Thiết kế và chế tạo hệ thống chống trộm xe máy

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÀ RỊA-VŨNG TÀU VIỆN CNTT- ĐIỆN-ĐIỆN TỬ —&– ĐỀ TÀI KHOA HỌC CẤP TRƯỜNG TÊN ĐỀ TÀI: THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO HỆ THỐNG CHỐNG TRỘM XE MÁY Chủ nhiệm: Nguyễn Hoàng Dũng Hướng dẫn khoa học: ThS Phạm Chí Hiếu BÀ RỊA-VŨNG TÀU, NĂM 2018-2019 Báo cáo nghiên cứu khoa học Trường ĐHBRVT TRƯỜNG ĐH BÀ RỊA VŨNG TÀUCỘNG HOÀ XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc lập - Tự - Hạnh phúc o0o - VIỆN CNTT-ĐIỆN-ĐIỆN TỬ NHIỆM VỤ ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU Họ tên sinh viên: Nguyễn Hoàng Dũng MSSV: 13030682 Ngày, tháng, năm sinh: 24/06/1996 Nơi sinh: Vũng Tàu Chuyên Ngành: Tự động hóa I TÊN ĐỀ TÀI: Thiết kế chế tạo hệ thống chống trộm cho xe máy II NHIỆM VỤ VÀ NỘI DUNG: · Tìm hiểu Mạch Arduino UNO R3 · Đưa phương án nghiên cứu · Thiết kế chế tạo hệ thống chống trộm cho xe máy · Kiểm tra, đánh giá tính ứng dụng đề tài III NGÀY GIAO NHIỆM VỤ ĐỀ TÀI: 01/11/2018 IV NGÀY HOÀN THÀNH ĐỀ TÀI: 31/03/2019 V HỌ TÊN CÁN BỘ HƯỚNG DẪN: Th.S Phạm Chí Hiếu CÁN BỘ HƯỚNG DẪN (Ký ghi rõ họ tên) Bà Rịa - Vũng Tàu, Ngày… tháng …năm 2019 SINH VIÊN THỰC HIỆN CHÍNH (Ký ghi rõ họ tên) ThS Phạm Chí Hiếu Nguyễn Hồng Dũng PHỊNG NGHIÊN CỨU KHOA HỌC (Ký ghi rõ họ tên) TRƯỞNG VIỆN (Ký ghi rõ họ tên) TS Phan Ngọc Hoàng SVTH: Nguyễn Hoàng Dũng Báo cáo nghiên cứu khoa học Trường ĐHBRVT LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan đề tài nghiên cứu khoa học tổng quát lại kết q trình nghiên cứu tơi Các số liệu, hình ảnh, thơng tin đề tài trung thực, tơi tìm hiểu, tham khảo từ nhiều nguồn tư liệu Đề tài không chép đề tài có từ trước Nếu phát có gian lận tơi xin hồn tồn chịu trách nhiệm nội dung đề tài Trường đại học BÀ RỊA-VŨNG TÀU không liên quan đến vi phạm tác quyền, quyền gây q trình thực (nếu có) Vũng Tàu, ngày … tháng … năm 2019 Người cam đoan Nguyễn Hoàng Dũng Lời nhận xét hội đồng phản biện Chủ tịch hội đồng Phản biện Phản biện Ủy viên Lưu Hoàng Phan Thanh Hoàng Anh Châu Nguyễn Ngọc Lan Phạm Văn Tâm SVTH: Nguyễn Hoàng Dũng Báo cáo nghiên cứu khoa học Trường ĐHBRVT MỞ ĐẦU Ngày nay, phát triển mạnh mẽ khoa học công nghệ, sống người có thay đổi ngày tốt hơn, với trang thiết bị đại phục vụ cơng cơng nghiệp hố, đại hố đất nước Đặc biệt góp phần vào phát triển ngành kĩ thuật điện tử góp phần không nhỏ nghiệp xây dựng phát triển đất nước Những thiết bị điện, điện tử phát triển mạnh mẽ ứng dụng rỗng rãi đời sống sản suất Từ thời gian đầu phát triển ngành kỹ thuật điện tử cho thấy ưu việt ngày tính ưu việt ngày khẳng định thêm Những thành tựu biến tưởng chừng thành có thể, góp phần nâng cao đời sống vật chất tinh thần cho người Để góp phần làm sáng tỏ hiệu ứng dụng thực tế ngành kỹ thuật điện tử, sau thời gian học tập quý thầy cô viện giảng dạy kiến thức chuyên ngành, đồng thời giúp đỡ nhiệt tình thầy ngành Điện-Điện tử, với nổ lực thân, em nghiên cứu đề tài “thiết kế chế tạo hệ thống chống trộm cho xe máy“ thời gian, kiến thức kinh nghiệm em cịn có hạn nên khơng thể tránh khỏi sai sót Em mong giúp đỡ tham khảo ý kiến thầy cô bạn nhằm đóng góp phát triển thêm đề tài SVTH: Nguyễn Hoàng Dũng Báo cáo nghiên cứu khoa học Trường ĐHBRVT LỜI CẢM ƠN Trước bắt đầu nghiên cứu khoa học, với lòng biết ơn sâu sắc nhất, em xin cảm ơn quý thầy cô ngành Điện-Điện tử tận tình truyền đạt kiến thức giúp đỡ em trình học tập trường Đặc biệt, em xin ghi nhớ nhiệt tình thầy Phạm Chí Hiếu, người trực tiếp hướng dẫn giúp em hoàn thành đề tài Sau cùng, em xin cảm ơn người bạn đóng góp ý kiến hỗ trợ thơng tin để em hồn thiện đề tài Vũng tàu, ngày …… tháng….… năm 2019 Sinh viên thực (Ký ghi rõ họ tên) Nguyễn Hoàng Dũng SVTH: Nguyễn Hoàng Dũng Báo cáo nghiên cứu khoa học Trường ĐHBRVT MỤC LỤC Đề mục Trang NHIỆM VỤ ĐỀ TÀI LỜI CAM ĐOAN MỞ ĐẦU LỜI CẢM ƠN MỤC LỤC CHƯƠNG TỔNG QUAN 01 1.1 Nhu cầu tự động hóa Việt Nam 01 1.2 Mục tiêu đề tài ……………………………………….………… 01 1.3 Tính tối ưu đề tài 01 CHƯƠNG THIẾT BỊ VÀ CÁC GIẢI PHÁP CÔNG NGHỆ 02 2.1 Giới thiệu mạch Arduino UNO R3 …….………… ……………………… 02 2.1.1 Nguồn sử dụng …….…………………………………………… ……….… 03 2.1.2 Các chân lượng……… ……………………………………………… 03 2.1.3 Bộ nhớ sử dụng…….…………………………………………………… … 04 2.1.4 Các cổng vào/ra Arduino board ……………… ………… ……….… 04 2.1.5 Lập trình cho Arduino ……… ………………………………… ……….… 05 2.2 Module SIM800A …………………………………………….……………… 06 2.2.1 Kết nối Module SIM800A ……………………….…………….…………… 06 2.2.2 Thông số kỹ thuật module Sim800A mini V1………….……………… 07 2.2.3 Chức chân module……………….…….……………………… 08 2.3 Giới thiệu module GPS GY-NEO 6M V2………………………………… 08 2.3.1 Thông số kỹ thuật module GPS .…………………… 09 2.3.2 Chức chân module……….…………………………………… 09 2.3.3 Sơ lược GPS………………………… …… ….……………………… 10 2.3.4 Sự hoạt động GPS……………………………………………… …… 11 2.3.5 Các thành phần GPS …………… ……………….………………… 12 2.3.6 Tín hiệu GPS…… ……………….………………… ………….………… 13 SVTH: Nguyễn Hồng Dũng Báo cáo nghiên cứu khoa học Trường ĐHBRVT CHƯƠNG THIẾT KẾ MẠCH VÀ CHƯƠNG TRÌNH…… 14 3.1 Sơ đồ nguyên lý…………… ……… …… ….…………………………… 14 3.2 Sơ đồ mạch in…………… ……… …… … ….…………………… …… 14 3.3 Mơ hình thực tế…………… ……… ……………………………….……… 15 3.4 Chương trình…………… ……… …………….…………………….……… 15 CHƯƠNG KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN ĐỀ TÀI… 21 4.1 Kết luận… …………… ……… ……………… ….……………………… 21 4.1.1 Ưu điểm đề tài …….…………… ……… …… … … …………… 21 4.1.2 Nhược điểm đề tài……….………… ………….……………………… 21 4.2 Hướng phát triển…… …………… …………… ….……………………… 21 TÀI LIỆU THAM KHẢO ………………………………………………………… 22 SVTH: Nguyễn Hoàng Dũng Báo cáo nghiên cứu khoa học Trường ĐHBRVT CHƯƠNG TỔNG QUAN 1.1 Nhu cầu tự động hóa Việt Nam Tự động hóa lĩnh vực cơng nghệ quan trọng phát triển quốc gia Khi ngành phát triển ứng dụng rộng rãi góp phần cải thiện đáng kể lĩnh vực đời sống Nhưng nước ta ngành thiếu yếu quy mơ hình lẫn lực làm chủ cơng nghệ Điều làm hạn chế lớn đến phát triển đất nước Nhưng nhìn mặt tích cực hội để ngành khai thác nhu cầu lớn từ nhiều vấn đề Và nhu cầu cấp thiết mà hàng ngày thường xun xảy nước ta phịng tránh nạn trộm cắp xe gắn máy Việc có thiết bị giúp điều khiển bật tắt xe máy từ xa nhằm nâng cao khả bảo vệ tài sản mình, đồng thời định vị xe lúc nơi cần thiết 1.2 Mục tiêu đề tài - Nghiên cứu mơ hình chống trộm định vị xe máy thơng qua sóng điện thoại - Nghiên cứu sở lý thuyết để xây dựng mơ hình dựa kiến thức học lập trình - Ứng dụng công nghệ gần gũi với sống người để xây dựng lên hệ thống điều khiển từ xa 1.3 Tính tối ưu đề tài - Tạo tính tư cho sinh viên q trình nghiên cứu - Có tính linh động mở rộng cho sinh viên thiết kế mơ hình dựa sở thực tế - Mơ hình đơn giản hữu ích SVTH: Nguyễn Hoàng Dũng Báo cáo nghiên cứu khoa học Trường ĐHBRVT CHƯƠNG THIẾT BỊ VÀ CÁC GIẢI PHÁP CÔNG NGHỆ 2.1 Giới thiệu Mạch Arduino NANO Arduino NANO dòng mạch Arduino phổ biến, tiện dụng, đơn giản, lập trình trực tiếp máy tính (như Arduino Uno) đặc biệt kích thước Kích thước Arduino Nano nhỏ gọn (1.85cm x 4.3cm), thích hợp cho newbie, giá rẻ Arduino Uno dùng tất thư việt mạch Hình 2.1 Board mạch Arduino NANO Hình 2.2 Chip Atmega 328 Arduino NANO sử dụng vi điều khiển là: ATmega328 (tương tự Board Arduino Uno r3) Bộ não xử lí tác vụ đơn giản điều khiển đèn LED nhấp nháy, xử lí tín hiệu cho xe điều khiển từ xa, điều khiển động bước, điều khiển động servo, làm trạm đo nhiệt độ–độ ẩm hiển thị lên hình LCD, … hay ứng dụng khác SVTH: Nguyễn Hoàng Dũng Báo cáo nghiên cứu khoa học Trường ĐHBRVT 2.1.1 Nguồn sử dụng Arduino UNO R3 cấp nguồn 5V thông qua cổng USB cấp nguồn với điện áp khuyên dùng 7-12V DC điện áp giới hạn 6-20V Thường cấp nguồn pin 9V hợp lí bạn khơng có sẵn nguồn từ cổng USB Nếu cấp nguồn vượt ngưỡng giới hạn trên, bạn làm hỏng Arduino UNO 2.1.2 Các chân lượng GND (Ground): Cực âm nguồn điện cấp cho Arduino NANO Khi bạn dùng thiết bị sử dụng nguồn điện riêng biệt chân phải nối với 5V: Cấp điện áp 5V đầu Dòng tối đa cho phép chân 500mA 3.3V: Cấp điện áp 3.3V đầu Dòng tối đa cho phép chân 50mA Vin (Voltage Input): Để cấp nguồn cho Arduino NANO, bạn nối cực dương nguồn với chân cực âm nguồn với chân GND IOREF: Điện áp hoạt động vi điều khiển Arduino Nano đo chân Và dĩ nhiên ln 5V Mặc dù bạn không lấy nguồn 5V từ chân để sử dụng chức khơng phải cấp nguồn RESET: Việc nhấn nút Reset board để reset vi điều khiển tương đương với việc chân RESET nối với GND qua điện trở 10KΩ Lưu ý: Arduino NANO khơng có bảo vệ cắm ngược nguồn vào Do bạn phải cẩn thận, kiểm tra cực âm–dương nguồn trước cấp cho Arduino UNO Việc làm chập mạch nguồn vào Arduino NANO biến thành miếng nhựa chặn giấy, khuyên bạn nên dùng nguồn từ cổng USB Các chân 3.3V 5V Arduino chân dùng để cấp nguồn cho thiết bị khác, chân cấp nguồn vào Việc cấp nguồn sai vị trí làm hỏng board Điều khơng nhà sản xuất khuyến khích Cấp nguồn ngồi khơng qua cổng USB cho Arduino NANO với điện áp 6V làm hỏng board Cấp điện áp 13V vào chân RESET board làm hỏng vi điều khiển ATmega328 Cường độ dòng điện vào/ra tất chân Digital Analog Arduino NANO vượt 200mA làm hỏng vi điều khiển SVTH: Nguyễn Hoàng Dũng Báo cáo nghiên cứu khoa học Trường ĐHBRVT EEPROM Trên mạch có tích hợp pin dự phịng, nguồn ngắt, pin dự phịng trì 30 phút cho liệu GPS lưu trữ 2.3.1 Thông số kỹ thuật module GPS · Module GPS: Neo-6M-0-001 hãng U-Blox · Điện áp cung cấp: 3.3-5V · Giao tiếp UART TTL · Baudrate: 4800, 9600 (mặc định), 19200, 38400, 57600, 115200, 230400 · Khi chưa bắt sóng chân PPS (tương ứng với led mạch) sáng liên tục, Khi bắt sóng tương ứng led nhấp nháy Hình 2.10 Các chân Module gps neo 6m v2 2.3.2 Chức chân module · GND: Chân Mass, cấp 0V · 5V: Nguồn dương cấp 4.5~5VDC nuôi Module GPS NEO 6M V2 hoạt động · BAT: Nếu sử dụng pin Lion 3.7VDC dùng chân để cấp nguồn · PPS: Chân chức Module GPS NEO 6M V2, sau gần 1s xuất xung (có thể kết nối với led) · TXD: Chân truyền Uart TX · RXD: Chân nhận Uart RX Để sử dụng với Arduino Cần kết nối chân theo bảng sau: NEO-6M VCC GND RX TX SVTH: Nguyễn Hoàng Dũng Báo cáo nghiên cứu khoa học Trường ĐHBRVT Lưu ý quan trọng: Để module định vị cần đưa module (anten) ngồi trời chờ vịng đến phút để module thực trình thiết lập ban đầu 2.3.3 Sơ lược GPS Hệ thống Định vị Toàn cầu (tiếng Anh: Global Positioning System-GPS) hệ thống xác định vị trí dựa vị trí vệ tinh nhân tạo, Bộ Quốc phòng Hoa Kỳ thiết kế, xây dựng, vận hành quản lý Trong thời điểm, tọa độ điểm mặt đất xác định xác định khoảng cách từ điểm đến ba vệ tinh Tuy quản lý Bộ Quốc phòng Hoa Kỳ, phủ Hoa Kỳ cho phép người giới sử dụng số chức GPS miễn phí, quốc tịch Các nước Liên minh Châu Âu xây dựng Hệ thống định vị Galileo, có tính giống GPS Hoa Kỳ Hệ thống định vị toàn cầu Mỹ hệ dẫn đường dựa mạng lưới 24 vệ tinh Bộ Quốc Phòng Hoa Kỳ đặt quỹ đạo không gian Các hệ thống dẫn đường truyền thống hoạt động dựa trạm phát tín hiệu vơ tuyến điện Được biết đến nhiều hệ thống sau: LORAN – (LOng RAnge Navigation) – hoạt động giải tần 90-100 kHz chủ yếu dùng cho hàng hải, hay TACAN – (TACtical Air Navigation) – dùng cho quân đội Mỹ biến thể với độ xác thấp VOR/DME – VHF (Omnidirectional Range/Distance Measuring Equipment) – dùng cho hàng không dân dụng Gần đồng thời với lúc Mỹ phát triển GPS, Liên Xô phát triển hệ thống tương tự với tên gọi GLONASS Hiện Liên minh châu Âu phát triển hệ dẫn đường vệ tinh mang tên Galileo Trung Quốc phát triển hệ thống định vị tồn cầu mang tên Bắc Đẩu bao gồm 35 vệ tinh Ban đầu, GPS GLONASS phát triển cho mục đích quân sự, nên chúng dùng cho dân không hệ đưa đảm bảo tồn liên tục độ xác Vì chúng khơng thỏa mãn yêu cầu an toàn cho dẫn đường dân hàng không hàng hải, đặc biệt vùng thời điểm có hoạt động quân quốc gia sở hữu hệ thống Chỉ có hệ thống dẫn đường vệ tinh châu Âu Galileo (đang xây dựng) từ đầu đặt mục tiêu đáp ứng yêu cầu nghiêm ngặt dẫn đường định vị dân SVTH: Nguyễn Hoàng Dũng 10 Báo cáo nghiên cứu khoa học Trường ĐHBRVT GPS ban đầu dành cho mục đích quân sự, từ năm 1980 phủ Mỹ cho phép sử dụng dân GPS hoạt động điều kiện thời tiết, nơi Trái Đất, 24 ngày Khơng phí th bao tiền trả cho việc thiết lập sử dụng GPS phải tốn tiền không rẻ để mua thiết bị thu tín hiệu phần mềm nhúng hỗ trợ ( Giá module GPS đắt, khoảng 300k) Các máy thu GPS ngày xác, nhờ vào thiết kế nhiều kênh hoạt động song song chúng Tuy nhiên bạn phải đưa máy thu GPS đến nơi thống đãng để hoạt động thật xác 2.3.4 Sự hoạt động GPS Các vệ tinh GPS bay vòng quanh Trái Đất hai lần ngày theo quỹ đạo xác phát tín hiệu có thơng tin xuống Trái Đất Các máy thu GPS nhận thông tin phép tính lượng giác tính xác vị trí người dùng Về chất máy thu GPS so sánh thời gian tín hiệu phát từ vệ tinh với thời gian nhận chúng Sai lệch thời gian cho biết máy thu GPS cách vệ tinh bao xa Rồi với nhiều quãng cách đo tới nhiều vệ tinh máy thu tính vị trí người dùng hiển thị lên đồ điện tử máy Máy thu phải nhận tín hiệu ba vệ tinh để tính vị trí hai chiều (kinh độ vĩ độ) để theo dõi chuyển động Khi nhận tín hiệu vệ tinh máy thu tính vị trí ba chiều (kinh độ, vĩ độ độ cao) Một vị trí người dùng tính máy thu GPS tính thơng tin khác, tốc độ, hướng chuyển động, bám sát di chuyển, khoảng hành trình, quãng cách tới điểm đến, thời gian Mặt Trời mọc, lặn nhiều thứ khác Ở phần sau, tìm hiểu cách lấy thơng tin từ vệ tinh SVTH: Nguyễn Hoàng Dũng 11 Báo cáo nghiên cứu khoa học Trường ĐHBRVT 2.3.5 Các thành phần GPS GPS gồm phần chính: phần khơng gian, kiểm sốt sử dụng Khơng qn Hoa Kỳ phát triển, bảo trì vận hành phần khơng gian kiểm sốt Các vệ tinh GPS truyền tín hiệu từ không gian, máy thu GPS sử dụng tín hiệu để tính tốn vị trí không gian chiều (kinh độ, vĩ độ độ cao) thời gian a) Phần không gian Phần không gian gồm 27 vệ tinh (24 vệ tinh hoạt động vệ tinh dự phòng) nằm quỹ đạo xoay quanh trái đất Chúng cách mặt đất 20.200 km, bán kính quỹ đạo 26.600 km Chúng chuyển động ổn định quay hai vòng quỹ đạo khoảng thời gian gần 24 với vận tốc nghìn dặm/1giờ Các vệ tinh quỹ đạo bố trí cho máy thu GPS mặt đất nhìn thấy tối thiểu vệ tinh vào thời điểm Các vệ tinh cung cấp lượng Mặt Trời Chúng có nguồn pin dự phịng để trì hoạt động chạy khuất vào vùng khơng có ánh sáng Mặt Trời Các tên lửa nhỏ gắn vệ tinh giữ chúng bay quỹ đạo định b) Phần kiểm sốt Mục đích phần kiểm sốt vệ tinh hướng theo quỹ đạo thông tin thời gian xác Có trạm kiểm sốt đặt rải rác trái đất Bốn trạm kiểm soát hoạt động cách tự động, trạm kiểm sốt trung tâm Bốn trạm nhận tín hiệu liên tục từ vệ tinh gửi thông tin đến trạm kiểm soát trung tâm Tại trạm kiểm sốt trung tâm, sửa lại liệu cho kết hợp với hai an-ten khác để gửi lại thơng tin cho vệ tinh Ngồi ra, cịn trạm kiểm sốt trung tâm dự phịng sáu trạm quan sát chuyên biệt SVTH: Nguyễn Hoàng Dũng 12