CƠ SỞ LÝ THUY Ế T
T ổ ng quan v ề GPS
1.1 L ịch sử hình thành và phát triển của hệ thống GPS
Sự phát triển của máy bay và tàu vũ trụ yêu cầu khả năng điều khiển trong không gian ba chiều Các phương pháp dẫn đường và hệ thống định vị vô tuyến truyền thống chỉ xác định vị trí trong hai chiều đã trở nên lỗi thời và không còn phù hợp với nhu cầu hiện đại.
Trước yêu cầu kỹ thuật cao, chính phủ Mỹ đã tài trợ cho nhiều nhà khoa học nghiên cứu hệ thống dẫn đường dựa trên vũ trụ Bộ Quốc phòng Mỹ đóng vai trò thiết kế và điều khiển hệ thống định vị toàn cầu (GPS) Trong dự án GPS, sự đóng góp quan trọng đến từ TS Ivan Getting, người sáng lập The Aerospace Corporation, và TS Bradford Parkinson, chủ tịch hội đồng quản trị của công ty này.
Hệ thống định vị toàn cầu GPS, được Chính phủ Mỹ thiết lập vào năm 1995, là mạng lưới 24 vệ tinh Navstar hoạt động ở độ cao 11.000 dặm (17.600 km) và cung cấp miễn phí các dịch vụ định vị, dẫn hướng và định thời cho người dùng trên toàn thế giới Công nghệ GPS không chỉ phổ biến trong các ứng dụng dân sự như ô tô, máy bay và điện thoại di động, mà còn đóng vai trò quan trọng trong an ninh và quốc phòng Mặc dù chi phí ban đầu của hệ thống lên tới khoảng 13 tỷ USD, người dùng, kể cả ở các quốc gia khác, đều có thể truy cập miễn phí vào dữ liệu định vị và định thời, phục vụ cho nhiều ứng dụng như hàng không, giao thông, khảo sát, vẽ bản đồ và quản lý tài nguyên thiên nhiên.
Kể từ khi khắc phục được những hạn chế về độ chính xác quân sự vào tháng 3 năm 1996, GPS hiện có khả năng xác định chính xác vị trí của các mục tiêu nhỏ đến kích thước đồng 10 xu ở bất kỳ đâu trên bề mặt trái đất.
Vệ tinh GPS đầu tiên được phóng vào năm 1978, đánh dấu sự khởi đầu của hệ thống định vị toàn cầu Mười vệ tinh đầu tiên, thuộc loại Block 1, được gọi là các vệ tinh ‘mở mang’ Từ năm 1989 đến 1993, 23 vệ tinh tiếp theo, thuộc Block 2, đã được phóng lên quỹ đạo, nâng cao khả năng hoạt động của hệ thống GPS Vệ tinh thứ 24 đã được phóng sau đó, hoàn thiện mạng lưới vệ tinh GPS.
1994 đã hoàn thành hệ thống
Vệ tinh di chuyển với tốc độ cao, hoàn thành một vòng quỹ đạo trong 12 giờ Hiện nay, có tổng cộng 28 vệ tinh, trong đó 24 chiếc đang hoạt động và 4 chiếc dự phòng sẵn sàng thay thế khi cần thiết.
Hệ thống vệ tinh được thiết kế để đảm bảo rằng bất kỳ vị trí nào trên trái đất cũng có thể nhận tín hiệu từ ít nhất 4 vệ tinh đang hoạt động Thiết bị GPS cần nhận tín hiệu từ tối thiểu 3 vệ tinh để xác định vị trí Khi tín hiệu từ các vệ tinh được thu nhận, các mạch điện tử trong máy sẽ đo khoảng cách và xác định tọa độ chính xác của thiết bị.
Trong vài giây, máy sẽ tính toán và cung cấp ngay tọa độ của nó thông qua phương pháp được gọi là TRILATERATION, hay còn gọi là phép đo ba cạnh của tam giác.
Tọa độ này cho bạn biết từ vĩ tuyến cho đến kinh tuyến chính xác đến mức độ tới từng giây
Các hệ thống định vị toàn cầu và khu vực đang được phát triển bao gồm Galileo của Liên minh Châu Âu và Cơ quan Vũ trụ Châu Âu, GLONASS của Nga, QZSS của Nhật Bản và BEIDOU của Trung Quốc Những hệ thống này đang được xây dựng sau các nghiên cứu và đánh giá kỹ lưỡng, góp phần vào sự tiến bộ của chương trình dẫn hướng vệ tinh.
Galileo là một sáng kiến hợp tác giữa Liên minh Châu Âu và Cơ quan Vũ trụ Châu Âu, đã được xác nhận để sử dụng, tương tự như chính sách của Mỹ Các cơ quan quản lý và an ninh cần phát hiện và bảo vệ chống lại việc sử dụng trái phép các hệ thống này.
Nỗ lực duy trì Chương trình GLONASS của Nga thể hiện sự ủng hộ đối với hệ thống GNSS riêng của họ, bao gồm 21 vệ tinh hoạt động trên ba quỹ đạo khác nhau Kể từ năm 1995, hệ thống GPS đã được bảo trì và nâng cấp liên tục, với số lượng vệ tinh tăng từ 24 lên 28 vào năm 2000 Các vệ tinh GPS-IIR hiện đại đang được phóng để thay thế các vệ tinh cũ, trong đó GPS-IIR-M1 được phóng vào ngày 16/9/2005 là vệ tinh đầu tiên của thế hệ mới Chính phủ Mỹ cam kết duy trì ít nhất 24 vệ tinh GPS hoạt động 95% thời gian, với Không lực Mỹ phụ trách việc phóng các vệ tinh dự trữ để đảm bảo sự sẵn có của hệ thống Tính đến ngày 28/08/2009, có 35 vệ tinh trong chòm GPS, trong đó 30 vệ tinh đang hoạt động hiệu quả, thực sự tạo thành một mạng lưới 24 vệ tinh cho người sử dụng.
1.2 Các thành ph ần của GPS
Hệ thống vệ tinh GPS chia làm 3 phần (“Hệ thống định vị toàn cầu” n.d):
- Phần không gian (space segment): Các vệ tinh
- Phần điều khiển (control segment ): Trạm mặt đất
- Phần người sử dụng (user segment): Bộ thu tín hiệu
Hình 1.1 Sơ đồ liên quan giữa ba phần của hệ thống định vị toàn cầu
Gồm 28 quả vệ tinh (24 vệ tinh hoạt động và 4 vệ tinh dự trữ khi có một chiếc nào bị hỏng) (tính đến năm 2000) nằm trên các quỹ đạo xoay quanh trái đất Chúng chuyển động ổn định, hai vòng quỹđạo trong khoảng thời gian gần 24 giờ Các vệ tinh này chuyển động với vận tốc 7 nghìn dặm một giờ Các vệ tinh trên quỹđạo được bố trí sao cho các máy thu GPS trên mặt đất có thể nhìn thấy tối thiểu 4 vệ tinh vào bất kỳ thời điểm nào
Các vệ tinh hoạt động nhờ năng lượng Mặt Trời và được trang bị pin dự phòng để duy trì chức năng khi không có ánh sáng mặt trời Để đảm bảo bay đúng quỹ đạo, mỗi vệ tinh đều được gắn các tên lửa nhỏ.
Hình 1.2 Chuyển động vệ tinh nhân tạo xung quanh trái đất 1.2.2 Phần điều khiển
Mục tiêu của phần này là đảm bảo vệtinh di chuyển theo quỹ đạo chính xác và cung cấp thông tin thời gian chính xác Trên toàn cầu, có 5 trạm kiểm soát được phân bố để thực hiện nhiệm vụ này.
Bốn trạm kiểm soát tự động hoạt động tại Colorado Springs, bang Colorado, Mỹ, nhận tín hiệu liên tục từ các vệ tinh và truyền thông tin đến trạm kiểm soát trung tâm Tại đây, dữ liệu được chỉnh sửa và kết hợp với hai anten khác để gửi lại thông tin cho các vệ tinh.
Phần điều khiển có 5 trạm quan sát có nhiệm vụnhư sau:
- Giám sát và điều khiển hệ thống vệ tinh liên tục
- Quy định thời gian hệ thống GPS
- Dựđoán dữ liệu lịch thiên văn và hoạt động của đồng hồ trên vệ tinh
- Cập nhật định kỳ thông tin dẫn đường cho từng vệ tinh cụ thể
Hình 1.3 Phần điều khiển của GPS 1.2.3 Phần người sử dụng
H ệ th ống thông tin di độ ng toàn c ầ u GSM
Hệ thống thông tin di động toàn cầu (GSM) hiện là tiêu chuẩn phổ biến nhất trong lĩnh vực thông tin di động trên toàn thế giới Theo ước tính của Hiệp hội GSM, khoảng 80% thị trường di động toàn cầu đang áp dụng công nghệ này, phục vụ cho hơn 3 tỷ người sử dụng.
Với 212 quốc gia tham gia, sự phổ biến này đã tạo điều kiện thuận lợi cho việc chuyển vùng quốc tế giữa các nhà cung cấp dịch vụ di động, cho phép người dùng dễ dàng sử dụng dịch vụ di động ở nhiều nơi trên toàn cầu.
GSM không chỉ cung cấp dịch vụ cuộc gọi thoại mà còn mở rộng nhiều tiện ích khác cho người dùng, bao gồm tin nhắn ngắn SMS, được hỗ trợ bởi hầu hết các chuẩn di động Sự ra đời của các tiêu chuẩn mới như General Packet Radio Service (GPRS) vào năm 1994 đã nâng cao khả năng truyền tải dữ liệu trên mạng di động.
1997) và Enhanced Data Rates for GSM Evolution – EDGE (năm 999), mang lại các dịch vụ giá trịgia tăng phong phú và các mức cước phí hấp dẫn.
D ị ch v ụ s ố li ệ u c ả i ti ế n GPRS – General Packet Radio Service
GPRS, hay dịch vụ dữ liệu di động, sử dụng công nghệ chuyển mạch gói trong hệ thống GSM, cho phép các thiết bị di động gửi và nhận dữ liệu qua mạng Đây là bước tiến quan trọng hướng tới việc phát triển hệ thống thông tin di động thế hệ thứ 3 (3G).
GPRS sử dụng phương thức chuyển mạch gói, cho phép đạt tốc độ kết nối cao hơn, lên tới 56-118 kbps, trong khi mạng GSM truyền thống chỉ đạt 9,6 kbps.
Kết hợp các khe thời gian chuẩn GSM cho phép lý thuyết đạt tốc độ tối đa 171,2kbps, tuy nhiên, trong thực tế, tốc độ khả thi thường chỉ đạt từ 20-50kbps.
GPRS cung cấp dịch vụ kết nối liên tục mà không cần quay số, tạo điều kiện cho các thiết bị nhận dịch vụ ngay lập tức Đây không chỉ là một tính năng độc quyền của GPRS, mà còn là yếu tố quan trọng trong quá trình chuyển tiếp lên 3G, giúp nâng cao trải nghiệm người dùng.
Các ứng dụng giá trị gia tăng mới và cải tiến cung cấp kết nối truyền dữ liệu tốc độ cao và liên tục, cho phép thực hiện các dịch vụ internet như hội thoại hình trên thiết bị di động hoặc chuyển tiếp đến máy tính PC.
Chi phí đầu tư và vận hành cho việc triển khai GPRS không yêu cầu các nhà cung cấp dịch vụ mạng di động phải bắt đầu từ đầu, vì GPRS có thể được nâng cấp từ mạng GSM hiện có.
Cước phí dịch vụ GPRS được tính dựa trên lưu lượng dữ liệu truyền tải, trong khi phương pháp truyền thống sử dụng chuyển mạch kênh tính phí theo thời gian kết nối, không phụ thuộc vào việc người dùng có đang truyền tải dữ liệu hay không.
3.2 Ki ến trúc hệ thống GPRS chung
Hình 1.7 Kiến trúc chung của hệ thống GPRS
GPRS không phải là một mạng độc lập mà vẫn liên kết chặt chẽ với GSM, sử dụng nhiều thiết bị như trạm thu phát gốc (BTS) và bộ điều khiển trạm thu phát gốc (BSC).
Triển khai dịch vụ GPRS thường yêu cầu nâng cấp phần mềm, phần cứng hoặc cả hai Phần mềm có thể được nâng cấp từ xa, giúp quá trình thực hiện trở nên thuận tiện hơn.
Trong hoạt động của GPRS, hai bộ phận chức năng quan trọng là Serving GPRS Support Node (SGSN) và Gateway GPRS Support Node (GGSN), đánh dấu sự thay đổi lớn so với mạng GSM Dịch vụ dữ liệu GPRS hoạt động song song với dịch vụ thoại trên GSM, trong khi các trạm điều khiển trạm thu phát gốc (BSC) thường có nhiều đơn vị điều khiển Để triển khai GPRS, các trạm BSC được trang bị thêm bộ đơn vị điều khiển gói tin (PCU - Packet Control Unit), giúp phân biệt giữa dữ liệu mạng GSM chuẩn (chuyển mạch kênh) và dữ liệu dịch vụ GPRS (chuyển mạch gói) Trong một số trường hợp, PCU có thể tồn tại dưới dạng các bộ phận riêng biệt.
Nút hỗ trợ dịch vụ GPRS (SGSN) đảm nhận các tác nhiệm quan trọng, bao gồm định tuyến (routing), chuyển giao và cấp phát địa chỉ IP
SGSN kết nối logic với các thiết bị GPRS, đảm bảo rằng khi thiết bị di động di chuyển giữa các ô tế bào, kết nối tới mạng không bị gián đoạn Khi thiết bị chuyển vào vùng mạng của một SGSN khác, quá trình chuyển giao diễn ra nhanh chóng và hiệu quả Bất kỳ gói dữ liệu nào bị mất trong quá trình này sẽ được truyền lại ngay lập tức.
SGSN chuyển đổi dữ liệu di động thành IP và được kết nối với GGSN qua giao thức đường hầm( tunneling protocol)
Nút hỗ trợ cổng vào GPRS (GGSN) là điểm kết nối cuối cùng trong mạng GPRS trước khi liên kết với nhà cung cấp dịch vụ Internet (ISP) hoặc bộ định tuyến của mạng doanh nghiệp GGSN hoạt động như một cổng vào, bộ định tuyến và tường lửa kết hợp, đồng thời thực hiện xác thực thông tin người dùng thông qua máy chủ RADIUS để đảm bảo an ninh, thường diễn ra trong mạng IP hoặc bên ngoài mạng GPRS.
- Kết nối giữa SGSN và GGSN
GPRS Tunneling Protocol (GTP) là giao thức kết nối giữa hai nút hỗ trợ GPRS, hoạt động trên nền tảng TCP/IP GTP có vai trò quan trọng trong việc thu thập thông tin tính cước và dàn xếp Thực tế cho thấy, hai khối GSN có thể được đặt trong cùng một khối đơn.
Bộ đăng ký vị trí trung tâm (HLR) là cơ sở dữ liệu quan trọng lưu trữ thông tin về thuê bao di động, bao gồm số nhận dạng MSISDN, trạng thái thuê bao và đôi khi là địa chỉ IP khi thiết bị kết nối vào mạng.
3.3.1 Cấp phát địa chỉ IP
Có 3 cách khác nhau để cấp phát địa chỉ IP cho các thiết bịdi động
Cấp phát địa chỉ IP tĩnh cho thiết bị di động gặp khó khăn do hạn chế của địa chỉ IPv4 Thông tin liên quan đến địa chỉ IP tĩnh được lưu trữ trong HLR.
Hình 1.14 Cấp phát địa chỉIP tĩnh trong GPRS
Thiết bịdi động được cấp phát địa chỉ IP động Địa chỉIP này không được lưu giữ tại HLR, mà được chuyển cho GGSN
Hình 1.8 Cấp phát địa chỉ IP động trong GPRS
GI Ớ I THI Ệ U SIM 548
Module SIM548C tích hợp 4 băng tần GSM/GPRS và bộ thu GPS, được thiết kế nhỏ gọn với khả năng di động cao Sản phẩm này cung cấp giải pháp tiết kiệm chi phí hơn so với các phương án khác, kết hợp công nghệ GSM/GPRS và GPS, mang lại giải pháp tối ưu cho việc truyền dữ liệu GPS về trung tâm qua mạng GSM/GPRS.
Module SIM548C bao gồm hai phần chính: GSM/GPRS và GPS Bài viết này sẽ khám phá các đặc tính và thông số kỹ thuật của từng phần trong module SIM548C.
4.2 Đặc điểm của module SIM548C
- SIM548C làm việc ở 4 tần số khác nhau : EGSM 900 MHz/DCS 1800 MHz và GSM850
MHz/PCS 1900 MHz SIM548C cung cấp GPRS multi-slot class10 / class 8, hỗ trợ GPRS mã hóa theo sơ đồ CS -1, CS – 2, CS – 3 và CS – 4
SIM548C được thiết kế nhỏ gọn với kích thước 50mm x 33mm x 8.8mm, phù hợp cho nhiều ứng dụng như M2M, điện thoại thông minh, PDA, thiết bị định vị cầm tay, cũng như các thiết bị di động khác và ứng dụng trong ô tô hay server.
- Giao tiếp vật lý gồm có 60 chân, nó cung cấp các giao tiếp cứng giữa module với bo mạch khác, ngoại trừ giao tiếp với anten RF
- Giao tiếp hiển thị SPI giúp ta phát triển các ứng dụng một cách mềm dẻo hơn.
- Gồm một cổng giao tiếp GSM nối tiếp và 2 cổng giao tiếp GPS nối tiếp, nó có thể giúp ta dễ dàng phát triển các ứng dụng hơn.
- 2 kênh audio gồm 2 cổng vào microphone và 2 cổng ra speaker’s
- Điều khiển tập lệnh AT thông qua cổng giao tiếp truyền thông nối tiếp
- Giao tiếp với SIM card holder
- Giao tiếp màn hình LCD
SIM548C được trang bị hai đầu nối ăng ten riêng biệt cho GSM/GPRS và GPS, cung cấp khả năng giao tiếp anten RF linh hoạt Sản phẩm hỗ trợ hai loại ăng ten: ăng ten connector và ăng ten râu, giúp người dùng dễ dàng lựa chọn phù hợp với nhu cầu sử dụng.
MURATA MM9329-2700 RA1 cho phép người dùng tự thiết kế anten râu, trong đó anten GPS cần được kết nối với phần GPS của module để thu tín hiệu GPS một cách chính xác.
- Giao tiếp Pin Sạc, mạch sạc được tích hợp sẵn trong SIM548C nên nó rất phù hợp với các ứng dụng dùng nguồn PIN
- Hỗ trợ 2 chuẩn giao tiếp Serial interface và Debug interface
- SIM548C được thiết kế với công nghệ nguồn tiết kiệm, vì vậy dòng tiêu thụ của phần GSM/GPRS trong chếđộ SLEEP rất nhỏ, khoảng 3mA
- SIM548C hỗ trợ giao thức TCP/IP, rất hữu ích cho việc thực hiện việc truyền dữ liệu
- Nguồn cung cấp : o Phần GSM : 3.4V – 4.5V o Phần GPS : sử dụng nguồn cung cấp riêng 3.3V ± 5%
The article discusses power-saving features of a device, highlighting that the GSM section consumes approximately 3.5mA in sleep mode It also mentions the GPS section's Power Down and Push-to-Fix modes, which contribute to energy efficiency Additionally, the device supports the charging of Li-Ion batteries, enhancing its usability and convenience.
- Dải tần sử dụng o EGSM 900/DCS 1800 và GSM850 MHz/PCS 1900 MHz SIM548C có thể tự động dò tìm các băng tần trên o Tuân theo GSM Phase 2/2+
- Kết nối GPRS o GPRS multi-slot class 10 (mặc định) o GPRS multi-slot class 8 (tùy chọn) o GPRS mobile station class B
- GPS o Bộ nhận GPS sử dụng Chip SiRF star III o Kiểu xử lý : ARM7/TDMI
- Dải nhiệt độ o Hoạt động bình thường : -30°C đến +80°C o Hoạt động giới hạn : min: 40°C đến -30°C và max: +80°C đến +85°C o Nhiệt độ bộlưu trữ : -45°C đến +90°C
The GPRS data specifications include a maximum downlink speed of 85.6 kbps and a maximum uplink speed of 42.8 kbps, utilizing coding schemes CS-1, CS-2, CS-3, and CS-4 The SIM548C module supports the Password Authentication Protocol (PAP), commonly used for PPP connections, and is integrated with TCP/IP protocol for enhanced connectivity.
30 o Tốc độ truyền của CSD : 2.4 ; 4.8 ; 9.6 ; 14.4 kbps, non-transparent o Hỗ trợ USSD
- SMS o Hỗ trợ các chếđộ : MT, MO, CB, Text và PDU o Lưu trữ SMS : ở SIM card
- Giao tiếp SIM : Hỗ trợ SIM card : 1.8V, 3V
- Phần GPS : kết nối anten GPS riêng
- Audio : Chếđộ Speech codec o Half Rate (ETS 06.20) o Full Rate (ETS 06.10) o Enhanced Full Rate (ETS 06.50 / 06.60 / 06.80) o Adaptive multi rate (AMR) o Echo Cancellation
- Cổng truyền thông nối tiếp GSM và cổng Debug
- Cổng nối tiếp : 7 đường trên giao tiếp cổng nối tiếp
- Cổng nối tiếp có thể sử dụng cho CSD FAX, nhận và gửi GPRS được điều khiển bởi tập lệnh AT
- Cổng nối tiếp có thể sử dụng chức năng phân kênh.
- Hỗ trợ tốc độ: 4800 bps đến 115200 bps
- Cổng Debug : có 2 đường trên cổng giao tiếp Debug : DBG_TXD vàDBG_RXD
- Cổng Debug chỉ sử dụng cho gỡ rối
- Hai cổng nối tiếp GPS :
- Cổng nối tiếp A : 2 đường trên cổng nối tiếp A : GPS_TXA và GPS_RXA
- Cổng nối tiếp B : 2 đường trên cổng nối tiếp B : GPS_TXB và GPS_RXB
- Thông số vật lý : o Kích thước : 50±0.15 x 33±0.15 x10.3±0.3mm o Nặng : 16.5g
Bảng 1.2 Sơ đồ mã hóa và tốc độ dữ liệu lớn nhất trên giao diện vô tuyến
SIM548C có hai khối tách biệt: phần GSM/GPRS và phần GPS
4.3.1 Phần GSM:Khối trung tâm GSM:
- Khối bộ nhớ : Flash and SRAM
- Khối giao tiếp anten : anten interface
- Khối giao tiếp ngoài : board-to-board interface
- Chip thu GPS : SIRFIII GPS engine
- Khối giao tiếp anten : anten interface
- Khối giao tiếp ngoài : board-to-board interface
Hình 1.9 Sơ đồ chức năng của module SIM548C
Bảng 1.3 Chức năng chân của module SIM548C
Module SIM548C bao gồm 60 chân DIP trong đó bao gồm 48 chân cho phần GSM/GPRS từchân 1 đến chân 48 và 12 chân cho phần GPS từchân 49 đến chân 60
ATMEGA32
ATMEGA32 là loại vi điều khiển CMOS, nguồn thấp, 8 bit, xây dựng trên nền tảng cấu trúc tập lệnh thu gọn tiên tiến cho AVR (Enhanced AVR RISC architecture)
• RISC – Reduced Instruction Set Computer
• CISC – Complex Instruction Set Computer
Khảnăng thực thi 1MIPS (Mega Instruction Per Second) trên 1MHz
Bao gồm 32 thanh ghi làm việc (General Purpose Working Register) liên kết trực tiếp với bộ xử lý số học ALU (Arithmetic Logic Unit)
Gồm các tính năng sau:
• 32K Flash có khảnăng lập trình được tương thích hoạt động Read-While-Write
• Tính năng On-chip debug
• Tính năng ISP thông qua cổng SPI hoặc Boot Loader
Sơ đồ khối của ATmega32
Hình 1.10 Sơ đồ cấu trúc ATmega32
Vi điều khiển AVR có cấu trúc Harvard, với bộ nhớ và đường bus riêng biệt cho bộ nhớ chương trình và bộ nhớ dữ liệu.
CHƯƠNG 2 – XÂY D Ự NG THI Ế T B Ị THU TÍN HI Ệ U GPS VÀ
TRUY Ề N D Ữ LI Ệ U TRÊN MODULE SIM584C
Thiết bị sẽ có chức năng chính như sau:
• Thu nhận tín hiệu GPS
• Gửi tín hiệu GPS thu được tới server qua GPRS
Xây d ự ng m ạ ch thu tín hi ệ u GPS và g ửi đế n d ữ li ệu đế n server s ử d ụ ng Module
H ình 2.1 Sơ đồ khối mạch thu tín GPS
Hình 2.2 Sơ đồ nguyên lý mạch thu tín GPS
Hình 2.3.Layout của mạch thu 1.4 Các kh ối trong mạch
1.4.1 Khối nguồn o Sơ đồ khối
Mạch sử dụng nguồn một chiều ổn định qua tụ cầu, cung cấp điện cho IC ổn áp 7805, tạo ra điện áp ổn định 5V cho toàn bộ mạch IC LM1117 đảm nhiệm việc ổn định điện áp 3.3V cho ứng dụng GPS, trong khi diode hạ nguồn từ 5V xuống khoảng 4.5V để cung cấp điện cho SIM548C.
Hình 2.4 Sơ đồ nguyên lý khối nguồn
1.4.2 Khối LCD o Sơ đồ khối o Sơ đồ nguyên lý
Các chân RS, RW, E, D4, D5, D6, D7 của AVR ATMEGA16 được kết nối với các chân PC0, PC1, PC2, PC3, PC4, PC5, PC6, PC7 Thông tin xử lý từ AVR sẽ được gửi đến các chân D4, D5, D6, D7 để hiển thị trên màn hình LCD, dựa vào tín hiệu từ các chân RS, RW, E.
Hình 2.5.Khối hiển thị LCD 1.4.3 Module SIM548C
Quá trình điều khiển của AVR tới GPS
Sử dụng USART để kết nối giữa AVR và GPS, cho phép truyền và nhận dữ liệu qua các chân TxD và RxD Tính năng không đồng bộ của USART hỗ trợ tốc độ truyền dữ liệu 9600 bps, với khung mẫu cụ thể.
Giao thức truyền dữ liệu bao gồm 1 bit khởi động, 8 bit dữ liệu và 1 bit dừng Hệ thống GPS hoạt động liên tục với tốc độ truyền 124 bytes mỗi giây và cài đặt dữ liệu ra tuần hoàn, cung cấp thông tin về vị trí, ngày giờ, thông tin từ vệ tinh GPS và thông tin về lỗi.
Quá trình điều khiển của AVR đến GPS bao gồm việc khởi động GPS, thiết lập bit PA0 sau 300ms để khởi động lại GPS, và gửi lệnh điều khiển từ GPS đến thiết bị nhận.
Để cài đặt chế độ hoạt động liên tục, sử dụng mã 10000001 và thiết lập dữ liệu ra tuần hoàn với mã 10001111 Sau khi chờ ngắt máy thu hoàn tất, sử dụng USART để dừng thu dữ liệu từ GPS và chuyển dữ liệu vào SRAM thông qua chương trình assembly Địa chỉ SRAM bắt đầu từ 0x0060 đến 0x045F; khi SRAM đầy (0x045F), chương trình assembly sẽ tiếp tục ghi dữ liệu từ 0x0060 và lặp lại quá trình này.
Hình 2.7 Vi xử lý avr
AVR ATMEGA32 nhận tín hiệu từ module GPS và xử lý gói tin NMEA để truyền dữ liệu qua LCD và MAX232 Thông tin được hiển thị sẽ được AVR xử lý và hiển thị trên màn hình LCD Qua MAX232, AVR sẽ trao đổi thông tin với máy tính thông qua cổng COM.
L ậ p trì nh điề u khi ể n Module SIM584C
Ngôn ngữ lập trình C được sử dụng trong phần mềm biên dịch Codevision, một công cụ hiệu quả cho việc viết lệnh điều khiển vi điều khiển AVR Phần mềm này không chỉ hỗ trợ biên dịch mà còn giúp sửa lỗi, nâng cao hiệu suất lập trình.
Ngoài việc sử dụng phần mềm biên dịch, điều khiển module từ vi điều khiển còn áp dụng tập lệnh AT, một tập lệnh chuyên dụng cho việc điều khiển các thiết bị liên lạc trong mạng di động thông qua giao tiếp nối tiếp.
Các thiết bị GSM tiêu chuẩn sử dụng lệnh AT để điều khiển qua giao diện kết nối nối tiếp Ngoài các lệnh AT chuẩn như GSM07.05, GSM07.07 và ITU-T V.25, thiết bị SIM300CZ và SIM548CZ còn được bổ sung thêm một số lệnh AT đặc biệt do nhà sản xuất SIMCOM phát triển.
2.1.1 Cú pháp của lệnh AT
Các câu lệnh luôn bắt đầu với tiền tố “AT” hay “at”, và kết thúc bởi ký tự enter
Các lệnh AT thường phản hồi theo cấu trúc: Chúng chỉ được thực hiện khi thiết bị đã được cấp nguồn và sẵn sàng, với mã thiết bị trả về là “RDY” qua cổng nối tiếp Nếu mã trả về là “SCKS”, điều này cho thấy không nhận dạng được thẻ SIM.
Các câu lệnh AT có thể chia làm 3 loại cú pháp chính: “cơ bản”, “tham số S” và
Cú pháp cơ bản của câu lệnh AT là “AT” hoặc “AT&”, trong đó đại diện cho câu lệnh và là một hoặc nhiều tham số liên quan Đối với cú pháp tham số S, câu lệnh AT được viết dưới dạng “ATS=”, với là chỉ số trong tập S và là giá trị gán cho chỉ số đó Lưu ý rằng là tùy chọn; nếu không được chỉ định, giá trị mặc định sẽ được áp dụng.
45 o Cú pháp mở rộng: Các câu lệnh AT này có thểđược sử dụng ở một vài chếđộ theo bảng dưới đây:
Bảng 2.1 Bảng phân loại các câu lệnh AT mở rộng
Câu lệnh kiểm tra AT+=? Thiết bị di động sẽ trả về danh sách các tham số và dải giá trị tương ứng
Câu lệnh đọc AT+? Câu lệnh này trả về giá trị hiện tại của các tham sốtương ứng
Câu lệnh ghi AT+= Câu lệnh này thiết đặt các tham số theo giá trịđược truyền vào
Câu lệnh thi hành AT+ Câu lệnh này đọc các tham số cố định ảnh hưởng bởi các quá trình bên trong thiết bị GSM
Các lệnh AT có thểđược kết hợp trong cùng một dòng lệnh hoặc thực hiện từng câu lệnh trên từng dòng riêng
Khi kết hợp nhiều câu lệnh trên một dòng, chỉ cần thêm tiền tố “AT” ở đầu dòng, không cần cho mỗi câu lệnh Các câu lệnh phải được ngăn cách bằng dấu chấm phẩy Lưu ý rằng mỗi dòng lệnh có bộ nhớ đệm tối đa 256 ký tự; nếu vượt quá giới hạn này, thiết bị sẽ không thực hiện lệnh và trả về chuỗi “ERROR”.
Khi thực hiện lệnh AT, cần chờ phản hồi cuối cùng (như OK, CME Error, CMS Error) trước khi gửi lệnh tiếp theo.
Giao diện câu lệnh AT của thiết bị SIM548CZ và SIM300CZ mặc định sử dụng tập ký tự IRA, hỗ trợ đầy đủ các tập ký tự như GSM, UCS2, HEX, IRA và PCCP437.
Tập ký tự có thể được thiết lập lại hoặc truy vấn thông qua câu lệnh “AT+CSCS” theo tiêu chuẩn GSM07.07 Các tập ký tự này được định nghĩa chi tiết trong bản thông số kỹ thuật GSM 07.05.
Tập ký tự có ảnh hưởng lớn đến việc gửi và nhận tin nhắn nhanh (SMS), cũng như các tin nhắn SMS quảng bá, hiển thị các trường văn bản trong danh bạ và chuỗi ký tự trong bộ công cụ ứng dụng của thẻ SIM.
2.2 T ập lệnh AT sử dụng điều khiển module GSM và GPS
2.2.1 Cấu hình cho phần cứng: module simcom548 truy cập GPRS
Khởi tạo cấu hình mặc định cho module (MT: module TE: máy tính hoặc thiết bịđiều khiển module)
Bảng 2.2 trình bày các lệnh cấu hình cho Module GPRS truy cập mạng Để kiểm tra modem hoạt động bình thường, sử dụng lệnh ATZ và gửi nhiều lần cho đến khi nhận được chuỗi ATZOK Để tắt chế độ echo lệnh, sử dụng lệnh ATE0, kết quả trả về sẽ là ATE0OK Cuối cùng, lệnh AT+CLIP=1 được sử dụng để định dạng chuỗi trả về khi nhận cuộc gọi, với định dạng mặc định là chuỗi thông báo khi có cuộc gọi đến.
\RING
Sau khi lệnh AT+CLIP=1 đã được thực thi, chuỗi trả về sẽ có dạng:
RING
+CLIP: "0935868887",121"",,"",0
Chuỗi trả về cung cấp thông tin về số điện thoại gọi đến, giúp người dùng quyết định có nên nhận hay từ chối cuộc gọi.
Kết thúc quá trình khởi tạo nhận cuộc gọi, các bước tiếp theo liên quan đến việc truyền nhận tin nhắn Đầu tiên, sử dụng lệnh AT&W để lưu cấu hình cài đặt từ các lệnh ATE0 và AT+CLIP vào bộ nhớ Tiếp theo, thiết lập chế độ truyền nhận tin nhắn bằng lệnh AT+CMGF=1, chuyển sang chế độ text, trong khi chế độ mặc định là PDU.
Chuỗi trả về sẽ có dạng: OK o (6) AT+CNMI=2,0,0,0,0
Thiết lập chếđộ thông báo cho TE khi MT nhận được tin nhắn mới
Chuỗi trả về sẽ có dạng: OK
Sau khi lệnh trên được thiết lập, tin nhắn mới nhận được sẽđược lưu trong SIM, và
MT không gửi thông báo về TE, nhưng TE có thể truy cập tin nhắn lưu trên SIM khi cần Để lưu cấu hình cài đặt từ các lệnh AT+CMGF và AT+CNMI, sử dụng lệnh AT+CSAS Để thiết lập chế độ kết nối, áp dụng lệnh AT+CIPMODE=0.
Lựa chọn phương thức giao tiếp với modem đểđiều khiển quá trình truyền nhận dữ liệu bằng GPRS Có hai phương thức:
- AT+CIPMODE=0: dùng lệnh AT
Lệnh AT+CIPMODE=1 cho phép thiết bị TE truyền nhận dữ liệu trực tiếp với mạng GSM, trong khi modem chỉ hoạt động như một thiết bị trung chuyển dữ liệu mà không thực hiện thêm bất kỳ thao tác nào khác.
