Đồ án của em nghiên cứu về các ứng dụng của hệ thống định vị toàn cầu GPS kết hợp với bản đồ số trực tuyến. Ứng dụng nổi bật nhất chính là hệ thống giám sát trực tuyến phương tiện giao thông. Trong phần đầu của đồ án, em trình bày lý thuyết cơ bản về hệ thống định vị toàn cầu GPS, hệ thống thông tin địa lý GIS, và hệ thống thông tin di động. Ở phần thứ hai là các bước thực hành khi thiết kế một mạch thu phát tín hiệu điển hình trong các hộp đen với giả thiết hoạt động của hệ thống như sau: Mỗi phương tiện đều được gắn một thiết bị có nhiệm vụ thu tín hiệu GPS từ vệ tinh, sau đó gửi về Server trung tâm qua mạng di động với giao thức truyền TCPIP. Ở Server trung tâm cần được kết nối mạng Internet và sử dụng một phần mềm để kết nối với thiết bị định vị, thông qua giao thức TCPIP, nhằm mục đích truyền nhận dữ liệu giữa 2 bên. Server trung tâm sẽ xử lý dữ liệu GPS nhận được từ thiết bị định vị, sau đó hiển thị thông số như tọa độ, vận tốc,...lên bản đồ số Google Maps
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI VIỆN ĐIỆN TỬ - VIỄN THÔNG ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC Đề tài: NGHIÊN CỨU THIẾT KẾ ỨNG DỤNG CỦA HỆ THỐNG ĐỊNH VỊ TOÀN CẦU GPS VÀ BẢN ĐỒ SỐ TRỰC TUYẾN Sinh viên thực hiện: NGUYỄN NGỌC HƯNG Lớp ĐT5 – K51 Giảng viên hướng dẫn: TS LÂM HỒNG THẠCH Cán phản biện: Hà Nội, 05-2011 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO CỘNG HỊA XÃ HƠI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI Độc lập - Tự - Hạnh phúc - NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Họ tên sinh viên: …………….………….…… Số hiệu sinh viên: …………… Khoá:…………………….Viện: Điện tử - Viễn thông Ngành: ……………… Đầu đề đồ án: ……………………………………………… ……………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………………………… ……… Các số liệu liệu ban đầu: …………………………………… …………………………………………… …… …………………………… ……………………………………………………………………………………………………………………………….… ……………………… …………………………………………………………………………………… Nội dung phần thuyết minh tính toán: ……………………………………………………………………………………………………………… ….……………… …………………………………………………………………………………………………………………… ….………… …………………………………………………………………………………………………………………………… ….… ………………………………………………………………………………………… Các vẽ, đồ thị ( ghi rõ loại kích thước vẽ ): ……………………………………………………………………………………………………………………… ….……… ………………………………………………………………………………………………………………… ……….……… ………………………………………………………………………………………………… Họ tên giảng viên hướng dẫn: ……………………………………………………… …………………… Ngày giao nhiệm vụ đồ án: ………………………………………………….…………… Ngày hoàn thành đồ án: ……………………………………………………………………… ……… Ngày Chủ nhiệm Bộ môn tháng năm Giảng viên hướng dẫn Sinh viên hoàn thành nộp đồ án tốt nghiệp ngày tháng năm Cán phản biện BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI BẢN NHẬN XÉT ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Họ tên sinh viên: Số hiệu sinh viên: Ngành: Khoá: Giảng viên hướng dẫn: Cán phản biện: Nội dung thiết kế tốt nghiệp: Nhận xét cán phản biện: Ngày tháng năm Cán phản biện ( Ký, ghi rõ họ tên ) TÓM TẮT ĐỒ ÁN Đồ án em nghiên cứu ứng dụng hệ thống định vị toàn cầu GPS kết hợp với đồ số trực tuyến Ứng dụng bật hệ thống giám sát trực tuyến phương tiện giao thơng Trong phần đầu đồ án, em trình bày lý thuyết hệ thống định vị toàn cầu GPS, hệ thống thông tin địa lý GIS, hệ thống thông tin di động Ở phần thứ hai bước thực hành thiết kế mạch thu phát tín hiệu điển hình hộp đen với giả thiết hoạt động hệ thống sau: Mỗi phương tiện gắn thiết bị có nhiệm vụ thu tín hiệu GPS từ vệ tinh, sau gửi Server trung tâm qua mạng di động với giao thức truyền TCP/IP Ở Server trung tâm cần kết nối mạng Internet sử dụng phần mềm để kết nối với thiết bị định vị, thông qua giao thức TCP/IP, nhằm mục đích truyền nhận liệu bên Server trung tâm xử lý liệu GPS nhận từ thiết bị định vị, sau hiển thị thơng số tọa độ, vận tốc, lên đồ số Google Maps ABSTRACT My thesis researchs the application of global positioning system GPS with digital maps online The most remarkable application is the online vehicles tracking system In the first part of the thesis, I presented the basic theory of global positioning systems GPS, geographical information systems GIS, and mobile communication systems In the second step is the practice when designing a circuit of the typical black box assuming operation of the system as follows: Each vehicle is fitted with a device which is responsible for collecting signal from GPS satellites, then sends to the server via the cellular network protocol TCP / IP At the central server is connected to the Internet and use a software to connect to the locating device, via TCP / IP, for the purpose of data transmission between two parties Central server processes the data received from GPS devices to locate and then display parameters such as coordinates, velocity, on Google Maps MỤC LỤC Trang DANH MỤC HÌNH VẼ DANH MỤC BẢNG BIỂU DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT 10 LỜI MỞ ĐẦU 11 Chương : HỆ THỐNG ĐỊNH VỊ TOÀN CẦU GPS 12 1.1 Khái Quát Hệ Thống GPS 12 1.2 Nguyên Lý Xác Định Vị Trí Của Hệ Thống GPS 14 1.3.Cấu Trúc Hệ Thống Định Vị Toàn Cầu GPS 16 1.3.1 Phân đoạn không gian (Space Segment) .17 1.3.2 Phân đoạn điều khiển (Control Segment) .18 1.3.3.Phân đoạn người sử dụng (User Segment) .19 1.4.Cấu Trúc Tín Hiệu Vệ Tinh GPS 19 1.5.Các Nguồn Gây Sai Số 20 1.6.Các Dịch Vụ GPS 22 1.6.1.Dân - Dịch vụ định vị tiêu chuẩn SPS .22 1.6.2.Quân - Dịch vụ định vị xác PPS 23 1.6.3.GPS vi sai DGPS 23 Chương : GIỚI THIỆU HỆ THỐNG THÔNG TIN ĐỊA LÝ GIS VÀ HỆ THỐNG THÔNG TIN DI ĐỘNG .24 2.1.Giới Thiệu Về Hệ Thống Thông Tin Địa Lý GIS 24 2.1.1.Tổng quan hệ thống thông tin địa lý GIS 24 2.1.2.Xây dựng GIS 25 2.1.3.Các cách nhìn GIS .26 2.1.4.Cơ sở liệu địa lý 27 2.1.3.Ứng dụng GIS Việt Nam 29 2.1.4.Giới thiệu đồ số Google Maps 31 2.2.Khái Quát Về Các Hệ Thống Thông Tin Di Động .36 2.2.1.Hệ thống GSM .36 2.2.2.Dịch vụ vơ tuyến gói chung GPRS 41 Chương : KHÁI QUÁT CÁC HỆ THỐNG QUẢN LÝ PHƯƠNG TIỆN GIAO THÔNG 45 Page 3.1 Sơ Đồ Hệ Thống 45 3.2 Hoạt Động Của Hệ Thống 47 3.3 Các Chức Năng Của Hệ Thống 48 3.3.1.Giám sát trực tuyến phương tiện giao thông 49 3.3.2.Hệ thống báo cáo thống kê .51 3.4.Phân Tích Lợi Ích Của Việc Sử Dụng Hệ Thống Quản Lý Phương Tiện Giao Thông 53 3.5 Ứng Dụng .55 3.6.Nghị Định 91/2009 Về Quy Định Thời Hạn Ơtơ Phải Lắp Đặt Hộp Đen 55 Chương : THIẾT KẾ MẠCH THU PHÁT TÍN HIỆU 60 4.1.Lý Thuyết 60 4.1.1.Nguyên lý hoạt động hệ thống 60 4.1.2.Sơ đồ nguyên lý 61 4.2.Giới Thiệu Các Linh Kiện Chính 64 4.2.1.Giới thiệu vi điều khiển AT Mega 128 64 4.2.2.Giới thiệu Module SIM5218A tập lệnh AT 74 4.3.Giao Thức NMEA0183 80 4.3.Lắp Đặt Mạch Và Lập Trình Cho Vi Điều Khiển 82 4.3.1.Sơ đồ mạch in .82 4.3.2 Lập trình cho vi điều khiển AVR 83 4.4.Kiểm Thử Và Nghiên Cứu Hướng Phát Triển Thiết Bị 84 Chương : THIẾT KẾ PHẦN MỀM CHO SERVER 86 Nguyên Lý Thiết Kế : .86 5.1.Lập Trình Cho Web Hiển Thị Google Maps .86 5.2.Lập Trình Giao Tiếp Với Module Qua Giao Thức TCP/IP 90 5.2.1 Cấu hình mở NAT Port cho Modem .90 5.2.2 Lập trình nhận liệu qua giao thức TCP/IP .91 5.2.3.Lập trình tách chuỗi liệu nhận 92 5.3.Xây Dựng Cơ sở Dữ Liệu Cho Server 92 KẾT LUẬN .95 TÀI LIỆU THAM KHẢO .96 Page DANH MỤC HÌNH VẼ Trang Hình 1.1 : Các tần số hoạt động hệ thống GPS 13 Hình 1.2 : Các bước xác định vị trí máy thu 14 Hình 1.3 : Nguyên lý xác định vị trí máy thu 15 Hình 1.4 : Các phân đoạn hệ thống GPS 16 Hình 1.5: Cấu trúc phân đoạn điều khiển 18 Hình 1.6: Cấu trúc tín hiệu GPS 19 Hình 1.7 : Điều chế BPSK 20 Hình1.8: Cấu trúc hệ thống DGPS 23 Hình 2.1: Hệ thống GIS phủ Việt Nam 30 Hình 2.2 : Bản đồ số Google Maps 33 Hình 2.3 : Cấu trúc mạng GSM/GPRS 37 Hình 2.4: Cấu trúc GPRS phát triển dựa mạng GSM 42 Hình 2.5 : Mơ hình kết nối GPRS 43 Hình 3.1 : Tổng quan sơ đồ hệ thống 46 Hình 3.2 : Hoạt động hệ thống 47 Hình 4.1 : Nguyên lý hoạt động hệ thống 60 Hình 4.2 : Sơ đồ nguyên lý khối nguồn 61 Hình 4.3 : Sơ đồ nguyên lý khối xử lý hiển thị 62 Hình 4.4 : Sơ đồ nguyên lý khối SIM 63 Hình 4.5 : Sơ đồ chân vi điều khiển AVR 65 Hình 4.6 : Tổ chức nhớ AVR 67 Hình 4.7 : Cấu trúc bên AVR 69 Hình 4.8 : Thanh ghi UCSRA 71 Hình 4.9 : Thanh ghi UCSRB 72 Hình 4.10 : Thanh ghi UCSRC 73 Hình 4.11 : Sơ đồ khối SIM5218A 75 Page Hình 4.12 : Cấu trúc SIM5218A 76 Hình 4.13 : Giao tiếp với máy tính qua HyperTerminal 79 Hình 4.14 : Sơ đồ mặt (TOP) 82 Hình 4.15 : Sơ đồ mặt (BOTTOM) 82 Hình 4.16 : Hiển thị liệu GPS lệnh AT+CGPSINFO=1 84 Hình 4.17 : Hiển thị tin NMEA thu 85 Hình 5.1 : Ứng dụng tìm đường Google Maps 90 Hình 5.2 : Cấu hình mở NAT Port cho Modem Zyxel 91 Hình 5.3 : Sơ đồ quan hệ bảng 93 Hình 5.4 : Giao diện phần mềm 94 Page DANH MỤC BẢNG BIỂU Trang Bảng 4.1 : Một số chân quan trọng SIM5218A sử dụng thiết bị………… 77 Bảng 4.2 : Các lệnh AT SIM5218A sử dụng thiết bị …………… 78 Page DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT GPS Global Positioning System Hệ thống định vị toàn cầu GPRS General Packet Radio Service Dịch vụ gói vơ tuyến chung GSM Global System for Mobile Hệ thống thơng tin di động tồn cầu Communications 3G Third-Generation Technology Công nghệ truyền thông hệ thứ ba GGSN Gateway GPRS Support Nút hỗ trợ cổng GPRS SGSN Serving GPRS Support Nút hỗ trợ dịch vụ GPRS BTS Base Transceiver Station Trạm thu phát gốc BSC Base Station Controller Bộ điều khiển trạm gốc BSS Base Station Subsystem Phân hệ trạm gốc NSS Network Switching SubSystem Phân hệ chuyển mạch RSS Radio SubSystem Phân hệ vô tuyến OMS Operation and Maintenance SubSystem Phân hệ vận hành bảo dưỡng TCP/UDP Transmission Control Protocol/ User Giao thức điều khiển truyền dẫn/ Giao thức Datagram Protocol liệu gói người sử dụng IP Internet Protocol Giao thức dùng cho mạng Internet AT Attention Command Tập lệnh AT CR CARRIAGE RETURN Lệnh Enter LF Line Feed Lùi vào đầu dòng SMS Short Message Services Dịch vụ tin nhắn ngắn UART Universal Asynchronous Receiver & Truyền thông không đồng Transmitter Page 10