Đồ án Ứng dụng GPS để ðịnh vị đối tượng (Phần 1)

Nội dung text: Đồ án Ứng dụng GPS để ðịnh vị đối tượng (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 ĐIỆN TỬ VIỄN THÔNG ỨNG DỤNG GPS ÐỂ ÐỊNH VỊ ÐỐI TƯỢNG GVHD: Th.S Nguyễn Ngô Lâm SVTH : Bùi Tấn Tây MSSV : 08117038 SVTH : Nguyễn Hòa Bình MSSV : 10117008 S K L 0 0 3 2 5 0 Tp. Hồ Chí Minh, tháng 08/2014
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 - VIỄN THÔNG ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP NGÀNH CÔNG NGHỆ ĐIỆN TỬ - VIỄN THÔNG ĐỀ TÀI: ỨNG DỤNG GPS ĐỂ ĐỊNH VỊ ĐỐI TƯỢNG GVHD: Th.S Nguyễn Ngô Lâm SVTH : Bùi Tấn Tây MSSV : 08117038 SVTH : Nguyễn Hòa Bình MSSV : 10117008 Tp. Hồ Chí Minh - 8/2014
3. BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP. HCM KHOA ĐIỆN - ĐIỆN TỬ BỘ MÔN ĐIỆN TỬ - VIỄN THÔNG ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP NGÀNH ĐIỆN TỬ-VIỄN THÔNG Đề Tài: ỨNG DỤNG GPS ĐỂ ĐỊNH VỊ ĐỐI TƯỢNG GVHD : Th.S NGUYỄN NGÔ LÂM SVTH : BÙI TẤN TÂY - 08117038 : NGUYỄN HÒA BÌNH - 10117008 TP. HỒ CHÍ MINH - 08/2014
4. 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 Viễn Thông Tp. Hồ Chí Minh, ngày tháng năm 201 NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP (Bản nhiệm vụ này được đóng vào trang nhất của cuốn Đồ án) Họ tên sinh viên 1: BÙI TẤN TÂY Lớp: 081171A MSSV: 08117038 Họ tên sinh viên 2: NGUYỄN HÒA BÌNH Lớp: 101170 MSSV: 10117008 1. Tên đề tài: ỨNG DỤNG GPS ĐỂ ĐỊNH VỊ ĐỐI TƯỢNG 2. Nhiệm vụ (yêu cầu về nội dung và số liệu ban đầu): 3. Ngày giao nhiệm vụ ĐATN: 4. Ngày bảo vệ 50% ĐATN: 5. Ngày hoàn thành và nộp về khoa: 6. Giáo viên hướng dẫn: Phần hướng dẫn: 1 2 3. Nội dung và yêu cầu ĐATN đã thông qua Khoa và Bộ môn Ngày tháng năm TRƯỞNG KHOA GV HƯỚNG DẪN (Ký và ghi rõ họ và tên) (Ký và ghi rõ họ và tên) GV PHẢN BIỆN CN BỘ MÔN (Ký và ghi rõ họ tên) (Ký và ghi rõ họ tên)
5. NHẬT KÝ THỰC HIỆN ĐATN STT Tuần/ngày Nội Dung 1. Nhận đề tài và tìm kiếm tài liệu liên quan. 2. Xử lý tài liệu và chọn lọc tài liệu liên quan đến đề tài. 3. Soạn đề cương chi tiết. 4. Soạn đề cương chi tiết. 5. Tìm hiểu về vi điều khiển PIC16F887. 6. Tìm hiểu về Module SIM908 và tập lệnh AT. 7. Tìm hiểu về Module SIM908 và tập lệnh AT.
6. STT Tuần/Ngày Nội Dung 8. Cài đặt phần mềm CCS, Orcad, Pickit 2, Microsoft Visual Studio 2010. Thiết kế mạch và test mạch vi điều khiển PIC16F887 9. trước khi thi công Thi công mạch vi điều khiển PIC16F887 10. 11. Viết code cho vi điều khiển PIC16F887. 12. Viết code cho vi điều khiển PIC16F887, nạp code vào vi điều khiển và tiến hành kiểm tra mạch. 13. Tìm hiểu về lập trình mạng với ngôn ngữ C# 14. Tìm hiểu về lập trình mạng với ngôn ngữ C# 15. Thiết kế giao diện Server trên máy tính bằng C#. 16. Thiết kế giao diện Client trên máy tính bằng C#. 17. Thử nghiệm giao tiếp giữa phần cứng và phần mềm
7. 18. Viết báo cáo 19. Chỉnh sửa lỗi chính tả và hoàn thiện cuốn báo cáo. Sinh viên thực hiện Bùi Tấn Tây Nguyễn Hòa Bình
8. Đồ án tốt nghiệp Trang i LỜI CẢM ƠN Nhóm thực hiện đồ án tốt nghiệp xin có lời cảm ơn đến ban chủ nhiệm khoa Điện – Điện Tử, quý thầy cô trong bộ môn Điện Tử Viễn Thông đã hỗ trợ trong suốt thời gian thực hiện đồ án. Đặc biệt xin gửi lời cảm ơn đến thầy hướng dẫn đồ án Th.S Nguyễn Ngô Lâm đã hỗ trợ rất nhiều về các kiến thức liên quan và phương pháp nghiên cứu để nhóm có thể hoàn thành tốt đồ án tốt nghiệp này. TPHCM, ngày tháng năm Nhóm thực hiện đồ án Bùi Tấn Tây Nguyễn Hòa Bình Lời cảm ơn
9. Đồ án tốt nghiệp Trang ii MỤC LỤC Trang bìa lót Quyết định giao đề tài Lịch trình thực hiện đề tài Lời cảm ơn i Mục lục ii Liệt kê bảng vii Liệt kê hình viii Từ Viết Tắt x Abstract xii Chương 1 Tổng Quan Về Đề Tài 1 1.1 Tổng quan-Cơ sở thực tiễn-Lý do chọn đề tài 1 1.2 Mục tiêu và nhiệm vụ nghiên cứu 1 1.2.1 Mục tiêu nghiên cứu .1 1.2.2 Nhiệm vụ nghiên cứu .1 1.3 Hướng giải quyết 2 1.4 Giới hạn của đề tài 2 1.5 Bố cục của đồ án 3 Chương 2 Cơ Sở Lý Thuyết .4 2.1 Hệ thống định vị toàn cầu 4 2.1.1 Lịch sử hình thành và phát triển hệ thống GPS 4 Mục lục
10. Đồ án tốt nghiệp Trang iii 2.1.2 Đặc điểm của hệ thống GPS 5 2.1.3 Tầm quan trọng và ứng dụng của hệ thống GPS hiện nay 6 2.1.3.1 Tầm quan trọng 6 2.1.3.2 Ứng dụng của GPS 6 2.1.4 Cấu trúc hệ thống GPS 9 2.1.4.1 Mảng không gian 10 2.1.4.2 Mảng điều khiển. .11 2.1.4.3 Mảng người sử dụng 12 2.1.5 Nguyên lý định vị GPS. .13 2.1.6 Thông tin trong bảng tin dẫn đường 14 2.1.6.1 Chuẩn NMEA. .14 2.1.6.2 Các loại bản tin của NMEA 15 2.1.6.3 Ý nghĩa bản tin RMC 16 2.1.7 Các nguyên nhân gây lỗi tín hiệu GPS 17 2.2 Hệ thống mạng GPRS 17 2.2.1 Lịch sử hình thành và khái quát chung 17 2.2.2 Kiến trúc mạng GPRS 19 2.2.3 Nguyên tắc hoạt động của GPRS 24 2.2.4 Ưu điểm của GPRS So Với GSM 25 2.3 Module SIM908 và tập lệnh 26 2.3.1 Giới thiệu Module SIM908 26 Mục lục
11. Đồ án tốt nghiệp Trang iv 2.3.2 Đặc điểm của Module SIM908 26 2.3.3 Khảo sát sơ đồ chân và chức năng từng chân 29 2.3.4 Các chế độ hoạt động của Module SIM908 31 2.3.5 Tập lệnh AT của Module SIM908 33 2.3.5.1 Cú pháp lệnh AT 33 2.3.5.2 Tập lệnh AT dành cho GPS 34 2.3.5.3Tập lệnh thiết lập kết nối GPRS giữa Module SIM908 và GPRS TCPserver 38 2.4 Giới thiệu về vi điều khiển PIC16F887 40 2.4.1Giới thiệu 40 2.4.2 Sơ đồ khối PIC16F887 42 2.4.3 Sơ đồ chân và chức năng các chân 43 2.4.3.1 Sơ đồ chân 43 2.4.3.2 Chức năng các chân 43 Chương 3 Thiết Kế Và Xây Dựng Hệ Thống 48 3.1 Yêu cầu hệ thống 48 3.2 Chức năng của từng khối 49 3.3 Thiết kế hệ thống 49 3.3.1 Khối nguồn cung cấp 49 3.3.2 Khối hiển thị 52 3.3.3 Module SIM908 58 3.3.4 Khối xử lý trung tâm 66 Mục lục
12. Đồ án tốt nghiệp Trang v 3.3.4.1 Thiết kế phần mềm cho PIC16F887 67 3.4 Sơ đồ nguyên lý toàn hệ thống 68 3.5 Thiết kế phần mềm cho máy tính 69 3.5.1 Yêu cầu 69 3.5.2 Giới thiệu phần mềm 69 3.5.3 Lưu đồ giải thuật 70 Chương 4 Kết Quả 72 4.1 Hình ảnh kết quả thu được. 72 4.1.1 Kết quả phần cứng 72 4.1.2 Kết quả phần mềm 75 4.1.2.1 Phần Server 75 4.1.2.2 Phần Client. 77 4.2 Giải thích nguyên lý hoạt động của sản phẩm. 78 Chương 5 Kết Luận Và Hướng Phát Triển 79 5.1 Ưu điểm của sản phẩm 79 5.2 Hạn chế của sản phẩm 79 5.3 Hướng phát triển đề tài 79 Phụ lục 81 Tài liệu tham khảo 97 Mục lục
13. Đồ án tốt nghiệp Trang vii LIỆT KÊ BẢNG Bảng 2.1 Chuẩn tốc độ trong một kênh truyền GPRS 19 Bảng 2.2 Chức năng các chân Module SIM908 29 Bảng 2.3 Các chế độ hoạt động SIM908 31 Bảng 2.4 Chế độ lệnh AT 34 Bảng 2.5 Tập lệnh AT dành cho GPS 34 Bảng 2.6 Lệnh AT+CGPSPWR 35 Bảng 2.7 Lệnh AT+CGPSRST 35 Bảng 2.8 Lệnh AT+CGPSINF 35 Bảng 2.9 Lệnh AT+CGPSOUT 36 Bảng 2.10 Lệnh AT+CGPSSTATUS 37 Bảng 2.11 Lệnh AT+CGPSIPR 37 Bảng 2.12 Tập lệnh thiết lập kết nối GPRS 38 Bảng 2.13 Lệnh AT+CIPMUX 38 Bảng 2.14 Đăng ký GPRS với các nhà mạng ở Việt Nam 39 Bảng 2.15 Lệnh AT+CIPSEND 40 Bảng 2.16 Lệnh AT+CIPCLOSE 40 Bảng 3.1 Chức năng các chân của LCD 16x2 53 Bảng 3.2 Tập lệnh LCD 54 Bảng 3.3 Bảng trạng thái làm việc của NETLIGHT 61 Bảng 3.4 Mức logic của chân Serial port 63 Liệt kê bảng
14. Đồ án tốt nghiệp Trang viii LIỆT KÊ HÌNH Hình 2.1 Hệ thống định vị toàn cầu GPS 4 Hình 2.2 GPS được tích hợp trên máy ảnh 7 Hình 2.3 GPS được sử dụng trên ô tô 7 Hình 2.4 GPS được tích hợp trong điện thoại 8 Hình 2.5 GPS tích hợp trên Laptop 9 Hình 2.6 Máy GPS cầm tay 9 Hình 2.7 Các thành phần cơ bản của hệ thống GPS 10 Hình 2.8 Vệ tinh GPS 11 Hình 2.9 Các trạm điều khiển GPS 12 Hình 2.10 Mảng người sử dụng 13 Hình 2.11 Nguyên lý định vị GPS 13 Hình 2.12 Các khối của mạng GPRS 20 Hình 2.13 Sơ đồ chân của Module SIM908 29 Hình 2.14 Sơ đồ khối PIC16F887 42 Hình 2.15 Sơ đồ chân PIC16F887 43 Hình 3.1 Sơ đồ khối tổng quát của hệ thống 48 Hình 3.2 IC nguồn LM2576 50 Liệt kê hình
15. Đồ án tốt nghiệp Trang ix Hình 3.3 Mạch nguồn cung cấp cho module vi điều khiển 51 Hình 3.4 IC ổn áp LM7805 51 Hình 3.5 Hình ảnh LCD 16x2 52 Hình 3.6 Khối hiển thị 57 Hình 3.7 Breakout Board Module GSM/GPRS&GPS SIM908 58 Hình 3.8 Kết nối giữa vi điều khiển và Module SIM908 58 Hình 3.9 Sơ đồ nguyên lý Module SIM908 59 Hình 3.10 Bật chế độ hoạt động cho phần GSM/GPRS sử dụng nút bấm 60 Hình 3.11 Thời gian bật chế độ hoạt động của phần GSM/GPRS 60 Hình 3.12 Thời gian tắt chế độ hoạt động của phần GSM/GPRS 61 Hình 3.13 Đèn LED chỉ thị cho chân NETLIGHT và chân STATUS 62 Hình 3.14 Kích hoạt chế độ hoạt động của phần GPS 64 Hình 3.15 Sơ đồ nguyên lý của Module PIC16F887 66 Hình 3.16 Lưu đồ giải thuật cho vi điều khiển 67 Hình 3.17 Sơ đồ nguyên lý toàn hệ thống 68 Hình 3.18 Lưu đồ giải thuật cho chương trình Server 70 Hình 3.19 Lưu đồ giải thuật cho chương trình Client 71 Liệt kê hình
16. Đồ án tốt nghiệp Trang x Hình 4.1 Kết quả phần cứng 72 Hình 4.2 Sim908 sẵng sàng 73 Hình 4.3 Tọa độ thu được từ vệ tinh 73 Hình 4.4 Trạng thái không thu được tọa độ 74 Hình 4.5 Trạng đang thiết lập kết nối đến Server qua mạng GPRS 74 Hình 4.6 Trạng thái kết nối thành công đến server và bắt đầu gửi dữ liệu 75 Hình 4.7 Các trạng thái hoạt động của phần mềm Server 76 Hình 4.8 Trạng thái kết nối thành công đến Server 77 Hình 4.9 Trạng thái dữ liệu nhận được từ Client và hiển thị vị trí lên Google Maps 77 Liệt kê hình
17. Đồ án tốt nghiệp Trang x LIỆT KÊ TỪ VIẾT TẮT GPS Global Positioning System GPRS General Packet Radio Services GIS Geographic Information System WGS-84 World Geodetic System 1984 NMEA National Marine Electronics Association GGA Global Positioning System Fixed Data GLL Geographic Position-Latitude/Longitude GSA GNSS DOP and active satellites GSV GNSS Satellites in View RMC Recommended minimum specific GNSS data FDMA Frequency Division Multiple Access TDMA Time Division Multiple Access GSM Global System for Mobile MS Mobile Station BSS Base Station System SGSN Serving GPRS Support Node GGSN Gateway GPRS Support Node MSC Mobile Switching Center PCU Packet Control Unit CS Circuit Switching Liệt kê từ viết tắt
18. Đồ án tốt nghiệp Trang xi GNSS Global Navigation Satellite System USART Universal Syncronous Asyncronous Receiver Transmitte TCP Transmission Control Protocol TE Terminal Equipment PBCCH Support Packet Broadcast Control Channel PSTN Public switched telephone network ISDN Integrated Services Digital Network PLMN Public land mobile network DDRAM Liệt kê từ viết tắt
19. Đồ án tốt nghiệp Trang xii TÓM TẮT Đề tài được triển khai với mục đích chính là khai thác sử dụng hai tính năng của Module SIM908. Thứ nhất là thu tín hiệu GPS từ vệ tinh để xác định vị trí, thứ hai là sử dụng GPRS để truyền nhận dữ liệu với phần mềm trên máy tính. Phần cứng gồm board mạch chính tích hợp các module và mạch điều khiển. Trên đó bao gồm: - Mạch nguồn cung cấp nguồn cho vi xử lý và các linh kiện khác. - Board mạch chính gồm Module SIM908 và vi xử lý để thu tín hiệu GPS, xử lý và trao đổi thông tin. Phần mềm được thiết kế trên ngôn ngữ lập trình C# có chức năng cập nhật tọa độ từ Module SIM908 gửi lên qua GPRS để xác định vị trí thiết bị trên Google Maps. ABSTRACT This topic to be deployed with the main goal is to exploit two features using the SIM908 Module. The first is the GPS receiver satellites to determine position, the second is using the GPRS for data transmission with software on a computer. Hardware includes main circuit board and integrated circuit control modules. On that include: - Circuit supplies power to the processor and other components . - The main circuit board includes Module SIM908 and processors to collect GPS signals, process and exchange information. The software was designed on the C# programming language updated coordinates from module sim908 submitted via GPRS to locate and identify devices on Google Maps . Abstract
20. Ứng dụng GPS để định vị đối tượng Trang 1 CHƢƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ ĐỀ TÀI 1.1 Tổng quan-Cơ sở thực tiễn-Lý do chọn đề tài Hiện nay,trong lĩnh vực điện tử viễn thông, việc ứng dụng GPS kết hợp với hệ thống thông tin di động toàn cầu/dịch vụ vô tuyến gói tổng hợp (GSM/GPRS) và hệ thống thông tin địa lý giúp giám sát hành trình của phương tiện từ xa theo thời gian thực đã mang lại những lợi ích thiết thực trong công tác quản lý của các cá nhân, doanh nghiệp và tổ chức. Trên thị trường đã có rất nhiều sản phẩm công nghệ giúp giám sát hành trình của phương tiện từ xa. Tuy nhiên các sản phẩm đó hầu hết được nhập từ nước ngoài giá thành cao và chi phí bão dưỡng tốn kém. Xuất phát từ nhu cầu thực tiễn, nhóm chọn đề tài “Ứng dụng GPS để định vị đối tƣợng”. 1.2 Mục tiêu và nhiệm vụ nghiên cứu 1.2.1 Mục tiêu nghiên cứu Mục tiêu của đề tài là thiết kế và xây dựng hệ thống giám sát đối tượng sử dụng định vị toàn cầu, bao gồm các Module phần cứng tích hợp các chức năng GPS, GSM/GPRS, để thu nhận các thông tin định vị từ vệ tinh và truyền về máy chủ dịch vụ Web dữ liệu về thời gian, kinh độ, vĩ độ, vận tốc tức thời Từ đó, bằng cách truy cập vào trang web, thông qua giao diện đồ họa, hoặc tin nhắn SMS, người dùng có thể xác định được vị trí của phương tiện hiện thời. 1.2.2 Nhiệm vụ nghiên cứu Các nhiệm vụ cụ thể như sau: - Tiến hành nghiên cứu các lý thuyết liên quan bao gồm: + Cách nhúng googlemaps vào ứng dụng. + Lập trình Sockets. Chương 1: Tổng quan về đề tài
21. Ứng dụng GPS để định vị đối tượng Trang 2 + Cách thiết kế mạch cho Module Sim. + Tìm hiểu về GPS, GPRS. + Tìm phương pháp giải quyết tối ưu nhất có thể. - Viết được chương trình bằng ngôn ngữ CSharp để gửi tín hiệu điều khiển và nhận thông tin từ phần cứng. Giao diện bao gồm các button điều khiển, label hiển thị thông tin, bản đồ cập nhật toạ độ ứng dụng Google Maps. Chương trình có khả năng giao tiếp qua mạng Internet bằng cách sử dụng lập trình Sockets. - Tiến hành đánh giá và đưa ra nhận xét về ưu khuyết điểm, khả năng ứng dụng trong thực tế, và hướng cải thiện, phát triển nâng cao để sản phẩm hoàn thiện nhất. 1.3 Hƣớng giải quyết Trong đề tài nhóm sử dụng Module SIM908 giao tiếp với vi xử lý PIC16F887 thông qua giao tiếp USART để thực hiện truyền lệnh AT và nhận dữ liệu GPS. Xử lý dữ liệu nhận được từ Module SIM908 tách lấy tọa độ GPS và hiển thị tọa độ lên LCD. Gửi tọa độ vừa tách được lên Sever được tạo bằng công cụ Microsoft Visual Studio tách dữ liệu và hiển thị vị trí lên Google Maps. 1.4 Giới hạn của đề tài Với lượng thời gian và kiến thức có hạn. Trong đề tài này, nhóm thực hiện chỉ thiết kế một phần trong hệ thống giám sát đối tượng ứng dụng GPS. Nhóm đã tiến hành nghiên cứu, khảo sát và thực hiện đề tài. Dự kiến đạt được những kết quả sau : - Hiển thị được vị trí đối tượng cần giám sát lên Google Maps tại vị trí có phủ sóng các mạng điện thoại di dộng đang hoạt động trong nước như Mobile Phone, Viettel, Vina Phone - Thiết kế giao diện điều khiển thiết bị trên máy tính bằng C#, giao diện thiết kế đơn giản, dễ sử dụng . Chương 1: Tổng quan về đề tài