BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT
THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

BÁO CÁO TỔNG KẾT
ÐỀ TÀI KH&CN CẤP TRƯỜNG TRỌNG ÐIỂM

NGHIÊN CỨU, THỰC HIỆN MƠ HÌNH HỆ THỐNG
ĐỊNH VỊ Ô - TÔ

MÃ SỐ: T2015 - 59

SKC005607

Tp. Hồ Chí Minh, tháng 10/2015


Mẫu 1T. Trang bìa của báo cáo tổng kết đề tài KH&CN cấp Trường

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƢỜNG ĐẠI HỌC SƢ PHẠM KỸ THUẬT
THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

BÁO CÁO TỔNG KẾT

ĐỀ TÀI KH&CN CẤP TRƢỜNG

NGHIÊN CỨU, THỰC HIÊN MÔ HÌNH
HỆ THỐNG ĐỊNH VỊ Ơ-TƠ

Mã số: T2015-59/KHCN-GV

Chủ nhiệm đề tài:
ThS. GVC NGUYỄN VĂN THÌNH

Tp. Hồ Chí Minh, Tháng 10 năm 2015


Mẫu 2. Trang bìa phụ của báo cáo tổng kết đề tài KH&CN cấp Trường

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT
THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH
ĐƠN VỊ: Khoa Cơ Khí Động Lực

BÁO CÁO TỔNG KẾT

ĐỀ TÀI KH&CN CẤP TRƢỜNG

NGHIÊN CỨU, THỰC HIÊN MƠ HÌNH
HỆ THỐNG ĐỊNH VỊ Ơ-TƠ

Mã số: T2015-59/KHCN-GV

Chủ nhiệm đề tài: NGUYỄN VĂN THÌNH
Thành viên đề tài: PHẠM HUY HỒNG
TRẦN VĂN THÀ

Tp. Hồ Chí Minh, Tháng 10 năm 2015


Mẫu 2T. Trang bìa phụ của báo cáo tổng kết đề tài KH&CN cấp Trường


TRƢỜNG ĐẠI HỌC SƢ PHẠM KỸ THUẬT
THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH
ĐƠN VỊ: KHOA CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC

BÁO CÁO TỔNG KẾT

ĐỀ TÀI KH&CN CẤP TRƢỜNG

NGHIÊN CỨU, THỰC HIÊN MƠ HÌNH
HỆ THỐNG ĐỊNH VỊ Ơ-TƠ

Mã số: T2015-59/KHCN-GV
Chủ nhiệm đề tài:
Thành viên đề tài:

NGUYỄN VĂN THÌNH
- PHẠM HUY HỒNG
- TRẦN VĂN THÀ

Tp. Hồ Chí Minh, Tháng 10 năm 2015

1


DANH SÁCH NHỮNG THÀNH VIÊN THAM GIA NGHIÊN CỨU
ĐỀ TÀI VÀ ĐƠN VỊ PHỐI HỢP CHÍNH

1/ Thành viên tham gia: Đề tài đƣợc thực hiện bởi NGUYỄN VĂN THÌNH là c hủ nhiệm
đề tài, các thành viên tham gia:

- PHẠM HUY HỒNG : - Cơng ty CP ĐT&PTCN HUY HỒNG
- TRẦN VĂN THÀ

- Cơng ty Toyota Đơng Sài Gịn

2/ Đơn vị phối hợp chính:
- Cơng ty định vị và bản đồ VIETMAP: các thiết bị định vị, tài liệu nghiên cứu
-TRUNG TÂM ĐIỆN TỬ - LÝ THƯỜNG KIỆT Nghiên cứ lý thuyết , các linh kiện
bán dẫn thực hiện mô hình
- Cơng ty Toyota Đơng Sài Gịn: Thiết kế mơ hình Hệ thống Định vị tồn cầu
- Xƣởng Sửa chữa ô - tô Động Lực: Chế tạo mô hình Hệ thống Chiếu Sáng dùng
đèn Xenon

2


MỤC LỤC

DANH MỤC
DANH SÁCH NHỮNG THÀNH VIÊN THAM GIA NGHIÊN CỨU ĐỀ TÀI
VÀ ĐƠN VỊ PHỐI HỢP CHÍNH
Mục Lục
DANH MỤC BẢNG BIỂU- HÌNH ẢNH
DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT
THƠNG TIN KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU
INFORMATION ON RESEARCH RESULTS
Phần I: MỞ ĐẦU
I.1. TỞ NG QUAN TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU TRONG VÀ NGỒI NƢỚC
I.2. TÍNH CẤP THIẾT
I.3. MỤC TIÊU

I.4. CÁCH TIẾP CẬN
I.5. PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
I.6. ĐỐI TƢỢNG VÀ PHẠM VI NGHIÊN CỨU
PHẦN II: NỘI DUNG NGHIÊN CỨU
HỆ THỐNG THÔNG TIN DI ĐỘNG TOÀN CẦU GSM
DỊCH VỤ SỐ LIỆU CẢI TIẾN GPRS - GENERAL PACKET RADIO
SERVICE
CẢM BIẾN NHIỆT ĐỘ
BỘ ĐIỀU KHIỂN VECTOR NGẮT LỒNG NHAU (Nested Vector Interrupt
Controller)
MODULE SIM 908
2ẶC ĐIỂM CHÍNH SIM908
SƠ ĐỒ KẾT NỐI MẠCH SIM 908
LCD 16x2
CHƢƠNG 2: LẬP TRÌNH ĐIỀU KHIỂN
CHƢƠNG 3: XÂY DỰNG SERVER HIỂN THỊ VỊ TRÍ ĐỐI TƢỢNG
CHƢƠNG 4: GIỚI THIỆU VỀ MƠ HÌNH
HÌNH ẢNH MƠ HÌNH
BÀI TẬP ỨNG DỤNG CHO BỘ KIT
CÁC BƢỚC THỰC HIỆN:
BÀI TẬP 2
BÀI TẬP 3
BÀI TẬP 4
HƢỚNG DẪN THỰC HIỆN
PHẦN III: KẾT LUẬN
PHẦN IV:TÀI LIỆU THAM KHẢO

TRANG
2
3-4

5
6
7-8
9
10
10
11
11
11
11
11
17
17
23
24
27
27
30
31
34
38
42
45
49
53
56
54
56
57
59

60

3


DANH MỤC BẢNG BIỂU- HÌNH ẢNH

Hình 7
Hình 8
Hình 9
Hình 10
Hình 11

Hình 1: Sơ đồ chức năng của SIM908
Sơ đồ kết nối chân của SIM908
Hình ảnh thực tế Module Sim908
LCD 16x2
Bộ nguồn LM2596 Step Down
Tổng quan tập lệnh AT Lƣu đồ chƣơng trình hiển thị vị trí trên bản đồ
online
Giao diê ̣n của chƣơng triǹ h
Hình ảnh thực tế của KIT
Khối nguồn
Sơ đồ chân nút nhấn button và LED
Sơ đồ chân vi điều khiển STM32F103RCT6

Hình 12

Khối LCD hiển thị


Hình
Hình
Hình
Hình

Khối I/O giao tiếp
Khối Buzzer
Khối truyền thơng nối tiếp (cổng COM).
Bố trí trên mơ hình

Hình 1
Hình 2
Hình 3
Hình 4
Hình 5
Hình 6

13
14
15
16

Hình 17
Hinh 18
Hình 19
Hình 20
Hình 21
Hình 22
Hình 23
Hình 24

Hình 25
Hình 26
Hình 27
Hình 28
BẢNG 1
BẢNG 2
BẢNG 3

Mơ hình KIT lúc chƣa cấp nguồn
Mơ hình lúc hoạt động
Khởi tạo GSM - GPS
Thu đƣợc tín hiệu GPS (hiển thị kinh độ và vĩ
Kiểm tra dữ liệu nhận đƣợc trên google map
Các trạng thái hoạt động của server
Trạng thái kết nối thành công
Sơ đồ cấu trúc thƣ mục
Hộp thoại Options for Target
Setup Define
Sơ đồ đấu chân các Led của KIT
Sơ đồ nối led và nút nhấn
Đặc điểm chính của SIM908
Chức năng chân LCD
Đặc điểm các chân SIM908

4


DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT
RS


Chân chọn thanh ghi(Register Seclect).

R/W

Chân chọn chế độ đọc/ghi (Read/Write).

E

Chân cho phép (Enable). Khi các tín hiệu đƣợc đặt lên Bus
DB0-DB7.

GNSS

Global Navigation Satellite System

GPS

Global Positioning System

GLONASS

Global Orbital Navigation Satellite System

GGA

Global positioning system fixed data

GLL

Geographic position-latitude/longitude


GSA

GNSS DOP and active satellites

BSC

Base Station Controller) và

PCU

Packet Control Unit

BSC

Base Station Controller

BTS

Base Transceiver Station

TE

terminal equipment

GSM

Global System for Mobile

GPRS


General Packet Radio Service

VTG

Course over ground and ground speed

RMC

Recommended minimum specific GNSS data

GSV

GNSS satellites in view

BTS

Base Transceiver Station

C

Intelligent High- Beam Control

Oled

Organic Light-Emitting Diode

Mosfet

Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor


SAE

Society of Automotive Engineers

OEM HID

original equipment manufacturer HID

HID

High Intensity Discharge

LCS

Light Control Switch

PDLC

Polymer - Dispersed Liquid Crystal

Laser

Light Amplification by Stimulated
5


PF

POWER FUSE


MG

MAGNETIC SWITCHES

WM

WATT METER

AM

AMPERE METER

VM

VOLT METER

FM

FREQUENCY METER

VS

VOLTAGE SWITCH

AS

AMPERE SWITCH

REC


RECTIFIER UNIT

AVR

AUTOMATIC VOLTAGE REGULATOR

BZ

Buzzer alarm

LV

LOW VOLTAGE

MV

MEDIUM VOLTAGE

OC

Over Current

UC

Under Current

LED

Negative, Positive, Negative


PNP

Positive, Negative, Positive

OSC

OSCilloscope

R

Resistance, or ohms, or

AC

Alternating Current

6


TRƢỜNG ĐẠI HỌC SƢ PHẠM KỸ THUẬT
THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH
KHOA CƠ KHÍ ĐỢNG LƢ̣C

CỘNG HỒ XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM
Độc lập - Tự do - Hạnh phúc

Tp. HCM, Ngày 12 tháng 10 năm 2015

THÔNG TIN KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU


1. Thông tin chung:
- Tên đề tài: NGHIÊN CỨU, THỰC HIÊN MƠ HÌNH HỆ THỐNG ĐỊNH VỊ
Ơ-TƠ
Mã số: T2015-59/KHCN-GV
- Chủ nhiệm và thanh viên: NGUYỄN VĂN THÌNH
- Cơ quan chủ trì : Đa ̣i ho ̣c Sƣ pha ̣m Kỹ thuâ ̣t Thành phố Hồ Chí Minh .
- Thời gian thực hiện: Tƣ̀ tháng 01 năm 2015 đến tháng 11 năm 2015.
2. Mục tiêu:
NGHIÊN CỨU, THỰC HIÊN MƠ HÌNH HỆ THỐNG ĐỊNH VỊ Ơ-TƠ
3. Tính mới và sáng tạo:
- Tính mới : Mô hinh thƣc̣ hiê ̣n đƣợc chƣ́c năng thử nghiệm
, đấu dây, thực hành các
bài tập Hệ thống HỆ THỐNG ĐỊNH VỊ trên ô tô
.
- Sáng tạo : Trên một mơ hình có thể thực hiện các bài tập, thí nghiệm đấu dây, kiểm tra,
sửa chữa HỆ THỐNG ĐỊNH VỊ Ơ-TƠ trên ơ tơ
4. Kết quả nghiên cứu:
- Nghiên cƣ́u lý thuyế t và tiń h toán thiế t kế
mơ hình thực tập hoàn chin̉ h .
5. Sản phẩm:
- Mơ hình giảng dạy Hệ thống HỆ THỐNG ĐỊNH VỊ Ơ-TƠ trên ơ tơ
6. Hiệu quả, phƣơng thức chuyển giao kết quả nghiên cứu và khả năng áp dụng:
- Hiê ̣u quả : Cung cấ p thiế t bi ̣phục vụ giảng da ̣y và
học tập.
- Phƣơng thƣ́c chuyể n giao kế t quả nghiên cƣ́u và khả năng áp dụng
: Thuyế t minh đề tài
và thiết bị chế tạo thử nghiệm đã đƣợc sử dụng tốt cho công tác giảng dạy tại bộ môn Điện
tƣ̉ ô tô, khoa Cơ khí Đô ̣ng lƣc̣ trƣờng Đa ̣i ho ̣c Sƣ pha ̣m Kỹ thuâ ̣t Thành phố Hồ Chí Minh .
Trƣởng Đơn vị

(ký, họ và tên)

Chủ nhiệm đề tài
(ký, họ và tên)

NGUYỄN VĂN THÌNH

7


INFORMATION ON RESEARCH RESULTS
1. General information:
Project title: Research and implementation of teaching models GLOBAL POSITION
SYSTEM (GPS)
Code number: T2015-59/KHCN-GV
Coordinator: Senior Lecturer – Master Van Thinh Nguyen
Implementing institution: University of Technical Education Ho Chi Minh City
Duration: from

01/2015

to

11/2015

2. Objective(s):
Research, manufacturing teaching models of GLOBAL POSITION SYSTEM in service
training
3. Creativeness and innovativeness:
Implementation model function testing, wiring, practice exercises processor, the exercise

of GLOBAL POSITION SYSTEM
4. Research results:
Theoretical research and design calculations collective consciousness complete model
5. Products:
The model of teaching GLOBAL POSITION SYSTEM on a car.
6. Effects, transfer alternatives of reserach results and applicability:
Effective: Provide equipment for teaching and learning
Method of transferring research results and the ability to apply: illustrate topic and use for
teaching effectively of The Automobile Regulator Tester at Department of electronic
automotive at Mechanical Engineering & Dynamitic Department at University of
Technical Education Ho Chi Minh City.

8


Phần 1:

MỞ ĐẦU

I.1. TỞNG QUAN TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU TRONG VÀ NGOÀI NƢỚC:
Việc nghiên cứu – chế tạo thiết bị kiểm tra phục vụ giảng dạy và học tập trong nhà
trƣờng Đại học đã phổ biến trên thế giới,, nhƣng cịn khá hạn chế trong các trƣờng ở
Việt Nam nói chung và ngành cơ khí động lực ở trƣờng ta nói riêng trong giai đoạn
hiện nay. Do đó, việc chế tạo thiết bị , mơ hình học cụ sao cho hiệu quả, tiện ích , phù
hợp trong giảng dạy thực hành cho khoa Cơ khí Động lực trở nên rất cần thiết. Nó vừa
mang tính khoa học, vừa tiết kiệm thời gian đồng thời giúp ngƣời học dễ hiểu, dễ thao
tác. Qua đó, ngƣời học rút ra đƣợc nhiều kiến thức thực tế, thao tác chuẩn, tăng hiệu
quả quá trình đào tạo.
I.2. TÍNH CẤP THIẾT:
Cơng nghệ định vị tồn cầu GPS và các ứng dụng GPS ngày càng đƣợc sử dụng rộng

rãi trong cuộc sống. Sự phát triển của công nghệ này đã tạo nên một ngành dịch vụ mới –
Dịch vụ khai thác thơng tin vị trí (Location- Based Services), ngành dịch vụ khai thác
thơng tin vị trí tạo thêm tiện ích cho ngƣời dùng.
Thị trƣờng giải pháp ứng dụng cơng nghệ định vị tồn cầu GPS Việt Nam đã phát triển từ
khá lâu, trên 5 năm nhƣng năm 2011 mới thực sự phát triển. Việc sử dụng hệ thống định vị
GPS đang ngày càng đƣợc đơn giản hóa. Thị trƣờng xuất hiện nhiều nhà cung cấp, nhà sản
xuất mặt hàng này. Tính đến năm 2012, thị trƣờng thiết bị định vị đã bùng nổ dữ dội. Có
nhiều sản phẩm định vị với nhiều tính năng, giá thành khác nhau, đáp ứng nhu cầu đa dạng
của ngƣời dùng.
Các giải pháp ứng dụng công nghệ định vị GPS đƣợc đƣa ra trong nhiều lĩnh vực về địa
chất, bản đồ, thủy văn, viễn thơng… đã góp phần đem lại hiệu quả to lớn trong việc tiết
kiệm thời gian, tiền bạc, công sức cho con ngƣời, đặc biệt là các chủ doanh nghiệp và nhà
nƣớc.
Thiết bị định vị GPS cho xe taxi, xe bus, xe vận tải hàng hóa, xe cơng trình… giúp
các chủ doanh nghiệp quản lí, giám sát hệ thống xe, quá trình hoạt động của xe, tình trạng
xe, tuyến đƣờng đi, đảm bảo xe chạy an toàn và đúng lộ trình đƣợc giao. Hay nhƣ cơng
nghệ định vị GPS đƣợc tích hợp trên điện thoại di động giúp các bậc phụ huynh có thể bảo
vệ con hiệu quả, an tồn hoặc giúp các cơng ty kinh doanh hàng tiêu dùng bán lẻ có thể
quản lý nhân viên của mình một cách chặt chẽ. Đặc biệt, cơng nghệ GPS cịn đƣợc sử dụng
9


trong khai thác dầu mỏ và khí đốt giúp quản lý tài nguyên dầu mỏ hợp lí và tiết kiệm, có
thể định vị vị trí chính xác để khai thác dầu mỏ….
Với những lợi ích thiết thực nêu trên, GPS đang dần trở thành ngƣời bạn đồng hành với cá
nhân và nhiều doanh nghiệp trong tƣơng lai.
Tuy nhiên, cũng phải thừa nhận rằng dịch vụ GPS hiện nay chƣa phục vụ chuyên sâu.
Mặc dù tiềm năng của thị trƣờng GPS đƣợc đánh giá là rất lớn nhƣng còn một số lúng túng
của các doanh nghiêp phát triển dịch vụ này vì đầu tƣ chƣa mạnh mẽ, mới chỉ phát triển
những dịch vụ cơ bản.

Cùng với sự phát triển của khoa học kỹ thuật, các công nghệ mới tiên tiến nhất đƣợc áp
dụng để nâng cao đời sống, tăng tính tiện ích cho con ngƣời. Ngành công nghệ ô t ô cũng
khơng nằm ngồi xu thế đó

. Các nhà sản xuất xe hơi luôn muốn đƣa vào ôtô nhƣ̃ng hê ̣

thố ng thông minh , tiê ̣n ích . Mà điều này đƣợc thực hiện trên các điều khiển điện tử

, điề u

khiể n lâ ̣p trình
Đề tài thƣc̣ hiê ̣n các mô hiǹ h nhằ m g

iúp sinh viên đƣợc thực tập trên mơ hình để hiều

sâu hơn về cách hoa ̣t đô ̣ng Hệ thống ĐỊNH VỊ trên ô tô
. Giúp sinh viên hiểu rõ cũng nhƣ thực hiện thực tế trên

mơ hình giảng dạy Hệ thống

ĐỊNH VỊ trên ô tô .
Đây là một nghiên cứu ứng dụng tạo ra mơ hình dùng để giảng dạy tại các trƣờng
Đại học và ứng dụng giảng dạy Hệ thống ĐỊNH VỊ trên ơ tơ
Việc chế tạo thành cơng mơ hình sẽ rất hữu ích, giúp sinh viên có những sáng tạo hiệu quả
trong học tập cũng nhƣ khi công tác sau này.
Đặc biệt, các trƣờng đào tạo nghề CKĐL hiện đang rất cần các mơ hình đào tạo
về HỆ THỐNG ĐỊNH VỊ trên ơ tơ
.
I.3. MỤC TIÊU:
-


Tìm hiểu cơ sở lý thuyết về các vấn đề liên quan đến công nghệ GPS, cấu trúc
vi điều khiển.

-

Lập trình cho vi điều khiển thu nhận dữ liệu GPS và gửi dữ liệu về máy tính.

-

Xây dựng bản đồ online hiển thị vị trí của đối tƣợng đƣợc định vị.

-

Hoàn thiện đề tài với khả năng ứng dụng cao, mạch hoạt động ổn định và chính
xác.

- Nghiên cứu, tính tốn lý thuyết làm cơ sở chế tạo thƣ̉ nghiê ̣m mơ hình học cụ phục
vụ công tác đào tạo.
10


- Nắm vững cơ sở lý thuyết, của Hệ thống ĐỊNH VỊ trên ô tô
để làm nền tảng cho quá trình thiết kế mơ hình.
- Chế tạo thành cơng mơ hình giảng dạy Hệ thống ĐỊNH VỊ trên ơ tơ
Sử dụng làm tài liệu giảng dạy Nghiên cứu , về mơ hình giảng dạy Hệ thống ĐỊNH VỊ
trên ơ tơ

I.4. CÁCH TIẾP CẬN:
Qua nghiên cứu lý thuyết , đồng thời tiếp cận các cơ sở sản xuất

đó tìm phƣơng án thiết kế và chế ta ̣o thƣ̉ nghiê ̣m thiết bị đ

, sữa chữa ô tô để ttừ

áp ứng đƣợc mục tiêu đã đặt ra.

I.5. PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU:
 Tham khảo tài liệu, thu thập các thơng tin có liên quan.
 Nghiên cứu các tài liệu và mơ hình có liên quan.
 Để hoàn thành đƣợc đề tài, đã kết hợp nhiều phƣơng pháp nghiên cứu. Trong đó
đặc biệt là đọc nhiều tài liệu về linh kiện bán dẫn, linh kiện vi xử lý, các hệ thống
chiếu sáng trên ô tô đời mới các sơ đồ mạch điện điều khiển. Các tài liệu về kỹ
thuật điện tử, vi mạch….
I.6. ĐỐI TƢỢNG VÀ PHẠM VI NGHIÊN CỨU:
- Đối tƣợng nghiên cứu: Hệ thống ĐỊNH VỊ trên ô tô để làm nền tảng cho q trình
thiết kế mơ hình.
I.7. NỘI DUNG NGHIÊN CỨU
-

Phạm vi nghiên cứu : Lý thuyết , tính tốn thiết kế và chế ta ̣o thƣ̉ nghiê ̣m

.

11


Phần 2: NỘI DUNG NGHIÊN CỨU

CHƢƠNG 1: CƠ SỞ LÝ THUYẾT


1.1 TỔNG QUAN VỀ GPS
1.1.1 GIỚI THIỆU CHUNG VỀ HỆ THỐNG GPS
Hệ thống vệ tinh định vị toàn cầu GNSS (Global Navigation Satellite System) là
tên dùng chung cho các hệ thống định vị toàn cầu sử dụng vệ tinh để định vị vị trí một
điểm trên mặt đất. Trên thế giới hiện có 3 hệ thống thuộc GNSS, đó là: GPS (Hoa Kỳ),
GALILEO (Liên minh châu Âu) và GLONASS (Liên bang Nga).

Hình 1.1: Hệ thống định vị tồn cầu GNSS
Vào những thập niên 60 và 70, Bộ quốc phòng Mỹ đã đầu tƣ nghiên cứu và xây
dựng hệ thống định vị toàn cầu GPS (Global Positioning System). Vệ tinh GPS đầu tiên
đƣợc phóng vào tháng 2 năm 1978 và từ đầu những năm 1990, GPS bắt đầu đƣợc sử dụng
trong dân sự. Chính phủ Mỹ dành riêng mức định vị chính xác cao nhất cho quân đội, tuy
nhiên họ cũng đã phát triển mã thu thơ C/A cho mục đích dân dụng. Điều này giúp bất cứ
ai cũng có thể sử dụng GPS ở bất cứ đâu và bất cứ khi nào. Ở Nga, với kỹ thuật phóng vệ
tinh khá tốt, Nga cũng đã xây dựng thành công hệ thống vệ tinh dẫn đƣờng quỹ đạo toàn
cầu, viết tắt GLONASS (Global Orbital Navigation Satellite System) vào năm 1995.
1.1.2 ĐẶC ĐIỂM HỆ THỐNG GPS
- Có độ chính xác định vị cao: độ chính xác theo phƣơng đứng, ngang và thời
gian.
-

Phủ sóng tồn cầu 24/24: có thể thu đƣợc tín hiệu GPS tại mọi vị trí trên trái đất

do các vệ tinh liên tục phát thơng tin quảng bá về vị trí và thời gian
12


-

Là hệ thống thụ động


-

Vận hành trong mọi điều kiện thời tiết.

1.1.3 CẤU TRÚC HỆ THỐNG GPS
Hệ thống vệ tinh GPS chia làm 3 phần:
-

Phần không gian (space segment): Các vệ tinh.

-

Phần điều khiển (control segment ): Trạm mặt đất.

-

Phần ngƣời sử dụng (user segment): Bộ thu tín hiệu

Hình 1.2: Sơ đồ liên quan ba phần của hệ thống định vị tồn cầu
1.1.3.1 Phần khơng gian
Bao gồm các vệ tinh có nhiệm vụ:
-

Truyền thơng tin và tín hiệu đến ngƣời sử dụng trên một hay hai tần số.

-

Duy trì thời gian tham chiếu với độ chính xác cao (sai số từ 10-12 sec).


-

Nhận và lƣu trữ các thông tin từ trạm điều khiển mặt đất.

-

Thực hiện hiệu chỉnh quỹ đạo vệ tinh và sai số đồng hồ.
Tính đến năm 2003, trên quỹ đạo có 26 vệ tinh Block IIA và IIR. Cấ u hình quỹ

đạo nhƣ sau:
-

Có 6 mặt phẳng quỹ đạo gần trịn

-

Trên mỗi mặt phẳng quỹ đạo có 4 đến 5 vệ tinh

-

Mặt phẳng quỹ đạo nghiêng so với xích đạo khoảng 55

-

Độ cao bay trên mặt đất xấp xỉ 20.200km
13


Hình 1.3: Phân hệ khơng gian
Mỗi vệ tinh có tới bốn đồng hồ ngun tử cực kì chính xác (chuẩn Rubidi và

Xesi) và một vi xử lý để tự điều khiển và xử lý data trong giới hạn. Các vệ tinh đƣợc trang
bị nhiều tên lửa nhỏ phục vụ cho việc duy trì hay thay đổi quỹ đạo của chúng.
1.1.3.2 Phần điều khiển
Phân hệ điều khiển gồm một trạm điều khiển chủ ở Colorado Springs, Colorado
cùng năm trạm giám sát (ở Colorado Springs, đảo Ascension, đảo Diego Garcia, Hawaii và
đảo Kwajalein) và ba anten mặt đất đặt rải rác trên thế giới. Ba trạm ở Ascension, Diego
Garcia và Kwajalein dùng để triển khai tuyến lên, truyền thông tin từ mặt đất lên vệ tinh,
bao gồm các dữ liệu lịch thiên văn mới, hiệu chỉnh đồng hồ và các bản tin quảng bá khác.

Hình 1.4: Vị trí các trạm điều khiển và giám sát GPS
1.1.3.3 Phần ngƣời sử dụng
14


Phân hệ ngƣời sử dụng bao gồm tất cả các máy thu GPS trên mặt đất cho phép
ngƣời dùng nhận tín hiệu phát quảng bá từ vệ tinh và tính toán thời gian, vận tốc, tọa độ
của họ một cách chính xác. Máy thu của ngƣời dùng đo thời gian trễ để tín hiệu đi tới máy
thu; đây là cách đo trực tiếp khoảng cách biểu kiến tới vệ tinh.

Hình 1.5: Phần ngƣời sử dụng
1.1.4 CẤU TRÚC TÍN HIỆU GPS
Mỗi vệ tinh GPS phát một tín hiệu radio cao tần gồm hai tần số sóng mang đƣợc
điều chế bởi hai mã số và một bản tin dẫn đƣờng. Hai tần số sóng mang này đƣợc phát ở
tần số 1575.42 MHz (gọi là sóng mang L1) và 1227.60 MHz (gọi là sóng mang L2). Theo
đó, bƣớc sóng tƣơng ứng là 19cm và 24.4cm, kết quả này đƣợc rút ra từ quan hệ giữa tần
số sóng mang và vận tốc ánh sáng trong không gian. Việc sử dụng hai tần số trên cho phép
sửa một lỗi nghiêm trọng của GPS là trễ tầng điện ly. Tất cả các vệ tinh GPS đều phát cùng
tần số sóng mang L1 và L2. Tuy nhiên, mã điều chế là khác nhau cho các vệ tinh, việc này
làm giảm thiểu sự can nhiễu tín hiệu.
Mã P là một chuỗi nhị phân rất dài, đƣợc lặp lại sau 266 ngày .Nó cũng nhanh hơn

mã C/A 10 lần (tốc độ bít của nó là 10.23 Mb/s). Nhân thời gian với số lần lặp lại, 266
ngày nhân tốc độ bit 10.23 Mb/s đƣợc luồng mã P dài khoảng 2.35x1014chip. Mã dài 266
ngày đƣợc chia thành 38 đoạn, mỗi đoạn dài 1 tuần. Trong đó, có 32 đoạn đƣợc gán cho
các vệ tinh khác nhau. Mỗi vệ tinh truyền một đoạn một tuần duy nhất của mã P, đoạn này
đƣợc khởi tạo vào 0 giờ ngày chủ nhật hàng tuần. Sáu đoạn cịn lại để dự trữ cho các mục
đích khác.
1.1.5 HOẠT ĐỘNG CỦA HỆ THỐNG GPS
Cơ bản, GPS sử dụng nguyên tắc hƣớng thẳng tƣơng đối của hình học và lƣợng
giác học. Mỗi vệ tinh liên tục phát và truyền dữ liệu trong quỹ đạo bay của nó cho tất cả
các chòm sao vệ tinh cộng thêm dữ liệu đến kịp thời và thơng tin khác. Các tín hiệu từ các
vệ tinh sẽ đi tới các vị trí chính xác của ngƣời dùng và đƣợc đo theo phép tam giác đạc.
15


1.1.7 CÁCH XÁC ĐỊNH VỊ TRÍ CỦA BỘ THU GPS
Trƣờng hợp khơng có lỗi, bộ thu GPS sẽ có vị trí tại một điểm giao của bốn bề mặt
hình cầu. Nếu bề mặt của hai mặt cầu giao nhau tại nhiều hơn một điểm, giao tuyến của
chúng sẽ là một hình trịn. Giao tuyến này và mặt cầu thứ ba trong hầu hết các trƣờng hợp
sẽ giao nhau tại hai điểm (mặc dù chúng có thể chỉ giao nhau tại một điểm hoặc khơng
giao nhau). Vị trí chính xác của bộ thu GPS là một trong hai giao điểm mà gần với bề mặt
trái đất nhất đối với các bộ thu của các phƣơng tiện di chuyển trên hay gần bề mặt trái đất.
Giao điểm cịn lại có thể là vị trí chính xác của một thiết bị khác trong khơng gian.

Hình 1.6: Hệ trục tọa độ máy thu - vệ tinh
Để xác định đƣợc tọa độ thì tại vị trí đó cần “nhìn” thấy ít nhất bốn vệ tinh (nhƣ
hình vẽ). Ta có khoảng cách giữa vị trí cần đo và vệ tinh là ρ = c * t, trong đó c là vận tốc
ánh sáng và t là khoảng thời gian sóng truyền từ vệ tinh tới vật.
Gọi tọa độ vị trí là (X, Y, Z), tại một thời điểm ta có 4 phƣơng trình nhƣ sau:
(1.1)
(1.2)

(1.3)
(1.4)

Trong đó: Δt là thông số để đồng bộ thời gian giữa phía phát và phía thu. Giải 4
phƣơng trình 4 ẩn ta thu đƣợc tạo độ cần xác định.

16


1.1.8 CÁC NGUỒN LỖI ẢNH HƢỞNG ĐẾN TÍN HIỆU GPS
Hệ thống GPS đã đƣợc thiết kế để ngày càng chính xác, tuy nhiên trên thực tế vẫn
cịn có khá nhiều nguồn có thể gây nhiễu hoặc suy giảm tín hiệu siêu cao tần phát từ vệ
tinh tới các bộ thu. Khi đó bộ thu có thể khơng thực hiện đƣợc các phép tính tốn vị trí hay
cho kết quả sai lệch. Một số nguồn lỗi ảnh hƣởng đến tín hiệu GPS:
-

Điều kiện khí quyển.

Cả tầng điện ly lẫn tầng đối lƣu đều khúc xạ những tín hiệu GPS. Nó gây ra sự thay
đổi về tốc độ của tín hiệu trong tầng điện ly và tầng đối lƣu so với tốc độ tín hiệu GPS
trong khơng gian, làm cho tín hiệu bị chậm đi khi xuyên qua các tầng này. Bởi vì vậy,
khoảng cách tính tốn bằng “tốc độ x thời gian” sẽ khác nhau.
-

Hiệu ứng nhiều đƣờng.

Xảy ra khi tín hiệu GPS bị phản xạ từ các tòa nhà, các bề mặt lớn trƣớc khi tới
đƣợc bộ thu. Nguyên nhân này sẽ làm tăng thời gian truyền dẫn tín hiệu GPS.
-


Lỗi do sự di chuyển của thiết bị GPS.

Do trong q trình thu tín hiệu GPS, các thiết bị GPS di chuyển sẽ xảy ra sai số cỡ
khoảng 5m - 15m, là do có độ trễ xảy ra trong qua trình truyền giữa vệ tinh và thiết bị
GPS. Do vậy tùy theo tốc độ di chuyển của máy thu GPS mà sai số giữa vị trí nhận đƣợc
và vị trí thực tế của máy thu GPS là bao nhiêu nhƣng cỡ khoảng 5-15m.
-

Sai lệch đồng hồ máy thu.

Đồng hồ trên máy thu có thể sai lệch so với các đồng hồ nguyên tử trên vệ tinh, gây
ra các phép tính sai về khoảng cách. Tuy nhiên trên thực tế các sai lệch về đồng hồ rất nhỏ.
-

Lỗi quỹ đạo.

Cũng đƣợc biết đến là các lỗi thiên văn, do các vệ tinh thơng báo vị trí khơng chính
xác.
-

Số lƣợng vệ tinh nhìn thấy tại vị trí bộ thu.

Càng nhiều số lƣợng vệ tinh nhìn thấy đƣợc thì các phép tính của bộ thu càng chính
xác. Bất kỳ một vật cản nào cũng có thể làm che khuất các vệ tinh khỏi tầm nhìn của bộ
thu GPS. Các bộ thu GPS thƣờng khơng làm việc trong nhà, dƣới nƣớc hay dƣới lịng đất.
-

Che khuất về hình học

Phụ thuộc vào vị trí tƣơng đối của các vệ tinh ở thời điểm bất kỳ. Khi các vệ tinh

nằm trên một đƣờng thẳng hoặc tạo thành nhóm sẽ gây ra sự che khuất đối với bộ thu GPS.
-

Sự suy giảm của tín hiệu vệ tinh có chủ ý.

Là hành động có mục đích của Bộ Quốc phòng Hoa Kỳ nhằm ngăn chặn các đối
thủ quân sự thu đƣợc chính xác tín hiệu định vị. Tuy việc này đã đƣợc ngừng từ năm 2000,
17


tuy nhiên khơng có một sự đảm bảo chắc chắn về tính ổn định và chính xác của các bộ thu
GPS.
1.2 HỆ THỐNG THƠNG TIN DI ĐỘNG TỒN CẦU GSM
Hệ thống thơng

tin di động

tồn cầu (Global System for Mobile

Communications, viết tắt: GSM) là một công nghệ dùng cho mạng thông tin di động. Dịch
vụ GSM đƣợc sử dụng bởi hơn hai tỷ ngƣời trên 212 quốc gia và vùng lãnh thổ. Các mạng
thơng tin di động GSM cho phép có thể roaming với nhau do đó những máy điện thoại di
động GSM của các mạng GSM khác nhau ở có thể sử dụng đƣợc nhiều nơi trên thế giới.
GSM là chuẩn phổ biến nhất cho điện thoại di động trên thế giới. Khả năng phủ
sóng rộng khắp nơi của chuẩn GSM làm cho nó trở nên phổ biến trên thế giới. GSM khác
với các chuẩn tiền thân của nó về cả tín hiệu và tốc độ, chất lƣợng cuộc gọi. Nó đƣợc xem
nhƣ là một hệ thống điện thoại di động thế hệ thứ hai (second generation, 2G). Lợi thế
chính của GSM là chất lƣợng cuộc gọi tốt hơn, giá thành thấp và dịch vụ tin nhắn. Thuận
lợi đối với nhà điều hành mạng là khả năng triển khai thiết bị từ nhiều ngƣời cung ứng.
GSM cho phép nhà điều hành mạng có thể sẵn sàng dịch vụ ở khắp nơi, vì thế ngƣời sử

dụng có thể sử dụng điện thoại của họ ở khắp nơi trên thế giới. Các tiêu chuẩn mới sau này
ra đời, nhƣ General Packet Radio Service – GPRS (năm 1997) và Enhanced Data Rates for
GSM Evolution – EDGE (năm 1999), mang lại các dịch vụ giá trị gia tăng phong phú và
các mức cƣớc phí hấp dẫn.
1.3. DỊCH VỤ SỐ LIỆU CẢI TIẾN GPRS - GENERAL PACKET RADIO
SERVICE
1.3.1 SƠ LƢỢC
GPRS (General Packet Radio Service) là cơng nghệ chuyển mạch gói đƣợc phát
triển trên nền tảng cơng nghệ thơng tin di động tồn cầu (GSM : Global System for
Mobile) sử dụng đa truy nhập phân chia theo thời gian (TDMA: Time Division Multiple
Access). GPRS là một bƣớc để phát triển lên hệ thống thông tin di động thế hệ thứ 3 (3G).
GPRS có thể đƣợc dùng cho những dịch vụ nhƣ truy cập giao thức ứng dụng không
dây (WAP), dịch vụ tin nhắn ngắn (SMS), dịch vụ nhắn tin đa phƣơng tiện (MMS), và với
các dịch vụ liên lạc Internet nhƣ email và truy cập World Wide Web.
1.3.2 ĐẶC ĐIỂM CỦA HỆ THỐNG GPRS
Trong khi hệ thống GSM sử dụng chuyển mạch kênh để truyền thoại, thì hệ thống
GPRS sử dụng chuyển mạch gói, nhƣng đều theo chuẩn GSM. Khi một bản tin đƣợc
truyền đi, nó đƣợc chia thành nhiều gói. Khi những gói này đến chỗ thu nó đƣợc tập hợp
lại cho ra bản tin ban đầu. Tất cả các gói này đều đƣợc lƣu trong bộ đệm dữ liệu.
-

Chuyển mạch kênh
18


Đối với việc truyền đạt thông tin qua chuyển mạch kênh, mạng thiết lập một kết nối
bằng cách cấp phát cho MS một kênh vô tuyến. Khi dữ liệu đƣợc truyền dẫn qua mạng.
Ngay cả khi chỉ một lƣợng nhỏ dữ liệu đƣợc truyền, kênh vô tuyến cũng bị chiếm giữ
trong suốt thời gian kết nối. User phải trả chi phí cho tồn bộ thời gian kết nối.
-


Chuyển mạch gói

Đối với việc truyền đạt thơng tin qua chuyển mạch gói, mạng chỉ cấp phát gói dữ
liệu khi có nhu cầu. Vì thế, một kênh vơ tuyến đƣợc chia sẻ giữa nhiều MS (Mobile
Station) đồng thời. Thêm vào đó, một MS có thể sử dụng 8 khe thời gian. Khi MS tạo một
gói dữ liệu, mạng gửi gói dữ liệu này đến đúng địa chỉ trên kênh vô tuyến rỗi đầu tiên. Vì
luồng dữ liệu bao gồm nhiều cụm dữ liệu, nên kênh vô tuyến đƣợc sử dụng rất hiệu quả.
1.3.3 KIẾN TRÚC MẠNG GPRS
Vì lúc đầu GSM đƣợc thiết kế cho lƣu lƣợng chuyển mạch kênh, nên việc đƣa dịch
vụ chuyển mạch gói vào địi hỏi phải bổ sung thêm thiết bị cho mạng cũng nhƣ nâng cấp
các phần mềm tƣơng ứng. Mạng GPRS kết nối với các mạng số liệu công cộng nhƣ IP và
mạng X.25.
Những thay đổi trong mạng GPRS có thể đƣợc tóm tắt trong bảng sau:
Bảng 1.1: Bảng liệt kê những thay đổi trong mạng GPRS
Những thay đổi trong mạng GPRS

Thành phần của mạng GSM

Toàn bộ thiết bị đầu cuối thuê bao phải mới để truy
TE (terminal equipment)

xuất dịchvụ GPRS, những thiết bị này phải tƣơng
thích với mạng GSM.

BTS (Base Transceiver
Station)

Nâng cấp phần mềm
Nâng cấp phần mềm và thiết lập thiết bị phần cứng


BSC (Base Station

mới gọi là PCU (Packet Control Unit). PCU dẫn lƣu

Controller)

lƣợng dữ liệu đến mạng GPRS và là một thành phần
của BSC

Core Network
Các cơ sở dữ liệu (VLR,
HLR..)

Sự phát triển lên GPRS đòi hỏi nhiều thành phần mới
Tất cả các cơ sở dữ liệu trong mạng đều phải nâng
cấp phần mềm để xử lý các chức năng và mơ hình
mới trong GPRS

-

TE
19


Thuật ngữ “terminal equipment” dùng để chỉ các loại điện thoại di động và các
trạm di động khác nhau có thể sử dụng trong mạng GPRS. Một TE GPRS có thể là một
trong ba lớp A, B, C.
-


GPRS BSS

BSS gồm BSC (Base Station Controller) và BTS (Base Transceiver Station).
Mỗi BSC yêu cầu thiết lập một hay nhiều PCU và nâng cấp phần mềm. PCU cung
cấp giao diện dữ liệu vật lý và logic ngoài trạm gốc (BSS) cho lƣu lƣợng dữ liệu gói.
-

MSC (Mobile Services Switching Cente r)

MSC thực hiện chức năng chuyển mạch mạch trong GSM, SGSN chuyển mạch gói.
MSC điều khiển các cuộc gọi đến và đi từ các điện thoại khác hoặc các hệ thống dữ liệu,
nhƣ mạng PSTN, mạng ISDN, PLMN và một mạng riêng khác.
-

HLR (Home Location Register)

Là nơi lƣu trữ thông tin của thuê bao di động. Thông tin này bao gồm dịch vụ bổ
sung, các tham số nhận thực, tên điểm truy xuất (APN),…và cả vị trí của MS. Đối với
GPRS, thơng tin thuê bao thay đổi giữa HLR và SGSN.
VLR (Visitor Location Register)
VLR chứa thông tin về tất cả các MS hiện đang định vị trong MSC hoặc SGSN.
SGSN chứa các chức năng VLR cho chuyển mạch gói. Tƣơng tự, VLR chuyển mạch kênh
là một thành phần tƣơng thích của MSC.
-

Mạng lõi

Trong mạng lõi, các MSC dựa trên kỹ thuật chuyển mạch kênh khơng xử lý đƣợc
lƣu lƣợng gói. Vì thế có hai thành phần mới đƣợc thêm vào là GGSN và SGSN (GSNs).
GSNs cấp phát và định tuyến gói dữ liệu giữa MS và PDN (Packet Data Network)

đồng thời thu thập thông tin về việc sử dụng tài nguyên GPRS.
1.3.4 CHỨC NĂNG KẾT NỐI IP CỦA GPRS
Chức năng này cung cấp:
-

Sự liên lạc giữa các thành phần khác nhau trong hệ thống GPRS bao gồm các
trạm di động MS, SGSN, GGSN, các host, các thành phần cung cấp dịch vụ
Internet, ...

-

Kết nối với Internet.

-

Địa chỉ IP công cộng và địa chỉ riêng

Địa chỉ IP công cộng là địa chỉ đƣợc cung cấp bởi nhà điều hành Internet, địa chỉ
này đƣợc quy định riêng biệt trên toàn thế giới, nghĩa là mỗi host có một địa chỉ IP cơng
cộng riêng. Để giảm số lƣợng địa chỉ IP, các tổ chức cần sử dụng địa chỉ IP riêng.
20


-

Địa chỉ IP động và địa chỉ tĩnh

Địa chỉ IP động có thể đƣợc cấp cho SGSN khách hay cho GGSN của mạng hiện
tại khi thực hiện chức năng chuyển vùng. Việc cấp địa chỉ IP động cho phép nhà điều hành
có thể tái sử dụng địa chỉ IP từ tài nguyên địa chỉ IP điều này làm giảm tổng số địa chỉ IP

dùng trong một PLMN.
1.4. GIỚI THIỆU BỘ KIT A3GG
1.4.1. VI ĐIỀU KHIỂN ARM STM32
1.4.1.1 SƠ LƢỢC VỀ KIẾN TRÚC ARM
Cấu trúc ARM (viết tắt từ tên gốc là Acorn Risc Machine) là một loại cấu trúc vi
xử lý 32-bit kiểu RISC (viết tắt của Reduced Instructions Set Computer - Máy tính với tập
lệnh đơn giản hóa) đƣợc sử dụng rộng rãi trong các thiết kế nhúng. Do có đặc điểm tiết
kiệm năng lƣợng, các bộ CPU ARM chiếm ƣu thế trong các sản phẩm điện tử di động, mà
với các sản phẩm này việc tiêu tán công suất thấp là một mục tiêu thiết kế quan trọng hàng
đầu.
1.4.2 ĐẶC ĐIỂM HỖ TRỢ CỦA VI ĐIỀU KHIỂN STM32F103RCT6
1.4.2.1. I2 C Bus
Hai giao diện I2 C bus có thể hoạt động trong chế độ multimaster và slave. Chúng
có thể hỗ trợ chế độ standard và fast.
Chúng hỗ trợ chế độ 7/10-bit địa chỉ và chế độ 7-bit địa chỉ đôi. Một bộ tao/ xác
thực CRC phần cứng đƣợc nhúng.
Chúng có thể đƣợc phục vụ với DMA và chúng hỗ trợ SMBus 2.0/PMBus.

Hình 1.7 Giao diện I2C
1.4.2.2 TRUYỀN NHẬN ĐỒNG BỘ/BẤT ĐỒNG BỘ USART

21


STM32F103RTC hỗ trợ ba bộ truyền nhận đồng bộ/bất đồng bộ-USART (universal
synchronous/asynchronous receiver transmitters) (USART1,USART2 và USART3) và hai
bộ truyền nhận bất đồng bộ (UART4 và UART5).

Hình 1.8 Giao diện USART3
Năm giao diện này cung cấp thông tin bất đồng độ, hỗ trợ IrDA SIR ENDEC, chế

độ thông tin đa q trình, chế độ thơng tin bán song cơng một dây và có khả năng LIN
Master/Slave.

Hình 1.9 Giao tiếp USART chế độ bán song công trên một đƣờng truyền
Giao diện USART1 có tốc độ lên tới 4.5 Mbit/s, các giao diện khác có tốc độ lên
tới 2.25Mbit/s.
1.4.2.3 GIAO DIỆN NGOẠI VI NỐI TIẾP-SPI
Hỗ trợ ba SPI (Serial peripherial interface) có khả năng thông tin lên tới 18 Mbit/s
ở chế độ master và slave trong chế độ truyền song công và đơn công. 3-bit bộ đếm gộp
trƣớc (prescaler) cung cấp 8 tần số chế độ master và frame có thể đƣợc cấu hình 8 bit hoặc
16 bit. Bộ tạo/xác minh CRC phần cứng hỗ trợ chế độ SD Card/MMC.

22