Nghiên cứu hệ thống mã khóa chống trộm GPS - VT310 lắp trên ô tô dựa trên hệ thống định vi toàn cầu

: cải tiến thiết kế máy thu, phân tích và mô hình hóa hiệu ứng của ăngten khác nhau, hiệu ứng truyền sóng và sự phối hợp của chúng trong phần mềm xử lý số liệu, phát triển các hệ thống liên kết truyền thông một cách tin cậy cho các hoạt động định vị GPS cự ly dài và ngắn khác nhau 2. Đặc điểm và cấu trúc tín hiệu GPS: a) Đặc điểm tín hiệu GPS: Các vệ tinh GPS phát ra hai tín hiệu vô tuyến dải L1 và L2. (dải L là phần sóng cực ngắn trải rộng từ 0,39 tới 1,55 GHz). GPS dân sự dùng tần số L1= 1575.42 MHz trong dải UHF. Tín hiệu truyền trực thị, có nghĩa là chúng sẽ xuyên qua mây, thuỷ tinh và nhựa nhưng không qua phần lớn các đối tượng cứng như núi và nhà. L1 chứa hai mã "giả ngẫu nhiên “PRN” (pseudo random Noise), đó là mã chính xác “P” (Protected) và mã truy cập thô “C/A” (Coarse/Acquisition ), còn L2 chỉ chứa mỗi mã P. Mỗi một vệ tinh có một mã truyền dẫn nhất định, cho phép máy thu GPS nhận dạng được tín hiệu. Mục đích của các mã tín hiệu này là để tính toán khoảng cách từ vệ tinh đến máy thu GPS. Ngoài ra, tín hiệu GPS chứa các mẫu thông tin khác nhau đó là: mã giả ngẫu nhiên, dữ liệu thiên văn và dữ liệu lịch. _“Mã giả ngẫu nhiên” (mã C/A và P): đơn giản chỉ là mã định danh để xác định được quả vệ tinh nào là phát thông tin nào. Có thể nhìn số hiệu của các quả vệ tinh trên trang vệ tinh của máy thu Garmin để biết nó nhận được tín hiệu của quả nào (hình). _“Dữ liệu thiên văn”: cho máy thu GPS biết quả vệ tinh đang ở đâu trên quỹ đạo tại mỗi thời điểm trong ngày. Mỗi quả vệ tinh phát ra dữ liệu thiên văn để chỉ ra thông tin quỹ đạo của chúng và của các vệ tinh khác trong hệ thống. _“Dữ liệu bản lịch vệ tinh”: được phát đều đặn bởi đồng hồ nguyên tử trong mỗi quả vệ tinh, chứa thông tin quan trọng về trạng thái của vệ tinh (tốt hay không), ngày giờ hiện tại... b) Cấu trúc tín hiệu GPS: Các đồng hồ nguyên tử trên mỗi vệ tinh được dùng để tạo ra một dao động cơ bản với tần số là f0=10.23MHz. Các sóng mang L1, L2 và mã giả khoảng cách được tạo ra từ tần số cơ bản này bằng các mạch nhân /chia tín hiệu như sau: _Tần số L1: f L1 = 154f0 = 1575.42MHz (tương đương với bước sóng: L1 = c / f L1 L1 = c / f L1 19cm 19cm). _Tần số L2: f L2 = 120f0 = 1227.3MHz (tương đương với bước sóng: L2 = c / f L2 L2 = c / f L2 24cm 24cm). Mã C/A: là một chuỗi các bit ±1 có tần số bằng f0/10. . Mã C/A được sử dụng chủ yếu để xác định mã P và dùng cho dịch vụ định vị chuẩn. Mã P: là một chuỗi các bit ±1 có tần số chính bằng f0 và chu kỳ lặp lại của mã này là 7 ngày và đây là mã giả khoảng cách dùng cho dịch vụ định vị chính xác. _Bản lịch vệ tinh: là các bit dữ liệu chứa các thông tin của vệ tinh. Luồng bit dữ liệu này có tần số rất thấp (50Hz). Các mã giả khoảng cách và dữ liệu bản lịch được điều chế trên các kênh sóng mang để truyền đến máy thu người sử dụng theo sơ đồ nguyên lý sau: Hình 5: Cấu trúc tín hiệu GPS. Hình 6: Cấu trúc dữ liệu vệ tinh GPS. Mã nhiễu giã ngẫu nhiên C/A và P được tạo ra từ các thanh ghi dịch có hồi tiếp như sau: G1 = 1+x3+x10 G2=1+x2+x3+x6+x8+x9+x10 Hình 7: Phương pháp tạo mã nhiễu giả ngẫu nhiên C/A. Thanh ghi G2 có tất cả 32 cặp tế bào khác nhau (1-2, 1-3, 1-4, 1-6, 1-8...), tương ứng với 32 mã giả ngẫu nhiên C/A trong hệ thống. Tại mỗi xung đồng hồ (1.023 Mhz), các bit trong thanh ghi được chuyển sang đầu ra (bên phải thanh ghi) và A new value in the leftmost register is created by the modulo-2 addition (or binary sum) of the contents of a specified group of registers.một giá trị mới được đưa vào đầu vào (bên trái thanh ghi) bởi bộ cộng nhị phân tổng hợp (modulo-2).In the case of the C/A code two 10-bit TFSRs are used, each generating a Gold Code: (1) the G1 (represented here as the polynomial: 1 + X 3 + X 10 ), and (2) the G2 (represented here as the polynomial: 1 + X 2 + X 3 + X 6 + X 8 + X 9 + X 10 ). Different combinations of the outputs of the registers of G2 (or "taps" from the register) when added to the output of the G1 code lead to different PRN codes.Kết hợp khác nhau các kết quả đầu ra của thanh ghi G2 khi thêm vào đầu ra của G1 sẽ dẫn đến các mã khác nhau. There are 36 unique codes that can be generated in such a straightforward manner. Mã P cũng được tạo ra theo một nguyên tắc tương tự như mã C/A nhưng sử dụng đến 4 bộ thanh ghi. Các bước sóng của mã này dài gấp 10 lần so với mã C/A (gần bằng f0) và chu kỳ lặp lại của mã này là khoảng một tuần (Lặp lại vào mỗi tối thứ 7). Ngoài ra, mã P còn được mã hóa thông qua mã “W” (mã bí mật) để kết hợp tạo thành mã “Y” được sử dụng cho mục đích quân sự. Mã này có thể xuyên qua các vật thể rắn như núi, nhà.... c) Thông tin từ bản lịch vệ tinh: Thông tin định vị GPS bao gồm các bit dữ liệu (đơn vị thông tin) được gắn với mốc thời gian xác định. Các bit này làm dấu thời gian truyền của mỗi khung con tại thời điểm chúng được vệ tinh truyền đi. Một khung dữ liệu chứa 1500 bit được phát đi sau mỗi 30 giây. Mỗi khung dữ liệu được chia thành 5 khung con và được phát đi mỗi 6 giây, trong đó: + Khung con thứ nhất gửi đi thông tin và dữ liệu của đồng hồ vệ tinh. + khung con thứ 2 và 3 gửi đi các tập dữ liệu quỹ đạo vệ tinh chính xác (thông số dữ liệu bản lịch). + Khung con 4 và 5 được sử dụng để phát đi các trang khác nhau của dữ liệu hệ thống. + Mỗi một khung con chứa mười thông số bản lịch dùng để mô tả quĩ đạo vệ tinh. Mỗi thông số quĩ đạo chứa 30 bit và được phát đi trong vòng 0.6 giây. Một thông điệp định vị hoàn chỉnh bao gồm 25 khung dữ liệu (125 khung con) chứa 37500 bit và được phát đi trong một chu kỳ là 12.5 phút (hình 8). Ngoài ra, trước khi tiến hành quan trắc, máy thu cần phải có một khoảng thời gian khởi động vừa đủ để có thể đọc được đầy đủ dữ liệu bản lịch. Vì vậy, dữ liệu gần đúng được máy thu sử dụng để xác định trước vị trí xấp xỉ và độ dịch tần số (Doppler sóng mang) do sự thay đổi khoảng cách lúc vệ tinh di chuyển gây nên. Hình 8: Cấu trúc dữ liệu trong bản lịch vệ tinh. III. Nguyên lý định vị GPS: 1. Nguyên lý: Các vệ tinh GPS bay vòng quanh Trái Đất hai lần trong một ngày theo một quỹ đạo nhất định và phát tín hiệu có thông tin (sóng mang và các mã nhiễu giã) xuống Trái Đất. Các máy thu GPS nhận thông tin này và bằng phép tính lượng giác có thể tính được chính xác vị trí của người dùng. Về bản chất, máy thu GPS so sánh thời gian tín hiệu được phát đi từ vệ tinh với thời gian nhận được chúng. Sai lệch về thời gian cho biết máy thu GPS ở cách vệ tinh bao xa. Rồi với nhiều khoảng cách đo được tới nhiều vệ tinh mà máy thu có thể tính được vị trí của người dùng và hiển thị lên bản đồ điện tử của máy. Máy thu phải nhận được tín hiệu của ít nhất ba vệ tinh để tính ra vị trí hai chiều (kinh độ và vĩ độ) và để theo dõi được chuyển động. Khi nhận được tín hiệu của ít nhất 4 vệ tinh thì máy thu có thể tính được vị trí ba chiều (kinh độ, vĩ độ và độ cao). Một khi vị trí người dùng đã tính được thì máy thu GPS có thể tính các thông tin khác, như tốc độ, hướng chuyển động, bám sát di chuyển, khoảng hành trình, quãng cách tới điểm đến và nhiều thứ khác nữa. Nguyên lý định vị của GPS được dựa trên các cơ sở toán học sau: Cơ sở hình học: _ Giả sử rằng khoảng cách từ máy thu đến vệ tinh thứ nhất là d1, điều ấy có nghĩa là máy thu nằm ở đâu đó trên mặt cầu có tâm là vệ tinh thứ nhất và bán kính mặt cầu đó là d1. _Tương tự nếu ta biết khoảng cách từ máy thu đến vệ tinh thứ 2 là d2 thì vị trí máy thu được xác định nằm trên đường giao tiếp của hai mặt cầu (hình 6). _Nếu biết được khoảng cách từ máy thu đến vệ tinh thứ 3 thì ta có thể xác định được vị trí máy thu là một trong hai giao điểm của của đường tròn trên với mặt cầu thứ 3. Trong hai giao điểm đó có một giao điểm được loại bỏ bằng phương pháp nội suy nên điểm còn lại là điểm cần xác định (hình 7). _Tuy nhiên, do các sai số về thời gian khi GPS truyền tín hiệu từ vệ tinh đến máy thu nên phải có thêm một vệ tinh thứ tư. Do đó, có đến 4 ẩn số cần phải giải (X, Y, Z, Dt) tương ứng với 4 phương trình với khoàng cách đến 4 vệ tinh . Phương trình được tính toán như sau: Cơ sở về mặt đại số: _ Một cách khác để hiểu rõ hơn về cơ chế định vị vệ tinh, ta xét phương trình phương trình toán học được xem là cơ sở cũa phương pháp định vị qua vệ tinh. Phương trình này được xây dựng trên định lý Pythagor như sau: Trong đó: _ X,Y,Z là tọa độ (vị trí) cần xác định. _ T: sai số tại đồng hồ máy thu. _ Xs, Ys, Zs: tọa độ của vệ tinh.( Các tọa độ này được tính thông qua các thông tin từ bản lịch được phát trên mỗi vệ tinh). _ Es: Tổng sai số được xác định từ các mô hình sai số gắn liền với hệ thống (sai số tầng điện ly, tầng đối lưu, sai số từ đồng hồ vệ tinh, máy thu...). _ PRN: khoảng cách xấp xỉ từ vệ tinh tới máy thu. _ Trong phương trình này có 4 ẩn chưa biết đó là X,Y,Z và T. Để xác định 4 ẩn số ta cần ít nhất 4 phương trình. Theo lý thuyết đại số thì đây là một bài toán bình phương tối thiểu chuẩn. 2. Công thức: Để xác định khoảng cách từ máy thu đến vệ tinh ta có thể sử dụng công thức sau: d=C.∆t Trong đó: C: Là vận tốc lan truyền sóng điện từ và được tính bằng tốc độ ánh sáng. ∆t: Là trị đo của sự sai khác về thời gian giữa mã khi phát từ vệ tinh và mã nhận được tại ăng-ten máy thu.Với ∆t được tính như sau: Trong đó: : là thời gian GPS được đo bàng đồng hố máy thu tại thời điểm máy thu nhận được tín hiệu. : Là thời gian GPS được đo bằng đồng hồ vệ tinh tại thời điểm vệ tinh phát tín hiệu. _ Mặt khác, xét theo khoảng cách từ vệ tinh thú i tới máy thu, ta có thể viết lại biểu thức trên như sau. Trong đó: C: Vận tốc ánh sáng. : Khoảng cách từ vệ tinh thứ i tới máy thu. : Độ lệch đồng hồ trên vệ tinh thứ i. : Độ lệch trên đồng hồ máy thu. _Các vệ tinh GPS được đặt trên quỹ đạo rất chính xác và bay quanh trái đất một vòng trong 11giờ 58 phút nghĩa là các vệ tinh GPS bay qua các trạm kiểm soát 2 lần trong một ngày. Các trạm kiểm soát được trang bị các thiết bị để tính toán chính xác tốc độ, vị trí, độ cao của các vệ tinh và truyền trở lại vệ tinh các thông tin đó. Khi một vệ tinh đi qua trạm kiểm soát thì bất kỳ sự thay đổi nào trên quỹ đạo cũng có thể xác định được. _Những nguyên nhân của sự thay đổi đó chính là sức hút của mặt trời, mặt trăng, áp suất bức xạ mặt trời...vv. Vệ tinh sẽ truyền các thông tin về vị trí của nó đối với tâm trái đất đến các máy thu GPS (cùng với các tín hiệu về thời gian). _Các máy thu GPS sẽ sử dụng các thông tin này vào trong tính toán để xác định vị trí, toạ độ của nó theo các kinh độ và vĩ độ của trái đất. Mô hình toán học của trái đất được dùng trong hệ thống GPS được gọi là hệ trắc địa toàn cầu WGS-84 (World Geodetic System 1984). IV. Máy thu GPS: 1. Phân loại máy thu: Có 3 cách phân loại máy thu GPS như sau : Phân loại theo cấu trúc. Phân loại theo cơ chế hoạt động. Phân loại theo ứng dụng . a) Phân loại theo cấu trúc: Máy thu tuần tự: Máy thu tuần tự là loại máy thu sử dụng một hoặc hai kênh vô tuyến (phần cứng) để thực hiện quan trắc các vệ tinh riêng lẻ một cách tuần tự. Các máy thu này có giá thành rẻ nhất trong tất cả các loại máy thu do mạch phần cứng đơn giản. Tuy nhiên, đây là loại máy thu có độ chính xác kém nhất và nó không thể quan trắc vệ tinh được khi di chuyển với tốc độ cao. Máy thu liên tục: Máy thu liên tục là loại máy thu với phần cứng được thiết kế đủ số kênh vô tuyến để nó có thể thực hiện quan trắc liên tục tất cả các vệ tinh xuất hiện trên bầu trời tại mọi thời điểm. Loại máy thu này có ưu thế hơn hẳn các loại máy thu có cấu trúc khác. Để thực hiện quan trắc liên tục loại máy này yêu cầu tối thiểu phải có 4 kênh vô tuyến phần cứng. Một máy thu 5 kênh có thể thực hiện quan trắc liên tục 4 kênh và đọc thông điệp bản lịch từ kênh thứ 5 vì việc cập nhật cơ sở dữ liệu về các thông số quỹ đạo vệ tinh trên máy thu phải được giữ liên tục. Một máy thu 6 kênh có thể đọc thông điệp bản lịch, quan trắc 4 vệ tinh và giữ một kênh dự phòng cho trường hợp một trong 4 kênh bị mất với một lý do nào đó. Một máy thu quan trắc toàn bộ (All in view receiver) sẽ phải có đủ số kênh vô tuyến phần cứng (thường là 12 kênh) để khóa với các vệ tinh mà nó xuất hiện trên bầu trời tại một thời điểm bất kỳ. Máy thu ghép kênh (Multiplex): Máy thu ghép kênh hoạt động giống như một máy thu tuần tự trong đó nó thực hiện chuyển mạch giữa các kênh vệ tinh quan trắc được. Điều khác biệt là loại máy thu này thực hiện với một tốc độ mẫu rất nhanh (xấp xỉ 50 Hz) và có thể quan trắc được nhiều vệ tinh hơn máy thu tuần tự. Tuy nhiên, cơ chế hoạt động này vẫn thấp hơn máy thu liên tục do nó không thể tích hợp được toàn bộ công suất trải phổ được phát của các vệ tinh. b) Phân loại theo cơ chế hoạt động: Máy thu tương quan mã: Máy thu định vị theo mã giả khoảng cách là loại máy thu được phát triển từ thế hệ đầu tiên gắn liền với công nghệ định vị vệ tinh. Loại máy thu này xác định khoảng cách giữa ăng-ten máy thu và vệ tinh bằng cách tính tương quan mã giả khoảng cách.. Máy thu sử dụng tương quan pha sóng mang: Máy thu định vị theo pha sóng mang ra đời sau loại máy thu định vị trên mã giả khoảng cách. Loại máy thu này sử dụng các trị đo pha sóng mang để xác định khoảng cách từ ăng-ten máy thu tới vệ tinh. Với việc sử dụng các trị pha này, độ chính xác của phép dịnh vị có thể đạt được dưới mức centimet. Loại máy thu này chỉ thích hợp cho các ứng dụng trong đo đạc yêu cầu độ chính xác cao như trong các ứng dụng đo đạc trắc địa và làm bản đồ. Phân loại theo số lượng tần số quan trắc: Các máy thu GPS được phân thành 2 loại: máy thu 1 tần số (single frequency) và máy thu hai tần số (Dual- frequency). Các máy thu một tần số chỉ quan trắc được sóng mang L1 trong khi đó máy thu 2 tần số quan trắc trên cả hai sóng mang L1 và L2. Các máy thu 2 tần số chủ yếu được thiết kế cho các loại máy thu định vị trên sự tương quan mã pha sóng mang. Sự kết hợp dữ liệu trên hai tần số L1 và L2 cho phép máy thu hai tần số loại bỏ được các ảnh hưởng của tầng điện ly. Loại máy thu này cho độ chính xác cao hơn rất nhiều so với loại máy thu một tần số. c) Phân loại theo ứng dụng: Máy thu cầm tay: Loại máy thu này có đặc điểm là nhỏ gọn, sử dụng nguồn pin và có màn hình hiển thị. Màn hình hiển thị thường là LCD vì loại màn hình này tiêu hao năng lượng thấp và có thể hiển thị chữ số hoặc đồ họa. Ăng-ten có thể được tích hợp bên trong hoặc gắn bên ngoài thiết bị. Máy thu xác định hình dáng: Loại máy thu này dùng để xác định các vị trí 3 chiều của một đối tượng đối với trái đất. Loại máy thu này sử dụng nhiều ăng-ten và vị trí tương đối của chúng được biết trước. Máy thu dùng trong hàng không: Các loại máy thu này chuyên dùng trong việc dẫn đường hàng không và có thể hiển thi bản đồ hàng không. Độ chính xác phụ thuộc vào từng loại phương tiện mà máy thu gắn kết trên đó. Các máy thu được thiết kế cho các ứng dụng hàng không thông thường, không sử dụng bất kỳ loại hiệu chỉnh nào nên độ chính xác không cao. Đối với các máy thu tích hợp trong bộ dẫn đường trên các máy bay chuyên chở hành khách có thể được thiết kế để sử dụng các tín hiệu biệu chỉnh diện hẹp để làm tăng độ chính xác cho hệ thống dẫn đường giúp cho việc hạ cánh tự động. Máy thu đẫn đường các phương tiên đường bộ: Các máy thu này được gắn trên xe hơi, xe tải, tàu lửa. Mục đích của các máy thu này có thể khác nhau tùy thuộc vào các ứng dụng. Các máy thu dùng trong xe hơi thường được dùng để dẫn đường cho tài xế hoặc gởi các vị trí của một xe hơi tới trung tâm đáp ứng các tình trạng khẩn cấp trong trường hợp có tai nạn,… Máy thu thu thập dữ liệu và làm bản đồ: Các máy thu này có chức năng thu thập dữ liệu và xuất vào một cơ sở dữ liệu bên ngoài. Các máy thu này có độ chính xác định vị tuyệt đối rất cao và độ chính xác hiệu chỉnh vi sai dưới 1 mét. Thông thường các loại máy thu này được thiết kế gắn với một máy tính nhỏ phục vụ quá trình thu thập dữ liệu. Nhiều máy tính thu thập dữ liệu này có thể nạp trước được các thư viện thuộc tính. Các máy thu này được thiết kế cho người mang trên tay, nguồn pin ngoài phụ và anten có thể gắn cố định trên một cọc mang sau lưng. Các máy thu hàng hải: Các máy thu này được thiết kế cho việc dẫn đường hàng hải, bao gồm khả năng hiển thị các bản đồ hàng hải và kết nối tới các thiết bị định vị khác. Các máy thu dùng trong không gian: Các máy thu này được sử dụng trên các vệ tinh để dẫn đường và xác định độ cao của vệ tinh. Chúng có thể được làm cứng bằng bức xạ và có một chương trình đặc biệt cho phép chúng hoạt động ở vận tốc tương đối cao trên quỹ đạo vệ tinh. Các máy thu đo đạc: Các máy thu này được thiết kế cho các mục đích đo đạc chính xác trên mặt đất. Nhiều máy thu loại này có ăng-ten bên ngoài và được đặt trên giá ba chân. Các máy thu định thời: Các máy thu loại này được thiết kế cho mục đích tham chiếu thời gian và tần số. Trên các máy thu này, vị trí là thông tin thứ cấp và thường không được người sử dụng quan tâm. Thời gian và tần số nhận được từ máy thu này có độ ổn định cao và có thể kết hợp với mạng giờ thế giới qua chuẩn thời gian GPS. 2. Sơ đồ nguyên lý và những bộ phận chính của máy thu GPS: a) Sơ đồ nguyên lý: Máy thu GPS là một thiết bị thu vô tuyến đặc biệt, có chức năng tách và giải mã tín hiệu GPS (sóng mang và các mã PRN) thành các dạng số liệu dùng được như là vị trí, tốc độ, thời gian... Đặc điểm máy thu phụ thuộc vào ứng dụng được thiết kế trên đó. Hình 8: Sơ đồ nguyên lý của máy thu GPS. b) Các bộ phận cơ bản của một máy thu GPS: Ăngten và bộ tiền khuếch đại Phần tần số vô tuyến (RF) Bộ vi xử lí Đầu thu hoặc bộ điều khiển và thể hiện Thiết bị ghi chép Nguồn năng lượng Ăngten và bộ tiền khuếch đại: Các Ăngten dùng cho máy thu GPS thuộc loại chùm sóng rộng , vì vậy không cần phải hướng tới nguồn tín hiệu giống như các đĩa ăngten vệ tinh . Phần tần số vô tuyến: Bao gồm các vi mạch điện tử xử lí tín hiệu và kết hợp số hóa và giải tích. Phần tần số vô tuyến: bao gồm các kênh để truy cập các tín hiệu GPS nhận được, số lượng các kênh biến đổi trong khoảng từ 1 đến 12 tuỳ theo nhũng máy thu khác nhau. Bộ điều khiển: Cho phép người điều hành can thiệp vào bộ vi xử lí. Kíck thước và kiểu dáng của bộ điều khiển ở các loại máy thu khác nhau cũng khác nhau. Thiết bị ghi: Người ta dùng máy ghi băng từ hoặc các đĩa mềm để ghi các trị số quan trắc và những thông tin hữu ích khác được tách ra từ những tin hiệu thu được Nguồn năng lượng: Phần lớn các máy thu đều dùng nguồn điện một chiều điện áp thấp, chỉ có một vài máy đòi hỏi phải có nguồn điện xoay chiều. 3. Cấu trúc máy thu: Máy thu GPS được cấu trúc gồm một bộ thu tín hiệu vệ tinh và một bộ vi điều khiển được tích hợp để xử lý và tính toán số liệu. Hầu hết các bộ thu GPS đều có đặc điểm giống như các máy thu tín hiệu cao tần thông dụng. Trong đó có hai loại kênh thu tín hiệu được sử dụng trong thực tế là kênh tương quan và kênh cầu phương. Mỗi bộ thu chỉ sử dụng một trong hai loại kênh này. Kênh tương quan Kênh tương quan mã bao gồm hai khối chức năng chính: vòng lặp khóa mã và vòng lặp khóa pha. Vòng lặp khóa mã được dùng để xác định các trị đo dựa trên sự tương quan mã C/A hoặc mã P và tách dữ liệu bản lịch vệ tinh từ mã nhiễu giả ngẫu nhiên; vòng lặp khóa pha dùng để giải điều chế thông điệp định vị từ các sóng mang (L1 và L2). Hình 9: Sơ đồ khối kênh tương quan. Kênh cầu phương Kênh cầu phương chỉ dùng để đo pha sóng mang do các dạng mã và thông điệp dẫn đường bị triệt tiêu khi thực hiện bình phương tín hiệu theo nguyên lý hoạt động của loại kênh này. Hình 10: Sơ đồ khối kênh cầu phương Bộ trộn Bộ lọc thông dải Bộ trộn Bộ nhân tần số Bộ nhân tần số Bộ dao động nội Sóng mang không chứa mã Sóng mang không chứa mã Sóng mang chứa mã V. Ứng dụng hệ thống định vị toàn cầu GPS trên ôtô: 1. Mô tả hệ thống định vị toàn cầu GPS trên ôtô tại Việt Nam: a) Sự cần thiết của việc ứng dụng hệ thống định vị toàn cầu GPS trên ôtô: Ngày nay, cùng với sự tiến bộ vượt bậc của khoa hoc kỹ thuật, việc ứng dụng hệ thống định vị toàn cầu GPS trên ô tô (hay còn gọi là hộp đen ô tô) đã trở nên phổ biến và dường như là bắt buộc đối với một số quốc gia trên thế giới. Có hai lý do mà chúng ta cần phải lắp GPS cho xe ô tô: thứ nhất là phục vụ cho công tác quản lý xe của chủ xe và nhà quản lý, thứ hai là phục vụ cho công việc giám sát từ xa và quản lý của các cơ quan chức năng. Tại Việt Nam, kể từ ngày 1-7-2011, xe ô tô chở khách chạy với cự ly từ 500 ki lô mét trở lên và xe kéo container cũng bắt buộc phải gắn thiết bị giám sát hành trình, theo “Nghị định 91/2009/NĐ-CP” của Chính Phủ. Việc lắp đặt thiết bị GPS theo Nghị định này sẽ có những thuận lợi sau: + Về phía các doanh nghiệp: đây sẽ là một công cụ quản lý tài xế và phương tiện hữu hiệu bên cạnh cách quản lý thủ công như truyền thống, nó giúp cho doanh nghiệp tiết kiệm được chi phí và quản lý khoa học hơn. + Về phía các cơ quan chức năng: nó tăng cường hiệu quả giám sát cho các cơ quan quản lý nhà nước, góp phần giảm thiểu tai nạn giao thông và hạn chế tình trạng xe dù, bến cóc. b) Mô tả về hệ thống GPS trên ô tô (hộp đen ô tô): Ngoài các tính năng dẫn đường và xác định vị trí xe của hệ thống GPS như đã nêu ở trên thì ở hệ thống GPS trên ô tô (GPS – Theo dõi và Điều hành) còn được ứng dụng một lúc nhiều công nghệ cao như: hệ thống thông tin di động toàn cầu GSM (General Service Mobile), hệ thống vô tuyến gói tổng hợp GPRS (General Packet Radio Service), hệ thống thông tin địa lý GIS (Geographic Information System ) và công nghệ internet... Các hệ thống này được tích hợp chung với hệ thống GPS trên một thiết bị nhất định, được gọi là “Hộp đen ô tô”. Theo đó: mỗi hộp đen sẽ có một sim điện thoại GSM và một ăng-ten GPS, ăng-ten GPS sẽ nhận tín hiệu từ vệ tinh GPS , vệ tinh này sẽ cho biết hộp đen đang ở vị trí nào (bao gồm kinh độ và vĩ độ), sau đó hộp đen sẽ truyền các dữ liệu này về máy chủ (thông qua đường truyền GPRS trên sim điện thoại), máy chủ sẽ lưu trữ trên mạng internet và việc cuối cùng là chủ xe dùng máy tính hoặc điện thoại di động truy cập vào mạng internet để xem vị trí cũng như trạng thái hoạt động của xe. c) Sự khác và giống nhau giữa hệ thống GPS trên ôtô và GPS trên điện thoại: Giống nhau: Cả hai loại GPS dành cho ô tô và GPS tích hợp trong một số điện thoại đều là GPS Navigator (GPS dẫn đường) và không cần phải kết nối wifi hoặc 3G để sử dụng vì sóng GPS được chính phủ Mỹ cung cấp miễn phí trong dân sự. Vì các thiết bị này đã có sẵn 1 ăng-ten GPS (hoặc trên điện thoại là GPS receiver) để nhận tín hiệu từ vệ tinh. GPS sẽ định vị vị trí máy thu (trên ôtô hoặc điện thoại), sau đó sẽ hướng dẫn lộ trình ngắn nhất hoặc nhanh nhất đến điểm đã chọn. GPS Navigator hoạt động dựa trên phần mềm có sẵn trong máy hoặc được cài trên điện thoại di động. Khác nhau: Do trên ôtô có thể sử dụng hai loại thiết bị GPS đó là: thiết bị GPS- Navigaton (GPS dẫn đường) và thiết bị GPS- Theo dõi và quản lý xe. Đối với loại GPS-Navigation thì có thể sử dụng được cho cả điện thoại di động vì thiết bị này chỉ có tính năng đơn giản là dẫn đường. Còn với thiết bị GPS- Quản lý thì kết cấu phức tạp hơn và chỉ thích hợp cho việc quản lý xe mặc dù trên thiết bị có tích hợp Sim điện thoại và ăng-ten GSM. Trong trường hợp này, điện thoại có nhiệm vụ giúp cho việc theo dõi và quản lý xe của chủ phương tiện được tốt hơn thông qua ăng-ten GSM trên thiết bị. d) Phân loại các thiết bị GPS trên ôtô (hộp đen ôtô) tại Việt Nam: Hiện nay trên thị trường có rất nhiều loại hộp đen dành cho ô tô, tùy theo nhu cầu và mục đích của người sử dụng mà chọn loại tối ưu nhất. Nếu chỉ cần định vị để biết phương tiện đang ở đâu và di chuyển với tốc độ như thế nào thì chỉ cần sử dụng “GPS tracker” hoặc “GPS navigation” (hính 11), loại này rất nhỏ gọn và có giá vừa phải, có thể dùng pin sạc hoặc dùng nguồn điện của xe. Nhưng nếu có nhu cầu nhiều hơn như theo dõi tiêu hao nhiên liệu, xem lại lộ trình xe đã đi, thống kê số lần vượt tốc độ, qua trạm thu phí... thì phải dùng hệ thống “GPS tracking” (GPS-Theo dõi và điều hành (hình 12)), hệ thống này gồm có phần mềm chuyên dụng và cập nhật bản đồ mới liên tục, chủ xe có thể xem từ xa xe của mình thông qua inernet hoặc bằng điện thoại di động ngay cả khi đang ở nước ngoài, giá của hệ thống này dao động từ 4,9 triệu đồng đến 6,1 triệu đồng/xe, ngoài ra người dùng dịch vụ phải đóng phí lưu trữ trên internet hàng năm từ 800.000 đồng đến 1.100.000 đồng/năm cho mỗi xe. Loại này hiện nay được các hãng vận tải và công ty cho thuê xe lắp đặt nhiều nhất. Đối với các công ty vận tải hành khách như: xe buýt, xe khách các tuyến liên tỉnh thì có nhu cầu lắp thêm camera chụp hình để kiểm tra số lượng hành khách trong xe thì sẽ gắn thêm 1 camera chuyên dụng để chụp hình. Loại này có giá dao động từ 10 triệu đến 12 triệu đồng/xe bao gồm hộp đen và camera, ngoài ra phí dịch vụ hàng năm từ 1,5 triệu đồng đến 1,8 triệu đồng/năm/xe. 2. Ứng dụng của GPS trên ôtô: a) Hệ thống giám sát phương tiện giao thông (TRACKING.VN): Gới thiệu về dịch vụ TRACKING.VN: Hệ thống quản lý giám sát phương tiện giao thông tracking.vn sử dụng công nghệ định vị toàn cầu GPS qua vệ tinh để biết được vị trí hiện tại và trạng thái của phương tiện và tích hợp thêm sim điện thoại GSM để truyền thông tin về trung tâm điều khiển qua GPRS. Hệ thống tracking.vn là hệ thống tích hợp từ các hệ thống khác nhau và ứng dụng các công nghệ tiên tiến nhất để quản lý giám sát phương tiện giao thông: Hệ thống định vị toàn cầu GPS. Công nghệ mạng truyền tin không dây dung GPRS. Công nghệ GIS: Là công nghệ phân tích không gian và hiển thị bản đồ trái đất.Vị trí phương tiện được hiển thị trên nền bản đồ giúp quan sát trực quan. Công nghệ GIS cũng giúp thực hiện phân giải vị trí tọa độ (kinh độ/vỹ độ) thành địa chỉ liên lạc dạng số nhà, đường phố, Phường/Xã, Huyện/Lỵ và Tỉnh/Thành Phố. Hệ thống tương tác SMS: Là một phương tiện cung cấp thông tin nhanh và hiệu quả tới máy di động của người sử dụng. Hệ thống tương tác SMS cũng giúp chính khách hàng cung cấp các dịch vụ gia tăng khác cho các đối tượng khách hàng của mình. Hoạt động của hệ thống TRACKING.VN: Để thực hiện quản lý giám sát phương tiện giao thông cần các thành phần sau: Thiết bị GPS/GSM: là thiết bị định vị toàn cầu có hỗ trợ truyền tin qua GPRS. Thiết bị này được lắp trên phương tiện cần giám sát và tự động truyền vị trí và thông số của phương tiện về trung tâm sau mỗi khoảng thời gian cố định cho trước. Hệ thống Ghi nhận và phân tích thông tin: Là một cụm máy chủ đảm nhận chức năng ghi nhận các thông số truyền về từ thiết bị lắp trên xe và phân tích xử lý, tổng hợp dữ liệu để đưa ra các báo cáo thống kê giúp nhà quản lý, điều hành ra quyết định tốt hơn. Cụm máy chủ và phần mềm xử lý được cung cấp và quản lý bởi công ty cung cấp dịch vụ. Hệ thống hiển thị và cung cấp thông tin: Là một tập hợp các phần mềm được khai thác qua internet. Người sử dụng được cấp tài khoản để truy cập chức năng hệ thống theo quyền hạn được cấp. Qua đó người sử dụng có thể xem được vị trí,vận tốc, hướng di chuyển và các thông số hiện tại của phương tiện cần giám sát. Phần mềm cũng cung cấp giao diện để tra cứu các cảnh báo và các thống kê báo cáo về phương tiện cần giám sát. Chức năng của hệ thống TRACKING.VN: Gồm 3 phần. Giám sát trực tuyến phương tiện giao thông: - Mỗi khách hàng được cấp một tài khoản chính để giám sát toàn bộ đội xe.Từ tài khoản chính này,khách hàng cũng có thể tự cấp nhiều tài khoản khác cho những người dùng có chức năng khác nhau để quản lý giám sát toàn bộ hay một phần đội xe. - Khi đăng nhập hệ thống theo tài khoản cho trước, người điều hành có thể quan sát được vị trí toàn bộ đội xe trên bản đồ số hoặc ảnh vệ tinh với hơn 10 nguồn bản đồ khác nhau. - Màn hình giám sát sẽ hiển thị chi tiết trạng thái chạy/đỗ của thiết bị với các màu sắc khác nhau đồng thời hiển thị chi tiết địa chỉ vị trí từng phương tiện giúp người điều hành nhận biết ngay được trạng thái và địa điểm vị trí phương tiện. Kiểm tra trạng thái vị trí phương tiện mọi lúc mọi nơi qua tin nhắn SMS. Người điều hành có thể dùng điện thoại di động soạn tin nhắn với cú pháp DDS và gửi tới số tổng đài 8036. Hệ thống sẽ trả lại vị trí và trạng thái của xe. Ví dụ như: “Xe 67_1 lúc 09:14:19 1/6/09: Vị trí: Đang chạy Trên đường QL34 -TT. Tĩnh Túc, H. Nguyên Bình, T. Cao Bằng Vận tốc: 18 km/h Hướng: tây”. - Xem thông tin, trạng thái hiện thời của phương tiện bao gồm vị trí, vận tốc, hướng đi, trạng thái tắt/mở máy, điều hòa trên bản đồ số khi người sử dụng nhấn chuột vào biểu tượng xe. - Giám sát theo dõi phương tiện di chuyển. Chức năng này cho phép người sử dụng theo dõi giám sát phương tiện di chuyển. Nếu phương tiện di chuyển bản đồ sẽ di chuyển theo đảm bảo phương tiện sẽ luôn hiển thị ở giữa bản đồ. Chức năng này giúp theo dõi giám sát từng mét đường di chuyển của phương tiện. - Chức năng cảnh báo giúp người điều hành có các hành động phản ứng thích hợp để điều hành xe tốt hơn manh lại hiệu quả kinh tế và lợi nhuận. Tracking.vn hỗ trợ các chức năng thông báo và cảnh báo sau: 1. Thông báo nổ/tắt máy, điều hòa hay đóng mở cửa 2. Thông báo nâng BEN, kết thúc nâng BEN. 3. Thông báo dừng/đỗ/bắt đầu di chuyển. 4. Cảnh báo khi lái xe bấm vào nút SOS. Mỗi thiết bị lắp trên xe đều có một nút bấm SOS bí mật. Gặp các trường hợp khẩn cấp như mất phanh, bị cướp, tai nạn,…lái xe có thể bấm nút này để báo cho trung tâm điều hành biết tình trạng nguy hiểm cần hỗ trợ. 5. Cảnh báo mất nguồn điện chính. Thông thường thiết bị lắp trên phương tiện được nuôi bằng nguồn điện ắc quy +12/+24V. Nếu nguồn điện này bị ngắt thiết bị sẽ thông báo cho hệ thống và hệ thống sẽ hiện cảnh báo báo cho người điều hành để có biện pháp cấp lại nguồn cho thiết bị. Chức năng này nhằm đảm thiết bị GPS lắp trên xe luôn được đảm bảo nguồn điện cung cấp để hoạt động ổn định. 6. Cảnh báo pin dự phòng yếu. Khi mất nguồn điện chính, thiết bị GPS sẽ dùng nguồn dự phòng là PIN lithium. Pin này có thể cấp điện trong khoảng 6 giờ. Nếu Pin yếu chỉ còn 30% dung lượng, thiết bị sẽ tự động cảnh báo về trung tâm với tần xuất 5 phút/lần . 7. Cảnh báo chống trộm xe là chức năng giúp nhà điều hành phát hiện các rung động bất thường của phương tiện. Trong thiết bị GPS được tích hợp sẵn một cảm biến rung, nếu phương tiện đã về bãi đỗ và chức năng này được bật, bất kỳ rung động nào của xe quá 10 giây đều được thiết bị gửi về trung tâm để cảnh báo. 8. Cảnh báo vượt tốc độ. Khi phương tiện di chuyển quá tốc độ chophép (thông thường là 80km/h), hệ thống sẽ tự hiển thị cảnh báo quá tốc độ. Và trong chức năng xem lại hành trình, các vị trí quá tốc độ sẽ có màu đỏ để dễ nhận biết. 9. Cảnh báo vào/ra vùng kiểm soát. Vùng kiểm soát là vùng ô hình vuông do người điều hành đánh dấu trên bản đồ để kiểm soát lịch trình của phương tiện. Thông thường vùng kiểm soát là các bãi xe, bến đỗ hoặc điểm dừng tạm thời của phương tiện. 10. Cảnh báo đỗ quá thời gian cho phép tại vùng kiểm soát.Chức năng này giúp nhà điều hành kiểm soát được thời gian dừng đỗ của phương tiện tại vùng kiểm soát. Nếu dừng/đỗ quá thời gian cho phép, hệ thống sẽ hiện cảnh báo trên màn hình theo dõi và có thể thông báo qua email hoặc nhắn tin sms đến số điện thoại của người phụ trách. 11. Ngoài ra hệ thống còn hỗ trợ một số cảnh báo khác tùy theo từng loại xe chuyên biệt như đóng/mở thùng xe, đi sai lộ trình quy định. - Tìm kiếm xe, địa điểm, đường phố,… giúp người sử dụng tra cứu nhanh hơn. - Xem lại hành trình của phương tiện. Thông thường cứ 1 phút thiết bị GPS sẽ gửi về máy chủ thông số trạng thái của phương tiện một lần và máy chủ sẽ xử lý rồi lưu trữ các thông tin này lại. Vì vậy cuối ngày, cuối tháng hoặc bất kỳ khi nào người sử dụng đều có thể vào trang web và xem lại hành trình của phương tiện. - Hành trình được thể hiện trên bản đồ dưới dạng vị trí các lần truyền thông tin vị trí trạng thái của phương tiện. Các vị trí phương tiện đang chạy được thể hiện màu xanh, vị trí quá tốc độ màu đỏ và khi dừng là màu xám. - Tần suất cập nhật trạng thái vị trí phương tiện tối đa 10 giây/lần giúp liên tục theo dõi giám sát vị trí phương tiện. Thông thương chỉ cần tần xuất cập nhật 1 phút/lần là đáp ứng yêu cầu giám sát và lưu trữ số liệu làm thống kê báo cáo. Hệ thống báo cáo- thống kê: Hệ thống báo cáo gồm các báo cáo sau. - Báo cáo tình trạng trạng thái phương tiện - Báo cáo hành trình của phương tiện - Báo cáo chạy/đỗ - Báo cáo cảnh báo - Báo cáo vào-ra điểm kiểm soát - Báo cáo thời gian nổ máy - Báo cáo số lần nâng đổ BEN - Báo cáo vi phạm nâng đổ BEN - Báo cáo tổng hợp số Km xe chạy toàn đội xe - Báo cáo tiêu hao nhiên liệu theo định mức. b) Hệ thống GPS quản lý xe (VIETMAP GPS TRACKING SYSTEM): Giới thiệu: VIETMAP GPS TRACKING SYSTEM là một hệ thống tự động ứng dụng công nghệ định vị toàn cầu (GPS) kết hợp với công nghệ viễn thông GSM/GPRS và địa lý thông tin (GIS) giúp giám sát xe từ xa theo thời gian thực mang lại những lợi ích thiết thực trong công tác quản lý của doanh nghiệp. Sơ đồ hệ thống: Mô hình vận hành của hệ thống GPS Tracking System. Toàn bộ hệ thống hoạt động dựa trên sự kết hợp của nhiều công nghệ: Hệ thống vệ tinh GPS gồm 24 – 30 vệ tinh phát sóng GPS cho các thiết bị. Xe được trang bị thiết bị GPS Tracking Unit, thiết bị này có chức năng thu thập thông tin trạng thái xe, xác định vị trí thông qua sóng GPS. Các thông tin thu thập được sẽ được gởi liên tục về trung tâm dữ liệu qua đường truyền GPRS/SMS. Trung tâm dữ liệu bao gồm các hệ thống máy chủ dùng để lưu trữ và xử lý thông tin thu thập được từ các thiết bi GPS Tracking Unit. Khách hàng sử dụng hệ thống thông qua các máy đã được cài đặt phần mềm VIETMAP GPS Tracking. Với công nghệ GIS và Internet, người dùng có thể giám sát các xe theo thời gian thực trên nền bản đồ số chi tiết 64 tỉnh thành Việt Nam. Các chức năng chính của hệ thống Theo dõi và giám sát xe theo thời gian thực trên bản đồ số đầy đủ chi tiết Vị trí, hướng di chuyển, vận tốc, trạng thái đóng mở cửa, trạng thái tắt máy mở máy xe, trạng thái sóng GPRS, trạng thái GPS Cho phép xem lại lộ trình và mô phỏng lại lộ trình theo tốc độ tùy chọn Cho phép điều khiển từ xa bằng SMS: cấm không cho khởi động máy từ xa Cảnh báo về trung tâm khi thiết bị bị cắt nguồn, lái xe vượt quá tốc độ, SOS khẩn cấp khi gặp sự cố…. Cảnh báo khi xe vượt quá khu vực cho phép, vùng giới hạn… Cho phép giám sát nhiều xe cùng lúc trên từng màn hình riêng, giám sát nhiều khu vực Thêm bổ sung địa điểm trên bản đồ như cơ quan, nhà máy, trạm phát … Cung cấp chức năng quản lý bảo trì bảo dưỡng phương tiện theo nhiều tiêu chí: thời gian, quãng đường và giờ sử dụng xe Quản lý danh sách nhân viên Hệ thống báo cáo thống kê bao gồm: Báo cáo quãng đường và ước tính nhiên liệu tiêu hao Báo cáo thời gian sử dụng xe Thống kê thời gian dừng xe không tắt máy Thống kê số lần xe vượt quá tốc độ cho phép Thống kê số lần qua trạm thu phí Bảng báo cáo chi tiết lộ trình (tên đường, quận huyện và tỉnh thành) Thống kê xe ra vào trạm địa điểm đặt trước Báo cáo lịch sử bảo trì bảo dưỡng phương tiện Biểu đồ mức nhiên liệu trong xe theo thời gian (kết hợp với fuel sensor) Cảm biến analog và digital Báo cáo thời gian làm việc (kết hợp với hệ thống nhận dạng tài xế) Báo cáo tổng hợp các số liệu của xe 3. Cấu tạo và ưu nhược điểm của hộp đen trên ôtô: a) Cấu tạo: Theo phân loại như đã nói ở trên thì ta có hai loại máy thu GPS dành cho ôtô đó là: máy thu GPS-Navigation và máy thu GPS- theo dõi và điều hành xe. Cả hai loại máy thu này đều có tính năng định vị xe. Tuy nhiên, đối với máy thu Navigation thì việc tìm đường trở nên dễ dàng và tiện lợi hơn vì có màn hình hiển thị bản đồ được gắn trực tiếp lên xe. Còn máy thu GPS-quản lý và điều hành thì giúp cho việc quản lý xe của chủ xe trở nên tiện lợi hơn. Ngoài ra, hai loại này còn có thể kết hợp lại với nhau. Sau đây là cấu tạo cơ bản đối với hai loại máy thu: Máy thu GPS- Navigation: là một thiết bị như một máy tính nhỏ gọn có màn hình gắn liền và anten nhận tín hiệu GPS. Thiết bị này thường chỉ là thiết bị có thông tin một chiều. Nhờ anten GPS nhận tín hiệu từ vệ tinh. Hệ điều hành của máy sẽ thể hiện vị trí trên bản đồ được gài sẵn trong thiết bị. Các bộ phận cơ bản của thiết bị bao gồm: Ăng-ten thu tín hiệu GPS : thu các tín hiệu GPS được truyền từ các vệ tinh để xác định vị trí cũng như vận tốc của máy thu. Bộ nhớ của máy thu: trong bộ nhớ này có lưu một bản đồ số dưới dạng lưới tọa độ trên đó. Bản đồ thuộc một đơn vị cung cấp nhất định và chỉ dành riêng cho 1 vùng. Pin lithium: khi mất nguồn điện chính, thiết bị GPS sẽ dùng nguồn dự phòng là PIN lithium. Pin này có thể cấp điện trong khoảng 6 giờ. Nếu Pin yếu chỉ còn 30% dung lượng, thiết bị sẽ tự động cảnh báo về trung tâm với tần xuất 5phút/lần. Bộ xử lý trung tâm: có nhiệm vụ vẽ bản đồ số lên màn hình LCD, đồng thời vẽ luôn điểm hiện thời của ăng-ten GPS trên lưới tọa độ của bản đồ đó.Bộ xử lý còn có chức năng tìm đường đi từ các điểm đã được chỉ định (dựa vào bản đồ số và các thuật toán tìm đường). Nguồn: nguồn điện cho thiết bị hoạt động thường là nguồn điện 1 chiều từ 12V đến 36V (được lấy từ nguồn trên xe). Ngoài ra, trên thiết bị còn có một pin platium riêng phòng trường hợp mất nguồn trên xe. Màn hình LCD và bàn phím : hiển thị bản đồ/ vị trí/ vận tốc/ ... và cho phép người dùng thao tác nhập liệu nhanh chóng. Máy thu GPS-Theo dõi và điều hành xe: là thiết bị định vị khác với thiết bị GPS – Navigation. Đây là thiết bị có giao lưu thông tin hai chiều, chính vì thế khả năng ứng dụng của các thiết bị này rộng lớn hơn. Tùy theo lĩnh vực hoạt động của thiết bị, phần cứng của thiết bị có cấu trúc đơn giản hay rất phức tạp tùy theo các ứng dụng và tính năng mở rộng kèm theo. Thiết bị này sử dụng cùng một lúc nhiều công nghệ cao (GPRS, GSM, INTERNET...) như đã nêu ở trên. Vì vậy, cấu tạo của các thiết bị này bao gồm nhiều modul khác nhau như: modul GPS thu nhận tín hiệu từ các vệ tinh, modul GSM sử dụng Sim điện thoại của các nhà mạng viễn thông trong nước hoặc khi đi ra nước ngoài thì có thể sử dụng Roaming chuyển vùng quốc tế. Modul này không chỉ cho phép liên lạc hai chiều, gọi điện, nhắn tin mà còn đảm bảo truyền tất cả dữ liệu liên tục qua GPRS/EDGE (Enhanced Data Rates for GSM Evolution) vào INTERNET. Ngoài ra còn các modul phụ, phục vụ cho việc năng cao tính năng sử dụng của thiết bị như cảm biến nhiên liệu, chống trộm, khởi động máy... b) Ưu và nhược điểm của máy thu GPS: Một ưu điểm khi sử dụng thiết bị này là cho phép chúng ta theo dõi, nhận biết thông tin liên tục, với thời gian thực (Online – Real Time). Thiết bị này có thể thay con người thực hiện một số lệnh như chụp ảnh, tắt hay khởi động máy từ xa … Mặc dù vậy, thiết bị này cũng có một số điểm yếu như là khi sóng GPRS, GSM yếu (ngoài vùng phủ sóng) thì thiết bị coi như bị vô hiệu hóa. VI. Thiết bị GPS – VT310: 1. Giới thiệu về thiết bị GPS-VT310: Thiết bị GPS- VT310 là một thiết bị GPS- Theo dõi và điều hành xe phổ biến nhất hiện nay. Thiết bị sử dụng chip GPS SIRF-Star III. Tần số 1575.42 MHz với độ chính xác vị trí là 10 mét và độ chính xác vận tốc 0.1 m/s kết hợp với tần số GSM là 1900 Mhz đã giúp cho thiết bị này được sử dụng phổ biến rộng rãi tại Việt Nam trong vòng hai năm gần đây. Dưới đây, chúng ta sẽ đi vào tìm hiểu các tính năng của thiết bị cũng như các bước lắp đặt và kiểm tra thiết bị trên xe. a) Thông số kỹ thuật: Hình 13: Thiết bị GPS-VT310. Thiết bị VT310 có kích thước 104 x 62 x 24 mm và tổng trọng lượng chỉ có 150 gam nên rất tiện lợi và không chiếm nhiều diện tích khi được lắp đặt trên xe. Ngoài ra thiết bị còn có những đặc tính kỹ thuật sau: Tần số vô tuyến GSM:900/1800/1900 Mhz. Chip: GPS SIRF-Star III. Tần số 1575.42 MHz. Thu được tín hiệu mã C/A có tần sô 1.023 MHz. Bộ nhớ trong 8MB. Giới hạn độ cao 18,000 mét. Giới hạn vận tốc 515 m/s. Hai đèn báo để hiển thị trạng thái làm việc của tín hiệu GPS và GSM. Thiết bị sử dụng nguồn điện 9V/1.5A, 850mAh (có thể lấy trực tiếp từ bình accu trên xe). Nhiệt độ vận hành -15 to 45° C. Độ ẩm 5% to 95%. b) Các bộ phận của thiết bị VT310: Thiết bị GPS-VT310 bao gồm hai cọc tín hiệu được kết nối với hai ăng-ten nhận tín hiệu GPS và GSM (hình 14). Ngoài ra, còn có một bộ dây nhiều màu được cung cấp kèm theo thiết bị để cho việc lắp đặt dễ dàng hơn và tránh xảy ra sự cố. Hình 14: Thiết bị VT310 và các dây ăng-ten. 2. Các bước lắp đặt thiết bị lên xe: a) Một vài lưu ý trước khi lắp đặt: Trước khi lắp đặt, thiết bị phải ở trạng thái tắt nguồn, các đầu dây ăng-ten và các đầu dây tín hiệu phải được tháo rời. Ngoài ra, cần chuẩn bị một Sim điện thoại đã được đăng ký chức năng GPRS với nhà mạng cung cấp. b) Trình tự lắp đặt: Bước 1: Lắp Sim vào thiết bị theo các bước sau: + 1- Tháo bốn vít ở bốn góc để mở nắp bảo vệ. + 2- Mở nắp khây đựng SIM, lắp SIM, đóng khây và nắp bảo vệ lại như cũ (hình 15). Hình 15: Các bước lắp Sim vào thiết bị. Bước 2: Lắp thiết bị VT310 lên xe: Yêu cầu :Tìm vị trí thích hợp trên xe để lắp đặt thiết bị VT310. Vị trí này không bị thấm nước, không có nhiệt độ cao. Sau khi lắp xong thì tiến hành đấu dây cho thiết bị theo sơ đồ mạch sau: Hình 16: Sơ đồ đấu dây của thiết bị VT310. Bước 3: Đấu dây nguồn cho thiết bị: Nên tìm nguồn cho thiết bị tại các khu vực có điện áp ổn định như hộp cầu chì, Đồng hồ chỉ hướng/báo giờ, radio...Điện áp tốt nhất cho thiết bị VT310 là 12V. Đầu tiên, đấu các dây màu đen (dây mát) cho thiết bị. Sau đó, đấu các dây màu đỏ vào nguồn nuôi thiết bị. Bước 4: Đấu dây cho các tín hiệu đầu vào của thiết bị (tín hiệu nhận biết): Năm dây màu trắng là năm tín hiệu đầu vào (tín hiệu nhận biết) của thiết bị và được kết nối với các tín hiệu: tắt mở Máy, cửa, máy lạnh, ngắt nhiên liệu, nút nhấn SOS trên xe theo các sơ đồ sau: 1.TẮT MỞ MÁY: Đấu dây màu trắng từ sau công tắc máy với ngõ vào (chân số 5) của thiết bị. 2.KHÓA CỬA: Đấu dây màu trắng thứ hai từ sau công tắc mở khóa với ngõ vào (chân số 3) của thiết bị. 3. MÁY LẠNH: Đấu dây màu trắng thứ 3 đến công tắc quạt dàn lạnh với ngõ vào (chân số 5) của thiết bị. 4. Nút SOS: Đấu dây màu trắng thứ 4 đến nút nhấn SOS với ngõ vào (chân số 1) của thiết bị. 5. NGẮT NHIÊN LIỆU: Đấu dây màu trắng cuối cùng đến với cuộn dây rơ-le cắt nhiên liệu đến chân ngõ vào cuối cùng của thiết bị. Chân còn lại của cuộn dây rơ-le được nối với dây điều khiển số 2 (dây màu vàng) của thiết bị. Bước 5: Kết nối các tín hiệu theo dõi với các cảm biến: Các tín hiệu nhận biết lượng nhiên liệu, nhiệt độ được sử dụng với 2 dây màu xanh cùa thiết bị. Hai dây màu xanh: AD1, AD2: khi thiết bị hoạt động nhận điện áp từ 0V-6V. Vì vậy, nếu như điện áp đầu vào lớn hơn thì phải dùng biến trở để giảm điện áp đầu vào trước khi kết nối với thiết bị (hình). Dây AD1 Ghi nhận mức nhiên liệu max/min Bước 6: Lắp ăng-ten GPS và ăng-ten GSM cho thiết bị: Thực hiện xoáy ốc để lắp 2 ăng-ten cho thiết bị như hình dưới. Sau đó lựa chọn vị trí thích hợp trên xe để dán hai ăng-ten. Hình 17: Lắp đặt ăng-ten GPS cho thiết bị. 3. Kiểm tra thiết bị sau khi lắp đặt: Bước 1: Khởi động thiết bị VT310 Bước 2: Kiểm tra trạng thái cùa hai đèn Led. Kiểm tra trạng thái hoạt động của thiết bị được lắp đặt qua hai tín hiệu của đèn LED màu xanh nước biển và xanh lá cây trên bề mặt thiết bị theo bảng sau: Đèn Xanh nước biển (Blue): hiển thị trạng thái của tín hiệu GPS. Đèn Xanh lá cây (Green): hiển thị trạng thái của tín hiệu GSM. Stt Tín hiệu đèn Tần số Trạng thái thể hiện I Đèn xanh dương 1 Nhấp nháy nhanh đều Sáng: 0.1 giây Tắt: 0.1 giây Đang khởi động tín hiệu GPS 2 Chớp nháy lệch xa Sáng: 0.1 giây Tắt: 2.9 giây Bắt được tín hiệu GPS 3 Nhấp nháy lệch gần Sáng: 1 giây Tắt: 2 giây Không bắt được tín hiệu GPS II Đèn xanh lá 1 Nhấp nháy nhanh đều 0.1 giây Đang khởi động tín hiệu GSM 2 Nhấp nháy lệch xa Sáng: 0.1 giây Tắt: 2.9 giây Thiết bị kết nối được với mạng GSM 3 Nhấp nháy lệch gần Sáng: 1 giây Tắt: 2 giây Thiết bị không kết nối được với mạng GSM Thiết bị hoạt động đúng, ổn định là thiết bị sau khi khởi động xong thì tín hiệu sẽ chuyển sang trạng thái 2 đèn xanh dương và xanh lá đều nhấp nháy lệch xa theo chu kỳ: Sáng: 0.1 giây Tắt: 2.9 giây Trường hợp sau khi khởi động tín hiệu, 2 đèn hoạt động không đúng theo chu kỳ nói trên, cần lập tức liên lạc với trung tâm hỗ trợ để được tư vấn. 4. Cấu hình của VT310: Mục đích thiết lập cấu hình là: sử dụng tin nhắn SMS từ điện thoại di động (SIM lắp trên thiết bị đã được hỗ trợ GPRS) để thiết lập các thông số cho phép thiết bị VT310 truyền tín hiệu về trung tâm lưu trữ. Công việc thiết lập bao gồm: Thiết lập ID (số duy nhất) cho thiết bị VT310 Thiết lập tên máy chủ dịch vụ trong mạng GPRS (APN – Access Point Name) Thiết lập địa chỉ IP và cổng nghe tín hiệu Thiết lập khoảng thời gian truyền tín hiệu từ VT310 về trung tâm lưu trữ a) Thiết lập ID cho thiết bị VT310: Soạn tin nhắn SMS có cú phápnhư sau: w,010,ID gửi đến số điện thoại của SIM được lắp trên thiết bị VT310 Trong đó: : là một chuỗi số chỉ người thiết lập hoặc đơn vị sở hữu thiết bị mới được biết (mật khẩu mặc định 000000) 010: là mã thực hiện chức năng thiết lập ID đối với thiết bị VT310 ID: là mã duy nhât đối với một thiết bị VT310 có độ dài tối đa 14 ký tự số Ví dụ: thiết lập ID cho một thiết bị VT310 được lắp SIM có số điện thoại là 0985140286, cú pháp tin nhắn như sau: w111111,010,2233445566 gửi đến 0985140286 Thiết bị VT310 sẽ gửi về tin nhắn SMS có nội dung như sau: Set SIM Ok/2233445566 b) Thiết lập tên máy chủ dịch vụ trong mạng GPRS (APN – Access Point Name): _ Soạn cú pháp: w,011,APN gửi đến số điện thoại của SIM được lắp trên thiết bị VT310 Trong đó: : là mật khẩu đã được thiết lập ở bước thiết lập ID 011: là mã thực hiện chức năng thiết lập APN APN: là tên máy chủ dịch vụ trong mạng GPRS của các hãng di động, tùy theo SIM được lắp trên thiết bị VT310 mà mã APN sẽ khác nhau Mạng Viettel: APN = v-internet Mạng Mobifone: APN = m-wap Mạng Vinaphone: APN = m3-world Ví dụ: thiết lập APN cho một thiết bị VT310 được lắp SIM có số điện thoại là 0985140286, cú pháp tin nhắn như sau: w111111,011,v-internet gửi đến số 0985140286 Thiết bị VT310 sẽ gửi về tin nhắn có nội dung như sau: Set APN Ok/v-internet c) Thiết lập địa chỉ IP và cổng nghe tín hiệu. Soạn Cú pháp: w,012,IP,PORT gửi đến số điện thoại của SIM được lắp trên thiết bị VT310. Trong đó: : là mật khẩu đã được thiết lập ở bước thiết lập ID 012: là mã thực hiện chức năng thiết lập địa chỉ IP và cổng nghe tín hiệu IP: địa chỉ IP của máy chủ tại trung tâm lưu trữ theo định dạng xxx.xxx.xxx.xxx (địa chỉ IP của máy chủ lưu trữ của Hệ thống giám sát phương tiện hiện lại là 203.113.148.14) PORT: cổng nhận tín hiệu từ thiết bị VT310 được mở trên máy chủ có địa chỉ IP tại trung tâm lưu trữ (cổng được mở để nghe tín hiệu trên máy chủ lưu trữ hiện tại là 8221) Ví dụ: thiết lập địa chỉ IP và cổng nghe tín hiệu cho một thiết bị VT310 được lắp SIM có số điện thoại 0985140286 trả tín hiệu về máy chủ đặt tại trung tâm lưu trữ có địa chỉ IP là 203.113.148.14 w111111,012,203.113.148.14,8221 gửi đến số 0985140286 Thiết bị VT310 sẽ gửi về tin nhắn có nội dung như sau: Set IP Ok/203.113.148.14#8221 d) Thiết lập khoảng thời gian truyền tín hiệu từ VT310 về trung tâm lưu trữ: Cú pháp thiết lập thời gian truyền tín hiệu ở chế độ dịch chuyển: w,014,T gửi đến số điện thoại của SIM được lắp trên thiết bị VT310 Cú pháp thiết lập thời gian truyền tín hiệu ở chế độ đứng yên: w,114,T gửi đến số điện thoại của SIM được lắp trên thiết bị VT310 Trong đó: : là mật khẩu đã được thiết lập ở bước thiết lập ID 014, 114: là mã thực hiện chức năng thiết lập thời gian truyền tín hiệu từ VT310 về trung tâm lưu trữ T: thời gian truyền tín hiệu có đơn vị là 10 giây theo định dạng xxxxx, nếu T=00000 thì thiết bị VT310 sẽ dừng gửi tín hiệu GPRS Ví dụ: thiết lập thời gian truyền tín hiệu từ VT310 về trung tâm lưu trữ cho một thiết bị VT310 được lắp SIM có số điện thoại là 0985140286 như sau: Ở chế độ dịch chuyển: w111111,014,00001 gửi đến số 0985140286 Thiết bị VT310 sẽ gửi về tin nhắn có nội dung như sau: SetGPRS Timer Ok/00001 Khi đó thiết bị VT310 sẽ gửi tín hiệu về trung tâm lưu trữ 10 giây một lần khi xe di chuyển Ở chế độ đứng yên: w111111,114,00012 gửi đến số 0985140286 Thiết bị VT310 sẽ gửi về tin nhắn có nội dung như sau: SetPARKGPRS Timer Ok/00012 Khi đó thiết bị VT310 sẽ gửi tín hiệu về trung tâm lưu trữ 120 giây một lần khi xe đứng yên. VII. Sơ đồ mạch điện tổng thể của thiết bị GPS-VT310: 1. Sơ đồ mạch điện: 2. Nguyên lý hoạt động: _ Cảnh báo khi bật công tắc máy: + Khi bật công tắc máy từ vị trí OFF sang ON hoặc Start thì sẽ có dòng điện đi qua công tắc máy, sau đó qua dây màu trắng và đưa tín hiệu về thiết bị VT310. VT310 sẽ nhận biết tín hiệu này (tín hiệu bật công tắc máy) và báo về số điện thoại đã được đăng ký dưới dạng tin nhắn SMS thông qua ăng-ten GSM. _ Cảnh báo khi bật khóa cửa: + Tương tự như công tắc máy, khi bật khóa cửa từ vị trí Lock sang unlock thì sẽ có dòng qua dây màu trắng và về chân số 3 của thiết bị để báo cho thiết bị biết là cửa đang bị mở. _ Cảnh báo khi bật điều hòa hoặc máy lạnh: + Khi máy lạnh hoặc điều hòa được bật lên thì dòng điện sẽ đi qua công tắc cảm biến hoặc điều hòa, qua dây màu trắng và báo về chân số 2 của thiết bị. _ Nút nhấn SOS: + Nút nhấn SOS được hiểu theo nhiều nghĩa, nhưng về cơ bản thì đây là nút nhấn trong trường hợp nguy cấp (ngoài vùng phủ sóng, tai nạn hay gặp trộm, cướp..). Nút SOS được thiết kế tại một vị trí bí mật trên xe và khi nhấn nút này thì sẽ có dòng điện qua dây màu trắng và báo về thiết bị qua chân số 1. Lúc này, thông qua ăng-ten GSM, tín hiệu này sẽ phát trực tiếp về tổng đài của nhà mạng cung cấp dịch vụ để gửi yêu cầu trợ giúp. _ Ngắt nhiên liệu: + Dây màu trắng này được kêt nối với chân còn lại của thiết bị với một chân của cuộn dây rơle 5 chân. Khi gửi tín hiệu tắt máy đến thiết bị dưới dạng tin nhắn SMS thì thiết bị sẽ cấp dòng cho cuộn dây làm hở mạch (tiếp điểm) từ nguồn đến công tắc máy. Vì vậy, động cơ sẽ không thể khởi động được. _ Cảm biến đo nhiên liệu: + Cảm biến nhiên liệu thực ra chỉ là một biến trở có giá trị từ 2-200 ôm. Khi lượng nhiên liệu thay đổi thì điện trở của biến trở sẽ thay đổi dẫn đến điện áp đưa về thiết bị từ dây AD1 sẽ thay đổi. Thiết bị sẽ dựa trên sự thay đổi này để theo dõi lượng tiêu hao nhiên liệu. MỤC LỤC