CHÂN THÀNH CẢM TẠ Tác giả xin gửi lời tri ân chân thành nhất đến: - Ban Giám Hiệu, Khoa Điện – Điện tử, các Phòng ban liên quan thuộc Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật Thành phố Hồ Chí Minh đã tạo mọi điều kiện học tập và nghiên cứu tốt nhất cho toàn thể Học viên. - Toàn thể Cán bộ giảng dạy đã truyền đạt kiến thức cũng như trang bị cho Học viên nhiều kỹ năng làm việc quý giá. - Ban Giám Hiệu, Khoa Điện-Điện tử Trường Đại Học Nguyễn Tất Thành đã tạo mọi điều kiện tốt nhất giúp bản thân hoàn thành khóa học. - Tiến sĩ Võ Tường Quân – Giảng viên Khoa Cơ khí trường Đại Học Bách Khoa Thành phố Hồ Chí Minh đã tận tâm trong quá trình truyền đạt cũng như hướng dẫn sâu rộng nhiệt tình, đầy trách nhiệm trong suốt thời gian thực thi Luận văn tốt nghiệp.
- Tất cả những người thân yêu trong Gia đình, cùng những thân hữu gần xa đã động viên tinh thần, giúp đỡ về mọi mặt trong suốt hai năm học tập và nghiên cứu. - Tất cả các bạn Học viên cùng khóa đã có nhiều ý kiến đóng góp đúng lúc, kịp thời giúp Luận văn hoàn thành. Trân trọng Thành phố Hồ Chí Minh, tháng 10/2013 Học viên thực hiện Hoàng Hải Sơn iii LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của tôi. Các số liệu, kết quả nêu trong luận văn là trung thực và chưa từng được ai công bố trong bất kỳ công trình nào khác.
Hồ Chí Minh, ngày …tháng …. Tín hiệu GPS từ vệ tinh được Modun GPS thu nhận và đưa vào máy tính xử lí. Phần mềm được viết sẽ lấy được kinh độ và vĩ độ tại vì trí ta đang đứng. Tín hiệu này sẽ được đưa lên bản đồ Google để xác định vị trí trên bản đồ.
Thông qua bản đồ Google Map (Earth) ta tìm và vẽ được đường đi ngắn nhất từ vị trí ta đang đứng tới vị trí ta muốn di chuyển tới. Đường đi này sẽ được băm nhỏ thành các tọa độ và được đưa và Vi điều khiển PIC điều khiển Robot chạy theo đúng lộ trình (Kết hợp với cảm biến la bàn CMPS 03). Trong qua trình di chuyển của Robot, khi chạy tới điểm tiếp theo thì Vi điều khiển sẽ so sánh tọa độ hiện tại (lấy từ GPS) với tọa độ mong muốn (lấy từ bản đồ Google). Nếu trùng thì di chuyển tới điểm tiếp theo, nếu không trùng thì Robot sẽ tự chạy dò cho tới khi trùng tọa độ mong muốn.
Robot cứ chạy qua các điểm và cuối cùng sẽ tới điểm đích đúng theo yêu cầu đưa ra. Robot được ứng dụng trong việc di chuyển tự động trong tương lai sau này. Tác giả Hoàng Hải Sơn v ABSTRACT The thesis research on GPS and controllers for robot path before running through the map Google Map (Earth). GPS signals from the GPS satellite receiver module to receive and put into the computer processor.
Software was written to get the longitude and latitude in the position we are standing. This signal will be taken to Google maps to locate on the map. Through the map Google Map (Earth) and we find the shortest path is drawn from one position to the standing position we want to move to. This path will be shredded into the given coordinates and PIC microcontroller and robot control run according to schedule (Combined with compass sensor CMPS 03).
In the process of moving the robot, while running to the next point, the microcontroller will compare current coordinates (from GPS) to the desired coordinates (taken from Google maps). If the insect is moving to the next point, if not identical, the robot will automatically run duplicate detection until the desired coordinates. Robot on the run over the final point and destination to satisfy the requirements given. Robot applications in the automatic transfer of the latter in the future.
Author Hoang Hai Son vi DANH SÁCH CÁC HÌNH VẼ HÌNH TRANG Hình 1.1 Chùm vệ tinh GPS .2 Các thành phần của GPS .3 Sơ đồ hoạt động của hệ thống GPS Tracking .1 Sơ đồ chân Vi điều khiển 16F887 .2 Các thành phần hệ thống GPS .3 Chòm sao các vệ tinh GPS. 4 Sơ đồ vi ̣trí các tra ̣m điề u khiể n .5 Tổ ng quan bô ̣ phâ ̣n điề u khiể n .6 Bộ phận sử dụng .7 Nguyên tắc định vị từ 2 vệ tinh .8 Nguyên tắc định vị từ 3 vệ tinh .1 Sơ đồ chân cảm biến la bàn .2 Modun GPS EM - 410 .3 Sơ đồ chân Module GPS. Sơ đồ nguyên lí mạch công suất dùng L298. Khối điều khiển trung tâm dùng PIC 16F887.
Sơ đồ nguyên lí và hình mạch FT RS232. Màn hình LCD 16x2. Mô hình tổng quát của hệ thống. Lưu đồ của hệ thống.
Giao diện phần mềm nhận tín hiệu từ GPS. Thuật toán Dijkstra………………………………………………. Đường đi ngắn nhất trên bản đồ .1 Lưu đồ tổng quát của phần mềm điều khiển.2 Lưu đồ quá trình gửi dữ liệu xuống vi điều khiển .3 Lưu đồ tiến trình lấy dữ liệu từ file đường đi .4 Lưu đồ cập nhật hiển thị GPS .5 Nội dung gói tin .6 Lưu đồ điều khiển Robot .1 Giao diện tìm đường đi ngắn nhất và phân thành nhiều điểm .2 Giao diện truyền dữ liệu xuống vi điều khiển .3 Hình ảnh Robot di chuyển bám theo tọa độ .4 Đường đi của Robot.56 DANH SÁCH CÁC BẢNG BẢNG TRANG Bảng 3.1 Chức năng các chân cảm biến la bàn………………………………28 Bảng 3.2 Bảng chức năng chuỗi tín hiệu đọc từ GPS………………….3 Chức năng các chân của LCD 16x2……………………………….38 xiii Giải thuật tìm đường đi ngắn nhất GPS ứng dụng trong giao thông MỤC LỤC MỤC LỤC. 3 CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN .1 Tổng quan chung về lĩnh vực nghiên cứu, các kết quả nghiên cứu trong và ngoài nước đã công bố.1 Tổng quan về GPS .2 Các thành phần GPS .3 Các ứng dụng của hệ thống định vị GPS .4 Các công trình nghiên cứu đã được công bố .2 Mục tiêu, khách thể và đối tượng nghiên cứu.2 Khách thể và đối tượng nghiên cứu .3 Nhiệm vụ của đề tài và phạm vi nghiên cứu.4 Phương pháp nghiên cứu.5 Tóm lược nội dung luận văn, điểm mới so với các công trình khác.
14 CHƢƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT .1 TỔNG QUAN VỀ VI ĐIỀU KHIỂN PIC .1 Ngôn ngữ lập trình và mạch nạp cho PIC .2 Sơ đồ chân vi điều khiển .2 TỔNG QUAN VỀ GPS .1 Các thành phần của hệ thống .2 Nguyên tắc định vị. 24 CHƢƠNG 3: THIẾT KẾ PHẦN CỨNG VÀ PHẦN MỀM.1 THIẾT KẾ PHẦN CỨNG .1 Cảm biến la bàn CMPS-03.2 Module GPS EM - 410.3 Mạch công suất dùng L298. Võ Tƣờng Quân Trang 1 HVTH: Hoàng Hải Sơn Giải thuật tìm đường đi ngắn nhất GPS ứng dụng trong giao thông 3.4 Sơ đồ khối xử lý trung tâm .5 Mạch chuyển đổi USB – COM .6 Mạch hiển thị dùng LCD 16x2 .7 MÔ HÌNH TỔNG QUÁT ĐIỀU KHIỂN HỆ THỐNG.8 LƯU ĐỒ CỦA HỆ THỐNG .2 THIẾT KẾ PHẦN MỀM .1 Phần mềm nhận tín hiệu từ GPS .2 Tìm đường đi ngắn nhất trên bảng đồ .3 Phần mềm hiển thị tọa độ dùng bản đồ offline. 47 CHƢƠNG 4: KẾT QUẢ ĐẠT ĐƢỢC .1 NHẬN TÍN HIỆU TỪ GPS VÀ HIỂN THỊ LÊN BẢN ĐỒ .2 TÌM ĐƯỜNG ĐI NGẮN NHẤT TRÊN BẢN ĐỒ GOOGLE VÀ HIỂN THỊ 51 4.1 Truyền tín hiệu xuống vi điều khiển .2 Cập nhật hiển thị tọa độ GPS .3 Nội dung gói tin gửi và nhận (Protocol) .3 LẬP TRÌNH ĐIỀU KHIỂN ROBOT.
53 CHƢƠNG 5: KẾT LUẬN .1 Kết quả đạt được .1 Tìm đường đi ngắn nhất và truyền tín hiệu xuống Robot .2 Thử nghiệm Robot trên đường đi thực tế .2 Các vấn đề còn tồn tại .3 Hướng phát triển của đề tài. 58 TÀI LIỆU THAM KHẢO. Võ Tƣờng Quân Trang 2 HVTH: Hoàng Hải Sơn Giải thuật tìm đường đi ngắn nhất GPS ứng dụng trong giao thông LỜI NÓI ĐẦU Cùng với sự phát triển của cuộc sống con người thì những yêu cầu về xác định vị trí là rất quan trọng. Khi muốn đi trên đường ta có thể dựa vào tòa nhà, các cây hay là các cột mốc… Để xác định đường đi và vị trí mình đang đứng.
Ngày xưa, khi con người muốn đi qua một khu vực nào đó mới như là rừng hay là sa mạc họ phải để lại dấu vết như là đánh dấu lên đường, bẻ một cành cây để xác định vị trí của mình đã đi qua. Tuy nhiên, sau này khi đi biển thì để xác định vị trí của mình họ không thể dựa vào các vật được đánh dấu, họ dựa vào thiên văn các vì sao trên trời, sử dụng la bàn để xác định phương hướng và các độ lệch của các vì sao như thế họ sẽ định vị được vị trí của họ trên biển. Tuy nhiên, những phương pháp này có độ chính xác không cao và phụ thuộc rất nhiều vào thời tiết. Vào giữa thế kỷ 20, các nhà khoa học đã phát minh ra cách dùng sóng vô tuyến để đo khoảng cách.
Bằng cách sử dụng nhiều trạm phát sóng vô tuyến, với một máy thu sóng vô tuyến ta có thể bắt được sóng từ các trạm phát này. Khoảng cách có được khi sử dụng phương pháp này không lớn lắm. Những phương pháp trên tuy đã một phần nào xác định được vị trí, nhưng đó vẫn chỉ là vị trí trong không gian hai chiều, vị trí tìm được thường biến thiên trong một khoảng khá lớn và trong một số yêu cầu khác thì hầu như không thể áp dụng các phương pháp trên. Trước những nhược điểm và những yêu cầu thực tiễn ngày càng cao, cũng như yêu cầu độ chính xác lớn về vị trí, người ta cần thiết có một hệ thống có thể giải quyết được mọi vấn đề này.
Vì vậy, hệ thống định vị toàn cầu GPS đã được nghiên cứu và triển khai, lắp đặt thành công bởi Mỹ. Nhờ hệ thống GPS, ta có thể quan sát toàn bộ Trái đất mà không bị ảnh hưởng của thời tiết. Nhờ các thông số khoảng cách từ mỗi vệ tinh tới điểm khảo sát, ta có thể xác định khá chính xác vị trí trong không gian của điểm cần tìm. Ngoài các tham số về không gian, hệ thống GPS còn cung cấp khá nhiều tiện ích và dịch vụ khác như thông số về thời gian, tần số chuẩn,… Ngoài ra hệ thống GPS còn mang lại rất nhiều tiện ích khác như dẫn đường, đo đạc địa chất, khảo sát đáy biển….
Võ Tƣờng Quân Trang 3 HVTH: Hoàng Hải Sơn Giải thuật tìm đường đi ngắn nhất GPS ứng dụng trong giao thông CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN Trong quá trình phát triển nhanh chóng và toàn diện của khoa học và công nghệ, máy móc càng ngày càng trở nên thông minh hơn và được sử dụng nhiều hơn để phục vụ cho con người về nhiều mặt, quân sự cũng như dân sự.