Nghiên cứu chế tạo hộp đen ô tô

Nội dung text: Nghiên cứu chế tạo hộp đen ô tô

1. NGHIÊN CỨU CHẾ TẠO HỘP ĐEN Ô TÔ [1]KS. Nguyễn Quốc Vương. quocvuongspk07@gmail.com, [1]Đại học Sư Phạm Kĩ Thuật Tp.HCM Tóm tắt/Abtract 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. 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. Từ khóa: Ôtô, hộp đen, hệ thống định vị GPS . 1.Giới thiệu Hộp đen giúp các công ty có thể kiểm soát được Đề tài được thiết kế và chế tạo nhằm đưa ra các được thông tin xe, quản lý thời gian làm việc của thông số về vận tốc, thời gian, kinh độ, vĩ tài xế, cảnh báo cho người lái xe khi xe vượt quá độ,.v.v Đây là một công trình có ý nghĩa vì: tốc độ cho phép v.v - Giảm giá thành sản phẩm hộp đen. - Chủ động trong thiết kế, chế tạo và lâp trình hộp 2.Những khó khăn kỹ thuật chưa giải quyết đen vv. trong quá trình làm hộp đen - Sản phẩm có tính thương mại ứng dụng trên các xe buýt, xe taxi. Các đề tài trong nước vẫn chưa tối ưu hóa các thông số vận tốc, kinh độ, vĩ độ,v.v.v với độ
2. chính xác cao. Trang Web giám sát các phương số trường hợp sụt áp lớn do xung truyền tăng lên, tiện chưa đáp ứng được các nhu cầu thiết yếu của lúc đó dòng tiêu thụ lên tới 2A. Vì vậy, nguồn người sử dụng . Bên cạnh đó, đề tài vẫn chưa thể cung cấp cho chân VBAT phải đủ dòng lên tới 2A. hiện được các thông số về việc giám sát thời gian Do đó nhóm đã sử dụng IC LM2576ADJ. làm việc của tài xế, số lần vượt quá tốc độ và số lần dừng xe. 3. Phân tích quá trình thiết kế phần cứng. Quá trình truyền dữ liệu bên trong mạch điện tử của hộp đen sử dụng giao thức RS232 thông qua cổng UART để truyền dữ liệu thông tin về kinh độ, vĩ độ, vận tốc, thời gian từ module chip GPS (lấy thông tin từ vệ tinh gởi về) tới vi điều khiển (microcontroller). Riêng module SIM548C trên thị trường tích hợp cả Hình 2: Khối nguồn cung cấp cho GPRS/GSM hai phần GPS và GPRS. Phần vi xử lý thì vi điều SIM548C khiển STM32F407 có hai ngõ USART đáp ứng 3.3 Thiết kế khối SD card và khối cổng COM được những yêu cầu trên. Do vậy, tôi đã lựa chọn Yêu cầu nguồn cấp tới khối SD card và khối cổng vi điều khiển STM32F407 và SIM548C để sử dụng COM là 3.3 V. Nguồn 3.3V được lấy từ IC trong luận văn. LM1117 như trên hình 3.14. Dưới đây là sơ đồ 3.1 Thiết kế mạch vi điều khiển STM32F407 chân khối SD card và khối cổng COM. Như đã nói, chức năng chính của khối vi điều khiển STM32F407 là nhận dữ liệu GPS từ cổng Serial port A của phần GPS đến chân RXD6 ( thuộc cổng UART6) của vi điều khiển. Vi điều khiển sẽ tách dữ liệu nhận được thành các dữ liệu cần lấy như tọa độ vị trí, thời gian, kinh độ, vĩ độ rồi sử dụng tập lệnh AT gửi dữ liệu tách được ra chân TXD1 (thuộc cổng UART1), tập lệnh AT này sau khi đưa vào chân RXD của phần GSM/GPRS, phần GSM/GPRS sẽ truyền dữ liệu Hình 3: Sơ đồ nguyên lý khối SD Card tách được đó qua mạng GPRS về server trung tâm. Hình 4: Sơ đồ nguyên lý khối cổng COM. 3.4 Thiết kế khối SIM 548C Khối GPS của module bao gồm 12 chân, từ chân 49 đến chân 60, người thực hiện chỉ xét một số chân cơ bản để có thể thực hiện mục đích của đồ án: lấy tín hiệu GPS với giao thức NMEA 0183. Hình 1: Sơ đồ nguyên lý của module Chân GPS_VCC: Cung cấp nguồn cho STM32F407 phần GPS của SIM548C với điện áp vào 3.2 Thiết kế khối nguồn khoảng 3V÷5V, điện áp trung bình là 3.3V. Biết rằng nguồn cung cấp cho chân VBAT vào khoảng 3.4V÷4.5V, trung bình là 4V. Trong một
3. Dòng tiêu thụ của phần GPS vào khoảng Vì dữ liệu GPS thu được từ vệ tinh gồm nhiều loại lớn hơn 150mA. bản tin khác nhau nên tôi chỉ tách lấy chuỗi tin Do mức logic 1 của cổng Serial port A GPRMC, đây là chuỗi tin có chứa các thông số về khoảng 3V nên vi điều khiển vẫn có thể thời gian, kinh độ, vĩ độ, tốc độ cần thiết cho đề tài hiểu đó là mức 1, vì vậy nhóm sẽ kết nối của tôi. trực tiếp cổng GPS_TXA với cổng RXD6 Chuỗi tin GPRMC gửi về là một chuỗi dữ liệu gồm của vi điều khiển STM32F407. Và khi lập rất nhiều thông tin khác nhau, trong đề tài này tôi trình việc lấy dữ liệu từ cổng GPS_TXA tôi chỉ tách lấy các thông số về kinh độ, vĩ độ, thời phải thiết lập tốc độ cho cổng RXD6 là gian và tốc độ, bản tin GPRMC có cấu trúc như 4800bps. sau: Hình 7: Cấu trúc chuỗi tin GPRMC 4.1 Lập trình bộ phận GSM/GPRS cho SIM548C Bộ phận GSM/GPRS của SIM548C có nhiệm vụ chuyển các thông số GPS như kinh độ, vĩ độ, thời gian, tốc độ v.v lên Web browser. Hình 5: Sơ đồ nguyên lý khối SIM548C Google Map 4. Phân tích quá trình lập trình phần mềm Client Sau khi phân tích các yêu cầu của đề tài, vi điều khiển phải thực hiện các công việc: nhận và xử lý dữ liệu GPS, gửi dữ liệu qua GPRS về Server. Do Hình 8: Mô hình giao tiếp giữa Client và Server vậy, lưu đồ thuật toán của chương trình chính như Google Map. sau: 5. Thực nghiệm mô hình 5.1 Mô hình thực nghiệm Hoàn thiện hộp đen, thu nhận dữ liệu GPS, hiển thị chính xác các thông tin vị trí. Nhận tín hiệu mạng GSM và kết nối GPRS. Hình 6: Lưu đồ thuật toán vi điều khiển Hình 9: Mô hình hộp đen trên xe.
4. Mạch hoàn chỉnh, nhỏ gọn và tiện dụng. các thông số được đo trên phần mềm VietMap của thiết bị điện thoại di động. Bảng 1: Bảng thực nghiệm thông số vận tốc giữa hộp đen và trên xe STT Vận Vận Sai số tốc từ tốc từ xe hộp (km/h) đen (km/h) 1 20 20.3 0.3 2 20 22.6 2.6 3 30 29.8 0.2 Hình 10: Thiết bị hộp đen 4 30 31.7 1.7 5.2 Xây dựng thành công chương trình hiển thị 5 40 40.4 0.4 chính xác vị trí đối tượng trên bản đồ trực tuyến Trong luận văn này, tôi khảo sát thiết bị gắn trên Bảng 2: Bảng thực nghiệm thông số kinh độ xe, xe chạy trong một đoạn đường ngắn được thể giữa hộp đen và trên phần mềm VietMap. hiện ở hình bên dưới: STT Kinh độ Kinh độ Sai số từ hộp từ phần đen mềm 1 10.507371 10.507385 0.000014 2 10.506872 10.506866 0.000006 3 10.506752 10.506589 0.000163 4 10.506664 10.506689 0.000025 5 10.506596 10.506496 0.0001 Bảng 3: Bảng thực nghiệm thông số vĩ độ giữa hộp đen và trên phần mềm VietMap. STT Vĩ độ từ Vĩ độ từ Sai số Hình 11: Đoạn đường thực nghiệm. hộp đen phần mềm Hộp đen định vị được chính xác vị trí của đối 1 106.384579 106.384489 0.00009 tượng di chuyển trên bản đồ trực tuyến. 2 106.384526 106.384567 0.000041 3 106.384743 106.384638 0.000105 4 106.384592 106.384724 0.000132 5 106.384342 106.384794 0.000452 Ngoài ra, khi xe vượt quá tốc độ 40 km/h, hộp đen sẽ gửi về một tin nhắn để cảnh báo cho tài xế biết để họ điều chỉnh lại tốc độ xe phù hợp. Dưới đây là hình ảnh tin nhắn gửi về từ hộp đen. Hình 12: Vị trí của xe được ghi nhận từ hộp đen. 5.3 Kết quả thực nghiệm đánh giá sai số của thiết bị. Gắn thiết bị lên xe và so sánh các thông số về kinh độ, vĩ độ, vận tốc, thời gian v.v của hộp đen với
5. phần mềm. Qua thực tế làm việc, tác giả cũng đã hiểu sâu hơn về hệ thống thông tin di động, định vị GPS cũng như mạng lưới thông tin, bên cạnh đó là các yếu tố liên quan giữa bài toán kỹ thuật và kinh tế, hiệu quả và giá thành. Nhưng bên cạnh đó, tác giả chỉ có thể truy cập dữ liệu về tọa độ của xe thông qua một phần mềm trung gian Hercules. Tác giả vẫn chưa thiết kế được một trang Web tích hợp được các thông số vận tốc, thời gian, ngày tháng v.v trên bản đồ Google Map. 6.2. Những vấn đề còn tồn tại Chưa thiết kế được một trang Web quản lý các Hình 13: Tin nhắn cảnh báo vượt quá tốc độ tới thông số xe như kinh độ, vĩ độ, vận tốc, thời gian, người lái xe. số lần vượt quá tốc độ, v.v để chúng ta có thể Hộp đen lưu lại các thông số trong qua thẻ nhìn thấy phương tiện di chuyển trên bản đồ nhớ Micro SD, file được lưu dưới đuôi .txt. Dưới Google Map. đây là hình ảnh của file dữ liệu. 6.3 Hướng phát triển của đề tài Hướng phát triển tiếp theo là sẽ tích hợp bản đồ Google Map vào màn hình LCD 5 inch trong tương lai. Tài liệu tham khảo [1]. Mohinder S. Grawer, Lawrence R.Weill, Angus P.Andrews; Global Positioning Systems, Inertial Navigation, and Integration; A John Wiley & Sons, inc. Publication, 2001. [2]. Ahmed El-Rabbany, Introduction to GPS the Global Positioning System, Artech House, Inc. Hình 14: Dữ liệu hộp đen được lưu trong thẻ Publication, 2002. nhớ micro SD. [3]. 6. Kết luận qua-ap-dung-he-thong-dinh-vi-gps-vao-quan-ly- 6.1 Kết luận tau-du-lich-2293529/ Sau khi gắn sản phẩm trên xe và chạy thực nghiệm, [4]. hộp đen thu nhận tín hiệu tương đối chính xác về [5]. vị trí, kinh độ, vĩ độ, vận tốc, của xe. Sản phẩm may-PT07.html phần cứng nhỏ gọn, đáp ứng đầy đủ các yêu cầu về [6]. xử lý tín hiệu, truyền tải số liệu, giao tiếp người icle.aspx?article_id=10480 dùng v.v [7]. Tác giả cũng đã thu thập được một lượng lớn kiến thức từ việc thiết kế mạch điện và viết ứng dụng
6. BÀI BÁO KHOA HỌC THỰC HIỆN CÔNG BỐ THEO QUY CHẾ ĐÀO TẠO THẠC SỸ Bài báo khoa học của học viên có xác nhận và đề xuất cho đăng của Giảng viên hướng dẫn Bản tiếng Việt ©, TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP. HỒ CHÍ MINH và TÁC GIẢ Bản quyền tác phẩm đã được bảo hộ bởi Luật xuất bản và Luật Sở hữu trí tuệ Việt Nam. Nghiêm cấm mọi hình thức xuất bản, sao chụp, phát tán nội dung khi chưa có sự đồng ý của tác giả và Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật TP. Hồ Chí Minh. ĐỂ CÓ BÀI BÁO KHOA HỌC TỐT, CẦN CHUNG TAY BẢO VỆ TÁC QUYỀN! Thực hiện theo MTCL & KHTHMTCL Năm học 2016-2017 của Thư viện Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật Tp. Hồ Chí Minh.