Bối cảnh và vấn đề nghiên cứu

Theo số liệu từ Quy hoạch phát triển ngành công nghiệp xe máy Việt Nam giai đoạn 2006 – 2015 có xét đến 2020 của Bộ Công Thương, lượng xe máy lưu thông tại Việt Nam đến năm 2015 ước tính đạt 31 triệu xe và tăng lên 33 triệu xe vào năm 2020, với mức tăng trưởng bình quân hàng năm đạt từ 1,8 đến 2,2 triệu xe. Xe máy là phương tiện giao thông chính và là tài sản quan trọng của người dân. Tuy nhiên, mật độ phương tiện gia tăng kéo theo nguy cơ tai nạn giao thông và tình trạng trộm cắp tài sản diễn biến phức tạp. Xuất phát từ thực tế đó, việc tích hợp các hệ thống tự động hóa nhằm bảo vệ phương tiện và phát hiện, thông báo kịp thời khi xảy ra va chạm hay tai nạn giao thông là yêu cầu kỹ thuật cần thiết.

Đồ án tốt nghiệp "Thiết kế hệ thống thông minh cảnh báo cho xe máy" do sinh viên Nguyễn Quang Huy và Dương Văn Huân thực hiện (ngành Công nghệ Kỹ thuật Điện tử Truyền thông, Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật Thành phố Hồ Chí Minh, năm 2018) nhằm xây dựng một thiết bị nhúng có khả năng cảnh báo chống trộm, tự động phát hiện tai nạn và truyền thông tin tọa độ tới người dùng.

Mục tiêu nghiên cứu: Thiết kế và thi công hệ thống cảnh báo thông minh gắn trên mô hình xe máy với các yêu cầu:

  1. Hệ thống cảnh báo vận hành ổn định.
  2. Xác định và gửi vị trí tọa độ của người dùng chính xác.
  3. Gửi tin nhắn và thực hiện cuộc gọi cảnh báo về số điện thoại cài đặt trước với độ trễ thấp.

Nhiệm vụ nghiên cứu:

  1. Đọc và tìm hiểu các nguồn tài liệu lý thuyết, công nghệ liên quan.
  2. Tìm hiểu phương pháp kết nối giữa vi điều khiển với module viễn thông SIM 808A, cảm biến rung HDX-01 và module gia tốc MPU-6050.
  3. Viết chương trình điều khiển cho khối xử lý trung tâm, khối truyền thông và các khối cảm biến, nút bấm.
  4. Thiết kế sơ đồ nguyên lý và thi công mạch in (PCB).
  5. Lắp ráp, kết nối tích hợp phần cứng toàn hệ thống.
  6. Chạy thử nghiệm, đo đạc và đánh giá các thông số kỹ thuật của sản phẩm.
  7. Hoàn thiện báo cáo đồ án tốt nghiệp.

Đối tượng và phạm vi nghiên cứu:

  • Đối tượng nghiên cứu: Hệ thống phần cứng nhúng tích hợp vi điều khiển, cảm biến quán tính, cảm biến chấn động và module truyền thông vệ tinh/di động (GPS/GSM).
  • Phạm vi không gian: Thử nghiệm trên mô hình mạch phần cứng có kích thước $20\text{ cm} \times 7\text{ cm}$.
  • Giới hạn kỹ thuật: Thiết bị chưa tích hợp trực tiếp trên kết cấu cơ khí của xe máy thực tế; chức năng hiển thị vị trí phụ thuộc vào ứng dụng bản đồ Google Maps (điện thoại người nhận phải có kết nối Internet); anten thu sóng GPS yêu cầu môi trường thông thoáng ngoài trời để thu nhận tín hiệu định vị.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp

Đồ án xây dựng dựa trên các nền tảng lý thuyết kỹ thuật điện tử, viễn thông và giao thức truyền thông nối tiếp:

  • Công nghệ định vị toàn cầu (GPS): Nguyên lý xác định tọa độ kinh độ ($\lambda$) và vĩ độ ($\varphi$) dựa trên việc tính toán khoảng cách từ thiết bị thu đến tối thiểu 3 đến 4 vệ tinh trong mạng lưới 27 vệ tinh nhân tạo quay quanh Trái Đất ở độ cao khoảng $19.300\text{ km}$.
  • Giao thức truyền thông nối tiếp:
    • UART (Universal Asynchronous Receiver/Transmitter): Truyền dữ liệu nối tiếp không đồng bộ giữa vi điều khiển trung tâm và module truyền thông, cấu hình qua tốc độ Baud, khung truyền (Start bit, Data bit 5–9 bit, Parity bit kiểm tra chẵn/lẻ, Stop bit).
    • I2C (Inter-Integrated Circuit): Giao tiếp nối tiếp hai dây theo cấu trúc chủ – tớ (Master – Slave), sử dụng đường dữ liệu SDA và đường xung giữ nhịp SCL để truyền nhận dữ liệu giữa vi điều khiển và cảm biến quán tính.
  • Nền tảng phần cứng chính:
    • Vi điều khiển ATmega328P trên board Arduino UNO R3: Tần số thạch anh $16\text{ MHz}$, bộ nhớ Flash $32\text{ KB}$ (trong đó $0,5\text{ KB}$ dành cho bootloader), SRAM $2\text{ KB}$, EEPROM $1\text{ KB}$, 14 chân Digital I/O (6 chân PWM), 6 chân Analog Input, điện áp hoạt động $5\text{V DC}$.
    • Module SIM 808A: Chip SIMCOM hỗ trợ 4 băng tần GSM/GPRS, tích hợp định vị GPS với 22 kênh theo dõi (tracking) và 66 kênh tiếp nhận (acquisition), hỗ trợ A-GPS, giao tiếp qua tập lệnh AT thông qua UART.
    • Cảm biến rung HDX-01: Điện áp làm việc $< 24\text{V DC}$, dòng tiêu thụ $< 1\text{ mA}$, nhiệt độ giới hạn $< 80^\circ\text{C}$, nhận biết xung dao động cơ học từ mọi hướng.
    • Cảm biến gia tốc và con quay hồi chuyển MPU-6050 (GY-521): Tích hợp bộ chuyển đổi ADC 16-bit cho 3 trục gia tốc (dải đo tùy chọn $\pm 2g, \pm 4g, \pm 8g, \pm 16g$) và 3 trục con quay hồi chuyển ($\pm 250, \pm 500, \pm 1000, \pm 2000^\circ/\text{s}$), điện áp hoạt động $3\text{V} - 5\text{V DC}$.
    • Khối cảnh báo và nút nhấn: Còi báo Buzzer, LED báo trạng thái 5mm ($2,7\text{V}$, dòng định mức $10\text{ mA}$), các nút bấm cấu hình chế độ.

Phương pháp nghiên cứu:

  • Phương pháp thiết kế kỹ thuật phần cứng: Tính toán các thông số điện áp, dòng điện định mức của các linh kiện; sử dụng phần mềm chuyên ngành thiết kế sơ đồ nguyên lý và layout mạch in 1 lớp (PCB); gia công ủi mạch, khoan lỗ, hàn linh kiện thủ công.
  • Phương pháp lập trình nhúng: Xây dựng lưu đồ thuật toán phân nhánh theo các kịch bản sự kiện; lập trình điều khiển bằng ngôn ngữ C/C++ trên môi trường Arduino IDE (cấu trúc hai hàm setup() và loop()).
  • Phương pháp thực nghiệm kiểm thử: Thực hiện 30 lần kiểm thử thực tế độc lập cho từng khối chức năng (cảm biến rung, cảm biến góc nghiêng, còi/đèn cảnh báo, gửi tin nhắn SMS và định vị GPS) để thống kê tỷ lệ hoạt động chính xác.

Thiết kế và triển khai

Hệ thống được thiết kế theo cấu trúc module hóa gồm 5 khối chức năng liên kết với nhau:

+---------------------------+        +--------------------------+
|  Khối cảm biến & nút nhấn |------->|                          |
|  - HDX-01, MPU-6050, Keys |        |  Khối xử lý trung tâm    |------> Khối cảnh báo
+---------------------------+        |     (Arduino UNO R3)     |        (Còi Buzzer, LED)
                                     |                          |
+---------------------------+        +--------------------------+
|      Khối SIM 808A        |<------>|             ^
|   (GSM/GPRS/GPS Module)   |                      |
+---------------------------+             Khối nguồn 5V/12V

1. Tính toán thông số kỹ thuật các khối

  • Khối xử lý trung tâm: Hệ thống sử dụng 15 chân I/O trên vi điều khiển ATmega328P. Dòng điện tiêu thụ tổng ngõ ra được tính theo công thức: $$I = P \times I_o = 15 \times 20\text{ mA} = 300\text{ mA}$$
  • Khối nút nhấn: Dòng qua nút nhấn quy định ở mức $I_n = 0,4\text{ mA}$, điện áp vào $V = 5\text{V}$. Giá trị điện trở treo (pull-up) được tính toán: $$R_n = \frac{V}{I_n} = \frac{5\text{V}}{0,4\text{ mA}} = 12,5\text{ k}\Omega \quad (\text{chọn điện trở thương mại } 12\text{ k}\Omega)$$ Các ngõ ra nút nhấn điều khiển 3 chế độ (bật/tắt chống trộm, bật nguồn xe, còi) được nối lần lượt vào các chân số 10, 9, 6 của Arduino.
  • Khối cảnh báo (LED): Điện áp hoạt động $V_{led} = 2,7\text{V}$, dòng định mức $I_{led} = 10\text{ mA}$. Điện trở hạn dòng tính toán: $$R_{led} = \frac{V - V_{led}}{I_{led}} = \frac{5\text{V} - 2,7\text{V}}{10\text{ mA}} = 230\Omega$$ Nhóm thực hiện lựa chọn điện trở thực tế $R_t = 330\Omega$ để hạn chế độ chói và bảo vệ LED, dòng điện tiêu thụ thực tế qua LED là: $$I_t = \frac{5\text{V} - 2,7\text{V}}{330\Omega} \approx 7\text{ mA}$$
  • Khối nguồn: Sử dụng Adapter $12\text{V} - 2\text{A}$ cấp nguồn qua khối ổn áp DC-DC tích hợp trên module SIM 808A nhằm đảm bảo dòng tức thời đủ lớn cho module viễn thông và hạ áp $5\text{V}$ nuôi mạch Arduino cùng các cảm biến.

2. Ghép nối phần cứng

  • Module SIM 808A giao tiếp với Arduino qua chuẩn UART: chân TXD nối RX (chân 0), chân RXD nối TX (chân 1); chân điều khiển nguồn PWK nối chân số 4; chân đọc trạng thái STA nối ngõ vào Analog A1.
  • Cảm biến MPU-6050 giao tiếp qua I2C: chân SCL và SDA nối tương ứng với các chân SCL/SDA của Arduino, chân VCC nối $5\text{V}$, chân GND nối mass.
  • Cảm biến rung HDX-01 kết nối ngõ vào số để bắt xung kích hoạt.

3. Quy trình gia công và lắp ráp phần cứng

Quy trình thi công bo mạch kích thước $20\text{ cm} \times 7\text{ cm}$ gồm 6 bước:

  1. Rửa sạch board đồng bằng nước rửa mạch sau khi ủi bản vẽ layout và khoan lỗ chân linh kiện.
  2. Hàn các hàng rào cắm (header pins) vào bo mạch đồng, đo thông mạch kiểm tra theo bản vẽ PCB.
  3. Gắn board Arduino UNO R3 vào mạch trung gian, kiểm tra kết nối từ chân vi điều khiển đến các port mở rộng.
  4. Cắm các cáp bus kết nối module SIM 808A, MPU-6050, cảm biến rung HDX-01, còi buzzer, nút nhấn và hệ thống điện trở.
  5. Cấp nguồn thử nghiệm $5\text{V}$ và $12\text{V}$, dùng đồng hồ vạn năng đo kiểm tra mức áp tại các chân cấp nguồn của từng module.
  6. Nạp code điều khiển và kiểm tra hoạt động toàn hệ thống.

4. Thuật toán điều khiển và vận hành

Chương trình chính thực hiện kiểm tra trạng thái công tắc xe và công tắc chống trộm trước khi kích hoạt hai nhánh xử lý song song:

  • Xử lý chống trộm (HDX-01): Khi có va chạm làm rung cảm biến, còi cảnh báo kêu trong $3\text{ giây}$, ngắt đèn pha và module SIM gửi tin nhắn cảnh báo "xe của bạn bị rung" tới số điện thoại cài đặt. Nếu chủ xe thực hiện cuộc gọi ngược lại vào SIM của xe, còi tiếp tục báo động trong $3\text{ giây}$, hệ thống tắt điện xe và gửi tin nhắn chứa tọa độ GPS.
  • Xử lý tai nạn (MPU-6050): Khi xe nghiêng một góc $45^\circ$ so với phương thẳng đứng, vi điều khiển kích hoạt đèn xi nhan nhấp nháy liên tục, ngắt nguồn xe và module SIM 808A tự động thực hiện cuộc gọi khẩn cấp đến số điện thoại người giám sát. Nếu người giám sát gọi lại, hệ thống sẽ tắt đèn xe.

Nội dung chính theo từng chương

Chương 1: Tổng quan

Chương 1 trình bày lý do chọn đề tài dựa trên số liệu gia tăng phương tiện xe máy tại Việt Nam và tính cấp thiết của các giải pháp tự động hóa an toàn giao thông. Tác giả xác định mục tiêu thiết kế hệ thống cảnh báo tích hợp định vị GPS, nêu rõ 7 nội dung nghiên cứu kỹ thuật cần triển khai, đồng thời giới hạn phạm vi đề tài trong khuôn khổ mô hình phần cứng thử nghiệm quy mô nhỏ gọn ($20\text{ cm} \times 7\text{ cm}$). Bố cục toàn văn đồ án được chia thành 6 chương logic.

Chương 2: Cơ sở lý thuyết

Chương này tổng hợp các kiến thức nền tảng phục vụ thiết kế:

  • Nguyên lý hoạt động của hệ thống định vị vệ tinh GPS, định nghĩa hệ tọa độ vĩ độ ($\varphi$) và kinh độ ($\lambda$).
  • Cấu trúc phần cứng và bảng thông số kỹ thuật chi tiết của vi điều khiển ATmega328P trên kit Arduino UNO R3 (tần số $16\text{ MHz}$, bộ nhớ Flash $32\text{ KB}$, SRAM $2\text{ KB}$).
  • Cấu trúc chân và nguyên lý hoạt động của module SIM 808A (SIMCOM), cảm biến rung HDX-01 và module cảm biến quán tính 6 trục MPU-6050.
  • Khung lý thuyết về chuẩn truyền thông nối tiếp không đồng bộ UART (giản đồ xung, định dạng khung truyền dữ liệu) và chuẩn truyền thông I2C (mô hình Master – Slave, dây SDA/SCL).

Chương 3: Tính toán và thiết kế

Chương 3 trình bày chi tiết sơ đồ khối hệ thống gồm 5 khối chức năng và mô tả 3 chế độ hoạt động: cảnh báo rung, chống trộm điều khiển từ xa kết hợp định vị, giám sát tai nạn ngã xe. Nội dung chương cung cấp các công thức tính toán dòng tải ngõ ra của vi điều khiển ($300\text{ mA}$), tính chọn điện trở treo cho nút nhấn ($12\text{ k}\Omega$) và điện trở hạn dòng bảo vệ LED cảnh báo ($330\Omega$, dòng thực tế $7\text{ mA}$). Chương kết thúc bằng bản vẽ sơ đồ nguyên lý chi tiết kết nối giữa Arduino UNO R3 với các module ngoại vi.

Chương 4: Thi công hệ thống

Chương 4 mô tả kết quả thiết kế mạch in PCB 1 lớp phủ đồng và mô hình 3D của hệ thống trên phần mềm Altium. Tác giả trình bày chi tiết quy trình 6 bước gia công cơ khí, hàn mạch, kiểm tra đo thông mạch và cấp nguồn. Chương này cũng công bố 3 lưu đồ thuật toán điều khiển (lưu đồ chính, lưu đồ xử lý cảm biến rung, lưu đồ xử lý cảm biến gia tốc), giới thiệu môi trường phát triển Arduino IDE (cấu hình Board, Serial Port, các menu chức năng) và biên soạn tài liệu hướng dẫn 5 bước vận hành thử nghiệm hệ thống.

Chương 5: Kết quả - Nhận xét - Đánh giá

Chương 5 công bố hình ảnh thực tế của mạch phần cứng sau khi hoàn thiện và lắp ráp đầy đủ linh kiện. Nội dung ghi nhận kết quả thực nghiệm khi tác động gõ rung lên cảm biến HDX-01 và nghiêng mạch góc $45^\circ$ trên MPU-6050. Tác giả phân tích lỗi phần mềm khi chuỗi dữ liệu GPS gửi về điện thoại bị dính ký tự tiền tố CARRIER, đưa ra cách xử lý trích xuất chuỗi tọa độ (ví dụ: 10.771730) để dán vào Google Maps. Bảng số liệu thực nghiệm 30 lần kiểm thử được tổng hợp chi tiết, từ đó đưa ra đánh giá hệ thống hoàn thành $75%$ mục tiêu đề ra.

Chương 6: Kết luận và hướng phát triển

Chương cuối tổng kết các kết quả kỹ thuật đã đạt được: thi công hoàn chỉnh phần cứng, phản hồi cảnh báo nhanh, kết nối GSM/SMS ổn định, hoàn thành $75%$ mục tiêu. Chương này cũng thẳng thắn chỉ ra điểm hạn chế lớn nhất là tín hiệu định vị GPS chưa đạt độ ổn định cao và đề xuất 2 hướng mở rộng: tích hợp điều khiển qua Internet và nâng cấp tính năng theo dõi lộ trình GPS liên tục theo thời gian thực.

Kết quả và đóng góp

1. Kết quả thực nghiệm

Nhóm tác giả đã tiến hành thử nghiệm hệ thống độc lập 30 lần cho từng chức năng trong điều kiện phòng thí nghiệm và môi trường xung quanh, số liệu ghi nhận tại Bảng 5.1 của đồ án:

Nội dung thử nghiệm Số lần thử nghiệm Số lần thành công Hiệu suất (%) Đánh giá (Chuẩn đạt $\ge 70%$)
Hoạt động của các cảm biến (HDX-01, MPU-6050) 30 30 100% Đạt
Hệ thống cảnh báo còi (Buzzer), đèn (LED) 30 30 100% Đạt
Tin nhắn SMS cảnh báo về điện thoại 30 30 100% Đạt
Định vị GPS (thu nhận và gửi tọa độ chuẩn) 30 6 20% Không đạt
Đánh giá chung toàn hệ thống 30 -- 75% Đạt

Phân tích kết quả:

  • Các khối cảm biến, khối chấp hành cảnh báo tại chỗ (còi/đèn) và tính năng truyền tin nhắn SMS qua mạng di động GSM đạt độ tin cậy $100%$ qua 30 lần thử nghiệm.
  • Chức năng phát hiện tai nạn hoạt động chính xác khi nghiêng mô hình mạch một góc $45^\circ$, tự động thực hiện cuộc gọi cảnh báo về số điện thoại đã lưu.
  • Hiệu suất định vị GPS chỉ đạt $20%$ ($6/30$ lần thành công). Nguyên nhân được nhóm tác giả xác định do quá trình thử nghiệm tiến hành trong phòng kín của tòa nhà cao tầng, anten GPS nhận tín hiệu vệ tinh yếu, dẫn đến việc không chốt được tọa độ (Fix GPS) hoặc dữ liệu tọa độ bị rỗng.

2. Giải pháp kỹ thuật tác giả đề xuất

  • Xử lý chuỗi dữ liệu tọa độ: Khi SIM 808A gửi tin nhắn, chuỗi dữ liệu đôi khi bị chèn thêm chuỗi ký tự nhà mạng (CARRIER). Giải pháp khắc phục là lập trình lọc chuỗi hoặc hướng dẫn người dùng sao chép phần chuỗi số tọa độ (ví dụ: 10.771730) và dán vào thanh tìm kiếm của ứng dụng Google Maps để tra cứu vị trí xe.
  • Tối ưu nguồn cấp: Sử dụng nguồn adapter ngoài $12\text{V} - 2\text{A}$ thông qua mạch ổn áp DC-DC hạ áp cho SIM 808A và Arduino thay vì dùng nguồn lấy trực tiếp từ cổng USB máy tính, giúp tránh hiện tượng sụt áp khi module phát sóng GSM công suất cao.

3. Đóng góp kỹ thuật của đề tài

  • Chế tạo thành công một mô hình phần cứng nhúng tích hợp đa cảm biến (rung động + gia tốc 6 trục) và đa phương thức truyền thông (GSM + GPS) trên cùng một bo mạch mở rộng tự thiết kế.
  • Hiện thực hóa thuật toán tự động ngắt hệ thống điện của xe máy kết hợp kích hoạt đèn xi nhan khẩn cấp khi xảy ra sự cố ngã xe hoặc trộm cắp, hỗ trợ cảnh báo từ xa qua mạng viễn thông.

Hạn chế và hướng nghiên cứu tiếp

1. Hạn chế

  • Kích thước và tính ứng dụng thực tế: Bo mạch có kích thước $20\text{ cm} \times 7\text{ cm}$, được thi công ở dạng mô hình thí nghiệm trên bàn kiểm thử, chưa được đóng gói bảo vệ chống nước, chống rung lắc cơ học để lắp đặt trực tiếp vào cốp hoặc khung sườn xe máy thực tế.
  • Độ nhạy tín hiệu GPS: Khả năng thu sóng vệ tinh của anten phụ thuộc nhiều vào môi trường; khi xe ở trong nhà kín, tầng hầm hoặc khu vực nhà cao tầng, anten không thu đủ tín hiệu từ 3-4 vệ tinh, làm giảm tỷ lệ định vị thành công xuống mức $20%$.
  • Phụ thuộc hạ tầng mạng: Người dùng cần phải có kết nối mạng Internet trên điện thoại thông minh mới có thể mở bản đồ Google Maps từ tọa độ nhận được qua tin nhắn SMS.

2. Hướng nghiên cứu tiếp theo

  • Mở rộng kết nối Internet (IoT): Nâng cấp hệ thống giao tiếp qua kết nối dữ liệu di động (GPRS/3G/4G) hoặc Internet để gửi thông tin về máy chủ đám mây, cho phép quản lý xe qua ứng dụng di động chuyên dụng thay vì chỉ qua SMS/Call.
  • Giám sát vị trí liên tục (Real-time tracking): Cải tiến thuật toán và phần cứng để định vị và cập nhật lộ trình di chuyển của xe liên tục theo thời gian thực, thay vì cơ chế chỉ gửi tọa độ một lần khi có yêu cầu hoặc kích hoạt sự cố.

Giá trị tham khảo

Tài liệu đồ án có giá trị tham khảo chuyên môn cho:

  • Sinh viên các ngành Kỹ thuật Điện tử, Điện tử Truyền thông, Kỹ thuật Điều khiển & Tự động hóa, Cơ điện tử: Cung cấp tài liệu thực hành về quy trình thiết kế mạch nhúng từ lý thuyết, tính toán tải, vẽ mạch in trên Altium Designer đến chế tạo mạch thủ công.
  • Người nghiên cứu các ứng dụng vi điều khiển và truyền thông không dây: Cung cấp giải pháp kết nối, cấu hình giao tiếp UART cho module SIM 808A và giao tiếp I2C cho module MPU-6050 trên nền tảng Arduino.
  • Nội dung kỹ thuật đáng tham khảo:
    • Phần tính toán thông số điện trở hạn dòng LED và trở treo nút nhấn tại Chương 3.
    • Bản vẽ sơ đồ nguyên lý ghép nối toàn mạch giữa Arduino UNO R3, SIM 808A và MPU-6050.
    • Cấu trúc lưu đồ thuật toán xử lý đa sự kiện (rung chấn, góc nghiêng $45^\circ$, điều khiển cuộc gọi/SMS hai chiều) tại Chương 4.

Câu hỏi thường gặp

1. Hệ thống xác định xe bị tai nạn dựa trên nguyên lý nào và góc kích hoạt là bao nhiêu?

Hệ thống sử dụng cảm biến gia tốc và con quay hồi chuyển 6 trục MPU-6050 giao tiếp với Arduino qua chuẩn I2C. Khi xe bị đổ ngã hoặc va chạm dẫn đến bo mạch nghiêng một góc từ $45^\circ$ trở lên so với phương ban đầu, vi điều khiển sẽ kích hoạt chế độ báo tai nạn: tự động ngắt đèn/nguồn xe, nhấp nháy đèn xi nhan liên tục và kích hoạt module SIM 808A gọi điện thoại trực tiếp về số máy người giám sát.

2. Tại sao tỷ lệ định vị GPS trong các đợt thử nghiệm chỉ đạt 20%?

Tỷ lệ định vị thành công đạt $6/30$ lần ($20%$) do toàn bộ quá trình thử nghiệm được tiến hành bên trong phòng kín thuộc tòa nhà cao tầng. Anten GPS không có tầm nhìn thoáng lên bầu trời nên không thể bắt đủ tín hiệu từ tối thiểu 3 đến 4 vệ tinh nhân tạo để tính toán kinh độ và vĩ độ, dẫn tới việc định vị thất bại.

3. Khi nhận được tin nhắn chứa tọa độ từ module SIM, người dùng xử lý như thế nào để xem vị trí?

Do tin nhắn phản hồi từ module SIM có thể chứa phần văn bản dư thừa từ nhà mạng (ký tự CARRIER), người dùng cần sao chép chuỗi số tọa độ dạng thập phân (ví dụ: 10.771730), sau đó mở ứng dụng Google Maps trên điện thoại có kết nối mạng Internet, dán chuỗi tọa độ vào thanh tìm kiếm để hiển thị vị trí địa lý của xe.

4. Hệ thống sử dụng nguồn điện nào và phương án tính toán dòng điện ngõ ra ra sao?

Hệ thống sử dụng nguồn Adapter ngoài $12\text{V} - 2\text{A}$ tích hợp mạch ổn áp DC-DC trên module SIM 808A để cấp nguồn ổn định $5\text{V}$ cho Arduino và các cảm biến. Với 15 chân I/O được sử dụng trên vi điều khiển Arduino UNO R3, dòng tiêu thụ cực đại của các chân được tính toán là $I = 15 \times 20\text{ mA} = 300\text{ mA}$.

5. Cơ chế cảnh báo chống trộm khi xe bị rung hoạt động theo trình tự nào?

Khi bật chế độ chống trộm, nếu cảm biến rung HDX-01 bị kích hoạt bởi ngoại lực, còi báo sẽ kêu trong $3\text{ giây}$, hệ thống tắt đèn xe và gửi tin nhắn "xe của bạn bị rung" đến số điện thoại chủ xe. Nếu chủ xe gọi lại vào số điện thoại của module SIM, còi tiếp tục hú $3\text{ giây}$, hệ thống ngắt điện xe hoàn toàn và gửi tin nhắn chứa tọa độ GPS về điện thoại.

Kết luận

Đồ án tốt nghiệp "Thiết kế hệ thống thông minh cảnh báo cho xe máy" đã hoàn thành việc thiết kế và chế tạo mô hình phần cứng nhúng dựa trên vi điều khiển Arduino UNO R3, module truyền thông SIM 808A cùng các cảm biến HDX-01 và MPU-6050. Kết quả thực nghiệm 30 lần kiểm thử cho thấy hệ thống đạt hiệu suất tổng thể $75%$, trong đó các chức năng cảm biến chấn động, phát hiện góc nghiêng $45^\circ$, phát tín hiệu còi/LED và gửi cảnh báo SMS/Call đạt độ chính xác $100%$. Mặc dù khả năng định vị GPS còn hạn chế ở môi trường trong nhà ($20%$) và kích thước mạch $20\text{ cm} \times 7\text{ cm}$ mới dừng ở mức mô hình thực nghiệm, công trình đã cung cấp giải pháp kỹ thuật hoàn chỉnh về sơ đồ nguyên lý, mạch in và thuật toán cảnh báo an toàn cho phương tiện cá nhân.