2.4 Ăng-ten bắt sóng cho module GSM
Hiện nay trên thị trường có 2 loại ăng-ten dành cho module GSM : ăng-ten trong và ăng-ten ngoài,ăng-ten dùng để tăng độ nhạy sóng cho module GSM, bảng sau sẽ so sánh các ưu, nhược điểm của 2 loại ăng-ten này :
34
Ăng-ten trong Ăng-ten ngoài Đặc điểm thiết
kế
Thiết kế luôn trên mạch thiết bị, hoặc sử dụng 1 board mạch kích thước nhỏ chuyên dụng
Bao gồm bộ khuếch đại để tăng độ nhạy sóng, có dây dài để kết nối tới module GSM
Ưu điểm Gọn nhẹ, giá thành rẻ Khả năng bắt sóng tốt, dễ dàng
tìm vị trí lắp đặt do có dây kết nối dài
Nhược điểm Khả năng bắt sóng kém Cồng kềnh, khơng phù hợp với các thiết bị yêu cầu nhỏ gọn
Bảng 2.7 – So sánh giữa ăng-ten trong và ăng-ten ngoài
Do yêu cầu thiết bị lắp trong vỏ hộp cần để chỗ kín để tránh bị tác động, tác giả quyết định sử dụng ăng-ten trong, được thiết kế trên 1 board mạch nhỏ chuyên dụng, qua q trình thử nghiệm cho thấy chất lượng sóng đáp ứng được yêu cầu đề tài, khả năng giữ kết nối với server tốt.
2.5 Tập lệnh AT
Module GSM sử dụng tập lệnh AT để giao tiếp với MCU, tập lệnh AT bao gồm 1 số lệnh cơ bản (standard) và một số lệnh riêng theo từng hãng sản xuất. Phần này sẽ trình bày về quy chuẩn lệnh AT của module SIM900 do tập đoàn SIMCOM cung cấp.
Cú pháp lệnh AT :
Bất kì một lệnh nào khi giao tiếp với module GSM đều phải có tiền tố là 2 chữ “AT” hoặc “at” đứng trước và kết thúc bằng cách gửi kí tự <CR> :
AT<x><n><CR> “AT” : Tiền tố (bắt buộc) báo hiệu bắt đầu lệnh. <x> : Lệnh cần gửi
35
<n> : Tham số của lệnh
<CR> : Kí tự báo hiệu kết thúc lệnh.
Sau đây là một số lệnh cơ bản
Lệnh Mô tả
ATA Trả lời cuộc gọi
ATD Thực hiện cuộc gọi
ATE Cài đặt chế độ response của module
ATH Ngắt cuộc gọi đang kết nối
ATI Hiển thị các thông tin về module
ATZ Khôi phục các cài đặt mặc định
AT&W Lưu các cài đặt hiện tại
AT+GSN Hiển thị thông tin về IMEI của SIM
AT+IPR Cài đặt baudrate cho module
AT+CMGD Xóa xin nhắn
AT+CMGF Chọn định dạng tin nhắn
AT+CMGR Đọc tin nhắn
AT+CMGS Gửi tin nhắn
AT+CMNI Cài đặt chế độ hiện thị tin nhắn tới
AT+CIPSTART Mở kết nối TCP hoặc UDP
AT+CIPSEND Gửi dữ liệu qua TCP hoặc UDP AT+CIPCLOSE Đóng kết nối TCP hoặc UDP
36
3. Các hệ thốngphần cứng khác.
Ngồi 2 thành phần chính là các module truyền nhận dữ liệu và giải mã tín hiệu (GPS và GSM), cịn có một số các module quan trọng khác trong thiết bị :
3.1 MCU
MCU thực hiện giao tiếp và điều khiển hoạt động của toàn thiết bị, từ các yêu cầu kĩ thuật của đề tài, tác giả lựa chọn MCU STM32F103VE, là MCU của hãng ST Microelectronic, MCU này có một số đặc điểm đáng lưu ý sau :
- Sử dụng nhân 32 bit Cortex M3.
- Tần số hoạt động lên tới 72MHz, tốc độ xử lý lên tới 1,25 DMIPS/MHz.
- Hỗ trợ phép nhân/chia bằng phần cứng với 1 chu kì thực thi lệnh.
- Bộ nhớ flash 512KB, bộ nhớ SRAM : 64KB.
- Dải điện áp hoạt động : từ 2,0V đến 3,6V.
- Hỗ trợ thạch anh nội lên tới 8MHz.
- Hỗ trợ module thời gian thực (RTC)
- Hỗ trợ các chế độ tiết kiệm năng lượng : Sleep, Stop, Standby.
- Hỗ trợ ADC và DAC 12 bit.
- Hỗ trợ DMA với 12 kênh DMA độc lập.
3.2 Mạch nguồn
Đối với các thiết bị sử dụng trong lĩnh vực tần số cao, ngoài việc hệ thống phần cứng phải xử lý chống nhiễu, mạch nguồn trong thiết bị cũng phải được thiết kế để hạn chế các khả năng phát sinh nhiễu làm giảm độ nhạy tín hiệu của thiết bị.
Ngoài ra, mạch nguồn cần phải được thiết kế để đáp ứng tốt năng lượng tiêu thụ của tồn mạch khi các q trình truyền nhận dữ liệu xảy ra, đồng thời, hiệu suất của mạch nguồn phải cao để giảm việc tiêu hao năng lượng, kéo dài thời gian hoạt động của thiết bị khi sử dụng với nguồn năng lượng chính là acquy trên ơ tơ.
37
Mạch nguồn cũng phải có tính năng tự ngắt nguồn điện hệ thống khi điện áp acquy sụt dưới 1 mức nào đó để đảm bảo an toàn và tuổi thọ cho acquy.
Từ các phân tích trên, tác giả quyết định sử dụng mạch nguồn switching để chuyển nguồn điện từ acquy về các mức điện áp phù hợp trong thiết bị, IC chính trong bộ nguồn là TPS5430, đây là IC nguồn switching có khả năng cho hiệu suất lên tới 90%, hoạt động với dải điện áp đầu vào rộng và có thể điều chỉnh được điện áp đầu ra.
38
Hình 2.6 - Thiết kế mạch nguồn với IC TPS5430
GND 220uF /50V C3 0 6. 8uF C3 1 GND GND 103 C2 7 D7 B340A 15uH L4 GND 220uF /16V C2 5 R4 2 4k7 R4 3 4k7 R4 5 1k GND PWR _EN B OOT 1 NC 2 NC 3 V SE N SE 4 E NA 5 GND 6 VI N 7 PH 8 JP2 TPS5430 330uH L3 1K R3 9 GND 1 IN 3 OUT 2 OUT 4 U7 #L A 008 GND 106 C9 GND + 3. 3V P W R_ CT RL + 4. 4V MF U 1 MF U D8 Z6.8 GND C 2 B 1 E 3 Q5 C1815 AC QUY V out 1 Vs s 3 Vi n 2 OUT 4 U6 TC5 4 R4 0 120k R41 47K GND AC QUY P W R_ E N 105 C2 4 AC QUY_ P D D4 M7 R3 100k R9 10k VAQ_Vehicle R4 0 D2 M7 GND 104 C7 GND GND
39
Do nguồn của thiết bị được lấy từ acquy, khi lắp vào thiết bị có thể gây nhầm lẫn giữa các cực của acquy, do vậy trong mạch nguồn có bố trí diode D4 dùng để chống lắp ngược cực.
Trong mạch nguồn cũng có bộ phận phản hồi điện áp acquy, hệ thống sẽ cảnh báo khi điện áp acquy sụt dưới ngưỡng cho phép, vi điều khiển sẽ đọc xác định điện áp acquy thông qua module ADC, điện áp acquy được đưa vào vi điều khiển thông qua bộ phân áp R3-R9.
Trong trường hợp điện áp acquy đã xuống thấp hơn ngưỡng cho phép cảnh báo, thiết bị sẽ tự động ngừng hoạt động để đảm bảo an toàn cho toàn hệ thống trên xe, lúc này thiết bị cần phải được cắt nguồn khỏi acquy, IC TC54 trong hệ thống nguồn của thiết bị sẽ đảm nhận việc này.
40
CHƯƠNG III
THIẾT KẾ VÀ THỰC THI PHẦN MỀM
1. Yêu cầu thiết kế
- Vi điều khiển trong thiết bị có thể giao tiếp với module GPS, GSM thơng qua UART.
- Có thể nâng cấp firmware từ xa, bao gồm firmware cho bootloader và firmware chính.
- Có thể truyền nhận dữ liệu thơng qua GPRS.
- Có thể lưu các thơng số cấu hình cho thiết bị, đồng thời cho phép người dùng thay đổi các thông số này qua tin nhắn SMS hoặc qua server.
- Có khả năng kiểm sốt lỗi các thành phần trên thiết bị, đồng thời gửi mã lỗi về server.
2. Firmware cho thiết bị.
Firmware cho thiết bị được viết và nạp vào trong MCU, firmware phải có khả năng giao tiếp và điều khiển các thiết bị ngoại vi như các module GPS, GSM…
Để đáp ứng tính năng update firmware từ xa, firmware trong thiết bị được chia làm 2 phần :
- Phần 1 : Bootloader : đảm nhiệm chức năng nâng cấp firmware cho hệ thống, khi phát hiện có firmware mới (được lưu trong bộ nhớ flash của MCU), bootloader sẽ thực hiện copy firmware mới vào khu vực firmware thực thi của MCU.
- Phần 2 : Firmware chính : Đảm nhiệm chức năng giao tiếp với các thiết bị ngoại vi, lấy dữ liệu, tính tốn và truyền dữ liệu về server, firmware chính cũng phải có khả năng download firmware cần update, sau đó lưu vào 1 vùng nhớ trong bộ nhớ của MCU, khi đã download thành cơng, firmware chính sẽ bật cờ báo có firmware mới cần nâng cấp, khi phát hiện cờ này
41
được bật, MCU sẽ chạy firmware trong bootloader để thực hiện việc nâng cấp firmware.
Phân bố các vùng dữ liệu trong bộ nhớ flash của MCU như sau :