Đồ án Hệ thống định vị toàn cầu GPS giám sát thiết bị bằng điện thoại android (Phần 1)

Nội dung text: Đồ án Hệ thống định vị toàn cầu GPS giám sát thiết bị bằng điện thoại android (Phần 1)

1. BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP.HCM KHOA ÐIỆN – ÐIỆN TỬ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP NGÀNH KỸ THUẬT ĐIỆN - ĐIỆN TỬ HỆ THỐNG ÐỊNH VỊ TOÀN CẦU GPS GIÁM SÁT THIẾT BỊ BẰNG ÐIỆN THOẠI ANDROID GVHD: THS. PHẠM HOÀNG THÔNG SVTH: NGUYỄN PHÚ DƯƠNG MSSV: 10101025 SVTH: PHẠM DUY PHƯỚC MSSV: 10101098 SKL003152 Tp. Hồ Chí Minh, tháng 07/2014
2. 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 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP NGÀNH KỸ THUẬT ĐIỆN- ĐIỆN TỬ ĐỀ TÀI: HỆ THỐNG ĐỊNH VỊ TOÀN CẦU GPS GIÁM SÁT THIẾT BỊ BẰNG ĐIỆN THOẠI ANDROID GVHD: THS PHẠM HOÀNG THÔNG SVTH: NGUYỄN PHÚ DƯƠNG MSSV: 10101025 SVTH: PHẠM DUY PHƯỚC MSSV: 10101098 Tp. Hồ Chí Minh - 7/2014
3. Hệ thống định vị toàn cầu GPS GVHD: Ths Phạm Hoàng Thông PPHHẦẦNN AA GGIIỚỚII TTHHIIỆỆUU Phần A : Giới Thiệu Trang 1
4. Hệ thống định vị toàn cầu GPS GVHD: Ths Phạm Hoàng Thông TRƢỜNG ĐH. SƢ 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 30 tháng 6 năm 2014 NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Họ tên sinh viên: Nguyễn Phú Dƣơng MSSV: 10101025 Phạm Duy Phƣớc MSSV: 10101098 Chuyên ngành: Kỹ thuật Điện - Điện tử Mã ngành: 01 Hệ đào tạo: Đại học chính quy Mã hệ: 1 Khóa: 2010 Lớp: 101012 I. TÊN ĐỀ TÀI: II. NHIỆM VỤ: 1. Các số liệu ban đầu: 2. Nội dung thực hiện: III. NGÀY GIAO NHIỆM VỤ: 10/3/2014 IV. NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ: 7/07/2014 V. HỌ VÀ TÊN CÁN BỘ HƢỚNG DẪN: THS. PHẠM HOÀNG THÔNG CÁN BỘ HƢỚNG DẪN BM. ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP THS. PHẠM HOÀNG THÔNG TS NGUYỄN THANH HẢI Phần A : Giới Thiệu Trang 2
5. Hệ thống định vị toàn cầu GPS GVHD: Ths Phạm Hoàng Thông TRƢỜNG ĐẠI HỌC SPKT TPHCM CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Khoa Điện - Điện Tử Độc lập - Tự do - Hạnh phúc Bộ Môn Điện Tử Công Nghiệp Tp. Hồ Chí Minh, ngày tháng năm 2014 LỊCH TRÌNH THỰC HIỆN ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Họ tên sinh viên 1: Lớp: MSSV: Họ tên sinh viên 2: Lớp: MSSV: Tên đề tài: Tuần/ngày Nội dung Xác nhận GVHD GV HƢỚNG DẪN (Ký và ghi rõ họ và tên) THS PHẠM HOÀNG THÔNG Phần A : Giới Thiệu Trang 3
6. Hệ thống định vị toàn cầu GPS GVHD: Ths Phạm Hoàng Thông LỜI MỞ ĐẦU Công nghệ định vị toàn cầu GPS đang ngày càng phát triển và đƣợc ứng dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực trong cuộc sống nhƣ: bản đồ, thủy văn, viễn thông, an ninh Đề tài: Hệ thống định vị toàn cầu GPS và giám sát đối tƣợng bằng điện thoại Android” xuất phát từ những nhu cầu cấp thiết của thực tế. Vì vậy, nhóm muốn thiết kế một hệ thống nhỏ gọn có khả năng định vị đối tƣợng và hiện thị trên google map bằng điện thoại chạy hệ điều hành Android. Sau một thời gian nghiên cứu và phát triển đề tài, nhóm chúng em đã hoàn thành một sản phầm hoàn chỉnh gồm một ứng dụng giám sát đối tƣợng đƣợc chạy trên hệ điều hành android của điện thoại di đông, máy tính bảng và hai module định vị GPS. Sản phẩm của nhóm đã cho ra một kết quả chính xác và thực hiện đƣợc một số chức năng có thể phục vụ nhu cầu về bản đồ và an ninh Nội dung đề tài gồm các phần chính là:  Phần A: Giới thiệu.  Phần B: Nội dung trình bày về cơ sở lý thuyết, cách thức lập trình và kết quả đạt đƣợc của đồ án. Mặc dù ngƣời thực hiện đề tài đã cố gắng hoàn thành nhiệm vụ đề tài đặt ra và đúng thời hạn nhƣng chắc chắn sẽ không tránh khỏi những thiếu sót, mong quý Thầy/Cô và các bạn sinh viên thông cảm. Ngƣời thực hiện đề tài mong nhận đƣợc những ý kiến đóng góp của quý Thầy/Cô và các bạn sinh viên. Ngƣời thực hiện đề tài NGUYỄN PHÚ DƯƠNG - PHẠM DUY PHƯỚC Phần A : Giới Thiệu Trang 4
7. Hệ thống định vị toàn cầu GPS GVHD: Ths Phạm Hoàng Thông LỜI CẢM ƠN Trƣớc tiên, em muốn gửi lời cảm ơn sâu sắc nhất đến Ths Phạm Hoàng Thông, ngƣời đã tận tình giúp đỡ, hƣớng dẫn chi tiết và khắc phục những vƣớng mắc, sự cố trong quá trình nhóm nghiên cứu, thực hiện đề tài này. Em xin bày tỏ lời cảm ơn sâu sắc đến những thầy cô giáo đã giảng dạy em trong bốn năm qua, những kiến thức mà em nhận đƣợc trên giảng đƣờng đại học sẽ là hành trang giúp em vững bƣớc trong tƣơng lai. Em cũng muốn gửi lời cảm ơn đến các anh chị và các bạn trong nhóm, lớp đã giúp đỡ và cho em những lời khuyên bổ ích về chuyên môn trong quá trình nghiên cứu giúp em hoàn thành đề tài đúng tiến độ. Cuối cùng, em muốn gửi lời cảm ơn sâu sắc đến tất cả bạn bè, và đặc biệt là cha mẹ những ngƣời thân luôn kịp thời động viên và giúp đỡ em vƣợt qua những khó khăn trong cuộc sống. Do năng lực còn hạn chế và thời gian nghiên cứu có hạn nên nhóm thực hiện đề tài không tránh khỏi những thiếu sót, rất mong quý thầy cô, các bạn thông cảm và cùng đóng góp ý kiến để đề tài ngày càng hoàn thiện hơn. Xin chân thành cảm ơn! Ngƣời thực hiện đề tài NGUYỄN PHÚ DƯƠNG - PHẠM DUY PHƯỚC Phần A : Giới Thiệu Trang 5
8. Hệ thống định vị toàn cầu GPS GVHD: Ths Phạm Hoàng Thông NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN Tp. HCM, ngày tháng năm 2014 Giáo viên hƣớng dẫn Ths Phạm Hoàng Thông Phần A : Giới Thiệu Trang 6
9. Hệ thống định vị toàn cầu GPS GVHD: Ths Phạm Hoàng Thông NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN PHẢN BIỆN Tp. HCM, ngày tháng năm 2014 Giáo viên phản biện Phần A : Giới Thiệu Trang 7
10. Hệ thống định vị toàn cầu GPS GVHD: Ths Phạm Hoàng Thông MỤC LỤC NỘI DUNG TRANG PHẦN A: GIỚI THIỆU Trang bìa 1 Nhiệm vụ đồ án 2 Lịch trình thực hiện đồ án 3 Lời mở đầu 4 Lời cảm ơn 5 Nhận xét của giảng viên hƣớng dẫn 6 Nhận xét của giảng viên phản biện 7 Mục lục 8 Liệt kê hình vẽ 10 Liệt kê bảng 12 PHẦN B: NỘI DUNG CHƯƠNG I: DẪN NHẬP 1.1. Đặt vấn đề 16 1.2. Lý do chọn đề tài. 16 1.3. Ý tƣởng thực hiện 17 1.4. Đối tƣợng nghiên cứu 17 1.5. Mục tiêu đồ án 17 1.6. Ý nghĩa thực tiễn 18 1.7. Giới hạn đồ án 19 CHƯƠNG II : CƠ SỞ LÝ THUYẾT 2.1 Tổng quan về GPS 2.1.1 Lịch sử hình thành và phát triển của hệ thống GPS 20 2.1.2 Các thành phần của GPS 21 2.1.2.1 Phần không gian – Space segment: 21 2.1.2.2 Phần kiểm soát – Control segment: 22 2.1.2.3 Phần sử dụng – User segment: 23 2.1.3 Hoạt động của hệ thống GPS 23 2.1.4 Phƣơng trình xác định tọa độ GPS 24 Phần A : Giới Thiệu Trang 8
11. Hệ thống định vị toàn cầu GPS GVHD: Ths Phạm Hoàng Thông 2.1.5 Hiệu chỉnh đồng hồ bộ thu 25 2.1.6 Tín hiệu GPS 26 2.1.7 Độ chính xác của thiết bị GPS 26 2.1.8 Nguồn lỗi của bộ thu GPS 26 2.1.9 Ứng dụng GPS 27 2.2 Giao thức GPS 28 2.2.1 MEA Protocol 28 2.2.1.1 Giới thiệu 28 2.2.1.2 Giải mã NGiới thiệu về NMEA Protocol 29 2.3 Hệ thống thông tin di động GSM 30 2.3.1 Tổng quan 30 2.3.2 Lịch sử phát triển mạng GSM 30 2.3.3 Giao tiếp Radio 31 2.3.4 Cấu trúc hệ thống GSM 31 2.3.5 Dịch vụ số cải tiến GPRS 33 2.3.5.1 Sơ lƣợc về GPRS 33 2.3.5.2 Đặc điểm của hệ thống GPRS 34 2.3.5.3 Chức năng kết nối IP của GPRS 35 2.3.5.4 Các lớp thiết bị GPRS 36 2.4 Vi điều khiển PIC 16F887 37 2.4.1 Giới thiệu về vi điều khiển 37 2.4.2 Giới thiệu về vi điều khiển PIC 38 2.4.3 Một số đặc tính chung của vi điều khiển PIC 38 2.4.3.1 Đặc tính ngoại vi 39 2.4.3.2 Đặc tính tƣơng tự 39 2.4.3.3 Các đặc tính đặc biệt của vi điều khiển 39 2.4.3.4 Công nghệ CMOS 40 2.4.4 Cấu hình PIC 16f887 40 2.4.5 Sơ đồ chân và chức năng PIC 16F887 41 2.4.6 Tổ chức bộ nhớ 43 2.4.6.1 Kiến trúc bộ nhớ 43 2.4.6.2 Bộ nhớ chƣơng trình 44 2.4.6.3 Bộ nhớ dữ liệu 45 2.4.7 Giao thức UART 46 2.4.7.1 Sơ lƣợc về chuẩn UART 46 2.4.7.2 Quá trình truyền trong vi điều khiển PIC 16f887 47 Phần A : Giới Thiệu Trang 9
12. Hệ thống định vị toàn cầu GPS GVHD: Ths Phạm Hoàng Thông 2.4.7.3 Quá trình nhận trong vi điều khiển PIC 16f887 49 2.4.7.4 BaudRate và Công thức tính Baud Rate 50 2.5 Khái quát về module sim908 51 2.5.1 Giới thiệu chung 51 2.5.2 Đặc điểm Module Sim908 51 2.5.3 Sơ đồ khối và chức năng 55 2.6 Tổng quan về hiệu ứng Hall 59 2.6.1 Lý thuyết về hiệu ứng Hall 59 2.6.2 Giới thiệu về cảm biến Hall A3144EUA 60 2.7 Tổng quan về hệ điều hành android 60 2.7.1 Khái niệm 61 2.7.2 Lịch sử phát triển 61 2.7.3 Chức năng chính của Android 62 2.7.4 Kiến trúc Android 63 2.7.5 Các công cụ và môi trƣờng phát triển Android 64 2.7.6 Cấu trúc một dự án Android 64 2.8 Hƣớng dẫn lập trình hƣớng đối tƣợng cho Android 64 CHƢƠNG III:THIẾT KẾ PHẦN CỨNG 3.1 Sơ đồ khối hệ thống và chức năng từng khối 68 3.1.1 Sơ đồ khối hệ thống 69 3.1.2 Chức năng từng khối 69 3.2 Thiết kế sơ đồ nguyên lí phần cứng 70 3.2.1 Thiết kế phàn cứng Module Sim908 70 3.2.1.1 Phần cứng GSM/GPRS 70 3.2.1.2 Phần cứng GPS 76 3.2.2 Thiết kế phần cứng cho vi điều khiển 77 3.2.3 Thiết kế khối nguồn 79 3.2.4 Thiết kế khối hiển thị LCD 80 3.2.5 Thiết kế khối đo tốc độ bằng cảm biến Hall 80 3.2.6 Khối lƣu dữ liệu ngoài EEPROM 81 3.3 Sơ đồ nguyên lí và mạch in 81 3.3.1 Sơ đồ nguyên lí 81 3.3.2 Sơ đồ mạch in 82 CHƢƠNG IV: LẬP TRÌNH ĐIỀU KHIỂN 4.1 Tập lệnh AT Command 84 4.2 Lệnh AT điều khiển module GSM/GPS 85 Phần A : Giới Thiệu Trang 10
13. Hệ thống định vị toàn cầu GPS GVHD: Ths Phạm Hoàng Thông 4.2.1 Khởi động module sim 85 4.2.1.1 khởi động module GSM 85 4.2.1.2 khởi động module GPS 86 4.2.2 Thiết lập gửi tin nhắn và cuộc gọi 87 4.2.3 Kết nối GPRS với Server 88 4.2.3.1 Kết nối 88 4.2.3.2 Truyền gói dữ liệu 89 4.3 Lập trình vi điều khiển PIC 16f887 giao tiếp Module sim 89 CHƯƠNG V: XÂY DỰNG CHƯƠNG TRÌNH HIỆN THỊ VỊ TRÍ ĐỐI TƯỢNG 5.1 Phân tích yêu cầu đặt ra 91 5.1.1 Mô tả bài toán 91 5.1.2 Mô tả chức năng 91 5.2 Lựa chọn phƣơng án thực hiện 94 5.3 Lƣu đồ giải thuật 95 5.4 Cài đặt chƣơng trình 98 5.5 Lập trình ứng dụng hiện thị đối tƣợng lên Google map 101 5.5.1 Lấy Key Google Map API 101 5.5.2 Lập trình Google map 105 CHƯƠNG VI: KẾT QUẢ 6.1 Kết quả đạt đƣợc 114 6.1.1 Thiết kế và thực hiện thành công mạch phần cứng thu nhận tín hiệu GPS 114 6.1.2 Xây dựng thành công công chƣơng trình hiển thị chính xác vị trí đối tƣợng trên điện thoại android 116 6.2 Kết quả thực nghiệm đánh giá sai số của thiết bị 118 6.3 Nhận xét 120 CHƯƠNG VII: KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN 7.1 Kết luận 121 7.1.1 Ƣu điểm và khuyết điểm của sản phẩm 121 7.1.2 Đánh giá 121 7.2 Hƣớng phát triển của đề tài 122 Phần A : Giới Thiệu Trang 11
14. Hệ thống định vị toàn cầu GPS GVHD: Ths Phạm Hoàng Thông LIỆT KÊ HÌNH VẼ Hình Trang Hình 2.1 Các thành phần của hệ thống GPS 21 Hình 2.2 : Trạm vệ tinh không gian 22 Hình 2.3: Phần kiểm soát trên mặt đất 22 Hình 2.4 Thiết bị nhận tín hiệu vệ tinh GPS 23 Hình 2.5: Hệ trục tọa độ máy thu GPS – Vệ tinh 24 Hình 2.6 Mô phỏng vị trí bốn vệ tinh GPS 25 Hình 2.7: Cấu trúc mạng GSM 32 Hình 2.8: Kết nối GPRS-Internet 36 Hình 2.9 cấu hình của PIC 16F887 41 Hình 2.10 Sơ đồ chân PIC 16F887 41 Hình 2.11 Kiến trúc Havard 44 Hình 2.12 Kiến trúc Von Neumann 44 Hình 2.13 : Bộ nhớ chƣơng trình 45 Hình 2.14 Bộ nhớ dữ liệu 46 Hình 2.15 Dạng sóng truyền UART 47 Hình 2.16 Sơ đồ khối bộ truyền UART 48 Hình 2.17 Dạng sóng nhận UART 48 Hình 2.18 Sơ đồ khối bộ nhận UART 49 Hình 2.19 Thanh ghi quy định chế độ nhận 50 Hình 2.20 : Board mạch Module Sim908 52 Hình 2.21 Sơ đồ chức năng của SIM908 55 Hình 2.22. Nguyên lý hiêu ứng Hall khi chƣa có từ trƣờng. 59 Hình 2.23: nguyên lí hoạt động khi có từ trƣờng 60 Hình 2.24: Sơ đồ chân và thông số kỹ thuật của cảm biến Hall A3144EUA 60 Hình 2.25 Logo của hệ điều hành Android 61 Hình 2.26 Các thành viên của liên minh di động mở 62 Hình 2.27 : Kiến trúc Adroid 63 Hình 2.28: Giao diện tạo project mới của Eclipse 65 Hình 2.29: Giao diện và cửa sổ thuộc tính trên Eclipse 66 Hình 2.30 : Tạo Editext và Textview trong Graphical Layout 66 Hình 3.1 Mô hình nguyên lí làm việc của hệ thống 68 Hình 3.2 sơ đồ khối của phần định vị 69 Phần A : Giới Thiệu Trang 12
15. Hệ thống định vị toàn cầu GPS GVHD: Ths Phạm Hoàng Thông Hình 3.3 Sơ đồ chân của module Sim908 70 Hình 3.4: Bật chế độ hoạt động cho phần GSM/GPRS sử dụng nút nhấn .71 Hình 3.5: Bật nguồn cho hoạt động bằng phần mềm lập trình. 71 Hình 3.6: Thời gian bật chế độ hoạt động của phần GSM/GPRS 72 Hình 3.7: Thời gian tắt chế độ hoạt động của phần GSM/GPRS .73 Hình 3.8 Sơ đồ kết nối giữa module sim và đèn NETLIGHT 73 Hình 3.9: Mạch giao tiếp SIM Card Holder 74 Hình 3.10: Sơ đồ chuyển mức điện áp giao tiếp giữa PIC 16f887 và Module SIM908 75 Hình 3.11: Sơ đồ giao tiếp giữa PIC 16f887 và Module SIM908 trực tiếp 75 Hình 3.12 Sơ đồ thiết kế khối Module sim908 77 Hình 3.13: Sơ đồ nguyên lí của khối vi điều khiển PIC16f887 78 Hình 3.14 Sơ đồ mắc thạch anh với vi điều khiển PIC 16f887 78 Hình 3.15: Sơ đồ nối với chân Reset của vi điều khiển PIC 16f887 78 Hình 3.16: Sơ đồ nguyên lý mạch nguồn sử dụng IC nguồn LM2596 79 Hình 3.17 : Đặc tuyến V-A của IC nguồn xung LM2596 80 Hình 3. 18 : Sơ đồ nguyên lý kết nối LCD với vi điều khiển 80 Hình 3.19 Sơ đồ nguyên lí cảm biến Hall kết nối tạo xung ngõ ra 81 Hình 3.20: sơ đồ nguyên lí kết nối EEPROM với vi điều khiển. 81 Hình 3.21: Sơ đồ nguyên lí của toàn mạch 82 Hình 3.22 : mạch in board chính 82 Hình 3.23 : mạch in khối cảm biến Hall 83 Hình 4.1: Quá trình gửi tin nhắn 87 Hình 4.2 : Lệnh kết nối GPRS giữa Sim và Server 88 Hình 4.3: Lệnh gửi dữ liệu qua GPRS .89 Hình 4.4 Lƣu đồ tổng quát hoạt động của chƣơng trình 90 Hình 4.5 : Lƣu đồ khởi động và cấu hình module sim908 91 Hình 4.6 Lƣu đồ ngắt nhận dữ liệu nối tiếp theo chuẩn UART 92 Hình 4.7 Lƣu đồ chƣơng trình kiểm tra module sim chấp nhận lệnh AT command 93 Hình 4.8 : Lƣu đồ chƣơng trình lọc ra bản tin gồm kinh độ và vĩ độ 94 Hình 4.9: Cấu trúc bản tin nhận từ module sim bằng lệnh AT+CGPSINF=32 94 Hình 5.1 Lƣu đồ thay đổi Activity 95 Hình 5.2 Lƣu đồ LoginActivity 96 Hình 5.3 Lƣu đồ MainActivity 97 Hình 5.4 Lƣu đồ GooglemapActivity 98 Hình 5.5 Giao diện tiến hành cài đặt chƣơng trình Android. 99 Phần A : Giới Thiệu Trang 13
16. Hệ thống định vị toàn cầu GPS GVHD: Ths Phạm Hoàng Thông Hình 5.6 Giao diện cài đặt tham chiếu đến SDK 100 Hình 5.7 Giao diện cài đặt, update các phiên bản android 101 Hình 5.8: Biểu tƣợng khởi động eclipse 101 Hình 5.9: Cách lấy SHA1 102 Hình 5.10 : Cách lấy Google Map API 103 Hình 5.11 : Thủ tục cần thiết để có đƣợc key google map 103 Hình 5.12 : Giao diện điền SHA1 và package của đề tài 104 Hình 5.13 : Key google map đƣợc google cấp thành công 105 Hình 5.14 : tạo project với phiên bản Android phù hợp với cấu hình máy 105 Hình 5.15 Lựa chọn android 4.2.2 để thực hiện đề tài 105 Hình 5.16 Giao diện thiết kế LoginActivty 109 Hình 5.17: Giao diện phần MainActivity 110 Hình 5.18: Bảng điều khiển lựa chọn chế độ giám sát đối tƣợng 112 Hình 5.19: Giao diện thiết kế Graphical layout của GooglemapActivity 113 Hình 6.1: Phần cứng định vị module 1 114 Hình 6.2: Phần cứng định vị module 2 115 Hình 6.3: Giao diện Android chạy trên MainActivity 116 Hình 6.4: Giám sát hai phƣơng tiện giao thông cùng lúc 117 Hình 6.5 Giám sát một phƣơng tiện giao thông 118 LIỆT KÊ BẢNG Bảng Trang Bảng 2.1: Sơ đồ mã hóa và tốc độ dữ liệu lớn nhất trên giao diện vô tuyến .55 Bảng 2.2: Sơ đồ chân của Module sim908 59 Bảng 3.1: Bảng trạng thái làm việc của NETLIGHT .71 Bảng 3.2: Mức logic của chân Serial port. 76 Bảng 3.3 : Lệnh điều khiển khối GPS 76 Bảng 4.1: Cú pháp lệnh AT 85 Bảng 4.2 Tổng quan một số lệnh điều khiển 86 Phần A : Giới Thiệu Trang 14
17. Hệ thống định vị toàn cầu GPS GVHD: Ths Phạm Hoàng Thông PHẦN B NỘI DUNG Chương 1: Dẫn nhập Trang 15
18. Hệ thống định vị toàn cầu GPS GVHD: Ths Phạm Hoàng Thông CHƢƠNG I : DẪN NHẬP 1.1 Đặt vấn đề Sự phát triển nhanh chóng của khoa học công nghệ cho phép con người tạo ra nhiều sản phẩm ứng dụng vào cuộc sống, những ứng dụng đó đã làm cho cuộc sống của con người trở nên tiện lợi hơn. Công nghệ định vị GPS là một trong những phát minh đã có những đóng góp to lớn trong nhiều lĩnh vực như giao thông vận tải, hàng không, quân sự, địa chất, .và ngày nay, công nghệ GPS vẫn không ngừng phát triển để đáp ứng những nhu cầu của con người. Các giải pháp ứng dụng công nghệ định vị GPS được đưa ra trong nhiều lĩnh vực về địa chất, thủy văn, bản đồ, viễn thông, giao thông đã góp phần đem lại hiệu quả to lớn trong việc tiết kiệm thời gian, tiền bạc, công sức cho con người, đặc biệt là các chủ doanh nghiệp và nhà nước Thiết bị định vị GPS cho taxi, xe bus, xe vận tải hàng hóa, xe công trình giúp các chủ doanh nghiệp quản lý, giám sát hệ thống xe, quá trình hoạt động của xe, tình trạng xe, tuyến đường đi, đảm bảo cho xe chạy an toàn và đúng lộ trình được giao. Nhiều năm qua, tại Việt Nam, nạn trộm cắp xe đang trở nên nhức nhối. Trước thực trạng này, việc lắp đặt thiết bị định vị GPS trong xe là giải pháp thiết yếu. Một thiết bị theo dõi xe, thời gian thực liên tục phát đi một tín hiệu sẽ giúp bạn có thể theo dõi vị trí xe vào bất kỳ thời điểm nào. Ngay khi có người cố gắng khởi động xe của bạn, lập tức thiết bị sẽ gửi cho bạn một tín hiệu báo động. Hơn thế nữa, tiến bộ công nghệ đã tạo ra những thiết bị theo dõi xe rất nhỏ gọn và dễ dàng để cài đặt riêng. Chúng cho phép bạn tìm các tuyến đường khác nhau và giúp đỡ bạn trong việc truy tìm địa điểm nếu bạn bị lạc. Với những tính năng trên, GPS đang dần trở thành người bạn đồng hành với các cá nhân và nhiều doanh nghiệp, đặc biệt là các doanh nghiệp hoạt động trong lĩnh vực vận tải. Đặc biệt, công nghệ GPS còn được sử dụng trong khai thác dầu mỏ và khí đốt giúp quản lý tài nguyên dầu mỏ hợp lý và tiết kiệm, có thể định vị vị trí chính xác để khai thác dầu mỏ 1.2 Lí do chọn đề tài Với sự phát triển nhanh chóng của khoa học kỹ thuật, công nghệ GPS cũng đang phát triển mạnh mẽ và đang được áp dụng trong nhiều lĩnh vực trong cuộc sống hàng ngày. Cùng với sự phát triển không ngừng của các phương tiện giao thông vận tải như máy bay, ô tô, xe máy, đòi hỏi chủ phương tiện phải sở hữu hệ thống có khả năng giám sát phương tiện. Nhu cầu đi lại, du lịch của con người ở các đất nước khác đòi hỏi cần có một hệ thống có khả năng chỉ dẫn đường hiệu quả và nhanh chóng Chương 1: Dẫn nhập Trang 16
19. Hệ thống định vị toàn cầu GPS GVHD: Ths Phạm Hoàng Thông Là sinh viên chuyên ngành kỹ thuật Điện Tử, đã được các thầy cô trong trường trang bị cho các kiến thức chuyên ngành liên quan. Đồng thời với mong muốn mở mang, tìm hiểu, nghiên cứu thêm các kiến thức về kỹ thuật công nghệ mới, tạo tiền đề cho việc phát triển các ứng dụng hữu ích sau này. Do đó, nhóm thực hiện đề tài mong muốn thiết kế một thiết bị nhỏ gọn ứng dụng công nghệ định vị GPS để có thể xác định vị trí của các đối tượng di chuyển, đặc biệt là các phương tiện giao thông công cộng như xe máy, xe hơi giúp cho việc quản lí các phương tiện cá nhân một cách an toàn và tiện lợi hơn, có thể thông báo chính xác địa điểm hiện tại của các phương tiện di chuyển trên các tuyến đường với mức chi phí hợp lý và hiệu quả sử dụng cao. 1.3 Mục tiêu đề tài Thiết kế, thi công hệ thống định vị toàn cầu GPS giám sát đối tượng bằng điện thoại di động sử dụng hệ điều hành Android. Hệ thống định vị toàn cầu GPS giám sát đối tượng bằng điện thoại di động sử dụng hệ điều hành Android được cấu trúc bởi 2 phần: Phần một :là phần module có khả năng định vị toàn cầu GPS được gắn vào một đối tượng di động hoặc cố định ( ví dụ: xe máy, ô tô, con người, một vị trí trong nhà ), module sẽ gửi thông tin vị trí của đối tượng đó về điện thoại di động. Phần hai : là một ứng dụng Android được lập trình bởi công cụ Eclipse, có nhiệm vụ xử lý tin nhắn SMS chứa nội dung thông tin tọa độ, thời gian, tốc độ, biển số xe. Ứng dụng cho phép người dùng có thể theo dõi được 2 phương tiện cùng một lúc. 1.4 Nội dung thực hiện Đề tài được chia thành 2 phần chính sau: Phần module định vị: Module định vị được gắn vào đối tượng cần giám sát, có nhiệm vụ định vị vị trí đối tượng, hiển thị tọa độ lên LCD (nếu được gắn thêm vào) và gửi thông tin vị trí: kinh độ, vĩ độ, tốc độ hiện tại của đối tượng tới điện thoại của người dùng thông qua tin nhắn SMS. Phần ứng dụng trên điện thoại di động: Nhận và xử lý bản tin từ module định vị. Hiển thị vị trí của đối tượng trên bản đồ Google maps. Hệ thống có thể giám sát được nhiều đối tượng trên cùng một điện thoại di động. Lưu lại các thông tin vị trí của đối tượng trong một cơ sở dữ liệu trên điện thoại để truy vấn lịch sử vị trí đối tượng. Bảo mật dữ liệu cho người dùng. 1.5 phƣơng pháp nghiên cứu Chương 1: Dẫn nhập Trang 17
20. Hệ thống định vị toàn cầu GPS GVHD: Ths Phạm Hoàng Thông Giải pháp để thực hiện đề tài là kết hợp sử dụng chip vi điều khiển PIC 16f887 và module SIM908 – một sản phẩm tích hợp hai thành phần GSM/GPRS và GPS của hãng SIMCOM. Phương pháp nghiên cứu được sử dụng trong đề tài là phương pháp tham khảo tài liệu và phương pháp thực nghiệm: Phương pháp tham khảo tài liệu tập trung vào các vấn đề nghiên cứu, tìm hiểu công nghệ GSM/GPS; module SIM908 cùng các tập lệnh thiết lập, điều khiển module; họ vi điều khiển PIC mà cụ thể là vi điều khiển PIC 16f887; hệ điều hành Android trên điện thoại. Phương pháp thực nghiệm được sử dụng để kiểm tra lại những kiến thức tham khảo, những lập trình, thiết kế, thi công của nhóm thực hiện đề tài. Hai phương pháp này được thực hiện đan xen lẫn nhau, khi thực nghiệm chưa đạt được kết quả như mong muốn thì quay lại nghiên cứu, tham khảo tài liệu rồi chỉnh sửa để có được kết quả thực nghiệm như mong muốn. 1.6 Bố cục của đề tài - Đồ án thực hiện bao gồm những nội dung chính như sau: - Giới thiệu ban đầu: Đưa ra vấn đề cần giải quyết, xây dựng ý tưởng giải quyết đề tài, giới thiệu tổng quan về tình hình nghiên cứu hiện nay và đưa ra ý nghĩa thực tiễn của nó. - Tìm hiểu và phân tích: Các khái niệm, cơ sở lý thuyết ban đầu về các vấn đề liên quan đến công nghệ GPS, phân tích cấu trúc module SIM908, vi điều khiển PIC 16F887, hệ điều hành Android và các kiến thức liên quan đến thực hiện đề tài được trình bày trong chương 2 (cơ sở dữ liệu). - Thiết kế và thi công hệ thống: Trình bày về sơ đồ khối hệ thống, thiết kế khối nguồn cung cấp cho mạch hoạt động, thiết kế module thu nhận dữ liệu GPS từ vệ tinh, thiết kế khối vi điều khiển gửi dữ liệu qua GPRS, khối hiện thị thông tin lên LCD. Đồng thời tính toán, phân tích những khó khăn và cách khắc phục chi tiết cho từng khối thiết kế. - Thiết kế phần mềm: Giới thiệu cơ sở lý thuyết về lập trình: Ngôn ngữ lập trình CCS cho vi điều khiển PIC 16F887 cũng như các tập lệnh AT cơ bản để kiểm tra cách thức hoạt động của module SIM908 và ngôn ngữ lập trình Java trên hệ điều hành Android. Từ đó trình bày các phương thức lập trình cho module gửi tọa độ định vị được đến điện thoại Android, xây dựng phần mềm hiển thị vị trí trên bản đồ online bằng ngôn ngữ lập trình Java trên phần mềm Eclipse, tạo cơ sở dữ liệu lưu trữ vị trí, tọa độ thu thập trong cơ sơ dữ liệu. - Kết quả nghiên cứu thực hiện: Trình bày những kết quả của đồ án đã thực hiện được, đánh giá và so sánh kết quả với thực nghiệm. - Kết luận và hướng phát triển đề tài: nêu bật những ưu, khuyết điểm của đề tài, những kiến thức và kinh nghiệm đã thu được trong quá trình thực hiện đề tài. 1.7 Ý nghĩa thực tiễn Chương 1: Dẫn nhập Trang 18
21. Hệ thống định vị toàn cầu GPS GVHD: Ths Phạm Hoàng Thông Thành quả của đề tài đã tạo ra một thiết bị có thể điều khiển và xác định được vị trí của đối tượng qua tin nhắn SMS, là nền tảng để thiết kế ra các thiết bị có ứng dụng thực tiễn hơn nữa ví dụ như theo dõi tốc độ, quãng đường đi được của đối tượng Thành quả của đề tài là một thiết bị có khả năng giám sát từ xa thông qua mạng GSM/GPRS có thể thông báo cho người dùng biết được vị trí của đối tượng cần giám sát với độ chính xác tương đối, và hiển thị vị trí tọa độ lên bản đồ Google Maps thông qua chiếc điện thoại cầm tay chạy hệ điều hành android của người dùng. Tuy mới chỉ dừng ở việc hiển thị vị trí tọa độ nhưng nó có thể đáp ứng được yêu cầu về việc giám sát, lưu trữ, tạo tính an toàn cao cho con người hay những tài sản có giá trị. Bên cạnh đó, đề tài còn là nền tảng cho việc nghiên cứu, phát triển những ứng dụng thực tiễn hơn như được trang bị thêm những tính năng tác động, thu thập thêm thông tin, điều khiển, nhằm đáp ứng tính ứng dụng cao của sản phẩm, mang lại lợi ích kinh tế cũng như tiện ích cho con người. 1.8 Giới hạn đề tài GPS là vấn đề còn mới và chưa được đưa vào giảng dạy trong nhà trường, đồng thời ở nước ta hiện nay việc ứng dụng GPS trên thực tế chưa nhiều do tính phức tạp, trình độ công nghệ chưa đủ và giá thành liên quan đến GPS khá cao. Hơn nữa thời gian thực hiện đề tài và quá trình nghiên cứu của người thực hiện có hạn. Do đó, nhóm thực hiện đề tài: “Hệ thống định vị toàn cầu gps và giám sát đối tượng trên điện thoại android” chỉ dừng lại ở việc nghiên cứu và thiết kế một thiết bị có khả năng định vị được đối tượng đứng yên hoặc di chuyển và hiển thị vị trí này trên bản đồ online được xây dựng và tích hợp trên điện thoại sử dụng hệ điều hành Android 2.2 trở lên. Chương 1: Dẫn nhập Trang 19
22. S K L 0 0 2 1 5 4