Hệ thống giám sát hành trình phương tiện sử dụng công nghệ định vị GPS và công nghệ truyền dẫ GPRS

Nhưng trên thực tế thanh tra kiểm tra vừa qua bộ giao thông đã tước giấy phép kinh doanh của nhiều đơn vị do thiết bị vận hành không lưu được dữ liệu, không chiết xuất được dữ liệu cần t

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI

LUẬN VĂN THẠC SĨ CÔNG NGHỆ THÔNG TIN

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: TS LÊ QUANG MINH

Hà nội - 2013

MỤC LỤC

MỤC LỤC 2

CÁC THUẬT NGỮ VIẾT TẮT 5

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ 6

DANH MỤC CÁC BẢNG 7

LỜI MỞ ĐẦU 8

CHƯƠNG I: TỔNG QUAN 9

1.1 Lịch sử phát triển thiết bị giám sát 9

1.2 Các loại thiết bị giám sát 9

1.3 Quản lý Thiết bị giám sát và Thẻ truy cập 12

1.4 Quản lý dữ liệu 13

CHƯƠNG II: CƠ SỞ LÝ THUYẾT CHUNG 15

2.1 Giới thiệu chung về GPS 15

2.2 Giới thiệu chung về GPRS 23

2.3 Giới thiệu chung về lập trình socket 26

2.4 Giới thiệu chung về Map API 28

CHƯƠNG III: XÂY DỰNG HỆ THỐNG GIÁM SÁT HÀNH TRÌNH 30

3.1 Tổng quan về hệ thống 30

3.1.1 Mục đích của hệ thống 30

3.1.2 Sơ đồ tổng quan của hệ thống 30

3.1.3 Nguyên lý hoạt động 30

3.1.4 Phạm vi 31

3.1.5 Tính bảo mật 31

3.1.6 Thiết bị giám sát hành trình 32

3.1.7 Hệ thống phần mềm 33

3.1.8 Các bảng dữ liệu trong CSDL 33

3.1.9 Lựa chọn công nghệ 35

3.2 Các sơ đồ thiết kế phần cứng 36

3.2.1 Sơ đồ khối nguồn 37

3.2.2 Sơ đồ khối vi xử lý STM32F107 41

3.2.3 Sơ đồ giao tiếp với camera 41

3.2.4 Sơ đồ giao tiếp với thẻ nhớ, eeprom 42

3.2.5 Sơ đồ giao tiếp SIM900 43

3.2.6 Sơ đồ giao tiếp Module GPS UB93 44

3.2.7 Chân điều khiển, thu thập trạng thái ON/OFF 44

3.2.8 Sơ đồ khối giao tiếp với Mic/Speaker 45

3.2.9 Sơ đồ tổng thể thiết kế mạch in 45

3.3 Lập trình firmware 46

3.3.1 Công cụ biên dịch và nạp firmware 46

3.3.2 Điều khiển nguồn cung cấp cho các module của thiết bị 46

3.3.3 Lập trình giao tiếp với camera 46

3.3.4 Lập trình giao tiếp với máy in nhiệt cầm tay E23 Thermal 47

3.3.5 Lập trình giao tiếp với thẻ nhớ 48

3.3.6 Lập trình giao tiếp với bộ nhớ Eeprom 49

3.3.7 Lập trình giao tiếp với module GSM SIM900 truyền dữ liệu thông qua GPRS 49 3.3.8 Lập trình điều khiển đèn Led hiển thị 50

3.3.9 Lập trình đóng gói dữ liệu 50

3.3.10 Lập trình điều khiển xử lý lưu trữ và đẩy lại dữ liệu đoạn mất GPRS 51

3.4 Thiết kế phần mềm Server nhận, xử lý và lưu trữ dữ liệu 51

3.4.1 Các chức năng chính 51

3.4.2 Quản lý các kết nối socket từ các thiết bị 51

3.4.3 Nhận, bóc tách và phân loại được các gói tin từ các thiết bị gửi về khác nhau rồi lưu vào CSDL 53

3.4.4 Ghép các gói tin hình ảnh thành bức ảnh rồi lưu vào hệ thống file máy tính 55 3.5 Thiết kế phần mềm giám sát hành trình phương tiện trên bản đồ số 57

3.5.1 Các chức năng chính 57

3.5.2 Tích hợp bản đồ số 57

3.5.3 Cập nhật vị trí, các thông tin hiện tại của các thiết bị đang quan sát và hiển thị trên bản đồ 58

3.5.4 Xem lại hành trình xe trong một khoảng thời gian 59

3.5.5 Xem lại hình ảnh thiết bị trong một khoảng thời gian 59

KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN 60

Thiết bị giám sát hành trình và truyền hình ảnh qua sóng di động 3G 61

Thiết bị truyền hình ảnh tốc độ cao đa luồng qua sóng di động 3G 61

TÀI LIỆU THAM KHẢO 62

PHỤ LỤC I: THIẾT KẾ CƠ SỞ DỮ LIỆU 64

PHỤ LỤC II: PHÂN TÍCH THIẾT KẾ CƠ SỞ 84

II.1 Mô hình phân rã chức năng 84

II.2 Phân tích các trường hợp sử dụng (usecase) 86

CÁC THUẬT NGỮ VIẾT TẮT

ATGT An toàn giao thông

API Application programming interface

BGTVT Bộ giao thông vận tải

Firewall Thiết bị bảo mật, bức tường lửa

GPRS General packet radio service

GPS Global Positioning System

GSM Global System for Mobile Communications

TNGT Tai nạn giao thông

TNGTĐB Tai nạn giao thông đường bộ

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ

Hình 3.5 Sơ đồ nguyên lý mạch đóng mở nguồn dùng IRF5316 39

Hình 3.7 Sơ đồ nguyên lý mạch lấy mẫu nguồn DC và Pin dự

phòng

40

Hình 3.8 Sơ đồ nguyên mạch đệm tín hiệu điều khiển 41 Hình 3.9 Sơ đồ nguyên lý kết nối các chân chip STM32F107 41 Hình 3.10 Sơ đồ nguyên lý kết nối chân Camera Serial 41 Hình 3.11 Thứ tự chân trên 2 đầu connector của camera 43 Hình 3.12 Sơ đồ nguyên lý kết nối chân thẻ nhớ và simcard 43 Hình 3.13 Sơ đồ nguyên lý chi tiết thẻ nhớ và simholder 44

DANH MỤC CÁC BẢNG

Bảng 2.2 Số timeslot sử dụng trong các kiểu GPRS 23 Bảng 2.3 So sánh sự khác biệt giữa giao tiếp có nối kết và không

Bảng 3.7 Mô tả cách xử lý gói tin nhận đƣợc từ thiết bị gửi về 55

LỜI MỞ ĐẦU

Trong thời đại ngày nay, công nghệ phát triển nhanh chóng, công nghệ thông tin đã được áp dụng vào mọi ngành nghề, lĩnh vực trong xã hội Đặc biệt trong lĩnh vực giao thông lại càng cần thiết phải ứng dụng công nghệ thông tin, tình trạng tai nạn giao thông đang hàng ngày cướp đi sinh mạng của rất nhiều con người

TNGT là vấn đề xã hội bức xúc gây thiệt hại to lớn về người và tài sản Hàng năm TNGTĐB làm chết trên 10.000 người và bị thương khoảng 10.000 người Riêng năm 2010, theo báo cáo tham luận của Tổng cục ĐBVN tại Hội nghị quốc tế báo cáo chiến lược đảm bảo trật tự ATGT đường bộ quốc gia đến năm 2020 và tầm nhìn đến năm 2030 thì cả nước đã xảy ra 13.713 vụ TNGT đường bộ, làm chết 11.060 người, bị thương 10.306 người

Theo ông Khuất Việt Hùng, Quyền Vụ trưởng Vận tải, Bộ Giao thông Vận tải, hiện nay 80% số vụ tai nạn giao thông có nguyên nhân từ những hành vi như: chạy xe quá tốc độ, lái xe trong tình trạng sức khỏe không đảm bảo như mệt mỏi, buồn ngủ, có

sử dụng chất kích thích Chính vì vậy mà BGTVT đã quy định rõ tại điều 12 nghị định

số 91/2009/NĐ-CP ngày 21 tháng 10 năm 2009 về kinh doanh và điều kiện kinh doanh vận tải bằng xe ô tô là bắt buộc phải lắp đặt thiết bị giám sát hành trình để kiểm soát tốc độ, hành trình của xe giúp giảm thiểu tan nạn giao thông (1) Từ ngày 01/07/2013,

xe buýt, xe khách, xe hợp đồng và xe container không có thiết bị giám sát hành trình thì chủ xe sẽ bị phạt từ 2 đến 3 triệu đồng Doanh nghiệp có 20% số phương tiện chạy quá tốc độ sẽ bị tước giấy phép kinh doanh. 1

Theo BGTVT tới nay đã có 53 doanh nghiệp được cấp phép sản xuất là lắp đặt thiết bị giám sát hành trình Nhưng trên thực tế thanh tra kiểm tra vừa qua bộ giao thông đã tước giấy phép kinh doanh của nhiều đơn vị do thiết bị vận hành không lưu được dữ liệu, không chiết xuất được dữ liệu cần thiết từ thiết bị, thiết bị hay bị mất kết nối,…

Chính vì những hạn chế này, tôi mong muốn nghiên cứu được một thiết bị giám sát có chất lượng tốt để góp phần giám sát các phương tiện tham gia giao thông để giảm thiểu tai nạn giao thông

Luận văn này tôi sẽ nghiên cứu trình bày theo hướng tìm giải pháp để xây dựng một hệ thống hoàn chỉnh bao gồm thiết bị giám sát hành trình, phần mềm xử lý tại trung tâm và phần mềm giám sát trên bản đồ Google

1

Nguồn: vnexpress

CHƯƠNG I: TỔNG QUAN

1.1 Lịch sử phát triển thiết bị giám sát

Từ ý tưởng của Max Maria von Weber thiết bị giám sát đầu tiên đã được lắp và

sử dụng trên phương tiện giao thông đường sắt vào năm 1835 Năm 1902, một kỹ sư người Đức là Otto Schulze đã đăng ký bằng sáng chế cho loại thiết bị ghi tốc độ dựa trên hiệu ứng của dòng điện Phu-cô Thiết bị này được sử dụng trên các xe của hãng ô

tô E Seignol ở Frankfurt/Main năm 1908 Sự phát triển có tính đột phá phải kể tới loại thiết bị của hãng Kienzle do kỹ sư Paul Riegger thiết kế vào thập niên 20 của thế kỷ trước Đây chính là thiết bị khởi tổ của loại thiết bị theo dõi hành trình có kết cấu như một chiếc đồng hồ “Autorex –Uhr” được lắp trên các xe ô tô sau này Thiết bị Kienzle cho phép ghi lại hành trình vận hành xe dưới dạng đồ thị Quãng đường - Thời gian

Ở Đức, việc bắt buộc các xe kinh doanh vận tải có khối lượng toàn bộ trên 7,5 tấn phải trang bị “Thiết bị giám sát” đã được quy định trong Luật An toàn Giao thông công bố ngày 19-12-1952 Hiện nay, việc trang bị Thiết bị giám sát đã được quy định bắt buộc cho tất cả các loại xe tải có khối lượng toàn bộ từ 3,5 tấn và xe khách trên 9 chỗ ngồi kinh doanh vận tải Từ năm 1985, theo Quy định EEC 3821/85 thì việc trang

bị Thiết bị giám sát đã trở thành yêu cầu bắt buộc đối với tất cả các nước thành viên thuộc Liên hiệp châu Âu (EU) Tuy nhiên, cũng theo quy định trên, một số loại xe dưới đây không bắt buộc phải trang bị Thiết bị giám sát:

- Xe chở khách theo tuyến có chiều dài tuyến không lớn hơn 50 km;

- Xe có vận tốc lớn nhất không lớn hơn 40 km/h;

- Xe vận chuyển vì mục đích nhân đạo, xe cứu thương, xe cứu hộ, xe cứu hỏa;

- Xe phục vụ mục đích an ninh, quốc phòng;

- Xe chạy thử phục vụ nghiên cứu, phát triển mẫu xe mới

1.2 Các loại thiết bị giám sát

Thiết bị giám sát có 2 loại chính là thiết bị giám sát cơ khí và thiết bị giám sát điện tử

 Thiết bị giám sát cơ khí

Thiết bị giám sát cơ khí có kết cấu giống như một chiếc đồng hồ (Hình 1.1) Bộ phận chính của loại thiết bị này gồm một tấm giấy hình tròn (đĩa giấy) có thể quay theo trục đồng hồ thời gian, một đầu ghi có khả năng dịch chuyển trong phạm vi đĩa giấy; Độ dịch chuyển của đầu ghi tùy thuộc vào tốc độ chạy xe Khi đĩa giấy quay hết một vòng thì tương đương với một khoảng thời gian là 24 giờ Việc kiểm chuẩn và niêm phong đối với thiết bị này được thực hiện 2 năm một lần Ngoài ra, khi có sự

thay đổi về cỡ lốp hoặc tiến hành sửa chữa các bộ phận khác có liên quan tới thông số đầu vào của thiết bị thì đều phải kiểm chuẩn lại

Hình 1.1: Thiết bị giám sát cơ khí Nhược điểm cơ bản của loại thiết bị này dễ bị làm sai lệch các thông tin hiển thị

so với thực tế Một số cách thức làm sai lệch kết quả ghi hay được lái xe áp dụng như: làm cong thanh gắn đầu ghi hoặc đặt một vật mềm cản trở khả năng dịch chuyển của đầu ghi nhằm giảm bớt tốc độ ghi trên giấy; làm sai lệch điện áp cấp cho đồng hồ để thay đổi về thời gian; tráo đổi đĩa giấy khác Ngoài ra, việc lưu trữ, tra cứu dữ liệu chạy xe khi cần thiết cũng rất khó khăn và tốn nhiều thời gian

 Thiết bị giám sát điện tử

Ngày nay, trên hầu hết các xe lưu hành ở châu Âu đều lắp Thiết bị giám sát điện tử (Hình 1.2) Với loại thiết bị này, về cơ bản đã loại trừ được các nhược điểm nêu ở trên của loại Thiết bị giám sát cơ khí Ngoài ra, để chống việc làm sai lệch thông

số hiện thị bằng các thiết bị tạo xung tự chế (như với xe Taxi ở Việt Nam) người ta đã

mã hóa tín hiệu xung lấy từ hộp số

Theo Quy định EEC 561/2006 có hiệu lực thi hành từ ngày 1-5-2006 thì tất cả các xe thuộc đối tượng phải trang bị Thiết bị giám sát, khi đăng ký lưu hành mới đều phải lắp loại Thiết bị giám sát điện tử; Loại thiết bị này phải có khả năng lưu trữ được thông tin của tối thiểu 365 ngày và cho phép kết xuất dữ liệu theo yêu cầu quản lý Các thông tin chính được lưu trữ trong Thiết bị giám sát gồm: Ngày sản xuất của thiết bị và của đầu cảm biến tốc độ; Số khung/số nhận dạng (VIN) của xe ô tô; Các bộ phận an toàn; Các sự cố đặc biệt như: quá số vòng quay, các lần làm sửa đổi số liệu; Thống kê các lỗi trong thiết bị hoặc trong thẻ truy cập cấp cho lái xe; Nhận dạng người lái và việc vận hành xe của người lái (thời gian lái, nghỉ, dừng ); Tốc độ chạy xe; Quãng đường chạy xe; Thông tin về cơ sở sửa chữa và các lần hiệu chỉnh thiết bị; Thông tin

về các lần bị kiểm tra, kết xuất dữ liệu Một số yêu cầu chính về kỹ thuật đối với Thiết

bị giám sát như:

- Có thể chỉnh đặt được giờ theo giờ gốc quốc tế;

- Việc tự chỉnh lại thời gian chỉ cho phép tối đa là 1 phút/mỗi tuần Trường hợp cần điều chính lớn hơn mức trên thì phải đưa tới Cơ sở hiệu chỉnh được

Cơ quan có thẩm quyền đánh giá công nhận;

- Độ sai lệch cho phép của thiết bị khi kiểm tra trên băng thử như sau:

o Quãng đường hiển thị so với quãng đường thử thực tế không lớn hơn 1% nhưng không được vượt quá 1 km;

o Tốc độ hiển thị so với tốc độ thực tế không lớn hơn 3 km/h;

o Thời gian hiển thị so với thời gian thực tế không lớn hơn 2 phút/ngày nhưng không quá 10 phút cho 7 ngày (1 tuần)

- Độ sai lệch cho phép của thiết bị sau khi đã được lắp lên xe như sau:

o Quãng đường hiển thị so với quãng đường thử thực tế không lớn hơn 2% nhưng không được vượt quá 1 km;

o Tốc độ hiển thị so với tốc độ thực tế không lớn hơn 4 km/h;

o Thời gian hiển thị so với thời gian thực tế không lớn hơn 2 phút / ngày nhưng không quá 10 phút cho 7 ngày (1 tuần)

- Độ sai lệch cho phép của thiết bị khi xe đưa vào khai thác sử dụng như sau:

o Quãng đường hiển thị so với quãng đường thử thực tế không lớn hơn 4 % nhưng không được vượt quá 1 km;

o Tốc độ hiển thị so với tốc độ thực tế không lớn hơn 6 km/h;

o Thời gian hiển thị so với thời gian thực tế không lớn hơn 2 phút / ngày nhưng không quá 10 phút cho 7 ngày (1 tuần)

Hình 1.2: Thiết bị giám sát điện tử

Ngoài các yêu cầu được quy định trong các văn bản pháp quy, các thiết bị giám sát điện tử thường có thêm một số tính năng phụ trợ như: cảnh báo thời gian lái cho phép (ví dụ không quá 4 giờ), cảnh báo tốc độ (ví dụ không quá 80 km/h), có sẵn cổng

dự phòng dùng cho việc kết nối với các thiết bị theo dõi, giám sát khác theo yêu cầu quản lý riêng của từng doanh nghiệp vận tải

1.3 Quản lý Thiết bị giám sát và Thẻ truy cập

Do Thiết bị giám sát đóng một vai trò vô cùng quan trọng trong việc đảm bảo

an toàn khi xe lưu hành và liên quan tới nhiều tổ chức cá nhân nên ở các nước thuộc

EU việc quản lý thiết bị này được thực hiện rất chặt chẽ, đồng bộ

Tất cả các loại Thiết bị giám sát khi đưa vào lắp trên xe đều phải được Cơ quan đăng kiểm kiểm tra, chứng nhận, cấp mã số đăng ký kỹ thuật Các nội dung kiểm tra

cụ thể là:

- Kiểm tra, chứng nhận cho kiểu loại Thiết bị (khi chưa lắp lên xe) ;

- Kiểm tra sự tương thích giữa xe, đầu cảm biến đo quãng đường và thiết bị khi lắp đặt lên xe;

- Kiểm tra định kỳ tình trạng kỹ thuật của Thiết bị giám sát lắp trên xe (thường được thực hiện luôn khi xe vào kiểm định an toàn kỹ thuật và bảo

vệ môi trường)

Nhiều loại xe sản xuất lắp ráp mới đã được nhà sản xuất xe lắp sẵn Thiết bị giám sát theo thiết kế được Cơ quan Đăng kiểm kiểm tra, chứng nhận để cung cấp cho các doanh nghiệp kinh doanh vận tải

Bên cạnh việc quản lý kỹ thuật đối với Thiết bị giám sát, Cơ quan đăng kiểm còn có nhiệm vụ tổ chức việc cấp phát và quản lý các loại thẻ truy cập Thiết bị giám sát Cách quản lý thẻ có một số nét tương tự như thẻ ATM đang được sử dụng rộng rãi trong hệ thống ngân hàng ở nước ta Thẻ truy cập Thiết bị giám sát là loại thẻ nhựa gắn chíp điện tử Thẻ có 4 loại để cấp cho 4 đối tượng khác nhau liên quan trực tiếp tới việc sử dụng, quản lý thiết bị Mỗi đối tượng sử dụng thẻ chỉ được phép truy cập trong phạm vi phân cấp nhất định như sau:

- Thẻ cấp cho người lái (Hình 1.3)

- Thẻ cấp cho cơ sở sửa chữa thiết bị (Hình 1.4)

- Thẻ cấp cho doanh nghiệp (Hình 1.5)

- Thẻ cấp cho kiểm soát viên (Hình 1.6)

Hình 1.3: Mặt trước Thẻ cấp cho lái xe Hình 1.4: Mặt sau Thẻ cấp cho doanh

nghiệp vận tải

Hình 1.5: Mặt sau Thẻ cấp cho cơ sở

sửa chữa thiết bị

Hình 1.6: Mặt sau Thẻ cấp cho kiểm soát viên

1.4 Quản lý dữ liệu

Theo Quy định 3821/85 và 6561/2006 của Ủy ban kinh tế châu Âu, doanh nghiệp có xe hoặc chịu trách nhiệm về pháp luật đối với việc khai thác sử dụng các xe phải có trách nhiệm lưu trữ, bảo quản các dữ liệu có trong Thiết bị giám sát và cung cấp các dự liệu này khi có yêu cầu của cơ quan có thẩm quyền nhà nước Việc kết xuất, lưu trữ bảo quản dữ liệu của doanh nghiệp như sau:

- Sau mỗi khoảng thời gian không quá 28 ngày phải thực hiện việc kết xuất đối với dữ liệu trong Thẻ cấp cho lái xe

- Sau mỗi khoảng thời gian không quá 3 tháng phải thực hiện việc kết xuất đối với dữ liệu có trong Thiết bị giám sát lắp đặt trên xe;

- Các dữ liệu kết xuất từ Thiết bị giám sát và Thẻ cấp cho lái xe phải được lưu trữ tại Doanh nghiệp trong thời hạn tối thiểu là 1 năm

- Đối với các đĩa giấy sử dụng trên các Thiết bị giám sát cơ khí lắp đặt trước đây phải lưu trữ trong thời hạn tối thiểu là 1 năm; Riêng đối với các đối tượng lái xe chịu sự điều chỉnh bởi các quy định của Luật Lao động là 2 năm

Doanh nghiệp có thể bị ra tòa nếu vi phạm một trong số các điều khoản nêu trên; ngoài ra, cũng phải liên đới chịu trách nhiệm đối với các vi phạm của lái xe do mình thuê, mướn, quản lý

Trách nhiệm lưu trữ dữ liệu đối với cơ sở sửa chữa hiệu chỉnh Thiết bị giám sát cũng được quy định cụ thể Khi thay thế, sửa chữa Thiết bị giám sát thì cơ sở sửa chữa phải có trách nhiệm kết xuất và lưu trữ dữ liệu có trong Thiết bị trong thời hạn tối thiểu là 2 năm và cung cấp các dữ liệu này khi có yêu cầu của Doanh nghiệp vận tải (chủ xe) hoặc cơ quan có thẩm quyền

Tại Việt Nam đã có một số hệ thống triển khai như:

- Công ty TNHH phát triển công nghệ điện tử Bình An

Địa chỉ: P314, B8, Thanh Xuân Bắc, Quận Thanh Xuân, Hà Nội

- Công ty TNHH thương mại điện tử Vĩnh Hiên (VECOM)

Địa chỉ: Số 12, đường Bàu Cát, P13, Quận Tân Bình, TP Hồ Chí Minh

- Công ty TNHH viễn thông TIT

Địa chỉ: Số 59/27/1 Trần Phú, Quận 5, TP Hồ Chí Minh

CHƯƠNG II: CƠ SỞ LÝ THUYẾT CHUNG

2.1 Giới thiệu chung về GPS

 Niên biểu lịch sử phát triển GPS

Bảng 2.1: Niên biểu lịch sử phát triển GPS

Những năm

Đầu Đại chiến

thế giới thứ 2

LORAN là hệ thống dẫn đường áp dụng phương pháp đo độ lệch thời gian của tín hiệu sóng vô tuyến, do Phòng thí nghiệm Bức xạ Đại học MIT (MIT Radiation Laboratory) LORAN cũng là hệ thống định vị trong mọi điều kiện thời tiết thực sự đầu tiên, nhưng hai chiều (vĩ độ và kinh độ)

1957

Vệ tinh Sputnik của Nga được phóng lên vũ trụ Đại học MIT cho rằng tín hiệu vô tuyến điện của vệ tinh có thể tăng lên khi chúng tiếp cận trái đất và giảm đi khi rời khỏ trái đất và do vậy có thể truy theo

vị trí từ mặt đất

1959

TRANSIT, hệ thống dẫn đường dựa trên vệ tinh hoạt động đầu tiên,

do Phòng thí nghiệm vật lý ứng dụng Johns Hopkins phát triển dưới

sự chỉ đạo của TS Richard Kirschner Mặc dù khởi đầu Transit được chế tạo để hỗ trợ cho đội tàu ngầm của Mỹ nhưng những công nghệ này đã được phát triển có ích trở thành Hệ thống định vị toàn cầu

Vệ tinh Transit đầu tiên được phóng lên vũ trụ vào năm 1959

1960

Hệ thống dẫn đường đo hiệu thời gian ba chiều (kinh độ, vị độ và độ cao longitude, latitude and altitude) đầu tiên do Raytheon Corporation đề xuất theo yêu cầu của Air Force để làm hệ thống dẫn đường sẽ được sử dụng với (with a proposed ICBM) có thể đạt tới độ lưu động bằng chạy trên một hệ thống đường ray Hệ thống dẫn đường được trình bày là MOSAIC (Mobile System for Accurate ICBM Control) Ý tưởng này bị hỏng khi chương trình Mobile Minuteman bị hủy bỏ vào năm 1961

1963

Tổng công ty Aerospace Corporation thực hiện nghiên cứu về hệ thống không gian làm cơ sở cho hệ thống dẫn đường cho phương tiện chuyển động nhanh theo ba chiều không gian Việc nghiên cứu này trực tiếp dẫn tới khái niệm về hệ thống định vị toàn cầu Khái niệm liên quan đến việc đo thời gian tới của tín hiệu sóng vô tuyến được phát đi từ vệ tinh có vị trí chính xác đã biết Đo thời gian sẽ cho khoảng cách tới vị trí vệ tinh đã biết và lần lượt có thể xác định được vị trí của người sử dụng

1963

Air Force bắt đầu hỗ trợ nghiên cứu của Aerospace, chỉ định nghiên cứu này bằng Dự án Hệ thống 621B Khoảng năm 1972, chương trình này đã biểu diễn hoạt động của một loại tín hiệu xác định khoảng cách vệ tinh mới dựa trên tiếng ồn ngẫu nhiên giả tạo (PRN, pseudo random noise)

1964

Timation, hệ thống vệ tinh hải quân, được phát triển dưới sự chỉ đạo của Roger Easton ở Phòng nghiên cứu Hải quan (Naval Research Lab, NRL) để cải thiện đồng hồ có tính ổn định cao, khả năng truyền thời gian, và dẫn đường 2 chiều Hoạt động của Timation theo tiêu chuẩn thời gian chuẩn vũ trụ đã cung cấp cơ sở quan trọng cho hệ thống định vị toàn cầu Vệ tinh Timation đầu tiên được phóng lên vũ trụ vào tháng 5 năm 1967

1968

Bộ Quốc phòng Mỹ (DoD, Department of Defence, USA) thành lập một ủy ban gọi là Ủy ban Thực hiện Vệ tinh Dẫn đường (NAVSEC, Navigation Satellite Executive Committee) để phối hợp nỗ lực của các nhóm dẫn đường vệ tinh (Transit của Hải quân, Chương trình

Timation, và SECOR của Quân đội, hay còn gọi là Hệ thống đồng tương quan khoảng cách chuỗi (Sequential Correlation of Range System) NAVSEC ký hợp đồng một số nghiên cứu để làm sáng tỏ khái niệm dẫn đường vệ tinh cơ bản Những nghiên cứu này về một

số vấn đề chính xung quanh khái niệm như lựa chọn tần số sóng mang (dải L đối lập với dải C), thiết kế cấu trúc tín hiệu, và lựa chọn định hình quỹ đạo vệ tinh

1969-1972

NAVSEC quản lý các thảo luận khái niệm giữa các nhóm dẫn đường

vệ tinh khác nhau APL Hải quân ủng hộ nhóm Transit mở rộng, trong khi NRL Hải quân ủng hộ cho Timation mở rộng, còn Air Force thì ủng hộ cho “chòm sao đồng bộ mở rộng”, tức dự án „Hệ thống 621B‟

cả quân chủng quốc phòng Đại tá Brad Parkinson được chỉ định làm người chỉ đạo văn phòng chương trình kết hợp và được đặt trọng trách phát triển kết hợp khái niệm ban đầu về hệ thống dẫn đường dựa trên không gian (space-based navigation system)

Tháng 8 năm

1973

Hệ thống đầu tiên được trình bày tới Hội đồng Thu nhận và Thẩm định Hệ thống Quốc phòng (Defense System Acquisition and Review Council, DSARC) bị từ chối thông qua Hệ thống được trình lên DSARC được gói gọn trong Hệ thống 621B của Air Fore và không đại diện cho chương trình kết hợp Mặc dù có người ủng hộ ý tưởng của hệ thống dẫn đường dựa trên vệ tinh mới nhưng Văn phòng Chương trình Kết hợp đã được thúc đẩy khẩn trương tổng quát hóa khái niệm bao gồm xem xét và yêu cầu tất cả các binh chủng quốc phòng

17/12/1973

Một khái niệm mới được trình tới DSARC và được thông qua để thực hiện và cấp kinh phí là hệ thống NAVSTAR GPS, đánh dấu khởi đầu công nhận khái niệm (ý tưởng) (Giai đoạn I của chương trình GPS) Khái niệm mới thực sự là một hệ thống dàn xếp (thỏa hiệp – compromise system) do Đại tá Parkinson thương lượng đã kết hợp tốt nhất giữa tất cả những khái niệm và công nghệ dẫn đường vệ

tinh có sẵn Cấu hình hệ thống được thông qua bao gồm 24 vệ tinh chuyển động trong những quỹ đạo nghiêng chu kỳ 12 giờ đồng hồ

1977 Thực hiện kiểm tra thiết bị người sử dụng ở Yuma, Arizona

22/2/1978

Vệ tinh Block I đầu tiên được phóng Toàn bộ 11 vệ tinh Block I được phóng trong khoảng thời gian 1978 và 1985 trên Atlas-Centaur Những vệ tinh Block I do Rockwell International xây dựng được coi

là những vệ tinh mẫu phát triển được dùng để kiểm tra hệ thống Bị mất một vệ tinh do phóng trượt

26/4/1980

Phóng vệ tinh GPS đầu tiên thực hiện những bộ cảm ứng Hệ thống phát hiện tiếng nổ hạt nhân hoạt động tổng hợp (Integrated Operational Nucluear Detonation Detection System (IONDS) sensors)

1982

Bộ Quốc phòng thông qua quyết định giảm số vệ tinh của chòm vệ tinh GPS từ 24 xuống 18 tiếp theo sau tái cấu tạo lại chương trình chính do Quyết định 1979 của Văn phòng Thư ký Bộ Quốc phòng gây ra để cắt giảm kinh phí 500 triệu đô la (khoảng 30%) từ ngân sách cho giai đoạn năm tài chính FY81-FY86

14/7/1983 Phóng vệ tinh GPS đầu tiên thực hiện hệ thống dò tìm tiếng nổ hạt

nhân (NDS) mới hơn

16/9/1983

Theo (the Soviet downing of Korean Air flight 007), tổng thống Reagan hứa cho GPS được sử dụng cho các máy bay dân dụng hoàn toàn miễn phí khi hệ thống đưa vào sử dụng Sự kiện này đánh dấu

sự bắt đầu lan tỏa công nghệ GPS từ quân sự sang dân sự

Tháng tư 19985

Hợp đồng thiết bị người sử dụng chính đầu tiên được giao cho JPO Hợp đồng bao gồm việc nghiên cứu, phát triển cũng như lựa chọn sản xuất các máy thu GPS dùng cho máy bay, tàu thủy và máy thu xách tay (gọn nhẹ)

1987 Bộ Quốc phòng chính thức yêu cầu Bộ Giao thông (Department of

Transport, DoT) có trách nhiệm thiết lập và cung cấp một văn phòng đáp ứng nhu cầu người sử dụng dân sự về thông tin GPS, dữ liệu và

hỗ trợ kỹ thuật Tháng 2 năm 1989, Coast Guard có trách nhiệm làm đại lý hướng dẫn Dịch vụ GPS Dân sự (civil GPS service)

1984

Khảo sát trở thành một thị trường GPS thương mại đầu bảng được nâng cánh! Để bù cho số vệ tinh giới hạn có sẵn trong quá trình phát triển chòm vệ tinh, các nhà khảo sát đã chuyển qua số kỹ thuật nâng cao độ chính xác bao gồm kĩ thuật GPS Vi phân (DGPS) và kỹ thuật truy theo pha sóng mang (carrier phase tracking)

tinh cộng thêm 3 vệ tinh dự phòng

14/2/1989

Vệ tinh đầu tiên của các vệ tinh Block II đã được phóng từ Cape Canaveral AFT, Florida, trên dàn phóng Delta II (Delta II booster) Phi thuyền con thoi (Space Shuttle) làm bệ phóng theo kế hoạch cho các vệ tinh Block II được Rockwell Intenational đóng Tiếp theo tai nạn Challenger 1986, Văn phòng Chương trình Kết hợp (JPO) xem xét lại và đã sử dụng Delta II làm bệ phóng vệ tinh GPS SA (Selective Availabity) và AS (Anti-spoofing

21/6/1989

Hãng Martine Marietta (sau khi mua xong General Electric Astro Space Division vào năm 1992) được thắng hợp đồng xây dựng 20 vệ tinh bổ sung (Block IIR) Chiếc vệ tinh Block IIR đầu tiên sẵng sàng

để phóng vào cuối năm 1996

thế giới được thành lập năm 1978 hoàn thành loạt sản phẩm ban đầu

25/3/1990

DoD theo Kế hoạch Dẫn đường Vô tuyến Liên bang, lần đầu tiên khởi động (kích hoạt) SA (Selective Availability) làm giảm độ chính xác dẫn đường GPS có chủ định

8/1990

SA được tắt đi trong chiến tranh vịnh Ba tư (Persian Gulf War) Những yếu tố đóng góp vào quyết định tắt SA bao gồm việc phủ sóng ba chiều có giới hạn được chòm NAVSTAR cung cấp trong quỹ đạo vào thời gian đó và sớ máy thu mã số chính xác (Precision (P)-code) trong bản kiểm kê của DoD DoD đã mua hàng nghìn máy thu GPS dân dụng ngay sau đó không lâu đã dùng cho lực lượng liên minh trong cuộc chiến tranh

1990-1991

GPS được các lực lượng liên minh dùng lần đầu tiên trong điều kiện chiến tranh trong Chiến tranh Vịnh Ba Tư Sử dụng GPS cho Bão Sa Mạc Hoạt Động (Operation Desert Storm) chúng minh là cách sử

dụng chiến thuật thành công đầu tiên của công nghệ không gian trong giới hạn thiết trí hoạt động

29/8/1991 SA được kích hoạt lại sau Chiến tranh Vịnh Ba Tư

1/7/1991

Mỹ đã cho phép cộng đồng thế giới sử dụng dịch vụ định vị tiêu chuẩn (SPS) GPS bắt đầu từ năm 1993 trên cơ sở liên tục và miễn phí trong vòng ít nhất 10 năm Lời đề nghị này được thông báo trong Hội nghị Dẫn đường Hàng không lần thứ 10 (the 10th Air Navigation Conference) của Tổ chức Hàng không Dân dụng Quốc tế (ICAO, International Civil Aviation Organization)

5/9/1991

Mỹ mở rộng lời đề nghị 1991 vào Hội nghị thường niên ICAO bằng cách cho phép thế giới sử dụng SPS trong tương lai, việc này phụ thuộc vào việc có đủ vốn, cung cấp dịch vụ này tối thiểu 6 năm có thông báo trước về việc chấm dứt hoạt động GPS hoặc xóa bỏ SPS

8/12/1992

Bộ Trưởng Bộ Quốc phòng chính thức thông báo Khả năng hoạt động đầu tiên của GPS, có nghĩa là 24 vệ tinh trên quỹ đạo hệ thống GPS không còn là hệ thống đang triển khai nữa mà GPS đã có khả năng duy trì độ chính xác ở mức độ sai số 100 mét và có sẵn trên toàn cầu liên tục cho người sử dụng SPS như đã hứa

6/6/1994 Người quản trị FAA David Hinson thông báo ngừng phát triển Hệ

thống Hạ cánh Vi sóng (MLS) cho việc hạ cánh Loại II và III

11/1994

Hãng Orbital Sciences, một nhà sản xuất tên lửa và vệ tinh hàng đầu thế giới đồng ý mua hãng Magellen Corp., một nhà sản xuất máy thu GPS cầm tay ở California bằng trao đổi chứng khoán trị giá 60 triệu

đô la Mỹ, mang lại cho Orbital tiến gần tới mục tiêu trở thành công

ty viễn thông hai chiều dựa vào vệ tinh

8/6/1994

Người quản trị FAA David Hinson thông báo thực hiện Hê thống Gia tăng Vùng rộng (WAAS, Wide Area Augmentation System) nhằm mục đích cải thiện tính hợp nhất GPS và tăng tính sẵn có cho người sử dụng dân sự trên tất cả các phương tiện bay Giá chương trình theo dự tính mất 400-500 triệu đô la Mỹ Chương trình này được lập kế hoạch thực hiện vào khoảng năm 1997

11/10/1994 Ủy ban hành động dẫn đường định vị Bộ Giao thông (the

Department of Transportation Positioning / Navigation Executive

Committee) được thành lập để cung cấp diễn đàn qua đại lý nhằm thực hiện chính sách GPS

14/10/1994

Người quản trị FAA David Hinson nhắc lại lời đề nghị (US‟s offer) làm GPS-SPS có sẵn trong tương lai, dựa trên cơ sở liên tục và toàn cầu miễn phí cho người sử dụng trực tiếp trong thư gửi cho ICAO

16/3/1995

Tổng thống Bil Clinton tái khẳng định rằng Mỹ cung cấp tín hiệu GPS cho cộng đồng người sử dụng dân dụng thế giới trong thư gửi cho ICAO

 Một số thông số cơ bản của hệ thống GPS

- Số lượng vệ tinh: 27 trong đó có 3 vệ tinh dự phòng

- Phương pháp khóa pha tín hiệu: Sử dụng các bộ đồng bộ

- Hiệu chỉnh thời gian hệ thống so với UTC: UTC (USNO)

- Nội dung lịch vệ tinh: 152 bít

- Khoảng thời gian phát lịch vệ tinh: 12,5 phút

- Phương pháp truy nhập tín hiệu vệ tinh: Truy nhập theo mã

Bảng 2.2: Chuẩn dữ liệu NMEA cài đặt STT Sentences Interpreted

1 $GPBOD Bearing, origin to destination

2 $GPBWC Bearing and distance to waypoint, great circle

3 $GPGGA Global Positioning System Fix Data

4 $GPGLL Geographic position, latitude / longitude

5 $GPGSA GPS DOP and active satellites

6 $GPGSV GPS Satellites in view

7 $GPHDT - Heading, True

8 $GPR00 List of waypoints in currently active route

9 $GPRMA Recommended minimum specific Loran-C data

10 $GPRMB Recommended minimum navigation info

11 $GPRMC Recommended minimum specific GPS/Transit data

12 $GPRTE Routes

13 $GPTRF Transit Fix Data

14 $GPSTN Multiple Data ID

15 $GPVBW Dual Ground / Water Speed

16 $GPVTG Track made good and ground speed

17 $GPWPL Waypoint location

18 $GPXTE Cross-track error, Measured

19 $GPZDA Date & Time

- Chuẩn dữ liệu NMEA 0183 V3.01 cung cấp rất nhiều thông tin từ vệ tinh gửi về, tuy nhiên trong phạm vi của hệ thống chúng ta chỉ cần đọc dữ liệu từ các thông điệp $GPGGA, $GPRMC là có đầy đủ thông tin định vị cần thiết

- Thông điệp $GPGGA - Cung cấp thông tin vị trí trong không gian 3 chiều

Bảng 2.3: Bảng thông điệp GPGGA

$GPGGA,123519,4807.038,N,01131.000,E,1,08,545.4,M,,,,*47

$GPGGA Loại thông điệp ( Global Positioning System Fix Data)

123519 Thời gian hiện tại là 12:35:19 ( giờ UTC )

4807.038,N Vĩ độ, 48007.038‟ N

01131.000,E Kinh độ, 11031.000‟ E

08 Số vệ tinh quan sát được

545.4,M Độ cao so với mặt nước biển là 545,4 mét

47 Dữ liệu kiểm soát lỗi bằng phương pháp chẵn lẻ

- Thông điệp $GPRMC – Cung cấp thông tin về vị trí, tốc độ chuyển động và thời gian

Bảng 2.4: Bảng thông điệp GPRMC

$GPRMC,123519,A,4807.038,N,01131.000,E,022.4,,230394,,*6A

$GPRMC Loại thông điệp ( Global Positioning System Fix Data)

123519 Thời gian hiện tại là 12:35:19 ( giờ UTC )

6A Dữ liệu kiểm soát lỗi bằng phương pháp chẵn lẻ

2.2 Giới thiệu chung về GPRS

Ý tưởng của GPRS được thảo luận năm 1992 và đến năm 1997 được phát hành thành chuẩn Chuẩn này chứa tất cả các chức năng chính của GPRS, bao gồm việc truyền dẫn điểm - điểm của số liệu người sử dụng, tương tác với mạng Internet và X.25, truyền dẫn SMS nhanh sử dụng các giao thức GPRS, cộng thêm vào

đó là các chức năng về bảo mật, tập hợp các công cụ tính cước cơ bản Một năm sau chuẩn này được bổ sung về truyền dẫn điểm - đa điểm (PTM), các dịch vụ bổ sung và thêm vào đó là các chức năng tương tác với mạng bên ngoài như ISDN và tương tác modem…

Công nghệ GPRS cung cấp các dịch vụ số liệu trên mạng GSM, khả năng thoại của mạng không thay đổi Với mạng GSM sử dụng công nghệ TDMAvà FDMA với một TS dùng cho một kênh thông tin người sử dụng, trong khi đó, mạng GPRS khi truyền dữ liệu có thể sử dụng một TS hay có thể kết hợp nhiều TS đồng thời cùng một lúc, bằng cách đó tốc độ truyền số liệu của GPRS có thể lên tới 171.2 kbps (về lý thuyết) khi sử dụng cả 8 TS của kênh vô tuyến cùng một lúc Do đó tốc độ truyền dữ liệu của GPRS được nâng cao

GPRS cung cấp dịch vụ truy cập vô tuyến gói cho các MS của GSM và chức năng định tuyến chuyển mạch gói trong mạng GSM thế hệ 2.5G Công nghệ chuyển mạch gói được đưa ra để tối ưu việc truyền số liệu dạng cụm và tạo điều kiện cho một dung lượng truyền tải dữ liệu lớn

Đối với người sử dụng thì ưu điểm quan trọng nhất của GPRS là việc tính cước dựa vào lưu lượng truyền tải, khi đó họ không phải trả cước cho dung lượng truyền dẫn không sử dụng đến Vì trong thời gian rỗi phổ tín hiệu được dành cho những người sử dụng khác một cách hiệu quả hơn

Các dịch vụ chủ yếu cho các ứng dụng với các đặc tính lưu lượng của truyền tải tuần hoàn với khối lượng truyền dẫn nhỏ và truyền tải không tuần hoàn với khối lượng

truyền dẫn có kích cỡ nhỏ và trung bình Điều này tạo khả năng cho hệ thống có thể phục vụ các dịch vụ và các ứng dụng mới Sự truyền tải một lượng lớn dữ liệu vẫn sẽ được duy trì qua các kênh chuyển mạch theo mạch, để tránh ảnh hưởng cho phổ vô tuyến gói Các ứng dụng của GPRS có thể tiến hành từ các thiết bị truyền thông tin như một máy tính xách tay PC (thư điện tử, truyền dẫn file, hiển thị trang web), đến các ứng dụng đặc biệt khác cho việc truyền tải dữ liệu dung lượng thấp (như đo lường, điều khiển từ xa…)

Dịch vụ GPRS có thể cũng được dùng với các gói giao thức chuẩn Giao diện giữa tập giao thức GPRS và các giao thức ứng dụng dựa trên giao thức điểm - điểm (PPP) hoặc vài bộ điều khiển được sử dụng chung

GPRS là một phương thức truyền số liệu gói trên nền mạng GSM đã có sẵn, vì vậy người ta đã thiết kế ba dạng máy cơ bản đó là: GPRS nhóm A GPRS nhóm B, GPRS nhóm C

Nhóm A: Với nhóm A thì MS có thể kết nối đồng thời với cả dịch vụ số liệu GPRS và dịch vụ GSM, có nghĩa là cùng một lúc máy Mobile có thể vừa kết nối với truyền số liệu và thoại

Nhóm B: Khi đó MS có thể kích hoạt cả dịch vụ GPRS và dịch vụ GSM, nhưng chỉ có một dịch vụ được thực hiện tại một thời điểm, có nghĩa là với nhóm B máy di động có thể nhận hay thực hiện cuộc gọi thoại trong khi đang kết nối truyền số liệu GPRS Nhưng trong lúc thoại thì tạm dừng truyền số liệu GPRS và đến khi thoại kết thúc dịch vụ truyền số liệu GPRS được tiếp tục một cách tự động

Nhóm C: Máy di động có khả năng dùng cả truyền số liệu GPRS và dịch vụ thoại nhưng phải thực hiện bằng tay, có nghĩa là người sử dụng có khả năng dùng cả dịch vụ truyền số liệu (GPRS) và thoại Nhưng khi muốn chuyển từ thoại sang số liệu GPRS hoặc ngược lại thì phải thực hiện bằng tay máy không tự động chuyển

Nhằm mục đích tối đa hoá hiệu quả sử dụng, truyền số liệu GPRS còn được chia ra thành một số kiểu chi tiết hơn, với các cách sử dụng số lượng các TS khác nhau gọi là các kiểu đa khe GPRS Trong các kiểu đa khe, số lượng TS được sử dụng truyền tải ở các đường lên và đường xuống có thể khác nhau Thông thường là số TS

ở đường xuống nhiều hơn nhằm mục địch phục vụ cho các dịch vụ yêu cầu tải số liệu xuống nhiều hơn (như Bảng 2.1)

Ở đây số khe được kích hoạt xác định số lượng TS mà thiết bị GPRS có thể dùng đồng thời cho cả hai đường lên và xuống Hình: 2.1 là một ví dụ cụ thể cho số lượng TS trong GPRS kiểu 3, ở đây sử dụng 3 TS cho đường xuống và 1 TS cho đường lên

Hình 2.1: Số TS sử dụng trong GPRS Như vậy ta có thể thấy rằng hầu như các kiểu GPRS đều hỗ trợ cho đường xuống nhiều hơn đường lên

Bảng 2.5: Số timeslot sử dụng trong các kiểu GPRS Lớp đa khe Đường xuống Đường lớn Số khe được kích hoạt

2.3 Giới thiệu chung về lập trình socket

 Giới thiệu

Socket là một giao diện lập trình ứng dụng (API-Application Programming Interface) Nó được giới thiệu lần đầu tiên trong ấn bản UNIX - BSD 4.2 dưới dạng các hàm hệ thống theo cú pháp ngôn ngữ C (socket(), bind(), connect(), send(), receive(), read(), write(), close() , ) Ngày nay, Socket được hỗ trợ trong hầu hết các

hệ điều hành như MS Windows, Linux và được sử dụng trong nhiều ngôn ngữ lập trình khác nhau: như C, C++, Java, Visual Basic, Visual C++,

Socket cho phép thiết lập các kênh giao tiếp mà hai đầu kênh được đánh dấu bởi hai cổng (port) Thông qua các cổng này một quá trình có thể nhận và gởi dữ liệu với các quá trình khác

Hình 2.2: Mô hình Socket

Có hai kiểu socket:

- Socket kiểu AF_UNIX chỉ cho phép giao tiếp giữa các quá trình trong cùng một máy tính

- Socket kiểu AF_INET cho phép giao tiếp giữa các quá trình trên những máy tính khác nhau trên mạng

 Số hiệu cổng (Port Number) của socket

Để có thể thực hiện các cuộc giao tiếp, một trong hai quá trình phải công bố số hiệu cổng của socket mà mình sử dụng Mỗi cổng giao tiếp thể hiện một địa chỉ xác định trong hệ thống Khi quá trình được gán một số hiệu cổng, nó có thể nhận dữ liệu gởi đến cổng này từ các quá trình khác Quá trình còn lại cũng được yêu cầu tạo ra một socket

Ngoài số hiệu cổng, hai bên giao tiếp còn phải biết địa chỉ IP của nhau Địa chỉ

IP giúp phân biệt máy tính này với máy tính kia trên mạng TCP/IP Trong khi số hiệu cổng dùng để phân biệt các quá trình khác nhau trên cùng một máy tính

Hình 2.3: Cổng trong Socket Trong hình trên, địa chỉ của quá trình B1 được xác định bằng 2 thông tin: (Host

 Các chế độ giao tiếp

Xét kiến trúc của hệ thống mạng TCP/IP

Hình 2.4: Bộ giao thức TCP/IP Tầng vận chuyển giúp chuyển tiếp các thông điệp giữa các chương trình ứng dụng với nhau Nó có thể hoạt động theo hai chế độ:

- Giao tiếp có nối kết, nếu sử dụng giao thức TCP

Socket là giao diện giữa chương trình ứng dụng với tầng vận chuyển Nó cho phép ta chọn giao thức sử dụng ở tầng vận chuyển là TCP hay UDP cho chương trình ứng dụng của mình

Bảng 2.6: So sánh sự khác biệt giữa giao tiếp có nối kết và không nối kết:

Chế độ có nối kết (TCP) Chế độ không nối kết (UDP)

 Tồn tại kênh giao tiếp ảo giữa

hai bên giao tiếp

 Dữ liệu được gởi đi theo chế độ

bảo đảm: có kiểm tra lỗi truyền

lại gói tin lỗi hay mất, bảo đảm

thứ tự đến của các gói tin

 Dữ liệu không chính xác, tốc độ truyền nhanh

 Thích hợp cho các ứng dụng cần tốc độ, không cần chính xác cao: truyền âm thanh, hình ảnh

2.4 Giới thiệu chung về Map API

Map API là một phương thức cho phép 1 website sử dụng dịch vụ bản đồ của site khác (gọi là Map API) và nhúng vào website của mình Một Map API tối thiểu phải cho phép tìm kiếm một địa điểm và đánh dấu trên bản đồ Đồng thời, người dùng có thể sử dụng chuột để di chuyển trên bản đồ (trực tiếp trên site của người dùng) để tìm kiếm vị trí mong muốn

Thị trường cung cấp Map API ở Việt Nam có 4 nhà cung cấp thông dụng đó

là: 1650km, diadiem, vietbando và google map Mỗi công ty có mỗi cách thức cung

cấp API khác nhau và kiểu hiển thị bản đồ cũng khác nhau như Hình 2.5

Hình 2.5: Tóm tắt kiểu hiển thị, chi phí khi triển khai các Map API

Đầu tiên là 1650km(1) 1(1650km.com), API của họ là miễn phí nên không cần

lo ngại, chỉ theo các bước họ chỉ dẫn là có thể nhúng được bản đồ vào website API của 1650km là hoàn toàn miễn phí

Tiếp theo là nói đến vietbando(2) (vietbando.vn), API của họ cũng miễn phí

nhưng cái chức năng quan trọng nhất là tìm vị trí của 1 địa chỉ lại thu phí, và giá hàng tháng khoảng từ 1triệu-20triệu và tính dựa trên số request Đối với dự án cộng đồng không có tài trợ thì gánh chịu 1 số tiền như vậy là không nhỏ Tuy nhiên, API của vietbando cũng khá mạnh mẽ, có nhiều chức năng (class, phương thức) giúp việc thao tác trên bản đồ được phong phú hơn, cú pháp và cách hoạt động khá giống với Map API của google

Tiếp nữa là diadiem(diadiem.com.vn), Diadiem có rất nhiều người sử dụng và

biết về bản đồ này

Cuối cùng là google map(3) (maps.google.com), với API được sử dụng miễn

phí, và bản đồ là bản đồ thế giới Chức năng hỗ trợ mạnh mẽ, bản đồ thì cũng sáng sủa, tìm hiểu tại Chức năng tìm kiếm và đánh dấu một địa chỉ trên bản đồ khá đơn giản

Tùy vào nhu cầu về địa chỉ (Việt Nam hay là thế giới), ngân sách của dự án và khả năng ứng dụng của dự án mà ta sẽ quyết định sử dụng Map API nào

CHƯƠNG III: XÂY DỰNG HỆ THỐNG GIÁM SÁT HÀNH TRÌNH

3.1 Tổng quan về hệ thống

3.1.1 Mục đích của hệ thống

Mục đích của hệ thống là để tạo ra sản phẩm có chức năng truyền dữ liệu hình ảnh, thông tin vị trí, thông tin trạng thái về Server tập trung thông qua sóng di động GPRS Sản phẩm đáp ứng đầy đủ các tính năng của một thiết bị giám sát giát hành trình theo nghị định số 91/2009/NĐ-CP của Chính Phủ Sản phẩm ứng dụng và triển khai được trong các lĩnh vực: Giao thông vận tải, An ninh quốc phòng,

Xây dựng hệ thống phần mềm nhận dữ liệu từ các thiết bị giám sát và hiển thị thông tin lên bản đồ

3.1.2 Sơ đồ tổng quan của hệ thống

View camera on Smartphone

INTERNET

GP/N M

EA

GP

RS/SO

tư, người dùng có thể theo dõi hình ảnh, vị trí của thiết bị trên smart phone, web, máy tính cá nhân thông qua phần mềm giám sát…Thêm vảo đó, thiết bị có đầu vào cảm biến để nhằm mục đích theo dõi các đối tượng riêng, có đầu điều khiển sẵn để điều khiển hoạt động một số thiết bị khác trên xe như đèn, quạt Ngoài ra, trong trường hợp mất kết nối, thiết bị có khả năng backup dữ liệu tại thẻ nhớ đính kèm thiết bị Khi có yêu cầu tin nhắn ra lệnh thiết bị sẽ gửi về sever những dữ liệu backup này Cuối cùng, thiết bị hỗ trợ đầu vào MIC và đầu ra loa sử dụng trong trường hợp cuộc gọi thoại, nghe nén, điều hành từ xa…

3.1.4 Phạm vi

- Nghiên cứu hệ thống mạng GPRS tại Việt Nam

- Nghiên cứu về Module Camera RS232

- Nghiên cứu về máy in nhiệt cầm tay

- Lập trình giao thức TCP/IP theo mô hình Client/Server sử dụng VB.NET

- Lập trình Firmware cho chip điều khiển trung tâm

- Khảo sát chất lượng mạng GPRS của 3 nhà mạng lớn Viettel, Vinaphone, MobiFone

- Nghiên cứu về thông tin định vị GPS

- Nghiên cứu module cung cấp và quản lý nguồn DC

- Phương pháp phục hồi dữ liệu khi thiết bị vào vùng mất sóng GPRS

3.1.5 Tính bảo mật

- Sử dụng đường truyền dữ liệu không dây qua sóng GPRS của các nhà mạng di động tại Việt Nam

- Dữ liệu truyền nhận giữa Server và Client được đóng gói và sử dụng mã CRC 16bit

- Phân quyền quản lý và mã hóa mật khẩu MD5

- Hành trình của phương tiện

- Tốc độ vận hành của phương tiện

- Số lần và thời gian dừng đỗ phương tiện

- Thời gian làm việc của người điều khiển phương tiện

- Dữ liệu được backup tối thiểu là 30 ngày

- Dữ liệu GPS chuẩn NMEA0183 V3.01

- Tần suất gửi dữ liệu GPS là 10s/1 bản tin

4 Tự động kết nối và duy

trì kết nối với Server

trung tâm

- Tự động đăng ký mạng khi khởi động

- Khởi tạo và duy trì kết nối tới Server trung tâm qua sóng GPRS

3 Truy xuất và in thông

tin lưu trữ trong thiết

4 Thông tin cảnh báo

trạng thái hoạt động

của thiết bị phần cứng

- Ứng với mỗi trạng thái hoạt động của thiết bị phần cứng ( mất GPS, GPRS, Nguồn Accu…) được thể hiện qua led hoặc còi báo

5 Nguồn cung cấp cho

thiết bị phần cứng

- Sử dụng Pin backup 450 mah

- Chuyển nguồn online, không gây gián đoạn cho hoạt động của thiết bị

- Tự động sạc cho pin khi pin yếu và ngừng sạc khi pin đầy

- Giao tiếp với camera serial, máy in nhiệt cầm tay

- Có các ngõ vào phục cho việc giám sát(Mức xăng, đóng/mở cửa…) và điều khiển(đèn, điều hòa….)

- Quản lý các kết nối socket từ các thiết bị

- Nhận, bóc tách và phân loại được các gói tin từ các thiết bị gửi về khác nhau

- Lưu gói tin khác nhau vào cơ sở dữ liệu

- Ghép các gói tin hình ảnh thành bức ảnh rồi lưu vào hệ thống file máy tính

- Xem lại hành trình xe trong một khoảng thời gian

- Xem lại hình ảnh thiết bị trong một khoảng thời gian

- Tìm kiếm thiết bị trong một vùng bán kính

- Báo cáo thống kê thông tin về xe

3.1.8 Các bảng dữ liệu trong CSDL

Bảng 3.3: Bảng danh sách các bảng dữ liệu chính trong CSDL

Chú ý: Để xem chi tiết các trường trong bảng dữ liệu chi tiết xem ở phụ lục I

1 1 tn_GPSService Danh mục các dịch vụ khách hàng có thể đăng ký xử dụng

2 2 tn_AlarmType Danh mục loại cảnh báo

3 tn_State Danh mục trạng thái của xe trong quá trình vận hành (Mất

GPS, Mất GPRS, quá tốc độ, )

4 tn_Capacity Danh mục sức chứa của xe (Định nghĩa các loại sức chứa như

xe 4 chỗ, 5 chỗ, 7 chỗ, 9 chỗ, 12 chỗ )

5 tn_GPSProvider Danh sách các nhà cung cấp thiết bị định vị, camera định vị

6 tn_Driver Danh sách Lái xe

7 tn_Route Mỗi nhóm xe sẽ vận hành theo mục đích khác nhau và sẽ có

tuyến đường đi khác nhau

8 tn_Customer Bảng danh sách các khách hàng sử dụng dịch vụ của hệ thống

9 tn_GPSDevice Bảng danh sách các thiết bị (GPS hoặc camera GPS)trong hệ

thống ở bảng này chỉ mới khai báo là có thiết bị, còn thiết bị này được vận hành hay khồng thì cần phải gắn nó vào một xe

cụ thể

10 tn_Vehicle Danh sách các phương tiện có trong hệ thống

11 tn_GPSGroup Dánh sách nhóm phương tiện Mỗi khách hàng sẽ phân

phương tiện của họ vào các nhóm khác nhau

12 tn_GPSGroup_R

eportType

Quan hệ giữa nhóm phương tiện và loại báo cáo Mỗi nhóm phương tiện sẽ có các loại báo cáo khác nhau

13 tn_GPSVehicle Quan hệ giữa thiết bị định vị và phương tiện Mỗi thiết bị sẽ

được gắn vào một phương tiện (ô tô hoặc xe máy) Khi gắn vào sẽ được định nghĩa tại bảng này

14 tn_VehicleMaint

ain

Lịch sử bảo trì phương tiện Các phương tiện có chu kỳ bảo trì ( số tháng) sẽ được đưa vào bảo dưỡng Mỗi lần bảo dưỡng sẽ được tạo một bản ghi vào trong bảng này

15 tn_StopPoint Danh sách các điểm dừng trong hệ thống (VD: Cây xăng cầu

giấy, Bệnh viện Bạch Mai, Đại Học Y, ) Mỗi điểm dừng sẽ được nằm các lịch trình của một nhóm phương tiện

16 tn_RouteStopPoi

nt

Gán các điểm dừng vào cho các tuyến chạy Một tuyến sẽ có nhiều điểm dừng Một điểm dừng cũng có thể nằm trong nhiều tuyến

17 tn_UserGPSGro

up

Gán người dùng quản lý các nhóm phương tiện Khi người dùng đăng nhập vào sẽ hiển thị các nhóm phương tiện người dùng được quản lý

18 tn_GPSGroup_G

PSVehicle

Gán các bản ghi thiết bị được gắn trên phương tiện vào các nhóm phương tiện

19 tn_Alarm Danh sách các cảnh báo Ví dụ như cảnh báo quá tốc độ, ăn

chộm xăng, mở cửa, tắt điều hòa,

23 tn_Tracking Thông thường thiết bị định vị cứ mỗi 10s gửi thông tin vị trí

lên server và lư vào database Nội dung bản ghi như trong bảng này

24 tn_GPSStatus Thông thường thiết bị định vị cứ mỗi phút gửi thông tin trạng

thái thiết bị lên server và lư vào database Nội dung bản ghi như trong bảng này

25 tn_CurrentGPSIn

fo

Mỗi một thiết bị khi vận hành sẽ có một bản ghi tương ứng trong bảng này Khi thiết bị kết nối vào hệ thống Nếu chưa có bản ghi tương ứng hệ thống sẽ tự động tạo thêm bản ghi tương ứng với thiết bị Nếu có rồi sẽ sử dụng lại bản ghi đó Mọi thông trạng thái, vị trí, hình ảnh hiện tại của phương tiện được lưu trong bảng này Do vậy web client (Trình duyệt) sẽ định

kỳ request lấy thông tin mới nhất về các thiết bị theo dõi ở bảng này để hiển thị

3.1.9 Lựa chọn công nghệ

 Lựa chọn phần cứng

Sau quá trình tham khảo các linh kiện thông dụng trên thị trường và phù hợp nhất cho ứng dụng tôi đã quyết định chọn các linh kiện chính cho thiết bị như sau:

Bảng 3.4: Lựa chọn phần cứng

Chip vi điều khiển ARM

IC điều khiển nguồn TPS5450

Máy in nhiệt cầm tay E23 thermal

 Lựa chọn các công nghệ để phát triển phần mềm server

- Công cụ lập trình: Visual Studio 2010

- Ngôn ngữ lập trình: VB.net

- Hệ quản trị CSDL: SQL Server 2008

- Kết nối: Socket TCP/IP

 Lựa chọn các công nghệ để phát triển phần mềm giám sát

- Công cụ lập trình: Visual Studio 2010

- Ngôn ngữ lập trình: VB.net

- Hệ quản trị CSDL: SQL Server 2008

- Map API: Google Map API

- Framework: Dotnetnuke

3.2 Các sơ đồ thiết kế phần cứng

Hình 3.2: Sơ đồ kết nối hệ thống phần cứng

 Trong đó:

 Máy in: giao tiếp với STM32F103 theo chuẩn RS232, baudrate = 9600

 Bộ nhớ: sử dụng thẻ nhớ Micro SD, dung lƣợng lên tới 4GB

 RS232: Cổng RS232 ( DB9 – Male, DTE)

 Đo xăng: Đầu vào cảm biến đo mức xăng

 GPS: Module GPS giao tiếp với STM32F103 theo chuẩn RS232, baudrate = 9600

 Camera: Giao tiếp với STM32F103 theo chuẩn RS232, baudrate =

3.2.1 Sơ đồ khối nguồn

Hình 3.3: Sơ đồ nguyên lý bộ tạo nguồn 5.5V

- Mạch sử dụng IC nguồn TPS5450 của TI Dải điện áp đầu vào 9 – 36VDC, đầu ra 5.5V – 3A

- Điện áp đầu ra phụ thuộc vào giá trị trở P_R1, P_R3, P_R8, được tính theo công thức sau:

- Tụ khởi động : 2 tụ 4.7uF/50V + 1 tụ 103

- Các tụ 100uF/16V dùng toàn bộ tụ dán

- Cuộn cảm L3 lựa chọn loại có dòng 3A trở lên, độ tự cảm >= 15uH

- Chân 5 của TPS540 là chân ENABLE, IC chỉ hoạt động khi chân này bỏ

trống hoặc treo lên dương nguồn

Hình 3.4: Sơ đồ nguyên lý tạo nguồn 5V

- Nguồn 5.5V được hạ xuống 5V bằng cách cho đi qua 2 diode SK34 Sử

dụng 2 diode để đảm bảo đủ dòng cấp cho tải

Hình 3.5: Sơ đồ nguyên lý mạch đóng mở nguồn dùng IRF5316

- U6_1 được sử dụng làm mạch điều khiển đóng mở cấp nguồn 5V sạc cho pin dự phòng

- Nguồn 5V được đưa qua diode chống xung ngược bên trong của U6_2 để tạo sụt áp còn 4.5V, tại đây điện áp được lọc và ổn định bằng tụ 100uF/16v Điện áp 4.5V tiếp tục được đưa qua 1 diode SK34 để sụt áp còn 4.1V, đây chính là nguồn nuôi cho SIM900

- U10_1 điều khiển cấp nguồn 5V cho Camera Serial

- U10_2 thiết kế là một switch tự động cấp nguồn cho mạch từ pin dự phòng khi nguồn DC bị mất Bình thường khi có nguồn DC, điện áp 5V qua 2 trở phân áp tạo áp dương tại cực G2 của U10, làm cho U10_2 không dẫn, điện

áp BATTERY từ pin dự phòng bị ngắt khỏi nguồn 5V Khi mất nguồn DC, nguồn 5V mất, lúc này cực G2 của U10 có điện áp bằng 0, U10_2 dẫn cấp nguồn cho mạch

Hình 3.6: Sơ đồ nguyên lý tạo nguồn 3v3

- U7 – TC1264 là một IC LDO tạo nguồn 3V3, với dải điện áp đầu vào thấp 3.5 – 5V là có thể đảm bảo đầu ra ổn định 3V3 Tụ P_C7 và Ferit M_F1 có tác dụng lọc nguồn chống những yếu tố sốc điện làm treo chip và các linh

kiện sử dụng nguồn 3V3

Hình 3.7: Sơ đồ nguyên lý mạch lấy mẫu nguồn DC và Pin dự phòng

- Nguồn DC và Pin dự phòng được giám sát thông qua 2 kênh ADC

- Điện áp từ ACC_IN và BATTERY được chia áp thông qua hệ thống trở Giá trị trở được chọn là tương đối lớn để tránh tiêu hao dòng lớn của nguồn