VỤ: 13/03/2018
IV. NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ: 03/07/2017
V. HỌ VÀ TÊN CÁN BỘ HƯỚNG DẪN: Th.S Nguyễn Ngô Lâm
CÁN BỘ HƯỚNG DẪN BM. ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH
iii

TRƯỜNG ĐH. SƯ PHẠM KỸ THUẬT CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM
TP. HỒ CHÍ MINH ĐỘC LẬP - TỰ DO - HẠNH PHÚC
KHOA ĐIỆN-ĐIỆN TỬ
Tp. HCM, ngày tháng 07 năm 2018
LỊCH TRÌNH THỰC HIỆN ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
Họ tên sinh viên : Đỗ Văn Hải
Lớp: 13141DT2D MSSV: 13141077
Tên đề tài: GIÁM SÁT VÀ CẢNH BÁO HOẠT ĐỘNG PHƯƠNG TIỆN VẬN
TẢI Ô TÔ.
Tuần/ngày Nội dung
Xác nhận
GVHD
Tuần 6 Gặp giáo viên hướng dẫn, nhận đề tài đồ án tốt
(13/3 – 19/3) nghiệp.
Tuần 7 Tìm tài liệu phục vụ cho nghiên cứu và thực
(20/3 – 26/3) hiện đề tài, viết đề cương đồ án tốt nghiệp.
Tuần 8 Thiết kế sơ đồ khối, sơ đồ nguyên lý mạch
(27/3 – 02/4)
Tuần 9 Cài đặt các công cụ hỗ trợ lập trình điều khiển
(03/4 – 09/4) để thực hiện đề tài.
Tuần 10 Lập trình điều khiển arduino giao tiếp với
(10/4 – 16/4) module SIM808.
Tuần 11 Lập trình điều khiển Module SIM808 gửi tin
(17/4 – 23/4) nhắn và nhận cuộc gọi.
Tuần 12 Chỉnh sửa, hoàn thiện lập trình cho toàn hệ
(24/4 – 30/4) thống.
Tuần 13,14 Chỉnh sửa, hoàn thiện mạch thi công.
(01/5 – 14/5)
Tuần 15 Chạy thử nghiệm thực tế và tinh chỉnh, đóng
(15/5 – 21/5) gói sản phẩm.
Tuần 16 Lấy kết quả thực nghiệm viết đề cương cho báo
(22/5 – 28/5) cáo.
Tuần 17,18 Viết báo cáo tốt nghiệp.
(29/5 – 11/6)
Tuần 19,20,21 Chỉnh sửa, kiểm tra lần cuối và nộp quyển báo
(12/6 – 03/7) cáo.
Tuần 22 Báo cáo đồ án tốt nghiệp.
(04/7 – 10/7)
iv

GV HƯỚNG DẪN
(Ký và ghi rõ họ và tên)
Th.S Nguyễn Ngô Lâm
v

LỜI CAM ĐOAN
Đề tài này là do nhóm đồ án tự thực hiện dựa vào một số tài liệu và công trình nghiên
cứu, không sao chép từ tài liệu hay công trình đã có trước đó. Nếu có sao chép nhóm đồ án
hoàn toàn chịu trách nhiệm.
Tp. Hồ Chí Minh, ngày 01 tháng 07 năm 2017
Sinh viên thực hiện
ĐỖ VĂN HẢI
vi

MỤC LỤC
Trang bìa...........................................................................................................................................................i
Nhiệm vụ đồ án.............................................................................................................................................ii
Lịch trình....................................................................................................................................................... iv
Cam đoan....................................................................................................................................................... vi
Lời cảm ơn...................................................................................................................................................vii
Mục lục.........................................................................................................................................................viii
Liệt kê hình vẽ...............................................................................................................................................x
Liệt kê bảng vẽ...........................................................................................................................................xii
Tóm tắt .........................................................................................................................................................xiii
Chương 1: TỔNG QUAN........................................................................................................................1
ĐẶT VẤN ĐỀ............................................................................................................................................1
MỤC TIÊU ..................................................................................................................................................1
NỘI DUNG NGHIÊN CỨU................................................................................................................2
GIỚI HẠN....................................................................................................................................................2
BỐ CỤC........................................................................................................................................................2
Chương 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT........................................................................................................4
2.1TÌM HIỂU VỀ HỆ THỐNG GPS...............................................................................................4
2.1.1 Hệ thống định vị toàn cầu (GPS).......................................................................................4
2.1.2 Cấu trúc của hệ thống định vị toàn cầu GPS................................................................5
2.1.3 Phương trình chuyển hướng ................................................................................................9
2.1.4 Thành phần tín hiệu gps .....................................................................................................11
2.1.5 Cách thức làm việc của hệ thống gps ...........................................................................15
2.2 TÌM HIỂU VỀ HỆ THỐNG MẠNG GSM........................................................................19
2.2.1 Mạng thông tin di động toàn cầu (GSM)....................................................................19
2.2.2 Cấu trúc cơ bản của mạng điện thoại di động...........................................................20
2.2.3 Các Thành Phần Của Mạng Điện Thoại Di Động ..................................................22
2.2.4 Một số tập lệnh AT cơ bản sử dụng cho ứng dụng GSM....................................24
2.3 CÁC CHUẨN GIAO TIẾP........................................................................................................32
2.3.1 Chuẩn giao tiếp I2C..............................................................................................................32
2.3.2 Chuẩn giao tiếp UART .......................................................................................................34
2.3.3 Chuẩn NMEA0183...............................................................................................................35
2.4 GIỚI THIỆU PHẦN CỨNG.....................................................................................................42
viii

2.4.1 Arduino UNO R3 ......................................................................................... 42
2.4.2 Module SIM808 ........................................................................................... 46
2.4.3 Cảm biến ...................................................................................................... 50
Chương 3: TÍNH TOÁN VÀ THIẾT KẾ ................................................................ 52
3.1 GIỚI THIỆU ....................................................................................................... 52
3.2 TÍNH TOÁN VÀ THIẾT KẾ HỆ THỐNG ........................................................ 52
3.2.1 Thiết kế sơ đồ khối hệ thống ........................................................................ 52
3.2.2 Tính toán và thiết kế mạch ........................................................................... 55
3.2.3 Sơ đồ nguyên lý của toàn mạch ................................................................... 63
Chương 4: THI CÔNG HỆ THỐNG ....................................................................... 65
4.1 GIỚI THIỆU ....................................................................................................... 65
4.2 THI CÔNG HỆ THỐNG .................................................................................... 65
4.2.1 Thi công bo mạch ......................................................................................... 65
4.2.2 Lắp ráp và kiểm tra ...................................................................................... 67
4.3 ĐÓNG GÓI ......................................................................................................... 68
4.4 LẬP TRÌNH HỆ THỐNG ................................................................................... 69
4.4.1 Lưu đồ giải thuật .......................................................................................... 69
4.4.2 Phần mềm lập trình cho vi điều khiển.......................................................... 71
4.5 VIẾT TÀI LIỆU HƯỚNG DẪN SỬ DỤNG, THAO TÁC ............................... 77
4.5.1 Viết tài liệu hướng dẫn sử dụng ................................................................... 77
4.5.2 Quy trình thao tác ......................................................................................... 79
Chương 5: KẾT QUẢ_NHẬN XÉT_ĐÁNH GIÁ ................................................... 80
5.1 KẾT QUẢ QUÁ TRÌNH THỰC HIỆN ĐỀ TÀI. ............................................... 80
5.1.1 Kết quả về cảm biến ..................................................................................... 80
5.1.2 Kết quả về giám sát và cảnh báo .................................................................. 81
5.2 NHẬN XÉT VÀ ĐÁNH GIÁ CHUNG .............................................................. 85
Chương 6: KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN .............................................. 87
6.1 KẾT LUẬN ......................................................................................................... 87
6.2 HƯỚNG PHÁT TRIỂN ...................................................................................... 87
TÀI LIỆU THAM KHẢO .................................................................................. xiv
PHỤ LỤC .......................................................................................................... xv
ix

LIỆT KÊ HÌNH VẼ
Hình Trang
Hình 2.1: vệ tinh quay quanh trái đất .................................................................................................4
Hình 2.2: Các thành phần cấu tạo của hệ thống GPS..................................................................5
Hình 2.3: Mô hình ba mảng của hệ thống định vị toàn cầu......................................................6
Hình 2.4: Phần thiết bị sử dụng dẫn đường GPS. .........................................................................7
Hình 2.5: Trạm mặt đất được sử dụng từ 1984-2007..................................................................8
Hình 2.6: Các quỹ đạo của vệ tinh trong hệ thống GPS. ...........................................................9
Hình 2.7: Mô hình tín hiệu GPS khi truyền.....................................................................................13
Hình 2.8: Cấu trúc thành phần cùng pha của L1...........................................................................14
Hình 2.9: Cấu trúc thành phần vuông pha của L1........................................................................14
Hình 2.10: Tính khoảng cách từ thiết bị GPS đến vệ tinh. .......................................................16
Hình 2.11: Thông tin dữ liệu..................................................................................................................17
Hình 2.12: Lỗi do giao thoa tín hiệu GPS ........................................................................................18
Hình 2.13: Mô hình mạng điện thoại di động.................................................................................20
Hình 2.14: Băng tần GSM 1800 MHz...............................................................................................21
Hình 2.15: Băng tần GSM 900MHz và băng tần GSM 1800MHz. ......................................21
Hình 2.16: Mạng điện thoại di động GSM. .....................................................................................22
Hình 2.17: IMEI: Số nhận dạng thiết bị di động quốc tế...........................................................23
Hình 2.18: Ý nghĩa số SIM.....................................................................................................................23
Hình 2.19: Ý nghĩa số thuê bao IMSI................................................................................................24
Hình 2.20: Kết nối thiết bị vào bus I2C ở chế độ chuẩn (Standard mode) và chế độ nhanh
(Fast mode) ....................................................................................................................................................33
Hình 2.21: Hoạt động ua SDA, SCL khi truyền nhận dữ liệu.................................................33
Hình 2.22: Kết nối UART.......................................................................................................................34
Hình 2.23: Khung truyền của giao tiếp UART..............................................................................34
Hình 2.24: Hình mặt trước của board Arduino UNO..................................................................43
Hình 2.25: Sơ đồ thành phần chính của Arduino UNO R3 ......................................................44
Hình 2.26: Module SIM808 của hãng mlab ....................................................................................46
Hình 2.27: cảm biến rung ........................................................................................................................50
Hình 2.28: Cảm biến gia tốc MPU-6050 ..........................................................................................51
Hình 3.1: Sơ đồ khối của hệ thống ......................................................................................................53
Hình 3.2: Khối xử lý trung tâm.............................................................................................................56
Hình 3.3: Khối SIM808 kết nối với Arduino..................................................................................57
x

Hình 3.4: Khối cảm biến rung kết nối với Arduino .....................................................................58
Hình 3.5: Khối cảm biến gia tốc kết nối với Arduino.................................................................59
Hình 3.6: Khối led kết nối với arduino..............................................................................................60
Hình 3.7: Khối Switch kết nối với Arduino.....................................................................................60
Hình 3.8: Khối chuông báo kết nối với Arduino...........................................................................61
Hình 3.9: Smartphone................................................................................................................................61
Hình 3.10: Adapter 12V-2A...................................................................................................................62
Hình 3.11: Sơ đồ nguyên lý toàn mạch............................................................................................63
Hình: 4.1 Mạch in thiết kế trên Altium Designer..........................................................................65
Hình 4.2: Sơ đồ bố trí các linh kiện ....................................................................................................66
Hình 4.3: Mạch in sau khi thi công .....................................................................................................67
Hình 4.4: Góc nhìn 3D sơ đồ bố trí linh kiện trên Altium Designer ....................................67
Hình 4.5: Mạch thực tế sau khi ráp linh kiện..................................................................................68
Hình 4.6: Mạch sau khi đóng gói.........................................................................................................68
Hình 4.7: Lưu đồ giải thuật hệ thống..................................................................................................69
Hình 4.8: Chương trình con khi xe bị rung và kiểm tra cuộc gọi đến..................................70
Hình: 4.9: giao diện phần mềm arduino IDE..................................................................................72
Hình 4.10: Lưu đồ miêu tả lại quá trình các bước vận hành thiết bị ....................................79
Hình 5.1: Kết quả cảm biến rung hoạt động trên monitor. .......................................................80
Hình 5.2: Kết quả cảm biến gia tốc liên tục đọc giá trị về trên monitor.............................81
Hình 5.3: Thiết bị giám sát vị trí qua tin nhắn khi có cuộc gọi đến......................................82
Hình 5.4: Vị trí của thiết bị và vị trí của Smartphone trên google map ..............................83
Hình 5.5: Thiết bị cảnh báo bị rung qua tin nhắn..........................................................................84
Hình 5.6: Thiết bị ngắt hoạt động xe và sáng đèn xi-nhan khi bị ngã. ................................85
xi

LIỆT KÊ BẢNG
Bảng Trang
Bảng 2.1: Lệnh AT Command thiết lập và cài đặt cuộc gọi ....................................................... 24
Bảng 2.2: Lệnh AT Command thiết lập và cài đặt cho tin nhắn SMS.................................... 25
Bảng 2.3: Lệnh AT dành cho tin nhắn SMS...................................................................................... 26
Bảng 2.4: Các lệnh AT Command đặc biệt cho SIM808C.......................................................... 29
Bảng 2.5: Chi tiết các lệnh AT dành cho SIM808C....................................................................... 30
Bảng 2.6: Danh sách các dạng dữ liệu đầu ra.................................................................................... 36
Bảng 2.7:Giao thức GGA ........................................................................................................................... 37
Bảng 2.8: Định dạng vị trí.......................................................................................................................... 38
Bảng 2.9 Giao thức GLL............................................................................................................................. 38
Bảng 2.10: Giao thức GSA .............................................................................................39
Bảng 2.11: Giao thức GSV ........................................................................................................................ 40
Bảng 2.12: Giao thức RMC....................................................................................................................... 41
Bảng 2.13: Giao thức VTG........................................................................................................................ 42
Bảng 2.14: Thông số kỹ thuật của Arduino UNO. .......................................................................... 45
Bảng 2.15: Chức năng các chân SIM808............................................................................................ 46
Bảng 5.1: Kết quả thống kê thông số kinh độ của thiết bị và phần mềm Google maps . 85
Bảng 5.2: Kết quả thống kê thông số kinh độ của thiết bị và phần mềm Google maps . 86
xii

TÓM TẮT
Mục đích của đề tài là tạo ra một thiết bị hộp đen cho ô tô cũng như một số
phương tiện vận tải khác. Giúp người dùng có thể dễ dàng giám sát xe hay tài sản của
mình cũng như cảnh báo cho người dùng về tình trạng của xe.
Nhóm nghiên cứu sử dụng hệ thống mạng di động toàn cầu GSM và hệ thống
định vị toàn cầu GPS được tích hợp sẵn trong module sim 808 đồng thời kết hợp với
một số cảm biến như: cảm biến rung, cảm biến gia tốc…Cùng bộ vi xử lý trung là
board Arduino Uno R3 để xác định chính xác vị trí của xe khi đang di chuyển. Hệ
thống giúp bảo vệ an toàn cho người dùng khi thiết kệ tự động tắt máy khi xe có sự cố
ngã hay va đập mạnh cũng như cảnh báo cho mọi người xung quanh biết tình trạng của
xe khi gặp sự cố như còi hú, đèn xi nhan sáng nhấp nháy,…để kịp thời giúp đỡ. Đồng
thời cũng giúp người dùng cảnh báo tình trạng của xe thông qua các cảm biến bằng tin
nhắn và gọi điện nhờ hệ thống mạng di động toàn cầu GSM.
Điểm nổi bật của đề tài là hệ thống dễ dàng sử dụng cho người dùng. Ưu điểm là
khi khởi đông hệ thống thì hệ thống hoạt động tự động. Sản phẩm có giá thành vừa phải,
có tính ứng dụng cao không chỉ cho xe ô tô mà còn cho tất cả các phương tiện vận tải
khác.
xiii

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN
Chương 1: TỔNG QUAN
1.1. ĐẶT VẤN ĐỀ
Quá trình phát triển kinh tế, công nghiệp hóa, hiện đại hóa là tiền đề cho quá trình đô
thị hóa. Nhu cầu di chuyển (nhu cầu giao thông) luôn tăng theo quá trình phát triển kinh tế
- xã hội. Chính vì vậy hiện nay, số lượng phương tiện tham gia giao thông ngày càng
nhiều và đa dạng như xe gắn máy, ô tô, xe tải, xe buýt, ... Điều đó đã gây ra nhiều vấn đề
như ùn tắc và tai nạn giao thông. Do đó gây khó khăn trong việc cảnh báo những rủi ro có
thể xảy ra cho phương tiện và người điều khiển xe. Vì vậy việc quản lý và giám sát tình
trạng phương tiện giao thông trở nên rất quan trọng và cần thiết đối với người dùng. Theo
thông tin mới nhất được cập nhật, chính phủ đã ra nghị định số 86/2014/NĐ-CP ban hành
ngày 10/9/2014 và thay thế cho nghị định 91/2009/NĐ-CP và nghị định 93/2012/NĐ-CP.
Nghị định 86/2014 thay đổi và bổ sung thêm một số điều khoản về việc lắp đặt thiết bị
giám sát hành trình bắt buộc đối với xe kinh doanh vận tải, nghị định có hiệu lực thi hành
kể từ ngày 01/12/2014 quy định về quản lý phương tiện vận tải, yêu cầu tất cả các phương
tiện vận tải phải lắp đặt hộp đen theo đúng tiêu chuẩn Bộ Giao thông vận tải là trước ngày
01 tháng 7 năm 2018 áp dụng cho xe ô tô kinh doanh vận tải hàng hóa có trọng tải thiết kế
dưới 3,5 tấn. Nhưng để quản lý hộp đen một cách tiện dụng và dễ dàng thì cần một thiết bị
có thể giám sát và cảnh báo kịp thời. Xuất phát từ chính nhu cầu thực tế đó mà nhóm đã
đưa ra quyết định chọn đề tài: “Giám sát và cảnh báo hoạt động phương tiện vận tải ô tô”
để tiến hành nghiên cứu và thực hiện.
Ở đề tài này, nhóm đồ án sẽ thiết kế một thiết bị có gắn bộ định vị GPS và các cảm
biến để được lắp đặt trên phương tiện vận tải ô tô nhằm gửi các thông số như: giám sát
vị trí, cảnh báo rung xe, cảnh báo ngã xe về smartphone. Khi đó, Smartphone có thể
giám sát vị trí thiết bị trên google map và đồng thời thấy được những cảnh báo ngã xe
hoặc rung xe qua tin nhắn, cuộc gọi một cách kịp thời.
1.2. MỤC TIÊU
Thiết kế và thi công mạch giám sát hoạt động phương tiện vận tải ô tô và cảnh
báo cho người dùng.
Lập trình Arduino để giám sát thiết bị thông qua Smarphone.
BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH 1

Ứng dụng các tập lệnh của Module SIM808 để gửi các thông tin giám sát và cảnh
báo về Smartphone.
1.3. NỘI DUNG NGHIÊN CỨU
Quá trình làm việc của nhóm nghiên cứu được thực hiện qua các bước sau:
 Cài đặt phần mềm Altium để vẽ mạch và phần mềm Arduino IDE để lập
trình xử lý.

 Nghiên cứu về GPS và GSM.

 Nghiên cứu về Arduino UNO R3 và module SIM 808.

 Thiết kế, thi công mô hình phần cứng.

 Lập trình giao tiếp Arduino với SIM808 và GPS.

 Lập trình Arduino để giám sát thiết bị và cảnh báo cho người dùng qua

Smartphone.

 Lắp ráp các khối vào mô hình.

 Chạy thử nghiệm hệ thống giám sát và cảnh báo phương tiện vận tải ô tô.

 Cân chỉnh hệ thống.

 Viết báo cáo đồ án tốt nghiệp.

 Báo cáo đề tài tốt nghiệp.
1.4. GIỚI HẠN
 Định vị vị trí ô tô trên bản đồ sai lệnh so với thực tế ở mức chấp nhận được.

 Tốc độ cập nhật vị trí và các thông số của xe ô tô tùy theo chất lượng sóng của
nhà mạng mà Smartphone sử dụng.

 Thiết kế và thi công hệ thống giám sát và cảnh báo phương tiện vận tải ô tô
bằng cách thi công trên mô hình.
1.5. BỐ CỤC
Chương 1: Tổng Quan
Đặt vấn đề liên quan đến đề tài, tìm hiểu những lý do và sự cần thiết để thực hiện
đề tài, mục tiêu hoàn thành, giới hạn cũng như những bước đi từ cơ bản đến cụ thể mà
nhóm sẽ thực hiện trong quá trình nghiên cứu đề tài.
Chương 2: Cơ Sở Lý Thuyết

Trình bày các kiến thức về phầm mềm Arduino IDE, lý thuyết về Arduino UNO
R3, lý thuyết về SIM808 được áp dụng trong đề tài.
Chương 3: Tính Toán và Thiết Kế
Trình bày sơ đồ khối của hệ thống, tính toán thiết kế cho từng khối.
Chương 4: Thi Công Hệ Thống
Thi công mạch theo thiết kế. Lập trình điều khiển cho vi xử lý chính. Kiểm tra,
chạy thử nghiệm và tinh chỉnh lỗi.
Chương 5: Kết Quả, Nhận Xét và Đánh Giá
Trình bày kết quả đã đạt được và đưa ra những bàn luận về sản phẩm.
Chương 6: Kết Luận và Hướng Phát Triển
Kết luận chung về đề tài và hướng phát triển của nó.

CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT
Chương 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT
2.1 TÌM HIỂU VỀ HỆ THỐNG GPS
2.1.1 Hệ thống định vị toàn cầu (GPS)
Hệ thống định vị toàn cầu GPS (the global positioning system) hay còn gọi là
NAVSTAR (Navigation Satellite Timing And Ranging) là hệ thống xác định tọa độ
dựa trên vị trí của các vệ tinh nhân tạo. Hệ thống GPS có thể xác định vị trí sai số từ
vài trăm mét đến vài trăm centimet. Trong cùng một thời điểm, ở một vị trí bất kỳ
trên trái đất nếu xác định được khoảng cách đến tối thiểu ba vệ tinh thì ta có thể tính
được tọa độ của vị trí đó. 4
Hoàn cảnh ra đời: Năm 1978, nhằm thu thập các thông tin về tọa độ (vĩ độ và
kinh độ), độ cao và tốc độ của các cuộc hành quân. Bộ quốc phòng Mỹ đã phóng lên
quỹ đạo trái đất 24 vệ tinh. Những vệ tinh trị giá nhiều tỷ USD này bay phía trên
quỹ đạo trái đất ở độ cao 19.200 km, với tốc độ chừng 11.200 km/h, có nhiệm vụ
truyền đi các tín hiệu vô tuyến tần số thấp tới các thiết bị thu nhận. 1
Hình 2.1: vệ tinh quay quanh trái đất1
Trong số 24 vệ tinh của bộ quốc phòng Mỹ nói trên, chỉ có 21 vệ tinh thực sự
hoạt động, 3 vệ tinh còn lại là hệ thống hỗ trợ. Tín hiệu vô tuyến truyền đi thường
không đủ mạnh để thâm nhập vào các tòa nhà kiên cố, các hầm ngầm hay tới các địa
điểm dưới nước. Ngoài ra nó còn đòi hỏi tối thiểu 4 vệ tinh để đưa ra được thông tin
chính xác về vị trí (bao gồm cả độ cao) và tốc độ của một vật. Vì hoạt động trên quỹ
1
Nguyễn Quốc Vương, “Nghiên cứu, chế tạo hộp đen ô tô”, Luận văn Thạc sĩ, Trường DHSPKT, Tp.HCM,
2014.

đạo, các vệ tinh đảm bảo cung cấp vị trí tại bất kỳ điểm nào trên trái đất. Vào năm
1983, Liên Xô bắn rơi một máy bay hành khách của Hàn Quốc vì đã vi phạm không
2
phận. Sau tai nạn này, nhu cầu định vị và dẫn đường cho các ứng dụng hàng không
và dân dụng trở nên cấp thiết. Tổng thống Reagan đã ra lệnh cho quân đội Mỹ phải
mở cửa một phần GPS cho các ứng dụng dân sự. Người Mỹ để tránh gây nguy hiểm
đến quyền lợi của Mỹ đã phát minh ra SA (dùng để tăng sai số) và bắt đầu đưa ứng
dụng vào năm 1990. Vào tháng 5 năm 2000, kỹ thuật quân sự Mỹ đã tiến khá xa, lúc
này tổng thống Clinton mới tự tin ra lệnh tắt SA. Sau đó, nhu cầu máy thu GPS cá
nhân và dân dụng mới thực sự bùng nổ.1
2.1.2 Cấu trúc của hệ thống định vị toàn cầu GPS
Hệ thống định vị toàn cầu GPS bao gồm có 3 bộ phận chính cấu thành đó là
phần người sử dụng (User Segment), phần điều khiển (Control Segment), phần
không gian (Space Segment).
Hình 2.2: Các thành phần cấu tạo của hệ thống GPS1
1
2014.

Chúng ta sẽ tìm hiểu 3 bộ phận chính của GPS và chức năng của chúng:
Hình 2.3: Mô hình ba mảng của hệ thống định vị toàn cầu.4
a. Phần sử dụng1
Bộ phận người dùng là thiết bị thu tín hiệu GPS và người sử dụng những
thiết bị này. Thiết bị thu tín hiệu GPS là một máy thu tín hiệu sóng vô tuyến đặc
biệt. Nó được thiết kế để thu tín hiệu sóng vô tuyến được truyền từ các vệ tinh và
tính toán vị trí dựa trên thông tin đó. Thiết bị thu tín hiệu GPS có nhiều kích cỡ
khác nhau, hình dáng và giá cả khác nhau. 1

Tính chất và giá cả của thiết bị thu tín hiệu GPS nói chung lệ thuộc vào
chức năng mà bộ phận thu nhận có ý định. Bộ phận thu nhận dùng cho ngành
hàng hải và hàng không thường sử dụng cho tính năng giao diện với thẻ nhớ
chứa bản đồ đi biển. Bộ phận thu nhận dùng cho bản đồ khả năng chính xác rất
cao và có giao diện người sử dụng cho phép ghi nhận dữ liệu nhanh chóng.
Hình 2.4: Phần thiết bị sử dụng dẫn đường GPS.1
Các bộ phận của một thiết bị GPS trong phần sử dụng:1
- Phần cứng.
- Phần mềm.
- Phần triển khai công nghệ.
Phần cứng bao gồm máy thu mạch điện tử, các bộ dao động tần số vô tuyến
RF, các ăng ten và các thiết bị ngoại vi cần thiết để hoạt động máy thu. Đặc điểm
chính yếu của bộ phận này là tính chắc chắn, có thể xách tay, tin cậy khi làm việc
ngoài trời và dễ thao tác. 1
Phần mềm bao gồm những chương trình tính dùng để xử lý số liệu cụ thể, chuyển
đổi những thông báo GPS thành những thông tin định vị hoặc dẫn đường đi hữu ích.
Những chương trình này cho phép người sử dụng tác động khi cần để có thể lợi dụng
được những ưu điểm của nhiều đặc tính định vị GPS. Những chương trình

này được thiết kế sao cho có thể cung cấp những thông báo hữu ích về trạng thái và
sự tiến bộ của hệ thống tới người điều hành. Ngoài ra trong phần mềm còn bao gồm
những chương trình phát triển tính độc lập của máy thu GPS, có thể đánh giá được
các nhân tố như tính sẵn sàng của vệ tinh và mức độ tin cậy của độ chính xác. 1
Phần triển khai công nghệ hướng tới mọi lĩnh vực liên quan đến GPS như: cải
tiến thiết kế máy thu, phân tích và mô hình hóa hiệu ứng của anten khác nhau, hiệu
ứng truyền sóng và sự phối hợp của chúng trong phần mềm xử lý số liệu, phát triển
các hệ thống liên kết truyền thông một cách tin cậy cho các hoạt động định vị GPS
cự ly dài và ngắn khác nhau và theo dõi các xu thế phát triển trong lĩnh vực giá cả
và hiệu suất thiết bị. 1
b. Phần điều khiển
Phần điều khiển là để kiểm soát vệ tinh đi đúng hướng quỹ đạo và thông tin thời
gian chính xác. Có 8 trạm kiểm soát rải rác trên mặt đất trong đó có 4 trạm theo dõi đặt
ở Hawaii, Kwajalein, đảo Ascension, Diego Garcia, Colorado Springs, Colorado và
Cape Canaveral, 1 trạm điều khiển trung tâm và 3 trạm hiệu chỉnh số liệu. Lưới trắc địa
đặt trên 4 trạm này được xác định bằng phương pháp giao thoa đường đáy dài (VLBI).
Trạm trung tâm làm nhiệm vụ tính toán lại tọa độ các vệ tinh theo số liệu của 4 trạm
theo dõi thu được từ vệ tinh. Sau đó tính toán các số liệu được gởi từ trạm trung tâm tới
3 trạm hiệu chỉnh số liệu và từ đó gởi tiếp tới các vệ tinh. 1
Hình 2.5: Trạm mặt đất được sử dụng từ 1984-2007.1

c. Phần không gian
Phần không gian gồm 27 vệ tinh (24 vệ tinh hoạt động và 3 vệ tinh dự phòng)
nằm trên các quỹ đạo xoay quanh trái đất. Chúng cách mặt đất 20.200 km, bán kính
quỹ đạo 26.600 km. Chúng chuyển động ổn định vá quay hai vòng quỹ đạo trong
khoảng thời gian gần 24 giờ 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 3 vệ
tinh vào bất kỳ thời điểm nào. Mỗi vệ tinh phát 2 tần số sóng mang với tần số cao
L1=1575.42 MHz và L2 = 1227.62 MHz. Cả 2 sóng mang đều mang thông báo vệ
tinh cần phát dưới dạng một dòng dữ liệu được thiết kế ở tần số thấp(50Hz) để
thông báo tới người sử dụng tình trạng và vị trí của vệ tinh. Các dữ liệu này sẽ được
các máy thu giải mã và dùng vào việc xác định vị trí của máy theo thời gian thực. 1
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.3
Hình 2.6: Các quỹ đạo của vệ tinh trong hệ thống GPS.1
2.1.3 Phương trình chuyển hướng
Bộ thu sử dụng tín hiệu nhận được từ các vệ tinh để xác định các vị trí của vệ
tinh và thời gian được truyền từ vệ tinh tới bộ thu. Trong đó, x, y, z là các thành
phần vị trí vệ tinh và thời gian truyền từ vệ tinh tới bộ thu được chỉ định là [xi, yi,
zi, ti], i = 1, 2, 3…., n là biểu thị cho số vệ tinh (n ≥ 3). 1

Khi thời gian nhận tín hiệu được chỉ định bởi đồng hồ trên mạch điện, kí hiệu
là tr, thời gian nhận thực sự là: (tr + b), trong đó b là độ trễ đồng hồ của bộ thu. Thời
gian truyền tín hiệu là: (tr + b – ti). Giả sử tín hiệu được truyền đi với tốc độ ánh
sáng (kí hiệu: c) thì quãng đường được truyền là: (tr + b – ti).c biết được khoảng
cách từ bộ thu tới vệ tinh và vị trí của vệ tinh, điều đó có nghĩa là bộ thu nằm trên
bề mặt của mặt cầu có tâm đặt tại vị trí của vệ tinh với bán kính bằng chính khoảng
cách từ vệ tinh tới bộ thu. Vì vậy, bộ thu sẽ là giao điểm các mặt cầu nếu nó nhận
tín hiệu từ nhiều vệ tinh. Trong trường hợp lý tưởng không có lỗi, bộ thu là giao
điểm của các mặt cầu.
Bộ thu có bốn ẩn số, ba thành phần của vị trí máy thu GPS và độ trễ đồng hồ
[x, y, z, b]. Các phương trình của mặt cầu được xác định bởi:
(x-xi)2 + (y-yi)2 + (z-zi)2 = [(tr+b-ti).c]2, với i = 1,2,…, n (2.1)
Tọa độ vị trí tại một địa điểm trên mặt đất:1
Để xác định chính xác vị trí tại một địa điểm trên mặt đất thì bộ thu GPS phải
nhận được tín hiệu truyền về từ ít nhất ba vệ tinh, mỗi vệ tinh truyền tín hiệu về mặt
đất với thời gian khác nhau. Từ phương trình chuyển hướng tổng quát, ta có hệ 3
phương trình như sau:
(x-x1)2
+ (y-y1)2
+ (z-z1)2
= [(tr+b-t1).c]2
(2.2)
(x-x2)2
+ (y-y2)2
+ (z-z2)2
= [(tr+b-t2).c]2
(2.3)
(x-x3)2
+ (y-y3)2
+ (z-z3)2
= [(tr+b-t3).c]2
(2.4)
Trong đó, tọa độ vệ tinh thứ nhất, thứ hai và thứ ba và thời gian truyền từ
vệ tinh thứ nhất, thứ hai và thứ ba tới bộ thu theo trình tự : x1, y1, z1, t1, x2, y2, z2,
t2, x3, y3, z3, t3, tr, b,c là những hằng số. Từ phương trình (2.2), (2.3), (2.4)
Với x là:
(2.5)

Với y là:
(2.6)
Với z là:
(2.7)
Với
d1 = [(tr+b-t1)x c]2
; d2 = [(tr+b-t2)x c]2
; d3 = [(tr+b-t3)x
c]2
A1 = 2(x2-x1); B1 = 2(y2-y1); C1 = 2(z2-z1)
D1 = d1 –d2 –x1
2
+x2
2
–y1
2
+ y2
2
–z1
2
+ z2
2
A2 = 2(x3-x1); B2 = 2(y3-y1); C2 = 2(z3-z1)
D2 = d1 –d3 –x1
2
+x3
2
–y1
2
+ y3
2
–z1
2
+ z3
2
Với M là:
Với N là:
(2.13)
(2.8)
(2.9)
(2.10)
(2.11)
(2.12)
2.1.4 Thành phần tín hiệu gps1
Mỗi vệ tinh GPS phát tín hiệu radio với tần số rất cao, bao gồm hai tần số sóng
mang được điều chế bởi 2 loại mã (mã C/A và mã P-code) và thông tin định vị. Hai
sóng mang được phát ra tần số 1575.42 MHz (sóng mang băng tần L1) và 1227.60
MHz (sóng mang băng tần L2). Tức là bước sóng xấp xỉ 19 cm và 24.4 cm. Việc sử
dụng 2 loại sóng mang này cho phép sửa lỗi chính cho hệ thống GPS đó là sự trễ
trong tầng khí quyển, điều này được giải thích rõ ràng hơn trong phần sửa lỗi hệ

thống. Tất cả các vệ tinh GPS phát chung tần số sóng mang L1 và L2. Tuy nhiên,
mã điều chế khác nhau cho mỗi vệ tinh khác nhau. 1
Hai loại mã được dùng là mã C/A (Coarse/Acquisition) và mã P-code
(Precision code). Mỗi mã bao gồm một số nhóm nhị phân 0 và 1 gọi là các bit. Các
mã thông thường được biết đến là mã PRN- Pseudo Random Noise (Mã ồn giả ngẫu
nhiên), gọi như vậy là vì chúng được tạo ra một cách ngẫu nhiên và tín hiệu giống
như các tín hiệu ồn, nhưng thực tế chúng được phát ra từ các giải thuật toán học.
Hiện nay, mã C/A chỉ được điều chế ở băng tần L1 còn mã P-code được điều chế ở
2 băng tần L1 và L2. Việc điều chế này gọi là điều chế lưỡng pha vì pha của chúng
dịch 180 độ khi giá trị mã thay đổi từ 0->1 hay từ 1->0.
Mã C/A là một luồng bit nhị phân của 1023 số nhị phân và lặp lại bản thân
chúng trong mỗi giây. Điều này có nghĩa là tốc độ chip của mã C/A là 1.023 Mbps.
Hay theo cách khác, chu kỳ của một bit xấp xỉ 1 ms hay tương đương với 300 m.
Việc đo đạc sử dụng mã C/A là kém chính xác so với mã P-code nhưng nó ít phức
tạp và được cung cấp cho tất cả người sử dụng.
Mã P-code là một chuỗi dài các số nhị phân, nó lập lại bản thân nó sau 266
ngày. Nó cũng nhanh hơn 10 lần so với mã C/A (tốc độ là 10.23 MBps) nhân với
thời gian lập lại bản thân nó sau 266 ngày để cho ra tốc độ 10.23 Mbps, suy ra mã
P-code là một luồng gồm 2.35 x 1014 chip mã dài 266 ngày và được chia làm 38
đoạn; mỗi tuần là một đoạn. 32 đoạn được phân chia tới các vệ tinh khác nhau. Mỗi
vệ tinh phát ra đoạn 1 tuần của mã P-code, chúng được khởi tạo vào giữa thứ 7 và
chủ nhật hàng tuần. 6 đoạn còn lại để dành riêng cho mục đích sử dụng khác. Mã
Pcode được thiết kế chủ yếu sử dụng cho mục đích quân sự. Nó được cung cấp cho
người sử dụng vào ngày 31/01/1994. Ở thời điểm đó mã P-code được mã hóa bằng
việc thêm vào nó 1 loại mã W-code và kết quả của việc thêm vào loại mã code này
là Y-code và nó có tốc độ chip giống mã P-code. 3
3
Mohinder S. Grawer, Lawrence R.Weill, Angus P.Andrews, “Global Positioning Systems, Inertial
Navigation, and Integration”, A John Wiley & Sons, inc. Publication, 2001

Hình 2.7: Mô hình tín hiệu GPS khi truyền4
a. Tín hiệu GPS1
Mỗi vệ tinh GPS truyền đồng thời 2 dải tần số là L1 và L2 (L1 là 1575.42
MHz và L2 là 1227.6 MHz).
Sóng mang của tín hiệu L1 gồm một thành phần cùng pha và một thành phần
vuông pha. Thành phần cùng pha là hai pha được điều chế bởi 1 luồng dữ liệu
50bps và một mã giả ngẫu nhiên được gọi là mã C/A bao gồm một chuỗi 1023 chip
nối tiếp với chu kỳ là 1ms, một tốc độ xung nhịp 1.023 MHz và chu kỳ 1 tuần.
4
Ahmed El-Rabbany, “Introduction to GPS the Global Positioning System”, Artech House, Inc. Publication,
2002

Hình 2.8: Cấu trúc thành phần cùng pha của L11
Dữ liệu 50bps được nhân với sóng mang rồi sau đó được mã hóa theo mã C/A
và được truyền đi.
Hình 2.9: Cấu trúc thành phần vuông pha của L1.1

Dữ liệu 50 bps được nhân với sóng mang rồi sau đó được mã hóa theo mã P-
code và được truyền đi. 1
b. Thông Điệp Từ Chuỗi Dữ Liệu 50bps
Chuỗi dữ liệu 50bps chuyên gửi thông điệp dẫn đường, nó bao gồm nhiều
thông tin và không giới hạn. Nó bao gồm những thông tin sau:
+ Dữ liệu vệ tinh niêm giám: Mỗi vệ tinh truyền dữ liệu trong không gian được gọi
là niêm giám. Nó cho phép người sử dụng tính toán vị trí của mọi vệ tinh trong chòm
sao GPS tại bất kỳ thời điểm nào. Dữ liệu niêm giám không đủ chính xác để xác
định vị trí nhưng có thể được cất trong một thiết bị thu ở đâu đó, nó lưu lại trong vài
tháng. Nó chủ yếu được dùng để xác định vệ tinh rõ ràng tại một vị trí bất kỳ.
+ Dữ liệu vệ tinh thiên văn: Dữ liệu thiên văn cũng tương tự như dữ liệu Niêm
giám nhưng nó cho phép xác định vị trí với độ chính xác cao hơn, để cần được
chuyển đổi sự trễ lan truyền trong việc ước lượng vị trí của người dùng.
+ Dữ liệu thời gian: Chuỗi dữ liệu 50bps bao gồm sự đánh dấu thời gian, được sử
dụng để thiết lập thời gian truyền dẫn của những điểm trên tín hiệu GPS. Thông tin
này cần xác định được độ trễ về thời gian lan truyền tín hiệu từ vệ tinh tới người sử
dụng.
+ Dữ liệu trễ do tầng điện ly.
+ Thông điệp về tình trạng của GPS. 1
2.1.5 Cách thức làm việc của hệ thống gps
a. Hoạt động của GPS
Cơ bản, GPS sử dụng nguyên tắc hướng thẳng tương đối của hình học và lượng
giác học. Mỗi vệ tinh liên tục truyền và phát dữ liệu trong quỹ đạo bay của nó cho tất
cả các chòm sao vệ tinh cộng thêm dữ liệu đến kịp thời và thông tin khác. Do đó, mỗi
thiết bị GPS nhận sẽ liên tục truy cập dữ liệu quỹ đạo chính xác từ vị trí của tất cả vệ
tinh có thể tính toán bằng các vi mạch có trên tất cả các GPS nhận. Từ đó, tín hiệu hoặc
sóng vô tuyến di chuyển ở vận tốc hằng số (thường bằng vận tốc ánh sáng-C), các thiết
bị GPS thu có thể tính toán khoảng cách liên quan từ GPS đến các vệ tinh

khác bằng cách máy thu GPS so sánh thời gian tín hiệu được phát đi từ vệ tinh với
thời gian mà thiết bị GPS thu nhận được tín hiệu do các vệ tinh phát. Độ sai lệch về
thời gian cho biết máy thu GPS cách xa vệ tinh bao nhiêu bằng cách lấy khoảng
thời gian sai lệch nhân với tốc độ của sóng vô tuyến. Rồi với nhiều khoảng cách đo
được tới nhiều vệ tinh khác nhau, các thiết bị GPS thu tín hiệu có thể tính được vị
trí của thiết bị GPS. 1
Hình 2.10: Tính khoảng cách từ thiết bị GPS đến vệ tinh.5
Tất cả máy thu GPS bắt buộc phải bắt được tín hiệu của ít nhất 3 vệ tinh để
có thể tính được vị trí hai chiều (kinh độ, vĩ độ) và để theo dõi được chuyển
động. Nếu thiết bị thu tín hiệu GPS có thể bắt được tín hiệu từ 4 hay nhiều hơn
số vệ tinh trong tầm nhìn thì máy thu GPS có thể tính được vị trí theo ba chiều
(kinh độ, vĩ độ, độ cao). Một khi vị trí người dùng đã tính được thì máy thu GPS
có thể tính được thông tin khác như tốc độ, hướng chuyển động, bám sát di
chuyển, khoảng hành trình, khoảng cách tới điểm đến, thời gian mặt trời mọc, lặn
và những thứ khác. 5
5Wikipedia, Hệ thống định vị toàn cầu (sửa lần cuối vào 24 tháng 4 năm 2018), http://vi.wikipedia.org/

Hình 2.11: Thông tin dữ liệu. 1
c. Độ chính xác của hệ thống GPS
Các máy thu GPS hiện nay cực kỳ chính xác nhờ vào thiết kế nhiều kênh hoạt
động song song của chúng. Các máy thu 12 kênh song song (của Garmin) nhanh
chóng bắt tín hiệu từ các vệ tinh khi vừa mới bật lên và chúng duy trì chắc chắn liên
hệ này, thậm chí trong tán lá rậm rạp hoặc thành phố với các tòa nhà cao tầng. Tình
trạng nhất định của khí quyển và các nguồn gây sai số khác có thể ảnh hưởng tới độ
chính xác của máy thu GPS. Các máy thu GPS có độ chính xác trung bình trong
vòng 15 mét. 1
Các máy thu mới hơn với khả năng WAAS (Wide Area Augmantation System)
có thể tăng độ chính xác trung bình tới dưới 3 mét. Không cần thêm thiết bị hay mất
phí để có được lợi điểm WAAS. Người dùng cũng có thể có độ chính xác tốt hơn với
GPS vi sai (Differential GPS-DGPS) sửa lỗi các tín hiệu GPS để có độ chính xác trong
khoảng từ 3 đến 5 mét. Cục Phòng vệ bờ biển Mỹ vận hành dịch vụ sửa lỗi này. Hệ
thống bao gồm một mạng các đài thu tín hiệu GPS và phát tín hiệu đã sửa lỗi,

người dùng phải có máy thu tín hiệu vi sai bao gồm cả angten để dùng với máy thu
GPS của họ. 1
c. Các nguồn lỗi ảnh hưởng đến tín hiệu GPS
Hệ thống GPS đã được thiết kế để ngày càng chính xác hơn. Tuy nhiên, trên thực
tế vẫn còn có lỗi. Những lỗi này có thể gây ra một sự chênh lệch từ 50m ->100m từ vị
trí máy thu GPS trên thực tế. Sau đây có một vài nguồn lỗi được bàn tới. 4
d. Điều kiện khí quyển
Cả tầng điện ly lẫn tầng đối lưu đều khúc xạ những tín hiệu GPS. Nó gây ra sự
thay đổi về tốc độ của tín hiệu trong tầng điện ly và tầng đối lưu khác so với tốc độ
tín hiệu GPS trong không gian. Vì vậy, khoảng cách tính toán bằng ―tốc độ x thời
gian sẽ khác nhau. 4
Lỗi do sự giao thoa tín hiệu GPS:
Do sự phản xạ từ các vật cản làm cho tín hiệu GPS giao thoa với nhau, chính
điều này đã làm các thiết bị thu GPS sẽ thu tín hiệu lỗi.
Hình 2.12: Lỗi do giao thoa tín hiệu GPS1
Lỗi do sự di chuyển của các thiết bị GPS:

Do trong quá trình thu tín hiệu GPS, các thiết bị GPS di chuyển sẽ xảy ra sai
số cỡ khoảng từ 5m->15m là do có độ trễ xảy ra trong quá trình truyền giữa vệ tinh
và thiết bị GPS. Do vậy, tùy theo tốc độ di chuyển của máy thu GPS là bao nhiêu
nhưng nằm trong khoảng 5m->15m. 1
2.2 TÌM HIỂU VỀ HỆ THỐNG MẠNG GSM
2.2.1 Mạng thông tin di động toàn cầu (GSM)
- Định nghĩa GSM
Mạng thông tin di động toàn cầu là tiêu chuẩn chung cho các thuê bao di động
di chuyển giữa các vị trí địa lý khác nhau mà vẫn giữ được liên lạc.1
- Các mạng điện thoại GSM ở Việt Nam
Ở Việt Nam và các nước trên Thế Giới, mạng điện thoại GSM vẫn chiếm đa
số, Việt Nam có các mạng điện thoại GSM lớn đó là:
+ Mạng vinaphone.
+ Mạng mobiphone.
+ Mạng Viettel. 1
- Công nghệ của mạng GSM
Các mạng điện thoại GSM sử dụng công nghệ TDMA.
TDMA (Time Division Multiple Access). Phân chia các truy cập theo thời gian.
Công nghệ TDMA là công nghệ cho phép 8 máy di động có thể sử dụng chung môt
kênh để đàm thoại, mỗi máy sẽ sử dụng 1/8 khe thời gian để truyền và nhận thông
tin. 1
- Công nghệ CDMA
Khác với công nghệ TDMA của các mạng GSM là công nghệ CDMA của các
mạng như:
 Mạng Sfone 095.

 Mạng HT Mobile 092.
CDMA Phân chia các truy cập theo mã. Công nghệ CDMA sử dụng mã số cho
mỗi cuộc gọi, và nó không sử dụng một kênh để đàm thoại như công nghệ TDMA

mà sử dụng cả một phổ tần (nhiều kênh một lúc) vì vậy công nghệ này có tốc độ
truyền dẫn tín hiệu cao hơn công nghệ TDMA. 1
2.2.2 Cấu trúc cơ bản của mạng điện thoại di động
Mỗi mạng điện thoại di động có nhiều Tổng đài chuyển mạch MSC ở các khu
vực khác nhau (Ví dụ như tổng đài miền Bắc, miền Trung, miền Nam) và mỗi Tổng
đài lại có nhiều trạm thu phát vô tuyến BSS. 1
Hình 2.13: Mô hình mạng điện thoại di
động.1
- Băng tần GSM 900 MHz
Khi sử dụng thuê bao mạng Vinaphone, Mobiphone hoặc Vietel thì chính là
đang sử dụng công nghệ GSM. Công nghệ GSM được chia làm 3 băng tần: 1
 Băng tần GSM 900MHz.


Tất cả các mạng điện thoại ở Việt Nam hiện đang phát ở băng tần 900MHz,
các nước trên Thế giới sử dụng băng tần 1800MHz, Mỹ sử dụng băng tần 1900MHz
- Băng tần GSM 1800 MHz

Hình 2.14: Băng tần GSM 1800 MHz.1
Ở băng tần 1800MHz, Điện thoại di động thu ở dải sóng 1805MHz đến
1880MHz và phát ở dải sóng 1710MHz đến 1785MHz. Khi điện thoại di động thu
từ đài phát trên một tần số nào đó (trong giải 1805MHz đến 1880MHz) nó sẽ trừ đi
95MHz để lấy ra tần số phát, khoảng cách giữa tần số thu và phát của băng GSM
1800 là 95MHz. 1

So sánh hai băng tần:

Hình 2.15: Băng tần GSM 900MHz và băng tần GSM 1800MHz.1

2.2.3 Các Thành Phần Của Mạng Điện Thoại Di Động
- Mạng điện thoại di động GSM
Hình 2.16: Mạng điện thoại di động GSM.1
- Máy cầm tay MS (Mobile Station)
Mỗi máy di động cầm tay khi liên lạc, nhà quản lý điều hành mạng sẽ quản lý
theo hai mã số.
Số SIM đây là mã nhận dạng di động thuê bao quốc tế, dựa vào mã số này mà
nhà quản lý có thể quản lý được các cuộc gọi và dịch vụ gia tăng khác.
Số IMEI đây là số nhận dạng di động Quốc tế, số này được nạp vào bộ nhớ ROM
khi điện thoại được xuất xưởng, mỗi máy điện thoại có một số IMEI duy nhất, ở các
nước trênthế giới - số IMEI được các nhà cungcấp dịch vụ quản lý, vì vậy ở nước
ngoàinếu một điện thoại di động bị đánh cắp thì cũng không thể sử dụng được.6
Với
công nghệ tiên tiến ngày nay, nếu bạn bật máy điện thoại lên, người ta có thểbiết
bạn đang đứng ở đâu chính xác tới phạm vi 10m2 đó là công nghệ định vị toàn
cầu. 1
- Ý nghĩa số IMEI
1
2014

Hình 2.17: IMEI: Số nhận dạng thiết bị di động quốc tế.7
- Ý nghĩa số SIM:
Hình 2.18: Ý nghĩa số SIM.1
- Số thuê bao IMSI
1
2014

Hình 2.19: Ý nghĩa số thuê bao IMSI.1
2.2.4 Một số tập lệnh AT cơ bản sử dụng cho ứng dụng
GSM1
a. Các thuật ngữ
<CR>: Carriage return (0x0D).
<LF> : Line Feed (0x0A).
MT: Mobile Terminal. Thiết bị đầu cuối mạng (trong trường hợp này là
module SIM548).
TE: Terminal Equipment. Thiết bị đầu cuối (máy tinh, hệ vi điều khiển). 1
b. Các lệnh thiết lập và cài đặt cho cuộc gọi1
Bảng 2.1: Lệnh AT Command thiết lập và cài đặt cuộc gọi.1
ATA Trả lời một cuộc gọi đến.
ATD Đi trước một số điện thoại để thực hiện cuộc gọi.
ATD><mem><n> Thực hiện cuộc gọi đến số điện thoại đã lưu trong bộ nhớ.
ATD<str> Thực hiện cuộc gọi đến số đã lưu và có tên <str>.
ATDL Gọi số vừa gọi gần nhất.

ATH Ngắt kết nối đang thực hiện.
ATI Hiển thị thông tin về module SIM548.
ATL Cài đặt độ lớn của loa.
ATO Chuyển từ chế độ nhận lệnh sang chế độ nhận dữ liệu.
ATT Lựa chọn kiểu chuông.
ATZ Thực hiện lệnh này trước khi cài đặt lại các thông số của module.
AT&F Thiết lập các thông số cài đặt là các thông số mặc định.
AT&V Hiển thị cấu hình đã cài đặt cho module.
+++ Chuyển từ chế độ dữ liệu và kết nối mạng GPRS về chế độ lệnh.
c. Các lệnh thiết lập và cài đặt cho tin nhắn SMS
Bảng 2.2: Lệnh AT Command thiết lập và cài đặt cho tin nhắn SMS. 1
AT+CMGD Xóa tin nhắn sms.
AT+CMGF Định dạng văn bản tin nhắn.
AT+CMGL Danh sách tin nhắn đã lưu.
AT+CMGR Lệnh đọc tin nhắn.
AT+CMGS Lệnh gửi tin nhắn.
AT+CMGW Lưu tin nhắn vào bộ nhớ.
AT+CMSS Gửi tin nhắn đã lưu.
AT+CMGC Gửi sms lệnh.
AT+CNMI MT gửi thông báo khi có tin nhắn mới.
AT+CPMS Các tin nhắn riêng biệt được lưu.
AT+CRES Cài đặt lại tin nhắn.
AT+CSAS Lưu các cài đặt cho tin nhắn.
AT+CSCA Địa chỉ dịch vu tin nhắn.
AT+CSMP Cài đặt định dạng chữ của tin nhắn.
AT+CSMS Lựa chọn tin nhắn dịch vụ.

d. Chi tiết mô tả các lệnh dành cho tin nhắn SMS1
Bảng 2.3: Lệnh AT dành cho tin nhắn SMS.1
AT+CMGD=<index> + Lệnh xóa tin nhắn sms đã lưu trong bộ nhớ.
+ Lệnh thực hiện thành công. MT gửi trả :
<CR><LF>OK<CR><LF>
+ Nếu lệnh không thực hiện được. MT gửi trả:
+CMS ERROR <err>
+ Tham số:
<index> Vị trí của tin nhắn lưu trong bộ nhớ.
<err> Cho biết lỗi.
AT+CMGF=[<mode> + Lệnh cài đặt định dạng của tin nhắn gửi và nhận.
] + Lệnh thực hiện thành công.MT gửi trả:
<CR><LF>OK<CR><LF>
+ Tham số:
[<mode>] 0 Dạng PDU
1 Dạng văn bản
AT+CMGL=[<stat>] + Danh sách tin nhắn đã lưu.
Tham số:
+ Nếu tin nhắn là dạng văn bản:
[<stat>] “_REC UNREAD” tin nhắn chưa đọc.
“RED READ” tin nhắn đã đọc.
“STO UNSEND” tin nhắn chưa gửi được.
“STO SEND” tin nhắn đã gửi.
“ALL” tất cả tin nhắn.
+ Nếu tin nhắn là dạng PDU:
[<stat>] 0 tin nhắn chưa đọc.
1 tin nhắn đã đọc.
2 tin nhắn chưa gửi.
3 tin nhắn đã gửi.
4 tất cả tin nhắn

Nếu lệnh thực hiện thành công, MT gửi trả chuỗi có
định dạng như sau :
+ Nếu tin nhắn là dạng văn bản (+CMGF=1) :
+CMGL:
[<index>,[<stat>],[<oa/da>],[<alpha>],[<scts>]
[,<tooa/toda>,<length>] <CR><LF>[<data>]<CR>
<LF>
<CR><LF>OK<CR><LF>
+ Nếu tin nhắn là dạng PDU (+CMGF=0) :
+CMGL:<index>,<stat>,[<alpha>],<length><CR><
LF><pdu><CR><LF>
<CR><LF>OK<CR><LF>
Nếu lệnh thực hiện không thành công, MT gửi trả:
+CMS ERROR: <err>
AT+CMGR=<index>[ Lệnh đọc tin nhắn sms.
,<mode>] Tham số:
<index> Một số nguyên là vị trí của đã lưu tin nhắn.
<mode> 0 Chế độ mặc định.
Không thay đổi trạng thái của tin nhắn.
Ví dụ : Tin nhắn sẽ không chuyển từ 'received
unread’ sang 'received read’ khi được đọc.
Lệnh thực hiện thành công, MT gửi trả lại chuỗi có
dạng:
+ Nếu tin nhắn là dạng văn bản (+CMGF=1)
+CMGR:<stat>,<sn>,<mid>,<dcs>,<page>,<pages
><CR><LF><data>
<CR><LF>OK<CR><LF>
+ Nếu tin nhắn là dạng PDU (+CMGF=0)
+CMGR:
<stat>,[<alpha>],<length><CR><LF><pdu>
<CR><LF>OK<CR><LF>

Lệnh thực hiện không thành công, MT gửi trả:
+CMS ERROR: <err>
Tham số:
<stat> 0 "REC UNREAD" tin nhắn chưa được
đọc.
"REC READ" tin nhắn đã đọc.
"STO UNSENT" tin nhắn chưa gửi được.
"STO SENT" tin nhắn đã gửi.
"ALL" tất cả tin nhắn.
<length> Độ dài của tin nhắn (số ký tự).
<data> Nội dung tin nhắn.
AT+CMGS=<da>[,<t Lệnh gửi tin nhắn dạng văn bản.
oda>] Gửi <ESC> cho module để hủy bỏ việc gửi tin nhắn
<CR>nội dung tin khi lệnh đang thực thi.
nhắn Tham số:
<ctr-Z/ESC> <da> “số điện thoại gửi tin nhắn”
Nếu lệnh được thực hiện thành công và tin nhắn đã
được gửi đi, MT gửi trả:
CR><LF>+CMGS: <mr><<CR><LF>
<CR><LF>OK<CR><LF>
Nếu lệnh không thực hiện được, MT gửi trả:
<CR><LF>+CMS ERROR: <err><CR><LF>
Tham số:
<mr> Một số nguyên là vị trí lưu tin nhắn vào bộ
nhớ.
AT+CMGW=[<oa/da Lệnh lưu tin nhắn vào bộ nhớ.
>[,<tooa/ Gửi <ESC> cho module để hủy bỏ việc lưu tin nhắn
toda>[,<stat>]]] khi lệnh đang thực thi.
<CR> Nội dung tin Lệnh thực hiện thành công, tin nhắn đã được lưu vào
nhắn bộ nhớ.MT gửi trả:
<ctrl-Z/ESC> CR><LF>+CMGW: <index><<CR><LF>

<ESC> <CR><LF>OK<CR><LF>
Nếu có lỗi xảy ra, MT gửi trả:
+CMS ERROR: <err>
Tham số:
<index> Vị trí lưu tin nhắn.
AT+CMSS=<index>[, Lệnh gửi tin nhắn từ bộ nhớ lưu tin nhắn
<da> [,<toda>]] Lệnh thực hiện thành công, MT gửi trả:
CR><LF>+CMGS: <mr> [,<scts>]CR><LF>
<CR><LF>OK<CR><LF>
Lệnh thực hiện không thành công:
< CR><LF>+CMS ERROR: <err><CR><LF>
Tham số:
<mr> Vị trí lưu tin nhắn trong bộ nhớ.
AT+CNMI=[<mode>[ Lệnh này cài đặt cho module để module thông báo
,<mt> khi nhận được tin nhắn mới.
[,<bm>[,<ds>[,<bfr>]] Lệnh thực hiện thành công, MT gửi trả:
]]] <CR><LF>OK<CR><LF>
<CR><LF>+CMS ERROR: <err><CR><LF>
Tham số:
<mt> 0 Không gửi thông báo khi có tin nhắn
mới.
Gửi thông báo với định dạng:
+CMTI: <mem>,<index>
Gửi thông báo có định dạng:
+CMT: <oa>, [<alpha>],<scts>
[,<tooa>,<fo>,<pid>,<dcs>,<sca>,<tosca>,<length>
]<CR><LF><data>.
e. Các lệnh đặc biệt dành cho SIM808: 1
Bảng 2.4: Các lệnh AT Command đặc biệt cho SIM808C. 1
AT+CPOWD Tắt nguồn cung cấp cho module.

AT+CMIC Thay đổi đổ lớn của microphone.
AT +UART Cầu hình cho truyền thông nối tiếp.
AT+CALARM Cài đặt hẹn giờ.
AT+CADC Đọc ADC.
AT+ECHO Cài đặt tiếng vọng cho cuộc gọi.
AT+CSMINS Cho biết sim đã gắn vào đế hay chưa.
AT+CMTE Đọc nhiệt độ hiện tại của module.
AT+CMGDA Xóa tất cả các tin nhắn.
f. Chi tiết về các lệnh đặc biệt dành cho SIM808
Bảng 2.5: Chi tiết các lệnh AT dành cho SIM808C. 1
Lệnh ngắt nguồn cung cấp cho module hoạt động.
AT+CPOWD = <n>
Tham số :
<n>0 Ngắt nguồn khẩn cấp.
1 Ngắt nguồn bình thường.
Lệnh cấu hình cho truyền thông nối tiếp.
Lệnh được thực hiện thành công, MT gửi trả :
<CR><LF>OK<CR><LF>
AT+UART=<uart>[,< Tham số:
baud>] <uart > 1 sử dụng line 1
2 sử dụng line 2 (gprs)
3 sử dụng line 3
<baud> 9600,19200,28800,38400,57600,115200
Lệnh cài đặt báo thức.
Lệnh được thực hiện thành công, MT gửi trả :
AT+CALARM=<state
<CR><LF>OK<CR><LF>
Tham số:
>, <time>
<state> 0 Tắt báo thức.
,<repeat>,<power>
1 Bật báo thức.
< time > Thời gian báo thức
“yy/MM/dd,hh:mm:ss+- zz”

< repeat >0 Không lặp lại.
1 Lặp lại hàng ngày.
2 Tuần
3 Tháng
<power> 0 Thông báo bình thường .
Chỉ gửi “ALARM RING”
Tắt nguồn báo thức.
Gửi “ALARM RING” và ngưng báo thức sau 5s.
Bật nguồn báo thức.
Gửi “ALARM MODE và trở về chế độ báo thức.
Lệnh đọc ADC.
Lệnh thực hiện thành công, MT gửi trả:
+ CADC: < status>,<value>
<CR><LF>OK<CR><LF>
AT+ CADC?
Tham số:
<status> 1 Đọc thành công.
0 Lỗi khi đọc ADC.
<value> Số nguyên từ 0-2400.
Lệnh cho biết sim đã được gắn vào đế sim hay chưa.1
Lệnh
thực hiện thành công, MT gửi trả:
<CR><LF>+CSMINS:<n>,<SIM inserted><CR><LF>
Tham số:
AT+CSMINS?
<n> 0 Không cho phép gắn sim.
1 Cho phép.
<SIM inserted>
0 Sim chưa được gắn vào đế.
1 Sim đã được gắn.

Xóa tất cả các tin nhắn.
Lệnh thực hiện thành công, MT gửi trả:
<CR><LF>OK<CR><LF>
<CR><LF>+CMS ERROR: NUM<CR><LF>
Tham số:
AT+CMGDA=<type>
<type> “DEL READ” xóa các tin nhắn đã đọc.
“DEL UNREAD” xóa tin nhắn chưa đọc.
“DEL SENT” xóa các tin nhắn đã gửi.
“DEL UNSENT” xóa các tin nhắn chưa gửi.
“DEL INBOX” xóa các tin nhắn nhận được.
“DEL ALL” xóa tắt cả các tin nhắn
2.3 CÁC CHUẨN GIAO TIẾP5
2.3.1 Chuẩn giao tiếp I2C
I2C, viết tắt của từ tiếng Anh “Inter-Integrated Circuit”, là một loại bus nối
tiếp được phát triển bởi hãng sản xuất linh kiện điện tử Philips. Ban đầu, loại bus
này chỉ được dùng trong các linh kiện điện tử của Philips. Sau đó, do tính ưu việt và
đơn giản của nó, I2C đã được chuẩn hóa và được dùng rộng rãi trong các mô đun
truyền thông nối tiếp của vi mạch tích hợp ngày nay.
Một giao tiếp I2C gồm có 2 dây: Serial Data (SDA) và Serial Clock (SCL).
SDA là đường truyền dữ liệu 2 hướng, còn SCL là đường truyền xung đồng hồ để
đồng bộ và chỉ theo một hướng. Như ta thấy trên hình vẽ trên, khi một thiết bị ngoại
vi kết nối vào đường bus I2C thì chân SDA của nó sẽ nối với dây SDA của bus,
chân SCL sẽ nối với dây SCL.1

Hình 2.20: Kết nối thiết bị vào bus I2C ở chế độ chuẩn (Standard mode) và
chế độ nhanh (Fast mode)1
Hình 2.21: Hoạt động cua SDA, SCL khi truyền nhận dữ liệu 1
Mỗi dây SDA hãy SCL đều được nối với điện áp dương của nguồn cấp thông
qua một điện trở kéo lên (pullup resistor). Sự cần thiết của các điện trở kéo này là vì
chân giao tiếp I2C của các thiết bị ngoại vi thường là dạng cực máng hở (opendrain
hay opencollector). Giá trị của các điện trở này khác nhau tùy vào từng thiết bị và
chuẩn giao tiếp, thường dao động trong khoảng 1K đến 4.7k
Một thiết bị hay một IC khi kết nối với bus I2C, ngoài một địa chỉ (duy nhất)
để phân biệt, nó còn được cấu hình là thiết bị chủ hay tớ. Thiết bị chủ nắm vai trò
tạo xung đồng hồ cho toàn hệ thống, khi giữa hai thiết bị chủ-tớ giao tiếp thì thiết bị
chủ có nhiệm vụ tạo xung đồng hồ và quản lý địa chỉ của thiết bị tớ trong suốt quá
trình giao tiếp. Thiết bị chủ giữ vai trò chủ động, còn thiết bị tớ giữ vai trò bị động
trong việc giao tiếp.5

2.3.2 Chuẩn giao tiếp UART
UART (Universal Asynchronous Receive/Transmit) là chuẩn giao tiếp truyền
nhận dữ liệu không đồng bộ. Đây là chuẩn giao tiếp phổ biến và dễ sử dụng, thường
dùng trong giao tiếp giữa vđk với nhau hoặc với các thiết bị khác Cách hoạt động:
Hình 2.22: Kết nối UART1
Hình 2.23: Khung truyền của giao tiếp UART.1

Hai thiết bị giao tiếp UART với nhau thông qua hai đường dẫn RX( read) và
TX (transmit) (Hình 1) Vì là giao tiếp không đồng bộ nên hai thiết bị phải được cài
đặt thống nhất về khung truyền (Hình 2), tốc độ truyền.
- Start bit: báo hiệu quá trình truyền dữ liệu.
- Data bits: dữ liệu cần giao tiếp, thường là 8 bit.
- Parity bit: bit kiểm tra chẵn lẻ, dùng để phát hiện lỗi. 1
- Stop bit: báo hiệu kết thúc một frame dữ liệu. Có thể tùy chọn 1 hoặc 2
2.3.3 Chuẩn NMEA0183
a. Giới thiệu về chuẩn NMEA và NMEA0183
NMEA (hay NMEA 0183) là một chuẩn giao thức cho truyền thông giữa các thiết
bị điện tử dùng cho tàu thủy cũng như các thiết bị đo tốc độ, 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. 5
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 ―$‖ và kết thúc bằng <CR><LF>.
Đối với các thiết bị GPS, tất cả các câu dữ liệu đều bắt đầu bằng:
―$GPxxx‖ trong đó xxx là loại bản tin. Một số loại câu dữ liệu thường sử dụng:
GGA: Global Positioning System fixed data
GLL: Geographic position-latitude/longitude
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 lien kết dữ liệu)
Tốc độ bit: 4800 bps
Số bit dữ liệu: 8
Bit 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 dung được với chuẩn NMEA 0180 và NMEA 0182 với tốc độ
truyền dữ liệu chỉ 1200 bps.
b. Giải mã một số đoạn mã NMEA
Những đoạn mã NMEA quan trọng bao gồm GGA, RMC, GSA, GLL, GSV…
Bảng 2.6: Danh sách các dạng dữ liệu đầu ra 1
Dạng dữ liệu đầu ra Ứng dụng
GGA Cung cấp dữ liệu hiện thời.
GLL Cung cấp thông tin về vị trí của các thiết bị thu GPS.
GSA Cung cấp dữ liệu về tình trạng vệ tinh.
GSV Cung cấp các thông tin dung để phân tích vệ tinh.
RMC Cung cấp những đoạn mã thông tin về thiết bị thu GPS
một cách tối thiểu.
VTG Hướng và tốc độ truyền thông tin so với mặt đất.
Thông thường cấu trúc chuỗi NMEA được định nghĩa thống nhất như sau:
+ Mỗi chuỗi bắt đầu bằng ký tự ―$‖.
+ Năm ký tự đầu tiên biểu hiện loại của chuỗi: hai ký tự đầu định nghĩa thiết bị
sử dụng chuỗi, ba ký tự tiếp theo xác định ý nghĩa của chuỗi trả về.
+ Các trường dữ liệu nối tiếp nhau bởi dấu ―,‖. Khi trường dữ liệu cuối cùng
kết thúc, ký tự tiếp sau nó là dấu ―*‖. Sau dấu ―*‖ là 2 ký tự số checksum biểu

diễn dưới dạng số 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 ―*‖.
Checksum không bắt buộc đối với hầu hết các câu dữ liệu nhưng bắt buộc với
RMA, RMB, RMC. 5
+ 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.
- GGA (GPS Fix Data): Cung cấp thông tin về thời gian, kinh độ và vĩ độ, độ cao,
chất lượng hệ thống, số vệ tinh được sử dụng. Đây là một định dạng đầu ra của
SIM548 theo NMEA.
Ví dụ:
$GPGGA,002153.000,3342.6618,N,11751.3858,W,1,10,1.2,27.0,M,34.2,M,,0 00
*5E
Bảng 2.7:Giao thức GGA1
Ý nghĩa Ví dụ Đơn vị Mô tả
ID $GPGGA Chuỗi đầu của giao thức
GGA
Thời gian 002153.000 hhmmss.sss
Vĩ độ 3342.6618 ddmm.mmmm
N/S N N=Cực bắc hay S=Cực
nam
Kinh độ 11751.3858 Dddmm.mmmm
E/W W E=Phía đông hay W=Phía
tây.
Định dạng vị trí 1 Theo Bảng 1.2
Vệ tinh được sử 10 Từ 0-12
dụng
HDOP 1.2 Độ mất chính xác theo
phương ngang

Độ cao so với mực 27.0 Meters
nước biển.
Đơn vị M Meters
Byte kiểm tra lỗi *05
<CR><LF> Kết thúc.
Bảng 2.8: Định dạng vị trí1
Giá trị Mô tả
0 Không có tín hiệu.
1 GPS
2 DGPS
3-5 Không hỗ trợ.
6 Một phương pháp định vị bằng cách lập biểu đồ
hình trình và tốc độ từ vị trí đã biết.
- GLL (Geographic Position - Latitude/Longitude): Cung cấp thông tin về kinh
độ và vĩ độ, thời gian và tình trạng vệ tinh.
Ví dụ:
$GPGLL,3723.2475,N,12158.3416,W,161229.487,A,A*41
Bảng 2.1.6.b.4 Giao thức GLL
ID $GPGLL Chuỗi đầu của giao thức
GLL.
Vĩ độ 3723.2475 Ddmm.mmmm
nam
E/W W E=Phía đông hay W=Phía
tây.

Thời gian 161229.487 hhmmss.sss
Trang thái A A = có tín hiệu hay V =
không có tín hiệu.
Chế độ A A= Độc lập,D=DGPS
- GSA (GNSS DOP and Active Satellites): Cung cấp thông tin về chế độ đo
(2D hoặc 3D), số vệ tinh được sử dụng để xác định vị trí và độ chính xác của
phép đo (DOP: Dilution of Precision). 5
Đây là định dạng đầu ra cho biết giá trị DOP(),và hoạt động của vệ tinh.
Ví dụ:
$GPGSA,A,3,07,02,26,27,09,04,15, , , , , ,1.8,1.0,1.5*33
Bảng 2.9: Giao thức GSA 1
ID ID $GPGSA Chuỗi đầu của giao thức
GSA
Chế độ 1 A Theo bảng 1.5
Chế độ 2 3 Theo bảng 1.6
Vệ tinh 07 Kênh 1
Vệ tinh 02 Kênh 2
…….
Vệ tinh Kênh 12
PDOP 1.8 Độ mất chính xác vị trí.
HDOP 1.0 Độ mất chính xác theo
phương ngang.
VDOP 1.5 Độ mất chính xác theo
phương thẳng đứng.

<CR><LF> Kết thúc
- GSV (GNSS Satellites in View): Cung cấp thông tin về số vệ tinh được
nhìn thấy, các thông số để phân tích vệ tinh.
Định dạng này cho biết thông tin của các vệ tinh được sử dụng. 1
Ví dụ:
$GPGSV,2,1,07,07,79,048,42,02,51,062,43,26,36,256,42,27,27,138,42*71
$GPGSV,2,2,07,09,23,313,42,04,19,159,41,15,12,041,42*41
Bảng 2.10: Giao thức GSV1
ID $GPGSV Chuỗi đầu của giao thức
GSV
Số thông điệp 2 Từ 1 đến 3.
nhận được.
Vệ tinhnhận 07
được
ID của vệ tinh 07 Kênh 1 (từ 1-32)
Độ cao 79 Độ Kệnh 1 (tối đa 90)
Góc phương vị 048 Độ Kênh 1 (từ 0-359)
SNR (C/N0) 42 dBHz Từ 0=99
……
ID của vệ tinh 27 Kệnh 4 (1-32)
……..

- RMC (Recommended Minimum Specific GNSS Data): Cung cấp thông tin
về thời gian, kinh độ, vĩ độ, độ cao, tình trạng hệ thống, tốc độ, hướng và ngày
tháng. 1
Ví dụ:
$GPRMC,161229.487,A,3723.2475,N,12158.3416,W,0.13,309.62,120598, ,*10
Bảng 2.11: Giao thức RMC1
ID $GPRMC Chuỗi đầu của giao thức
RMC
Thời gian 161229.487 Hhmmss.sss
Trạng thái A A=có tín hiệu hay
V=không có tín hiệu.
Vĩ độ 3723.2475 ddmm.mmmm
nam
E/W W E=Phía đông hay
W=Phía tây.
Tốc độ 0.13 knots
Hướng 309.62 Độ
Ngày 120598 Ddmmyy
Sự thay đổi của Độ E=Phía đông hay
độ lệch W=Phía tây
(magnetic)
E/W E E=Phía đông
- VTG—Course Over Ground and Ground Speed

Định dạng này cho biết về hướng và tốc độ so với mặt đất.
Ví dụ:
$GPVTG,309.62,T, ,M,0.13,N,0.2,K,A*23
Bảng 2.12: Giao thức VTG1
ID ID $GPVTG Chuỗi đầu của giao thức
VTG
Hướng 309.62 Độ Hướng hiện tại.
Chuẩn quy chiếu T T=True
Hướng Độ Hướng hiện tại.
Chuẩn quy chiếu M Từ tính.
Tốc độ 0.13 Knots Tốc độ hiện tại.
Đợn vị N knot
Tốc độ 0.2 Km/h Tốc độ hiện tại.
Đơn vị K Km/h
Chế độ A A=độc lập,
D=DGPS, E=DR
2.4 GIỚI THIỆU PHẦN CỨNG
2.4.1 Arduino UNO R3
Mạch Arduino Uno là dòng mạch Arduino phổ biến, được phát triển vào năm
2005 ở Italia. Một board mạch Arduino gồm một vi điều khiển AVR kết hợp với
nhiều linh kiện khác để có thể dễ dàng lập trình và xây dựng các dự án. Hiện dòng
mạch này đã phát triển tới thế hệ thứ 3 (Mạch Arduino UNO R3) và cùng với đó là
sự hỗ trợ từ nhiều mã nguồn mở nên Arduino UNO chính là board mạch mà nhóm
cần sử dụng trong đề tài.5

Hình 2.24: Hình mặt trước của board Arduino UNO.5
Arduino UNO R3 là một dòng mạch cơ bản, thích hợp với những người mới
học lập trình Arduino. Arduino UNO R3 sử dụng vi xử lý là chip Atmega328 họ 8
bit, điện áp hoạt động 5VDC cung cấp qua cap USB, tần số hoạt động 16Mhz, dòng
tiêu thụ khoảng 30mA, 14 ngõ vào và ra, 6 chân Analog, dòng tối đa trên mỗi chân
I/O là 30mA, bộ nhớ flash 32kB, SRAM 2KB, EEPROM 1KB. 5

Hình 2.25: Sơ đồ thành phần chính của Arduino UNO R35
Chức năng các linh kiện của board mạch:
- USB type B: kết nối để truyền dữ liệu, debug chương trình giữa Arduino và máy
tính. Ngoài ra cũng cung cấp nguồn cho Arduino hoạt động thông qua cổng này.
- Reset Button: nút nhấn đưa board mạch về chế độ hoạt động ban đầu.
- ICSP header for ATmega 16U2: chân giao tiếp chuẩn ICSP.
- ATmega 16U2: chuyển từ USB sang Serial.
- General I/O: các ngõ vào ra Digital.
- ATmega 328 MCU: vi điều khiển điều khiển hoạt động board mạch.
- Analog I/O: ngõ vào ra analog.
- Power and Aux I/O: các ngõ điện áp vào ra.

Bảng 2.13: Thông số kỹ thuật của Arduino UNO.5
Vi điều khiển ATmega328P
Điện áp hoạt động 5V
Điện áp đầu vào (được đề nghị) 7-12V
Điện áp đầu vào (giới hạn) 6 -20V
Chân Digital I/O 14 (Với 6 chân PWM output)
Chân PWM Digital I/O 6
Chân đầu vào Analog 6
Dòng sử dụng I/O Pin 20mA
Dòng sử dụng 3.3V Pin 50mA
Dòng DC cho chân 5V 800mA
Bộ nhớ Flash 32 KB (ATmega328P) với 0.5KB dùng
bởi bootloader
SRAM 2 KB (ATmega328P)
Clock Speed 16 MHz
Chiều dài 68.6 mm
Chiều rộng 53.4 mm
Trọng lượng 25 g
Bảng 2.13 cho chúng ta cái nhìn tổng quá về Board Arduino UNO với những thông
số chính về điện áp hoạt động, điện áp đầu vào đề nghị và giới hạn, số lượng chân
vào ra, các chân ngõ vào ra Analog, tong các dòng DC trên các I/O, bộ nhớ Flash,
SRAM, tốc độ của xung đồng hồ, các thông số về chiều dài rộng của board Arduino
UNO và trọng lượng của board đó. 5

2.4.2 Module SIM808
Module Sim808 là một module Quad-Band GSM / GPRS hoàn chỉnh kết hợp
công nghệ GPS. Với một giao diện tiêu chuẩn công nghiệp và chức năng GPS, nó
cho phép theo dõi liên tục ở bất kỳ vị trí nào và bất cứ lúc nào với tín hiệu được bảo
đảm tuyệt đối, kích thước nhỏ gọn (30* 30* 3.2mm) và ngõ giao tiếp dữ liệu tiện
dụng. Với sự tích hợp cả 2 chức năng GPS và GSM nên nhóm quyết định chọn
module này để nghiên cứu và ứng dụng vào mạch. 5
Hình 2.26: Module SIM808 của hãng mlab5
Bảng 2.14: Chức năng các chân SIM808. 5
Tên I/ Mô tả Đặc tính
O điện
VBAT Có năm chân VBAT dùng để cung cấp nguồn Vmax= 4.5V
hoạt động cho module Vmin=3.4V

Vnorm=4.0
V
BACKUP I/ Ngõ vào nguồn cho bộ thời gian thực của Vmax=2.0V
O module khi không có nguồn chính. Và cung Vmin=1.2V
cấp một dòng ra dành cho nguồn dự trữ khi Vnorm=1.8
có nguồn chính,để tiết kiệm năng lượng của V
nguồn dự trữ. Inorm=
20uA
CHG_IN I Nguồn cung cấp cho bộ sạc pin của module. Vmax=5.25
Đồng thời giúp cho module nhận ra bộ sạc. V
Vmin=1.1
*VBAT
Vnorm=5.1
V
GND Chân nối đất dành cho các ứng dụng số.
PWRKEY I Ngõ vào dùng để mở và tắt nguồn chính của VILmax=0.3
module. Chân này được nối với một nút nhấn. *VBAT
Để mở và tắt nguồn của module,phải nhấn VIHmin=0.7
nút nhấn để giữ chân này ở mức thấp trong *VBAT
một khoảng thời gian ngắn. VImax=VB
AT
MIC1P I Ngõ vào của microphone 1.
MIC1N
MIC2P I Ngõ vào của microphone 2.
MIC2N
SPK1P O Ngõ ra của loa 1.
SPK1N
SPK2P O Ngõ ra của loa 2.
SPK2N

Đồ án Giám sát và cảnh báo hoạt động phương tiện vận tải ô tô.doc

Đồ án Giám sát và cảnh báo hoạt động phương tiện vận tải ô tô.doc

Recommended

Recommended

More Related Content

What's hot

What's hot (20)

Similar to Đồ án Giám sát và cảnh báo hoạt động phương tiện vận tải ô tô.doc

Similar to Đồ án Giám sát và cảnh báo hoạt động phương tiện vận tải ô tô.doc (20)

More from Dịch vụ viết thuê đề tài trọn gói 😊 Liên hệ ZALO/TELE: 0973.287.149

More from Dịch vụ viết thuê đề tài trọn gói 😊 Liên hệ ZALO/TELE: 0973.287.149 (20)

Recently uploaded

Recently uploaded (12)

Đồ án Giám sát và cảnh báo hoạt động phương tiện vận tải ô tô.doc