Thiết kế hệ thống giám sát thông minh dành cho người cao tuổi và trẻ em

- BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI VŨ THÚY HẰNG THIẾT KẾ HỆ THỐNG GIÁM SÁT THÔNG MINH DÀNH CHO NGƯỜI CAO TUỔI VÀ TRẺ EM LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT Chuyên ngành: KỸ THUẬT VIỄN THÔNG NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC PGS.TS NGUYỄN QUỐC TRUNG HÀ NỘI - 2016 MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN.
- Tổng quan về hệ thống định vị toàn cầu.
- Cấu trúc hệ thống GPS.
- Nguyên lý định vị GPS.
- Các ứng dụng của hệ thống định vị toàn cầu GPS.
- THIẾT KẾ MÔ HÌNH HỆ THỐNG.
- Mô hình hệ thống.
- Sơ đồ khối hệ thống.
- Phân tích hoạt động của hệ thống.
- Khối định vị và kết nối.
- Lưu đồ thuật toán phần mềm nhúng trên thiết bị định vị.
- Hệ thống hoạt động thực tế.
- Xin cam đoan nội dung đề tài “Thiết kế hệ thống giám sát thông minh dành cho người cao tuổi và trẻ em ” là do tôi tự tìm hiểu, nghiên cứu và thực hiện dưới sự hướng dẫn của thầy giáo PGS.TS Nguyễn Quốc Trung.
- Hà Nội, tháng 05 năm 2016 Học viên thực hiện Vũ Thúy Hằng II DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT GPS Global Positioning System Hệ thống định vị toàn cầu GPRS General Packet Radio Service Dịch vụ vô tuyến gói tổng hợp LORAN LOng RAnge Navigation Hệ thống định vị của Mỹ TACAN Tactical Air Navigation Hệ thống định vị của Mỹ VOR/DME Very High Frequency Omnidirectional Range/Distance Measuring Equipment Hệ thống định vị của Mỹ RTK Real Time Kinematic Định vị động thời gian thực PPK Postprocessing Kinematic Định vị động xử lý sau LBS Location Based Services Dịch vụ dựa trên vị trí PDAs Personal Digital Assistances Thiết bị kỹ thuật số hỗ trợ cá nhân GSM Global System for Mobile Hệ thống thông tin di động toàn cầu PWM Pulse Width Modulation Điều chế độ rộng xung AT Attention Chú ý IMU Inertial Measurement Unit Đơn vị đo lường quán tính MEMS Micro ElectroMechanical Systems Hệ thống vi cơ điện tử USART Universal Synchronous & Asynchronous Serial Reveiver and Transmitter Truyền thông nối tiếp đồng bộ và không đồng bộ LSB Least Significant Bit Bit có trọng số nhỏ nhất MSB Most Significant Bit Bit có trọng số lớn nhất PC Personal Computer Máy tính cá nhân LCD Liquid Crystal Display Màn hình tinh thể lỏng III GUI Graphical User Interface Giao diện đồ họa người dùng MSIL Microsoft Intermediate Language Ngôn ngữ thông dịch trung gian DLL Dynamic Link Library Thư viện liên kết động XML Extensible Markup Language Ngôn ngữ liên kết siêu văn bản URL Uniform Resource Locator Đơn vị tài nguyên thống nhất SQL Structured Query Language Ngôn ngữ truy vấn cấu trúc IV MỤC LỤC BẢNG Trang Bảng 2.1.
- AT+CGPSOUT - Điều khiển chuỗi dữ liệu GPS NMEA.
- Dữ liệu GPS đầu ra dạng $GPGGA.
- Định dạng vị trí.
- Dữ liệu GPS đầu ra dạng $GPGLL.
- 34 Bảng 2.10.
- Dữ liệu GPS đầu ra dạng $GPGSA.
- Dạng dữ liệu GPS hoạt động ở chế độ 2.
- Dữ liệu GPS đầu ra dạng $GPGSV.
- Dữ liệu GPS đầu ra dạng $GPRMC.
- Dữ liệu GPS đầu ra dạng $GPVTG.
- Hệ thống vệ tinh quay quanh trái đất.
- Quỹ đạo vệ tinh GPS.
- Vị trí các trạm điều khiển và giám sát của hệ thống GPS.
- Cấu trúc tín hiệu vệ tinh GPS.
- Cấu trúc dữ liệu vệ tinh GPS.
- Cấu trúc dữ liệu trong bản lịch vệ tinh.
- Sơ đồ ngữ cảnh hệ thống.
- Sơ đồ khối phần cứng hệ thống.
- Sơ đồ khối hệ thống phần mềm.
- 45 Hình 2.10.
- 58 VI Hình 3.10.
- 59 Hình 3.11.
- 60 Hình 3.12.
- 61 Hình 3.13.
- 63 Hình 3.14.
- 63 Hình 3.15.
- 65 Hình 3.16.
- Lưu đồ chương trình đọc dữ liệu GPS.
- 66 Hình 3.17.
- 67 Hình 3.18.
- 68 Hình 3.19.
- 69 Hình 3.20.
- 69 Hình 3.21.
- 70 Hình 3.22.
- 70 Hình 3.23.
- 71 Hình 3.24.
- Theo dõi lịch sử vị trí của người thân.
- 71 Hình 3.25.
- Thời gian cập nhật tại vị trí được nhấp chuột.
- 72 Hình 3.26.
- Trong những năm gần đây thông tin vệ tinh trên thế giới đã có những bước tiến vượt bậc đáp ứng nhu cầu đời sống, đưa con người nhanh chóng tiếp cận với các tiến bộ khoa học kỹ thuật.
- Sự ra đời của nhiều loại phương tiện tiên tiến như máy bay, tàu vũ trụ đòi hỏi một kỹ thuật mà các hệ thống cũ không thể đáp ứng được đó là định vị trong không gian 3 chiều, và như vậy hệ thống định vị toàn cầu - GPS (Global Positioning System) ra đời.
- Ngoài ra, một vấn đề đặt ra là các sản phẩm này chưa có sự cam kết đảm bảo về độ bảo mật của thông tin vị trí người sử dụng.
- Một lý do nữa là các sản phẩm này chưa hoàn toàn hỗ trợ người dùng hiển thị vị trí một cách trực quan, dẫn tới việc theo dõi gặp nhiều khó khăn.
- Chính vì vậy em lựa chọn đề tài “Thiết kế hệ thống giám sát thông minh dành cho người cao tuổi và trẻ em” nhằm xây dựng một hệ thống định vị, giám sát phù hợp với điều kiện ở nước ta, giúp mọi người có thể yên tâm khi theo dõi hoạt động của người cao tuổi hoặc trẻ em trong gia đình dựa trên công nghệ GPS cùng các ứng dụng công nghệ thông tin.
- Nội dung luận văn bao gồm 3 chương: Chương 1: Cơ sở lý thuyết Chương 2: Thiết kế mô hình hệ thống Chương 3: Xây dựng phần mềm và kết quả thực nghiệm.
- Vì vậy vấn đề cấp thiết đặt ra là xây dựng một hệ thống giám sát và định vị dành cho người cao tuổi cũng như trẻ em phù hợp với điều kiện tại Việt Nam để gia đình có thể theo dõi khi cần thiết.
- Các vấn đề cần giải quyết của luận văn Với mục đích thiết kế một hệ thống giám sát thông minh bao gồm một thiết bị được gắn trên người dùng và website cũng như phần mềm Android tích hợp bản đồ GoogleMap dành cho người quản lý thuận tiện trong việc theo dõi vị trí người sử dụng thì các vấn đề cần giải quyết của luận văn bao gồm.
- Xây dựng server quản lý thông tin người già hoặc trẻ em và các dữ liệu tọa độ của người quản lý có sử dụng sản phẩm.
- Xây dựng phần mềm nhúng trên hệ điều hành Android hiển thị vị trí người dùng cũng như vị trí của người quản lý.
- 2 - Tìm hiểu nền tảng Arduino, dựa trên nền tảng Arduino xây dựng phần cứng thu thập dữ liệu tọa độ.
- Lập trình webserver kết nối hệ quản trị cơ sở dữ liệu SQL Server lưu trữ thông tin người dùng, thông tin dữ liệu tọa độ đồng thời hiển thị vị trí người dùng trên nền tảng Google maps.
- Lập trình ứng dụng trên hệ điều hành Android hiển thị vị trí người dùng cũng như vị trí của người quản lý.
- Tổng quan về hệ thống định vị toàn cầu 1.2.1.
- hệ thống định vị toàn cầu, là hệ thống xác định vị trí dựa trên vị trí của các vệ tinh nhân tạo.
- Trong cùng một thời điểm, ở một vị trí trên mặt đất nếu xác định được khoảng cách đến ba vệ tinh (tối thiểu) thì sẽ tính được toạ độ của vị trí đó.
- GPS là hệ dẫn đường dựa trên một mạng lưới 24 vệ tinh được đặt trên quỹ đạo không gian, hoạt động dựa trên các trạm phát tín hiệu vô tuyến điện.
- Được biết nhiều nhất là các hệ thống có tên gọi LORAN (LOng RAnge Navigation) hoạt động ở dải tần 90-100 KHz chủ yếu dùng cho hàng hải, hay TACAN (Tactical Air Navigation) dùng cho quân đội Mỹ và biến thể với độ chính xác thấp VOR/DME (Very High Frequency Omnidirectional Range/Distance Measuring Equipment) dùng cho hàng không dân dụng.
- Gần như đồng thời với lúc Mỹ phát triển GPS, Liên Xô cũng phát triển một hệ thống tương tự với tên gọi GLONASS.
- Hiện nay Liên minh châu Âu đang phát triển hệ dẫn đường vệ tinh của mình mang tên Galileo, Trung Quốc thì phát triển hệ thống định vị toàn cầu của mình mang tên Bắc Đẩu [4] bao gồm 35 vệ tinh.
- 3 Các vệ tinh GPS bay vòng quanh Trái Đất hai lần trong một ngày theo một quỹ đạo rất chính xác và phát tín hiệu có thông tin xuống Trái Đất.
- Các máy thu GPS nhận thông tin này và bằng phép tính lượng giác 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 quãng cách đo được tới nhiều vệ tinh máy thu có thể tính được vị trí của người dùng và hiển thị lên bản đồ điện tử của máy.
- Máy thu GPS phải khoá được với 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.
- Với bốn hay nhiều hơn số vệ tinh trong tầm nhìn 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, thời gian Mặt Trời mọc, lặn và nhiều thứ khác nữa.
- Hệ thống vệ tinh quay quanh trái đất 1.2.2.
- Cấu trúc hệ thống GPS Hệ thống định vị toàn cầu GPS được cấu thành từ ba mảng: Mảng không gian, kiểm soát và sử dụng [9].
- Mảng các vệ tinh trong không gian có nhiệm vụ nhận các thông tin từ trạm điều khiển trên mặt đất và phát đi các tín hiệu vô tuyến định vị có tần số khoảng 1.5 GHz.
- Tín hiệu này chứa các dữ liệu định vị được trạm điều khiển từ mặt đất truyền đến.
- Mảng các trạm điều khiển trên mặt đất dùng để quan trắc các vệ tinh, tính toán các thông số quỹ đạo, thông số hiệu chỉnh đồng hồ sau đó phát các 4 thông tin cập nhật và các lệnh điều khiển tới mỗi vệ tinh.
- Mảng các máy thu có chức năng thu thập dữ liệu từ các vệ tinh để tính ra tọa độ của chúng dựa vào các thông tin mà chúng nhận được từ các tín hiệu mà nó quan trắc được trên mỗi vệ tinh.
- Các vệ tinh này được nhóm vào 6 quỹ đạo, mỗi quỹ đạo nghiêng 055so với mặt phẳng xích đạo nên không có quỹ đạo nào đi trực tiếp qua các cực.
- Tuy nhiên, tại các cực cũng như tại một vị trí bất kỳ trên trái đất đều có thể nhìn thầy rất nhiều quỹ đạo.
- Các vệ tinh chuyển động ổn định và quay hai vòng quỹ đạo trong khoảng thời gian gần 24 giờ với vận tốc 7 nghìn dặm một giờ [2].
- Các vệ tinh trên quỹ đạo 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.
- 5 Các vệ tinh được cung cấp bằng năng lượng mặt trời.
- Các tên lửa nhỏ gắn ở mỗi quả vệ tinh giữ chúng bay đúng quỹ đạo đã định.
- Quỹ đạo vệ tinh GPS Trên mỗi quỹ đạo chứa một số vệ tinh nhất định.
- Tại một thời điểm luôn có 24 vệ tinh hoạt động cho mục đích định vị và con số này có thể lên đến 27 hoặc 28.
- Mục tiêu của hệ thống là cho phép một vị trí bất kỳ nào trên trái đất cũng có thể nhìn thấy ít nhất bốn vệ tinh tại một thời điểm và trong thực tế, số vệ tinh có thể nhìn thấy được nhiều hơn rất nhiều so với con số này, thỉnh thoảng số vệ tinh nhìn thấy được có thể lên con số là 12 vệ tinh.
- Mỗi vệ tinh sẽ phát đi các tín hiệu vô tuyến, các tín hiệu này được “làm dấu” bởi những mã nhận dạng đơn nhất.
- Các đồng hồ nguyên tử với độ chính xác rất cao được gắn trên mỗi vệ tinh sẽ điều khiển việc phát đi những tín hiệu và mã này.
- Mảng vệ tinh có nhiệm vụ thu nhận và lưu trữ các thông tin từ mảng điều khiển trên mặt đất truyền đến, thực hiện các xử lý dữ liệu có chọn lọc, duy trì thời gian chính xác và phát thông tin xuống cho mảng người sử dụng

Xem thử không khả dụng, vui lòng xem tại trang nguồn
hoặc xem Tóm tắt