Thiết kế và thi công hộp thuốc thông minh dùng cho người già

MỤC LỤC Trang bìa i Nhiệm vụ đồ án tốt nghiệp ii Lời cam đoan iii Lời cảm ơn iv Mục lục v Liệt kê hình viii Liệt kê bảng x Tóm tắt xi Chương TỔNG QUAN 1.1 Đặt vấn đề 1.2 Mục tiêu .2 1.3 Nội dung nghiên cứu 1.4 Giới hạn .3 1.5 Bố cục Chương CƠ SỞ LÝ THUYẾT 2.1 Giới thiệu phần cứng dùng cho hộp thuốc .4 2.1.1 NodeMCU 1.0 (ESP -12E Module) 2.1.2 LCD 2.1.3 Module I2C 2.1.4 Mạch SIM800A .6 2.1.5 Cơng tắc hành trình .7 2.1.6 IC 74HC595 2.1.7 IC 74HC165 2.2 Giới thiệu phần mềm dùng cho hộp thuốc 2.2.1 NTP Server 2.2.2 Giới thiệu phần mềm viết ứng dụng MIT APP INVENTOR 10 2.2.3 Giới thiệu Firebase 10 2.2.4 Giới thiệu ngôn ngữ HTML 11 2.2.5 Giới thiệu ngôn ngữ CSS 11 v 2.3 Các chuẩn truyền liệu 12 2.3.1 Chuẩn giao tiếp I2C 12 2.3.2 Chuẩn giao tiếp Wifi 12 Chương TÍNH TOÁN VÀ THIẾT KẾ 13 3.1 Giới thiệu 13 3.2 Tính tốn thiết kế hệ thống 13 3.2.1 Thiết kế sơ đồ khối hệ thống 13 3.2.2 Tính toán thiết kế mạch 14 3.2.3 Sơ đồ nguyên lý toàn mạch 18 3.2.4 Tính tốn thiết kế mơ hình 20 3.2.5 Thiết kế app android 22 3.2.6 Thiết kế web 22 Chương THI CÔNG HỆ THỐNG 23 4.1 Giới thiệu 23 4.2 Thi công hệ thống 23 4.2.1 Thi công board mạch 23 4.2.2 Lắp ráp kiểm tra 26 4.3 Đóng gói thi cơng mơ hình 26 4.3.1 Đóng gói điều khiển 26 4.3.2 Thi cơng mơ hình 27 4.3.3 Mơ hình hồn thiện 29 4.4 Lập trình hệ thống 30 4.4.1 Lưu đồ giải thuật 30 4.4.2 Phần mềm lập trình cho Module ESP8266 33 4.4.3 Phần mềm lập trình cho điện thoại 33 4.4.4 Phần mềm lập trình Web 40 4.5 Viết tài liệu hướng dẫn sử dụng, thao tác 42 4.5.1 Viết tài liệu hướng dẫn sử dụng 42 4.5.2 Quy trình thao tác 43 Chương KẾT QUẢ_NHẬN XÉT_ĐÁNH G IÁ 44 5.1 Kết đạt 44 5.1.1 Kết chạy hệ thống 44 vi 5.1.2 Kết chạy App 45 5.1.3 Kết chạy web 48 5.2 Đánh giá nhận xét 50 5.2.1 Về phần cứng 50 5.2.2 Về phần mềm 51 Chương KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN 52 6.1 Kết luận 52 6.2 Hướng phát triển 52 TÀI LIỆU THAM KHẢO 53 PHỤ LỤC 55 vii LIỆT KÊ HÌNH Hình Trang Hình 2.1: Module wifi ESP8266 .4 Hình 2.2: Màn hình LCD Hình 2.3: Module I2C LCD 16x2 Hình 2.4: Module SIM800A Hình 2.5: Cơng tắc hành trình Hình 2.6: Phương thức hoạt động NTP 10 Hình 3.1: Sơ đồ khối hệ thống 13 Hình 3.2: Khối hiển thị 14 Hình 3.3: Khối xử lý trung tâm 15 Hình 3.4: Khối cảnh báo chỗ 15 Hình 3.5: Khối cảnh báo qua mạng di động 16 Hình 3.6: Khối cảm biến 17 Hình 3.7: Sơ đồ ngun lý tồn mạch 19 Hình 3.8: Hộp đựng thuốc 20 Hình 3.9: Mơ hình hộp thuốc 21 Hình 3.10: Cấu tạo hộp thuốc 22 Hình 4.1: Sơ đồ bố trí linh kiện mạch điều khiển 23 Hình 4.2: Sơ đồ bố trí linh kiện mạch kiểm tra 24 Hình 4.3: Mạch sau hồn thiện 26 Hình 4.4: Mạch điều khiển thực tế 27 Hình 4.5: Thay đổi dáng truyền động công tắc hành trình 28 Hình 4.6: Gắn cơng tắc hành trình sau hộp 28 Hình 4.7: Mơ hình hộp thuốc hoàn thiện 29 Hình 4.8: Lưu đồ hoạt động hộp thuốc 30 Hình 4.9: Lưu đồ đọc hiển thị thời gian cài đặt App 31 Hình 4.10: Lưu đồ đọc hiển thị thời gian cài đặt Web 32 Hình 4.11: Tạo project 34 Hình 4.12: Giao diện thiết kế Project App 34 Hình 4.13: Các khối Block Screen1 35 viii Hình 4.14: Các khối Block Screen2 36 Hình 4.15: Các khối hình 36 Hình 4.16: Thao tác tải dự án điện thoại 37 Hình 4.17: Quét mã QR 37 Hình 4.18: Cửa sổ khởi tạo Project 38 Hình 4.19: Thiết lập Rules cho Firebase 39 Hình 4.20: Cách xem Secret sở liệu 39 Hình 4.21: Giao diện làm việc database hồn chỉnh 40 Hình 4.22: Giao diện Sublime Text 41 Hình 4.23: Các bước khởi tạo Firebase 42 Hình 4.24: Quy trình cài đặt thời gian uống thuốc App 43 Hình 4.25: Quy trình cài đặt thời gian uống thuốc Web 43 Hình 5.1: Mơ hình hộp thuốc sau thi cơng 45 Hình 5.2: Kết thử nghiệm cài đặt hẹn App hộp thuốc 46 Hình 5.3: Tin nhắn gửi từ hệ thống 47 Hình 5.4: Các hình giao diện App SmartPillBox điện thoại di động 47 Hình 5.5: Giao diện trang web giới thiệu 48 Hình 5.6: Giao diện trang web quản lý 49 Hình 5.7: Giao diện trang web đăng nhập sai 50 ix LIỆT KÊ BẢNG Bảng Trang Bảng 2.1: Các mẫu thẻ tag thường gặp HTML 11 Bảng 3.1: Dòng áp linh kiện sử dụng hệ thống 17 Bảng 4.1: Dòng áp linh kiện sử dụng hệ thống 25 Bảng 4.2: Danh sách vật liệu chuẩn bị để thi công 27 Bảng 5.1: Bảng thực nghiệm kết chạy thực tế hệ thống 50 Bảng 5.2: Kết chạy thử nghiệm App 51 x TÓM TẮT Ngày nay, với phát triển cơng nghệ giúp ích cho người nhiều việc chăm sóc sức khỏe hỗ trợ người cao tuổi vấn đề quan tâm nhiều sống Bởi lẽ người lớn tuổi dễ mắc bệnh nên thường uống nhiều loại thuốc, họ dễ quên nên chuyện uống nhầm thuốc uống không liều lượng chuyện hay xảy Từ nhu cầu thực tế đó, nhóm định thực đề tài: “Thiết kế thi công hộp thuốc thông minh dùng cho người già” Đề tài sử dụng điện thoại thơng minh, website có kết nối mạng để cài đặt thời gian thông qua ESP8266 NodeMCU, tới uống thuốc thông báo cho người dùng biết thông qua led buzzer vể vị trí hộp thuốc cần uống Khơng có thế, hộp thuốc phát người dùng có mở vị trí hộp thuốc thơng báo thời gian nhắc nhở hay khơng cịn có chức gửi tin nhắn người dùng quên lấy thuốc Tuy nhiên, ổn định đề tài phụ thuộc vào chất lượng wifi sử dụng xi CHƯƠNG TỔNG QUAN Chương TỔNG QUAN 1.1 ĐẶT VẤN ĐỀ Ngày nay, số bệnh viện tải, nhu cầu chăm sóc sức khỏe nhà tăng ngày bệnh nhân, cá nhân muốn chăm sóc sức khỏe tìm phương tiện giám sát phù hợp với chi phí chăm sóc phù hợp với họ Uống thuốc nghe đơn giản, với bộn bề sống công việc phải lo toan nên đơi bạn qn việc uống thuốc Bên cạnh đó, việc quan tâm sức khỏe hỗ trợ người cao tuổi vấn đề quan tâm nhiều sống Bởi lẽ người lớn tuổi dễ mắc bệnh nên thường uống nhiều loại thuốc, họ dễ quên nên chuyện uống nhầm thuốc uống không liều lượng chuyện hay xảy Xuất phát từ nguyên nhân: “Việc quản lý thuốc thật khó khăn, để nhớ dùng thuốc cho phù hợp thách thức” nên thiết bị PillDrill đời PillDrill hệ thống quét cho phép người dùng theo dõi đơn thuốc nhắc nhở dùng thuốc theo phác đồ điều trị Thiết bị vừa giúp điều chỉnh thói quen dùng thuốc, thành viên gia đình người chăm sóc theo dõi xem bệnh nhân họ uống thuốc theo phác đồ điều trị hay chưa [1] Hiện nay, thiết bị thông minh phổ biến với chúng ta, đặc biệt lĩnh vực chăm sóc sức khỏe Trên thị trường có nhiều hộp thuốc thông minh cho người bệnh nhiên chức chúng cịn Ví dụ hộp thuốc hãng LASPERAL có chức báo uống thuốc hạn chế có khay chứa thuốc Thực tế, cần thiết bị có nhiều khay chứa thuốc nhiều chức để thuận tiện cho người bệnh người chăm sóc Nhận thấy rõ điều này, bạn sinh viên nước ta có đề tài sản phẩm sáng tạo, tiêu biểu hộp thuốc thông minh bạn sinh viên trường Đại học Duy Tân, TP Đà Nẵng Tuy nhiên, sản phẩm bạn sơ sài có chức chọn thuốc hẹn báo uống thuốc Ngoài ra, hộp thuốc thiết kế theo nguyên lý lựa chọn loại thuốc theo toa phù hợp với khoa điều trị bệnh viện [2] Bên cạnh đó, đồ án tốt nghiệp “Thiết kế thi công hộp thuốc tự động cho người bệnh” Lê Hồ Quang Nguyễn Quốc Khương, có số chức nhắc người bệnh uống thuốc giờ, toa, thông báo cho người chăm sóc BỘ MƠN ĐIỆN TỬ CƠNG NGHIỆP - Y SINH CHƯƠNG TỔNG QUAN trường hợp cần thiết thuốc hộp hết hay người bệnh quên uống thuốc, điều chỉnh thời gian nhắc nhở cho phù hợp với bệnh nhân nút nhấn thông qua trang web Hệ thống dùng vi điều khiển trung tâm module ESP8266 NodeMCU Arduino Mega, sau nhận tín hiệu từ khối điều khiển điều khiển động ULN2003 động bước BYJ48 xoay di chuyển hộp thuốc đến vị trí xác định [3] Nhằm giải bất cập việc giám sát từ xa với mục đích điều chỉnh liều lượng thuốc vào thời gian cụ thể giống máy phân phát thuốc tự động để giảm bớt lượng công việc cho y tá, bác sĩ người nhà bệnh nhân giúp bệnh nhân nhà tự uống thuốc liều lượng Vì nhóm định thực đề tài “Thiết kế thi công hộp thuốc thông minh dùng cho người già” Hộp thuốc thông minh thuận tiện cho người, đặc biệt người lớn tuổi trẻ em Chức hộp thuốc thông minh nhắc nhở người bệnh uống thuốc giờ; đảm bảo lượng thuốc đủ cho lần uống thông báo cho người thân biết người bệnh lấy thuốc hay chưa 1.2 MỤC TIÊU Thiết kế thi công hộp thuốc thông minh giúp bệnh nhân uống thuốc giờ, thuốc thông báo cho người thân bệnh nhân cách gửi tin nhắn trường hợp cần thiết thuốc hộp lấy hay người bệnh quên uống thuốc Đặc biệt, hộp thuốc cài đặt thời gian nhắc nhở uống thuốc cho bệnh nhân thông qua App Android trang Web 1.3 NỘI DUNG NGHIÊN CỨU  NỘI DUNG 1: Tìm hiểu tài liệu hộp thuốc thông minh, vi xử lý đề tài  NỘI DUNG 2: Tìm hiểu kết nối NodeMCU ESP8266 với Internet để cập nhật liệu dùng cho việc hiển thị  NỘI DUNG 3: Nghiên cứu xây dựng Web server App Mit App Inventor điều khiển hệ thống  NỘI DUNG 4: Nghiên cứu lập trình để hiển thị liệu LCD  NỘI DUNG 5: Thiết kế mơ hình hệ thống BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP - Y SINH CHƯƠNG TỔNG QUAN  NỘI DUNG 6: Thi công phần cứng, chạy thử nghiệm hiệu chỉnh hệ thống  NỘI DUNG 7: Viết báo cáo thực  NỘI DUNG 8: Bảo vệ đồ án 1.4 GIỚI HẠN  Hộp thuốc chứa ngày thuốc, ngày lần uống  Mỗi hộp thuốc phù hợp chứa thuốc dạng viên  Hộp thuốc không to để đặt nơi nhà  Mơ hình có kích thước chiều cao 30cm, chiều dài chiều rộng 50cm  Sử dụng nguồn điện 5V 1.5 BỐ CỤC  Chương 1: Tổng Quan Chương trình bày đặt vấn đề dẫn nhập lý chọn đề tài, mục tiêu, nội dung nghiên cứu, thông số giới hạn bố cục đồ án  Chương 2: Cơ Sở Lý Thuyết Chương giới thiệu phần cứng: thiết bị đầu vào, thiết bị đầu ra, cách sử dụng thiết bị Các chuẩn truyền liệu: I2C, Wifi Dịch vụ lưu trữ nội dung trang web FireBase Hosting  Chương 3: Thiết Kế Tính Tốn Chương trình bày tính toán thiết kế hệ thống, sơ đồ nguyên lý tồn mạch, lựa chọn thơng số ban đầu cho phần thi cơng Thiết kế mơ hình  Chương 4: Thi công hệ thống Chương giới thiệu phần thi cơng mạch, đóng gói điều khiển, bước thi cơng mơ hình hồn chỉnh Tài liệu hướng dẫn sử dụng  Chương 5: Kết quả, Nhận xét Đánh giá Chương nói kết hồn thành, hình ảnh mạch hoạt động, phần nhận xét đánh giá  Chương 6: Kết luận hướng phát triển Trình bày làm đề tài nêu hướng phát triển cho đồ án BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP - Y SINH CHƯƠNG THI CÔNG HỆ THỐNG  Tiếp theo, chọn thứ tuần để cách nhấp Repeat, loạt nút nhấn từ thứ hai đến chủ nhật nhấn để chọn thứ tuần  Cuối nhấp vào cần gạt Switch để gửi giá trị cài đặt lên Firebase Với Web, truy cập theo đường link: Nhấn vào nút đăng nhập, nhập mật mặc định, điền vào khung giờ, phút cần hẹn Sau đó, ta nhấp vào nút “SET” để gửi giờ, phút muốn hẹn lên Firebase Cuối nhấn vào nút “ON” để kích hoạt đồng hồ hẹn Nhấn “OFF” bạn muốn tắt đồng hồ hẹn Lưu ý:  Muốn cài đặt thêm đồng hồ mở rộng ta nhấn vào nút “Cài thêm giờ” cài đặt đồng hồ sáng, trưa chiều  Nếu chưa đặt mật cá nhân ta nhấp vào dịng lệnh “Qn mật khẩu? / Đổi mật khẩu?” Sau hình xuất hiện, ta nhấp vào nút “Đặt mật khẩu” Nhập mã PIN mặc định, tiến hành nhập mật mong muốn, bấm “Lưu mật khẩu” 4.5.2 Quy trình thao tác  Thao tác cài đặt thời gian App hình 4.24 Hình 4.24 Quy trình cài đặt thời gian uống thuốc App  Thao tác cài đặt thời gian Web hình 4.25: Hình 4.25 Quy trình cài đặt thời gian uống thuốc Web BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP - Y SINH 43 CHƯƠNG KẾT QUẢ_NHẬN XÉT_ĐÁNH GIÁ Chương KẾT QUẢ_NHẬN XÉT_ĐÁNH GIÁ 5.1 KẾT QUẢ ĐẠT ĐƯỢC Trong khoảng 16 tuần thực nhóm biết cách thiết kế hệ thống hoàn chỉnh từ phần cứng đến phần mềm Về phần cứng, biết cách sử dụng module cần thiết đề tài, biết nguyên lý hoạt động linh kiện module ESP8266, module SIM800A, LCD 16x2 Biết thông số, thành phần ngoại vi, hoạt động chip vi điều khiển ESP8266, thêm vào biết sử dụng thời gian lấy từ NTP Server Có thể thiết kế mơ hình cho đồ án Biết cấu tạo, nguyên lý hoạt động, quy trình vận hành hộp thuốc thông minh Về phần mềm, biết cách lập trình cho NodeMCU ESP8266, sử dụng phần mềm lập trình Arduino IDE thiết kế App Android gửi liệu lên sở liệu Biết cách sử dụng hàm thư viện NTPClient, LiquidCrystal_I2C LCD 16x2 giao tiếp thông qua module I2C Hiểu truyền nhận giữ liệu Firebase Qua đồ án này, nhóm biết thêm cách lập trình web với ngôn ngữ HTML, CSS đưa trang web lên webserver Firebase Hosting Biết cách giao tiếp với sở liệu thời gian thực Firebase Database Dùng Mit App, Inventor để thiết kế giao diện chạy điện thoại Android Ngoài ra, nhóm biết cách vẽ lưu đồ, sơ đồ nguyên lý mạch điện tử chỉnh chu 5.1.1 Kết chạy hệ thống Trải qua q trình thiết kế mơ hình thi cơng mơ hình, nhóm thu kết hồn thiện hình 5.1 Kết thu hình 5.1 cho ta thấy hộp thuốc dán decal màu xanh dương làm màu chủ đạo, chứa led dán màu khác trắng, cam xanh dương đậm để dễ phân biệt buổi sáng, trưa chiều mà cụ thể trình bày hình 5.1 (a) (b) Ở hình 5.1 (a) mơ hình cấp điện cho hệ thống hình LCD hiển thị nội dung chào mừng “SMART PILL BOX WELCOM” Hình 5.1 (b) mơ hình hiển thị thời gian thực dòng LCD hiển thị giờ, phút, giây; dịng hiển thị ngày, tháng, năm BỘ MƠN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP - Y SINH 44 CHƯƠNG KẾT QUẢ_NHẬN XÉT_ĐÁNH GIÁ (a) (c) (b) (d) Hình 5.1 Mơ hình hộp thuốc sau thi cơng 5.1.2 Kết chạy App Nhóm tiến hành kiểm tra thực nghiệm cài đặt App hộp thuốc thể qua hình 5.2 Với hình 5.2 a, nhóm cài đặt App sáng vào thứ tư thu kết đèn led ứng với hộp đựng thuốc ngày thứ tư khay (khay buổi sáng) có tín hiệu nhấp nháy âm từ còi báo phát 00 phút Tương tự cho hình 5.2 b 5.2 c kết hẹn vào buổi trưa lúc 11 30 phút buổi chiều lúc 20 BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP - Y SINH 45 CHƯƠNG KẾT QUẢ_NHẬN XÉT_ĐÁNH GIÁ (a) (b) (c) Hình 5.2 Kết thử nghiệm cài đặt hẹn App hộp thuốc BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP - Y SINH 46 CHƯƠNG KẾT QUẢ_NHẬN XÉT_ĐÁNH GIÁ Sau phút tính từ lúc kiểm tra hẹn giờ, bệnh nhân khơng lấy thuốc hệ thống tự gửi cảnh báo đến điện thoại người thân với nội dung tin nhắn “Người nhà quên lấy thuốc” hình 5.3 Hình 5.3 Tin nhắn gửi từ hệ thống Hình 5.4 Các hình giao diện App SmartPillBox điện thoại di động Đầu tiên App mở lên, ta cần nhập mật Screen1 hình 5.4 vào khung nhấn vào nút “Đăng nhập” để mở qua giao diện Screen2 cài đặt thời gian Nếu chưa đặt mật đăng nhập, ta nhấn vào dòng chữ in nghiêng “Quên mật khẩu? / Đổi mật khẩu?” chuyển sang hình Đầu tiên mở qua BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP - Y SINH 47 CHƯƠNG KẾT QUẢ_NHẬN XÉT_ĐÁNH GIÁ hình này, cần nhấn vào nút “Đổi mật khẩu”, tiếp đến cần nhập mã PIN mặc định “2020” nhập sai khơng thể đổi sang mật 5.1.3 Kết chạy web Sau thiết kế host lên Firebase, trang web Firebase cung cấp cho tên miền phụ miền firebaseapp.com Vì liên kết để truy cập vào trang web nhóm có đường dẫn là: “https://dieukhien-df3e6.firebaseapp.com/” Kết chạy trang Web minh họa từ hình 5.5 đến hình 5.12 Hình 5.5 Giao diện trang web giới thiệu Trang web giới thiệu (hình 5.5) hiển thị thông tin đề tài tốt nghiệp, tên giảng viên hướng dẫn, tên nhóm sinh viên thực nút đăng nhập dùng để đăng nhập vào trang web quản lý hộp thuốc Nhấn nút đăng nhập trang web hiển thị, hệ thống xuất khung thông báo yêu cầu nhập mật Với mật mặc định nhóm đặt “11111” người sử dụng nhập xác mở giao diện trang web quản lý hình 5.6 sai chuyển sai giao diện trang web hiển thị đăng nhập sai BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP - Y SINH 48 CHƯƠNG KẾT QUẢ_NHẬN XÉT_ĐÁNH GIÁ Hình 5.6 Giao diện trang web quản lý Trang web quản lý gồm nút “SET”, “ON”, “OFF” khung điền thời gian cài đặt phút Các nút nhấn nhóm sử dụng màu sắc bật màu vàng cho nút “SET”, màu xanh cho nút “ON” màu đỏ cho nút “OFF” giúp để người sử dụng dễ phân biệt rõ rãng chức nút nhấn Muốn hoàn tất việc cài đặt nhấn nút “DONE” để quay trang web giới thiệu Trang web cài đặt bao gồm đồng hồ ứng với buổi ngày Với đồng hồ gồm khung để điền số: gồm khung cài đặt khung cài đặt phút Sau nhập thời gian vào hai khung nhấn nút “SET”, hệ thống xuất thông báo “Đã lưu Alarm x” Thời gian cài đặt nhóm quy định từ – 23 phút từ -59, nhập sai khoảng thời gian nhập chữ (hay kí tự đặc biệt) quy định hệ thống đưa thơng báo yêu cầu người sử dụng nhập theo quy định khung thời gian BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP - Y SINH 49 CHƯƠNG KẾT QUẢ_NHẬN XÉT_ĐÁNH GIÁ Hình 5.7 Giao diện trang web đăng nhập sai Khi người sử dụng nhập không mật trang web giao diện, hệ thống chuyển sang trang web đăng nhập sai hình 5.7 Trang web hiển thị nội dung thông báo “Đăng nhập không thành công” để thống báo cho người sử dụng biết nhập sai mật nhấn nút “Back” giao diện để quay giao diện trang web giới thiệu 5.2 ĐÁNH GIÁ VÀ NHẬN XÉT 5.2.1 Về phần cứng Bảng 5.1 Bảng thực nghiệm kết chạy thực tế hệ thống Số lần thử nghiệm 21 21 10 10 Nội dung Trạng thái cơng tắc hành trình Đèn led sáng Gửi tin nhắn Thời gian đáp ứng