i

Bộ Giáo dục và Đào tạo
Trường Đại học Sư Phạm Kỹ Thuật Tp. HCM
Khoa Cơ khí Chế tạo máy
Bộ môn Cơ Điện Tử
o0o
Cộng Hoà Xã Hội Chủ Nghĩa Việt Nam
Độc lập – Tự do – Hạnh phúc o0o

NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

Họ và tên : Chu Văn Hiền MSSV : 06111029
Hồ Trọng Hiếu MSSV: 06111034
Phạm Đình Thủy MSSV: 06111100
Lớp 061111B Ngành : Cơ Điện Tử

1.1. ĐẦU ĐỀ LUẬN VĂN
ỨNG DỤNG CÔNG NGHỆ GPS/GPRS GIÁM SÁT HỆ THỐNG XE BUÝT
1.2. NHIỆM VỤ.
- Thiết kế, thi công mạch phần cứng định vị GPS và truyền dữ liệu
- Xây dựng phần mềm server quản lý, giám sát và điều hành xe buýt
1. Ngày giao nhiệm vụ luận văn:
2. Ngày hoàn thành nhiệm vụ:
3. Họ và tên giáo viên hướng dẫn: TS. Nguyễn Trường Thịnh
4. Họ và tên giáo viên phản biện: ThS. Nguyễn Thành Chiến



Ngày tháng năm
Giáo viên hướng dẫn

iii
NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN PHẢN BIỆN

khoa Cơ Khí Chế Tạo Máy, các bạn trên các diễn đàn điện tử, cùng toàn thể các bạn
sinh viên lớp Cơ Điện Tử 061111 đã động viên, góp ý, tạo điều kiện thuận lợi nhất
giúp cho chúng em được hoàn thành đề tài đúng tiến độ được giao.
Do năng lực và thời gian còn hạn chế nên việc tìm thêm nhiều tài liệu làm giàu
cho đồ án còn thiếu sót. Chúng em rất mong nhận được nhiều hơn nữa ý kiến đóng góp
của các thầy cô giáo, sự chia sẻ tài liệu của các bạn sinh viên để chúng em có thể hoàn
thiện hơn kiến thức của mình. Chúng em xin chân thành cảm ơn!
v
TÓM TẮT ĐỒ ÁN
Nội dung đồ án nghiên cứu về hệ thống quản lý hệ thống xe buýt dựa trên nền
công nghệ GPS kết hợp với công nghệ GPRS, hệ thống có nhiệm vụ theo dõi, giám sát
và điều hành hệ thống xe buýt trên địa bàn hoạt động.
Trên mỗi xe buýt đều được gắn một thiết bị có nhiệm vụ thu tín hiệu định vị
GPS từ vệ tinh, sau đó gửi về Server trung tâm thông qua mạng GPRS với giao thức
truyền TCP/IP, thiết bị này được gọi là thiết bị định vị GPS hay gọi tắt là thiết bị định
vị.
Ở Server trung tâm được kết nối mạng Internet và sử dụng phần mềm Java lập
trình mạng Socket để kết nối với thiết bị định vị, thông qua giao thức TCP/IP, nhằm
mục đích truyền nhận dữ liệu giữa 2 bên.
Tiếp theo đó Server trung tâm sẽ xử lý dữ liệu GPS nhận được từ thiết bị định
vị, sau đó hiển thị thông số tọa độ vị trí lên bản đồ số của phần mềm trung tâm hoặc
Google Map và gửi các lệnh điều khiển cũng như thông báo tới xe buýt và các trạm
dừng


2.1. Tổng quan về GPS. 6
2.1.1. Lịch sử hình thành và phát triển của hệ thống GPS. 6
2.1.2 . Các thành phần của GPS 8
2.1.2.1. Phần không gian 8
2.1.2.2. Phần điều khiển 9
2.1.2.3. Phần người sử dụng 10
2.1.3 Hoạt động của hệ thống 10
2.1.4. Bộ thu GPS. 11
2.1.5. Phương trình xác định tọa độ. 13
viii
2.1.6. Hiệu chỉnh đồng hồ của bộ thu. 14
2.1.8. Nguồn lỗi của tín hiệu GPS 14
2.1.9. Chuẩn NMEA0183 15
2.1.9.1. Sơ lược về chuẩn NMEA và chuẩn NMEA0183 15
2.1.9.2. Cấu trúc chuỗi NMEA 16
2.2. Hệ thống thông tin di động toàn cầu GSM 18
2.3 Dịch vụ số liệu cải tiến GPRS – General Packet Radio Service 18
2.3.1. Sơ lược 18
2.3.2. Kiến trúc hệ thống GPRS chung. 19
2.3.3. Địa chỉ IP 20
2.3.4 Các lớp thiết bị GPRS. 22
2.3.5 Thông số chất lượng dịch vụ (QoS) GPRS 22
2.3.6 Các dịch vụ hỗ trợ 23
2.4. GIỚI THIỆU SIM 548 23
2.4.1. Giới thiệu chung 23
2.4.2. Đặc điểm của module SIM548C 24
2.4.3. Sơ đồ chức năng 27
2.5. Giới thiệu về vi điều khiển ATMEGA128 30
2.5.1. Tổng quan về vi điều khiển ATMega128 30
2.5.2.Giao tiếp USART 34

4.2.2 Truyền nhận thông báo về tình trạng GPRS 83
4.2.3 Thiết lập kết nối 84
4.2.4 Truyền nhận gói 85
x
4.2.5 Hủy kết nối 86
4.3. Lập trình cho vi điều khiển Atmega 128 87
CHƯƠNG 5: XÂY DỰNG PHẦN MỀM SERVER 91
5.1. Yêu cầu và mục đích của hệ thống phần mềm 91
5.2.Cấu trúc và sơ đồ giải thuật 92
5.2.1. Cấu trúc 92
5.2.2. Sơ đồ giải thuật 93
5.3. Xây dựng phần mềm server quản lý phương tiện, ứng dụng giao thức TCP/IP 94
5.3.1 Ứng dụng giao thức TCP/IP trong việc liên kết các user qua mạng internet. . 94
5.3.1.1. Sơ lược về TCP server. 94
5.3.1.2. Đơn vị điều khiển socket 94
5.3.1.3. Quy trình tạo một server trên máy tính sử dụng socket 94
5.3.2 Giải pháp ứng dụng của module Sim548 trong việc kết nối server- client 95
5.3.2.1. Đối với server. 95
5.3.2.2. Module Sim548 95
5.3.3 Khả năng và mức độ đáp ứng của Server 96
5.3.4 Vấn đề bảo mật của hệ thống 96
5.3.5 Giải pháp GPRS 97
5.4. Xây dựng phần mềm Server dùng Java 98
5.4.1 Java và lịch sử phát triển 98
5.4.2 Các khối chức năng thực hiện yêu cầu đặt ra 99
5.4.3. Các công việc thực hiện để xây dựng phần mềm Server 99
5.4.3.1. Xây dựng bản đồ offline 100
5.4.3.2. Xây dựng thuật toán tính khoảng cách 101
CHƯƠNG 6: KẾT QUẢ THỰC NGHIỆM 102
6.1. Thực nghiệm đánh giá sai số của hệ thống 102

Hình 2.19 Sơ đồ truyền dữ liệu nối tiếp 35
Hình 2.20 Thanh ghi dữ liệu UDR0 36
Hình 2.21 Thanh ghi điều khiển hoạt động UCSRA0 36
Hình 2.22 Thanh ghi điều khiển hoạt động USART0 37
Hình 2.23 Thanh ghi UCSRC 38
Hình 2.24 Cấu trúc hai thanh ghi UBRRL và UBRRH 39
Hình 2.25 Mạng TWI(I2C) và 2 điện trở kéo lên 41
Hình 2.26 Biểu đồ hoạt động tạo ra Start, Stop và Repeat Start 41
Hình 2.27 Các bit trong thanh ghi TWBR 42
Hình 2.28 Các bit trong thanh ghi TWCR 42
Hình 2.29 Các bit trong thanh ghi TWSR 42
Hình 2.30 Các bit trong thanh ghi TWAR 42
xiii
Hình 2.31 Master truyền dữ liệu 44
Hình 2.32 Slave nhận dữ liệu 46
Hình 2.33 Sơ đồ khối truyền nhận SPI 47
Hình 2.34 Sơ đồ kết nối SPI 48
Hình 3.1 Sơ đồ khối mạch phần cứng. 61
Hình 3.2 Bật chế độ hoạt động cho phần GSM/GPRS sử dụng nút bấm 62
Hình 3.3 Thời gian bật chế độ hoạt động của phần GSM/GPRS 62
Hình 3.4 Thời gian tắt chế độ hoạt động của phần GSM/GPRS 63
Hình 3.5 Đèn LED chỉ thị cho NETLIGHT và chân STATUS 64
Hình 3.6 Sơ đồ chuyển mức điện áp giữa vi điều khiển ATMega128 với phần
GSM/GPRS 65
Hình 3.7 Kích hoạt chế độ hoạt động cùa phần GPS 67
Hình 3.8 Sơ đồ nguyên lí của khối module SIM548C 69
Hình 3.9 Sơ đồ nguyên lí của vi điều khiển ATMega128 70
Hình 3.10 Sơ đồ mắc thạch anh với vi điều khiển ATMega128 70
Hình 3.11 Sơ đồ đấu nối với chân Reset của vi điều khiển ATMega128 71
Hình 3.12 Sơ đồ nguyên lí của vi điều khiển ATMega32 72

Bảng 3.2 Mức logic của chân Serial port 65
Bảng 4.1 Bảng phân loại các câu lệnh AT mở rộng 78
Bảng 4.2 Bảng lệnh cấu hình cho Module GPRS truy cập mạng 79
Bảng 4.3 Tập lệnh tra cứu trạng thái GPRS 83
Bảng 4.4 Tập lệnh thiết lập cấu hình TCP 84
Bảng 4.5 Lệnh gửi dữ liệu qua GPRS 85
Bảng 4.6 Tập lệnh hủy kết nối GPRS 87
Bảng 6.1 Kết quả thống kê đo được từ thực tế 102

xvi
DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT

GSM
Global System for Mobile
Communications
Hệ thống thông tin di động toàn
cầu
GPRS
General Packet Radio Services
Dịch vụ vô tuyến gói chung
GPS
Global position systems
Hệ thống định vị toàn cầu
GIS
Geographic Information System
Hệ thống thông tin địa lý
OMC
Operation & Maintenance Center

Trung tâm điều hành và bảo

Visited Location Register
Bộ đăng kí định vị tạm trú
HLR
Home Location Register
Bộ đăng kí định vị thường trú
xvii
CDMA
Code Division Multiple Access
Phương thức Đa truy cập phân
chia theo mã
TDMA
Time Division Multiple Access
Phương thức đa truy cập phân chia
theo thời gian
SIM
Subscriber Identity Module
Thẻ chứa thông tin định dạng
W-CDMA
Wideband Code Division
Multiple Access
Đa truy nhập theo mã băng rộng
TCP/UDP
Transmission Control Protocol/
User Datagram Protocol
Giao thức điều khiển truyền dẫn/
Giao thức dữ liệu gói người sử
dụng
IP
Internet Protocol
Giao thức dùng cho mạng Internet

- 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.
- 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 tại trong thực tế:
- Đối với việc quản lý bằng các nhân viên cử theo các chuyến xe: tốn kém về
nhân lực và chưa hiệu quả. Khả năng giám sát và điều khiển chưa chuyên
nghiệp.
- Việc sử dụng các 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 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.
2

1.2. Mục tiêu đề tài
Xuất phát từ thực tiễn đã nêu, đồ án thực hiện với những mục đích chính sau:
- Đối với nhóm sinh viên, đồ án là bước đầu tìm hiểu, thi công sản phẩm ứng
dụng GPS trong thực tế, đồng thời cũng là bước triển khai những kiến thức
đã được học. Thông qua việc nghiên cứu và làm việc nghiêm túc để rèn
luyện tác phong, tinh thần khoa học, cũng như hoàn thiện phương pháp, tư
duy nghiên cứu, giải quyết một vấn đề thực tiễn. Quan trọng hơn, đồ án còn
là bước “tổng kết và hoàn thiện” những kỹ năng còn thiếu sót trước khi thực
sự trở thành người kỹ sư.

dụ như GIS có thể được ứng dụng để quản lý các vùng đất đai và nước bị ô nhiễm, hỗ
trợ các nhà hoạch định, chuyên gia ra quyết định kịp thời và đúng đắn trên vùng bị ô
nhiễm. GIS cũng có thể dùng để thống kê, phân tích, lập bản đồ phân bố khách hàng,
các vị trí kinh doanh hay hệ thống bán hàng để hỗ trợ việc ra các quyết định kinh
doanh.
Thông tin địa lý có thể được truy xuất, truyền tải, chuyển đổi, và hiển thị bằng
nhiều ứng dụng phần mềm. Trong công nghiệp, các sản phẩm thương mại từ các công
ty như SmallWorld, Manifold System, ESRI, Intergraph, Mapinfo và AutoDesk giữ ưu
thế với các bộ công cụ toàn diện. Chính phủ và các cơ quan an ninh, quân đội thường
sử dụng các phần mềm riêng, các sản phẩm mã nguồn mở như GRASS và nhiều sản
phẩm riêng biệt khác đáp ứng tốt các nhu cầu cụ thể. Các công cụ miễn phí để xem tập
dữ liệu GIS, truy cập công cộng các thông tin địa lý được thống trị bởi các nguồn tài
nguyên trực tuyến như Google Earth và bản đồ web tương tác.
1.4.2. Quản lý hệ thống xe buýt thông qua bộ đàm.
Mô tả: trên mỗi chiếc xe buýt của hệ thống được trang bị một chiếc bộ đàm có
khả năng liên lạc với trung tâm bằng sóng VHF. Trung tâm quản lý có thể giao tiếp
trực tiếp với lái xe thông qua kênh thoại. Bên cạnh đó có thể dùng bộ ghép nối tín hiệu
để truyền dữ liệu.
Hệ thống này rất phổ biến, tuy nhiên tồn tại một số thực trạng: Bị ảnh hưởng
của nhiễu lớn, bên cạnh đó là vùng phủ sóng nhỏ, chỉ trong phạm vi vài chục km.
1.5. Lựa chọn phương án thực hiện.
Để khắc phục các thực trạng trên và tìm ra một giải pháp tối ưu hơn nhóm đã
kết hợp giữa công nghệ GPS và mạng di động GSM (cụ thể là công nghệ GPRS) để
đưa ra một hệ thống quản lý tối ưu hơn:
- Chi phí đầu tư, chi phí bảo trì và sử dụng thấp.
- Có khả năng quản lý hệ thống rộng lớn.
4

- Phạm vi quản lý không có giới hạn (khu vực nào có sóng di động là có thể
triển khai được.)
6

CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT
2.1. Tổng quan về GPS.
2.1.1. Lịch sử hình thành và phát triển của hệ thống GPS.
Sự ra đời của những phương tiện vận chuyển như máy bay, và những con tàu
vũ trụ 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 xác định được vị trí
theo 2 chiều không gian dùng cho việc dẫn dắt các tàu thủy đã trở thành lỗi thời và
không còn phù hợp. 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. Bộ
Quốc phòng Mỹ là cơ quan thiết kế và điều khiển hệ thống định vị toàn cầu. Trong
nhóm những người tham gia điều hành dự án GPS của Bộ Quốc Phòng Mỹ cần kể tới

trái đất đều nhận thấy ít nhất là 4 vệ tinh đang bay ngang trên trời. Nhiệm vụ của thiết
bị GPS là làm sao nhận được tín hiệu phát ra từ các vệ tinh bay ngang trên trời … tối
thiểu là từ ba vệ tinh. Một khi máy đã nhận được tín hiệu phát ra từ các vệ tinh thì các
mạch điện tử trong máy sẽ đo và biết được khoảng cách từ các vệ tinh cũng như tọa độ
của nó.
Trong vài giây đồng hồ máy sẽ làm bài toán và cho giải đáp ngay đó là tọa độ
của máy, phương pháp này trong toán học gọi là TRILATERATION (phép đo 3 cạnh
tam giác). Tọa độ này cho bạn biết từ vĩ tuyến cho đến kinh tuyến chính xác đến mức
độ tới từng giây.
Một số hệ thống toàn cầu và khu vực khác như hệ thống Galileo do liên minh
Châu Âu và Cơ quan vũ trụ Châu Âu thiết lập. Hệ thống dẫn hướng trong không trung
GLONASS của Nga, Hệ thống QZSS của Nhật Bản và Hệ thống BEIDOU của Trung
Quốc hiện đang được xây dựng. Sau nghiên cứu đánh giá kỹ lưỡng. Chương trình dẫn
hướng vệ tinh Galileo, một sáng kiến hợp tác giữa liên minh Châu Âu và Cơ quan Vũ
trụ Châu Âu, cuối cùng đã nhận được sự khẳng định để sử dụng và chương trình này
rất giống với trọng tâm chính sách của Mỹ. Các thực thể quản lý và cơ quan an ninh
cũng được yêu cầu phát hiện và bảo vệ chống lại việc sử dụng các hệ thống này một
cách phi pháp và cho các mục đích chống đối. Nỗ lực duy trì Chương trình GLONASS
cho thấy dự định của Nga ủng hộ GNSS riêng của mình. Hệ thống do Chính phủ liên
bang Nga quản lý bao gồm 21 vệ tinh, có quỹ đạo quay quanh 3 hành tinh khác nhau.
Từ sau năm 1995 hệ thống GPS vẫn tiếp tục được duy trì và bảo dưỡng cũng như thay
thế những vệ tinh già tuổi. Năm 2000, số vệ tinh trong chòm GPS đã tăng lên 28 vệ
tinh. Những vệ tinh thế hệ GPS-IIR đã và đang được phóng lên để thay thế những vệ
tinh già tuổi. Vệ tinh được phóng lên ngày 16/9/2005 mang tên GPS-IIR-M1, là vệ
tinh đầu tiên thuộc thế hệ 8 chiếc vệ tinh hiện đại nhất GPS-IIR-M. Theo website
Space-Based Postioning, Navigation and Timing của chính phủ Mỹ, Chính phủ Mỹ
cam kết cung cấp tối thiểu 24 vệ tinh GPS hoạt động trên quĩ đạo với 95% thời gian.
Không lực Mỹ (USA Air Force) phóng các vệ tinh bổ sung có chức năng dự trữ để
8