LỜI CẢM ƠNDự án “Hộp thuốc thông minh” là một mô hình thiết bị đã được em và thầy hướng dẫn đầu tư nhiều tâm huyết, thời gian và kinh phí để nghiên cứu thành công, hoàn thành kế hoạch để tham gia cuộc thi đúng theo dự kiến.Em xin gửi lời biết ơn chân thành và sâu sắc tới thầy, cô đã tận tình hướng dẫn em trong quá trình nghiên cứu, làm dự án. Thầy đã cũng cố lại căn bản cũng như nâng cao cho em những kiến thức về vật lý. Từng bước hướng dẫn em tìm hiểu về ngôn ngữ lập trình Arduino để từ đó em có thể viết code cho những thiết bị đơn giản. Trong cuộc cách mạng công nghệ 4.0, trí tuệ nhân tạo, công nghệ mới hiện diện trong mọi lĩnh vực đời sống xã hội, giúp con người giảm bớt sức lao động mà vẫn đạt năng suất cao và an toàn. Được xem là chìa khóa của thành công trong tương lai. Con kính gửi lời cảm ơn sâu sắc nhất đến bố mẹ, người đã vất vả sinh thành, nuôi dưỡng, luôn động viên tinh thần và tạo điều kiện, hỗ trợ giúp con có động lực để vượt qua những khó khăn, thử thách từ những ngày đầu đến với cuộc thi. Em xin gửi lời cảm ơn chân thành đến BGH đã tạo mọi điều kiện tốt nhất cho em hoàn thành dự án.Cuối cùng, xin cảm ơn tất cả mọi người đã giúp đỡ, ủng hộ, động viên em trong thời gian tham gia cuộc thi. Để đáp lại sự mong đợi của tất cả mọi người, em xin hứa sẽ không ngừng cố gắng học tập, trau dồi nền kiến thức căn bản ở bậc THPT để sau này có nguồn kiến thức khoa học nghiên cứu, sáng tạo ra những sản phẩm khoa học hữu ích đóng góp một phần tri thức nhỏ bé của mình cho sự phát triển của đất nước.…………., tháng……. năm 20….Học sinh:
LỜI CẢM ƠN Dự án “Hộp thuốc thông minh” mơ hình thiết bị em thầy hướng dẫn đầu tư nhiều tâm huyết, thời gian kinh phí để nghiên cứu thành cơng, hồn thành kế hoạch để tham gia thi theo dự kiến Em xin gửi lời biết ơn chân thành sâu sắc tới thầy, tận tình hướng dẫn em trình nghiên cứu, làm dự án Thầy cố lại nâng cao cho em kiến thức vật lý Từng bước hướng dẫn em tìm hiểu ngơn ngữ lập trình Arduino để từ em viết code cho thiết bị đơn giản Trong cách mạng công nghệ 4.0, trí tuệ nhân tạo, cơng nghệ diện lĩnh vực đời sống xã hội, giúp người giảm bớt sức lao động mà đạt suất cao an tồn Được xem chìa khóa thành cơng tương lai Con kính gửi lời cảm ơn sâu sắc đến bố mẹ, người vất vả sinh thành, nuôi dưỡng, động viên tinh thần tạo điều kiện, hỗ trợ giúp có động lực để vượt qua khó khăn, thử thách từ ngày đầu đến với thi Em xin gửi lời cảm ơn chân thành đến BGH tạo điều kiện tốt cho em hoàn thành dự án Cuối cùng, xin cảm ơn tất người giúp đỡ, ủng hộ, động viên em thời gian tham gia thi Để đáp lại mong đợi tất người, em xin hứa không ngừng cố gắng học tập, trau dồi kiến thức bậc THPT để sau có nguồn kiến thức khoa học nghiên cứu, sáng tạo sản phẩm khoa học hữu ích đóng góp phần tri thức nhỏ bé cho phát triển đất nước …………., tháng…… năm 20… Học sinh: Trang DANH MỤC HÌNH ẢNH STT 01 02 03 04 05 06 07 08 09 10 11 12 13 14 15 16 Tên hình Hình II.3 Hình II.3.5.a Hình II.3.5.b Hình III.1.a Hình III.1.b Hình III.2.a Hình III.2.b Hình III.2.c Hình III.3 Hình III.4 Hình III.5 Hình III.6 Hình III.7 Hình III.8 Hình III.9a, b Hình IV.1 17 Hình IV.2 18 Hình IV.3 Ý nghĩa Sơ đồ tiến trình thực Mơ hình hộp thuốc Hộp thuốc sau thi công Tạo app smartphone Chức hẹn smartphone Arduino mega 2650 Thành phần Arduino mega 2650 Sơ đồ kết nối Arduino mega 2650 Mạch Mạch Khuếch Đại Âm Thanh TDA7266 Mạch thu phát Bluetooth HC-05 Mạch ghi đọc thẻ micro SD Mạch SIM900a mini với Arduino Mạch thời gian thực DS3231 Arduino Ethernet Shield Bộ cảm biến nhịp tim ECG Sơ đồ nguyên lý thiết bị Arduino mega 2560 dã kết nối với sim 900a,mạch thu phát bluetooth HC – 05 SD car Thiết bị sau thi cơng hồn thiện Trang THIẾT BỊ HỘP THUỐC THÔNG MINH I Ý TƯỞNG Sức khỏe tài sản lớn người Xã hội ngày phát triển việc chăm sóc sức khỏe quan tâm Hiện nay, người mắc nhiều loại bệnh Đơn giản bệnh nhẹ bệnh nặng phải điều trị thời gian lâu dài lịch trình cụ thể khoa học từ bác sỹ Việc uống thuốc điều trị đặc biệt quan trọng việc chữa bệnh lâu dài Uống thuốc liều lượng góp phần giảm tình trạng bệnh chữa lành loại bệnh Khi gặp vấn đề tình trạng bệnh, thường đổ lỗi thuốc chất lượng dùng sai thuốc, nghĩ đến chuyện uống thuốc chưa Ngay có định bác sĩ số người khơng bận tâm đến việc uống thuốc điều ảnh hưởng nghiêm trọng đến việc điều trị tạo điều kiện cho tai biến thuốc xảy Thực tế cho thấy số người mắc bệnh tim quên uống thuốc nên xảy trường hợp đáng tiếc Hoặc số người vô bận rộn với công việc nên quên uống thuốc Dùng thuốc lúc tốt Trái lại, dùng thuốc sai không khỏi bệnh mà cịn làm rối loạn cấu trúc sinh học thể Một số người già sử dụng thuốc sai liều lượng Từ vấn đề đó, em đưa ý tưởng chế tạo hộp thuốc thông minh nhằm nhắc nhờ thời gian liều lượng thuốc cho người bệnh nhằm tăng hiệu thuốc liệu trình điều trị bệnh II TỔNG QUÁT DỰ ÁN II.1 Mục đích Khuyến khích học sinh trung học nghiên cứu khoa học; sáng tạo kỹ thuật, công nghệ vận dụng kiến thức môn học vào giải vấn đề thực tiễn mục đích thi Khoa học kỹ thuật dành cho học sinh trung học Với dự án “Hộp thuốc thơng minh” sau hồn thiện sản phẩm, người thực cần đạt được: • • Hiểu, biết làm chủ ngơn ngữ lập trình Arduino Nắm nguyên lý hoạt động thiết bị điện tử Vận dụng kiến thức vật lý vào thiết kế mơ hình Trang • Tổng quan tầm ứng dụng sản phẩm vào thực tiễn sống II.2 Mục tiêu Dựa ý tưởng, phân tích, lên kế hoạch nghiên cứu để thực dự án nhằm • • • đạt mục tiêu: Thiết bị đạt độ khả thi định Có khả cải tiến hoàn thiện sản phẩm để đáp ứng nhu cầu thực tế Có khả nâng cấp: Trên cở sở nghiên cứu, thực hỗ trợ tối đa cho người bệnh uống thuốc báo rung với cảm biến đeo tay người bệnh Khi tới thời gian uống thuốc cảm biến rung kết hợp với đèn báo làm cho người bệnh uống thuốc Có thể lưu trữ đơn thuốc sử dụng II.3 Trình tự thực II.3.1 Phương pháp nghiên cứu lý thuyết • Nghiên cứu tính chất từ trường, xây dựng, thiết kế mạch cảm biến kim loại • Nghiên cứu cách thức thiết kế vận hành gọn nhẹ, hiệu tốn lượng II.3.2 Thiết bị nghiên cứu Sử dụng phần nềm: Lập trình mơ điện tử Proteus • Phần mềm lập trình Arduino 1.6.7 II.3.3 Sơ đồ tiến trình thực dự án • Trang Hình II.3: Sơ đồ tiến trình thực Đọc, nghiên cứu tài liệu liệu linh kiện điện tử; liệu mạch điện tử; Tài liệu kết nối cho linh liện; Tài liệu ngơn ngữ lập trình Arduino II.3.4 • Tài • Tài • • Giới thiệu Arduino Hiện phần mềm PC chiếm khoảng 10% sản lượng phần mềm thị trường 90% lại code điều khiển tivi, máy giặt, điều hòa, tủ lạnh tóm lại tất thiết bị điện tử xung quanh bạn Đây mảng theo thú vị Lập trình theo hướng gọi embedded computing, hay physical computing, tức lập trình để người tương tác với thiết bị thực Để người thiết kế nhanh chóng đưa mẫu thể ý tưởng mình, cần phải có platform để dễ dàng prototyping Và platform sử dụng nhiều prototyping Arduino Các ứng dụng Arduino Robot: Arduino dùng để làm xử lý trung tâm nhiều loại robot Đó • nhờ vào khả đọc thiết bị cảm biến, điều khiển động cơ, Arduino Game tương tác: dùng Arduino để tương tác với Joystick, hình, • để chơi trị Tetrix, Mario • Máy bay khơng người lái • Mơ Ipod : II.3.5 Lập phương án thiết kế thi công a Phương án thiết kế khay đựng thuốc • Chia thành 10 khay đựng thuốc riêng biệt • b phần cứng Một đế đặt khay thuốc Thi công Trang Hình II.3.5.a: Mơ hình hộp thuốc Hình II.3.5.b: Hộp thuốc sau thi cơng II.3.6 Lập trình điều khiển thiết • Lập trình cho Arduino Mega 2560 • Chương trình Arduino bao gồm: bị Chương trình điều khiển nhận tín hiệu Chương trình nhận tín hiệu từ thiết bị đến Serial Tiến hành kết nối thiết bị với Arduino mega 2650 Arduino 1.7.6 Chạy thực tế, thu thập liệu kết Khắc phục cố (nếu có) Kiểm tra tổng thể, đánh giá kết • • • • Trang III CÁC THIẾT BỊ ĐƯỢC TÍCH HỢP III.1 Thiết lập app cài đặt lịch điện thoại Hình III.1.a Tạo app smartphone Trang Hình III.1.b Chức hẹn liều lượng thuốc smartphone III.2 Sử dụng Arduino mega 2560 • Chức năng: Điều khiển, phân tích kết nối vi điều khiển thiết bị Trang Hình III.2.a: Arduino mega 2560 Thành phần Arduino mega 2560 Hình III.1.b: Thành phần Arduino mega 2560 Arduino Mega2560 vi điều khiển cách sử dụng ATmega2560 Bao gồm: • • 54 chân digital (15 sử dụng chân PWM) 16 đầu vào analog, • UARTs (cổng nối tiếp phần cứng), • thạch anh 16 MHz, • cổng kết nối USB, Trang • jack cắm điện, • đầu ICSP, • nút reset Sơ đồ kết nối linh kiện Arduino Mega Arduino Megas có sơ đồ linh kiện hình sau • • • Hình III.2c: Sơ đồ kết nối Arduino mega 2560 Code điều khiển gồm mục: Khai báo biến Xử lý Điều khiển III.3 Mạch Thu Phát Bluetooth HC-05 • Chức năng: Kết nối điện thoại thông minh với thiết bị Trang 10 Hình III.3: Mạch thu phát Bluetooth HC-05 Giới thiệu Mạch thu phát Bluetooth HC-05 chân thiết kế nhỏ gọn chân tín hiệu giao tiếp nút bấm để vào chế độ AT COMMAND, mạch thiết kế để cấp nguồn giao tiếp qua 3.3VDC 5VDC, thích hợp cho nhiều ứng dụng khác nhau: Robot Bluetooth, điều khiển thiết bị qua Bluetooth, Khi kết nối với máy tính, HC-05 nhận cổng COM ảo chế độ truyền Haft Duplex tức thời điểm truyền nhận tín hiệu Thơng số kỹ thuật: • Điện áp hoạt động: 3.3 ~ 5VDC • Mức điện áp chân giao tiếp: TTL tương thích 3.3VDC 5VDC • Dịng điện hoạt động: Pairing 30 mA, sau pairing hoạt động truyền nhận bình thường mA • Baudrate UART chọn được: 1200, 2400, 4800, 9600, 19200, 38400, 57600, 115200 • Support profiles: Bluetooth serial port (master and slave) • Bluetooth protocol: Bluetooth specification v2.0 + EDR • Frequency: 2.4 GHz ISM band • Modulation: GFSK (Gaussian frequency shift keying) Trang 11 • Transmit power: =4 dBm, class • Sensitivity: =-84 dBm at 0.1% BER • Rate: Asynchronous: 2.1 Mbps (max.)/160 kbps • Synchronous: Mbps/1 Mbps • Security features: authentication and encryption • Kích thước: 15.2 x 35.7 x 5.6mm Thiết lập mặc định: • Thiết lập UART mặc định: Baudrate 38400 9600, N, 8, • Pairing code mặc định: 1234 0000 III.4 Mạch Khuếch Đại Âm Thanh TDA7266 • Chức năng: Khuếch đại âm từ loa Hình III.4: Mạch Mạch Khuếch Đại Âm Thanh TDA7266 Giới thiệu Mạch khuếch đại âm TDA7266 sử dụng để làm ứng dụng phát âm thanh, khuếch đại âm thanh, Amply Mini, , mạch có thiết kế nhỏ gọn, sử dụng nguồn DC với khả khuếch đại kênh (Stereo) lúc, phù hợp cho vô số ứng dụng khác Trang 12 Thông số kỹ thuật: Điện áp hoạt động: 3V ~ 18V Hai kênh, cơng suất kênh là: 7W Có biến trở board để điều chỉnh đầu âm Tự ngắt ngắn mạch Phát nhiệt Kích thước: 45 x 33 x 27 (mm) • • • • • • III.5 Sử dụng module SIM900a mini với Arduino- Module nhắn tin với Arduino • Chức năng: Gửi SMS từ thiệt bị tới điện thoại Hình III.5: Mạch SIM900a mini với Arduino Giới thiệu Những dự án xây dựng hệ thống điều khiển từ xa, gửi nhận liệu thu thập từ cảm biến nơi khơng có internet sử dụng sóng điện thoại giải pháp chi phí rẻ, bất chấp khoảng cách độ ổn định cao Với Modul sim 900a kết hợp với mạch xử lý arduino uno mega bạn làm nhiều hệ thống tương đối tốt ứng dụng vào thực tế định vị, hệ thống điều khiển thiết bị từ xa qua điện thoại, sms makerting, Nối mạch Modul sim900a mini hàn thêm diot vào chân vcc tụ 2200uF/10V để sử dụng nguồn 5v từ mạch arduino • 5V nối với chân 5V board Arduino Trang 13 • GND nối với chân GND board Arduino • TX nối với chân 51/2 board Arduino MEGA/UNO • RX nối với chân 50/3 board Arduino MEGA/UNO • PWR: Đây chân bật tắt modul sim900a • SPK: Chân cần kết nối bạn muốn xuất âm loa thoại • MIC: Chân cần kết nối bạn muốn tạo mic để đàm thoại Các chức • Gọi điện Nhận gọi • Gửi tin nhắn • Nhận tin nhắn • Xóa tin nhắn • Đọc tin nhắn • GPS • GPRS • Etc • III.6 Mạch Ghi Đọc Thẻ Micro SD • Chức năng: Nhận xử lí file âm Trang 14 Hình III.6: Mạch ghi đọc thẻ micro SD • Mini SD Card Module làm ứng dụng trở nên dễ dàng đơn giản Nó dễ dàng giao tiếp thiết bị ngoại vi để kết nối đến vi điều khiển Qua chương trình bạn đọc viết trực tiếp lên SD Card Có thể sử dụng cho phát nhạc MP3, hệ thống vi điều khiển thông qua chuẩn giao tiếp SPI Các ngõ module: 3.3V, CS, MISO, MOSI, CLK, GND Kích thước: 18.5 x 17.5mm III.7 Mạch thời gian thực RTC DS3231 • Chức năng: Gửi thời gian thiết bị • • Hình III.7: Mạch thời gian thực DS3231 DS3231 IC thời gian thực giá rẻ, xác với thạch anh tích hợp sẵn có khả điều chỉnh nhiệt IC có đầu vào cho pin riêng, tách biệt khỏi nguồn đảm Trang 15 bảo cho việc giữ thời gian xác Thạch anh tích hợp sẵn giúp tăng độ xác thời gian dài hoạt động giảm số lượng linh kiện cần thiết làm board Size: dài 38mm, rộng 22mm, cao 14mm • Điện hoạt động 3.3 - 5.5V • Kèm thêm memory IC AT24C32 (32k bits) III.8.Arduino ethernet shield • Chức năng: Kết nối xử lí thông tin từ Internet tới thiết bị ngược lại • Arduino Ethernet Shield sử dụng chip W5100 cho tốc độ khả kết nối ổn định nhất, thư viện kèm phần cứng với cách kết nối dễ dàng khiến cho việc kết vối Arduino với Ethernet đơn giản hết, thích hợp để làm ứng dụng điều khiển thiết bị qua Ethernet, Ethernet Controller Thơng số kỹ thuật: • Để sử dụng phải có board mạch Arduino kèm • Hoạt động điện áp 5V (được cấp từ mạch Arduino) • Chip Ethernet: W5100 với buffer nội 16K • Tốc độ kết nối: 10/100Mb • Kết nối với mạch Arduino qua cổng SPI • Thư viện code mẫu có sẵn chương trình Arduino Hình III.8: Arduino Ethernet Shield III.9 Bộ Cảm biến nhịp tim ECG • Chức năng: Xử lí, ghi kết gửi thơng tin thiết bị Bộ Cảm Biến Đo Nhịp Tim ECG ( Chính Hãng Dfrobot ) sử dụng chíp AD8232 để đo hoạt động nhịp tim Khi kết nối với board mạch Arduino bạn Trang 16 sử dụng tính "Serial Plotter" Arduino xem kết ECG vẽ máy tính Thơng số kỹ thuật • Điện áp đầu vào: 3.3 - 6V ( Khuyến cáo sử dụng nguồn 5V ) • Điện áp đầu ra: - 3.3V • Tín hiệu xuất ra: Analog • Dịng hoạt động: