intTypePromotion=1
ADSENSE

Luận văn Thạc sĩ Kỹ thuật: Nghiên cứu thiết kế và chế tạo thiết bị định vị chính xác kết hợp truyền thông vô tuyến phục vụ các mục đích giám sát

Chia sẻ: Sơ Dương | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:86

9
lượt xem
1
download
 
  Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Đề tài "Nghiên cứu thiết kế và chế tạo thiết bị định vị chính xác kết hợp truyền thông vô tuyến phục vụ các mục đích giám sát" nhằm xây dựng một hệ thống định vị giám sát phương tiện hoàn chỉnh với các tính năng về phần cứng và phần mềm cơ bản là đáp ứng được các nhu cầu về giám sát và quản lý phương tiện. Mời các bạn cùng tham khảo nội dung chi tiết.

Chủ đề:
Lưu

Nội dung Text: Luận văn Thạc sĩ Kỹ thuật: Nghiên cứu thiết kế và chế tạo thiết bị định vị chính xác kết hợp truyền thông vô tuyến phục vụ các mục đích giám sát

  1. BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƢỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI --------------------------------------- HOÀNG VĂN DŨNG NGHIÊN CỨU THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO THIẾT BỊ ĐỊNH VỊ CHÍNH XÁC KẾT HỢP TRUYỀN THÔNG VÔ TUYẾN PHỤC VỤ CÁC MỤC ĐÍCH GIÁM SÁT Chuyên ngành : Kỹ thuật truyền thông LUẬN VĂN THẠC SĨ KĨ THUẬT NGÀNH KỸ THUẬT TRUYỀN THÔNG NGƢỜI HƢỚNG DẪN KHOA HỌC : T.S Hà Duyên Trung Hà Nội – Tháng 3 Năm 2014 Formatted: Line spacing: 1.5 lines
  2. LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan Luận văn Thạc sĩ kỹ thuật này là do tôi nghiên cứu và đƣợc thực hiện dƣới sự hƣớng dẫn của TS. Hà Duyên Trung. Các kết quả tham khảo từ các nguồn tài liệu cũng nhƣ các công trình nghiên cứu khoa học khác đƣợc trích dẫn đầy đủ. Nếu có vấn đề về sai phạm bản quyền, tôi xin hoàn toàn chịu trách nhiệm trƣớc nhà trƣờng. Hà Nội, tháng 3 năm 2014 Học viên Hoàng Văn Dũng
  3. NGHIÊN CỨU THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO THIẾT BỊ ĐỊNH VỊ CHÍNH XÁC KẾT HỢP TRUYỀN THÔNG VÔ TUYẾN PHỤC VỤ CÁC MỤC ĐÍCH GIÁM SÁT MỤC LỤC Formatted: Font: Bold, Font color: Auto MỤC LỤC ...................................................................................................................... 1 DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT .............................................................................. 3 DANH MỤC BẢNG BIỂU ............................................................................................. 4 DANH MỤC HÌNH VẼ .................................................................................................. 5 DANH MỤC HÌNH VẼ .................................................................................................. 5 LỜI NÓI ĐẦU ................................................................................................................ 7 Chƣơng 1 - TỔNG QUAN .............................................................................................. 8 1.1 TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG ĐỊNH VỊ TOÀN CẦU[1] .......................................8 1.2 TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG THÔNG TIN DI ĐỘNG TOÀN CẦU GSM[2] .......9 1.3 DỊCH VỤ VÔ TUYẾN GÓI CHUNG GPRS (GENERAL PACKET RADIO SERVICE) [3] ........................................................................................................... 10 1.4 CƠ SỞ HẠ TẦNG VIỄN THÔNG Ở VIỆT NAM ................................................ 11 1.5 TỔNG QUAN ĐỊNH VỊ PHƢƠNG TIỆN ............................................................ 12 Chƣơng 2 - THIẾT KẾ VÀ TRIỂN KHAI .................................................................... 15 2.1 NGHIÊN CỨU THIẾT KẾ CHẾ TẠO BỘ THU ............................................ 15 2.1.1 Phân tích khối nguồn .................................................................................. 16 2.1.2 Phân tích khối vi điều khiển ....................................................................... 16 2.1.3 Khối chip thu tích hợp GPS/GSM............................................................... 17 2.1.4 Phân tích các thiết bị, linh kiện khác........................................................... 18 2.1.5 Sơ đồ thiết kế chi tiết mạch bộ thu.............................................................. 19 2.2 GIẢI PHÁP KHI LAYOUT MẠCH IN THIẾT BỊ ĐẦU CUỐI ...................... 25 2.3 THIẾT KẾ PHẦN MỀM TRUNG TÂM ........................................................ 28 2.3.1 Chƣơng trình xử lý SMS ............................................................................ 28 2.3.2 Phƣơng pháp xử lý tin nhắn SMS ............................................................... 29 2.3.3 Chƣơng trình xử lý dữ liệu GPRS............................................................... 31 2.4 XÂY DỰNG HỆ QUẢN TRỊ CƠ SỞ DỮ LIỆU ............................................ 32 2.4.1 Các bảng trong cơ sở dữ liệu ...................................................................... 32 2.4.2 Sơ đồ thực thể liên kết ................................................................................ 33 Hoàng Văn Dũng-CB120666 Trang 1
  4. NGHIÊN CỨU THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO THIẾT BỊ ĐỊNH VỊ CHÍNH XÁC KẾT HỢP TRUYỀN THÔNG VÔ TUYẾN PHỤC VỤ CÁC MỤC ĐÍCH GIÁM SÁT 2.5 XÂY DỰNG WEBSITE QUẢN LÝ VÀ HIỂN THỊ DỮ LIỆU LÊN BẢN ĐỒ SỐ ..................................................................................................................... 34 2.5.1 Giới thiệu chung ......................................................................................... 34 2.5.2 Sơ đồ khối .................................................................................................. 35 Chƣơng 3 - CÁC GIẢI PHÁP KĨ THUẬT VÀ KẾT QUẢ ............................................ 36 3.1 GIẢI PHÁP TRÊN SERVER ........................................................................ 36 3.1.1 Giải pháp tối ƣu dữ liệu[4].......................................................................... 36 3.1.2 Kết quả và đánh giá .................................................................................... 40 3.2 GIẢI PHÁP TRÊN BẢN ĐỒ SỐ GOOGLE MAPS ....................................... 41 3.2.1 Các vấn đề thƣờng gặp khi hiển thị dữ liệu trên bản đồ Google maps ......... 41 3.2.2 Mô hình ánh xạ dữ liệu trên bản đồ số ........................................................ 43 Chƣơng 4 - KẾT QUẢ .................................................................................................. 58 4.1 KẾT QUẢ THIẾT KẾ THIẾT BỊ ĐẦU CUỐI ............................................... 58 4.1.1 Thực hiện mạch layout ............................................................................... 58 4.1.2 Các tính năng và đặc tính kĩ thuật ............................................................... 59 4.1.3 Kết quả đo đạc thử nghiệm và đánh giá sai số............................................. 60 4.2 KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THIẾT KẾ SERVER TRUNG TÂM .............. 65 4.2.1 Kết quả hoạt động thử nghiệm server với 200 thiết bị................................. 65 4.2.2 Tổ chức lƣu trữ dữ liệu trong các file.......................................................... 68 4.2.3 Một vài kịch bản thử nghiệm khi triển khai thiết bị..................................... 70 4.2.3.1 Thử nghiệm trên xe máy ............................................................................ 70 4.2.3.2 Thử nghiệm trên ô tô ................................................................................. 72 KẾT LUẬN ................................................................................................................... 80 TÀI LIỆU THAM KHẢO ............................................................................................. 82 PHỤ LỤC...................................................................................................................... 83 Hoàng Văn Dũng-CB120666 Trang 2
  5. NGHIÊN CỨU THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO THIẾT BỊ ĐỊNH VỊ CHÍNH XÁC KẾT HỢP TRUYỀN THÔNG VÔ TUYẾN PHỤC VỤ CÁC MỤC ĐÍCH GIÁM SÁT MỤC LỤC DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT Formatted: Heading 1, Space After: 0 pt, Line spacing: single Tên viết tắt Tên đầy đủ Chú thích BSC Base Station Controller Bộ điều khiển trạm gốc BSS Base Station Subsystem Phân hệ trạm gốc BTS Base Tranceiver Station Trạm thu phát gốc CDMA Code Division Multiple Access Đa truy cập phân chia theo mã DGPS Differential Global Positioning Hệ thống định vị toàn System cầu vi sai GNSS Global Navigation Satellite Hệ thống vệ tinh định vị System toàn cầu GPRS General Packet Radio Service Dịch vụ vô tuyến gói chung GPS Global Positioning System Hệ thống định vị toàn cầu GSM Global System for Mobile Hệ thống thông tin di Communication động toàn cầu IP Internet Protocol Giao thức liên mạng MCS Master Control Station Trạm điều khiển trung tâm MCU Microprocessor Control Unit Vi điều khiển MS Mobile Station Trạm di động SD Security Digital Thẻ nhớ SGSN Serving GPRS Support Node Nút hỗ trợ dịch vụ GPRS SIM Subcriber Indentity Module Mô-đun nhận dạng thuê bao SMS Short Message Services Dịch vụ tin nhắn ngắn TCP Transmission Control Protocol Giao thức điều khiển truyền vận UDP User Datagram Protocol Giao thức truyền vận không tin cậy Hoàng Văn Dũng-CB120666 Trang 3
  6. NGHIÊN CỨU THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO THIẾT BỊ ĐỊNH VỊ CHÍNH XÁC KẾT HỢP TRUYỀN THÔNG VÔ TUYẾN PHỤC VỤ CÁC MỤC ĐÍCH GIÁM SÁT DANH MỤC BẢNG BIỂU Bảng 1.1 Giá cƣớc các dịch vụ của một số nhà khai thác mạng ở Việt Nam ............... 12 Bảng 2.1 Cấu hình cổng COM .................................................................................... 29 Bảng 2.2 Chuỗi lệnh nhận tin nhắn tức thời ................................................................ 29 Bảng 4.1 Tính năng kỹ thuật của bộ sản phẩm market GPS đạt đƣợc .......................... 59 Bảng 4.2 Hai mƣơi mẫu dữ liệu thu đƣợc khi đặt thiết bị tại điểm mốc GPS1 và độ sai lệch vị trí .................................................................................................................... 62 Bảng 4.3 Thời gian hoạt động liên tục của thiết bị với khoảng thời gian gửi tin khác nhau ........................................................................................................................... 79 Hoàng Văn Dũng-CB120666 Trang 4
  7. NGHIÊN CỨU THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO THIẾT BỊ ĐỊNH VỊ CHÍNH XÁC KẾT HỢP TRUYỀN THÔNG VÔ TUYẾN PHỤC VỤ CÁC MỤC ĐÍCH GIÁM SÁT DANH MỤC HÌNH VẼ Hình 1.1 Sơ đồ khối hệ thống ..................................................................................... 12 Hình 2.1 Sơ đồ khối thiết kế bộ thu ............................................................................ 15 Hình 2.2 Bố trí chân của thẻ nhớ SD card ................................................................... 18 Hình 2.3 Hình Sơ đồ nguyên lý khối nguồn. ............................................................... 19 Hình 2.4 Hình Sơ đồ nguyên lý khối vi điều khiển ..................................................... 21 Hình 2.5 Sơ đồ nguyên lý khối chíp thu dùng SIM548C và MT3329 .......................... 21 Hình 2.6 Sơ đồ kết nối qua UART .............................................................................. 22 Hình 2.7 Sơ đồ mạch ngắt .......................................................................................... 23 Hình 2.8 Sơ đồ mạch chi tiết bộ thu định vị ................................................................ 24 Hình 2.9 Giải pháp layout với khối anten ................................................................... 25 Hình 2.10 Vị trí tụ lọc và cuộn cảm ở khối nguồn....................................................... 26 Hình 2.11 Chi tiết layout phần mạch nguồn module GSM .......................................... 27 Hình 2.12 Layout mạch .............................................................................................. 27 Hình 2.13 Cấu tạo server trung tâm ............................................................................ 28 Hình 2.14 Sơ đồ thuật toán truyền nhận số liệu qua cổng COM .................................. 30 Hình 2.15 Sơ đồ giải thuật lắng nghe kết nối và khởi tạo tuyến .................................. 32 Hình 2.16 Sơ đồ thực thể liên kết................................................................................ 34 Hình 2.17 Sơ đồ chức năng Website ........................................................................... 35 Hình 3.1 Ví dụ về tối ƣu hóa dữ liệu ........................................................................... 37 Hình 3.2 Dữ liệu đƣợc tối ƣu (phase 1 và phase 2) so với dữ liệu gốc (original) ......... 40 Hình 3.3 Dữ liệu định vị hiển thị trên bản đồ trƣớc và sau khi tối ƣu .......................... 41 Hình 3.4 Dữ liệu hiển thị trên bản đồ bị lệch khỏi đƣờng ............................................ 42 Hình 3.5 Hình ảnh kết quả hiển thị trên bản đồ khi mất tín hiệu.................................. 43 Hình 3.6 Mô hình ánh xạ dữ liệu vị trí lên bản đồ ....................................................... 43 Hình 3.7 Dữ liệu đầu vào thuật toán map-matching .................................................... 45 Hình 3.8 Các bƣớc để truy vấn dữ liệu định vị ............................................................ 45 Hình 3.9 Dữ liệu sau khi đƣợc select có dạng ............................................................. 46 Hình 3.10 Bảng dự liệu nhận đƣợc ............................................................................. 46 Hình 3.11 So sánh khi request không và có sử dụng waypoint .................................... 48 Hình 3.12 Kết quả khi có lỗi request ........................................................................... 49 Hình 3.13 So sánh lộ trình trƣớc và sau khi khớp bản đồ ............................................ 51 Hình 3.14 Lƣu đồ các bƣớc lƣu dữ liệu đã đƣợc khớp vào cơ sở dữ liệu ..................... 52 Hình 3.15 Dữ liệu lấy về tƣ Google Map sau khi map-matching ................................. 53 Hình 3.16 So sánh kết quả dữ liệu trƣớc và sau khi xử lý ............................................ 54 Hình 3.17 Kết quả kinh độ và vĩ độ trƣớc và sau Map-Matching ................................ 55 Hình 3.18 Trƣớc và sau khi map-matching ................................................................. 56 Hoàng Văn Dũng-CB120666 Trang 5
  8. NGHIÊN CỨU THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO THIẾT BỊ ĐỊNH VỊ CHÍNH XÁC KẾT HỢP TRUYỀN THÔNG VÔ TUYẾN PHỤC VỤ CÁC MỤC ĐÍCH GIÁM SÁT Hình 3.19 Kết quả hỗ trợ nội suy lộ trình trên bản đồ ................................................. 57 Hình 4.1 Mạch in ........................................................................................................ 58 Hình 4.2 Sản phẩm bộ thu sử dụng an ten GSM và GPS bên ngoài ............................. 59 Hình 4.3 Sản phẩm bộ thu sử dụng anten GSM và GPS tích hợp ................................ 59 Hình 4.4 Thiết bị đƣợc đặt tại điểm mốc GPS1 ........................................................... 62 Hình 4.5 Hình ảnh marker các điểm thu đƣợc ............................................................. 64 Hình 4.6 Giao diện phần mềm server trung tâm thu thập vả xử lý dữ liệu ................... 65 Hình 4.8 Số lƣợng thiết bị gửi về tới tốc độ 2s/bản tin ................................................ 67 Hình 4.9 Server hoạt động với 200 thiết bị và khả năng tiêu thụ tài nguyên hệ thống . 67 Hình 4.10 Dữ liệu đƣợc lƣu trữ theo ngày, tháng, năm tại trung tâm ........................... 68 Hình 4.11 Định dạng dữ liệu đƣợc lƣu trữ theo ngày, tháng, năm ở log file tại trung tâm dữ liệu ................................................................................................................. 69 Hình 4.12 Xác định vị trí lắp đặt thiết bị thu ............................................................... 70 Hình 4.13 Vị trí lắp đặt thiết bị bộ thu tại thân xe ....................................................... 70 Hình 4.14 Vị trí lắp đặt thiết bị bộ thu tại đầu xe ........................................................ 71 Hình 4.15 Xem lại lịch trình di chuyển của xe máy quãng đƣờng: Tây Hồ - Bách Khoa – Bộ Công an.............................................................................................................. 71 Hình 4.16 Bố trí thiết bị trong hộp ngụy trang ............................................................ 72 Hình 4.17 Lắp đặt hộp thiết bị ở đầu xe ô tô ............................................................... 73 Hình 4.18 Lộ trình 100 km từ Bách Khoa- Đại lộ Thăng Long- Sơn Tây- QL32-Bách Khoa........................................................................................................................... 74 Hình 4.19 Lắp đặt hộp thiết bị ở cốp xe ô tô ............................................................... 74 Hình 4.20 Lộ trình 100 km từ Bách Khoa- Đại lộ Thăng Long- Sơn Tây- QL32-Bách Khoa........................................................................................................................... 75 Hình 4.21 Lắp đặt hộp thiết bị ở gầm xe ô tô ............................................................. 75 Hình 4.22 Lộ trình của xe với thiết bị đƣợc gắn ở gầm xe........................................... 76 Hình 4.23 Hệ thống giám sát, quản lý nhiều thiết bị ở các khu vực khác nhau cùng lúc trên từng màn hình riêng............................................................................................. 78 Hoàng Văn Dũng-CB120666 Trang 6
  9. NGHIÊN CỨU THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO THIẾT BỊ ĐỊNH VỊ CHÍNH XÁC KẾT HỢP TRUYỀN THÔNG VÔ TUYẾN PHỤC VỤ CÁC MỤC ĐÍCH GIÁM SÁT LỜI NÓI ĐẦU Với hơn ba mƣơi triệu xe máy và gần hai triệu ô tô hiện có ở Việt Nam, vấn đề quản lý và giám sát các phƣơng tiện này, đặc biệt là các phƣơng tiện cá nhân và vận tải đã đƣợc đặt ra từ cách đây nhiều năm và các ứng dụng giám sát hành trình cũng từ đó mà trở nên ngày càng phổ biến. Tuy nhiên, do nhiều nguyên do khác nhau, các doanh nghiệp trong nƣớc phần lớn chƣa tự chủ đƣợc công nghệ từ phần cứng tới phần mềm quản lý do vậy vẫn phải chủ yếu nhập từ nƣớc ngoài. Ngoài ra trong khi triển khai các ứng dụng yêu cầu độ chính xác cao, các thiết bị này thƣờng không đáp ứng đƣợc do quá phụ thuộc vào độ chính xác của module định vị đƣợc tích hợp sẵn mà không chú trọng tới việc xử lý lại dữ liệu định vị này tại phần mềm trung tâm cũng nhƣ trên bản đồ số. Xuất phát từ yêu cầu thực tế từ thực tế trên, tôi đã quyết định xây dựng một hệ thống định vị giám sát phƣơng tiện hoàn chỉnh với các tính năng về phần cứng và phần mềm cơ bản là đáp ứng đƣợc các nhu cầu về giám sát và quản lý phƣơng tiện. Bên cạnh đó, tôi cũng đã nghiên cứu các giải pháp cả về kỹ thuật trên phần cứng lẫn trên phần mềm xử lý để tăng độ chính xác và ổn định cho các ứng dụng định vị sử dụng module tích hợp sẵn. Tôi tin tƣởng rằng những nghiên cứu của tôi hoàn toàn có khả năng áp dụng vào thực tế và góp phần tích cực vào việc nghiên cứu và phổ biến rộng rãi các ứng dụng định vị có độ chính xác cao. Tôi xin chân thành cảm ơn sự giúp đỡ của Tiến sĩ Hà Duyên Trung, ngƣời trực tiếp hƣớng dẫn tôi, Trung tâm NAVIS ĐHBKHN, nơi tôi làm việc, đã tạo điều kiện tốt nhất để tôi có thể hoàn thành luận văn này. Hà Nội, tháng 3 năm 2014 Học Viên Hoàng Văn Dũng Hoàng Văn Dũng-CB120666 Trang 7
  10. NGHIÊN CỨU THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO THIẾT BỊ ĐỊNH VỊ CHÍNH XÁC KẾT HỢP TRUYỀN THÔNG VÔ TUYẾN PHỤC VỤ CÁC MỤC ĐÍCH GIÁM SÁT Hoàng Văn DũngChƣơng 1 - –TỔNG QUAN Formatted: Font: Not Bold, Font color: Auto, English (U.S.) Formatted: Heading 2, None, Line spacing: 1.1 1.1 TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG ĐỊNH VỊ TOÀN CẦU[1] single, No bullets or numbering GPS là hệ thống dẫn đƣờng bằng sóng vô tuyến đặt trên không gian (Space Based Radionavigation system) thành công và phổ biến nhất cho tới nay. Khoảng cách từ một vệ tinh tới máy thu đƣợc đo bởi thời gian tới của tín hiệu vệ tinh. Toạ độ ba chiều, vận tốc và thời gian cũng đƣợc đo nhờ GPS. Hệ thống này có thể sử dụng đƣợc trong mọi điều kiện thời tiết, trên toàn cầu và vào mọi thời điểm. Hệ thống định vị toàn cầu GPS bao gồm ba bộ phận là chùm vệ tinh, hệ thống điều khiển mặt đất và bộ phận ngƣời sử dụng. Chùm vệ tinh: Chùm vệ tinh của hệ GPS hiện có tất cả 31 vệ tinh làm việc và dự phòng. Các vệ tinh này đƣợc sắp xếp trên sáu mặt phẳng quỹ đạo nghiêng 55 độ so với mặt phẳng xích đạo. Quỹ đạo chùm vệ tinh của GPS gần tròn với cao độ là 20.200 km. Chu kỳ quỹ đạo là một nửa ngày thiên văn hay 11 tiếng 58 phút. Mỗi vệ tinh phát ra hai tần số vô tuyến phục vụ mục đích định vị, L1 trên tần số 1.575,42 MHz phục vụ cho dân sự và L2 trên tần số 1.227,6 MHz phục vụ cho quân sự. Các tần số sóng mang đƣợc điều chế bởi các tín hiệu giả ngẫu nhiên C/A, P và bản tin dẫn đƣờng. Các tần số sóng mang và tín hiệu điều chế đƣợc điều khiển bởi những đồng hồ nguyên tử đặt trên vệ tinh. Phân đoạn điều khiển vận hành: Phân hệ này có nhiệm vụ duy trì các vệ tinh và sự hoạt động chính xác của chúng: bao gồm bốn trạm giám sát đặt ở Diego Garreia, đảo Ascension, đảo Kwajalein và đảo Hawai; một trạm điều khiển chính tại trung tâm điều hành không gian Colorado- Hoa Kỳ; các địa điểm này đƣợc chọn để tối đa hóa vùng bao phủ của các vệ tinh. Mục đích của hệ thống điều khiển là điều khiển sự hoạt động của các vệ tinh, xác định quỹ đạo, xử lý các đồng hồ nguyên tử, truyền các bản tin theo dõi và thu thập các mã C/A và mã P, Y từ các vệ tinh và truyền dữ liệu này tới trạm điều khiển trung tâm MCS, các trạm giám sát liên tục theo dõi các vệ tinh và đƣờng đi Hoàng Văn Dũng-CB120666 Trang 8
  11. NGHIÊN CỨU THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO THIẾT BỊ ĐỊNH VỊ CHÍNH XÁC KẾT HỢP TRUYỀN THÔNG VÔ TUYẾN PHỤC VỤ CÁC MỤC ĐÍCH GIÁM SÁT của chúng, lƣu trữ các dữ liệu về chúng, thông tin này đƣợc xử lý ở trạm điều khiển chính để xác định quỹ đạo của các vệ tinh và cập nhật thông tin dẫn đƣờng cho mỗi vệ tinh nhƣ quỹ đạo chính xác, lịch thiên văn, sửa lỗi đồng hồ…Thông tin này đƣợc truyền lên các vệ tinh cung cấp phƣơng tiện để ra lệnh và điều khiển các vệ tinh, tải lên các thông tin dẫn đƣờng và các dữ liệu khác. Bộ phận ngƣời sử dụng: bao gồm tất cả các đối tƣợng cho các mục đích dân sự và quân sự. Các máy thu riêng biệt theo dõi các mã hoặc pha của các sóng mang (hoặc cả hai) và đều thu nhận các bản tin thông báo. Bằng cách so hàng tín hiệu đến từ vệ tinh với bản sao của mã phát đƣợc lƣu trong máy thu, ta có thể xác định đƣợc cự ly đến vệ tinh. Nếu các cự ly tới bốn vệ tinh đƣợc liên kết với các thông số quỹ đạo vệ tinh thì máy thu có thể xác định ba giá trị tọa độ địa tâm của vị trí mình. Vệ tinh GPS đầu tiên đƣợc phóng vào năm 1978. Mƣời vệ tinh đầu tiên là các vệ tinh triển khai, đƣợc gọi là Block I. Từ năm 1989 đến 1993, 23 vệ tinh đƣợc sản xuất gọi là Block II đƣợc phóng. Việc phóng vệ tinh thứ 24 năm 1994 đã hoàn thiện hệ thống. Formatted: Heading 2, Line spacing: single, 1.2 1.2 TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG THÔNG TIN DI ĐỘNG TOÀN CẦU No bullets or numbering GSM[2] GSM là hệ thống thông tin di động số toàn cầu ở dải tần 900MHz, 1800MHz và 1900MHz đƣợc tiêu chuẩn viễn thông châu Âu quy định. GSM là một tổ hợp các giải pháp bao gồm hệ thống chuyển mạch kênh, hệ thống chuyển mạch gói, nút điều khiển vô tuyến và các trạm phát gốc cùng với cơ sở dữ liệu mạng, các dịch vụ cơ bản và các nút quản lý mạng. Việc vận hành bảo dƣỡng đƣợc tích hợp trong mạng thông minh (IN/GSM). GSM cũng làm việc với các kỹ thuật IP và kỹ thuật gói là một nền tảng chính hƣớng tới hệ thống viên thông di động phổ biến (UMTS) trong thế hệ di động thứ 3 và hơn nữa. Lƣu động (Roaming) quốc tế cho phép thuê bao di chuyển ở toàn bộ vùng phủ sóng của GSM. Hệ thống sẽ tự động cập nhật thông tin về vị trí thuê bao. Hoàng Văn Dũng-CB120666 Trang 9
  12. NGHIÊN CỨU THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO THIẾT BỊ ĐỊNH VỊ CHÍNH XÁC KẾT HỢP TRUYỀN THÔNG VÔ TUYẾN PHỤC VỤ CÁC MỤC ĐÍCH GIÁM SÁT GSM cung cấp một số tính năng nhƣ thoại, thông tin số liệu tốc độ cao, fax và dịch vụ tin nhắn ngắn. Một hệ thống GSM thực chất là mạng di động mặt đất công cộng PLMN(Public Land Mobile Network). Một cách tổng quát thì mạng PLMN hợp tác với mạng cố định để thiết lập cuộc gọi, qua các giao diện PLMN tiếp xúc với bên ngoài, bao gồm các mạng ngoài, nhà khai thác và ngƣời sử dụng. Mạng GSM đƣợc chia thành nhiều hệ thống con nhƣ sau: - Phân hệ chuyển mạch NSS (Network Switching Subsystem). - Phân hệ trạm gốc BSS (Base Station Subsystem). - Phân hệ bảo dƣỡng và khai thác OSS (Operation Subsystem). - Trạm gốc MS (Mobile Station). Formatted: Heading 2, None, Line spacing: 1.3 1.3 DỊCH VỤ VÔ TUYẾN GÓI CHUNG GPRS (GENERAL PACKET single, No bullets or numbering RADIO SERVICE) [3] Sự hiện diện của GPRS tài hiện lên một bƣớc quan trọng trong quá trình trƣởng thành của mạng GSM. Đặc biệt, không giống nhƣ GSM và HSCSD, là các dịch vụ chuyển mạch kênh, GPRS là một hệ thống chuyển mạch gói. Mục đích của GPRS là cung cấp các dịch vụ kiểu mạng Internet tới ngƣời sử dụng mobile, mang lại sự hội tụ gần gũi hơn giữa IP và tính di động. Thực tế mà nói, ngoài việc nhắm vào một thị trƣờng tầm cỡ dƣới quyền hạn của chính mình, rõ ràng GPRS có thể đƣợc xem nhƣ là một bậc thang tiến triển quan trọng giữa GSM và UMTS. Một MS của GPRS bao gồm đầu cuối thuê bao (MT), là thiết bị mà tạo ra cơ chế cho việc thu và phát tín hiệu dữ liệu và bên cạnh đó là thiết bị TE, là một thiết bị giống nhƣ một PC mà các ứng dụng có thể chạy trên đó. Trong một mạng GSM/GPRS, một MS của GPRS có khả năng thực hiện chức năng theo ba cơ chế hoạt động lớp A, B và C. GPRS cho ra các dịch vụ phi thời gian thực với tốc độ dữ liệu từ 9 lên đến 171kb/s với hầu hết các mạng tạo ra một nửa tốc độ dữ liệu tối đa. Tốc độ bit có sẵn phụ thuộc vào Hoàng Văn Dũng-CB120666 Trang 10
  13. NGHIÊN CỨU THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO THIẾT BỊ ĐỊNH VỊ CHÍNH XÁC KẾT HỢP TRUYỀN THÔNG VÔ TUYẾN PHỤC VỤ CÁC MỤC ĐÍCH GIÁM SÁT số lƣợng ngƣời sử dụng của mạng và kiểu kênh đƣợc sử dụng. GPRS chỉ ra bốn loại mã (CS-1, CS-2, CS-3, CS-4), việc chọn một trong số đó phụ thuộc vào môi trƣờng hoạt động. Có thể đạt đƣợc tốc độ dữ liệu tối đa theo giả thuyết bởi dùng CS -4, bởi đó không cần sử dụng mã nào và chỉ một ngƣời sử dụng đơn lẻ thực hiện đƣợc truy nhập vào tài nguyên kênh truyền. Các tốc độ truyền dữ liệu có đƣợc cho phép một loạt các dịch vụ có thể đƣợc truy nhập từ tin nhắn đơn giản tới truyền file hiệu quả và trình duyệt Web. Việc tƣơng tác với các dịch vụ truyền phát TCP/IP và X.25 là khả thi. Một khi đã đƣợc đấu nối với mạng, một cuộc gọi có thể đƣợc thiết lập trong vòng dƣới một giây, nhanh hơn đáng kể so với GSM. Ngoài việc cung cấp các dịch vụ điểm tới điểm, GPRS còn có khả năng phân phối các cuộc gọi điểm tới đa điểm trong đó các đầu nhận cuộc gọi có thể là nhóm hoặc những ngƣời sử dụng trong một vùng quảng bá đặc biệt. Formatted: Right: 0", No bullets or 1.4 1.4 CƠ SỞ HẠ TẦNG VIỄN THÔNG Ở VIỆT NAM numbering Formatted: English (U.S.), Check spelling and Công nghệ GSM đƣợc ứng dụng vào Việt Nam từ năm 1993. Hiện nay, ba nhà grammar cung cấp di động công nghệ GSM lớn nhất của Việt Nam là VinaPhone, MobiFone và Viettel Mobile, đây cũng là những nhà cung cấp chiếm thị phần nhiều nhất trên thị trƣờng với số lƣợng thuê bao mới tăng chóng mặt trong thời gian vừa qua. Theo thống kê năm 2006, ở Việt Nam có đến hơn 85% ngƣời dùng đang là khách hàng của các nhà cung cấp dịch vụ theo công nghệ GSM và cho tới năm 2014 con số này sẽ còn cao hơn rất nhiều. Cho tới thời điểm này, thị trƣờng thông tin di động của Việt Nam đã có khoảng 150 triệu thuê bao di động. Khi mà ba nhà cung cấp dịch vụ di động lớn nhất của Việt Nam là VinaPhone, MobiFone và Viettel đều tăng trƣởng rất nhanh với số lƣợng thuê bao mỗi ngày phát triển đƣợc lên tới hàng ngàn thuê bao với diện tích phủ sóng mạng GSM/GPRS lên tới 98% diện tích trên đất liền. Cƣớc viễn thông hiện nay đã giảm nhiều so với trƣớc. Mức cƣớc phổ biến cho các dịch vụ. Hoàng Văn Dũng-CB120666 Trang 11
  14. NGHIÊN CỨU THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO THIẾT BỊ ĐỊNH VỊ CHÍNH XÁC KẾT HỢP TRUYỀN THÔNG VÔ TUYẾN PHỤC VỤ CÁC MỤC ĐÍCH GIÁM SÁT Bảng 1.1 Giá cƣớc các dịch vụ của một số nhà khai thác mạng ở Việt Nam Formatted: Caption, Centered, Right: 0", Line spacing: single Tên dịch vụ Giá cước Nhà cung cấp Khu vực phủ sóng Formatted: Justified SMS 200-250 Vietel,Mobiphone, Cả nƣớc Formatted: Justified đ/tin nhắn Vinaphone Call 1000-1500 Vietel,Mobiphone, Cả nƣớc Formatted: Justified đ/phút gọi Vinaphone GPRS 100đ/10Kbytes Vietel,Mobiphone, Cả nƣớc Formatted: Justified Vinaphone Chính vì thế việc ứng dụng các dịch vụ sẵn có của các nhà mạng viễn thông trong nƣớc là hoàn toàn có thể áp dụng đƣợc với chi phí cũng nhƣ độ ổn định chấp nhận đƣợc. Formatted: Heading 2, None, Line spacing: 1.5 1.5 TỔNG QUAN ĐỊNH VỊ PHƢƠNG TIỆN single, No bullets or numbering 1.5.1 1.5.1 Kiến trúc hệ thống [4] Formatted: No underline, Font color: Auto Formatted: Normal, Space After: 12 pt, No bullets or numbering Formatted: Centered Hình 1.1 Sơ đồ khối hệ thống Formatted: Font: No underline, Font color: Auto Formatted: Font: Not Bold Hoàng Văn Dũng-CB120666 Trang 12
  15. NGHIÊN CỨU THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO THIẾT BỊ ĐỊNH VỊ CHÍNH XÁC KẾT HỢP TRUYỀN THÔNG VÔ TUYẾN PHỤC VỤ CÁC MỤC ĐÍCH GIÁM SÁT Cấu trúc hệ thống: Hệ thống quản lý và giám sát đối tƣợng là một loại hình dịch vụ dựa trên những yêu cầu của ngƣời sử dụng mà đƣa ra những chức năng đối với thiết bị GPS Tracker. Hệ thống sử dụng công nghệ định vị toàn cầu (GPS) thông qua hệ thống thông tin di động toàn cầu (GSM) gồm 1 server trung tâm bao gồm: Phần mềm xử lý, phần hiển thị trên Website, hệ quản trị cơ sở dữ liệu và các thiết bị GPS Tracker gắn trên các đối tƣợng giao thông hoặc gắn tại một vị trí xác định.  Ngƣời sử dụng là ngƣời sở hữu phƣơng tiện với một thiết bị GPS đƣợc gắn trên xe, họ có thể gửi tin nhắn SMS tới server để điều khiển hoạt động của thiết bị và theo dõi chúng trên màn hình máy tính cá nhân hoặc điện thoại thông minh.  Thiết bị GPS Tracker có nhiệm vụ thu tín hiệu từ vệ tinh GPS trong không gian, tính toán tọa độ không gian và các thông tin khác, sau đó chuyển đến khối vi điều khiển MCU tách, lọc và chuyển về trung tâm điều khiển thông qua mạng thông tin di động GSM nhờ mô-đun GSM/GPRS. Các chức năng và nhiệm vụ chính của thiết bị: Thiết bị cần phải có khả năng thu đƣợc tín hiệu vệ tinh của hệ thống định vị GPS, sau đó xuất dữ liệu dƣới định dạng chuẩn NMEA0183. Đồng thời, thiết bị có khả năng truyền toàn bộ thông tin về vị trí đã thu đƣợc về một server trung tâm qua đƣờng truyền GSM/GPRS. Ngoài ra, thiết bị còn có khả năng tiếp nhận và xử lý tin nhắn SMS để thay đổi các chế độ hoạt động.  Server trung tâm có nhiệm vụ nhận và phân tích các yêu cầu gửi đến từ ngƣời sử dụng, nhận dữ liệu gửi về từ thiết bị thông qua dịch vụ SMS hoặc GPRS, xử lý và lƣu trữ vào cơ sở dữ liệu đồng thời đẩy các thông tin định vị và quản lý lên Website. Cấu trúc về cơ bản gồm một Modem GSM / GPRS Wavecom để nhận SMS từ ngƣời dùng và thiết bị và các phần mềm để xử lý dữ liệu và hiển thị. Phần mềm trên Server sẽ bao gồm một chƣơng trình phần mềm có thể kết nối với Modem GSM qua cổng COM để nhận cũng nhƣ gửi đƣợc các SMS, có chức năng luôn Hoàng Văn Dũng-CB120666 Trang 13
  16. NGHIÊN CỨU THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO THIẾT BỊ ĐỊNH VỊ CHÍNH XÁC KẾT HỢP TRUYỀN THÔNG VÔ TUYẾN PHỤC VỤ CÁC MỤC ĐÍCH GIÁM SÁT lắng nghe dữ liệu gửi qua GPRS và cũng có thể đọc đƣợc dữ liệu dƣới dạng file .txt từ thẻ nhớ. Một web Server có chức năng quản lý các thông tin của thiết bị và ngƣời sử dụng đồng thời lấy dữ liệu định vị trong Cơ sở dữ liệu hiển thị lên Google Map. Ngƣời dùng có thể truy cập vào Website để biết các thông tin này. Hệ quản trị cơ sở dữ liệu SQL xây dựng các trƣờng tƣơng ứng chứa dữ liệu định vị, thông tin từ ngƣời dùng và thiết bị GPS Tracker Formatted: Font: Not Bold, (Asian) Japanese, Do not check spelling or grammar Hoàng Văn Dũng-CB120666 Trang 14
  17. NGHIÊN CỨU THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO THIẾT BỊ ĐỊNH VỊ CHÍNH XÁC KẾT HỢP TRUYỀN THÔNG VÔ TUYẾN PHỤC VỤ CÁC MỤC ĐÍCH GIÁM SÁT Chƣơng 2 - .THIẾT KẾ VÀ TRIỂN KHAI Formatted: Font: 14 pt, No underline, Font color: Auto Formatted: Font: 14 pt, No underline, Font Nhƣ vậy, để triển khai một hệ thống định vị phƣơng tiện, ta phải xây dựng các phân color: Auto hệ gồm phần cứng máy thu, server và giao diện hiển thị. Trong chƣơng này, tôi sẽ tập trung trình bày sâu hơn vào các nội dung trên với trọng tâm là thiết kế phần cứng máy thu. 2.1 NGHIÊN CỨU THIẾT KẾ CHẾ TẠO BỘ THU Formatted: No underline, Font color: Auto, All caps Sơ đồ nguyên lý thiết kế chung bộ thu tín hiệu vệ tinh toàn cầu GPS/GNSS đƣợc Formatted: Justified Formatted: No underline, Font color: Auto, All xây dựng dựa trên sự kết hợp tính năng xử lý và truyền số liệu dựa trên công nghệ caps Formatted: No underline, Font color: Auto, All mạng thông tin di động gồm khối nguồn, khối GPS, khối GSM, thẻ nhớ và khối vi điều caps Formatted: No underline, Font color: Auto, All khiển đóng vai trò điểu khiển và liên kết giữa các khối chức năng. caps Formatted: No underline, Font color: Auto, All caps Formatted: No underline, Font color: Auto, All caps Formatted: All caps Hình 2.1 Sơ đồ khối thiết kế bộ thu Formatted: Right: 0", Space Before: 0 pt Formatted: Font: No underline, Font color: Auto Formatted: Justified, Space Before: 6 pt Hoàng Văn Dũng-CB120666 Trang 15
  18. NGHIÊN CỨU THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO THIẾT BỊ ĐỊNH VỊ CHÍNH XÁC KẾT HỢP TRUYỀN THÔNG VÔ TUYẾN PHỤC VỤ CÁC MỤC ĐÍCH GIÁM SÁT Formatted: No underline, Font color: Auto 2.1.1 Phân tích khối nguồn Chức năng của khối nguồn trong thiết bị là để cung cấp nguồn nuôi cho toàn bộ hệ Formatted: Font: Not Bold, No underline, Font color: Auto thống gồm vi điều khiển ATMEGA128L và chip GPS kết hợp module GSM Formatted: Font: Not Bold, No underline, Font color: Auto (GPS/GSM module). Yêu cầu dải điện áp ra từ 3.4V - 4.5V một chiều có dòng đỉnh 3A đồng thời khối Formatted: Font: Not Bold, No underline, Font color: Auto có thiết kế nhỏ gọn phù hợp với kích thƣớc yêu cầu của thiết bị đầu cuối và hoạt động ổn định. Formatted: Font: Not Bold 2.1.2 Phân tích khối vi điều khiển Formatted: No underline, Font color: Auto Formatted: Justified Chức năng của vi điều khiển này là để thực hiện việc tiếp nhận và xử lý dữ liệu Formatted: Font: Not Bold, No underline, Font color: Auto định vị từ khối GPS đồng thời thực hiện chức năng điều khiển hoạt động của hệ thống bao gồm gửi bản tin định vị qua mạng GPRS về sever trung tâm, xử lý yêu cầu của sever truyền tới qua tin nhắn SMS. Yêu cầu cần có 2 khối UART hoạt động song song thực hiện việc thu bản tin định Formatted: Font: Not Bold, No underline, Font color: Auto vị từ chip thu và gửi các tập lệnh điều khiển hệ thống làm việc theo đúng yêu cầu. Ngoài ra, khối nay phải hoạt động ổn định,tốc độ xử lý tùy thuộc vào mức yêu cầu, có kích thƣớc nhỏ gọn phù hợp với yêu cầu về kích thƣớc của thiết bị thu. Một yếu tố khác đó là là loại vi điều khiển thông dụng ở thị trƣờng Việt Nam. Formatted: Font: Not Bold Lựa chọn vi điều khiển ATMEGA128[5] của hãng Atmel. Formatted: Font: Not Bold, No underline, Font color: Auto Lý do chọn vi điều khiển ATMEGA128 vì đây là một loại vi điều khiển có tốc độ xử lý Formatted: Justified mạnh, thông dụng tại Việt Nam với các chức năng chính sau: Formatted: Font: Not Bold  Xử lý bản tin NMEA0183 thu đƣợc từ tín hiệu vệ tinh GPS  Điều khiển khối GSM trên SIM548C bằng tập lệnh AT: Gửi dữ liệu định vị đến server (là các bản tin định vị), nhận và gửi tin nhắn ngắn SMS.  Điều khiển các thiết bị ngoại vi: rơ-le, thẻ nhớ. Formatted: Justified Hoàng Văn Dũng-CB120666 Trang 16
  19. NGHIÊN CỨU THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO THIẾT BỊ ĐỊNH VỊ CHÍNH XÁC KẾT HỢP TRUYỀN THÔNG VÔ TUYẾN PHỤC VỤ CÁC MỤC ĐÍCH GIÁM SÁT 2.1.3 Khối chip thu tích hợp GPS/GSM Formatted: No underline, Font color: Auto Chức năng chính của hai module GPS và GSM trong thiết bị định vị đó là: module Formatted: Font: Not Bold, No underline, Font color: Auto GPS sẽ thu tín hiệu định vị từ vệ tinh và đƣa vào dữ liệu đã đƣợc tính toán ra chân UART của vi điều khiển. Trong khi đó, module GSM sẽ thực hiện gửi các tin nhắn SMS và dữ liệu đƣợc đóng gói thành data packet về sever khi nhận đƣợc lệnh điều khiển từ vi điều khiển ATMEGA128. Formatted: Font: Not Bold Yêu cầu cả hai module phải có độ nhạy cao và với module GPS cần có độ chính xác Formatted: Font: Not Bold, No underline, Font color: Auto phù hợp với yêu cầu thử nghiệm đồng thời phải có kích thƣớc nhỏ gọn phù hợp với yêu cầu thiết kế toàn mạch. Formatted: Font: Not Bold Lựa chọn chip thiết kế: Formatted: Font: Not Bold, No underline, Font color: Auto  MT3329 của hãng Mediateck cho chức năng GPS (anten tích hợp) [6] Formatted: Font: Not Bold, English (U.S.) Formatted: Font: Not Bold  SIM548C của hãng Simcom cho chức năng GSM (hỗ trợ anten ngoài) [7] Formatted: Font: Not Bold Trong quá trình thiết kế chế tạo sản phẩm mẫu bộ thu định vị sử dụng vệ tinh, tôi đã sử dụng module SIM548C và module MT3329 có những tính năng cơ bản sau: Chức năng GSM của SIM548C: Formatted: Font: Not Bold, No underline, Font color: Auto - SIM548C làm việc ở 4 tần số khác nhau: EGSM 900 MHz/DCS 1800 MHz và Formatted: Justified SM850 MHZ/PCS 1900MHz. Formatted: Font: Not Bold - SIM548C hỗ trợ giao thức TCP/IP, rất hữu ích cho việc thực hiện việc truyền dữ liệu. - SIM548C đƣợc thiết kế với kích thƣớc nhỏ gọn 50mm x 33mm x 8.8mm. SIM548C có thể đƣợc sử dụng trong rất nhiều các ứng dụng ví dụ nhƣ: M2M, điện thoại thông minh, thiết bị định vị cầm tay và các thiết bị di động khác hoặc các ứng dụng cho xe hơi, cho server… - SIM548C đƣợc thiết kế với công nghệ nguồn tiết kiệm, vì vậy dòng tiêu thụ của phần GSM/GPRS trong chế độ SLEEP rất nhỏ, khoảng 3mA. Formatted: Font: Not Bold, No underline, Font color: Auto Chức năng GPS của module MT3329: Formatted: Justified Formatted: Font: Not Bold Hoàng Văn Dũng-CB120666 Trang 17
  20. NGHIÊN CỨU THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO THIẾT BỊ ĐỊNH VỊ CHÍNH XÁC KẾT HỢP TRUYỀN THÔNG VÔ TUYẾN PHỤC VỤ CÁC MỤC ĐÍCH GIÁM SÁT - Năng lƣợng tiêu thụ: chỉ là 180mW với ăng ten chủ động (chế độ hoạt động liên tục) và 150mW với ăng ten bị động (chế độ hoạt động liên tục). - Giao thức:SiRF nhị phân/NMEA-0183, AI3/F (giao tiếp SIRF) cho AGPS và RTCM (cho DGPS) - Độ chính xác: ở chế độ bình thƣờng
ADSENSE

CÓ THỂ BẠN MUỐN DOWNLOAD

 

Đồng bộ tài khoản
2=>2