Xây dựng hệ thống quản lý phương tiện giao thông bằng công nghệ GPS và thiết kế thiết bị thu thập dữ liệu GPS cho các phương tiện

Xây dựng hệ thống quản lý phương tiện giao thông bằng công nghệ GPS và thiết kế thiết bị thu thập dữ liệu GPS cho các phương tiện

LỜI NÓI ĐẦU

Việc ứng dụng công nghệ GPS trong các bài toán quản lý phương tiệngiao thông đang trở nên phổ biến trên thế giới và đây là một dịch vụ mang lạigiá trị gia tăng cao dựa trên công nghệ viễn thông, thông tin và kĩ thuật điện tử.Đối với ngành vận tải, việc áp dụng công nghệ GPS trong việc quản lý cácphương tiện giao thông sẽ đem lại hiệu quả cao, phù hợp với các phương thứcquản lý tập trung hiện đại Bài đồ án này em đề cập đến việc xây dựng hệ thốngquản lý phương tiện giao thông bằng công nghệ GPS và thiết kế thiết bị thu thập

dữ liệu GPS cho các phương tiện

Bài đồ án của em bao gồm các phần sau:

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ GPS

1.1 Giới thiệu về hệ thống định vị toàn cầu GPS

2.3.1 Giới thiệu Module SIM548

2.3.2 Cấu trúc Module SIM 548

2.3.3 Tập lệnh giao tiếp

2.3.4 Giới thiệu chung về vi điều khiển AVR

2.3.5 Vi điều khiển AT mega 128

2.3 Thiết kế mạch nguyên lý

2.4 Lập trình VĐK AT mega 128

2.4.1 Phần mềm CodeVision AVR ứng dụng lập trình

2.4.2 Lập trình AVR điều khiển Module SIM548

CHƯƠNG 3: XÂY DỰNG SERVER GPRS

3.1 Khái quát về hệ thống thu thập thông tin qua GPRS

3.2 Giao diện Server trên máy tính có kêt nối Internet

3.3 Lập trình Socket thu nhận data từ Module SIM548

Do hạn chế về kiến thức công nghệ thông tin, viễn thông nên bài đồ án của

em còn nhiều sai sót mà bản thân em chưa phát hiện ra Do vậy em rất hy vọngnhận được sự chỉ bảo của thầy cô, bạn bè và người đọc

Em xin gửi lời cảm ơn chân thành đến thầy PGS.TS Hoàng Xuân Bình vàthầy KS Nguyễn Văn Tiến đã giúp đỡ em tận tình trong bài đồ án này

Hải Phòng, Ngày 14 tháng 2 năm 2012

Sinh viên thực hiện

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ GPS

1.1 GIỚI THIỆU VỀ HỆ THỐNG ĐỊNH VỊ TOÀN CẦU GPS

Hệ GPS bao gồm các vệ tinh bay trên quỹ đạo, thu thập thông tin toàn cầu

và được xử lý bởi các trạm điều khiển trên mặt đất Ngày nay, khó hình dungrằng có một máy bay, một con tàu hay phương tiện thám hiểm trên bộ nào lạikhông lắp đặt thiết bị nhận tín hiệu từ vệ tinh Hệ GPS là hệ thống dẫn đườngbằng vệ tinh do Hoa Kỳ kiểm soát và duy trì hoạt động

Những vệ tinh trị giá nhiều tỷ USD này bay phía trên trái đất ở độ cao 20.200

km (11.900 NM ), với tốc độ chừng 11.200 km/h, có nhiệm vụ truyền đi các tínhiệu radio tần số thấp tới các thiết bị thu nhận Từ những năm đầu thập kỷ 80,các nhà sản xuất lớn chú ý nhiều hơn đến đối tượng sử dụng tư nhân Trên các

xe hơi hạng sang, những thiết bị trợ giúp cá nhân kỹ thuật số PDA (PersonalDigital Assistant), được coi là một trang bị tiêu chuẩn, thể hiện giá trị của chủ sởhữu

- Vệ tinh GPS đầu tiên được phóng năm 1978

- Mỗi vệ tinh được làm để hoạt động tối đa là 10 năm

- Vệ tinh GPS có trọng lượng khoảng 1500 kg và dài khoảng 17 bộ(5m) với các tấm năng lượng Mặt Trời mở (có độ rộng 7 m²)

- Công suất phát bằng hoặc dưới 50 watts

Hình 1.1 Qũy đạo các vệ tinh GPSCông nghệ định vị toàn cầu GPS được giới thiệu và ứng dụng vào Việt Nam

từ giữa những năm 1990, chủ yếu phục vụ cho việc thu thập dữ liệu tọa độ chínhxác (x, y, z) của các điểm trắc địa gốc làm cơ sở lưới trắc địa thấp hơn, mà từcác điểm này các công tác đo vẽ hiện trạng trên mặt đất được tiến hành Trongnhững năm gần đây , với sự xuất hiện của các thiết bị GPS cầm tay đơn giản, rẻtiền thì việc thu thập dữ liệu về vị trí càng trở lên phổ biến trên thế giớí Tuynhiên, ở Việt Nam thì việc phổ biến thiết bị cầm tay vào việc xác định hạ tầng

cơ sở đô thị vẫn còn nhiều hạn chế, do một số nguyên nhân như: sự phức tạp củathiết bị cầm tay GPS, sự hiểu biết về GPS còn nhiều hạn chế, hạn chế về độchính xác của thiết bị cầm tay… Nhằm phổ biến việc sử dụng các thiết bị GPScầm tay vào công tác thu thập dữ liệu hạ tầng cơ sở đô thị ra ngoài thực tiễn sảnxuất, đòi hỏi phải có sự nghiên cứu, đánh giá khả năng sử dụng các thiết bị GPScầm tay

Do ưu điểm thu thập nhanh dữ liệu vị trí của các thiết bị GPS cầm tay, mộtkhối lượng dữ liệu quan trọng và to lớn về vị trí hạ tầng đô thị có thể được tạonên trong thời gian ngắn Do vậy, để có thể khai thác hiệu quả lượng dữ liệu tolớn này, đòi hỏi phải ứng dụng công nghệ GPS vào việc lưu trữ, xử lý, quản lý,truy cập và biểu diễn chung Quản lý thông tin vị trí hiệu quả chính là cơ sở choviệc quản lý hiệu quả thông tin đô thị về cơ sở hạ tầng, cấp thoát nước, xâydựng

Từ các phân tích trên có thể thấy rằng một chương trình nghiên cứu về việcứng dụng kết hợp GPS cầm tay trong thu thập, phân tích, biểu diễn dữ liệu cơ sở

hạ tầng đô thị là hoàn toàn cần thiết

Ngày nay thì việc phát triển hệ thống định vị toàn cầu đã được đưa vào ứngdụng trong các hệ thống dẫn đường cũng như, định vị trong hàng không Vớinhu cầu về một hệ thống đẫn đường, cũng như nhu cầu về hệ thống giám sátthiết bị ngày càng tăng trong dân dụng Thì vấn đề đặt ra cho các hệ thống đó làcần độ chính xác cao và đảm bảo giá thành vừa phải Cho đến những năm gầnđây thì vấn đề này đã được giải quyết, với sự ra đời của các modul phục vụ choviệc thiết kế các hệ thống đó trở nên đơn giản hơn

Global Positioning System

số người dùng truy nhập vào cùng một kênh tần số mà không bị kẹt bằng cáchđịnh vị những rãnh thời gian duy nhất cho mỗi người dùng trong mỗi kênh.Dịch vụ GSM được sử dụng bởi hơn 2 tỷ người trên 212 quốc gia và vùnglãnh thổ Các mạng thông tin di động GSM cho phép có thể roaming (chuyểnvùng) với nhau do đó những máy điện thoại di động GSM của các mạng GSMkhác nhau có thể sử dụng được nhiều nơi trên thế giới.

GSM là chuẩn phổ biến nhất cho điện thoại di động (ĐTDĐ) trên thế giới.Khả năng phủ sóng rộng khắp nơi của chuẩn GSM làm cho nó trở nên phổ biếntrên thế giới, cho phép người sử dụng có thể sử dụng ĐTDĐ của họ ở nhiềuvùng trên thế giới GSM khác với các chuẩn tiền thân của nó về cả tín hiệu vàtốc độ, chất lượng cuộc gọi Nó được xem như là một hệ thống ĐTDĐ thế hệthứ hai (second generation, 2G) GSM là một chuẩn mở, hiện tại nó được pháttriển bởi 3rd Generation Partnership Project (3GPP) Đứng về phía quan điểmkhách hàng, lợi thế chính của GSM là chất lượng cuộc gọi tốt hơn, giá thànhthấp và có dịch vụ tin nhắn Thuận lợi đối với nhà điều hành mạng là khả năngtriển khai thiết bị từ nhiều người cung ứng GSM cho phép nhà điều hành mạng

có thể sẵn sàng dịch vụ ở khắp nơi, vì thế người sử dụng có thể sử dụng điệnthoại của họ ở khắp nơi trên thế giới

Mô hình cấu trúc hệ thống của một mạng thông tin di động GSM bao gồmcác thành phần sau:

a Thành phần GSM

Mạng GSM được chia thành 2 hệ thống: Hệ thống chuyển mạch (NSS) và hệthống trạm phát (BSS) Mỗi hệ thống được xây dựng trên nhiều thiết bị chuyêndụng khác nhau và được vận hành, bảo trì và quản lý bởi các trung tâm máytính

Hệ thống chuyển mạch chuyên xử lý cuộc gọi và các công việc liên quan đếnthuê bao BSS xử lý công việc liên quan đến truyền phát sóng radio OMC thực

hiện nhiệm vụ vận hành và bảo trì mạng, như theo dõi lưu lượng cảnh báo khicần thiết

b Kiến thức dạng địa lý

Với mọi mạng điện thoại, kiến trúc là nền tảng quan trọng để xây dựng quitrình kết nối cuộc thoại đến đúng đích Với mạng di động thì điều này lại càngquan trọng: do người dùng luôn di chuyển nên kiến trúc phải có khả năng theodõi được vị trí của thuê bao

c Ô (cell)

Là đơn vị cơ bản của hệ thống tế bào, được định nghĩa theo vùng phủ sóngcủa BTS Mỗi ô được cấp một số định danh duy nhất gọi là CGI (Cell GlobalIdentity) Để phủ sóng toàn quốc, người ta cần đến một số lượng rất lớn BTS.Như hiện nay Mobifone đã lắp đặt khai thác trên 1000 trạm BTS

d Vùng định vị (LA-Location Area)

Nhiều ô được ghép nhóm và gọi là một LA Trong mạng, vị trí của thuê bao

do LA khu vực của thuê bao nắm giữ Số định danh cho LA được lưu thànhthông số LAI (Location Area Identity) ứng với từng thiết bị di động (điện thoại

di động) trong VLR Khi thiết bị di chuyển sang ô của LA khác thì bắt buộc phảiđăng ký lại vị trí với mạng, nếu dịch chuyển giữa các ô trong cùng một LA thìkhông phải thực hiện qui trình trên Khi có cuộc gọi đến thiết bị, thông điệpđược phát ra (broadcast) toàn bộ các ô của LA đang quản lý thiết bị

e Vùng phục vụ của MSC

Nhiều vùng LA được quản lý bởi một MSC Để có thể kết nối cuộc thoại đếnthiết bị di động, thông tin vùng dịch vụ MSC cũng được theo dõi và lưu lạiHLR

f Vùng phục vụ của nhà khai thác

Vùng phục vụ của nhà khai thác bao gồm toàn bộ các ô mà công ty có thểphục vụ; nói cách khác, đây chính là toàn bộ của vùng phủ sóng của nhà khaithác mà thuê bao có thể truy nhập vào hệ thống Mỗi nhà khai thác sẽ có thông

số vùng phục vụ riêng Vi dụ như VMS-Mobifone có thông số vùng phục vụ là

452-01, Vinaphone có thông số vùng phục vụ là 452-02, Viettel có thông sốvùng phục vụ là 452-04.

Vùng dịch vụ GSM: Vùng dịch vụ GSM là toàn bộ vùng địa lý mà thuê bao

có thể truy nhập vào mạng GSM, và sẽ càng mở rộng khi có thêm nhiều nhàkhai thác ký thỏa ước hợp tác với nhau Hiện tại thì vùng dịch vụ GSM đã phủhàng chục quốc gia, kéo dài từ Ai-xơ-len đến Châu Úc và Nam Phi Chuyểnvùng là khả năng cho phép thuê bao truy nhập mạng của mình từ mạng khác

Mô hình mạng di động tế bào có thể được trình bày giữa hai góc độ

g Băng tần

Hiện tại mạng GSM đang hoạt động trên 3 băng tần: 900, 1800, 1900MHz.Chuẩn GSM ban đầu sử dụng băng tần 900MHz, gọi là phiên bản P-GSM(Primary GSM) Để tăng dung lượng, băng tần dần mở sang 1800 và 1900MHz,gọi là phiên bản mở rộng (E-GSM)

Chính vì thế, thị trường đã xuất hiện nhiều loại điện thoại hỗ trợ nhiều băngtần nhằm tạo thuận lợi cho người dùng thường xuyêng đi nước ngoài và tậndụng được hết ưu thế chuyển vùng quốc tế của mạng GSM hiện nay

h Trạm di động MS

MS là thiết bị tương tác trực tiếp với người sử dụng hệ thống GSM MS sẽ tựđộng thực hiện quy trình cần thiết mà không cần đến sự quan tâm hay điều khiểncủa người dùng MS gồm 2 phần:

- ME (Mobile Equipment): Thiết bị di động

- SIM (Subscriber Identity Module): Thiết bị nhận diện người đăng kýthuê bao điện thoại di động

* Mobile Equitment:

ME là thiết bị phần cứng hỗ trợ việc truy cập các dịch vụ mạng, bản thân nókhông chứa các thông tin về thuê bao, ME có thể là điện thoại di động, máyphát, máy tính…, mỗi ME có một số định dạng duy nhất IMEI (InternationalMobile Equitment Identity) do nhà sản xuất quy định với mục đích là giúp nhà

khai thác mạng di động quản lý thiết bị, ngăn ngừa sự hoạt động của các MEkhông hợp lệ.

* Thẻ Sim:

- IMSI (International Mobile Subcriber Identity – số nhận dạng thuê bao diđộng quốc tế): là số nhận dạng giúp cho mạng GSM có thể định tuyến cuộc gọiđến thuê bao cũng như tính cước

- TMSI (Temporary Mobile Subcriber Identity – số nhận dạng thuê bao tạmthời): Là số nhận dạng duy nhất do MSC cung cấp cho thuê bao khách, giúp bảomật cho thuê bao, nó có thể thay đổi giữa các cuộc gọi cũng như đang tiến hànhcuộc gọi

- LAI (Location area Identity – số nhận dạng vùng định vị): Dùng để xácđịnh một vùng định vị trong đó có thuê bao đang di chuyển

- Ki – Khóa nhận thực thuê bao, dùng trong quá trình nhận thực của thuê bao

- MSISDN – Số điện thoại thực của thuê bao

Như vậy, SIM chứa thông tin về các dịch vụ mà thuê bao có thể truy cập.Không có SIM thì người sử dụng ME không thể thực hiện gọi đi hay nhận cuộcgọi được Do đó, ME có thể được sản xuất rộng rãi nhưng SIM thì chỉ có thể donhà khai thác cung cấp

i Đăng nhập thiết bị vào mạng

Khi thiết bị di động ở trạng thái tắt, nó được tách ra khỏi mạng Khi bật lên,thiết bị dò tần số GSM để tìm kênh điều khiển Sau đó, thiết bị đo cường độ củatín hiệu từ các kênh và ghi lại Cuối cùng thì chuyển sang kết nối với kênh có tínhiệu mạnh nhất

j Chuyển vùng

Vì GSM là một chuẩn chung nên thuê bao có thể dùng điện thoại hệ GSM tạihầu hết các mạng GSM trên thế giới Trong khi di chuyển, thiết bị liên tục dòkênh để luôn duy trì tín hiệu với trạm là mạnh nhất Khi tìm thấy trạm có tínhiệu mạnh hơn, thiết bị sẽ tự động chuyển sang mạng mới; nếu trạm mới nằmtrong LA khác, thiết bị sẽ báo cho mạng biết vị trí mới của mình

Riêng với chế độ chuyển vùng quốc tế hoặc chuyển vùng giữa mạng của hainhà khai thác dịch vụ khác nhau thì qúa trình cập nhật vị trí đòi hỏi phải có sựchấp thuận và hỗ trợ từ cấp nhà khai thác dịch vụ

* Thực hiện cuộc gọi từ thiết bị di động vào điện thoại cố định:

- Thiết bị kiểu yêu cầu một kênh báo hiệu

- BSC/TRC sẽ chỉ định kênh báo hiệu

- Thiết bị gửi yêu cầu thiết lập cuộc gọi cho MSC/VLR Thao tác đăng kýtrạng thái tích cực cho thiết bị vào VLR, xác thực, mã hóa, nhận dạng thiết bị,gửi số được gọi cho mạng, kiểm tra xem thuê bao có đăng ký dịch vụ cấm gọi rađều được thực hiện trong bước này

+ Nếu hợp lệ, MSC/VLR báo cho BSC/TRC một kênh đang rỗi

+ MSC/VLR chuyển tiếp số được gọi cho mạng PSTN

+ Nếu máy được gọi trả lời, kết nối sẽ được thiết lập

* Thực hiện cuộc gọi từ điện thoại cố định đến thiết bị di động:

Điểm khác biệt quan trọng so với gọi từ thiết bị di động là vị trí của thiết bịkhông được biết chính xác Chính vì thế trước khi kết nối, mạng phải thực hiệncông việc xác định vị trí của thiết bị di động

- Từ điện thọai cố định, số điện thoại di động được gửi đến mạng PSTN.Mạng sẽ phân tích, và nếu phát hiện ra từ khóa gọi ra mạng di động, mạngPSTN sẽ kết nối với trung tâm GMSC của nhà khai thác thích hợp

- GMSC phân tích số điện thoại di động để tìm ra vị trí đăng ký gốc trongHLR của thiết bị và cách thức nối đến MSC/VLR phục vụ

- HLR phân tích số điện thoại di động để tìm ra MSC/VLR đang phục vụ chothiết bị Nếu có đăng ký dịch vụ chuyển tiếp cuộc gọi đến, cuộc gọi sẽ được trả

về GMSC với số điện thoại được yêu cầu chuyển đến

- HLR liên lạc với MSC/VLR đang phục vụ

- MSC/VLR gửi thông điệp trả lời qua HLR đến GMSC

- GMSC phân tích thông điệp rồi thiết lập cuộc gọi đến MSC/VLR

- MSC/VLR biết địa chỉ LA của thiết bị nên gửi thông điệp đến BSC quản lý

LA này

- BSC phát thông điệp ra toàn bộ các ô thuộc LA

- Khi nhận được thông điệp, thiết bị sẽ gửi yêu cầu ngược lại

- BSC cung cấp một khung thông điệp chứa thông tin

- Phân tích thông điệp của BSC gửi đên để tiến hành thủ tục bật trạng tháicủa thiết bị lên tích cực, xác nhận, mã hóa, nhận diện thiết bị

- MSC/VLR điều khiển BSC xác lập một kênh rỗi, đỗ chuông Nếu thiết bị diđộng chấp nhận trả lời, kết nối được thiết lập

Trong trường hợp thực hiện cuộc gọi từ thiết bị di động đến thiết bị di động,qúa trình cũng diễn ra tương tự nhưng điểm giao tiếp với mạng PSTN của điệnthoại cố định sẽ được thay thế bằng MSC/VLR khác

Giao diện vô tuyến: GSM là mạng điện thoại di động thiết kế gồm nhiều cell

(tế bào) do đó các máy điện thoại di động kết nối với mạng bằng cách tìm kiếmcác cell gần nó nhất Các mạng di động GSM hoạt động trên 4 băng tần Hầu hếtthì hoạt động ở băng 900 Mhz và 1800 Mhz Vài nước ở Châu Mỹ thì sử dụngbăng 850 Mhz và 1900 Mhz do băng 900 Mhz và 1800 Mhz ở nơi này đã bị sửdụng trước

Các mạng sử dụng băng tần 900 Mhz thì đường lên (từ thuê bao di độngđến trạm truyền dẫn uplink) sử dụng tần số trong dải 890-915 MHz và đườngxuống downlink sử dụng tần số trong dải 935-960 MHz Và chia các băng tầnnày thành 124 kênh với độ rộng băng thông 25 Mhz, mỗi kênh cách nhau 1khoảng 200 Khz Khoảng cách song công (đường lên & xuống cho 1 thuê bao)

là 45MHz

Ở một số nước, băng tần chuẩn GSM900 được mở rộng thành E-GSM, nhằmđạt được dải tần rộng hơn E-GSM dùng 880–915 MHz cho đường lên và 925–

960 MHz cho đường xuống Như vậy, đã thêm được 50 kênh (đánh số 975 đến

1023 và 0) so với băng GSM-900 ban đầu E-GSM cũng sử dụng công nghệphân chia theo thời gian TDM (time division multiplexing), cho phép truyền 8

kênh thoại toàn tốc hay 16 kênh thoại bán tốc trên 1 kênh vô tuyến Có 8 khethời gian gộp lại gọi là một khung TDMA Các kênh bán tốc sử dụng các khungluân phiên trong cùng khe thời gian Tốc độ truyền dữ liệu cho cả 8 kênh là270.833 kbit/s và chu kỳ của một khung la 4.615 m.

Công suất phát của máy điện thoại được giới hạn tối đa là 2 watt đối với băngGSM 850/900 Mhz và tối đa là 1 watt đối với băng GSM 1800/1900 Mhz

Mã hóa âm thanh và phủ sóng:

GSM sử dụng khá nhiều kiểu mã hóa thoại để nén tần số audio 3,1KHz vàotrong khoảng 5.6 and 13 kbit/s Ban đầu, có 2 kiểu mã hoá là bán tốc (haft rate -5.6 kbps)và toàn tốc (Full Rate -13 kbit/s)) Để nén họ sử dụng hệ thống có tên

là mã hóa dự đoán tuyến tính (linear predictive coding – LPC) GSM được cảitiến hơn vào năm 1997 với mã hóa EFR (mã hóa toàn tốc cải tiến -EnhancedFull Rate), kênh toàn tốc nén còn 12.2 kbit/s Sau đó, với sự phát triển củaUMTS, EFR được tham số lại bởi kiểu mã hóa biến tốc, được gọi là AMR-Narrowband

Có tất cả bốn kích thước cell site trong mạng GSM đó là macro, micro, pico

và umbrella Vùng phủ sóng của mỗi cell phụ thuộc nhiều vào môi trường.Macro cell được lắp trên cột cao hoặc trên các toà nhà cao tầng, micro cell lạiđược lắp ở các khu thành thị, khu dân cư, pico cell thì tầm phủ sóng chỉ khoảngvài chục mét trở lại, nó thường được lắp để tiếp sóng trong nhà Umbrella lắp bổsung vào các vùng bị che khuất hay các vùng trống giữa các cell

Bán kính phủ sóng của một cell tuỳ thuộc vào độ cao của anten, độ lợi antenthường thì nó có thể từ vài trăm mét tới vài chục km Trong thực tế thì khả năngphủ sóng xa nhất của một trạm GSM là 32 km (22 dặm) Một số khu vực trongnhà mà các anten ngoài trời không thề phủ sóng tới như nhà ga, sân bay, siêuthị… thì người ta sẽ dùng các trạm pico để chuyển tiếp sóng từ các anten ngoàitrời vào

1.2.2 Khái niệm về GPRS

GPRS (General Packet Radio Service) là dịch vụ truyền tải mới cho hệ thốngGSM, nó cải thiện một cách hiệu quả việc truy nhập vô tuyến tới các mạngtruyền số liệu như X.25, Internet…bằng cách áp dụng nguyên lý gói vô tuyến đểtruyền số liệu của người sử dụng một cách hiệu quả giữa máy điện thoại di độngtới các mạng truyền số liệu Các gói tin có thể truyền trực tiếp từ máy di độngGPRS tới các mạng chuyển mạch số liệu.

Người sử dụng GPRS được lợi từ việc thời gian truy nhập ngắn hơn cũngnhư tốc độ truyền số liệu cao hơn Trong hệ thống GSM thông thường việc thiếtlập kết nối diễn ra trong vài giây và tốc độ truyền số liệu hạn chế ở 9,6 Kbit/s.GPRS cho phép thời gian thiết lập dưới một giây và tốc độ truyền số liệu tối đađạt trên 115 Kbit/s

Chuyển mạch kênh không thích hợp cho lưu lượng lớn, vì người sử dụngphải trả tiền cho toàn bộ thời gian chiếm dụng kênh mặc dù có những thời điểmkhông có gói tin nào được gửi đi Trái lại với công nghệ chuyển mạch gói(GPRS), khách hàng có thể sẽ chỉ phải trả tiền cho số các gói tin được chuyển

đi, điều này thuận lợi cho người sử dụng khi kết nối trực tuyến một thời gian dàivới mạng

Tóm lại, GPRS cải thiện việc sử dụng tài nguyên vô tuyến, tốc độ truyền sốliệu cao hơn, khách hàng chỉ phải trả tiền cho số gói tin gửi và nhận, ngoài rathời gian truy nhập cũng ngắn hơn

Công nghệ GPRS được viện Tiêu chuẩn Viễn thông Châu Âu EISI phát triển

và chuyển hoá cho dữ liệu gói trong các hệ thống GSM Tại Mỹ, GPRS cũngđược Hiệp hội Công nghiệp Viễn thông TIA chấp thuận như là tiêu chuẩn dữliệu gói cho các hệ thống TDMA/IS – 136 Hiện đã được tiến hành triển khai tạimột số nước trên Thế giới

a Cấu trúc hệ thống GPRS

GPRS được phát triển dựa trên nền tảng của hệ thống mạng GSM Giải phápGPRS của Ericsson được thiết kế để đẩy nhanh việc triển khai GPRS mà vẫn giữcho chi phí đầu vào thấp Các khối chức năng của mạng GSM hiện nay chỉ cần

được nâng cấp phần mềm, ngoại trừ BSC (Base Station Center) phải được nângcấp phần cứng Hai nút mạng mới được giới thiệu, đó là nút hỗ trợ dịch vụGPRS - SGSN (Serving GPRS Support Node) và nút hỗ trợ cổng GPRS GGSN(Gateway GPRS Support Node) nhằm bổ sung chức năng chuyển mạch gói bêncạnh chức năng chuyển mạch kênh của mạng.

Other PLMN

Corporate Network

IP Network

SOG

AUC HLR

Hình 1.3 Cấu trúc GPRS được phát triển dựa trên mạng GSM

SGSN có nhiệm vụ tạo tuyến và quản lí địa chỉ IP SGSN cùng với các đầucuối GPRS hình thành các kênh truyền logic cho phép việc truyền nhận các gói

IP

GGSN đóng vai trò kết nối các đầu cuối GPRS trong mạng đến các ISP(Internet Service Provider) bên ngoài, hoặc kết nối giữa các mạng GPRS vớinhau Các SGSN và GGSN liên kết với nhau và tạo thành một mạng IP xươngsống làm nền tảng cho dịch vụ GPRS

b Các giao diện và giao thức trong mạng GPRS

Các giao thức của GPRS cung cấp các chức năng điều khiển và truyền tải dữliệu trên mặt phẳng báo hiệu và mặt phẳng truyền dẫn Do tính bố cục của đồ ánnên em chỉ xét mặt phẳng truyền dẫn.

Mặt phẳng truyền dẫn bao gồm các cấu trúc giao thức phân lớp phục vụ choviệc truyền tải dữ liệu của người sử dụng, kết hợp với các thủ tục điều khiểnphục vụ cho việc truyền tải như : điều khiển luồng, phát hiện và sửa lỗi …

Hình 1.4 Cấu trúc phân lớp giao thức của mạng GPRS

SGSN và GGSN dựa trên đường truyền vô tuyến có sẵn để xây dựng mạngchuyển mạch gói GPRS dựa trên protocol TCP/IP tương thích với mạng Internetthông dụng, cho phép cung cấp cho các thuê bao trong mạng những dịch vụ mớihấp dẫn hơn

Ta sẽ chỉ xét đến giao thức TCP/UDP phù hợp với mục đích của đồ án Giaothức TCP/UDP (Transmission Control Protocol/ User Datagram Protocol – giaothức điều khiển truyền dẫn/ Giao thức dữ liệu gói người sử dụng) : TCP chuyểncác khối điều khiển dữ liệu gói (PDU) của GTP trong mạng đường trục GPRScho các giao thức cần thiết để liên kết dữ liệu tin cậy (như X.25) TCP cung cấp

khả năng điều khiển luồng và bảo vệ chống lại sự thất thoát hay ngắt quãng cácPDU của GTP UDP chuyển các PDU cảu GTP cho các giao thức không cầnphải có một liên kết dữ liệu tin cậy (ví dụ như IP) UDP cung cấp khả năng bảo

vệ chống lại việc PDU của GTP bị ngắt quãng và chuyển các bản tin báo hiệugiữa các GSN

Một số đặc điểm của mạng GPRS :

GSM để triển khai dịch vụ, nên tốc độ dữ liệu là rất chậm so với các mạngtruyền số liệu gói khác Tốc độ thực sự phụ thuộc vào số khe thời gianđược dùng cho dịch vụ GPRS

thời gian kết nối

c Mô hình hệ thống truyền nhận dữ liệu qua mạng GPRS

Với tính năng kết nối với các hệ thống mạng bên ngoài thông qua GGSN,GPRS cho phép thiết lập một đường truyền từ đầu cuối thuê bao mạng GSM sửdụng dịch vụ GPRS đến một đầu cuối của các hệ thống mạng khác, qua đó chophép thiết kế một hệ thống thu thập dữ liệu rất linh động

Trong các ứng dụng thông thường, việc phân tích, lưu trữ, vận hành dựa trên

dữ liệu thu thập được từ các đầu cuối mạng GPRS sẽ được thực hiện bởi mộtmáy tính, vì đây là các thao tác phức tạp và đòi hỏi nhiều tài nguyên Do đó việcthiết lập một liên kết giữa đầu cuối mạng GPRS và máy tính là cần thiết Với lợithế về hệ thống cơ sở hạm tầng rộng khắp và khả năng truyền nhận dữ liệu tốc

độ cao, đáng tin cậy, phương án tối ưu là liên kết thông qua Internet

Mô hình truyền nhận dữ liệu được mô tả trong hình sau:

BTS BSC MSC

SGSN

BG Intra-operator

backhome

Network

GPRS register

GPRS register

BG

Data Network

Intra-operator backhome Network

SGSN

Intra-operator backhome Network

Host

Router

Local-Area Network

or Operate

Hình 1.5 Liên kết giữa đầu cuối mạng GPRS và đầu cuối mạng InternetĐầu cuối mạng GPRS sẽ truyền nhận dữ liệu với máy tính được kết nốiInternet thông qua đường truyền sau: đầu cuối GPRS  BTS  SGSN Mạng xương sống GPRS  GGSN  ISP  Router  mạng Local-AreaNetwork  Máy tính

Dữ liệu sẽ được trao đổi giữa đầu cuối thuê bao GPRS và máy tính thông quacác gói IP, và dựa trên các protocol TCP/UDP Tùy theo khả năng hỗ trợ củađầu cuối thuê bao GPRS có thể sử dụng các protocol ở các lớp ứng dụng caohơn

Với các mô hình đơn giản, nhu cầu về xử lý dữ liệu không cao, có thể lựachọn các phương án đơn giản hơn như:

· Sử dụng dịch vụ SMS : không cần thông qua GPRS.

· Truyền nhận dữ liệu giữa các đầu cuối GPRS: phương án này hoàn toàn có

thể thực hiện được, tuy nhiên tốc độ dữ liệu khá thấp, và làm tăng chi phí dịch vụ.

Với đầu cuối mạng GPRS, có nhiều sản phẩm phù hợp với yêu cầu của hệthống Điển hình là các modem GSM có hỗ trợ GPRS Thiết bị này được cungcấp bởi nhiều hãng, như Sony Ericsson, Nokia, Wavecom, SIMCOM, … Sản

phẩm của SIMCOM (SIM300, SIM508,SIM548C …) được lựa chọn do các tínhnăng sau:

· Hỗ trợ GPRS.

· Hỗ trợ khả năng truyền nhận dữ liệu TCP/UDP.

· Giá thành thấp.

· Thiết kế phần cứng đơn giản.

· Được điều khiển bằng tập lệnh AT, cho phép điều khiển dễ dàng.

Trong bài đồ án này giải pháp của em là sử dụng module SIM548C củahãng SIMCOM

CHƯƠNG 2: THIẾT KẾ THIẾT BỊ ĐỊNH VỊ GPS

Hệ thống điều khiển mặt đất bao gồm các trạm trên mặt đất, chia thành trạmtrung tâm và trạm con.Các trạm con, vận hành tự động, nhận thông tin từ vệtinh, gửi tới cho trạm chủ Sau đó các trạm con gửi thông tin đã được hiệu chỉnhtrở lại, để các vệ tinh biết được vị trí của chúng trên quỹ đạo và thời gian truyền

tín hiệu Nhờ vậy, các vệ tinh mới có thể đảm bảo cung cấp thông tin chính xáctuyệt đối vào bất kỳ thời điểm nào.

Hình 2.1 Các trạm điều khiển mặt đất

2.1.3 Bộ phận người sử dụng

Bao gồm tất cả các đối tượng sử dụng cho mục đích dân sự và quân sự

Hình 2.2 Hệ thống người sử dụng 2.2 NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG CỦA HỆ THỐNG

Hình 2.3 Nguyên lý của hệ thống

Một vệ tinh có thể truyền tín hiệu radio ở nhiều mức tần số thấp khác nhau,được gọi là L1, L2 Những thiết bị nhận tín hiệu GPS bắt sóng L1, ở dải tần sốUHF 1575,42Mhz, bắt sóng L2 ở tần số 1227.6 Mhz Một đài phát thanh FMthường cần có công suất chừng 100.000 watt để phát sóng, nhưng một vệ tinhđịnh vị toàn cầu chỉ đòi hỏi 20-50 watt để đưa tín hiệu đi xa 20.200 km.Các vệtinh GPS phát hai tín hiệu vô tuyến công suất thấp giải L1 và L2 (Giải L là phầnsóng cực ngắn của phổ điện từ trải rộng từ 0,39 tới 1,55 GHz) GPS dân sự dùngtần số L1 575,42 MHz trong giải UHF Tín hiệu truyền trực thị, có nghĩa làchúng sẽ xuyên qua mây, thuỷ tinh và nhựa nhưng không qua phần lớn các đốitượng cứng như núi và nhà Tín hiệu GPS chứa ba mẩu thông tin khác nhau –

mã giả ngẫu nhiên, dữ liệu thiên văn và dữ liệu lịch:

- Mã giả ngẫu nhiên đơn giản chỉ là mã định danh để xác định được quả vệtinh nào là phát thông tin nào Có thể nhìn số hiệu của các quả vệ tinh trên trang

vệ tinh của máy thu Garmin để biết nó nhận được tín hiệu của quả nào

- Dữ liệu thiên văn cho máy thu GPS biết quả vệ tinh ở đâu trên quỹ đạo ởmỗi thời điểm trong ngày Mỗi quả vệ tinh phát dữ liệu thiên văn chỉ ra thông tinquỹ đạo cho vệ tinh đó và mỗi vệ tinh khác trong hệ thống

- Dữ liệu lịch được phát đều đặn bởi mỗi quả vệ tinh, chứa thông tin quantrọng về trạng thái của vệ tinh (lành mạnh hay không), ngày giờ hiện tại Phầnnày của tín hiệu là cốt lõi để phát hiện ra vị trí

Với GPS, các tín hiệu từ các vệ tinh sẽ đi tới các vị trí chính xác của ngườidùng và được đo theo phép tam giác đạc Để thực hiện phép tam giác đạc, GPS

đo khoảng cách thông qua thời gian hành trình của bản tin vô tuyến từ vệ tinhtới một máy thu mặt đất Để đo thời gian hành trình, GPS sử dụng các đồng hồrất chính xác trên các vệ tinh Một khi khoảng cách tới vệ tinh đã được đo thìviệc biết trước về vị trí vệ tinh trong không gian sẽ được sử dụng để hoàn thànhtính toán Các máy thu GPS trên mặt đất có một “cuốn niên giám” được lưu trữtrong bộ nhớ máy tính của chúng để chỉ thị mỗi vệ tinh sẽ có mặt nơi nào trênbầu trời vào bất kỳ thời điểm nào Các máy thu GPS sẽ tính toán các thời gian

trễ qua tầng đối lưu và khí quyển để tiếp tục làm chính xác hơn phép đo vị trí.

Để bảo đảm chắc chắn vệ tinh và máy thu đồng bộ với nhau, mỗi vệ tinh có bốnđồng hồ nguyên tử chỉ thời gian chính xác tới 3 ns, tức ba phần tỷ giây Nhằmtiết kiệm chi phí, các đồng hồ trong các máy thu dưới đất được làm ít chính xáchơn đôi chút Bù lại, một phép đo tầm hoạt động vệ tinh được trang bị thêm.Phép đo lượng giác chỉ ra rằng, nếu ba số đo chính xác định vị được vị trí mộtđiểm trong không gian ba chiều thì một phép đo thứ tư có thể loại bỏ mọi độchênh lệch thời gian nào đó Phép đo thứ tư này chỉnh lại sự đồng bộ hoá khônghoàn hảo của máy thu Khối mặt đất thu nhận tín hiệu vệ tinh đi tới với tốc độbằng tốc độ ánh sáng Ngay như tại tốc độ như vậy tín hiệu cũng phải mất mộtlượng thời gian đáng kể mới tới được máy thu Sự chênh lệch giữa thời điểm tínhiệu được gửi đi và thời điểm tín hiệu được thu nhận với tốc độ ánh sáng chophép máy thu tính được khoảng cách tới vệ tinh

2.3 THIẾT KẾ THIẾT BỊ ĐỊNH VỊ GPS

2.3.1 Giới thiệu Module SIM548

Đây là module GSM/GPRS và GPS của hãng SIMCOM:

Hình 2.4 Module SIM548

Module SIM548 có thể hoạt động với các tần số sau GSM 900 MHz, DCS1800MHz và PCS 1900MHz và cũng hỗ trợ kỹ thuật GPS định vị vị trí bằng vệtinh

Với kích thước nhỏ 55mm x 34mm x 3.0 mm,module này có thể sử dụngcho các ứng dụng như Smart phone,PDA phone,thiết bị định vị GPS cầm tayhay điện thoại

Chúng ta có thể giao tiếp với module thông qua chuẩn đế 60 chân dànhriêng cho module SIM548 Thông qua đế chuẩn 60 chân này,chúng ta có thể sửdụng module với các mục đích :

- Bàn phím,bảng nút nhấn hay SPI LCD

- Một port giao tiếp nối tiếp dành cho GSM và hai port nối tiếp dành cho GPSgiúp cho việc thiết kế và phát triển ứng dụng một cách dễ dàng hơn thông quaviệc giao tiếp bằng tập lệnh AT

- Bộ sạc cho pin

- Các ngõ vào ra dành cho chức năng nghe, gọi và xử lý âm thanh

- Các ngõ vào của bộ chuyển đổi AD

2.3.2 Cấu trúc Module SIM 548

Để sử dụng và giao tiếp với module SIM508 phải thông qua một chuẩn đế cắm

60 chân Bao gồm các ứng dụng dành cho GSM :

- Nguồn cung cấp và nguồn sạc pin

- Hai ngõ vào giao tiếp theo chuẩn nối tiếp

- Hai ngõ vào analog

- Ngõ vào ra dành cho Simcard

Bảng 2.1 Chức năng của các chân module

để cung cấp nguồn hoạtđộng cho module

Vmax= 4.5V Vmin=3.4V Vnorm=4.0VBACKUP I/O Ngõ vào nguồn cho bộ

thời gian thực của modulekhi không có nguồn chính

Và cung cấp một dòng radành cho nguồn dự trữ khi

có nguồn chính,để tiếtkiểm năng lượng củanguồn dự trữ

Vmax=2.0V Vmin=1.2V Vnorm=1.8V Inorm= 20uA

CHG_IN I Nguồn cung cấp cho bộ

sạc pin của module Đồngthời giúp cho module nhận

ra bộ sạc

Vmax=5.25V Vmin=1.1 *VBATVnorm=5.1V

ứng dụng số

PWRKEY I Ngõ vào dùng để mở và

tắt nguồn chính củamodule Chân này đượcnối với một nút nhấn Để

VILmax=0.3*VB

AT VIHmin=0.7*VB

AT

mở và tắt nguồn củamodule,phải nhấn nútnhấn để giữ chân này ởmức thấp trong mộtkhoảng thời gian ngắn.

BUZZER O Ngõ ra dành cho còi báo

ứng dụng tương tự

DISP_D0 I/O Ngõ vào ra để kiểm tra

đường truyền dữ liệu

VILmin=0V VILmax=0.9 VIHmin=2.0 VIHmax= 3.2 VOLmin=GND VOLmax=0.2V VOHmin=2.7 VOHmax=2.9

DISP_CLK O Ngõ ra kiểm tra xung

Clock

DISP_A0 O Ngõ ra kiểm tra dữ liệu và

địa chỉ (có thể được lựachọn bằng phần mềm)

DISP_EN O Ngõ ra cho phép hiện thị

KCOL0~KCOL4

KROW0~KROW4

I/O

Các ngõ vào ra dành chophím bấm,bảng nút nhấn

VILmin=0V VILmax=0.9 VIHmin=2.0 VIHmax= 3.2 VOLmin=GND VOLmax=0.2V VOHmin=2.7

VOHmax=2.9Các ngõ vào ra với mục đích chung.

NETLIGHT O Ngõ ra cho biết trạng thái

hoạt động của moduleGSM

VILmin=0V VILmax=0.9 VIHmin=2.0 VIHmax= 3.2 VOLmin=GND VOLmax=0.2V VOHmin=2.7 VOHmax=2.9

STATUS O Ngõ ra cho biết các trạng

thái hoạt động của các ứngdụng khác có trongmodule

GPIO5

GPIO32

I/O Ngõ vào ra dùng chungcho các mục đích khác

Port nối tiếp 1

đã sẵn sàng

VILmin=0V VILmax=0.9 VIHmin=2.0 VIHmax= 3.2 VOLmin=GND VOLmax=0.2V VOHmin=2.7 VOHmax=2.9

được gửi đi

Port nối tiếp 2

DEBUG_TX O Port dùng để sửa lỗi và

giao tiếp bằng tập lệnhAT

Các chân dành cho Sim card

card

Có 2 loại nguồncung cấp 1.8V và2.85V.Được lựachọn bởi phầnmềm

SIM_DATA I/O Chân truyền nhận dữ liệu VILmin=0V

với SIM VILmax=0.3*

VSIM VIHmin=0.7*

VSIM VIHmax= VSIM+0.3

VOLmin=GND VOLmax=0.2V VOHmin= VSIM -0.2

VOHmax= VSIM

SIM_CLOCK O Xung nhịp cho SIM

SIM_PRESENCE I Chân để nhận biết có Sim

TEMP_BAT I Ngõ vào cho biết nhiệt độ

của pin

*) Chế độ hoạt động của SIM548:

a Bật ứng GSM của module SIM508:

sạc điện,tất cả chức năng của ứng dụng GSM được mở và cho phép thực hiệnđược tất cả các lệnh AT Lúc này module sẽ gửi trả thông báo:

From GHOST MODE to NORMAL MODE

 Sử dụng bộ thời gian thực RTC để bật ứng dụng GSM (chế độ báo động)

Ở chế độ báo động, cho phép ứng dụng GSM hoạt động bằng việc sửdụng bộ thời gian thực RTC Bộ thời gian thực sẽ đánh thức GSM của moduleSIM508 khi ứng dụng này ngừng hoạt động Trong chế độ này module sẽ khôngkết nối mạng GSM và các tập lệnh dành cho SIM card sẽ không thực hiện được

Có thể sử dụng lệnh AT+CALARM để cài đặt thời gian báo động Bộ thờigian thực sẽ giữ module trong thời gian báo động nếu ứng dụng GSM được tắtbằng lệnh ““AT+CPOWD=1” hay chân PWRKEY Module sẽ chuyển sang chế

độ báo động Lúc này module sẽ gừi thông báo:

RDY

ALARM MODE

Chế độ báo động sẽ hoạt động trong một thời gian tối đa 90s,lúc nàymodule sẽ tự đông ngưng hoạt động Tuy nhiên,trong suốt thời gian báođộng,nếu lệnh AT+CFUN=1 được gửi đến,việc module tự động tắt sẽ không xảy

ra Cũng trong chế độ này,việc kéo chân PWRKEY xuống mức thấp trong mộtkhoảng thời gian ngắn sẽ làm ứng dụng GSM ngưng hoạt động ngay lập tức

b Tắt ứng dụng GSM của module SIM508

Các cách được sử dụng để tắt ứng dụng GSM của module SIM508:

- Sử dụng chân PWRKEY

- Sử dụng lệnh AT

- Module phát hiện nguồn cung cấp yếu, quá nhiệt

 Sử dụng chân PWRKEY để tắt ứng dụng GSM

Có thể tắt ứng dụng GSM bằng việc kéo chân PWRKEY xuống mức thấp trongmột khoảng thời gian ngắn Module sẽ gửi thông báo

NORMAL POWER DOWN

Lúc này,tất cả lệnh AT sẽ không có hiệu lực Module chuyển sang chế đôPOWER DOWN, và chỉ còn bộ thời gian thực RTC hoạt động Quá trình nàycũng có thể được nhận biết thông qua chân STATUS,chân này sẽ bị tự độngxuống mức thấp trong chế độ này

Hình 2.6 Dùng chân PWRKEY để tắt ứng dụng GSM

 Sử dụng lệnh AT để tắt ứng dụng GSM

Có thể sử dụng lệnh “AT+CPOWD=1” để tắt ứng dụng GSM Module gửi trảthông báo:

NORMAL POWER DOWN

Lúc này,tất cả lệnh AT sẽ không có hiệu lực Module chuyển sang chế đôPOWER DOWN, và chỉ còn bộ thời gian thực RTC hoạt động Quá trình nàycũng có thể được nhận biết thông qua chân STATUS,chân này sẽ bị tự độngxuống mức thấp trong chế độ này

 Ứng dụng sẽ tự động tắt khi nguồn cung cấp yếu

Phần mềm sẽ thường xuyên kiểm tra điện áp nguồn cung cấp trên chânVBAT,nếu mức điện áp nhỏ hơn 3.5V,module sẽ gửi thông báo:

POWER LOW WARNNING

Nếu mức điện xuống dưới 3.4V,module sẽ gửi thông báo:

POWER LOW DOWN

Lúc này module sẽ tự động về chế độ POWER DOWN,chỉ còn bộ thời gianthực hoạt động Chân STATUS cũng sẽ về mức thấp

 Ứng dụng GSM sẽ tự động tắt nếu quá nhiệt

Phần mềm sẽ luôn kiểm tra nhiệt độ của module Nếu nhiệt độ hiện tại củamodule lớn bằng hoặc lớn hớn 80℃,module sẽ gửi thông báo:

Nếu nhiệt độ nằm ngoài khoảng -35 ộđộ đến 85 ộđộ , module sẽ tự động tắt

Lúc này module sẽ tự động về chế độ POWER DOWN,chỉ còn bộ thời gianthực hoạt động Chân STATUS cũng sẽ về mức thấp

Có thể kiểm tra nhiệt độ hiện tại của module bằng cách sử dụng lệnh

“AT+CMTE” khi module đang hoạt động

c Giao diện truyền thông nối tiếp

Để giao tiếp và sử dụng ứng dụng GSM,module SIM508 cung cấp chuẩn giaotiếp nối tiếp

- Bảy đường liên kết trên một port giao tiếp

- Bao gồm đường truyền dữ liệu /RXD và /TXD,đường truyền trạng thái /RTS

- Với chuẩn giao tiếp này có thể sử dụng cho CSD FAX,dịch vụ GPRS và gửilệnh AT.

Hình 2.7 Chuẩn giao tiếp nối tiếp của SIM548

- Tốc độ baud của giao tiếp nối tiếp: 300,1200, 2400, 4800, 9600, 19200,

Đang thực hiện cuộc gọi Mức thấp,sau đó:

- Chuyển về mức cao khi cuộc gọi được thiết lập

- Vẫn giữ ở mức thấp khi sử dụng lênh ATHSMS Chuyển xuống và giữ ở mức thấp khoảng

100mS khi nhận được tin nhắn,sau đó chuyển

về lại mức cao

d Kết nối với SIM card

Có thể sử dụng lệnh AT để lấy thông tin từ SIM card Module hỗ trở cả 2loại SIM card 1.8V và 3.0V

Hình 2.8 Kết nối SIM card 6 chân

Bảng 2.3 Thứ tự chân SIM card

C1 VSIM Nguồn do module cung cấp Module

SIM548 sẽ tự động xác định loại SIM để cung cấp nguồn 33.0V±10% hay 1.8V±10%.Dòng cung cấp là 10mA

C2 SIM_RESET Chân reset SIM card

C3 SIM_CLOCK Chân xung clock SIM card

C7 SIM_DATA Chân truyền nhận dữ liệu

e Trạng thái của chân STATUS

Ta có thể biết được tình trạng của mạng GSM thông qua chân STATUS

Bảng 2.4. Trạng thái chân STATUS

Trạng thái Mạng GSM

động

64ms On/ 800ms Off Ứng dụng GSM không tìm thấy mạng

64ms On/ 3000ms Off Ứng dụng GSM đang kết nối mạng

64ms On/ 300ms Đang giao tiếp GPRS

f Phần cứng ứng dụng GPS của module SIM548

Giao tiếp với ứng dụng GPS thông qua chuẩn giao tiếp nối tiếp RS-232 Chitiết các chân dùng cho ứng dụng GPS

Bảng 2.5. Các chân dành cho ứng dụng GPS

GPS_VCC I Có chân dùng để cung cấp nguồn cho

ứng dụng GPS

Vmax= 5.0V Vmin=3V Vnorm=3.3V GPS_VRTC I Nguỗn dự trữ cho bộ thời gian thực

và SRAM Không kết nối nếu không

sử dụng

Vmax= 3.3V Vmin=2.7V Vnorm=3.0VGPS_VANT I Nguồn ngoài dùng cho anten GPS

Ngõ vào này dùng đê lựa chọn nguồnhoạt động cho anten GPS loại 5Vhay 3V Chân này có thể kết nối trựctiếp với GPS_VCC_RF

Imax=25mA Vmax=5V Vmin=2.85V

GPS_TXA O Chân truyền dữ liệu của portA

GPS_RXA I Chân nhận dữ liệu của portA

GPS_TXB O Chân truyền dữ liệu của portB

GPS_RXB I Chân nhận dữ liệu của portB

- Chuẩn giao thức truyền dữ liệu : NMEA,4800 bps.

- Định dạng dữ liệu đầu ra: GGA,GSA,GSV,RMC,VTG

- Tần số cập nhật: 1Hz

2.3.3 Tập lệnh giao tiếp của Module

Các module của SIMCOM đều tuân theo tập lệnh AT đối với các thiết bị

di động

Chi tiết các lệnh trong tập lệnh AT được mô tả trong phụ lục 1.

2.3.4 Giới thiệu chung về vi điều khiển AVR

Vi điều khiển AVR do hãng Atmel ( Hoa Kì ) sản xuất được gới thiệulần đầu năm 1996 AVR có rất nhiều dòng khác nhau bao gồm dòng Tiny AVR( như AT tiny 13, AT tiny 22…) có kích thước bộ nhớ nhỏ, ít bộ phận ngoại vi,rồi đến dòng AVR ( chẳn hạn AT90S8535, AT90S8515,…) có kích thước bộnhớ vào loại trung bình và mạnh hơn là dòng Mega ( như ATmega32,ATmega128,…) với bộ nhớ có kích thước vài Kbyte đến vài trăm Kb cùng vớicác bộ ngoại vi đa dạng được tích hợp trên chip, cũng có dòng tích hợp cả bộLCD trên chip ( dòng LCD AVR ) Tốc độ của dòng Mega cũng cao hơn so với

các dòng khác Sự khác nhau cơ bản giữa các dòng chình là cấu trúc ngoại vi,còn nhân thì vẫn như nhau Đặt biệt, năm 2008, Atmel lại tiếp tục cho ra đờidòng AVR mới là XmegaAVR, với những tính năng mạnh mẽ chưa từng có ởcác dòng AVR trước đó Có thể nói XmegaAVR là dòng MCU 8 bit mạnh mẽnhất hiện nay.

Hình 2.9 Các dòng AVR khác nhau: Tiny, AVR và Mega

Cấu trúc cơ bản của vi điều khiển AVR:

Hình 2.10 Cấu trúc của Vi điều khiển AVR

2.3.5 Vi điều khiển AT mega 128

2 PORT B, C, D, E như port A là port IO

3 PORT F như là tín hiệu tương tự nhập vào bộ chuyển đổi A/D

Port này là port 8bit nếu A/D chuyển đổi ko dùng tới

Như port A … nếu giao diện JTAG mở, điện trở kéo lên trên các chânPF7(TDI), PF5(TMS), và PF4(TCK) sẽ được kích hoạt dù reset xuất hiện.

Chân TDO có 3 trạng thái nếu các trạng thái TAP mà chuyển dịch dữ liệu ngoàichuyển vào

Port F cũng phục vụ những chức năng của giao diện JTAG

4 PORT G như port A là port IO

5 Reset (gạch đầu) : cho tín hiệu reset vào Mức thấp trên chân này màdài hơn so với độ dài xung tối thiểu sẽ tạo reset, dù xung đồng hồ không chạy.Những xung ngắn hơn không có như zậy

6 Xtal1: Ngõ vào tới máy khuếch đại dao động đảo và ngõ vào tới

7 Xtal1: Ngõ ra từ máy khuếch đại dao động đảo

8 Avcc : Là chân cung cấp điện áp cho Port F và cho ADC Nó cần đượckết nối tới VCC, dù ADC không sử dụng Nếu ADC được sử dụng, nó cần phảiđược nối tới VCC thông qua một bộ lọc thông thấp

9 Aref: Chân tham khảo tương tự cho ADC

10 PEN: Là một trình cho phép chốt Lập trình Tuần tự kiểu SPI, ở mức cao.Giữ chân này ở mức thấp trong thời gian reset thì thiết bị sẽ vào SPI PENkhông có chức năng trong thời gian thao tác bình thường

Các cổng vào ra của AVR là cổng vào ra hai chiều có thể định hướng, tức

có thể chọn hướng của cổng là hướng vào (input ) hay hướng ra (output ) Tấtcác các cổng vào ra của AVR điều có tính năng Đọc – Chỉnh sửa – Ghi ( Read –Modify – write ) khi sử dụng chúng như là các cổng vào ra số thông thường.Điều này có nghĩa là khi ta thay đổi hướng của một chân nào đó thì nó khônglàm ảnh hưởng tới hướng của các chân khác Tất cả các chân của các cổng ( port) điều có điện trở kéo lên ( pull-up ) riêng, ta có thể cho phép hay không chophép điện trở kéo lên này hoạt động

b Hoạt động

Khi khảo sát các cổng như là các cổng vào ra số thông thường thì tínhchất của các