Phần 10. Theo dõi vị trí

0
618

Quy trình chính để đưa thực phẩm từ tay nông dân đến người tiêu dùng bao gồm việc xếp nông sản lên các phương tiện vận chuyển, giao thực phẩm đến một địa điểm- có thể trực tiếp đến khách hàng, đến trung tâm hoặc nhà kho để xử lý. Toàn bộ quy trình đầu cuối từ trang trại đến người tiêu dùng là một phần của quy trình được gọi là chuỗi cung ứng.

Video dưới đây của Trường Kinh doanh W. P. Carey, Đại học Bang Arizona nói về ý tưởng và cách quản lý chuỗi cung ứng.       

Việc thêm các thiết bị IoT giúp cải thiện đáng kể chuỗi cung ứng, như cho phép quản lý vị trí các mặt hàng, lập kế hoạch vận chuyển và xử lý hàng hóa đồng thời phản ứng nhanh hơn với các vấn đề phát sinh.

Khi quản lý một đội phương tiện như xe tải, sẽ rất hữu ích nếu nắm được vị trí các phương tiện ở từng thời điểm. Bằng cách gắn các cảm biến GPS lên các phương tiện để quản lý thông qua hệ thống IoT, chủ sở hữu có thể xác định chính xác vị trí, xem tuyến đường đã đi và thời gian đến đích của phương tiện. Hầu hết các phương tiện hoạt động ngoài vùng phủ sóng WiFi, vì vậy chúng sử dụng mạng di động để gửi các dữ liệu này. Đôi khi, các thiết bị IoT được tích hợp cảm biến GPS phức tạp như sổ nhật ký điện tử để theo dõi thời gian xe tải đã vận chuyển nhằm đảm bảo lái xe tuân thủ giờ làm việc đã được quy định.

Bài viết này trình bày cách theo dõi vị trí xe bằng cảm biến của Hệ thống Định vị Toàn cầu (GPS- Global Positioning System), gồm các nội dung chính như sau:

1. Các phương tiện được kết nối

2. Tọa độ không gian địa lý

3. Hệ thống định vị toàn cầu (GPS)

4. Đọc dữ liệu cảm biến GPS

5. Dữ liệu GPS NMEA

6. Giải mã dữ liệu cảm biến GPS

1.  Các phương tiện được kết nối

IoT đang thay đổi cách vận chuyển hàng hóa bằng cách tạo ra các nhóm phương tiện kết nối. Các phương tiện này được kết nối với hệ thống IT trung tâm, báo cáo thông tin về vị trí của chúng và các dữ liệu cảm biến khác. Lợi ích của nhóm phương tiện này:

+ Theo dõi vị trí: Giúp xác định vị trí của xe bất kỳ lúc nào, cho phép:

– Nhận thông báo khi một phương tiện sắp đến điểm đến để chuẩn bị cho một đội dỡ hàng

– Xác định vị trí xe bị đánh cắp

– Kết hợp dữ liệu vị trí và tuyến đường với các vấn đề giao thông cho phép định tuyến lại các phương tiện giữa hành trình

– Tuân thủ việc nộp thuế. Một số quốc gia tính phí xe theo số dặm lái trên đường công cộng (như RUC của New Zealand), vì vậy việc biết thời điểm xe chạy trên đường công cộng so với đường cá nhân sẽ giúp dễ dàng tính thuế nợ hơn.

– Biết nơi để cử đội bảo trì trong trường hợp có sự cố

+ Đo từ xa cho người lái xe – đảm bảo người lái xe tuân thủ các giới hạn tốc độ, vào cua ở tốc độ thích hợp, phanh sớm và hiệu quả cũng như lái xe an toàn. Có thể gắn camera lên các phương tiện được kết nối để ghi lại sự cố và được liên kết với bảo hiểm nhằm đảm bảo quyền lợi chính đáng cho những lái xe chấp hành tốt.

+ Quản lý thời gian của người lái xe – đảm bảo người lái xe chỉ hoạt động trong số giờ hợp pháp được phép dựa trên thời gian bật và tắt động cơ.

Những lợi ích này cũng có thể kết hợp với nhau, ví dụ, kết hợp việc tuân thủ giờ lái xe với theo dõi vị trí để định tuyến lại cho người lái xe nếu họ không thể đến đích trong giờ lái xe cho phép. Chúng cũng có thể được kết hợp với phép đo từ xa dành riêng cho phương tiện khác, như dữ liệu nhiệt độ từ xe tải để kiểm soát nhiệt độ, cho phép các phương tiện định tuyến lại nếu tuyến đường hiện tại làm ảnh hưởng đến việc giữ nhiệt độ của hàng hóa.

Thành phần cốt lõi của theo dõi phương tiện là GPS – cảm biến xác định chính xác vị trí của chúng ở bất kỳ đâu trên Trái đất. Bài viết này hướng dẫn cách sử dụng cảm biến GPS, bắt đầu bằng việc tìm hiểu về cách xác định vị trí trên Trái đất.

2. Tọa độ không gian địa lý

Tọa độ không gian địa lý để xác định các điểm trên bề mặt Trái đất, tương tự như cách dùng tọa độ để vẽ một pixel trên màn hình máy tính hoặc định vị các đường khâu trong đường may. Với mỗi điểm, sẽ có một cặp tọa độ tương ứng: vĩ độ và kinh độ.

Trái đất là một hình cầu do đó xác định các điểm bằng cách chia nó thành 360 độ. Vĩ độ đo số độ từ bắc đến nam, kinh độ đo số độ từ đông sang tây.

Để tìm hiểu lý do tại sao các vòng tròn được chia thành 360 độ, trang degree (angle) trên Wikipedia đưa ra một số cách giải thích:

– Vĩ độ đo bằng cách sử dụng các đường bao quanh Trái đất và chạy song song với đường xích đạo, chia Bắc và Nam bán cầu thành 900. Xích đạo là 00, Bắc cực là 900 (gọi là 900 Bắc) và cực Nam ở -900 (hoặc 900 Nam).

– Kinh độ là số độ đo theo hướng đông và tây. Gốc 00 của kinh độ gọi là Kinh tuyến chính, được xác định vào năm 1884 là một đường từ Bắc đến Nam cực đi qua Đài quan sát Hoàng gia Anh ở Greenwich, Anh.

– Kinh tuyến là một đường thẳng tưởng tượng đi từ cực Bắc đến cực Nam, tạo thành một hình bán nguyệt.

Đo kinh độ của một điểm bằng cách đo số độ quanh đường xích đạo từ Kinh tuyến gốc đến kinh tuyến đi qua điểm đó. Kinh độ đi từ -1800 (1800 Tây) qua 00 tại Kinh tuyến gốc, đến 1800 (1800 Đông). 1800 và -1800 đề cập đến cùng một điểm kinh tuyến ngược hoặc kinh tuyến thứ 180. Đây là một kinh tuyến ở phía đối diện của Trái đất với Kinh tuyến gốc.

Chú ý phân biệt đường kinh tuyến với đường đổi ngày quốc tế (International Date Line), là đường có vị trí gần giống với đường kinh tuyến nhưng nó không phải là đường thẳng và thay đổi để phù hợp với các biên giới địa chính trị.

Độ, phút và giây so với độ thập phân

Theo truyền thống, đo độ vĩ độ và kinh độ bằng cách sử dụng số Sexagesimal, hoặc cơ số 60: chia giờ thành 60 phút và phút thành 60 giây.

Kinh độ và vĩ độ đo bằng độ, phút và giây; một phút là 1/60 độ và 1 giây là 1/60 phút.

Ví dụ, ở đường xích đạo:

10 vĩ độ là 111,3 km

1 phút vĩ độ là 111,3/60 = 1,855 ki lô mét

1 giây vĩ độ là 1.855/60 = 0.031 ki lô mét

Biểu tượng cho phút là ‘, cho giây là “. Ví dụ: 2 độ, 17 phút và 43 giây sẽ được viết là 201743″. Các phần của giây được cho dưới dạng số thập phân, ví dụ: nửa giây là 000’0,5.

Máy tính không hoạt động ở cơ số 60, vì vậy các tọa độ này được cung cấp dưới dạng độ thập phân khi sử dụng dữ liệu GPS trong hầu hết các hệ thống máy tính. Ví dụ: 2017’43 “là 2.295277..

Tọa độ của một điểm luôn được cung cấp dưới dạng vĩ độ, kinh độ.  

3. Hệ thống định vị toàn cầu (GPS)

Hệ thống GPS sử dụng nhiều vệ tinh quay quanh Trái đất để xác định vị trí. Bạn có thể đã sử dụng hệ thống GPS mà không hề biết, để tìm vị trí trên một ứng dụng bản đồ trên điện thoại như Apple Maps hoặc Google Maps hoặc để xem chuyến đi của bạn trong ứng dụng gọi xe như Uber, hoặc khi sử dụng định vị vệ tinh (sat-nav) trên ô tô. Các vệ tinh trong “satellite navigation” là vệ tinh GPS!

Hệ thống GPS hoạt động bằng cách có một số vệ tinh gửi tín hiệu về vị trí hiện tại và thời gian chính xác của chúng qua sóng vô tuyến và được ăng-ten trong cảm biến GPS phát hiện, sau đó cảm biến sử dụng thời gian hiện tại để đo thời gian tín hiệu đến cảm biến từ vệ tinh. Vì tốc độ của sóng vô tuyến là không đổi, cảm biến GPS có thể sử dụng mốc thời gian đã nhận để tìm ra khoảng cách cảm biến so với vệ tinh. Bằng cách kết hợp dữ liệu từ ít nhất 3 vệ tinh với các vị trí được gửi về, cảm biến GPS có thể xác định chính xác vị trí của nó trên Trái đất.

Cảm biến GPS cần ăng-ten để phát hiện sóng vô tuyến. Ăng-ten tích hợp trên xe tải và ô tô có GPS trên xe được định vị để thu được tín hiệu tốt. Nếu đang sử dụng một hệ thống GPS riêng biệt, như điện thoại thông minh hoặc thiết bị IoT, thì cần đảm bảo ăng-ten được tích hợp trong hệ thống GPS hoặc điện thoại có tầm nhìn rõ về bầu trời, như được gắn trên kính chắn gió.

Các vệ tinh GPS đang quay quanh Trái đất, không ở một điểm cố định phía trên cảm biến, vì vậy dữ liệu vị trí bao gồm độ cao trên mực nước biển cũng như vĩ độ và kinh độ.

GPS từng có giới hạn về độ chính xác do quân đội Hoa Kỳ thực thi, giới hạn độ chính xác trong khoảng 5 mét. Năm 2000, giới hạn này giảm xuống cho phép độ chính xác là 30 cm tuy nhiên không phải lúc nào cũng đạt được độ chính xác này do nhiễu tín hiệu.

Các vệ tinh chứa đồng hồ nguyên tử cực kỳ chính xác, nhưng chúng dịch đi 38 micro giây (0,0000038 giây) một ngày so với đồng hồ nguyên tử trên Trái đất, do thời gian chậm lại khi tốc độ tăng như dự đoán của lý thuyết tương đối rộng và đặc biệt của Einstein – vệ tinh di chuyển nhanh hơn tốc độ quay của Trái đất. Sự trôi dạt này để chứng minh các dự đoán của thuyết tương đối rộng và đặc biệt, và phải được điều chỉnh để thiết kế hệ thống GPS.

Hệ thống GPS đã được một số quốc gia và liên minh chính trị bao gồm Mỹ, Nga, Nhật Bản, Ấn Độ, EU và Trung Quốc phát triển và triển khai. Cảm biến GPS hiện đại có thể kết nối với hầu hết các hệ thống này để có được các bản sửa lỗi nhanh hơn và chính xác hơn.

Các nhóm vệ tinh trong mỗi lần triển khai được gọi là các chòm sao.

4. Đọc dữ liệu cảm biến GPS

Hầu hết các cảm biến GPS gửi dữ liệu GPS qua UART.

Người dùng có thể sử dụng cảm biến GPS trên thiết bị IoT để lấy dữ liệu GPS.

* Cách kết nối cảm biến GPS và đọc dữ liệu GPS

Làm theo hướng dẫn dưới đây để đọc dữ liệu GPS bằng thiết bị IoT:

Arduino – Wio Terminal

Máy tính một bo mạch – Raspberry Pi

Máy tính một bo mạch- Thiết bị ảo

5. Dữ liệu GPS NMEA

Cảm biến GPS xuất dữ liệu bằng cách sử dụng thông điệp NMEA, sử dụng tiêu chuẩn NMEA 0183. NMEA là từ viết tắt của Hiệp hội Điện tử Hàng hải Quốc gia, một tổ chức thương mại có trụ sở tại Hoa Kỳ thiết lập tiêu chuẩn giao tiếp giữa các thiết bị điện tử hàng hải.

Những tin nhắn này dưới dạng văn bản. Mỗi thông báo bao gồm một câu bắt đầu bằng ký tự $, tiếp theo là 2 ký tự để chỉ ra nguồn của thông báo (ví dụ: GP cho hệ thống GPS của Hoa Kỳ, GN cho GLONASS, hệ thống GPS của Nga) và 3 ký tự để chỉ ra loại trong tổng số tin nhắn. Phần còn lại của thông báo là các trường được phân tách bằng dấu phẩy, kết thúc bằng một ký tự dòng mới.

Một số loại tin nhắn như sau:

LoạiMô tả
GGASửa dữ liệu, bao gồm vĩ độ, kinh độ và độ cao của cảm biến GPS, cùng với số lượng vệ tinh đang xem để tính toán sửa chữa này.  
ZDANgày và giờ hiện tại, bao gồm cả múi giờ địa phương  
GSVChi tiết của các vệ tinh đang xem – là các vệ tinh mà cảm biến GPS có thể phát hiện tín hiệu

Dữ liệu GPS bao gồm các chỉ số thời gian, vì vậy thiết bị IoT có thể nhận được thời gian nếu cần từ cảm biến GPS, thay vì dựa vào máy chủ NTP hoặc đồng hồ thời gian thực nội bộ.

Thông báo GGA gồm vị trí hiện tại dùng định dạng (dd) dmm.mmmm, với một ký tự duy nhất để chỉ hướng. “d” trong định dạng là độ, “m” là phút, giây là số thập phân của phút.

Ký tự hướng là N hoặc S cho vĩ độ là bắc hoặc nam, và E hoặc W cho kinh độ để chỉ đông hoặc tây. Ví dụ: vĩ độ 2017’43” có ký tự hướng là N, -2017’43” sẽ có ký tự hướng là S.

Ví dụ câu NMEA $ GNGGA, 020604.001,4738.538654, N, 12208.341758, W, 1,3, 164,7, M, -17,1, M ,, * 67

Phần vĩ độ là 4738,538654, N, chuyển đổi thành 47,6423109 theo độ thập phân. 4738.538654 là 47.6423109, và hướng là N (bắc), vì vậy là một vĩ độ dương.

Phần kinh độ là 12208.341758, W, chuyển đổi thành -122.1390293 ở độ thập phân. 12208.341758 là 122,13902930, hướng là W (tây), vì vậy nó là một kinh độ âm.

6 Giải mã dữ liệu cảm biến GPS

Thay vì sử dụng dữ liệu NMEA thô, tốt hơn nên giải mã nó thành một định dạng hữu ích hơn. Có thể sử dụng nhiều thư viện mã nguồn mở để trích xuất dữ liệu hữu ích từ các thông điệp NMEA thô.

* Cách giải mã dữ liệu cảm biến GPS

Làm theo các hướng dẫn bên dưới để giải mã dữ liệu cảm biến GPS bằng thiết bị IoT:

Arduino – Wio Terminal

Máy tính một bảng mạch – Raspberry Pi/Thiết bị IoT ảo

Biên dịch: Bắc Đặng

Để cập nhật tin tức công nghệ mới nhất và các sản phẩm của công ty AIoT JSC, vui lòng truy cập link: http://aiots.vn hoặc linhkienaiot.com

0 0 Phiếu bầu
Article Rating
Subscribe
Notify of
guest
0 Comments
Phản hồi nội tuyến
Xem tất cả các bình luận