TỔNG QUAN
ĐẶT VẤN ĐỀ
Khoa học công nghệ phát triển mạnh, điều này đã góp phần to lớn trong việc giải quyết các nhu cầu sống của con người, đặc biệt là nhu cầu chăm sóc sức khỏe. Việc chăm sóc sức khỏe ngày càng được chú trọng, các công nghệ được áp dụng trong y tế được nâng cấp và sử dụng rộng rãi trong các hệ thống bệnh viện Kết quả của việc quan tâm chăm sóc sức khỏe là số lượng người thăm khám hay bệnh nhân ngày càng tăng Một số người muốn tìm cách theo dõi sức khỏe với chi phí chăm sóc sức khỏe phù hợp Trong đó, vấn đề uống thuốc cần được quản lý và thực hiện nghiêm ngặt Nhưng việc uống thuốc tưởng chừng dễ dàng, nhưng đối với việc quá tải ở bệnh viện và cuộc sống tất bật ngày nay có thể dẫn đến kết quả là bạn có thể quên uống thuốc Vì thế cần có một thiết bị nhắc nhở uống thuốc hàng ngày sử dụng nhiều công nghệ để tối ưu việc sử dụng và mở rộng đối tượng sử dụng.
Hiện nay, có rất nhiều các thiết bị hộp thuốc thông minh, tự động hóa và điều khiển từ xa trong cuộc sống Trên thị trường ngày nay có rất nhiều hãng cung cấp các hộp thuốc thông minh, tiêu biểu như là Ninelife, MedMinder với những tính năng hỗ trợ nhắc nhở người dùng uống thuốc Với nhu cầu như vậy, đã có rất nhiều nghiên cứu, cụ thể trong đó là những Đồ Án Tốt Nghiệp được thực hiện tạo ra những mô hình thực tế như năm 2018, Lê Hồ Quang – Nguyễn Quốc Khương với đề tài: “THIẾT KẾ VÀ THI CÔNG HỘP THUỐC THÔNG MINH CHO NGƯỜI BỆNH” [1], đề tài đã sử dụng vi điều khiển để thông báo cho người thân bệnh nhân bằng cách gửi tin nhắn, cài đặt thời gian nhắc nhở uống thuốc cho bệnh nhân thông qua App Android hoặc trang Web Đề tài Đồ Án Tốt Nghiệp tiếp theo là của Đặng Đức Mạnh và Nguyễn Hà Phương Thảo, năm 2020, với đề tài: “THIẾT KẾ VÀ THI CÔNG HỘP THUỐC THÔNG MINH DÙNG CHO NGƯỜI GIÀ” [2], trong đề tài này đã nhắc người bệnh uống thuốc đúng giờ, đúng toa, thông báo cho người chăm sóc bằng nút nhấn và màn hình LCD tích hợp sẵn hoặc thông qua trang web được nhà sản xuất cung cấp.
Bên cạnh việc nhắc nhở uống thuốc, việc hẹn lịch thuốc dựa theo nhiều cách thức uống thuốc cần được tối ưu Đối với các loại thuốc sử dụng theo sự chỉ định của bác sĩ và đối với các loại thuốc Vitamin sử dụng theo sự hướng dẫn của nhà sản xuất, sẽ có 3 hình thức uống được sử dụng phổ biến nhất: uống 1 lần/ ngày, uống 2 lần/ ngày, uống 3 lần/ ngày Việc kết hợp nhiều hình thức uống trên một sản phẩm là một cách thức và điểm mới của đề tài.
Từ những khảo sát trên, cùng với các kiến thức đã được trang bị, nhóm kiến nghị được thực hiện đề tài tài “Thiết kế và thi công mô hình hộp thuốc hỗ trợ người bệnh” với đầy đủ những tính năng cần thiết như sau: Hộp thuốc có thể được sử dụng đối với hầu hết mọi người, hẹn lịch uống thuốc theo nhiều cách thức uống qua màn hình cảm ứng và ứng dụng trên điện thoại Android Hộp thuốc sẽ được tối ưu kích thước để có thể mang đi du lịch, đi công tác hay sử dụng tại nhà và bệnh viện Hộp thuốc có thể tương tác dễ dàng qua màn hình cảm ứng LCD TFT Mô hình sẽ tập trung vào sự thuận tiện, linh hoạt và phù hợp cho người dùng nhưng vẫn đảm bảo tối ưu việc quản lý uống thuốc.
MỤC TIÊU ĐỀ TÀI
Thiết kế và thi công hộp thuốc sử dụng vi khiển khiển trung tâm là Arduino Mega 2560 và ESP8266, cảm biến quang trở KY-018, Module thời gian thực TinyRTC DS1307 và màn hình cảm ứng TFT 3.2inch Hệ thống hỗ trợ đặt lịch uống thuốc, nhắc nhở từ xa bằng màn hình cảm ứng TFT và ứng dụng điện thoại được thiết kế bằng Android Studio để giúp người dùng dễ dàng sử dụng và quản lý Thiết kế thuật toán cho cách thức uống thuốc: uống 1 lần/ ngày, uống 2 lần/ ngày hay uống 3 lần/ ngày.
NỘI DUNG NGHIÊN CỨU
Trong quá trình thực hiện Khóa luận tốt nghiệp với đề tài Thiết kế và thi công mô hình hộp thuốc hỗ trợ người bệnh, nhóm chúng em đã tập trung giải quyết và hoàn thành được những nội dung sau:
Nội dung 1: Kết nối Arduino Mega 2560 và màn hình LCD-TFT với Module
Nội dung 2: Kết nối NodeMCU ESP8266 với Internet để cập nhật dữ liệu dùng cho việc hiển thị lên màn hình LCD-TFT.
Nội dung 3: Nghiên cứu xây dựng một ứng dụng Android giao tiếp với mô hình thông qua Wifi.
Nội dung 4: Tiến hành kiểm tra độ ổn định và chính xác của các cảm biến.
Nội dung 5: Kiểm tra kết nối cảm biến với vi xử lý để truyền dữ liệu đầu vào. Nội dung 6: Thiết kế mô hình.
Nội dung 7: Thi công phần cứng, chạy thử nghiệm.
Nội dung 8: Đánh giá kết quả thực hiện
Nội dung 9: Viết báo cáo thực hiện.
Nội dung 10: Bảo vệ luận văn.
GIỚI HẠN ĐỀ TÀI
Một số giới hạn của đề tài bao gồm:
Kích thước phần LCD-TFT hiển thị: 3.2 inch Ứng dụng điện thoại chạy trên hệ điều hành Android.
Kích thước hộp thuốc là 23 x 12 x 4 cm, chỉ có 8 hộp thuốc.
BỐ CỤC
Chương này để trình bày về vấn đề, mục tiêu đặt ra, nội dung nghiên cứu, thiết kế hệ thống, thiết kế mô hình, các giới hạn và bố cục của đồ án.
CƠ SỞ LÝ THUYẾT
CÁC MÔ HÌNH SẢN PHẨM HỘP THUỐC HỖ TRỢ NGƯỜI BỆNH
2.1.1 Mô hình hộp thuốc thông minh dùng cho người già
Ngày nay, với sự phát triển của công nghệ đã giúp ích cho con người rất nhiều và việc chăm sóc sức khỏe cũng như hỗ trợ người cao tuổi đang là vấn đề được quan tâm nhiều trong cuộc sống Bởi lẽ người lớn tuổi dễ mắc bệnh nên thường uống nhiều loại thuốc, nhưng họ dễ quên nên chuyện uống nhầm thuốc hoặc uống không đúng liều lượng là chuyện hay xảy ra.
Từ nhu cầu thực tế đó, đề tài: “Thiết kế và thi công hộp thuốc thông minh dùng cho người già” sử dụng điện thoại thông minh, website có kết nối mạng để cài đặt thời gian thông qua ESP8266 NodeMCU, và khi tới giờ uống thuốc sẽ thông báo cho người dùng biết thông qua led và buzzer về vị tríhộp thuốc cần uống Không chỉ có thế, hộp thuốc có thể phát hiện được người dùng có mở đúng vị trí hộp thuốc đã được thông báo trong thời gian nhắc nhở hay không và còn có chức năng gửi tin nhắn khi người dùng quên lấy thuốc Tuy nhiên, sự ổn định của đề tài phụ thuộc vào chất lượng wifi sử dụng [2].
Hình 2 1 Sản phẩm hoàn thiện của hộp thuốc dùng cho người già
2.1.2 Mô hình hộp thuốc thông minh cho người bệnh
Với sự phát triển vượt bậc về mọi mặt khoa học, đời sống Kéo theo đó lĩnh vực Điện Tử đóng góp một phần không nhỏ Điện Tử được áp dụng vào cuộc sống giúp cho công việc của con người nhẹ nhàng hơn như smart phone, máy tính bảng, laptop Ngoài việc hỗ trợ cho công việc thì các thiết bị cũng góp một phần nâng cao mức
CHƯƠNG 2 CƠ SỞ LÝ THUYẾT sống của con người Ngày nay, đa số mọi người vẫn còn ra nhà thuốc để mua thuốc uống Nhận thấy điều này, đã có nhiều nhà sản xuất bắt tay vào làm ra những thiết bị giúp mọi người có thể quản lý lịch uống thuốc của bản thân Nhưng hầu hết đều vẫn còn khá đơn giản như nhắc uống thuốc, hẹn giờ uống thuốc Với sự phát triển của khoa học kỹ thuật, ta đã có thể nâng cấp các hộp thuốc này lên mức độ cao hơn như là gởi tin nhắn thông báo, gởi email thông báo, theo dõi việc uống thuốc từ xa. Thiết kế và thi công hộp thuốc tự động cho người bệnh, trong đó có một số chức năng như nhắc người bệnh uống thuốc đúng giờ, đúng toa, thông báo cho người chăm sóc trong những trường hợp cần thiết như thuốc trong hộp đã hết hay người bệnh quên uống thuốc, điều chỉnh thời gian nhắc nhở cho phù hợp với từng bệnh nhân bằng nút nhấn và màn hình LCD tích hợp sẵn hoặc thông qua trang web được nhà sản xuất cung cấp [1].
2.1.3 Mô hình hộp thuốc thông minh
Năm 2017, nhóm 6 sinh viên ngành Kỹ thuật Điện tử - Truyền thông đã giành giải nhất cho ý tưởng phát triển “Hộp thuốc thông minh” trong cuộc thi Ý tưởng sáng tạo khởi nghiệp sinh viên P-Startup 2017 Ý tưởng được lên từ ý định muốn hỗ trợ người cao tuổi và người thân của họ trong việc chăm sóc sức khỏe Dựa trên cơ sở phân tích tính ứng dụng và các sản phẩm tượng trên thị trường, nhóm đã nhận thấy được cơ hội từ bài toán này “Hộp thuốc thông minh” được nhóm đề ra có các tính năng như: chức năng nhắc nhở người bệnh uống thuốc khi đến giờ; đảm bảo lượng thuốc đủ cho mỗi lần uống; liên lạc và thông báo cho người thân khi cần; theo dõi lượng thuốc còn lại trong hộp qua IoT App; bác sĩ gia đình có thể theo dõi trực tiếp bệnh nhân từ xa” [3].
Hình 2 2 Tổng quan hệ "Hộp thuốc thông minh"
GIỚI THIỆU PHẦN CỨNG
Vi điều khiển là một thành phần cốt lõi trong trong một hệ thống điện tử Vi điều khiển có hệ thống tích hợp trên một chip nhỏ gọn, bao gồm bộ xử lý (CPU), bộ nhớ, các cổng giao tiếp và các linh kiện điện tử khác Trong các loại vi điều khiển, Arduino là một loại phổ biến với nhiều phiên bản như Arduino Uno, Arduino Mega, Arduino Nano Sau khi tham khảo qua đề tài [1], hệ thống của đề tài này sử dụng Arduino Mega 2560 để làm bộ xử lý trung tâm Trong đề tài [1], tác giả dùng Arduino Mega để nhận dữ liệu từ Module ESP8266 NodeMCU Dựa vào đề tài [1] và yêu cầu của hệ thống, thực hiện tương tác bằng màn hình cảm ứng và truyền nhận tín hiệu với 8 cảm biến từ và giao tiếp với Module ESP8266 NodeMCU, nhóm lựa chọn sử dụng Arduino Mega 2560 làm vi điều khiển chính.
Arduino Mega 2560 là một bo mạch vi xử lý dựa trên chip xử lý Atmega 2560. Với bộ nhớ FLASH và SRAM lớn, Arduino Mega này có thể xử lý chương trình hệ thống lớn một cách dễ dàng và vi xử lý cũng tương thích với các loại bo mạch, vi điều khiển khác như tín hiệu mức cao (5V) hoặc tín hiệu mức thấp (3.3V) với chân nạp I / O Arduino Mega 2560 được xem như là một vi điều khiển tích hợp có nhiều tính năng gồm có hệ thống I/O rộng với 16 bộ chuyển đổi và 54 bộ chuyển đổi digital có hỗ trợ UART và cũng có các giao tiếp khác Không dừng lại ở đó Arduino Mega 2560 có tích hợp sẵn RTC và các tính năng khác như là bộ so sánh, bộ timer, ngắt để điều khiển hoạt động và cũng được tích hợp xung thạch anh với tốc độ nhanh lên đến 16MHz [5].
Trong đề tài [1] và [2], tác giả đã sử dụng module ESP8266 NodeMCU kết nối wifi để trao đổi dữ liệu với vi điều khiển và gửi dữ liệu lên cơ sở dữ liệu Firebase. Đặc biệt ở đề tài [2] tác giả sử dụng Module ESP8266 NodeMCU để làm khối xử lý trung tâm Module được sử dụng ở cả 2 đề tài đáp ứng với các yêu cầu của hệ thống, nhóm quyết định lựa chọn ESP8266 NodeMCU để trao đổi dữ liệu với Arduino Mega 2560 và thực hiện gửi dữ liệu lên cơ sở dữ liệu thông qua mạng wifi.
Với yêu cầu của đề tài, nhóm lựa chọn sử dụng ESP8266 NodeMCU để trao đổi thông tin với Arduino Mega 2560 và gửi dữ liệu lên cơ sở dữ liệu thông qua mạng wifi.Nhóm lựa chọn sử dụng module wifi ESP8266 - một vi điều khiển có thể giúp
CHƯƠNG 2 CƠ SỞ LÝ THUYẾT điều khiển các thiết bị điện tử, với giá thành rẻ (chỉ bằng Arduino Nano), nhưng lại được tích hợp sẵn Wifi, bộ nhớ flash 4Mb Module ESP8266 NodeMCU dễ dàng kết nối với Arduino Mega 2560 để trao đổi thông tin và gửi dữ liệu lên cơ sở dữ liệu thông qua mạng wifi, giúp hoàn thiện các dự án hay sản phẩm một cách đơn giản và thuận tiện nhất.
2.2.3 Màn hình LCD TFT: Để cải thiện hệ thống hộp thuốc từ đề tài [1] và đề tài [2], nhóm lựa chọn sử dụng màn hình cảm ứng để hiển thị và điều khiển hệ thống nhằm giúp người dùng tương tác dễ dàng hơn Sau khi tham khảo 2 đề tài [7] và [8] có sử dụng màn hình cảm ứng vào hệ thống của tác giả Các tác giả sử dụng màn hình cảm ứng TFT ILI9341 3.2inch trong 2 đề tài để đọc các thông tin cần thiết và hiển thị lên màn hình và điều khiển thông qua màn hình cảm ứng Dựa theo yêu cầu nhỏ gọn của hệ thống cũng như đáp ứng đủ điều khiển giúp người dùng thao tác và sử dụng hệ thống tốt hơn, nhóm lựa chọn sử dụng màn hình cảm ứng LCD TFT cảm ứng màu 3.2 inch ILI9341 Màn hình LCD TFT cảm ứng màu 3.2 inch ILI9341 có điện áp hoạt động 3.3 – 5V và có độ phân giải 320X240 (RGB) Sử dụng Driver ILI9341 để hiển thị và truyền dữ liệu theo chuẩn song song 8-bit Màn hình hỗ trợ đọc màn hình theo chiều ngang hay dọc và có tích hợp thẻ nhớ giao tiếp theo chuẩn SPI.
Module cảm biến từ là hệ thống sử dụng nguyên tắc hoạt động của hiện tượng Hall để phát hiện và đo lường các từ trường và được sử dụng phổ biến trong đo lường dòng điện, đo tốc độ, vị trí và chuyển động Module dễ dàng sử dụng bằng cách đưa nam châm lại gần, cảm biến sẽ bật và trả về giá trị tương ứng, và nếu đưa nam châm ra xa thì cảm biến sẽ tắt Với mô hình có tám hộp thuốc và lấy tín hiệu nhận biết lấy hộp đều dựa vào cảm biến từ, vì thế nhóm cần cảm biến từ có khả năng nhận tín hiệu nhạy và không bị giới hạn đo, là module cảm biến từ A3144. Mỗi hộp thuốc nhỏ thì sẽ bao gồm 1 nam châm ở dưới đáy hộp, khi hộp được đặt lại, từ đó module cảm biến từ nhận thấy được sự thay đổi của từ trường sẽ xuất tín hiệu analog và truyền về cho Arduino Mega 2560 Vi điều khiển sẽ được lập trình biến đổi ADC từ tín hiệu analog của module cảm biến từ A3144, từ đó chọn ngưỡng để xác định và nhận biết được khi nào hộp thuốc đã được lấy ra và được đặt lại.
Khối cảnh báo sẽ sử dụng buzzer dạng cắm xuyên lỗ có kích thước 12x8mm để thông báo trạng thái của máy khi hoạt động ở các chức năng khác nhau cho người dùng dễ dàng quản lý và sử dụng hệ thống Buzzer có cường độ âm thanh tối đa là 85dB, hoạt động ở tần số dao động từ 2-2.4 KHz Buzzer hoạt động điện áp từ 3.3 – 5VDC và dòng điện tối đa là 40mA [2].
2.2.6 Đồng hồ thời gian thực RTC DS1307: Đồng hồ thời gian thực (Real Time Clock - RTC) là một mạch tích hợp (IC) được sử dụng để theo dõi ngày và giờ hiện tại Nó hoạt động độc lập với đồng hồ hệ thống chính và có thể duy trì thời gian chính xác ngay cả khi máy tính hoặc thiết bị bị tắt hoặc khởi động lại Module DS1307 là một vi mạch quản lý thời gian thực và nó được sử dụng rộng rãi trong các ứng dụng yêu cầu độ chính xác cao về mặt thời gian, DS1307 cũng có các tính năng như đếm thời gian, hẹn giờ Module DS1307 giao thức bằng I2C và giao tiếp bằng 5 chân gồm INT (QWO), SCL, SDA, VCC và GND Module thời gian thực còn có kèm theo EEPROM AT24C32 nên có khả năng lưu trữ thêm thông tin lên đến 32Kbit [9].
EEPROM được trong sử dụng trong đề tài như một bộ nhớ để lưu tất cả dữ liệu cài đặt thời gian Trong hệ thống có Arduino Mega 2560 có tích hợp bộ nhớEEPROM nhưng không đủ, vì thế nhóm lựa chọn thêm Module EEPROM ModuleEEPROM AT24C256 có khả năng lưu được 256Kbit và giao tiếp bằng I2C Module hoạt động ở điện áp từ 2.7 – 5.5V và có kích thước 19x11mm.
CƠ SỞ DỮ LIỆU FIREBASE
Firebase là một nền tảng sở hữu bởi Google để phát triển ứng dụng di động và trang web Nền tảng bao gồm các API đơn giản, không cần backend và server. Chức năng của firebase là giúp nhà lập trình tiết kiệm thời gian, đơn giản hóa các thao tác với cơ sở dữ liệu.
Firebase Realtime Database là cơ sở dữ liệu thời gian thực được lưu trữ trên đám mây Dữ liệu được lưu trữ dưới dạng JSON và luôn được đồng bộ thời gian thực đến mọi kết nối client Trong trường hợp bị mất mạng, dữ liệu được lưu lại ở local,
CHƯƠNG 2 CƠ SỞ LÝ THUYẾT vì thế khi có mọi sự thay đổi nào đều được tự động cập nhật lên server của Firebase. Ngoài ra, Firebase Hosting giúp các trang web tĩnh trở nên mạnh mẽ với sự gia tăng của các frameworks hỗ trợ lập trình front-end JavaScript như Angular, Jekyll Ngoài ra, hosting cung cấp cho dự án một tên miền phụ trên miền firebaseapp.com và các tùy chọn cấu hình nhẹ để xây dựng các ứng dụng web tiên tiến [10].
2.4 Phần mềm lập trình cho ứng dụng trên điện thoại - Android studio:
Android Studio là IDE được sử dụng trong phát triển ứng dụng Android dựa trên IntelliJ IDEA Android Studio có mã nguồn mở và có thể chạy trên Windows, Mac và Linux Tháng 05 năm 2013, Google đã công bố Android Studio nhằm thay thế cho Eclipse Android Development Tool (ADT) vốn được sử dụng nhiều năm trước đó.[6]
Android Studio được Google xây dựng với nhiều tính năng nổi bật cụ thể được liệt kê như sau:
Bộ công cụ build ứng dụng dựa trên Gradle.
Chức năng dò và sửa lỗi nhanh, hướng Android.
Công cụ chỉnh sửa màn hình dạng kéo thả tiện lợi.
Các wizard tích hợp nhằm giúp lập trình viên tạo ứng dụng từ mẫu có sẵn Tích hợp Google Cloud Platform, dễ dàng tích hợp với Google Cloud
Messaging và App Engine của Google.
Hình 2 3 Biểu tượng phần mên Android studio
TÍNH TOÁN VÀ THIẾT KẾ
TÍNH TOÁN VÀ THIẾT KẾ PHẦN CỨNG
3.1 GIỚI THIỆU Ở chương 3 này, nhóm sẽ trình bày chi tiết về sơ đồ khối của hệ thống thông qua hình vẽ và giải thích cụ thể chức năng của từng khối Sau đó nhóm tiến hành tính toán và thiết kế sơ đồ nguyên lý của hệ thống và giải thích sơ đồ kết nối mạch. Nhóm sẽ tính toán và thiết kế hệ thống nhắc nhở uống thuốc có thể cài đặt giờ bằng
2 cách: cài bằng màn hình cảm ứng và cài bằng app điện thoại Ngoài ra, có thể cài đặt nhiều chế độ uống khác nhau và quản lý các hộp thuốc.
3.2 TÍNH TOÁN VÀ THIẾT KẾ HỆ THỐNG
3.2.1 Thiết kế sơ đồ khối hệ thống
Theo yêu cầu của đề tài đưa ra, nhóm đã thiết kế sơ đồ khối của hệ thống bao gồm các khối: khối xử lý trung tâm, khối điều khiển và hiển thị, khối cảm biến, khối module RTC, khối cảnh báo, khối module Wifi, khối EEPROM, khối Firebase và khối App Android Sơ đồ khối của hệ thống được mô tả như trong hình 3.1 dưới đây.
KHỐI ĐIỀU KHIÊN VÀ HIỂN THỊ
Hình 3 1 Sơ đồ khối của hệ thống hộp thuốc hồ trợ người bệnh
Sơ đồ khối của hệ thống được nhóm thiết kế bao gồm 10 khối, chiều giao tiếp giữa các khối được thể hiện thông qua chiều của các mũi tên Mỗi khối trong sơ đồ
CHƯƠNG 3 TÍNH TOÁN VÀ THIẾT KẾ tương ứng với mỗi chức năng cụ thể Khối xử lý trung tâm là khối điều khiển cho toàn bộ hệ thống Khối có nhiệm vụ xử lý các thông tin từ khối cảm biến, khối module RTC và trao đổi thông tin với khối Module Wifi để gửi tín hiệu và dữ liệu tới khối Firebase nhằm đồng bộ dữ liệu với ứng dụng điện thoại Khối cảm biến gồm 8 cảm biến từ, dùng để đọc tín hiệu ở chân Analog Khối cảm biến được đặt ở hộp thuốc chính với module cảm biến từ và đặt ở hộp thuốc nhỏ với nam châm Khi người dùng lấy hộp thuốc nhỏ ra sẽ gửi 1 giá trị khác với khi đặt hộp thuốc nhỏ tại vị trí của hộp thuốc chính Khối điều khiển và hiển thị được sử dụng để người dùng có thể tương tác và điều khiển qua màn hình cảm ứng.
Khối module Wifi dùng để kết nối mạng Wifi, trao đổi dữ liệu với khối xử lý trung tâm, khối firebase, khối EEPROM Khối FIREBASE có chức năng lưu trữ và trao đổi thông tin giữa khối App android và khối module Wifi Khối App android là phần mềm dùng để thiết lập và tạo ra ứng dụng sử dụng trên điện thoại Android, có chức năng tương tự như màn hình cảm ứng dùng để cài đặt hẹn giờ, quản lý hộp thuốc và thông báo Khối EEPROM là nơi lưu trữ tất cả thông tin ngày giờ, giờ hẹn và trạng thái của các hộp thuốc và trao đổi dữ liệu với khối module Wifi Khối nguồn có chức năng cấp nguồn cho toàn bộ hệ thống hoạt động.
3.2.2 Tính toán và thiết kế mạch a Thiết kế khối xử lý trung tâm
Khối xử lý trung tâm có chức năng thu và xử lý tín hiệu từ các khối cảm biến, module RTC, bên cạnh đó khối còn truyền nhận dữ liệu từ khối module WIFI để xử lý, đồng bộ dữ liệu và cập nhật lên app android Khối xử lý trung tâm được xem là phần quan trọng nhất của hệ thống vì toàn bộ hệ thống hoạt động phải được khối xử lý trung tâm thông qua. Để thực hiện chức năng của khối xử lý trung tâm, Arduino Nano, Arduino Uno và ESP8266 đều có thể đảm bảo thực thi chính xác các yêu cầu xử lý cho toàn hệ thống. Các module trên đều có giá thành rẻ, tiêu tốn công suất ít Tuy nhiên, để có thể đáp ứng đủ bộ nhớ và đủ số chân giao tiếp dễ dàng với màn hình cảm ứng TFT thì ArduinoMega 2560 sẽ là ứng cử viên sáng giá Arduino Mega 2560 có bộ nhớ lớn để lưu trữ dữ liệu trong quá trình truyền và nhận tín hiệu Vì vậy, Arduino Mega 2560 sẽ đáp ứng việc thiết lập giờ uống thuốc, cảnh báo cho người dùng và xây dựng giao diện và tạo tương tác của người dùng với màn hình cảm ứng Vi điều khiển được mô tả như hình 3.2 dưới đây.
Hình 3 2 Vi điều khiên Arduino Mega 2560
Sơ đồ kết nối của Arduino với các linh kiện khác được thể hiện ở hình 3.3:
- Các chân từ 2 - 12: giao tiếp với màn hình cảm ứng TFT 3.2 inch.
- Các chân từ A0 – A7: giao tiếp với 8 module cảm biến từ.
- Các chân 53, 51, 49, 47, 45, 43, 41, 39 và chân 18: giao tiếp với điện trở và led để cảnh báo.
- Chân 20 (SDA), 21 (SCL): giao tiếp với module RTC DS1307.
- Chân 14, 15: giao tiếp với module ESP8266 NodeMCU.
Hình 3 3 Sơ đồ kết nối khối xử lý trung tâm sử dụng Arduino Mega 2560.
CHƯƠNG 3 TÍNH TOÁN VÀ THIẾT KẾ b Thiết kế khối cảm biến.
Cảm biến hiệu ứng Hall
Hình 3 4 Module Cảm Biến Từ A3144
Khối cảm biến từ sử dụng module cảm biến từ A3144 có chức năng đọc phát hiện và đo lường các từ trường Hình ảnh thực thế của module cảm biến từ A3144 được thể hiện ở hình 3.4 Dựa trên chức năng riêng biệt này, module được sử dụng để phát hiện việc lấy hộp thuốc nhỏ ra khỏi hộp chính Module cảm biến từ A3144 giao tiếp với Arduino Mega 2560 bằng cách gửi tín hiệu cho Arduino, được kết nối như hình 3.5 Module có 2 cách đưa dữ liệu: digital và analog với 2 chân D0 và A0.
Hệ thống sẽ sử dụng chân A0 của 8 module cảm biến từ A3144 giao tiếp với Arduino Mega 2560 lần lượt kết nối với chân A0, A1, A2, A3, A4, A5, A6, A7 và sử dụng nguồn 5V từ Arduino.
Hình 3 5 Sơ đồ kết nối của khối cảm biến Từ A3144 c Thiết kế khối module RTC.
Bộ dao động tinh thể 32Khz
Hình 3 6 Module đồng hồ thời gian thực DS1307 Để hệ thống có thể nhắc nhở người dùng uống thuốc trực tiếp ở hộp thuốc và ở ứng dụng Android thì hệ thống cần module RTC để cập nhật giờ liên tục Module thể hiện qua hình ảnh thực tế của module trong hình 3.6 Khối module thời gian thực sử dụng module RTC DS1307 để thực hiện cập nhật thời gian ngày giờ để hẹn giờ uống thuốc Module RTC DS1307 giao tiếp với Arduino Mega 2560 theo chuẩn I2C, được kết nối như hình 3.7 Chân SCL, SDA của module RTC DS1307 lần lượt kết nối với chân SCL, SDA của Arduino Mega 2560 Các chân của module thể hiện qua hình ảnh thực tế của module trong hình 3.
Hình 3 7 Sơ đồ kết nối khối module RTC DS1307 d Thiết kế khối điều khiển và hiển thị
Khối điều khiển và hiển thị sử dụng màn hình cảm ứng TFT để hiển thị các thông ngày giờ và trạng thái của hộp thuốc nhỏ Bên cạnh đó, màn hình được dùng
CHƯƠNG 3 TÍNH TOÁN VÀ THIẾT KẾ để cài giờ hẹn uống thuốc cũng như điều khiển các chức năng của hệ thống Màn hình cảm ứng TFT giao tiếp với Arduino Mega 2560 theo chuẩn song song 8-bit. Hình 3.8 dưới đây đã mô tả màn hình TFT ở thực tế.
Hình 3 8 Màn hình LCD TFT cảm ứng màu 3.2 inch
ILI9341 Tính toán điện trở cho màn hình: Điện trở 10KΩ được sử dụng với mục đích để hạ điện áp chân của Arduino từ 5V xuống 3.3V để tương thích điện áp 3.3V của TFT.
Các chân kết nối của màn hình cảm ứng TFT với Arduino Mega mô tả ở hình 3.9:
- Các chân TFT_CS, RESET, DC, TFT_MOSI, TFT_SCK, TFT_MISO,
T_CLK, T_CS, T_DIN, T_DO, T_IRQ lần lượt được kết nối với các chân 2 đến chân 12của Arduino Mega.
- Các chân VCC, LED, GND lần lượt được nối với các chân 5V, GND của Arduino.
Hình 3 9 Sơ đồ kết nối khối điều khiển và hiển thị e Thiết kế khối thông báo.
Khối thông báo gồm tám led tương ứng với tám hộp thuốc nhỏ và một buzzer dùng để thông báo nhắc nhở người dùng bằng cả âm thanh và ánh sáng Tám led sẽ được kết nối với Arduino Mega 2560 thông qua tám điện trở và tới các chân 53, 51,
49, 47, 45, 43, 41, 39 của Arduino Mega 2560 và buzzer kết nối với chân 18 như trong hình 3.10.
Tính toán điện trở cho LED:
Arduino Mega sẽ hoạt động ở mức điện áp là 5VDC và dòng ngõ ra 20mA Để LED không bị hỏng và hoạt động bình thường ở 5VDC thì giá trị điện trở hạn dòng
R được tính sử dụng định luật Kirchoff 2.
Ta có: V led = 2V, V cc = 5V, I led mA Áp dụng định luật Kirchoff 2, tính R:
R= 150 Ω Qua kết quả trên, có thể chọn giá trị điện trở từ 150 – 220 Ω, nhóm sẽ chọn điện trở có giá trị 220 Ω cho LED sáng và ổn định nhất.
Hình 3 10 Sơ đồ kết nối giữa khối thông báo với khối xử lý trung tâm f Thiết kế khối module WIFI
Trong hệ thống, Arduino Mega dùng để xử lý điều khiển nhưng lại không hỗ trợ kết nối mạng và giao tiếp mạng Vì vậy hệ thống cần khối module WIFI để thực hiện nhiệm vụ truyền nhận dữ liệu giữa khối xử lý trung tâm với khối FIREBASE thông quaINTERNET Ở chương 2 CƠ SỞ LÝ THUYẾT, nhóm đã lựa chọn module ESP8266NodeMCU cho khối Module WIFI Module WIFI sử dụng điện áp 5V và giao tiếp vớiArduino Mega theo chuẩn UART qua chân D5, D6 Arduino Mega kết
THI CÔNG HỆ THỐNG
THI CÔNG PHẦN CỨNG
Trong chương này, nhóm sẽ trình bày quá trình thi công, lắp ráp, kiểm tra phần cứng và quá trình thiết kế các lưu đồ giải thuật, phần mềm cho hệ thống sao cho phù hợp.
Dựa vào sơ đồ nguyên lý đã thiết kế, nhóm đã liệt kê danh sách và sô lượng các linh kiện được sử dụng trong hệ thống để tiến hành thi công, được mô tả chi tiết trong bảng 4.1.
Bảng 4 1 Danh sách các linh kiện sử dụng
STT Tên linh kiện Số lượng Ghi chú
2 Module cảm biến từ A3144 8 Module Cảm Biến Hall A3144
4 Màn hình LCD TFT 1 Màn hình cảm ứng, loại 3.2inch
9 Điện trở 20 10 điện trở 10kΩ,10 điện trở 220Ω
10 Module LM2596 1 Module giảm áp
11 Đế đựng pin 1 Đế dựng 2 pin
13 LED 10 2 LED đỏ, 8 LED vàng
14 Module HX-2S-D20 1 Mạch sạc và bảo vệ pin
CHƯƠNG 4 THI CÔNG HỆ THỐNG
Phần cứng của hệ thống nhóm sẽ thực hiện thi công 2 board mạch: Board mạch điều khiển chính và board mạch nguồn Dựa vào sơ đồ nguyên lý ở chương 3, nhóm sẽ thiết kế mạch in PCB và để vẽ nhóm sử dụng phần mềm Easy EDA để thiết kế Mạch in của board mạch điều khiển chính và mạch in của board nguồn được mô tả như hình 4.1 và hình 4.3, mạch in 3D như hình 4.2.
Hình 4 1 Mạch in của mạch điều khiển.
Hình 4 2 Mô phỏng 3D board điều khiển
Hình 4 3 Mạch in của mạch nguồn Ởmạch nguồn, nhóm thiết kế mạch in PCB cho module giảm áp và 2 ngõ vào và 1 ngõ ra Trong đó 1 ngõ vào là kết nối với mạch sạc và xả pin bằng dây điện ở ngoài.
4.2.2 Lắp ráp và kiểm tra
Sau khi thiết kế mạch in PCB, nhóm sẽ tiến hành ủi mạch, rửa mạch, khoan mạch và hàn gắn các linh kiện lên board mạch Nhóm sử dụng đồng hồ VOM để đo thông mạch, ngắn mạch các đường đồng, các chân linh kiện để đảm bảo cho mạch có thể hoạt động được. a Board mạch điều khiển
Mặt trước của board mạch điều khiển gồm có 9 khối như được mô tả trong hình 4.4 Arduino Mega 2560, Module RTC DS1307, module buzzer, module EEPROM được cố định trên board mạch, các module còn lại kết nối với các connector thông qua dây bus.
- Khu vực vi điều khiển: Arduino Mega 2560 và ESP8266 được cố định bằng các header nối với mạch đồng và các chân đi ra với các linh kiện khác.
- Khối module cảm biến, khối cảnh báo bằng LED, khối điều khiển và hiển thị và khối nguồn 5V dùng các domino và terminal để kết nối với linh kiện.
- Các khu vực còn lại dùng hàng rào để kết nối.
Với board mạch nguồn thể hiện ở hình 4.5, module L298N kết nối với 2 domino
2 chân Trong đó, 1 domino kết nối với nguồn 8,4V của Adapter và 1 domino kết nối
CHƯƠNG 4 THI CÔNG HỆ THỐNG với nguồn 7,4V của 2 pin cell 3,7V Với ngõ vào của nguồn dự phòng là ngõ ra của mạch sạc xả và 2 pin cel mắc nối tiếp với nhau.
Hình 4 4 Mặt trước của board mạch điều khiển chính.
Hình 4 5 Mặt trước board mạch nguồn
Sau khi đã hoàn thành lắp ráp mạch và kiểm tra mạch, nhóm tiến hành thiết kế mô hình cho hệ thống bằng Solidworks Với yêu cầu đề tài, nhóm thiết kế hộp thuốc có
8 hộp thuốc nhỏ và khung để lắp màn hình cảm ứng Bản vẽ của mô hình được thể hiện ở hình 4.5.
Hình 4 6 Bản vẽ tổng thể của mô hình hộp thuốc
Mô hình được thiết kế với kích thước 234x144x63 mm như hình 4.7 Nhóm thiết kế mô hình với tiêu chí dễ dàng sử dụng và bảo quản thuốc và thu nhỏ kích thước tối đa Trong mô hình có bố trí 8 hộp thuốc nhỏ để đựng thuốc Đa số những hộp đựng thuốc trên thị trường có kích thước là 30x40x30 mm, vì vậy nhóm quyết định thiết kế hộp thuốc nhỏ trong hệ thống là 30x40x30mm.
Hình 4 7 Kích thước tổng thể của mô hình
CHƯƠNG 4 THI CÔNG HỆ THỐNG
Hình 4 8 Kích thước của hộp thuốc Để có thể cố định được màn hình cảm, nhóm đã thiết kế nắp hộp có gắn màn hình từ dưới lên Khung cố định màn hình với kích thước 78x55mm được thể hiện ở hình 4.8.
Hình 4 9 Kích thước nắp cố định màn hình
Bên trong hộp thuốc, nhóm thiết kế 1 khoảng trống để các board mạch. Khoảng trống bên trong mô hình có kích thước 23cm x 14cm (dài x rộng) để đảm bảo lắp vừa board mạch có kích thước 22cm x 13,5cm được thi công như hình 4.4. Phần bên trong được bố trí linh kiện như hình 4.10 và hình 4.11.
Board mạch của hệ thống
Hình 4 10 Bố trí linh kiện bên phải khoảng trống ở mô hình.
Khối nguồn – module giảm áp
Khối nguồn – mạch sạc và pin cell
Hình 4 11 Bố trí linh kiện bên trái khung trống của mô hình.
Bên trái khung trống của mô hình có kích thước 14cm x 90cm (dài x rộng) để bố trí khối nguồn và lắp đặt màn hình cảm ứng Khối nguồn được chia thành 2 phần: module giảm áp và mạch sạc để dễ dàng bố trí bên trong hộp thuốc Module giảm áp được cố định lên thành hộp và mạch sạc và pin cell được cố định lên board mạch bằng keo nến Màn hình cảm ứng được cố định lên nắp hộp bên trái của hộp thuốc như hình 4.12.
Hình 4 12 Bố trí màn hình cảm ứng của mô hình.
CHƯƠNG 4 THI CÔNG HỆ THỐNG
Với yêu cầu đưa ra của đề tài, tám hộp thuốc nhỏ được thiết kế phân bố như hình 4.13 Mỗi hộp thuốc nhỏ sẽ được cố định một led trên bề mặt hộp thuốc.
Hình 4 13 Bố trí hộp thuốc nhỏ và led 4.3 Thi công phần mềm
4.3.1 Thiết kế giao diện ứng dụng điều khiển trên điện thoại a Tạo một project trên Android Studio
Sử dụng phần mềm lập trình Android Studio để thiết kế ứng dụng điều khiển trên điện thoại cho hệ thống Ứng dụng điện thoại sử đụng để tương tác, cài đặt hẹn giờ và cập nhật thông tin từ hộp thuốc thông qua kết nối wifi Đầu tiên, sau khi mở Android Studio bấm vào “New Project” để tạo một project Android như hình 4.14.
Hình 4 14 Tạo một project Android trong Android Studio
Tiếp theo chọn Templates muốn thiết kế, ở đây nhóm chọn “Phone and Tablet” và tiếp theo đó chọn Activity có sẵn là “Empty Activity” như hình 4.15 Sau đó nhấn “Next” để sang giao diện cấu hình cho project như hình 4 16 Ở đây có 5 mục bao gồm: name, package name, save location, language, minimum SDK Trong đó, Name là đặt tên cho project, Package Name là định danh duy nhất (Tên riêng) để xác định đúng project của mình (đây cũng là tên để kết nối với Firebase), Save location là nơi lưu trữ project,
Language là ngôn ngữ để lập trình, ở đây có “Java” và “Kotlin”, Minimum SDK là phiên bản tối thiểu để hệ điều hành Android chạy project này.
Chọn templates để lập trình
Ngôn ngữ để lập trình
Hình 4 15 Chọn Templates và Activity
Hệ điều hành thấp nhất để chạy project
Hình 4 16 Cài đặt cấu hình cho project
KẾT QUẢ_NHẬN XÉT_ĐÁNH GIÁ
NHẬN XÉT, ĐÁNH GIÁ
Nội dung 5: Kiểm tra kết nối cảm biến với vi xử lý để truyền dữ liệu đầu vào. Nội dung 6: Thiết kế mô hình.
Nội dung 7: Thi công phần cứng, chạy thử nghiệm.
Nội dung 8: Đánh giá kết quả thực hiện
Nội dung 9: Viết báo cáo thực hiện.
Nội dung 10: Bảo vệ luận văn.
Một số giới hạn của đề tài bao gồm:
Kích thước phần LCD-TFT hiển thị: 3.2 inch Ứng dụng điện thoại chạy trên hệ điều hành Android.
Kích thước hộp thuốc là 23 x 12 x 4 cm, chỉ có 8 hộp thuốc.
Chương này để trình bày về vấn đề, mục tiêu đặt ra, nội dung nghiên cứu, thiết kế hệ thống, thiết kế mô hình, các giới hạn và bố cục của đồ án.
CHƯƠNG 2: Cơ sở lý thuyết
Chương này giới thiệu về các thiết bị đầu vào và các thiết bị đầu ra, cách sử dụng thiết bị, cách sử dụng App trên điện thoại Các chuẩn truyền dữ liệu như là: UART, WIFI và trang web lưu trữ dữ liệu như là Google Firebase.
CHƯƠNG 3: Thiết kế và tính toán
Chương này tiến hành tính toán và thiết kế hệ thống, sơ đồ nguyên lý toàn mạch, lựa chọn các thông số ban đầu cho phần thi công và thiết kế mô hình.
CHƯƠNG 4: Thi công hệ thống
Chương này tiến hành thi công hệ thống, hoàn tất bộ điều khiền và các hướng dẫn sử dụng.
CHƯƠNG 5: Kết quả, nhận xét và đánh giá
Chương này sẽ nói về kết quả hoàn thiện của mô hình, hình ảnh mô hình hoạt động và các phần nhận xét, đánh giá.
CHƯƠNG 6: Kết Luận và Hướng Phát Triển
Chương này trình bày những gì làm được trong đề tài và nêu hướng phát triển cho đồ án.
Chương 2 CƠ SỞ LÝ THUYẾT
2.1 Các mô hình sản phẩm hộp thuốc hỗ trợ người bệnh
2.1.1 Mô hình hộp thuốc thông minh dùng cho người già
Ngày nay, với sự phát triển của công nghệ đã giúp ích cho con người rất nhiều và việc chăm sóc sức khỏe cũng như hỗ trợ người cao tuổi đang là vấn đề được quan tâm nhiều trong cuộc sống Bởi lẽ người lớn tuổi dễ mắc bệnh nên thường uống nhiều loại thuốc, nhưng họ dễ quên nên chuyện uống nhầm thuốc hoặc uống không đúng liều lượng là chuyện hay xảy ra.
Từ nhu cầu thực tế đó, đề tài: “Thiết kế và thi công hộp thuốc thông minh dùng cho người già” sử dụng điện thoại thông minh, website có kết nối mạng để cài đặt thời gian thông qua ESP8266 NodeMCU, và khi tới giờ uống thuốc sẽ thông báo cho người dùng biết thông qua led và buzzer về vị tríhộp thuốc cần uống Không chỉ có thế, hộp thuốc có thể phát hiện được người dùng có mở đúng vị trí hộp thuốc đã được thông báo trong thời gian nhắc nhở hay không và còn có chức năng gửi tin nhắn khi người dùng quên lấy thuốc Tuy nhiên, sự ổn định của đề tài phụ thuộc vào chất lượng wifi sử dụng [2].
Hình 2 1 Sản phẩm hoàn thiện của hộp thuốc dùng cho người già
2.1.2 Mô hình hộp thuốc thông minh cho người bệnh
Với sự phát triển vượt bậc về mọi mặt khoa học, đời sống Kéo theo đó lĩnh vực Điện Tử đóng góp một phần không nhỏ Điện Tử được áp dụng vào cuộc sống giúp cho công việc của con người nhẹ nhàng hơn như smart phone, máy tính bảng, laptop Ngoài việc hỗ trợ cho công việc thì các thiết bị cũng góp một phần nâng cao mức
CHƯƠNG 2 CƠ SỞ LÝ THUYẾT sống của con người Ngày nay, đa số mọi người vẫn còn ra nhà thuốc để mua thuốc uống Nhận thấy điều này, đã có nhiều nhà sản xuất bắt tay vào làm ra những thiết bị giúp mọi người có thể quản lý lịch uống thuốc của bản thân Nhưng hầu hết đều vẫn còn khá đơn giản như nhắc uống thuốc, hẹn giờ uống thuốc Với sự phát triển của khoa học kỹ thuật, ta đã có thể nâng cấp các hộp thuốc này lên mức độ cao hơn như là gởi tin nhắn thông báo, gởi email thông báo, theo dõi việc uống thuốc từ xa. Thiết kế và thi công hộp thuốc tự động cho người bệnh, trong đó có một số chức năng như nhắc người bệnh uống thuốc đúng giờ, đúng toa, thông báo cho người chăm sóc trong những trường hợp cần thiết như thuốc trong hộp đã hết hay người bệnh quên uống thuốc, điều chỉnh thời gian nhắc nhở cho phù hợp với từng bệnh nhân bằng nút nhấn và màn hình LCD tích hợp sẵn hoặc thông qua trang web được nhà sản xuất cung cấp [1].
2.1.3 Mô hình hộp thuốc thông minh
Năm 2017, nhóm 6 sinh viên ngành Kỹ thuật Điện tử - Truyền thông đã giành giải nhất cho ý tưởng phát triển “Hộp thuốc thông minh” trong cuộc thi Ý tưởng sáng tạo khởi nghiệp sinh viên P-Startup 2017 Ý tưởng được lên từ ý định muốn hỗ trợ người cao tuổi và người thân của họ trong việc chăm sóc sức khỏe Dựa trên cơ sở phân tích tính ứng dụng và các sản phẩm tượng trên thị trường, nhóm đã nhận thấy được cơ hội từ bài toán này “Hộp thuốc thông minh” được nhóm đề ra có các tính năng như: chức năng nhắc nhở người bệnh uống thuốc khi đến giờ; đảm bảo lượng thuốc đủ cho mỗi lần uống; liên lạc và thông báo cho người thân khi cần; theo dõi lượng thuốc còn lại trong hộp qua IoT App; bác sĩ gia đình có thể theo dõi trực tiếp bệnh nhân từ xa” [3].
Hình 2 2 Tổng quan hệ "Hộp thuốc thông minh"
Vi điều khiển là một thành phần cốt lõi trong trong một hệ thống điện tử Vi điều khiển có hệ thống tích hợp trên một chip nhỏ gọn, bao gồm bộ xử lý (CPU), bộ nhớ, các cổng giao tiếp và các linh kiện điện tử khác Trong các loại vi điều khiển, Arduino là một loại phổ biến với nhiều phiên bản như Arduino Uno, Arduino Mega, Arduino Nano Sau khi tham khảo qua đề tài [1], hệ thống của đề tài này sử dụng Arduino Mega 2560 để làm bộ xử lý trung tâm Trong đề tài [1], tác giả dùng Arduino Mega để nhận dữ liệu từ Module ESP8266 NodeMCU Dựa vào đề tài [1] và yêu cầu của hệ thống, thực hiện tương tác bằng màn hình cảm ứng và truyền nhận tín hiệu với 8 cảm biến từ và giao tiếp với Module ESP8266 NodeMCU, nhóm lựa chọn sử dụng Arduino Mega 2560 làm vi điều khiển chính.
Arduino Mega 2560 là một bo mạch vi xử lý dựa trên chip xử lý Atmega 2560. Với bộ nhớ FLASH và SRAM lớn, Arduino Mega này có thể xử lý chương trình hệ thống lớn một cách dễ dàng và vi xử lý cũng tương thích với các loại bo mạch, vi điều khiển khác như tín hiệu mức cao (5V) hoặc tín hiệu mức thấp (3.3V) với chân nạp I / O Arduino Mega 2560 được xem như là một vi điều khiển tích hợp có nhiều tính năng gồm có hệ thống I/O rộng với 16 bộ chuyển đổi và 54 bộ chuyển đổi digital có hỗ trợ UART và cũng có các giao tiếp khác Không dừng lại ở đó Arduino Mega 2560 có tích hợp sẵn RTC và các tính năng khác như là bộ so sánh, bộ timer, ngắt để điều khiển hoạt động và cũng được tích hợp xung thạch anh với tốc độ nhanh lên đến 16MHz [5].
Trong đề tài [1] và [2], tác giả đã sử dụng module ESP8266 NodeMCU kết nối wifi để trao đổi dữ liệu với vi điều khiển và gửi dữ liệu lên cơ sở dữ liệu Firebase. Đặc biệt ở đề tài [2] tác giả sử dụng Module ESP8266 NodeMCU để làm khối xử lý trung tâm Module được sử dụng ở cả 2 đề tài đáp ứng với các yêu cầu của hệ thống, nhóm quyết định lựa chọn ESP8266 NodeMCU để trao đổi dữ liệu với Arduino Mega 2560 và thực hiện gửi dữ liệu lên cơ sở dữ liệu thông qua mạng wifi.
Với yêu cầu của đề tài, nhóm lựa chọn sử dụng ESP8266 NodeMCU để trao đổi thông tin với Arduino Mega 2560 và gửi dữ liệu lên cơ sở dữ liệu thông qua mạng wifi.Nhóm lựa chọn sử dụng module wifi ESP8266 - một vi điều khiển có thể giúp
CHƯƠNG 2 CƠ SỞ LÝ THUYẾT điều khiển các thiết bị điện tử, với giá thành rẻ (chỉ bằng Arduino Nano), nhưng lại được tích hợp sẵn Wifi, bộ nhớ flash 4Mb Module ESP8266 NodeMCU dễ dàng kết nối với Arduino Mega 2560 để trao đổi thông tin và gửi dữ liệu lên cơ sở dữ liệu thông qua mạng wifi, giúp hoàn thiện các dự án hay sản phẩm một cách đơn giản và thuận tiện nhất.
2.2.3 Màn hình LCD TFT: Để cải thiện hệ thống hộp thuốc từ đề tài [1] và đề tài [2], nhóm lựa chọn sử dụng màn hình cảm ứng để hiển thị và điều khiển hệ thống nhằm giúp người dùng tương tác dễ dàng hơn Sau khi tham khảo 2 đề tài [7] và [8] có sử dụng màn hình cảm ứng vào hệ thống của tác giả Các tác giả sử dụng màn hình cảm ứng TFT ILI9341 3.2inch trong 2 đề tài để đọc các thông tin cần thiết và hiển thị lên màn hình và điều khiển thông qua màn hình cảm ứng Dựa theo yêu cầu nhỏ gọn của hệ thống cũng như đáp ứng đủ điều khiển giúp người dùng thao tác và sử dụng hệ thống tốt hơn, nhóm lựa chọn sử dụng màn hình cảm ứng LCD TFT cảm ứng màu 3.2 inch ILI9341 Màn hình LCD TFT cảm ứng màu 3.2 inch ILI9341 có điện áp hoạt động 3.3 – 5V và có độ phân giải 320X240 (RGB) Sử dụng Driver ILI9341 để hiển thị và truyền dữ liệu theo chuẩn song song 8-bit Màn hình hỗ trợ đọc màn hình theo chiều ngang hay dọc và có tích hợp thẻ nhớ giao tiếp theo chuẩn SPI.
Module cảm biến từ là hệ thống sử dụng nguyên tắc hoạt động của hiện tượng Hall để phát hiện và đo lường các từ trường và được sử dụng phổ biến trong đo lường dòng điện, đo tốc độ, vị trí và chuyển động Module dễ dàng sử dụng bằng cách đưa nam châm lại gần, cảm biến sẽ bật và trả về giá trị tương ứng, và nếu đưa nam châm ra xa thì cảm biến sẽ tắt Với mô hình có tám hộp thuốc và lấy tín hiệu nhận biết lấy hộp đều dựa vào cảm biến từ, vì thế nhóm cần cảm biến từ có khả năng nhận tín hiệu nhạy và không bị giới hạn đo, là module cảm biến từ A3144. Mỗi hộp thuốc nhỏ thì sẽ bao gồm 1 nam châm ở dưới đáy hộp, khi hộp được đặt lại, từ đó module cảm biến từ nhận thấy được sự thay đổi của từ trường sẽ xuất tín hiệu analog và truyền về cho Arduino Mega 2560 Vi điều khiển sẽ được lập trình biến đổi ADC từ tín hiệu analog của module cảm biến từ A3144, từ đó chọn ngưỡng để xác định và nhận biết được khi nào hộp thuốc đã được lấy ra và được đặt lại.
TÀI LIỆU HƯỚNG DẪN SỬ DỤNG
Bước 1: Cấp nguồn cho mô hình, sử dụng Adapter 8,4V 2A để cấp Lúc này màn hình sáng đèn và các module sẽ hoạt động Sau khi cấp nguồn đợi vài giây để hệ thống ở trạng thái ổn định.
Bước 2: Có thể cài đặt hẹn thời gian uống thuốc trên màn hình cảm ứng hoặc trên điện thoại có kết nối Internet.
Nếu sử dụng màn hình cảm ứng: người dùng thao tác trực tiếp trên màn hình cảm ứng Màn hình hiển thị giao diện đầu tiên Người dùng chạm vào màn hình để chuyển trang giao diện trang chủ có nút nhấn MENU Tiếp tục nhấn vào MENU để vào giao diện chọn chế độ gồm BASIC và ADVANCED.
Nếu sử dụng ứng dụng trên điện thoại: người dùng mở ứng dụng PILL BOX trên điện thoại đã có kết nối internet Ứng dụng được khởi động, giao diện đầu tiên hiển thị nút nhấn MENU Nhấn vào MENU để chọn chế độ gồm BASIC và ADVANCED.
Bước 3: Chọn hộp thuốc để cài đặt thời gian uống thuốc
Nếu sử dụng màn hình cảm ứng:
- Tùy chọn BASIC: Sau khi chọn BASIC, màn hình hiển thị giao diện chọn hộp thuốc để cài giờ Chọn hộp mong muốn bằng cách nhấn vào màn hình cảm ứng, hộp được chọn sẽ hiển thị dấu tick để nhận biết Sau đó, chọn icon NEXT để chuyển sang giao diện tiếp để cài đặt thời gian Hộp đã được cài đặt thời gian nhắc nhở thì hiển thị màu vàng và không được phép chọn để cài đặt Hộp chưa được cài đặt thì hiển thị màu xanh.
- Tùy chọn ADVANCED: Sau khi chọn ADVANCED, màn hình hiển thị giao diện chọn hộp thuốc để cài giờ Chế độ này chỉ cho chọn 1 hộp để cài đặt, vì thế, nhấn
BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH 66
CHƯƠNG 5 KẾT QUẢ - NHẬN XÉT - ĐÁNH GIÁ vào hộp mong muốn rồi chuyển sang giao diện tiếp theo để cài đặt thời gian. Hộp đã được cài đặt thời gian nhắc nhở thì hiển thị màu vàng Hộp chưa được cài đặt thì hiển thị màu xanh.
Nếu sử dụng ứng dụng trên điện thoại: Nếu chọn chế độ BASIC thì được chọn nhiều hộp để cài đặt thời gian uống thuốc Nếu chọn chế độ ADVANCED thì chỉ được chọn một hộp để cài đặt thời gian uống thuốc.
Bước 4: Cài đặt thời gian uống thuốc.
Nếu sử dụng màn hình cảm ứng:
- Tùy chọn BASIC: Nhấn vào icon để điều chỉnh giờ và phút Nhấn vào icon để điều chỉnh ngày tháng năm Khi nhấn vào icon và , icon sẽ xuất hiện để điều chỉnh giá trị thời gian Sau khi điều chỉnh thời gian, nhấn để lưu giá trị.
Ví dụ: Cài nhắc nhở uống thuốc 4 ngày mỗi ngày uống vào 7:00 sáng và bắt đầu từ ngày 1/7/2023.
Chọn hộp 1, 2, 3, 4 và cài đặt nhắc nhở uống thuốc vào 7:00 ngày 1/7/2023
Kết quả: Hộp 1 - 7:00 ngày 1/7/2023, Hộp 2 - 7:00 ngày 2/7/2023, Hộp 3 - 7:00 ngày 3/7/2023, Hộp 4 - 7:00 ngày 4/7/2023.
- Tùy chọn ADVANCED: Tượng tự như BASIC nhưng ở chế độ ADVANCED, người dùng được phép RESET giá trị đã cài đặt Nhấn vào hộp thuốc màu vàng
( đã được cài đặt ) icon để xóa giá trị đã cài đặt.
Ví dụ: Cài nhắc nhở uống thuốc 2 ngày mỗi ngày uống 2 lần vào 7:00 sáng và 7:00 tối bắt đầu từ ngày 1/7/2023.
Chọn hộp 1 cài đặt nhắc nhở uống thuốc vào 7:00 ngày 1/7/2023
Chọn hộp 2 cài đặt nhắc nhở uống thuốc vào 19:00 ngày 1/7/2023
Chọn hộp 3 cài đặt nhắc nhở uống thuốc vào 7:00 ngày 2/7/2023
Chọn hộp 4 cài đặt nhắc nhở uống thuốc vào 19:00 ngày 2/7/2023
Kết quả: Hộp 1 - 7:00 ngày 1/7/2023, Hộp 2 - 19:00 ngày 2/7/2023, Hộp 3 -
BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH 67
Nếu sử dụng ứng dụng trên điện thoại: Nhấn biểu tượng để chọn giờ phút, nhấn biểu tượng để chọn ngày tháng năm Nhấn biểu tượng để lưu giá trị thời gian và nhấn vào biểu tượng để xóa giá trị đã cài đặt.
Lưu ý: Cài đặt nhắc nhở, xóa dữ liệu bằng màn hình hoặc ứng dụng thì dữ liệu cài đặt được đồng bộ ở cả 2 bên.
Bước 5: Quản lý các hộp thuốc
Có 2 cách để xem lại tình trạng lưu cái giá trị uống thuốc:
- Màn hình cảm ứng: Vào chế độ ADVANCED và nhấn vào hộp màu vàng để xem lại giá trị cài đặt.
- Ứng đụng điện thoại: Nhấn vào icon (STATUS) ở trang MENU để xem lại các giá trị hẹn giờ Giao diện của STATUS hiển thị 8 hộp thuốc và giá trị thời gian Giá trị thời gian bằng 0 và có màu xám, tức là hộp chưa được sử dụng (chưa được cài thời gian uống thuốc) Giá trị thời gian có màu trắng, tức là hộp đã được cài đặt thời gian uống thuốc và chờ được cảnh báo Giá trị có màu vàng, tức là hộp đã được cài đặt thời gian và đã cảnh báo nhưng chưa uống thuốc.
Trong trường hợp người dùng để hộp thuốc ở đâu đó và quên mất vị trí chính xác.
Mở ứng dụng vào trang MENU để nhấn vào biểu tượng để kích hoạt buzzer hỗ trợ người dùng tìm hộp thuốc.
