Đối với các bệnh nhân gãy xương, việc vận động di lại của người bệnh trở nênkhó khăn.. Dữ liệu sẽ được ghi vào một file text ở máy tính cá nhân, sau đó được truyền đến máy chủ đóng vai t
DANH MUC BANG
Thông số kỹ thuật transistor thu quang MRD370 - +: 25
Chức năng cỏc chan của nRF24L01 Bộ xương của cơ thê thực hiện 3 nhiệm vụ chính
- _ Nhiệm vụ bảo vệ (hộp so, lồng ngực, ống sống ) Vì vậy khi ton thương bộ khung này các tạng được bảo vệ rất dễ bị tốn thương.
- - Nhiệm vụ nâng đỡ: Bộ xương là trụ cột của cơ thê, xung quanh xương được xây dựng và sap xêp các phân mém và mọi bộ phận khác của cơ thê, đặc biệt là mạch mau va than kinh đi sát xương, khi bị gãy xương mạch và thần kinh dé bị ton thương.
- _ Nhiệm vụ vận động: Các xương nối với nhau qua các khớp, làm chỗ dựa vững chắc cho các cơ hoạt động Hai đầu xương dài là nguyên ủy và bám tận của các cơ, khi bị kích thích hoặc do than kinh chỉ huy, co co ngắn hoặc duỗi dài ra, đáp ứng nhu cầu vận động của cơ thé Hai đầu xương dai là xương xốp rất dé bị gãy khi bị chan thương Khi bị gãy xương, bệnh nhân mắt cơ năng của chỉ.
Gãy xương là một tình trạng mất tính liên tục của xương, nó có thể biểu hiện dưới nhiêu hình thức từ một vêt rạn nứt cho đền một sự gay hoàn toàn của xương.
Gãy xương thường là do tác động của một lực vào xương Lực này có thể từ bên ngoài cua cơ thê là trực tiêp hoặc gián tiép.
> Về phân loại thì gãy xương được chia làm 2 loại chính:
- Gay xương kín: Là loại gãy xương mà tổ chức da ở vùng xung quanh 6 gãy không bị tổn thương hoặc có thé tổn thương nhưng không thông với 6 gãy.
- Gay xương hở: Là loại gãy xương khi có tổn thương thông từ bé mặt của da với 6 gãy hoặc 1 đầu xương gãy chòi ra ngoài Gay xương hở là một tổn thương nghiêm trọng vì không những nó gây nên chảy máu ngoài trầm trọng mà còn vì vi khuẩn dễ dàng xâm nhập vào hoặc gãy xương gây nên những biến chứng nhiễm khuẩn rất nặng nề khó điều trị.
Các triệu chứng của gãy xương bao gồm:
- Cam giác đau quanh vùng gay xương.
- _ Tiếng lao sao (thường được nhận biết từ cảm giác ngón tay người khám).
- Han chế hoặc mat vận động.
- Sy bất ôn của các mô xung quanh khu vực của gay xương.
- Sung hoặc bam tím, gây ra bởi chảy máu từ xương và mô xung quanh.
- ‘Té, do thiệt hại cho các dây thần kinh.
Có nhiều loại gãy xương với độ nặng khác nhau Độ trầm trọng gãy xương tuỳ thuộc:
- Luc tác động gây chan thương cũng như hướng tác động của nó.
- _ Loại xương bị chan thương
- ‘Tudi và tình trạng sức khoẻ của nạn nhân.
Thời gian lành xương tuy thuộc vào tuôi cùng với sức khoẻ của bệnh nhân và cũng tùy thuộc loại gay xương.
Gãy xương nhỏ không ảnh hưởng tới toàn thân Nếu gãy xương lớn hoặc kết hợp với da chan thương có thé gây nên sốc.
2.1.4 Chan đoán và xử lý gãy xương [12]
Gay xương được chân đoán bang thăm khám lâm sàng va chân đoán băng hình ảnh: Xquang, chụp định vi vi tính (chụp CT) và chụp cộng hưởng từ (chụp MRI).
Xương gãy sẽ lành theo tiến trình nội tại của cơ thé Bác sĩ chỉ giúp cho các mảnh xương gãy được sắp xếp đúng vị trí Chụp Xquang theo định kỳ dé theo dõi diễn biến lành xương.
Tuy theo tinh chất của gay xương, việc điều trị có thé sử dung các phương tiện sau:
- Mang nẹp cố định chi gãy - Bang bột nhằm nâng do và cô định xương gãy.
- _ Kéo liên tục xương gãy nham giữ xương thang trục và không bị co rút Tuy nhiên phương pháp này hiện nay ít sử dụng cho người lớn, có thể áp dụng cho gãy xương đùi ở trẻ nhỏ.
- Phau thuật nắn xương va sử dụng “cô định ngoài”.
- Phau thuật kết xương bên trong băng các phương tiện như đỉnh nội tủy hoặc nẹp vít, hiện dang được sử dụng phổ biến.
Laser là ánh sáng don sac, tức là tat cả bước sóng ánh sáng có cùng pha và cùng tan số Hai tính chat này làm cho ánh sáng laser có sự tập trung rat cao [14].
Cau tao laser thường bao gồm ba bộ phận chính: lớp tích cực, hốc cộng hưởng, và nguồn bơm.
Là một môi trường hoạt chất có khả năng khuếch đại ánh sáng khi đi qua nó,ngày nay có rất nhiều chất khí, ran, lỏng, bán dẫn đã được dùng làm lớp tích cực của laser Tuỳ theo hoạt chất tương ứng mà ta có từng loại laser khác nhau.
Hoạt chất là chất bán dẫn như: GaSa, PbS, PbTc về cơ bản những hoạt chất này phải là những chất phát quang.
Lớp tích cực năm giữa hai gương phản xạ và được kẹp giữa hai lớp bán dẫn PN, tạo thành một hốc cộng hưởng, chỉ có những sóng ánh sáng thoả mãn điều kiện cộng hưởng mới tạo thành sóng đứng và được khuếch đại lên, do đó ánh sáng được tạo bởi Laser là ánh sáng kết hợp.
Hốc cộng hưởng là một phần không thể thiếu ở bất kỳ nguồn Laser nào, nó bao gồm một cặp phiến phăng đặt song song nhau va được mài nhẫn tạo thành gương phản xạ Một gương có hệ SỐ phản xạ rất lớn cỡ 99.9% và chiếc ương còn lại có hệ số phản xạ thấp hon làm nhiệm vụ phan xạ ánh sáng và cho một phan ánh sáng truyền qua nó, giữa hai gương là lớp tích cực.
Photon Causes Creation of Other Photons
Hình 2.1: Cau trúc của một Laser diode sử dụng hốc cộng hưởng Fabry-perot.
Hình 2.2: Sự phản xạ nhiều lần của photon trong hốc cộng hưởng Fabry-perot.
Sóng ánh sáng phản xạ trong lớp tích cực có thé tồn tại và được khuếch đại trong hốc cộng hưởng khi nó thoả mãn điều kiện về pha của sóng ánh sang, khi đó sóng ánh sáng hình thành nên sóng đứng giữa hai mặt phản xạ của hốc cộng hưởng.
Các sóng đứng này chỉ tôn tại tại các tần sô mà khoảng cách giữa hai mặt phản xạ băng bội số nửa bước sóng.
Trong đó A là bước sóng ánh sáng, n là chiết suất của lớp tích cực, q là số nguyên
Môi một bước sóng này tao nên một mode sóng do Laser phat ra với khoảng cách giữa hai mode sóng ké nhau là: AA = 2n/L
Hốc cộng hưởng có chức năng sau:
- _ Thực hiện hỏi tiếp dương
Như ta đã biết trong hốc cộng hưởng lớp tích cực có khả năng khuếch đại ánh sáng nhưng độ khuếch đại này không lớn vì chiều dài của lớp hoạt chất có hạn Do đó dé đạt được độ khuếch đại lớn cần phải tăng kích thước của tích cực lên rất nhiều lần Chính nhờ hốc cộng hưởng nay mà chiêu dài của lớp tích cực được tăng lên.
Trong hốc cộng hưởng ánh sáng được phản xạ rất nhiều lần và đây chính là biện pháp làm tăng quãng đường di cua tia sáng, quá trình này được miéu tả như sau:
KHẢO SÁT CÁC MODULE SỬ DỤNG TRONG HỆ THỐNG
SPI là một chuẩn truyền thông nối tiếp tốc độ cao do hang Motorola đề xuất. Đây là kiểu truyền thông Master-Slave, trong đó có 1 chip Master điều phối quá trình truyền thông và các chip Slaves được điều khiến bởi Master Vì thế truyền thông chỉ xảy ra giữa Master và Slave SPI là một cách truyền song công nghĩa là tại cùng một thời điểm quá trình truyền và nhận có thể xảy ra đồng thời.
SPI đôi khi được gọi là chuẩn truyền thông “4 dây” vì có 4 đường giao tiếpAY? trong chuẩn này đó là SCK (Serial Clock), MISO (Master Input Slave Output), MOSI (Master Output Slave Input) va SS (Slave Select) Hình 3.1 thé hiện kết nối SPI giữa một chip Master và 3 chip Slave thông qua 4 đường. cee SSO
SS1 eee ee Oe ee SS1
MOSI —++ => MOS! ; h (Vi điều khiển
(Vi điều khiển ) MISO SCK oe ee ee peer
SLAVE_2 ere (Vi diéu khié 1 cieu fen
SCK: Xung giữ nhịp cho giao tiếp SPI, vì SPI là chuẩn truyền đồng bộ nên cần một đường giữ nhịp, mỗi nhịp trên chân SCK báo 1 bit dữ liệu đến hoặc đi Đây là điểm khác biệt với truyền thông không đồng bộ mà chúng ta đã biết trong chuẩn UART Sự tồn tại của chân SCK giúp quá trình truyền ít bị lỗi và vì thé tốc độ truyền của SPI có thé đạt rất cao Xung nhịp chỉ được tạo ra bởi chip Master.
MISO — Master Input / Slave Output: nếu là chip Master thi đây là đường Input còn nếu là chip Slave thi MISO lại là Output MISO của Master va các Slaves được noi trực tiép với nhau.
MOSI — Master Output / Slave Input: nếu là chip Master thì đây là đường Output còn nếu là chip Slave thi MOSI là Input MOSI của Master và các Slaves được nồi trực tiép với nhau.
SS — Slave Select: SS là đường chọn Slave cần giao tiếp, trên các chip Slave đường SS sẽ ở mức cao khi không làm việc Nếu chip Master kéo đường SS của một Slave nao đó xuống mức thấp thì việc giao tiếp sẽ xảy ra giữa Master va Slave đó.
Chỉ có 1 đường SS trên mỗi Slave nhưng có thé có nhiều đường điều khiển SS trên Master, tùy thuộc vào thiết kế của người dùng.
MSB MASTER LSB! MSB SLAVE LSB
' MISO MISO B 8BIT SHIFT REGISTER - @— 8BIT SHIFT REGISTER
SHIFT SPI | SCK SCK ENABLE
Hình 3.2: Truyền dữ liệu SPI.
Hoạt động: mỗi chip Master hay Slave có một thanh ghi dữ liệu 8 bits Cứ mỗi xung nhịp do Master tạo ra trên đường giữ nhịp SCK, một bit trong thanh ghi dữ liệu của Master được truyền qua Slave trên đường MOSI, đồng thời một bit trong thanh ghi dữ liệu của chip Slave cũng được truyền qua Master trên đường MISO Do 2 gói dữ liệu trên 2 chip được gởi qua lại đồng thời nên quá trình truyền dữ liệu này được gọi là “song công” Hình 3.2 mô tả quá trình truyền 1 gói dit liệu thực hiện bởi module
SPI trong AVR, bên trái là chip Master và bên phải là Slave.
Cực của xung giữ nhịp, chế độ hoạt động: cực của xung giữ nhịp (Clock Polarity) được gọi tắt là CPOL là khái niệm dùng chỉ trạng thái của chân SCK ở trạng thái nghỉ Ở trạng thái nghỉ, chân SCK có thé được giữ ở mức cao (CPOL=1) hoặc thấp (CPOL=0) Trạng thái (CPHA) dùng dé chỉ cách mà dữ liệu được lay mẫu theo xung giữ nhịp Dữ liệu có thé được lay mẫu ở cạnh lên của SCK (CPHA=0) hoặc cạnh xuống (CPHA=1) Sự kết hợp của SPOL và CPHA làm nên 4 chế độ hoạt động của SPI Nhìn chung việc chọn | trong 4 chế độ này không ảnh hưởng đến chất lượng truyền thông mà chỉ cốt sao cho có sự tương thích giữa Master và Slave.
Module nRF24L01 là một trong những dòng sản phẩm của nhà sản xuất Nordic (Nauy) có chức năng thu phát tín hiệu qua sóng RF điện áp thấp (3.3V).
Một vài điểm chính của chip nRF24L01:
- Thuc hiện chức năng thu phat dữ liệu băng sóng RF tần số 2.4GHz.
- Sir dụng dạng sóng điều chế GFSK.
- Toc độ truyện tải dữ liệu trong không khí IMbp — 2Mbp.
- Tiéu thụ năng lượng thấp, sử dụng điện áp thấp (3.3V).
- Str dụng giao thức phan cứng Shockburst.
=" Tu động tạo gói dữ liệu (Preamble, Address, CRC).
" Tu động phat hiện gói dữ liệu và xác nhận.
= Lựa chọn dữ liệu từ 1-32 Byte.
= Có khả năng truyền lại dữ liệu.
=" Tự động xác nhận mã ACK.
" Có6đường để truyền nhận dt liệu.
- Sir dụng giao thức SPI dé trao đối dữ liệu với vi điều khiến, tốc độ truyền nhận dữ liệu có thể lên tới 10Mbp.
Một số ứng dụng cơ bản của nRF24L01:
- _ Thiết bị ngoại vi máy tính không dây.
- Ung dụng trong chuột, ban phím va điều khiến từ xa.
- _ Điều khiến từ xa bằng sóng RF cho các thiết bị điện tử tiêu dùng.
- Mang cảm biến với điện năng cực thấp.
- Tu động hóa trong thương mại và gia dung.
- Ung dụng trong đồ chơi.
RF Transmitter Baseband ằ wall mn 7 Ha CSN
TX FIFOs +> a fg + oath Ha SCK
LNA Bp nà > eats e CE
RF Synthesiser Power Management Radio Control +>
Hình 3.3: Sơ đồ khối nRF24L01.
MISO L5) (| VDD_PA s) VDD ~) xCl B
Hình 3.4: So đồ chân nRF24L01.
Bang 3.1: Chức nang các chân cua nRF24L01
STT | Tén chan Chire nang Hoat dong
] CE - Chip Enable Dữ liệu số ngõ vào | Kích hoạt cho phép chip chế độ RX hoặc TX
2 CSN- Chip Select N | Dữ liệu số ngõ vào | Chọn chip SPI 3 SCK- SPI Clock Dữ liệu số ngõ vào | Xung Clock SPI
4 MOSI- Master Out, | Dữ liệu số ngõ vào | Dữ liệu ngõ vào Slave SPI
5 MISO- Master In, Dữ liệu số ngõra | Dữ liệu ngõ ra Slave SPI, với
6 IRQ- Interrupt Dữ liệu số ngõra | Cho phép ngắt, tích cực mức
Request thấp 7 VDD Nguồn Nguồn cấp (1.9V - 3.6 V DC) 8 VSS Nguồn Ground (0V)
9 XC2 Ngõ ra tương tu Chân thạch anh 2
10 XC] Ngõ vào tương tự | Chân thạch anh |
II VDD_PA Nguồn ra Nguồn ngõ ra (1.8V) cho khuếch đại công suất bên trong nRF24L01 Phải kết nỗi đến ANT land ANT2
12 | ANTI RF Giao tiếp Antenna | 13 | ANT2 RF Giao tiếp Antenna 2 14 VSS Nguồn Ground (OV)
15 | VDD Nguồn Nguồn cấp (1.9V - 3.6V DC) l6 | IREF Ngõ vào tương tự | Dòng tham chiếu, kết nối
R22K xuống ground 17 VSS Nguồn Ground (OV)
18 | VDD Nguồn Cấp nguồn (1.9V - 3.6V DC)19 | DVDD Nguồn ra Cấp nguồn (1.9V - 3.6V DC)20 | VSS Nguồn Ground (0V)
3.2.2.2 Điều kiện làm việc Bảng 3.2: Điều kiện làm việc của nRF24L01.
Symbol| Thông số Notes | Min | Typ | Max.| Units VDD Điện áp cung cấp 1.9 3.0 3.6 V
VDD Điện áp tín hiệu ngõ vào >3.6V 2.7 3.0 3.3 V
TEMP | Nhiệt độ làm việc -40 | +27 | +85 °C
NRF24L01 có năm chế độ hoạt động cơ bản được điều khiến bởi các bit
PWR_UP, PRIM_RX trong thanh ghi CONFIG và chân CE.
Bảng 3.3: Các chế độ hoạt động của nRF24L01.
Mode PWR_UP Bit | PRIM_RX Bit CE
TX mode 1 0 Xung cao tối thiểu 10us
3.2.3 Giao tiếp SPI của nRF24L01 3.2.3.1 Các chân của nRF24L01 sử dung trong giao tiếp SPI
- CE: Được sử dụng để kích hoạt các chip trong chế độ RX, TX.
- CSN: Chan chon ché d6 SPI.
- SCK: Chan tao xung Clock dé truyén nhận dữ liệu.
- MOST: Chân nhận dữ liệu ngõ vào slave, ngõ ra dữ liệu master.
- MISO: Chân nhận dữ liệu ngõ vào master, ngố ra dữ liệu slave.
3.2.3.2 Một vài đặc tính của chuẩn giao tiếp SPI của nRF24L01 - - Lệnh SPI đặc biệt dé truy cập nhanh vào các tính năng được sử dụng thường xuyên nhất.
- Toc độ dữ liệu lên tới SMbp.
- Dé dàng cau hình bản đồ thanh ghi - Bay đủ ba cấp độ FIFO cho cả hai hướng TX va RX.
3.2.3.3 Hoạt động đọc/ghi của chuẩn SPI 3.2.3.3.1 Một số lệnh SPI thường dùng của nRF24L01
- _ Mỗi lệnh mới phải được bắt đầu bởi bởi một xung thay đối từ cao xuống thấp trên chân CSN.
- Dt liệu được truyền nhận theo định dạng sau:
+ Command Word: MSBit đến LSBit (1 byte).
+ Data Bytes: LSByte đến MSByte, MSBit trong mỗi byte đầu tiên.
Bang 3.4: Ma lénh SPI cua nRF24L01
Tên lệnh Mã lệnh Chức năng
R_REGISTER 000A AAAA | Lệnh đọc dữ liệu thanh ghi trong nRF24L01.
AAAAA là địa chỉ thanh ghi cần đọc.
W_REGISTER 001A AAAA | Lênh viết dữ liệu lên thanh ghi nRF24L01.
AAAAA là địa chỉ thanh ghi cần viết.
R_RX_PAYLOAD | 0110 0001 Lệnh đọc dữ liệu lưu trong thanh phi
W_TX_PAYLOAD | 1010 0000 Lénh phí dữ liệu lên thanh ghi
FLUSH_TX 11100001 | Dùng dé xóa dữ liệu truyền đi FLUSH_RX 11100010 | Dùng để xóa dữ liệu nhận về
R_RX PL _WID 0110 0000 Lệnh đọc độ dài của dữ liệu lưu trong
Bảng 3.5: Ki hiệu trong biểu dé hoạt động SPI
Cn Bit điều khiển SPI
Sn Bit thanh ghi trang thai.
3.3.1 Giới thiệu về Arduino Uno
Arduino là một board mach vi điều khiển do một nhóm giáo sư và sinh viên Y thiết kế và đưa ra đầu tiên vào năm 2005 Mach Arduino được sử dụng dé cảm nhận và điều khiến nhiều đối tượng khác nhau Nó có thé thực hiện nhiều nhiệm vụ từ lay tín hiệu từ cảm biên đền điêu khiên đèn, động cơ, và nhiều đôi tượng khác Ngoài ra mạch còn có khả năng liên kết với nhiều module khác nhau như module đọc thẻ từ, ethernet shield, sim900A, để tang khả ứng dụng của mach.
Phần cứng bao gom mot board mach nguon mở được thiết kế trên nền tảng vi xử lý AVR Atmel 8bit, hoặc ARM, Atmel 32-bit, Hiện phan cứng cua Arduino có tat ca 6 phiên ban, Tuy nhiên phiên ban thường được sử dung nhiéu nhất là Arduino Uno và Arduino Mega Arduino Uno được sử dụng rất rộng rãi trên thế giới, rất nhiều ví dụ trên youtube hoặc các trang hướng dẫn về Arduino sử dụng mạch này Vì vậy đối với các bạn mới học Arduino, việc chọn Arduino Uno sẽ giúp các bạn có thé tự học dễ dàng Phần mềm dé lập trình cho mach Arduino là phần mềm IDE Đây là phần mềm mã nguồn mở, và có thể được download từ trang web của Arduino: www.arduino.cc [22]
3.3.2 Phan cứng của Arduino Uno 3.3.2.1 Thông số kỹ thuật
Arduino Uno sử dụng chip Atmega328 Nó có 14 chân digital I/O, 6 chân đầu vào analog, thạch anh dao động 16 Mhz.
Bảng 3.6: Bảng thông số kỹ thuật Arduino Uno
Vi điều khiến ATmega328 Điện áp nguôn cấp 3V Điện áp vào (kiến nghị) 7-12 V Điện áp vào (giới hạn) 6-20 V
S6 chan Digital I/O 14 (6 chân điều chế độ rộng xung PWM) Số chân Analog (Input) 6
Dong DC cho ngõ vào/ra 40 mA
Dong DC cho chân 3.3V 50 mA
Bộ nhớ Flash 32 KB với 0.5 KB sử dung bootloader
3.3.2.2 Phân tích các thành phan board Arduino Uno
Công USB: Cổng USB trên board Arduino dùng dé kết nối với cáp USB.
Nút reset: Nút reset được sử dụng để reset lại chương trình đang chạy Đôi khi chương trình chạy gặp lỗi, người dùng có thể reset lại chương trình.
ICSP của ATmega 16U2: ICSP là chữ viết tắt của In-Circuit Serial Programming Đây là các chân giao tiếp SPI của chip Atmega 16U2 Các chân này thường ít được sử trong các dự án về Arduino.
Chân xuất tín hiệu ra: Có tất cả 14 chân xuất tín hiệu ra trong Arduino Uno, những chân có dau ~ là những chân có thé băm xung (PWM), tức có thé điều khiến tốc độ động cơ hoặc độ sáng của đèn.
IC ATmega 328: IC này là linh hồn của board mạch Arduino Uno, IC được sử dụng trong việc thu thập dữ liệu từ cảm biến, xử lý dit liệu, xuất tín hiệu ra
Chân ICSP của ATmega 328: Các chân ICSP của ATmega 328 được sử dụng cho các giao tiếp SPI (Serial Peripheral Interface), một số ứng dụng của Arduino có sử dụng chân này, ví dụ như sử dụng module RFID RC522 với Arduino hay Ethernet
Chân lay tín hiệu Analog: Các chân này lay tín hiệu Analog từ cảm biến dé IC Atmega 328 xử lý Có tất cả 6 chân lấy tín hiệu Analog từ A0 đến A5.
ONINGUY
USB mach Arduino 1b Dau cam cong |}
7 Chân xuất tín hiệu ra
11 Chân cấp nguồn 10 Chân lay tín 9 Chân ICSP của cho cảm bién hiéu vao Atmega328
Hinh 3.5: Board mach Arduino Uno.
Các linh kiện khác trên board Arduino Uno: Ngoài các linh kiện đã liệt kê bên trên, Arduino Uno còn 1 số linh kiện đáng chú ý khác Trên board có tất cả 4 đèn led,bao gôm | led nguồn (led ON nhăm cho biết boa đã được cấp nguồn), 2 led Tx và
Rx, | led L Các led Tx và Rx sẽ nhấp nháy khi có dữ liệu truyền từ board lên máy tính hoặc ngược lại thông qua công USB Led L được được kết nối với chân số 13.
Led này được gọi là led on board, led này giúp người dùng có thể thực hành các bài đơn giản mà không can dùng thêm led ngoài.
Trong 14 chân ra của board còn có 2 chân 0 và | có thé truyền nhận dữ liệu nối tiếp TTL Có một số ứng dụng cần dùng đến tinh năng nay, vi dụ như ứng dụng điều khiến mach Arduino Uno qua điện thoại su dụng bluetooth Thêm vào đó, chân 2 và chân 3 cũng được sử dụng cho lập trình ngắt.
Bảng 3.7: Bảng kết nối giữa các chân nRF24L01 với Arduino Uno Số thứ tự chân | Chân kết nối trên nRF24L01 | Chân kết nối trên Arduino Uno
ATmega328 có tên day đủ là ATmega328P-PU ATmega328 là linh hồn của board mach Arduino, sức mạnh phân cứng ma Arduino Uno có được là từ đây.
3.3.3.1 Đặc tính của ATmega328 - Toc độ xử lý cao, tiêu thụ điện năng thấp.
- _ Kiến trúc 131 tập lệnh thực thi hau hết trong mỗi chu kỳ xung clock.
- Đạt tốc độ tôi đa 20MIPS ở 20 MHz.
- Dung lượng bộ nhớ: 32KB Flash, IKB EEPROM, 2KB SRAM.
- Kha năng ghi và xóa: 10000 Flash / 100000 EEPROM.
- Luu trữ dữ liệu trong thời gian dài 20 năm ở 85°C / 100 năm ở 25°C.
- Hai bộ Timer 8 bit, 1 bộ timer 16 bit.
- H6 trợ giao tiếp I2C, USART, SPI.
- Hoat động tốt ở hiệu điện thé 1.8-5.5V.
- _ Có khả năng chịu được nhiệt độ từ -40°C đến 85°C.
3.3.3.2 Kiến trúc ATmega328 3.3.3.2.1.Sơ đồ chân
- Port B (PB7:0): gồm 8 bit cho cả xuất nhập thông tin.
- Port C (PC5:0): gồm 7 bit cho cả xuất nhập thông tin.
- Port D (PD7:0): gồm 8 bit cho cả xuất nhập thông tin.
- AVcc: cung cấp nguồn chuyển đối A/D Khi không có chuyển đổi ADC thi kết nói ngoài đến Vcc, ngược lại khi có chuyển đối ADC thì kết nối đến Vcc thông qua bộ lọc thông thấp.
- AREF: chân tham khảo tương tự cho chuyền đổi A/D.
- ADC 7:6 dùng cho ngõ vao tương tự dé chuyên đôi A/D Các chân này được cấp từ nguồn tương tự và dùng cho các kênh ADC 10 bits.
(PCINT14/RESET) PC6 [| 1 28 1] PC5 (ADC5/SCLIPCINT13)
(PCINT16/RXD) PDO F]2 27 [1PC4 (ADC4/SDA/PCINT12) (PCINT17/TXD) PD1 (3 26 [IPC3 (ADC3/PCINT11) (PCINT18/INT0) PD2 L| 4 25 [1PC2 (ADC2/PCINT10) (PCINT19/OC2B/INT1) PD3 C1 5 24 [1PC1 (ADC1/PCINT9)
(PCINT20/XCK/T0) PD4 C16 23 [11 PCO (ADC0/PCINT8) vec F]7 22| GND GND F8 21 1 AREF (PCINT6/XTAL1/TOSC1) PB6 F| 9 20 AVCC (PCINT7/XTAL2/TOSC2) PB7 F| 10 19 1) PBS (SCK/PCINT5)
(PCINT21/OCOB/T1) PD5 F| 11 18 [1 PB4 (MISO/PCINT4) (PCINT22/OC0A/AIN0) PD6 F| 12 17 [1PB3 (MOSI/OC2A/PCINT3)
(PCINT23/AIN1) PD7 F| 13 16 [1 PB2 (SS/OC1B/PCINT2) (PCINT0/CLKO/ICP1) PB0 | 14 15 []PB1 (OC1A/PCINT1)
Hình 3.6: So đồ chân ATmega 328P.
Lõi AVR được thiết lập thành 32 thanh ghi làm việc Tất cả 32 thanh ghi này được kết nối trực tiếp đến các bộ xử lý tính toán ALU.
ATmega328P cung cấp các đặc tính: 4/8 KB bộ nhớ Flash, IKB EEPROM, 2KB SRAM, 23 đường I/O, 32 thanh ghi da dụng, | USART, cổng nối tiếp SPI, 6 kênh ADC 10 bit, một đồng hỗ báo hiệu bên trong Oscillator, và năm phần mềm cho phép lựa chọn chế độ tiết kiệm năng lượng.
Chip ISP Flash cho phép bộ nhớ chương trình được lập trình trong hệ thống thông qua ghép nối tiếp SPI.
_ >| Power debugWIRE : | Ị mer Supervision Ÿ l l I ì Watchdog > POR / BOD & PROGRAM I Ù Oscillator RESET LOGIC ! l | 1 ⁄
Oscillator Flash SRAM I Ù ằ| Circuits / I i Clock 4L it \ ì Generation 1 l | l | : AVR cru | Ị ~
J Il ‡ lẽ + AVCC ì ` i Ù A A ÀẠ 7 h AREF t GND
” Analog internal 6 I 1) 2] he} abit T/C 2 < + l < Comp Bandgap I 1 | & ry L ' & !
CỬ eee eee oe oe ow oe oe ow ow oe CHUẨN ee om om ow ow ow ow oo ow ee oe oe oe om ow oe ow ow om ole @ ow @ cunnp cunnp — |
Hình 3.7: Sơ đồ khối ATmega 328P.
Các chức năng chính cua CPU là dam bảo thực thi chương trình một cách chính xác Do đó CPU phải có khả năng truy cập vào những bộ nhớ, thực hiện tính toán, điều khiến thiết bị ngoại vi, và xử lý ngắt.
Program Counter and Control Memory “
Register Purpose SPI ô Registrers c> Unit
Instruction Watchdog Decoder 5 Timer te) 8 Ẹ ALU Ds supa! Analog Control Lines 3 5 Comparator
Hình 3.8: sơ đồ khối cau trúc AVR.
AVR có cau trúc Harvard, trong đó đường truyền cho bộ nhớ dữ liệu và đường truyền cho bộ nhớ chương trình được tách riêng Đường truyền cho bộ nhkớ dữ liệu chỉ có 8 bit và được kết nối với hầu hết các thiết bị ngoại vi, với register file Trong khi đó đường truyền cho bộ nhớ chương trình có độ rộng 16 bits và chỉ phục vụ cho thanh ghi lệnh.
3.3.3.3.2 Bộ xử lý tính toán ALU
ALU làm việc trực tiếp với các thanh ghi chức năng chung Các phép toán được thực hiện trong một chu kỳ xung clock Hoạt động của ALU được chia thành 3 loại chính: thuật toán, logic và các hàm thao tác bịt.
3.3.3.3.3 Thanh ghi trạng thái Đây là thanh ghi 8 bit lưu trữ trạng thái ALU sau các phép tính số học và logic.
H k V N Z C Read/Write RW RW RIW RIW RIW RIW RIW RIW Initial Value 0 0 0 0 0 0 0 0
Hình 3.9: Cau trúc thanh ghi trạng thái. e BitQ-C: Cờ nhớ. e Bit 1 - Z: Cờ zero. e Bit 2 - N: Cờ phủ định. e Bit3-V: Co bù 2. e Bit 4-S: Dùng kiểm tra 2 cờ N và V. e Bi(5-H: một nửa cờ nhớ. e Bit6- T: day là bit sao chép lưu trữ. e Bi(7 - I: đây là bit cho phép ngắt toàn cục.
3.3.3.3.4 Bộ nhớ ATmega328 3.3.3.3.4.1 Bộ nhớ chương trình Flash
Bộ nhớ Flash 32KB của ATmega328P dùng để lưu trữ chương trình với độ rộng 32 bits Do các lệnh cua AVR có độ dài 16 hoặc 32 bit nên bộ nhớ Flash được sắp xếp theo kiểu 16K x 16.
Bộ nhớ Flash có kha năng chịu được 10000 vòng ghi/xóa Không gian bộ nhớ Flash được chia làm hai là khởi động và chương trình ứng dụng.
Hình 3.10: Bộ nhớ Flash Atmega 328P.
3.3.3.3.4.2 Bộ nhớ dữ liệu SRAM Đây là phần chứa các thanh ghi quan trọng nhất của chip, việc lập trình cho chip phân lớn là truy cập bộ nhớ này.
32 Registers Ox0000-0x001F 64 I/O Registers 0x0020-0x005E 160 Ext I/O Reg 0x0060-0x00FF
OxO4FF/Ox04FF/OxOOFF/Ox08 FF
Hình 3.11: Anh xạ bộ nhớ dữ liệu.
VỊ trí địa chỉ bộ nhớ dữ liệu: 32 vi trí dành cho file thanh ghi, kế tiếp 64 vị trí cho bộ nhớ I/O, 160 vi tri tiép theo danh cho bộ nhớ I/O mở rộng, sau đó là các vi trí đành cho dữ liệu SRAM.
3.3.3.3.4.3 Bộ nhớ dữ liệu EEPROM
ATmega328 chứa bộ nhớ dữ liệu EEPROM dung lượng 1KB, va được sắp xếp theo từng byte, cho phép các thao tác đọc/ghi từng byte một Bộ nhớ EEPROM có khả năng chịu được 10000 vòng ghi/xóa.
Truy cập đọc/ghi EEPROM: Cho phép người sử dụng phần mềm biết khi có byte tiếp theo được ghi Khi EEPROM được đọc, CPU bị tạm dừng bốn chu ky xung nhịp trước khi lệnh tiếp theo được thực thi Khi EEPROM được ghi, CPU sẽ tam dừng 2 chu kỳ xung nhịp trước khi lệnh tiếp theo được thực thi.
PHƯƠNG ÁN THỰC HIỆN VÀ GIẢI PHÁP
Do những điều kiện vé thực tiễn và các thiết bị còn hạn chế Bởi trong quá trình thực hiện xem xét tín hiệu từ nguồn phát laser được mua trên thị trường đến khúc xương khảo sát đa phân tín hiệu đã bị hấp thụ, tín hiệu phản xạ ngược trở về đến transistor thu quang tương đối nhỏ Do đó thay vì phải chiêu nguồn laser đến xương phải qua một lớp biéu bì da thì ở dé tia này người thực hiện lấy tín hiệu trực tiếp trên bẻ mặt khúc xương Khoảng cách từ vị trí đặt khúc xương đến laser và transistor thu quang là khá hẹp.
4.1 Giới thiệu hệ thống giám sátere
4.1.1 Sơ đồ hệ thống giám sát
Trung tâm quản lý hệ thống
Hệ thống web Truyền vô tuyến \ quan ly Lay tin hiéu
Transistor thu Bộ khuếch Bén phat Bén thu quang MRD370 dai | | Laser phat tín hiệu
Board vi xử ly Module wifi Board vi xu ly Module wifi Arduino Uno nRF24L01 Arduino Uno nRF24L01
Bac si Bệnh nhân Lịch hẹn Chăm sóc sức khỏe
Hình 4.1: Sơ đồ cây hệ thong giám sát.
Hệ thông giám sát bao gồm khối lay tín hiệu, khối truyền vô tuyến dữ liệu và khối hệ thong web quản lý thông tin Khối lay tín hiệu người bệnh gồm laser phát đến khúc xương khảo sát, transistor thu quang MRD370 và khuếch đại tín hiệu Khối truyền vô tuyến chứa board mạch vi xử ly Arduino Uno kết hợp với module Wi-Fi nRF24L01 cho cả bên phát lẫn bên thu Hệ thống web quản lý chứa thông tin Admin
(thông tin người quan tri) sẽ quan lý thông tin bác sĩ, thông tin bệnh nhân, thông tin lịch hẹn giữa bác sĩ với người bệnh và bộ phận chăm sóc sức khỏe cho người bệnh hay theo dõi tiễn trình điều trị bệnh của bệnh nhân.
4.1.2 Quy trình thực hiện yea Lr ar LA Truyền vô
Bệnh nhõn ằ Thutớn hiệu L_ y Xử lý tớn hiệu |_— y tuyến
Vv x ps rw Xử ly, lưu fil
Phản hồi Bác sĩ aap vao may tinh rN A
Hệ thống website | Cập nhật thông L_ quản lý ) tin vào database]
Hình 4.2: Quy trình thực hiện hệ thống giám sát. Ở phía người bệnh sử dụng hệ thống thu phát laser chiếu vào vị trí vết nứt xương để lay dữ liệu Khi đó dùng transistor thu quang họ darlington MRD370 dé thu tín hiệu phản xạ của laser Sau đó tín hiệu được khuếch đại trước khi được đưa vào board vi xử ly Arduino Uno kết hợp với module Wi-Fi nRF24L01 dé truyền dữ liệu thông qua kênh truyền vô tuyến. Ở board vi xử lý Arduino Uno phía phát viết chương trình truyền tín hiệu thu được từ bộ thu phát laser cùng với ma Id (được tạo khi lần đầu tiên đến điều trị) của bệnh nhân điều trị thông qua module Wi-Fi nRF24L01 Đề thu được tín hiệu trên bên thu cũng sử dụng board vi xử lý Arduino Uno kết hợp với nRF24L01 với chương trình cho bên thu.
Tín hiệu thu được ghi vào một file text tạo sẵn trên máy tính cá nhân đặt ở nhà bệnh nhân, file text nay chứa thong tin sức khỏe cùng với mã Id của người bệnh Tại day dựa vào mã Id của từng bệnh nhân ma thông tin trong file text được cập nhật vào bang dữ liệu follow_up lưu trong co sở dit liệu ở web server (trong dé tài người thực hiện dùng localhost đóng vai trò là host server) thông qua chương trình service dùng cho lập lịch cập nhật thông tin định kỳ bằng cách định thời gian cho service chạy hăng ngay theo đúng thời gian quy định Các dữ liệu được cập nhật vào các trường tương ứng với thời gian được chỉ định là thời gian lúc thực thi quá trình cập nhật thông tin lên cơ sở dữ liệu.
Phía bên bệnh viện hay bác sĩ sẽ xây dựng một hệ thống quản lý ứng dụng web được viết bằng ngôn ngữ lập trình PHP Ứng dụng này sẽ kết nối đến cơ sở dữ liệu dé lay thông tin bệnh nhân với tình trạng sức khỏe được cập nhật liên tục hién thị lên giao diện người dùng cùng với thông tin bác sĩ cũng được lay từ cơ sở dữ liệu lên website Từ đó có thé giúp bác sĩ theo dõi bên cạnh việc giám sát tình trạng sức khỏe người bệnh.
4.2 Giới thiệu một số phan mém sử dung trong hệ thông
4.2.1 Ngôn ngữ lập trình PHP
PHP [24] là một ngôn ngữ lập trình kịch ban hay một loại mã lệnh chu yếu được dùng dé phát triển các ứng dụng viết cho máy chủ, mã nguồn mở, dùng cho mục đích tong quát Nó rất thích hợp với web và có thé dé dàng nhúng vào trang HTML.
PHP là ngôn ngữ lập trình phía server được thiết kế để dễ dàng xây dựng các trang Web động Ma PHP có thé thực thi trên máy chủ để tạo ra mã HTML và xuất ra trình duyệt web theo yêu cầu của người sử dụng.
Thẻ sẽ đánh đấu sự bắt đầu và sự kết thúc của phan mã PHP, qua đó máy chủ biết để xử lý và dịch mã cho đúng Đây là một điểm khá tiện lợi của PHP giúp cho việc viết mã PHP trở nên khá trực quan và dễ dàng trong việc xây dựng phan giao diện ứng dụng HTTP.
Vì PHP là ngôn ngữ của máy chủ nên mã lệnh của PHP sẽ tập trung trên máy chủ dé phục vụ các trang Web theo yêu cầu của người dùng thông qua trình duyệt.
Khi người dùng truy cập Website viết bằng PHP, máy chủ đọc mã lệnh PHP và xử lý chúng theo các hướng dẫn được mã hoá Mã lệnh PHP yêu cầu máy chủ gửi một dữ liệu thích hợp (mã lệnh HTML) đến trình duyệt Web Trình duyệt xem nó như là một trang HTML tiêu chuẩn Như ta đã nói, PHP cũng chính là một trang HTML nhưng nó có nhúng mã PHP và có phần mở rộng là HTML Phần mã của PHP được cài đặt trong thẻ mở .
Khi trình duyệt truy cập vào một trang PHP, máy chủ sẽ đọc nội dung file PHP lên và lọc ra các đoạn mã PHP và thực thi các đoạn mã đó, lây kết quả nhận được của đoạn mã PHP thay thế vào chỗ ban đầu của chúng trong file PHP, cuối cùng máy chủ trả về kết quả cudi cùng là một trang nội dung HTML về trình duyệt.
Máy khách hàng ấ Máy chủ PHP a a.
HTML, Goi mã kịch bản Hình 4.3: Hoạt động cua ứng dụng PHP.
Dé chạy được mã lệnh PHP chúng ta cần phải có môi trường server Vì PHP là ngôn ngữ làm việc trên máy chủ Đề tạo ra môi trường server thì cách tốt nhất và nhanh nhất chúng ta nên sử dụng gói cài đặt xampp Xampp là gói cài đặt đã tích hợp san Apache, MySql va PHP Khi đó việc truy cập vào trang web sẽ thông qua localhost giống như là webserver.
Xampp là chương trình tạo máy chủ Web (Web Server) trên máy tính cá nhân
(Localhost) được tích hợp sẵn Apache, PHP, MySQL, FIP Server, Mail Server va các công cụ như phpMyAdmin.
Xampp cũng bao gồm phpMyAdmin — một công cụ dạng web giúp cho người lập trình quản trị database một các dễ dàng và rất nhiều thư viện hỗ trợ lập trình khác như: OpenSSL, pdf class.
PHP thực hiện với tốc độ rất nhanh và hiệu quả Một máy chủ bình thường có thê đáp ứng được hàng triệu truy cập tới trong một ngày.
PHP hỗ trợ kết nói tới rất nhiều hệ cơ sở dữ liệu khác nhau.
PHP cung cấp một hệ thống thư viện phong phú: Do PHP ngay từ đầu được thiết kế nhăm mục đích xây dựng và phát triển các ứng dụng trên web nên PHP cung cấp rất nhiều hàm xây dựng sẵn giúp thực hiện các công việc rất dễ dàng: gửi, nhận mail, làm việc với cookie, và nhiêu thứ khác nữa.
PHP là ngôn ngữ dê sử dụng, dê học và đơn giản hơn nhiều so với các ngôn ngữ lập trình web khác.
