GIỚI THIỆU
GIỚI THIỆU
Ngày nay ứng dụng công nghệ kĩ thuật vào đời sống hằng ngày dần trở thành một xu thế và ngày càng phổ biến rộng rãi Cuộc sống hằng ngày đều gắn liền với các thiết bị công nghệ, và Internet
Hệ thống IOT ngày càng được phát triển như một giải pháp hỗ trợ cho người dùng trong thời đại kĩ thuật số, IOT sẽ giúp kết nối các đồ vật và thiết bị thông qua cảm biến phần mềm và các công nghệ khác thông qua Internet Được ứng dụng rất nhiều vào các lĩnh vực khác nhau trong cuộc sống giúp cải thiện cuộc sống của con người
Như việc ứng dụng hệ thống IOT vào các lĩnh vực trong đời sống xã hội cụ thể được sử dụng trong việc quản lý và giám sát các phương tiện cá nhân Hệ thống quản lý phương tiện cá nhân sẽ hướng đến việc quản lý và bảo vệ phương tiện cá nhân một các an toàn hơn và giúp người sử dụng giảm thiểu được rủi ro bị mất, trộm phương tiện
Với sự phát triển vượt bật của nền khoa học công nghệ hiện nay, thì việc ứng dụng chúng để phục vụ nhu cầu của con người là một điều tất yếu Do đó chúng ta phải nắm bắt và vận dụng chúng một cách có hiệu quả, để đáp ứng được nhu cầu mà chúng ta mong muốn Để cuộc sống con người ngày càng thuận tiện và ngày càng tốt hơn
Ngày nay ngày càng nhiều vụ trộm cướp diễn ra, và ngày càng biến tướng và trở nên manh động, để giải quyết vấn đề trên, nhóm đã tìm hiểu và bắt tay vào thực hiện đề tài “THIẾT KẾ HỆ THỐNG CHỐNG TRỘM XE MÁY” Dự án chúng tôi đưa ra nhằm hỗ trợ người dùng trong việc quản lý phương tiện của mình bằng các chức năng mà nhóm đã xây dựng.
MỤC TIÊU ĐỀ TÀI
Thiết kế mô hình hệ thống chống trộm cho xe máy với các chức năng gửi định vị GPS và cảnh báo tai nạn, chống trộm bằng tin nhắn Ta dùng bộ điều khiển từ xa RF để
2 bật tắt hệ thống động cơ, có nút chuyển trạng thái chống trộm khi xe không hoạt động hay tắt chức năng chống trộm khi xe đang lưu thông trên đường Khi phát hiện trộm thì hệ thống bật còi báo động xung quanh Ngoài ra bộ điều khiển từ xa RF có nút nhấn để tìm kiếm xe thông qua chuông báo
Thiết kế ứng dụng Android để xem vị trí hiện tại của xe và có thêm chức năng đăng nhập cho ứng dụng để tăng khả năng bảo mật Hệ thống hoạt động ổn định, gửi vị trí hiện tại của xe chính xác, gửi tin nhắn qua điện thoại nhanh chóng.
GIỚI HẠN CỦA ĐỀ TÀI
Định vị GPS phải xem thông qua Google Map hay qua ứng dụng Andrioid nên phải có kết nối Internet mới theo dõi để biết được vị trí Anten phải để ngoài trời, thông thoáng mới bắt được tín hiệu tốt Ở trong nhà thì khả năng bắt sóng kém hơn và phụ thuộc vào thời tiết, nếu mưa hay trời âm u thì khó bắt hơn trời nắng.
PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
Chúng tôi đã sử dụng những phương pháp như: phương pháp thu thập dữ liệu và phương pháp phân tích – tổng hợp: a) Phương pháp thu thập dữ liệu: Thông qua các trang web hướng dẫn về vi điều khiển và hệ thống nhúng b) Phương pháp phân tích – tổng hợp: Sau khi đã thu thập đầy đủ các thông tin, nội dung cần sử dụng trong đề tài, nhóm chúng tôi đã tiến hành phương pháp phân tích bằng các kiến thức và sự hiểu biết có được từ các buổi học của các môn học liên quan để ứng dụng vào đề tài.
ĐỐI TƯỢNG VÀ PHẠM VI NGHIÊN CỨU
- Kiến thức cơ bản về lập trình ESP
- Kiến thức về lập trình Android
- Kiến thức về các chuẩn giao tiếp UART, I2C
- Kết nối và sử dụng module sim (truyền nhận dữ liệu lên Firebase, gửi tin nhắn về số điện thoại di động)
- Cách thức hoạt động của cảm biến rung, cảm biến gia tốc và góc nghiêng
- Theo dõi được phương tiện thông qua GPS và ứng dụng Android.
BỐ CỤC QUYỂN BÁO CÁO
Bố cục của quyển báo cáo được chia thành những chương như sau:
CHƯƠNG 1 GIỚI THIỆU: Giới thiệu, mục tiêu, các vấn đề nghiên cứu, giải quyết trong đề tài
CHƯƠNG 2 CƠ SỞ LÝ THUYẾT: Lý thuyết về mạch điện tử, thông số kỹ thuật của các linh kiện được lựa chọn, hoạt động của linh kiện
CHƯƠNG 3 THIẾT KẾ HỆ THỐNG: Trình bày, giải thích quy trình hoạt động của các khối phần cứng Sơ đồ mạch nguyên lý, kết nối các thiết bị và tính toán thiết kế
CHƯƠNG 4 KẾT QUẢ VÀ ĐÁNH GIÁ: Trình bày kết quả thu được từ mạch thực nghiệm Thử nghiệm các trường hợp và đánh giá hệ thống, đưa ra các hình ảnh thực tế
CHƯƠNG 5 KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN: Tổng kết đề tài nghiệm thu và đưa ra kết luận về khả năng hoạt động của thiết bị trong thực tế Qua đó đưa ra những kiến nghị và đề xuất hướng phát triển của đề tài.
CƠ SỞ LÝ THUYẾT
TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG ĐỊNH VỊ TOÀN CẦU GPS
Hệ thống định vị toàn cầu (GPS) là hệ thống vệ tinh điều hướng toàn cầu cung cấp các thông tin về vị trí, vận tốc, thời gian cho các thiết bị thu GPS trên toàn cầu với độ chính xác cao dựa trên các vệ tinh được tạo thành từ ít nhất 24 vệ tinh GPS hoạt động tốt trong mọi điều kiện thời tiết, 24 giờ mỗi ngày, mọi nơi trên thế giới, không mất phí thuê hoặc phí thiết lập sử dụng GPS Ban đầu Bộ Quốc phòng Hoa Kỳ (USDOD) đưa các vệ tinh vào quỹ đạo để sử dụng cho mục đích quân sự, nhưng trong những năm
1980, những vệ tinh này đã có sẵn để sử dụng cho mục đích dân sự.[1]
Hình 2.1:Hình minh họa vệ tinh
Hệ thống GPS là sự kết hợp giữa các thành phần khác nhau, và mỗi phần sẽ có mỗi chức năng khác nhau nhưng lại hoạt động cùng nhau để cung cấp những thông tin quan trọng được thể hiện trong hình
- Phần không gian: Là thành phần quan trọng mang tính cốt lõi nhất, bao gồm
1 mạng lưới vài chục vệ tinh bay quanh trái đất ở những quỹ đạo nhất định, được tính toán để điều chỉnh và phủ sóng toàn bộ mặt đất Bất cứ điểm nào trên trái đất cũng đều có thể “ nhìn thấy” tối thiểu 4 vệ tinh
- Phần điều khiển: Là các trung tâm mặt đất, trạm giám sát và anten đặt cố định và rải rác khắp thế giới, theo dõi và điều khiển hoạt động của các vệ tinh trên
- Phần sử dụng: Bao gồm các thiết bị thu nhận và sử dụng tín hiệu GPS có mục đích bao gồm: đồng hồ, thiết bị dẫn đường hay các thiết bị theo dõi phần cứng Thiết bị này bao gồm phần cứng để thu nhận sóng, phần mềm để giải mã sóng, tính toán, và phần giao diện
Hình 2.2: Hệ thống định vị toàn cầu
Bất cứ thời điểm nào luôn có ít nhất 4 vệ tinh GPS trong tầm của hệ thống thu GPS trên mặt đất Nhiệm vụ của máy thu GPS là xác định vị trí của bốn hoặc nhiều hơn trong số các vệ tinh này, tìm ra khoảng cách đến từng vệ tinh và sử dụng thông tin này để suy ra vị trí của chính nó Hoạt động này dựa trên một nguyên tắc toán học đơn giản được gọi là trilateration Để tính toán vị trí 2-D của bạn (vĩ độ và kinh độ) và theo dõi chuyển động, máy thu GPS phải khóa được với tín hiệu của ít nhất 3 vệ tinh Với 4 vệ tinh trở lên trong trong tầm nhìn, máy thu có thể xác định vị trí 3-D của bạn (vĩ độ, kinh độ và độ cao) Nói chung, một máy thu GPS sẽ theo dõi 8 vệ tinh trở lên, nhưng điều đó phụ
6 thuộc vào thời gian trong ngày và nơi bạn đang ở trên trái đất Hình[] minh họa hoạt động của GPS.
TỔNG QUAN VỀ MẠNG GSM
GSM (Global System for Mobile Communications) là một tập hợp các tiêu chuẩn và giao thức liên lạc di động quản lý các mạng thế hệ thứ hai hoặc 2G, được phát triển và triển khai lần đầu tiên ở Châu Âu, hoạt động ở các tần số 900MHz, 1800MHz và 1900MHz Nó là một công nghệ sử dụng cho mạng thông tin di động và nó cho phép có thể chuyển vùng với nhau, cho phép người sử dụng có thể sử dụng điện thoại di động của họ ở nhiều vùng khác nhau trên thế giới GSM là chuẩn phổ biến nhất cho điện thoại di động trên thế giới, các hệ thống dịch vụ của GSM được sử dụng bởi hơn 2 tỷ người trên toàn cầu Tiêu biểu ở Việt Nam có các mạng di động GSM như mạng Viettel, Vinaphone, Mobi phone
2.2.2 Kiến trúc hệ thống GSM
Kiến trúc GSM được tạo thành từ ba hệ thống trung tâm Sau đây là các thành phần chính của kiến trúc GSM:
The network switching system (NSS): là một phần tử GSM cung cấp khả năng quản lý luồng và xử lý cuộc gọi cho các thiết bị di động di chuyển giữa các trạm gốc
Hệ thống chuyển mạch bao gồm các đơn vị chức năng:
- Mobile Services Switching Center (MSC): Trung tâm chuyển mạch di động là một phần không thể thiếu trong không gian mạng trung tâm của kiến trúc mạng GSM MSC hỗ trợ chuyển đổi cuộc gọi giữa điện thoại di động và người dùng mạng cố định hoặc di động khác Nó cũng giám sát các dịch vụ di động, bao gồm đăng ký, cập nhật vị trí và chuyển tiếp cuộc gọi tới người dùng chuyển vùng
- Home Location Register (HLR): Nó là một tập hợp các mục dữ liệu được sử dụng để lưu trữ và quản lý đăng ký Nó cung cấp dữ liệu cho từng người tiêu dùng cũng như vị trí được biết đến cuối cùng của họ HLR được coi là cơ sở dữ liệu quan trọng nhất vì nó lưu giữ các bản ghi lâu dài về người dùng Khi một
7 người mua tư cách thành viên từ một trong các nhà khai thác, họ sẽ được gia nhập HLR của nhà điều hành đó
- Visitor Location Register (VLR): VLR là cơ sở dữ liệu cung cấp thông tin thuê bao cần thiết cho MSC để phục vụ hành khách Điều này bao gồm một phiên bản ngắn hạn của hầu hết dữ liệu được lưu trữ trong HLR Thanh ghi vị trí khách truy cập cũng có thể được chạy như một chương trình độc lập, nhưng nó thường được cài đặt như một thành phần của MSC
- Equipment Identity Register (EIR): Đây là thành phần xác định xem một người có thể sử dụng thiết bị di động cụ thể trên hệ thống hay không Điều này bao gồm một danh sách mọi thiết bị di động đang hoạt động trên hệ thống, với mỗi thiết bị di động được nhận dạng bằng số Nhận dạng thiết bị di động quốc tế (IMEI) của riêng nó
- Authentication Center (AuC): AUC là đơn vị cung cấp các yếu tố xác minh và mã hóa để đảm bảo danh tính của người dùng và quyền riêng tư của mọi cuộc gọi Trung tâm xác minh là một tệp bảo mật chứa khóa cá nhân của người dùng trong thẻ SIM AUC bảo vệ các nhà khai thác mạng khỏi nhiều loại gian lận phổ biến trong thế giới di động hiện đại
- Equipment Identity Register (EIR): Đây là thành phần xác định xem một người có thể sử dụng thiết bị di động cụ thể trên hệ thống hay không Điều này bao gồm một danh sách mọi thiết bị di động đang hoạt động trên hệ thống, với mỗi thiết bị di động được nhận dạng bằng số Nhận dạng thiết bị di động quốc tế (IMEI) của riêng nó
- Authentication Center (AuC): AUC là đơn vị cung cấp các yếu tố xác minh và mã hóa để đảm bảo danh tính của người dùng và quyền riêng tư của mọi cuộc gọi Trung tâm xác minh là một tệp bảo mật chứa khóa cá nhân của người dùng trong thẻ SIM AUC bảo vệ các nhà khai thác mạng khỏi nhiều loại gian lận phổ biến trong thế giới di động hiện đại
Trạm di động là điện thoại di động có màn hình, bộ xử lý tín hiệu kỹ thuật số và bộ thu phát vô tuyến được điều chỉnh bởi thẻ SIM hoạt động trên một hệ thống Phần cứng và thẻ SIM là hai yếu tố cần thiết nhất của MS MS (Trạm di động) được công nhận
8 rộng rãi nhất bởi điện thoại di động, là thành phần của mạng thông tin di động GSM mà nhà điều hành giám sát và hoạt động
Hiện tại, kích thước của chúng đã bị thu hẹp đáng kể trong khi khả năng của chúng đã tăng vọt Ngoài ra, thời gian giữa các lần sạc đã được cải thiện đáng kể
The base station system (BSS):
Nó phục vụ như một kết nối giữa hệ thống con của mạng và trạm di động Nó bao gồm hai phần: The Base Transceiver Station (BTS) và The Base Station Controller (BSC)
The operations and support system (OSS)
Hệ thống hỗ trợ vận hành (OSS) là một phần của thiết kế mạng GSM tổng thể Điều này được liên kết với các thành phần NSS và BSC OSS chủ yếu quản lý tải lưu lượng mạng GSM và BSS Khi số lượng BS tăng lên do quy mô dân số của khách hàng, một số nhiệm vụ bảo trì được chuyển sang các trạm thu phát cơ sở, làm giảm trách nhiệm tài chính của hệ thống Mục đích cơ bản của OSS là có một bản tóm tắt mạng và hỗ trợ các tổ chức bảo trì và dịch vụ khác nhau với các thỏa thuận bảo trì định kỳ của họ
Hình 2.3: Mô hình hệ thống GSM
TỔNG QUAN VỀ SÓNG RF
Sóng RF(Radio Frequency) là bất kỳ tần số sóng điện từ nằm trong khoảng từ khoảng 3 kHz đến 300 GHz, bao gồm các tần số được sử dụng cho việc truyền thông hoặc tín hiệu radar RF thường đề cập đến dao động điện thay vì cơ học Tuy nhiên, các hệ thống RF cơ học cũng tồn tại Mặc dù tần số sóng radio là một tốc độ dao động, thuật ngữ "radio frequency" hoặc viết tắt "RF" được sử dụng như một từ đồng nghĩa cho radio
- tức là để miêu tả việc sử dụng truyền thông không dây, so với truyền thông qua dây điện Để nhận tín hiệu radio, cần sử dụng một ăng-ten Tuy nhiên, vì ăng-ten sẽ thu sóng từ hàng ngàn tín hiệu radio cùng một lúc, cần sử dụng một bộ điều chỉnh radio để điều chỉnh vào một tần số cụ thể (hoặc một dải tần số) Điều này thường được thực hiện thông qua một bộ cộng hưởng - trong dạng đơn giản nhất, một mạch với một tụ điện và một cuộn cảm tạo thành một mạch cộng hưởng Bộ cộng hưởng tăng cường dao động trong một dải tần số cụ thể, đồng thời giảm dao động ở các tần số khác nằm ngoài dải tần số đó Phương pháp khác để cô lập một tần số sóng radio cụ thể là thông qua quá mẫu (nắm được một loạt các tần số rộng) và chọn các tần số quan tâm, như làm trong radio xác định bằng phần mềm [3]
Các đặc tính và kĩ thuật quan trọng được sử dụng trong sóng RF
Trong việc điều khiển các thiết bị từ xa người ta thường sử dụng sóng RF có tần số 433Mhz hoặc 315Mhz nằm trong trong miền tần số sóng điện từ UHF và VHF Sóng UHF (Ultra-High Frequency) là sóng có dải tần số cực cao từ khoảng 400MHz-512MHz, còn sóng VHF thì có dải tần từ 136MHz-174MHz.
Thông thường trong điều khiển sử dụng sóng RF ở bộ phát, sử dụng kĩ thuật điều chế tín hiệu ASK(Amplitude Shift Keying) gọi là điều chế số theo biên độ tín hiệu.Nguyên lý hoạt động là khi truyền đi bit ”1”, nó truyền một sóng mang có biên độ lớn và muốn truyền đi bit “0”, nó truyền một sóng mang có tần số nhỏ
Loại sóng này tuân thủ các định luật phản xạ, khúc xạ, giao thoa của sóng môi trường điện và còn có khả năng đâm xuyên mạnh mẽ Cự ly truyền phụ thuộc vào nhiều
10 yếu tố: như tần số truyền(tần số càng thấp thì sóng cang truyền xa), độ ẩm không khí, công suất phát(dBm) hay độ nhạy của máy thu,…
Có 3 loại liên lạc phổ biến của sóng RF là: Simplex( đơn công, sử dụng trong điều khiển từ xa), Half-duplex(bán song công, sử dụng trong bộ đàm, ), Full- duplex(song công, sử dụng trong máy điện thoại vừa phát và vừa thu) Ưu điểm
- Truyền không dây, loại bỏ việc sử dụng dây cáp và đơn giản hóa quá trình kết nối
- Truyền được khoảng cách xa lên đến 500m(ở không gian mở)
- Khả năng truyền trong các môi trường có vật cản, và các địa hình phúc tạp
- Băng thông hạn chế,giới hạn về tốc độ truyền và khả năng truyền tải dữ liệu
- Sóng dễ bị nhiễu do có nhiều máy móc sử dụng các tần số khác nhau
- Sóng có thể bị phá do các thiết thu phát sóng khác.
GIỚI THIỆU VI ĐIỀU KHIỂN ESP32
ESP32 là bo mạch dùng vi điều khiển ESP32 Wroom 32, gồm có 2 CPU chạy với tốc độ có thể được điều chỉnh từ 80MHz đến 240MHz, đem lại sức mạnh xử lý và tính toán vô cùng mạnh mẽ cho các thiết bị nhúng Con chíp này cũng có một bộ xử lý công suất thấp được sử dụng thay cho CPU để tiết kiệm năng lượng trong khi thực hiện các tác vụ không yêu cầu nhiều sức mạnh tính toán, chẳng hạn như giám sát thiết bị ngoại vi Ngoài ra, ESP32 còn được tích hợp nhiều ngoại vi như UART, SPI, I2C… giúp nó có thể giao tiếp với các loại phần cứng khác như cảm biến, màn hình Không những thế, ESP32 còn được tích hợp wifi và Bluetooth, đem lại khả năng ứng dụng IOT và thực hiện các giao tiếp không dây
ESP32 là một dòng vi điều khiển đến từ nhà sản xuất Espressif mà người có thể dễ dàng tiếp cận và sử dụng với chi phí rẻ và được lập trình từ nhiều ngôn ngữ khác nhau:C/C++, Micro Python, Với sức mạnh xử lý mạnh mẽ hơn các dòng vi điều khiển khác, ESP32 còn được thiết kế để kết hợp với hệ điều hành FreeRTOS, mang lại khả năng làm việc đa nhiệm.Dưới đây là hình ảnh thực thế của chíp ESP32-WROOM-32
Các thông số kĩ thuật cơ bản của ESP32 [4]
- CPU: gồm 2 core low-power Xtensa 32-bit LX6 microprocessors
- Dòng tiêu thụ trung bình: 80mA(ở 3.6v)
- Sử dụng nền tảng 32 bit
- RAM: 520Kbyte SRAM, 520 KB SRAM liền chip
- Tốc bộ xung nhịp từ 80MHz đến 240MHz
Cấu trúc bên trong của vi điều khiển ESP32 Bên trong cấu trúc này bao gồm 2 CPU hoạt động độc lập là điểm rất nổi bật của dòng vi điều khiển này được thể hiện trong hình bên dưới:
Hình 2.5: Cấu trúc bên trong ESP32
Mỗi chân của ESP32 được tích hợp nhiều các chức năng khác nhau, tùy thuộc vào dự án cũng như yêu cầu của mỗi project mà mỗi chân được cấu hình thực hiện cho mục đích nhất định, hình bên dưới thể hiện sơ đồ chân cũng như vị trí của mỗi chân trên module ESP32.
CẢM BIẾN VÀ MODULE
2.5.1 Cảm biến gia tốc MPU6050
Cảm biến MPU6050 là cảm biến góc và gia tốc được sử dụng để đo gia tốc của 3 trục x,y,z và góc quay Cảm biến sử dụng chuẩn giao tiếp I2C với tần số cung clock tối đa 400KHz MPU6050 sử dụng bộ chuyển đổi tương tự - số (ADC) với độ phân giải 16- bit cho mỗi trục tọa độ và góc quay với độ chính xác cao Bên dưới là hình ảnh thực tế của cảm biến:
Hình 2.7: Cảm biến gia tốc MPU6050
- Dòng tiêu thụ trung bình: 3.9mA cho toàn bộ các hoạt động
- Khoảng giá trị cho góc quay : +/- 250,500,1000,2000 độ/giây
- Khoảng giá trị cho gia tốc góc: +/- 2g,4g,8g,16g Để có thể phát hiện được té ngã thì phải xác định được góc nghiêng theo 2 trục x và y dưới đây là công thức tính góc nghiêng của hai trục này:
- Accx: Gia tóc theo trục x (-1;1)
- Accy: Gia tóc theo trục y (-1;1)
- Accz: Gia tóc theo trục z (-1;1)
Dưới đây là bảng mô tả các chân và chức năng của các chân của cảm biến MPU6050
Bảng 2.1: Mô tả chức năng của cảm biến MPU6050
SCL Chân clock giao tiếp I2C
SDA Chân dữ liệu giao tiếp I2C
SDA Chân dữ liệu kết nối các cảm biến hỗ trợ giao diện I2C khác
SCL Chân xung kết nối các cảm biến hỗ trợ giao diện I2C khác
AD0 Bit 0 của địa chỉ I2C
Cảm biến rung SW420 được sử dụng để phát hiện các sự rụng động từ mọi góc độ, thường được ứng dụng trong các hệ thống chống trộm,cảm ứng, rung động, đo sốc Cảm biến có một biến trở cho phép điểu chỉnh ngưỡng rung Khi phát hiện rung động cảm biến kích đầu ra ở chân D0 mức cao Dưới đây là hình ảnh thực tế của cảm biến
Hình 2.8: Cảm biến rung SW420
- Biến trở điều chỉnh ngưỡng so sánh
- Chân D0: Tín hiệu ngõ ra 0 và 1
Module GPS là một module thu nhận các tin hiệu từ vệ tinh và cung cấp thông tin chính xác về vị trị (vĩ độ, kinh độ, độ cao) và thời gian,…Đặc điểm nổi bật của module là kích thước nhỏ gọn (9,7mm x 10,1mm), tiệu thụ dòng thấp, giá thành rẻ đồng thời hộ trợ nhiều hệ thống định vị DBS (hệ thống định vị Beidow) của trung quốc, GPS của Mỹ, GLONASS của Nga,….Trạng thái hoạt động của moudle được thể hiện qua đèn Led tích hợp.Dưới đây là hình ảnh thực thế của module
- Độ nhạy theo dõi : -162dBm
- Thời gian nhận tin hiệu GPS đầu tiên : 32s
Chuỗi dữ liệu đầu ra của module ATGM336H thông qua UART làm đầu ra chính và đầu ra theo định dạng giao thức NMEA0183 dưới đây là ví dụ về chuỗi đầu ra theo định dạng NMEA
Chuỗi NMEA bắt đầu bằng ký tự “$” “GPGGA” biểu thị ID tin nhắn
“143509.00” là thời gian ở định dạng UTC bao gồm giờ, phút và giây “2736.93739” là vĩ độ ở định dạng DDMM.MMMMM Ký hiệu “N” biểu thị vĩ độ bắc “08532.39905” là kinh độ ở định dạng DDDMM.MMMMM “E” biểu thị kinh độ đông “1” biểu thị cho giá trị gps được xác định thành công “8” biểu thị số lượng vệ tinh được sử dụng
“1,14” biểu thị độ pha loãng theo chiều ngang độ chính xác (HDOP) “1486.2” biểu thị độ cao so với mức nươc biển M biểu thị đơn vị đo độ cao tính bằng mét.“41,4” biểu thị sự phân tách địa lý M biểu thị các đơn vị được sử dụng bởi sự phân tách địa lý “*42” biểu thị cho cheksum trong UART
Module sim 4G SIMCOM A7600C-L1 là module 4G được sử dụng để thực hiện các cuộc gọi, sms thông qua mạng di dộng và truyền nhận dữ liệu.Module hỗ trợ các băng tần: LTE-TDD/LTE-FDD/HSPA+/GSM /GPRS/EDGE LTE CAT4 cho tốc độ tải lên tới 150Mbs, tiệu thụ dòng thấp và hoạt ổn định
Module sử dụng bộ tập lệnh AT command để điều khiển và giao tiếp với module thông qua chuẩn giao tiếp UART và chuẩn đầu ra được định dạng theo chuẩn NMEA-
0183 Dưới là hình ảnh thực tế của module:
- Điện áp hoạt động ở Vin: 4.5v~20v
- Chuẩn giao tiếp :UART/TTL
- Dòng điện hoạt động : >1A đảm bảo module hoạt động ổn định
- Bật tắt modue thông qua chân PWRKEY
- Khe cắm sim nanoSIM push-pull nhỏ gọn
Module thu RF hoạt động trên tần số 433MHz là một thiết bị nhận sóng radio có khả năng học và giải mã các tín hiệu RF trên băng tần 433MHz Module này cho phép
17 thu và xử lý dữ liệu từ các thiết bị phát RF hoạt động trong phạm vi tần số này Với khả năng học lệnh, module thu RF 433MHz có thể học và ghi lại các tín hiệu RF từ các thiết bị điều khiển từ xa, cảm biến không dây, công tắc từ xa và nhiều ứng dụng khác Sau khi học lệnh, module có thể tái tạo lại tín hiệu và gửi đi để điều khiển các thiết bị khác hoặc thực hiện các hành động tương ứng Dưới đây là hình ảnh về module RF học lệnh 433Mhz
Hình 2.11: Mạch thu RF 433Mhz
- Tần số làm việc :433Mhz
- Khoảng cách thu: 150m (Không gian mở)
Dưới đây là bảng mô tả các chân và chức năng của module học lệnh RF 433Mhz
Bảng 2.2: Mô tả các chân và chức năng của module RF 433Mhz
D0 Chân dữ liệu đầu ra
D1 Chân dữ liệu đầu ra
D2 Chân dữ liệu đầu ra
D3 Chân dữ liệu đầu ra
VT Đầu ra sáng khi nhận tín hiệu
CÁC CHUẨN TRUYỀN THÔNG GIAO TIẾP
UART (Universal Asynchronous Receiver-Transmitter) là một chuẩn truyền thông nối tiếp bất đồng bộ được sử dụng để truyền và nhận dữ liệu giữa các hệ thống mà không yêu cầu sự phân biệt chủ tớ trong đường truyền Trong giao thức UART, các thiết bị truyền và nhận được coi là ngang hàng và sử dụng hai đường truyền là TX (đường dẫn truyền) và RX (đường dẫn nhận) để thực hiện truyền và nhận dữ liệu Cả hệ thống truyền và hệ thống nhận trong UART đều phải tạo xung clock với cùng tần số để đảm bảo đồng bộ trong quá trình truyền dữ liệu
Nếu không có sự đồng bộ này, có thể gây ra sai lệch trong dữ liệu truyền đi Tóm lại, UART là một chuẩn truyền thông nối tiếp bất đồng bộ được sử dụng để truyền và nhận dữ liệu giữa các hệ thống Nó không yêu cầu sự phân biệt chủ tớ và sử dụng hai đường truyền TX và RX Đồng thời, cả truyền và nhận đều cần tạo xung clock đồng bộ để đảm bảo tính chính xác của dữ liệu truyền đi
Trong giao tiếp UART, có các thông số cơ bản quan trọng như sau:
- Tốc độ baud (Baud rate): Đây là số bit được truyền đi trong một giây Tốc độ baud phải được đồng bộ hóa giữa các thiết bị truyền và nhận để đảm bảo giao tiếp chính xác
- Khung truyền (Frame): Khung truyền xác định số bit và ý nghĩa của từng bit trong quá trình truyền và nhận dữ liệu
- Bit bắt đầu (Start bit): Đây là bit đầu tiên của khung truyền, có nhiệm vụ thông báo cho thiết bị nhận bắt đầu quá trình truyền dữ liệu
- Dữ liệu (Data): Dữ liệu cần truyền được chứa trong các bit sau bit bắt đầu Bit có trọng số nhỏ nhất (LSB) được truyền trước, trong khi bit có trọng số lớn nhất (MSB) được truyền cuối cùng
- Bit parity (Bit kiểm tra chẵn lẻ): Đây là bit được sử dụng để phát hiện lỗi trong quá trình truyền dữ liệu Nó có thể được đặt để kiểm tra tính chẵn (even parity) hoặc tính lẻ (odd parity) của số lượng bit 1 trong khung truyền
- Bit kết thúc (Stop bit): Đây là bit cuối cùng trong khung truyền, được sử dụng để thông báo cho thiết bị nhận biết rằng dữ liệu đã được truyền xong Bit kết thúc là bắt buộc trong mỗi khung truyền
Trên đây là những thông số cơ bản trong giao tiếp UART, giúp định rõ cách truyền và nhận dữ liệu giữa các thiết bị [10]
Giao tiếp I2C (Inter-Integrated Circuit) là một chuẩn giao tiếp nối tiếp đồng bộ được sử dụng để truyền và nhận dữ liệu giữa các thiết bị trong một hệ thống Nó được thiết kế để đơn giản hóa việc kết nối các linh kiện và đảm bảo hiệu quả trong việc truyền thông giữa chúng
Giao tiếp I2C sử dụng hai đường dây chính:
- SDA (Serial Data Line): Đường truyền dữ liệu chuỗi Đây là đường dữ liệu hai chiều được sử dụng để truyền và nhận các bit dữ liệu
- SCL (Serial Clock Line): Đường xung đồng hồ chuỗi Đây là đường dẫn xung đồng hồ được sử dụng để đồng bộ hoá truyền thông giữa các thiết bị
Dưới đây là mô hình thể hiện chuẩn giao tiếp I2C:
Trong giao tiếp I2C, các thiết bị được kết nối theo mô hình chủ tớ (master-slave) Một thiết bị chủ (master) điều khiển quá trình truyền thông và có khả năng gửi lệnh và nhận dữ liệu từ các thiết bị tớ (slave) Các thiết bị tớ chỉ thực hiện các hành động theo lệnh từ thiết bị chủ Giao tiếp I2C sử dụng một cơ chế truyền thông đồng bộ, trong đó mỗi bit dữ liệu được truyền đi hoặc nhận với tốc độ cố định được điều khiển bởi đường xung đồng hồ SCL
Trong quá trình truyền, dữ liệu được đóng gói thành các khung truyền có địa chỉ đích để xác định thiết bị nhận Mỗi thiết bị trong mạng I2C có một địa chỉ duy nhất, cho phép thiết bị chủ xác định thiết bị mục tiêu khi truyền hoặc nhận dữ liệu Điều này cho phép nhiều thiết bị khác nhau cùng tồn tại trên cùng một đường truyền Giao tiếp I2C được sử dụng rộng rãi trong việc kết nối các linh kiện như cảm biến, bộ nhớ, bộ điều khiển và các thiết bị ngoại vi khác trong các ứng dụng nhúng và IoT (Internet of Things)
Nó mang lại sự đơn giản, linh hoạt và hiệu quả trong việc truyền thông giữa các thiết bị trong một hệ thống [11].
THIẾT KẾ HỆ THỐNG
THIẾT KẾ PHẦN CỨNG CHO HỆ THỐNG
3.1.1 Yêu cầu của hệ thống
- Định vị được vị trí hiện tại của phương tiện thông qua tin nhắn từ số điện thoại đã đăng kí
- Kết nối và truyền được dữ liệu GPS lên Firebase
- Chuông báo (khi chuyển sang chế độ chống trộm) khi có tác động vật lý vào xe
- Điều khiển được Relay ngắt xe thông qua Remote RF và tin nhắn điện thoại (đã đăng ký)
- Gửi được tin nhắn,thực hiện cuộc gọi và vị trí hiện tại của xe máy đến số điện thoại (đã đăng ký) khi xảy ra trường hợp té ngã
- Tìm kiếm được vị trí của xe thông qua Remote RF và chuông báo
3.1.2 Sơ đồ đặt tả của hệ thống
Từ các chức năng đặt ra ta có sơ đồ khối hệ thống như sau:
Hình 3.1: Sơ đồ khối hệ thống Chức năng của từng khối:
- Khối nguồn: có chức năng cung cấp nguồn cho hệ thống hoạt động hoặc cho những khối khác hoạt động
- Khối điều khiển trung tâm: là nơi ESP32 điều khiển hoạt động của các khối cảm biến thực hiện các thuật toán và xử lý dữ liệu Đồng thời, khối này còn điều khiển khối truyền nhận dữ liệu giao tiếp với người dùng
- Khối cảm biến: gồm cảm biến rung SW420 được sử dụng vào mục đích chống trộm và cảm biến góc nghiêng GY-521 MPU6050 được sử dụng để tính toán góc nghiêng và gửi lại dữ liệu cho khối xử lý trung tâm
- Khối RF: được sử dụng để thu tín hiệu RF từ Remote RF để kích hoạt các chế độ được sử dụng trong khối xử lý trung tâm
- Khối Module SIM: được sử dụng để giao tiếp với người dùng bằng tin nhắn điện thoại và đẩy dữ liệu từ khối xử lý trung tâm bằng sim vật lý của điện thoại
- Khối GPS: được sử dụng để xác định vị trí của thiết bị và gửi giá trị tới khối điều khiển trung tâm
- Khối thông báo: khối này có chức năng thông báo qua còi buzzer trong các trường hợp tìm kiếm phương tiện, hoặc chỉnh sang chế độ chống trộm
- Khối Relay: được sử dụng để đóng ngắt thiết bị thông qua tín hiệu từ Remote RF hoặc từ khối xử lý trung tâm.
THIẾT KẾ TỪNG KHỐI
Dựa theo thiết kế và mục đích của hệ thống nhóm đã chọn cảm biến rung SW420 được dùng để chống trộm, và cảm biến GY-521 MPU6050 được sử dụng để tính toán góc nghiêng và nhận diện té ngã
Cảm biến rung SW420 có 3 chân kết nối gồm chân Vcc, GND, và chân digital out
Hình 3.2: Cảm biến rung SW420
Dữ liệu đầu ra của cảm biến rung là tín hiệu digital, khi có tác động vật lý cảm biến sẽ xuất ra tín hiệu số và truyền tới khối xử lý trung tâm
Cảm biến gia tốc GY-521 MPU6050
Cảm biến MPU6050 sử dụng 3 trục cảm biến điện dung, với một khối vật thể nằm bên trong 3 trục cảm biến Khối vật thể sẽ di chuyển tương đối với các cảm biến điện dung, các cảm biến sẽ ghi nhận các giá trị và gửi đến bộ chuyển đổi tương tự sang số ADC để chuyển đổi các giá trị gia tốc sang tín hiệu số và gửi dữ liệu đầu ra thông quachuẩn giao tiếp I2C Có thể cài đặt khoảng giá trị đo được của cảm biến từ ±2g đến ±16g với tối đa 16 bit giá trị cho 1 trục cảm biến
Hình 3.3: Cảm biến góc nghiêng GY-521 MPU6050
Khối GPS chỉ có một GPS ATGM336H GPS Dual-Mode Module, được sử dụng để bắt tín hiệu từ vệ tinh và gửi về cho khối xử lý trung tâm Thiết bị gồm nhiều kênh theo dõi và có thể nhận được từ nhiều hệ thống định vị vệ tinh khác nhau Có độ nhạy khá cao, tiết kiệm điện năng và kích thước nhỏ Sử dụng giao thức UART để giao tiếp với khối xử lý trung tâm
Hình 3.4: GPS ATGM336H GPS 3.2.3 Khối chuông báo
Khối chuông báo sử dụng còi buzzer 5V, khi có tín hiệu RF trong trường hợp tìm kiếm xe khối xử lý trung tâm sẽ cấp điện áp 5V và khuếch đại dòng thông qua transistor và còi phát ra tiếng cảnh báo cho người sở hữu phương tiện hoặc khi chuyển sang chế độ chống trộm cảm biến rung phát hiện được tác động vật lý tác động vào phương tiện sẽ truyền tín hiệu qua khối xử lý trung tâm và khối xử lý trung tâm sẽ truyền tín hiệu mức cao đến chân tín hiệu kết nối với loa buzzer
3.2.4 Khối truyền nhận dữ liệu (Module SIM)
Với yêu cầu giao tiếp với người dùng để thông báo cũng như tương tác, chúng tôi chọn module sim 4G (Module SIM A7600C) để có thể hỗ trợ và tương tác được với sim vật lý của người dùng Với việc sử dụng cách thức này chúng ta có thể ứng dụng ở nhiều nơi với khoảng cách xa mà cơ sở hạ tầng mạng có sẵn ở nước ta có thể phủ sóng tới Không bị giới hạn bởi khoảng cách địa lý như sóng Wifi hay Lora ngoài ra hiện nay có rất nhiều ứng dụng hỗ trợ nạp tiền trực tiếp thông qua bên thứ 3, dẫn đến việc chúng ta cũng không cần thao tác trực tiếp như trước Với tốc độ của module 4G là lựa chọn phù hợp cho việc gửi dữ liệu về vị trí lên Firebase cho việc theo dõi
Hình 3.6: Sơ đồ khối kết nối Module SIM A7600C 3.2.5 Khối Relay
Khối Relay được ứng dụng làm công tắc điện sử dụng để ngắt điện động cơ của phương tiện khi có tín hiệu từ khối xử lý trung tâm và báo hiệu cho người dùng thông qua một led hiển thị on/off
Hình 3.7: Sơ đồ khối kết nối Relay 3.2.6 Khối RF
Với yêu cầu thao tác với phương tiện thông qua remote từ xa (Remote RF), nhóm đã chọn mạch thu RF 433Mhz 4 kênh để thu tín hiệu RF từ remote và phát tín hiệu đến
26 khối xử lý trung tâm để chọn các chức năng như tìm phương tiện kích hoạt chế độ chống trộm, đóng ngắt Relay cho chức năng phòng cướp, bằng thao tác thông qua remote
Hình 3.8: Sơ đồ kết nối RF 3.2.7 Khối xử lý trung tâm(ESP32)
Chọn module ESP32 để điều khiển mọi hoạt động của hệ thống Module ESP32 có giá thành rẻ hơn so với các loại chip khác trên thị trường hiện nay, ngoài ra, module ESP32 có tốc độ xử lý nhanh, tích hoạt sẵn nhiều ngoại vi và chuẩn giao tiếp Cho phép hỗ trợ nhiều chân kết nối ngoại vi một cách đơn giản và dễ dàng
Hình 3.9: Sơ đồ kết nối ESP32
Hệ thống gồm có những thiết bị và thông số về điện như bảng sau:
Bảng 3.1: Bảng tính toán khối nguồn cung cấp cho mạch hoạt động
STT Tên Linh kiện Điện áp Cung cấp Dòng tiêu thụ
4 Cảm biến rung SW420 (x1) 5V 15mA
5 Cảm biến góc nghiêng GY-521
9 Học lệnh RF433 Mhz 5V 15mA
Tổng dòng điện cung cấp cho mạch để hoạt động toàn bộ các chức năng:
Nguồn điện cung cấp cho hệ thống là Pin ắc quy 12v trên xe máy, thì nhóm lựa chọn sử dụng mạch hạ áp LM2596 với điện áp ngõ ra ổn định mức 5V-3A đủ để cung cấp cho hệ thống hoạt động
Hình 3.10: Sơ đồ kết nối mạch hạ áp LM2596
SƠ ĐỒ NGUYÊN LÝ TOÀN MẠCH
Sau khi thiết kế và tính toán các khối trong hệ thống, và kết hợp lại thành một khối thống nhất Sau đó chúng tôi đúc kết được sơ đồ nguyên lý của toàn hệ thống như sau:
Hình 3.11: Sơ đồ nguyên lý toàn mạch
Nguyên lý hoạt động của toàn mạch:
Nguyên lý hoạt động của thiết bị là sự kết hợp của nhiều khối trong hệ thống Dựa trên các thay đổi từ cảm biến thiết bị có thể cảnh báo được cho người sử dựng thông qua chuông báo và tin nhắn điện thoại Cho các trường hợp cụ thể như chống trộm và cảnh báo té ngã Chống trộm bằng cảm biến rung để phát hiện tác động vật lý vào phương tiện, hoặc khi xảy ra trường hợp tai nạn hệ thống sẽ gửi tin nhắn điện thoại và gọi điện đến số điện thoại đã đăng ký Đồng thời thiết bị cũng sẽ tương tác được với người dùng thông qua module sim, người dùng có thể tương tác trực tiếp với thiết bị thông qua tin nhắn của điện thoại, và có thể bật tắt được động cơ thông qua tin nhắn động cơ hoặc với remote với những tính năng trên hệ thống sẽ có thêm chức năng chống cướp Ngoài ra hệ thống cũng đi kèm với chuông báo với các tính năng như tìm phương tiện hoặc thiết lập chế độ (chế độ chống trộm)
Thiết bị được tích hợp với GPS để có thể định vị được tương đối chính xác vị trí của phương tiện, giúp cho người thân cũng như chủ sở hửu có thể biết được vị trí của phương tiện, qua đó người thân có thể biết được khi người sử dụng phương tiện cài đặt thiết bị gặp tai nạn, hoặc chủ sở hữu có thể tìm được phương tiện của mình mốt cách tương đối dễ dàng
LƯU ĐỒ GIẢI THUẬT
3.4.1 Lưu đồ của hệ thống
Hình 3.12: Lưu đồ của hệ thống
Hệ thống được chia thành nhiều chương trình con khác nhau để phục vụ từng chức năng cụ thể theo yêu cầu được đặt ra như: Chương trình đăng kí số điện thoại, chương trình tìm kiếm xe trong bãi đỗ, chương trình cảnh báo khi có va chạm vào xe máy,
31 chương trình cảnh bão té ngã, chương trình ngắt xe, chương theo dõi vị trí hiện tại, chương trình theo dõi vị trí liên tục
Chương trình được viết bằng ngôn ngữ C/C++ và có thêm một số thư viện hỗ trợ cho quá trình đọc giá trị GPS, giao tiếp I2C, thư viện đọc và ghi bộ nhớ Flash của ESP32
Sau khi khởi tạo các Module SIM A7600c, GPS, MPU6050, Relay, Buzzer, RF433Mhz và các giao thức I2C, UART Chương trình lúc này cho phép người dùng tương tác với hệ thống, người dùng có thể tiến hành đăng kí số thoại của chủ sở hửu xe máy phương tiện vào hệ thống, số điện thoại được đăng kí sẽ lưu vào bộ nhớ Flash của ESP32 Sau khi đăng kí thành công thì các chức năng như ngắt xe, gửi vị trí, cánh bảo té ngã mới có hiệu lực Cụ thể các chức năng thực hiện sẽ được minh họa cụ thể bằng các lưu đồ bên dưới
3.4.2 Lưu đồ giải thuật cho các tính năng đơn giản
- Lưu đồ giải thuật cho tính năng tìm kiếm xe
Hình 3.13: Lưu đồ cho chương trình tìm kiếm xe
Chương trình tìm kiếm phương tiện sẽ ứng dụng sóng RF và chuông báo buzzer để tìm kiếm phương tiện Khi nhấn nút trên remote RF bộ thu sẽ thu được tín hiệu và xuất ra tín hiệu mức cao đển ESP32, sau đó ESP32 sẽ xuất ra tín hiệu đến chuông báo buzzer
- Lưu đồ giải thuật cho tính năng cảnh báo tác động
Hình 3.14: Lưu đồ giải thuật cho tính năng cảnh báo tác động
Chương trình phát hiện rung động sẽ ứng dụng sóng RF và chuông báo buzzer để thông báo cho chủ sở hữu, khi có tác động vật lý vào phương tiện Khi nhấn nút trên remote RF bộ thu sẽ thu được tín hiệu và xuất ra tín hiệu đển ESP32, sau đó ESP32 sẽ xuất ra tín hiệu đến chuông báo buzzer 2 lần để thông báo cho người dùng biết được đã kích hoạt chức năng Chương trình sẽ kiểm tra tín hiệu digital từ cảm biến rung SW420 khi phát hiện sự rung động chuông báo sẽ kêu liên tục trong vòng 2 giây
- Lưu đồ giải thuật cho chương trình ngắt xe
Hình 3.15: Lưu đồ giải thuật cho chương trình tắt động cơ
Chương trình tắt động sẽ sử dụng 2 phương pháp trực tiếp hoặc gián tiếp, phương pháp trực tiếp sử dụng RF để bật tắt relay thông qua remote RF, giúp cho người dùng sử dụng trong các trường hợp phòng chống trộm cướp, phương pháp gián tiếp là sử dụng tin nhắn điện thoại thông qua module sim, người dùng có thể sử dụng tin nhắn ” relay on”, hoặc “relay off”
3.4.3 Lưu đồ chương trình cảnh báo té ngã
Hình 3.16: Lưu đồ giải thuật cho chương trình cảnh báo té ngã
Chương trình sẽ đọc giá trị giá tốc của góc theo trục Ox và Oy Từ giá trị gia tốc theo hai trục đó vi xử lý ESP32 sẽ thực hiện quá trình tính toán và trả về giá trị góc Ox,
Oy Quá trình đọc và chuyển đổi sẽ được thực hiện 2s một lần để đảm phát hiện té ngã sớm
Khi giá trị tính toán lớn hơn ngưỡng đã thiết lập hệ thống sẽ gửi thông báo kèm vị trí của phương tiện, tin nhắn cảnh báo té ngã và gọi điện thoại về số điện thoại của số điện thoại được đăng ký
3.4.4 Lưu đồ chương trình theo dõi vị trí hiện tại của phương tiện
Hình 3.17: Hình lưu đồ chương trình theo dõi vị trí hiện tại
Trong lưu đồ này, chương trình sẽ kiểm tra tín hiệu nhận được từ Module SIM, và xử lý tin nhắn nhận được Nếu tin nhắn nhận được khớp với kí tự đã lập trình sẵn là
“send location” thì Module SIM sẽ gửi trả về bằng tin nhắn với nội dung là kinh độ, vĩ độ và đường dẫn vị trí tới Google Maps
3.4.5 Lưu đồ chương trình theo dõi vị trí xe liên tục
Hình 3.18: Lưu đồ chương trình theo dõi phương tiện
Module GPS sẽ hoạt động động lập, nhận tín hiệu từ vệ tinh và trả về tín hiệu tọa độ gồm có kinh độ và vĩ độ theo quy định sẵn Tuy nhiên, tọa độ GPS chỉ là hai giá trị kinh độ và vĩ độ, và hệ thống sẽ cập nhật giá trị liên tực lên Google Maps theo chế độ mà người dùng thiết lập (chế độ theo dõi liên tục 1 phút và 5 phút)
Hình 3.19: Lưu đồ giải thuật chương trình đẩy dữ liệu lên Firebase
37 Để đẩy dữ liệu Firebase chúng tôi sử dụng chức năng của module sim để đẩy dữ liệu lên bằng tập lệnh AT và giao thức HTTPS được xây dựng bởi nhà sản xuất
3.4.6 Lưu đồ giải thuật chương trình đăng kí, thêm xóa, liệt kê
Hình 3.20: Lưu đồ giải thuật chương trình phân tích tin nhắn Để có thể thao tác từ xa, hệ thống phải có một công cụ giao tiếp đó là module sim Bằng cách phân tích tin nhắn người dùng có thể tương tác với hệ thống để thiết lập các tính năng cụ thể như bật tắt relay, đăng kí thêm số điện thoại để phòng trường người đăng ký và phương tiện gặp tai nạn, hoặc tính năng xóa số điện thoại để cập nhật số mới và chỉ được quản lý bởi số điện thoại đăng ký đầu tiên Ngoài ra còn được ứng dụng vào tính năng theo dõi vị trí thông qua tin nhắn, và thiết lập chế độ theo dõi trong trường hợp bị mất cắp xe thì có thể sử dụng tính năng này để cập nhật liên tục vị trí của phương tiện trong một khoảng thời gian cố định được thiết lập.
THIẾT KẾ ỨNG DỤNG ANDROID
Android Studio là một ứng dụng hữu ích được tạo ra để hỗ trợ, cho phép chúng ta có thể tạo ra một ứng dụng android dễ dàng hơn
Hình 3.21: Giao diện phần mềm Android Studio
Với sự hỗ trợ của phần mềm, chúng tôi có thể tạo nên một phần mềm tương đối dễ dàng, bằng cách sử dụng ngôn ngữ Java, và một khung hỗ trợ giúp chúng ta quan sát được các thành phần theo khung của giao diện điện thoại.Phần mềm sẽ lấy dữ liệu từ Firebase, xuống và hiển thị trong ứng dụng
Hình 3.22: Giao diện Firebase Ứng dụng Android sẽ bao gồm các chức năng sau:
- Giao diện đăng nhập cho người dùng, ở đây mỗi người sẽ được cấp một tài khoản cố định khi sử dụng sản phẩm, và sẽ được thêm vào trong Firebase (như hình trên)
- Giao diện sử dụng gồm có bản đồ và 2 nút thao tác là nó để lấy định vị từ trên web server Firebase và nút thứ hai để chỉ đường từ vị trí của người sử dụng đến vị trí của phương tiện
KẾT QUẢ VÀ ĐÁNH GIÁ
KẾT QUẢ PHẦN CỨNG
- Sơ đồ được thiết kế và vẽ trên phần mềm Altium
- Thực hiện và thi công mạch in
- Sau khi mạch in hoàn thành sẽ kiểm tra lại xem các đường các nối đã được kết nối có vấn đề gì không (như hỡ mạch, chập mạch, thiếu đường kết nối, kết nối sai chân), sau đó tiến hành hàn chân của linh kiện lên bo mạch
Hình 4.1: Sơ đồ mạch in của thiết bị
4.1.2 Lắp ráp và kiểm tra
Hình 4.2: Mạch in 3D của hệ thống
Sau khi hoàn thành mạch in chúng tôi tiến hành lắp ráp lại linh kiện trong mạch và hàn lại chân, … dựa theo sơ đồ nguyên lý đã thiết kế lên mạch và kiểm tra lại đường mạch và điểm hàn xem có bị đứt mạch hay dính sang đường kết nối khác hay không
Hình 4.3: Mạch thi công thực tế Để giúp thiết bị dễ sử dụng, có tính thẩm mĩ và ngăn ngừa một số tác động từ bên ngoài để mạch có thể hoạt động được ổn định là lâu dài hơn, chúng tôi sẽ đóng gói thiết bị thi công đã hoàn chỉnh Chúng tôi sẽ thiết kế một hộp để chứa mô hình và tiến hành in 3D để tạo nên vỏ ngoài cho thiết bị
Hình 4.4: Vỏ ngoài cho thiết bị
Thiết bị đã được chúng tôi hoàn thiện theo yêu cầu đã đặt ra ban đầu Chúng tôi sẽ minh họa bằng các hình ảnh bên dưới
Hình 4.5:Tương tác giữa người dùng và hệ thống thông qua tin nhắn điện thoại
- Trong hình ảnh trên phần 1 là thao tác để người dùng đăng kí số điện thoại vào hệ thống bằng tin nhắn R, hệ thống sẽ lưu lại số điện thoại lại và sử dụng về sau
- Phần 2 được sử để đóng ngắt relay thông qua tin nhắn điện thoại
- Phần 3 được sử dụng để yêu cầu gửi vị trí hiện tại của phương tiện đến số điện thoại
- Phẩn 4 được thưc hiện khi xảy ra trường hợp té ngã, hệ thống sẽ tự động gửi tin nhắn đến tất cả số điện thoại đăng ký và gọi điện thoại đến
- Phần cuối cùng được dùng để theo dõi và cập nhật liên tục giá trị của GPS lên Firebase
Hình 4.6: Tương tác giữa người dùng và hệ thống thông qua tin nhắn điện thoại(2)
Ngoài ra hệ thống còn có tính năng đăng ký thêm số điện thoại và list ra những số điện thoại đã đăng ký
Hình 4.7: Kết nối relay với xe máy
Relay được kết nối với hệ thống đánh lửa trên xe, khi kích hoạt tính năng tắt động cơ, relay sẽ kéo chân của ING của IC CDI xuống đất làm cho động cơ ngưng hoạt động.
KẾT QUẢ PHẦN MỀM
- Giao diện đăng nhập người dùng
- Giao diện hệ thống gồm có 2 nút nhấn, một nút để hiển thị vị trí của phương tiện, nút thứ hai để hiển thị được quảng đường từ vị trí của thiết bị di động đến vị trí của phương tiện
Hình 4.9: Kết quả thực hiện phần mềm
Phần mềm hiển thị được vị trí của phương tiện và đường đi từ vị trí của điện thoại đến phương tiện Vị trí của phương tiện được ứng dụng liên kết tới Firebase và được cập nhật theo mode mà người dùng mong muốn Để tiết kiệm điện cho hệ thống, vị trí của thiết bị được cập nhật liên tục khi người dùng gửi tin nhắn yêu cầu.
PHÂN TÍCH KẾT QUẢ
Để tăng tính thực nghiệm và chính xác cho thiết bị, chúng tôi đã thực hiện so sánh kết quả thu được về vị trí thông qua GPS với hệ thống được sử dựng phổ biến bậc nhất hiện nay, đó chính là Google Maps
Hình 4.10: So sánh vị trí với Google Maps
Trong 10 lần thử tại cùng một vị trí thu được sai số của GPS và của định vị vị trí điện thoại theo Google Maps trong khoảng từ 0~30m Dựa vào vị trí hiện tại của người dùng, sai số có thể bị điều chỉnh, ví dụ như khi chúng ta sử dụng trong khu vực tòa nhà, trường học, … thì sai số sẽ lớn hơn vì khoảng cách giữa vị trí thu được từ thiết bị và với mặt đường sẽ ảnh hưởng đến kết quả
Bảng 4.1: Bảng kết quả kiểm nghiệm chức năng hệ thống
STT Chức năng Số lần chính xác /10 lần
Tỷ lệ chính xác Ghi chú
2 Cảnh báo té ngã 9 90% Đảm bảo sim vật lý có thể hoạt động được
5 Tìm kiếm xe 9 90% Trong phạm vi từ
ĐÁNH GIÁ
Với những yêu cầu đặt ra ban đầu như sau:
- Định vị được vị trí hiện tại của phương tiện thông qua nhận tin nhắn từ số điện thoại đã đăng kí
- Kết nối và truyền được dữ liệu GPS lên Firebase
- Chuông báo (khi chuyển sang chế độ chống trộm) khi có tác động vật lý vào xe
- Tìm kiếm được vị trí của xe thông qua Remote RF và chuông báo
- Điều khiển được Relay ngắt xe thông qua Remote RF và tin nhắn điện thoại (đã đăng ký)
- Gửi được tin nhắn,thực hiện cuộc gọi và vị trí hiện tại của xe máy đến số điện thoại (đã đăng ký) khi xảy ra trường hợp té ngã
Thiết bị được thiết kế được đặt ra nhằm phục vụ với việc bảo vệ phương tiện cá nhân cho người sử dụng Thiết bị sử dụng phương thức thông báo qua tin nhắn tiện lợi với người dùng
Giao diện ứng dụng đơn giản, dễ sử dụng và thao tác Người dùng có thể theo dõi được phương tiện và hướng đi đến vị trí của phương tiện Giúp người dùng kiểm soát được phương tiện của mình dễ dàng hơn.