Hệ thống Định vị toàn cầu gps và giám sát thiết bị bằng Điện thoại android

Sau một thời gian nghiên cứu và phát triển dễ tài, nhóm chúng em đã hoàn thành một sản phẩm hoàn chỉnh gồm một ứng dụng giám sát đối tượng được chạy trên hệ điều hành android của điện th

BO GIAO DUC VA DAO TAO TRUONG DAI HOC SU’ PHAM KY THUAT

THÀNH PHÓ HÒ CHÍ MINH

HGMUIIE

ĐỎ ÁN TÓT NGHIỆP NGÀNH KỸ THUẬT ĐIỆN - ĐIỆN TỬ

HE THONG DINH VI TOAN CAU GPS VA GIAM SAT

THIET BI BANG DIEN THOAI ANDROID

GVHD: PHAM HOANG THONG SVTH: NGUYEN PHU DUONG

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

TRUONG DAI HQC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP HÒ CHÍ MINH

KHOA ĐIỆN - ĐIỆN TỬ

BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP

FAN “<7

DO AN TOT NGHIEP

NGÀNH KỸ THUẬT ĐIỆN - ĐIỆN T TỬ

HỆ THÔNG ĐỊNH VỊ TOÀN CÂU GPS VÀ GIÁM SÁT

THIẾT BỊ BẰNG ĐIỆN THOẠI ANDROID

GVHD: ThS PHAM HOANG THONG

SVTH : NGUYEN PHU DUONG 10101025

Hệ thống định vị toàn cầu GPS GVHD: Ths Phạm Hoàng Thông,

PHẢN A GIỚI THIẾU

Hệ thống định vị toàn cầu GPS GVHD: Ths Phạm Hoàng Thông

TRUONG DH SUPHAMKYTHUAT CONG HOA XA HOI CHU NGHIA VIET NAM

Chuyên ngành: Kỹ thuật Điện - Điện tử Mã ngành: 01

HỆ đào tạo: Đại học chính quy Mã hệ: 1

II NGÀY GIAO NHIEM VU: 10/3/2014

IV.NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ: 7/07/2014

V HO VA TEN CAN BQ HUONG DAN: THS.PHẠM HOÀNG THÔNG

CAN BO HUGNG DAN BM DIEN TU CONG NGHIEP

Phan A : Giới Thiệu Trang 2

Hệ thống định vị toàn cầu GPS GVHD: Ths Phạm Hoàng Thông

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SPKT TPHCM CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM

Khoa Điện - Điện Tử Độc lập - Tự do - Hạnh phúc

Bộ Môn Điện Tử Công Nghiệp ————

—————— Tp Hồ Chí Minh, ngày tháng năm 2014

LICH TRINH THUC HIEN DO AN TÓT NGHIỆP

Hệ thống định vj toan clu GPS GVHD: Ths Pham Hoang Thông

LOIMO DAU

Công nghệ định vị toàn cầu GPS đang ngày càng phát triển và được ứng dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực trong cuộc sống như: bản đồ, thủy văn, viễn thông, an ninh Đề tài: Hệ thống định

vị toàn cầu GPS và giám sát đối tượng bằng điện thoại Android” xuất phát từ những nhu cầu cấp

thiết của thực tế Vì vậy, nhóm muốn thiết kế một hệ thống nhỏ gọn có khả năng định vị đối tượng,

và hiện thị tên google map bằng điện thoại chạy hệ điều hành Android

Sau một thời gian nghiên cứu và phát triển dễ tài, nhóm chúng em đã hoàn thành một sản phẩm hoàn chỉnh gồm một ứng dụng giám sát đối tượng được chạy trên hệ điều hành android của điện thoại dĩ đông, máy tính bàng và hai module định vị GPS Sản phẩm của nhóm đã cho ra một kết

Mặc đủ người thực hiện đề tải đã cề gàng hoàn thánh nhiệm vụ dễ dải đặt ra và đúng thời hạn

nhưng chắc chắn sẽ không tranh khỏi những thiếu sót, mong quý Thảy/Cô và các bạn sinh viên

lến đóng góp của quý Thầy/Cô và

thông cảm, Người thực hiện đề tài mong nhận được những ý

cúc bạn sinh viên,

Người thực hiện đẻ tài

NGUYÊN PHÚ DƯƠNG - PHẠM DUY PHƯỚC

—————————ễễễ

Phân A : Giới Thiệu Trang 4

Hệ thống định vị toàn cầu GPS GVHD: Ths Phạm Hoàng Thông,

LỜI CẢM ƠN

“Trước tiên, em muốn gửi lời cảm ơn sâu sắc nhất đến Ths Phạm Hoàng Thông, người đã tận tình giúp đỡ, hướng dẫn chỉ tiết và khắc phục những vướng mắc, sự cố trong quá trình nhóm nghiên cứu, thực hiện đề tài này

Em xin bảy tỏ lời cảm ơn sâu sắc đến những thầy cô giáo đã giảng dạy em trong bốn năm

qua, những kiến thức mà em nhận được trên giảng đường đại học sẽ là hành trang giúp em vững

bước trong tương lai

Em cũng muốn gửi lời cảm ơn đến các anh chị và các bạn trong nhóm, lớp đã giúp đỡ và

cho em những lời khuyên bỏ ích về chuyên môn trong quá trình nghiên cứu giúp em hoàn thành đề

tài đúng tiến độ

Cuối cũng, em muốn gửi lời cảm ơn sâu sắc đến tắt cả bạn bè, và dặc biệt là cha mẹ những

người thần luôn kịp thời động viên và giúp đỡ em vượt qua những khó khăn trong cuộc sống

Do năng lực còn hạn chế và thời gian nghiên cứu có hạn nên nhóm thực hiện đề tài khôn, tránh khỏi những thiểu sót, rất mong quý thầy cô các bạn thông cảm và cùng đóng góp ý kiến để

để lài ngày cảng hoàn thiện hơn

Xin chân thành cảm ơn!

Hệ thống định vị toàn cầu GPS GVHD: Ths Phạm Hoàng Thông

NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN

Tp.HCM,ngày tháng năm2014

Giáo viên hướng dẫn

‘Ths Pham Hoang Thong

Phân A : Giới Thiệu Trng6

Hệ thống đi GPS GVHD: Ths Pham Hoang Théng

Hệ thống GPS GVHD: Ths Pham Hoang Thong

MỤC LỤC

NỘI DUNG TRANG

PHAN A: GIOI THIEU

‘Trang bia

Nhiệm vụ đồ án

Lịch trình thực h

2.1.2.1 Phần không gian ~ Space segment:

2.1.2.2 Phin kiém soat— Control segm

2.1.2.3 Phan sit dung — User segment:

2.1.3 Hoạt động của hệ thống GPS

2.1.4 Phương trình xác định tọa độ GPS

Hệ thống định vị toàn cầu GPS GVHD: Ths Pham Hoang Théng

3ã

„26

26 26

27

28

28 28

3.144 Cầu tiie he thong GSM

3.1.5 Dich vy sd cai tien GPRS

3.4 Vị điều khiển PIC 16F887

3.4.1 Giới thiệu về vì điều khié

2.4.2 Giới thiệu về vi điều khiển PIC

2.4.3 Một số đặc tính chung của vi điều khiển PIC

é théng dinh vi toan cu GPS GVHD: Ths Phạm Hoàng Thông,

2.4.7.3 Quá trình nhận trong vi điều khiển PIC 16f887

2.4.7.4 BaudRate và Công thức tính Baud Rate

2.5 Khái quát về module sim908

2.5.1 Giới thiệu chung

2.5.2 Đặc điểm Module Sim908

2.5.3 Sơ đồ khối và chức năng

2,6 Tổng quan về hiệu ứng Hall

2.6.1 Lý thuyết v ứng Hall,

2.6.2 Giới thiệu về cám biến Hall A31441:UA

2,7 Tông quan về hệ điều hành android

64

3 Lương dẫn lập trình hướng đổi tượng cho Android

CHUONG 1 THIET KE PHAN CUNG

3.1 Sơ độ khỏi hệ thông và chức năng từng khối

3,1,1 Sơ đồ khỏi hệ thông

3.2 Thiết kế sơ đồ nguyên lí phần cứng

3.2.1 Thiết kế phàn cứng Module Sim908

3.2.1.1 Phần cứng GSM/GPRS

3.2.1.2 Phin cimg GPS

3.2.2 Thiết kế phần cứng cho vi điều khiển

3.2.3 Thiết kế khối nguồn

3.2.4 Thiết kế khối hiển thị LCD

3.2.5 Thiết kế khối đo tốc độ bằng cảm biến Hall

3.2.6 Khối lưu dữ liệu ngoài EEPROM

3.3 Sơ đồ nguyên lí và mạch in

Hệ thống định vị toàn cầu GPS SS GVHD: Ths Pham Hoang Thông

4.2.1 Khởi động module sim 85 4.2.1.1 khởi dng module GSM 85 4.2.1.2 khởi déng module GPS .86

4.2.2 Thiết lập gửi tin nhắn và cuộc gọi

4.2.3 Kết nối GPRS với Server

4.2.3.1 Kết nối

4.2.3.2 Truyền gói dữ liệu

4.3 Lập trình vị điều khiển PIC 1687 giao tiép Module sim

8,1 Phin tích yêu cầu đặt ra

5.2 Lựa chọn phương án thực hiện

S.A Lane dé pid thuật

5.4 Cải đặt chương trình

8,5 Lập trình ứng đụng hiện thị đội tượng len Google map

5.5.1 Ly Key Google Map APL

Hệ thống định vị toàn cầu GPS GVHD: Ths Phạm Hoàng Thông

Hình 2.8; Két ndi GPRS-Internet

Hinh 2.9 cfu hinh cia PIC 168887

Hình 3.10 Sodd chan PIC 161 887

Hình 3,15 Dang song truyền UART

nh 3.16: Sơ đồ khỏi bộ truyền UART

Hình 3.17 Dạng sóng nhận UART

Hinh 2.18 Sơ đồ khôi bộ nhận UART

Hinh 3.19 Thanh ghi quy định chế độ nhận

Hinh 2.20 : Board mạch Module Sim908

Hình 2.21 Sơ đồ chức năng của SIM908

Hình 2.22 Nguyên lý hiéu ứng Hall khi chưa có từ trường

Hình 2.23: nguyên lí hoạt động khi có từ trường,

Hình 2.24: Sơ đồ chân và thông số kỹ thuật của cảm biến Hall A3144EUA

Hình 2.25 Logo của hệ điều bành Android

Hình 2.26 Các thành viên của liên minh di động mở

Hình 2.27 : Kiến trúc Adroid

Hình 2.28: Giao diện tạo project mới của Eclips

Hình 2.29: Giao diện và cửa số thuộc tính trên Eelipse

Hình 2.30 : Tạo Editext và Textview trong Graphical Layout

Hình 3.1 Mô hình nguyên lí làm việc của hệ thống

Hình 3.2 sơ đồ khối của phần định vị

ệ thống định vị toàn cầu GPS GVHD: Ths Phạm Hoàng Thông

Hình 3.5: Bật nguồn cho hoạt động bằng phần mềm lập trình

Hình 3.6: Thời gian bật chế độ hoạt động của phần GSM/GPRS

'Hình 3.7: Thời gian tắt chế độ hoạt động của phần GSM/GPRS

Hình 3.8 Sơ đồ kết nối giữa module sim và đèn NETLIGHT

Hình 3.9: Mạch giao tiếp SIM Card Holder

Hình 3.10: Sơ đồ chuyển mức điện áp giao tiếp giữa PIC 16(8#7 và Module SIM908

Hình 3.11: Sơ đồ giao tiếp giữa PIC 16/887 và Module SIM908 trực tiếp

Hình 3,12: Sơ đồ thiết kế khối Module sim908

Hình 3.13: Ñơ đỗ nguyên lí của khối vị diều khiến PIC16f887

Tinh 114 Nơ đổ mắc thạch anh với vi điều khiến PỊC 16fW87

Hình 3.16: Sơ đỗ nguyên lý mạch nguồn sử dụng ÍC nguồn [M2596

Hình 3.17: Đặc tuyển V-A của ÍC nguồn xung LM2596

Hình 3 18 : Sơ đề nguyên lý kết nội LCD với vị điều kh

Hình 3.19 Sơ đề nguyên lí cảm biển Hall kết nối tạo xung ngõ ra

EEPROM với vi diéu khiến

Iình 3.31: Sơ đề nguyên lí của toàn mạch

Hinh 3.22 : mach in board chính

Hinh 3.23 : mach in khéi cém bién Hall

Hình 4.1: Quá trình gửi tin nhắn

Hình 4.2 : Lệnh kết nối GPRS giữa Sim và Server

Hình 4.3: Lệnh gửi dữ liệu qua GPRS

Hình 4.4 Lưu đồ tổng quát hoạt động của chương trình

Hinh 4.5 : Lưu đồ khởi động và cấu hình module sim908

'Hình 4.6 Lưu đồ ngắt nhận dữ liệu nói tiếp theo chuẩn UART

Hình 4.7 Lưu đồ chương trình kiểm tra module sim chấp nhận lệnh AT command

Hình 4.8 : Lưu đồ chương trình lọc ra bản tin gồm kinh độ và vĩ độ

Hình 4.9: Cấu trúc bản tin nhận từ module sim bằng lệnh AT+CGPSINF:

Hình 5.1 Lưu đồ thay đổi Activity

Hình 5.2 Lưu đồ LoginActivity

Hình 5.3 Lưu đồ MainActivity

Hình 5.4 Lưu đồ GooglemapActivity

Hình 5.5 Giao điện tiến hành cài đặt chương trình Android,

Phân A : Giới Thiệu Trang 13

Hệ thống định vị toàn cầu GPS GVHD: Ths Phạm Hoàng Thông

Hình 5.6 Giao diện cài đặt tham chiếu đến SDK

Hình 5.7 Giao diện cài đặt, update các phiên bản androi

Hình 5.8: Biểu tượng khởi động eclipse

Hình 5.9: Cách lấy SHA1

Hình 5.10 : Cách lấy Google Map API

Hình 5.11 : Thủ tục cần thiết để có được key google map

Hình 5.12: Giao diện điền SHA1 và packape của đề

Hình 5.13 : Key google mạp được google cắp thành công

Hình 5.14 : tạo projeet với phiền bản Android phù hợp với cấu hình máy

Hình §.L§ Lựa chọn android 4.2.2 để thực hiện đề tài

Hình 5.16 Giao diện thiết kế LoginAetivty

Hình 5.17: Giáo diện phần MainActivity,

Hình 6-3; Giao điện Android chạy trên MainAcuvity

Hinh 6.4: Giản sát hai phương tiện giao thông cùng lúc

Hinh 6.Š Giảm sắt một phương tiện giao thong

LIỆT KÊ BẰNG

Bang 2.1: Sơ đồ mã hóa và tốc độ dữ liệu lớn nhất trên giao diện vô tuyến

Bang 2.2: Sơ đồ chân của Module sim908

Bang 3.1: Bang trang thái làm việc của NETLIGHT

Bảng 3.2: Mức logic của chân Serial port

Bảng 3.3 : Lệnh điều khiển khối GPS

tống định vị toàn cầu GPS GVHD: Ths Pham Hoàng Thông

hơn Công nghệ định vị GPS là một trong những phát minh đã có những đóng góp to lớn trong

nhiều lĩnh vực như giao thông vận tải, hảng không, quân sự, địa chất, và ngày nay, công nghệ

GPS vẫn không ngừng phát triển để đáp ứng những như cầu của con người

Cúc giải pháp ưng đụng công nghệ định vị GPS được dưa ra trong nhiều lĩnh vực về địa chất,

thay vin, ban đồ, viễn thông, giao thông đã góp phần dem lại hiệu quả to lớn trong việc tiết kiệm thời gian, tiền bạc, công sức cho con người, đặc biệt là các chủ doanh nghiệp và nhà nước

Thiết bị định vị GPS eho taxi, xe bus, xe van tai hàng hóa, xe công trình giúp các chủ doanh

nghiệp quản lý, giám sát hệ thông xe, quá trình hoạt đông cua xe, tình trạng xe, tuyến đường đi,

đàm bảo cho xe chạy an toàn và đúng lộ trình được giao,

Nhidu nam qua, tại Việt Nam, nạn trộm cáp xe đang trở nén nhức nhỏi Trước thực trạng này,

u Một thiết bị theo dõi xe, thởi gian thực liên tục phát đi một tin hiệu sẽ giúp bạn có thế theo đối vị trí xe vào bất kỳ thời điểm nào

Vide lắp dật thiết bị định vị GPS trong xe là giải pháp th

Ngày khí có người cổ gắng khởi động xe của bạn, lập tức thiết bị sẽ gửi cho bạn một tín hiệu báo động

Hơn thể nữa, tiển bộ công nghệ đã tạo ra những thiết bị theo dõi xe rất nhỏ gọn và dễ dàng để

ï đặt riêng Chúng cho phép bạn tìm các tuyến đường khác nhau vả giúp đỡ bạn trong việc truy

tìm địa điểm nếu bạn bị lạc

Với những tính năng trên, GPS đang dần trở thành người bạn đồng hành với các cá nhân và nhiều doanh nghiệp, đặc biệt là các doanh nghiệp hoạt động trong lĩnh vực vận tải

Đặc biệt, công nghệ GPS còn được sử dụng trong khai thác dầu mỏ và khí đốt giúp quản lý tài nguyên dầu mỏ hợp lý và tiết kiệm, có thể định vị vị trí chính xác để khai thác dầu mỏ

1.2 Lí do chọn đề tài

Với sự phát triển nhanh chóng của khoa học kỹ thuật, công nghệ GPS cũng đang phát triển mạnh mẽ và đang được áp dụng trong nhiều lĩnh vực trong cuộc sống hàng ngày

Cùng với sự phát triển không ngừng của các phương tiện giao thông vận tải như máy bay, ô tô,

xe máy, đồi hỏi chủ phương tiện phải sở hữu hệ thống có khả năng giám sát phương tiện Nhu

cầu đi lại, du lich của con người ở các đất nước khác đòi hỏi cần có một hệ thống có khả năng chỉ

dẫn đường hiệu quả và nhanh chóng

————- Chương l: Dẫn nhập "Trang 16

Hệ thống định vị toàn cầu GPS GVHD: Ths Phạm Hoàng Thông

=——=———ễễễễễỄễễễềễễ

Là sinh viên chuyên ngành kỹ thuật Điện Từ, đã được các thầy cô trong trường trang bị

cho các kiến thức chuyên ngành liên quan Đồng thời với mong muốn mở mang, tìm hiểu, nghiên

cứu thêm các kiến thức về kỹ thuật công nghệ mới, tạo tiền đề cho việc phát triển các ứng dụng,

hữu ích sau này

Do đó, nhóm thực hiện đề tài mong muốn thiết kế một thiết bị nhỏ gọn ứng dụng công nghệ

định vị GPS để có thể xác định vị trí của các dối tượng di chuyển, đặc biệt là các phương tiện giao thông công cộng như xe máy, xe hơi giúp cho việc quản lí các phương tiện cá nhân một cách an

toàn và tiện lợi hơn, có thẻ thòng báo chính xác địa diém hiện tại của các phương tiện di chuyển trên các tuyển đường: với mức chỉ phí hợp lý và hiệu quả sử dụng cao

Phần một ;là phần module có khá nâng định vị toán cầu GPS được gắn vảo một đối tượng di

động hoặc cổ định ( ví dụ: xe may, 6 10, con người, một vị trí trong nhà ), module sẽ gửi thông, tìn vị trí của đổi trọng đỏ về điện thoại di động

Phần bai : là một ứng dụng Android được lập trình bởi công cụ Eclipse, có nhiệm vụ xử lý tin

nhàn SMS chứa nội dung thông tin tọa độ, thời gian, tốc đó, biển số xe Ứng dụng cho phép người

dùng có thể theo đồi được 2 phương tiện cùng một lúc

1.4 Nội dung thực hiện

Dé tài dược chia thành 2 phần chính sau:

© _ Phần module định vị:

Module định vị được gắn vào đối tượng cần giám sát, có nhiệm vụ định vị vị trí đối tượng, hiển thị tọa độ lên LCD (nếu được gắn thêm vào) và gửi thông tin vị trí: kinh độ, vĩ độ, tốc độ hiện

tại của đối tượng tới điện thoại của người dùng thông qua tin nhắn SMS

e _ Phầnứng dụng trên điện thoại di động:

"hận và xử lý bản tin tir module định vị

Hiển thị vị trí của đối tượng trên bản đồ Google maps

Hệ thống có thể giám sát được nhiều đối tượng trên cùng một điện thoại di động

Lưu lại các thông tin vị trí của đối tượng trong một cơ sở dữ liệu trên điện thoại đẻ truy vấn

lịch sử vị trí đối tượng

Bảo mật dữ liệu cho người dùng

1.5 phương pháp nghiên cứu

Hệ thống định vị toàn cầu GPS GVHD: Ths Phạm Hoàng Thông

“=—=—=———ễễễễễễễễ-—-

Giải pháp để thực hiện để tài là kết hợp sử dụng chip vi điều khiển PIC 16/887 và module

STM908 ~ một sản phẩm tích hợp hai thành phần GSM/GPRS và GPS của hãng SIMCOM

Phương pháp nghiên cứu được sử dụng trong đề tài là phương pháp tham khảo tài liệu và phương pháp thực nghiệm:

Phương pháp tham khảo tài liệu tập trung vào các vấn đề nghiên cứu, tìm hiểu công nghệ

GSM/GPS; module SIM908 cùng các tập lệnh thiết lập, điều khiển module; họ vi điều khiển PIC

khiển PIC 16f887; hệ diều hành Android trên điện thoại

kiểm tra lại những kiến thức tham khảo, những lập

trình, thiết kế thị cêng của nhóm thực hiện để tài

Ti phương pháp này được thực hiện dan xen lẫn nhau, khi thực nghiệm chưa dat được kết

quả nhự: mong muốn thì quay lại nghiên cứu, tham khảo tải liệu rồi chỉnh sửa để có được kết quả

thực nghiệm nhự mong muốn

+ ĐỒ án thực hiện bao pằm những nói cung chính như sau:

« Giới thiệu bạn đầu: Đưa ra vẫn đề cần guu quyết, xây dựng ý tường giải quyết để tái, giới thiệu

thực tiễn của nó

earn 8 ‘

tổng quan về tỉnh hình nghiên cưu hiện nay va dura ra ý n

ban dau về các vấn đề liên quan đến công

phản tỉch cấu trúc module SIM908, vi điều khiển PC 16F887, hệ điều hành Android

„ và các kiến thức liên quan đến thực hiện đề tài được trình bảy trong chương 2 (cơ sở dữ liệu)

gửi dữ liệu qua GPRS, khối hiện thị thông tin lên LCD Đồng thời tính toán, phân tích những khó

khăn và cách khắc phục chỉ tiết cho từng khối thiết kể

~ Thiết kế phần mềm: Giới thiệu cơ sở lý thuyết về lập trình: Ngôn ngữ lập trình CCS cho vi điều

khiển PIC 16F887 cũng như các tập lệnh AT cơ bản để kiểm tra cách thức hoạt động của module SIM908 và ngôn ngữ lập trình Java trên hệ điều hành Android Từ đó trình bày các phương thức

lập trình cho module gửi tọa độ định vị được đến điện thoại Android, xây dựng phần mềm hiển thị

vị trí trên bản đồ online bằng ngôn ngữ lập trình Java trên phần mềm Eclipse, tạo cơ sở dữ liệu lưu

trữ vị trí, tọa độ thu thập trong cơ sơ dữ liệu

~ Kết quả nghiên cứu thực hiện: Trình bảy những kết quả của đồ án đã thực hiện được, đánh giá và

so sánh kết quả với thực nghiệm

~ Kết luận và hướng phát triển đề tài: nêu bật những ưu, khuyết điểm của đề tài, những kiến thức và

kinh nghiệm đã thu được trong quá trình thực hiện để tài

1.7 Ý nghĩa thực tiễn

“—————ễ

Chương l: Dẫn nhập Trang 18

Hệ thống định vị toàn cầu GPS GVHD: Ths Pham Hoàng Thông

‘Thanh qua cita đề tài đã tạo ra một thiết bị có thể điều khiển và xác định được vị trí của đối tượng qua tin nhắn SMS, là nền tảng để thiết kế ra các thiết bị có ứng dụng thực tiễn hơn nữa ví dụ như theo dõi tốc độ, quãng đường đi được của đối tượng

Thành quả của đề tài là một thiết bị có khả năng giám sát từ xa thông qua mạng GSM/GPRS

có thể thông báo cho người dùng biết được vị trí của đối tượng cần giám sát với độ chính xác

và hiển thị vị trí tọa độ lên bản đỏ Google Maps thông qua chiếc điện thoại cằm tay

chạy hệ điều hành android của người dùng Tuy mới chỉ dừng ở việc hiển thị vị trí tọa độ nhưng nó

gián sắt đổi tượng trên điện thoại android” chỉ dừng lại ở việc nghiền cứu và thiết kế một thiết bị

có khả nàng định vị được đối tượng đứng yên hoặc di chuyển và hiển thị vị trí này trên bản đồ

online được xây dựng và tích hợp trên điện thoại sử dụng hệ điều hảnh Android 2.2 trở lên

Trang 19

Hệ thống định vị toàn cầu GPS GVHD: Ths Phạm Hoàng Thông

———ễễễễ——

CHUONG 2: CO SO LY THUYET

2.1 Tổng quan về GPS

2.1.1 Lịch sử hình thành và phát triển của hệ thống GPS

Thời xa xưa, con người đã biết sử dụng bản đồ, la bản, ánh sáng mặt trời, các vì sao để

định hướng, định vị vị trí trong không gian Khi các phương tiện giao thông đường bộ, đường, hàng không, đường biển, vũ trụ .ra đời và phát triển thì cách định vị cũ đã trở nên lỗi thời và

Không thể áp dụng được nữa Trước những đôi hỏi cẩn phải có một công nghệ giúp chỉ dẫn

đường chính xác, tự đồng và nhanh chóng, nhiều nhà khoa học đã dược Chính Phủ Mỹ hỗ trợ

để thực hiện dự án phát triển một hệ thống dẫn đường dựa trên các vệ tỉnh nhân tạo, hệ thống,

dnb vi tein eau GPS

GP'S (Cilobal Positionmy System) hay con duge gol la NAVSTAR (Navigation Satellite

Vining And Ranging) là hệ thông dẫn đường vệ tình dùng dé cung cap thong tin vé vj trí, tốc

độ và thời gian cho các máy tha GPS ở kháp mọi nơi trên trái đất, trong mọi thời điểm và mọi

điều kiện thôi tiết Hệ thẳng GDS có thể xác định vị trí với sai số tử vài trăm mét đến vải centimet, Tat nhiên với độ chính xác cảng cao thì cấu tạo của máy thu tín hiệu GPS cảng phức tạp và giá thành cảng cao

Bộ Quốc phòng Mỹ là cơ quan thiết kế và điều khiển hệ thống định vị toàn cầu Trong,

nhỏm những người tham gia điều hành dự án GPS của Bộ Quốc phỏng Mỹ cẳn kể tới sự đóng góp to lớn của TS Ivan Getting, người sáng lập The Aerospace Corporation, và TS Bradford

Parkinson, chi tịch hội đồng quản trị của The Aerospace Corporation.Hệ thống định vị toàn

cầu của Mỹ là hệ dẫn đường dựa trên một mạng lưới 24 quả vệ tỉnh được Bộ Quốc phòng Hoa

Kỳ đặt trên quỹ đạo không gian

Các hệ thống dẫn đường truyền thống hoạt động dựa trên các trạm phát tín hiệu vô tuyến

điện Được biết đến nhiều nhất là các hệ thống sau: LORAN — (LOng RAnge Navigation) -

hoạt động ở giải tần 90-100 kHz chủ yếu dùng cho hàng hải, hay TACAN ~ (TACtical Air ắNavigation) — dùng cho quân đội Mỹ và biến thể với độ chính xác thấp VOR/DME ~ VHF (Omnidirectional Range/Distance Measuring Equipment) — ding cho hang khéng dan dung

Gần như đồng thời với lúc Mỹ phát triển GPS, Liên Xô cũng phát triển một hệ thống

tương tự với tên gọi GLONASS Hiện nay Liên mình Châu Âu đang phát triển hệ dẫn đường

vệ tỉnh của mình mang tên Galileo Trung Quốc thì phát triển hệ thống định vị toàn cầu của mình mang tên Bắc Đầu bao gồm 35 vệ tinh

Ban dau, GPS và GLONASS đều được phát triển cho mục đích quân sự, nên mặc dù

chúng dùng được cho dân sự nhưng không hệ nào đưa ra sự đảm bảo tồn tại liên tục và độ

Chương 2: Cơ sở lý thuyết Trang 20

ống định vị toàn chu GPS GVHD: Ths Phạm Hoàng Thông

chính xác Vì thế chúng không thỏa mãn được những yêu cầu an toàn cho dẫn đường dân

sự hàng không và hàng hải, đặc biệt là tại những vùng và tại những thời điểm có hoạt động

quân sự của những quốc gia sở hữu các hệ thống đó Chỉ có hệ thống dẫn đường vệ tỉnh châu

Âu Galileo (đang được xây dựng) ngay từ đầu đã đặt mục tiêu đáp ứng các yêu cầu nghiêm

ngặt của dẫn đường và định vị dân sự

GPS ban đầu chỉ dành cho các mục dich quân sự, nhưng từ năm 1980 chính phủ Mỹ cho phép

sử dụng trong dân sự GPS hoạt động trong mọi diều kiện thời tiết, mọi nơi trên Trái Đất, 24 giờ một ngày Không mắt phí thuê bao hoặc mắt tiền trả cho việc thiết lập sử dụng GPS

nhưng phải tốn tiền không rẻ để mua thiết bị thu tín hiệu và phần mềm nhúng hỗ trợ

2.1.2 Các thành phần của GP§

GUS hiện tại gồm 3 phần chính: phần không gian, kiểm soát vả sử dụng Không quân Hoa

Kỹ phát triển, bảo trì và vận hành các phẫn không, gian vả kiếm soát vệ tỉnh GPS truyền tín

vú, và các mấy thụ CPS sử dụng các tín hiệu này để tính toán vị trí trong không

2.1.2.1 Phần không gian - Space segment:

Phần không gian gồm 27 vệ tỉnh (24 vệ tỉnh hoạt động và 3 vệ tỉnh dự phòng) nằm trên các quỹ

đạo xoay quanh trái đất Chúng cách mặt đắt 20.200 km, bán kính quỹ đạo 26.600 km Chúng chuyển động ổn định và quay hai vòng quỹ đạo trong khoảng thời gian gẦn 24 giờ với vận tốc 7 nghìn dặm một giờ Các vệ tỉnh trên quỹ đạo được bố trí sao cho các máy thu GPS trên mặt đất có

thể nhìn thấy tối thiểu 4 vệ tỉnh vào bắt kỳ thời điểm nào

Chương 2; Cơ

Trang 21

Hệ thống định vị toàn cầu GPS GVHD: Ths Phạm Hoàng Thông

vệ tỉnh giữ chúng bay đúng quỹ đạo đã định

3.1.3.2 Phần kiểm soát - Control seøment:

Mue dich trong phân này là kiểm soát vệ tính đi đúng hưởng theo quỹ đạo và thông tin thời

gian chỉnh xác, Có 5 trạm kiêm soát đật rất rác trên trái đất, Bốn trạm kiếm soát hoạt động một

cách tự động, và một trạm kiểm soát là trung tâm [Sôn trạm này nhận tín hiệu liền tục từ những vệ tình và gửi các thông tin nay đến trạm kiêm soát trung tám Tại trạm kiềm soát trung tâm, nó sẽ sửa lại dữ liệu cho dung và kết hợp với hai an-ten khác để gửi lại thông tỉn cho các vệ tính Ngoài ra, cồn một trạm kiểm soát trung tâm dự phòng và sáu trạm quan sát chuyên biệt

e

@ acperina south alice

2e hne '*Master Control Station '# Atternate Master Control Station

& GroundAntenna -À AFSCN Remote Tracking Station

'®Air Force Monitor Station @ NGA Monitor Station

Hinh 2.3: Phan kiém soat trén mat đất

Trạm trung tâm cũng có thể truy cập từ các Ang-ten mat dit cia U.S Air Force Satellite

Control Network (AFSCN) và các trạm quan sát NGA (National Geospatial-Intelligence A gency) Các đường bay của vệ tỉnh được ghi nhận bởi các tram quan sát chuyên dụng của Không quân Hoa

Kỳ đặt ở Hawaii, Kwajalein, Dio Ascension, Diego Garcia, Colorado Springs, Colorado va Cape Canaveral, cùng với các trạm quan sát NGA được vận hành ở Anh, Argentina, Ecuador, Bahrain,

Uc va Washington DC Théng tin đường bay của vệ tỉnh đi được gởi dén Air Force Space

Chương 2: Cơ sở lý thuyết ‘Trang 22

'Hệ thống định vị toàn cầu GPS GVHD: Ths Phạm Hoàng Thông

Command's MCS 6 Schriever Air Force Base 25 km đông đông nam của Colorado Springs,

do 2nd Space Operations Squadron(2 SOPS) của U.S Air Force vận hành Sau đó 2 SOPS liên lạc thường xuyên với mỗi vệ tỉnh GPS thông qua việc cập nhật định vị sử dụng các ăng-ten mặt đắt chuyên dụng hoặc dùng chung (AFSCN)(các ăng-ten GPS mặt đất chuyên dụng được đặt ở

Kwajalein, dio Ascension, Diego Garcia, và Cape Canaveral) Các thông tin cập nhật này đồng bộ,

hóa với các đồng hồ nguyên tử đặt trên vệ tỉnh trong vòng một vài phần tỉ giây cho mỗi vệ tỉnh, và

hiệu chỉnh lịch thiên văn của mô hình quỹ đạo bên trong mỗi vệ tỉnh Việc cập nhật được tạo ra

bở bộ lọc Kalman sử dụng các tín hiệu/thông tin tir cdc tram quan sát trên mặt đất, thông tin thời

tiết không gian, và các dữ liệu khác

thức của Bộ Quốc phong My cho GPS):

« _ Vệ tỉnh GPS đầu tiên được phóng năm 1978

« Hoàn chỉnh đầy đủ24 vệ tỉnh vào năm 1994

« Mỗi vệtỉnh được làm để hoạt động tối da là 15 năm

«_ _ Vệ tỉnh GPS có trọng lượng khoảng 1500 kg và dài khoảng 17 feet (5 m) với các tắm năng lượng Mặt Trời mở (có độ rộng 7 m2)

« _ Công suất phát bằng hoặc dưới 50 watts

Mây thu phải nhận được tín hiệu của ít nhất ba vệ tinh để tính ra vị trí hai chiều (kinh độ và vĩ độ)

và để theo đõi được chuyển động Khi nhận được tín hiệu của ít nhất 4 vệ tỉnh thì máy thu có thể

¬————————Ễễễễễễ

Chương 2: Cơ sở lý thuyết Trang 23

Hệ thống định vị tồn cầu GPS GVHD: Ths Pham Hoang Thong

Để xác định được tọa độ thị tại vị trí đĩ cần “nhân” thay it nhất 4 vệ tỉnh (hình vẽ), Ta

khộng thời gian sơng truyền từ về tính tới vật

Trong đĩ At là thơng số để đồng bộ thời gian giữa phía phát và phía thu Giải 4

phương trình 4 Ẩn trên ta thu được tọa độ cần xác định

Để rõ hơn về việc cần dùng tới 4 vệ tỉnh ta nĩi như sau: Giả sử nếu bạn biết rằng mình

đang ở cách vệ tỉnh A 20 km, bạn cĩ thể ở bắt kỳ nơi nào trên một mặt cầu khổng lồ cĩ bán kính

20 km Nếu bạn biết thêm rằng bạn đang ở cách vệ tinh B 30 km, giao tuyến của hai mặt cầu này là

một đường trịn V Và nếu bạn biết thêm một khoảng cách nữa đền vệ tỉnh C, bạn sẽ cĩ thêm một mặt cầu, mặt cầu này giao với đường trịn V tại hai điểm Trái đất chính là mặt cầu thứ tư, một

trong hai giao điểm sẽ nằm trên mặt đất, điểm thứ hai nằm lơ lửng đâu đĩ trong khơng gian và dễ

đàng bị loại (trừ khả năng bạn đang trên máy bay) Với việc giả sử trái đất là một mặt cầu, ta đã bỏ

qua cao độ của bạn vì một điểm nằm trên Trái đất nên cao độ bằng 0 Do vậy để cĩ cả tung độ,

hồnh độ và cao độ, bạn cần thêm một vệ tinh thứ tư nữa

Trang 24

Hệ thống định vị toàn cầu GPS GVHD: Ths Pham Hoang Théng

Hinh 2.6 Mé phong vj tri bin vé tinh GPS

2S Higa chink dong ho bé thu

Phương pháp tinh toán vị trí trong trường hợp không có lỗi đã được giải thích ở trên

“Trong thực tế, nguồn gây lỗi đáng kể nhất là đồng hồ của bộ thu GPS Bởi vì tốc độ lan truyền

ánh sáng là rất lớn, do vậy chỉ một sai số nhỏ của thời gian sẽ gây ra sai lệch lớn trong tính

toán khoảng cách từ bộ thu tới vệ tỉnh Muốn vậy bộ thu GPS phải được trang bị một đồng hồ

đặc biệt chính xác, với giá thành cao Tuy nhiên, các nhà sản xuất mong muốn đưa ra thị

trường những thiết bị thu GPS ở mức giá chấp nhận được cho thị trường đa số người dùng, do

vậy cách giải quyết sự xung đột này dựa trên cách mà các mặt cầu giao nhau

Hầu hết các khả năng bề mặt của 3 mặt cầu sẽ giao nhau khi đường tròn giao tuyến

của hai mặt cầu đầu tiên thường sẽ đủ lớn và sẽ giao với mặt cầu thứ 3 tại hai điểm Tuy vậy, mặt cầu thứ 4 hầu như sẽ không có khả năng giao với hai điểm của ba mặt cầu đầu tiên, do bất

kỳ một sự sai số về thời gian khi thực hiện các phép tinh trên bộ thu Tuy nhiên, khoảng cách

từ vị trí ước lượng của bộ thu GPS tới bề mặt hình cầu ứng với vệ tỉnh thứ 4 có thể được sử

dụng để hiệu chỉnh sai số đồng hồ Chúng ta đặt khoảng cách từ vị trí ước lượng của bộ thu GPS tới vệ tỉnh thứ 4 là R4, P4 là giả khoảng cách của vệ tỉnh thứ 4 Khi đó, khoảng cách Da

từ vị trí ước lượng của bộ thu tới bề mặt hình cầu ứng với vệ tỉnh thứ 4: Da = R4 — P4 Thời

gian ước lượng cho sự sai số đồng hồ được tính là B= Da / c (với e là vận tốc ánh sáng)

Chúng ta dễ nhận thấy đồng hồ trên bộ thu GPS trễ khi giá trị B là âm và nhanh khi giá trị B

là đương

————ễễ Chương 2: Cơ sở lý thuyết Trang 25

Hệ thống định vị t 8 GPS GVHD: Ths Phạm Hoàng Thông,

2.1.6 Tín hiệu GPS

Các vệ tỉnh GPS phát hai tín hiệu vô tuyến công suất thấp dải LI và L⁄2 (dải L là

phần sóng cực ngắn của phổ điện từ trải rộng từ 0,39 tới 1,55 GHz) GPS dân sự dùng tần số L1

1575.42 MHz trong dải UHE Tín hiệu truyền trực thị, có nghĩa là chúng sẽ xuyên qua mây, thuỷ

tỉnh và nhựa nhưng không qua phần lớn các đối tượng cứng như núi và nhà

LI chứa hai mã "giả ngẫu nhiên"(pseudo random), đó là mã Protected (P) và mã

Coarse/Acquisiion (C/A) Mỗi một vệ tỉnh có một mã truyền dẫn nhất định, cho phép máy thu

GPS nhận dạng được tín hiệu Mục đích của các mã tín hiệu này là để tính toán khoảng cách từ vệ tỉnh đến máy thu GDS,

Tin hiệu GIPN chưa ba mẫu thông tìn khác nhau — mã giả ngẫu nhiên, dữ liệu thiên văn và

dữ liệu lịch Mã giá ngẫu nhiên đơn giản chỉ là mã định danh dể xác định được quả vệ tỉnh nào là

phát thông tín nào Có thể nhìn số hiệu của các quả vệ tỉnh trên trang vệ tỉnh của máy thu Garmin

dễ biết nó nhận được tín hiệu của quá nào,

Lyn liệu thiên van cho may thu GPS biét quá về tinh ở đầu trên quỹ đạo ở mỗi thời điểm trong ngày, Mỗi quả vệ nnh phát dữ liệu thiên vận chỉ ra thông tín quỹ đạo cho vệ tỉnh đó và mỗi

vệ tình khúe trong hệ thông:

Dar Hiệu lịch được phát đều đận bởi mỗi quá về tỉnh, chứa thông tin quan trọng về trạng thái

của vệ tình (Tình mạnh hay không), ngày giờ hiện tai, Phan nay cua tin hiệu là cốt lõi đẻ phát hiện

Ta VỊ tr

2.1.7 Độ chính xác của thiết bj GPS

Củc vệ tỉnh GPS bay vong quanh Trai Dat hai lần trong một ngày theo một quỹ đạo rất

chính xúc và phát tín hiệu có thông tin xuống Trái Đất Các máy thu GPS nhận thông tin này và bằng phép tỉnh lượng giác tính được chính xác vị trí của người ding Vé bản chất máy thu GPS so sánh thời gian tín hiệu được phát đi từ vệ tỉnh với thời gian nhận được chúng Sai lệch về thời gian

cho biết máy thu GPS ở cách vệ tỉnh bao xa Rồi với nhiều khoảng cách đo được tới nhiều vệ tỉnh, máy thu có thể tính được vị trí của người dùng và hiển thị lên bản đồ điện từ của máy

Máy thu phải nhận được tín hiệu của ít nhất ba vệ tỉnh để tính ra vị trí hai chiều (kinh

độ và vĩ độ) và để theo đõi được chuyển động Khi nhận được tín hiệu của ít nhất 4 vệ tinh thi may

thu có thể tính được vị trí ba chiều (kinh độ, vĩ độ và độ cao) Một khi vị trí người dùng đã tính được thì máy thu GPS có thể tính các thông tin khác, như tốc độ, hướng chuyển động, bám sát di

chuyển, khoảng hành trình, khoảng cách tới điểm đến, thời gian Mặt Trời mọc, lặn và nhiều thứ khác nữa

2.1.8 Nguồn lỗi của bộ thu GPS

Hệ thống định vị toàn clu GPS GVHD: Ths Phạm Hoàng Thông

=———ễễễễễễ -Tín hiệu đi nhiều đường — Điều này xây ra khi tín hiệu phản xạ từ nhà hay các đối tượng khác

trước khi tới máy thu

- Lỗi đồng hồ máy thu ~ Đồng hồ có trong máy thu không chính xác như đồng hồ nguyên tử trên các vệ tinh GPS

-LBi quỹ đạo ~ Cũng được biết như lỗi thiên văn, do vệ tỉnh thông báo vị trí không chính xác

-Số lượng vệ tỉnh nhìn thấy — Càng nhiều quả vệ tỉnh được máy thu GPS nhìn thấy thì càng chính

xác Nhà cao tầng, địa hình, nhiễu loạn điện tử hoặc đôi khi thậm chí tán lá dày có thể chặn thu nhận tín hiệu, gây lỗi định vị hoặc không định vị được Nói chung máy thu GPS không làm việc

trong nhà, dưới nước hoặc dưới đất

tày liên quan tới vị trí tương đối của các vệ tinh ở thời điểm bắt kỉ

Phân bố vệ tỉnh lí tưởng là khi các quả vệ tỉnh ở vị trí tạo các góc rộng với nhau Phân bố xấu xảy

~Che khuất về hình học - Í

ra khi các quá vệ tình ở trên một đường thẳng hoặc cụm thánh nhóm

-Sự giảm có chủ tâm tín hiệu sệ tính - Là sự lâm giảm tin hiệu có ý do sự áp đật của Bộ Quốc

dụng tin hiệu GPS chính xác cao Chính phủ Mỹ

iy thu GPS dan sự (ủy nhiều biện pháp này hoàn toàn có thẻ được sử đụng lại trone những điều kiện cụ thể để đảm

phòng Mỹ, nhậm chẳng lại việc đôi thụ quân

xe 6.16, dic biệt là các loại xe như: Xe taxi, xe tải, xe công trình, xe bus, xe khách, xe tự lái Với

nhiều tỉnh năng như:

« Giám sátlộ trình đường đi của phương tiện theo thời gian thực: vận tốc, hướng di chuyển

và trạng thái tit/mo may, quá tốc độ của xe

Xác định vị trí xe chính xác ở từng góc đường (vị trí xe được thể hiện nháp nháy trên bản

đồ), xác định vận tốc và thời gian xe dừng bay đang chạy, biết được lộ trình hiện tại xe đang đi

(real time)

Lưu trữ lộ trình từng xe và hiễn thị lại lộ trình của từng xe trên cùng một màn hình

Xem lại lộ trình xe theo thời gian và vận tốc tùy chọn

° Quản lý theo dõi một hay nhiều xe tại mỗi thời điểm

° Báo cáo cước phí và tổng số km của từng xe (ngày/tháng)

Cảnh báo khi xe vượt quá tốc độ, vượt ra khỏi vùng giới hạn

Chức năng chống trộm

'Khảo sát trắc địa, môi trường

Chương 2: Cơ sở lý thuyết Trang 27

ống định vị toàn cu GPS SS GVHD: Ths Pham Hoang Thong

Các hạn chế trong ứng dụng dân dụng

Chính phủ Hoa Kỳ kiểm soát vệc xuất khẩu một số máy thu dân dụng Tất cả máy thu GPS

có khả năng hoạt động ở độ cao trên 18 kilômét (11 mi) và 515 mét một giây (1.690 ft/s) được

phân loại vào nhóm vũ khí theo đó cần phải có phép sử dụng của Bộ ngoại giao Hoa Kỷ Những

hạn chế này nhắm mục đích ngăn ngừa việc sử dụng các máy thu trong tên lửa đạn đạo, trừ việc sử

dụng trong tên lửa hành trình do độ cao và tốc độ của các loại này tương tự như các máy bay 2.2 Giao thức GPS

2.2.1 Giới thiệu về NMEA Protocol

2.2.1.1 Giới thiệu

NMI:A là một chuẩn giao thức cho truyền thông giữa các thiết bị điện từ dùng cho tàu thủy

eing như các thiết bị đo tốc độ gió, la bàn, máy lái tự động, thiết bi thu GPS va rét nhiều các thiết

bị khúc được định nghĩa và phát triển bởi Hiệp hội điện tử tảu thủy quốc gia Hoa Kỳ (National

Marine Pleetronies Assoeration)

Chuẩn NMIESA sử đụng eae ky ty ASCH don gian, phuong thức truyền tuân tự Dữ liệu sẽ truyền đi một câu theo một chiều dúy nhất từ một máy phát đến một máy thu tại một thời điểm

Tiên cơ sở đỏ, người tạ cũng đã mở rộng đế một uáy phát có thé đến nhiều máy thu, cũng như một

này thụ có thể nhận thẳng tin từ nhiều máy phát

Ở tầng ứng dụng, chuẳn NMEA quy định nội dung các kiểu céu dữ liệu cho phép thiết bị nhận

có khả nàng phản tích dữ liệu một cách chính xác Các câu dữ liệu đều bát đâu bằng ký tự “$” và kết thúc bằng <CR><LE> Cấu trúc của một khung truyền dữ liệu theo chuân NMEA:

SPSRF<MID>" Data” *CKSUM” <CR><LF>t

* RMC: Recommended minimum specific GNSS dtr ligu

= VIG: Course over ground and ground speed

= C4u hinh truyén théng néi tiếp (tang liên kết dữ liệu)

* — Téc dé bit: 4800 bps

= 86 bit dit ligu: 8

Bit chin lé: None

Chương 2: Cơ sở lý thuyết Trang 28

tống định vị GPS GVHD: Ths Pham Hoang Thông

= Bit dimg: 1 hodc nhiéu hon

= Co ché bit tay thiét bj: khong

Hau hét cic may GPS hiện nay đều giao tiếp dựa trên chuẩn NMEA 0183 với tốc độ truyền dữ

liệu có thể là: 4800bps, 9600bps, 19200bps, 38400bps; một số thì vẫn có thể dùng được với chuẩn

NMEA 0180 va NMEA 0182 voi tốc độ truyền dữ liệu chỉ có 1200 bps

2.2.1.2 Giải mã NMEA Protocol

Những đoạn mã NMEA quan trọng nhất bao gồm GGA, RMC, GSA, GLL

"ˆ GGA:cung cấp dữ liệu hiện thời

®ˆ RMC: cung cấp những đoạn mã thông tin vẻ thiết bị thu GPS một cách tối thiểu

®ˆ GSA: cùng cấp dữ liệu về tình trạng vệ tinh,

® — GLL- cùng cấp thông tin về vị trí của các thiết bi thu GPS

Thàng thường cấu trúc chuối NMEA được định nghĩa thông nhất như sau;

® — Nâm ký tự đầu tiên biêu hiện loại của chuỗi: hai ký tự đầu định nghĩa thiết bị sử dụng,

chuỗi, ba ký tự tiếp theo xác định ý nghữa cua chuỗi trả vé

© Cac trưởng dù liệu nủi tiếp nhau bơi dáu *” Khi trường dữ liệu cuối cùng kết thúc, ký

Sau dau “*” là 2 ký tự số checksum biểu diễn dưới dạng số hex Checksum duge tính bằng cách XOR tắt cá các mã ASCII của tắt cả các trường, giữa 2 di *" kể cả mã ASCII của dầu “**, Checksum không bắt buộc đối với

hầu hẻt các câu dữ liệu nhưng bắt buộc đối với RMA, RMB và RMC

* _ Các ký tự enter và xuống dòng kết thúc câu dữ liệu Nếu dữ liệu cho một trường nào đó

không có thì trường đó trống và dấu *,” ngăn cách giữa các trường vẫn được truyền đi

w _ Trong đề tài, người thực hiện đã chọn đoạn mã NMEA là RMC, cấu trúc của RMC

như sau:

RMC — Cung cấp dữ liệu về vị trí, vận tốc, thời gian GPS - GPS PVT (position, velocity,

time)

tự tiếp sau nó là đâu **"

‘ A Active ~ Tin hiệu hợp lệ (có tín hiệu)

Vv Void —Tin higu khong hop lệ (không có tín hiệu)

Trang 29

Hệ thống định vị toàn cầu GPS GVHD: Ths Phạm Hoà

0.13 “Tốc độ trên mặt đất tính bằng đơn vị hải lý

309.62 ‘Track angle in degrees True (Hướng bám trên mặt đất tính theo đơn vị đồ)

120598 ddmmyy = Ngày tháng năm

3.3 Hệ thống thông tìn đi động GSM

23.1 Pong quan

HỆ thống thông tin đì động toàn cáu - GSM (Global System for Mobile Communieation) là tiêu chuẩn phỏ biên nhất trong thông tin di động trên thế giới hiện nay,

Theo tổ chức sảng lập là hiệp hội GSM ước đoán răng 89% thị trường di động toàn câu dang

st dng công nghệ này, với hơn 3 tỷ người rên hơn 212 quốc gia Sự phổ biển này giúp cho việc chuyền vùng quốc tế giữa các nhà cung cấp dịch vụ di động trở nền để dàng, các thuê bao có thể sử dụng địch vụ di động ở nhiễu nơi trên thé giới

Ngoài cung cấp dịch vụ cuộc gọi thoại, GSM cũng mở rộng các dịch vụ tiện lợi khác

cho người sử dụng như tin nhắn ngắn SMS, được hỗ trợ tốt bởi hẳu hết các chuẩn di động

khác Các tiêu chuẩn mới sau nảy ra đời, như General Packet Radio Service - GPRS (nam 1997) và Enhanced Data Rates for GSM Evolution ~ EDGE (năm 1999), mang lại các dịch vụ giá trị gia tăng phong phú và các mức cước phí hắp dẫn

2.3.2 Lịch sử phát triển mạng GSM

Vào đầu những năm 1980 tại Châu Âu, người ta phát triển một mạng điện thoại di động chỉ

sử dụng cho vài khu vực, sau đó vào năm 1982 nd duge chudn héa béi CEPT - European Conference of Postal and Telecommunications Administrations va tgo ra Groupe Spécial Mobile — GSM với mục đích sử dụng chung cho toàn Châu Âu Mạng điện thoại di động sử dụng công nghệ GSM được xây dựng và đưa vào sử dụng đầu tiên bởi nha khai thác Radiolinja ở Finland

'Vào năm 1989, công việc quản lý tiêu chuẩn và phát triển mạng GSM được chuyển giao cho Viện viễn thông Châu Âu ~ ETSI (European Telecommunications Standards Institute), các

tiêu chuẩn đặc tính phase 1 của công nghệ GSM được công bố năm 1990

Đến cuối năm 1993 đã có hơn 1 triệu thuê bao sử dụng mạng GSM của 70 nhà cung cấp dịch vụ trên 48 quốc gia

Chương 2: Cơ sở lý thuyết Trang 30

Hệ thống định vị toàn cầu GPS GVHD: Ths Pham Hoang Thông

a 2.3.3 Giao tiếp Radio

GSM là mạng điện thoại di động do đó các máy điện thoại di động kết nối với mạng bằng

cách tìm kiếm, kết nối với các cell gần nó nhất Các mạng GSM hoạt động trên 4 băng tin, hau hết

thì hoạt động ở băng 900Mhz và 1800Mhz Vài nước ở Châu Mỹ thì sử dụng bang 850Mhz va 1900Mhz do băng 900Mhz và 1800Mhz đã bị sử dụng trước

Công suất phát của máy điện thoại được giới hạn tối đa la 2 watts đối với bing GSM

850/900Mhz va 1 watts đối với băng 1800/1900Mhz Mạng GSM sử dụng 2 kiểu mã hóa âm thanh

để nén tín hiệu âm thanh 3,Lkhz đó là mà hóa Full rate (13kbps) và Haft rate (6kbps) bằng công

nghệ nén LPC - Linear Predictive Coding,

Vào năm 1997 họ € thêm cho mạng GSM là bộ mã GSM-EFR sử dung full rate 12.2 kbps, C6 tit c& 4 kich thude cell site trong mang GSM dé la macro, micro, pico va

umbrella, Ving phi song cita mỗi cell phụ thuộc vào môi trường, Macro cell duge lip dat trén

cúe cột eno hay tòa nhà cao tang, micro cell lại được lắp ở các khu thành thi, khu dan cur, pico

cell thi tâm phủ sóng chí khoảng vai chục mét ở lại nó thường được lắp đề tiếp sóng trong nhà

Umbrella lap bd sung vao eae vung bj che khudt hay ede ving trong gitta cde cell

Nan kinh pho song của một cell tuy thuốc vào độ cao cua Ang-ten, dO lợi áng-ten thường thì

nỗ có thể tử vài trầm miết tới vải chục kilorét Trong thực tế thì khá năng phủ sóng xa nhất của

một tran GSM là 35 kim (22 dann)

Một số Khu vực trong nhà mà các ăng-ten ngoài trời không thể phú sóng tới như nhà ga,

tiếp sóng từ các anten ngoài trời

- _ Hệ thống mạng (Network Subsystem): với bộ phận chính là Trung tâm chuyển mạch

dịch vụ di động MSC, có chức năng quản lý di động, thực hiện việc chuyển mạch cuộc gọi giữa các thuê bao di động và giữa các thuê bao đi động với thuê bao của mạng cố định

——Ãễ

Chương 2: Cơ sở lý thuyết ‘Trang 31

'Hệ thống định vị toàn cầu GPS GVHD: Ths Pham Hoang Thông

'Trạm đi động (MS): báo gầm điện thoại di dong va mét the thông mịnh xác thực thuê bao

(SIM), SIM cùng cấp khả năng dị động cả nhân, vị thế người sử đụng có thể lắp SIM vào bất cứ

máy điện thoại dì động GSM nào truy nhập vào dịch vụ đã đáng ký Mỗi điện thoại di động được phản biệt bởi một số nhận dạng điện thoại di động IMEI (Intemational Mobile Equipment klendly) Card SIM chứa một số nhận dạng thuê bao di động IMSI (Intemational Subcriber Identit tổng nhận dạng thuê bao, một mật mã để xác thực vả các thông tin khác IMEI và TMSI hoàn toàn độc lập với nhau để đảm bảo tính di động cá nhân Card SIM có thể chống việc sử dụng trái phép bằng mật khẩu hoặc số nhận dạng cá nhân (PIN)

Hệ thống trạm gốc: gồm có hai phần Trạm thu phát gốc (BTS) và Trạm điều khiển gốc

(BSC) Hai phần này giao tiếp với nhau qua giao diện Abis, cho phép các thiết bị của các nhà cung cấp khác nhau có thể "bắt tay" nhau được

Trạm thu phát gốc có bộ thu phát vô tuyến xác định một 6 (cell) và thiết lập giao thức kết nối vô tuyến với trạm di động Trong một khu đô thị lớn thì số lượng BTS cần lắp đặt sẽ rất lớn Vì thế, yêu cầu đối với trạm BTS là chắc chắn, ôn đỉnh, có thể di chuyển được và giá thành tối thiểu

Trạm điều khiển gốc quản lý tài nguyên vô tuyến cho một hoặc vài trạm BTS Nó thực hiện thiết lập kênh vô tuyến, phân bổ tần sổ, và chuyển vùng BSC là kết nối giữa trạm di động và

tông đài chuyển mạch di động MSC

“Thành phần trung tâm của hệ thống mạng là tổng đài chuyển mạch di động MSC Nó hoạt động giống như một tổng đài chuyển mạch PSTN hoặc ISDN thông thường, và cung cấp tắt cả các

chức năng cần thiết cho một thuê bao di động như: đăng ký, xác thực, cập nhật vị trí, chuyển vùng,

định tuyến cuộc gọi tới một thuê bao roaming (chuyển vùng) MSC cung cắp kết nổi đến mạng cố

định ( PSTN hoặc ISDN) Bao hiệu giữa các thành phần chức năng trong hệ thống mạng sử dụng

Hệ thống định vị toàn cầu GPS GVHD: Ths Pham Hoang Thông

Bộ ghỉ dia chỉ thường trú (HLR) và Bộ ghỉ địa chỉ tạm trú (VLR) cùng với tổng đài chuyển

mạch di động MSC cung cắp khả năng định tuyến cuộc gọi và roaming cho GSM HLR bao gồm

tất cả các thông tin quản trị cho các thuê bao đã được đăng ky cia mang GSM, cùng với vị trí hiện

tại của thuê bao Vị trí của thuê bao thường dưới dạng địa chỉ báo hiệu của VLR tương ứng với trạm di động Chỉ có một HLR logic cho toàn bộ mạng GSM mặc dù nó có thể được triển khai

dưới dạng cơ sở dữ liệu phân

Bộ ghi địa chỉ tạm trú (VLR) bao gồm các thông tin quan tri được lựa chọn từ HLR, cần

thiết cho điều khiển cuộc gọi và cung cấp dịch vụ thuê bao, cho các di động hiện đang ở vị trí mà

nó quản lý, Mặc dũ các chức nàng này có thể được triển khai ở các thiết bị độc lập nhưng tắt cả các

tổng đài đều kết hợp VLR vào MSC, vì thể việc điều khiển vùng địa lý của MSC tương ứng với của VỊ R trở nên dơn giản hơn Chú ý rắng MSC không chứa thong tin vé tram di động cụ thể: thông tín này được chứa ở bộ ghỉ địa chỉ

Có hài hộ phí khác được sử dụng cho mục đính xác thực và an ninh Bộ ghỉ nhận dạng thiết

bj (EUR) lÀ một cơ sở dũ liệu chứa một danh sách cua tat cả các máy điện thoại di dộng hợp lệ trên

mụng với mỗi máy điện thoại được phân biệt bởi số TMEI, Một [MIEI bị đánh dấu là không hợp lệ

nêu nó được báo là bị miất câp hoặc có kiều không tương thích, Trung tám xác thực (AuC) là một

cơ sở dữ liệu báo vệ chứa ban sao các khoa báo mất của mỗi card SIM được dùng để xác thực và

mã hoá trên kênh vô tuyên,

3.1.5 Dịch vụ số GPRS

2.3.5.1 So linge ve GPRS

mạch gói được phát triển trên

nều tăng công nghệ thỏng tin di động toàn cầu (GSM : Global System for Mobile) sir dung đa truy nhập phản cha theo thời gian (TDMA : Time Division Multiple Access) GPRS là một bước để phát

triển lên hệ thống thông tin di động thế hệ thứ 3 (3G)

GPRS có thể được dùng cho những dịch vụ như truy cập giao thức ứng dụng không dây (WAP), dich vụ tin nhắn ngắn (SMS), dịch vu nhắn tin đa phương tién (MMS), và với các dịch vụ liên lạc Internet như email và truy cập World Wide Web

Kết nối liên tục: GPRS là dịch vụ kết nối liên tục, mà không cần phải quay số Đây không

phải là một tính năng duy nhất có ở GPRS, nhưng sẽ không có trở ngại nào để nó trở thành tính

năng then chốt khi chuyển tiếp lên 3G Nó giúp cho các thiết bị tiếp nhận các dịch vụ một cách tức

thời gian chuẩn GSM, tốc độ theo lý thuyết có thể đạt tới 171,2kbps Tuy nhiên, tốc độ 20-50kbps

là khả thi hon trong thực tế

Chỉ phí đầu tư và vận hành: các nhà cung cấp dịch vụ mạng di động không cần phải bắt

đầu từ vạch xuất phát dé có thể triển khai GPRS GPRS được nâng cấp từ mạng GSM đã có

a Chương 2: Cơ sở lý thuyết ‘Trang 33

Hệ thống định vị toàn cầu GPS GVHD: Ths Phạm Hoàng Thông,

2.3.5.2 Đặc điểm của hệ thống GPRS

-_ Sử dụng công nghệ chuyển mạch gói:

'Với việc sử dụng công nghệ chuyển mạch gói, một thiết bị có thể luôn luôn được kết nối và

sẵn sàng gửi một thông tin mà không cần chiếm dụng một kênh riêng trong suốt thời gian truyền số liệu và kênh có thể được chia sẻ cho nhiều người dùng khác nhau Điều này mạng chuyển mạch

kênh không thẻ làm được Ngoài ra, trong GPRS nếu một lỗi được phát hiện trong một khung dữ liệu thu được trong BSS thì khung sẽ được yêu cầu phát lại cho đến khi chính xác trước khi gửi qua

mạng lõi GPRS

-_ Cho phép kết họp nhiều khe thời gian để truyền dữ liệu:

GIPRS sử dụng cũng một sỏng mang với băng thông 200 KHz và 8 khe thời gian như GSM Tuy

nhiền trong GPRS c6 thé két hợp các khe trong số 8 khe thời gian để truyền dữ liệu nên số gói dữ liệu truyền

đi trong môi khung truyền tầng lên Kết hợp việc cấp phát tài nguyên động nên hiệu quả sử dụng băng tần

ng lên đảng kề,

~ KẾt nỗi tức thời và tính cước thuận lợi:

GPRS dễ dàng kết nồi tức thời và người dùng có thẻ thiết lập luôn kết nói mà không chiếm dụng tải nguyên, do đó thông tín có thể gửi hoặc nhận tức thời ngay khi có nhu cẩu Tức thời là

một wu điểm của GPRS khi so sảnh với số liệu chuyên mạch kẽnh GSM vì nó đáp ứng được các

ứng dụng có tính cấp bách Trong chuyển mạch kênh thì việc tính cước là toàn bộ thời gian chiếm

dụng kênh mặc dù có những khoảng thời gian không có dữ liệu được gửi di Voi GPRS chi tinh

cước theo dung lượng được gửi đi Điều này thuận lợi cho việc kết nối trực tuyến với mạng trong,

thời gian dài

+ Hb trợ các dịch vụ băng rộng:

Cũng như Intemet, GPRS sử dụng công nghệ chuyển mạch gói và các giao thức trong họ

TCP/IP nén tat cả các ứng dụng như email, truy cập Web tin nhanh và truyền file đều có thẻ thực

hiện qua mạng GPRS Tốc độ truyền số liệu nhanh hơn cho phép GPRS chứa đựng các ứng dụng băng thông rộng vốn không thích hợp với các kết nối quay số chậm hơn như GSM

- Tinh bio mit cao hon:

GPRS cho phép thêm vào các giao thức sử dụng cho nhận thực trước khi thuê bao được phép truy cập vào Internet hoặc các mạng số liệu khác GPRS phụ trợ việc mã hóa dữ liệu người dùng qua giao diện Wireless từ đầu cuối đi động đến SGSN (nút hỗ trợ dịch vụ)

- Higu quả trong việc sử dụng phổ:

Trong GPRS tài nguyên vô tuyển chỉ được sử dụng khi người sử dụng thực tại đang gửi

hoặc nhận dữ liệu Một tài nguyên vô tuyến hiện có thể được chia sẻ đồng thời giữa vài người sử

dụng khác nhau Nhờ hiệu suất sử dụng tài nguyên vô tuyến này mà một số lớn người sử dụng

'GPRS có thể chia sẻ cùng một băng thông và được phục vụ từ cùng một cell

¬————=—=ễÃỄễ

Hệ thống định vị toàn cầu GPS GVHD: Ths Phạm Hoàng Thông

—

2.3.5.3 Chức năng kết nối IP của GPRS

~ Chức năng này cung cấp:

Sự liên lạc giữa các thành phần khác nhau trong hệ thống GPRS bao gồm các trạm di động,

MS, SGSN, GGSN, các host, các thành phần cung cấp dịch vụ Internet,

Kết nối với Intemet

“Trong thông tin liên lạc dựa trên nền IP tiêu biểu có hai dạng liên lạc khác nhau là:

Liên lạc IP trong mạng GPRS dành cho báo hiệu, quản lý,

Liên lạc IP giữa các người dùng

Một ví dụ của chức nầng thứ hai là sự liên lạc giữa trạm di động GPRS (GPRS - MS) và

ISP (Intemet Service Provider), Hé théng GPRS cung cp két ndi IP giữa các MS (Mobile Station)

va IH (Internet service Host) sir dung theo chuẩn GSM Dữ liệu truyền đi dựa trên giao thức

Internet tức là cáo gói dữ liệu truyền đi từ đầu cuối này đến đầu cuối kia (nd-to-end), cả truyền trên giáo diện vô tuyến, Nhìn từ phía người sử dụng, đẻ kết nối với Internet can phai c6 modem,

MS dong vai trỏ như một modem trong hệ thông thông tin di dong GPRS,

Một điều cần thiết khác trang sự liên lạc theo chuẩn IP là mỗi thiết bị trong mạng cần có

một địa chí IP để phân biệt với các thiết bị khác Đối với bệ thống GPRS, giao thức IP sử dụng

trong kết nối giữa các người dùng và cả trong hệ thống, như vậy cả MS và các thánh phân hệ thống

đều cần phải có địa chi IP GPRS hỗ trợ cả IPv4 và IPv6

Dja chi IP ding trong GPRS cé thé là địa chi céng céng (public), dja chỉ riêng (private), địa

chi dong (dynamic) hay tinh (static)

Địa chỉ IP công cộng và địa chỉ riêng

Địa chỉ IP công cộng là địa chỉ được cung cấp bởi nhà điều hành Internet, địa chỉ này được quy định riêng biệt trên toàn thế giới, nghĩa là mỗi host có một dia chi IP công cộng riêng Để giảm

số lượng địa chỉ IP, các tổ chức cần sử dụng địa chỉ IP riêng Các địa chỉ trong không gian địa chi riêng chỉ cần khác nhau đối với tổ chức sử dụng, như vậy địa chỉ IP riêng có thể sử dụng cho nhiều

tổ chức khác nhau Ví du: Internet Assigned Numbers Authority (IANA) da dành riêng 3 khối

trong không gian dia chi IP cho địa chỉ IP riêng như sau:

10.0.0.0 - 10.255.255.255 (10/8 prefix) 172.16.0.0 - 172.31.255.255 (172.16/12 prefix) 192.168.0.0 - 192.168.255.255 (192.168/16 prefix)

Một GPRS có thể được cắp cho dia chi công cộng hay địa chỉ riêng

Địa chỉ IP động và địa chỉ tĩnh

Địa chi IP động có thể được cấp cho SGSN khách hay cho GGSN của mạng hiện tại khi

thực hiện chức năng chuyển vùng Việc cắp dja chi IP động cho phép nhà dié

———————EEễE—

Hệ thống đị

vị toàn cầu GPS GVHD: Ths Phạm Hoàng Thông

dụng địa chỉ IP từ tài nguyên địa chỉ IP điều này làm giảm tổng số địa chỉ IP dùng trong một

PLMN

Địa chỉ IP tĩnh được cấp cho thuê bao ở HLR Dia chi IP tinh được sử dụng khi truy cập

vào mạng bảo mật việc gọi địa chỉ IP như là khoá để kiểm tra quyền truy cập

Ví dụ ở hình 2,5 là sơ đồ mạng GPRS kết nối với mạng Intemet, Mỗi thiết bị đăng ký muốn trao đổi dữ liệu với mạng IP cần phải được cắp một địa chi IP Địa chỉ IP được lấy từ không

gian địa chỉ IP của nhà điều hành GPRS, Để bỗ trợ số lượng lớn địa chỉ IP cho người dùng di động, cần phải cấp địa chỉ IP động, DHCP Server (Dynamic Host Configuration Protocol) thực hiện

công việc nảy, Trong hình, my phục vụ tên miễn (DNS- Domain Name System) được quản lý bởi

GPRS bay bởi mạng IP có chức năng ánh xạ giữa địa chí IP và tên các host Để đảm bảo quyền

truy cập vào PLMN, bức tường lửa (firewall) duge str dung gitta mang GPRS riéng va mang IP bền ngoài

Với cấu hình trên, GPRS có thể được coi là phần mở rộng của Internet trên tất cả các

đường đến trạm dì động hay máy tính dị động, Như vậy thuê bao di động kết nối trực tiếp với

Internet,

taura Pune

Hình 2.8: Kết nối GPRS-Internet 2.3.5.4 Các lớp thiết bị GPRS

Có 3 lớp khác nhau của thiết bị GPRS:

~_ Lớp A: Các thiết bị đầu cuối lớp A có hai bộ thu phát, cho phép gửi/nhận dữ liệu thoại

và dữ liệu GPRS đồng thời

~_ Lớp B: Các thiết bị đầu cuối lớp B có thể gửi/nhận dữ liệu thoại hoặc dữ liệu GPRS

nhưng không đồng thời cả hai

~_ Lớp C: Các thiết bị này chỉ cho phép thực hiện một trong hai kết nồi thoại hoặc dữ liệu

“Thông số chất lượng dịch vụ (QoS) GPRS

~_ Kiến trúc mạng

——ễ£ẽ®>ÈỄễ_———

'Hệ thống định vị toàn cầu GPS GVHD: Ths Phạm Hoàng Thông

—=——————===—————ễ—

Các mạng lưới cần được nâng cấp trong GPRS, trong đó có các nút hỗ trợ GSN GPRS đã đáp ứng sự trông đợi của người sử dụng về hiệu suất mạng

-_ Giao diện vô tuyến

ETSI đã cho ra đời 3 sơ đồ mã hóa mới cho giao diện vô tuyến Khi thiết bị GPRS liên lạc

với trạm thu phát gốc, chúng có thẻ sử dụng 1 trong 4 sơ đồ, Các sơ đồ CS-1 tới CS-3 trong đó CS-

1 giống như chuẩn GSM Một cách đơn giản, CS-] có độ dư thừa lớn, trong khi CS-2 và CS-3 có ít

dư thừa hơn Trong khi CS-4 có ít dư thừa nhất, gỡ bỏ tắt các điều khiển lỗi, trong khi đạt khả năng

truyền tải lớn nhất, Nếu chất lượng sóng vô tuyến thấp, CS-1 được sử dụng, với các điều khiển lỗi giúp tăng chất lượng dịch vụ

~_ Các lớp dịch vụ GPRS

Cúc thiết bị đì động có thể yêu câu các loại truyền tải khác nhau được ưu tiền, trong nỗ lực mang đến cho người sử đụng mức độ kết nối mong muốn Có 4 lớp truyền tải khác nhau:

© Lớp mu tiên: Một ứng dụng có thể được gán cho một lớp ưu tiên 1, 2 hay 3 Nếu

một ứng dụng cỏ độ tu tiên cao hơn (1) các ứng dụng khác (3) thì quá trình truyền tải của

nó sẽ có [ữ tự tu tiền cáo hơn

* — Lớp trễ: Các ứng dụng có thể yêu cấu các lớp trể, đảm báo độ trễ trung bình 95%,

Có 4 lớp, lớp 1 là nhanh nhất

+ ˆ Lớp tin cậy: Các ứng dụng có thể yêu câu các mức khác nhau của độ tin cậy cho dữ

liệu của nó phụ thuộc vào mức độ mất mát dữ liệu

+ _ Lớp dung lượng: Các ứng dụng có thể chọn các cấu hình khác nhau cho lưu lượng

Có hai lớp: đỉnh và trung bình Lớp lưu lượng đình được sử dụng chủ yếu cho các truyền

dẫn tức thời với số lượng octet biến đổi trong một giây Lớp trung binh là tốc độ truyền dẫn trung bình trong một khoảng thời gian, tính bằng số octet trong một giờ

Ngoài ra, các nhân tố khác cũng có thể ảnh hưởng tới QoS, như chất lượng sóng vô tuyến,

nghẽn mạng internet, LAN/WAN, Idi trong mạng GSM/GPRS, vv

2.4 Vi điều khiển PIC 16F887

2.4.1 Giới thiệu về vi điều khiển

Vi điều khiển (tên tiếng anh MicroController)là một máy tính được tích hợp trên một chíp,

nó thường được sử dụng để điều khiển các thiết bị điện tử Vi điều khiển, thực chất, là một hệ

thống bao gồm một vi xử lý có hiệu suất đủ dùng và giá thành thấp (khác với các bộ vi xử lý đa

năng dùng trong máy tính) kết hợp với các khối ngoại vi như bộ nhớ, các mô đun vào/ra, các mô

————ễỄễ Chương 2: Cơ sở lý thuyết Trang 37

Hệ thống định vị toàn cầu GPS GVHD: Ths Phạm Hoàng Thông

đun biến đổi số sang tương tự và tương tự sang số, Ở máy tính thì các mô đun thường được xây

dựng bởi các chíp và mạch ngoài,

Trong các thiết bị điện và điện tử, các bộ vi điều khiển điều khiển hoạt động của tỉ vi, máy giặt,

đầu đọc lase, lò vi ba, điện thoại, Trong hệ thống sản xuất tự động, bộ vi điều khiển sử dụng trong robot, các hệ thống đo lường giám sát Các hệ thống càng thông minh thì vai trò của vì điều

khiển ngày càng quan trọng Hiện nay trên thị trường có rất nhiều họ vi điều khiển như: 6811 của

Motorola, 8051 và AtMega của Intel, Z8 của Zilog, PIC của Microchip Technology, AVR, ARM cua hing ATMEL,

2.4.3 Giới thiệu về vì điều khiển PIC

PIC I một họ ví điều khiển RISC được sản xuất bởi công ty Mierochip Technology Dòng,

PIC đầu tiên là PIC1650 được phát triển boi Microelectronics Division thuộc General Instrument

PIC Ia vidi tit cha "Programmable Intelligent Computer” La mOt san pham ca hang

General Instruments dat cho dàng sản phẩm đầu tiên là PIC1650 Thời điểm đỏ PIC1650 được dàng để giao tiếp với các thiết bị ngoại ví cho may chi 16 bit CP1600, vi vậy, ngojời ta cũng gọi

PIC voi cai tén "Peripheral Interface Controller" ~ bd điều khiển gìao tiếp ngoại vỉ

P1600 là một CPU mạnh nhưng lại yếu về các hoạt động xuất nhập vì vậy PIC 8-bit được phát triển vào năm 1975 để hỗ trợ cho hoạt động xuất nhập của CP1600

ROM để chứa mã, mặc dù khái niệm RISC chưa được sử dụng thời bấy giờ, nhưng PIC

thực sự là một vì điều khiến với kiến trúc RISC, chạy một lệnh với một chu kỳ máy — gồm 4 chu

kỷ của bộ dao động

Năm 1985 General Instruments bán công nghệ các vi điện tứ của họ, và chủ sở hữu mới

hủy bỏ hầu hết các dự án - lúc đó đã quá lỗi thời Tuy nhiên PIC được bé sung EEPROM dé tao thành 1 bộ điều khiển vào ra lập trình Ngày nay rất nhiều đòng PIC được xuất xưởng với hàng loạt

cde module ngoại vỉ tích hợp sẵn (như USART, PWM, ADC , với bộ nhớ chương trình từ 512 'Word đến 32K Word

2.4.3 Một số đặc tính chung của vi điều khiển PIC

Tiện nay có khá nhiều dòng PIC và có rất nhiều khác biệt về phần cứng, nhưng chúng ta

có thể điểm qua một vài nét như sau:

« LACPU 8/16 bit, xy dymg theo kién tric Harvard,

« _ Có bộ nhớ Flash và ROM có thé tuy chon tir 256 byte dén 256 Kbyte

© Cécéc céng xudt—nhap (/O ports)

© C6 timer 8/16 bit

« _ Có các chuẩn giao tiếp nối tiếp đồng bộ/không đồng bộ USART

e _ Có các bộ chuyển đổi ADC 10/12 bít

« _ Có các bộ so sánh điện áp (Voltage Comparators)

Chương 2; Cơ sở lý thuyết Trang 38