MỞ ĐẦU I. TỔNG QUAN TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU TRONG VÀ NGOÀI NƢỚC: Việc nghiên cứu – chế tạo thiết bị kiểm tra phục vụ giảng dạy và học tập trong nhà trƣờng Đại học đã phổ biến trên thế giới,, nhƣng còn khá hạn chế trong các trƣờng ở Việt Nam nói chung và ngành cơ khí động lực ở trƣờng ta nói riêng trong giai đoạn hiện nay. Do đó, việc chế tạo thiết bị , mô hình học cụ sao cho hiệu quả, tiện ích , phù hợp trong giảng dạy thực hành cho khoa Cơ khí Động lực trở nên rất cần thiết. Nó vừa mang tính khoa học, vừa tiết kiệm thời gian đồng thời giúp ngƣời học dễ hiểu, dễ thao tác.
Qua đó, ngƣời học rút ra đƣợc nhiều kiến thức thực tế, thao tác chuẩn, tăng hiệu quả quá trình đào tạo. TÍNH CẤP THIẾT: Công nghệ định vị toàn cầu GPS và các ứng dụng GPS ngày càng đƣợc sử dụng rộng rãi trong cuộc sống. Sự phát triển của công nghệ này đã tạo nên một ngành dịch vụ mới – Dịch vụ khai thác thông tin vị trí (Location- Based Services), ngành dịch vụ khai thác thông tin vị trí tạo thêm tiện ích cho ngƣời dùng. Thị trƣờng giải pháp ứng dụng công nghệ định vị toàn cầu GPS Việt Nam đã phát triển từ khá lâu, trên 5 năm nhƣng năm 2011 mới thực sự phát triển.
Việc sử dụng hệ thống định vị GPS đang ngày càng đƣợc đơn giản hóa. Thị trƣờng xuất hiện nhiều nhà cung cấp, nhà sản xuất mặt hàng này. Tính đến năm 2012, thị trƣờng thiết bị định vị đã bùng nổ dữ dội. Có nhiều sản phẩm định vị với nhiều tính năng, giá thành khác nhau, đáp ứng nhu cầu đa dạng của ngƣời dùng.
Các giải pháp ứng dụng công nghệ định vị GPS đƣợc đƣa ra trong nhiều lĩnh vực về địa chất, bản đồ, thủy văn, viễn thông… đã góp phần đem lại hiệu quả to lớn trong việc tiết kiệm thời gian, tiền bạc, công sức cho con ngƣời, đặc biệt là các chủ doanh nghiệp và nhà nƣớc. Thiết bị định vị GPS cho xe taxi, xe bus, xe vận tải hàng hóa, xe công trình… giúp các chủ doanh nghiệp quản lí, giám sát hệ thống xe, quá trình hoạt động của xe, tình trạng xe, tuyến đƣờng đi, đảm bảo xe chạy an toàn và đúng lộ trình đƣợc giao. Hay nhƣ công nghệ định vị GPS đƣợc tích hợp trên điện thoại di động giúp các bậc phụ huynh có thể bảo vệ con hiệu quả, an toàn hoặc giúp các công ty kinh doanh hàng tiêu dùng bán lẻ có thể quản lý nhân viên của mình một cách chặt chẽ. Đặc biệt, công nghệ GPS còn đƣợc sử dụng 9 Luan van trong khai thác dầu mỏ và khí đốt giúp quản lý tài nguyên dầu mỏ hợp lí và tiết kiệm, có thể định vị vị trí chính xác để khai thác dầu mỏ….
Với những lợi ích thiết thực nêu trên, GPS đang dần trở thành ngƣời bạn đồng hành với cá nhân và nhiều doanh nghiệp trong tƣơng lai. Tuy nhiên, cũng phải thừa nhận rằng dịch vụ GPS hiện nay chƣa phục vụ chuyên sâu. Mặc dù tiềm năng của thị trƣờng GPS đƣợc đánh giá là rất lớn nhƣng còn một số lúng túng của các doanh nghiêp phát triển dịch vụ này vì đầu tƣ chƣa mạnh mẽ, mới chỉ phát triển những dịch vụ cơ bản. Cùng với sự phát triển của khoa học kỹ thuật, các công nghệ mới tiên tiến nhất đƣợc áp dụng để nâng cao đời sống, tăng tính tiện ích cho con ngƣời.
Ngành công nghệ ô t ô cũng không nằm ngoài xu thế đó. Các nhà sản xuất xe hơi luôn muốn đƣa vào ôtô nhƣ̃ng hê ̣ thố ng thông minh , tiê ̣n ích. Mà điều này đƣợc thực hiện trên các điều khiển điện tử , điề u khiể n lâ ̣p trình Đề tài thƣc̣ hiê ̣n các mô hiǹ h nhằ m g iúp sinh viên đƣợc thực tập trên mô hình để hiều sâu hơn về cách hoa ̣t đô ̣ng Hệ thống ĐỊNH VỊ trên ô tô. Giúp sinh viên hiểu rõ cũng nhƣ thực hiện thực tế trên mô hình giảng dạy Hệ thống ĐỊNH VỊ trên ô tô.
Đây là một nghiên cứu ứng dụng tạo ra mô hình dùng để giảng dạy tại các trƣờng Đại học và ứng dụng giảng dạy Hệ thống ĐỊNH VỊ trên ô tô Việc chế tạo thành công mô hình sẽ rất hữu ích, giúp sinh viên có những sáng tạo hiệu quả trong học tập cũng nhƣ khi công tác sau này. Đặc biệt, các trƣờng đào tạo nghề CKĐL hiện đang rất cần các mô hình đào tạo về HỆ THỐNG ĐỊNH VỊ trên ô tô. MỤC TIÊU: - Tìm hiểu cơ sở lý thuyết về các vấn đề liên quan đến công nghệ GPS, cấu trúc vi điều khiển. - Lập trình cho vi điều khiển thu nhận dữ liệu GPS và gửi dữ liệu về máy tính.
- Xây dựng bản đồ online hiển thị vị trí của đối tƣợng đƣợc định vị. - Hoàn thiện đề tài với khả năng ứng dụng cao, mạch hoạt động ổn định và chính xác. - Nghiên cứu, tính toán lý thuyết làm cơ sở chế tạo thƣ̉ nghiê ̣m mô hình học cụ phục vụ công tác đào tạo. 10 Luan van - Nắm vững cơ sở lý thuyết, của Hệ thống ĐỊNH VỊ trên ô tô để làm nền tảng cho quá trình thiết kế mô hình.
- Chế tạo thành công mô hình giảng dạy Hệ thống ĐỊNH VỊ trên ô tô Sử dụng làm tài liệu giảng dạy Nghiên cứu , về mô hình giảng dạy Hệ thống ĐỊNH VỊ trên ô tô I. CÁCH TIẾP CẬN: Qua nghiên cứu lý thuyết , đồng thời tiếp cận các cơ sở sản xuất , sữa chữa ô tô để ttừ đó tìm phƣơng án thiết kế và chế ta ̣o thƣ̉ nghiê ̣m thiết bị đ áp ứng đƣợc mục tiêu đã đặt ra. PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU: Tham khảo tài liệu, thu thập các thông tin có liên quan. Nghiên cứu các tài liệu và mô hình có liên quan.
Để hoàn thành đƣợc đề tài, đã kết hợp nhiều phƣơng pháp nghiên cứu. Trong đó đặc biệt là đọc nhiều tài liệu về linh kiện bán dẫn, linh kiện vi xử lý, các hệ thống chiếu sáng trên ô tô đời mới các sơ đồ mạch điện điều khiển. Các tài liệu về kỹ thuật điện tử, vi mạch…. ĐỐI TƢỢNG VÀ PHẠM VI NGHIÊN CỨU: - Đối tƣợng nghiên cứu: Hệ thống ĐỊNH VỊ trên ô tô để làm nền tảng cho quá trình thiết kế mô hình.
NỘI DUNG NGHIÊN CỨU - Phạm vi nghiên cứu : Lý thuyết , tính toán thiết kế và chế ta ̣o thƣ̉ nghiê ̣m. 11 Luan van Phần 2: NỘI DUNG NGHIÊN CỨU CHƢƠNG 1: CƠ SỞ LÝ THUYẾT 1.1 TỔNG QUAN VỀ GPS 1.1 GIỚI THIỆU CHUNG VỀ HỆ THỐNG GPS Hệ thống vệ tinh định vị toàn cầu GNSS (Global Navigation Satellite System) là tên dùng chung cho các hệ thống định vị toàn cầu sử dụng vệ tinh để định vị vị trí một điểm trên mặt đất. Trên thế giới hiện có 3 hệ thống thuộc GNSS, đó là: GPS (Hoa Kỳ), GALILEO (Liên minh châu Âu) và GLONASS (Liên bang Nga).1: Hệ thống định vị toàn cầu GNSS Vào những thập niên 60 và 70, Bộ quốc phòng Mỹ đã đầu tƣ nghiên cứu và xây dựng hệ thống định vị toàn cầu GPS (Global Positioning System). Vệ tinh GPS đầu tiên đƣợc phóng vào tháng 2 năm 1978 và từ đầu những năm 1990, GPS bắt đầu đƣợc sử dụng trong dân sự.
Chính phủ Mỹ dành riêng mức định vị chính xác cao nhất cho quân đội, tuy nhiên họ cũng đã phát triển mã thu thô C/A cho mục đích dân dụng. Điều này giúp bất cứ ai cũng có thể sử dụng GPS ở bất cứ đâu và bất cứ khi nào. Ở Nga, với kỹ thuật phóng vệ tinh khá tốt, Nga cũng đã xây dựng thành công hệ thống vệ tinh dẫn đƣờng quỹ đạo toàn cầu, viết tắt GLONASS (Global Orbital Navigation Satellite System) vào năm 1995.2 ĐẶC ĐIỂM HỆ THỐNG GPS - Có độ chính xác định vị cao: độ chính xác theo phƣơng đứng, ngang và thời gian. - Phủ sóng toàn cầu 24/24: có thể thu đƣợc tín hiệu GPS tại mọi vị trí trên trái đất do các vệ tinh liên tục phát thông tin quảng bá về vị trí và thời gian 12 Luan van - Là hệ thống thụ động - Vận hành trong mọi điều kiện thời tiết.3 CẤU TRÚC HỆ THỐNG GPS Hệ thống vệ tinh GPS chia làm 3 phần: - Phần không gian (space segment): Các vệ tinh.
- Phần điều khiển (control segment ): Trạm mặt đất. - Phần ngƣời sử dụng (user segment): Bộ thu tín hiệu Hình 1.2: Sơ đồ liên quan ba phần của hệ thống định vị toàn cầu 1.1 Phần không gian Bao gồm các vệ tinh có nhiệm vụ: - Truyền thông tin và tín hiệu đến ngƣời sử dụng trên một hay hai tần số. - Duy trì thời gian tham chiếu với độ chính xác cao (sai số từ 10-12 sec). - Nhận và lƣu trữ các thông tin từ trạm điều khiển mặt đất.
- Thực hiện hiệu chỉnh quỹ đạo vệ tinh và sai số đồng hồ. Tính đến năm 2003, trên quỹ đạo có 26 vệ tinh Block IIA và IIR. Cấ u hình quỹ đạo nhƣ sau: - Có 6 mặt phẳng quỹ đạo gần tròn - Trên mỗi mặt phẳng quỹ đạo có 4 đến 5 vệ tinh - Mặt phẳng quỹ đạo nghiêng so với xích đạo khoảng 55 - Độ cao bay trên mặt đất xấp xỉ 20.200km 13 Luan van Hình 1.3: Phân hệ không gian Mỗi vệ tinh có tới bốn đồng hồ nguyên tử cực kì chính xác (chuẩn Rubidi và Xesi) và một vi xử lý để tự điều khiển và xử lý data trong giới hạn. Các vệ tinh đƣợc trang bị nhiều tên lửa nhỏ phục vụ cho việc duy trì hay thay đổi quỹ đạo của chúng.2 Phần điều khiển Phân hệ điều khiển gồm một trạm điều khiển chủ ở Colorado Springs, Colorado cùng năm trạm giám sát (ở Colorado Springs, đảo Ascension, đảo Diego Garcia, Hawaii và đảo Kwajalein) và ba anten mặt đất đặt rải rác trên thế giới.
Ba trạm ở Ascension, Diego Garcia và Kwajalein dùng để triển khai tuyến lên, truyền thông tin từ mặt đất lên vệ tinh, bao gồm các dữ liệu lịch thiên văn mới, hiệu chỉnh đồng hồ và các bản tin quảng bá khác.4: Vị trí các trạm điều khiển và giám sát GPS 1.3 Phần ngƣời sử dụng 14 Luan van Phân hệ ngƣời sử dụng bao gồm tất cả các máy thu GPS trên mặt đất cho phép ngƣời dùng nhận tín hiệu phát quảng bá từ vệ tinh và tính toán thời gian, vận tốc, tọa độ của họ một cách chính xác. Máy thu của ngƣời dùng đo thời gian trễ để tín hiệu đi tới máy thu; đây là cách đo trực tiếp khoảng cách biểu kiến tới vệ tinh.5: Phần ngƣời sử dụng 1.