Thiết kế thiết bị định vị nhóm sử dụng GPS và thu phát thông tin không dây

Nội dung text: Thiết kế thiết bị định vị nhóm sử dụng GPS và thu phát thông tin không dây

1. KỶ YẾU NGHIÊN CỨU KHOA HỌC SINH VIÊN NĂM HỌC 2018-2019 THIẾT KẾ THIẾT BỊ ĐỊNH VỊ NHÓM SỬ DỤNG GPS VÀ THU PHÁT THÔNG TIN KHÔNG DÂY Giảng viên hướng dẫn: TS. Nguyễn Văn Bình Sinh viên thực hiện: Nguyễn Minh Châu Lớp: CQ.56.TĐH Nguyễn Tấn Phát Lớp: CQ.56.TĐH Trường Văn Trọng Lớp: CQ.56.TĐH Nguyễn Công Trường Lớp: CQ.56.TĐH Tóm tắt: Trên thế giới có rất nhiều ứng dụng về GPS như trong lĩnh vực: hàng không, hàng hải, nông nghiệp, khoa học, trắc địa, quân sự, dịch vụ tài chính, vô tuyến viễn thông, giao thông, mạng xã hội, định vị vị trí, . Tầm quan trọng của GPS đối với cuộc sống thật sự cần thiết (có thể coi là bắt buộc). Đây là động lực để nhóm nghiên cứu tiến hành phân tích, lựa chọn hướng dẫn tiêu chuẩn và phần mềm phù hợp để thiết kế thiết bị định vị nhóm sử dụng GPS và thu phát thông tin không dây. Từ khóa: GPS, định vị bản đồ, google map, Neo 6. 1. ĐẶT VẤN ĐỀ Trên thế giới, hệ thống định vị được phát triển khá sớm và được áp dụng đầu tiên trong lĩnh vực quân sự hay còn gọi là hệ thống định vị toàn cầu (GPS). Từ đó chúng ta thấy được tầm quan trọng của hệ thống định vị và thu thập thông tin, với sự phát triển của xã hội, công nghệ, dân số, thì việc định vì là vô cùng cần thiết. Khả năng tìm đường là vấn đề hết sức khó khăn nếu không dùng hệ thống định vị. Thế giới càng phát triển, đường xá ngày càng có nhiều tuyến phức tạp khiến con người phải dựa vào hệ thống định vị có trên những thiết bị thông minh có trên điện thoại. Nhưng đó là một phần trong vấn đề được đề cập đến, ở nước ta có rất nhiều địa điểm du lịch còn hoang sơ, chưa có phủ sóng vô tuyến, vì thế muốn du lịch khám phá đòi hỏi khách du lịch phải có kinh nghiệm hoặc nhờ hướng dẫn viên mới có thể thực hiện chuyến đi đó. Hằng năm, trên thế giới cũng không ít những người thất lạc khi thực hiện những chuyến đi ở những vùng khắc nghiệt, hoang sơ, không có sóng liên lạc. Chính nguyên nhân nói trên và dựa vào lợi thế GPS được dùng miễn phí hiện nay. Khi con người ở bất kỳ vị trí nào trên trái đất thì đều có thể bắt tín hiệu của ít nhất 4 vệ tinh để xác định vị trí hiện tại của mình mà không cần dùng đến sóng điện thoại hay internet, Chỉ cần một thiết bị sử dụng năng lượng điện để thực hiện kết nối đến vệ tinh và vấn đề đã được giải quyết gần như 80%. 2. CÁC NỘI DUNG CHÍNH 2.1. Phương pháp nghiên cứu - Đọc, phân tích, so sánh các tài liệu có liên quan đã được ban hành ở VN và trên thế giới. - Sử dụng phần mềm để lập mô hình thông tin. 2.2. Phương tiện nghiên cứu: Máy tính, internet, phần mềm ứng dụng P a g e 77 | 82
2. KỶ YẾU NGHIÊN CỨU KHOA HỌC SINH VIÊN NĂM HỌC 2018-2019 2.3. Nội dung nghiên cứu đã thực hiện 2.1. Tổng quan về công nghệ định vị - Hệ thống định vị toàn cầu GPS (Global Positioning System )hiện được đang thế giới biết đến và sử dụng rộng rãi. Bao gồm khoảng 27 ( hiện nay có thêm ) vệ tinh quay xung quan trái đất và có 3/27 vệ tinh có nhiệm vụ dự phòng và sắp xếp một cách phù hợp để khi đứng bất kỳ vị trí nào chúng ta đều có thể bắt được tín hiệu ít nhất của 4 vệ tinh. - Hệ thống định vị GPS gồm có 3 thành phần chính : + Trạm không gian (Space Segment) + Trung tâm điều khiển (Control Segment) + Máy thu tín hiệu GPS (User Segment) - GPS thành 3 cấp dịch vụ với độ chính xác khác nhau: dịch vụ định vị chính xác (PPS - Precise Positioning Service), dịch vụ định vị chuẩn không rào chắn( SPS without SA - Standard Positioning Service without SA) và dịch vụ định vị chuẩn có rào chắn (SPS with SA). - GPS là hệ thống định vị, giám sát được ứng dụng vào rất nhiều hạng mục trong đời sống giúp người dùng làm chủ trong mọi tình huống cần thiết, cung cấp thông tin an toàn cho hành trình của bạn. 2.2. Nghiên cứu công nghệ thu phát tín hiệu ở khoảng cách xa - Nguyên lý công nghệ định vị GPS: Hình 1. Ảnh mô phỏng tọa độ tính toán GPS - Nguyên lý thu phát tín hiệu tầm xa bằng sóng RF: dùng một mạch dao động RF để tạo ra một tín hiệu và cho định tần số theo mạch cộng hưởng LC, để tạo ra một năng lượng ở dạng sống điện từ trường có tần số RF ổn định, có biên độ sóng cũng ổn định ta sẽ dùng nó P a g e 78 | 82
3. KỶ YẾU NGHIÊN CỨU KHOA HỌC SINH VIÊN NĂM HỌC 2018-2019 làm sóng có năng lượng để tạo kết nối giữa thiết bị phát và thiết bị thu, ở đây còn gọi là sóng RF hay sóng mang. - Nguyên lý truyền sóng Bluetooth: Bluetooth về cơ bản là một giao tiếp bằng sóng radio ở băng tần 2.4 đến 2.480 GHz, rất gần với chuẩn Wifi 2.4GHz hiện nay. - Giới thiệu module GPS (Neo 6M) – Máy thu GPS: Module NEO-6 là dòng mang lại hiệu suất cao của hãng ublox với 6 bộ máy định vị kết hợp được thu nhỏ. Thiết kế với mục đích tiêu thụ điện năng thấp, chi phí giá thành thấp. Quản lý năng lượng thông minh là một bước đột phá cho các ứng dụng cần năng lượng thấp. - Giới thiệu Module RF CC2530: Module ZigBee CC2530+PA 2.4GHz 2.5mW dùng chip RF CC2530 của hãng TI (Texas Instruments) được tích hợp với vi điều khiển 8051 và thu phát không dây bên trong, đây là module truyền sóng 2.4 GHZ chuẩn IEEE 802.15.4, khoảng cách rất xa, sử dụng giao tiếp SPI. Module ZigBee CC2530 rất phù hợp với các dự án robot thám hiểm, thăm dò, Smarthome, IoT. Cấu hình bằng nút trực tiếp trên module. Hình 2. Sơ đồ ra chân của chip CC2530 - Giới thiệu module Bluetooth HC-05: Đây là module bluetooth 2.0 truyền nhận tín hiệu có khoảng cách tối đa tầm 15m - Giới thiệu truyền thông Serial UART. 2.3. Thiết kế thiết bị thu phát thông tin từ xa - Nhiệm vụ cơ bản của từng khối module trong thiết bị: + Vi xử lý: Nhiệm vụ của vi xử lý là lấy các dữ liệu được truyền qua cổng UART kết nối các module như RF CC2530 hoặc BlueTooth, P a g e 79 | 82
4. KỶ YẾU NGHIÊN CỨU KHOA HỌC SINH VIÊN NĂM HỌC 2018-2019 + Module GPS Neo-6M: kết nối đến vệ tinh để lấy tín hiệu về tọa độ hiện tại của nó trên trái đất, tín hiệu trả về bao gồm : tên vệ tinh, tốc độ truyền, tọa độ, thời gian thực. + Module Bluetooth HC06: Lấy tín hiệu đã xử lý dạng số và gửi lên các thiết bị di động có hỗ trợ kết nối Bluetooth để người dùng quan sát. - Sơ đồ kết nối mạch của thiết bị: Hình 3. Sơ đồ khối nguyên lý của thiết bị - Lập trình và giải thật. - Hình ảnh mạch hoàn thiện. Khối mạch thu và xử lý tín hiệu GPS: Hình 4. Sơ đồ kết nối mạch giữa 3 phần tử dùng PIC 18F43K22 P a g e 80 | 82
5. KỶ YẾU NGHIÊN CỨU KHOA HỌC SINH VIÊN NĂM HỌC 2018-2019 Hình 5. Sơ đồ kết nối mạch giữa 3 phần tử dùng Arduino Khối Phát GPS qua sóng mang RF CC2530 có sơ đồ như sau: Hình 6. Sơ đồ mạch phát GPS 2.4. Xây dựng chương trình giám sát vị trí, hỗ trợ liên lạc trong điều kiện không có tín hiệu điện thoại - Giới thiệu phần mềm Android Studio. - Xây dựng giao diện người dùng của ứng dụng. - Phương pháp lập trình ứng dụng. - Hướng dẫn sử dụng ứng dụng. Kết quả nghiên cứu và bình luận: Thiết kế thành công mạch thiết bị định vị nhóm dùng GPS và thu phát thông tin không dây. P a g e 81 | 82
6. KỶ YẾU NGHIÊN CỨU KHOA HỌC SINH VIÊN NĂM HỌC 2018-2019 3. KẾT LUẬN Việc ứng dụng những thành tựu về khoa học và công nghệ trong lĩnh vực đời sống hết sức quan trọng.Vì thế,đề tài cơ bản đã xây dựng thành công thiết bị định vị giám sát vị trí và thu phát thông tin không dây dựa trên thiết bị thực tế và đưa vào thử nghiệm. Tuy còn một số yếu kém về mặt phần cứng cũng như phần mềm những thiết bị cơ bản đã đáp ứng được yêu cầu đặt ra. Tài liệu tham khảo [1]. Nguồn: Diễn đàn lập trình của thế giới, giải các tấc cả vấn về đề lập trình và cung cấp code mẫu.Tài liệu lập trình Android trên trang: [2]. Nguồn: diễn đàn hỗ trợ các tính năng, API, liên quan mà Google cung cấp [3]. Nguồn: Lập trình cho các dòng Arduino.ZIGBEE CC2530 manual. [4]. Nguồn: Diễn đàn hỗ trợ lập trình họ PIC. P a g e 82 | 82