Báo cáo Thiết kế bộ GPS, hệ thống dẫn đường, truy cập thông tin từ internet cho xe điện (Phần 1)

Nội dung text: Báo cáo Thiết kế bộ GPS, hệ thống dẫn đường, truy cập thông tin từ internet cho xe điện (Phần 1)

1. BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH BÁO CÁO TỔNG KẾT ĐỀ TÀI KH&CN CẤP TRƯỜNG THIẾT KẾ BỘ GPS, HỆ THỐNG DẪN ĐƯỜNG, TRUY CẬP THÔNG TIN TỪ INTERNET CHO XE ĐIỆNS K C 0 0 0 2 8 1 MÃ SỐ: T2011 - 22 S K C 0 0 3 6 4 2 THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH, 2011
2. BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH BÁO CÁO TỔNG KẾT ĐỀ TÀI KH&CN CẤP TRƯỜNG THIẾT KẾ BỘ GPS, HỆ THỐNG DẪN ĐƯỜNG, TRUY CẬP THÔNG TIN TỪ INTERNET CHO XE ĐIỆN Mã số: T2011-22 Chủ nhiệm đề tài: Th.S Nguyễn Ngô Lâm TP. HCM, Tháng 2/2012
3. TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH ĐƠN VỊ KHOA ĐIỆN-ĐIỆN TỬ BÁO CÁO TỔNG KẾT ĐỀ TÀI KH&CN CẤP TRƯỜNG THIẾT KẾ BỘ GPS, HỆ THỐNG DẪN ĐƯỜNG, TRUY CẬP THÔNG TIN TỪ INTERNET CHO XE ĐIỆN Mã số: T2011-22 Chủ nhiệm đề tài: Th.S Nguyễn Ngô Lâm Thành viên đề tài: Th.S Đậu Trọng Hiển TP. HCM, Tháng 2/2012
4. CHƢƠNG 1: GIỚI THIỆU TỔNG QUAN VỀ GPS, GSM 1.1. Giới thiệu hệ thống định vị toàn cầu 1.1. 1Các hệ thống vệ tinh định vị toàn cầu Hình 1.1: Hệ thống định vị toàn cầu GPS Hệ thống vệ tinh định vị toàn cầu là hệ thống xác định vị trí của người sử dụng ở bất kì nơi nào trên bề mặt trái đất. Hiện nay có hai hệ thống định vị công cộng đã được đưa vào sử dụng và một hệ thống đang trong quá trình xây dựng.  Hệ thống GPS (Global Positioning System) là một hệ thống do Mỹ sở hữu và được bộ quốc phòng Mỹ giám sát. Hệ thống này phát triển từ hệ thống vệ tinh hàng hải quân sự Mỹ (American Military satellite navigation ) từ năm 1973. Vệ tinh đầu tiên được đưa vào quỹ đạo quanh trái đất vào năm 1978. Hoàn chỉnh đầy đủ 24 vệ tinh vào năm 1994. Đến năm 2000, hệ thống này có 28 vệ tinh. 1.1. 2 Cấu trúc của hệ thống định vị toàn cầu GPS Hệ thống định vị toàn cầu GPS gồm 3 phần: phần vũ trụ (space segment), phần điều khiển (control segment), phần sử dụng (use segment). 4
5. Hình 1.2: Cấu trúc của hệ thống định vị toàn cầu GPS a. Phần vũ trụ Phần này bao gồm các vệ tinh quay quanh trái đất theo một chu kì và quỹ đạo được xác định trước, cách trái đất khoảng 19.200 km, với tốc độ 11.200 km/h, chu kỳ quay quanh trái đất là 11 giờ 57’58”. Phần không gian có chức năng đảm bảo cho việc một điểm bất kì trên trái đất có thể nhìn thấy tối thiểu 4 vệ tinh và chuyển tiếp thông tin đến người sử dụng. Ghi nhận và lưu trữ các thông tin được truyền đi từ phần điều khiển, xử lý dữ liệu có chọn lọc trên vệ tinh, duy trì độ chính xác cao thời gian bằng các đồng hồ nguyên tử. Mỗi vệ tinh GPS phát một tín hiệu radio cao tần gồm hai tần số sóng mang được điều chế bởi hai mã số và một bản tin dẫn đường. Hai tần số sóng mang này được phát ở tần số 1575.42 MHz (gọi là sóng mang L1) và 1227.60 MHz (gọi là sóng mang L2). b. Phần điều khiển c.Phần sử dụng Phần sử dụng bao gồm tất cả các máy thu GPS trên mặt đất cho phép người dùng nhận tín hiệu phát quảng bá từ vệ tinh và tính toán thời gian, vận tốc, tọa độ của họ một cách chính xác. Máy thu của người dùng đo thời gian trễ để tín hiệu đi tới máy thu. Đây là cách đo trực tiếp khoảng cách biểu kiến tới vệ tinh. Các kết quả đo thu thập đồng thời từ bốn vệ tinh được xử lý để tính toán tọa độ, vận tốc và thời gian. Những bộ phận chính của môṭ máy thu GPS bao gồm: Ăngten và bộ tiền khuếch đại. Phần tần số vô tuyến (RF). Bộ vi xử lí. Đầu thu hoặc bộ điều khiển và hiển thị.Thiết bị ghi chép. Nguồn năng lượng. 5
6. Hình 1.3: Sơ đồ khối của máy thu GPS  Cơ sở định vị của máy thu  Trong không gian hai chiều o Nếu biết được vị trí máy thu cách một điểm A là a , như vâỵ máy thu đó nằm trên bất kì vi ̣trí nào trên đường tròn tâm A, bán kính là a. o Nếu máy thu cách điểm cố điṇ h B môṭ khoảng là b , thì lúc này máy thu nằm ở bất kì vi ̣trí nào trên đường tròn bán kính là b. Nếu lấy 2 giả thiết này thì máy thu sẽ nằm 1 trong 2 điểm cắt nhau của 2 đường tròn này. o Nếu máy thu đang cách điểm C môṭ khoảng là c thì lúc này máy thu sẽ ở vị trí M theo hình ve ̃ bên dưới. 6
7.  Trong không gian ba chiều o Nếu biết khoảng cách của máy thu đến vệ tinh thứ nhất là a thì máy thu sẽ nằm tại bất kì đâu trên hình cầu có bán kính là a và tâm là vệ tinh thứ nhất. o Tương tư ̣ như vâỵ khi khoảng cách từ máy thu đến vê ̣tinh thứ hai môṭ khoảng là b thì máy thu sẽ nằm bất kì đâu trên hình cầu bán kính b , tâm là vê ̣tinh thứ 2. Và hợp hai điều kiêṇ trên, máy thu sẽ nằm trên đường tròn giao giữa hai hình cầu trên. o Nếu biết được khoảng cách máy thu đến vê ̣tinh thứ ba là c thì máy thu sẽ nằm bất kì đâu trên hình cầu bán kính là c , tâm hình cầu thứ ba . Lúc này giao 3 măṭ cầu laị thì máy thu sẽ nằm tại một trong 2 điểm giao nhau của hình cầu này. 7
8. o Trong hai giao điểm trên thì môṭ điểm nằm trên bề măṭ trái đất , và một điểm nằm rất xa không trên trái đất . Như vâỵ se ̃ loaị trừ đươc̣ điểm không nằm trên măṭ đất dưạ vào hình cầu thứ 4 chính là trái đất. o Viêc̣ dùng trái đất làm mă ̣t cầu thứ 4 thì đã bỏ qua độ cao , vì vậy muốn biết cả chiều cao của vâṭ thể cần điṇ h vi ̣thì cần có thêm vê ̣tinh thứ 4 tham gia vào.  Giao thức truyền nhận dữ liệu NMEA NMEA là một giao thức chuẩn để trao đổi dữ liệu giữa các thiết bị điện tử hàng hải máy dò đáy biển, máy đo gió, máy GPS, được thiết lập và quản lý bởi hiệp hội điện tử hàng hải quốc gia Mỹ. Chuẩn này sử dụng bộ mã ASCII để định dạng dữ liệu và truyền nhận bằng phương thức truyền thông nối tiếp bất đồng bộ UART. Dữ liệu được định dạng bằng một chuỗi các ký tự ASCII và được truyền từ nơi phát tới một hay nhiều nơi nhận. Thông số truyền UART của NMEA 0183 như sau: Mỗi chuỗi NMEA bắt đầu bằng ký tự ‘$’. Năm ký tự tiếp theo thể hiện loại phương tiện phát và loại thông điệp. Tiếp theo là các trường dữ liệu và được ngăn cách bởi dấu ‘,’. Cuối cùng là trường checksum để kiểm tra lỗi dữ liệu, trường này bắt đầu bằng dấu ‘*’ và 2 ký tự hexa. Kết thúc chuỗi NMEA là ký tự xuống hàng và tạo hàng mới ( ). Định dạng chuỗi NMEA mang thông tin địa lý thường dùng hiện nay như sau: $GPGLL,xxxx.xxxxxx,X,yyyyy.yyyyyy,Y,hhmmss.sss,A,A*checksum 1.2 Các module GPS thông dụng Với việc công nghệ GPS đang được sử dụng rộng rãi và những lợi ích của nó mang lại, hiện nay trên thị trường có rất nhiều thiết bị sử dụng công nghệ này. 8
9. Riêng trong lĩnh vực nghiên cứu và chế tạo hệ thống định vị GPS, một số Module thông dụng được sử dụng hiện nay như: SIM548CZ GPS Module - EM-406A GPS Module - EM-410 Chip GS01-XN934 GPS Module Holux GR-89 GPS Module Holux M-89 1.3. Giới thiệu hệ thống GSM 1.3.1 Giới thiệu GSM (Global Services Mobile Communications): Hệ thống thông tin di động toàn cầu xuất hiện ở châu Âu năm 1991. Giao tiếp vô tuyến của GSM dựa trên công nghệ TDMA kết hợp với FDMA . Chuẩn GSM có các ưu điểm sau:  Nâng cao hiệu quả việc sử dụng phổ.  Mở rộng vùng hoạt động mang tính quốc tế.  Chất lượng tốt, giá thành giảm.  Tương thích với mạng ISDN và các mạng khác.  Cung cấp thêm nhiều dịch vụ mới . 1.3.2 Đặc điểm của mạng GSM 9