Thiết kế hệ thống thanh toán tự động Smart Bus dùng công nghệ RFID

TÓM TẮT LUẬN VĂNLuận văn nghiên cứu Hệ thống thanh toán trên xe buýt Smart Bus dùng công nghệ RFID và các dịch vụ đi kèm như hệ thống nạp tiền, hệ thống hiển thị thông tin xe buýt t ại trạm. Trước khi đi vào tìm hiểu cụ thể về các hệ thống trên, luận văn cũng trình bày một số nét cơ bản, khái quát về hệ thống thanh toán ở nước ta và thế giới.Luận văn giới thiệu các công nghệ sử dụng trong hệ thống thanh toán, cách thức hoạt động của hệ thống và hiển thị chúng một cách trực quan trên website của nhóm.Mục lụcChương 1 Giới thiệuChương 2 Giới thiệu tổng quan hệ thống Smart BusChương 3 Thiết kế hệ thống phần cứngChương 4 Phần mềm và thuật toánChương 5 Hệ thống ServerChương 6 Kết quả đạt được

i

ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP.HỒ CHÍ MINH CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA Độc lập – Tự do – Hạnh phúc

-✩ - -✩ -

Số: /BKĐT Khoa: Điện – Điện tử Bộ Môn: Viễn thông NHIỆM VỤ LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP

1 HỌ VÀ TÊN: NGUYỄN VIẾT HOÀNG MSSV: 41001120 NGUYỄN DUY HUẤN MSSV: 41001191 2 NGÀNH: ĐIỆN TỬ - VIỄN THÔNG LỚP : DD10DV02 3 Đề tài: “Thiết kế hệ thống thanh toán tự động Smart Bus dùng công nghệ RFID” 4 Nhiệm vụ (Yêu cầu về nội dung và số liệu ban đầu):

5 Ngày giao nhiệm vụ luận văn:

6 Ngày hoàn thành nhiệm vụ:

7 Họ và tên người hướng dẫn: Phần hướng dẫn

Nội dung và yêu cầu LVTN đã được thông qua Bộ Môn Tp.HCM, ngày… tháng… năm 20… CHỦ NHIỆM BỘ MÔN NGƯỜI HƯỚNG DẪN CHÍNH PHẦN DÀNH CHO KHOA, BỘ MÔN: Người duyệt (chấm sơ bộ):

Đơn vị:

Ngày bảo vệ :

Điểm tổng kết:

Nơi lưu trữ luận văn:

ii

ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP.HỒ CHÍ MINH CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA Độc lập – Tự do – Hạnh phúc

-✩ - -✩ -

Khoa : Điện – Điện tử Bộ môn: Viễn thông Ngày … tháng … năm 20

PHIẾU CHẤM BẢO VỆ LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP (dành cho giảng viên hướng dẫn) 1 Họ và tên SV: NGUYỄN VIẾT HOÀNG MSSV: 41001120 NGUYỄN DUY HUẤN MSSV: 40001191 Chuyên ngành: VIỄN THÔNG 2 Đề tài: “Thiết kế hệ thống thanh toán tự động Smart Bus dùng công nghệ RFID” 3 Họ tên người hướng dẫn: TS VÕ QUẾ SƠN 4 Tổng quát về bản thuyết minh:

Số trang: Số chương:

Bảng số liệu: Số hình vẽ:

Số tài liệu tham khảo: Phần mềm tính toán:

Hiện vật (sản phẩm):

5 Tổng quát về các bản vẽ : - Số bản vẽ: Bản A0 Bản A1 Khổ khác - Số bản vẽ vẽ tay: Số bản vẽ trên máy tính: 6 Những ưu điểm chính của LVTN:

7 Những thiếu sót chính của LVTN:

8 Đề nghị : Được bảo vệ  Bổ sung thêm để bảo vệ  Không được bảo vệ  9 3 câu hỏi SV phải trả lời trước Hội đồng: 1)

2)

3)

10 Đánh giá chung (bằng chữ : giỏi, khá, TB) : Điểm /10

Ký tên (ghi rõ họ tên)

ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP.HỒ CHÍ MINH CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM

iii

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA Độc lập – Tự do – Hạnh phúc

-✩ - -✩ -

Khoa : Điện – Điện tử Bộ môn: Viễn thông Ngày … tháng … năm 20

PHIẾU CHẤM BẢO VỆ LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP (dành cho giảng viên phản biện) 11 Họ và tên SV: NGUYỄN VIẾT HOÀNG MSSV: 41001120 NGUYỄN DUY HUẤN MSSV: 41001191 Chuyên ngành: VIỄN THÔNG 12 Đề tài: “Thiết kế hệ thống thanh toán tự động Smart Bus dùng công nghệ RFID” 13 Họ tên người hướng dẫn: TS VÕ QUẾ SƠN 14 Tổng quát về bản thuyết minh:

Số trang: Số chương:

Bảng số liệu: Số hình vẽ:

Số tài liệu tham khảo: Phần mềm tính toán:

Hiện vật (sản phẩm):

15 Tổng quát về các bản vẽ : - Số bản vẽ: Bản A0 Bản A1 Khổ khác - Số bản vẽ vẽ tay: Số bản vẽ trên máy tính: 16 Những ưu điểm chính của LVTN:

17 Những thiếu sót chính của LVTN:

18 Đề nghị : Được bảo vệ  Bổ sung thêm để bảo vệ  Không được bảo vệ  19 3 câu hỏi SV phải trả lời trước Hội đồng: 1)

2)

3)

20 Đánh giá chung (bằng chữ : giỏi, khá, TB) : Điểm /10

Ký tên (ghi rõ họ tên)

iv

LỜI CẢM ƠN

Với lòng biết ơn sâu sắc nhất, chúng em xin gửi lời cảm ơn đến Ban giám hiệu trường Đại học Bách khoa - Đại học Quốc gia Thành phố Hồ Chí Minh, Ban chủ nhiệm khoa Điện- điện tử và đặc biệt là Bộ môn Viễn thông đã truyền đạt vốn kiến thức quý báu và tạo điều kiện tốt nhất cho chúng em trong suốt quá trình chúng em học tập tại trường

Chúng em xin chân thành cảm ơn thầy Võ Quế Sơn Cảm ơn thầy đã tận tình hướng dẫn và dạy bảo chúng em những bài học bổ ích trong quá trình thực hiện luận văn này Chúng em cũng xin cảm ơn cha mẹ và các bạn đã đồng hành cùng em trong chặng đường hơn 4 năm học tại ngôi trường này

Trong quá trình thực hiện đề tài, chúng em không tránh khỏi có những sai sót, mong quý thầy

cô góp ý kiến để luận văn được hoàn thiện hơn

v

TÓM TẮT LUẬN VĂN

Luận văn nghiên cứu Hệ thống thanh toán trên xe buýt Smart Bus dùng công nghệ RFID và các dịch vụ đi kèm như hệ thống nạp tiền, hệ thống hiển thị thông tin xe buýt tại trạm Trước khi đi vào tìm hiểu cụ thể về các hệ thống trên, luận văn cũng trình bày một số nét cơ bản, khái quát về hệ thống thanh toán ở nước ta và thế giới

Luận văn giới thiệu các công nghệ sử dụng trong hệ thống thanh toán, cách thức hoạt động của hệ thống và hiển thị chúng một cách trực quan trên website của nhóm

vi

MỤC LỤC

Chương 1 Giới thiệu 1

Chương 2 Giới thiệu tổng quan hệ thống Smart Bus 4

2.1 Hệ thống xe buýt chính: 4

2.1.1 Thành phần và chức năng 4

2.1.2 Cách thức hoạt động 4

2.2 Hệ thống nạp tiền và hiển thị ở trạm 5

2.2.1 Chức năng 5

2.2.2 Cách thức hoạt động 5

2.3 Hệ thống nạp tiền trên xe buýt 6

2.3.1 Chức năng 6

2.3.2 Cách thức hoạt động 6

Chương 3 Thiết kế hệ thống phần cứng 7

3.1 Hệ thống chính 7

3.1.1 Khối RFID 8

3.1.2 Khối Arduino Up, Down, Master 14

3.1.3 Khối xử lý trung tâm 18

3.1.4 Khối SIM908 23

3.1.5 Khối hiển thị 41

3.1.6 Khối giao tiếp RS232, RS485 45

3.1.7 Mô hình kết nối thực tế của hệ thống 51

3.2 Hệ thống nạp tiền và hiển thị tại trạm 55

3.2.1 Khối RFID 56

3.2.2 Khối Arduino Station 57

3.2.3 Khối SIM908 59

3.2.4 Khối hiển thị 60

vii

3.2.5 Khối keypad 65

3.2.6 Mô hình kết nối thực tế của hệ thống 67

3.3 Hệ thống nạp tiền trên xe buýt 71

3.3.1 Khối RFID 71

3.3.2 Khối Arduino Money 71

3.3.3 Khối hiển thị 72

3.3.4 Khối keypad 72

3.3.5 Mô hình kết nối thực tế của hệ thống 73

Chương 4 Phần mềm và thuật toán 76

4.1 Sơ đồ giải thuật 76

4.1.1 Sơ đồ giải thuật Arduino Up 76

4.1.2 Sơ đồ giải thuật Arduino Down 78

4.1.3 Sơ đồ giải thuật Arduino Master 79

4.1.4 Sơ đồ giải thuật Raspberry Pi 80

4.1.5 Sơ đồ giải thuật Arduino Money 83

4.1.6 Sơ đồ giải thuật Arduino Station 84

4.2 Các nghi thức kết nối 85

4.2.1 Các chuẩn dữ liệu được sử dụng 85

4.2.2 Định dạng khung dữ liệu trao đổi giữa các thiết bị 87

Chương 5 Hệ thống Server 93

5.1 Giới thiệu tổng quan Server 93

5.1.1 Webserver 93

5.1.2 Cơ sở dữ liệu 94

5.1.3 Giao diện Website 99

5.2 Giới thiệu website 103

5.3 Sơ đồ giải thuật các file trong Server 106

viii

5.3.1 File main.php 106

5.3.2 Hàm transfer.php và giamsat.php 108

5.3.3 Hàm capnhat.php 109

5.3.4 Hàm map_offline.php 110

5.4 Định dạng dữ liệu trao đổi 111

5.4.1 Giao thức kết nối POST Request 111

5.4.2 Khung dữ liệu trao đổi 112

Chương 6 Kết quả đạt được 114

6.1 Hệ thống chính 114

6.1.1 Mô hình thi công 114

6.1.2 Quá trình hoạt động 115

6.2 Hệ thống nạp tiền và hiển thị tại trạm 121

6.2.1 Mô hình thi công 121

6.2.2 Quá trình hoạt động 121

6.3 Hệ thống nạp tiền trên xe buýt 125

6.3.1 Mô hình thi công 125

6.3.2 Quá trình hoạt động 125

Chương 7 Đánh giá và hướng phát triển 126

7.1 Đánh giá 126

7.1.1 Ưu điểm 126

7.1.2 Khuyết điểm 126

7.2 Hướng phát triển 127

Phụ lục Các phần mềm sử dụng trong luận văn 128

Tài liệu tham khảo 139

ix

DANH SÁCH HÌNH VẼ

Hình 1: Triển khai hệ thống quét thẻ quản lý xe bus ở Hà Nội 1

Hình 2: Hệ thống EZ Link ở Singapore 2

Hình 3: Sơ đồ khối hệ thống chính 7

Hình 4: Khối RFID 8

Hình 5: Đầu đọc RDM880 10

Hình 6: Sơ đồ chân RDM880 10

Hình 7: Cấu trúc byte dữ liệu 11

Hình 8: Mô hình hoạt động MIFARE MFRCS70 12

Hình 9: Sơ đồ khối thẻ MIFARE MFRCS70 12

Hình 10: Tổ chức bộ nhớ thẻ MIFARE MFRCS70 13

Hình 11: Cấu trúc 1 block dữ liệu 13

Hình 12: Khối Arduino Up, Down, Master 14

Hình 13: Module Chipi Uno 16

Hình 14: Module Chipi Pro 16

Hình 15: Module Arduino Uno 17

Hình 16: Khối xử lý trung tâm 18

Hình 17: Module Raspberry Pi 19

Hình 18: Các ngoại vi của Raspberry Pi 20

Hình 19: Sơ đồ GPIO của Raspberry Pi 21

Hình 20: Hệ điều hành Raspbian 22

Hình 21: Khối SIM908 23

Hình 22: Chip SIM908 24

Hình 23: Sơ đồ khối SIM908 26

Hình 24: Kit Evolution Board for SIM908 27

Hình 25: Câu trúc hệ thống mạng GSM 34

x

Hình 26: Phương thức truyền dẫn CDMA 35

Hình 27: CDMA và GSM 35

Hình 28: Dịch vụ GPRS 36

Hình 29: Trạng thái hoạt động của GPRS 37

Hình 30: Hệ thống vệ tinh định vị GPS 38

Hình 31: Tính toán Haversine trên bản đồ 39

Hình 32: Ảnh hưởng địa lý lên thuật toán Vincenty 40

Hình 33: Khối hiển thị 41

Hình 34: Mô phỏng sắp xếp transitor trong màn hình TFT 42

Hình 35: Cấu trúc lớp màn hình TFT 43

Hình 36: Màn hình TFT 7” COLOR with RCA 44

Hình 37: Khối giao tiếp RS232, RS485 45

Hình 38: Đặc tính điện học RS232 46

Hình 39: Mạch nguyên lý MAX232 47

Hình 40: Mạch layout MAX232 47

Hình 41: Mạch thi công MAX232 47

Hình 42: Đặc tính điện học RS485 48

Hình 43: Phân quyền Master - Slaver trong mạng RS485 49

Hình 44: Mạch nguyên lý MAX485 50

Hình 45: Mạch layout MAX285 50

Hình 46: Mạch thi công MAX485 50

Hình 47: Mô hình tổng quát hệ thống chính 51

Hình 48: Kết nối RDM880 - Max232 52

Hình 49: Kết nối Max232 - Arduino Slave 52

Hình 50: Kết nối Master, Slave - RS485 53

Hình 51: Kết nối Arduino Master - FT232RL 53

xi

Hình 52: Kết nối FT232RL - Raspberry Pi 54

Hình 53: Kết nối Raspberry Pi - SIM908 54

Hình 54: Kết nối Raspberry Pi – TFT 55

Hình 55: Sơ đồ hệ thống nạp tiền và hiển thị tại trạm 56

Hình 56: Khối RFID 56

Hình 57: Khối Arduino Station 57

Hình 58: Module Arduino Mega 2560 58

Hình 59: Khối SIM908 59

Hình 60: Khối hiển thị LCD1, LCD2 60

Hình 61: Cấu tạo các lớp màn hình OLED 61

Hình 62: Cách thức phát sáng màn hình OLED 62

Hình 63: Module Oled LCD 128x64 I2C 0.96” 63

Hình 64: Sơ đồ LCD 16x2 63

Hình 65: Sơ đồ LCD 16x2 64

Hình 66: Khối keypad 65

Hình 67: Mạch nguyên lý keypad 66

Hình 68: Mạch layout keypad 66

Hình 69: Mạch thi công keypad 66

Hình 70: Mô hình tổng quát hệ thống nạp tiền và hiển thị tại trạm 67

Hình 71: Kết nối RDM880- Max232 68

Hình 72: Kết nối Max232- Arduino Station 68

Hình 73: Kết nối Arduino Station – OLED 69

Hình 74: Kết nối Arduino Station - Keypad 69

Hình 75: Kết nối RS232 - SIM908 70

Hình 76: Kết nối Arduino Station - LCD16x2 70

Hình 77: Sơ đồ hệ thống nạp tiền trên xe buýt 71

xii

Hình 78: Khối RFID 71

Hình 79: Khối RFID Money 71

Hình 80: Khối hiển thị 72

Hình 81: Khối keypad 72

Hình 82: Mô hình tổng quát hệ thống nạp tiền trên xe buýt 73

Hình 83: Kết nối RDM880 - Max232 73

Hình 84: Kết nối Max232 - Arduino Money 74

Hình 85: Kết nối Arduino Money – OLED 74

Hình 86: Kết nối Arduino – Keypad 75

Hình 87: Sơ đồ giải thuật Arduino Up 76

Hình 88: Sơ đồ giải thuật Arduino Down 78

Hình 89: Sơ đồ giải thuật Arduino Master 79

Hình 90: Sơ đồ giải thuật Raspberry Pi 81

Hình 91: Sơ đồ giải thuật Arduino Money 83

Hình 92: Sơ đồ giải thuật Arduino Station 84

Hình 93: Đăng ký tên miền xebus2014.tk 94

Hình 94: Logo Hostinger.vn 94

Hình 95: Truyền dữ liệu dùng FTP trên Windows 95

Hình 96: Không gian dữ liệu trên Server 96

Hình 97: Trang chủ xebus2014.tk 96

Hình 98: MySQL 97

Hình 99: phpMyAdmin 98

Hình 100: phpMyAdmin quản lý cơ sở dữ liệu 99

Hình 101: Trang chủ đăng nhập 103

Hình 102: Giao diện trang xebus2014.tk/homepage.html 103

Hình 103: Giao diện trang xebus2014.tk/page2/dich_vu.html 104

xiii

Hình 104: Giao diện trang xebus2014.tk/page4/gioi_thieu.html 105

Hình 105: Giao diện trang xebus2014.tk/page3/lien_he.html 105

Hình 106: File main.php 106

Hình 107: File transfer.php và giamsat.php 108

Hình 108: File capnhat.php 109

Hình 109: File map_offline.php 110

Hình 110: Mô hình thi công hệ thống chính 114

Hình 111: Hệ thống xe buýt hoàn chỉnh 114

Hình 112: Cập nhật hành trình cho tuyến xe 115

Hình 113: Tiến trình ở trạm 001 116

Hình 114: Tiến trình ở trạm 002 117

Hình 115: Tiến trình ở trạm 005 118

Hình 116: Tiến trình ở trạm 008 119

Hình 117: Tiến trình ở trạm 009 (trạm cuối) 120

Hình 118: Mô hình hệ thống nạp tiền và hiển thị tại trạm 121

Hình 119: Màn hình khởi động OLED 121

Hình 120: Quá trình kiểm tra tài khoản thẻ 122

Hình 121: Quá trình hiển thị nạp tiền 123

Hình 122: Màn hình chờ OLED 124

Hình 123: LCD hiển thị thông tin tuyến xe 124

Hình 124: Hệ thống nạp tiền trên xe buýt 125

Hình 125: Arduino Complier 128

Hình 126: Chu trình hoạt động chương trình Arduino Complier 129

Hình 127: Putty 129

Hình 128: Xming 131

Hình 129: Màn hình làm việc Raspberry Pi 131

xiv

Hình 130: WinSCP 132

Hình 131: Thiết lập WinSCP 132

Hình 132: Môi trường làm việc WinSCP 133

Hình 133: Advanced Serial Port Ternimal 133

Hình 134: FileZilla 134

Hình 135: Môi trường làm việc FileZilla 134

Hình 136: Adobe DreamWeaver 135

Hình 137: Môi trường làm việc DreamWeaver 136

Hình 138: USB Webserver 8 136

Hình 139: PhpMyAdmin trên USB Webserver 137

1

Chương 1 Giới thiệu

 Hệ thống thanh toán xe buýt ở nước ta:

Hệ thống xe buýt ở nước ta hiện nay vẫn chưa được ưa chuộng và phổ biến lắm, chỉ thường thấy ở các thành phố lớn

Hình thức thanh toán xe buýt thường là nhân viên bán vé cho khách hoặc tài xế trực tiếp thu tiền Cách thanh toán này chưa thỏa mãn sự hài lòng của khách vì việc tính phí không hợp lý và mất nhiều thời gian, thái độ của nhân viên bán vé đối với khách, nhân viên bán vé gian lận, không đảm bảo an toàn và gây trở ngại giao thông khi tài xế trực tiếp bán vé cho khách,…

Hiện nay ở nước ta, thành phố Hà Nội đã áp dụng hệ thống thanh toán thẻ xe buýt điện tử vào tháng 10/2014 Hệ thống này có ưu điểm là “cải thiện chất lượng dịch vụ xe buýt, nâng cao tính kết nối và độ tin cậy của hệ thống mạng lưới giao thông công cộng” (nguồn 24h.com.vn)

Hình 1: Triển khai hệ thống quét thẻ quản lý xe bus ở Hà Nội

 Hệ thống thanh toán xe buýt trên thế giới:

Hiện tại trên thế giới các nước đã cải tiến hệ thống thu phí xe buýt của mình nhằm đem lại sự tiện lợi, tiết kiệm, tăng khả năng phục vụ nhu cầu của hành khách, góp phần

Hình 2: Hệ thống EZ Link ở Singapore

Ngoài các phương thức trả tiền bình thường, thẻ EZ Link có thể dùng thanh toán cho việc đi lại bằng cả tàu điện ngầm Hành khách có thể mua loại thẻ đi một lần hoặc thẻ đi dài hạn Nếu bạn muốn đi một lần, mua thẻ đi lại một lần (đặt lệnh đi một lần) theo độ dài quãng đường Máy sẽ tự động báo cho bạn biết phải bỏ bao nhiêu tiền gồm vé đoạn đường bạn sẽ đi và tiền đặt cọc Khi đến chặng dừng chân đã lựa chọn, bạn trở lại quầy bán vé tự động cho thẻ vào và máy sẽ trả lại bạn tiền đặt cọc ban đầu

 Giới thiệu đề tài:

Nhận thấy vấn đề thanh toán xe buýt ở nước ta còn nhiều hạn chế, nhóm đã thực hiện

đề tài Hệ thống thanh toán xe buýt tự động Smart Bus dùng công nghệ RFID nhằm góp phần cải thiện vấn đề này

3

Luận văn bao gồm 5 chương, trong đó:

Chương 1: Giới thiệu tổng quan về hệ thống xe buýt ở nước ta và trên thế giới và nội dung đề tài

Chương 2: Giới thiệu một cách khái quát hệ thống Smart Bus và các chức năng

Chương 3: Giới thiệu các mạch phần cứng sử dụng trong luận văn, sơ đồ tổng quát và cách kết nối giữa các thành phần trong hệ thống

Chương 4: Giới thiệu sơ đồ giải thuật và các thuật toán trong luận văn, giúp người đọc hiểu cách thức hoạt động của các hệ thống trong luận văn

Chương 5: Giới thiệu khái quát lý thuyết về Server và các chức năng của Server Chương 6: Trình bày kết quả đạt được sau khi hoàn thành luận văn và đưa ra kết luận

về đề tài luận văn

Chương 7: Đánh giá các kết quả đạt được, nhận xét các ưu khuyết điểm đồng thời đưa

ra các hướng phát triển đề tài trong luận văn

Sau 7 chương trên, nhóm còn viết thêm phần phụ lục giới thiệu các phần mềm và cách

sử dụng chúng trong quá trình nhóm thực hiện đề tài

4

Chương 2 Giới thiệu tổng quan hệ thống Smart Bus

Luận văn Smart Bus bao gồm 3 hệ thống lớn: hệ thống xe buýt chính, hệ thống nạp tiền trên xe buýt và hệ thống nạp tiền và hiển thị ở trạm

2.1 Hệ thống xe buýt chính:

2.1.1 Thành phần và chức năng

Server: là một Webserver có chức năng kết nối với bộ xử lý trung tâm và client, nhận các yêu cầu và xử lý các yêu cầu này, đồng thời cập nhật cơ sở dữ liệu của khách hàng và một số chức năng khác

Client: là hệ thống các thiết bị trên xe buýt tương tác trực tiếp với khách hàng, đọc và

xử lý các thông tin của khách hàng thông qua thẻ như ID, số tiền trong thẻ,… và bộ xử lý trung tâm có chức năng kết nối với màn hình hiển thị, kết nối và xử lý các thông tin yêu cầu từ hệ thống tương tác khách hàng, xác định địa chỉ GPS và kết nối với Server thông qua mạng GSM

2.1.2 Cách thức hoạt động

 Cách thức quét thẻ:

Khi khách hàng lên xe: Khách hàng quét thẻ của mình vào anten được gắn ở cửa trước

xe Tài khoản của khách hàng sẽ bị trừ đi một khoản bằng số tiền đi từ trạm lên đến cuối tuyến đường (giả sử giá mỗi trạm là 1000 đồng) Các thông tin của khách hàng vừa lên như tên, ID, số tiền trước, số tiền sau, số trạm, số tuyến, số xe,… sẽ được cập nhật trên Server và được hiển thị trên trang web

* Lưu ý: nếu số tiền trong tài khoản của khách hàng nhỏ hơn số tiền đi toàn tuyến, hệ thống sẽ báo hiệu và khách hàng buộc phải nạp tiền vào tài khoản bằng hệ thống nạp tiền được gắn trực tiếp trên xe Nếu không, khách hàng sẽ bị mời xuống xe

Khi khách hàng xuống xe: Khách hàng buộc phải quét thẻ khi xuống xe nếu không muốn mất đi số tiền đã trừ toàn tuyến Tài khoản khách hàng sẽ được cộng thêm một khoản sao cho số tiền bị trừ bằng đúng số trạm đã đi của khách hàng Các thông tin sẽ được cập nhật lại trên Server và dòng hiển thị của khách hàng sẽ bị xóa trên website

 Tính khoảng cách:

5

Xe được cho là đến trạm khi khoảng cách giữa xe buýt với trạm nhỏ hơn 20m Khoảng cách đó được tính bằng cách sử dụng công thức Heavisine cho tọa độ kinh vĩ của

xe buýt và trạm

 Thiết lập tuyến đường:

Tại bến xuất phát, mỗi xe với số hiệu cụ thể sẽ được quy định chạy theo một tuyến đường Tọa độ các trạm của tuyến đường được thu thập từ trước

 Giám sát hoạt động:

Hoạt động của xe buýt được giám sát dựa trên tọa độ hiện thời của xe buýt trên bản đồ các trạm của tuyến đường

 Ghi lại hành trình:

Tái hiện lại hành trình hoạt động của mỗi xe buýt sau khi hoàn thành tuyến đường

 Hiển thị thông tin:

Thông tin về khách hàng như ID, tên, số tiền, trạm lên, trạm xuống,… được hiển thị

cả trên xe buýt và trên website của nhóm

Hệ thống bao gồm 2 phần hoạt động xen kẽ nhau:

 Hệ thống nạp tiền: Hệ thống có 2 chức năng chính được điều khiển thông qua bàn phím:

o Xem thông tin khách hàng: khách hàng chọn chế độ xem thông tin, sau đó quét thẻ vào anten Màn hình sẽ hiển thị số ID và số tiền hiện có trong tài khoản của khách hàng

6

o Nạp tiền vào tài khoản: khách hàng chọn chế độ nạp tiền Khi đó, hệ thống sẽ yêu cầu chọn số tiền cần nạp Ở đây có 3 chế độ tương ứng với 3 số tiền nạp là 10.000đ, 20.000đ, 50.000đ

 Hệ thống hiển thị: Khoảng cách giữa xe buýt và trạm được tính dựa trên tọa độ kinh

vĩ của chúng Thời gian giữa xe buýt và trạm tính bằng khoảng cách chia cho vận tốc trung bình Thông tin được hiển thị trên màn hình đặt tại trạm

2.3 Hệ thống nạp tiền trên xe buýt

7

Chương 3 Thiết kế hệ thống phần cứng

3.1 Hệ thống chính

Hình 3: Sơ đồ khối hệ thống chính

Đây là mô hình tổng quát các khối sử dụng trong hệ thống chính Sau đây chúng em

sẽ lần lượt đi vào giới thiệu các khối cụ thể

9

3.1.1.1 Giới thiệu chung về RFID

 RFID là gì?

RFID (viết tắt của Radio Frequency Identification) là công nghệ giao tiếp không dây

sử dụng tần số vô tuyến RF để thực hiện truyền, nhận dữ liệu Công nghệ này cho phép nhận dạng đối tượng, thiết bị hay bất kỳ vật thể nào được tích hợp nhằm vào việc giám sát, quản lý và lưu trữ từng đối tượng riêng lẻ khi đối tượng đi vào vùng có trường điện từ

 Thành phần:

Một hệ thống RFID hoàn chỉnh bao gồm:

o Thẻ RFID: được lập trình với thông tin duy nhất

o Các reader: truy vấn các thẻ

o Antenna: thu phát sóng vô tuyến

o Host computer - server: nơi nhận và xử lý thông tin từ reader

 Phương thức hoạt động:

Tùy thuộc vào reader và loại thẻ, việc truyền dữ liệu có thể theo một trong những cách sau đây:

o Modulated backscatter:

Áp dụng cho các thẻ thụ động và bán tích cực Reader gửi đi tín hiệu RF liên tục gồm

có nguồn AC và tín hiệu xung cho thẻ cùng tần số Nhờ việc kết nối mà antenna của thẻ cung cấp nguồn điện cho vi mạch Vi mạch cần khoảng 1.2V từ tín hiệu của reader cho việc đọc, cần 2.2V cho việc ghi Khi reader nhận tín hiệu đã điều chế, nó giải mã mô hình

và thu được dữ liệu thẻ Thẻ sử dụng mô hình này không thể truyền khi không có reader vì

nó hoàn toàn phụ thuộc vào năng lượng của reader để truyền dữ liệu của nó

11

Tốc độ Baud 9600 ~ 115200bit/s Nguồn cung cấp DC 5V (±5%)

Tầm hoạt động Khoảng 30mm ~ 100mm Nhiệt độ làm việc -100C ~ +700C

Nhiệt độ bảo quản -200C ~ +800C

o Đồng bộ ký tự:

Tốc độ bit: 9600bps, No Parity, 8-bit dữ liệu, 1 bit stop

Hình 7: Cấu trúc byte dữ liệu

o Đồng bộ khung:

- Định dạng khung gửi đi từ máy chủ :

CHIỀU

Hơn 80byte 1byte 1byte

12

- Chuyển dữ liệu: 106 kbit/s

- Toàn vẹn dữ liệu: 16 Bit CRC, tính chẵn lẻ, bit mã hóa, bit đếm

Hình 8: Mô hình hoạt động MIFARE MFRCS70

o Sơ đồ khối :

Hình 9: Sơ đồ khối thẻ MIFARE MFRCS70

 Tổ chức bộ nhớ: EEPROM của thẻ được thiết kế 32 sector, mỗi sector gồm 4 block, 8 sector, mỗi sector gồm 16 block mỗi block 16 byte

13

Hình 10: Tổ chức bộ nhớ thẻ MIFARE MFRCS70

Hình 11: Cấu trúc 1 block dữ liệu

14

3.1.2 Khối Arduino Up, Down, Master

Hình 12: Khối Arduino Up, Down, Master

Khối Arduino có chức năng xử lý thông tin đọc từ thẻ và gửi lên bộ xử lý trung tâm

Ở đây chúng em dùng 3 module Arduino:

o 1 Arduino Uno dùng làm MCU cho việc quét thẻ cửa lên (Up)

o 1 Chipi Uno dùng làm MCU cho việc quét thẻ cửa xuống (Down)

Đặc điểm nổi bật của Arduino là môi trường phát triển ứng dụng cực kỳ dễ sử dụng,

có tính chất nguồn mở kể cả phần cứng và phần mềm và được viết bởi một ngôn ngữ lập trình phổ biến, có thể học nhanh chóng Hơn nữa, điều làm cho Arduino càng phổ biến là mức giá rất thấp, phù hợp với mọi thành phần muốn nghiên cứu và sử dụng

 Cấu tạo Arduino

Arduino bao gồm một bộ vi điều khiển Atmel AVR 8-bit và các thành phần bổ sung

để tạo điều kiện lập trình và tích hợp cách mạch điện khác với bảng mạch Arduino

Arduino dựa trên tiêu chuẩn kết nối thống nhất, cho bo mạch CPU được kết nối với một loạt module chuyển đổi tiện ích bổ sung được gọi là shield Shield được định địa chỉ riêng biệt thông qua bus kết nối nối tiếp I² C, cho phép shield được xếp chồng lên nhau và được sử dụng song song nhau

Arduino chuẩn sử dụng megaAVR là tổ chợp chip, đặc biệt là ATmega8, Atmega168, ATmega328, ATmega1280 và ATmega2560

3.1.2.2 Các module Arduino sử dụng trong hệ thống:

 Chipi Uno: Chipi Uno là phiên bản Arduino do ChipFC sản xuất, tương thích với mạch Arduino Uno R3 Mạch sử dụng chip ATmega16U2 để giao tiếp USB và nạp cho chip chính Atmega328P

Số chân I/O 20 (6 PWM & 6 Analog)

Dòng điện tối đa trên I/O 40mA

Bộ nhớ Flash 32kB (với 2kB được dùng cho bootloader)

17

Điện áp nguồn cấp 7V ~ 12V

Số chân I/O 14 (6 PWM & 6 Analog)

Dòng điện tối đa trên I/O 40mA

Bộ nhớ Flash 32KB (với 2KB được dùng cho bootloader)

Hình 15: Module Arduino Uno

Vi điều khiển ATmega328

Điện áp hoạt động 5V DC

Tần số hoạt động 16 MHz

Điện áp nguồn 7V ~ 12V

Dòng tiêu thụ 30mA

Điện áp nguồn giới hạn 6V ~ 20V

Số chân Digital I/O 14 (có 6 chân PWM output)

Số chân Analog 6

Dòng tối đa trên chân I/O 30mA

Dòng ra tối đa (5V) 500mA

Dòng ra tối đa (3.3V) 50mA

Bộ nhớ Flash 32KB (với 0.5 KB được dùng cho bootloader)

Bộ nhớ EEPROM 1KB

18

3.1.3 Khối xử lý trung tâm

Hình 16: Khối xử lý trung tâm

Hệ thống sử dụng module Raspberry Pi làm bộ xử lý trung tâm dùng để nhận dữ liệu

từ khối Arduino, xử lý dữ liệu gửi lên Server thông qua SIM908 và hiển thị thông tin khách hàng trên màn hình LCD

19

3.1.3.1 Raspberry Pi là gì?

Raspberry Pi (RPi) là một máy vi tính siêu nhỏ, chỉ có kích thước như 1 chiếc thẻ ATM rút tiền, được phát triển ở nước Anh bởi tổ chức Raspberry Pi Foundation với mục đích thúc đẩy việc giảng dạy khoa học máy tính trong nhà trường, đối tượng cụ thể là trẻ

20

3.1.3.2 Cấu tạo Raspberry Pi

Hình 18: Các ngoại vi của Raspberry Pi

 Các giao tiếp của module Raspberry Pi:

o S1: Jack cắm nguồn micro USB (Chỉ cấp nguồn 5V, dòng tối thiểu là 700mA)

o S2: Giao tiếp DSI 15-pin được gắn lên board dạng flat flex connector, cung cấp 2 luồng dữ liệu, 1 luồng xung nhịp, 3.3V và GND

o S3: Cổng HDMI hỗ trợ chuẩn ngõ ra A HDMI 1.3a

o S4: Kết nối Video RCA (dùng để kết nối với đầu analog Tivi)

o S5: Giao tiếp MIPI CSI-2 15-pin được gắn lên board dạng flat flex connector

o S6: cổng âm thanh jack 3.5mm stereo (chỉ hỗ trợ ngõ ra)

o P1: 26-pin GPIOs (2x13) 2.54 mm header

o 8 GPIO có mức điện áp 3.3V

o 2-pin UART, 3.3V TTL, hoặc 2 GPIO mức điện áp 3.3V

o Giao tiếp I2C (3.3V) hoặc 2 GPIO mức điện áp 3.3V:

o Giao tiếp SPI (3v3) hoặc 5 GPIO mức điện áp 3v3:

o Hai chân nguồn 3.3V, 5V và 1 chân GND

o ARM JTAG (nếu chân được cấu hình lại trong phần mềm)

o Giao tiếp I2S (nếu chân được cấu hình lại trong phần mềm)

21

Hình 19: Sơ đồ GPIO của Raspberry Pi

 Sơ đồ chân:

o P2: 8-pin 2.54 mm header (header không được gắn), cung cấp GPU JTAG

o P3: 7-pin 2.54 mm header (header không được gắn), cung cấp LAN9512 JTAG

o P4: jack 10/100MB RJ45 Ethernet

o P5: 8-pin (2x4) 2.54 mm header (header không được gắn)

o P6: 2-pin 2.54 mm header (header không được gắn), cung cấp một tùy chọn để kết nối một nút reset

o TP1 và TP2: 2 điểm để test nguồn +5V và GND tương ứng

o 5 đèn LED trạng thái:

- D5 (xanh lá cây) truy cập SD Card (thông qua GPIO16) được dán nhãn ACT ở Model B Rev2.0

- D6 (Đỏ) : nguồn 3.3 V , được dán nhãn là PWR

- D7 (Xanh lá cây): Full Duplex (LAN) (Model B), được dán nhãn là FDX

- D8 (Xanh lá cây): Link/Activity (LAN) (Model B), được dán nhãn là LNK

- D9 (Vàng): 10/100Mbit (LAN) (Model B), được dán nhãn là 100

Với kích thước nhỏ gọn, module này có thể sử dụng cho các ứng dụng như thiết bị định vị GPS cầm tay, máy PDA, Smart phone,…

3.1.4.2 Thông số kỹ thuật SIM908

Điện áp nguồn vào 3.2V ~ 4.8V

Dòng tiêu thụ Cực đại: 2A (khi gọi điện, nhắn tin,…)

Hỗ trợ Packet Broadcast control channel

Nhiệt độ hoạt động Khoảng hoạt động ổn định: -30oC ~ +80oC

Khoảng hạn chế: -40oC ~ -30oC và +80oC ~ +85oC

Khoảng chịu đựng: -45oC ~ +90oC

Giao diện SIM Hỗ trợ thẻ SIM: 1.8V và 3V

Anten gắn thêm Hỗ trợ khe gắn thêm anten

Serial port và Debug port Serial port:

Hỗ trợ truyền truyền thông nối tiếp không cân bằng và bất đồng bộ

Tốc độ baud: 1200 bps – 115200 bps

Được sử dụng để nhận lệnh AT, truyền data,…

Debug port:

Có thể sử dụng để tìm lỗi chương trình

Cập nhật firmware cho sim908

Phiên bản SIM GSM 11.14 Release 99

Thời gian thực Có hỗ trợ khối RTC

Đặc tính vật lý Kích thước: 30*30*3.2mm

Khối lượng: 5.2g

3.1.4.3 Thành phần chính

26

Hình 23: Sơ đồ khối SIM908

 Power Supply: cung cấp điện áp 3.2V - 4.8V, dòng cung cấp 2A, nên sử dụng module

LM2596 để ổn định áp và dòng cho mạch Các khối khác được phân phối áp thông

qua bộ quản lý nguồn (Power Management Unit)

 Radio frequency: xử lý tín hiệu cao tần, tự động dò và bắt các dải tần trong khoản sử

dụng

 Analog interface: khối giao diện với tín hiệu tương tự: âm thanh từ micro, bộ chuyển

đổi ADC

 Digital interface: khối giao diện với tín hiệu số: UART, keypad, GPIOs, PWMs,

LCD/SPI, …nhằm giao tiếp với ngoại vi, vi điều khiển

 GPS Receiver: thu nhận và sử lý tín hiệu GPS thông qua antena GPS

 Analog/Digital base band: khối xử lý tín hiệu băng gốc, làm trạm phân phối thông tin

giữa các khối với nhau

 RCT: bộ thời gian thực, lấy nguồn nuôi từ bộ cấp nguồn

 FLASH: bộ nhớ gắn thêm nhằm lưu trữ thông tin tạm thời cho module

3.1.4.4 Kit Evolution Board for SIM908