Đặt vấn đề Hiện nay, số lượng phương tiện tham gia giao thông như xe gắn máy, ô tô, xe tải, xe buýt,… ngày càng nhiều. Điều đó đã gây ra nhiều hậu quả đáng tiếc như ùn tắc và tai nạn giao thông. Bên cạnh đó, khi kinh tế ngày càng phát triển, nhu cầu của con người ngày càng tăng cao ở nhiều lĩnh vực khác nhau như : vui chơi giải trí, du lịch.v… Từ đó, nhiều công ty vận tải, du lịch đã ra đời nhằm đáp ứng các nhu cầu xã hội như vận chuyển hàng hóa, chuyên chở hành khách. Các công ty được thành lập với một đội ngũ nhân viên lái xe cùng với hàng chục, hàng trăm chiếc xe cơ giới khác loại và điều đó một phần gây ra khó khăn cho các công ty trong việc quản lý thời gian làm việc, số lượng xe cơ giới và tài xế lái xe, qua đó gây khó khăn trong việc cảnh báo cho những rủi ro có thể xảy ra cho phương tiện và người điều khiển xe.
Xuất phát từ nhu cầu thực tế, nhất là trong thời kỳ mở rộng về hoạt động của các hệ thống vận tải, yêu cầu quản lý chuyên nghiệp, hiệu quả, bài toán quản lý và giám sát phương tiện giao thông trở nên rất bức thiết. Bài toán này đặt ra cho các công ty vận tải một số yêu cầu sau: - Giám sát các phương tiện giao thông: xác định vị trí, theo dõi, cập nhật các trạng thái của phương tiện giao thông: bao gồm cả các yếu tố bên trong phương tiện. - Truyền thông báo tới phương tiện giao thông. - Độ mở rộng và khả năng phục vụ lớn.
Một số giải pháp hiện nay: - Cắt cử nhân viên theo dõi, ghi nhận các báo cáo bằng văn bản, hoặc đường điện thoại. - Sử dụng các module GPS-Galileo: các module này có chức năng thu tín hiệu từ các hệ thống vệ tinh định vị, qua đó tính toán, xác định được vị trí của thiết bị đó theo hệ tọa độ địa lý: bao gồm kinh độ, vĩ độ và độ cao. 1 Luận văn tốt nghiệp - GIS: là hệ thống phần mềm địa lý có chức năng tiếp nhận thông tin về vị trí địa lý, sau đó xử lý và hiển thị trên hệ thống bản đồ số. Ví dụ như hệ thống quản lý tàu đánh cá thông qua bộ đàm, quản lý taxi… Các vấn đề tồn tài trong thực tế: - Đối với việc quản lý bằng các nhân viên cử theo các chuyến xe: tốn kém về mặt nhân lực và chưa hiệu quả.
Khả năng giám sát và điều khiển chưa chuyên nghiệp. - Việc sử dụng module xác định vị trí bằng GPS còn đơn giản, các thiết bị hầu hết được nhập khẩu nguyên chiếc, ứng dụng đơn thuần xác định vị trí. Bên cạnh đó giá thành còn cao và không chủ động được về mặt kỹ thuật. - Với một số hệ thống quản lý thông tin về bản đồ số như GIS: tuy đã xây dựng theo mô hình hệ thống, nhưng mức độ phổ biến chưa cao.
Ứng dụng mang tính chuyên biệt, đặc biệt là mức chi phí đầu tư lớn, chủ động về mặt kỹ thuật bị hạn chế. Chính vì vậy, việc ― Nghiên cứu, chế tạo hộp đen‖ có ý nghĩa rất lớn nhằm mục đích tạo ra điều kiện thuận lợi cho các công ty vận tải trong việc quản lý nhân viên và xe cơ giới một cách hiệu quả hơn.2 Mục tiêu của đề tài + Nắm vững cơ sở lý thuyết về hệ thống định vị toàn cầu GPS. + Tìm hiểu kỹ các vấn đề liên quan tới quá trình chế tạo và lập trình hộp đen. + Đánh giá độ bền, độ ổn định và độ chính xác của thiết bị.
+ Hoàn thiện sản phẩm và ứng dụng vào thực tế.3 Nhiệm vụ của đề tài + Tìm hiểu cơ sở lý thuyết về các vấn đề liên quan đến công nghệ GPS, cấu trúc vi điều khiển. + Thiết kế, thi công, và lập trình cho hộp đen ô tô các tính năng sau: - Đưa ra các thông tin về thời gian, tốc độ, kinh độ, vĩ độ, quãng đường chạy của xe từng phút một trong suốt hành trình chạy của xe. - Cảnh báo lái xe khi xe chạy quá tốc độ giới hạn. 2 Luận văn tốt nghiệp - Giúp xem lại lộ trình và trạng thái xe trong quá khứ (các thông số được lưu trong thẻ nhớ SD card).
+ Hoàn thiện đề tài với khả năng ứng dụng cao, mạch hoạt động ổn định và chính xác.4 Giới hạn đề tài Công nghệ GPS là một trong những công nghệ đang được quan tâm ở nhiều quốc gia trên thế giới trong đó có Việt Nam. Hiện nay, dù công nghệ GPS tương đối phổ biến ở Việt Nam nhưng trình độ công nghệ chưa đủ và giá thành các thiết bị liên quan đến GPS khá cao. Hơn nữa, thời gian thực hiện đề tài và quá trình nghiên cứu của người thực hiện có hạn. Do đó người thực hiện đề tài: ―Nghiên cứu, chế tạo hộp đen ô tô‖ chỉ dừng lại ở việc nghiên cứu và thiết kế một thiết bị dùng để giám sát hành trình của xe, lưu lại lộ trình và trạng thái xe trong quá khứ (các thông số được lưu trong thẻ nhớ SD card).5 Phƣơng pháp nghiên cứu Kết hợp nhiều phương pháp trong đó có các phương pháp chủ yếu như sau: + Nghiên cứu lý thuyết về công nghệ GPS.
+ Tham khảo các sản phẩm sử dụng công nghệ GPS trong nước và trên thế giới. + Thu thập thông tin và học hỏi kinh nghiệm từ thầy cô và bạn bè. + Thiết kế và thi công hộp đen ô tô. + Hoàn thành sản phẩm với các tính năng đã nêu trên.
3 Luận văn tốt nghiệp Chƣơng 2 CƠ SỞ LÝ THUYẾT 2.1 Tổng quan về hệ thống định vị toàn cầu GPS (Global Positioning System) 2.1 Khái niệm hệ thống định vị toàn cầu GPS Hệ thống định vị toàn cầu GPS là hệ thống xác định tọa độ dựa trên vị trí của các vệ tinh nhân tạo. Trong cùng một thời điểm, ở một vị trí bất kỳ trên trái đất nếu xác định được khoảng cách đến tối thiểu ba vệ tinh thì ta có thể tính được tọa độ của vị trí đó.2 Sự ra đời và lịch sử phát triển hệ thống định vị toàn cầu GPS Sự ra đời của những phương tiện vận chuyển như máy bay, những con tàu vũ trụ và việc đòi hỏi điều khiển những thiết bị đó trong không gian ba chiều. Những phương pháp dẫn đường và những hệ thống dẫn đường vô tuyến điện chỉ dùng cho việc dẫn dắt các tàu thủy đã trở nên lỗi thời và không phù hợp với việc điều khiển các thiết bị chuyển động trong không gian ba chiều vì những hệ thống đương thời chỉ xác định được vị trí theo không gian 2 chiều. Trước những đòi hỏi về kỹ thuật đó nhiều nhà khoa học đã được chính phủ Mỹ tài trợ để thực hiện nghiên cứu hệ thống dẫn đường dựa trên vũ trụ.
Vào những thập niên 60 và 70, Bộ Quốc phòng Mỹ đã đầu tư nghiên cứu và xây dựng hệ thống định vị toàn cầu GPS (Global Positioning System). Vệ tinh GPS đầu tiên được phóng vào tháng 2 năm 1978. Từ đầu năm 1990, GPS bắt đầu được 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 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 đường quỹ đạo toàn cầu, viết tắt là GLONASS (Global Orbital Navigation Satellite System) vào năm 1995. Hai hệ thống này ban đầu phục vụ cho mục đích quân sự là chính, hiện nay đã được đưa vào cho mục đích dân sự. Liên hiệp Âu Châu cũng đã khởi công cho dự án hệ thống vệ tinh dẫn đường toàn cầu với tên gọi GALILEO( đặt tên của nhà thiên văn học và vật lý vĩ đại Galileo Galilei).
Hệ thống 4 Luận văn tốt nghiệp GALILEO dự kiến được đưa vào sử dụng trong khoảng năm 2009-2010. Trong tương lai ba hệ thống GPS, GLONASS và GALILEO sẽ tiếp tục cũng cố hoàn thiện và tích hợp cho độ chính xác cao. Chúng ta thấy ngày càng nhiều ứng dụng GPS/GNSS trong đời sống hằng ngày. Các máy điện thoại cầm tay GPS được tung ra trong thị trường từ năm 2002 và ngày càng nhiều máy dẫn đường vệ tinh cho xe ô tô (tích hợp xác định vị trí và bản đồ điện tử cho các thành phố).
Ứng dụng GPS/GNSS không chỉ dừng lại cho mục đích quân sự mà còn cho mục đích dân sự như dẫn tàu thủy, máy bay, vũ trụ, và dẫn các phương tiện giao thông trên mặt đất. Xây dựng, lắp đặt các thiết bị trên biển phục vụ ngành khai thác dầu khí và thủy hải sản, cảm biến từ xa…Mang lại hiệu quả thiết thực.3 Các nghiên cứu GPS trong và ngoài nƣớc 2.1 Các nghiên cứu GPS trên thế giới Hãng điện tử của Nhật vừa trình làng máy ảnh HX200V zoom 30 x, máy tích hợp GPS nhằm cho phép người dùng biết vị trí chụp hình bên cạnh khả năng định hướng. Các hãng xe hơi trên thế giới như TOYOTA, HONDA, BMW. đã sử dụng hệ thống định vị toàn cầu GPS vào việc xác định vị trí, tốc độ xe, thông báo những nơi ùn tắc giao thông để người lái có thể chọn cho mình một hướng đi thích hợp.
Ngoài chức năng định vị thì GPS còn có chức năng chống trộm cho xe, giúp cho người lái xe phần nào yên tâm hơn về tài sản của mình. Hệ thống định vị toàn cầu GPS còn được dùng trong quân sự như: Bom thông minh JDAM có bộ điều khiển quỹ đạo gắn ở phần đuôi bom. Bộ điều khiển quỹ đạo của bom sử dụng hệ thống định vị vệ tinh toàn cầu(GPS) làm tăng độ chính xác cho bom do Mỹ chế tạo vào những năm 1990 và được liên quân sử dụng lần đầu tiên trong cuộc chiến tranh ở Apganistan.[4] Máy bay huấn luyện Mikoyan MIG-AT do Nga chế tạo có hệ thống điều khiển bay sử dụng hệ thống định vị toàn cầu GPS NSS 100S-1.[7] 5 Luận văn tốt nghiệp 2.2 Các nghiên cứu GPS trong nƣớc Hiện nay, ở Việt Nam đã ứng dụng hệ thống định vị toàn cầu GPS vào việc quản lý du lịch. Đặc biệt, ở Quảng Ninh việc lắp đặt hệ thống GPS cho tàu du lịch hoạt động trên vịnh Hạ Long nằm trong dự án đầu tư hệ thống quản lý, kiểm soát hoạt động của tàu du lịch trên vịnh Hạ Long bằng công nghệ định vị vệ tinh nhằm nâng cao hơn nữa dịch vụ du lịch, đảm bảo an toàn của loại hình phương tiện này.