Đồ án tốt nghiệp: Giám sát và cảnh báo hoạt động phương tiện vận tải ô tô

Chia sẻ: Xylitol Extra | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:118

Thêm vào BST

Báo xấu

106
lượt xem 24
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Mục đích của đề tài là tạo ra một thiết bị hộp đen cho ô tô cũng như một số phương tiện vận tải khác. Giúp người dùng có thể dễ dàng giám sát xe hay tài sản của mình cũng như cảnh báo cho người dùng về tình trạng của xe. Nhóm nghiên cứu sử dụng hệ thống mạng di động toàn cầu GSM và hệ thống định vị toàn cầu GPS được tích hợp sẵn trong module sim 808 đồng thời kết hợp với một số cảm biến như: cảm biến rung, cảm biến gia tốc…Cùng bộ vi xử lý trung là board Arduino Uno R3 để xác định chính xác vị trí của xe khi đang di chuyển.

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Đồ án tốt nghiệp: Giám sát và cảnh báo hoạt động phương tiện vận tải ô tô

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 – Y SINH --------------------------------- ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP NGÀNH CÔNG NGHỆ KỸ THUẬT ĐIỆN TỬ TRUYỀN THÔNG ĐỀ TÀI: GIÁM SÁT VÀ CẢNH BÁO HOẠT ĐỘNG PHƯƠNG TIỆN VẬN TẢI Ô TÔ GVHD: Th.S Nguyễn Ngô Lâm SVTH : Đỗ Văn Hải MSSV: 13141077 Tp. Hồ Chí Minh – 07/2018
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 – Y SINH --------------------------------- ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP NGÀNH KỸ THUẬT ĐIỆN TỬ TRUYỀN THÔNG ĐỀ TÀI: GIÁM SÁT VÀ CẢNH BÁO HOẠT ĐỘNG PHƯƠNG TIỆN VẬN TẢI Ô TÔ GVHD: Th.S Nguyễn Ngô Lâm SVTH : Đỗ Văn Hải MSSV: 13141077 Tp. Hồ Chí Minh – 07/2018
TRƯỜNG ĐH. SƯ PHẠM KỸ THUẬT CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM TP. HỒ CHÍ MINH ĐỘC LẬP - TỰ DO - HẠNH PHÚC KHOA ĐIỆN-ĐIỆN TỬ BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH Tp. HCM, ngày tháng 07 năm 2018 NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Họ tên sinh viên: Đỗ Văn Hải MSSV: 13141077 Chuyên ngành: Kỹ thuật Điện - Điện tử Mã ngành: 01 Hệ đào tạo: Đại học chính quy Mã hệ: 1 Khóa: 2013 Lớp: 13141DT2D I. TÊN ĐỀ TÀI: GIÁM SÁT VÀ CẢNH BÁO HOẠT ĐỘNG PHƯƠNG TIỆN VẬN TẢI Ô TÔ II. NHIỆM VỤ 1. Các số liệu ban đầu: - Sử dụng module sim 808 để thực hiện: gọi, nhắn tin bằng GSM và định vị GPS. - Module Sim808 có GPS với độ nhạy cao với 22 kênh theo dõi và 66 kênh tiếp nhận. Bên cạnh đó, nó cũng hỗ trợ công nghệ A-GPS, giúp cho việc định vị được chính xác hơn, ngay cả khi ở thiết bị ở trong nhà. - Sai số định vị 10m. - Tọa độ nhận biết xe ngã tối thiểu theo trục x là: 10000. - Giá trị nhận biết xe đang bị rung là nhỏ hơn 900. Khi xe không bị rung lắc va chạm giá trị hoạt động ổn định do cảm biến rung thu thập được là từ 1021-1023. - Thiết bị không thể thực hiện cảnh báo gọi và nhắn tin về điện thoại theo dõi khi nằm ngoài vùng phủ sóng. 2. Nội dung thực hiện: - nghiên cứu về hộp đen. - Nghiên cứu về gps, gsm. Từ đó lưạ chọn linh kiện phù hợp (module sim). - Nghiên cứu về Arduino và một số cảm như cảm biến rung, cảm biến đo gia tốc góc và một số cảm biến khác liên quan đến hộp đen. - Thực hiện thiết kế mạch trên phần mềm chuyên dụng altium designer. - Tiến hành thi công mạch in và lắp ráp linh kiện phần cứng. - Tìm hiểu và cài đặt phần mềm lập trình cho board vi xử lý Arduino là Arduino IDE. ii
- Lập trình kết nối các dữ liệu từ các cảm biến thông qua vi xử lý trung tâm là board Arduino và hiển thị về điện thoại Smart Phone. - Chạy thử nghiệm hệ thống giám sát và cảnh báo phương tiện vận tải ô tô trên monitor và thực tế. - Cân chỉnh hệ thống. - Viết báo cáo. - Báo cáo đề tài tốt nghiệp. III. NGÀY GIAO NHIỆM VỤ: 13/03/2018 IV. NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ: 03/07/2017 V. HỌ VÀ TÊN CÁN BỘ HƯỚNG DẪN: Th.S Nguyễn Ngô Lâm CÁN BỘ HƯỚNG DẪN BM. ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH iii
TRƯỜNG ĐH. SƯ PHẠM KỸ THUẬT CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM TP. HỒ CHÍ MINH ĐỘC LẬP - TỰ DO - HẠNH PHÚC KHOA ĐIỆN-ĐIỆN TỬ BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH Tp. HCM, ngày tháng 07 năm 2018 LỊCH TRÌNH THỰC HIỆN ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Họ tên sinh viên : Đỗ Văn Hải Lớp: 13141DT2D MSSV: 13141077 Tên đề tài: GIÁM SÁT VÀ CẢNH BÁO HOẠT ĐỘNG PHƯƠNG TIỆN VẬN TẢI Ô TÔ. Xác nhận Tuần/ngày Nội dung GVHD Tuần 6 Gặp giáo viên hướng dẫn, nhận đề tài đồ án tốt (13/3 – 19/3) nghiệp. Tuần 7 Tìm tài liệu phục vụ cho nghiên cứu và thực (20/3 – 26/3) hiện đề tài, viết đề cương đồ án tốt nghiệp. Tuần 8 Thiết kế sơ đồ khối, sơ đồ nguyên lý mạch (27/3 – 02/4) Tuần 9 Cài đặt các công cụ hỗ trợ lập trình điều khiển (03/4 – 09/4) để thực hiện đề tài. Tuần 10 Lập trình điều khiển arduino giao tiếp với (10/4 – 16/4) module SIM808. Tuần 11 Lập trình điều khiển Module SIM808 gửi tin (17/4 – 23/4) nhắn và nhận cuộc gọi. Tuần 12 Chỉnh sửa, hoàn thiện lập trình cho toàn hệ (24/4 – 30/4) thống. Tuần 13,14 Chỉnh sửa, hoàn thiện mạch thi công. (01/5 – 14/5) Tuần 15 Chạy thử nghiệm thực tế và tinh chỉnh, đóng (15/5 – 21/5) gói sản phẩm. Tuần 16 Lấy kết quả thực nghiệm viết đề cương cho báo (22/5 – 28/5) cáo. Tuần 17,18 Viết báo cáo tốt nghiệp. (29/5 – 11/6) Tuần 19,20,21 Chỉnh sửa, kiểm tra lần cuối và nộp quyển báo (12/6 – 03/7) cáo. Tuần 22 Báo cáo đồ án tốt nghiệp. (04/7 – 10/7) iv
GV HƯỚNG DẪN (Ký và ghi rõ họ và tên) Th.S Nguyễn Ngô Lâm v
LỜI CAM ĐOAN Đề tài này là do nhóm đồ án tự thực hiện dựa vào một số tài liệu và công trình nghiên cứu, không sao chép từ tài liệu hay công trình đã có trước đó. Nếu có sao chép nhóm đồ án hoàn toàn chịu trách nhiệm. Tp. Hồ Chí Minh, ngày 01 tháng 07 năm 2017 Sinh viên thực hiện ĐỖ VĂN HẢI vi
LỜI CẢM ƠN “Uống nước nhớ nguồn, ăn quả nhớ kẻ trồng cây” là truyền thống mang giá trị nhân văn vô cùng quý báu mà từ xưa đến nay ông cha ta đã răng dạy và gìn giữ cho đến tận ngày hôm nay. Chính vì lẽ đó mà nhóm nghiên cứu luôn luôn vô cùng tỏ lòng biết ơn chân thành đến tất cả mọi người đã giúp đỡ nhóm tận tình trong thời gian qua để hoàn thành tốt đề tài đồ án tốt nghiệp “Giám sát và cảnh báo hoạt động phương tiện vận tải ô tô”. Và điều vô cùng đặc biệt hơn mà không thể không nhắc đến đó là sự hướng dẫn vô cùng tận tình của Thầy ThS.Nguyễn Ngô Lâm và các Thầy Cô trong bộ môn Điện Tử Công Nghiệp – Y Sinh đã giúp đỡ hết sức nhiệt tình nhóm trong suốt quá trình nghiên cứu và hoàn thành đề tài được giao. Quả đúng với câu “Không Thầy đố mày làm nên”. Vì thế, trong lời đầu tiên của cuốn báo cáo đồ án tốt nghiệp này, Nhóm muốn dành lời cảm ơn chân thành sâu sắc đến Thầy ThS.Nguyễn Ngô Lâm và các Thầy Cô trong bộ môn Điện Tử Công Nghiệp – Y Sinh của Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật Thành Phố Hồ Chính Minh. Đồng thời nhóm nghiên cứu cũng thể hiện sự biết ơn đối với các bạn cùng lớp đã góp ý kiến xây dựng đề tài được hoàn thiện hơn. Không thể quên được, nhóm nghiên cứu xin gửi lời cảm ơn đến những đấng sinh thành dưỡng dục đã luôn hỗ trợ, động viên và cũng là niềm động lực lớn lao để nhóm có thể hoàn thành tốt đề tài. Mặc dù đã cố gắng rất nhiều, nhưng nhóm sẽ khó tránh khỏi những lúc làm các Thầy Cô, các bạn phiền lòng. Kính mong quý Thầy Cô, cùng các bạn lượng thứ bỏ qua. Với vốn kiến thức hạn hẹp cùng kinh nghiệm sống ít ỏi của mình thì chắc chắn trong bài báo cáo sẽ có những sai lầm thiếu sót. Nhóm nghiên cứu rất làm thứ lỗi và mong nhận được những chỉ dạy, đóng góp vô cùng quý báu của quý Thầy cô cùng các bạn để nhóm có thể hoàn thiện tốt đề tài hơn nữa. Một lần nữa, nhóm nghiên cứu xin chân thành cảm ơn! Sinh viên thực hiện ĐỖ VĂN HẢI vii
viii
MỤC LỤC Trang bìa ........................................................................................................................ i Nhiệm vụ đồ án ............................................................................................................. ii Lịch trình ..................................................................................................................... iv Cam đoan .................................................................................................................... vi Lời cảm ơn .................................................................................................................. vii Mục lục ...................................................................................................................... viii Liệt kê hình vẽ .............................................................................................................. x Liệt kê bảng vẽ ............................................................................................................ xii Tóm tắt ...................................................................................................................... xiii Chương 1: TỔNG QUAN ............................................................................................. 1 ĐẶT VẤN ĐỀ............................................................................................................. 1 MỤC TIÊU.................................................................................................................. 1 NỘI DUNG NGHIÊN CỨU ....................................................................................... 2 GIỚI HẠN ................................................................................................................... 2 BỐ CỤC ...................................................................................................................... 2 Chương 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT ................................................................................. 4 2.1TÌM HIỂU VỀ HỆ THỐNG GPS .......................................................................... 4 2.1.1 Hệ thống định vị toàn cầu (GPS) ................................................................... 4 2.1.2 Cấu trúc của hệ thống định vị toàn cầu GPS ................................................. 5 2.1.3 Phương trình chuyển hướng ........................................................................... 9 2.1.4 Thành phần tín hiệu gps ............................................................................... 11 2.1.5 Cách thức làm việc của hệ thống gps ........................................................... 15 2.2 TÌM HIỂU VỀ HỆ THỐNG MẠNG GSM ........................................................ 19 2.2.1 Mạng thông tin di động toàn cầu (GSM) ..................................................... 19 2.2.2 Cấu trúc cơ bản của mạng điện thoại di động .............................................. 20 2.2.3 Các Thành Phần Của Mạng Điện Thoại Di Động ....................................... 22 2.2.4 Một số tập lệnh AT cơ bản sử dụng cho ứng dụng GSM ............................ 24 2.3 CÁC CHUẨN GIAO TIẾP ................................................................................. 32 2.3.1 Chuẩn giao tiếp I2C ..................................................................................... 32 2.3.2 Chuẩn giao tiếp UART ................................................................................ 34 2.3.3 Chuẩn NMEA0183....................................................................................... 35 2.4 GIỚI THIỆU PHẦN CỨNG ............................................................................... 42 viii
2.4.1 Arduino UNO R3 ......................................................................................... 42 2.4.2 Module SIM808 ........................................................................................... 46 2.4.3 Cảm biến ...................................................................................................... 50 Chương 3: TÍNH TOÁN VÀ THIẾT KẾ ................................................................ 52 3.1 GIỚI THIỆU ....................................................................................................... 52 3.2 TÍNH TOÁN VÀ THIẾT KẾ HỆ THỐNG ........................................................ 52 3.2.1 Thiết kế sơ đồ khối hệ thống ........................................................................ 52 3.2.2 Tính toán và thiết kế mạch ........................................................................... 55 3.2.3 Sơ đồ nguyên lý của toàn mạch ................................................................... 63 Chương 4: THI CÔNG HỆ THỐNG ....................................................................... 65 4.1 GIỚI THIỆU ....................................................................................................... 65 4.2 THI CÔNG HỆ THỐNG .................................................................................... 65 4.2.1 Thi công bo mạch ......................................................................................... 65 4.2.2 Lắp ráp và kiểm tra ...................................................................................... 67 4.3 ĐÓNG GÓI ......................................................................................................... 68 4.4 LẬP TRÌNH HỆ THỐNG ................................................................................... 69 4.4.1 Lưu đồ giải thuật .......................................................................................... 69 4.4.2 Phần mềm lập trình cho vi điều khiển.......................................................... 71 4.5 VIẾT TÀI LIỆU HƯỚNG DẪN SỬ DỤNG, THAO TÁC ............................... 77 4.5.1 Viết tài liệu hướng dẫn sử dụng ................................................................... 77 4.5.2 Quy trình thao tác ......................................................................................... 79 Chương 5: KẾT QUẢ_NHẬN XÉT_ĐÁNH GIÁ ................................................... 80 5.1 KẾT QUẢ QUÁ TRÌNH THỰC HIỆN ĐỀ TÀI. ............................................... 80 5.1.1 Kết quả về cảm biến ..................................................................................... 80 5.1.2 Kết quả về giám sát và cảnh báo .................................................................. 81 5.2 NHẬN XÉT VÀ ĐÁNH GIÁ CHUNG .............................................................. 85 Chương 6: KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN .............................................. 87 6.1 KẾT LUẬN ......................................................................................................... 87 6.2 HƯỚNG PHÁT TRIỂN ...................................................................................... 87 TÀI LIỆU THAM KHẢO .................................................................................. xiv PHỤ LỤC .......................................................................................................... xv ix
LIỆT KÊ HÌNH VẼ Hình Trang Hình 2.1: vệ tinh quay quanh trái đất ............................................................................ 4 Hình 2.2: Các thành phần cấu tạo của hệ thống GPS ................................................... 5 Hình 2.3: Mô hình ba mảng của hệ thống định vị toàn cầu. ......................................... 6 Hình 2.4: Phần thiết bị sử dụng dẫn đường GPS. ......................................................... 7 Hình 2.5: Trạm mặt đất được sử dụng từ 1984-2007.................................................... 8 Hình 2.6: Các quỹ đạo của vệ tinh trong hệ thống GPS. .............................................. 9 Hình 2.7: Mô hình tín hiệu GPS khi truyền .................................................................. 13 Hình 2.8: Cấu trúc thành phần cùng pha của L1 ........................................................... 14 Hình 2.9: Cấu trúc thành phần vuông pha của L1. ....................................................... 14 Hình 2.10: Tính khoảng cách từ thiết bị GPS đến vệ tinh. ........................................... 16 Hình 2.11: Thông tin dữ liệu. ........................................................................................ 17 Hình 2.12: Lỗi do giao thoa tín hiệu GPS ..................................................................... 18 Hình 2.13: Mô hình mạng điện thoại di động. .............................................................. 20 Hình 2.14: Băng tần GSM 1800 MHz. ......................................................................... 21 Hình 2.15: Băng tần GSM 900MHz và băng tần GSM 1800MHz. .............................. 21 Hình 2.16: Mạng điện thoại di động GSM.................................................................... 22 Hình 2.17: IMEI: Số nhận dạng thiết bị di động quốc tế. ............................................. 23 Hình 2.18: Ý nghĩa số SIM. .......................................................................................... 23 Hình 2.19: Ý nghĩa số thuê bao IMSI. .......................................................................... 24 Hình 2.20: Kết nối thiết bị vào bus I2C ở chế độ chuẩn (Standard mode) và chế độ nhanh (Fast mode).................................................................................................................... 33 Hình 2.21: Hoạt động ua SDA, SCL khi truyền nhận dữ liệu ...................................... 33 Hình 2.22: Kết nối UART ............................................................................................. 34 Hình 2.23: Khung truyền của giao tiếp UART. ............................................................ 34 Hình 2.24: Hình mặt trước của board Arduino UNO. .................................................. 43 Hình 2.25: Sơ đồ thành phần chính của Arduino UNO R3 .......................................... 44 Hình 2.26: Module SIM808 của hãng mlab .................................................................. 46 Hình 2.27: cảm biến rung .............................................................................................. 50 Hình 2.28: Cảm biến gia tốc MPU-6050 ...................................................................... 51 Hình 3.1: Sơ đồ khối của hệ thống ................................................................................ 53 Hình 3.2: Khối xử lý trung tâm ..................................................................................... 56 Hình 3.3: Khối SIM808 kết nối với Arduino ................................................................ 57 x
Hình 3.4: Khối cảm biến rung kết nối với Arduino ...................................................... 58 Hình 3.5: Khối cảm biến gia tốc kết nối với Arduino ................................................... 59 Hình 3.6: Khối led kết nối với arduino ......................................................................... 60 Hình 3.7: Khối Switch kết nối với Arduino .................................................................. 60 Hình 3.8: Khối chuông báo kết nối với Arduino .......................................................... 61 Hình 3.9: Smartphone ................................................................................................... 61 Hình 3.10: Adapter 12V-2A .......................................................................................... 62 Hình 3.11: Sơ đồ nguyên lý toàn mạch ........................................................................ 63 Hình: 4.1 Mạch in thiết kế trên Altium Designer ......................................................... 65 Hình 4.2: Sơ đồ bố trí các linh kiện .............................................................................. 66 Hình 4.3: Mạch in sau khi thi công ............................................................................... 67 Hình 4.4: Góc nhìn 3D sơ đồ bố trí linh kiện trên Altium Designer ............................ 67 Hình 4.5: Mạch thực tế sau khi ráp linh kiện ................................................................ 68 Hình 4.6: Mạch sau khi đóng gói .................................................................................. 68 Hình 4.7: Lưu đồ giải thuật hệ thống ............................................................................ 69 Hình 4.8: Chương trình con khi xe bị rung và kiểm tra cuộc gọi đến .......................... 70 Hình: 4.9: giao diện phần mềm arduino IDE ................................................................ 72 Hình 4.10: Lưu đồ miêu tả lại quá trình các bước vận hành thiết bị ............................ 79 Hình 5.1: Kết quả cảm biến rung hoạt động trên monitor. ........................................... 80 Hình 5.2: Kết quả cảm biến gia tốc liên tục đọc giá trị về trên monitor ....................... 81 Hình 5.3: Thiết bị giám sát vị trí qua tin nhắn khi có cuộc gọi đến .............................. 82 Hình 5.4: Vị trí của thiết bị và vị trí của Smartphone trên google map ........................ 83 Hình 5.5: Thiết bị cảnh báo bị rung qua tin nhắn ......................................................... 84 Hình 5.6: Thiết bị ngắt hoạt động xe và sáng đèn xi-nhan khi bị ngã. ......................... 85 xi
LIỆT KÊ BẢNG Bảng Trang Bảng 2.1: Lệnh AT Command thiết lập và cài đặt cuộc gọi ........................................... 24 Bảng 2.2: Lệnh AT Command thiết lập và cài đặt cho tin nhắn SMS. ........................... 25 Bảng 2.3: Lệnh AT dành cho tin nhắn SMS. .................................................................. 26 Bảng 2.4: Các lệnh AT Command đặc biệt cho SIM808C ............................................. 29 Bảng 2.5: Chi tiết các lệnh AT dành cho SIM808C. ...................................................... 30 Bảng 2.6: Danh sách các dạng dữ liệu đầu ra ................................................................. 36 Bảng 2.7:Giao thức GGA ................................................................................................ 37 Bảng 2.8: Định dạng vị trí ............................................................................................... 38 Bảng 2.9 Giao thức GLL ................................................................................................. 38 Bảng 2.10: Giao thức GSA ............................................................................................. 39 Bảng 2.11: Giao thức GSV ............................................................................................. 40 Bảng 2.12: Giao thức RMC ............................................................................................ 41 Bảng 2.13: Giao thức VTG ............................................................................................. 42 Bảng 2.14: Thông số kỹ thuật của Arduino UNO........................................................... 45 Bảng 2.15: Chức năng các chân SIM808. ....................................................................... 46 Bảng 5.1: Kết quả thống kê thông số kinh độ của thiết bị và phần mềm Google maps . 85 Bảng 5.2: Kết quả thống kê thông số kinh độ của thiết bị và phần mềm Google maps . 86 xii
TÓM TẮT Mục đích của đề tài là tạo ra một thiết bị hộp đen cho ô tô cũng như một số phương tiện vận tải khác. Giúp người dùng có thể dễ dàng giám sát xe hay tài sản của mình cũng như cảnh báo cho người dùng về tình trạng của xe. Nhóm nghiên cứu sử dụng hệ thống mạng di động toàn cầu GSM và hệ thống định vị toàn cầu GPS được tích hợp sẵn trong module sim 808 đồng thời kết hợp với một số cảm biến như: cảm biến rung, cảm biến gia tốc…Cùng bộ vi xử lý trung là board Arduino Uno R3 để xác định chính xác vị trí của xe khi đang di chuyển. Hệ thống giúp bảo vệ an toàn cho người dùng khi thiết kệ tự động tắt máy khi xe có sự cố ngã hay va đập mạnh cũng như cảnh báo cho mọi người xung quanh biết tình trạng của xe khi gặp sự cố như còi hú, đèn xi nhan sáng nhấp nháy,…để kịp thời giúp đỡ. Đồng thời cũng giúp người dùng cảnh báo tình trạng của xe thông qua các cảm biến bằng tin nhắn và gọi điện nhờ hệ thống mạng di động toàn cầu GSM. Điểm nổi bật của đề tài là hệ thống dễ dàng sử dụng cho người dùng. Ưu điểm là khi khởi đông hệ thống thì hệ thống hoạt động tự động. Sản phẩm có giá thành vừa phải, có tính ứng dụng cao không chỉ cho xe ô tô mà còn cho tất cả các phương tiện vận tải khác. xiii
CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN Chương 1: TỔNG QUAN 1.1. ĐẶT VẤN ĐỀ Quá trình phát triển kinh tế, công nghiệp hóa, hiện đại hóa là tiền đề cho quá trình đô thị hóa. Nhu cầu di chuyển (nhu cầu giao thông) luôn tăng theo quá trình phát triển kinh tế - xã hội. Chính vì vậy hiện nay, số lượng phương tiện tham gia giao thông ngày càng nhiều và đa dạng như xe gắn máy, ô tô, xe tải, xe buýt, ... Điều đó đã gây ra nhiều vấn đề như ùn tắc và tai nạn giao thông. Do đó gây khó khăn trong việc cảnh báo những rủi ro có thể xảy ra cho phương tiện và người điều khiển xe. Vì vậy việc quản lý và giám sát tình trạng phương tiện giao thông trở nên rất quan trọng và cần thiết đối với người dùng. Theo thông tin mới nhất được cập nhật, chính phủ đã ra nghị định số 86/2014/NĐ- CP ban hành ngày 10/9/2014 và thay thế cho nghị định 91/2009/NĐ-CP và nghị định 93/2012/NĐ-CP. Nghị định 86/2014 thay đổi và bổ sung thêm một số điều khoản về việc lắp đặt thiết bị giám sát hành trình bắt buộc đối với xe kinh doanh vận tải, nghị định có hiệu lực thi hành kể từ ngày 01/12/2014 quy định về quản lý phương tiện vận tải, yêu cầu tất cả các phương tiện vận tải phải lắp đặt hộp đen theo đúng tiêu chuẩn Bộ Giao thông vận tải là trước ngày 01 tháng 7 năm 2018 áp dụng cho xe ô tô kinh doanh vận tải hàng hóa có trọng tải thiết kế dưới 3,5 tấn. Nhưng để quản lý hộp đen một cách tiện dụng và dễ dàng thì cần một thiết bị có thể giám sát và cảnh báo kịp thời. Xuất phát từ chính nhu cầu thực tế đó mà nhóm đã đưa ra quyết định chọn đề tài: “Giám sát và cảnh báo hoạt động phương tiện vận tải ô tô” để tiến hành nghiên cứu và thực hiện. Ở đề tài này, nhóm đồ án sẽ thiết kế một thiết bị có gắn bộ định vị GPS và các cảm biến để được lắp đặt trên phương tiện vận tải ô tô nhằm gửi các thông số như: giám sát vị trí, cảnh báo rung xe, cảnh báo ngã xe về smartphone. Khi đó, Smartphone có thể giám sát vị trí thiết bị trên google map và đồng thời thấy được những cảnh báo ngã xe hoặc rung xe qua tin nhắn, cuộc gọi một cách kịp thời. 1.2. MỤC TIÊU Thiết kế và thi công mạch giám sát hoạt động phương tiện vận tải ô tô và cảnh báo cho người dùng. Lập trình Arduino để giám sát thiết bị thông qua Smarphone. BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH 1
CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN Ứng dụng các tập lệnh của Module SIM808 để gửi các thông tin giám sát và cảnh báo về Smartphone. 1.3. NỘI DUNG NGHIÊN CỨU Quá trình làm việc của nhóm nghiên cứu được thực hiện qua các bước sau:  Cài đặt phần mềm Altium để vẽ mạch và phần mềm Arduino IDE để lập trình xử lý.  Nghiên cứu về GPS và GSM.  Nghiên cứu về Arduino UNO R3 và module SIM 808.  Thiết kế, thi công mô hình phần cứng.  Lập trình giao tiếp Arduino với SIM808 và GPS.  Lập trình Arduino để giám sát thiết bị và cảnh báo cho người dùng qua Smartphone.  Lắp ráp các khối vào mô hình.  Chạy thử nghiệm hệ thống giám sát và cảnh báo phương tiện vận tải ô tô.  Cân chỉnh hệ thống.  Viết báo cáo đồ án tốt nghiệp.  Báo cáo đề tài tốt nghiệp. 1.4. GIỚI HẠN  Định vị vị trí ô tô trên bản đồ sai lệnh so với thực tế ở mức chấp nhận được.  Tốc độ cập nhật vị trí và các thông số của xe ô tô tùy theo chất lượng sóng của nhà mạng mà Smartphone sử dụng.  Thiết kế và thi công hệ thống giám sát và cảnh báo phương tiện vận tải ô tô bằng cách thi công trên mô hình. 1.5. BỐ CỤC Chương 1: Tổng Quan Đặt vấn đề liên quan đến đề tài, tìm hiểu những lý do và sự cần thiết để thực hiện đề tài, mục tiêu hoàn thành, giới hạn cũng như những bước đi từ cơ bản đến cụ thể mà nhóm sẽ thực hiện trong quá trình nghiên cứu đề tài. Chương 2: Cơ Sở Lý Thuyết BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH 2
CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN Trình bày các kiến thức về phầm mềm Arduino IDE, lý thuyết về Arduino UNO R3, lý thuyết về SIM808 được áp dụng trong đề tài. Chương 3: Tính Toán và Thiết Kế Trình bày sơ đồ khối của hệ thống, tính toán thiết kế cho từng khối. Chương 4: Thi Công Hệ Thống Thi công mạch theo thiết kế. Lập trình điều khiển cho vi xử lý chính. Kiểm tra, chạy thử nghiệm và tinh chỉnh lỗi. Chương 5: Kết Quả, Nhận Xét và Đánh Giá Trình bày kết quả đã đạt được và đưa ra những bàn luận về sản phẩm. Chương 6: Kết Luận và Hướng Phát Triển Kết luận chung về đề tài và hướng phát triển của nó. BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH 3
CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT Chương 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT 2.1 TÌM HIỂU VỀ HỆ THỐNG GPS 2.1.1 Hệ thống định vị toàn cầu (GPS) Hệ thống định vị toàn cầu GPS (the global positioning system) hay còn gọi là NAVSTAR (Navigation Satellite Timing And Ranging) là hệ thống xác định tọa độ dựa trên vị trí của các vệ tinh nhân tạo. Hệ thống GPS có thể xác định vị trí sai số từ vài trăm mét đến vài trăm centimet. 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. 4 Hoàn cảnh ra đời: Năm 1978, nhằm thu thập các thông tin về tọa độ (vĩ độ và kinh độ), độ cao và tốc độ của các cuộc hành quân. Bộ quốc phòng Mỹ đã phóng lên quỹ đạo trái đất 24 vệ tinh. Những vệ tinh trị giá nhiều tỷ USD này bay phía trên quỹ đạo trái đất ở độ cao 19.200 km, với tốc độ chừng 11.200 km/h, có nhiệm vụ truyền đi các tín hiệu vô tuyến tần số thấp tới các thiết bị thu nhận. 1 Hình 2.1: vệ tinh quay quanh trái đất1 Trong số 24 vệ tinh của bộ quốc phòng Mỹ nói trên, chỉ có 21 vệ tinh thực sự hoạt động, 3 vệ tinh còn lại là hệ thống hỗ trợ. Tín hiệu vô tuyến truyền đi thường không đủ mạnh để thâm nhập vào các tòa nhà kiên cố, các hầm ngầm hay tới các địa điểm dưới nước. Ngoài ra nó còn đòi hỏi tối thiểu 4 vệ tinh để đưa ra được thông tin chính xác về vị trí (bao gồm cả độ cao) và tốc độ của một vật. Vì hoạt động trên quỹ 1 Nguyễn Quốc Vương, “Nghiên cứu, chế tạo hộp đen ô tô”, Luận văn Thạc sĩ, Trường DHSPKT, Tp.HCM, 2014. BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH 4
CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT đạo, các vệ tinh đảm bảo cung cấp vị trí tại bất kỳ điểm nào trên trái đất. Vào năm 1983, Liên Xô bắn rơi một máy bay hành khách của Hàn Quốc vì đã vi phạm không 2 phận. Sau tai nạn này, nhu cầu định vị và dẫn đường cho các ứng dụng hàng không và dân dụng trở nên cấp thiết. Tổng thống Reagan đã ra lệnh cho quân đội Mỹ phải mở cửa một phần GPS cho các ứng dụng dân sự. Người Mỹ để tránh gây nguy hiểm đến quyền lợi của Mỹ đã phát minh ra SA (dùng để tăng sai số) và bắt đầu đưa ứng dụng vào năm 1990. Vào tháng 5 năm 2000, kỹ thuật quân sự Mỹ đã tiến khá xa, lúc này tổng thống Clinton mới tự tin ra lệnh tắt SA. Sau đó, nhu cầu máy thu GPS cá nhân và dân dụng mới thực sự bùng nổ.1 2.1.2 Cấu trúc của hệ thống định vị toàn cầu GPS Hệ thống định vị toàn cầu GPS bao gồm có 3 bộ phận chính cấu thành đó là phần người sử dụng (User Segment), phần điều khiển (Control Segment), phần không gian (Space Segment). Hình 2.2: Các thành phần cấu tạo của hệ thống GPS1 1 Nguyễn Quốc Vương, “Nghiên cứu, chế tạo hộp đen ô tô”, Luận văn Thạc sĩ, Trường DHSPKT, Tp.HCM, 2014. BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH 5