HỆ THỐNG CHĂM sóc sức KHỎE CỘNG ĐỒNG

Ý tưởng, sự cần thiết, lý do chọn dự án

Trong bối cảnh đại dịch COVID-19 ngày càng phức tạp với số ca mắc và tử vong gia tăng, nguy cơ dịch bệnh xâm nhập vào Việt Nam luôn hiện hữu Do đó, việc kiểm tra và đánh giá sức khỏe cộng đồng là vô cùng cần thiết để chủ động phòng ngừa dịch bệnh.

Mục tiêu của dự án

Dự án nhằm mục tiêu chăm sóc sức khỏe cộng đồng thông qua việc nghiên cứu và sàng lọc những người có triệu chứng COVID-19, đồng thời hỗ trợ người dùng theo dõi tình hình sức khỏe của bản thân.

Phương pháp, quy trình nghiên cứu dự án

Các phương pháp phục vụ cho quá trình nghiên cứu:

+ Phương pháp thu nhận thông tin

+ Phương pháp nghiên cứu tài

+ Phương pháp thí nghiệm thực tế.

2 Lập kế hoạch thực hiện

3 Tiến hành xây dựng mô hình

4 Thử nghiệm mô hình, chỉnh sửa, thu thập, phân tích số liệu

5 Viết báo cáo tổng kết

Nội dung nghiên cứu dự án

3 Cảm biến nhịp tim, oxi trong máu MAX30100

4 Module đo nhiệt độ hồng ngoại GY-906

5 Kit Arduino Nano, Module Wifi ESP8266

6 Màn hình Oled 1.3 Inch, IC nguồn LM2596 Điện trở, cuộn cảm, tụ điện,nút nhấn…

 Sơ đồ khối cấu trúc

Cấu trúc hệ thống gồm có:

+ Các cảm biến: Đo nhiệt độ cơ thể, nhịp tim và nồng độ oxi trong máu.

+ Đọc thẻ RFID: Dùng để xác minh danh tính của người dùng.

+ Bộ điều khiển: Nhận dữ liệu từ cảm biến và xử lý dữ liệu.

+ Màn hình OLED:Hiển thị kết quả đo của người vào kiểm tra

Tất cả dữ liệu từ các lần kiểm tra sức khỏe sẽ được tự động cập nhật lên website đã đăng ký tài khoản, giúp người dùng dễ dàng kiểm tra và truy xuất thông tin sức khỏe của mình.

 Vật tư thiết bị sử dụng trong dự án

1 Vi điều khiển STM32F103C8T6 Blue Pill ARM Cortex-M3

KIT Blue Pill sử dụng chip STM32F103c8t6, một trong những dòng chip phổ biến nhất của STM, với đầy đủ các ngoại vi cơ bản, bộ nhớ đủ dùng và giá thành hợp lý, rất thích hợp cho những người mới bắt đầu.

Một số ứng dụng chính bao gồm: điều khiển driver cho ứng dụng, quản lý ứng dụng thông thường, thiết bị cầm tay và thuốc, máy tính cùng thiết bị ngoại vi chơi game, GPS cơ bản, ứng dụng trong ngành công nghiệp, thiết bị lập trình PLC, biến tần, máy in, máy quét, hệ thống cảnh báo và thiết bị liên lạc nội bộ.

Phần mềm lập trình: có khá nhiều trình biên dịch cho STM32 như IAR

Embedded Workbench, Keil C… Ở đây mình sử dụng Keil C nên các bài viết sau mình chỉ đề cập đến Keil C.

Thư viện lập trình: có nhiều loại thư viện lập trình cho STM32 như:

When choosing between STM32 libraries such as STM32snippets, STM32Cube LL, STM32Cube HAL, Standard Peripheral Libraries, and Mbed core, each has its own advantages and disadvantages This article focuses on Standard Peripheral Libraries, which have been around for a long time, are widely used, support numerous peripherals, and offer a clear understanding of programming fundamentals.

Mạch nạp: có khá nhiều loại mạch nạp như : ULINK, J-LINK , CMSIS-DAP, STLINK… ở đây mình sử dụng Stlink vì giá thành khá rả và debug lỗi cũng tốt.

Board lập trình có thể được mua sẵn hoặc tự thiết kế theo nhu cầu cá nhân Mình đã tạo một board tích hợp mạch nạp, đã thử nghiệm và hoạt động ổn định, việc debug bằng Keil C tương tự như phiên bản STlink V2 trên thị trường Sử dụng đồ tự làm mang lại nhiều trải nghiệm thú vị Đây là board của mình:

 1 cổng Mini USB dùng để cấp nguồn, nạp cũng như debug.

 2 MCU bao gồm 1 MCU nạp và 1 MCU dùng để lập trình.

 Có chân Output riêng cho các chân mạch nạp trên MCU1.

 Có chân Output đầy đủ cho các chân MCU2.

 Chân cấp nguồn ngoài riêng cho MCU2 nếu không sử dụng nguồn từ USB.

 Thạch anh 32,768khz dùng cho RTC và Backup.

 Chân nạp dùng cho chế độ nạp boot loader.

 Nút Reset ngoài và 1 led hiển thị trên chân PB9, 1 led báo nguồn cho MCU2. Cấu hình chi tiết của STM32F103C8T6:

 ARM 32-bit Cortex M3 với clock max là 72Mhz.

 Bộ nhớ: o 64 kbytes bộ nhớ Flash (bộ nhớ lập trình). o 20kbytes SRAM.

The article discusses the management of clock and power systems, highlighting the operational voltage range from 2.0V to 3.6V It covers essential features such as Power On Reset (POR), Power Down Reset (PDR), and Programmable Voltage Detector (PVD) The use of external quartz crystals is emphasized, with frequency ranges from 4MHz to 20MHz, while internal quartz utilizes RC oscillation at 8MHz or 40kHz Additionally, an external 32.768kHz quartz is recommended for Real-Time Clock (RTC) applications.

Trong trường hợp điện áp thấp, thiết bị có thể chuyển sang các chế độ như ngủ, ngừng hoạt động hoặc hoạt động ở chế độ chờ Để duy trì hoạt động của bộ RTC và lưu trữ dữ liệu khi mất nguồn chính, nguồn điện được cấp tại chân Vbat thông qua pin.

 2 bộ ADC 12 bit với 9 kênh cho mỗi bộ. o Khoảng giá trị chuyển đổi từ 0 – 3.6V. o Lấy mẫu nhiều kênh hoặc 1 kênh. o Có cảm biến nhiệt độ nội.

Bộ chuyển đổi DMA giúp tăng tốc độ xử lý mà không cần sự can thiệp sâu của CPU, với 7 kênh DMA hỗ trợ cho các giao thức như ADC, I2C, SPI và UART.

Bài viết đề cập đến hệ thống 7 bộ đếm thời gian, bao gồm 3 bộ đếm 16 bit hỗ trợ các chế độ IC/OC/PWM, 1 bộ đếm 16 bit chuyên dùng để điều khiển động cơ với các chế độ bảo vệ như ngắt input và dead-time, 2 bộ đếm watchdog timer nhằm bảo vệ và kiểm tra lỗi, và 1 bộ đếm sysTick 24 bit đếm xuống phục vụ cho các ứng dụng như hàm Delay.

 Hỗ trợ 9 kênh giao tiếp bao gồm: o 2 bộ I2C(SMBus/PMBus). o 3 bộ USART (ISO 7816 interface, LIN, IrDA capability, modem control). o 2 SPIs (18 Mbit/s). o 1 bộ CAN interface (2.0B Active) o USB 2.0 full-speed interface

 Kiểm tra lỗi CRC và 96-bit ID.

Thông số của KIT STM32F103C8T6 Blue Pill như sau:

 Tích hợp thạch anh ngoại 8Mhz

 Tích hợp cổng USB để nạp Bootloader hoặc sử dụng ngoại vi USB

 Led tích hợp vào chân PC13

 Sử dụng chuẩn mạch nạp: SWD cho các loại mạch nạp ST-link, J-link

Module RFID RC522 13.56MHz, sử dụng IC MFR522 của Philips, cho phép đọc và ghi dữ liệu cho thẻ NFC tần số 13.56MHz Nó giao tiếp với hệ thống bên ngoài thông qua giao thức SPI.

 Dòng ở chế độ chờ:10 ÷13mA.

 Dòng ở chế độ nghỉ:≤ 80uA.

 Tần số sóng mang:13.56MHz.

 Khoảng cách hoạt động:0 ÷60mm.

 Tốc độ truyền dữ liệu: tối đa 10Mbit/s

Điện áp trên bo mạch bao gồm 3.3V, 5V và GND Điện áp 3.3V được điều chỉnh từ bộ điều chỉnh và không nên sử dụng để vẽ dòng điện, nhưng có thể được dùng để cấp nguồn cho chip.

 5V từ USB hoặc bộ điều chỉnh tích hợp có thể được sử dụng để cung cấp cho bộ điều chỉnh 3.3V trên bo mạch.

Chân tương tự PA0 - PA7

Các ghim hoạt động như ADC với độ phân giải 12- bit

Chân đầu vào / đầu ra

PA0 - PA15 PB0 - PB15 PC13 - PC15

TX1, RX1 TX2, RX2 TX3, RX3

UART với chân RTS và CTS

Tất cả các chân số đều có khả năng ngắt

PA6 - PA10 PB0 - PB1 PB6 - PB9

LED có sẵn PC13 Đèn LED hoạt động như một chỉ báo GPIO cho mục đích chung

Các cổng giao tiếp mạch tích hợp liên

 Điện áp đầu vào: Từ 3V đến 30V.

 Điện áp đầu ra: Điều chỉnh được trong khoảng 1.5V đến 30V.

 Dòng đáp ứng tối đa là 3A.

 Kích thước: 45 (dài) * 20 (rộng) * 14 (cao) mm

Màn hình OLED SSD1306 1.3 inch cung cấp chất lượng hiển thị hình ảnh tuyệt vời với độ phân giải 128x64 pixel Thiết bị này tương thích với hầu hết các vi điều khiển hiện nay nhờ giao tiếp I2C Sử dụng driver SSD1306 và thiết kế nhỏ gọn, màn hình này là lựa chọn lý tưởng cho việc phát triển sản phẩm DIY và các ứng dụng nhanh chóng.

 Tương thích với Arduino, 51 Series, MSP430 Series, STM32 / 2, CSR IC,…

 Tiêu thụ điện năng thấp: 0.08W (fullscreen)

 Có thể điều chỉnh độ sáng và độ tương phản

 Chuẩn giao tiếp: I2C (thông qua 2 chân SCL, SDA)

 Điện áp hoạt động: 3V-5V DC

 Kích thước màn hình: 1.3 inch (128x64 pixel)

5 Cảm biến nhịp tim, oxi trong máu MAX30100

Cảm biến nhịp tim MAX30100 tích hợp công nghệ 16-bit sigma delta ADC và bộ xử lý tín hiệu tương tự với độ nhiễu thấp, đảm bảo hoạt động chính xác và ổn định Thiết kế nhỏ gọn của cảm biến cho phép sử dụng như thiết bị đeo tay và dễ dàng kết nối với các MCU, Arduino và Raspberry Pi.

 Điện áp hoạt động: 1.8V - 3.3V (DC)

 Ultra-Low Shutdown Current (0.7àA)

 16-deep FIFO được tích hợp bên trong thiết bị

 Tốc độ đọc dữ liệu 50Hz to 1kHz

 Cảm biến quang: IR, led hồng ngoại & bộ tách sóng quang

 Hổ trợ giao tiếp I2C với chân INT

 Nhiệt độ hoạt động: -40℃C đến +85℃C

6 Module đo nhiệt độ hồng ngoại GY-906

 Điện áp hoạt động: 3~5VDC

 Góc rộng: -40℃C đến + 125℃C cho nhiệt độ cảm biến và -70℃C đến +380℃C cho nhiệt độ đối tượng đo

 Giao diện kỹ thuật số tương thích SMBus

 Đầu ra PWM có thể tùy chỉnh để đọc liên tục

Thông số kỹ thuật Arduino Nano

Vi điều khiển ATmega328 Điện áp hoạt động 5 VDC

Tần số hoạt động 16 MHz

Dòng tiêu thụ 30 mA Điện áp khuyên dùng 7 - 12 VDC Điện áp giới hạn 6 - 20 VDC

Số chân Digital I/O 14 (6 chân PWM)

Số chân Analog 8 (Độ phân giải 10 bit)

Dòng tối đa trên mỗi chân I/O 40 mA

Dòng ra tối đa 5V 500 mA

Dòng ra tối đa 3.3V 50 mA

Bộ nhớ Flash 32 KB (ATmega328) với 2KB dùng bởi bootloader

Mục đích: truyền dữ liệu lên Websever thông qua giao thức HTTP và phương thức

ESP8266 là một mạch vi điều khiển mạnh mẽ, cho phép người dùng điều khiển các thiết bị điện tử một cách dễ dàng Đặc biệt, nó được trang bị khả năng kết nối Wi-Fi 2.4GHz, mở ra nhiều cơ hội cho lập trình và phát triển ứng dụng IoT.

 WiFi: 2.4 GHz hỗ trợ chuẩn 802.11 b/g/n

 Điện áp vào: 5V thông qua cổng USB

 Số chân I/O: 11 (tất cả các chân I/O đều có Interrupt/PWM/I2C/One-wire, trừ chân D0)

 Số chân Analog Input: 1 (điện áp vào tối đa 3.3V)

 Giao tiếp: Cable Micro USB ( tương đương cáp sạc điện thoại )

 Hỗ trợ bảo mật: WPA/WPA2

 Tích hợp giao thức TCP/IP

 Lập trình trên các ngôn ngữ: C/C++, Micropython, …

Cấu trúc phần cứng của dòng chip ESP8266 có thể tóm tắt như sau:

 Sử dụng 32-bit MCU core có tên là Tensilica

 Tốc độ system clock có thể set ở 80MHz hoặc 160MHz

 Không tích hợp bộ nhớ Flash để lưu chương trình

 Tích hợp 50KB RAM để lưu dữ liệu ứng dụng khi chạy

 Có đầy đủ các ngoại vi chuẩn đê giao tiếp như 17 GPIO, 1 Slave SDIO, 3 SPI, 1 I2C, 1 I2S, 2 UART, 2 PWM

 Tích hợp các mạch RF để truyền nhận dữ liệu ở tần số 2.4GHz

 Hỗ trợ các hoạt động truyền nhận các IP packages ở mức hardware như

Acknowledgement, Fragmentation và Defragmentation, Aggregation, Frame Encapsulation v.v… (và phần stack TCP/IP sẽ được thực hiện trên firmware của ESP8266)

Do ESP8266 không hỗ trợ bộ nhớ Flash tích hợp, các board sử dụng chip này cần phải kết nối thêm một chip Flash bên ngoài, thường là Flash SPI, để có thể đọc chương trình ứng dụng qua giao thức SDIO hoặc SPI.

Dưới đây là mạch nguyên lý đầy đủ cho ESP8266:

Các chế độ boot up của ESP8266