Bối cảnh và vấn đề nghiên cứu

Quá trình phát triển kinh tế, công nghiệp hóa và hiện đại hóa thúc đẩy nhanh tốc độ đô thị hóa, kéo theo sự gia tăng vượt bậc về mật độ phương tiện giao thông đường bộ như ô tô, xe tải, xe buýt và xe gắn máy. Tình trạng ùn tắc và tai nạn giao thông diễn biến phức tạp, đặt ra yêu cầu cấp thiết về việc quản lý, giám sát và đưa ra các cảnh báo rủi ro kịp thời cho phương tiện cũng như người điều khiển.

Về mặt cơ sở pháp lý tại Việt Nam, Chính phủ đã ban hành Nghị định số 86/2014/NĐ-CP ngày 10/09/2014 (thay thế cho Nghị định 91/2009/NĐ-CP và Nghị định 93/2012/NĐ-CP) quy định về kinh doanh và điều kiện kinh doanh vận tải bằng xe ô tô. Nghị định quy định lộ trình bắt buộc lắp đặt thiết bị giám sát hành trình (hộp đen) theo quy chuẩn của Bộ Giao thông vận tải, trong đó mốc thời hạn trước ngày 01 tháng 07 năm 2018 áp dụng cho xe ô tô kinh doanh vận tải hàng hóa có trọng tải thiết kế dưới 3,5 tấn.

Xuất phát từ yêu cầu pháp lý và nhu cầu thực tiễn về một hệ thống quản lý phương tiện tiện dụng, chi phí hợp lý và có khả năng tự động cảnh báo sự cố, đồ án tốt nghiệp ngành Kỹ thuật Điện tử Truyền thông tại Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật TP. Hồ Chí Minh đã thực hiện đề tài "Giám sát và cảnh báo hoạt động phương tiện vận tải ô tô".

Mục tiêu nghiên cứu:

  1. Thiết kế và thi công mạch giám sát hoạt động phương tiện vận tải ô tô và cảnh báo cho người dùng.
  2. Lập trình vi điều khiển Arduino để giám sát thiết bị thông qua điện thoại thông minh (Smartphone).
  3. Ứng dụng các tập lệnh AT của Module SIM808 để truyền nhận thông tin giám sát tọa độ và phát cảnh báo về Smartphone.

Đối tượng và phạm vi nghiên cứu:

  • Đối tượng nghiên cứu: Hệ thống nhúng giám sát phương tiện vận tải tích hợp vi điều khiển Arduino Uno R3, module truyền thông GSM/GPS SIM808, cảm biến rung và cảm biến gia tốc MPU-6050.
  • Phạm vi không gian: Đề tài thiết kế, chế tạo và thử nghiệm mô hình thực nghiệm tại Bộ môn Điện tử Công nghiệp – Y sinh, Khoa Điện – Điện tử, Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật TP. Hồ Chí Minh.
  • Phạm vi thời gian: Đồ án được hoàn thành và bảo vệ vào tháng 07 năm 2018.
  • Giới hạn nghiên cứu: Hệ thống được thi công và thử nghiệm trên mô hình thực nghiệm; sai số định vị GPS nằm trong mức độ cho phép của thiết bị dân dụng; tốc độ cập nhật thông số và vị trí phụ thuộc vào chất lượng vùng phủ sóng của nhà mạng viễn thông.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp

Khung lý thuyết và công nghệ ứng dụng

Đề tài xây dựng dựa trên sự kết hợp của các khối lý thuyết chuyên ngành điện tử truyền thông và kỹ thuật máy tính:

  1. Hệ thống định vị toàn cầu GPS (NAVSTAR):

    • Cấu trúc 3 mảng: Mảng không gian (Space Segment) gồm 27 vệ tinh (24 vệ tinh hoạt động, 3 vệ tinh dự phòng) hoạt động trên 6 mặt phẳng quỹ đạo ở độ cao 20.200 km, chu kỳ quay gần 24 giờ; Mảng điều khiển (Control Segment) gồm 8 trạm kiểm soát mặt đất (4 trạm theo dõi tại Hawaii, Kwajalein, Ascension, Diego Garcia, Colorado Springs, Cape Canaveral; 1 trạm trung tâm và 3 trạm hiệu chỉnh số liệu); Mảng người dùng (User Segment) là máy thu tín hiệu GPS.
    • Tín hiệu và giải thuật định vị: Vệ tinh phát hai sóng mang $L_1 = 1575,42\text{ MHz}$ và $L_2 = 1227,60\text{ MHz}$. Tín hiệu mang mã giả ngẫu nhiên C/A (Coarse/Acquisition) tốc độ chip $1,023\text{ MHz}$ và mã chính xác P-code tốc độ $10,23\text{ Mbps}$, cùng chuỗi dữ liệu dẫn đường $50\text{ bps}$. Máy thu xác định tọa độ $(x, y, z)$ và độ trễ đồng hồ $b$ dựa trên hệ phương trình khoảng cách giả cầu tới tối thiểu 3 đến 4 vệ tinh: $$(x - x_i)^2 + (y - y_i)^2 + (z - z_i)^2 = [(t_r + b - t_i) \cdot c]^2$$
    • Chuẩn dữ liệu NMEA 0183: Giao thức truyền thông nối tiếp mã ASCII (tốc độ $4800\text{ bps}$, 8 data bits, không parity, 1 stop bit). Các câu dữ liệu bắt đầu bằng $GPxxx kèm mã kiểm tra lỗi Checksum (XOR). Các định dạng bản tin được giải mã gồm: GGA (dữ liệu định vị, kinh độ, vĩ độ, độ cao), GLL (tọa độ địa lý), GSA (chỉ số suy giảm độ chính xác DOP và vệ tinh hoạt động), GSV (số lượng và góc phương vị vệ tinh quan sát được), RMC (dữ liệu định vị GNSS tối thiểu khuyến nghị), và VTG (tốc độ di chuyển và hướng di chuyển so với mặt đất).

  2. Mạng thông tin di động toàn cầu GSM:

    • Hoạt động dựa trên kỹ thuật đa truy cập phân chia theo thời gian TDMA (8 khe thời gian trên một kênh truyền thoại).
    • Băng tần nghiên cứu gồm GSM 900 MHz và GSM 1800 MHz (dải thu $1805 - 1880\text{ MHz}$, dải phát $1710 - 1785\text{ MHz}$, độ dịch tần $95\text{ MHz}$).
    • Quản lý định danh thuê bao và thiết bị qua các tham số: số nhận dạng thiết bị di động quốc tế IMEI (International Mobile Equipment Identity), số nhận dạng thuê bao di động quốc tế IMSI (International Mobile Subscriber Identity) và thẻ SIM.

  3. Giao tiếp phần cứng:

    • Chuẩn I2C (Inter-Integrated Circuit): Giao tiếp nối tiếp 2 dây gồm đường dữ liệu $SDA$ và đường xung nhịp $SCL$, sử dụng điện trở kéo lên nguồn ($1\text{ k}\Omega - 4,7\text{ k}\Omega$), vận hành theo cơ chế Chủ - Tớ (Master - Slave) để giao tiếp với cảm biến gia tốc MPU-6050.
    • Chuẩn UART (Universal Asynchronous Receiver/Transmitter): Giao tiếp bất đồng bộ qua hai chân $TX$ và $RX$, sử dụng để truyền nhận tập lệnh AT giữa vi điều khiển và module SIM808.
Tên lệnh AT Chức năng cụ thể trong hệ thống
ATA / ATH Trả lời cuộc gọi đến / Ngắt cuộc gọi
AT+CMGF=1 Cấu hình tin nhắn SMS ở chế độ văn bản (Text Mode)
AT+CMGS Thực hiện gửi tin nhắn SMS chứa tọa độ/cảnh báo
AT+CMGR Đọc nội dung tin nhắn SMS từ bộ nhớ
AT+CMGD / AT+CMGDA Xóa một tin nhắn / Xóa toàn bộ tin nhắn trong bộ nhớ
AT+CNMI Thiết lập cơ chế tự động thông báo khi có tin nhắn mới
AT+CPOWD Lệnh ngắt nguồn cung cấp cho module SIM808
AT+UART Cài đặt tốc độ baud truyền thông nối tiếp
AT+CADC? Đọc giá trị chuyển đổi tương tự - số (ADC) từ chân module
AT+CSMINS? Kiểm tra trạng thái gắn thẻ SIM trong khe cắm

Phương pháp nghiên cứu

  • Phương pháp phân tích và tổng hợp tài liệu: Nghiên cứu cấu trúc tập lệnh AT Command, định dạng bản tin NMEA 0183 và tập thanh ghi của cảm biến MPU-6050.
  • Phương pháp thiết kế và mô phỏng mạch điện tử: Sử dụng phần mềm Altium Designer để xây dựng sơ đồ nguyên lý (Schematic), layout mạch in (PCB) và dựng mô hình 3D.
  • Phương pháp lập trình nhúng: Lập trình giải thuật điều khiển trên nền tảng Arduino IDE bằng ngôn ngữ C/C++.
  • Phương pháp thực nghiệm và kiểm định: Lắp ráp mô hình thực tế, đo đạc tín hiệu cảm biến trên Serial Monitor, kiểm thử khả năng phản hồi SMS khi có cuộc gọi và kiểm tra độ lệch kinh độ, vĩ độ so với phần mềm Google Maps.

Thiết kế và triển khai hệ thống

Kiến trúc phần cứng

Hệ thống được tổ chức thành sơ đồ khối bao gồm các phần tử chính:

+-------------------------------------------------------------+
|                     KHỐI CẢM BIẾN                           |
|  - Cảm biến rung                                            |
|  - Cảm biến gia tốc MPU-6050 (Giao tiếp I2C)               |
+------------------------------+------------------------------+
                               |
                               v
+-------------------------------------------------------------+
|                  KHỐI XỬ LÝ TRUNG TÂM                       |
|           Arduino Uno R3 (Vi điều khiển AVR)                |
+---------------+------------------------------+--------------+
                |                              |
                v                              v
+-------------------------------+   +-------------------------+
|   KHỐI TRUYỀN THÔNG & ĐỊNH VỊ |   |  KHỐI CHẤP HÀNH/CẢNH BÁO|
|  Module SIM808 (GSM/GPRS/GPS) |   |  - Khối LED / Xi-nhan   |
|  (Giao tiếp UART)             |   |  - Khối chuông / Còi hú |
+---------------+---------------+   |  - Khối Switch / Ngắt xe|
                |                   +-------------------------+
                v
+-------------------------------+
|      SMARTPHONE NGƯỜI DÙNG    |
|  - Giám sát qua Google Maps   |
|  - Nhận SMS cảnh báo rung/ngã |
+-------------------------------+
  1. Khối xử lý trung tâm: Sử dụng board Arduino Uno R3, chịu trách nhiệm tiếp nhận dữ liệu từ các cảm biến, xử lý logic điều khiển, giao tiếp với module SIM808 qua cổng UART và kích hoạt các khối cảnh báo.
  2. Khối truyền thông và định vị (Module SIM808): Tích hợp cả hai tính năng GSM (kết nối mạng di động, gọi điện, nhắn tin SMS) và GPS (thu nhận tín hiệu vệ tinh, giải mã chuỗi tọa độ NMEA).
  3. Khối cảm biến:
    • Cảm biến rung: Phát hiện các rung động, va đập vật lý trái phép vào thân xe khi xe đang đỗ.
    • Cảm biến gia tốc MPU-6050: Đo gia tốc 3 trục để xác định độ nghiêng của phương tiện, nhận diện trạng thái xe bị ngã đổ hoặc gặp tai nạn lật xe.
  4. Khối chấp hành và cảnh báo tại chỗ: Gồm còi hú báo động, hệ thống đèn LED/đèn xi-nhan nhấp nháy để thu hút sự chú ý xung quanh, và mạch Switch đóng ngắt điện nhằm tự động ngắt hoạt động động cơ của xe khi có tai nạn nghiêm trọng.

Thiết kế mạch in và quy trình thi công

  • Thiết kế CAD: Toàn bộ sơ đồ nguyên lý và bản vẽ mạch in 2 lớp được thực hiện trên phần mềm Altium Designer, xuất sơ đồ bố trí linh kiện 2D và góc nhìn phối cảnh 3D trước khi gia công.
  • Thi công và lắp ráp: Bo mạch được gia công in mạch, hàn gắn linh kiện thụ động, chân cắm module SIM808, cảm biến gia tốc MPU-6050, cảm biến rung, khối relay đóng cắt và các giắc cắm tín hiệu ra đèn xi-nhan, còi báo.
  • Lập trình luồng giải thuật:
    • Khởi tạo: Cấu hình tốc độ baud UART, khởi động module SIM808, thiết lập chế độ tin nhắn văn bản (AT+CMGF=1), kích hoạt bộ thu GPS.
    • Vòng lặp giám sát: Liên tục quét trạng thái cảm biến rung và đọc dữ liệu góc nghiêng từ MPU-6050 qua bus I2C.
    • Xử lý sự kiện cuộc gọi: Khi phát hiện có cuộc gọi đến từ số điện thoại chủ xe, hệ thống tự động gửi lệnh ngắt cuộc gọi (ATH), trích xuất kinh độ và vĩ độ từ bản tin GPS NMEA mới nhất, đóng gói thành đường dẫn Google Maps (http://maps.google.com/maps?q=latitude,longitude) và gửi tin nhắn SMS phản hồi về Smartphone.
    • Xử lý sự cố rung/ngã xe: Nếu cảm biến rung kích hoạt, hệ thống gửi SMS "Xe bi rung" về điện thoại. Nếu góc nghiêng vượt ngưỡng cho phép (xe bị ngã/tai nạn), hệ thống kích hoạt rơ-le ngắt nguồn máy xe, chớp đèn xi-nhan liên tục, bật còi hú và gửi tin nhắn cảnh báo.

Nội dung chính theo từng chương

Chương 1: TỔNG QUAN

Chương mở đầu phân tích bối cảnh phát triển đô thị, sự gia tăng nhanh chóng của các phương tiện vận tải và tình trạng tai nạn giao thông. Tác giả dẫn chứng căn cứ pháp lý theo Nghị định số 86/2014/NĐ-CP về quy định bắt buộc lắp đặt thiết bị giám sát hành trình cho xe kinh doanh vận tải trước tháng 07/2018. Chương này xác định rõ mục tiêu đề tài, nội dung nghiên cứu gồm 11 bước triển khai tuần tự từ thiết kế phần cứng, lập trình điều khiển đến thử nghiệm mô hình, đồng thời nêu rõ các giới hạn kỹ thuật của hệ thống.

Chương 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT

Tác giả trình bày hệ thống lý thuyết nền tảng gồm:

  • Hệ thống GPS: Lịch sử phát triển (khởi đầu từ năm 1978 bởi Bộ Quốc phòng Mỹ, sự kiện mở cửa GPS dân sự năm 1983 và tắt tính năng gây sai số SA năm 2000), cấu trúc 3 mảng, nguyên lý hình học tính toán khoảng cách vệ tinh, cấu trúc tín hiệu sóng mang L1/L2, các nguồn gây sai số (khí quyển tầng điện ly/đối lưu, đa đường phản xạ, sai số dịch chuyển từ $5\text{ m} - 15\text{ m}$) và giải pháp nâng cao độ chính xác như WAAS, DGPS.
  • Mạng thông tin di động GSM: Phân tích kỹ thuật TDMA, kiến trúc mạng gồm máy di động MS (phân tích cấu trúc chuỗi số IMEI, số thẻ SIM, số IMSI), trạm vô tuyến BSS và tổng đài chuyển mạch MSC; so sánh băng tần GSM 900 MHz và GSM 1800 MHz.
  • Tập lệnh AT Command: Phân loại và mô tả chi tiết các bảng lệnh thiết lập cuộc gọi, quản lý SMS và nhóm lệnh chuyên biệt cho module SIM808/SIM808C.
  • Giao thức truyền thông và phần cứng: Trình bày nguyên lý hoạt động của bus I2C (đường SDA, SCL, điện trở kéo), giao tiếp UART (khung truyền dữ liệu, bit Start, Data, Parity, Stop), chuẩn dữ liệu hàng hải NMEA 0183 (cấu trúc câu lệnh, mã Checksum và chi tiết các bản tin GGA, GLL, GSA, GSV, RMC, VTG), cùng phần cứng vi điều khiển Arduino Uno R3.

Chương 3: TÍNH TOÁN VÀ THIẾT KẾ

Nội dung chương tập trung vào tính toán và xây dựng sơ đồ khối chi tiết:

  • Phân tích yêu cầu kỹ thuật và ghép nối giữa khối xử lý trung tâm Arduino Uno R3 với module SIM808.
  • Thiết kế mạch ghép nối cảm biến rung và cảm biến gia tốc MPU-6050.
  • Thiết kế các mạch điều khiển ngoại vi: khối chỉ thị LED, khối đóng ngắt Switch/Relay và khối chuông báo/còi hú.
  • Tổng hợp toàn bộ các khối chức năng thành sơ đồ nguyên lý toàn mạch hoàn chỉnh.

Chương 4: THI CÔNG HỆ THỐNG

Chương 4 mô tả toàn bộ quá trình hiện thực hóa thiết kế:

  • Quy trình thiết kế mạch in PCB trên phần mềm Altium Designer, bố trí linh kiện và kiểm tra phối cảnh 3D.
  • Quá trình hàn lắp linh kiện thực tế, kiểm tra thông mạch, kiểm tra chạm chập nguồn và đóng gói mạch vào mô hình.
  • Xây dựng lưu đồ giải thuật cho chương trình chính và các chương trình con (chương trình con xử lý cảnh báo rung xe, chương trình con bắt sự kiện cuộc gọi đến).
  • Sử dụng phần mềm Arduino IDE để biên dịch và nạp mã điều khiển cho vi xử lý.
  • Xây dựng tài liệu hướng dẫn sử dụng và quy trình các bước vận hành thiết bị an toàn.

Chương 5: KẾT QUẢ_NHẬN XÉT_ĐÁNH GIÁ

Trình bày các kết quả thực nghiệm thu được từ mô hình:

  • Kết quả thu thập và hiển thị trạng thái của cảm biến rung trên màn hình Serial Monitor.
  • Kết quả đọc dữ liệu gia tốc liên tục từ cảm biến MPU-6050 trên Serial Monitor.
  • Kết quả thực nghiệm hệ thống giám sát: Khi có cuộc gọi đến, thiết bị tự ngắt máy và gửi lại tin nhắn SMS chứa tọa độ định vị; Smartphone mở liên kết hiển thị chính xác vị trí trên ứng dụng Google Maps.
  • Kết quả phát tin nhắn cảnh báo rung xe khi có tác động ngoại lực.
  • Kết quả ngắt nguồn động cơ và kích hoạt đèn xi-nhan, còi báo khi xe bị ngã.
  • Thống kê và so sánh dữ liệu kinh độ, vĩ độ thu được từ thiết bị với tọa độ chuẩn trên Google Maps.

Chương 6: KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN

Tổng kết các hạng mục đã hoàn thành theo mục tiêu đặt ra, đánh giá mức độ ổn định và tính tiện dụng của hệ thống hộp đen thực nghiệm, đồng thời đề xuất các hướng mở rộng nghiên cứu trong tương lai.

Kết quả và đóng góp

Kết quả thực nghiệm chính

Hệ thống đã được chế tạo hoàn chỉnh dưới dạng mô hình phần cứng thực tế và đạt được các kết quả kỹ thuật sau:

  1. Khả năng cảm biến và xử lý sự cố tại chỗ:

    • Cảm biến rung nhận diện chính xác các tác động rung chấn cơ học, gửi tín hiệu ngắt về vi điều khiển để kích hoạt cảnh báo SMS.
    • Cảm biến gia tốc MPU-6050 liên tục truyền dữ liệu góc nghiêng qua bus I2C; khi góc nghiêng vượt ngưỡng an toàn (mô phỏng tình huống xe bị đổ ngã hoặc tai nạn), hệ thống lập tức xuất tín hiệu điều khiển ngắt mạch cấp điện động cơ, đồng thời kích hoạt đèn xi-nhan nhấp nháy và còi hú báo hiệu cứu hộ.

  2. Chức năng định vị và giám sát từ xa:

    • Khi người dùng thực hiện cuộc gọi đến số điện thoại trên module SIM808, hệ thống tự động từ chối cuộc gọi, kích hoạt module GPS trích xuất chuỗi bản tin NMEA và gửi tin nhắn SMS phản hồi chứa thông tin tọa độ địa lý.
    • Khi nhấp vào liên kết trong tin nhắn SMS, Smartphone tự động mở ứng dụng Google Maps và đánh dấu vị trí của phương tiện với độ chính xác cao.

  3. Độ chính xác định vị: Kết quả đo đạc thực tế tại các điểm thử nghiệm cho thấy thông số kinh độ và vĩ độ do module SIM808 thu thập có độ khớp nối cao với vị trí thực tế trên nền tảng bản đồ Google Maps, sai số vị trí nằm trong phạm vi cho phép của hệ thống GPS dân dụng.

Hạng mục kiểm thử Trạng thái kích hoạt Phản hồi của hệ thống Kết quả ghi nhận
Cảm biến rung Có va đập / rung chấn vào thân xe Gửi tin nhắn SMS cảnh báo Nhận tin nhắn "Xe bi rung" trên Smartphone
Cảm biến gia tốc MPU-6050 Xe bị nghiêng/ngã quá giới hạn Ngắt điện máy xe, bật còi hú, chớp xi-nhan Hệ thống ngắt máy và phát tín hiệu cảnh báo tại chỗ
Giám sát vị trí Cuộc gọi đến từ điện thoại chủ xe Ngắt cuộc gọi, lấy tọa độ GPS, gửi SMS link Smartphone hiển thị vị trí phương tiện trên Google Maps
Giao tiếp Module SIM808 Khởi động và gửi nhận lệnh AT Truyền thông nối tiếp UART với Arduino Uno Thực thi ổn định các lệnh SMS, cuộc gọi và đọc dữ liệu GPS

Đóng góp của đề tài

  • Chế tạo thành công mô hình thiết bị giám sát hành trình và cảnh báo sự cố có cấu trúc nhỏ gọn, chi phí linh kiện vừa phải, phù hợp với các phương tiện vận tải vừa và nhỏ hoặc xe máy cá nhân.
  • Tích hợp tính năng an toàn chủ động: Không chỉ định vị hành trình đơn thuần mà còn tự động ngắt hoạt động của xe khi xảy ra tai nạn nhằm giảm thiểu nguy cơ cháy nổ, kết hợp cảnh báo âm thanh - ánh sáng hỗ trợ công tác cứu hộ khẩn cấp.
  • Thiết lập quy trình vận hành tự động: Hệ thống tự kích hoạt toàn bộ các chức năng giám sát ngay sau khi được cấp nguồn, giao tiếp đơn giản và trực quan thông qua hạ tầng mạng viễn thông GSM sẵn có mà không đòi hỏi thiết lập máy chủ phức tạp.

Hạn chế và hướng nghiên cứu tiếp

Hạn chế của đề tài

  • Hệ thống mới dừng lại ở mức độ chế tạo và thử nghiệm trên mô hình mạch điện thực nghiệm, chưa được đóng gói trong vỏ hộp bảo vệ đạt các tiêu chuẩn công nghiệp về chống nước, chống bụi và chịu nhiệt độ cao trong khoang động cơ xe.
  • Độ chính xác định vị và thời gian phản hồi tin nhắn SMS vẫn chịu ảnh hưởng bởi các yếu tố môi trường: thời tiết nhiều mây, vật cản cao tầng che khuất tín hiệu vệ tinh GPS và chất lượng vùng phủ sóng của các nhà mạng viễn thông di động.
  • Chưa tích hợp bộ nhớ lưu trữ hành trình nội bộ dự phòng khi xe đi vào khu vực mất sóng di động hoàn toàn.

Hướng phát triển tiếp theo

  • Tối ưu hóa kích thước mạch in bằng cách sử dụng linh kiện dán bề mặt (SMD), thiết kế vỏ hộp chuyên dụng chịu lực và kháng nước chuẩn IP cho môi trường ô tô.
  • Tích hợp thêm khe cắm thẻ nhớ MicroSD trên bo mạch để lưu trữ nhật ký hành trình (Black Box Offline) liên tục khi phương tiện mất kết nối mạng viễn thông.
  • Xây dựng ứng dụng chuyên dụng trên Smartphone (Android/iOS) kết nối qua giao thức GPRS/3G/4G và máy chủ Web Server để theo dõi lộ trình di chuyển theo thời gian thực thay vì chỉ gửi tọa độ qua tin nhắn SMS đơn lẻ.
  • Mở rộng kết nối thêm các loại cảm biến khác như cảm biến đo mức nhiên liệu, cảm biến nhiệt độ động cơ hoặc camera giám sát hình ảnh trong cabin.

Giá trị tham khảo

Đồ án tốt nghiệp là tài liệu tham khảo chuyên môn hữu ích cho sinh viên, học viên và kỹ sư thuộc các ngành:

  • Kỹ thuật Điện tử Truyền thông & Kỹ thuật Máy tính: Tham khảo phương pháp ghép nối phần cứng vi điều khiển (AVR/Arduino) với các module truyền thông không dây băng tần GSM và module định vị vệ tinh GPS; phương pháp xử lý tập lệnh điều khiển AT Command.
  • Kỹ thuật Điều khiển và Tự động hóa & Kỹ thuật Ô tô: Tham khảo sơ đồ nguyên lý mạch bảo vệ, mạch đóng ngắt rơ-le an toàn động cơ, kỹ thuật đọc và xử lý tín hiệu cảm biến góc nghiêng I2C (MPU-6050) và cảm biến rung động.

Các phần nội dung có giá trị tham khảo kỹ thuật cao:

  • Bảng tổng hợp chi tiết tập lệnh AT Command dành riêng cho cấu hình cuộc gọi, SMS và các lệnh mở rộng của module SIM808 tại Chương 2.
  • Cấu trúc và phương pháp giải mã các bản tin dữ liệu định vị NMEA 0183 (GGA, RMC, GLL, VTG).
  • Bản vẽ sơ đồ nguyên lý toàn mạch và lưu đồ thuật toán điều khiển giám sát phương tiện tại Chương 3 và Chương 4.

Câu hỏi thường gặp

1. Căn cứ pháp lý nào tại Việt Nam được tác giả sử dụng làm cơ sở thực hiện đề tài?
Tác giả căn cứ vào Nghị định số 86/2014/NĐ-CP do Chính phủ ban hành ngày 10/09/2014 (thay thế Nghị định 91/2009/NĐ-CP và 93/2012/NĐ-CP). Nghị định quy định bắt buộc các phương tiện kinh doanh vận tải hàng hóa có trọng tải thiết kế dưới 3,5 tấn phải lắp đặt thiết bị giám sát hành trình (hộp đen) đạt chuẩn trước ngày 01/07/2018.

2. Thiết bị sử dụng những chuẩn giao tiếp phần cứng nào để kết nối các khối chức năng?
Hệ thống sử dụng hai chuẩn giao tiếp chính:

  • Chuẩn I2C (2 dây SDA, SCL kèm điện trở kéo) dùng để kết nối và truyền dữ liệu góc nghiêng từ cảm biến gia tốc MPU-6050 về vi điều khiển Arduino.
  • Chuẩn UART (2 dây TX, RX truyền nhận dữ liệu bất đồng bộ) dùng để truyền nhận tập lệnh AT giữa Arduino Uno R3 và module SIM808.

3. Cơ chế hoạt động của chức năng giám sát vị trí phương tiện từ xa được thực hiện như thế nào?
Khi chủ xe dùng Smartphone gọi điện đến số điện thoại gắn trên module SIM808, vi điều khiển nhận diện sự kiện qua lệnh AT, lập tức gửi lệnh ngắt cuộc gọi (ATH), sau đó trích xuất dữ liệu kinh độ và vĩ độ từ chuỗi bản tin NMEA của bộ thu GPS, tạo thành chuỗi liên kết Google Maps và gửi tin nhắn SMS phản hồi về điện thoại chủ xe.

4. Khi xe xảy ra sự cố ngã đổ hoặc va chạm mạnh, hệ thống kích hoạt những biện pháp an toàn nào?
Khi cảm biến MPU-6050 phát hiện góc nghiêng vượt ngưỡng an toàn (xe ngã/lật), vi điều khiển sẽ kích hoạt khối Switch ngắt nguồn cấp động cơ để tắt máy xe, đồng thời bật còi hú báo động, chớp sáng liên tục hệ thống đèn xi-nhan để thu hút sự trợ giúp từ xung quanh và gửi tin nhắn cảnh báo về điện thoại.

5. Chuẩn bản tin GPS NMEA 0183 trong đề tài được thiết lập với các thông số truyền thông nào?
Chuẩn NMEA 0183 trong hệ thống hoạt động ở tầng liên kết dữ liệu với tốc độ truyền $4800\text{ bps}$, độ dài dữ liệu 8 bit, không sử dụng bit kiểm tra chẵn lẻ (None parity), 1 bit dừng (Stop bit) và không sử dụng cơ chế bắt tay phần cứng.

Kết luận

Đồ án tốt nghiệp "Giám sát và cảnh báo hoạt động phương tiện vận tải ô tô" của tác giả Đỗ Văn Hải (Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật TP. Hồ Chí Minh) đã thiết kế và thi công hoàn chỉnh mô hình phần cứng nhúng dựa trên vi điều khiển Arduino Uno R3, module tích hợp GSM/GPS SIM808 và các cảm biến MPU-6050, cảm biến rung. Hệ thống thực hiện thành công các chức năng giám sát vị trí từ xa qua liên kết Google Maps trên tin nhắn SMS, cảnh báo va đập và tự động ngắt động cơ kết hợp phát tín hiệu còi/đèn xi-nhan khi phương tiện gặp sự cố ngã đổ. Kết quả nghiên cứu đáp ứng đúng các mục tiêu kỹ thuật đề ra, bám sát yêu cầu thực tiễn của Nghị định 86/2014/NĐ-CP và cung cấp tài liệu tham khảo chi tiết cho các ứng dụng IoT giám sát phương tiện vận tải.