Luận văn Nghiên cứu, chế tạo hộp đen ô tô (Phần 1)

Nội dung text: Luận văn Nghiên cứu, chế tạo hộp đen ô tô (Phần 1)

1. BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH LUẬN VĂN THẠC SĨ NGUYỄN QUỐC VƯƠNG NGHIÊN CỨU, CHẾ TẠO HỘP ĐEN Ô TÔ NGÀNH: KỸ THUẬT CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC - 605246 S K C0 0 4 4 6 6 Tp. Hồ Chí Minh, tháng 10/2014
2. BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH  LUẬN VĂN THẠC SĨ NGUYỄN QUỐC VƯƠNG NGHIÊN CỨU, CHẾ TẠO HỘP ĐEN Ô TÔ NGÀNH: KỸ THUẬT CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC - 605246 TP.Hồ Chí Minh, tháng 10/2014
3. BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH  LUẬN VĂN THẠC SĨ NGUYỄN QUỐC VƯƠNG NGHIÊN CỨU, CHẾ TẠO HỘP ĐEN Ô TÔ NGÀNH: KỸ THUẬT CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC - 605246 Hướng dẫn khoa học: PGS.TS ĐỖ VĂN DŨNG TP.Hồ Chí Minh, tháng 10/2014
4. Luận văn tốt nghiệp LÝ LỊCH KHOA HỌC I. LÝ LỊCH SƠ LƯỢC: Họ & tên: NGUYỄN QUỐC VƯƠNG Giới tính: Nam Ngày, tháng, năm sinh: 31/10/1989 Nơi sinh: Bình Định Quê quán: Xã Bồng Sơn, huyện Hoài Nhơn, Bình Định Dân tộc: Kinh Chỗ ở riêng hoặc địa chỉ liên lạc: 415/15A Trường Chinh, Phường 14, Quận Tân Bình, TP. Hồ Chí Minh. Điện thoại cơ quan: Điện thoại nhà riêng: 01678868761 Fax: E-mail: quocvuongspk07@gmail.com II. QUÁ TRÌNH ĐÀO TẠO: 1. Trung học chuyên nghiệp: Hệ đào tạo: Thời gian đào tạo từ / đến / Nơi học (trường, thành phố): Ngành học: 2. Đại học: Hệ đào tạo: Chính Quy Thời gian đào tạo từ 10 / 2007 đến 1 / 2012 Nơi học (trường, thành phố): Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật.TPHCM Ngành học: Cơ Khí Động Lực Tên đồ án, luận án hoặc môn thi tốt nghiệp: Thiết kế, chế tạo mô hình giảng dạy hệ thống điện trên xe Honda PCX. Ngày & nơi bảo vệ đồ án, luận án hoặc thi tốt nghiệp: 10/01/2012. Người hướng dẫn: PGS.TS Đỗ Văn Dũng. III. QUÁ TRÌNH CÔNG TÁC CHUYÊN MÔN KỂ TỪ KHI TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC: Thời gian Nơi công tác Công việc đảm nhiệm 2014 Cao Đẳng kỹ thuật Cao Thắng Giảng dạy i
5. Luận văn tốt nghiệp LỜI CAM ĐOAN Tôi cam đoan đây là công trình nghiên cứu của tôi. Các số liệu, kết quả nêu trong luận văn là trung thực và chưa từng được ai công bố trong bất kỳ công trình nào khác Tp. Hồ Chí Minh, ngày 20 tháng 10 năm 2014 (Ký tên và ghi rõ họ tên) NGUYỄN QUỐC VƯƠNG ii
6. Luận văn tốt nghiệp LỜI CẢM ƠN Sau hai năm học tập tại Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật Thành Phố Hồ Chí Minh. Giờ đây, em đã hoàn thành khóa học. Trong khoảng thời gian đó, quý thầy cô trong trường đã tận tình chỉ dạy cho chúng em không chỉ những kiến thức khoa học mà còn cả đạo đức, cách sống. Để tỏ lòng biết ơn công lao ấy, chúng em xin tri ân và chân thành cảm ơn đến: Quý thầy cô trong Ban Giám Hiệu Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật Thành Phố Hồ Chí Minh đã tạo điều kiện thuận lợi cho chúng em trong toàn khóa học niên khóa 2012 – 2014. Quý thầy cô trong Khoa Cơ Khí Động Lực Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật Thành Phố Hồ Chí Minh. Quý thầy cô trong các Khoa, Trung tâm, các phòng ban trong nhà trường. Đặc biệt chúng em xin chân thành cảm ơn PGS-TS ĐỖ VĂN DŨNG, trong suốt thời gian làm đề tài, thầy đã tận tình chỉ dạy, động viên và giúp đỡ để em hoàn thành tốt đề tài. Gia đình, người thân cùng bạn bè gần xa đã giúp đỡ, động viên trong quá trình thực hiện đề tài. Kính chúc quý thầy cô thật nhiều sức khỏe, niềm vui và hạnh phúc và rất mong nhận được những ý kiến đóng góp chân thành! Tp.HCM, Ngày 20 Tháng 10 năm 2014 Người thực hiện Nguyễn Quốc Vương iii
7. Luận văn tốt nghiệp TÓM TẮT Công nghệ định vị toàn cầu GPS (Global Positioning System) đang ngày càng phát triển và được ứng dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực như: bản đồ, thủy văn, viễn thông Đề tài: “Nghiên cứu, chế tạo hộp đen ô tô” xuất phát từ nhu cầu thực tế. Qua đó, tôi đã thiết kế, chế tạo hộp đen ứng dụng trên xe ô tô, xe máy nhằm có thể xác định được vị trí, vận tốc, kinh độ, vĩ độ, thời gian . của các phương tiện giao thông công cộng như xe hơi, xe máy Thiết bị hoạt động như sau: Phần GPS của module SIM548C thu tín hiệu GPS về từ hệ thống vệ tinh định vị toàn cầu GNSS (Global Navigation Satellite System) và gửi dữ liệu nhận được đến vi điều khiển. Vi điều khiển xử lý dữ liệu nhận được (vị trí, vận tốc, kinh độ, vĩ độ .) và gửi tới phần GSM của SIM548C. Phần GSM của module SIM548C gửi những dữ liệu này đến máy tính thông qua dịch vụ GPRS, và cuối cùng phần mềm trên máy tính sẽ hiển thị chính xác vị trí, vận tốc, kinh độ, vĩ độ được định vị trên bản đồ trực tuyến. Sau một thời gian nghiên cứu và thực hiện, thiết bị đã hoàn thành, và có khả năng giám sát phương tiện di chuyển trong một phạm vi rộng lớn với sai số chấp nhận được. Đặc biệt sản phẩm có khả năng ứng dụng cao, thích hợp với đa số người sử dụng là những cá nhân nhỏ lẻ. iv
8. Luận văn tốt nghiệp ABSTRACT Nowadays, Global Positioning System (GPS) is developing and applying more and more generously in many fields such as: Maps, hydrology, telecommunications, engineering thesis: “Research and design Black Box for automobile”originated from the reality of users demand. From that, I designed Black Box which used in automobile, motorcycles to manage position, velocity, longitude, latitude vehicles such as: cars, motorcycles The devices operates in the process: First, GPS part of Module SIM548C receive GPS signals from Global Navigation Satellite System (GNSS) and transmit these data to microcontroller. Microcontroller will receive data and then send them to GSM part of Module SIM548C. GSM part of module SIM548C send these processed data to computer through GPRS service. Finally, the software on computer calculate and draw the position of the objects on the online map (Google Map). After a long-term in researching, performing and testing this device, project has been finished. System has the ability to locate automatic objects in extensive scale with the acceptable errors. Especially the system has high application and it is very suitable for many personal users. v
9. Luận văn tốt nghiệp MỤC LỤC Quyết định giao đề tài Lý lịch cá nhân i Lời cam đoan ii Lời cảm ơn iii Tóm tắt iv Abstract v Mục lục vi Danh mục các từ viết tắt x Danh mục các hình xi Danh mục các bảng xiii Chương 1: DẪN NHẬP 1.1 Đặt vấn đề 1 1.2 Mục tiêu của đề tài 2 1.3 Nhiệm vụ của đề tài 2 1.4 Giới hạn đề tài 3 1.5 Phương pháp nghiên cứu 3 Chương 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT 2.1 Tổng quan về hệ thống định vị toàn cầu GPS (Global Positioning System) 4 2.1.1 Khái niệm hệ thống định vị toàn cầu GPS 4 2.1.2 Sự ra đời và lịch sử phát triển hệ thống định vị toàn cầu GPS 4 2.1.3 Các nghiên cứu GPS trong và ngoài nước 5 2.1.3.1 Các nghiên cứu GPS trên thế giới 5 2.1.3.2 Các nghiên cứu GPS trong nước 6 2.2 Cấu tạo hệ thống GPS 6 2.2.1 Phần không gian (Space Segment) 7 2.2.2 Phần điều khiển (Control Segment) 8 2.2.3 Phần sử dụng (Space Segment) 9 vi
10. Luận văn tốt nghiệp 2.2.3.1 Các bộ phận của một thiết bị GPS trong phần sử dụng 10 2.2.3.2 Những bộ phận chính của máy thu GPS 10 2.3 Phương trình chuyển hướng 11 2.3.1 Tọa độ vị trí tại một địa điểm trên mặt đất 12 2.4 Thành phần tín hiệu GPS 13 2.4.1 Tín hiệu GPS 14 2.4.2 Thông điệp từ chuỗi dữ liệu 50bps 15 2.5 Cách thức làm việc của hệ thống GPS 16 2.5.1 Hoạt động của GPS 16 2.5.2 Độ chính xác của hệ thống GPS 18 2.5.3 Các nguồn lỗi ảnh hưởng đến tín hiệu GPS 19 2.5.3.1 Điều kiện khí quyển 19 2.5.3.2 Lỗi do sự giao thoa tín hiệu GPS 19 2.5.3.3 Lỗi do sự di chuyển của các thiết bị GPS 19 2.6 Chuẩn NMEA0183 20 2.6.1 Giới thiệu về chuẩn NMEA và NMEA0183 20 2.6.2 Giải mã một số đoạn mã NMEA 21 2.7 Hệ thống thông tin di động toàn cầu GSM 28 2.8 Dịch vụ vô tuyến gói tổng hợp GPRS (General Packet Radio Service) 29 2.8.1 Sơ lược 29 2.8.2 Đặc điểm của hệ thống GPRS 30 2.8.2.1 Chuyển mạch kênh 30 2.8.2.2 Chuyển mạch gói 30 2.8.3 Kiến trúc mạng GPRS 31 2.8.3.1 TE 32 2.8.3.2 GPRS BSS 32 2.8.3.3 MSC (Mobile Service Switching Center) 33 2.8.3.4 HLR (Home Location Register) 33 2.8.3.5 VLR (Visitor Location Register) 34 vii
11. Luận văn tốt nghiệp 2.8.3.6 Mạng lõi 34 2.8.4 Chức năng kết nối IP của GPRS 35 2.8.4.1 Địa chỉ IP công cộng và địa chỉ riêng 36 2.8.4.2 Địa chỉ IP động và địa chỉ tĩnh 36 2.8.5 Các lớp thiết bị GPRS 38 2.8.5.1 Kiến trúc mạng 38 2.8.5.2 Giao diện vô tuyến 38 2.8.5.3 Các lớp dịch vụ GPRS 38 2.8.6 Giải pháp định vị GPS, GSM/ GPRS 39 Chương 3 THIẾT KẾ VÀ THI CÔNG PHẦN CỨNG 3.1 Cơ sở thiết kế 40 3.2. Tổng quan về vi điều khiển STM32F407 và SIM548C 40 3.2.1 Tổng quan về STM32F407 40 3.2.1.1 Sơ lược lịch sử hình thành và phát triển 40 3.2.1.2 Giới thiệu về STM32F407 41 3.2.1.3 Giao tiếp USART 43 3.2.2 Tổng quan về SIM548C 45 3.2.2.1 Đặc điểm của Module SIM548C 46 3.2.2.2 Sơ đồ chức năng 50 3.3 Sơ đồ khối hệ thống và chức năng từng khối 53 3.3.1 Sơ đồ khối hệ thống 53 3.3.2 Chức năng từng khối 54 3.4 Thiết kế khối module SIM548C 54 3.4.1 Thiết kế phần GSM/GPRS 54 3.4.2 Khối GPS 60 3.5 Thiết kế khối vi điều khiển STM32F407 62 3.6 Thiết kế khối nguồn 63 3.7 Thiết kế khối SD card và khối cổng COM 65 Chương 4 LẬP TRÌNH ĐIỀU KHIỂN viii
12. Luận văn tốt nghiệp 4.1 Giới thiệu về tập lệnh AT 67 4.2 Tập lệnh AT sử dụng điều khiển module GSM và GPS 69 4.2.1 Khởi tạo cấu hình mặc định cho modem 69 4.2.2 Khởi tạo module SIM548C 73 4.2.3 Thiết lập kết nối GPRS giữa module SIM548C và GPRS TCP Server 76 4.2.4 Truyền nhận gói TCP giữa modem và GPRS server 77 4.2.5 Hủy kết nối GPRS giữa modem và server 78 4.3 Lập trình cho vi điều khiển STM32F407 79 4.4 Lập trình bộ phận GSM/GPRS cho SIM548C 83 Chương 5 THỰC NGHIỆM MÔ HÌNH 5.1 Mô hình thực nghiệm 85 5.2 Xây dựng thành công chương trình hiển thị chính xác vị trí đối tượng trên bản đồ trực tuyến 86 5.3 Kết quả thực nghiệm đánh giá sai số của thiết bị 87 Chương 6 THỰC NGHIỆM MÔ HÌNH 6.1 Kết luận 90 6.2 Các vấn đề còn tồn tại 90 6.3 Hướng phát triển của đề tài 90 TÀI LIỆU THAM KHẢO ix
13. Luận văn tốt nghiệp DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT GSM (Global System for Mobile Communications): Hệ thống thông tin di động toàn cầu GPRS (General Packet Radio Service): Dịch vụ vô tuyến gói tổng hợp GPS (Global Position System): Hệ thống định vị toàn cầu GIS (Geographic Information Sytem): Hệ thống thông tin địa lý. BSS (Base Station System): Phân hệ trạm gốc OMS (Operation and Maintenance Subsystem): Phân hệ vận hành và sửa chữa SMS (Short Message Service): Dịch vụ tin nhắn ngắn MMS (Multimedia Messaging Service): Dịch vụ tin nhắn đa phương tiện WAP (Wireless Application Protocol): Giao thức ứng dụng mạng đơn giản. SGSN (Serving GPRS Support Node): Là một phần tử trong mạng lõi GPRS nhằm kết nối giữa mạng truy nhập và gateway. VLR (Visited Location Register): Bộ đăng ký định vị tạm trú. HLR (Home Location Register): Bộ đăng ký định vị thường trú. CDMA (Code Division Multiple Access): Phương thức đa truy cập phân chia theo mã. TDMA (Time Division Multiple Access): Phương thức đa truy cập phân chia theo thời gian. SIM (Subscriber Identity Module): Thẻ chứa thông tin định dạng. TCP/UDP (Transmission Control Protocol/ User Datagram Protocol): Giao thức điều khiển truyền dẫn/Giao thức dữ liệu gói người sử dụng. IP (Internet Protocol): Giao thức dùng cho mạng internet. AT (Attention Command): Tập lệnh AT. CR (Carriage Return): Lệnh Enter. LF (Line Feed): Lùi vào đầu dòng. TE (Terminal Equipment): Thiết bị đầu cuối. MT (Mobile Terminal): Thiết bị đầu cuối mạng. x
14. Luận văn tốt nghiệp DANH MỤC HÌNH Hình 2.1: Các thành phần cấu tạo của hệ thống GPS 7 Hình 2.2: Các quỹ đạo của vệ tinh trong hệ thống GPS 8 Hình 2.3: Trạm mặt đất được sử dụng từ 1984-2007 8 Hình 2.4: Phần thiết bị sử dụng dẫn đường GPS 9 Hình 2.5: Mô hình tín hiệu GPS khi truyền 14 Hình 2.6: Cấu trúc thành phần cùng pha của L1 15 Hình 2.7: Cấu trúc thành phần vuông pha của L1 15 Hình 2.8: Tính khoảng cách từ thiết bị GPS đến vệ tinh 17 Hình 2.9: Thông tin dữ liệu 18 Hình 2.10: Lỗi do giao thoa tín hiệu GPS 19 Hình 2.11: Kiếm trúc mạng GPRS 31 Hình 2.12: Kết nối GPRS-Internet 37 Hình 3.1: Sơ đồ chân vi điều khiển STM32F407 42 Hình 3.2: Sơ đồ cấu trúc vi điều khiển STM32F407 43 Hình 3.3: Sơ đồ truyền dữ liệu nối tiếp 45 Hình 3.4: Module SIM548C 49 Hình 3.5: Sơ đồ chức năng của Module SIM548C 51 Hình 3.6: Sơ đồ khối mạch phần cứng. 53 Hình 3.7: Bật chế độ hoạt động cho phần GSM/GPRS sử dụng nút nhấn 55 Hình 3.8: Thời gian bật chế độ hoạt động của phần GSM/GPRS 56 Hình 3.9: Thời gian tắt chế độ hoạt động của phần GSM/GPRS 56 Hình 3.10: Đèn Led chỉ thị cho chân NETLIGHT và chân STATUS 57 Hình 3.11: Kích hoạt chế độ hoạt động của phần GPS 60 Hình 3.12: Sơ đồ nguyên lý khối SIM548C 62 Hình 3.13: Sơ đồ nguyên lý của module STM32F407 63 Hình 3.14: Khối nguồn cung cấp cho GPRS/GSM SIM548C 64 Hình 3.15: Sự sụt áp đã làm cho dòng tiêu thụ phải tang lên 2A 64 Hình 3.16: Khối nguồn cung cấp cho STM32F407 và phần GPS SIM548C xi
15. Luận văn tốt nghiệp 65 Hình 3.17: Sơ đồ nguyên lý khối SD Card 65 Hình 3.18: Sơ đồ nguyên lý khối cổng COM 66 Hình 4.1: Bảng lệnh khởi tạo cấu hình mặc định cho modem 70 Hình 4.2: Khởi tạo Module SIM548C 74 Hình 4.3: Bảng lệnh thiết lập kết nối GPRS giữa module SIM548C và GPRS TCP Server 76 Hình 4.4: Bảng lệnh truyền nhận dữ liệu giữa Module SIM548C và server 77 Hình 4.5: Bảng lệnh hủy kết nối giữa Modem và Server 79 Hình 4.6: Lưu đồ thuật toán của vi điều khiển 80 Hình 4.7: Cấu trúc chuỗi tin GPRMC. 81 Hình 4.8: Lưu đồ thuật toán tách lấy thông số kinh độ, vĩ độ, thời gian, vận tốc. 82 Hình 4.9: Mô hình giao tiếp giữa Client và Server giao diện Web 83 Hình 4.10: Lưu khởi tạo cấu hình mặc định cho SIM548C 84 Hình 5.1: Mô hình hộp đen trên xe 85 Hình 5.2: Thiết bị hộp đen 85 Hình 5.3: Đoạn đường thực nghiệm 86 Hình 5.4: Vị trí của xe được ghi nhận từ hộp đen 86 Hình 5.5: Tin nhắn cảnh báo vượt quá tốc độ tới người lái xe 88 Hình 5.6: Dữ liệu hộp đen được lưu trong thẻ nhớ micro SD 89 xii
16. Luận văn tốt nghiệp DANH MỤC BẢNG BIỂU Bảng 2.1: Danh sách các dạng dữ liệu đầu ra 21 Bảng 2.2: Giao thức GGA 22 Bảng 2.3: Định dạng vị trí 23 Bảng 2.4: Giao thức GLL 23 Bảng 2.5: Giao thức GSA 24 Bảng 2.6: Chế độ 1 25 Bảng 2.7: Chế độ 2 25 Bảng 2.8: Giao thức GSV 26 Bảng 2.9: Giao thức RMC 27 Bảng 2.10: Giao thức VTG 28 Bảng 2.11: Bảng liệt kê những thay đổi trong mạng GPRS 32 Bảng 3.1:Sơ đồ mã hóa và tốc độ dữ liệu lớn nhất trên giao diện vô tuyến. 50 Bảng 3.2: Chức năng chân của Module SIM548C 52 Bảng 3.3: Bảng trạng thái làm việc của NETLIGHT 57 Bảng 3.4: Mức logic của chân Serial port 59 Bảng 4.1: Bảng phân loại các câu lệnh AT mở rộng 68 Bảng 5.1: Bảng thực nghiệm thông số vận tốc giữa hộp đen và trên xe 87 Bảng 5.2: Bảng thực nghiệm thông số kinh độ giữa hộp đen và trên phần mềm VietMap 87 Bảng 5.3: Bảng thực nghiệm thông số vĩ độ giữa hộp đen và trên phần mềm VietMap 88 xiii
17. Luận văn tốt nghiệp xiv
18. Luận văn tốt nghiệp Chƣơng 1 DẪN NHẬP 1.1 Đặt vấn đề Hiện nay, số lượng phương tiện tham gia giao thông như xe gắn máy, ô tô, xe tải, xe buýt, ngày càng nhiều. Điều đó đã gây ra nhiều hậu quả đáng tiếc như ùn tắc và tai nạn giao thông. Bên cạnh đó, khi kinh tế ngày càng phát triển, nhu cầu của con người ngày càng tăng cao ở nhiều lĩnh vực khác nhau như : vui chơi giải trí, du lịch v.v Từ đó, nhiều công ty vận tải, du lịch đã ra đời nhằm đáp ứng các nhu cầu xã hội như vận chuyển hàng hóa, chuyên chở hành khách.v.v Các công ty được thành lập với một đội ngũ nhân viên lái xe cùng với hàng chục, hàng trăm chiếc xe cơ giới khác loại và điều đó một phần gây ra khó khăn cho các công ty trong việc quản lý thời gian làm việc, số lượng xe cơ giới và tài xế lái xe, qua đó gây khó khăn trong việc cảnh báo cho những rủi ro có thể xảy ra cho phương tiện và người điều khiển xe. Xuất phát từ nhu cầu thực tế, nhất là trong thời kỳ mở rộng về hoạt động của các hệ thống vận tải, yêu cầu quản lý chuyên nghiệp, hiệu quả, bài toán quản lý và giám sát phương tiện giao thông trở nên rất bức thiết. Bài toán này đặt ra cho các công ty vận tải một số yêu cầu sau: - Giám sát các phương tiện giao thông: xác định vị trí, theo dõi, cập nhật các trạng thái của phương tiện giao thông: bao gồm cả các yếu tố bên trong phương tiện. - Truyền thông báo tới phương tiện giao thông. - Độ mở rộng và khả năng phục vụ lớn. Một số giải pháp hiện nay: - Cắt cử nhân viên theo dõi, ghi nhận các báo cáo bằng văn bản, hoặc đường điện thoại. - Sử dụng các module GPS-Galileo: các module này có chức năng thu tín hiệu từ các hệ thống vệ tinh định vị, qua đó tính toán, xác định được vị trí của thiết bị đó theo hệ tọa độ địa lý: bao gồm kinh độ, vĩ độ và độ cao. 1
19. Luận văn tốt nghiệp - GIS: là hệ thống phần mềm địa lý có chức năng tiếp nhận thông tin về vị trí địa lý, sau đó xử lý và hiển thị trên hệ thống bản đồ số. Ví dụ như hệ thống quản lý tàu đánh cá thông qua bộ đàm, quản lý taxi Các vấn đề tồn tài trong thực tế: - Đối với việc quản lý bằng các nhân viên cử theo các chuyến xe: tốn kém về mặt nhân lực và chưa hiệu quả. Khả năng giám sát và điều khiển chưa chuyên nghiệp. - Việc sử dụng module xác định vị trí bằng GPS còn đơn giản, các thiết bị hầu hết được nhập khẩu nguyên chiếc, ứng dụng đơn thuần xác định vị trí. Bên cạnh đó giá thành còn cao và không chủ động được về mặt kỹ thuật. - Với một số hệ thống quản lý thông tin về bản đồ số như GIS: tuy đã xây dựng theo mô hình hệ thống, nhưng mức độ phổ biến chưa cao. Ứng dụng mang tính chuyên biệt, đặc biệt là mức chi phí đầu tư lớn, chủ động về mặt kỹ thuật bị hạn chế. Chính vì vậy, việc ― Nghiên cứu, chế tạo hộp đen‖ có ý nghĩa rất lớn nhằm mục đích tạo ra điều kiện thuận lợi cho các công ty vận tải trong việc quản lý nhân viên và xe cơ giới một cách hiệu quả hơn. 1.2 Mục tiêu của đề tài + Nắm vững cơ sở lý thuyết về hệ thống định vị toàn cầu GPS. + Tìm hiểu kỹ các vấn đề liên quan tới quá trình chế tạo và lập trình hộp đen. + Đánh giá độ bền, độ ổn định và độ chính xác của thiết bị. + Hoàn thiện sản phẩm và ứng dụng vào thực tế. 1.3 Nhiệm vụ của đề tài + Tìm hiểu cơ sở lý thuyết về các vấn đề liên quan đến công nghệ GPS, cấu trúc vi điều khiển. + Thiết kế, thi công, và lập trình cho hộp đen ô tô các tính năng sau: - Đưa ra các thông tin về thời gian, tốc độ, kinh độ, vĩ độ, quãng đường chạy của xe từng phút một trong suốt hành trình chạy của xe. - Cảnh báo lái xe khi xe chạy quá tốc độ giới hạn. 2
20. Luận văn tốt nghiệp - Giúp xem lại lộ trình và trạng thái xe trong quá khứ (các thông số được lưu trong thẻ nhớ SD card). + Hoàn thiện đề tài với khả năng ứng dụng cao, mạch hoạt động ổn định và chính xác. 1.4 Giới hạn đề tài Công nghệ GPS là một trong những công nghệ đang được quan tâm ở nhiều quốc gia trên thế giới trong đó có Việt Nam. Hiện nay, dù công nghệ GPS tương đối phổ biến ở Việt Nam nhưng trình độ công nghệ chưa đủ và giá thành các thiết bị 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 người thực hiện đề tài: ―Nghiên cứu, chế tạo hộp đen ô tô‖ chỉ dừng lại ở việc nghiên cứu và thiết kế một thiết bị dùng để giám sát hành trình của xe, lưu lại lộ trình và trạng thái xe trong quá khứ (các thông số được lưu trong thẻ nhớ SD card). 1.5 Phƣơng pháp nghiên cứu Kết hợp nhiều phương pháp trong đó có các phương pháp chủ yếu như sau: + Nghiên cứu lý thuyết về công nghệ GPS. + Tham khảo các sản phẩm sử dụng công nghệ GPS trong nước và trên thế giới. + Thu thập thông tin và học hỏi kinh nghiệm từ thầy cô và bạn bè. + Thiết kế và thi công hộp đen ô tô. + Hoàn thành sản phẩm với các tính năng đã nêu trên. 3
21. Luận văn tốt nghiệp Chƣơng 2 CƠ SỞ LÝ THUYẾT 2.1 Tổng quan về hệ thống định vị toàn cầu GPS (Global Positioning System) 2.1.1 Khái niệm hệ thống định vị toàn cầu GPS Hệ thống định vị toàn cầu GPS là hệ thống xác định tọa độ dựa trên vị trí của các vệ tinh nhân tạo. Trong cùng một thời điểm, ở một vị trí bất kỳ trên trái đất nếu xác định được khoảng cách đến tối thiểu ba vệ tinh thì ta có thể tính được tọa độ của vị trí đó. 2.1.2 Sự ra đời và lịch sử phát triển hệ thống định vị toàn cầu GPS Sự ra đời của những phương tiện vận chuyển như máy bay, những con tàu vũ trụ và việc đòi hỏi điều khiển những thiết bị đó trong không gian ba chiều. Những phương pháp dẫn đường và những hệ thống dẫn đường vô tuyến điện chỉ dùng cho việc dẫn dắt các tàu thủy đã trở nên lỗi thời và không phù hợp với việc điều khiển các thiết bị chuyển động trong không gian ba chiều vì những hệ thống đương thời chỉ xác định được vị trí theo không gian 2 chiều. Trước những đòi hỏi về kỹ thuật đó nhiều nhà khoa học đã được chính phủ Mỹ tài trợ để thực hiện nghiên cứu hệ thống dẫn đường dựa trên vũ trụ. Vào những thập niên 60 và 70, Bộ Quốc phòng Mỹ đã đầu tư nghiên cứu và xây dựng hệ thống định vị toàn cầu GPS (Global Positioning System). Vệ tinh GPS đầu tiên được phóng vào tháng 2 năm 1978. Từ đầu năm 1990, GPS bắt đầu được sử dụng trong dân sự. Chính phủ Mỹ dành riêng mức định vị chính xác cao nhất cho quân đội, tuy nhiên họ cũng đã phát triển mã thu C/A cho mục đích dân dụng. Điều này giúp bất cứ ai cũng có thể sử dụng GPS ở bất cứ đâu và bất cứ khi nào. Ở Nga, với kỹ thuật phóng vệ tinh khá tốt, Nga cũng đã xây dựng thành công hệ thống vệ tinh dẫn đường quỹ đạo toàn cầu, viết tắt là GLONASS (Global Orbital Navigation Satellite System) vào năm 1995. Hai hệ thống này ban đầu phục vụ cho mục đích quân sự là chính, hiện nay đã được đưa vào cho mục đích dân sự. Liên hiệp Âu Châu cũng đã khởi công cho dự án hệ thống vệ tinh dẫn đường toàn cầu với tên gọi GALILEO( đặt tên của nhà thiên văn học và vật lý vĩ đại Galileo Galilei). Hệ thống 4
22. S K L 0 0 2 1 5 4