Đang tải... (xem toàn văn)
ổ ếM t trong s ộ ố đó chính là việc theo dõi và giám sát con người, đặc biệt là người già và tr em.. ụ ệNội dung luận văn bao gồm 3 chương:Chương 1: Cơ sở lý thuy t ếChương 2: Thiế ết k
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI VŨ THÚY HẰNG THIẾT KẾ HỆ THỐNG GIÁM SÁT THÔNG MINH DÀNH CHO NGƯỜI CAO TUỔI VÀ TRẺ EM LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT Chuyên ngành: KỸ THUẬT VIỄN THÔNG NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC PGS.TS NGUYỄN QUỐC TRUNG HÀ NỘI - 2016 17064133930133a873fc9-55cb-4b1b-b1ed-4d6b3a1f30d7 1706413393013e375e182-db6d-49d0-a7d0-3d279d71db3e MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN I DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT II MỤC LỤC BẢNG IV MỤC LỤC HÌNH ẢNH V LỜI MỞ ĐẦU VII CHƯƠNG CƠ SỞ LÝ THUYẾT 1.1 Tổng quan luận văn 1.1.1 Tính cấp thiết 1.1.2 Các vấn đề cần giải luận văn 1.1.3 Giải pháp 1.2 Tổng quan hệ thống định vị toàn cầu 1.2.1 Giới thiệu 1.2.2 Cấu trúc hệ thống GPS 1.2.3 Cấu trúc tín hiệu GPS 1.2.4 Nguyên lý định vị GPS 11 1.2.5 Các nguồn sai số kết đo GPS 15 1.2.6 Các ứng dụng hệ thống định vị toàn cầu GPS 18 CHƯƠNG THIẾT KẾ MƠ HÌNH HỆ THỐNG 22 2.1 Mơ hình hệ thống 22 2.1.1 Sơ đồ ngữ cảnh 22 2.1.2 Sơ đồ khối hệ thống 23 2.2 Phân tích hoạt động hệ thống 24 2.3 Xây dựng phần cứng 25 2.4 Lựa chọn linh kiện sử dụng 26 2.4.1 Khối điều khiển 26 2.4.2 Khối định vị kết nối 27 2.4.3 Khối cảm biến 38 2.5 Các giao thức truyền thông khối 40 2.5.1 Truyền thông nối tiếp không đồng UART 40 2.5.2 Giao diện TWI – I2C 44 CHƯƠNG XÂY DỰNG PHẦN MỀM VÀ KẾT QUẢ THỰC NGHIỆM 49 3.1 Tổng quan môi trường lập trình 49 3.1.1 Lập trình nhúng với tảng Arduino 49 3.1.2 Net framework ASP NET 54 3.1.3 Hệ điều hành Android 59 3.2 Xây dựng lưu đồ thuật toán 64 3.2.1 Lưu đồ thuật toán phần mềm nhúng thiết bị định vị 64 3.2.2 Lưu đồ thuật tốn chương trình android 67 3.3 Kết thực nghiệm 68 3.3.1 Hình ảnh thiết bị giám sát 68 3.3.2 Hệ thống hoạt động thực tế 69 KẾT LUẬN 74 HƯỚNG PHÁT TRIỂN 75 TÀI LIỆU THAM KHẢO 76 LỜI CAM ĐOAN Tên là: Vũ Thúy Hằng Sinh ngày 15 tháng 10 năm 1990 Học viên lớp cao học Kỹ thuật Viễn thông 2014B - Trường đại học Bách Khoa Hà Nội Xin cam đoan nội dung đề tài “Thiết kế hệ thống giám sát thông minh dành cho người cao tuổi trẻ em ” tơi tự tìm hiểu, nghiên cứu thực hướng dẫn thầy giáo PGS.TS Nguyễn Quốc Trung Mọi trích dẫn tài liệu tham khảo mà tơi sử dụng có ghi rõ nguồn gốc Tơi xin hồn tồn chịu trách nhiệm lời cam đoan Hà Nội, tháng 05 năm 2016 Học viên thực Vũ Thúy Hằng I DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT GPS Global Positioning System Hệ thống định vị toàn cầu GPRS General Packet Radio Service Dịch vụ vơ tuyến gói tổng hợp LORAN LOng RAnge Navigation Hệ thống định vị Mỹ TACAN Tactical Air Navigation Hệ thống định vị Mỹ VOR/DME Very High Frequency Omnidirectional Hệ thống định vị Mỹ Range/Distance Measuring Equipment RTK Real Time Kinematic Định vị động thời gian thực PPK Postprocessing Kinematic Định vị động xử lý sau LBS Location Based Services Dịch vụ dựa vị trí PDAs Personal Digital Assistances Thiết bị kỹ thuật số hỗ trợ cá nhân GSM Global System for Mobile Hệ thống thơng tin di động tồn cầu PWM Pulse Width Modulation Điều chế độ rộng xung AT Attention Chú ý IMU Inertial Measurement Unit Đơn vị đo lường quán tính MEMS Micro ElectroMechanical Systems Hệ thống vi điện tử USART Universal Synchronous & Truyền thông nối tiếp Asynchronous Serial Reveiver and đồng không đồng LSB T itt Least Significant Bit Bit có trọng số nhỏ MSB PC Most Significant Bit Personal Computer Bit có trọng số lớn Máy tính cá nhân LCD Liquid Crystal Display Màn hình tinh thể lỏng II GUI Graphical User Interface Giao diện đồ họa người dùng MSIL Microsoft Intermediate Language Ngôn ngữ thông dịch trung gian DLL Dynamic Link Library Thư viện liên kết động XML Extensible Markup Language Ngôn ngữ liên kết siêu văn URL Uniform Resource Locator Đơn vị tài nguyên thống SQL Structured Query Language Ngôn ngữ truy vấn cấu trúc III MỤC LỤC BẢNG Trang Bảng 2.1 Các thông số kỹ thuật Arduino Fio 26 Bảng 2.2 Tập lệnh AT dành cho GPS 28 Bảng 2.3 AT+CGPSPWR - Điều khiển nguồn Module GPS 29 Bảng 2.4 AT+CGPSRST - Các chế độ khởi động lại GPS 29 Bảng 2.5 AT+CGPSINF - Lấy thông tin tọa độ .30 Bảng 2.6 AT+CGPSOUT - Điều khiển chuỗi liệu GPS NMEA 31 Bảng 2.7 Dữ liệu GPS đầu dạng $GPGGA 33 Bảng 2.8 Định dạng vị trí 34 Bảng 2.9 Dữ liệu GPS đầu dạng $GPGLL 34 Bảng 2.10 Dữ liệu GPS đầu dạng $GPGSA 35 Bảng 2.11 Dạng liệuGPS hoạt động chế độ 35 Bảng 2.12 Dạng liệu GPS hoạt động chế độ 35 Bảng 2.13 Dữ liệu GPS đầu dạng $GPGSV 36 Bảng 2.14 Dữ liệu GPS đầu dạng $GPRMC .36 Bảng 2.15 Dữ liệu GPS đầu dạng $GPVTG 37 Bảng 2.16 AT+CGPSSTATUS - Trạng thái xác định tọa độ GPS 37 IV MỤC LỤC HÌNH ẢNH Trang Hình 1.1 Hệ thống vệ tinh quay quanh trái đất Hình 1.2 Sơ đồ liên quan ba phần GPS .4 Hình 1.3 Quỹ đạo vệ tinh GPS Hình 1.4 Vị trí trạm điều khiển giám sát hệ thống GPS Hình 1.5 Cấu trúc tín hiệu vệ tinh GPS Hình 1.6 Cấu trúc liệu vệ tinh GPS .8 Hình 1.7 Cấu trúc liệu lịch vệ tinh 10 Hình 1.8 Các nguồn tác động khác gây sai số phép đo cự ly 16 Hình 2.1 Sơ đồ ngữ cảnh hệ thống 22 Hình 2.2 Sơ đồ khối phần cứng hệ thống 23 Hình 2.3 Sơ đồ khối hệ thống phần mềm .24 Hình 2.4 Module Arduino Fio 26 Hình 2.5 Ví dụ hoạt động gia tốc kế .39 Hình 2.6 Con quay hồi chuyển sử dụng hiệu ứng Coriolis 39 Hình 2.7 Truyền bit theo phương pháp song song nối tiếp 41 Hình 2.8 Khung truyền UART .43 Hình 2.9 Mạng TWI (I2C) với nhiều thiết bi 45 Hình 2.10 Tương quan xung nhịp SCL với liệu SDA 46 Hình 3.1 Board mạch Arduino 50 Hình 3.2 Mơi trường lập trình Arduino 50 Hình 3.3 Máy in 3D 51 Hình 3.4 Robot 52 Hình 3.5 Máy bay không người lái 52 Hình 3.6 Lập trình game tương tác 53 Hình 3.7 Điều khiển hiệu ứng ánh sáng 53 Hình 3.8 Q trình chuyển từ ngơn ngữ lập trình sang MSIL 55 Hình 3.9 Quá trình xử lý trang web ASP NET .58 V Hình 3.10 Quá trình xử lý tập tin ASPX 59 Hình 3.11 Nhân Linux Android 60 Hình 3.12 Thư viện lâp trình ứng dụng Android 61 Hình 3.13 Khung ứng dụng 63 Hình 3.14 Các ứng dụng Android .63 Hình 3.15 Lưu đồ thuật tốn chương trình nhúng 65 Hình 3.16 Lưu đồ chương trình đọc liệu GPS 66 Hình 3.17 Lưu đồ thuật tốn chương trình Android 67 Hình 3.18 Mặt thiết bị giám sát 68 Hình 3.19 Thiết bị giám sát sau đóng hộp 69 Hình 3.20 Khung đăng nhập 69 Hình 3.21 Giao diện hiển thị vị tri người dùng quản lý 70 Hình 3.22 Website hiển thị thông báo người dùng bị ngã .70 Hình 3.23 Trạng thái người dùng màu chữ hiển thị thay đổi 71 Hình 3.24 Theo dõi lịch sử vị trí người thân .71 Hình 3.25 Thời gian cập nhật vị trí nhấp chuột 72 Hình 3.26 Giao diện phần mềm giám sát Android .72 VI LỜI MỞ ĐẦU Ngày nay, giới thông tin ngày phát triển cách đa dạng phong phú Nhu cầu thông tin liên lạc sống ngày tăng số lượng chất lượng, địi hỏi dịch vụ ngành viễn thơng cần mở rộng Trong năm gần thông tin vệ tinh giới có bước tiến vượt bậc đáp ứng nhu cầu đời sống, đưa người nhanh chóng tiếp cận với tiến khoa học kỹ thuật Sự đời nhiều loại phương tiện tiên tiến má y bay, tàu vũ trụ đòi hỏi kỹ thuật mà hệ thống cũ khơng thể đáp ứng định vị không gian chiều, hệ thống định vị toàn cầu - GPS (Global Positioning System) đời Ở Việt Nam, ứng dụng GPS bắt đầu thử nghiệm lĩnh vực lâm nghiệp, thuỷ lợi, giao thông… Tuy nhiên ứng dụng GPS mang tính tích hợp hệ thống, phục vụ nhu cầu đặc thù xã hội chưa phổ biến Một số việc theo dõi giám sát người, đặc biệt người già trẻ em Các sản phẩm giám sát chủ yếu sản phẩm sản xuất Trung Quốc, tùy biến theo nhu cầu người sử dụng, tương thích với điều kiện Việt Nam Ngoài ra, vấn đề đặt sản phẩm chưa có cam kết đảm bảo độ bảo mật thơng tin vị trí người sử dụng Một lý sản phẩm chưa hoàn toàn hỗ trợ người dùng hiển thị vị trí cách trực quan, dẫn tới việc theo dõi gặp nhiều khó khăn Chính em lựa chọn đề tài “Thiết kế hệ thống giám sát thông minh dành cho người cao tuổi trẻ em” nhằm xây dựng hệ thống định vị, giám sát phù hợp với điều kiện nước ta, giúp người yên tâm theo dõi hoạt động người cao tuổi trẻ em gia đình dựa công nghệ GPS ứng dụng công nghệ thông tin Nội dung luận văn bao gồm chương: Chương 1: Cơ sở lý thuyết Chương 2: Thiết kế mô hình hệ thống Chương 3: Xây dựng phần mềm kết thực nghiệm VII