Nghiên cứu công nghệ gps và kỹ thuật bản đồ số ứng dụng trong định vị dẫn đường

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI - Bồ Xuân Doanh NGHIÊN CỨU CÔNG NGHỆ GPS VÀ KỸ THUẬT BẢN ĐỒ SỐ ỨNG DỤNG TRONG ĐỊNH VỊ DẪN ĐƯỜNG Chuyên ngành: Kỹ thuật truyền thông LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT Chuyên ngành: Kỹ thuật truyền thông NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: PGS.TS Đào Ngọc Chiến PGS.TS Nguyễn Tiến Dũng Hà Nội - Năm 2015 MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT DANH MỤC BẢNG DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ MỞ ĐẦU 10 Chương 1: Tổng quan hệ thống định vị toàn cầu GPS 12 1.1 Lịch sử phát triển .12 1.2 Cấu trúc hệ thống GPS 12 1.2.1 Phần không gian (space segment) 13 1.2.2 Phần điều khiển (control segment) 14 1.2.3 Phần người sử dụng (user segment) 15 1.3 Các hệ vệ tinh mạng lưới vệ tinh GPS .15 1.3.1 Các hệ vệ tinh .15 1.3.2 Mạng lưới vệ tinh GPS .17 1.4 Cấu trúc tín hiệu GPS 17 1.4.1 Tần số 18 1.4.2 Các thông tin điều biến 18 1.4.3 Các loại sóng tải hệ thống GPS 19 1.4.4 Các thông báo vệ tinh 19 1.4.5 Vệ tinh khoẻ không khoẻ (Healthy or Unhealthy) 20 1.4.6 Vệ tinh hoạt động không hoạt động .20 1.4.7 Độ xác dự báo đo khoảng cách (URE) 20 1.5 Các trị đo GPS 21 Chương 2: Nguyên lý định vị GPS .23 2.1 Định vị tuyệt đối .23 2.1.1 Biểu thức để tính khoảng cách 23 2.1.2 Tính khoảng cách 25 2.2 Định vị tương đối 28 2.2.1 Sai phân bậc .30 2.2.2 Sai phân bậc hai 30 2.2.3 Sai phân bậc ba 30 2.3 Các nguồn sai số kết đo GPS 31 2.3.1 Sai số đồng hồ 31 2.3.2 Sai số quỹ đạo vệ tinh 31 2.3.3 Ảnh hưởng tầng Ion 32 2.3.4 Ảnh hưởng tầng đối lưu 33 2.3.5 Tầm nhìn vệ tinh trượt chu kỳ .33 2.3.6 Hiện tượng đa tuyến 34 2.3.7 Sự suy giảm độ xác (DOPs) đồ hình vệ tinh 34 2.3.8 Tâm pha anten .35 2.4 Nguyên lý đo GPS động 37 2.4.1 Nguyên lý chung đo GPS động .37 2.4.2 Giải pháp kỹ thuật đo GPS động 37 2.4.3 Các phương pháp đo GPS động 38 2.5 Các ứng dụng hệ thống GPS .41 2.6 Bản tin NMEA 0183 43 2.6.1 Định nghĩa tin NMEA 0183 .43 2.6.2 Đặc điểm tin NMEA 0183 .44 2.6.3 Bản tin NMEA 0183 ứng dụng quản lý phương tiện giao thông .44 Chương 3: Thiết kế hệ thống nhằm thu thập hiển thị thông số định vị 45 3.1 Tổng quan ứng dụng hệ thống GPS định vị dẫn đường .45 3.2 Sơ đồ khối hệ thống 51 3.2.1 Nguồn cung cấp .52 3.2.2 Điều khiển trung tâm .52 3.2.3 Màn hình hiển thị thơng tin .52 3.2.4 Bộ nhớ SDCARD 52 3.2.5 Module GPS 53 3.3 Phân tích module hệ thống .53 3.3.1 Vi điều khiển trung tâm 53 3.3.2 Module thu nhận tín hiệu GPS 56 3.3.3 Module Graphic LCD .58 3.3.4 Module nguồn 59 3.3.5 Module giao tiếp thẻ nhớ 60 3.4 Thiết kế mạch nguyên lý .60 3.4.1 Khối hiển thị Graphic LCD .61 3.4.2 Khối vi điều khiển trung tâm 62 3.4.3 Khối nguồn 63 3.4.4 Khối giao tiếp thẻ nhớ SD CARD 64 3.4.5 Khối GPS 64 3.5 Thiết kế mạch in .65 Chương 4: Kết đạt đánh giá 67 4.1 Kết đạt 67 4.2 Đánh giá kết đạt 69 4.3 Ứng dụng hướng phát triển đề tài 70 4.3.1 Ứng dụng thực tiễn 70 4.3.2 Hướng phát triển đề tài .70 KẾT LUẬN 72 TÀI LIỆU THAM KHẢO 73 LỜI CAM ĐOAN Tơi xin cam đoan cơng trình nghiên cứu riêng Các số liệu, kết nêu luận văn trung thực chưa cơng bố cơng trình khác DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT Thuật ngữ/từ viết tắt Tên tiếng Anh Tên tiếng việt GPS Global Positioning System Hệ thống định vị toàn cầu RN Radio Navigation Dẫn đường Radio SA Selective Availability Lựa chọn có sẵn PRC Pseudo Random Code Mã giả ngẫu nhiên USART Universal Asynchronous Truyền thông nối tiếp không Receiver/Transmitter đồng SPI Serial Peripheral Interface Giao tiếp ngoại vi nối tiếp SDIO Secure Digital Input Output Đảm bảo đầu vào/ số NMEA National Marine Association P Precise Code Mã xác C/A Coarse/ acquisition Code Mã thơ/ thu hồi SV The Space Vehicle Number Số phương tiện vũ trụ LCD Liquid Crystal Display Màn hình tinh thể lỏng AC Alternating Current Dòng điện xoay chiều DC Direct Current Dòng điện chiều OSC Operational Control System Hệ thống điều khiển hoạt động MCS Master Control Station Trạm giám sát vấn đề I2 C Inter Intergrated Circuit Mạch tích hợp GGA Global Positioning System Fix Cung cấp liệu thời Data Electronics Hiệp hội điện tử hàng hải quốc gia Thuật ngữ/từ viết tắt Tên tiếng Anh Tên tiếng việt RMC Cung cấp đoạn mã Recommended Minimum Sentence thông tin thiết bị thu GPS C cách tối thiểu VTG Track Made Good and Ground Theo dõi thực tốt tốc Speed độ mặt đất DANH MỤC BẢNG Bảng 1.1 Các thành phần tín hiệu tần số tương ứng 18 Bảng 2.1 Bảng thống kê nguồn lỗi đo GPS biện pháp khắc phục 36 Bảng 2.2 Tổng hợp phương pháp đo GPS 40 Bảng 2.3 Output Message 44 Bảng 2.4 Input Message 44 DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ Hình 1.1 Sơ đồ liên quan ba phần GNSS (GPS) .13 Hình 1.2 Chuyển động vệ tinh nhân tạo xung quanh trái đất 14 Hình 1.3 Vị trí trạm điều khiển giám sát hệ thống GPS .15 Hình 1.4 Các hệ vệ tinh 17 Hình 1.5 Mơ tả truyền tín hiệu 22 Hình 1.6 Mơ hình điều chế tín hiệu 22 Hình 2.1 Xác định vị trí máy thu 24 Hình 2.2 Trị đo pha số nguyên đa trị 27 Hình 2.3 Phương pháp định vị tương đối 29 Hình 2.4 Sai số quĩ đạo vệ tinh 32 Hình 2.5 Sai số tầng đối lưu điện ly .33 Hình 2.6 Sai số tượng đa đường truyền 34 Hình 2.7 Khoảng cách từ vệ tinh đến máy thu GPS 35 Hình 3.1 Mơ tả vị trí trạm BTS đồ số có ứng dụng hệ thống GPS .46 Hình 3.2 Mơ tả vị trí xe ôtô sử dụng hệ thống GPS để định vị 46 Hình 3.3 Mơ tả ứng dụng GPS định vị dẫn đường dịch vụ Uber 48 Hình 3.4 Mơ tả lộ trình đường xe ứng dụng GPS định vị dẫn đường 49 Hình 3.5 Mơ tả quy trình giám sát quản lý phương tiện giao thông 50 Hình 3.6 Mơ tả vị trí xe máy có gắn thiết bị định vị GPS .51 Hình 3.7 Sơ đồ khối hệ thống 51 Hình 3.8 Vi điều khiển STM32F1xx .54 Hình 3.9 Sơ đồ khối STM32F103 .55 Hình 3.10 Module thu nhận tín hiệu GPS 56 Hình 3.5 Cấu trúc tin GGA .57 Hình 3.6 Cấu trúc tin RMC .57 Hình 3.7 Cấu trúc tin VTG 58 Hình 3.11 Module Graphic LCD .59 Hình 3.12 IC nguồn LM2576 60 tiêu thụ nhỏ nhiều so với hình CRT Do đó, hình LCD có tính ứng dụng nhiều vào thiết bị di động yêu cầu nhỏ gọn, tiêu thụ điện thấp, dễ điều khiển,… Với moule hình TFT LCD 2.4 inch 256 000 màu giao tiếp 16 bit song song tích hợp IC driver SSD1289 [7] module giúp cho vi điều khiển dễ dàng giao tiếp hiển thị LCD Hình 3.11 Module Graphic LCD 3.3.4 Module nguồn Đối với mạch điện tử nguồn điện cung cấp phải nguồn chiều, có điện áp dịng điện phù hợp với cơng suất Chính mạch nguồn ảnh hưởng lớn tới ổn định mạch trình làm việc * Chức năng: - Chuyển đổi điện áp AC -> DC cung cấp cho mạch điện tử - Cung cấp điện áp dòng điện phù hợp với công suất tiêu thụ mạch điện module mở rộng bên * Các thơng số chính: - Điện áp vào: 7-30 VAC, 7-40 VDC - Điện áp ra: +5 VDC 3A, +3.3 VDC 3A 59 Linh kiện sử dụng mạch nguồn: LM2576 [8] Đây IC nguồn có chức chuyển đổi DC-DC chuyên dụng Với điện áp vào - 40V Dòng điện max = 3A Cung cấp đủ công suất cho hầu hết thiết bị mạch Hình 3.12 IC nguồn LM2576 3.3.5 Module giao tiếp thẻ nhớ Với mục đích hỗ trợ thẩm mỹ giao diện hiển thị, nhớ vi điều khiển khơng đủ, thẻ nhớ hỗ trợ lưu trữ ảnh hiển thị Thẻ nhớ sử dụng có kích thước 15mm x 11mm x 0.7mm, dung lượng 1GB, tốc độ bus bit sử dụng chuẩn giao tiếp SDIO Chuẩn giao tiếp SDIO hỗ trợ bốn đường liệu 3.4 Thiết kế mạch nguyên lý Căn vào sơ đồ khối chức hệ thống định vị phân tích chức yêu cầu hệ thống, sơ đồ nguyên lý hệ thống tổng quát trình bày hình vẽ 3.13 Mạch nguyên lý thiết kế phần mềm Orcad capture phiên 16.3 60 J1 Y21 32.768khz PH0 C23 XTAL1 22pF Y22 8M XTAL2 C306 1n PA13 PA12 PA11 PA10 PA9 PA8 PC9 PC8 PC7 PC6 PD15 PD14 PD13 PD12 PD11 PD10 PD9 PD8 PB15 PB14 PB13 PB12 4.7K RXD TXD P_KEY SW19 DATA2 DATA3 CMD CLK DATA0 DATA1 NUT BAM NUT BAM NUT BAM NUT BAM NUT BAM NUT BAM NUT BAM BT2 VRTC BATTERY VBAT VBAT VBAT VBAT VCHG VCHG TEMP_BAT NETLIGHT BUZZER STATUS GPIO1 DISP_CS DISP_CLK DISP_DATA DISP_D/C DISP_RST GPIO0 DBG_RXD DBG_TXD AGND MIC1P MIC1N MIC1P MIC2N GPS_BOOTSEL GPS_TIMEMARK GPS_WAKEUP GPS_VCC_RF GPS_VANT GPS_VCC 10 12 14 16 18 20 22 24 26 28 30 32 34 36 38 40 42 44 46 48 50 52 54 56 58 60 VBAT VBAT VBAT VBAT VBAT TMS VBAT VBAT 21 Vref+ VBAT 72 71 70 69 68 67 66 65 64 63 62 61 60 59 58 57 56 55 54 53 52 51 1n GND GND GND GND ADC0 VRTC PWRKEY SIM_PRESENCE SIM_VDD SIM_RST SIM_DATA SIM_CLK DCD DTR RXD TXD RTS CTS RI AGND SPK1P SPK1N SPK2P SPK2N GPS_M-RST GPS_TXA GPS_RXA GPS_TXB GPS_RXB GPS_VRTC D3 D4 LED NETLIGHT LED R20 R23 330 330 R18 R21 NETLIGHT Q1 C828 GPS_TIME Q2 C828 4.7K 4.7K GPS_TIME R2 R19 R22 47K 47K VBAT VBAT SIM548C (3) SIM 548C PWKEY GPS_TIME G_TXA 26 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 22pF 11 22 28 50 75 100 stm32f 103v e 13 PH1 PC14 PC15 RESET 14 NRST 94 73 BO OT VCAP2 XTAL2 22pF C24 12 PA3 PA4 PA5 PA6 PA7 PC4 PC5 PB0 PB1 PB2 PE7 PE8 PE9 PE10 PE11 PE12 PE13 PE14 PE15 PB10 PB11 C22 VDD5 VDDA VDD4 VDD1 VDD2 VDD3 stm32f103VE 22pF M7 R17 Vref- XTAL1 C28 U3 D2 11 13 15 17 19 21 23 25 27 29 31 33 35 37 39 41 43 45 47 49 G_TXA 51 G_RXA 53 G_TXB 55 G_RXB 57 VRTC 59 20 C21 PE2 PE3 PE4 PE5 PE6 PC13 PC0 PC1 PC2 PC3 PA1 PA0 PA2 D1 3v VSS1 VSS4 VSS3 VSS2 VSS5 VSSA JTAG 15 16 17 18 24 23 25 49 27 99 74 10 19 rst cs db15 db14 db13 db12 db11 db10 db9 db8 RD RW RS 3.3V 98 97 96 95 93 92 91 90 89 88 87 86 85 84 83 82 81 80 79 78 77 76 U2 BT3 TDI TCK NJTRST TDO 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 PE1 PE0 PB9 PB8 PB7 PB6 PB5 PB4 PB3 PD7 PD6 PD5 PD4 PD3 PD2 PD1 PD0 PC12 PC11 PC10 PA15 PA14 10 VRTC 3.3V NJTRST TDI TMS TCK RTCK TD0 RESET (2) MCU U303 C101 C102 1000u 104 5V D102 C103 1000u VBAT C104 3.3VR201 DIODE LED 104 D105 C105 FR207 LM2576-5 C106 1n 100u 4.7k SW15 SW10 NUT BAM J5 LCD SW12 NUT BAM SW13 NUT BAM R105 330 RESISTOR SIP SW14 NUT BAM SW17 VCC3.3V FUSE NUT BAM rst DIODE VIN OUT FB ON/OFF R202 10 12 14 16 18 20 22 24 26 28 30 32 34 36 38 40 5V SW16 RESET C305 CAP LM317/CYL D104 11 13 15 17 19 21 23 25 27 29 31 33 35 37 39 12V J407A L101 100u U101 3.3V RS RW RD db8 db9 db10 db11 db12 db13 db14 db15 cs F101 VOUT ADJ GND VCC3.3V D406 CONN FIBREOPTIC VIN NUT BAM (1) KHOI NGUON SW18 (4) LCD (7) PHIM BAM U8 U18 RX1IN J113 CON1 J55 TXD C13 1uF + CON5 (8) Lo khoan 4.7K 12 R1OUT R2OUT 14 T1OUT T2OUT RXD P2 TX1OUT TX1OUT C17 VV+ 1uF + C16 1uF 4.7K 4.7K RX1IN + G_TXA G_RXA G_TXB G_RXB GND + J112 CON1 J102 CON1 1 J101 CON1 13 R1IN R2IN 11 10 T1IN T2IN C1+ C14 C2+ C2- R204DATA2 DATA3 R205CMD 3.3V CLK R15 DATA0 DATA1 DAt2 DAT3/cd CMD VDD CLK VSS DAT0 DAT1 MICROSD (6) SD CARD COM MAX232A/SO 1uF C12 VCC (5)Com Hình 3.13 Sơ đồ nguyên lý hệ thống định vị 3.4.1 Khối hiển thị Graphic LCD Khối hiển thị hình TFT LCD 2.4 inch để cung cấp cho người sử dụng thông tin tọa độ chức Modul hình gồm 40 chân điều khiển với khối xử lý trung tâm qua chân ghép nối 7,9,11,13,15,17,19,21,23,25,27,29,33 Chân cấp nguồn 3.3V cho LCD chân số 3, cấp đất chân số Chân 37 cấp nguồn 3.3V để làm sáng đèn LCD 61 10 12 14 16 18 20 22 24 26 28 30 32 34 36 38 40 VCC3.3V rst RS RW RD db8 db9 db10 db11 db12 db13 db14 db15 cs GND VCC3.3V 11 13 15 17 19 21 23 25 27 29 31 33 35 37 39 J5 LCD Hình 3.14 Sơ đồ nguyên lý khối hiển thị Graphic LCD 3.4.2 Khối vi điều khiển trung tâm Khối xử lý trung tâm xử dụng chip arm STM32F103VET6 Khối điều khiển trung tâm nhận nhiệm vụ đọc tin tọa độ từ modul GPS xử lý, từ điều khiển hình hiển thị nội dung tọa độ vị trí đồ số Ngồi chân nạp chương trình từ máy tính J1 chuẩn nạp JTAG Để tạo dao động cho khối xử lý trung tâm cịn có thạch anh thạch anh với tần số 32,768Khz để tạo xung nhịp cho đồng hồ thời gian thực bên chip STM32, thạch anh 8Mhz tạo xung nhịp cho STM32 hoạt động J1 22pF C23 XTAL1 22pF C24 Y 22 8M XTAL2 22pF RESET 14 94 73 C306 1n PH0 Vref+ VBAT 21 11 22 28 50 75 100 stm32f 103v e PH1 PC14 PC15 NRST BO OT VCAP2 Vref- 13 PA3 PA4 PA5 PA6 PA7 PC4 PC5 PB0 PB1 PB2 PE7 PE8 PE9 PE10 PE11 PE12 PE13 PE14 PE15 PB10 PB11 12 XTAL2 VDD5 VDDA VDD4 VDD1 VDD2 VDD3 98 97 96 95 93 92 91 90 89 88 87 86 85 84 83 82 81 80 79 78 77 76 stm32f103VE 26 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 C22 Y 21 32.768khz 3v 20 XTAL1 22pF VSS1 VSS4 VSS3 VSS2 VSS5 VSSA C21 PE2 PE3 PE4 PE5 PE6 PC13 PC0 PC1 PC2 PC3 PA1 PA0 PA2 3.3V 49 27 99 74 10 19 15 16 17 18 24 23 25 rst cs db15 db14 db13 db12 db11 db10 db9 db8 RD RW RS JTAG PE1 PE0 PB9 PB8 PB7 PB6 PB5 PB4 PB3 PD7 PD6 PD5 PD4 PD3 PD2 PD1 PD0 PC12 PC11 PC10 PA15 PA14 U2 BT3 TDI TCK NJTRST TDO 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 PWKEY GPS_TIME 10 G_TXA 3.3V NJTRST TDI TMS TCK RTCK TD0 RESET (2) MCU Hình 3.15 Sơ đồ nguyên lý khối vi điều khiển trung tâm 62 PA13 PA12 PA11 PA10 PA9 PA8 PC9 PC8 PC7 PC6 PD15 PD14 PD13 PD12 PD11 PD10 PD9 PD8 PB15 PB14 PB13 PB12 72 71 70 69 68 67 66 65 64 63 62 61 60 59 58 57 56 55 54 53 52 51 TMS RXD TXD DATA2 DATA3 CMD CLK DATA0 DATA1 NUT BAM NUT BAM NUT BAM NUT BAM NUT BAM NUT BAM NUT BAM 3.4.3 Khối nguồn Có chức cung cấp nguồn cho mạch Mạch nguồn sử dụng IC ổn áp LM2576 Ngõ OUT ổn định 5V dù điện áp từ nguồn cung cấp thay đổi Mạch dùng để bảo vệ mạch điện hoạt động điện áp 5V Nếu nguồn điện có cố đột ngột: Điện áp tăng cao mạch điện hoạt động ổn định nhờ có IC LM 2576 giữ điện áp ngõ OUT 5V khơng đổi Vcc=5V Đầu vào cịn có diode D406 2A chống ngược điện áp cấp vào cầu chì tự phục hồi giúp bảo vệ mạch cấp điện áp vào không ổn định Ở đầu vào để điện áp DC ổn định ta sử dụng tụ hóa C101 có giá trị 1000uF để lọc phẳng điện áp đầu vào tụ C102 có giá trị 100nF để lọc nhiễu nguồn Theo tài liệu hướng dẫn IC LM2576 ta cần có thêm diode xung D102 cuộn cảm L101 với giá trị cuộn cảm 100mH 3A tên diode 1N5822 Để tạo điện áp 3.3V để nuôi cho LCD khối xử lý trung tâm ta sử dụng IC ổn áp AMS117 IC AMS117 cho điện áp ổn định Ngoài modul GPS hoạt động điện áp 3,24,8V nên ta tạo điện áp cho modul GPS cách cho điện áp 5V qua diode 2A Cách đơn giản điện áp rơi diode 0,5-0,76V nên điện áp cung cấp cho modul GPS từ 4,24-4,5V phù hợp với điện áp hoạt động Ngồi cịn có tụ điện phân cực tụ không phân cực để lọc cho điện áp DC ổn định 63 U303 D406 F101 U101 CONN FIBREOPTIC 12V 5V DIODE FUSE C101 C102 J407A 1000u 104 VIN OUT FB ON/OFF LM2576-5 L101 100u VIN VOUT ADJ C305 CAP LM317/CYL D104 5V D102 3.3V C103 1000u VBAT C104 104 DIODE LED D105 C105 FR207 100u R105 330 (1) KHOI NGUON Hình 3.16 Sơ đồ nguyên lý khối nguồn 3.4.4 Khối giao tiếp thẻ nhớ SD CARD Khối giao tiếp thẻ nhớ SD CARD có nhiệm vụ lưu trữ thông tin tọa độ thời điểm liệu đồ số cho khối xử lý trung tâm truy cập Thẻ SD CARD xử dụng thẻ micro SD cho điện tích mạch nhỏ gọn phổ biến thị trường Thẻ có dung lượng 1Gb phù hợp với nội dung đề tài U8 4.7K 4.7K 4.7K R204DATA2 DATA3 R205CMD 3.3V CLK R15 DATA0 DATA1 DAt2 DAT3/cd CMD VDD CLK VSS DAT0 DAT1 MICROSD (6) SD CARD Hình 3.17 Sơ đồ nguyên lý khối giao tiếp thẻ nhớ SD CARD 3.4.5 Khối GPS Khối GPS có nhiệm vụ thu nhận tín hiệu GPS từ vệ tinh sau truyền tải thông tin đến khối xử lý trung tâm 64 C106 1n Khối GPS sử dụng Modul sim548c Các linh kiện mạch theo tài liệu hướng dẫn đưa phần trước Tín hiệu GPS nối với khối xử lý trung tâm chân GPS_TXA chân số 51 VRTC C28 M7 R17 D2 4.7K P_KEY SW19 BT2 VRTC BATTERY G_TXA G_RXA G_TXB G_RXB VRTC 11 13 15 17 19 21 23 25 27 29 31 33 35 37 39 41 43 45 47 49 51 53 55 57 59 1n GND GND GND GND ADC0 VRTC PWRKEY SIM_PRESENCE SIM_VDD SIM_RST SIM_DATA SIM_CLK DCD DTR RXD TXD RTS CTS RI AGND SPK1P SPK1N SPK2P SPK2N GPS_M-RST GPS_TXA GPS_RXA GPS_TXB GPS_RXB GPS_VRTC VBAT VBAT VBAT VBAT VCHG VCHG TEMP_BAT NETLIGHT BUZZER STATUS GPIO1 DISP_CS DISP_CLK DISP_DATA DISP_D/C DISP_RST GPIO0 DBG_RXD DBG_TXD AGND MIC1P MIC1N MIC1P MIC2N GPS_BOOTSEL GPS_TIMEMARK GPS_WAKEUP GPS_VCC_RF GPS_VANT GPS_VCC 10 12 14 16 18 20 22 24 26 28 30 32 34 36 38 40 42 44 46 48 50 52 54 56 58 60 VBAT VBAT VBAT VBAT VBAT U3 VBAT VBAT D1 D3 D4 LED NETLIGHT LED R20 R23 330 330 R18 R21 NETLIGHT Q1 C828 GPS_TIME 4.7K GPS_TIME R2 Q2 C828 4.7K R19 R22 47K 47K VBAT VBAT SIM548C Hình 3.18 Sơ đồ nguyên lý khối GPS 3.5 Thiết kế mạch in Dựa vào thiết kế hệ thống đảm bảo mạch in dễ nhìn, gọn có tính thẩm mỹ, mạch thiết kế với số thơng số sau: - Kích thước mạch 90x102 mm2 - Mạch lớp layer bottom đổ đồng chung đất - Đường dây tín hiệu 0.4mm, dây nguồn 1mm, dây đất 1mm - Kích thước via 1mm - Kích thước lỗ khoan cọc đồng 3.5mm 65 Hình 3.19 Sơ đồ mạch in hệ thống định vị 66 Chương 4: Kết đạt đánh giá 4.1 Kết đạt Sản phẩm sau hoàn thiện đưa thử nghiệm thu số kết sau: - Xây dựng module GPS có khả thu nhận tín hiệu GPS đưa liệu vi điều khiển trung tâm để xử lý - Xây dựng chương trình phân tách liệu cần thiết từ tin GPS hiển thị lên hình - Thiết kế giao diện hiển thị thơng tin vị trí, thời gian, tọa độ Hình 4.1 Minh họa mạch định vị sau thu nhận, phân tách lấy thông tin hiển thị lên hình: Hình 4.1: Mạch định vị sau hoàn thiện 67 Thiết kế hệ thống nhằm thu thập hiển thị thơng số định vị có chức sau: - Thu nhận tín hiệu GPS - Xử lý, phân tách tin GPS, lấy liệu cần thiết, hiển thị lên hình - Kiểm tra cách truyền, nhận tín hiệu qua hình - Cung cấp đủ nguồn cho hệ thống hoạt động Để đáp ứng chức mạch thực tế sau thiết kế hình 4.2 Hình 4.2: Mạch định vị sau hồn thiện 68  Một số hình ảnh modul khác:  Nguồn cung cấp giao tiếp RS232: Hình 4.3: Module nguồn giao tiếp RS232  Module giao tiếp thẻ nhớ SDCARD Hình 4.4: Module giao tiếp với thẻ nhớ 4.2 Đánh giá kết đạt Về đáp ứng mục tiêu đề tài “Nghiên cứu công nghệ GPS kỹ thuật đồ số ứng dụng định vị dẫn đường”, xây dựng thử nghiệm 69 thành cơng module thu nhận tín hiệu GPS, hệ thống xây dựng đảm bảo đủ chức phân tách liệu, hiển thị, có độ tin cậy cao, cụ thể: - Hệ thống hoạt động ổn định tin cậy - Độ xác tương đối - Tốc độ thu nhận tín hiệu ban đầu 01 phút - Tín hiệu truyền từ modul GPS đến vi điều khiển hiển thị lên LCD rõ ràng, xác - Thi cơng lắp đặt modul đơn giản, dễ sửa chữa Tuy nhiên điều kiện thời gian nghiên cứu, hệ thống gặp phải số hạn chế: - Việc thu nhận tín hiệu GPS độ xác phụ thuộc nhiều vào thu tín hiệu GPS (module GPS) Điều ảnh hưởng không nhỏ tới kết thu ứng dụng ứng dụng yêu cầu độ xác cao - Mạch hoạt động không hiệu mơi trường có vật cản sóng điện từ Do nhiều lúc khơng thu tín hiệu GPS 4.3 Ứng dụng hướng phát triển đề tài 4.3.1 Ứng dụng thực tiễn - Ứng dụng cho hệ thống quản lý phương tiện giao thông Dữ liệu truyền tới thiết bị nhận qua module Ethernet hay SIM 900 - Quản lý giám sát hành trình phương tiện hệ thống - Ứng dụng định vị, dẫn đường 4.3.2 Hướng phát triển đề tài Ứng dụng công nghệ GPS công nghệ GIS vào công tác quản lý hạ tầng mạng viễn thông (trạm thu phát sóng thơng tin di động - Trạm BTS) địa bàn thành phố Hà Nội: Trong năm gần đây, phát triển hạ tầng viễn thông thành phố Hà Nội góp phần thúc đẩy dịch vụ viễn thông phát triển vượt bậc, đáp ứng nhu cầu sử dụng dịch vụ người dân, đặc biệt dịch vụ điện thoại di động Hiện nay, 70 địa bàn Thành phố gồm 05 nhà cung cấp dịch vụ điện thoại di động (Viettel, Mobifone, Vinaphone, Vietnamobile Gmobile) có 5.000 trạm thu phát sóng thơng tin di động (trạm BTS) gồm trạm 2G, 3G tương lai phát triển lên mạng 4G số lượng trạm BTS tăng nhanh, mật độ trạm dầy lên khó khăn cho cơng tác quản lý Để giải vấn đề trên, địi hỏi phải có cơng cụ hữu hiệu, đại nhanh chóng nhằm nâng cao mang lại hiệu cho công tác quản lý Như vậy, việc ứng dụng công nghệ GPS, công nghệ GIS vào công tác quản lý hạ tầng mạng viễn thông (trạm thu phát sóng thơng tin di động - Trạm BTS) địa bàn thành phố Hà Nội bước thực quan trọng, phù hợp với thời đại đáp ứng nhu cầu quản lý, đồng thời tạo điều kiện để doanh nghiệp thơng tin di động phát triển góp phần vào công phát triển kinh tế - xã hội Thành phố 71 KẾT LUẬN Với mục đích nghiên cứu làm chủ công nghệ, luận văn này, em tập trung vào tìm hiểu cơng nghệ GPS thử nghiệm xây dựng, thiết kế hệ thống nhằm thu thập hiển thị thông số định vị sử dụng cơng nghệ GPS Xem xét khía cạnh thỏa mãn mục tiêu ban đầu, hạn chế yếu tố khách quan thời gian nghiên cứu hạn chế đề tài tương đối rộng thành bước đầu tơi nói đáng khích lệ Trong thời gian tới, có điều kiện tơi tiếp tục nghiên cứu để tối ưu hoàn thiện đề tài Trên sở kết ban đầu tiếp tục nghiên cứu đề xuất với Lãnh đạo quan nơi công tác để đăng ký triển khai đề tài “Ứng dụng công nghệ GPS, công nghệ GIS vào công tác quản lý hạ tầng mạng viễn thông (trạm thu phát sóng thơng tin di động - Trạm BTS) địa bàn thành phố Hà Nội” 72 TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] http://en.wikipedia.org/wiki/Global_Positioning_System [1] http://vi.wikipedia.org/wiki/Hệ_thống_Định _vị_Toàn_cầu [2] http://vietsciences.free.fr/lichsu/lichsuhethongdinhvi02.htm [3] http://en.wikipedia.org/wiki/NMEA_0183 [4] Datasheet STM32F103x [5] Datasheet SIM548C [6] NMEA0183 datasheet [6] http://www.kh-gps.de/nmea-faq.htm [7] Datasheet SSD1289 [8] Datasheet LM2576 73 ... xe ơtơ sử dụng hệ thống GPS để định vị 46 Hình 3.3 Mơ tả ứng dụng GPS định vị dẫn đường dịch vụ Uber 48 Hình 3.4 Mơ tả lộ trình đường xe ứng dụng GPS định vị dẫn đường 49 Hình 3.5 Mơ tả quy... Hình 3.1 Mơ tả vị trí trạm BTS đồ số có ứng dụng hệ thống GPS Hình 3.2 Mơ tả vị trí xe ôtô sử dụng hệ thống GPS để định vị 46 * Chức dẫn đường Chức dẫn đường tính mà hầu hết người sử dụng muốn có... vai trò máy chống trộm hiệu 47 Hình 3.3 Mô tả ứng dụng GPS định vị dẫn đường dịch vụ Uber 48 Hình 3.4 Mơ tả lộ trình đường xe ứng dụng GPS định vị dẫn đường 49