Download luận văn thạc sĩ kĩ thuật với đề tài: Thiết bị xác định nhiệt độ và xác định vị trí của bệnh nhân qua mạng internet, cho các bạn làm luận văn tham khảo

1. BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƢỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI
---------------------------------------
HỒ MẬU VIỆT
THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐO NHIỆT ĐỘ VÀ XÁC ĐỊNH VỊ
TRÍ BỆNH NHÂN QUA MẠNG INTERNET
LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT NGÀNH KỸ THUẬT Y SINH
GIÁO VIÊN HƢỚNG DẪN: PGS.TS. NGUYỄN TIẾN DŨNG
Hà Nội – Năm 2014

2. LỜI CAM ĐOAN
Tôi xin cam đoan cuốn luận văn này do chính tôi nghiên cứu. Hệ thống phần
cứng và chƣơng trình phần mềm do tôi thiết kế và xây dựng. Các thông tin số liệu
trong luận văn là hoàn toàn trung thực, chính xác và có nguồn gốc rõ ràng. Trong
quá trình nghiên cứu tôi có tham khảo mốt số tài liệu, và bài báo có trong danh mục
tài liệu tham khảo đƣợc liệt kê cuối luận văn.
Học viên
Hồ Mậu Việt

3. 1
MỤC LỤC
LỜI CAM ĐOAN....................................................................................................1
MỤC LỤC ..............................................................................................................1
DANH MỤC HÌNH ẢNH.......................................................................................4
DANH MỤC BẢNG BIỂU .....................................................................................6
MỞ ĐẦU ................................................................................................................9
CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN .................................................................................10
1.1. Mở đầu ................................................................................................................. 10
1.2. Ý tƣởng thiết kế.................................................................................................... 10
1.3. Mục tiêu của đề tài................................................................................................ 11
1.4. Yêu cầu hệ thống.................................................................................................. 11
1.5. Giải pháp thiết kế.................................................................................................. 12
CHƢƠNG 2: CÔNG NGHỆ ĐỊNH VỊ GPS..........................................................14
2.1. Giới thiệu về hệ thống định vị toàn cầu GPS......................................................... 15
2.2. Phân loại các hệ thống định vị............................................................................... 16
2.3 Cấu trúc của hệ thống định vị toàn cầu................................................................... 16
2.4. Hoạt động của GPS............................................................................................... 18
2.5. Độ chính xác của GPS .......................................................................................... 18
2.6. Hệ thống vệ tinh GPS ........................................................................................... 19
2.7. Tín hiệu GPS ........................................................................................................ 19
2.8. Nguồn lỗi của tín hiệu GPS................................................................................... 20
2.9. Nhận xét về khả năng và những ứng dụng của GPS. ............................................. 21
CHƢƠNG 3: KIT VI ĐIỀU KHIỂN ARDUINO...................................................22
3.1. Giới thiệu về kít vi điều khiển Arduino ................................................................. 22
3.2. Phân loại kit Arduino............................................................................................ 24
3.2.1. Arduino Uno.................................................................................................. 24
3.2.2. Arduino Mega 2560 ....................................................................................... 26
3.2.3. Arduino Fio ................................................................................................... 29
3.3. Lập trình Arduino ................................................................................................. 31
3.3.1. Giới thiệu môi trƣờng lập trình....................................................................... 31
3.3.2. Giao diện phần mềm lập trình Arduino........................................................... 33

4. 2
3.3.3. Nạp chƣơng trình và chạy ứng dụng............................................................... 34
3.4. Cấu trúc chƣơng trình lập trình Arduino................................................................ 35
CHƢƠNG 4: THIẾT BỊ ĐỊNH VI GPS SIM548...................................................36
4.1. Lý do lựa chọn module SIM548............................................................................ 36
4.2. Đặc điểm chung SIM548 ...................................................................................... 37
4.3. Cấu trúc phần cứng module SIM548..................................................................... 38
4.4. Phần cứng ứng dụng GSM trong SIM548 ............................................................. 40
4.4.1. Chức năng các chân cho GSM........................................................................ 40
4.4.2. Bật ứng dụng GSM của module SIM 548....................................................... 44
4.4.3. Tắt ứng dụng GSM của module SIM548 ........................................................ 45
4.5. Truyền thông nối tiếp trên SIM548 ....................................................................... 47
4.6. Kết nối với SIM card ............................................................................................ 48
4.7. Trạng thái của chân STATUS .....................................................................49
4.8. Phần cứng ứng dụng GPS của module SIM548..................................................... 50
4.8.1. Chức năng các chân dùng cho ứng dụng GPS................................................. 50
4.8.2. Bật ứng dụng GPS ......................................................................................... 51
4.8.3. Mạch kết nối cho chân VRTC ........................................................................ 51
4.8.4. Mạch kết nối cho chân RESET....................................................................... 51
4.8.5. Chuẩn giao tiếp nối tiếp của ứng dụng GPS.................................................... 52
4.9. Ứng dụng GPS của module SIM548 ..................................................................... 52
4.9.1. GPS Hệ thống định vị toàn cầu....................................................................... 52
4.9.2. Kỹ thuật DGPS .............................................................................................. 54
4.10. Chuẩn giao tiếp NMEA....................................................................................... 55
4.10.1. Dữ liệu đầu ra .............................................................................................. 55
4.10.2. Dữ liệu đầu vào............................................................................................ 57
CHƢƠNG 5: THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐO NHIỆT ĐỘ VÀ XÁC ĐỊNH VỊ TRÍ
BỆNH NHÂN .......................................................................................................61
5.1. Giới thiệu.............................................................................................................. 61
5.1. Sơ đồ khôi hệ thống.............................................................................................. 61
5.1.1. Arduino Mega 2560 ....................................................................................... 62
5.1.2. Khối giao chức năng GSM và GPS ................................................................ 63

5. 3
5.1.3. Khối giao tiếp GPS và GSM .......................................................................... 64
5.1.4. Module SIM................................................................................................... 66
5.1.5. Cảm biến nhiệt độ .......................................................................................... 66
5.2. Sơ đồ nguyên lý tổng thể hệ thống ........................................................................ 68
5.3. Lƣu đồ thuật toán điều khiển hệ thống .................................................................. 69
5.4. Thiết kế hệ thống phần mềm giám sát ................................................................... 70
5.4.1. Yêu cầu và mục đích của hệ thống phần mềm ................................................ 70
5.4.2. Câu trúc và sơ đồ giải thuật............................................................................ 71
5.5. Xây dựng phần mềm server quản lý dùng giao thức TCP/IP.................................. 73
5.5.1. Ứng dụng giao thức TCP/IP trong việc liên kết các ngƣời dùng qua mạng ..... 73
5.6. Giải pháp ứng dụng của module Sim548 trong việc kết nối server ........................ 74
5.6.1. Đối với server ................................................................................................ 74
5.6.2. Yêu cầu phần mềm Server.............................................................................. 74
5.7. Giải pháp GPRS ................................................................................................... 75
5.8. Phần mềm thiết kế webserver Netbeans ................................................................ 75
5.9. Thiết kế phần mềm hiển thị cho máy Client .......................................................... 77
5.10. Mở cổng modem cho máy chủ webserver ........................................................... 78
5.11. Kết quả đạt đƣợc................................................................................................. 79
5.12. Đánh giá kết quả................................................................................................. 84
5.13. Kết luận.............................................................................................................. 85
TÀI LIỆU THAM KHẢO .....................................................................................86
PHỤ LỤC ....................................................................................................................... 87

6. 4
DANH MỤC HÌNH ẢNH
Hình 2.1: Hệ thống vệ tinh cho GPS......................................................................15
Hình 3.1: Hình ảnh kit vi điều khiểnt Arduino.......................................................22
Hình 3.2: Cấu trúc phần cứng của Arduino Uno ....................................................24
Hình 3.3: Arduino Mega 2560...............................................................................26
Hình 3.4: Arduino Mega Fio..................................................................................29
Hình 3.5: Link download phần mềm Arduino........................................................32
Hình 3.6: Giao diện lập trình Arduino ...................................................................32
Hình 3.7: Giao diện lập trình Arduino ...................................................................33
Hình 3.8: Lấy ví dụ có sẵn trong Arduino..............................................................34
Hình 3.9: Nạp chƣơng trình cho Arduino...............................................................34
Hình 4.1: Hình ảnh module Sim548.......................................................................37
Hình 4.2: Các thiết bị đi kèm module SIM548.......................................................38
Hình 4.3: Sơ đồ khối SIM548................................................................................39
Hìnhn 4.4: Dùng chân PWMRKEY để bật ứng dụng GSM....................................44
Hình 4.5: Dùng chân PWRKEY để tắt ứng dụng GSM..........................................46
Hình 4.6: Chuẩn giao tiếp nối tiếp của SIM548 .....................................................47
Hình 4.7: Kết nối SIM card 6 chân ........................................................................48
Hình 4.8: Kết nối với chân NETLIGHT.................................................................49
Hình 4.9: Bật ứng dụng GPS .................................................................................51
Hình 4.10. Kết nối với chân VRTC.......................................................................51
Hình 4.11: Kết nối với chân RESET......................................................................52
Hình 4.12: Vệ tinh GPS.........................................................................................53
Hình 5.1: Sơ đồ khối hệ thống...............................................................................61
Hình 5.2: Khối xử lý trung tâm..............................................................................62
Hình 5.3: Sơ đồ cấu trúc khối giao tiếp vô tuyến ...................................................64
Hình 5.4: Anten thu phát GPRS.............................................................................64
Hình 5.5: Anten thu phát GPS ...............................................................................65
Hình 5.6: Sim kết nối mạng GSM/ GPRS..............................................................66

7. 5
Hình 5.7: Hình ảnh cấu tạo cảm biến nhiệt độ .......................................................67
Hình 5.8: Sơ đồ mạch nguyên lý hệ thống .............................................................68
Hình 5.9: Lƣu đồ thuật toán điều khiển hệ thống ...................................................69
Hình 5.10: Sơ đồ phần mềm theo lớp.....................................................................71
Hình 5.11: Sơ đồ giải thuật....................................................................................72
Hình 5.12: Giao diện phần mềm lập trình Java Netbeans......................................76
Hình 5.13: Giao diện phần mềm webserver ...........................................................76
Hình 5.14: Giao diện phần mềm Visua Studio 2012 ..............................................77
Hình 5.15: Giao diện phần mềm hiển thị cho máy Client.......................................78
Hình: 5.16: Mở port trên modem ..........................................................................79
Hình 5.17: Thiết lập thông số cho port mới............................................................79
Hình 5.18: Các thiết bị trong hệ thống...................................................................80
Hình 5.19: Hệ thống ghép nối hoàn chỉnh..............................................................80
Hình 5.20: Hệ thống hoàn thanh cuối cùng............................................................81
Hình 5.201: Thông tin về tọa độ vị trí của bệnh nhân.............................................82
Hình 5.22: Thông tin về nhiệt độ ...........................................................................82
Hình 5.23: Kết quả khi chạy phần mềm webserver ................................................83
Hình 5.24: Kết quả khi chạy phần mềm hiện thị ....................................................83
Hình 5.25: Thông tin vị trí và nhiệt độ đo đƣợc từ bệnh nhân................................84

8. 6
DANH MỤC BẢNG BIỂU
Bảng 4.1 Chức năng các chân GSM ......................................................................40
Bảng 4.2 Miêu tả chức năng các chân....................................................................41
Bảng 4.4 Chức năng các chân SIM........................................................................49
Bảng 4.5 Trạng thái chân STATUS .......................................................................49
Bảng 4.6 Chức năng các chân GPS........................................................................50
Bảng 4.7 Dạng ký hiệu thông tin định vị................................................................55
Bảng 4.8 Thông tin chuỗi bảng tin nhận đƣợc........................................................56
Bảng 4.9 Thông báo trạng thái kết nối...................................................................56
Bảng 4.10 Cấu hình module ..................................................................................57
Bảng 4.11 Tham số cấu hình module.....................................................................57
Bảng 4.12 Thông số cáu hình PORT A..................................................................58
Bảng 4.13 Thông tin khởi tạo ứng dụng GPS.........................................................58
Bảng 4.14 Thông tin cấu hình nối tiếp...................................................................59
Bảng 4.15 Thông tin định dạng đầu ra...................................................................59
Bảng 4.16 Thông tin khởi tạo thời gian..................................................................60

9. 7
DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT
Từ viết tắt Tên tiếng anh Tên tiếng việt
GPS Global position systems Hệ thống định vị toàn cầu
GSM Global System for MobileC
ommunications
Hệ thống thông tin di động toàn cầu
GPRS General Packet Radio Servi
ces
Dịch vụ vô tuyến gói chung
SMS Short Message Service Dịch vụ tin nhắn ngắn
WAP Wireless Application Protoc
ol
Giao thức ứng dụng mạng đơn giản
SIM Subscriber Identity Module Thẻ chứa thông tin định dạng
TCP/UDP Transmission Control Proto
col/User Datagram Protocol
Giao thức điều khiển truyền dẫn/Giao
thức dữ liệu gói ngƣời sửdụng
IP Internet Protocol Giao thức dùng cho mạng Internet
AT Attention Command Tập lệnh AT
CR CARRIAGE RETURN Lệnh Enter
LF Line Feed Lùi vào đầu dòng
TE Terminal Equipment Thiết bị đầu cuối
MT Mobile Terminal Thiết bị đầu cuối mạng
IDE Integrated Development
Environment
Môi trƣờng biên dịch
USB Universal Serial Bus chuẩn truyền dữ liệu cho bus ngoại vi
IDE Integrated Development
Environment
Môi trƣờng biên dịch
TX Transmitter Chân truyền dữ liệu
RX Receiver Chân nhận dữ liệu

10. 8
SPI Serial Peripheral Interface chuẩn đồng bộ nối tiếp truyền dữ liệu
chế độ song công toàn phần
MOSI Master Out Slave In dành cho việc truyền dữ liệu từ thiết bị
chủ động đến thiết bị bị động.
MISO Master In Slave Out dành cho việc truyền dữ liệu từ thiết
bị bị động đến thiết bị chủ động.
SCLK Serial Clock ành cho việc truyền tín hiệu đồng hồ
tăctơ dành cho thiết bị bị động.
CS Chip Select chọn vi mạch, chọn bên bị động
UART Universal Asynchronous
serial Reveiver and
Transmitter
thức truyền thông không đồng bộ
VLR Visited Location Register Bộ đăng kí định vị tạm trú
HLR Home Location Register Bộ đăng kí định vị thƣờng trú

11. 9
MỞ ĐẦU
Lĩnh vực công nghệ thông tin ngày càng phát triển và ngày càng đƣợc ứng
dụng rộng rãi trong các lĩnh vực của cuộc sống xã hội. Việc hội nhập, tiếp thu kiến
thức để áp dụng vào cuộc sống luôn là vấn đề đƣợc mọi ngƣời quan tâm. Con ngƣời
ngày càng sáng chế ra nhiều loại máy móc, phƣơng tiện hữu ích để phục vụ cho con
ngƣời, nhằm giảm đi công sức mà con ngƣời phải bỏ ra, giúp cho công việc đạt hiệu
quả hơn.
Trong luận văn này, em đã thiết kế và thử nghiệm thành công thiết bị xác
định nhiệt độ và xác định vị trí của bệnh nhân qua mạng internet, có chức năng hỗ
trợ cho việc chẩn đoán và giám sát bệnh nhân từ xa. Hệ thống có thể tích hợp nhiều
chức năng nhƣ đo nhịp tim, đo nhiệt độ, huyết áp, có thể gắn camera để truyền hình
ảnh, tuy nhiên vì thời gian có hạn cho nên trong đề tài luận văn này tác giải chỉ tích
hợp một số chức năng nhƣ đo nhiệt độ và xác định vị trí bệnh nhân. Hệ thống có sử
dụng module SIM548 có tích hợp chức năng GPS và GSM kết hợp với kít vi điều
khiển Arduimo Mega 2560 là bộ xử lý trung tâm. Hệ thống này có thể áp dụng vào
trong lĩnh vực y tế nhƣ quản lý giám sát các chỉ số quan trọng của bệnh nhân và có
thể xây dựng mô hình khám và chẩn đoán bệnh từ xa qua mạng intennet.
Đề tài luận văn đƣợc chia làm năm chƣơng, mỗi chƣơng đƣợc đề cập đến
một vấn đề trong luận văn.
Chƣơng I: Tổng quan
Chƣơng II: Công nghệ định vị GPS
Chƣơng III: KIT vi điều khiển Arduino Mega 2560
Chƣơng IV: Thiết bị định vị GPS SIM548
Chƣơng IV: Thiết kế hệ thống đo nhiệt độ và xác định vị trí bệnh nhân

12. 10
CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN
1.1. Mở đầu
Trong các bệnh viện lớn hiện nay ngƣời ta đang đầu tƣ xây dựng các hệ
thống giám sát để quản lý các hoạt động trong bệnh viện. Điển hình đó là hệ thống
camera giám sát trong bệnh viện. Hệ thống camera giám sát bệnh viện với mục tiêu
đảm bảo an toàn, an ninh bệnh viện. Hệ thống Camera giám sát tài sản, quan sát
phòng bệnh nhân, ghi hình quá trình làm việc của đội ngũ bác sĩ, y tá một cách hiệu
quả, chính xác các hoạt động, mọi lúc, mọi nơi. Hỗ trợ kỹ thuật online từ các bệnh
viện tuyến trên xuống bệnh viện tuyến dƣới. Hỗ trợ kỹ thuật online từ các bệnh viện
khác trên thế giới. Hỗ trợ chứng cứ cho việc xác định: bệnh nhân tử vong trƣớc hay
sau khi nhập viện, thông tin về bệnh nhân. Hỗ trợ thân nhân xem quá trình phẫu
thuật, nhìn ngƣời thân trong bệnh viện từ xa tại nhà hay từ nƣớc ngoài. Kết hợp
đƣợc với mục đích an ninh bệnh viện. Ngoài ra còn có các hệ thống nhƣ:
- Hệ thống giám sát SPO2 từ xa, có chức năng kiểm tra nồng độ oxy trong máu.
- Hệ thống giám sát mức độ nhiệm khuẩn ở bệnh viện.
- Hệ thống kết nối bệnh nhân với bác sĩ từ xa qua mạng internet. Bệnh nhân
ngồi ở nhà đo các chỉ số huyết áp, tim mạch, hô hấp rồi gửi cho bác sĩ qua mạng.
Bác sĩ sẽ chỉ định cho bệnh nhân đến viện điều trị hay không.
1.2. Ý tƣởng thiết kế
Hệ thống đo nhiệt độ và xác định vị trí bệnh nhân qua mạng internet xuất
phát từ ý tƣởng thiết kế một hệ thống giám sát bệnh nhân khi đang điều trị tại bệnh
viện hoặc là thăm khám bệnh từ xa qua mạng. Hệ thống giúp cho các bác sỹ chẩn
đoán bệnh từ xa mà không cần gặp trƣợc tiếp bệnh nhân vẫn có thể biết đƣợc tình
trạng của bệnh nhân thông qua các thông số hệ thống thu thập đƣợc từ hệ thống gửi
về. Một trong những ƣu điểm lớn nhất của thiết bị là có thể di chuyển đi tất cả mọi
nơi vì hệ thống bắt tín hiệu qua vệ tinh và truyền tín hiệu thông qua mạng điện thoại
di động đang phủ sóng trên toàn bộ lãnh thổ Việt Nam. Hệ thống có thể tích hợp
nhiều chức năng nhƣ đo nhịp tim, huyết áp, nhiệt độ bệnh nhân, xác định vị trí bệnh
nhân, camera để quan sát hình ảnh, chuông báo động khi cần thiết tuy nhiên vì thời

13. 11
gian có hạn nên em chỉ thiết kệ thí điểm hệ thống xác định hai thông số đó là xác
định vị trí và đo nhiệt độ bệnh nhân. Với hệ thống này thì các bệnh nhân ở vùng sâu
vùng xa các dân tộc thiểu số ít ngƣời có thể dùng đƣợc mà bác sỹ không cần đến tận
nơi mà chỉ cần ngồi ở văn phòng làm việc của mình vẫn có thể nắm đƣợc tình hình
của các bệnh nhân và có thể chẩn đoán đƣợc tình trạng sức khỏe của bệnh nhân.
1.3. Mục tiêu của đề tài
Xuất phát từ ý tƣởng đã nêu, đề tài luận văn của em thực hiện với những
mục tiêu chính sau đây:
 Đối với bản thân em thì đề tài luận văn là cơ hội để em tìm hiểu, nghiên
cứu và thiết kế hệ thống đo nhiệt độ và xác định vị có ứng dụng chức năng định vị
GPS thông qua mạng điện thoại di động GPRS đây là một lĩnh vực mới đang đƣợc
nhiều ngƣời quan tâm tuy nhiên cũng chƣa có nhiều đề tài nghiên cứu sâu về lĩnh
vực này. Cho nên mục tiêu của đề tài là rèn luyện tác phong, tinh thần khoa học,
cũng nhƣ hoàn thiện phƣơng pháp, tƣ duy nghiên cứu, giải quyết một vấn đề thực
tiễn. Quan trọng hơn là tích lũy và nâng cao trình độ chuyên môn cho bản thân.
 Về mặt ứng dụng thực tiễn hệ thống đƣợc ứng dụng vào lĩnh vực ý tế đó là
hệ thống giám sát bệnh nhân từ xa qua mạng internet. Trong các bệnh viện lớn có
rất nhiều bệnh nhân mà bác sỹ không thể có mặt thƣờng xuyên tại các phòng bệnh
nhân đƣợc thì việc thiết kế hệ thống giám sát bệnh nhân qua mạng internet với mục
đích giúp cho việc giám sát và theo dõi tình trạng của bệnh nhân từ xa tốt hơn.
Ngoài ra hệ thống giúp cho các bệnh nhân vùng sâu vùng xa, dân tộc thiểu số ít
ngƣời việc đi lại khó khăn các bác sỹ không thể thƣờng xuyên có mặt trực tiếp để
thăm khám bệnh đƣợc thì việc khám bệnh từ xa qua mạng internet là cần thiết.
 Ngoài ra đề tài còn giúp cho em có cơ hội tiếp cận với nên khoa học hiện
đại hiện nay
1.4. Yêu cầu hệ thống
Thiết kế hệ thống đo nhiệt độ và xác định ví trí bệnh nhân thông qua mạng
internet bằng kit vi điều khiển Arduino Mega 2560 và module SIM548 cần phải
đáp ứng đƣợc các yêu cầu sau:

14. 12
 Hệ thống kết nối đƣợc với mạng Ethernet
 Hệ thống xác định đƣợc vị trí bệnh nhân
 Hệ thống đo đƣợc nhiệt độ bệnh nhân
 Hệ thống có thể tích hợp thêm các chức năng khác nhƣ camera, đo huyết
áp, nhịp tim, vv…
 Giá thành và chi phí thiết kế hệ thống thấp
 Ngôn ngữ lập trình đơn giản dễ hiểu và có khả năng mở rộng cao
 Hệ thống hoạt động ổn định chính xác
 Hệ thống dễ vận hành sử dụng
 Yêu cầu độ chính xác về nhiệt độ cho phép sai số 0.5 độ
 Yêu cầu độ chính xác vị trí cho phép sai số 10-15 m
1.5. Giải pháp thiết kế
Nhƣ vậy các thành phần cơ bản của hệ thống đo nhiệt độ và giám sát vi trí
bệnh nhân gồm 2 phần:
- Phần thứ nhất thiết bị định vị, đo nhiệt độ, truyền thông, và điều khiển
thông tin gồm hai thành phần chính Module SIM548 và kit vi điều khiển Arduino.
- Phần thứ hai là Server trung tâm. Đây là một phần quan trọng trong cả hệ
thống. Chức năng chính của phần này có thể chia làm 2 nhiệm vụ chính:
o Chức năng ghi nhận dữ liệu, bao gồm: Thu thập dữ liệu GPS, xác định vị
trí chính xác của bệnh nhân và nhiệt độ.
o Chức năng kết nối và truyền nhận dữ liệu: Thiết bị kết nối với trung tâm
quản lý thông qua mạng GPRS, theo cơ chế client – server.
Do module đã đƣợc thiết kế và tích hợp sẵn nên ƣu điểm mà ta thấy rõ ràng
nhất là nhỏ gọn, tiện lợi, và đảm bảo chất lƣợng về tính năng hoạt động cũng nhƣ
khả năng độ bền cao hơn nhiều so với mạch làm thủ công. Để thực thi kết nối cần
phải có các thiết bị hỗ trợ kiểm tra nhƣ máy tính PC, laptop, hoặc có thể là điện
thoại có kết nối với mạng internet, hay máy tính bảng, vv…
Các thiết bị phần cứng:
 1 module Arduino Mega 2560

15. 13
 1 module SIM548
 Cáp nối USB
 1 Cảm biến nhiệt độ
 1 Chuông báo
Các thiết bị phần mềm :
 Phầm mềm thiết kế giao diện Websever dùng ngôn ngữ Java,
 Phần mêm thiết kế giao diện hiển thị Visual Studio 2010,
 Phần mềm lập trình và biên dịch cho Arduino ngôn ngữ C.
Từ các phân tích trên, mô hình đề xuất của hệ thống đo nhiệt độ và giám sát
vị trí bệnh nhân qua mạng Internet đƣợc mô tả trong (Hình 1.1).
Group of names
GPS
PTS
DATA GPRS
BỆNH NHÂN
Arduino Mega 2560
Module SIM548
Hình 1.1: Sơ đồ tổng quan hệ thống

16. 14
KẾT LUẬN CHƢƠNG
Trong chƣơng tác giả đã đƣa ra ý tƣởng thiết kế hệ thống phù hợp với yêu
cầu đề tài. Từ đó xác định các yêu cầu, mục đích của hệ thống để làm cơ sở cho
việc thiết kế hệ thống sau nay. Xuất phát từ yêu cầu và mục đích của đề tài tác giả
đã đƣa ra đƣợc mô hình tổng quan của cả hệ thống để từ đó lám cơ sở cho việc chọn
lựa thiết bị và thiết kế và đánh giá hệ thống .

17. 15
CHƢƠNG 2 : CÔNG NGHỆ ĐỊNH VỊ GPS
2.1. Giới thiệu về hệ thống định vị toàn cầu GPS
Hệ thống định vị toàn cầu là hệ thống xác định vị trí dựa trên vị trí của các vệ
tinh nhân tạo [1][2]. Trong cùng một thời điểm, ở một vị trí trên mặt đất nếu xác
định đƣợc khoảng cách đến ba vệ tinh (tối thiểu) thì sẽ tính đƣợc toạ độ của vị trí
đó. Nếu là bốn vệ tinh ta còn có thể xác định đƣợc cả độ cao. Hệ thống định vị toàn
cầu của Mỹ là hệ dẫn đƣờng dựa trên một mạng lƣới 24 vệ tinh đƣợc Bộ Quốc
phòng Hoa Kỳ đặt trên quỹ đạo không gian (tổng cộng tất cả có 27 quả vệ tinh, 3
quả đƣợc dùng làm dự phòng)[1][2]. Vì thế bất kỳ vị trí nào trên mặt đất cũng có
thể nhìn thấy ít nhất ba vệ tinh nên có thể định đƣợc vị trí trên mặt đất.
Hình 2.1: Hệ thống vệ tinh cho GPS
GPS đƣợc thiết kế và quản lý bởi Bộ Quốc phòng Hoa Kỳ, nhƣng chính phủ
Hoa Kỳ cho phép mọi ngƣời sử dụng nó miễn phí, bất kể quốc tịch, vị trí, chỉ cần
ngƣời dùng có thiết bị thu tín hiệu GPS mà vệ tinh phát thì có thể định vị đƣợc vị trí.
Những năm gần đây, các nƣớc trong Liên minh châu Âu đang xây dựng Hệ
thống định vị Galileo, có tính năng giống nhƣ GPS của Hoa Kỳ, nó bắt đầu hoạt
động vào năm 2010.[1]

18. 16
2.2. Phân loại các hệ thống định vị
Các hệ thống định vị, dẫn đƣờng truyền thống hoạt động dựa trên các trạm
phát tín hiệu vô tuyến điện. Đƣợc biết nhiều nhất là các hệ thống có tên gọi LORAN
(LOng RAnge Navigation) hoạt động ở dải tần 90-100 KHz chủ yếu dùng cho hàng
hải, hay TACAN (TACtical Air Navigation) dùng cho quân đội Mỹ và biến thể với
độ chính xác thấp VOR/DME – VHF (Omnidirectional Range/Distance Measuring
Equipment) dùng cho hàng không dân dụng [1][2]. Gần nhƣ đồng thời với lúc Mỹ
phát triển GPS, Liên Xô cũng phát triển một hệ thống tƣơng tự với tên gọi
GLONAS. Hiện nay Cộng đồng Châu Âu đang phát triển hệ dẫn đƣờng vệ tinh của
mình mang tên Galileo.[2]
Ta cần chú ý rằng cả GPS và GLONAS đều đƣợc phát triển trƣớc hết cho
mục đích quân sự. Nên mặc dù chúng có cho dùng dân sự nhƣng không hệ nào đƣa
ra sự đảm bảo tồn tại liên tục và độ chính xác. Vì thế chúng không thoả mãn đƣợc
những yêu cầu an toàn cho dẫn đƣờng dân sự hàng không và hàng hải, đặc biệt là tại
những vùng và tại những thời điểm có hoạt động quân sự của những quốc gia sở
hữu các hệ thống đó. Chỉ có hệ thống dẫn đƣờng vệ tinh châu Âu GALILEO (đang
đƣợc xây dựng) ngay từ đầu đã đáp ứng các yêu cầu nghiêm ngặt của dẫn đƣờng và
định vị dân sự.[1]
GPS ban đầu chỉ dành cho các mục đích quân sự, nhƣng từ năm 1980 chính
phủ Mỹ cho phép sử dụng dân sự. GPS hoạt động trong mọi điều kiện thời tiết, mọi
nơi trên trái đất, 24 giờ một ngày. Không mất phí thuê bao hoặc mất tiền trả cho
việc thiết lập sử dụng GPS. [1][2]
2.3 Cấu trúc của hệ thống định vị toàn cầu
Hệ thống định vị toàn cầu GPS bao gồm 3 phần[1][2]:
- Phần vũ trụ (Space Segment): gồm 24 vệ tinh quay xung quanh trái đất hai
lần trong ngày với quỹ đạo rất chính xác. Độ cao vệ tinh so với mặt đất là 20183
km, chu kỳ quay quanh trái đất là 11giờ 57 phút 58 giây. Phần này sẽ đảm bảo cho
bất kỳ vị trí nào trên quả đất đều có thể quan sát đƣợc 4 vệ tinh ở góc trên 15 độ,
nếu ở góc ngƣỡng 10 độ thì có thể quan sát đƣợc 10 vệ tinh và ở góc ngƣỡng 5 độ

19. 17
có thể quan sát đƣợc 12 vệ tinh. Các vệ tinh làm nhiệm vụ ghi nhận và lƣu trữ các
thông tin đƣợc truyền đi từ phần điều khiển, xử lý dữ liệu có chọn lọc trên vệ tinh,
duy trì độ chính xác cao của thời gian bằng các đồng đồ nguyên tử, chuyển tiếp
thông tin đến ngƣời sử dụng, thay đổi quỹ đạo bay của vệ tinh theo sự điều khiển từ
mặt đất.
- Phần điều khiển (Control Segment): gồm một trạm điều khiển chính, năm
trạm thu số liệu, ba trạm truyền số liệu.
- Trạm điều khiển chính đặt tại Colorade Springs (Mỹ) có nhiệm vụ thu
thập các dữ liệu theo dõi vệ tinh từ các trạm thu số liệu để xử lý.
- Năm trạm thu số liệu đƣợc đặt tại Hawai, Colorade Springs, Ascension
(Nam Đại Tây Dƣơng), Diago Garia (Ấn Độ Dƣơng), Kwayalein (Nam Thái Bình
Dƣơng). Có nhiệm vụ theo dõi các tín hiệu vệ tinh để kiểm soát và dự tính quỹ đạo
của chúng. Mỗi trạm đƣợc trang bị những máy thu P-Code để thu các tín hiệu của
vệ tinh sau đó truyền về trạm điều khiển chính.[2]
- Ba trạm truyền số liệu đƣợc 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 lệnh điều khiển từ xa.
- Phần sử dụng (Use Segment): gồm những máy thu tín hiệu GPS có anten
riêng (máy định vị), các thiết bị tự ghi (bộ ghi số liệu) và máy tính (phần mềm xử lý
số liệu).
- Máy thu GPS tính toán đơn vị với tần suất mỗi giây một vị trí và cho độ
chính xác từ 1-5 mét. Khi ta di chuyển hay dừng tại chỗ, máy thu GPS nhận tín hiệu
từ vệ tinh rồi tính toán định vị. Kết quả tính đƣợc là tọa độ hiển thị trên màn hình bộ
ghi số liệu.[2]
- Bộ ghi số liệu là máy cầm tay có phần mềm thu thập số liệu. Bộ ghi số
liệu có thể ghi vị trí hoặc gắn thông tin thuộc tín với vị trí.
- Máy tính, phần mềm xử lý số liệu: Hệ thống GPS có kèm theo phần mềm
thu thập số liệu. Sau thu thập số liệu ở thực địa, phần mềm chuyển số liệu vị trí và
thông tin thuộc tính sang máy tính. Sau đó phần mềm sẽ nâng cao độ chính xác

20. 18
bằng kỹ thuật phân sai. Phần mềm xử lý số liệu GPS còn có chức năng biên tập
hoặc vẽ. Phần mềm này cũng hỗ trợ thu thập các yếu tố địa lý và thông tin thuộc
tính cho GPS hoặc các cơ sở dữ liệu khác. [2]
2.4. Hoạt động của GPS
Các vệ tinh GPS bay vòng quanh trái đất hai lần trong một ngày theo một
quỹ đạo rất chính xác và phát tín hiệu có thông tin xuống trái đất. Các máy thu GPS
nhận thông tin này và bằng phép tính lƣợng giác tính đƣợc chính xác vị trí của
ngƣời dùng. Về bản chất máy thu GPS so sánh thời gian tín hiệu đƣợc phát đi từ vệ
tinh với thời gian nhận đƣợc chúng. Sai lệch về thời gian cho biết máy thu GPS ở
cách vệ tinh bao xa. Rồi với nhiều quãng cách đo đƣợc tới nhiều vệ tinh máy thu có
thể tính đƣợc vị trí của ngƣời dùng và hiển thị lên bản đồ điện tử của máy. Máy thu
GPS phải khoá đƣợc với tín hiệu của ít nhất ba quả vệ tinh để tính ra vị trí hai chiều
(2D, kinh độ và vĩ độ) và để theo dõi đƣợc chuyển động. Với bốn hay nhiều hơn số
quả vệ tinh trong tầm nhìn thì máy thu có thể tính đƣợc vị trí ba chiều (3D, kinh độ,
vĩ độ và độ cao). Một khi vị trí ngƣời dùng đã tính đƣợc thì máy thu GPS có thể tính
các thông tin khác, nhƣ tốc độ, hƣớng chuyển động, bám sát di chuyển, khoảng
hành trình, quãng cách tới điểm đến, thời gian mặt trời mọc, lặn và nhiều thứ khác
nữa.[16]
2.5. Độ chính xác của GPS
Các máy thu GPS ngày nay cực kì 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 khoá vào các quả vệ tinh khi mới bật lên và chúng duy trì chắc chắn
liên hệ này, thậm chí trong tán lá rậm rạp hoặc thành phố với các toà nhà cao tầng.
Tình trạng nhất định của khí quyển và các nguồn gây sai số khác có thể ảnh hƣởng
tới độ chính xác của máy thu GPS. Các máy thu GPS có độ chính xác trung bình
trong khoảng 15 mét.
Các máy thu mới hơn với khả năng WAAS (Hệ Tăng Vùng Rộng, Wide
Area Augmentation System) có thể tăng độ chính xác trung bình tới dƣới 3 mét.
Không cần thêm thiết bị hay mất phí để có đƣợc ƣu điểm của WAAS. Ngƣời dùng

21. 19
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 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 bằng các máy phát hiệu. Để thu đƣợc tín hiệu
đã sửa lỗi, ngƣời dùng phải có máy thu tín hiệu vi sai bao gồm cả ăn-ten để dùng
với máy thu GPS của họ. [16]
2.6. Hệ thống vệ tinh GPS
Hai mƣơi tƣ quả vệ tinh làm nên vùng không gian GPS trên quỹ đạo 12
nghìn dặm cách bề mặt trái đất. Chúng chuyển động ổn định, hai vòng quỹ đạo
trong khoảng thời gian gần 24 giờ. Các vệ tinh này chuyển động với vận tốc khủng
khiếp 7 nghìn dặm một giờ.
Các vệ tinh đƣợc nuôi bằng năng lƣợng 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.
Dƣới đây là một số thông tin đáng chú ý về các vệ tinh GPS (còn gọi là NAVSTAR,
tên gọi chính thức của Bộ Quốc phòng Mỹ cho GPS):
- Vệ tinh GPS đầu tiên đƣợc phóng năm 1978.
- Hoàn chỉnh đầy đủ 24 vệ tinh vào năm 1994.
- Mỗi vệ tinh đƣợc làm để hoạt động tối đa là 10 năm.
- Vệ tinh GPS có trọng lƣợng khoảng 2 nghìn cân Anh (900kg) và dài
khoảng 17 bộ (5m) với các tấm mặt trời mở.
- Công suất phát bằng hoặc dƣới 50 watts. [1]
2.7. Tín hiệu GPS
Các vệ tinh GPS phát hai tín hiệu vô tuyến công suất thấp giải L1 và L2.
(Giải L là phần sóng cực ngắn của phổ điện từ trải rộng từ 0.39 tới 1.55GHz). GPS
dân sự dùng tần số L1 1575.42 MHz trong giải UHF. Tín hiệu truyền trực thị, có
nghĩa là chúng sẽ xuyên qua mây, thuỷ tinh và nhựa nhƣng không qua phần lớn các
đối tƣợng cứng nhƣ núi và nhà.

22. 20
Tín hiệu GPS chứa ba mẩu thông tin khác nhau – mã giả ngẫu nhiên, dữ liệu
thiên văn và dữ liệu lịch. Mã giả ngẫu nhiên đơn giản chỉ là mã định danh để xác định
đƣợc quả vệ tinh nào là phát thông tin nào. (Có thể nhìn số hiệu của các quả vệ tinh
trên trang vệ tinh của máy thu Garmin để biết nó nhận đƣợc tín hiệu của quả nào.)
Dữ liệu thiên văn cho máy thu GPS biết quả vệ tinh ở đâu trên quỹ đạo ở mỗi
thời điểm trong ngày. Mỗi quả vệ tinh phát dữ liệu thiên văn chỉ ra thông tin quỹ
đạo cho vệ tinh đó và mỗi vệ tinh khác trong hệ thống. Dữ liệu lịch đƣợc phát đều
đặn bởi mỗi quả vệ tinh, chứa thông tin quan trọng về trạng thái của vệ tinh (lành
mạnh hay không), ngày giờ hiện tại. Phần này của tín hiệu là cốt lõi để phát hiện ra
vị trí. [1]
2.8. Nguồn lỗi của tín hiệu GPS
Những điều có thể làm giảm tín hiệu GPS và vì thế ảnh hƣởng tới chính xác
bao gồm:
- Giữ chậm của tầng đối lƣu và tầng ion làm tín hiệu vệ tinh bị chậm đi khi
xuyên qua tầng khí quyển.
- Tín hiệu đa đƣờng (multi path) điều này xảy ra khi tín hiệu phản xạ từ nhà
hay các đối tƣợng khác trƣớc khi tới máy thu, do đó tại máy thu tín hiệu sẽ bị thăng
giáng rất mạnh.
- Lỗi đồng hồ máy thu đồng hồ có trong máy thu không chính xác nhƣ đồng
hồ nguyên tử trên các vệ tinh GPS.
- Lỗi quỹ đạo cũng đƣợc biết nhƣ lỗi thiên văn, do vệ tinh thông báo vị trí
không chính xác.
- Số lƣợng vệ tinh nhìn thấy càng nhiều quả vệ tinh đƣợc máy thu GPS nhìn
thấy thì càng chính xác. Nhà cao tầng, địa hình, nhiễu loạn điện tử hoặc đôi khi
thậm chí tán lá dày có thể chặn thu nhận tín hiệu, gây lỗi định vị hoặc không định vị
đƣợc. Nói chung máy thu GPS không làm việc trong nhà, dƣới nƣớc, hoặc dƣới đất.
- Hình học che khuất điều này liên quan tới vị trí tƣơng đối của các vệ tinh ở
thời điểm bất kì. Phân bố vệ tinh lí tƣởng là khi các quả vệ tinh ở vị trí góc rộng với

23. 21
nhau. Phân bố xấu xảy ra khi các quả vệ tinh ở trên một đƣờng thẳng hoặc cụm
thành nhóm.
- Sự giảm có chủ tâm tín hiệu vệ tinh là sự làm giảm tín hiệu cố ý do sự áp
đặt của Bộ Quốc phòng Mỹ, nhằm chống lại việc đối thủ quân sự dùng tín hiệu GPS
chính xác cao. Chính phủ (Mỹ) đã ngừng việc này từ tháng 5 năm 2000, làm tăng
đáng kể độ chính xác của máy thu GPS dân sự. (Tuy nhiên biện pháp này hoàn toàn
có thể đƣợc sử dụng lại trong những điều kiện cụ thể để đảm bảo. Chính điều này là
tiềm ẩn hạn chế an toàn cho dẫn đƣờng và định vị dân sự.)[2]
2.9. Nhận xét về khả năng và những ứng dụng của GPS.
Với công nghệ ngày càng hiện đại, các máy thu GPS cho độ chính xác ngày
càng cao, vì thế các máy thu GPS này ngày càng đƣợc ứng dụng rộng rãi trong các
thiết bị hỗ trợ cho việc định vị hay các hệ thống dẫn đƣờng.
Ở Việt Nam, những năm gần đây đã có một số công ty đang nghiên cứu và
triển khai cung cấp các sản phẩm liên quan đến các hệ thông định vị toàn cầu.
Trong tƣơng lai không xa, chắc chắn công nghệ GPS sẽ còn nhiều ảnh hƣởng cho
các lĩnh vực công nghệ, trắc địa, lĩnh vực y tế. Ứng dụng công nghệ định vị GPS
vào lĩnh vực y tế là một đề tài còn khá mới mẻ trong khoa và nói chung là ở Việt
Nam. Trong đề tài luận văn này, tác giả đã ứng dụng công nghệ định vị GPS vào
lĩnh vực y tế.
KẾT LUẬN CHƢƠNG
Hiện nay nên khoa học kỹ thuật, đặc biệt là lĩnh vực công nghệ thông đang phát
triển mãnh mẽ, việc ứng dụng kỹ thuật định vị GPS là điều rất cần thiết. Hiện nay
các thiết bị công nghệ thông tin hiện đại đều có chức năng định vị xác định vị trí và
tìm đƣờng. Nhƣ vậy chung ta thấy đƣợc tầm quan trọng của việc nghiên cứu hệ
thống định vị GPS.
Công nghệ định vị GPS đƣợc ứng dụng rất rỗng rãi trong các lĩnh vực nhƣ
,giao thông, quân sự, hàng hải, hàng không, ....Nhƣ vậy việc nghiên cứu hệ thống
định vị GPS là rất cần thiết và phù hợp với nhu cầu phát triển.

24. 22
CHƢƠNG 3: KIT VI ĐIỀU KHIỂN ARDUINO
3.1. Giới thiệu về kít vi điều khiển Arduino
Arduino đã và đang đƣợc sử dụng rất rộng rãi trên thế giới, và ngày càng
chứng tỏ đƣợc sức mạnh của chúng thông qua vô số ứng dụng độc đáo của ngƣời
dùng trong cộng đồng nguồn mở (open-source). Tuy nhiên tại Việt Nam Arduino
vẫn còn chƣa đƣợc biết đến nhiều.
Hình 3.1: Hình ảnh kit vi điều khiểnt Arduino
Arduino cơ bản là một nền tảng tạo mẫu mở về điện tử (open-source
electronics prototyping platform) đƣợc tạo thành từ phần cứng lẫn phần mềm. Về
mặt kĩ thuật, có thể coi Arduino là một bộ điều khiển logic có thể lập trình đƣợc.
Đơn giản hơn, Arduino là một thiết bị có thể tƣơng tác với thế giới bên ngoài thông
qua các cảm biến và hành vi đƣợc lập trình sẵn. Với thiết bị này, việc lắp ráp và
điều khiển các thiết bị điện tử sẽ dễ dàng hơn bao giờ hết. Một điều không hề dễ
dàng cho những ai đam mê công nghệ và điều khiển mà không có nhiều thời gian để
tìm hiểu sâu hơn về về kĩ thuật lập trình và cơ điện tử.
Hiện tại có rất nhiều loại vi điều khiển và đa số đƣợc lập trình bằng ngôn ngữ
C/C++ hoặc Assembly nên rất khó khăn cho những ngƣời có ít kiến thức sâu về
điện tử và lập trình. Nó là trở ngại cho mọi ngƣời muốn tạo riêng cho mình một
món đồ mang tính công nghệ. Do vậy, đó là lí do Arduino đƣợc phát triển nhằm đơn
giản hóa việc thiết kế, lắp ráp linh kiện điện tử cũng nhƣ lập trình trên vi xử lí và
mọi ngƣời có thể tiếp cận dễ dàng hơn với thiết bị điện tử mà không cần nhiều về

25. 23
kiến thức điện tử và thời gian. Sau đây là những thế mạnh của Arduino so với các
nền tảng vi điều khiển khác:
- Chạy trên đa nền tảng: Việc lập trình Arduino có thể thể thực hiện trên các
hệ điều hành khác nhau nhƣ Windows, Mac Os, Linux trên Desktop, Android trên
di động.
- Ngôn ngữ lập trình đơn giản dễ hiểu.
- Nền tảng mở: Arduino đƣợc phát triển dựa trên nguồn mở nên phần mềm
chạy trên Arduino đƣợc chia sẻ dễ dàng và tích hợp vào các nền tảng khác nhau.
- Mở rộng phần cứng: Arduino đƣợc thiết kế và sử dụng theo dạng module
nên việc mở rộng phần cứng cũng dễ dàng hơn.
- Đơn giản và nhanh: Rất dễ dàng lắp ráp, lập trình và sử dụng thiết bị.
- Dễ dàng chia sẻ: Mọi ngƣời dễ dàng chia sẻ mã nguồn với nhau mà không
lo lắng về ngôn ngữ hay hệ điều hành mình đang sử dụng.
Arduino có rất nhiều module, mỗi module đƣợc phát triển cho một ứng dụng.
Về mặt chức năng, các bo mạch Arduino đƣợc chia thành hai loại: loại bo mạch
chính có chip Atmega và loại mở rộng thêm chức năng cho bo mạch chính. Các bo
mạch chính về cơ bản là giống nhau về chức năng, tuy nhiên về mặt cấu hình nhƣ số
lƣợng I/O, dung lƣợng bộ nhớ, hay kích thƣớc có sự khác nhau. Một số bo có trang
bị thêm các tính năng kết nối nhƣ Ethernet và Bluetooth. Các bo mở rộng chủ yếu
mở rộng thêm một số tính năng cho bo mạch chính. Ví dụ nhƣ tính năng kết nối
Ethernet, Wireless, điều khiển động cơ.
Arduino đƣợc chọn làm bộ não xử lý của rất nhiều thiết bị từ đơn giản đến
phức tạp. Trong số đó có một vài ứng dụng thực sự chứng tỏ khả năng vƣợt trội của
Arduino do chúng có khả năng thực hiện nhiều nhiệm vụ rất phức tạp. Sau đây là
danh sách một số ứng dụng nổi bật của Arduino nhƣ trong công nghệ in 3D, robot
dò đƣờng theo hƣớng có nguồn nhiệt, tạo một thiết bị nhấp nháy theo âm thanh và
đèn laser hay là một thiết bị báo cho khách hàng biết khi nào bánh mì ra lò.[10]

26. 24
3.2. Phân loại kit Arduino
3.2.1. Arduino Uno
3.2.1.1. Cấu trúc chung
Hình 3.2: Cấu trúc phần cứng của Arduino Uno
Arduino Uno là một bo mạch vi điều khiển dựa trên chip Atmega328. Nó có
14 chân vào ra bằng tín hiệu số, trong đó có 6 chân có thể sử dụng để điều chế độ
rộng xung. Có 6 chân đầu vào tín hiệu tƣơng tự cho phép chúng ta kết nối với các
bộ cảm biến bên ngoài để thu thập số liệu, sử dụng một dao động thạch anh với tần
số dao động 16MHz, có một cổng kết nối bằng chuẩn USB để chúng ta nạp chƣơng
trình vào bo mạch và một chân cấp nguồn cho mạch, một ICSP header, một nút
reset. Nó chứa tất cả mọi thứ cần thiết để hỗ trợ các vi điều khiển, nguồn cung cấp
cho Arduino có thể là từ máy tính thông qua cổng USB hoặc là từ bộ nguồn chuyên
dụng đƣợc biến đổi từ xoay chiều sang một chiều hoặc là nguồn lấy từ pin. Chip
Atmega328 có 32KB (với 0,5KB sử dụng cho bootloader). Nó còn có 2KB SRAM
và 1KB EEPROM.[10]
3.2.1.2. Khối nguồn
Arduino có thể đƣợc hỗ trợ thông qua kết nối USB hoặc với một nguồn cung
cấp điện bên ngoài. Các nguồn năng lƣợng đƣợc lựa chọn tự động. Hệ thống vi điều
khiển có thể hoạt động bằng một nguồn cung cấp bên ngoài từ 6V đến 20V. Tuy
nhiên, nếu cung cấp với ít hơn 7V, chân 5V có thể cung cấp ít hơn 5V và hệ thống vi

27. 25
điều khiển có thể không ổn định. Nếu cấp nhiều hơn 12V, bộ điều chỉnh điện áp có
thể quá nóng và gây nguy hiểm cho bo mạch. Phạm vi khuyến nghị là 7V đến 12V.
- Chân Vin: Điện áp đầu vào Arduino khi chúng ta dùng nguồn điện bên
ngoài (khác với nguồn 5V lấy từ USB hoặc nguồn thông qua jack cắm nguồn riêng).
Chúng ta có thể cung cấp nguồn thông qua chân này.
- Chân 5V: Cung cấp nguồn vi điều khiển và các bộ phận khác trên bo mạch
và cung cấp nguồn cho các thiết bị ngoại vi khi kết nối tới bo mạch.
- Chân 3,3V: Cung cấp nguồn cho các thiết bị cảm biến.
- Chân GND: Chân nối đất.
- Chân Aref: Tham chiếu điện áp đầu vào analog.
- Chân IOREF: Cung cấp điện áp cho các vi điều khiển hoạt động. Một
shield đƣợc cấu hình đúng có thể đọc điện áp chân IOREF và lựa chọn nguồn thích
hợp hoặc kích hoạt bộ chuyển đổi điện áp để là việc ở mức 5V hoặc 3,3V.
3.2.1.3. Chân vào ra
Aduino Uno có 14 chân digital (chân 0 đến 13) và 6 chân analog (chân A0
đên A5). Các chân digital chúng ta có thể cấu hình để làm chân nhận dữ liệu vào từ
các thiết bị ngoại vi hoặc làm chân để truyền tín hiệu ra các thiết bị ngoại vi. Bằng
cách sử dụng các hàm pinMode(), digitalWrite() và digitalRead(). Mỗi chân có thể
cung cấp hoặc nhận một dòng điện tối đa 40mA và có một điện trở kéo nội (mặc
định không nối) 20 - 50 KOhms. Ngoài ra có một số chân có chức năng đặc biệt:
- Chân 0 (Rx): Chân đƣợc dùng để nhận dữ liệu nối tiếp.
- Chân 1 (Tx): Chân đƣợc dùng để truyền dữ liệu nối tiếp.
- Chân 2 và 3: Chân ngắt ngoài.
- Chân 3, 5, 6, 9, 10 và 11: Chân vào/ra số hoặc để điều chế độ rộng xung (chân
13 đƣợc nối với một LED đơn, sáng tắt tƣơng ứng với mức logic của chân này).
- Chân 10 (SS), 11 (MOSI), 12 (MISO), 13 (SCK): Chuẩn giao tiếp SPI.
Các chân analog có độ phân giải 10 bit (tƣơng ứng với 1024 mức giá trị khác nhau)
ứng với mức từ 0 – 5V. Ngoài ra một số chân có các chức năng đặc biệt:
- Chân A4 (SDA) và A5 (SCL): Hỗ trợ truyền thông TWI.

28. 26
3.2.2. Arduino Mega 2560
3.2.2.1. Cấu trúc chung
Hình 3.3: Arduino Mega 2560
Arduino Mega 2560 là một bo mạch vi điều khiển đƣợc xây dựng dựa trên
chip Atmega2560. Có cấu trúc 54 chân vào/ra số trong đó có 15 chân có thể sử
dụng để điều chế độ rộng xung, có 16 chân đầu vào tín hiệu tƣơng tự, sử dụng một
dao động thạch anh tần số dao động 16MHz, có một cổng kết nối USB, chân nguồn,
một ICSP header, một nút reset. Nó chứa tất cả mọi thứ cần thiết để hỗ trợ các vi
điều khiển, nguồn cung cấp cho Arduino có thể là từ máy tính thông qua cổng USB
hoặc là từ bộ nguồn chuyên dụng đƣợc biến đổi từ xoay chiều sang một chiều hoặc
là nguồn lấy từ pin. Arduino Mega tƣơng thích với hầu hết các shield thiết kế cho
Arduino. Arduino Mega 2560 là bản cập nhật từ Arduino Mega.
Arduino Mega 2560 khác so với các bo mạch trƣớc đó ở chỗ nó không sử
dụng chip điều khiển FTDI USB-to-serial. Thay vào đó, các tính năng của
Atmega16U2 (ATmega8U2 trong phiên bản 1 và phiên bản 2 bảng) đƣợc lập trình
nhƣ một bộ chuyển đổi USB-to-serial.
Phiên bản 2 của bo mạch Mega2560 có 1 điện trở kéo đƣờng 8U2 HWB
xuống đất, làm cho nó dễ đặt chế độ DFU hơn.
Phiên bản 3 của bo mạch có các đặc tính mới sau:
- Thêm chân SDA và SCL gần chân AREF và 2 chân mới đƣợc đặt gần chân
RESET, IOREF cho phép các shield tƣơng thích với điện áp đƣợc cung cấp từ bo
mạch. Trong tƣơng lai, các shield sẽ tƣơng thích với cả hai bo mạch sử dụng AVR

29. 27
mà hoạt động với nguồn 5V và Arduino Due hoạt động ở mức 3,3V. Chân thứ 2
không kết nối dành cho các mục đích sau này.
- Atmega 16U2 thay cho 8U2.
3.2.2.2. Đặc điểm Arduino Mega 2560
Vi điều khiển ATmega2560
Điện áp hoạt động 5V
Điện áp đầu vào 7-12V
Điện áp dới hạn hoạt động 6-20V
Chân tín hiệu số vào ra 54 trong đó có 15 chân điều khiển độ rộng xung
Chân tín hiệu số đầu vào 16
Dòng điện tại các chân vào ra 40 mA
Dòng điện tại chân 3.3V 50 mA
Bộ nhớ Flash 256 KB trong đó 8 KB sử dụng cho bootloader
SRAM 8 KB
EEPROM 4 KB
Dao động thạch anh 16 MHz
3.2.2.3. Nguồn nuôi
Arduino Mega có thể đƣợc cấp nguồn thông qua kết nối USB hoặc nguồn
ngoài. Nguồn nuôi đƣợc chọn một cách tự động.
Nguồn ngoài (không phải USB) có thế lấy từ bộ chuyển đổi AC sang DC
hoặc từ pin. Bo mạch có thể hoạt động với nguồn ngoài từ 6 – 20V. Tuy nhiên, nếu
nguồn cấp nhỏ hơn 7V thì chân 5V có thể cấp không đủ 5V và bo mạch có thể chạy
không ổn định. Nếu cấp lớn hơn 12V, bộ biến áp có thể bị nóng và ảnh hƣởng tới
mạch. Điện áp khuyến nghị là 7 – 12V.
Các chân cấp nguồn nhƣ sau:

30. 28
- Chân VIN: Điện áp vào mạch Arduino khi nó sử dụng nguồn ngoài (khác
với nguồn 5V từ kết nối USB hoặc nguồn khác). Ta có thể cấp nguồn qua chân này
hoặc cấp thông qua jack cắm nguồn.
- Chân 5V: Chân cấp điện áp ra 5V từ bộ điều chỉnh điện áp của bo mạch.
- Chân 3,3V: Chân cấp điện áp ra 3,3V từ bộ điều chỉnh điện áp.
- Chân GND: Chân nối đất.
- Chân IOREF: Chân này cấp điện áp tham chiếu cho vi điều khiển hoạt động.
Một shield đƣợc cấu hình đúng có thể đọc điện áp chân IOREF và chọn nguồn điện
phù hợp hoặc cho phép biến đổi điện áp để làm việc vơi 5,5V hoặc 3,3V.
3.2.2.4. Chân vào ra
Arduino Mega 2560 bao gồm 54 chân vào ra tín hiệu số có thể sử dụng làm
chân input hoặc output, bằng cách sử dụng hàm pinMode(), digitalWrite(),
digitalRead(). Chúng hoạt động ở 5V. Mỗi chân có thể cấp hoặc nhận tối đa 40mA
và có một trở kéo nội (mặc định không nối) từ 20 – 50Kohm. Ngoài ra, một số chân
có các chức năng đặc biệt sau:
- Serial 0: 0 (RX) và 1 (TX)
- Serial 1: 19 (RX) and 18 (TX)
- Serial 2: 17 (RX) and 16 (TX)
- Serial 3: 15 (RX) and 14 (TX)
Sử dụng để nhận (RX) và truyền (TX) dữ liệu nối tiếp kiểu TTL. Những chân
này có thể cấu hình để kích hoạt một ngắt ở mức thấp, sƣờn lên hoặc sƣờn xuống.
- Chân PWM: 2 - 13 và 44 – 46 cung cấp 8-bit PWM đầu ra với hàm
analogWrite()
- Chân truyền thông SPI: Chân 50 (MISO), chân 51 (MOSI), chân 52
(SCK), chân 53 (SS).
- Chân 13 đƣợc nối với một LED khi chân này ở mức cao thì đèn sáng, khi ở
mức thấp thì đèn tắt.
Có một cặp chân khác trên bo:

31. 29
- Chân AREF: Tham chiếu điện áp cho đầu vào analog. Sử dụng hàm
analogReference().
- Chân RESET: Nối đƣờng dây xuống LOW để reset vi xử lý.
3.2.3. Arduino Fio
3.2.3.1. Cấu trúc chung
Hình 3.4: Arduino Mega Fio
Arduino Fio là một bo mạch vi điều khiển đƣợc xây dựng dựa trên chip
ATmega328P. Bao gồm có 14 chân vào ra số (trong đó có 6 chân có thể sử dụng để
điều chế độ rộng xung), có 8 chân vào vào tƣơng tự, trên board sử dụng một bộ
cộng hƣởng, một công tắc Reset, và lỗ để cắm chân Header. Nó có kết nối với bộ
Lithium Polymer và mạch nguồn qua cổng USB. Có sẵn ổ cắm XBee ở phía dƣới
của board.
Arduino Fio dùng cho ứng dụng không dây. Ngƣời dùng có thể nạp dữ liệu
thông qua cáp FTDI hoặc bo mạch cải tiến Sparkfun . Ngoài ra, bằng cách sử dụng
USB-to-Xbee nhƣ Xbee Exploer USB, ngƣời dùng có thể nạp dữ liệu qua mạng
không dây.
Arduino Fio đƣợc thiết kế bởi Shigeru Kobayashi và Sparkfun Electronics,
và đƣợc sản xuất bởi Sparkfun Electronics.
3.2.3.2. Đặc điểm Arduino Fio
- Dùng vi điều khiển ATmega328P
- Điện áp hoạt động là 3.3V
- Điện áp đầu vào trong khoảng từ 3,35V-12V
- Điện áp xạc phin 3.7V-7V

32. 30
- Chân vào ra tín hiệu số 14 trong đó có 6 chân điều khiển độ rộng xung
PWM
- Chân đầu vào tƣơng tự gồm có 8 chân
- Dòng điện hoạt động trên các chân là 40mA
- Bộ nhớ Flash là 32KB trong đó có 2KB sử dụng bằng bootloader
- Bộ nhớ SRAM 2KB
- Bộ nhớ EEPROM 1KB
- Tần số dao động thạch anh 8MHz
3.2.3.3. Nguồn nuôi
Arduino Fio có thể đƣợc cấp nguồn thông qua cáp FTDI hoặc board cải tiến
kết nối với 6 chân Headers của nó, hoặc nguồn chuẩn 3.3V đƣợc quy định trên chân
3V3 hoặc pin Lithium Polymer trên các chân BAT.
Các chân nguồn:
- Chân BAT: Cung cấp Pin Lithium Polymer cho board mạch.
- Chân 3V3: Nguồn chuẩn 3.3V để cung cấp cho các chân.
- Chân GND: Chân nối đất
3.2.3.4. Chân vào ra
Arduino Fio có 14 chân số có thể sử dụng nhƣ chân vào hoặc ra dữ liệu bằng
cách sử dụng các hàm pinMode(), digitalWrite() và digitalRead(). Các chân này
hoạt động ở mức điện áp 3.3V. Mỗi chân có thể cũng cấp hoặc nhận một dòng điện
tối đa 40mA và có một điện trở Pull-up (mặc định không nối) có giá trị khoảng 20-
50 kOhms. Ngoài ra, một số chân còn có chức năng đặc biệt:
- Serial: RXI (D0) và TX0 (D1): Đƣợc sử dụng để nhận (RX) và truyền (TX)
dữ liệu nối tiếp TTL.
- Ngắt ngoài (chân 2 và 3): Các chân này có thể đƣợc cấu hình để kích hoạt
một ngắt ở mức thấp, sƣờn lên hoặc sƣờn xuống hoặc là thay đổi giá trị. Có thể xem
chi tiết ở hàm chức năng attachInterrupt().
- PWM (chân 3, 5, 6, 9, 10, và 11): Điều chế độ rộng xung 8 bit bằng hàm
analogWrite().

33. 31
- SPI: 10 (SS), 11(MOSI), 12 (MISO), 13 (SCK). Những chân này hỗ trợ
truyền thông SPI. Mặc dù đƣợc cung cấp phần cứng cơ bản nhƣng hiện nay nó chƣa
có trong ngôn ngữ Arduino.
- Có một LED đƣợc nối với chân digital 13. Khi chân này ở mức cao thì LED
sáng, ở mức thấp thì tắt.
- Fio có 8 chân vào Analog, mỗi chân có độ phân giải 10 bit (đƣợc chia thành
1024 mức). Các chân đầu vào analog đo từ Ground đến Vcc. Ngoài ra, một số chân
có chức năng đặc biệt:
- I2
C: 4 (SDA) và 5 (SCL). Hỗ trợ truyền thông I2
C (TWI) sử dụng thƣ viện
Write.
Có một cặp chân khác trên board mạch:
- AREF: Tham chiếu điện áp đầu vào analog. Sử dụng hàm
analogReference().
- DTR. Đặt dòng điện ở mức LOW để khởi động lại vi điều khiển.
Ngoài ra còn còn 8 lỗ Unsoldered trên board:
- BAT+ và BAT-: Đƣợc kết nối với một nguồn Pin.
- CHG 5V và CHG-: Dùng để kết nối với thiết bị đầu cuối có tổn hao.
- SW: Dùng để kết nối với công tắc nguồn trên board.
- CTS: Dùng để kết nối với chân #CTS/DIO7 của ổ cắm Xbee.
- DTR: Dùng để kết nối với chân #DTR/SLEEP_RQ/DI8 của ổ cắm XBee.
3.3. Lập trình Arduino
3.3.1. Giới thiệu môi trƣờng lập trình
Để có môi trƣờng lập trình Arduino thì bƣớc đầu tiên chúng ta phải có file
phần mềm biên dịch do nhà sản xuất Arduino cung cấp đƣợc download tại trang chủ
theo link sau: http://arduino.cc/en/Main/Software

34. 32
Hình 3.5: Link download phần mềm Arduino
Sau khi giải nén chạy Arduino.exe ta đƣợc giao diện phần mềm lập trình
Arduino nhƣ sau:
Hình 3.6: Giao diện lập trình Arduino

35. 33
3.3.2. Giao diện phần mềm lập trình Arduino
Khi muốn lập trình chúng ta phải khởi động giao diện lập trình trên giao diện
có các chức năng đƣợc mô tả nhƣ sau:
Hình 3.7: Giao diện lập trình Arduino
Trong giao diện lập trình căn bản khi lập trình cần chú ý các bƣớc:
- Bƣớc 1: Tạo file biên dịch mới
- Bƣớc 2: Lƣu file code
- Bƣớc 3: Lập trình code điều khiển
- Bƣớc 4: Biên dịch file để kiểm tra lỗi
- Bƣớc 5: Nạp chƣơng trình vào Board
Trong Arduino hỗ trợ các thƣ viện và ví dụ mở với các chủ đề khác nhau,
muốn dùng ví dụ nào có thể thao tác nhƣ hình bên dƣới:

36. 34
Hình 3.8: Lấy ví dụ có sẵn trong Arduino
3.3.3. Nạp chƣơng trình và chạy ứng dụng
Để nạp chƣơng trình vào kit, ta kết nối cáp nạp USB vào Board và máy tính
kiểm tra trạng thái có cổng kết nối chƣa tại phần Tools>Serial Port để chọn cổng
COM kết nối và Tool> Board để chọn board Arduino sử dụng. Sau đó nhấn Upload
chƣơng trình đƣợc nạp vào và chạy ứng dụng.
Hình 3.9: Nạp chương trình cho Arduino

37. 35
3.4. Cấu trúc chƣơng trình lập trình Arduino
Cũng nhƣ các ngôn ngữ lập trình khác, ngôn ngữ trong Arduino sử dụng
ngôn ngữ C. Cấu trúc một chƣơng trình Arduino bao gồm 2 phần chính :
void setup( )
{
thực hiện việc thiết lập ban đầu cho các ứng dụng.
}
void loop( )
{
vòng lặp thực hiện chƣơng trình.
}
Hàm setup( ) đƣợc sử dụng để khởi tạo giá trị các biến, chế độ chân, bắt đầu
sử dụng các thƣ viện. Hàm setup( ) chỉ thực hiện một lần khi cấp nguồn hoặc reset
Arduino.
Hàm loop( ) đƣợc hiểu nhƣ là chƣơng trình chính, thực hiện các chức năng
đƣợc lập trình và có tính lặp lại liên tục.
KẾT LUẬN CHƢƠNG
Arduino có rất nhiều module, mỗi module đƣợc phát triển cho một ứng dụng.
Về mặt chức năng, các bo mạch Arduino đƣợc chia thành hai loại: loại bo mạch
chính có chip Atmega và loại mở rộng thêm chức năng cho bo mạch chính. Các bo
mạch chính về cơ bản là giống nhau về chức năng, tuy nhiên về mặt cấu hình nhƣ số
lƣợng I/O, dung lƣợng bộ nhớ, hay kích thƣớc có sự khác nhau năng kết nối
Ethernet, Wireless, điều khiển động cơ.
Arduino đƣợc chọn làm bộ não xử lý của rất nhiều thiết bị từ đơn giản đến phức tạp.
Trong số đó có một vài ứng dụng thực sự chứng tỏ khả năng vƣợt trội của Arduino
do chúng có khả năng thực hiện nhiều nhiệm vụ rất phức tạp. Sau đây là danh sách
một số ứng dụng nổi bật của Arduino nhƣ trong công nghệ in 3D, robot dò đƣờng
theo hƣớng có nguồn nhiệt, tạo một thiết bị nhấp nháy theo âm thanh và đèn laser
hay là một thiết bị báo cho khách hàng biết khi nào bánh mì ra lò.

38. 36
CHƢƠNG 4: THIẾT BỊ ĐỊNH VI GPS SIM548
4.1. Lý do lựa chọn module SIM548
Công nghệ GPS ngày càng phát triển, trên thế giới ngày càng có nhiều công
ty điện tử tung ra thị trƣờng các sản phẩm, các module GPS để phục vụ cho công
việc nghiên cứu cũng nhƣ phát triển các sản phẩm liên quan đến GPS. Tuỳ thuộc
vào giá thành, chất lƣợng (độ chính xác trong định vị) của các module là khác nhau
đáp ứng cho ngƣời dùng tuỳ thuộc vào yêu cầu. Tuy nhiên tất cả các module có thể
đáp ứng đƣợc về độ chính xác dùng trong dân sự, với sai số ở trong khoảng 15 mét.
Một số Module có chức năng GPS có trên thị trƣờng Việt Nam:
● Module GPS Skynab GB10
- Kích thƣớc khá nhỏ gọn, 71 x 40 x 6.5 mm
- Công suất tiêu thụ nhỏ: 60mAh*3.3V
- Độ tin cậy tƣơng đối tốt
- Giá thành thấp (40$).
- Có nhiều trên thị trƣờng Việt Nam
- Dễ sử dụng, giao tiếp qua UART, theo chuẩn NMEA – 0183.
● Module GPS-GSM Sim508
- Kích thƣớc rất nhỏ gọn: 40 x 22 x 3.1 mm
- Công suất tiêu thụ nhỏ hơn: 35mAh*3.3V
- Độ tin cậy cao
- Giá thành cao hơn (85$)
- Có rất ít trên thị trƣờng Việt Nam.
● Module GPS-GSM Sim548
- Kích thƣớc rất nhỏ gọn: 55 x 34 x 3.0 mm
- Công suất tiêu thụ nhỏ hơn: 25mAh*3.3V
- Độ tin cậy cao
- Giá thành thấp (50$)
- Có rất nhiều trên thị trƣờng Việt Nam.

39. 37
Các loại máy thu GPS khác cũng có ở Việt Nam nhƣng gần nhƣ rất hiếm.
Hầu hết các Module GPS đều giao tiếp qua cổng UART và theo chuẩn NMEA –
0183 nên cũng khá giống nhau. Trong đề tài luận văn này, em đã lựa chọn module
SIM548, do những ƣu điểm của nó: có nhiều trên thị trƣờng Việt Nam, rẻ và tiết
kiệm năng lƣợng, đáp ứng đƣợc yêu cầu luận văn.
4.2. Đặc điểm chung SIM548
Module SIM548 là một thiết bị có chức năng GSM và hỗ trợ chức năng định
vị GPS của hãng SIMCOM.
Hình 4.1: Hình ảnh module Sim548
Module SIM 548 có thể hoạt động với các tần số sau GSM 850MHz, 900
MHz, DCS 1800MHz và PCS 1900MHz và cũng hỗ trợ kỹ thuật GPS định vị vị trí
bằng vệ tinh. Với kích thƣớc nhỏ 55mm x 34mm x 3.0 mm, module này có thể sử
dụng cho các ứng dụng nhƣ Smart phone, PDA phone, thiết bị định vị GPS cầm tay
hay điện thoại.
Chúng ta có thể giao tiếp với module thông qua đế chuẩn 60 chân dành riêng
cho module SIM548. Thông qua đế chuẩn 60 chân này,chúng ta có thể sử dụng
module với các mục đích :
- Bàn phím, bảng nút nhấn hay SPI LCD.

40. 38
- Một port giao tiếp nối tiếp dành cho GSM và hai port nối tiếp dành cho
GPS giúp cho việc thiết kế và phát triển ứng dụng một cách dễ dàng hơn thông qua
việc giao tiếp bằng tập lệnh AT.
- Các ngõ vào ra dành cho chức năng nghe, gọi, và xử lý âm thanh.
- Các ngõ vào của bộ chuyển đổi AD.
Để sử dụng đƣợc module SIM548, cần phải có các thiết bị đi kèm:
Hình 4.2: Các thiết bị đi kèm module SIM548
Trong đó:
A: Nguồn cung cấp.
B: Anten GSM.
C: Anten GPS.
D: Cáp kết nối anten với module.
E: Tai nghe.
F: Cáp giao tiếp nối tiếp.
4.3. Cấu trúc phần cứng module SIM548
Sim548 có hai khối tách biệt: phần GSM/GPRS và phần GPS
Phần GSM:
- Khối trung tâm GSM: GSM baseband engine
- Khối bộ nhớ: Flash and SRAM
- Phần GSM radio frequyency
- Khối giao tiếp anten: anten interface

41. 39
- Khối giao tiếp ngoài: board-to-board interface
Phần GPS:
- Chíp thu GPS: SRFIII GPS engine
- Phần GPS radio frequency
- Khối giao tiếp anten: anten interface
- Khối giao tiếp ngoài: board-to-board interface
GSM Base band
Egine
Radio Friquency
Board-to-Boardtoconnect
Radio Friquency
SIRFIII
GSM
antenna
GPS
antenna
Power IC
Flash+
SRAM
Power
SIM
LCD
UART
ADC
Power
UARTA
UARTB
ETC
GSM PART
GPS PART
Hình 4.3: Sơ đồ khối SIM548

42. 40
4.4. Phần cứng ứng dụng GSM trong SIM548
Để sử dụng và giao tiếp với module SIM 548 phải thông qua một chuẩn đế
cắm 60 chân. Bao gồm các ứng dụng dành cho GSM :
- Nguồn cung cấp và nguồn sạc pin.
- Hai ngõ vào giao tiếp theo chuẩn nối tiếp.
- Hai ngõ vào analog.
- Ngõ vào ra dành cho Simcard.
4.4.1. Chức năng các chân cho GSM
Bảng 4.1 Chức năng các chân GSM
Pin Tên Pin Tên
1 GND 2 VBAT
3 GND 4 VBAT
5 GND 6 VBAT
7 GND 8 VBAT
9 AD0 10 VCHG
11 VRTC 12 VCHG
13 PWRKEY 14 TBMP_BAT
15 SIM-PRESENCE 16 NETLIGHT
17 SIM-VĐ 18 BUZZER
19 SIM-RST 20 STATUS
21 SIM-DATA 22 GPI01
23 SIM-CLK 24 DISP_CS
25 DCD 26 DISP_CLK
27 DTR 28 DISP_DATA
29 RXD 30 DISP_D/C
31 TXD 32 DISP_RST
33 RTS 34 GPI00
35 CTS 36 DBG_RXD
37 RI 38 DBG_TXD
39 AGND 40 AGND
41 SPK1P 42 MIC1P
43 SPK1N 44 MIC1N
45 SPK2P 46 MIC2P
47 SPK2N 48 MIC2N
49 GPS_M-RST 50 GPS_BOOTSEL
51 GPS_TXA 52 GPS_TIMBMARK
53 GPS_RXA 54 GPS_WAKEUP
55 GPS_TXB 56 GPS_VCC_RF
57 GPS_RXB 58 GPS_VANT
59 GPS_VRTC 60 GPS_VCC

43. 41
Bảng 4.2 Miêu tả chức năng các chân
Tên I/O Mô tả Đặc tính điện
VBAT Có 4 chân VBAT dùng để cung
cấp nguồn hoạt động cho
Vmax= 4.5V
Vmin=3.4V
Vnorm=4.0V
VRTC I/O Nguồn Pin dự trữ, sử dụng khi
không có nguồn VBAT.
Vmax=2.0V
Vmin=1.2V
Vnorm=1.8V
Inorm= 20uA
VCHG I Nguồn cung cấp cho bộ sạc pin
của module. Đồng thời giúp cho
module nhận ra bộ sạc.
Vmax=5.25V
Vmin=1.1 VBA
Vnorm=5.1V
GND Chân nối đất dành cho các ứng
dụng số.
PWRKEY I Ngõ vào dùng để mở và tắt
nguồn chính của module. Chân
này đƣợc nối với một nút nhấn.
Để mở và tắt nguồn của
module,phải nhấn nút nhấn để
giữ chân này ở mức thấp trong
một khoảng thời gian ngắn.
VILmax=0.2 VBAT
VIHmin=0.6 VBAT
VImax=VBAT
MIC1P
MIC1N
I Ngõ vào của microphone 1.
MIC2P
MIC2N
I Ngõ vào của microphone 2.
SPK1P
SPK1N
O Ngõ ra của loa 1.
SPK2P
SPK2N
O Ngõ ra của loa 2.

44. 42
BUZZER O Ngõ ra dành cho còi báo.
AGND Chân nối đất dành cho các ứng
dụng tƣơng tự.
DISP_DATA I/O Ngõ vào ra để kiểm tra đƣờng
truyền dữ liệu.
VILmin=0V
VILmax=0.9
VIHmin=2.0
VIHmax= 3.2
VOLmin=GND
VOLmax=0.2V
VOHmin=2.7
VOHmax=2.9
DISP_CLK O Ngõ ra kiểm tra xung Clock.
DISP_D/C O CNgõ ra kiểm tra dữ liệu và địa
chỉ (có thể đƣợc lựa chọn bằng
phần mềm).
DISP_CS O Ngõ ra cho phép hiện thị.
Các ngõ vào ra với mục đích chung
NETLIGHT O Ngõ ra cho biết trạng thái hoạt
động của module GSM.
VILmin=0V
VILmax=0.9
VIHmin=2.0
VIHmax= 3.2
VOLmin=GND
VOLmax=0.2V
VOHmin=2.7
VOHmax=2.9
STATUS O Ngõ ra cho biết các trạng thái
hoạt động của các ứng dụng
khác có trong module.
GPIO0
GPIO1
I/O Ngõ vào ra dùng chung cho các
mục đích khác.
Port nối tiếp 1
DTR I Ngõ vào cho biết giao tiếp đã
sẵn sàng.
VILmin=0V
VILmax=0.9
VIHmin=2.0
VIHmax= 3.2
VOLmin=GND
VOLmax=0.2V
VOHmin=2.7
VOHmax=2.9
RXD I Ngõ vào nhận dữ liệu,
TXD O Ngõ ra truyền dữ liệu.
RTS I Ngõ vào yêu cầu gửi dữ liệu.
CTS O Sẵn sàng để gửi dữ liệu.
RI O Ngõ ra cho biết trạng thái hoạt
động.

45. 43
DCD O Ngõ ra cho biết dữ liệu đã đƣợc
gửi đi.
Port nối tiếp 2
DBG_TXD O Port dùng để sửa lỗi và giao tiếp
bằng tập lệnh AT.DBG_RXD I
Các chân dành cho Sim card
SIM_VDD O Nguồn cung cấp cho Sim card Có 2 loại nguồn
cung cấp 1.8V hoặc
3V. Đƣợc lựa chọn
bởi phần mềm.
SIM_DATA I/O Chân truyền nhận dữ liệu với
SIM.
VILmin=0V
VILmax=0.3
VSIM
VIHmin=0.7
VSIM
VIHmax= VSIM
+0.3
VOLmin=GND
VOLmax=0.2V
VOHmin= VSIM -
0.2
VOHmax= VSIM
SIM_CLK O Xung nhịp cho SIM.
SIM_PRESE
NCE
I Chân để nhận biết có Sim card.
SIM_RST O Chân để reset SIM.
Ứng dụng ADC
ADC0 I Ngõ và dành cho mục đích
chuyển đổi từ dạng tƣơng tự
sang dạng số.
Điện áp ngõ vào từ
0-24V.
TEMP_BAT I Ngõ vào cho biết nhiệt độ của
pin.
0-1.2V

46. 44
4.4.2. Bật ứng dụng GSM của module SIM 548
Có ba cách để cho phép ứng dụng GSM hoạt động.
- Sử dụng chân PWMRKEY
- Sử dụng chân CHG_IN
- Sử dụng ngắt của một thời gian thực
- Sử dụng chân PWMRKEY để bật ứng dụng GSM
4.4.2.1. Bật ứng dụng từ chân PWMRKEY
Để cho phép ứng GSM hoạt động, yêu cầu phải giữ chân PWMRKEY ở mức
thấp trong một khoảng thời gian ngắn. Khi việc bật ứng dụng GSM hoàn tất.
Module sẽ gửi trả lại thông báo ứng dụng đã sẵn sàng hoạt động ―RDY‖. Và chân
STATUS sẽ đƣợc kéo lên mức cao và giữ ở mức này khi ứng dụng GSM hoạt động.
Hình 4.4: Dùng chân PWMRKEY để bật ứng dụng GSM
4.4.2.2. Sử dụng chân CHG_IN để bật ứng dụng GSM
Đây là chân dành cho bộ sạc pin của module SIM548. Nếu bộ sạc đƣợc nối
với chân CHG_IN của module khi đang trong chế độ POWER DOWM, thì nó sẽ
chuyển sang chế độ GHOST (chỉ sạc pin). Trong chế độ này module không kết nối
mạng và chỉ cho phép một vài lệnh AT làm việc. Khi sử dụng chân CHG_IN để bật
ứng dụng GSM, module sẽ gửi thông báo RDY GHOST MODE.
Trong chế độ GHOST, việc kéo chân PWRKEY xuống mức thấp trong một
khoảng thời gian ngắn ứng dụng GSM sẽ đƣợc mở và chuyển sang chế độ sạc điện,
tất cả chức năng của ứng dụng GSM đƣợc mở và cho phép thực hiện đƣợc tất cả các

47. 45
lệnh AT. Lúc này module sẽ gửi trả thông báo: From GHOST MODE to
NORMAL MODE
4.4.2.3. Sử dụng bộ thời gian thực RTC để bật ứng dụng GSM
Ở chế độ báo động, cho phép ứng dụng GSM hoạt động bằng việc sử dụng
bộ thời gian thực RTC. Bộ thời gian thực sẽ đánh thức GSM của module SIM 548
khi ứng dụng này ngừng hoạt động. Trong chế độ này module sẽ không kết nối
mạng GSM và các tập lệnh dành cho SIMcard sẽ không thực hiện đƣợc. Có thể sử
dụng lệnh AT+CALARM để cài đặt thời gian báo động. Bộ thời gian thực sẽ giữ
module trong thời gian báo động nếu ứng dụng GSM đƣợc tắt bằng lệnh
――AT+CPOWD=1‖ hay chân PWRKEY. Module sẽ chuyển sang chế độ báo động.
Lúc này module sẽ gửi thông báo: RDY ALARM MODE. Chế độ báo động sẽ hoạt
động trong một thời gian tối đa 90 s,lúc này module sẽ tự động ngƣng hoạt động.
Tuy nhiên, trong suốt thời gian báo động, nếu lệnh AT+CFUN=1 đƣợc gửi đến,
việc module tự động tắt sẽ không xảy ra. Cũng trong chế độ này, việc kéo chân
PWRKEY xuống mức thấp trong một khoảng thời gian ngắn sẽ làm ứng dụng GSM
ngƣng hoạt động ngay lập tức.
4.4.3. Tắt ứng dụng GSM của module SIM548
Các phƣơng pháp đƣợc dùng để tắt ứng dụng GSM của module SIM548
- Sử dụng chân PWRKEY.
- Sử dụng lệnh AT.
- Module phát hiện nguồn cung cấp yếu.
- Quá nhiệt.
4.4.3.1. Sử dụng chân PWRKEY để tắt ứng dụng GSM
Có thể tắt ứng dụng GSM bằng việc kéo chân PWRKEY xuống mức thấp
trong một khoảng thời gian ngắn. Module sẽ gửi thông báo: NORMAL POWER
DOWN. Lúc này, tất cả lệnh AT sẽ không có hiệu lực. Module chuyển sang chế độ
POWER DOWN, và chỉ còn bộ thời gian thực RTC hoạt động. Quá trình này cũng
có thể đƣợc nhận biết thông qua chân STATUS, chân này sẽ bị tự động xuống mức
thấp trong chế độ này.

48. 46
Hình 4.5: Dùng chân PWRKEY để tắt ứng dụng GSM
4.4.3.2. Sử dụng lệnh AT để tắt ứng dụng GSM
Có thể sử dụng lệnh AT+CPOWD=1 để tắt ứng dụng GSM. Module gửi trả
thông báo: NORMAL POWER DOWN. Lúc này, tất cả lệnh AT sẽ không có hiệu
lực. Module chuyển sang chế độ POWER DOWN, và chỉ còn bộ thời gian thực
RTC hoạt động. Quá trình này cũng có thể đƣợc nhận biết thông qua chân
STATUS, chân này sẽ bị tự động xuống mức thấp trong chế độ này.
4.4.3.3. Ứng dụng sẽ tự động tắt khi nguồn cung cấp yếu
Phần mềm sẽ thƣờng xuyên kiểm tra điện áp nguồn cung cấp trên chân
VBAT, nếu mức điện áp nhỏ hơn 3.5V, module sẽ gửi thông báo: POWER LOW
WARNNING. Nếu mức điện xuống dƣới 3.4V, module sẽ gửi thông báo: POWER
LOW DOWN, lúc này module sẽ tự động về chế độ POWER DOWN, chỉ còn bộ
thời gian thực hoạt động. Chân STATUS cũng sẽ về mức thấp.
4.4.3.4. Ứng dụng GSM sẽ tự động tắt nếu quá nhiệt
Phần mềm sẽ luôn kiểm tra nhiệt độ của module.
- Nếu nhiệt độ hiện tại của module lớn bằng hoặc lớn hớn 0
80 C , module sẽ
gửi thông báo CMTE:1
- Nếu nhiệt độ thấp hơn 0
30 C , module sẽ gửi thông báo CMTE: -1
- Nếu nhiệt độ trên 0
85 C , module sẽ gửi thông báo CMTE: 2
- Nếu nhiệt độ dƣới 0
35 C module sẽ gửi thông báo CMTE: -2
- Nếu nhiệt độ nằm ngoài khoảng 0
35 C đến 0
85 C , module sẽ tự động tắt.
Lúc này module sẽ tự động về chế độ POWER DOWN, chỉ còn bộ thời gian thực

49. 47
hoạt động. Chân STATUS cũng sẽ về mức thấp. Có thể kiểm tra nhiệt độ hiện tại
của module bằng cách sử dụng lệnh ―AT+CMTE ‖ khi module đang hoạt động.
4.5. Truyền thông nối tiếp trên SIM548
Để giao tiếp và sử dụng ứng dụng GSM,module SIM548 cung cấp chuẩn
giao tiếp nối tiếp.
- Bảy đƣờng liên kết trên một port giao tiếp.
- Bao gồm đƣờng truyền dữ liệu /RXD và /TXD,đƣờng truyền trạng thái
/RTS và /CTS, đƣờng truyền điều khiển /DTR,/DCD và /RING.
- Với chuẩn giao tiếp này có thể sử dụng cho CSD FAX, dịch vụ GPRS và
gửi lệnh AT.
SIM 548 (DCE) CUSTOMER (DTE)
Serial Port Serial Port
TXD TXD
TXD TXD
RIS RIS
CIS CIS
DIR DIR
DCD DCD
/RING/RING
GNDGND
Hình 4.6: Chuẩn giao tiếp nối tiếp của SIM548
- Tốc độ baud của giao tiếp nối tiếp: 300,1200, 2400, 4800, 9600, 19200,
38400, 57600, 115200.
- Module có thể tự động lựa chọn tốc độ baud để giao tiếp: 300,1200, 2400,
4800, 9600, 19200, 38400, 57600, 115200.
- Thuộc tính chân /RING của module:

50. 48
Bảng 4.3: Mô tả trạng thái hoạt động SIM548
Trạng thái module SIM548 Trạng thái của chân RI
Bình thƣờng Mức cao
Đang thực hiện cuộc gọi Mức thấp sau đó:
(1) Chuyển về mức cao khi cuộc gọi
thiết lập
(2 (2) Vẫn giữ ở mức thấp khi sử dụng
lệnh ATH.
(3) vlka
SMS Chuyển xuống và giữ ở mức thấp
khoảng 100mS khi nhận đƣợc tin
nhắn, sau đó chuyển về lại mức cao.
4.6. Kết nối với SIM card
Có thể sử dụng lệnh AT để lấy thông tin từ SIM card. Module hỗ trợ cả 2
loại SIM card 1.8V và 3.0V.
Hình 4.7: Kết nối SIM card 6 chân

51. 49
Bảng 4.4 Chức năng các chân SIM
Chân Tên Mô tả
C1 VSIM Nguồn do module cung cấp. Module SIM 548 sẽ tự
động xác định loại SIM để cung cấp nguồn
33.0V±10% hay 1.8V±10%. Dòng cung cấp là
10mA.
C2 SIM_RESET Chân reset SIM card
C3 SIM_CLOCK Chân xung clock SIM card
C5 GND Chân nối đất
C6 VPP Không cần kết nối
C7 SIM_DATA Chân truyền nhận dữ liệu
4.7. Trạng thái của chân STATUS
Ta có thể biết đƣợc tình trạng của mạng GSM thông qua chân STATUS
Bảng 4.5 Trạng thái chân STATUS
Tráng thái Mạng GSM
Off Ứng dụng GSM của SIM548 không
hoạt động
64ms On/ 800ms Off Ứng dụng GSM không tìm thấy mạng
64ms On/ 3000ms Off Ứng dụng GSM đang kết nối mạng
64ms On/ 300ms Đang giao tiếp GPRS
Ta sử dụng đèn led để kết nối với chân STATUS.
Hình 4.8: Kết nối với chân NETLIGHT

52. 50
4.8. Phần cứng ứng dụng GPS của module SIM548
Giao tiếp với ứng dụng GPS thông qua chuẩn giao tiếp nối tiếp RS-232
4.8.1. Chức năng các chân dùng cho ứng dụng GPS
Bảng 4.6 Chức năng các chân GPS
Tên I/O Mô tả Đặc tính điện
GPS_VCC I Có chân dùng để cung cấp
nguồn cho ứng dụng GPS.
Vmax= 5.0V
Vmin=3V
Vnorm=3.3V
GPS_VRTC I Nguỗn dự trữ cho bộ thời gian
thực và SRAM. Không kết nối
nếu không sử dụng.
Vmax= 3.3V
Vmin=2.7V
Vnorm=3.0V
GPS_VANT I Nguồn ngoài dùng cho anten
GPS. Ngõ vào này dùng đê lựa
chọn nguồn hoạt động cho
anten GPS loại 5V hay 3V.
Chân này có thể kết nối trực
tiếp với GPS_VCC_RF.
Imax=25mA
Vmax=5V
Vmin=2.85V
GPS_VCC_RF O Nguồn cung cấp cho anten GPS
loại 3V.
Vmax=2.9V
Vmin=2.8V
Vnorm=2.85V
Imax=25mA
Giao tiếp nối tiếp
GPS_TXA O Chân truyền dữ liệu của portA
GPS_RXA I Chân nhận dữ liệu của portA
GPS_TXB O Chân truyền dữ liệu của portB
GPS_RXB I Chân nhận dữ liệu của portB
GPS_M-RST I Chân reset ứng dụng GPS

53. 51
4.8.2. Bật ứng dụng GPS
Để cho ứng dụng GPS hoạt động, nguồn cung cấp tại chân GPS_VCC phải
lớn hơn 2.3V, và giữ ở mức này trong khoảng ít nhất 220 ms
Hình 4.9: Bật ứng dụng GPS
4.8.3. Mạch kết nối cho chân VRTC
Bộ thời gian thực RTC là rất quan trọng cho ứng dụng GPS và nguồn SRAM
cũng lấy từ chân VRTC.
Hình 4.10. Kết nối với chân VRTC
4.8.4. Mạch kết nối cho chân RESET
Có một IC trong module SIM548 dùng cho việc reset ứng dụng GPS. Nếu
điện áp ngõ vào của IC nhỏ hớn 2.3V, thì chân reset sẽ giữ ở mức thấp, sau đó nếu

54. 52
ngõ vào ở mức lớn hơn 2.3V thì IC sẽ tạo ra một tín hiệu reset trong khoảng 220
ms. Sau đó chân reset sẽ lên mức cao. Muốn reset ứng dụng GPS, thì chân GPS_M-
RST nên giữ ở mức thấp ít nhất 10 ms.
Hình 4.11: Kết nối với chân RESET
4.8.5. Chuẩn giao tiếp nối tiếp của ứng dụng GPS
Module SIM548 hỗ trợ hai port giao tiếp cho ứng dụng GPS portA và portB
PortA:
- Hai chân để truyền nhận dữ liệu : GPS_RXA và GPS_TXA
- Hỗ trợ tốc độ baud từ 1200 đến 115200 bps
- Giao thức giao tiếp: Mặc định là SiRF,57600 bps
PortB:
- Hai chân truyền nhận dữ liệu: GPS_RXB và GPS_TXB
- Hỗ trợ tốc độ baud từ 1200-15200 bps
- Chuẩn giao thức truyền dữ liệu: NMEA,4800 bps
- Định dạng dữ liệu đầu ra: GGA,GSA,GSV,RMC,VTG
Tần số cập nhật: 1Hz
4.9. Ứng dụng GPS của module SIM548
4.9.1. GPS Hệ thống định vị toàn cầu
GPS (Global Positioning System) là hệ thống xác định vị trí dựa trên vị trí
của các vệ tinh nhân tạo. Trong cùng một thời điểm, ở một vị trí trên mặt đất nếu
xác định đƣợc khoảng cách đến tối thiểu ba vệ tinh thì sẽ tính đƣợc đƣợc tọa độ của

55. 53
vị trí đó. GPS là hệ thống định vị toàn cầu của Mỹ dựa trên một mạng lƣới 24 quả
vệ tinh đƣợc Bộ Quốc phòng Hoa Kỳ đặt trên quỹ đạo không gian.[1][2]
Hình 4.12: Vệ tinh GPS
Các vệ tinh bay vòng quanh trái đất hai lần trong một ngày theo một quỹ đạo
chính xác và phát tín hiệu thông tin xuống Trái Đất. Các máy thu GPS nhận đƣợc
thông tin từ các vệ tinh và bằng phép tính lƣợng giác tính đƣợc vị trí của máy thu.
Về bản chất máy thu GPS so sánh thời gian tín hiệu đƣợc phát đi từ vệ tinh với thời
gian nhận đƣợc chúng. Sai lệch về thời gian cho biết máy thu GPS ở cách vệ tinh
bao xa. Máy thu phải nhận đƣợc tín hiệu của ít nhất ba vệ tinh để tính ra vị trí hai
chiều (kinh độ và vĩ độ) và để theo dõi đƣợc chuyển động. Khi nhận đƣợc tín hiệu
của ít nhất 4 vệ tinh thì máy thu có thể tính đƣợc vị trí ba chiều (kinh độ,vĩ độ và độ
cao). Một khi vị trí của ngƣời dùng đã đƣợc tính thì máy thu GPS có thể tính các
thông tin khác nhƣ tốc độ, hƣớng chuyển động, hành trình, quãng cách tới điểm
đến, thời gian.[1][2]
Các vệ tinh GPS phát hai tín hiệu vô tuyến công suất thấp dải L1 và L2. (dải
L là phần sóng cực ngắn của phổ điện từ trải rộng từ 0,39 tới 1,55 GHz). GPS dân
sự dùng tần số L1 1575.42 MHz trong dải UHF. Tín hiệu truyền trực thị, có nghĩa là
chúng sẽ xuyên qua mây, thủy tinh và nhựa nhƣng không qua phần lớn các đối
tƣợng cứng nhƣ núi và nhà.[1][2]
Về độ chính xác của hệ thống GPS, các máy thu GPS ngày nay có thể định vị
vị trí chính xác nhờ vào thiết kế nhiều kênh hoạt động song song. Nhờ các kênh

56. 54
song song này cho phép máy thu duy trì kết nối bền vững,thậm chí trong tán lá rậm
rạp hay thành phố với các tòa nhà cao tầng. Trạng thái của khí quyển và cá nguồn
gây sai số có thể ảnh hƣởng tới độ chính xác của máy thu GPS. Các máy thu GPS
có độ chính xác trung bình 15 mét. Tuy nhiên với các máy thu mới hơn với khả
năng WAAS (Wide Area Augmentation System) có thể tăng độ chính xác tới 3 mét,
kỹ thuật DGPS (Differential GPS – GPS sai phân) cho phép định vị các đối tƣợng
chuyển động với độ chính xác 1m và kỹ thuật RTK GPS (Real Time Kinematic
GPS – GPS đo động thời gian thực) để định vị các đối tƣợng chuyển động với độ
chính xác cao (cỡ vài centimet).[1][2]
4.9.2. Kỹ thuật DGPS
Ngoài kỹ thuật định vị GPS thông thƣờng có độ chính xác nhỏ nhất 5 mét,
module SIM548 còn hỗ trợ kỹ thuật DGPS (Differential GPS – GPS sai phân) có độ
chính xác nhỏ nhất 1m. Phƣơng pháp DGPS là phƣơng pháp định vị động tuyệt đối
thời gian thực dùng ít nhất hai máy thu GPS, mỗi máy thu GPS đƣợc kết nối với
một bộ thu phát tín hiệu bằng sóng vô tuyến thƣờng gọi là Radio link. Một máy thu
GPS cố định đặt tại mốc tọa độ gốc có kết nối với một máy phát vô tuyến và máy
thu di động có kết nối với máy thu vô tuyến đặt trên các phƣơng tiện đang di
chuyển. Giữa máy thu GPS và máy vô tuyến trao đổi nhau bằng các thông điệp
dạng số (Digital) chứa các thông tin về số hiệu chỉnh khoảng cách giả theo chuẩn
RTCM SC-104. Loại thông điệp này do ủy ban kỹ thuật vô tuyến hàng hải quốc tế
(Radio Technical Commission for Marine Service) định nghĩa và đề xuất. Cơ chế
hoạt động của phƣơng pháp có thể tóm tắt nhƣ sau:
Tại trạm tĩnh (Base): Tọa độ gốc biết trƣớc theo hệ WGS84 đƣợc nhập vào
máy thu cố định. Khi hoạt động máy thu này sẽ thực hiện đồng thời việc đo khoảng
cách giả và tính toán khoảng cách thật đến từng vệ tinh. Sau đó tính ra số hiệu chỉnh
khoảng cách ∆S đến từng vệ tinh tham chiếu theo thông điệp chuẩn RTCM SC-104.
Thông điệp này đƣợc truyền sang máy phát vô tuyến. Tại đây thông điệp đƣợc điều
biến trộn lẫn vào sóng mang loại HF, hay UHF và phát vào không gian bằng anten
vô tuyến.

57. 55
Tại trạm động (Rover): Khi thu đƣợc sóng vô tuyến truyền đến từ trạm tĩnh,
máy thu vô tuyến sẽ khuyếch đại lên, giải điều biến tách ra thông điệp RTCM SC-
104 và gửi đến máy thu GPS từ đó có đƣợc các số hiệu chỉnh về khoảng cách.
Những số hiệu chỉnh ∆S này sẽ đƣợc máy thu cộng vào khoảng cách giả đo đƣợc
trƣớc khi tính ra tọa độ tuyệt đối của vị trí hiện hành tại thời điểm đang đo. Quá
trình thu nhận và xử lý nhƣ vậy xảy ra liên tục suốt quá trình đo.
Khoảng cách từ trạm tĩnh đến trạm động phụ thuộc vào khả năng truyền tải tín hiệu
của bộ thu phát radio link. Nếu radio link dùng sóng mang HF thì tầm xa có thể đạt
đến 500Km. Nếu radio link dùng sóng mang UHF thì tầm xa chỉ có thể đạt đến
50Km với điều kiện phải có sự thông thoáng giữa 2 anten UHF. Ngoài ra, tầm xa
còn phụ thuộc vào công suất thu phát của máy radio link.
4.10. Chuẩn giao tiếp NMEA
4.10.1. Dữ liệu đầu ra
Dữ liệu đầu ra của SIM548 theo giao thức NMEA có nhiều định dạng:
Bảng 4.7 Dạng ký hiệu thông tin định vị
Dạng dữ liệu đầu ra Mô tả
GGA Thời gian và vị trí
GGL Kinh độ và vĩ độ
GSA Chế độ hoạt động của bộ nhận GPS, các vệ tinh
nhận đƣợc, và giá trị DOP.
GSV Số vệ tinh nhận đƣợc tín hiệu,độ cao so với mực
nƣớc biển, góc phƣơng vị, và giá trị SNR.
RMC Thời gian, ngày, vị trí, tốc độ dữ liệu, và hƣớng.
VTG Hƣớng và tốc độ truyền thông tin so với mặt đất.
GGA —Global Positioning System Fixed Data:
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

58. 56
Bảng 4.8 Thông tin chuỗi bảng tin nhận đƣợc
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 đƣợc
sử dụng
10 Từ 0-12
HDOP 1.2 Độ mất chính xác theo phƣơng ngang
Độ cao so
với mực
nƣớc biển.
27.0 Meters
Đơn vị M Meters
Byte kiểm
tra lỗi
*05
<CR><LF> Kết thúc.
Bảng 4.9 Thông báo trạng thái kết nối
Giá trị Mô tả
0 Không có tín hiệu.
1 GPS
2 DGPS
3-5 Không hỗ trợ.
6 Một phƣơng pháp định vị bằng cách lập biểu đồ hành trình và
tốc độ từ vị trí đã biết.

59. 57
4.10.2. Dữ liệu đầu vào
Có thể cấu hình cho mudule GPS bằng cách gửi chuỗi có định dạng theo giao
thức NMEA. Chuỗi bao gồm các tham số có dạng sau:
Bảng 4.10 Cấu hình module
Chuỗi đầu Dữ liệu cần gửi Byte kiểm tra lỗi Chuỗi kết thúc
$PSRF<MID> Data *CKSUM <CR> <LF>
Tham số lựa chọn kiểu cấu hình cho module:
Bảng 4.11 Tham số cấu hình module
Tham số Tên Mô tả
100 SetSerialPort Cấu hình cho PORTA.
101 NavigationInitialization Các tham số yêu cầu cho việc sử dụng
X/Y/Z.
102 SetDGPSPort Cấu hình cho PORTB dành cho
DGPS.
103 Query/rate Control Tiêu chuẩn chuỗi đầu ra theo giao
thức NMEA.
104 LLANavigationInitialization Tham số yêu cầu cho việc sử dụng
Lat/Lon/Alt.
105 Development Data On/Off
106 Select Datum Lựa chọn mẫu cho việc chuyển đổi tọa
độ.
100 SetSerialPort: đây là tham số đầu tiên của chuỗi lệnh cấu hình cho
PORTA với các thông số cần cài đặt cho truyền thông nối tiếp tốc độ baud, data
bits, stop bits và parity. Sau khi nhận đƣợc chuỗi lệnh này,các tham số cài đặt sẽ
đƣợc lƣu vào bộ nhớ SRAM. Module GPS sẽ khởi động lại để sử dụng các tham số
đã lƣu trong bộ nhớ.
Ví dụ cấu hình cho truyền thông nối tiếp với các tham số 9600,8,N,1
$PSRF100,1,9600,8,1,0*0C

60. 58
Lệnh 100 cấu hình cho PORTA
Bảng 4.12 Thông số cáu hình PORT A
Tên Ví dụ Đơn vị Mô tả
ID $PSRF100 Các ký tự đầu của chuỗi.
Giao thức 1 0=SiRF binary, 1=NMEA
Tốc độ baud 9600 1200, 2400, 4800, 9600, 19200,
38400, 57600, and 115200
Data bits 8 8,7
Stop bit 1 0,1
Parity 0 0=None, 1=Odd, 2=Even
Byte kiểm tra lỗi *0C
<CR><LF> Kết thúc
101 NavigationInitialization: Đây là lệnh sử dụng khởi tạo cho module GPS
vị trí hiện tại và thời gian. Việc cung cấp chính xác các thông số về vị trí theo trục
X/Y/Z và thời gian giúp cho module nhận tín hiệu của các vệ tinh một cách chính
xác và nhanh chóng.
Ví dụ nếu chúng ta biết đƣợc vị trí chính xác ta có thể khởi tạo cho module với lệnh
có định dạng sau:
$PSRF101,-2686700,-4304200,3851624,96000,497260,921,12,3*1C
Lệnh 101 khởi tạo vị trí và thời gian cho ứng dụng GPS
Bảng 4.13 Thông tin khởi tạo ứng dụng GPS
Tên Ví dụ Đơn vị Mô tả
ID $PSRF101 Các ký tự đầu
của chuỗi.
X -2686700 m Tọa độ truc X
Y -4304200 m Tọa độ truc Y
Z 3851624 m Tọa độ trục Z
clkOffset 96000 Hz
TimeOfWeek 497260 giây
WeekNo 921
ChannelCount 12 Từ 1 đến 12
ResetCfg 3
Byte kiểm tra lỗi *1C
<CR><LF> Kết thúc.