Chương 1: Tổng quan Giới thiệu tình hình nghiên cứu hiện nay và tính cấp thiết của đề tài. Chương 2: Cơ sở lý thuyết 2 do an ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Giải thích một số lý thuyết cần thiết được sử dụng trong đề tài. Chương 3: Thiết kế và xây dựng hệ thống Thiết kế sơ đồ hệ thống và giải thích trình tự hoạt động. Lựa chọn các phương pháp thực hiện thi công phần cứng.
Chương 4: Xây dựng lưu đồ giải thuật hệ thống Đưa ra lưu đồ giải thuật và giải thích lưu đồ. Chương 5: Kết quả thực hiện Trình bày kết quả thực hiện về phần cứng và phần mềm. Chương 6: Kết luận và hướng phát triển Nêu ra các ưu nhược điểm của hệ thống, phương hướng khắc phục và hướng cải thiện của hệ thống. 3 do an ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT 2.
LÝ THUYẾT CƠ BẢN VỀ GPS 2. Khái niệm về GPS Global Positioning System (GPS) là hệ thống định vị vị trí dựa vào hệ thống vệ tinh. Hệ thống này được sử dụng từ năm 1995, do Mỹ xây dựng. Hiện nay, có rất nhiều thiết bị và ứng dụng đã và đang sử dụng hệ thống này.
Tuy nhiên, chúng ta chỉ có thể sử dụng GPS của người Mỹ ở một mức độ nhất định, đủ để dùng cho mục đích cá nhân mà thôi. Ngoài ra hệ thống GPS còn cung cấp rất nhiều dịch vụ và thông tin dành cho các lĩnh vực khoa học, quân sự, hàng không, dự báo thời tiết v. Hệ thống bao gồm: Phần không gian: Gồm một tổ hợp rất nhiều vệ tinh đang bay trên bầu trời theo những quỹ đạo nhất định, những vệ tinh này hoạt động có tính toán và điều chỉnh để có thể phủ sóng toàn bộ mặt đất sao cho ở bất cứ điểm nào trên mặt đất cũng đều có tối thiểu bốn vệ tinh giám sát. Các vệ tinh này bay ở độ cao 20,000 km.
Phần điều khiển: Là các trung tâm mặt đất đặt cố định và rải rác khắp thế giới, có chức năng theo dõi và điều khiển hoạt động của các vệ tinh trên. Phần sử dụng: Là thiết bị thu nhận và sử dụng tín hiệu GPS có mục đích. Thiết bị này bao gồm phần cứng để thu nhận sóng, phần mềm để giải mã sóng, tính toán, và phần giao diện. Cơ chế hoạt động Vị trí của một điểm trên mặt đất sẽ là tham chiếu so với vị trí của các vệ tinh và trung tâm tín hiệu trung gian mặt đất.
Có thể giải thích rằng vị trí của thiết bị sử dụng sẽ được tính toán dựa trên khoảng cách từ nơi thiết bị đó đến các vệ tinh, và đến các trung tâm mặt đất. Khoảng cách này được đo với phương pháp quãng đường bằng vận tốc nhân với thời gian. Ở đây, vận tốc là vận tốc truyền tín hiệu (sóng), thời gian được đo bằng đồng hồ nguyên tử có độ chính xác cực cao. Vì thế, khi nhận được tín hiệu từ vệ tinh, thiết bị sẽ tự tính toán ra khoảng cách giữa thiết bị và vệ tinh thông qua phương pháp trên.
4 do an ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Hình 2. 1 Cơ chế hoạt động GPS Theo lý thuyết, hệ thống định vị chỉ cần ba vệ tinh là có thể tính toán được vị trí (tính ra tọa độ x, y, z trong không gian). Tuy nhiên, do có sai số nhất định nên hệ thống cần thêm một vệ tinh nữa để có thể tính toán một cách chính xác. Trong trường hợp tại một vị trí đang xét trên mặt đất có nhiều hơn bốn vệ tinh thì hệ thống cũng sẽ nhận và xử lý hết tín hiệu từ các vệ tinh đó.
Một điều đáng lưu ý là không phải có càng nhiều vệ tinh thì khả năng chính xác của hệ thống sẽ càng cao. Bởi vì số lượng vệ tinh càng nhiều cũng đồng nghĩa với việc hệ thống phải xử lý một lượng lớn tín hiệu từ các vệ tinh, việc đó sẽ ảnh hưởng đến thời gian cũng như tính chính xác của dữ liệu. Một cách tổng quát, GPS tuy tính toán vị trí rất chính xác nhưng vẫn luôn luôn có sai số. Sai số này có thể là vài mét, hoặc vài trăm mét.
Sai số hiển thị trên màn hình thiết bị chỉ là sai số có thể có dựa trên phân tích tín hiệu thu nhận được, còn thực tế thì không ai biết được chính xác. Bởi vì các vệ tinh, trái đất, và cả chúng ta đều di chuyển liên tục đồng thời trong thời gian thực. 5 do an ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP 2. PHẦN MỀM HỖ TRỢ ĐIỀU KHIỂN BLYNK 2.
Giới thiệu phần mềm Blynk trên Androi và iOS Blynk là một ứng dụng iOS và Androi được thiết kế cho Internet of Things. Blynk có thể điều khiển các thiết bị phần cứng từ xa, hiển thị dữ liệu cảm biến, lưu trữ dữ liệu,… Blynk không bị ràng buộc với những phần cứng. Thay vào đó, Blynk hỗ trợ phần cứng cho người dùng lựa chọn. Cho dù Arduino hoặc Raspberry Pi muốn kết nối đến Internet qua Wi-Fi, Ethernet Hình 2.
2 Logo phần mềm hỗ trợ Blynk hoặc chip ESP8266. Hoạt động và tính năng a. Hoạt động Có ba thành phần chính trong nền tảng Blynk đó là: Blynk App: cho phép tạo giao diện cho sản phẩm của người dùng bằng cách kéo thả các widget khác nhau mà nhà cung cấp đã thiết kế sẵn. Blynk Server: chịu trách nhiệm xử lý dữ liệu trung tâm giữa điện thoại, máy tính bảng và phần cứng.
Người dùng có thể sử dụng Blynk Cloud của Blynk cung cấp hoặc tự tạo máy chủ Blynk riêng của mình. Vì đây là mã nguồn mở, nên người dùng có thể dễ dàng tích hợp vào các thiết bị và thậm chí có thể sử dụng Raspberry Pi làm server của chính họ. Library Blynk: hỗ trợ cho hầu hết tất cả các nền tảng phần cứng phổ biến, cho phép giao tiếp với máy chủ và xử lý tất cả các lệnh đến và đi. 6 do an ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Hình 2.
3 Cách thức hoạt động Blynk b. Tính năng, đặc điểm Một số tính năng của phầm mềm hỗ trợ Blynk: - Cung cấp API & giao diện người dùng tương tự cho tất cả các thiết bị và phần cứng được hỗ trợ. - Kết nối với server bằng cách sử dụng: Wifi Bluetooth và BLE Ethernet USB (Serial) GSM - Các tiện ích trên giao diện được nhà cung cấp dễ sử dụng. - Thao tác kéo thả trực tiếp giao diện mà không cần viết mã.
- Dễ dàng tích hợp và thêm chức năng mới bằng cách sử dụng các cổng kết nối ảo được tích hợp trên blynk app. - Theo dõi lịch sử dữ liệu. - Thông tin liên lạc từ thiết bị đến thiết bị bằng Widget. - Gửi email, tweet, thông báo realtime, v.
7 do an ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP 2. CÁC CHUẨN TRUYỀN DỮ LIỆU 2. Giới thiệu giao tiếp I2C Đầu năm 1980 Phillips đã phát triển một chuẩn giao tiếp nối tiếp hai dây được gọi là I C. I2C là tên viết tắt của cụm từ Inter-Intergrated Circuit.
Đây là đường Bus giao tiếp 2 giữa các IC với nhau. I2C mặc dù được phát triển bới Philips, nhưng nó đã được rất nhiều nhà sản xuất IC trên thế giới sử dụng. I2C trở thành một chuẩn công nghiệp cho các giao tiếp điều khiển, có thể kể ra đây một vài tên tuổi ngoài Philips như: Texas Intrument(TI), MaximDallas, analog Device, National Semiconductor. Bus I2C được sử dụng làm bus giao tiếp ngoại vi cho rất nhiều loại IC khác nhau như các loại Vi điều khiển 8051, PIC, AVR, ARM.
chip nhớ như: RAM tĩnh (Static Ram), EEPROM, bộ chuyển đổi tương tự số (ADC), bộ chuyển đổi số tương tự (DAC), IC điểu khiển LCD, LED… Hình 2. 4 Kết nối các thiết bị thông qua I2C Bảng 2. 1 Mô tả chân dữ liệu I2C Stt Tên tín hiệu Mô tả 1 GND 0V 2 VCC +5V 3 SDA Chân dữ liệu 4 SCL Chân Clock 8 do an ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Hình 2. Đặc điểm giao tiếp Một giao tiếp I2C gồm có hai dây: Serial Data (SDA) và Serial Clock (SCL).
SDA là đường truyền dữ liệu hai hướng, còn SCL là đường truyền xung đồng hồ để đồng bộ và chỉ theo một hướng. 4, khi một thiết bị ngoại vi kết nối vào đường bus I2C thì chân SDA sẽ nối với dây SDA của bus, chân SCL sẽ nối với dây SCL. Mỗi dây SDA hay SCL đều được nối với điện áp dương của nguồn cấp thông qua một điện trở kéo lên (pullup resistor). Sự cần thiết của các điện trở kéo này là vì chân giao tiếp I2C của các thiết bị ngoại vi thường là dạng cực máng hở (opendrain hay opencollector).
Mỗi thiết bị có thể hoạt động như là thiết bị nhận hoặc truyền dữ liệu hay có thể vừa truyền vừa nhận. Hoạt động truyền hay nhận còn tùy thuộc vào việc thiết bị đó là thiết bị “chủ” (master) hay thiết bị “tớ” (slave). 6 Thiết bị Chủ -Tớ truyền và nhận dữ liệu 2. Cách thức hoạt động Các bus I2C có thể hoạt động ở ba chế độ, hay nói cách khác các dữ liệu trên bus I2C có thể được truyền trong ba chế độ khác nhau: Chế độ tiêu chuẩn (Standard mode) Chế độ nhanh (Fast mode) Chế độ cao tốc (High-Speed mode) Chế độ tiêu chuẩn: o Đây là chế độ tiêu chuẩn ban đầu được phát hành vào đầu những năm 80.
9 do an ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP o Có tốc độ dữ liệu tối đa 100kbps. o Sử dụng 7 bit địa chỉ, và 112 địa chỉ tớ. Tăng cường hoặc chế độ nhanh: o Tốc độ dữ liệu tối đa được tăng lên đến 400 kbps. o Để ngăn chặn gai tiếng ồn, Ngõ vào của thiết bị Fast-mode là Schmitt- triggered.
o chân SCL và SDA của một thiết bị tớ I2C ở trạng thái trở kháng cao khi không cấp nguồn. Chế độ cao tốc (High-Speed): o Chế độ này đã được tạo ra chủ yếu để tăng tốc độ dữ liệu lên đến 36 lần nhanh hơn so với chế độ tiêu chuẩn. Nó cung cấp 1,7 Mbps (với Cb = 400 pF), và 3. Một bus I2C có thể hoạt động ở nhiều chế độ khác nhau: Một chủ một tớ (one master - one slave).
Một chủ nhiều tớ (one master - multi slave). Nhiều chủ nhiều tớ (multi master - multi slave). Dù ở chế độ nào, một giao tiếp I2C đều dựa vào quan hệ chủ/tớ. Giả thiết một thiết bị A muốn gửi dữ liệu đến thiết bị B, quá trình được thực hiện như sau: Thiết bị A (chủ) xác định đúng địa chỉ của thiết bị B (tớ), cùng với việc xác định địa chỉ, thiết bị A sẽ quyết định việc đọc hay ghi vào thiết bị tớ -Thiết bị A gửi dữ liệu tới thiết bị B.