7. Họ và tên người hướng dẫn: Phần hướng dẫn
3.1.4 Khối SIM908
Hình 21: Khối SIM908
Khối SIM908 dùng để lấy tọa độ GPS và gửi dữ liệu thông tin khách hàng đến Server thông qua mạng GSM (bằng phương thức HTTP).
24
3.1.4.1 Giới thiệu Module SIM908
Hình 22: Chip SIM908
Được thiết kế phục vụ thị trường toàn cầu, Module SIM908 được tích hợp công nghệ GSM/GPRS với hiệu suất cao và công nghệ GPS (cải tiến hơn so với module phiên bản trước đó là module sim 900). SIM908 là module GSM/GPGS hoạt động trên băng tần GSM 850MHz, EGSM 900MHz, DCS 1800MHz và PCS 2900MHz vì thế module này tương thích tốt với băng tần Dual-Band (GSM 900/1800) của các nhà mạng di động hiện tại đang hoạt động ở Việt Nam. Công nghệ GPS tích hợp trên module SIM908 cung cấp khả năng thu thập, tính toán tọa độ, khoảng cách ở mức chính xác chấp nhận được.
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
Đặc tính Chi tiết
Điện áp nguồn vào 3.2V ~ 4.8V.
Dòng tiêu thụ Cực đại: 2A (khi gọi điện, nhắn tin,…). Chế độ thu thập GPS: 77mA. Chế độ sleep: 1.2mA. Tần số hoạt động GSM 850MHz. EGSM 900MHz. DCS 1800MHz. PCS 1900MHz. Chế độ tự động dò các dải tần số này.
25
Class 1 (1W) ở băng DCS 1800 và PCS 1900. Kết nối GPRS Tốc độ downlink lớn nhất: 85.6kbps.
Tốc độ uplink lớn nhất: 42.8kbps. Tích hợp giao thức TCP/IP.
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.
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.
27
Hình 24: Kit Evolution Board for SIM908
Kit được thiết kế và phát triển bởi And-global.com. Hỗ trợ:
2 cổng giao tiếp chuẩn RS232 gắn với các chân UART và GPS UART của SIM908,
Khe cắm nguồn dạng USB-type B yêu cầu áp 5V, 2A để chạy các ứng dụng.
2 kết nối đến antenna GPS và GSM.
Cung cấp 2 cổng audio phục vụ ứng dụng nghe gọi của module.
Khe gắn Standard-Sim.
Gắn thêm nút nhấn vào chân RST của sim908 nhằm khởi động hoặc ngắt bằng cách cung cấp xung cho module.
28
3.1.4.5 Tập lệnh AT
Giới thiệu tập lệnh AT:
Tập lệnh AT được phát triển từ những năm 1977 bởi Dennis Hayes, là giải pháp cho vấn đề truyền thông đơn giản kết nối giữa modem thông minh(Smartmodem) với máy tính để truyền cả lệnh và dữ liệu. Mỗi lệnh được bắt đầu với chữ AT trong chữ attention, chính sự đơn giản và khả năng thực thi với chi phí thấp của nó, bộ lệnh Hayes AT nay còn gọi tắt là bộ lệnh AT nhanh chóng được sử dụng phổ biến trong các model của các nhà sản xuất khác nhau, cũng như trong lĩnh vực viễn thông. Module Sim908 cũng được điều khiển bởi tập lệnh AT (tham khảo SIM908_AT Command Manual).
Tập lệnh AT có thể chia thành 3 loại chính: lệnh AT cơ bản, lệnh AT tham số S, lệnh AT mở rộng.
o Lệnh AT cơ bản:
Cú pháp: AT<x><n> hoặc AT&<x><n>
<x> là đối số của lệnh, đối số có thể có 1 hoặc nhiều đối số, đối số có thể tùy chỉnh, được thiết lập mặc định nếu trong lệnh thiếu đối số.
o Lệnh AT tham số S: Cú pháp: ATS<n>=<m>
Với:
<n>: Chỉ số của t hanh ghi S được thiết lập.
<m>: Giá trị đặt cho thanh ghi S. <m> có thể tùy chỉnh, nếu thiếu, giá trị mặc định sẽ được gán cho <m>.
o Lệnh AT mở rộng:
Các lệnh có cú pháp này có thể hoạt động ở nhiều chế độ. Các chế độ được liệt kê ở bảng bên dưới:
Lệnh kiểm tra AT+<x>=?
Liệt kê danh sách các tham số của lệnh và các giá trị có thể thiết lập cho tham số.
Lệnh đọc AT+<x>? Cho biết các giá trị hiện tại của các
29
Lệnh thiết lập AT+<x>=<…> Thiết lập các giá trị cho các tham số
của lệnh.
Lệnh thực thi AT+<x>
Đọc các tham số bất biến được tác động bởi các tiến trình bên trong của module.
Các tập lệnh AT sử dụng trong luận văn
Cú pháp Chức năng Giá trị trả về
Khởi động FTP
AT+SAPBR=3,1,"Contype","GPR S"
Thiết lập kênh dữ liệu, kênh đường truyền qua giao thức IP.
OK: thiết lập thành công
+SAPBR<cid>: DEACT: không thực hiện được yêu cầu.
AT+SAPBR=3,1,"APN","m3- world"
Cung câp tên điểm truy cập (Access Point Name) mà SIM đã đăng ký: Viettel: e-connect VinaPhone: m3-world MobiPhone: m-wap Vietnammobile: internet OK: thiết lập thành công +SAPBR<cid>: DEACT: không thực hiện được yêu cầu.
AT+SAPBR=1,1 Bắt đầu mở kênh truyền
và kết nối
OK: thiết lập thành công
+SAPBR<cid>: DEACT: không thực hiện được yêu cầu.
AT+FTPCID=1 Tiến hành cài đặt danh
tính cho dịch vụ FTP.
OK: cho phép cài đặt
+CME ERROR: <err>: lỗi liên quan đến thiết bị (ME: mobile equipment).
AT+FTPSERV="31.220.16.158"
Khai báo địa chỉ kết nối tới server, có thể là địa chỉ IP hoặc tên miền đã qua DNS.
OK: thiết lập thành công.
+CME ERROR: <err>: lỗi liên quan đến thiết bị.
30
FTP là port 21 công.
+CME ERROR: <err>: lỗi liên quan đến thiết bị.
AT+FTPPUTOPT="STOR" Thiết lập loại lưu trữ
FTP.
OK: thiết lập thành công.
+CME ERROR: <err>: lỗi liên quan đến thiết bị. AT+FTPUN="u768889611" Cung cấp Username để đăng nhập vào FTPserver. OK: thiết lập thành công. +CME ERROR: <err>: lỗi liên quan đến thiết bị. AT+FTPPW="h41001120" Cung cấp Password để xác nhận đăng nhập vào FTP server. OK: thiết lập thành công. +CME ERROR: <err>: lỗi liên quan đến thiết bị.
AT+FTPGETNAME="update.txt" Xác định file cần download trên server.
OK: thiết lập thành công.
+CME ERROR: <err>: lỗi liên quan đến thiết bị.
AT+FTPGETPATH="/public_html /"
Chỉ ra đường dẫn tới file cần download.
OK: thiết lập thành công.
+CME ERROR: <err>: lỗi liên quan đến thiết bị.
AT+FTPGET=1 Hoàn tất thủ tục, chuẩn bị
download dữ liệu. OK +FTPGET:1,1 Thủ tục kết nối thành công. OK +FTPGET:1,1 Kết thúc phiên download dữ liệu. OK +FTPGET:1,<erro
31
r>
Lỗi kết nối do thiết bị, server, timeout,…
AT+FTPGET=2,1000
Chọn kích thước dữ liệu cho một lần download, dữ liệu được lấy sẽ được lưu giữ trong lệnh trả về của SIM. Trong trường hợp file quá dài, ta có thể lấy nhiều lần rồi nối lại.
+FTPGET:2,<data length>
<data> OK
Trả về kích thước và dữ liệu lấy được từ server.
+CME ERROR: <err>: lỗi liên quan đến thiết bị. +FTPGET:2,0 OK Đã hết dữ liệu yêu cầu. Khởi động GPS
AT+CGPSPWR=1 Bật chức năng cấp nguồn
cho khối GPS.
OK: cấp nguồn cho khối GPS.
AT+CGPSRST=0 Bật chức năng Reset GPS
ở chế độ COLD start. OK: Reset GPS.
AT+CGPSSTATUS? Kiểm tra trạng thái GPS.
+CGPSSTATUS: Location Unknown OK.
Khối GPS chưa hoạt động. +CGPSSTATUS: Location Not Fix OK Khối GPS đã hoạt động, nhưng chưa ổn định để lấy tọa độ. +CGPSSTATUS: Location 2D Fix OK
32 GPS đang ổn định, có thể lấy dữ liệu trả về nhưng sai số lớn. +CGPSSTATUS: Location 3D Fix OK GPS xác lập, dữ liệu lấy về có độ chính xác nhất định, có thể chấp nhận. AT+CGPSINF=32
Lấy thông tin GPS hiện tại, kiểu trả về là $GPRMC. Data trả về định dạng: < Message_ID >: tên giao thức RMC ($GPRMC). <UTC_Time>: thời gian của bộ thời gian thực (hhmmss.sss).
<Status>: Trạng thái (A: data valid hoặc V: data not valid) <Latitude>: kinh độ hiện tại (ddmm.mmmmmm). <N/S Indicator>: chỉ số kinh độ (N: độ Bắc, S: độ Nam). <Longitude>: vĩ độ hiện tại (dddmm.mmmmm). <E/W Indicator>: chỉ số vĩ độ (E: độ Đông, W: độ Tây). <Speed Over Ground>: Vận tốc thực trên mặt đất. <Course Over
33 Ground>: Hướng đi thực trên mặt đất. <UCT_Date>: ngày tháng của bộ thời gian thực (ddmmyy). <Magnetic Variation>: Độ từ thiên, liên quan đến địa lý. <East/West Indicator>: chỉ số Đông-Tây. <Mode>: Chế độ thiết lập người dùng. <Checksum>:
Kiểm tra lỗi.
<CR><LF>: Kết thúc quá trình truyền.
Khởi động giao thức POST
AT+CIPSHUT Ngắt toàn bộ kết nối TCP
hiện tại (nếu có).
OK: ngắt thành công ERROR: xảy ra lỗi khi ngắt kết nối, thường là lỗi do sim
AT+CIPSTART="TCP","185.28.2 0.31","80"
Mở một yêu cẩu kết nối TCP đến địa chỉ IP 185.28.20.31 qua cổng 80.
OK: gửi lệnh yêu cầu thành công. CONNECT OK: kết nối thành công. CONNECT ERROR: kết nối không thành công. AT+CIPSEND
Tiến hành gửi data thông qua kết nối TCP vừa hình thành.
SEND OK >
Tiến hành gửi dữ liệu theo form sẵn có.
34
3.1.4.6 Công nghệ GSM/GPRS:
Giới thiệu mạng công nghệ GSM:
GSM (Global System for Mobile Communications): hệ thống thông tin di động toàn cầu, là một công nghệ dùng cho mạng thông tin di động.
GSM là chuẩn phổ biến nhất cho điện thoại di động. Khả năng phú sóng rộng khắp nơi của chuẩn GSM làm cho nó trở nên phổ biến trên thế giới. GSM là mạng điện thoại di động thiết kế gồm nhiều tế bào (cell), các điện thoại di động kết nối với mạng bằng cách tìm kiếm các cell gần nó nhất. Các mạng di động GSM hoạt động trên 4 băng tần (850MHz, 900MHz, 1800MHz, 1900MHz), trong đó hầu hết các thiết bị điện thoại di động đều hoạt động ở băng 900 MHz và 1800 MHz.
Mạng GSM cung cấp hầu hết các dịch vụ cho khách hàng nên cấu trúc hạ tầng của nó khá phức tạp.
Mạng GSM được chia ra thành các hệ thống con như sau:
Hình 25: Câu trúc hệ thống mạng GSM
o Hệ thống con chuyển mạch (SS: Switching Subsystem).
o Hệ thống con trạm gốc (BSS: Base Station Subsystem).
o Hệ thống con khai thác (OSS: Operation Subsystem).
o Trạm di động (MS: Mobile Station).
So sánh mạng GSM với mạng công nghệ CDMA:
35
Hình 26: Phương thức truyền dẫn CDMA
CDMA chia băng tần thành nhiều lớp, khi mới ra mắt CDMA đã chứng tỏ mình là công nghệ tiên tiến, bảo mật, ít mất sóng và cho hiệu quả cao hơn so với cách chia băng tần thành những kênh nhỏ ở mỗi trạm phát sóng của công nghệ GSM.
Hơn nữa, CDMA cũng có thể điều tiết cho nhiều người dùng hơn GSM trên một tần số nhất định, tiết kiệm điện hơn, đồng thời cho chất lượng cuộc gọi tốt hơn trong khi bắt được cùng một lượng sóng như GSM và đặc biệt là khả năng truyền tải dữ liệu tốc độ cao hơn.
Hình 27: CDMA và GSM
Tuy nhiên, CDMA không phải là không có khuyết điểm, nếu một trạm phát sóng nào đó đột nhiên bị quá tải vì nhiều người đổ dồn tới, phạm vi phát sóng của nó sẽ ngắn đi đáng kể. Hơn nữa, các trạm phát sóng này cũng có thể gây ảnh hưởng lẫn nhau nên chúng thường là loại có tầm phát sóng ngắn, hệ quả là CDMA khá kém hiệu quả ở những khu
36
vực rộng lớn hay nhà cao tầng. Trong khi đó, GSM lại quá phổ biến để có thể bị thay thế. Người dùng GSM cũng có thể sử dụng những bộ kích sóng để nâng cao chất lượng sóng trong nhà, điều mà CDMA không thể làm được. Ngoài ra, GSM lại dùng cơ chế nhận diện SIM card tiện lợi hơn, trong khi hầu hết các thiết bị CDMA lại được ghép số trực tiếp vào máy.
Dịch vụ GPRS:
GPRS (General Packet Radio Service) là dịch vụ truyền tải mới cho hệ thống GSM, nó cải thiện một cách hiệu quả việc truy cập vô tuyến tới các mạng truyền số liệu như X.25, Internet,…bằng cách áp dụng nguyên lý gói vô tuyến để truyền dữ liệu của người sử dụng một cách hiệu quả giữa thiết bị di động với các mạng truyền dữ liệu.
Hình 28: Dịch vụ GPRS
Trong hệ thống GSM thông thường việc thiết lập 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 đa trên 115 Kbit/s.GPRS có thể được dùng cho những dịch vụ như truy cập Giao thức Ứng dụng Không dây (WAP), Dịch vụ tin nhắn ngắn (SMS), Dịch vụ nhắn tin đa phương tiện (MMS), và với các dịch vụ liên lạc Internet như Email và truy cập World Wide Web.
GPRS là một dịch vụ chuyển mạch gói nỗ lực tối đa, trái với chuyển mạch, trong đó một mức Chất lượng dịch vụ (QoS) được bảo đảm trong suốt quá trình kết nối đối với người dùng cố định. Để cung cấp tốc độ dữ liệu cao, GPRS sử dụng hệ thống mã hóa mới dùng trong giao tiếp không dây và sử dụng nhiều khe thời gian (tốc độ dữ liệu tối đa lên đến 172.2 kbps bằng cách dùng 8 khe thời gian).
37 Tốc độ mạng GPRS:
o HSCSD (Hight Speed Circuit Switched Data): dùng 4 khe thời gian GSM 64kbit/s.
o EDGE (Enhanced Data for GSM Evolution): 48 kbit/s 1 kênh hoặc 385 kbit/s 8 kênh. EDGE indoor 115 kbit/s, outdoor 450 – 550 kbit/s.
Các trạng thái hoạt động của thiết bị kết nối GPRS:
Hình 29: Trạng thái hoạt động của GPRS
o GPRS idle: trạng thái chờ lệnh GPRS, mặc dù chưa giao tiếp GPRS nhưng vẫn thực thi một số chức năng.
o GPRS ready: trạng thái thiết bị giao tiếp với mạng GPRS, kích hoạt PDP (Packet Data Protocol) để truyền nhận dữ liệu gói.
o GPRS standby: trạng thái kết nối với GPRS nhưng không truyền dữ liệu.
3.1.4.7 Công nghệ GPS:
Giới thiệu GPS:
GPS (Global Positioning System): Hệ thống Định vị Toàn cầu là hệ thống xác định vị trí do Bộ Quốc phòng Hoa Kỳ thiết kế, xây dựng, vận hành và quản lý. GPS thực chất là một mạng lưới bao gồm 27 vệ tinh quay xung quanh trái đất. Trong số 27 vệ tinh này, 24 vệ tinh đang hoạt động, 3 vệ tinh còn lại đóng vai trò dự phòng trong trường hợp 1 trong số 24 vệ tinh chính bị hư hỏng. Dựa vào cách sắp đặt của các vệ tinh này, khi đứng dưới mặt đất, bạn có thể nhìn được ít nhất là 4 vệ tinh trên bầu trời tại bất kì thời điểm nào.
38
Hình 30: Hệ thống vệ tinh định vị GPS
Phối hợp hoạt động với các vệ tinh quay xung quanh trái đất là 5 trạm theo dõi đặt trên mặt đất: trạm chủ được đặt tại Colorado (Mỹ) và 4 trạm khác (không có người điều khiển) được đặt tại các vị trí rất xa, song lại rất gần với đường xích đạo (trong đó có Hawaii cũng ở Mỹ). Các trạm theo dõi này thu thập dữ liệu từ các vệ tinh và truyền dữ liệu về trạm chủ. Trạm chủ sau đó sẽ xử lý dữ liệu và đưa ra các thay đổi cần thiết để chuyển dữ liệu chuẩn về các vệ tinh GPS.
Máy thu GPS có thể nhận và tính toán các thông số như kinh độ, vĩ độ, cao độ, thời gian thực, tốc độ của đối tượng. Trong luận văn này, ta chỉ dùng 2 thông số là kinh độ và vĩ độ của đối tượng để tính toán. Để đưa ra vị trí chính xác, rất nhiều thiết bị GPS kết nối tới ít nhất là 4 vệ tinh. Đó là lý do vì sao đôi khi để tìm ra vị trí chính xác, hệ thống GPS