(Đồ án hcmute) thiết kế mạch thu thập dữ liệu và giám sát xe từ xa qua internet

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP NGÀNH CÔNG NGHỆ KỸ THUẬT Ô TÔ THIẾT KẾ MẠCH THU THẬP DỮ LIỆU VÀ GIÁM SÁT XE TỪ XA QUA INTERNET GVHD: ThS NGUYỄN TRỌNG THỨC SVTH: NGƠ THẾ QUANG BÙI THANH TÚ SKL010353 Tp.Hồ Chí Minh,Tháng 12/2022 TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH KHOA ĐÀO TẠO CHẤT LƯỢNG CAO ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP THIẾT KẾ MẠCH THU THẬP DỮ LIỆU VÀ GIÁM SÁT XE TỪ XA QUA INTERNET SVTH NGÔ THẾ QUANG BÙI THANH TÚ MSSV 18145213 18145282 Khóa: 2018 Ngành: CƠNG NGHỆ KỸ THUẬT Ơ TƠ GVHD: ThS NGUYỄN TRỌNG THỨC Tp Hồ Chí Minh, tháng 12 năm 2022 TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH KHOA ĐÀO TẠO CHẤT LƯỢNG CAO ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP THIẾT KẾ MẠCH THU THẬP DỮ LIỆU VÀ GIÁM SÁT XE TỪ XA QUA INTERNET SVTH NGÔ THẾ QUANG BÙI THANH TÚ MSSV 18145213 18145282 Khóa: 2018 Ngành: CƠNG NGHỆ KỸ THUẬT Ơ TƠ GVHD: ThS NGUYỄN TRỌNG THỨC Tp Hồ Chí Minh, tháng 12 năm 2022 CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc lập – Tự – Hạnh phúc Tp Hồ Chí Minh, ngày tháng 12 năm 2022 NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Họ tên sinh viên: Ngô Thế Quang MSSV: 18145213 Lớp: 18145CL4A Bùi Thanh Tú MSSV: 18145282 Lớp: 18145CL4B Ngành: Cơng Nghệ Kỹ thuật Ơ tô Giảng viên hướng dẫn: ThS NGUYỄN TRỌNG THỨC ĐT: 0903128567 Ngày nhận đề tài: 20/09/2022 Ngày nộp đề tài: 18/12/2022 Tên đề tài: Thiết kế mạch thu thập liệu giám sát xe từ xa qua internet Các số liệu, tài liệu ban đầu: Tài liệu mạng giao tiếp, mơ hình hệ thống mạng CAN, tài liệu hệ thống định vị toàn cầu GPS, tài liệu giao thức HTTP, tài liệu tạo cấu trúc thành phần trang web HTML Nội dung thực đề tài: • Tìm hiểu loại máy theo dõi xe thị trường • Tìm hiểu cấu trúc liệu truyền nhận qua mạng CAN • Thiết kế thi cơng mạch thu tín hiệu • Lập trình giao diện phân tích liệu hiển thị lên web • Thực nghiệm đọc liệu xe Sản phẩm: • Một thuyết minh đề tài • Một “module” mạch thu thập liệu giám sát xe từ xa qua internet TRƯỞNG NGÀNH GIẢNG VIÊN HƯỚNG DẪN i CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc lập – Tự – Hạnh phúc PHIẾU NHẬN XÉT CỦA GIẢNG VIÊN HƯỚNG DẪN Họ tên sinh viên: Ngô Thế Quang MSSV: 18145213 Lớp: 18145CL4A Bùi Thanh Tú MSSV: 18145282 Lớp: 18145CL4B Ngành: Công Nghệ Kỹ thuật Ơ tơ Tên đề tài: Thiết kế mạch thu thập liệu giám sát xe từ xa qua internet Họ tên Giảng viên hướng dẫn: ThS NGUYỄN TRỌNG THỨC NHẬT XÉT Về nội dung đề tài & khối lượng thực hiện: Ưu điểm: Khuyết điểm: Đề nghị cho bảo vệ hay không? Đánh giá loại: Điểm: (Bằng chữ: ) Tp Hồ Chí Minh, ngày … tháng … năm 2022 Giáo viên hướng dẫn (Ký & ghi rõ họ tên) ii CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc lập – Tự – Hạnh phúc PHIẾU NHẬN XÉT CỦA GIẢNG VIÊN PHẢN BIỆN Họ tên sinh viên: Ngô Thế Quang MSSV: 18145213 Lớp: 18145CL4A Bùi Thanh Tú MSSV: 18145282 Lớp: 18145CL4B Ngành: Cơng Nghệ Kỹ thuật Ơ tơ Tên đề tài: Thiết kế mạch thu thập liệu giám sát xe từ xa qua internet Họ tên Giảng viên phản biện: NHẬT XÉT Về nội dung đề tài & khối lượng thực hiện: Ưu điểm: Khuyết điểm: Đề nghị cho bảo vệ hay không? Đánh giá loại: Điểm: (Bằng chữ: ) Tp Hồ Chí Minh, ngày … tháng … năm 2022 Giáo viên hướng dẫn (Ký & ghi rõ họ tên) iii LỜI CẢM ƠN Nhóm chúng em xin gửi lời cảm ơn đến Ban giám hiệu trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật TP.HCM tạo nhiều hội, môi trường cho em học tập nghiên cứu trường Đồ án hơm thành cơng tốt đẹp, nhóm nhận nhiều giúp đỡ từ thầy cô giảng viên trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật TPHCM Với quan tâm, chu đáo, ân cần bảo thầy để nhóm em hồn thành tốt đẹp đồ án tốt nghiệp Và đặc biệt em gửi lời cảm ơn chân thành đến thầy Th.S Nguyễn Trọng Thức, giảng viên mơn Điện tử Ơ tơ, khoa Cơ khí Động lực, Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật TP Hồ Chí Minh – người tận tình hướng dẫn Chỉ ưu điểm nhược điểm, đề xuất gợi ý phương pháp cách trực quan giúp nhóm dễ hình dung tiếp cận để hồn thành đồ án tốt Xin chân thành cảm ơn thầy Trong trình làm đề tài, hạn chế kinh nghiệm trình độ chun mơn, thời gian thực có hạn nên sai sót khơng thể tránh khỏi hạn chế, thiếu sót q trình thực Để hoàn thành tốt, em mong nhận đóng góp ý kiến q thầy sai sót để đồ án hồn thiện Chúng em xin chân thành cảm ơn! Tp Hồ Chí Minh, ngày 09 tháng 12 năm 2022 Sinh viên thực Ngơ Thế Quang Bùi Thanh Tú iv TĨM TẮT ĐỒ ÁN Với phát triển nước ta nay, ngành công nghiệp dịch vụ trở thành xu Ngành logistics, từ dịch vụ vận tải hàng hóa, chuyển chở hành khách ngày phổ biến thay được, ngành logistics thu hút lượng lớn đầu tư , Theo Hiệp hội Doanh nghiệp dịch vụ logistics Việt Nam, với tốc độ tăng trưởng GDP, giá trị sản xuất công nghiệp, kim ngạch xuất nhập khẩu, trị giá bán lẻ hàng hóa dịch vụ, thời gian qua, dịch vụ logistics Việt Nam có tốc độ tăng trưởng tương đối cao đạt 12-14%, kỳ vọng đóng góp vào tăng trưởng GDP đạt 4,5% [10] Trên tình hình ngày phát triển mở rộng mình, từ chủ doanh nghiệp lớn đến hộ kinh tế gia đình nhỏ lẻ cần cho phương pháp quản lý hiệu thiết bị vận tải từ hàng loạt công ty lớn nhỏ bán loại thiết bị định vị ô tô đời Đề tài nghiên cứu thực từ cuối tháng 9/2022 đến tháng 12/2022 Nội dung sở lý thuyết phương pháp nghiên cứu đề tài chủ yếu lý thuyết mạng CAN, GPS, ngơn ngữ lập trình Arduino lập trình Web Nội dung đồ án trình bày cách đầy đủ việc xây dựng thiết kế mạch thu thập liệu giám sát phương tiện từ xa qua Internet v MỤC LỤC NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP i PHIẾU NHẬN XÉT CỦA GIẢNG VIÊN HƯỚNG DẪN ii PHIẾU NHẬN XÉT CỦA GIẢNG VIÊN PHẢN BIỆN iii LỜI CẢM ƠN iv TÓM TẮT ĐỒ ÁN v MỤC LỤC vi DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT ix DANH MỤC BẢNG BIỂU xi DANH MỤC HÌNH ẢNH xii TỔNG QUAN ĐỀ TÀI 1.1 Lý chọn đề tài 1.2 Mục tiêu đề tài 1.3 Phương pháp nghiên cứu 1.4 Phạm vi nghiên cứu 1.5 Bố cục đề tài CƠ SỞ LÝ THUYẾT 2.1 Hệ thống định vị toàn cầu GPS 2.1.1 Giao thức NMEA: 2.2 Giao tiếp OBD2 thông qua mạng CAN 11 2.2.1 Tìm hiểu mạng CAN 11 2.3 Cấu trúc mạng CAN: 13 2.3.1 Các thành phần mạng CAN 13 2.3.2 Cấu trúc Node hay Station 15 2.3.3 Các trạng thái tín hiệu CANBUS 15 2.3.4 Cấu trúc phân lớp mạng CAN 15 2.3.5 Cấu trúc khung CAN (Frame) 16 2.3.6 Cấu trúc khung liệu CAN (Data Frame) 16 2.3.7 Tìm hiểu OBD: 18 vi 2.4 Tìm hiểu Web Sever, Cơng nghệ web 2.0 giao thức HTTP 25 2.4.1 Lịch sử hình thành Website 25 2.4.2 Web Sever 28 2.4.3 Công nghệ web 2.0 28 2.4.4 Giao thức HTTP 30 2.4.5 NodeMCU Esp8266 30 2.5 Ngôn ngữ lập trình PHP Cơ sở liệu MySQL 30 2.5.1 Ngơn ngữ lập trình PHP 30 2.5.2 Cơ sở liệu MySQL 31 2.6 .Một số hãng cung cấp dịch vụ GPS Tracking 32 2.6.1 Trong nước 32 2.6.2 Nước 34 CƠ SỞ LÝ THUYẾT LINH KIỆN ĐIỆN TỬ 35 3.1 Các Module linh kiện điện tử 35 3.1.1 Module nodeMCU ESP8266 35 3.1.2 Module MCP2515 37 3.1.3 Module Neo-6m v2 gps 39 3.1.4 IC L7805CV 40 3.1.5 Cổng DP9 41 3.2 Các phần mềm hỗ trợ 41 3.2.1 Arduino IDE 41 3.2.2 Tinohost 43 THIẾT KẾ, THI CÔNG VÀ THỬ NGHIỆM HỆ THỐNG 44 4.1 Ý tưởng thiết kế: 44 4.2 Thiết kế mạch giám sát: 44 4.2.1 Sơ đồ khối 44 4.2.2 Thiết kế mạch chi tiết 45 4.3 Lưu đồ thuật toán: 46 4.4 Xây dựng giao diện cho trang Web 49 vii THIẾT KẾ, THI CÔNG VÀ THỬ NGHIỆM HỆ THỐNG 4.1 Ý tưởng thiết kế: “Module” đọc liệu có xe giá trị tốc độ xe, tốc độ động cơ, nhiệt độ nước làm mát kết hợp với liệu GPS đọc từ mạch riêng để gửi lên database webserver thông qua mạng wifi Việc sử dụng Kit RF thu phát Wifi ESP8266 NodeMCU để phát qua wifi mà không qua trực tiếp mạng 2G/3G/4G để nhóm tiết kiệm chi phí q trình thực đồ án tính nhỏ gọn kết hợp với mạch định vị GPS GY-NEO 6M V2 Nếu có điều kiện nhóm sử dụng module mạnh SIM808L Do nhóm khơng có xe riêng nên nhóm giả lập qua mạch giả lập tín hiệu Giả lập gần tín hiệu đọc xe Các tín hiệu cần thiết gửi qua wifi lên database để người dùng theo dõi xe lúc qua mạng internet mà thông qua mạng cục 4.2 Thiết kế mạch giám sát: 4.2.1 Sơ đồ khối Hình 4.1 Sơ đồ khối hệ thống 44 4.2.2 Thiết kế mạch chi tiết Hình 4.2 Sơ đồ thiết kế mạch giám sát - Giắc DB9 dùng làm kết nối OBD2 ECU xe - IC L7805 dùng làm hạ điện áp từ OBD2 để cấp cho toàn module linh kiện mạch - MCP2515 đọc tín hiệu mạng CAN từ OBD2 truyền qua cho ESP8266 thông qua chuẩn giao tiếp SPI - ESP8266 Module tiếp nhận liệu, xử lý đưa lên webserver - NEO 6M V2 giao tiếp UART với ESP8266 để nhận vị trí GPS 45 Hình 4.3 Mạch hồn thiện 4.3 Lưu đồ thuật toán: Khi khởi động xe, Module khởi động ESP8266 tự đăng nhập vào wifi cài đặt trước bắt đầu nhận liệu từ mạch đọc GPS Cùng lúc đó, liệu xe đọc MCP2515 Khi ESP8266 tổng hợp đủ hết liệu cần thiết gửi liệu qua wifi theo chu kỳ phút 46 Hình 4.4 Sơ đồ giải thuật giám sát 47 Webserver đợi nhận tín hiệu từ module Khi nhận đủ liệu GPS thông số cần thiết xe, đồ Google hiển thị đường hành xe tất thông số gửi để người dùng tiện theo dõi trình xe chuyển động Khi cần thiết, người dùng lấy liệu xác xe đâu khứ database Hình 4.5 Sơ đồ giải thuật gửi data lên Web Sever 48 4.4 Xây dựng giao diện cho trang Web Hình 4.6 Chọn xe Hình 4.7 Database trang Web 49 Hình 4.8 Thuật tốn vẽ hành trình xe Hình 4.9 Thuật tốn xuất thông số xe cho người dùng 50 4.5 Thiết kế mạch giả lập liệu mạng CAN Hình 4.10 Sơ đồ thiết kế mạch giả lập tín hiệu xe Để giả lập tín hiệu CAN Ta sử dụng MCP2515 giao tiếp SPI qua Arduino UNO để gửi tín hiệu CAN Ta dùng thiết bị điện tử với chức Biến trở RPM giả lập tốc độ động gửi ID: 0x1DC Biến trở giả lập tốc độ xe gửi ID: 0x158 Biến trở giả lập tính tốn tải động gửi ID: 0x17D Cơng tắc giả lập công tắc bàn đạp phanh gửi ID: 0x17C Công tắc trạng thái giả lập đèn xi nhan gửi ID: 0x294 LCD module mô dùng để hiển thị tín hiệu RPM (revolutions per minute): Số vịng quay Sp (Speed): Tốc độ xe Re (Turn signal left or right): Đèn tín hiệu L (Load): Tải động T (Engine Coolant Temperature): Nhiệt độ nước làm mát B(Brake): Phanh 51 Hình 4.11 Hộp giả lập 4.6 Thực nghiệm Hành trình vị trí chạy thực nghiệm đường: Hình 4.12 Theo dõi hành trình xe 52 Sau đó, bên phải click vào phần “Thông tin xe” để theo dõi thơng số xe: Hình 4.13 Hiển thị thơng số xe Hình 4.14 Đọc thơng số mơ hình Kia Morning AT 2011 53 Hình 4.15 Thơng tin Engine Load Hình 4.16 Thơng tin RPM 54 KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN 5.1 Kết luận Sau tháng tìm hiểu nghiên cứu, đồ án thành cơng việc tạo mạch sử dụng ngôn ngữ lập trình Arduino để đọc thơng tin xe, thiết kế thành công website để hiển thị thông tin theo dõi xe qua Google Maps Sau trình nghiên cứu phát triển, nhóm biết nguyên lý cách thức hoạt động giao thức CAN chuẩn giao tiếp OBD-II tơ Từ đó, ứng dụng mạng CAN để đọc liệu xe, thực nghiệm mơ hình giảng dạy KIA Morning AT 2011, hiển thị vị trí thơng số Web thân Với ứng dụng đó, nhóm áp dụng lý thuyết mạng CAN, lý thuyết OBD, lý thuyết GPS, Hosting Website, sở liệu, thuật toán lập trình Arduino, PHP, HTML, CSS để xây dựng thuật tốn đọc giải mã tín hiệu CAN, đồng thời hiển thị thông số lên Web hoàn thành nhiệm vụ đề 5.2 Hạn chế hướng phát triển 5.2.1 Hạn chế Do sách Google nên nhóm khó thao tác thử nghiệm nhiều Google Maps, dễ dàng xuất lỗi phải qua 0h hơm sau tiếp tục sử dụng Tín hiệu GPS có khả tín hiệu thời tiết xấu Hình 5.1 Lỗi OVER_QUERY_LIMIT Google Maps 55 5.2.2 Hướng phát triển Đồ án có tính thực tế cao, thời gian kinh phí có hạn nên nhóm dừng lại việc lấy thông số xe định vị GPS Nếu điều kiện cho phép nhóm phát triển thêm cho đồ án như: tích hợp camera hành trình, chụp ảnh định kỳ hành khách/ hàng hóa, xuất lịch sử liệu khách hàng có nhu cầu, cảnh báo tốc độ cho phép xa hoàn thiện sản phẩm đưa vào sản xuất 56 TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] TS Lê Thanh Phúc, Hệ thống điều khiển động cơ, Điện ô tô 2, Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật Tp.HCM [2] Vũ Văn Tập (2015), Nghiên cứu chuẩn truyền thông nmea 0183 ứng dụng thiết bị hàng hải vô tuyến điện, Đại học Hàng hải Việt Nam [3] CAN – CANBus: https://mesidas.com/can-canbus/ [4]Lịch sử hình thành mạng CAN : https://obdvietnam.vn/news/24872/chan-doan-co-ban-tim-hieu-ve-mang-cantren-o-to-phan-1.html [5]Node Station : http: //kdientu.duytan.edu.vn/ [6] Phương thức GET POST : https://viblo.asia/p/tim-hieu-get-va-post-trong-php-EoDGQqRmGbV [7] ODB II PIDs https://en.wikipedia.org/wiki/OBD-II_PIDs [8] GPS : https://vi.wikipedia.org/wiki/GPS [9] Cấu tạo hệ thống định vị GPS https://dathop.com/03-cau-tao-chinh-cua-he-thong-dinh-vi-gps/ [10]Đóng góp ngành logistics : https://laodong.vn/kinh-doanh/dua-dong-gop-cua-logistics-vao-tang-truonggdp-o-muc-45-trong-nam-2022-1033793.ldo 57 S K L 0