Đề tài 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 ii 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. iii - 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 iv 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. Tuần/ngày Nội dung Xác nhận GVHD Tuần 6 (13/3 – 19/3) Gặp giáo viên hướng dẫn, nhận đề tài đồ án tốt nghiệp. Tuần 7 (20/3 – 26/3) Tìm tài liệu phục vụ cho nghiên cứu và thực hiện đề tài, viết đề cương đồ án tốt nghiệp. Tuần 8 (27/3 – 02/4) Thiết kế sơ đồ khối, sơ đồ nguyên lý mạch Tuần 9 (03/4 – 09/4) Cài đặt các công cụ hỗ trợ lập trình điều khiển để thực hiện đề tài. Tuần 10 (10/4 – 16/4) Lập trình điều khiển arduino giao tiếp với module SIM808. Tuần 11 (17/4 – 23/4) Lập trình điều khiển Module SIM808 gửi tin nhắn và nhận cuộc gọi. Tuần 12 (24/4 – 30/4) Chỉnh sửa, hoàn thiện lập trình cho toàn hệ thống. Tuần 13,14 (01/5 – 14/5) Chỉnh sửa, hoàn thiện mạch thi công. Tuần 15 (15/5 – 21/5) Chạy thử nghiệm thực tế và tinh chỉnh, đóng gói sản phẩm. Tuần 16 (22/5 – 28/5) Lấy kết quả thực nghiệm viết đề cương cho báo cáo. Tuần 17,18 (29/5 – 11/6) Viết báo cáo tốt nghiệp. Tuần 19,20,21 (12/6 – 03/7) Chỉnh sửa, kiểm tra lần cuối và nộp quyển báo cáo. Tuần 22 (04/7 – 10/7) Báo cáo đồ án tốt nghiệp. v GV HƯỚNG DẪN (Ký và ghi rõ họ và tên) Th.S Nguyễn Ngô Lâm vi 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 vii 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 viii 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 ix 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 x 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 xi 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 Sm