Đồ án Thiết bị chống trộm xe sử dụng hệ thống định vị GPS (Phần 1)

Nội dung text: Đồ án Thiết bị chống trộm xe sử dụng hệ thống định vị GPS (Phần 1)

1. BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP.HCM KHOA ĐIỆN - ĐIỆN TỬ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP NGÀNH CÔNG NGHỆ KỸ THUẬT ĐIỆN TỬ VÀ TRUYỀN THÔNG THIẾT BỊ CHỐNG TRỘM XE SỬ DỤNG HỆ THỐNG ĐỊNH VỊ GPS GVHD: NGUYỄN DUY THẢO SVTH: TRẦN VĂN PHÁT MSSV: 12341074 SVTH: VÕ TRẦN VĨNH MSSV: 12341126 SKL003062 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: Công Nghệ Kỹ Thuật Điện Tử và Truyền Thông ĐỀ TÀI: THIẾT BỊ CHỐNG TRỘM XE SỬ DỤNG HỆ THỐNG ĐỊNH VỊ GPS GVHD: Nguyễn Duy Thảo SVTH : Trần Văn Phát MSSV : 12341074 SVTH : Võ Trần Vĩnh MSSV : 12341126 LỚP : 123412 Tp. Hồ Chí Minh - 7/2014
3. 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: Công Nghệ Kỹ Thuật Điện Tử và Truyền Thông ĐỀ TÀI: THIẾT BỊ CHỐNG TRỘM XE SỬ DỤNG HỆ THỐNG ĐỊNH VỊ GPS GVHD: Nguyễn Duy Thảo SVTH : Trần Văn Phát MSSV : 12341074 SVTH : Võ Trần Vĩnh MSSV : 12341126 LỚP : 123412 Tp. Hồ Chí Minh - 7/2014
4. PHẦN I
5. TRƯỜNG ĐH.SPKT TPHCM CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM KHOA ĐIỆN - ĐIỆN TỬ ĐỘC LẬP - TỰ DO - HẠNH PHÚC BM ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP Tp. HCM, ngày 10 tháng 7 năm 2014 NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Họ tên sinh viên: Trần Văn Phát MSSV: 12341074 Võ Trần Vĩnh MSSV: 12341126 Chuyên ngành: Công nghệ kỹ thuật điện tử truyền thông Hệ đào tạo: Đại học chuyển tiếp Khóa: 2012 Lớp: 123412 I. TÊN ĐỀ TÀI: THIẾT BỊ CHỐNG TRỘM XE SỬ DỤNG HỆ THỐNG ĐỊNH VI GPS II. NHIỆM VỤ 1. Các yêu cầu thực hiện, thông số của đề tài: - Thi công mạch chống trộm xe sử dụng hệ thống đinh vị GPS để điều khiển thiết bị thông qua tin nhắn điện thoại, quản lý theo giỏi xe trên web server. - Phần cứng gồm có khối Module sim 908 có tích hợp hệ thống thông tin di động toàn cầu (GSM) – hệ thống định vị GPS. - Nguyên cứu phầm mềm C# để viết giao diện web server sử dụng công cụ ASP.NET mà microsoft tích hợp vào ngôn ngữ C#. - Nguyên cứu cài đặt các phần để chạy web server như IIS8. - Nguyên cứu cảm biến MPU 6050 để ứng dụng cho việc chống trôm bằng rung động, cảm biến được gắn trên xe nhằm phát hiện đối tượng chạm vào xe ,nếu có đối tượng chạm hoặc di chuyển xe thì nó tự khóa xe, đồng thời thông báo tin nhắn cho người dùng biết. - Nguyên cứu các khối điều khiển để bật tắt các phần tử bên ngoài. - Tìm hiểu các phương pháp tách chuỗi GPS từ module sim 908 gửi xuống vi điều khiển. - Tìm hiều các phương kết nối giữa module sim 908 đến web server . - Xử lý đưa vĩ độ, kinh độ nhúng vào google map , cách thức vẽ đường đi trên bản đồ google map dựa vào vĩ độ và kinh độ. 2. Các vấn đề tồn tại của ĐATN có liên quan đã thực hiện ở các khóa trước: Trong quá trình nhận đề tài này thì nhóm em cũng có tìm hiểu các đề tài nói về lĩnh vực này của các khóa trước thì em thấy các đề tài liên quan đến GPS thì có khá nhiều nhóm thực hiện. Tuy nhiên các anh khóa trước chỉ viết ứng dụng trên windowform của C# chưa thấy nhóm nào đã phát triển lên thành một web server chạy trực tiếp trên internet. Chính vì vậy nhóm em chọn để tài này để có thể nguyên cứu sâu hơn trong lĩnh vực này để mục địch hoc hỏi, nâng cao tích lũy kiến thức cho mình. 3. ĐATN giải quyết được vấn đề gì, tính mới, tính cải tiến, tính tối ưu: Khi thực hiện thiết kế ứng dụng cho hệ thống này, nhóm thực hiện cảm thấy việc quản lý trên web server dễ dàng hơn so với phần mềm là vì nếu sử dụng phần mềm thi người dùng sẽ phải cài phần mềm trên máy tin của họ. như vậy đối với một số người không biết thi vần đề cài đặt cũng không dễ dàng gì. Riêng về phần web server người dùng muốn quản lý thiết bị thì chỉ cần truy cập internet để đăng nhập vào hệ thống là có thể quản lý được các thiết bị định vị của mình gắn trên xe. 4. Kết quả đạt được của ĐATN sau khi thực hiện: Đồ án tốt nghiệp của nhóm đã thử nghiệm thành công thực tế cụ thể là gắn thiết bị này trên xe để kiểm tra các chức năng hoạt động của ứng dụng khi chưa gắn trên xe và lúc đã gắn trên xe để đưa đến kết quả. Vấn để này sẽ được trình bày ở chương kết quả thực nghiệm. II
6. III. NGÀY GIAO NHIỆM VỤ: 1/4/2014 IV. NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ: 14/7/2014 V. HỌ VÀ TÊN CÁN BỘ HƯỚNG DẪN: ThS. NGUYỂN DUY THẢO CÁN BỘ HƯỚNG DẪN BM. ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP ThS.NGUYỄN DUY THẢO TS.NGUYỄN THANH HẢI III
7. TRƯỜNG 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 10 tháng 07 năm 2014 LỊCH TRÌNH THỰC HIỆN ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Họ tên sinh viên 1: Trần Văn Phát Lớp : 123412A MSSV: 12341074 Họ tên sinh viên 2: Võ Trần Vĩnh Lớp : 123412C MSSV: 12341126 II. Tên đề tài : THIẾT BỊ CHỐNG TRỘM XE SỬ DỤNG HỆ THỐNG ĐỊNH VI GPS Tuần/ngày Nội dung Xác nhận GVHD IV
8. GV HƯỚNG DẪN (Ký và ghi rõ họ và tên) Ths. NGUYỄN DUY THẢO V
9. Trường ĐH Sư Phạm Kỹ Thuật PHIẾU CHẤM ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Khoa Điện – Điện Tử (Dành cho cán bộ hướng dẫn) BM Điện Tử Công Nghiệp Ngày 10 tháng 7 năm 2014 1. Tên đề tài tốt nghiệp: THIẾT BỊ CHỐNG TRỘM XE SỬ DỤNG HỆ THỐNG ĐỊNH VI GPS 2. Cán bộ hướng dẫn: 3. Nhận xét: . 4. Đề nghị : Được bảo vệ: Bổ sung để được bảo vệ: Không được bảo vệ: 5. Các câu hỏi sinh viên phải trả lời trước hội đồng : (dành cho cán bộ phản biện) Câu 1:. Câu 2:. 6. Đánh giá chung (bằng chữ: giỏi, khá, TB, yếu): Điểm: /10. 7. Xin mời GV hướng dẫn và GV phản biện tham gia hội đồng bảo vệ của thư mời đính kèm. Cán bộ hướng dẫn Th.S : NGUYỄN DUY THẢO V
10. Trường ĐH Sư Phạm Kỹ Thuật PHIẾU CHẤM ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Khoa Điện – Điện Tử (Dành cho cán bộ hướng dẫn/phản biện) BM Điện Tử Công Nghiệp Ngày 10 tháng 7 năm 2014 1. Họ tên sinh viên: 1. 2 2. Tên đề tài tốt nghiệp: . 3. Cán bộ hướng dẫn: 4. Cán bộ phản biện: 5. Tổng quát về bản thuyết minh: Số trang : Số chương : Sản phẩm: 6. Mục tiêu chính của ĐATN: 7. Các vấn đề tồn tại của ĐATN có liên quan đã thực hiện ở các khóa trước: . 8. ĐATN của nhóm đã giải quyết được vấn đề gì, tính mới, tính cải tiến, tính tối ưu: VI
11. 9. Kết quả đạt được ĐATN: . 10. Nhận xét của giảng viên phản biện: 11. Đề nghị : Được bảo vệ: Bổ sung để được bảo vệ: Không được bảo vệ: 12. Các câu hỏi sinh viên phải trả lời trước hội đồng : (dành cho cán bộ phản biện) Câu 1:. . Câu 2:. . Câu 3:. . 13. Đánh giá chung (bằng chữ: giỏi, khá, TB, yếu): Điểm: /10. 14. Xin mời GV hướng dẫn và GV phản biện tham gia hội đồng bảo vệ của thư mời đính kèm. Cán bộ chấm đồ án VII
12. Đồ án tốt nghiệp LỜI CẢM ƠN Sau thời gian tìm kiếm tài liệu,nghiên cứu và thi công sản phẩm thì nhóm chúng em đã hoàn thành đề tài tốt nghiệp của mình. Để có được thành quả như trên, nhóm chúng em đã nhận được sự giúp đỡ tận tình của các thầy cô, bạn bè. Trước tiên, chúng em xin cảm ơn các thầy cô Trường ĐH Sư Phạm Kỹ Thuật Tp.HCM đã dạy dỗ, trao cho em nhưng kiến thức nền tảng để chúng em có thể thực hiện đề tại này. Nhóm chúng em xin gửi lời cảm ơn sâu sắc tới ThS.Nguyễn Duy Thảo, người đã nhận làm giáo viên hướng dẫn cho nhóm. Thầy đã có sự quan tâm chân thành và chỉ ra những hướng đi mới khi chúng em gặp khó khăn. Sự nhiệt tình của Thầy đã giúp chúng em khắc phục được những khó khăn đó để có thể hoàn thành đề tài của mình đúng tiên độ. Nhóm thực hiện xin gửi lời cảm ơn đến các bạn trong lớp 12341 đã có những sự giúp đỡ và đóng góp ý kiến để nhóm hoàn thiện đề tài hơn. Chúng em xin chân thành cảm ơn. TP. HCM, tháng 07 năm 2014 Nhóm thực hiện đề tài Trần Văn Phát Võ Trần Vĩnh Lời cảm ơn Trang viii
13. Đồ án tốt nghiệp LỜI NÓI ĐẦU Hiện nay, con người đang bước trên con đường của công nghệ tự động và công nghệ từ xa. Mọi thứ đều được thao tác một cách dễ dàng, chính xác mà không cần con người phải tiếp xúc trực tiếp. Trong mảng công nghệ này phải nói đến sự phát triển mạnh mẽ của lĩnh vực công nghệ viễn thông. Chỉ với một chiếc điện thoại trong tay, con người có thể điều khiển được rất nhiều thứ. Các ứng dụng được cài đặt trên điện thoại có thể giúp con người điều khiển những thứ ở nơi rất xa hay giám sát những tài sản của mình. Mặt khác, xã hội phát triển ngày càng phức tạp. Các tại sản có giá trị cần có những biện pháp để bảo vệ. Như vậy, cần có một thiết bị giúp con người thực hiện công việc này. Đó là một nhu cần cần thiết tại thời điểm này. Dựa trên tài nguyên công nghệ sẵn có và nhu cầu giám sát, điều khiển thiết bị thông qua mạng viễn thông một cách dễ dàng trên chiếc điện thoại của người sử dụng, nhóm đã quyết định chọn đề tài: “THIẾT BỊ CHỐNG TRỘM XE SỬ DỤNG HỆ THỐNG ĐỊNH VỊ GPS”. Với đề tài này, nhóm mong muốn giải quyết được một số nhu cầu của xã hội. Mong nhận được nhiều hơn nữa những ý kiến đóng góp của quý thầy, cô và các bạn sinh viên để chúng em có thể hoàn thiện tốt nhất đề tài này. Chân thành cảm ơn ! Nhóm thực hiện đề tài Trần Văn Phát Võ Trần Vĩnh Lời nói đầu Trang ix
14. Đồ án tốt nghiệp MỤC LỤC Phần A: GIỚI THIỆU i Nhiệm vụ đồ án tốt nghiệp ii Lịch trình thực hiện đồ án tốt nghiệp iv Nhận xét của giáo viên hướng dẫn v Nhận xét của giáo viên phản biện vi Lời cảm ơn viii Lời nói đầu ix Mục lục x Liệt kê hình xiv Liệt kê bảng xvii Phần B: NỘI DUNG 1 CHƯƠNG 1: DẪN NHẬP 2 1.1. Đặt vần đề. 2 1.2. Lý do chọn đề tài. 2 1.3. Đối tượng nguyên cứu. 3 1.4. Giới hạn đề tài. 3 1.5. Dàn ý nguyên cứu. 3 1.6. Tình hình nghiên cứu. 4 1.7. Ý nghĩa thực tiễn của đề tài. 5 CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT 6 2.1. Tổng quan về hệ thống GPS. 7 2.1.1. Lịch sử hình thành và phát triển của hệ thống GPS. 7 2.1.2 . Các thành phần của GPS. 9 2.1.3. Cấu trúc Tín hiệu GPS. 13 2.1.4. Bộ thu GPS. 13 2.1.5. Độ chính xác của GPS 15 2.1.6. Chuẩn NMEA0183. 16 2.2. Hệ thống thông tin di động toàn cầu GSM. 19 Mục lục Trang x
15. Đồ án tốt nghiệp 2.2.1. Tổng quan. 19 2.2.2. Dịch vụ cải tiến gprs 19 2.2.3. Đặc điểm hệ thống GPRS. 19 2.2.4. Kiến trúc mạng GPRS. 20 2.2.5. Chức năng kết nối IP của GPRS. 22 2.3. Tổng quan về Module sim 908 24 2.3.1. Đặc điểm của module sim 908. 24 2.3.2. Sơ đồ khối chức năng. 27 2.4. Tập lệnh AT của Module Sim 908. 28 2.4.1. Các bước khởi tạo đầu tiên cho cấu hình SMS, CALL, GPRS. 28 2.4.2. Tập lệnh dùng cho GPRS. 32 2.4.3. Tập lệnh dùng cho GPS. 33 2.5. Tổng quan về Vi Điều Khiển PIC 18F45K22. 35 2.5.1. Đặc điểm của PIC 18F45K22. 35 2.5.2. Truyền thông nối tiếp EUART. 38 2.6. Giới thiệu một số loại cảm biến gia tốc góc,vận tốc góc 46 2.6.1. Module cảm biến MMA8452Q 46 2.6.2. Module cảm biến Gyroscope L3G4200D 46 2.6.3 Module cảm biến MPU 6050 47 CHƯƠNG 3: THIẾT KẾ THI CÔNG 52 3.1. Sơ đồ khối phần của hệ thống và chức năng từng khối. 54 3.1.1. Sơ đồ khối hệ thống. 54 3.1.2. Chức năng từng khối. 54 3.2. Thiết kế sơ đồ nguyên lý . 55 3.2.1. Thiết kế cho khối module SIM908. 55 3.2.2. Thiết kế khối giao tiếp MAX232. 60 3.2.3. Thiết kế khối cách lý và điểu khiển 61 3.2.4. Thiết kế khối cảm biến. 61 3.2.5. Thiết kế khối Vi Điều Khiển PIC 18F45K22. 63 3.2.6. Thiết kế khối Nguồn. 63 3.3. Mạch in layout. 63 Mục lục Trang xi
16. Đồ án tốt nghiệp CHƯƠNG 4: LẬP TRÌNH ĐIỀU KHIỂN VÀ THIẾT KẾ WEB SERVER 65 4.1 Chương trình điều khiển. 66 4.1.1. Chương trình chính 66 4.1.2. Chương trình Cấu hình GSM. 67 4.1.3. Chương trình cấu hình GPS 68 4.1.4. Chương trình xử lý dữ liệu cảm biến MPU 6050 68 4.1.5. Chương trình xử lý tin nhắn 69 4.2. Thiết kế giao diện web server. 71 4.2.1. Web server là gì?. 71 4.2.2. Lập trình socket trong c#. 72 4.2.2.1 Socket là gi? 72 4.2.2.3 Số hiệu cổng 73 4.2.3. Sơ lượt về UDP và TCP. 74 4.2.4. Thiết lập kết nối qua mạng giửa client và server. 75 4.2.4.1 Thiết lập kết nối server và client dùng socket tcp 75 4.2.4.2 Thiết lập kết nối server và client dùng socket udp 76 4.2.5. Localhost là gỉ? 76 4.2.6. Thiết kế giao diện web server demo. 78 CHƯƠNG 5: KẾT QUẢ ĐẠT ĐƯỢC, KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN 79 5.1. Kết quả đạt được. 79 5.1.1. Kết quả chạy thử nghiêm trên xe máy 79 5.1.2. Kết quả hiên thị vĩ độ và kinh độ lên LCD 79 5.1.3. Kết quả thu được trên web server 81 5.2. Kết luận. 81 5.2.1. Kết quả thu được trên web server 82 5.2.2. Đánh giá 83 5.4. Hướng phát triển của đề tài. 83 Phần C: PHỤ LỤC, TÀI LIỆU THAM KHẢO 84 Tài liệu kham khảo 84 Mục lục Trang xii
17. Đồ án tốt nghiệp DANH MỤC HÌNH Chương 1: Hình 1.1 sản phẩm TR06 của VNETGPS 4 Hình 1.2 sản phẩm GT02D của DINHVI24H 4 Hình 1.3 web server của gps.dinhvi24.com.vn dùng để theo giỏi, giám sát lộ trình xe 5 Chương 2: Hình 2.1: Hệ thống định vị toàn cầu GNSS 7 Hình 2.2 : Cách thu và xử lý tín hiệu GPS 8 Hình 2.1: Các thành phần của hệ thống GPS 9 Hình 2.4: 24 Vệ tinh nhân tạo Chuyển động của xung quanh Trái đất 10 Hình 2.5: Các trạm kiểm soát và ăng-ten 11 Hình 2.6: giao diện dành cho người thao thác sử dụng. 12 Hình 2.7: Tính toán vị trí của bộ thu GPS trên bề mặt trái đất 14 Hình 2.8: Hệ trục tọa độ máy thu vệ tinh 15 Hình 2.9: Hệ thống WAAS ứng dụng cho hàng không dân dụng 16 Hình 2.10: Kiến trúc mạng GPRS 20 Hình 2.11 : Kết nối GPRS-Internet 24 Hình 2.12: Module SIM908C 26 Hình 2.13: Sơ đồ chức năng của SIM 908C 27 Hình 2.14: Sơ đổ chân pic18f45k22 36 Hình 2.15: Cấu trúc vi điều khiển PIC 18F45K22 37 Hình 2.16 Sơ đồ khối bộ truyền EUART 39 Hình 2.17: Sơ đồ khối bộ nhận EUART 39 Hình 2.18: Sơ đồ khối ngắt 18F45K22 45 Hình 2.19: Board mạch MMA8452Q 46 Hình 2.20: Board mạch Gyroscope L3G4200D 46 Hình 2.21: Board mạch cảm biến MPU6050 46 Chương 3: Hình 3.1 : Sơ đồ khối tổng quát của mạch 54 Danh mục hình Trang xiv
18. Đồ án tốt nghiệp Hình 3.2 : phần cứng module sim908 đã được thương mại hóa 55 Hình 3.3 : Sơ đồ nguyên lý do chính st-sky cung cấp 56 Hình 3.4 : Sơ đồ nguyên lý mạch nguồn LM2596 56 Hình 3.5 : cáp USB to USB mini 57 Hình 3.6 : Sơ đồ mạch kích bật tắt nguồn cho sim 908 57 Hình 3.7: Thời gian bật chế độ hoạt động của phần GSM/GPRS. 58 Hình 3.8 : Đèn LED chỉ thị cho NETLIGHT và chân STATUS. 59 Hình 3.9 : Sơ đồ nguyên lý khối giao tiếp MAX232 60 Hình 3.10 : Sơ đồ nguyên lý mạch cách ly và điều khiển 61 Hình 3.11 : sơ đồ nguyên lý khối cảm biến MPU 6050 61 Hình 3.12 : Sơ đồ nguyên lý khối Vi Điều Khiển Trung tâm 63 Hình 3.13 : Sơ đồ nguyên lý mạch nguồn LM2576. 64 Hình 3.14 : Sơ đồ mạch in layout 64 Chương 4: Hình 4.1: Giao diện socket trong mô hình TCP/IP 73 Hình 4.2: Mô hình sử dụng socket TCP 75 Hình 4.3: Mô hình sử dụng socket UDP 76 Hình 4.4: giao diên IIS8 khi chạy localhost 77 Hình 4.5: Giao diện IIS8 khi chạy trên ip 118.68.210.21 78 Hình 4.6: Giao diện đang nhập vào hệ thống web server 79 Hình 4.7: Giao diện bản dồ web server 79 Chương 5: Hình 5.1: Chạy thử nghiêm trên xe máy 80 Hình 5.2: Hiển thị vĩ độ, kinh độ lên lcd 80 Hình 5.2: Vẽ đường di trên google map dựa vào vĩ độ và kinh độ 82 Danh mục hình Trang xv
19. Đồ án tốt nghiệp 2014 DANH MỤC BẢNG Chương 2: Bảng 2.1: Các định dạng loại bản tin theo giao thức NMEA 17 Bảng 2.2: Diễn giải của bản tin GPS: $GPRMC 18 Bảng 2.3: Bảng liệt kê những thay đổi trong mạng GPRS 21 Bảng 2.4: Sơ đồ mã hóa và tốc độ dữ liệu lớn nhất trên giao diện vô tuyến 26 Bảng 2.5: cấu hình Tập lệnh cho sim 28 Chương 3: Bảng 3.1: Bảng trạng thái làm việc của NETLIGHT 59 Chương 4: Bảng 4.1: Bảng so sanh giữa TCP và UDP 74 Chương 5: Bảng 5.1: Cú pháp tin nhắn điều khiển module sim 908 81 Danh mục bảng Trang xvi
20. PHẦN II
21. PHẦN B