(Đề tài NCKH) hệ thống giám sát xe buýt ứng dụng công nghệ GPS và công nghệ GPRS

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH CƠNG TRÌNH NGHIÊN CỨU KHOA HỌC CẤP TRƯỜNG HỆ THỐNG GIÁM SÁT XE BUÝT ỨNG DỤNG CÔNG NGHỆ GPS VÀ CÔNG NGHỆ GPRS MÃ SỐ: T2014 – 09TĐ SKC004770 Tp Hồ Chí Minh, 2014 TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH KHOA ĐIỆN – ĐIỆN TỬ BÁO CÁO TỔNG KẾT ĐỀ TÀI KH&CN CẤP TRƯỜNG TRỌNG ĐIỂM HỆ THỐNG GIÁM SÁT XE BUÝT ỨNG DỤNG CÔNG NGHỆ GPS VÀ CÔNG NGHỆ GPRS Mã số: T2014 – 09TĐ Chủ nhiệm đề tài: ThS Dương Thị Cẩm Tú Thành viên: PGS.TS Nguyễn Trường Thịnh ThS Lê Hoàng Minh TP HCM, 12/2014 Hệ thống giám sát xe buýt ứng dụng công nghệ GPS công nghệ GPRS DANH SÁCH NHỮNG THÀNH VIÊN THAM GIA NGHIÊN CỨU ĐỀ TÀI STT Họ tên Dương Thị Cẩm Tú Nguyễn Trường Thịnh Lê Hoàng Minh ii Hệ thống giám sát xe buýt ứng dụng công nghệ GPS công nghệ GPRS MỤC LỤC Trang Mục lục iii Danh sách bảng v Danh sách hình x Danh mục chữ viết tắt xi CHƯƠNG MỞ ĐẦU 1.1Tổng quan tình hình nghiên cứu thuộc lĩnh vực đề tài nước 1.1.1 Tình hình nước ngồi 1.1.2 Trong nước 1.2 Tính cấp thiết đề tài 1.3 Mục tiêu – Cách tiếp cận – Phương pháp nghiên cứu 1.3.1 Mục tiêu nghiên cứu 1.3.2 Cách tiếp cận 1.3.3 Phương pháp nghiên cứu 1.4 Đối tượng phạm vi nghiên cứu 1.4.1 Đối tượng nghiên cứu 1.4.2 Phạm vi nghiên cứu 1.5 Nội dung nghiên cứu Chương 1: Hệ thống GPS phương thức truyền thông qua mạng 1.1 Hệ thống GPS 1.1.1 Các thành phần GPS 1.1.2 Nguyên lý hoạt động GPS 11 1.1.3 Tín hiệu GPS 13 1.1.4 Nguồn lỗi tín hiệu GPS 17 1.1.5 Độ xác GPS 18 1.2 Các phương thức truyền thông qua mạng 19 1.2.1 Sơ lược GPRS 19 1.2.2 Ứng dụng GPRS truyền nhận liệu 20 1.2.3 Ứng dụng giao thức TCP/IP việc liên kết user qua mạng interner 21 iii Hệ thống giám sát xe buýt ứng dụng công nghệ GPS công nghệ GPRS Chương 2: Thiết kế phần hệ thống giám sát xe buýt qua google map 2.1 Phương án thiết kế 2.1.1 Yêu cầu đặt 2.1.2 Lựa chọn phương pháp thiết kế hệ thống 2.2 Thiết kê hệ thống 2.3 Thiết kế phần hệ thống giám sát xe buýt qua google map 2.4 Sơ đồ giải thuật thu thập liệu qua server 2.5 Bản đồ google map online 2.6 Lưu đồ thuật toán 2.7 Thiết kế hệ thống truyền nhận liệu 2.7.1 Sơ đồ khối hệ thống 2.7.2 Xây dựng phần mềm server 2.8 Thuật toán dự đoán thời gian 2.8.1 Lưu đồ thuật toán dự đoán thời gian 2.8.2 Hệ thống hiển thị thời gian xe buýt đến trạm 2.9 Một số lưu giải thuật chi tiết 2.9.1 Lưu đồ khởi tạo SIM908 2.9.2 Lưu đồ khởi tạo module GSM/GPRS 2.9.3 Lưu đồ khởi tạo module GPS 2.10 Một số kết thực tế KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 3.1 Kết luận 3.1.1 Tính khoa học 3.1.2 Khả ứng dụng vào thực tế 3.1.3 Hiệu kinh tế - xã hội 3.2 Hướng nghiên cứu phát triển TÀI LIỆU THAM KHẢO PHỤ LỤC Bản Thuyết minh đề tài phê duyệt iv Hệ thống giám sát xe buýt ứng dụng công nghệ GPS công nghệ GPRS DANH SÁCH CÁC BẢNG BẢNG TRANG Bảng 1.1: Bảng 1.2: Bảng 1.3: 10 Bảng 1.4: 17 Bảng 1.5: 21 Bảng 3.1: 48 v Hệ thống giám sát xe buýt ứng dụng công nghệ GPS công nghệ GPRS DANH SÁCH CÁC HÌNH HÌNH TRANG Hình 1.1: 24 Hình 1.2: 26 Hình 1.3: 29 Hình 1.4: 33 Hình 2.1: 42 Hình 2.2: 43 Hình 3.1: 45 Hình 3.2: 46 Hình 3.3: 47 Hình 3.4: 51 Hình 3.5: 52 vi Hệ thống giám sát xe buýt ứng dụng công nghệ GPS công nghệ GPRS DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT GSM GPRS GPS GIS SMS MMS CDMA SIM TCP/UDP IP AT vii Device supervises the bus travelling system through GPS and GPRS technology TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH CỘNG HỒ XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc lập - Tự - Hạnh phúc KHOA ĐIỆN – ĐIỆN TỬ Tp HCM, ngày 07 tháng 11 năm 2014 THƠNG TIN KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU Thơng tin chung: Tên đề tài: Hệ thống giám sát xe buýt ứng dụng công nghệ GPS công nghệ GPRS Mã số: T2014-09TĐ Chủ nhiệm: ThS Dương Thị Cẩm Tú Cơ quan chủ trì: Đại học Sư phạm Kỹ thuật Thành phố Hồ Chí Minh Thời gian thực hiện: 06/2013-12/2014 Mục tiêu: Đề tài sâu tìm hiểu, thi cơng sản phẩm ứng dụng hệ thống định vị GPS kết hợp với hệ thống mạng GSM/GPRS vào thực tế Về mặt ứng dụng thực tiễn, đề tài xây dựng hệ thống giao thông xe buýt quản lý giám sát cách hệ thống ứng dụng lắp đặt thực nghiệm xe buýt trạm chờ cung cấp tới người sử dụng xe buýt thơng tin xác rõ ràng Ngồi ra, đề tài cịn có ý nghĩa đại hóa tự động hóa lĩnh vực giao thơng vận tải cách đưa thành tựu công nghệ đại vào phục vụ xã hội nhu cầu người Tính sáng tạo: Đề tài nghiên cứu tìm hiểu rõ phương pháp xây dựng, điều chỉnh, quản lý sở liệu cách hiệu quả, trực quan dễ dàng sử dụng, chỉnh sửa Bên cạnh việc thiết kế hệ thống đồ nhúng tọa độ tương ứng lên đồ giúp làm tăng thêm hiểu biết đồ online Google phát triển Kết nghiên cứu: - Báo cáo kết hiển thị thông tin xe bus bảng quang báo Sản phẩm: Tài liệu báo cáo kết nghiên cứu Bài báo đăng tạp chí khoa học cơng nghệ nước Các mạch phần cứng Hiệu quả, phương thức chuyển giao kết nghiên cứu khả áp dụng: Bài báo đăng tạp chí khoa học cơng nghệ nước Kết nghiên cứu dùng làm tài liệu tham khảo cho sinh viên, học viên cao học Kết nghiên cứu sử dụng làm tài liệu tham khảo cho các đơn vị, tổ chức muốn ứng dụng kết đề tài cho mục tiêu phục vụ cộng đồng Trưởng Đơn vị Chủ nhiệm đề tài viii Phụ lục  1-I/O- vào/ra số   2-I/O- vào/ra số         I- đầu vào tương tự 12  O- đầu C khối ECCP3 PWM 26-I/O- vào/ra số  I- đầu vào tương tự 13  O- đầu B khối ECCP3 PWM 25-I/O- vào/ra số  I- đầu vào tương tự 14  O- đầu C khối ECCP1 PWM 24-I/O- vào/ra số  I- đầu vào tương tự 15  O- đầu B khối ECCP1 PWM 49- PORT cổng vào chiều  I/O- vào/ra số  O- cho phép chốt địa nhớ 50-I/O- vào/ra số O- điều khiển byte thấp nhớ 39-I/O- vào/ra số   O- điều khiển kích hoạt nhớ chip 58-I/O- vào/ra số   O- điều khiển byte địa nhớ 48-I/O- vào/ra số   O- điều khiển ghi nhanh vào nhớ 47-I/O- vào/ra số   O- điều khiển ghi chậm vào nhớ 61-I/O- vào/ra số   O- kích hoạt nhớ ngồi 66-I/O- vào/ra số   O- nhớ địa mở rộng 19 27-I/O- vào/ra số   O- nhớ địa mở rộng 18 O- điều khiển byte cao nhớ ngồi 9- khơng kết nối 77 Phụ lục  15, 36, 40, 60, 65, 85- nối đất cho chân vào logic  17, 37, 59, 62, 86- cung cấp tín hiệu tích cực cho chân vào logiccủa thiết bị ngoại vi kỹ thuật số  31- nối đất cho modun tương tự  30- cung cấp tín hiệu tích cực cho modun tương tự  29- kích hoạt điều chỉnh điện áp chip  16- kết nối với lõi lọc tụ điện bên ngồi Cung cấp tín hiệu logic tích cực cho lõi vi điều khiển Kết nối lọc tụ điện bên  82- nối đất khối Ethernet PHY PLL  81- cung cấp điện áp 3.3V cho khối Ethernet PHY PLL  79- nối đất cho hệ truyền tải khối Ethernet PHY PLL  76- cung cấp điện áp 3.3V cho hệ truyền tải khối Ethernet PHY PLL  72- nối đất cho hệ nhận liệu khối Ethernet PHY PLL  75- cung cấp điện áp 3.3V cho hệ nhận liệu khối Ethernet PHY PLL  80- Xu hướng cho Ethernet PHY Phải gắn với VSS thông qua điện trở  78, 77- đầu tín hiệu khác chuẩn truyền thông Ethernet  74, 73- đầu vào tín hiệu khác chuẩn truyền thơng Ethernet 78 Phụ lục 4.2.3.3 Sơ đồ khối PIC18F97J60 (100-PIN) Hình4.20 Sơ đồ khối PIC18F97J60 4.2.3.4 Bộ dao động Các thiết bị họ PIC18F97J60 kết hợp với dao động hệ thống xung clock vi điều khiển khác từ thiết bị chuẩn PIC18FXXJXX Việc bổ sung mô-đun Ethernet, với yêu cầu tạo nguồn xung clock 25 MHz ổn định, 79 Phụ lục cần thiết để tạo dao động có tần số này, loạt xung clock vi điều khiển có giới hạn khác Hình 4.21 Cấu trúc dao động 4.3 Modul LCD 16X2 Có nhiều loại thiết bị có khả hiển thị thơng tin LED ma trận, LCD… Để đáp ứng nhu cầu đồ án nhỏ gọn, có khả di động cao, giá thành thấp, dễ lắp đặt lập trình giao tiếp Nhóm em định lựa chọn mô đun LCD16x2 để hiển thị 4.3.1 Sơ đồ chân chức năng: Hình 4.22 : LCD 16x2 4.3.2 Cấu trúc LCD: LCD có chứa hai vùng nhớ: vùng nhớ RAM vùng nhớ ROM - Vùng RAM hiển thị DDRAM: ( Display Data RAM) Đây vùng RAM dùng để hiển thị, nghĩa ứng với địa RAM kí tự hình bạn ghi vào vùng RAM mã bit, LCD hiển thị vị trí tương ứng hình kí tự có mã bit mà bạn cung cấp Vùng RAM có 80x8 bit nhớ, nghĩa chứa 80 kí tự mã bit Những vùng RAM cịn lại khơng dùng cho hiển thị dùng vùng RAM đa 80 Phụ lục mục đích Lưu ý để truy cập vào DDRAM, ta phải cung cấp địa cho AC theo mã HEX Vùng ROM chứa kí tự CGROM: Character Generator ROM Vùng ROM dùng để chứa mẫu kí tự loại 5x8 5x10 điểm ảnh/kí tự, định địa bit Tuy nhiên, có 208 mẫu kí tự 5x8 32 mẫu kí tự kiểu 5x10 (tổng cộng 240 thay = 256 mẫu kí tự) Người dùng khơng thể thay đổi vùng ROM Như vậy, để ghi vào vị trí thứ x hình kí tự y đó, người dùng phải ghi vào vùng DDRAM địa x chuỗi mã kí tự bit CGROM Chú ý bảng mã kí tự CGROM hình bên có mã ROM A00 Ví dụ : Ghi vào DDRAM địa “01” chuỗi bit “01100010” LCD thứ từ trái sang (dịng trên) hiển thị kí tự “b” Hình 4.23 :Bảng ký tự CGROM 81 Phụ lục 4.3.3 Tập lệnh LCD Trước tìm hiểu tập lệnh LCD, sau vài ý giao tiếp với LCD: Tuy sơ đồ khối LCD có nhiều khối khác nhau, lập trình điều khiển LCD ta tác động trực tiếp vào ghi DR IR thông qua chân DBx, ta phải thiết lập chân RS, R/W phù hợp để chuyển qua lại giữ ghi (xem bảng hướng dẫn chọn chế độ điều khiển LCD) Bảng 4.7: Hướng dẫn chọn chế độ điều khiển LCD RS 0 1  Với lệnh, LCD cần khoảng thời gian để hoàn tất, thời gian lâu tốc độ MPU, nên ta cần kiểm tra cờ BF đợi (delay) cho LCD thực thi xong lệnh hành lệnh  Địa RAM (AC) tự động tăng (giảm) đơn vị, có lệnh ghi vào RAM (Điều giúp chương trình gọn hơn)  Các lệnh LCD chia thành nhóm sau : • Các lệnh kiểu hiển thị VD : Kiểu hiển thị (1 hàng / hàng), chiều dài liệu (8 bit / bit), … • Chỉ định địa RAM nội • Nhóm lệnh truyền liệu RAM nội • Các lệnh cịn lại (!!!) Bảng 4.8 :Tập lệnh cho LCD Tên lệnh Clear Display 82 Phụ lục Entry mode set DDR S:K (I/D= vùng Nội d đọc/g Mã lệ DB0 DBx [B] D: Hiển thị hình D=1 ngược lại Khi tắt hiển thị, nội dung DDRAM không thay đổi C: Hiển thị trỏ C=1 ngược lại Vị trí hình dạng trỏ, xem hình bên B: Nhấp nháy kí tự vị trí trỏ B=1 ngược lại Xem thêm hình kiểu nhấp nháy Chu kì nhấp nháy khoảng 409,6ms mạch dao động nội LCD 250kHz 3uS Display on/off control Cursor or display shift 83 Phụ lục Function set Set CGRAM address Set 84 Phụ lục DDRAM address Read and BF address Write data CG to or DDRAM Read data from CG 85 Phụ lục Khởi tạo việc thiết lập thông số làm việc ban đầu Đối với LCD, khởi tạo giúp ta thiết lập giao thức làm việc LCD MPU Việc khởi tạo thực lần đầu chương trình điều khiển LCD bao gồm thiết lập sau :   tự Display clear : Xóa/khơng xóa tồn nội dung hiển thị trước Function set : Kiểu giao tiếp 8bit/4bit, số hàng hiển thị 1hàng/2hàng, kiểu kí 5x8/5x10  Display on/off control: Hiển thị/tắt hình, hiển thị/tắt trỏ, nhấp nháy/khơng nhấp nháy  Entry mode set : thiết lập kiểu nhập kí tự như: Dịch/khơng dịch, tự tăng/giảm (Increment) - Mạch khởi tạo bên chip : Mỗi cấp nguồn, mạch khởi tạo bên LCD tự động khởi tạo cho Và thời gian khởi tạo cờ BF bật lên 1, đến việc khởi tạo hồn tất cờ BF cịn giữ khoảng 10ms sau Vcc đạt đến 4.5V (vì 2.7V LCD hoạt động) Mạch khởi tạo nội thiết lập thông số làm việc LCD sau:     Display clear : Xóa tồn nội dung hiển thị trước Function set: DL=1 : 8bit; N=0 : hàng; F=0 : 5x8 Display on/off control: D=0 : Display off; C=0 : Cursor off; B=0 : Blinking off Entry mode set: I/D =1 : Tăng; S=0 : Không dịch Như sau mở nguồn, bạn thấy hình LCD giống chưa mở nguồn tồn hiển thị tắt Do đó, ta phải khởi tạo LCD lệnh - Khởi tạo lệnh: Việc khởi tạo lệnh phải tuân theo lưu đồ sau nhà sản xuất Hình 4.24 : Khởi tạo LCD lệnh 86 ... 1.2.3 Ứng dụng giao thức TCP/IP việc liên kết user qua mạng interner 21 iii Hệ thống giám sát xe buýt ứng dụng công nghệ GPS công nghệ GPRS Chương 2: Thiết kế phần hệ thống giám sát xe buýt qua... cứu: Công nghệ GPS, GPRS, hệ thống giám sát hành trình, Led ma trận 1.4.2 Phạm vi nghiên cứu -Nghiên cứu ứng dụng công nghệ GPS/ GPRS vào quản lý, giám sát giao thông -Thiết kế thi công phần cứng... nhiều công nghệ cao: Cơng nghệ xác định vị trí – GPS, Công nghệ GSM – Đảm bảo liên lạc thông tin hai chiều, Công nghệ Điện thoại viễn thông, Công nghệ GPRS/ EDGE – Công nghệ chuyền liệu qua GSM, Công