Nghiên cứu, thiết kế, chế tạo thiết bị giám sát phương tiện sử dụng công nghệ gps,luận văn thạc sĩ chuyên ngành tự động hóa

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC GIAO THÔNG VẬN TẢI ***** LÊ TRẦM TUỆ SỸ NGHIÊN CỨU, THIẾT KẾ, CHẾ TẠO THIẾT BỊ GIÁM SÁT PHƯƠNG TIỆN SỬ DỤNG CÔNG NGHỆ GPS LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT TP Hồ Chí Minh - 2011 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC GIAO THÔNG VẬN TẢI ***** LÊ TRẦM TUỆ SỸ NGHIÊN CỨU, THIẾT KẾ, CHẾ TẠO THIẾT BỊ GIÁM SÁT PHƯƠNG TIỆN SỬ DỤNG CÔNG NGHỆ GPS Chuyên ngành: Tự Động Hóa Mã số: 60.52.60 LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT CÁN BỘ HƯỚNG DẪN: TS NGUYỄN THANH HẢI TP Hồ Chí Minh - 2011 LỜI CẢM ƠN Tôi xin chân thành cảm ơn Ban Giám Hiệu Trường Đại Học Giao Thông Vận Tải – Cơ Sở 2, Phòng Đào Tạo Sau Đại Học, Khoa Điện-Điện Tử Trường Đại Học Giao Thông Vận Tải Tôi xin gửi lời cảm ơn trân trọng sâu sắc đến Thầy TS Nguyễn Thanh Hải – người tận tình giúp đỡ, hướng dẫn cho tơi suốt trình nghiên cứu thực đề tài: “ NGHIÊN CỨU, THIẾT KẾ, CHẾ TẠO THIẾT BỊ GIÁM SÁT PHƯƠNG TIỆN SỬ DỤNG CÔNG NGHỆ GPS” Xin cảm ơn chia sẻ niềm vui với gia đình, bạn bè – người giúp đỡ, động viên tạo điều kiện thuận lợi để học tập, nghiên cứu hoàn thành luận văn Dù nhiều cố gắng, song luận văn chắn tránh khỏi thiếu sót hạn chế Mong nhận chia sẻ, đóng góp ý kiến quý báu quí Thầy bạn Tác giả Lê Trầm Tuệ Sỹ -1  MỞ ĐẦU I Tính cấp thiết đề tài Sự phát triển vượt bậc khoa học kỹ thuật công nghệ khiến sống người ngày trở nên tiện nghi hơn, nhu cầu dịch vụ tiện ích trở nên phát triển Hơn nữa, theo tinh thần Nghị định 91/2009/NĐ-CP: Đến ngày 1/7/2011, xe ôtô kinh doanh vận tải hành khách theo tuyến cố định có cự ly từ 500km trở lên, xe kinh doanh vận chuyển khách du lịch, xe ơtơ kinh doanh vận tải hàng hóa container phải gắn thiết bị giám sát hành trình; Đến ngày 1/1/2012, xe ôtô kinh doanh vận tải hành khách tuyến cố định có cự ly từ 300km trở lên, xe buýt, xe kinh doanh vận tải hành khách hợp đồng phải gắn thiết bị giám sát hành trình Đến ngày 1/7/2012, xe ôtô đơn vị kinh doanh vận tải hành khách xe ôtô theo tuyến cố định, xe buýt, kinh doanh vận tải hành khách theo hợp đồng phải lắp đặt thiết bị giám sát hành trình trì tình trạng kỹ thuật tốt thiết bị giám sát hành trình xe Để đáp ứng nhu cầu đó, việc ứng dụng cơng nghệ GPS tốn quản lý phương tiện vấn đề cấp thiết Đặc biệt tình trạng giao thơng diễn biến phức tạp nay, với việc cắt giảm chi phí cho xã hội, doanh nghiệp giảm thiểu vấn đề an ninh Hoạt động phương tiện nằm tầm kiểm sốt trung tâm (trên tồn lãnh thổ Việt Nam) Đây dịch vụ mang lại giá trị gia tăng cao dựa công nghệ GPS (hệ thống định vị toàn cầu) kết hợp phương thức truyền liệu công nghệ GPRS mạng di động GSM công nghệ GIS (bản đồ số) giúp quản lý xe theo thời gian thực -2  Đề tài sử dụng lý thuyết hệ thống định vị toàn cầu GPS, phương pháp thực liệu đồ số GIS, phương pháp truyền liệu từ thiết bị trung tâm II Mục tiêu nghiên cứu đề tài • Nghiên cứu tổng quan định vị GPS, nghiên cứu đồ số phương pháp thực liệu đồ số, nghiên cứu phương pháp truyền liệu từ thiết bị trung tâm • Thiết kế, chế tạo thiết bị giám sát hành trình III Đối tượng nghiên cứu Đối tượng nghiên cứu đề tài là: nghiên cứu, thiết kế, chế tạo, thiết bị giám sát phương tiện sử dụng công nghệ GPS Với chức thiết bị sau: - Lưu trữ thông tin xe lái xe: số VIN, biển số xe, tên tài xế, số giấy phép lái xe - Lưu trữ cho phép thay đổi thông số hoạt động thiết bị thông qua điện thoại di động - Giám sát hành trình xe theo thời gian thực - Cảnh báo số lần xe chạy tốc độ cho phép - Giám sát vận tốc xe - Đếm số lần thời gian đóng mở cửa - Đếm số lần thời gian dừng - Tính thời gian chạy ngày xe - Tính số km chạy ngày xe -3  - Nút nhấn khẩn cấp trường hợp cần trợ giúp nhanh - Chế độ chống trộm trạng thái xe off - Kiểm tra tài khoản Sim tự động IV Phạm vi nghiên cứu Đề tài thực cấp Thạc sỹ, thời gian nghiên cứu, chế tạo tháng Đối tượng nghiên cứu nghiên cứu,thiết kế, chế tạo thiết bị giám sát phương tiện sử dụng cơng nghệ GPS Đề tài hồn thành dạng lý thuyết sản phẩm mơ hình ứng dụng thực tế V Phương pháp nghiên cứu Phương pháp nghiên cứu cho luận văn nghiên cứu tài liệu thiết kế, chế tạo thiết bị • Các tài liệu gồm: - Tài liệu công nghệ GPS - Tài liệu đồ số - Tài liệu phương pháp truyền liệu - Tài liệu hướng dẫn lập trình C cho PIC sử dụng phần mềm CCS - Tài liệu PIC (Programmable Intelligent Computer) - Các tài liệu thiết bị giám sát có thị trường • Thiết kế, chế tạo thiết bị: - Tham khảo mơ hình, thiết bị có sẵn ngồi thị trường -4  VI Cấu trúc luận văn: Mở đầu Tính cấp thiết đề tài Mục tiêu nghiên cứu đề tài Đối tượng nghiên cứu Phạm vi nghiên cứu Phương pháp nghiên cứu Nội dung nghiên cứu Chương Nghiên cứu tổng quan định vị GPS Chương Nghiên cứu đồ số phương pháp thực liệu đồ số GIS Chương Nghiên cứu phương pháp truyền liệu từ thiết bị trung tâm Chương Thiết kế, chế tạo thiết bị giám sát hành trình Kết luận kiến nghị Kết luận Kiến nghị -5  NỘI DUNG NGHIÊN CỨU CHƯƠNG NGHIÊN CỨU TỔNG QUAN ĐỊNH VỊ GPS 1.1 Lý thuyết chung hệ thống GPS Khi công nghệ GPS đời thiết lập hệ quy chiếu toàn cầu khơng gian thời gian, mà theo vị trí trái đất thời điểm với máy thu GPS tay ta có toạ độ điểm đánh dấu vị trí thời điểm đứng Khi máy thu GPS di chuyển theo địa vật thực địa để thu thập thơng tin định vị hoạt động tương tự thiết bị số hoá (digitizer) thực địa Và công nghệ GPS mở khả ứng dụng thu thập thông tin mô tả tự nhiên cách khoa học, thuận tiện, xác Do vậy, việc nghiên cứu ứng dụng công nghệ GPS công tác thành lập đồ nghiên cứu vấn đề đổi kỹ thuật đo vẽ đồ truyền thống 1.1.1 Vài nét lịch sử phát triển công nghệ GPS Từ năm 60 kỷ 20, Cơ quan Hàng Không Vũ Trụ (NASA) với Quân đội Hoa Kỳ tiến hành chương trình nghiên cứu, phát triển hệ thống dẫn đường định vị xác vệ tinh nhân tạo Hệ thống định vị dẫn đường vệ tinh hệ hệ thống TRANSIT -6  có vệ tinh, hoạt động theo nguyên lý Doppler, sử dụng thương mại vào năm 1967 Sau hệ thốngTRANSIT, hệ thống định vị vệ tinh hệ thứ hai đời có tên NAVSTAR-GPS (Navigtion Satellite Timing And Ranging – Global Positioning System) gọi tắt GPS Hệ thống ban đầu bao gồm 24 vệ tinh triển khai quĩ đạo nghiêng 5500 so với mặt phẳng xích đạo trái đất với chu kỳ gần 12 độ cao xấp xỉ 12.600 dặm ( 20.200 km) So với hệ thống TRANSIT, độ xác định vị hệ thống nâng cao, thời gian quan trắc vệ tinh rút ngắn Cho đến có 32 vệ tinh hệ thống GPS hoạt động quỹ đạo Cùng có tính tương tự với hệ thống GPS hoạt động có hệ thống GLONASS Nga (nhưng khơng thương mại hoá rộng rãi) hệ thống tương lai cạnh thị trường với hệ thống GPS hệ thống GALILEO Cộng Đồng Châu Âu Hình 1.1 Hệ thống vệ tinh GPS - 90   4.2.4 Khối Sim SD Card - 91   4.2.5 Khối Led hiển thị, Buzzer Debug - 92   4.2.6 Khối kết nối chức - 93   4.2.7 Khối giao tiếp với máy tính - 94   4.2.8 Khối nguồn cung cấp - 95   4.3 Xây dựng phần mềm 4.3.1 Sơ đồ khối thiết bị - 96   Hình 4.2 Thiết Bị Giám Sát Hành Trình 4.3.2 Các tính thiết bị - Lưu trữ thông tin xe lái xe: số VIN, biển số xe, tên tài xế, số giấy phép lái xe - Lưu trữ cho phép thay đổi thông số hoạt động thiết bị thông qua điện thoại di động - Giám sát hành trình xe theo thời gian thực - Cảnh báo số lần xe chạy tốc độ cho phép - Giám sát vận tốc xe - Đếm số lần thời gian đóng mở cửa - Đếm số lần thời gian dừng - Tính thời gian chạy ngày xe - Tính số km chạy ngày xe - Nút nhấn khẩn cấp trường hợp cần trợ giúp nhanh - 97   - Chế độ chống trộm trạng thái xe off - Kiểm tra tài khoản Sim tự động 4.3.3 Các thơng số cấu hình thiết bị Để thay đổi thông số thiết bị, người sử dụng soạn tin nhắn gửi tới số thuê bao SIM gắn thiết bị theo cú pháp: _ _ [Giátrịmới] Trong đó: thơng số có cách khoảng trắng - : gồm chữ số mà người sử dụng tự đặt (mật mặc định: 1234) - : tham khảo Bảng thông số - [Giátrịmới]: giá trị người sử dụng muốn thay đổi Ghi chú: nội dung bên dấu < > bắt buộc, bên dấu [ ] tùy ý.Nếu cấu trúc tin nhắn khơng có phần Giátrịmới thiết bị hiểu u cầu xem thơng tin giá trị mà khơng thay đổi giá trị Bảng 4.1: Tóm tắt cấu hình cho thiết bị qua cấu trúc tin nhắn Mã Mô tả thông Nhỏ số XE Giá trị Thông tin xe lái xe Đơn Mặc Lớn định ID; Số VIN; Biển số xe; Tên tài xế; Số giấy phép lái xe vị - - 98   TC Chu kỳ gửi thông tin xe chạy 10 255 Giây TD Chu kỳ gửi thông tin xe 150 255 Giây 30 100 255 Km/ dừng/đỗ VT Tốc độ cho phép tối đa h MK Mật người sử dụng 1234 - TLT Thời gian cho phép lái xe liên tục - 14400 - Giây TLN Thời gian cho phép lái xe - 36000 - Giây ngày BT Chế độ cảnh báo trộm TK Giới hạn tài khoản SIM TAT BAT - 10000 - VN D KC Thông báo khẩn cấp cần thiết Số di động người sử dụng - muốn gửi TT APN Địa IP máy Trung tâm Access Point Name Địa_chỉ:Port Tên miền truy xuất mạng viễn thông 4.3.4 Định dạng thông điệp thiết bị gửi cho server Các thông điệp thiết bị chuỗi ký tự ASCII Cú pháp dạng thông điệp biểu diễn sau: - - 99   Bảng 4.2: Tóm tắt cấu trúc thơng tin thiết bị truyền thông tin đến server Mã thông Mô tả mã tin thông tin XE Thay đổi thông Ngày_giờ_hiệu_chỉnh:ID:XE:Số_VIN:Biển_số tin nhận dạng _xe:Tên_tài_xế:Số_giấy_phép_lái_xe:Checksu xe S1 Khởi hành đầu Cấu trúc thông tin m Ngày_giờ:ID:S1:Kinh_độ:Vĩ_độ: Checksum ngày S2 Kết thúc cuối Ngày_giờ:ID:S2:Kinh_độ:Vĩ_độ: Checksum ngày S3 S4 Lái xe liên tục Ngày_giờ:ID:S3:Kinh_độ:Vĩ_độ:Vận_tốc:Thờ qui định i_gian_chạy_liên_tục: Checksum Lái xe Ngày_giờ:ID:S4:Kinh_độ:Vĩ_độ:Vận_tốc:Thờ ngày qui i_gian_chạy_trong_ngày: Checksum định OK Hành trình xe Ngày_giờ:ID:OK:Kinh_độ:Vĩ_độ:Vận_tốc:Số _km_chạy_trong_ngày:Thời_gian_chạy_liên_t ục:Thời_gian_chạy_trong_ngày: Checksum S50 Bắt đầu lần Ngày_giờ:ID:S50:Kinh_độ:Vĩ_độ:Số_lần_dừn dừng/đỗ S51 S60 g: Checksum Kết thúc Ngày_giờ:ID:S51:Kinh_độ:Vĩ_độ:Số_lần_dừn lần dừng/đỗ g:Thời_gian_dừng_đỗ: Checksum Bắt đầu lần Ngày_giờ:ID:S60:Kinh_độ:Vĩ_độ:Vận_tốc:Số mở cửa _lần_mở_cửa: Checksum - 100   S61 Kết thúc Ngày_giờ:ID:S61:Kinh_độ:Vĩ_độ:Vận_tốc:Số lần mở cửa _lần_mở_cửa:Thời_gian_mở_cửa: Checksum (đóng cửa) S7 Chạy tốc độ Ngày_giờ:ID:S7:Kinh_độ:Vĩ_độ:Vận_tốc:Số_l 30 giây ần_xe_quá_tốc_độ:Thời_gian_xe_quá_tốc_độ: Checksum S8 Không thu Ngày_giờ:ID:S8: Checksum GPS TK Tài khoản SIM Ngày_giờ:ID:TK:Kinh_độ:Vĩ_độ:Vận_tốc:Tài _khoản_SIM:Hạn_sử_dụng_SIM: Checksum KC Trường hợp khẩn cấp BT Cho biết có trộm DCMO Mở động Ngày_giờ:ID:KC:Kinh_độ:Vĩ_độ:Vận_tốc: Checksum Ngày_giờ:ID:BT:Kinh_độ:Vĩ_độ:Vận_tốc: Checksum Ngày_giờ:ID:DCMO:Kinh_độ:Vĩ_độ: Checksum DCTAT Tắt động Ngày_giờ:ID:DCTAT:Kinh_độ:Vĩ_độ: Checksum - 101   4.4 Thử nghiệm đánh giá kết Hình 4.3 Kết nối thiết bị với máy tính 4.4.1 Thử nghiệm Dữ liệu lưu lại SD Card trình thiết bị hoạt động 151111004512:2015:KC:10653.0538:1056.0811:0:>F 151111005106:2015:XE:1ZVHT82H485113456:78H2-4742:Le-TramTue-Sy:N314195:86 151111005240:2015:OK:10653.0556:1056.1023:0:0.0:0:0:BE 151111005257:2015:S61:10653.0560:1056.1020:0:0:4294967151:0< 151111005305:2015:S60:10653.0560:1056.1020:0:1:4= - 102   151111005321:2015:DCMO:10653.0575:1056.0988:?8 151111005331:2015:DCTAT:10653.0584:1056.0974:6C 151111005435:2015:OK:10653.0608:1056.0945:0:0.0:0:0:DB 151111005619:2015:OK:10653.0522:1056.1036:0:0.0:0:0:F: 151111005643:2015:S51:10653.0467:1056.1105:0:4294967121:@7 151111005655:2015:S50:10653.0458:1056.1117:1:>> 151111005820:2015:OK:10653.0400:1056.1179:0:0.0:0:0:D? 151111010012:2015:OK:10653.0421:1056.1153:0:0.0:0:0:@D 151111010202:2015:OK:10653.0457:1056.1125:0:0.0:0:0:HB 151111010214:2015:S51:10653.0457:1056.1113:1:3647:CL 151111010218:2015:S50:10653.0457:1056.1105:2:9@ 151111010358:2015:OK:10653.0457:1056.1105:0:0.0:0:0:C= 151111010556:2015:OK:10653.0533:1056.0968:0:0.0:0:0:J: 151111010745:2015:OK:10653.0537:1056.0892:0:0.0:0:0:?E 151111010934:2015:DCMO:10653.0517:1056.0937:B9 151111010942:2015:OK:10653.0517:1056.0937:0:0.0:0:0:H? 151111010942:2015:DCTAT:10653.0517:1056.0937:6D 151111011030:2015:S61:10653.0506:1056.0916:0:1:3605:;G 151111011038:2015:S60:10653.0506:1056.0916:0:2:=D 151111011136:2015:OK:10653.0506:1056.0916:0:0.0:0:0:JF 151111011326:2015:OK:10653.0511:1056.0893:0:0.0:0:0:E; 151111011516:2015:OK:10653.0508:1056.0878:0:0.0:0:0:I< 151111011700:2015:OK:10653.0507:1056.0874:0:0.0:0:0:@@ 151111011848:2015:OK:10653.0507:1056.0874:0:0.0:0:0: