Design and Construction of a Vehicle Tracking and Accident Alert System Using GPS and GSM Module
Chapter One
Project aim andย objectives
The aim of this project is to Design and Construct a ย Vehicle ย Tracking and ย Accident Alert ย System using GPS and GSMย Technology.
Objectives of this project are:
- To study and investigate the basic operation of the GPS
- To design the GPS/GSM and Push button based on the
- To ensure design perfection through simulation and breadboard
- To implement the designed system on a hardware
- To analyze the efficiency of the developed
CHAPTERย TWO
BACKGROUND
In this chapter, the articles of the GPS history, GSM communication technology, brief on the components theory and a description couple of similar projects areย covered.
HISTORY OF GLOBAL POSITIONING SYSTEMย (GPS)
The GPS System was created and realized ย by ย the ย American ย Department ย of Defense ย (DOD) ย and was originally based on and run with 24 satellites (21 satellites being required and 3 satellites as replacement). Nowadays, about 30ย activeย satellitesย orbitย theย earthย inย aย distanceย ofย 20200ย km. GPS satellites transmit ย signals ย which ย enableย the ย exact ย location ย of ย a ย GPS ย receiver, ย if ย it ย is positioned on the surface of the earth, in ย the ย earth ย atmosphere ย or ย in ย a ย low ย orbit. ย GPS ย is ย being ย used in aviation, nautical navigation and ย for ย the ย orientation ย ashore. ย Further ย it ย is ย used ย in ย land surveying and other applications ย where ย the ย determination ย of ย the ย exact ย position ย is ย required. ย The GPS signal can be used without a fee by any person in possession of ย a ย GP ย (wikipedia, ย 2016) receiver (U.S. Department of State,ย 2013).
In 1973, Decision has been made to develop a satellite navigation system based on the systems TRANSIT, TIMATION und 621B of the U.S. Air ย Force ย and ย the ย U.S. ย Navy. ย Four ย years ย later, First receiver testsย are performed even before the firstย satellitesย areย stationedย inย theย orbit. Transmitters are instal ed ย on ย the ย earthโs ย surface ย cal ed ย Pseudolites ย (Pseudo ย satellites). ย By ย 1985, a total of 11 Block I satellites are launched into the ย orbit. ย Decision has ย been made ย to ย expand ย the GPS ย system. ย Thereupon ย the ย resources ย are ย considerably ย shortened ย and ย the ย program ย is restructured. At first only 18 satellites should be operated. 1988 the ย number ย of ย satellites ย is ย again raised to 24, as the functionality is not satisfying with only 18ย satellites.
Launching of the first Block I ย satellite ย carrying ย sensors ย to ย detect ย atomic ย explosions, ย this satellite is meant to control the abidance of ย the ย agreement ย of ย 1963 ย between ย the ย USA ย and ย the ย Soviet ย Union to refrain from any nuclear tests on the ย earth, ย submarine ย or ย in ย space. ย When ย a ย civilian airplane of the Korean Airline (Flight 007) was shot ย down ย after ย it ย had ย gone ย lost ย over ย Soviet territory, it was decided to allow the civilian use of the GPS ย system. ย In 1986, ย the ย accident ย of the space shuttle “Challenger” means a drawback for the GPS program, as the space shuttles were supposed to transport Block II GPS satellites to their orbit. Finally ย the ย operators ย of ย the ย program revert to the Delta rockets intended for the transportation in the firstย place.
In 1989, the first Block ย II ย satellite ย was ย installed ย and ย activated ย temporal ย deactivation ย of ย the selective ย availabilityย (SA)ย duringย theย Gulfย war.ย Inย thisย periodย civilย receiversย shouldย beย usedย asย not enough military receivers were available. On July 01, 1991 SA is activated again. The Initial Operational Capability (IOC) is ย announced ย in ย 1993. ย In the ย same ย year ย it ย is ย also ย definitely ย decided to authorize the world wide civilian use free ofย charge.
The ย lastย Blockย II ย satellite ย completes ย the ย satellite ย constellation ย in ย 1994. ย ย Full ย ย Operational Capability (FOC) is announced ย the ย following ย year. ย In ย 2000, ย was ย the ย final ย deactivation ย of ย the 100m to 20m? (Global Sytem for Mobile Communication,ย 2016)
GSMย TECHNOLOGY
Advertisements
GSM is a ย cellular ย network, ย which ย means ย that ย mobile ย phones ย connect ย to ย it ย by ย searching ย for ย cells in the immediate vicinity. GSM networks operate in four different frequency ranges. Most GSM networks operate in the 900 MHz ย or ย 1800 ย MHz ย bands. ย Some ย countries ย in ย the ย Americas ย (including Canada and the United States) ย use ย the ย 850 ย MHz ย and ย 1900 ย MHz ย bands ย because ย the 900 and 1800 MHz frequency bands were already allocated (Al-Hindawi,ย 2012).
GSM has used a variety of voice codecs to squeeze ย 3.1 ย kHz ย audio ย into ย between ย 5.6 ย and ย 13 Kbit/s. Originally, two codecs, named after the types ย of ย data ย channel ย they ย were ย allocated, ย were used, called Half Rate (5.6 Kbit/s) and Full Rate ย (13 ย Kbit/s). ย These ย used ย a ย system based ย upon linear predictive coding ย (LPC). ย ย In ย addition ย to ย ย being ย efficient ย with ย bitrates, ย these ย codecs ย also made it easier to identify more important parts of theย audio,ย allowingย theย airย interfaceย layerย to prioritize and better protect these parts of the signal. GSM was further enhanced in 1997 with the Enhanced Full Rate ย (EFR) ย codec, a 12.2 ย Kbit/s ย codec that ย uses ย a full ย rate ย channel. ย Finally, ย with ย the development of UMTS, EFR was refactored into a variable-rate ย codec ย called ย AMRN ย arrow band, which is high ย quality ย and ย robust ย against ย interference ย when ย used ย on ย full ย rate ย channels, ย and less robust but still ย relatively ย high ย quality ย whenย used ย in ย good ย radio ย conditions ย on ย half-rate channels.
There are five different ย cell ย sizes ย in ย a ย GSM ย networkโmacro, ย micro, ย Pico, ย femto ย and ย umbrella cells. The coverage area of each cell varies ย according ย to ย the ย implementation ย environment. ย Macro cells can be regarded as cells where the base station antenna is installed on a mast or a building aboveย average roof topย level.ย Microย cells ย are ย cells ย whose ย antenna ย heightย isย underย averageย roof top level; they ย are ย typically ย used ย in ย urban ย areas. ย Picocells ย are ย small ย cells ย whose ย coverage diameter is a few dozen ย meters; ย they ย are ย mainly ย used ย indoors. ย Femtocells ย are ย cells ย designed ย for useย in ย residential ย or ย small ย business ย environments ย and ย connect ย to ย the ย service ย providerโs ย network via a broadband ย internet ย connection. ย Umbrella ย cells ย are ย used ย to ย ย cover ย shadowed ย regions ย of smaller cells and fill in gaps in coverage between those cells (wikipedia,ย 2016).
The modulation used in GSM is Gaussian minimum-shift ย keying ย (GMSK), ย a ย kind ย of continuous- ย phase frequency shift keying. In GMSK, the signal ย to ย ย be ย modulated ย onto ย the ย carrier ย is ย first smoothed with a Gaussian low-pass filter prior ย to ย being ย fed ย to ย a ย frequency ย modulator, ย which ย greatly reduces the interference to neighboring channels (adjacent channelย interference).
GSMย MODEM
A GSM modem is a wireless modem ย that ย works ย with ย a ย GSM ย wireless ย network. ย A ย wireless modem behaves like a ย dial-up ย modem. ย The ย main ย difference ย between ย them ย is ย thatย a ย dial-up modem sends and receives data through a fixed telephone line while a wireless modem sends and receives data through radioย waves.
A GSM modem can be an external device or a PC Card / PCMCIA Card. Typically, an external GSM modem is ย connected ย to ย a computer ย through a serial cable ย or a USB cable. ย A GSM ย modem ย in the form of a ย PC ย Card ย / ย PCMCIA Card ย is ย designed ย for useย with a laptop ย computer. ย It should be inserted into one of the PC Card / PCMCIA Card slots of a ย laptop ย computer. ย Like ย a ย GSM mobile phone, a GSM modem requires a SIM card from a wireless carrier in order to operate (wikipedia,ย 2016).
SUBSCRIBER IDENTITY MODULEย (SIM)
One of the key features of GSM is the Subscriber Identity Module ย (SIM), ย commonly known as a ย SIM card. The SIM is a detachable smart card containing the user’s ย subscription information ย and ย phone book. This allows the user to ย retain his or her ย information ย after ย switching ย handsets. Alternatively, the ย user ย can ย also ย change ย operators ย while ย retaining ย the ย handset ย simply ย by ย changing the SIM. ย Some ย operators ย will ย block ย this ย by allowing ย the ย phone ย to ย use ย only a single ย SIM, or only ย a SIM issued by them; this practice is known as SIM locking, and is illegal in someย countries.
AIRBAGย SAFETY
An airbag is a type of ย vehicleย safetyย deviceย and ย is ย an ย occupant ย restraint ย system. ย The ย airbag ย module is designed to ย ย inflate ย extremely ย rapidly ย then ย quickly ย deflate ย during ย a ย collision ย or ย impact with a surface or ย a ย rapid ย sudden ย declaration. ย It ย consist ย of ย the ย airbag ย cushion, ย a ย flexible ย fabric bag, inflation module and impact sensor. The ย purpose ย of the ย airbag ย is ย to ย provide ย the ย occupants ย a soft cushioning and restraint during a crash event to prevent any impact or impact caused injuries between ย the ย flailing ย occupant ย and ย the ย interior ย of ย vehicle. ย The ย airbag ย provides ย an ย energy absorbing surface between the vehicles occupants and a steeringย wheel.
In VTAA system, the airbag when busted pushes the pushbutton which sends a signal to the microcontroller that there had been an accident. ย Message ย is ย then ย sent ย to ย the ย defined ย number showing that an accident had occurred in a particularย location.
Chapter Three
METHODOLOGY
In this proposed work, a novelย method ย of ย vehicle ย tracking ย and ย accident ย alarm ย system ย used ย to track the theft vehicle by using GPS andย GSMย technology.ย Thisย systemย putsย intoย sleepingย mode while the vehicle handled by the owner or authorized person ย otherwise ย goes ย to ย active ย mode, ย the mode of operation changed by in person or remotely. If any accident occur, then the push button attached to the air bag senses a signals and sends and ย SMS to the ย microcontroller. ย The ย controller issues the message about the accident of the vehicle to the car owner or authorizedย person.
MAJOR COMPONENTSย USED:
- ATMEGA 8AVR
- Parallax GPS Receiver Module
- SIM800
- PUSH BUTTON
- POWER SUPPLY
To ascertain perfection in the design of the project, simulation ย was ย carried ย out ย using ย Proteus ย software. It was quite ย a bit ย of challenge ย to ย run as the ย library forย theย GSMย andย GPSย moduleย areย not ย readily ย available ย on ย the ย software. ย This ย challenge ย was ย ย mitigated ย ย by ย ย downloading ย ย and installing the ย GPS ย and ย GSM ย module ย library ย through ย the ย software. ย I ย was ย finally ย able ย to ย conduct the ย simulation ย as ย shown ย in ย Figure3.2. ย The ย virtual ย GPS ย readings ย (point ย coordinates) ย were observed and the ideal behavior of the system was confirmed before running connection test on breadboard then permanently on fluxย board.
CHAPTERย FOUR
TESTING, ANALYSIS OF RESULTS ANDย DISCUSSIONS
Hardware Assembling andย Testing:
First step taken was creating flux board layout for the circuit diagram. ย After ย then, ย the ย following steps were thenย followed.
- Assemble all the components ย on the ย flux ย board based on circuit ย ย TX and RX pins ย of the GSM modem to pins 13 and 14 of MAX 232 and insert a valid SIM in theGSM modem.
- Connect the GPS module according to circuit
- The project was implemented and tested
- This system is very useful and secure for car
CHAPTERย FIVE
ย ย CONCLUSIONS
Vehicle tracking system makes ย better ย fleet ย management ย and ย which ย in ย turn ย brings ย large ย profit. ย Better ย scheduling ย or ย route ย planning ย can ย enableย us ย handle ย larger ย job ย loads ย within ย ย a ย particular time. Vehicle tracking both in case of personal as well as business purpose improves safety and security, communication medium, performance monitoringย andย increasesย productivity.ย Soย inย the coming year, it is going to play a major role in our day-to-dayย living.
Main motto of the accident alert system project is to decrease the chances of losing ย life ย in ย such accident which we canโt stop from occurring. Whenever accident is alerted ย the ย paramedics ย are ย reached toย the particular location ย to ย increase ย the ย chances ย of ย life. ย This ย device ย invention ย is ย much moreย useful ย for ย the ย accidents ย occurring ย in ย deserted ย places ย and ย midnights. ย This ย vehicle ย ย tracking and accident alert feature ย plays ย much ย more ย important ย role ย in ย day ย to ย day ย life ย in ย future. ย In ย my ย thesis I have developed a vehicle tracking system thatย is ย flexible, ย customizable ย and ย accurate. ย The GSM modem was configured and I tested and implemented the tracking system ย to ย monitor ย the vehicleโs location via SMS and online on Google map. ย To ย display ย the ย position ย on Google ย map ย I ย have used Google map ย API. ย The ย microcontroller ย is ย the ย brain ย of the ย system and ย the ย GSM ย modem is controlled by AT commands that enable data transmission over GSM network ย while ย the ย GPS provide the location data. Whenever the ย GPS ย receives ย a ย new ย data ย it ย is ย updated ย in ย the ย database and hence the location is viewed on Google ย map. ย The ย system ย provides ย accurate ย data ย in ย real time that makes it possible for the user ย to ย track ย the ย vehicle ย and ย it ย also ย enables ย an ย early ย retrieval if the car is stolen. This thesis has widely increased my knowledge of GPS and also improved my programmingย skills.
LIMITATIONS
While this advanced technology based tracking system can benefit users, company ย or ย any organization, there are also some limitations to using this vehicle trackingย devices.
- Often GPS takes time to ย connect ย with ย the ย network ย due ย to ย poor ย weather ย ย For the GPS to work properly, it needs to have a clear view of the sky. That is ย it ย is ย unlikely to ย work indoor or may ย even ย have ย problem outside ย where ย it ย has ย no ย clear ย path of transmitting toand receiving signal ย from ย satellites. ย Therefore, ย due ย to ย obstacles ย like ย tall ย buildings ย or such infrastructure which block view of the sky, often causes multipath error to the receiving signal of the GPS receiver. As ย a ย result, ย location ย seems ย to ย appear to ย jump ย from ย one place to another leading to inaccurate results. Thus incorrect values ย of ย latitude ย and longitude are sent to ย ย the ย server, ย for ย displaying ย in ย the ย Google ย map ย on ย error ย being initialized.
ย FUTUREย WORK
The recommendations for future work are as follows:
- Investigate how to protect ย the ย data ย collected ย on the ย website ย by making sure ย users ย only get toaccess only those devices that they are authorized Generallyย increasedย securityย to protect Vehicle trackerย identity.
- To develop ย a ย mobile ย application ย for ย the ย different ย types ย of ย mobile ย Operating ย Systems rather than just using a desktop
- Developing a means to show track ย record ย of wheretheย vehicleย hasย been ย rather ย than ย just the position it is
ย Designย Constraints
The accuracy of this system will depend on number of BTSs in a ย particular ย tracking area; so, ย the higherย the ย number ย of ย BTSs ย (Base ย Transceiver ย Systems), ย the ย greater ย the ย accuracy. ย This ย system will accurately workย at certain regions according to above constraint. The response time of the proposed system also depends on the response time of the GSM network and the LBS ย (Location Basedย Service). It is assumed that the LBS will always give accurate location ย information ย upon requests. It is also assumed that availability andย accessibility ย of ย GSM ย network ย and ย its ย backend system are high and there is no down time in ย the ย GSM ย network ย and ย the ย LBS. ย It is ย also ย assumed that, the system might diverse from its normal operation ย under ย the ย circumstances ย of ย low ย signal strength areas such as inside tunnels ย and ย subways. ย The ย system ย might ย not ย perform ย well ย under extreme conditions such as high voltage and high noise ย areas ย which ย may ย cause ย to ย damage ย the strength of the microwaveย signals.
Contribution to knowledge
The major contribution to knowledge ย established ย by thisย projectย basedย on researchย isย theย addition of an Accident Alert System and the ย approach ย applied ย towards ย achieving ย it. ย The ย push ย button added to the system that signals an accident at burst of airbag ย makes ย the ย VTAA ย system to ย be ย a more advanced form of the conventional vehicle trackingย system.
Criticalย appraisal
The design workย carried out for Vehicle Trackingย and ย accident ย alert ย system ย was ย theย major challenge in the entire development process. Owing to limitations observed in previous method ย employed, it was ย quite difficult to reach the method employed in this project as illustrated in Methodology (CHAPTER THREE). This method is cheaper ย and of a ย better ย utility. ย Software simulation using Proteus wasย very challenging as the modules are notย readily ย available ย on ย the software. I was able to scale through after hours of research by downloading a ย library ย for ย each module and installing through the ย software, ย then ย finally ย conduct ย the ย simulation ย as ย shown ย in Figure3.2. The virtual GPS readings (point ย coordinates) ย were ย observed ย and ย the ย ideal ย behavior ย of the system was confirmed before making breadboardย connection.
The design of ย thisย systemย has ย helped ย in ย broadening ย my ย horizon ย on ย circuit ย designs ย and ย difference in signal strengths by local networks. This design has also taught me the importance of certain components in circuits, their respective roles, and how to ย use them as anย interfaceย to ย a microcontroller in a coordinatedย manner.
REFERENCES
- Albert Alexe, R., Ezhilarasie. (2011). Cloud Computing Based Vehicle Tracking Information System Sysytem.
- Alex P., Kiran, S., Piraji, D., Imran. (2011). Cloud Computing ย Based Vehicle ย Tracking Information Systems. Cloud Computing Based Vehicle Tracking Informationย Systems.
- Al-Hindawi, A., M. (2012). Experimentally Evaluation of GPS/GSM Based System Design.
- Electronic Systems, Volume 2.
- Asaad M., J., Al-Hindawi, Ibraheem Talib. (2012). Experimentally Evaluation of GPS/GSM Based System Design. Electronic Systems.
- Ashutosh Upadhaya. (2014). Tracking System Using GSM, GPS & Arm7. Bombe. Atmel. (2013). Datasheet. 1-331.
- Benjamin B., K. (2013). A Real-Time Computer Vision System for Vehicle Tracking and Traffic Surveillance, Transportation. Transportation.
- Chen Peijiang, Jiang Xuehua. (2008). Design And Implementation of Remote Motoring System Based on GSM.
- Coifman, B. (2013). A Real-Time Computer Vision System for Vehicle Tracking and Traffic Surveillance.
- Global Sytem For Mobile Communication. (2016). https://en.wikipedia.org/wiki/GSM#history.
- Henster D. R. (2012). Embedded Smart Car Security System on Face Detection. Special Issue of Ijcct.
- Kai-Tai Song. (2005). Front Vehicle Tracking using Scene Analysisโ. Proceedings of the IEEE International Conference on Mechatronics & Automation.
- Khalifa A. Salim P., Kiran, S., Piraji, D., Imran. (2013). Web Based Vehicle Tracking System. ISSN: 2231-0711 443iv. (Pp. Issue 12, 443-448). Ijcset.
- Kiran Sawant,Imran Bhole,Prashant Kokane, Piraji Doiphode, Prof. Yogesh Thorat. (2015). Accident Alert And Vehicle Tracking System. Bangladesh: Www.Researchpublish.Com.
- Kokane, P., Kiran, S., Piraji, D., Imran, 4., & Thorat, P. Y. (2015). Review On Accident Alert And Vehicle Tracking System. International Journal of Computer Science And Information Technology Research,ย 259-263.