Khóa luận Hệ thống giám sát vị trí phương tiện (Phần 1)

Nội dung text: Khóa luận Hệ thống giám sát vị trí phương tiện (Phần 1)

1. BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP.HCM KHOA ĐÀO TẠO CHẤT LƯỢNG CAO KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP NGÀNH CÔNG NGHỆ KỸ THUẬT ĐIỆN TỬ TRUYỀN THÔNG HỆ THỐNG GIÁM SÁT VỊ TRÍ PHƯƠNG TIỆN GVHD: ThS. NGUYỄN NGÔ LÂM SVTH: TRẦN VĂN TIẾN MSSV: 11140350 SVTH: NGUYỄN TRẦN ĐĂNG QUANG MSSV: 11140346 S K L 0 0 3 8 7 2 Tp. Hồ Chí Minh, tháng 7/2015
2. TRƢỜNG ĐẠI HỌC SƢ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH KHOA ĐÀ O TAỌ CHẤ T LƢƠNG̣ CAO TRANG PHỤ BÌA ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP NGÀNH: CÔNG NGHỆ KỸ THUẬT ĐIỆN TỬ TRUYỀN THÔNG HỆ THỐNG GIÁM SÁT VỊ TRÍ PHƢƠNG TIỆN GVHD: ThS. NGUYỄN NGÔ LÂM SVTH : TRẦN VĂN TIẾN MSSV : 11140350 SVTH : NGUYỄN TRẦN ĐĂNG QUANG MSSV : 11140346 Khoá : 2011-2015 Ngành : CÔNG NGHỆ KỸ THUẬT ĐIỆN TỬ TRUYỀN THÔNG Tp. Hồ Chí Minh, tháng 7 năm 2015 i
3. CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc lập – Tự do – Hạnh phúc Tp. Hồ Chí Minh , ngày tháng năm 20 NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Họ và Tên Sinh Viên: MSSV: NGUYỄN TRẦN ĐĂNG QUANG 11141346 TRẦN VĂN TIẾN 11141350 Ngành: CNKT Điện Tử Truyền Thông Lớp: 11141CL2 GVHD: Ths.NGUYỄN NGÔ LÂM ĐT: 0932675476 Ngày nhận đề tài: Ngày nộp đề tài: 1.Tên đề tài: HỆ THỐNG GIÁM SÁT VỊ TRÍ PHƢƠNG TIỆN. 2.Các số liệu, tài liệu ban đầu: 3.Nội dung thực hiện đề tài: 4.Sản phẩm: Tp. Hồ Chí Minh , ngày tháng năm 20 TRƢỞNG NGÀNH GIÁO VIÊN HƢỚNG DẪN ii
4. CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc lập – Tự do – Hạnh phúc Tp. Hồ Chí Minh , ngày tháng năm 20 PHIẾU NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƢỚNG DẪN Họ và tên sinh viên: NGUYỄN TRẦN ĐĂNG QUANG MSSV:11141352 TRẦN VĂN TIẾN MSSV:11141350 Ngành: CNKT ĐIỆN TỬ VÀ TRUYỀN THÔNG. Tên đề tài: HỆ THỐNG GIÁM SÁT VỊ TRÍ PHƢƠNG TIỆN. Họ và Tên GVHD: Ths.NGUYỄN NGÔ LÂM. NHẬN XÉT 1.Nội dung đề tài và khối lƣợng thực hiện: 2.Ƣu điểm: 3.Khuyết điểm: 4.Đề nghị cho bảo vệ hay không: 5.Đánh giá loại: 6.Điểm: Tp. Hồ Chí Minh , ngày tháng năm 20 Giáo viên hƣớng dẫn iii
5. CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc lập – Tự do – Hạnh phúc Tp. Hồ Chí Minh , ngày tháng năm 20 PHIẾU NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN PHẢN BIỆN Họ và tên sinh viên: NGUYỄN TRẦN ĐĂNG QUANG MSSV:11141352 TRẦN VĂN TIẾN MSSV:11141350 Ngành: CNKT ĐIỆN TỬ VÀ TRUYỀN THÔNG. Tên đề tài: HỆ THỐNG GIÁM SÁT VỊ TRÍ PHƢƠNG TIỆN. Họ và Tên GVHD: Ths.NGUYỄN ĐÌNH PHÚ NHẬN XÉT 1.Nội dung đề tài và khối lƣợng thực hiện: 2.Ƣu điểm: 3.Khuyết điểm: 4.Đề nghị cho bảo vệ hay không: 5.Đánh giá loại: 6.Điểm: Tp. Hồ Chí Minh , ngày tháng năm 20 Giáo viên phản biện iv
6. CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc lập – Tự do – Hạnh phúc Tp. Hồ Chí Minh , ngày tháng năm 20 PHIẾU NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN PHẢN BIỆN Họ và tên sinh viên: NGUYỄN TRẦN ĐĂNG QUANG MSSV:11141352 TRẦN VĂN TIẾN MSSV:11141350 Ngành: CNKT ĐIỆN TỬ VÀ TRUYỀN THÔNG. Tên đề tài: HỆ THỐNG GIÁM SÁT VỊ TRÍ PHƢƠNG TIỆN. Họ và Tên GVHD: Ths.TRƢƠNG NGỌC ANH NHẬN XÉT 1.Nội dung đề tài và khối lƣợng thực hiện: 2.Ƣu điểm: 3.Khuyết điểm: 4.Đề nghị cho bảo vệ hay không: 5.Đánh giá loại: 6.Điểm: Tp. Hồ Chí Minh , ngày tháng năm 20 Giáo viên phản biện v
7. LỜI CẢM ƠN Lời đầu tiên nhóm xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến thầy Nguyễn Ngô Lâm, ngƣời trực tiếp chỉ dạy và tận tình hƣớng dẫn, luôn quan tâm nhắc nhở nhóm trong suốt quá trình thực hiện đề tài, không có sự hỗ trợ, chỉ bảo, nhắc của thầy thì có lẽ nhóm đã không thể hoàn thành đề tài kịp thời hạn Nhóm cũng xin chân thành cảm ơn quý thầy cô Trƣờng Đại Học Sƣ Phạm Kỹ Thuật TP.Hồ Chí Minh, đặc biệt là các thầy cô trong khoa Điện - Điện tử, đã tận tình chỉ dạy và tạo mọi điều kiện cũng nhƣ hỗ trợ các thiết bị cần thiết đề nhóm hoàn thành đề tài. Với vốn kiến thức đƣợc tiếp thu trong quá trình học không chỉ là nền tảng cho quá trình nghiên cứu đề tài mà còn là hành trang quý báu để nhóm bƣớc vào đời một cách vững chắc và tự tin. Cuối cùng tôi xin chân thành cảm ơn gia đình, bạn bè – những ngƣời thân yêu luôn là chỗ dựa vững chắc, xin kính chúc quý Thầy, Cô và gia đình dồi dào sức khỏe và thành công trong sự nghiệp cao quý. Sinh viên thực hiện: Sinh viên 1 Sinh viên 2 Nguyễn Trần Đăng Trần Văn Tiến Quang vi
8. TÓM TẮT Mục đích của đề tài là thiết kế và thực hiện hệ thống giám sát sử dụng định vị toàn cầu (GPS), 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, Từ đó, bằng cách truy cập vào trang web, thông qua giao diện đồ họa, ngƣời dùng có thể xác định đƣợc vị trí của phƣơng tiện hiện thời. vii
9. ABSTRACT The goal of this thesis is designing and implementing tracking device by using Global Positioning System (GPS), includes hardware modules integrated GPS,GSM/GPRS functions for receiving locator information from satellite and transferring data to Web server such as time, coordinat, Therefore, by accessing webpage via graphical interface, user can detect position of the vehicle. viii
10. MỤC LỤC TRANG PHỤ BÌA i NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ii PHIẾU NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƢỚNG DẪN iii PHIẾU NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN PHẢN BIỆN iv PHIẾU NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN PHẢN BIỆN v LỜI CẢM ƠN vi TÓM TẮT vii ABSTRACT viii MỤC LỤC ix DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT: xii DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU xiv DANH MỤC CÁC HÌNH ẢNH xiv Chƣơng 1: TỔNG QUAN 15 1.1 Giới thiệu tình hình nghiên cứu hiện nay 15 1.2 Tính cấp thiết của đề tài 15 1.3 Mục tiêu nghiên cứu 15 1.4 Nhiệm vụ nghiên cứu 15 1.5 Đối tƣợng và phạm vi nghiên cứu 16 1.6 Phƣơng ph́áp Nghiên cƣ́ u 16 1.7 Bố cục của Đồ án 16 Chƣơng 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT 17 2.1 Tổng quan GPS 17 2.1.1 Nguyên lý xác định vị trí với GPS 18 2.1.2 Dữ liệu NMEA 20 2.2 Tổng quan GSM 21 2.2.1 Giao diện vô tuyến 21 ix
11. 2.2.2 Cấu trúc mạng GSM 22 2.3 Tổng quan GPRS 23 2.4 Tập lệnh AT 25 2.5 Tổng quan về FTP 26 2.6 Web Server 27 2.6.1 Giới thiệu về lập trình Web 27 2.6.2 Nguyên tắc hoạt động của Web server 28 2.6.3 Upload dữ liệu lên host 29 2.7 Ngôn ngữ Java Script 31 2.8 Ngôn ngữ PHP 32 2.8.1 Khái niệm 32 2.8.2 Các ứng dụng của PHP 32 2.8.3 Hoạt động của PHP 33 Chƣơng 3: GIỚI THIỆU CÁC LINH KIỆN VÀ MODULE SỬ DỤNG 35 3.1 Vi điều khiển PIC18F4550 35 3.1.1 Giới thiệu, lịch sử hình thành và phát triển của PIC 35 3.1.1 Cấu trúc, đặc tính, sơ đồ chân 36 (3) 3.1.2 Tổ chức bộ nhớ, thanh ghi 40 3.2 Module SIM908 44 Chƣơng 4: THIẾT KẾ VÀ XÂY DỰNG HỆ THỐNG 46 4.1 Sơ đồ khối của hệ thống 46 4.1.1 Yêu cầu của hệ thống 46 4.1.2 Sơ đồ khối và chức năng mỗi khối 46 4.1.3 Hoạt động của hệ thống 47 4.2 Thiết kế, tính toán hệ thống 47 4.2.1 Thiết kế và xây dựng phần cứng 47 a. Nguồn cung cấp 47 b. Module GPS/GSM 48 c. Khối xử lý trung tâm 50 4.2.2 Xây dựng phần mềm cho hệ thống 54 Chƣơng 5: KẾT QUẢ 56 5.1 Phần cứng 56 5.2 Phần mềm 57 5.3 Kết quả thực nghiệm 59 Chƣơng 6: KẾT LUẬN VÀ HƢỚNG PHÁT TRIỂN 62 x
12. 6.1 Kết luận 62 6.2 Phạm vi ứng dụng và hƣớng phát triển 62 TÀI LIỆU THAM KHẢO 64 PHỤ LỤC: 65 Phụ lục 1: Hƣớng dẫn cài đặt và sử dụng hệ thống 66 Phụ lục 2: Chƣơng trình phần cứng và phần mềm 67 xi
13. DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT: Từ viết tắt Từ đầy đủ tiếng Anh Nghĩa tiếng Việt ADC Analog to Degital Convert Chuyển đổi tƣơng tự- số ALU Arithmetic Logic Unit Đơn vị tính toán logic APN Access Point Name Tên điểm truy cập ASCII American Standard Code for Information Interexchange BSC Base Station Controller Bộ điều khiển trạm gốc BSS Base Station Subsystem Phân hệ trạm gốc BTS Base Transceiver Station Trạm thu phát gốc CPU Central Processing Unit Bộ xử lí trung tâm EEPROM Electrically erasable programmable Bộ nhớ chỉ đọc lập trình read-only memory đƣợc FTP File Transfer Protocol Giao thức truyền tập tin GPRS General packet radio service Dịch vụ gói dữ liệu vô tuyến GPS Global Positioning System Hệ thống định vị toàn cầu GSM Global System for Mobile Hệ thống mạng điện thoại communication toàn cầu HTTP Hyper Text Tranfer Protocol Chuẩn truyền văn bản IP Internet Protocol Chuẩn giao tiếp mạng MMS Multimedia Messaging Service Tin nhắn đa phƣơng tiện MSC NMEA National Marine Electronics Association NSS Network Sub System Hệ thống mạng con PIC Programmable Intelligent Computer – Peripheral Interface Controller PLL Phase Lock Loop Khóa dịch pha PPP Point-to-Point Protocol Giao thức mạng đa điểm PWM Pulse Wide Modulation Điều chế độ rộng xung RAM Random Access Memory Bộ nhớ truy xuất ngẫu nhiên RISC Reduced Instruction Set Computer ROM Read Only Memory Bộ nhớ chỉ đọc xii
14. RSS Radio Sub System Hệ thống mạng vô tuyến con RXD Receive eXchange Data Nhận dữ liệu SMS Short Message Service Tin nhắn văn bản SPI Serial Peripheral Interface Chuẩn giao tiếp ngoại vi nối tiếp SPRAM Static Random Access Memory Bộ nhớ truy xuất ngẫu nhiên tĩnh TDM Time division multiplexing Ghép kênh phân chia theo miền thời gian TDMA Time Division Multiple Access TRAU TXD Transmitt eXchange Data Truyền dữ liệu UART Universal Asynchronous Receiver- Chuẩn giao tiếp bất đồng Transmitter bộ USB Universal Serial Bus WAP Wireless Application Protocol Chuẩn kết nối không dây xiii
15. DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU Bảng 2.1: Các tập lệnh AT của FTP 25 Bảng 2.2: Các tập lệnh AT mở rộng của GPS 26 DANH MỤC CÁC HÌNH ẢNH Hình 2.1: Các thành phần của GPS 18 Hình 2.2: Khoảng cách từ vệ tinh đến bộ nhận GPS trên Trái Đất 19 Hình 2.3: Điểm giao nhau của ba đƣờng tròn là địa điểm của bộ nhận tín hiệu 20 Hình 2.4: Danh sách các câu NMEA của GPS 21 Hình 2.5: Cấu trúc mạng GSM 22 Hình 2.6: Tiến trình truyền tải trang web đến màn hình 28 Hình 2.7: Giao diện khi đƣa dữ liệu website lên một host 30 Hình 3.1: Các kiểu đóng gói của PIC 35 Hình 3.3: Sơ đồ chân của VDK PIC18F4550 40 Hình 3.4: Sơ đồ bộ nhớ chƣơng trình và bộ nhớ stack của PIC18F4550 42 Hình 3.5: Sơ đồ bộ nhớ dữ liệu của PIC18F4550 43 Hình 3.6: Hình ảnh thực tế của module sim908 44 Hình 4.1: Sơ đồ khối hệ thống 46 Hình 4.2: Khối nguồn 48 Hình 4.3: Sơ đồ kết nối của SIM908 với PIC18F4550 49 Hình 4.4: Sơ đồ nguyên lý của SIM908 49 Bảng 4.1: Các chân đƣợc sử dụng của SIM908 để giao tiếp với PIC18F4550 50 Hình 4.5: Khối điều khiển PIC18F4550 51 Hình 4.6: Lƣu đồ giải thuật của Vi điều khiển 53 Hình 4.7: Lƣu đồ giải thuật của web server 55 Hình 5.1: Khối xử lý trung tâm 56 Hình 5.2: Khối GSM/GPS 56 Hình 5.3: Sản phẩm hoàn thiện 57 Hình 5.4: Trang đăng nhập 58 Hình 5.5: Giao diện trên trình duyệt máy tính 58 Hình 5.6: Giao diện trang web 59 Hình 5.7: Kết quả so sánh thực nghiệm 1. 60 Hình 5.8: Kết quả thực nghiệm 2 61 xiv
16. BÁO CÁO ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Chƣơng 1: TỔNG QUAN 1.1 Giới thiệu tình hình nghiên cứu hiện nay Với sự phát triển của khoa học công nghệ, con ngƣời ngày càng có nhiều các thiết bị ứng dụng hỗ trợ thông minh trong cuộc sống nhờ sử dụng các loại vi điều khiển, hệ thống nhúng, phần mềm Trong lĩnh vực điện tử viễn thông, việc ứng dụng GPS kết hợp với hệ thống GSM/GPRS giúp giám sát hành trình của phƣơng 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. Mặt khác, Nhà nƣớc đã và đang triển khai lộ trình gắn thiết bị giám sát hành trình cho phƣơng tiện vận tải. 1.2 Tính cấp thiết củ a đề tài Các sản phẩm đã có trên thị trƣờng gần đây xuất hiện nhiều loại với nhiều chức năng đa dạng, đƣợc sản xuất trong nƣớc hoặc nhập từ nƣớc ngoài với giá thành cao và chi phí bão dƣỡng tốn kém. Xuất phát từ nhu cầu thực tiễn, nhóm chọn đề tài thiết kế và thực hiện hệ thống giám sát hành trình với các chức năng cần thiết và chi phí hợp lý. 1.3 Mục tiêu nghiên cứu Mục đích của đề tài là thiết kế và thực hiện hệ thống giám sát hành trình sử dụng định vị toàn cầu (GPS), 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 Từ đó, bằng cách truy cập vào trang web, thông qua giao diện đồ họa, hoặc tin nhắn SMS, ngƣời dùng có thể xác định đƣợc vị trí của phƣơng tiện hiện thời. Với những kiến thức đã có và thời gian thực hiện đề tài, nhóm đặt ra mục tiêu ban đầu là sản phẩm đạt đƣợc các yêu cầu nhƣ theo dõi đƣợc vị trí thiết bị và hiển thị trên website với chi phí rẻ. 1.4 Nhiệm vu ̣nghiên cƣ́ u Áp dụng kiến thức đã đƣợc học để xây dựng hệ thống hoàn chỉnh, ngoài ra nghiên cứu, kế thừa ứng dụng từ những thiết bị khác, từ đó phát triển hệ thống hoàn thiện và có tính ứng dụng cao hơn. CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN 15
17. BÁO CÁO ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP 1.5 Đối tƣợng và phạm vi nghiên cứu Đối tƣợng nghiên cứu: hệ thống sẽ cần vi điều khiển để điều khiển toàn bộ hoạt động của hệ thống. Bên cạnh đó, cần một thiết bị có hỗ trợ GPS/GSM/GPRS với các chuẩn giao tiếp thông dụng nhƣ UART, I2C, để giao tiếp với vi điều khiển Ngoài ra, ta cần một web server để ngƣời dùng có thể truy cập và theo dõi tọa độ của họ. Phạm vi nghiên cứu: hệ thống trong đề tài này sẽ đáp ứng đủ nhu cầu về việc lấy tọa độ và hiển thị tọa độ của chiếc xe mang thiết bị lên bản đồ. Và hơn thế nữa, hệ thống không dừng lại ở mức mô hình, mà sẽ đƣợc áp dụng thực lên phƣơng tiện đi lại của ngƣời thực hiện. 1.6 Phƣơng ph́ áp Nghiên cƣ́ u Tham khảo các tài liệu để nắm rõ các kiến thức có liên quan. Xây dựng phần cứng và phần mềm đáp ứng các yêu cầu đặt ra ban đầu. Kiểm tra, đánh giá thiết bị, so sánh với các thiết bị chuyên dụng khác. 1.7 Bố cục của Đồ án Cáo cáo về đồ án gồm có 6 chƣơng: Chƣơng 1: Tổng Quan - Giới thiệu cái nhìn tổng quát về đồ án sẽ thực hiện: nhƣ đã trình bày ở trên Chƣơng 2: Cơ sở lý thuyết - Nội dung chủ yếu sẽ giới thiệu các kiến thức sẽ đƣợc áp dụng vào đồ án nhƣ: tìm hiểu về GPS, GSM, GPRS, tập lệnh AT, giao thức FTP, ngôn ngữ PHP và Javascript. Chƣơng 3: Giới thiệu các linh kiện và module sử dụngg - Chủ yếu giới thiệu về các thiết bị và linh kiện sẽ sử dụng để xây dựng hệ thống nhƣ vi điều khiển PIC18F4550 và module GSM/GPS đƣợc sử dụng. Chƣơng 4: Thiết kế và xây dựng hệ thống - Đƣa ra sơ đồ khối, sơ đồ nguyên lý, tính toán, xây dựng hệ thống phần cứng - Xây dựng phần mềm cách thức hoạt động của hệ thống Chƣơng 5: Kết Quả - Hình ảnh về kết quả phần cứng và phần mềm - Nhận xét từng phần Chƣơng 6: Kết luận và hƣớng phát triển - Những ƣu điểm, nhƣợc điểm của đề tài - Hƣớng phát triển cho đề tài. CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN 16
18. BÁO CÁO ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Chƣơng 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT Với đề tài đã chọn, trong chương này nhóm sẽ giới thiêu sơ lược qua các công nghệ, cũng như các lý thuyết cần nắm để người đọc sẽ có một cái nhìn tổng quan về cách thức tiếp cận đề tài của nhóm. 2.1 Tổng quan GPS GPS - Hệ thống Định vị Toàn cầu là hệ thống xác định vị trí dựa trên vị trí của các vệ tinh nhân tạo, do Bộ Quốc phòng Hoa Kỳ thiết kế, xây dựng, vận hành và quản lý. Trong cùng một thời điểm, tọa độ của một điểm trên mặt đất sẽ đƣợc xác định nếu xác định đƣợc khoảng cách từ điểm đó đến ít nhất ba vệ tinh. Tuy đƣợc quản lý bởi Bộ Quốc phòng Hoa Kỳ, chính phủ Hoa Kỳ cho phép mọi ngƣời trên thế giới sử dụng một số chức năng của GPS miễn phí, bất kể quốc tịch nào. GPS bao gồm 3 thành phần: phần không gian, phần kiểm soát và phần sử dụng. - Phần không gian: bao gồm các vệ tinh di chuyển xung quanh quỹ đạo trái đất theo 6 mặt phẳng quỹ đạo khác nhau, mỗi mặt phẳng quỹ đạo gồm 4 vệ tinh. Các vệ tinh trên quỹ đạo đƣợc bố trí sao cho các máy thu GPS trên mặt đất có thể nhìn thấy tối thiểu 4 vệ tinh vào bất kỳ thời điểm nào.Cấc vệ tinh sử dụng năng lƣợng mặt trời và có các nguồn pin dự phòng khi đi vào vùng khuất ánh mặt trời. - Phần kiểm soát: Mục đích trong phần này là kiểm soát vệ tinh đi đúng hƣớng theo quỹ đạo và thông tin thời gian chính xác. Có 5 trạm kiểm soát đặt rải rác trên trái đất. Bốn trạm kiểm soát hoạt động một cách tự động, và một trạm kiểm soát là trung tâm. Bốn trạm này nhận tín hiệu liên tục từ những vệ tinh và gửi các thông tin này đến trạm kiểm soát trung tâm. Tại trạm kiểm soát trung tâm, nó sẽ sửa lại dữ liệu cho đúng và kết hợp với hai an-ten khác để gửi lại thông tin cho các vệ tinh. Ngoài ra, còn một trạm kiểm soát trung tâm dự phòng và sáu trạm quan sát chuyên biệt. - Phần sử dụng: là thiết bị GPS để nhận tín hiệu từ vệ tinh và tính toán địa điểm hiện tại của thiết bị dựa vào tín hiệu nhận đƣợc. CHƢƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT 17
19. BÁO CÁO ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Hình 2.1: Các thành phần của GPS 2.1.1 Nguyên lý xác định vị trí với GPS Nhƣ đã giới thiệu sơ lƣợc về GPS, đây là một hệ thống định vị xác định vị trí của hệ thống dựa trên các vệ tinh nhân tạo. Các vệ tinh sẽ truyền tín hiệu một chiều đến thiết bị nhận tín hiệu GPS trên mặt đất. Các tín hiệu gửi từ vệ tinh nào thì chỉ định vị trí của vệ tinh và thời gian gửi tín hiệu đó. Thông tin về thời gian đóng vai trò rất quan trọng trong việc định vị tọa độ của thiết bị nhận GPS trên mặt đất, do vậy, các vệ tinh GPS cũng đƣợc trang bị hệ thống đếm giờ để cung cấp thời gian chính xác. Khoảng cách từ một vệ tinh đến một bộ thu GPS đƣợc tính dựa trên thời gian truyền tín hiệu từ vệ tinh đến bộ thu GPS. CHƢƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT 18
20. BÁO CÁO ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Hình 2.2: Khoảng cách từ vệ tinh đến bộ nhận GPS trên Trái Đất Nguyên lý xác định vị trí bằng GPS Giả sử bạn đang ở một nơi xa lạ và muốn biết mình đang ở đâu. Bạn hỏi thăm một ngƣời dân địa phƣơng và đƣợc biết đang cách Vũng Tàu 60 km. Thông tin nhận đƣợc mới chỉ cho bạn biết đang ở đâu đó trên vòng tròn tâm Vũng Tàu, bán kính 50 km. Một ngƣời khác nói bạn cách Biên Hòa 40 km. Giờ thì đã rõ hơn, bạn biết mình đang ở một trong hai vị trí là giao nhau của 2 vòng tròn. Ngƣời thứ ba cho biết, bạn đang cách thành phố Hồ Chí Minh 20 km. Và bạn đã có thể xác định vị trí hiện tại của mình là Nhơn Trạch – nơi giao của 3 vòng tròn. Nguyên lý trên cũng đƣợc áp dụng tƣơng tự để xác định vị trí trong hệ thống GPS, lấy điểm giao nhau của 3 mặt cầu trong không gian 3 chiều, thay vì là 3 đƣờng tròn. 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 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 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. CHƢƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT 19
21. BÁO CÁO ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Hình 2.3: Điểm giao nhau của ba đƣờng tròn là địa điểm của bộ nhận tín hiệu 2.1.2 Dữ liệu NMEA NMEA 0183 (hay nói gọn đi là NMEA) là một kiểu dữ liệu đƣợc định nghĩa cho việc giao tiếp giữa các thiết bị quân sự nhƣ máy đo vận tốc và hƣớng gió, la bàn, autopilot và trong có bao gồm máy thu GPS, do tổ chức National Marine Electronics Association. Mỗi thiết bị có các mẫu thông tin chuẩn và mỗi mẫu thông tin này đều có hai kí tự tiền tố, ví dụ nhƣ tiền tố cho một thiết bị GPS là GP Chuẩn NMEA truyền thông tin theo phƣơng thức nối tiếp với tốc độ truyền là 4800 bps và định dạng thông tin truyền đi là mã ASCII 8 bit đơn giản. Dữ liệu sẽ đƣợc truyền đi trong một "câu" theo một chiều duy nhất từ một máy phát (talker) đến một máy thu (listener) tại một thời điểm. Trên cơ sở đó, ngƣời ta cũng đã mở rộng để một máy phát có thể đến nhiều máy thu, cũng nhƣ một máy thu có thể nhận thông tin từ nhiều máy phát.(1) Một câu NMEA có chứa nhiều nhất 82 kí tự. Mỗi câu bắt đầu với kí hiệu dollar “$” và theo sau là 2 kí tự tƣợng trƣng cho loại máy phát. Tiếp đến là 3 kí tự để chỉ kiểu thông tin truyền đi, sau đó là các nội dung của thông tin , các thông tin CHƢƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT 20
22. S K L 0 0 2 1 5 4