Nghiên cứu thiết kế và chế tạo bộ tích hợp dữ liệu và ánh trong hệ thống thông tin di động thế hệ thứ ba

NGUYỄN QUỐC MINH BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI - Nguyễn Quốc Minh KỸ THUẬT ĐIỆN TỬ NGHIÊN CỨU, THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO BỘ TÍCH HỢP DỮ LIỆU VÀ ẢNH TRONG HỆ THỐNG THÔNG TIN DI ĐỘNG THẾ HỆ THỨ BA LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC KỸ THUẬT ĐIỆN TỬ KHOÁ 2008 Hà Nội – Năm 2011 MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN .3 DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT .4 DANH MỤC CÁC BẢNG DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ MỞ ĐẦU 10 Chương I Tổng quan mạng di động hệ thứ ba 13 Cơng nghệ 3G gì? .13 Các tiêu chí chung để xây dựng IMT – 2000: 16 Các đặc điểm mạng 3G: 17 Sự khác mạng 3G 2G: 18 Cấu trúc mạng 3G: 19 Kỹ thuật trải phổ thông tin di động hệ 3: 23 Chương II Truyền liệu mạng di động hệ 26 Chương III: Công nghệ GPS mạng WCDMA .30 Tổng quan hệ thống định vị toàn cầu GPS .30 a GPS gì? 30 b Các thành phần GPS .31 c GPS đo gì? 35 d Các kiểu định vị GPS 37 e Độ xác định vị GPS 40 Các phương pháp định vị mạng 3G (UMTS/WCDMA) 41 Chương IV Công nghệ cảm biến .47 Cảm biến gì? .47 Các loại cảm biến 47 Cảm biến đo nhiệt độ 47 Chương V: Thiết kế chế tạo thử nghiệm tích hợp truyền liệu ảnh tĩnh qua mạng di động hệ ba .58 Sơ đồ khối hệ thống 58 Lựa chọn linh kiện thiết bị 58 Thiết kế chế tạo phần cứng .72 Sơ đồ mạch thiết kế tổng thể .85 a Sơ đồ khối hệ thống sau lựa chọn thiết bị linh kiện 85 Sơ đồ bố trí linh kiện bo mạch thiết kế kế mạch in 86 Lập trình cho vi điều khiển 88 KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN CỦA ĐỀ TÀI 99 Kết thực 99 Những vấn đề tồn 99 Hướng phát triển đề tài: .99 TÀI LIỆU THAM KHẢO 101   LỜI CAM ĐOAN Em xin cam đoan tập luận văn hồn tồn em tìm hiểu, nghiên cứu thực hiện, khơng có chép sử dụng nội dung sẵn có luận văn, đồ án khác Nếu thầy cô phát có chép nội dung từ luận văn khác, em xin hoàn toàn chịu trách nhiệm trước thầy cô giáo, Khoa Điện tử Viễn Thông Viện Đào tạo sau đại học – Trường Đại học Bách khoa Hà Nội Hà Nội, tháng năm 2011 Học viên Nguyễn Quốc Minh DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT Viết tắt Nguyên văn tiếng Anh Giải nghĩa tiếng Việt ADC Analog to Digital Convertor Bộ chuyển đổi tương tự - số BER Bit Error Rate Tỷ lệ lỗi bít CDMA Code Division Multiple Access Đa truy nhập theo mã CN Core Network Mạng lõi DTE Data Terminal Equipment Thiết bị đầu cuối liệu DCE Data Circuit - Terminating Equipment Mạch truyền dẫn liệu DS/SS: Direct Sequence Spreading Spectrum Trải phổ chuỗi trực tiếp FH/SS Frequency Spectrum Trải phổ kiểu nhảy tần TH/SS Time Hopping Spreading Spectrum EDGE Enhanced Evolution FDD Frequency Division Duplex Song công phân chia theo tần số FDMA Frequency Division Multiple Access Đa truy nhập theo tần số FTP File Transfer Protocol Giao thức truyền file GGSN Gateway GPRS Support Node Nút hỗ trợ cổng GPRS GMSC Gateway Mobile Service Switching trung tâm chuyển mạch dịch Center vụ di động cổng GPRS General Packet Radio Service Hopping Data rate Spreading for Trải phổ nhảy thời gian GSM Các tốc độ số liệu tăng cường cho phát triển GSM Dịch vụ vơ tuyến gói chung GPS Global Possition System Hệ thống định vị toàn cầu GSM Global System Telecommunication HLR Home Location Register Thanh ghi định vị thường trú HSDPA High Speed Downlink Pakage Access Truy cập gói đường xuống tốc độ cao IP Internet Protocol Giao thức Internet ITU International Union LAN Local Area Network Mạng cục MMS MultiMedia Messaging Service Dịch vụ tin nhắn đa phương tiện MS Mobile Station Trạm di động MSC Mobile Switching Centre Trung tâm chuyển mạch dịch vụ di động MT Mobile Terminal Đầu cuối di động QPSK Quadrature Phase Shift Keying Điều chế pha vng góc ROM Read only Memory Bộ nhớ đọc SGSN Serving GPRS Support Node Nút hỗ trợ dịch vụ GPRS SMS Short Message Service Dịch vụ nhắn tin ngắn TDMA Time Division Multiple Access Đa truy nhập theo thời gian TE Terminal Equipment Thiết bị đầu cuối UMTS Universal for Mobile Hệ thống thông tin di động tồn cầu Telecommunications Tổ chức viễn thơng quốc tế Mobile Hệ thống thơng tin di động tồn Telecommunications System cầu   DANH MỤC CÁC BẢNG   Bảng 1.1 Những điểm khác biệt WCDMA GSM 20 Bảng 4.1 Giới thiệu số thông số kỹ thuật LM35: .57 Bảng 5.1 Ký hiệu thứ tự chân cổng USB: 82 Bảng 5.2 Miêu tả chân PL2303: .86 DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ  Hình 1.1 Phân bổ tần số FDD TDD: 21 Hình 1.2 Mơ hình cấu trúc hệ thống 3G 22 Hình 1.3 Sơ đồ khối tổng quát mạng thông tin di động hệ 3: 22 Hình 1.4 Cấu trúc quản lý tài nguyên: 24 Hình 1.5 Cấu trúc dịch vụ: .25 Hình 1.6 Tín hiệu trải phổ 26 Hình 2.1 Quá trình truy nhập ngẫu nhiên RACH: 28 Hình 2.2 Quá trình truy nhập CPCH: .29 Hình 2.4 Sơ đồ khối máy thu vô tuyến WCDMA 30 Hình 3.1 Hình ảnh trái đất nhìn từ vệ tinh 32 Hình 3.2 Ba thành phần GPS: 33 Hình 3.3 Vệ tinh GPS: 34 Hình 3.4 Cấu trúc tín hiệu GPS: .45 Hình 3.5 Các trạm điều khiển GPS 46 Hình 3.6 Kỹ thuật so trùng để giải mã tín hiệu từ vệ tinh 38 Hình 3.7 Kỹ thuật đa trị máy thu 38 Hình 3.8 Một số nguồn sai số ảnh hưởng đến độ xác GPS 39 Hình 3.9 Kỹ thuật định vị tuyệt đối 40 Hình 3.10 Kỹ thuật định vị tương đối 41 Hình 3.11 Tóm tắt độ xác định vị GPS 43 Hình 3.12 Các phương pháp định vị dựa cell 44 Hình 3.13 Phương pháp đo OTDoA-IPDL 45 Hình 3.14 Cơ sở hạ tầng A-GPS 46 Hình 4.1 Cấu tạo cặp nhiệt điện .50 Hình 4.2 Hình cặp nhiệt điện 51 Hình 4.3 Cấu tạo nhiệt điện trở RTD .51 Hình 4.4 Cảm biến dạng NTD 52 Hình 4.5 Cấu tạo Thermistor 52 Hình 4.6 Các dạng Thermistor 53 Hình 4.7 IC cảm biến nhiệt LM35 cảm biến nhiệt dạng diode 54 Hình 4.8 IC cảm biến nhiệt DS18B20 54 Hình 4.9 Cảm biến LM35 .56 Hình 4.10 Cảm biến LM35 nhìn từ lên 56 Hình 4.11 Sơ đồ cảm biến LM35 với thang đo từ 2oC đến 150oC 57 Hình 4.12 Sơ đồ cảm biến LM35 với thang đo toàn dải từ -55oC đến 150oC 57 Hình 4.13 Cảm biến nhiệt DS1820 58 Hình 5.1 Vi điều khiển ATMEGA128 .61 Hình 5.2 Module SIM5218A 62 Hình 5.3 Sơ đồ chân ATMEGA128 66 Hình 5.4 Cấu trúc ATMEGA128 .67 Hình 5.5 Sơ đồ khối truyền nhận UART 68 Hình 5.6 Bộ dồn kênh .70 Hình 5.7 Sơ đồ timer/counter0 bit .70 Hình 5.8 Sơ đồ timer/counter1 16 bit 71 Hình 5.9 Sơ đồ timer/counter2 bit .71 Hình 5.10 Sơ đồ khối SIM5218A 73 Hình 5.11 Sơ đồ khối nguồn cung cấp cho mạch 74 Hình 5.12 Kết nối camera module với SIM5218A 77 Hình 5.13 Kết nối USIM SIM5218A 78 Hình 5.14 Kết nối MIC SIM5218A 78 Hình 5.15 Kết nối SIM5218A với vi điều khiển 79 Hình 5.16 Kết nối SIM5218A với cổng USB 79 Hình 5.17 Sơ đồ khối hệ thống .85 Hình 5.18 Mạch in nhìn từ xuống (top view) 86 Hình 5.19 Mạch in nhìn từ lên (bottom view) 86 Hình 5.20 Mạch hồn chỉnh .87 Hình 5.21 Mạch hồn chỉnh với antenna 3G antena GPS 87 Hình 5.20 Mạch hồn chỉnh Hình 5.21 Mạch hồn chỉnh với antenna 3G antenna GPS 87 Lập trình cho vi điều khiển Các bước cần thực sau: - Dữ liệu hình ảnh thu từ camera lưu vào thẻ nhớ, mã hóa đưa vào chip - Kết hợp với liệu GPS, liệu từ cảm biến - Gắn header liệu khác để chống liệu gửi - Lập trình để chuyển gói tin qua mạng 3G Chi tiết phần coding cho mạch sau: #include // Alphanumeric LCD Module functions #asm equ lcd_port=0x1B ;PORTA #endasm #include #define RXB8 #define TXB8 #define UPE #define OVR #define FE #define UDRE #define RXC #define FRAMING_ERROR (1