BÁO CÁO MÔN HỌC CƠ SỞ DỮ LIỆU đề TÀI UTC CARE

TRƯỜNG ĐẠI HỌC GIAO THÔNG VẬN TẢI KHOA ĐIỆN - ĐIỆN TỬ BỘ MÔN ĐIỀU KHIỂN HỌC *********** BÁO CÁO MÔN HỌC CƠ SỞ DỮ LIỆU ĐỀ TÀI: UTC CARE Giáo viên hướng dẫn: Trần Ngọc Tú Nhóm thực hiện: Trần Mạnh Thắng (171602119) Cấn Ngọc Sơn (171600540) Lớp: Tự động hóa K58 Hà Nội – 2020 MỤC LỤC Lời nói đầu CHƯƠNG 1: CƠ SỞ LÝ THUYẾT Giải pháp điều khiển, vận hành giám sát hệ thống 2 Giới thiệu chung công nghệ RFID .2 CHƯƠNG THIẾT KẾ PHẦN CỨNG CHO HỆ THỐNG UTC CARE Thiết kế hệ thống .4 Thiết kế phần cứng 2.1 Vi điều khiển STM32F103C8T6 Blue Pill ARM Cortex-M3 2.2 Module RFID RC522 13.56MHz: 10 2.3 Module mạch nguồn LM2596 11 2.4 Màn Hình Oled 1.3 Inch 12 2.5 Cảm biến nhịp tim, oxi máu MAX30100 13 2.6 Module đo nhiệt độ hồng ngoại GY-906 Error! Bookmark not defined.4 2.8 Adruno nano 155 CHƯƠNG 3: SƠ ĐỒ KHỐI CHỨC NĂNG VÀ MẠCH PCB 177 Sơ đồ khối chức 177 Mạch PCB & Mơ hình thực tế 199 CHƯƠNG 4: XÂY DỰNG MƠ HÌNH HỆ THỐNG UTC CARE 233 Quy trình vân hành .233 Giao diện trên phần mềm Visual Studio .233 Lời nói đầu Kể từ tháng 3/2020, việc bùng phát dịch bệnh viêm đường hô hấp cấp chủng vi-rút Corona (COVID-19) tun bố tình trạng y tế cơng cộng khẩn cấp gây quan ngại quốc tế loại vi-rút lan rộng nhiều quốc gia vùng lãnh thổ Trong dịch COVID-19 tiếp tục có mặt nhiều nơi, cộng đồng cần hành động để ngăn chặn nguy lây lan diện rộng, giảm thiểu mức độ ảnh hưởng dịch bệnh hỗ trợ biện pháp kiểm soát Trong bối cảnh đại dịch COVID-19 cịn kéo dài, kinh tế giới cịn tiềm ẩn nhiều yếu tố bất định, khó lường, cần phải chủ động phịng ngừa, ứng phó với dịch bệnh Tránh để dịch bệnh lây lan cộng đồng gây kiểm sốt tình hình dịch bệnh Nhận thấy rõ yếu tố cần thiết việc kiểm tra, đánh giá sức khỏe sinh viên, giảng viên nhà trường tình hình dịch bệnh diễn biến phức tạp Cùng với ứng dụng môn học CƠ SỞ DỮ LIỆU thầy giáo Trần Ngọc Tú giảng dạy Nhóm chúng em phát minh đề tài: Nghiên cứu xây dựng hệ thống UTC CARE, giúp kiểm tra theo dõi sức khỏe người CHƯƠNG 1: CƠ SỞ LÝ THUYẾT Giải pháp điều khiển, vận hành giám sát hệ thống Để đảm bảo việc kiểm tra sức khỏe người, hệ thống tích hợp cảm biến cảm biến đo nhịp tim huyết áp, cảm biến đo thân nhiệt với độ xác cao ổn định Hệ thống có sử dụng hình Oled để hiển thị kết đến người Ngồi hệ thống thẻ từ RFID tích hợp sẵn thẻ sinh viên người giúp hệ thống phân biệt, thu thập liệu người sử dụng hệ thống Giới thiệu chung công nghệ RFID Công nghệ RFID” (Radio Frequency Identification) cơng nghệ nhận dạng đối tượng sóng vơ tuyến, cho phép thiết bị đọc thông tin chứa chip không cần tiếp xúc trực tiếp, không thực giao tiếp vật lý hai vật khơng nhìn thấy Kỹ thuật RFID sử dụng truyền thơng khơng dây dải tần sóng vơ tuyến để truyền liệu từ tag (thẻ) đến reader (bộ đọc) Tag đính kèm gắn vào đối tượng nhận dạng chẳng hạn sản phẩm, hộp giá kê Reader scan liệu tag gửi thông tin đến sở liệu tag Thành phần hệ thống RFID Các hệ thống RFID tồn có nhiều dạng khác nhau, thành phần sản xuất nhiều nhà sản xuất khác hệ thống RFID bao gồm có thành phần sau:  Đầu đọc: thành phần bắt buộc hệ thống RFID, sử dụng để đọc ghi liệu đến thẻ RFID  Thẻ RFID: thành phần bắt buộc, thiết bị dùng để truyền liệu đến đầu đọc, liệu mang thông tin định dạng cho đối tượng (hoặc đối tượng nhận dạng)  Anten: thành phần bắt buộc, để thực việc truyền thông thẻ đầu đọc  Mạch điều khiển (Controller): thành phần bắt buộc Tuy nhiên, hầu hết reader có thành phần gắn liền với chúng  Cảm biến (sensor), cấu chấp hành (actuator) bảng tín hiệu điện báo (annunciator): thành phần hỗ trợ trình nhập xuất hệ thống  Máy chủ hệ thống phần mềm: Về mặt lý thuyết, hệ thống RFID hoạt động độc lập khơng có thành phần Thực tế, hệ thống RFID gần khơng có ý nghĩa khơng có thành phần  Cơ sở hạ tầng truyền thơng: thành phần bắt buộc, gồm hai mạng có dây khơng dây phận kết nối để kết nối thành phần liệt kê với để chúng liên lạc với hiệu Hình 1: Sơ đồ khối RFID Về dải tần hoạt động hệ thống RFID Khi phải lựa chọn hệ thống RFID, yêu cầu chọn dải tần hoạt động hệ thống  Tần số thấp - Low frequency 125 KHz: Dải đọc ngắn tốc độ đọc thấp  Dải tần cao - High frequency 13.56 MHz: Khoảng cách đọc ngắn tốc độ đọc trung bình Phần lớn thẻ Passive sử dụng dải  Dải tần cao - High frequency: Dải đọc từ ngắn đến trung bình, tốc độ đọc trung bình đến cao Phần lớn thẻ Active sử dụng tần số  Dải siêu cao tần - UHF frequency 860-960 MHz Dải đọc rộng Tốc độ đọc cao Phần lớn dùng thẻ Active số thẻ Passive cao tần sử dụng dải  Dải vi sóng - Microwave 2.45-5.8 GHz: Dải đọc rộng tốc độ đọc lớn CHƯƠNG THIẾT KẾ PHẦN CỨNG CHO HỆ THỐNG UTC CARE Thiết kế hệ thống Sơ đồ khối chức hệ thống mô tả hình Hoạt động khối sơ đồ sau: • Thơng tin người kiểm tra đc đọc từ RFID • Hệ thống cảm biến đọc đưa số liệu • Màn hình hệ thống hiển thị kết đo người vào kiểm tra • Thơng tin, liệu đo lưu vào hệ thống sở liệu Thiết kế phần cứng 2.1 Vi điều khiển STM32F103C8T6 Blue Pill ARM Cortex-M3 KIT Blue Pill sử dụng chip STM32F103c8t6 dịng chip phổ thơng STM, có đầy đủ ngoại vi bản, nhớ vừa đủ giá thành rẻ, phù hợp với người bắt đầu Một số ứng dụng chính: dùng cho driver để điều khiển ứng dụng, điều khiển ứng dụng thông thường, thiết bị cầm tay thuốc, máy tính thiết bị ngoại vi chơi game, GPS bản, ứng dụng công nghiệp, thiết bị lập trình PLC, biến tần, máy in, máy quét, hệ thống cảnh báo, thiết bị liên lạc nội bộ… Phần mềm lập trình: có nhiều trình biên dịch cho STM32 IAR Embedded Workbench, Keil C… Ở sử dụng Keil C nên viết sau đề cập đến Keil C Thư viện lập trình: có nhiều loại thư viện lập trình cho STM32 như: STM32snippets, STM32Cube LL, STM32Cube HAL, Standard Peripheral Libraries, Mbed core Mỗi thư viện có ưu khuyết điểm riêng, xin phép sử dụng Standard Peripheral Libraries đời lâu thơng dụng, hỗ trợ nhiều ngoại vi dễ hiểu rõ chất lập trình Mạch nạp: có nhiều loại mạch nạp : ULINK, J-LINK , CMSIS-DAP, STLINK… sử dụng Stlink giá thành rả debug lỗi tốt Board để lập trình: bạn mua sẵn số kit chân có sẵn thị trường thiết kế board dành riêng cho thân Ở thiết kế board tích hợp sẵn mạch nạp, test chạy ổn, debug Keil C giống với phiên STlink V2 thị trường Nói chung sử dụng đồ tự làm thú vị Đây board mình: cổng Mini USB dùng để cấp nguồn, nạp debug  MCU bao gồm MCU nạp MCU dùng để lập trình  Có chân Output riêng cho chân mạch nạp MCU1  Có chân Output đầy đủ cho chân MCU2  Chân cấp nguồn ngồi riêng cho MCU2 khơng sử dụng nguồn từ USB  Thạch anh 32,768khz dùng cho RTC Backup  Chân nạp dùng cho chế độ nạp boot loader  Nút Reset led hiển thị chân PB9, led báo nguồn cho MCU2 Cấu hình chi tiết STM32F103C8T6:  ARM 32-bit Cortex M3 với clock max 72Mhz   Bộ nhớ: 64 kbytes nhớ Flash (bộ nhớ lập trình) o 20kbytes SRAM Clock, reset quản lý nguồn o Điện áp hoạt động 2.0V -> 3.6V o Power on reset(POR), Power down reset(PDR) programmable voltage detector (PVD) o Sử dụng thạch anh từ 4Mhz -> 20Mhz o Thạch anh nội dùng dao động RC mode 8Mhz 40khz o Sử dụng thạch anh 32.768khz sử dụng cho RTC Trong trường hợp điện áp thấp: o Có mode: ngủ, ngừng hoạt động hoạt động chế độ chờ o Cấp nguồn chân Vbat pin để hoạt động RTC sử dụng lưu trữ data nguồn cấp ADC 12 bit với kênh cho o Khoảng giá trị chuyển đổi từ – 3.6V o Lấy mẫu nhiều kênh kênh o Có cảm biến nhiệt độ nội DMA: chuyển đổi giúp tăng tốc độ xử lý can thiệp sâu CPU o kênh DMA o Hỗ trợ DMA cho ADC, I2C, SPI, UART timer o timer 16 bit hỗ trợ mode IC/OC/PWM o timer 16 bit hỗ trợ để điều khiển động với mode bảo vệ ngắt input, dead-time o watdog timer dùng để bảo vệ kiểm tra lỗi o sysTick timer 24 bit đếm xuống dùng cho ứng dụng hàm Delay… Hỗ trợ kênh giao tiếp bao gồm: o I2C(SMBus/PMBus) o USART (ISO 7816 interface, LIN, IrDA capability, modem control) o SPIs (18 Mbit/s) o CAN interface (2.0B Active) o USB 2.0 full-speed interface Kiểm tra lỗi CRC 96-bit ID o        Thông số KIT STM32F103C8T6 Blue Pill sau:  Điện áp hoạt động: 3.3V – 5V  Tích hợp thạch anh ngoại 8Mhz  Tích hợp cổng USB để nạp Bootloader sử dụng ngoại vi USB  Led tích hợp vào chân PC13  Sử dụng chuẩn mạch nạp: SWD cho loại mạch nạp ST-link, J-link 2.5 Cảm biến nhịp tim, oxi máu MAX30100 Cảm biến nhịp tim MAX30100 tích hợp 16-bit sigma delta ADC xử lý tín hiệu tương tự với độ nhiễu thấp giúp cảm biến hoạt động xác ổn định cao Đồng thời thiết kế nhỏ gọn sử dụng làm thiết bị đeo tay dễ dàng giao tiếp với MCU, Arduino Raspberry Pi Thông số kỹ thuật  IC: MAX30100  Điện áp hoạt động: 1.8V - 3.3V (DC)  Ultra-Low Shutdown Current (0.7µA)  16-deep FIFO tích hợp bên thiết bị  16-bit sigma delta ADC  Tốc độ đọc liệu 50Hz to 1kHz  Cảm biến quang: IR, led hồng ngoại & tách sóng quang  Hổ trợ giao tiếp I2C với chân INT  Nhiệt độ hoạt động: -40°C đến +85°C 13 2.6 Module đo nhiệt độ hồng ngoại GY-906 14       Điện áp hoạt động: 3~5VDC Giao tiếp I2C Góc rộng: 40 góc + 125 ° C cho nhiệt độ cảm biến -70, + 380 ° C cho nhiệt độ đối tượng đo Giao diện kỹ thuật số tương thích SMBus Đầu PWM tùy chỉnh để đọc liên tục Kích thước: 11.5x16.5mm 2.7 Adruno nano Thông số kỹ thuật Arduino Nano Vi điều khiển ATmega328 Điện áp hoạt động VDC Tần số hoạt động 16 MHz Dòng tiêu thụ 30 mA 15 Điện áp khuyên dùng - 12 VDC Điện áp giới hạn - 20 VDC Số chân Digital I/O 14 (6 chân PWM) Số chân Analog (Độ phân giải 10 bit) Dòng tối đa chân I/O 40 mA Dòng tối đa 5V 500 mA Dòng tối đa 3.3V 50 mA Bộ nhớ Flash 32 KB (ATmega328) với 2KB dùng bootloader SRAM KB (ATmega328) EEPROM KB (ATmega328) Kích thước 1.85cm x 4.3cm 16 CHƯƠNG 3: SƠ ĐỒ KHỐI CHỨC NĂNG VÀ MẠCH PCB Sơ đồ khối chức 17 18 Mạch PCB & Mơ hình thực tế Mạch mơ 3D 19 Mạch PCB 20 Mạch in 21 Hình ảnh mơ hình thực tế 22 CHƯƠNG 4: XÂY DỰNG MƠ HÌNH HỆ THỐNG UTC CARE Quy trình vân hành Người dùng hệ thống UTC CARE sử dụng thẻ RFID tích hợp thẻ sinh viên để xác minh danh tính Sau quét người dung đưa chán lại gần cảm biến nhiệt độ giây để tiến hành đo nhiệt độ, sau đặt ngón tay vào cảm biến đo huyết áp Các thông số đo hiển thị hình Oled để người dùng biết Giao diện trên phần mềm Visual Studio Giao diện 23 Giao diện đăng nhập 24 Giao diện đăng kí thẻ 25 Giao diện quản lý liệu Giao diện quản lý người dùng 26 27 ... in 21 Hình ảnh mơ hình thực tế 22 CHƯƠNG 4: XÂY DỰNG MƠ HÌNH HỆ THỐNG UTC CARE Quy trình vân hành Người dùng hệ thống UTC CARE sử dụng thẻ RFID tích hợp thẻ sinh viên để xác minh danh tính Sau... chức 177 Mạch PCB & Mơ hình thực tế 199 CHƯƠNG 4: XÂY DỰNG MƠ HÌNH HỆ THỐNG UTC CARE 233 Quy trình vân hành .233 Giao diện trên phần mềm Visual Studio .233 Lời... thầy giáo Trần Ngọc Tú giảng dạy Nhóm chúng em phát minh đề tài: Nghiên cứu xây dựng hệ thống UTC CARE, giúp kiểm tra theo dõi sức khỏe người CHƯƠNG 1: CƠ SỞ LÝ THUYẾT Giải pháp điều khiển, vận