BÁO CÁO ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP THIẾT BỊ ĐEO PHÁT HIỆN TÉ NGÃ Ở NGƯỜI CAO TUỔI (Có code cuối bài)

•Thiết kế phần cứng tích gồm vi điều khiển STM32f103c8t6, cảm biến Pluse sensor, ADXL345, màn hình Oled, SIM800L, Pin.•Tìm hiểu các kiến thức về nhịp tim và té ngã.•Thiết kế websever.•Kiến thức lập trình ARM trên KeilC và CubeMX.

BỘ GIÁO DỤC & ĐÀO TẠO

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP HỒ CHÍ MINH

KHOA ĐIỆN – ĐIỆN TỬ

BỘ MÔN TỰ ĐỘNG ĐIỀU KHIỂN - ∆ - ⸙ ⸙

Tp Hồ Chí Minh tháng 07 năm 2019

BỘ GIÁO DỤC & ĐÀO TẠO

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP HỒ CHÍ MINH

KHOA ĐIỆN – ĐIỆN TỬ

BỘ MÔN TỰ ĐỘNG ĐIỀU KHIỂN - ∆ - ⸙ ⸙

Tp Hồ Chí Minh tháng 07 năm 2019

TRƯỜNG ĐH SPKT TP HỒ CHÍ MINH

KHOA ĐIỆN-ĐIỆN TỬ

BỘ MÔN TỰ ĐỘNG ĐIỀU KHIỂN

CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM

ĐỘC LẬP - TỰ DO - HẠNH PHÚC o0o

Tp HCM, ngày tháng năm 2019

NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

Họ và tên sinh viên 1: Phan Công Phiếu MSSV: 15151191

Họ và tên sinh viên 2: Trần Huỳnh Hưng MSSV: 15151160

Chuyên ngành: Công nghệ Kỹ thuật Điều khiển và Tự động hóa

2 Nội dung thực hiện:

 Tìm hiểu các nghiên cứu về nhịp tim, thuật toán đo nhịp tim

 Tìm hiểu về phương pháp nghiên cứu té ngã, thuật toán phát hiện té ngã

 Thi cong mô hình đo nhịp tim, phát hiện té ngã

III NGÀY GIAO NHIỆM VỤ:

IV NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ:

TRƯỜNG ĐH SPKT TP HỒ CHÍ MINH

KHOA ĐIỆN-ĐIỆN TỬ

BỘ MÔN TỰ ĐỘNG ĐIỀU KHIỂN

CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM ĐỘC LẬP - TỰ DO - HẠNH PHÚC

Tp HCM, ngày tháng năm

LỊCH TRÌNH THỰC HIỆN ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

Họ tên sinh viên 1: Phan Công Phiếu MSSV: 15151191

Họ tên sinh viên 2: Trần Huỳnh Hưng MSSV: 15151160

Tên đề tài: THIẾT KẾ THIẾT BỊ ĐEO PHÁT HIỆN TÉ NGÃ Ở NGƯỜI CAO TUỔI

quang hấp thụ

6 Viết chương trình truyền dữ liệu về websever và gởi

cánh báo về điện thoại

GV HƯỚNG DẪN

(Ký và ghi rõ họ và tên)

TRƯỜNG ĐH SPKT TP HỒ CHÍ MINH

KHOA ĐIỆN-ĐIỆN TỬ

BỘ MÔN TỰ ĐỘNG ĐIỀU KHIỂN

CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM ĐỘC LẬP - TỰ DO - HẠNH PHÚC

Tp HCM, ngày tháng năm 2019

LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam kết đề tài này là do tôi tự thực hiện dựa vào một số tài liệu trước đó và không sao chép từ tài liệu hay công trình đã có trước đó

Người thực hiện đề tài

LỜI CẢM ƠN

Trong suốt quá trình thực hiện đề tài, với sự giúp đỡ nhiệt tình của quý thầy cô,hướng dẫn về mọi mặt là những yếu tố quyết định đến sự thành công của đề tài ngày hômnay Nhóm xin chân thành gửi lời cảm ơn đến:

Giáo viên hướng dẫn TS Nguyễn Văn Thái đã định hướng, nhiệt tình giúp đỡ, chỉbảo tận tình và tạo điều kiện tốt nhất cho nhóm trong suốt quá trình thực hiện đề tài

Nhóm cũng xin gửi lời cảm ơn đến toàn bộ quý thầy cô trong Khoa Điện – Điện tử

và Bộ môn Tự Động Điều Khiển đã giúp đỡ nhóm rất nhiều trong quá trình thực hiện đềtài cũng như đóng góp ý kiến và tạo điều kiện thuận lợi giúp đề tài hoàn thiện hơn

Nhóm xin gửi lời cảm ơn đến tập thể lớp 151512B, trong quá trình làm đề tài cácbạn đã có những ý kiến thiết thực và giúp đỡ nhóm trong việc thiết kế và thi công đề tài

Cuối cùng, nhóm xin gởi lời cảm ơn chân thành tới cha mẹ, những bậc sinh thành

đã hy sinh rất nhiều để nuôi nấng, dạy dỗ, luôn động viên và khích lệ chúng em, cảm ơnnhà trường, thầy cô, và bạn bè đã động viên và giúp đỡ trong suốt quá trình thực hiện đềtài

Nhóm xin chân thành cảm ơn!

MỤC LỤC

NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ii

LỊCH TRÌNH THỰC HIỆN ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP iii

LỜI CAM ĐOAN iv

LỜI CẢM ƠN v

MỤC LỤC vi

DANH MỤC HÌNH ẢNH viii

DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT x

TÓM TẮT xi

CHƯƠNG I: TỔNG QUAN VỀ ĐỀ TÀI 1

1.1 ĐẶT VẤN ĐỀ 1

1.2 MỤC TIÊU ĐỀ TÀI 1

1.3 GIỚI HẠN ĐỀ TÀI 1

1.4 NỘI DUNG THỰC HIỆN 2

CHƯƠNG II: CƠ SỞ LÝ THUYẾT 2

2.1 GIỚI THIỆU CHUNG 3

2.1.1 Giới thiệu về nhịp tim 3

2.1.1.1 Nhịp tim bình thường: 3

2.1.1.2 Nhịp tim rối loạn 4

2.1.2 Một số thiết bị đo nhịp tim có trên thị trường 5

2.1.3 Các kiến thức về té ngã ở người cao tuổi 7

2.2 GIỚI THIỆU PHẦN CỨNG 8

2.2.1 STM32F103C8T6 8

2.2.2 Cảm biến nhịp tim Pulse sensor 10

2.2.3 Cảm biến gia tốc ADXL345 11

2.2.4 Màn hình Oled 12

2.2.5 Modul SIM800L 13

2.2.6 Mạch giảm áp LM2596S 15

2.3 CÁC CHUẨN GIAO TIẾP ĐƯỢC SỬ DỤNG 15

2.3.1 Giao tiếp I2C 15

2.3.2 Giao tiếp UART 16

CHƯƠNG III: THIẾT KẾ, TÍNH TOÁN 18

3.1 SƠ ĐỒ KHỐI 18

3.1.1 Khối điều khiển 18

3.1.2 Khối cảm biến 19

3.1.2.1 Cảm biến nhịp tim Pulse sensor 19

3.1.2.2 Cảm biến gia tốc ADXL345 20

3.1.3 Khối hiện thị 22

3.1.4 Khối giao tiếp 22

3.1.5 Khối nguồn 22

3.2 SƠ ĐỒ NGUYÊN LÍ 22

3.3 LƯU ĐỒ VÀ THUẬT TOÁN 23

3.3.1 Lưu đồ của hệ thống 23

3.3.2 Giải thuật tính toán nhịp tim 23

3.3.3 Lưu đồ giải thuật phát hiện té ngã 26

CHƯƠNG IV: THI CÔNG THIẾT KẾ 30

4.1 THI CÔNG PHẦN CỨNG 30

4.2 WEBSEVER: 31

KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN CỦA ĐỀ TÀI 35

5.1 KẾT LUẬN 35

5.1.1 Ưu điểm 35

5.1.2 Nhược điểm 35

5.2 HƯỚNG PHÁT TRIỂN 35

TÀI LIỆU THAM KHẢO 37

PHỤ LỤC 38

DANH MỤC HÌNH ẢNH

Hình 2- 1 Phân loại nhịp tim 4

Hình 2- 2 Vòng đeo tay Mi Band 3 5

Hình 2- 3 Máy đo nhịp tim và nồng độ oxy iOM A3 6

Hình 2- 4 Xu hương di chuyển ở người cao tuổi 7

Hình 2- 5 Kit STM32F103C8T6 8

Hình 2- 6 Sơ đồ chân LQFP48 9

Hình 2- 7 Hai mặt của Pulse sensor 10

Hình 2- 8 Cảm biến ADXL345 11

Hình 2- 9 Màn Hình Oled SSD1306 0.96 inch 12

Hình 2- 10 SIM800L 13

Hình 2- 11 LM2596S 15

Hình 2- 12 Giao tiếp I2C 16

Hình 2- 13 Giao tiếp UART 16

Hình 3- 1 Sơ đồ khối 18

Hình 3- 2 Dạng sóng nhịp tim 19

Hình 3- 3 Sơ đồ khối cảm biến ADXL345 20

Hình 3- 4 Cấu tạo của ADXL345 21

Hình 3- 5 Sự thay đổi giá trị các trục theo hướng đặt cảm biến 21

Hình 3- 5 Sự thay đổi giá trị các trục theo hướng đặt cảm biến 21

Hình 3- 6 Sơ đồ mạch nguyên lý 22

Hình 3- 7 Lưu đồ của hệ thống 23

Hình 3- 8 Sóng nhịp tim từ Pulse sensor 24

Hình 3- 9 Lưu đồ tính toán nhịp tim 25

Hình 3- 10 Gia tốc của chuyển động đi lại 26

Hình 3- 11 Gia tốc của chuyển động ngồi xuống 27

Hình 3- 12 Gia tốc hiện tượng té ngã 27

Hình 3- 13 Lưu đồ thuật toán phát hiện té ngã 28

Hình 4- 1 Hình ảnh mặt dưới của thiết bị 30

Hình 4- 2 Hình ảnh mặt trên của thiết bị 30

Hình 4- 3 Dao diện chính của web 31

Hình 4- 4 Thông tin thành viên 31

Hình 4- 5 Một số thông tin khác 32

Hình 4- 6 Mẫu liên lạc qua Email 33

Hình 4- 7 Bảng dữ liệu nhịp tim 32

Hình 4- 8 Bảng dữ liệu cảnh báo 33

Hình 4- 9 Chức năng truy vấn 34

DANH MỤC BẢNG

Bảng 2- 1 Giá trị nhịp tim theo độ tuổi 3

Bảng 3- 1 Bảng kết quả nhận dạng 29

Giao diện ngoại vinối tiếpI2C Inter-Integrated Circuit Bus nối tiếp

tim trong một phút

đỉnh song nhịp tim

Toàn cầu

TÓM TẮT

Thiết bị là một hệ thống sử dụng hai cảm biến: cảm biến nhịp tim Pulse sensor và cảmbiến gia tốc ADXL345 Các cảm biến được tích hợp trong một thiết bị nhỏ gọn có thểđeo trên tay như đồng hồ Dữ liệu được cập nhật lên server và có trang web để theo dõi.Khi có dấu hiệu té ngã, sẽ phát cảnh báo qua điện thoại và SMS Đề tài tập trung vàonghiên cứu ở giai đoạn thiết kế thiết bị Tìm hiểu cách hoạt động của cảm biến và cácgiải thuật xử lý ngõ ra nhằm đưa ra kết quả chính xác nhất

CHƯƠNG I: TỔNG QUAN VỀ ĐỀ TÀI 1.1 ĐẶT VẤN ĐỀ

Chăm sóc sức khỏe ở người cao tuổi là vấn đề được quan tâm rất nhiều,nhất là trong ngày nay, khi mà các gia đình quá bận rộn trong cong việc Ở ngườicao tuổi, hai vấn đề quan tâm hang đầu là tim mạch, té ngã

Hàng năm có khoảng 200.000 người chết vì bệnh tim mạch và các biếnchứng liên quan, trong số đó, có hàng nghìn ca là các đối tượng trên khi đi ngủthường có tình trạng là ngộp thở đột ngột hay tim ngừng đập mà không có các biệnpháp cứu chữa kịp thời thì bệnh nhân có thể dẫn tới tình trạng đột quỵ hay tai biếnmạch máu não và có thể dẫn đến tử vong

Té ngã là một trong những nguyên nhân chính gây những chấn thươngnghiêm trọng cho người già như gãy xương hay chấn thương sọ não, tăng nguy cơ

tử vong Thêm vào đó, nó còn gây ra vấn đề tâm lý do việc sợ ngã

Tuy nhiên, những hậu quả nguy hiểm có thể thuyên giảm nếu phát hiện kịpthời các dấu hiệu bất thường về tim mạch và té ngã, để có biện pháp can thiệpnhanh nhất Đó là lý do mà nhóm chọn đề tài: “THIẾT KẾ THIẾT BỊ ĐEO PHÁTHIỆN TÉ NGÃ Ở NGƯỜI CAO TUỔI”

1.2 MỤC TIÊU ĐỀ TÀI

Trong đề tài, nhóm thực hiện tập trung nghiên cứu các vấn đề sau:

 Tìm hiểu về nguyên lý đo nhịp tim, giải thuật xử lý tín hiệu để cóđược kết quả nhịp tim

 Thuật toán hổ trợ trong việc phát hiện té ngã

 Thiết kế thiết bị kết hợp đo nhịp tim, phát hiện té ngã, theo dõi dữliệu qua websever

1.3 GIỚI HẠN ĐỀ TÀI

Trong đề tài, nhóm thực hiện sử dụng vi điều khiển STM32f103c8t6 làm bộ

xử lí trung tâm, thiệt bị có chức năng đo nhị tim, phát hiện té ngã, gởi cảnh báo quađiện thoại cho người thân, theo dõi dữ liệu qua websever

1.4 NỘI DUNG THỰC HIỆN

 Thiết kế phần cứng tích gồm vi điều khiển STM32f103c8t6, cảm biếnPluse sensor, ADXL345, màn hình Oled, SIM800L, Pin

 Tìm hiểu các kiến thức về nhịp tim và té ngã

 Thiết kế websever

 Kiến thức lập trình ARM trên KeilC và CubeMX

CHƯƠNG II: CƠ SỞ LÝ THUYẾT

2.1 GIỚI THIỆU CHUNG

2.1.1 Giới thiệu về nhịp tim

Nhịp tim được hiểu là số lần tim co bóp trong vòng một phút Đây là thông

số đặc trưng của mỗi người và sẽ biến thiên theo sự lão hóa của chúng ta Nhịp timđược đo theo đơn vị nhịp / phút

Nhịp tim được xác định khi bạn đang trong trạng thái nghỉ ngơi và cơ thểkhông phải cử động mạnh

2.1.1.1 Nhịp tim bình thường:

Đối với người độ tuổi từ 18 trở lên, nhịp tim bình thường khi nghỉ ngơi từ

60 đến 100 nhịp mỗi phút Thông thường người càng khỏe mạnh, nhịp tim càngthấp Một vận động viên chuyên nghiệp khi ở chế độ xả hơi nhịp tim của họ chỉkhoảng 40 nhịp một phút Ví dụ như tay đua xe đạp Lance Armstrong, nhịp timbình thường của anh chỉ có 32 nhịp mỗi phút Theo cơ quan y tế quốc gia vươngquốc Anh, dưới đây là tiêu chuẩn nhịp tim lý tưởng của từng lứa tuổi [1]

Nhịp tim của chúng ta có thể bị ảnh hưởng bởi một số yếu tố, chẳng hạn như:

 Mức độ hoạt động thể chất vào thời điểm đó

 Ảnh hưởng của một số loại thuốc

Bảng 2- 1 Giá trị nhịp tim theo độ tuổi

2.1.1.2 Nhịp tim rối loạn

 Nhịp tim chậm

Nhịp tim chậm tiến triển âm thầm với những biểu hiện kín đáo và thường bị

bỏ qua Tuy nhiên, căn bệnh này cũng ẩn chứa những nguy cơ khó lường, gâynguy hiểm đến tính mạng người bệnh nếu không được phát hiện và điều trị kịpthời Những người mắc hội chứng nhịp tim chậm, cụ thể là dưới 60 nhịp mỗi phútđối với người không phải là vận động viên

Nếu nhịp tim chậm không gây triệu chứng không cần điều trị nhưng một khigặp phải triệu chứng nặng thì cần phải dùng thuốc, thậm chí bệnh nhân cần đượccấy máy tạo nhịp tim vĩnh viễn

Trường hợp xấu nhất khi nhịp tim quá chậm (dưới 30 lần/ phút), não bịthiếu Oxy trầm trọng dẫn tới ngất, nếu các biện pháp làm tăng nhịp tim khôngđược thực hiện kịp thời có thể dẫn đến tử vong

 Nhịp nhanh thất

Nhanh thất là nhịp tim nhanh phát sinh ở buồng dưới của tim (tâm thất) Khi

đó, việc truyền tín hiệu điện trong tâm thất trở nên rối loạn, không theo quy luật,khiến nó co bóp nhanh hơn bình thường, ở người lớn lúc nghỉ ngơi tim đập hơn

100 nhịp mỗi phút Làm cho tim liên tục tống máu ra tuần hoàn trong khi khoảngthời gian giữa các nhịp đập quá ngắn không đủ thời gian để tâm thất được đổ đầymáu Hậu quả là các cơ quan trong cơ thể không nhận đủ máu giàu oxy để duy trìhoạt động, dẫn tới các biểu hiện như hồi hộp, trống ngực, mệt mỏi, chóng mặt, haychoáng ngất, thậm chí tử vong Nếu không được điều trị, nhịp nhanh thất có thểtiến triển nặng hơn và dẫn đến rung thất - nguyên nhân hàng đầu gây ngừng tim

Hình 2- 1 Phân loại nhịp tim

đột ngột, có thể đe dọa tính mạng Nguy cơ ngừng tim giảm xuống nếu uống thuốclàm chậm nhịp tim (như thuốc chẹn beta), phẫu thuật tim hoặc cấy máy khử rungtim dưới da Nhịp nhanh thất có thể gây ra các biến chứng sau:

o Cục máu đông gây đột quỵ hoặc nhồi máu cơ tim

o Suy tim: Xảy ra khi tim không còn khả năng bơm đủ máu đi nuôi cơ thể

o Ngất xỉu thường xuyên

Không chỉ có 2 dạng nhịp tim bất thường đó, rất nhiều người bị rối loạnnhịp tim, tim đập lúc nhanh, lúc chậm, nhịp tim non, loạn nhịp… Vì thế, nếu thấykhó thở, chóng mặt, đau thắt ngực… cùng với nhịp tim bất thường, cần sớm xétnghiệm và chẩn đoán để ngăn ngừa biến chứng

2.1.2 Một số thiết bị đo nhịp tim có trên thị trường

Hiện nay có rất nhiều loại thiết bị đo nhịp tim và đếm số bước chân, đa dạng

về chủng loại và mẫu mã Các tính năng đo nhịp tim này được tích hợp vào điệnthoại thông minh và đồng hồ đeo tay Dưới đây là một số sản phẩm tiêu biểu:

 Vòng đeo tay:

Có rất nhiều sản phẩm đồng hồ thông minh, vòng đeo tay thông minh đến từcác thương hiệu Apple, Samsung, Sony, Xiaomi…tích hợp nhiều chức năng như:đồng hồ, đo nhịp tim, đo bước chân, khoảng cách, kết nối bluetooth với các ứngdụng trên smartphone…

Điển hình là sản phẩm vòng đeo tray Mi Band 3, nhỏ gọn, tiết kiệm pin, giáthành hợp lí

Thông số kỹ thuật Mi Band 3:

Hình 2- 2 Vòng đeo tay Mi Band 3

o Màn hình Oled 0.78inch.

o Chuẩn chông nước: 5atm

o Pin 110mAh, hoạt động được 20 ngày ở chế độ chờ

o Cảm biến: đo nhịp tim, đo bước chân

o Kết nối Bluetooth với smartphone

o Định vị GPS [2]

 Một số thiết bị đo nhịp tim khác:

Máy đo nhịp tim và spO2 iOM A3 với thiết kế nhỏ gọn với màu sắc hiệnđại, hợp thời trang với màn hình LED hiện thị dưới dạng số và thanh xung giúpngười dùng dễ dàng theo dõi và sử dụng

Một số đặc điểm nổi bật:

o Dải đo nhịp tim 25bpm/m – 250bpm/m sai số 2%

o Dải đo spO2 0% - 100% sai số dưới 2%

o Tự động tắt khi không có tín hiệu đo

o Dòng tiêu thụ 30mA

o Nguồn DC 2.6V-3.6V

o Pin dung 50 giờ

o Cảnh báo khi nhịp tim nhỏ hơn 50bpm/m, lớn hơn 130bpm/m, spO2dưới 90%

o Kích thước nhỏ gọn 60 x 36 x 30mm, nặng 25g

Hình 2- 3 Máy đo nhịp tim và nồng độ oxy

iOM A3

2.1.3 Các kiến thức về té ngã ở người cao tuổi

Ở người cao tuổi, sức khỏe cũng như trí nhớ có hạn, sự định hướng và phản

xạ giảm dần nên nguy cơ té ngã là rất cao Một số yếu tố có thể dẫn tới té ngã nhưmất thăng bằng hoặc bị kéo Mất thăng bằng xảy ra khi không đứng vững trên mặtđất, mất độ bám khi bị trượt trên nền trơn

Ngã có thể xảy ra vì phản xạ của một người thay đổi, khi người ta già phảnứng sẽ chậm lại Lão hóa làm chậm thời gian phản ứng của một người, làm ta khókhan hơn để lấy lại cân bằng sau một sau một chuyển động đột ngột

Thay đổi khối lượng cơ và mở trong cơ thể cũng đóng vai trò trong té ngã.Khi con người già đi họ ít vận động, nên khối lượng cơ bắp, nhất là ở chân mất điđáng kể dẫn tới giảm sức mạnh của chân Mất mỡ ở các đệm xương, suy giảm dịchkhớp làm giảm khả năng chống chịu của chân, giảm khả năng giữ thăng bằng

Suy giảm thị lực cũng làm tăng nguy cơ té ngã Giảm tầm nhìn, dể bị vấpbởi các chướng ngại vật như bậc thang, vật cảng, ổ gà…

Té ngã thật sự mang đến những mối nguy hiểm Té ngã có thể gây ra gãyxương, bao gồm gãy xương cổ tay, xương cánh tay, xương mắt cá chân và xươnghông Té ngã cũng có thể gây ra những chấn thương vùng đầu, có thể là nhữngchấn thương rất nghiêm trọng nếu người bệnh đang dùng một số loại thuốc nhấtđịnh (ví dụ như thuốc chống đông máu) Người cao tuổi bị té ngã đập đầu xuốngđất nên đi khám bác sỹ ngay lập tức để đảm bảo rằng họ không bị tổn thương nãobộ

Rất nhiều người bị té ngã, cho dù không gây chấn thương, trở nên sợ bị téngã Nỗi sợ hãi này có thể làm họ trở nên ít vận động hơn Điều này có thể làm suy

Hình 2- 4 Xu hương di chuyển ở người cao tuổi

giảm sức khỏe, giảm khả năng linh hoạt và phối hợp của cơ thể từ đó lại càng tăngthêm nguy cơ bị té ngã [3].

2.2 GIỚI THIỆU PHẦN CỨNG

2.2.1 STM32F103C8T6

STM32 là một trong những dòng chip phổ biến của ST với nhiều họ thôngdụng như F0, F1, F2, F3, F4… Stm32f103 thuộc họ F1 với lõi là ARM COTEXM3 STM32F103 là vi điều khiển 32 bit, tốc độ tối đa là 72Mhz Giá thành cũngkhá rẻ so với các loại vi điều khiển có chức năng tương tự Mạch nạp cũng nhưcông cụ lập trình khá đa dạng và dễ sử dụng

Một số ứng dụng chính: dùng cho driver để điều khiển ứng dụng, điềukhiển ứng dụng thông thường, thiết bị cầm tay, máy tính và thiết bị ngoại vichơi game, GPS cơ bản, các ứng dụng trong công nghiệp, thiết bị lập trình PLC,biến tần, máy in, máy quét, hệ thống cảnh báo, thiết bị liên lạc nội bộ…

Hình 2- 5 Kit STM32F103C8T6

o Thạch anh nội dùng dao động RC ở mode 8Mhz hoặc 40khz.

o Sử dụng thạch anh ngoài 32.768khz được sử dụng cho RTC

 Hai 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

 DMA: bộ chuyển đổi này tăng tốc độ xử lý do không có sự can thiệp quá sâu củaMCU:

o 7 kênh DMA

o Hỗ trợ DMA cho ADC, I2C, SPI, UART

 7 bộ Timer

Hình 2- 6 Sơ đồ chân LQFP48

o 3 bộ Timer 16 bit hỗ trợ các mode IC/OC/PWM (Timer2,3,4).

o 1 timer 16 bit hỗ trợ để điều khiển động cơ với các mode bảo vệ như ngắtinput, dead-time…(Timer1)

o watdog timer dùng để bảo vệ và kiểm tra lỗi

o 1 sysTick timer 24 bit đếm xuống dùng cho các ứng dụng như hàm Delay…

 Hỗ trợ 9 kênh giao tiếp bao gồm:

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

STM32snippets, STM32Cube LL, STM32Cube HAL, Standard Peripheral Libraries, Mbed core…

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

Embedded Workbench, KeilC [4]

2.2.2 Cảm biến nhịp tim Pulse sensor

Cảm biến hoạt động dựa trên một cảm biến quang đo nhịp tim, cùng với bộkhuếch đại tín hiệu và lộc nhiễu

Hình 2- 7 Hai mặt của Pulse sensor

2.2.3 Cảm biến gia tốc ADXL345

ADXL345 là module cảm biến gia tốc 3 trục có kích thước nhỏ, tiêu thụ năng lượngthấp, độ phân giải cao Module ADXL345 thường dùng trong các thiết bị di động, cóchức năng đo gia tốc trọng trường tĩnh trong các ứng dụng đo góc nghiêng Ngoài ra

nó còn đo gia tốc động từ các chuyển động hoặc rung động của vật thể

Gia tốc trọng trường tại một địa điểm là không đổi Khi cảm biến quay một gócnào đó, hệ tọa độ gắn với cảm cũng thay đổi theo Do đó hình chiếu của gia tốc trọngtrường lên các trục tọa độ cũng thay đổi theo Từ các giá trị đó, ta xác định được gócnghiên của cảm biến hiện tại, và góc mà cảm biến đã quay sao với ban đầu Giá trị màcảm biến trả về là “g” ( với g=9.8m/s2 tức gia tốc trọng trường)

 Đo gia tốc 3 trục với độ phân giải cao (13 bit) trong dãi đo ±16g

 Giao tiếp: SPI hoặc I2C

 Kích thước: 14 x 19mm

 Nhiệt độ hoạt động: -40 đến +85 độ C

2.2.4 Màn hình Oled

Trong thời gian gần đây công nghệ hiển thị OLED đang được nhắc đến nhiều

và nổi lên như là một ứng cử viên sáng giá thay thế cho công nghệ LCD OLED là cácthiết bị thể rắn cấu tạo từ các tấm phim mỏng làm từ các hợp chất hữu cơ Tấm phimnày sẽ phát ra ánh sáng khi được cung cấp điện năng OLED có thể tạo ra những hìnhảnh sáng và rõ nét hơn nhưng lại tiêu thụ ít điện năng hơn các công nghệ màn hìnhLED hay LCD hiện tại

Màn hình OLED SSD1306 với kích thước 1.3 inch, cho khả năng hiển thị hìnhảnh tốt với khung hình 128x64 pixel Ngoài ra, màn hình còn tương thích với hầu hếtcác vi điều khiển hiện nay thông qua giao tiếp I2C Màn hình sử dụng driver SSD1306cùng thiết kế nhỏ gọn sẽ giúp bạn phát triển các sản phẩm DIY hoặc các ứng dụng mộtcách nhanh chóng [7]

 Thông số kĩ thuật

o Tương thích với Arduino, 51 Series, MSP430 Series, STM32 / 8, CSRIC…

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

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

o Điện áp hoạt động: 3V-5V DC

o Nhiệt đô hoạt động: -30 -70℃ ℃

Hình 2- 9 Màn Hình Oled SSD1306 0.96

inch

o Kích thước màn hình: 0.96 inch (128x64 pixel)

o Driver: SSD1306

 Ưu điểm của OLED

o Các lớp hữu cơ nhựa của OLED mỏng hơn, nhẹ hơn và mềm dẻo hơncác lớp tinh thể của LED hay LCD

o Bởi vì các lớp phát quang của OLED nhẹ hơn nên tấm nền của OLED cóthể mềm dẻo thay vì cứng rắn

o OLED sáng hơn LED

o Bởi vì OLED không cần chiếu sáng nền nên chúng tiêu thụ ít điện nănghơn nhiều so với LCD

o OLED được chế tạo dễ dàng hơn và có thể được làm thành các tấm cókích thước lớn

 Nhược điểm của OLED

o Thời gian sống - trong khi các tấm film OLED xanh và đỏ có thời giansống lâu (khoảng 10 000 đến 40 000 giờ), thì các tấm film xanh da trờihiện tại có thời gian sống ít hơn nhiều (chỉ khoảng 1000 giờ)

o Chế tạo - Hiện tại các công đoạn chế tạo vẫn còn rất đắt

o Nước - nước có thể dễ dàng làm hỏng OLED

2.2.5 Modul SIM800L

Thừa kế các chức năng từ các thế hệ module sim trước, Module GSM sim 800L

có khả năng nhắn tin SMS, nghe, gọi, … như một điện thoại nhưng có kích thước nhỏnhất trong các loại module SIM (25 mm x 22 mm)

Hình 2- 10 SIM800L

 Thông số kỹ thuật:

o Nguồn cấp:  4.2VDC 

o Khe cắm SIM: MICROSIM

o Chuẩn giao tiếp UART (qua 2 chân RX, TX)

o Dòng khi ở chế độ chờ: 10 mA

o Dòng khi hoạt động: 100 mA đến 1A

o Hỗ trợ 4 băng tần GSM850MHz, EGSM900Mhz, DSC1800Mhz,PCS1900Mhz

o Kích thước: 25 mm x 22 mm

 Các tập lệnh AT để giao tiếp SIM800L [5]

Các lệnh chung

o AT: Kiểm tra module có hoạt động không

o Trả về: OK nếu hoạt động bình thường, báo lỗi hoặc không trả về nếu cólỗi xảy ra

o ATEx: Bật (x=1) hoặc tắt (x=0) chế độ phản hồi lệnh vừa gửi (nên tắt đi)

o AT+CPIN? : Kiểm tra Simcard

o Trả về: +CPIN: READY OK (nếu tìm thấy simcard)

o AT+CSQ: Kiểm tra chất lượng sóng

o Trả về: +CSQ: xx,0 OK (xx là chất lượng sóng, tối đa là 31)

o AT+COPS? : Kiểm tra tên nhà mạng

Trả về: +COPS: 0, 0,” Viettel Mobile” OK (nhận dạng được nhà mạng làViettel Mobile)

Trả về: +COPS: 0 (không thấy nhà mạng)

Các lệnh gọi điện

o ATD0123456789: Gọi điện cho số điện thoại 0123456789

o ATA: Chấp nhận cuộc gọi đến

o ATH: Hủy cuộc gọi

o AT+CUSD= 1: Chuyển chế độ USD để tra số dư tài khoản

o ATD*101#: Kiểm tra tài khoản

Trả về: +CUSD: 0, “Tai khoan goc cua quy khach la …

Các lệnh nhắn tin

o AT+CMGF=x: Cấu hình tin nhắn (x=0: DPU, x=1: dạng ký tự)

o AT+CNMI=2, x, 0, 0: Chọn x=1 (chỉ báo vị trí lưu tin nhắn) hoặc x=2 (hiển thị ra ngay nội dung tin nhắn)

Trả về: +CMTI: “SM”,3 (x=1)Trả về: +CMT: “+84938380171″,””,”17/07/30,14:48:09+28″

noidungtinnhan

o AT+CMGR=x: Đọc tin nhắn tại vị trí lưu x

o AT+CMGD=x: Xóa tin nhắn được lưu ở vị trí x

o AT+CMGS=”sodienthoai”: Gửi tin nhắn cho sodienthoai, sau dòng lệnhnày sẽ nhận được ‘>’ (mã HEX là 0x3C), bây giờ có thể nhập vào nộidung tin nhắn, nhập tiếp 0x1A để gửi tin nhắn đi hoặc 0x1B để hủy gửitin nhắn

2.2.6 Mạch giảm áp LM2596S

o Nguồn đầu vào từ 4V - 35V

o Nguồn đầu ra: 1V - 30V

o Dòng ra Max: 3A

o Kích thước mạch: 53 (mm) x26 (mm)

2.3 CÁC CHUẨN GIAO TIẾP ĐƯỢC SỬ DỤNG

2.3.1 Giao tiếp I2C

Hình 2- 11 LM2596S

Trong đề tài chuẩn I2C được sử dụng để giao tiếp giữa vi VĐK với cảm biếngia tốc ADXL345, màn hình Oled.

I2C là tên viết tắt của cụm từ Inter-Intergrated Circuit Đây là đường Bus giaotiếp giữa các IC với nhau I2C mặc dù được phát triển bới Philips, nhưng nó đã đượcrất nhiều nhà sản xuất IC trên thế giới sử dụng I2C trở thành một chuẩn công nghiệpcho các giao tiếp điều khiển, có thể kể ra đây một vài tên tuổi ngoài Philips như: TexasIntrument(TI), MaximDallas, analog Device, National Semiconductor

Một thiết bị hay một IC khi kết nối với bus I2C, ngoài một địa chỉ (duy nhất) đểphân biệt, nó còn được cấu hình là thiết bị chủ hay tớ Quyền điều khiển thuộc về thiết

bị chủ Thiết bị chủ nắm vai trò tạo xung đồng hồ cho toàn hệ thống, khi giữa hai thiết

bị chủ-tớ giao tiếp thì thiết bị chủ có nhiệm vụ tạo xung đồng hồ và quản lý địa chỉ củathiết bị tớ trong suốt quá trình giao tiếp Thiết bị chủ giữ vai trò chủ động, còn thiết bị

tớ giữ vai trò bị động trong việc giao tiếp

I2C sử dụng 2 đường tín hiệu:

 SCL là đường xung clock do VĐK phát đi thường là 100kHz hoặc 400kHz(trong đề tài sử dụng 400kHz)

 SDA đường dữ liệu hai hướng

2.3.2 Giao tiếp UART

UART: Viết tắt là Universal Synchronous & Asynchronous serial Reveiver andTransmitter nghĩa là bộ truyền nhận nối tiếp đồng bộ và không đồng bộ UART khôngphải là 1 chuẩn truyền thông, khi muốn nó là 1 chuẩn truyền thông hoặc truyền data đi

Hình 2- 12 Giao tiếp I2C

xa, chúng ta cần phải sử dụng các IC thông dụng như MAX232CP, SP485EEN…đểtạo thành các chuẩn giao tiếp đáng tin cậy như RS485 hay RS232

Giao tiếp giữa 2 UART với nhau, có hai loại UART có sẵn là truyền UART vànhận UART và giao tiếp giữa hai loại này có thể được thực hiện trực tiếp với nhau.Đối với điều này, chỉ cần hai cáp để giao tiếp giữa hai UART Luồng dữ liệu sẽ từ cảhai chân truyền (Tx) và nhận (Rx) của UARTs Trong UART, việc truyền dữ liệu từ

Tx UART sang Rx UART có thể được thực hiện không đồng bộ (không có tín hiệuCLK)

CHƯƠNG III: THIẾT KẾ, TÍNH TOÁN

3.1 SƠ ĐỒ KHỐI

Chức năng các khối:

 Khối điều khiển: điều khiển hoạt động của hệ thống

 Khối nguồn: cấp nguồn cho cho hệ thống hoạt động

 Khối cảm biến: cung cấp giá trị nhịp tim và gia tốc góc

 Khối giao tiếp: truyền nhận dữ liệu giữ VĐK với websever, gởi SMS

 Khối hiện thị: hiện thị thông tin ngày giờ, giá trị nhịp tim

 Khối cảnh báo: phát loa cảnh báo khi có dấu hiệu té ngã

3.1.1 Khối điều khiển

Khối xử lý là khối quan trọng nhất có chức năng truyền, nhận dữ liệu và xử lý tínhiệu STM23F103C6T8 là một VĐK 32bit, tốc độ xử lý nhanh, giá thành thấp, đượcứng dụng rộng rãi, có nhiều nguồn tham khảo, kích thước nhỏ gọn… nên rất thích hợpvới đề tài của nhóm

Hình 3- 1 Sơ đồ khối

Khối

cảm biến

Khối hiển thị

Khối giao tiếp

Khối nguồn Khối điều khiển

3.1.2 Khối cảm biến

3.1.2.1 Cảm biến nhịp tim Pulse sensor

Là một cảm biến với ngõ ra Analog, cho hình dạng chính xác của tín hiệu hơn

so với các cảm biến nhịp tim như MAX30100, MAX30102…Tuy nhiên Pulse sensor

có nhược điểm là dể bị nhiễu bởi các nguồn sáng khác, khi cử động mạnh

Nguyên lí hoạt động:

Dựa trên nguyên lí hấp thụ quang học [6]

Khi tim đập máu sẽ dồn đi khắp cơ thể thông qua các động mạch, tạo nên sựthay đổi về áp suất trên thành mạch và lượng máu chạy qua động mạch

Khi lượng máu qua động mạch thay đổi sẽ làm thay đổi mức độ hấp thụ ánhsang của động mạch, do đó một tia sáng khi truyền qua động mạch thì cường độ ánhsáng sau khi truyền sẽ biến thiên đồng bộ theo nhịp tim

Khi tim dãn ra (tâm trương) lượng máu qua động mạch ít nên ánh sáng sau khitruyền qua động mạch có cường độ lớn

Khi tim co lại (tâm thu) lượng máu qua động mạch nhiều, ánh sáng sau khitruyền qua có cường độ nhỏ

Hình 3- 2 Dạng sóng nhịp tim

3.1.2.2 Cảm biến gia tốc ADXL345

Sense Electronics nhận tín hiệu từ cảm biến 3 trục (3-axis sensor) và so sánhvới điện áp chuẩn Ngõ ra của Sense được đưa đến bộ giải mã ADC, sau đó là bộ lọc

số Ở trên thiết bị, bộ xử lý trung tâm nhận tín hiệu từ cảm biến thông qua chuẩn giáotiếp I2C Ngõ ra là mức biên độ tín hiệu có dao động ±4g (với g=9.8m/s2 là gia tốctrọng trường) Người dùng có thể lựa chọn độ dao động ngõ ra là ±2g, ±4g, ±8g và

±16g với tối đa 13bit cho một tín hiệu có độ dao động ±16g

Nguyên lí hoạt động

Một lớp giảm sốc hoạt động như lò xo, thường là không khí hoặc chất lỏng,được nén kín trong IC Một khối thứ 2 được đặt ở giữa lớp giảm sốc đo Khi xảy rarung lắc, khối thứ 2 sẽ di chuyển bên trong IC, sự di chuyển này tuân theo định luật 2Newton F=ma (F là lực tác động, m là khối lượng của vật và a là gia tốc) Khối giảmsốc sẽ làm giảm cường độ của lực đặt mức độ hệ thống có thể đo được

Cảm biến áp điện hoạt động dựa trên đặc tính của một số bán dẫn thay đổi điện

áp theo cường độ lực tác dụng lên chúng Khi có áp lực tác động lên tinh thể bán dẫn,

Hình 3- 3 Sơ đồ khối cảm biến ADXL345

các điện tích ngược dấu sẽ được sinh ra trên bề mặt của chúng tạo thành một nguồnđiện.

Các giá trị mặc định của cảm biến khi đặt cố định trong không gian:

Vì trong không gian luôn tồn tại gia tốc trọng trường, vì thế nếu đặt thiết bị ở vịtrí cố định thì bất cứ trục nào hướng lên trên sẽ có giá trị là 1g [7]

3.1.3 Khối hiện thị

Sử dụng màn hình để hiển thị thông tin nhịp tim, thời gian Màn hình OLed vớikích thước nhỏ gọn, tiết kiệm năng lượng, chất lượng hiện thị tốt…sử dụng giao tiếpI2C tiết kiệm chân cho VĐK

3.1.4 Khối giao tiếp

Với chức năng đưa dữ liệu lên websever và có thêm thẻ SIM cho phép gọi, gởiSMS nên Moduel SIM800L được chọn để sử dụng

3.1.5 Khối nguồn

Thiết bị được thiết để để đeo ở tay, vì vậy nguồn pin là sự lựa chọn phù hợp

Hình 3- 5 Sự thay đổi giá trị các trục theo hướng đặt cảm biến