Bối cảnh và vấn đề nghiên cứu

Sự gia tăng nhanh chóng của các phương tiện giao thông cơ giới cá nhân tại các đô thị lớn đang gây ra tình trạng ùn tắc giao thông nghiêm trọng và làm gia tăng mức độ ô nhiễm môi trường do khí thải từ nhiên liệu hóa thạch. Trong bối cảnh đó, việc phát triển hệ thống xe đạp công cộng được xem là một giải pháp giao thông xanh hiệu quả, hỗ trợ kết nối linh hoạt với các phương thức vận tải hành khách công cộng khối lượng lớn như xe buýt và tàu điện đô thị, đồng thời khuyến khích lối sống vận động lành mạnh. Tại Việt Nam, mô hình này đã bắt đầu được triển khai thực tế bởi các doanh nghiệp như tập đoàn TNGO tại Thành phố Hồ Chí Minh, Vũng Tàu, Hải Dương và Hà Nội.

Nhằm giải quyết bài toán quản lý, vận hành và giám sát phương tiện tự động theo thời gian thực với chi phí hợp lý, đồ án tốt nghiệp ngành Công nghệ Kỹ thuật Máy tính (Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật TP.HCM) đã thực hiện đề tài "Mô hình quản lý hệ thống cho thuê xe đạp trong thành phố" do sinh viên Nguyễn Thị Nhật Băng và Tô Hoàng Vũ thực hiện dưới sự hướng dẫn của ThS. Huỳnh Thị Thu Hiền.

Mục tiêu nghiên cứu của đề tài được xác định cụ thể theo hai nhóm nhiệm vụ:

  1. Về phần cứng: Xây dựng khối phần cứng gắn trên xe đạp có khả năng định vị vị trí thời gian thực qua GPS, tự động phát hiện và gửi cảnh báo té ngã xe, điều khiển đóng/mở khóa tự động thông qua thao tác quét mã QR, và kích hoạt còi báo động chống trộm khi phát hiện vị trí của xe bị dịch chuyển vượt quá ngưỡng cho phép trong trạng thái đang đóng khóa.
  2. Về phần mềm: Xây dựng trang Web quản lý phục vụ công tác giám sát từ xa của ban quản trị (theo dõi vị trí, tình trạng trạm, cảnh báo sự cố) và ứng dụng di động (App) dành cho người dùng thực hiện các thao tác: đăng ký/đăng nhập tài khoản, tìm kiếm trạm xe, tra cứu số lượng xe trống và chỗ đỗ trống, quét mã QR để mở/đóng khóa, nạp tiền, thanh toán cước phí và xem lịch sử giao dịch.

Đối tượng nghiên cứu của đồ án bao gồm:

  • Sơ đồ nguyên lý và cơ chế hoạt động của các linh kiện phần cứng: vi điều khiển ESP32, module truyền thông 4G Sim 7600CE-M1S, module định vị GPS ATGM336H, cảm biến gia tốc và con quay hồi chuyển MPU6050, mạch điều khiển động cơ bước A4988, động cơ bước 42 hai pha bốn dây, còi báo động SFM-20B và mạch giảm áp LM2596S-3A.
  • Ngôn ngữ và công cụ phát triển phần mềm: Visual Studio Code, ngôn ngữ lập trình HTML, CSS, JavaScript, môi trường phát triển Arduino IDE (C/C++).
  • Nền tảng cơ sở dữ liệu đám mây Firebase (Realtime Database, Authentication, Hosting) và các chuẩn giao tiếp phần cứng (UART, I2C).

Phạm vi nghiên cứu của đề tài được giới hạn ở việc xây dựng và thử nghiệm mô hình thực nghiệm với số lượng phương tiện mô phỏng là 02 xe đạp.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp

Cơ sở lý thuyết và công nghệ sử dụng

Nghiên cứu được xây dựng dựa trên nền tảng kiến trúc Internet of Things (IoT) gồm 4 tầng chức năng:

  • Tầng thiết bị (Things): Các cụm cảm biến MPU6050, module định vị GPS và cơ cấu chấp hành khóa cơ khí lắp trên xe đạp.
  • Tầng trạm kết nối (Gateways): Module truyền thông Sim 7600CE-M1S kết nối mạng di động 4G đóng vai trò truyền tải dữ liệu giữa vi điều khiển và máy chủ đám mây.
  • Tầng hạ tầng mạng và điện toán đám mây (Network and Cloud): Nền tảng Google Firebase cung cấp dịch vụ cơ sở dữ liệu thời gian thực (Firebase Realtime Database) định dạng chuỗi JSON có chứng chỉ bảo mật SSL, dịch vụ xác thực người dùng (Firebase Authentication) và dịch vụ lưu trữ phân phối nội dung (Firebase Hosting/CDN).
  • Tầng dịch vụ (Services): Ứng dụng Web quản lý và ứng dụng di động (App) phục vụ tương tác người dùng.

Hệ thống sử dụng hai chuẩn truyền thông nối tiếp chính trong phần cứng:

  • Chuẩn UART (Universal Asynchronous Receiver/Transmitter): Sử dụng để truyền nhận dữ liệu bất đồng bộ giữa vi điều khiển ESP32 với module Sim 7600CE-M1S và module GPS ATGM336H. Khung dữ liệu cấu hình gồm Start bit, 5-9 bit dữ liệu, bit kiểm tra chẵn lẻ (Parity) và Stop bit.
  • Chuẩn I2C (Inter-Integrated Circuit): Sử dụng 2 đường tín hiệu nối tiếp (SDA - truyền dữ liệu và SCL - xung nhịp đồng hồ) để giao tiếp tốc độ cao giữa ESP32 (Master) và cảm biến MPU6050 (Slave).

Phương pháp nghiên cứu

Tác giả áp dụng phương pháp thiết kế và chế tạo kỹ thuật kết hợp phương pháp thực nghiệm:

  • Phân tích yêu cầu chức năng của hệ thống giao thông thông minh để thiết kế sơ đồ khối phần cứng và lưu đồ thuật toán điều khiển.
  • Tính toán công suất tiêu thụ, thiết kế mạch nguyên lý, vẽ mạch in PCB và thi công lắp ráp mô hình khóa cơ điện tử.
  • Lập trình nhúng vi điều khiển trên Arduino IDE bằng C/C++; phát triển giao diện Web và App di động trên Visual Studio Code bằng HTML/CSS/JavaScript.
  • Thu thập dữ liệu thực tế bằng các phép đo kiểm tra thông số điện áp, dòng tiêu thụ, kiểm tra độ chính xác tọa độ GPS, độ nhạy phát hiện té ngã của cảm biến gia tốc và kiểm thử quy trình giao dịch thời gian thực.

Thiết kế và triển khai

Hệ thống được thiết kế theo cấu trúc module hóa cao nhằm đảm bảo tính ổn định và khả năng trao đổi dữ liệu hai chiều liên tục giữa phần cứng và phần mềm qua nền tảng Firebase Realtime Database.

       +---------------------------------------------------------+
       |                  HẠ TẦNG GOOGLE FIREBASE                |
       |  (Realtime Database, Firebase Auth, Firebase Hosting)   |
       +----------------------------+----------------------------+
                                    ^
                 Đồng bộ dữ liệu qua|mạng 4G LTE / Internet
                                    v
       +----------------------------+----------------------------+
       |        KHỐI ĐIỀU KHIỂN TRUNG TÂM (ESP32-WROOM-32)       |
       +----------------------------+----------------------------+
         |              |                     |                |
   (I2C: G21, G22) (UART2: G16, G17)   (UART1: G32, G35)   (GPIO / Driver)
         v              v                     v                v
   +-----------+  +---------------+     +-----------+    +-------------+
   |  MPU6050  |  | Sim 7600CE-M1S|     | ATGM336H  |    | Driver A4988|
   | (Gia tốc, |  | (Truyền thông |     | (Định vị  |    | + Động cơ   |
   |  Góc ngã) |  |    4G LTE)    |     |   GPS)    |    |  bước khóa  |
   +-----------+  +---------------+     +-----------+    +-------------+
                                                               |
                                                         +-----+-----+
                                                         | Còi SFM20B|
                                                         +-----------+

Kiến trúc phần cứng và sơ đồ kết nối

Phần cứng trung tâm sử dụng bo mạch ESP32 NodeMCU 38 chân tích hợp vi xử lý ESP32-WROOM-32, bộ nhớ 448 KB ROM, 520 KB SRAM, hỗ trợ kết nối Wi-Fi chuẩn IEEE 802.11 và chip nạp UART CP2102. Các khối chức năng ngoại vi được kết nối chi tiết như sau:

Linh kiện / Module Thông số kỹ thuật chính Giao tiếp Chân kết nối ESP32 Chức năng trong hệ thống
ESP32 NodeMCU 38 chân Vi xử lý ESP32-WROOM-32, nguồn 5V USB / 3.3V DC, SRAM 520KB Trung tâm - Thu thập, xử lý tín hiệu cảm biến, điều khiển động cơ và đồng bộ Firebase
Module Sim 7600CE-M1S Đa băng tần 2G/3G/4G, LTE CAT4 (Down: 150 Mbps, Up: 50 Mbps), điện áp 3.0–4.8V UART TX $\rightarrow$ G17 (RX)
RX $\rightarrow$ G16 (TX)
PW_E $\rightarrow$ G15
VCC $\rightarrow$ 5V, GND $\rightarrow$ GND		 Kết nối mạng 4G truyền nhận dữ liệu hai chiều với Firebase
Module GPS ATGM336H Chip AT6558, 32 kênh vệ tinh BDS/GNSS, độ nhạy -162 dBm, độ chính xác 2.5m (CEP) UART TX $\rightarrow$ G35
RXD $\rightarrow$ G32
VCC $\rightarrow$ 5V, GND $\rightarrow$ GND		 Thu nhận tọa độ địa lý (kinh độ, vĩ độ) của xe theo thời gian thực
Cảm biến MPU6050 6 DOF (3 trục gia tốc $\pm2g \dots \pm16g$, 3 trục con quay hồi chuyển $\pm250 \dots \pm2000^\circ$/s), nhiệt độ $-40 \dots +85^\circ$C I2C SCL $\rightarrow$ G22
SDA $\rightarrow$ G21
VCC $\rightarrow$ 5V, GND $\rightarrow$ GND		 Đo gia tốc và góc nghiêng để phát hiện và gửi cảnh báo té ngã xe
Driver A4988 Điện áp tải 8–35V, dòng liên tục 1A (tản nhiệt đạt 2A), hỗ trợ vi bước từ Full đến 1/16 Digital I/O Chân điều khiển Step/Dir nối GPIO ESP32 Điều khiển động cơ bước thực hiện cơ chế chốt mở/đóng khóa xe
Động cơ bước 42 Động cơ bước 2 pha 4 dây, điện áp 5V DC, góc bước 48 bước/vòng, trở pha 7.5 $\Omega$ Tải công suất Nối ngõ ra động cơ của Driver A4988 Kéo/đẩy chốt khóa cơ khí
Còi báo SFM-20B Điện áp 3–24V DC, dòng 12 mA, tần số phát âm $3300 \pm 500$ Hz Digital I/O Chân điều khiển qua Transistor/GPIO Báo động khi xe bị dời vị trí trái phép lúc đang khóa
Mạch hạ áp LM2596S-3A Input 3–30V, Output 1.5–30V, dòng cực đại 3A, hiệu suất 92%, công suất 15W Nguồn Ngõ vào nối ắc quy/pin 12V, ngõ ra cấp 5V hệ thống Ổn định nguồn cấp cho toàn bộ vi điều khiển và các module ngoại vi

Tính toán và thiết kế khối nguồn

Để đảm bảo toàn bộ hệ thống hoạt động ổn định khi cấp nguồn di động từ pin/ắc quy 12V qua mạch giảm áp LM2596S-3A, tác giả đã tiến hành đo đạc và tổng hợp mức tiêu thụ điện áp và dòng điện của từng linh kiện:

STT Tên linh kiện Điện áp hoạt động Dòng điện tiêu thụ
1 Module ESP32 38 chân 3.3V – 5V ~0.08 A (80 mA)
2 Module Sim 7600CE-M1S 3.8V – 5V ~0.10 A (đỉnh truyền tải có thể cao hơn)
3 Cảm biến gia tốc MPU6050 3V – 5V 0.005 A (5 mA)
4 Module định vị GPS ATGM336H 3.3V – 5V ~0.025 A (25 mA)
5 Mạch điều khiển động cơ A4988 & Động cơ bước 8V – 35V / 5V ~2.00 A (khi kéo tải khóa)
6 Còi báo động SFM-20B 4V – 24V 0.012 A (12 mA)
Tổng Toàn bộ hệ thống khi hoạt động đồng thời Nguồn cấp 12V $\approx$ 2.22 A

Khối nguồn sử dụng mạch hạ áp LM2596S có dòng định mức đáp ứng tối đa 3A, hiệu suất 92%, hoàn toàn đáp ứng mức tải cực đại 2.22A của hệ thống.

Nội dung chính theo từng chương

Chương 1: Giới thiệu chung

Chương này thiết lập nền tảng và tính cấp thiết của đề tài. Tác giả phân tích thực trạng giao thông đô thị, vấn đề ô nhiễm không khí và sự chuyển dịch sang các mô hình giao thông chia sẻ xanh. Nội dung xác định rõ ràng mục tiêu nghiên cứu gồm phát triển cụm phần cứng thông minh tích hợp trên xe và xây dựng hệ thống phần mềm kép (Web quản lý và App người dùng). Chương này cũng xác lập giới hạn đề tài ở mức độ thử nghiệm mô hình với 2 xe đạp, phân định đối tượng nghiên cứu phần cứng (ESP32, Sim7600CE, GPS ATGM336H, MPU6050, cơ cấu khóa) và phần mềm (VS Code, Firebase, Arduino IDE).

Chương 2: Cơ sở lý thuyết

Chương 2 trình bày tổng quan các kiến thức chuyên ngành được ứng dụng:

  • Cấu trúc hệ thống IoT gồm 4 tầng (Things, Gateways, Network/Cloud, Services) kèm phân tích ưu điểm (linh hoạt, tự động hóa) và nhược điểm (phụ thuộc kết nối mạng, nguy cơ an ninh dữ liệu).
  • Môi trường phát triển Arduino IDE dùng để biên dịch và nạp mã nguồn C/C++ cho ESP32, cấu trúc thư viện mã nguồn mở và các thao tác biên dịch/nạp (Verify, Upload, Serial Monitor).
  • Trình biên dịch Visual Studio Code và các công nghệ phát triển web front-end: HTML (định hình cấu trúc trang), CSS (thiết kế giao diện, định dạng phong cách), JavaScript (xử lý logic tương tác và hành vi phía client).
  • Nền tảng Google Firebase, tập trung vào cơ chế đồng bộ JSON của Realtime Database, khả năng xác thực bảo mật Firebase Authentication và dịch vụ phân phối nhanh Firebase Hosting.
  • Nguyên lý truyền thông nối tiếp UART (cấu trúc khung truyền bit, cơ chế kiểm tra lỗi Parity) và giao thức I2C (giao tiếp 2 dây master-slave).

Chương 3: Thiết kế và thi công hệ thống

Chương 3 tập trung vào toàn bộ quá trình hiện thực hóa mô hình:

  • Thiết kế phần cứng: Xây dựng sơ đồ khối chi tiết (khối cảm biến, khối module viễn thông, khối xử lý trung tâm ESP32, khối động cơ và còi báo, khối nguồn). Trình bày bảng thông số kỹ thuật, sơ đồ kết nối chân nguyên lý giữa ESP32 với MPU6050, Sim7600CE, ATGM336H, A4988, SFM-20B; tính toán tải nguồn và thiết kế mạch in PCB hoàn chỉnh.
  • Thiết kế phần mềm: Xây dựng lưu đồ giải thuật cho hệ thống nhúng phần cứng và lưu đồ ứng dụng. Thuật toán phần cứng vận hành theo chu trình: khởi tạo ngoại vi $\rightarrow$ kiểm tra tín hiệu mạng/GPS $\rightarrow$ đọc dữ liệu cảm biến MPU6050 (gửi cảnh báo nếu phát hiện góc nghiêng bất thường/ngã) $\rightarrow$ nhận lệnh từ Firebase để quay động cơ mở/đóng khóa $\rightarrow$ kiểm tra độ lệch tọa độ khi khóa đang đóng (nếu vượt ngưỡng $\rightarrow$ kích hoạt còi SFM-20B).
  • Thiết kế giao diện Web giám sát (bản đồ theo dõi, danh sách trạm, quản lý xe) và giao diện ứng dụng App (đăng ký/đăng nhập, quét mã QR, bản đồ định vị trạm xe, giao diện nạp tiền và thanh toán chuyến đi).

Chương 4: Kết quả và đánh giá

Chương 4 công bố các kết quả thực nghiệm sau khi chế tạo và thử nghiệm mô hình:

  • Kết quả phần cứng: Chế tạo thành công mạch in PCB thực tế (mặt trước và mặt sau), lắp ráp hoàn chỉnh cụm ổ khóa thông minh tích hợp động cơ bước, mạch điều khiển và các module cảm biến.
  • Kết quả phần mềm Web: Hiển thị trực quan dữ liệu từ Firebase gồm tọa độ vị trí thực tế của xe trên bản đồ số, trạng thái khóa xe (đang mở / đang đóng), tín hiệu cảnh báo ngã xe và số liệu tổng hợp xe trống/chỗ trống tại trạm.
  • Kết quả phần mềm App: Vận hành ổn định các chức năng tạo tài khoản, đăng nhập, quét mã QR để mở khóa thành công, cập nhật trạng thái thuê xe theo các kịch bản (chưa thuê xe, thuê 1 xe, thuê 2 xe), hiển thị giao diện nạp tiền và thanh toán chi phí chuyến đi.
  • Đánh giá hệ thống: Đưa ra các bảng đánh giá định tính và định lượng về mức độ đáp ứng của phần cứng và phần mềm so với mục tiêu ban đầu.

Chương 5: Kết luận và hướng phát triển

Chương cuối tóm tắt toàn bộ khối lượng công việc đã hoàn thành: làm chủ công nghệ điều khiển phần cứng ESP32 kết hợp Sim 4G và GPS, xây dựng hoàn chỉnh hệ thống quản lý IoT khép kín từ thiết bị đến người dùng. Tác giả đề xuất các giải pháp nâng cấp mô hình trong tương lai nhằm đưa vào ứng dụng thực tiễn rộng rãi.

Kết quả và đóng góp

Kết quả thực nghiệm chính

Đồ án đã chế tạo và kiểm thử thành công hệ thống với các chỉ số kỹ thuật cụ thể:

  1. Phần cứng nhúng:
    • Module GPS ATGM336H ghi nhận dữ liệu định vị với sai số thiết kế đạt mức 2.5m (CEP), độ nhạy theo dõi đạt -162 dBm.
    • Cảm biến MPU6050 nhận diện chính xác sự thay đổi đột ngột về gia tốc và góc nghiêng của thân xe trên cả 3 trục không gian, gửi cảnh báo té ngã lên hệ thống máy chủ.
    • Cơ cấu khóa cơ điện tử điều khiển qua driver A4988 và động cơ bước hoạt động dứt khoát; cơ chế kích hoạt còi báo động SFM-20B (tần số 3300 Hz) tự động hoạt động khi xe ở trạng thái đóng khóa nhưng bị di chuyển lệch khỏi tọa độ ban đầu.
    • Mạch hạ áp LM2596S duy trì điện áp 5V ổn định cho toàn hệ thống với mức tiêu thụ dòng tổng hợp đạt $\approx 2.22$ A ở chế độ tải danh định.
  2. Hệ thống phần mềm và truyền thông:
    • Module Sim 7600CE-M1S truyền tải dữ liệu ổn định qua mạng di động LTE CAT4 (tốc độ lý thuyết tải về 150 Mbps, tải lên 50 Mbps).
    • Cơ sở dữ liệu Firebase Realtime Database cập nhật và đồng bộ trạng thái phương tiện (vị trí, trạng thái khóa, cảnh báo) giữa mạch ESP32, ứng dụng Web quản lý và App người dùng theo thời gian thực.
    • Thử nghiệm thành công kịch bản vận hành thực tế đối với quy mô mô phỏng 02 xe: xử lý đầy đủ các trường hợp người dùng chưa thuê xe, thuê 1 xe và thuê đồng thời 2 xe; quy trình quét mã QR mở khóa và thanh toán cước phí diễn ra chính xác.

Đóng góp kỹ thuật của đề tài

  • Tích hợp thành công giải pháp giám sát an toàn phương tiện đa tầng (định vị GPS + cảnh báo té ngã qua MPU6050 + cảnh báo dời vị trí trái phép qua còi SFM-20B) trên một bo mạch vi điều khiển ESP32 duy nhất.
  • Ứng dụng giải pháp kết nối mạng 4G độc lập qua module Sim 7600CE-M1S, giúp thiết bị hoạt động liên tục ở mọi vị trí ngoài đô thị mà không phụ thuộc vào mạng Wi-Fi cố định.
  • Xây dựng mô hình kiến trúc hoàn chỉnh từ thiết bị phần cứng (Firmware C/C++) đến nền tảng đám mây (Firebase) và giao diện người dùng đa nền tảng (Web/App).

Hạn chế và hướng nghiên cứu tiếp

Hạn chế

  • Mô hình thử nghiệm mới dừng lại ở quy mô giả định 02 xe đạp, chưa đánh giá được áp lực tải dữ liệu đồng thời khi số lượng phương tiện tăng lên hàng nghìn xe.
  • Cụm phần cứng sử dụng nguồn pin cấp chung qua hạ áp LM2596S, chưa tích hợp giải pháp thu hồi năng lượng tự sạc tại chỗ (như sử dụng tấm pin năng lượng mặt trời hoặc dynamo phát điện ở moay-ơ xe).
  • Kết cấu cơ khí của hộp khóa và mạch điện tử mới ở dạng mô hình thí nghiệm, cần gia công khuôn vỏ chống nước và chống rung sốc đạt tiêu chuẩn ngoài trời.

Hướng phát triển tiếp

  • Mở rộng quy mô thử nghiệm hệ thống với số lượng trạm và phương tiện thực tế lớn hơn tại khu vực khuôn viên trường đại học hoặc khu đô thị.
  • Tích hợp thêm các tấm pin năng lượng mặt trời gắn trên giỏ xe hoặc khung xe đạp để tự động nạp lại nguồn cho pin 12V, nâng cao thời lượng hoạt động độc lập của thiết bị.
  • Tối ưu hóa thuật toán tiết kiệm năng lượng trên ESP32 (áp dụng các chế độ Sleep mode khi xe không di chuyển để giảm dòng tiêu thụ xuống mức microampe).
  • Nâng cấp ứng dụng di động sang các nền tảng native/framework chuyên dụng (như Flutter hoặc React Native) và tích hợp các cổng thanh toán điện tử trực tuyến (MoMo, ZaloPay, VNPay).

Giá trị tham khảo

Tài liệu đồ án này có giá trị tham khảo thiết thực cho:

  • Sinh viên ngành Công nghệ Kỹ thuật Máy tính, Điện - Điện tử, Kỹ thuật Điều khiển và Tự động hóa, Hệ thống Thông tin: Cung cấp tài liệu chi tiết về phương pháp thiết kế mạch nhúng IoT sử dụng vi điều khiển ESP32, cách kết nối và lập trình giao tiếp với module Sim 4G Sim7600CE, module GPS ATGM336H và cảm biến MPU6050 qua chuẩn UART/I2C.
  • Người nghiên cứu các đề tài về Thành phố thông minh (Smart City) và Giao thông thông minh (ITS): Tham khảo kiến trúc kết nối thời gian thực giữa thiết bị phần cứng với Google Firebase (Realtime Database, Hosting, Auth) và mô hình quản lý phương tiện chia sẻ công cộng.
  • Kỹ sư phát triển sản phẩm nhúng: Tham khảo bảng tính toán phân bổ công suất nguồn và sơ đồ nguyên lý mạch điều khiển động cơ bước A4988 kết hợp cơ cấu an ninh cảnh báo còi báo động.

Câu hỏi thường gặp

1. Vi điều khiển trung tâm và các module ngoại vi chính được sử dụng trong hệ thống phần cứng là gì?
Hệ thống sử dụng vi điều khiển ESP32 NodeMCU 38 chân (vi xử lý ESP32-WROOM-32), kết hợp với module truyền thông 4G Sim 7600CE-M1S (giao tiếp UART), module định vị GPS ATGM336H (chip AT6558, giao tiếp UART), cảm biến gia tốc và con quay hồi chuyển 6 DOF MPU6050 (giao tiếp I2C), driver A4988 điều khiển động cơ bước 42 hai pha bốn dây, còi báo động SFM-20B và mạch giảm áp LM2596S-3A.

2. Cơ chế cảnh báo té ngã xe và chống trộm của hệ thống hoạt động như thế nào?
Cảm biến MPU6050 liên tục đo gia tốc và góc nghiêng theo 3 trục không gian; khi phát hiện góc nghiêng thay đổi bất thường (xe bị ngã), ESP32 sẽ gửi tín hiệu cảnh báo lên Firebase để hiển thị trên Web quản lý. Về cơ chế chống trộm: khi xe đang ở trạng thái khóa, hệ thống lưu lại tọa độ GPS ban đầu; nếu tọa độ GPS hiện tại bị dịch chuyển vượt quá ngưỡng cho phép so với vị trí lúc khóa, ESP32 sẽ tự động kích hoạt còi báo SFM-20B phát âm thanh báo động.

3. Dữ liệu giữa phần cứng, ứng dụng Web quản trị và App người dùng được đồng bộ qua nền tảng nào?
Toàn bộ dữ liệu được đồng bộ hai chiều thời gian thực thông qua cơ sở dữ liệu đám mây Google Firebase Realtime Database dưới định dạng chuỗi JSON. Ngoài ra, hệ thống sử dụng Firebase Authentication để quản lý đăng ký/đăng nhập của người dùng và Firebase Hosting để lưu trữ, triển khai ứng dụng.

4. Khối nguồn của hệ thống được tính toán với thông số điện áp và dòng tiêu thụ như thế nào?
Hệ thống sử dụng nguồn cấp 12V đi qua mạch hạ áp LM2596S-3A (ngõ ra 5V, công suất 15W, hiệu suất 92%) để cấp nguồn cho các linh kiện. Tổng dòng tiêu thụ đo đạc khi toàn bộ hệ thống hoạt động (bao gồm ESP32: ~0.08A, Sim7600CE: ~0.1A, MPU6050: 5mA, GPS ATGM336H: ~25mA, A4988 và động cơ bước: ~2A, còi SFM-20B: 12mA) đạt mức xấp xỉ 2.22 A.

5. Giới hạn quy mô thực nghiệm của đề tài là bao nhiêu?
Đề tài thực hiện thiết kế, thi công mạch in PCB thực tế và kiểm thử vận hành đồng bộ trên mô hình mô phỏng với số lượng phương tiện giả định là 02 xe đạp.

Kết luận

Đồ án tốt nghiệp "Mô hình quản lý hệ thống cho thuê xe đạp trong thành phố" đã thiết kế và chế tạo thành công hệ thống giám sát và quản lý phương tiện giao thông công cộng dựa trên nền tảng IoT và mạng di động 4G. Nghiên cứu giải quyết trọn vẹn bài toán tích hợp giữa phần cứng nhúng (ESP32, GPS, cảm biến gia tốc, khóa tự động) với hạ tầng đám mây Google Firebase và ứng dụng giao diện Web/App. Kết quả thử nghiệm trên mô hình 02 xe đạp chứng minh tính khả thi, độ chính xác của cơ chế định vị, khả năng cảnh báo sự cố và quy trình vận hành dịch vụ thuê xe tự động. Đây là cơ sở kỹ thuật tin cậy để tiếp tục phát triển, tối ưu năng lượng và mở rộng ứng dụng vào các hệ sinh thái giao thông thông minh trong thực tế.