CHƯƠNG I1 - GIỚI THIỆU: Giới thiệu khái quát về đề tài, làm rõ mục tiêu nghiên cứu và các vấn dé cần giải quyết. CHƯƠNG 2 - CƠ SỞ LÝ THUYÉT: Trình bày các đặc điểm kỹ thuật, giao thức kết nối và ngôn ngữ lập trình liên quan đến việc thiết kế và xây dựng hệ thống. CHUONG 3 — THIET KE HE THÓNG: Mô tả chỉ tiết quá trình thiết kế và hoạt động của hệ thống, bao gồm sơ đồ nguyên lý và lưu đồ giải thuật của hệ thống. CHƯƠNG 4 - KÉT QUÁ: Minh hoạ bằng hình ảnh kết quả thiết kế hệ thống và các thử nghiệm đánh giá tính năng.
CHƯƠNG 5 - KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIÊN: Tổng kết đánh giá khả năng hoạt động của hệ thông và đề xuất các hướng phát triển tiếp theo cho dé tai. CHUONG2 CO SO LY THUYET 2. TONG QUAN VE GPS Hệ thống định vị toàn cầu (GPS) là hệ thống điều hướng dựa trên vệ tinh được tạo thành từ ít nhất 24 vệ tỉnh. GPS hoạt động trong mọi điều kiện thời tiết, mọi nơi trên thế giới, 24 giờ mỗi ngày, không mắt phí thuê hoặc phí thiết lập sử dụng GPS.
Bộ Quốc phòng Hoa Kỳ ban đầu đưa các vệ tinh vào quỹ đạo đề sử dụng cho mục đích quân sự, nhưng trong những năm 1980, những vệ tình này đã có sẵn để sử dụng cho mục đích dân sự [1]. Hệ thống GPS bao gồm 3 thành phần chính: - Tram không gian: Bao gồm một mạng lưới các vệ tinh quay quanh Trái Đất. Hiện nay có khoảng 3 1 vệ tinh GPS hoạt động, được đặt trên 6 quỹ đạo khác nhau với độ cao khoảng 20.200 km so với bề mặt Trái Dat. Cac vệ tinh này liên tục phát tín hiệu chứa thông tin về thời gian và vị trí của chúng.
- Trung tam điều khiển: Gồm một mạng lưới các trạm mặt đất được đặt tại các vị trí chiến lược trên toàn cầu. Các trạm này theo dõi và điều khiến các vệ tỉnh GPS, đảm bảo chúng hoạt động chính xác và cập nhật thông tin cần thiết. - Thiết bị người dùng: Là các thiết bị thu GPS, bao gồm điện thoại thông minh, máy tính bảng, thiết bị định vị cầm tay, hệ thống định vị trên xe hơi, tàu thuyền, máy bay. Các thiết bị này nhận tín hiệu từ các vệ tỉnh GPS, tính toán khoảng cách đên các vệ tính và từ đó xác định vị trí của người dùng.
Minh hoạ các thành phần của GPS 2. TONG QUAN VE MANG 4G 4G là thế hệ thứ tư của công nghệ mạng di động, kế thừa và phát triển từ các thế hệ trước như 2G và 3G. Mạng 4G được thiết kế để cung cấp tốc độ dữ liệu cao hơn, độ trễ thấp hơn và khả năng kết nối ôn định hơn, đáp ứng nhu cầu ngày càng tăng về truy cập internet di động và các ứng dụng đa phương tiện. Mạng không dây Mạng không dây Mạng không dây Mạng không dây thế hệ thứ 1 thế hệ thứ 2 thế hệ thứ 3 thế hệ thứ 4 * Dich vụ thoại không day » Cải tiến chất lượng thoại, ' + Tối ưu hóa dịch vụ dữ liệu, ' * Cái tiến của 3G về khả + Giao thức analog nâng tắm phủ sóng và triến khai dịch vy bang năng phục vụ, tốc độ và cung cấp dịch vụ dữ liệu thông rộng, cho phép trải nghiệm băng thông * Chuấn digital đầu tiên sử dụng các ứng dụng rộng (GSM, CDMA) video, do hoa va thoại.4 kbps 64 kbps 2000 kbps 100,000 kbps Hinh 2.
Hinh anh so sanh cac thé hé mạng đi dộng Hiện nay, có hai loại công nghệ 4G chính: -_ LTE: Đây là công nghệ 4G phổ biến nhất hiện nay, được sử dụng rộng rãi trên toàn thế giới. LTE cung cấp tốc độ tải xuống lên đến 150 Mbps và tốc độ tải lên 50 Mbps. - WiMAX: La một công nghệ 4G khác, cung cấp khả năng kết nối băng thông rộng với tốc độ tương đương với LTE và khoảng cách truyền lớn hơn so với Wi-Ei truyền thống. Mạng 4G hoạt động dựa trên nguyên lý truyền thông không dây, sử dụng song radio dé truyén tai đữ liệu giữa thiết bị di động của người dùng và trạm gốc (BTS) của nhà mạng.
Dưới đây là các bước chính trong quá trình hoạt động của mạng 4G: - _ Kết nỗi: Khi bật thiết bị di động hỗ trợ 4G, nó sẽ tự động tìm kiếm và kết nối với trạm gốc 4G gần nhất. - __ Xác thực và cấp phép: Sau khi kết nối thành công, thiết bị sẽ gửi thông tin xác thực đến trạm gốc để xác minh quyên truy cập mạng. Nếu thông tin hợp lệ, trạm gốc sẽ cấp phép cho thiết bị truy cập vào mạng 4G. - _ Truyền dữ liệu: Khi đã được cấp phép, thiết bị có thê gửi và nhận dữ liệu qua mạng 4G.
Dữ liệu được chia thành các gói nhỏ và truyền đi dui dang song radio. - - Điều khiến và quản lý: Trong quá trình hoạt động, mạng 4G liên tục thực hiện các tác vụ điều khiển và quản lý, bao gồm: + Quan ly tài nguyên: Phân bổ băng thông và các tải nguyên khác cho các thiết bị một cách hiệu quả. +_ Điều khiển công suất: Điều chỉnh công suất phát của thiết bị và trạm gốc đề đảm bảo chất lượng tín hiệu và tiết kiệm năng lượng. +_ Chuyên giao: Khi thiết bị di chuyên, nó có thể chuyên đổi giữa các trạm gốc khác nhau mà không làm gián đoạn kết nối.
- - Kếtthúc kết nối: Khi bạn không sử dụng mạng 4G nữa, thiết bị sẽ gửi tín hiệu kết thúc kết nối đến trạm gốc để giải phóng tài nguyên. Mạng 4G đã thay đổi cách chúng ta sử dụng điện thoại di động và truy cập internet. Nó không chỉ giúp cải thiện trải nghiệm người dùng với các ứng dụng hiện có mà còn mở ra nhiều khả năng mới cho các ứng dụng và dịch vụ trong tương lai, như xe tự lái, thành phố thông minh và IoT. TONG QUAN VE SONG RF Tần số vô tuyến (RF) là một dải tần số trong phổ điện từ, nằm trong khoảng từ 3 kHz đến 300 GHz.
Sóng RF là sóng điện từ mang năng lượng và thông tin, được sử dụng rộng rãi trong truyền thông và tín hiệu radar. Thuật ngữ "radio frequeney", hay tần số vô tuyến, không chỉ đơn thuần mô tả một dải tần số dao động điện từ, mà còn được sử dụng rộng rãi dé chi phương thức truyền thông không dây, đối lập với truyền thông thông qua dây dẫn. Điều này cho thấy RF đóng vai trò quan trọng trong việc kết nối các thiết bị mà không cần dây dẫn. Nhờ có RF, chúng ta có thể gửi thông tin qua không gian một cách dễ dàng và nhanh chóng, từ việc gửi tin nhắn đơn giản đến việc truyền tải dữ liệu phức tạp.
Để thu nhận sóng radio, ta cần ăng-ten và bộ diéu hop radio dé lọc ra tần số mong muốn. Có hai phương pháp lọc phổ biến: sử dụng bộ lọc (kết hợp tụ điện và cuộn cảm) dé tăng cường dao động ở dải tần cụ thể, hoặc sử dụng quá mẫu dé chon lọc tần số quan trọng từ một loạt tần số rộng. Trong lĩnh vực điều khiến thiết bị từ xa, sóng RF thường được sử dụng ở hai tần số phô biến là 433MHz và 315MHz. Tần số 433MHz thuộc dải tần số UHF, nằm trong khoảng từ 400MHz đến 512MHz, trong khi tần số 315MHz thuộc dải VHE, có phạm vi từ 136MHz dén 174MHz.
Kỹ thuật điều chế ASK (Amplitude Shift Keying) thường được sử dụng ở phía bộ phát. Đây là phương pháp điều chế tín hiệu số, trong đó biên độ của sóng mang RF được thay đôi để biểu diễn thông tin. Cụ thê, khi truyền bít "1", biên độ sóng mang sẽ được đặt ở mức cao, trong khi khi truyền bit "0", biên độ sóng mang sẽ được đặt ở mức thấp. Sóng RF cũng giống như các loại sóng điện từ khác, tuân theo các nguyên lý vật lý cơ bản như phản xạ, khúc xạ và giao thoa khi truyền trong môi trường.
Đặc biệt, sóng RF có khả năng đâm xuyên tốt qua nhiều vật liệu. Tuy nhiên, tầm xa truyền thông của sóng RF không có định mà phụ thuộc vào nhiều yếu tố, bao gồm: - _ Tần số: Tần số càng thấp, sóng RF càng dễ dàng truyền đi xa hơn. - _ Độ âm không khí: Độ âm cao có thê làm suy giảm tín hiệu RE. - _ Công suất phát: Công suất phát càng lớn tín hiệu càng mạnh và truyền đi xa hơn.
- - Độ nhạy thu: Thiết bị thu có độ nhạy cao có thể thu nhận được tín hiệu yếu từ khoảng cách xa hơn. Sóng RF được sử dụng trong các hệ thống liên lạc thông qua ba loại kết nối chính: - Đơn công (Simplex): Thông tin chỉ truyền một chiều, từ điểm A đến điểm B, thường dùng trong điều khiến từ xa. -_ Bán song công (half-duplex): Thông tin truyền hai chiều nhưng không đồng thời, ví dụ như bộ đàm. - _ Song công (full-duplex): Thông tin truyền đồng thời hai chiều, cho phép gửi và nhận cùng lúc, ví dụ như điện thoại di động.
GIO] THIEU VE CHUAN TRUYEN THONG UART UART (Universal Asynchronous Receiver-Transmitter) 14 mot giao thitc truyền thông phần cứng dùng giao tiếp nối tiếp không đồng bộ và có thể cấu hình được tốc độ. Giao thức UART là một giao thức đơn giản và phô biến, bao gồm hai đường truyền đữ liệu độc lập là TX (truyền) và RX (nhận). Dữ liệu được truyền và nhận qua các đường truyền này dưới dạng các khung dữ liệu (data frame) có cấu trúc chuẩn, với một bit bắt đầu (start bit), một số bit đữ liệu (data bits), một bit kiểm tra chăn lẻ (parity bit) và một hoặc nhiều bit dừng (stop bit). Thông thường, tốc độ truyền của UART được đặt ở một số chuẩn, chăng hạn như 9600, 19200, 38400, 57600, 115200 baud và các tốc độ khác.
Tốc độ truyền này định nghĩa số lượng bit được truyền qua mỗi giây. Các tốc độ truyền khác nhau thường được sử dụng tùy thuộc vào ứng dụng và hệ thống sử dụng [2]. Chuẩn truyền thông UART UART hỗ trợ ba kiểu giao tiếp: Simplex (đơn công), Half-duplex (bán song công) và Full-duplex (song công). Trong đó, Full-duplex là kiêu được sử dụng phổ biến nhất nhờ khả năng tối ưu hóa hiệu quả truyền thông.
Các thông số quan trọng trong UART bao gồm: - Tốc độ Baud (Baud Rate): Số bit truyền mỗi giây (bps), thường là 9600, 19200, 38400, 57600, 115200 bps. - 86 bit dir ligu (Data Bits): S6 bit dữ liệu trong mỗi khung truyền, thường là 8 bịt. - _ Số bit dừng (Stop Bits): Số bit dừng sau mỗi khung truyền, thường là 1 hoặc 2 bit. - Bit chan lẻ (Parity): Bit kiểm tra lỗi, có thể là none, even hoặc odd.