Truy cập vào đường dẫn http://arduino.cc/en/Main/Software để tải về chương trình Arduino IDE phù hợp với hệ điều hành của máy mình bao gồm Windown, Mac OS hay Linux. Sau khi cài đặt xong thì giao diện chương trình như sau:
Hình 2.5: Giao diện sau khi cài đặt xong phần mêm IDE
2.3.2. Giao diện phần mềm lập trình Arduino
Khi muốn lập trình chúng ta phải khởi động giao diện lập trình trên giao diện có các chức năng được mô tả như sau:
Vùng lệnh
Bao gồm các nút lệnh menu (File, Edit, Sketch, Tools, Help). Phía dưới là các icon cho phép sử dụng nhanh các chức năng thường dùng của IDE (Arduino Toolbar ) được miêu tả như sau:
ArduinoToolbar
Bảng 2.1: Arduino Toolbar
Arduino Menu :
File menu : Trong file menu chúng ta quan tâm tới mục Examples đây là nơi chứa code mẫu ví dụ như: cách sử dụng các chân digital, analog, sensor.
Sketch menu :
Verify/ Compile : chức năng kiểm tra lỗi code.
Show Sketch Folder : hiển thị nơi code được lưu.
Add File : thêm vào một Tap code mới.
Import Library : thêm thư viện cho IDE.
Vùng viết chương trình
Bạn sẽ viết các đoạn mã của mình tại đây. Tên chương trình của bạn được hiển thị ngay dưới dãy các Icon, ở đây nó tên là “Blink”. Để ý rằng phía sau tên chương trình có một dấu “§”. Điều đó có nghĩa là đoạn chương trình của bạn chưa được lưu lại.
\Vùng thông báo (debug)
Hình 2.7: Vùng thông báo
Những thông báo từ IDE sẽ được hiển thị tại đây. Để ý rằng góc dưới cùng bên phải hiển thị loại board Arduino và cổng COM được sử dụng. Luôn chú ý tới mục này bởi nếu chọn sai loại board hoặc cổng COM, bạn sẽ không thể upload được code của mình.
Trong giao diện lập trình căn bản khi lập trình cần chú ý các bước: - Bước 1: Tạo file biên dịch mới
- Bước 2: Lưu file code
- Bước 3: Lập trình code điều khiển - Bước 4: Biên dịch file để kiểm tra lỗi - Bước 5: Nạp chương trình vào Board
Trong Arduino hỗ trợ các thư viện và ví dụ mở với các chủ đề khác nhau, muốn dùng ví dụ nào có thể thao tác như hình bên dưới:
kết nối và Tool> Board để chọn board Arduino sử dụng. Sau đó nhấn Upload chương trình được nạp vào và chạy ứng dụng.
Hình 2.9: Nạp chương trình cho Arduino
2.3.4. Cấu trúc chương trình lập trình Arduino
Cũng như các ngôn ngữ lập trình khác, ngôn ngữ trong Arduino sử dụng ngôn ngữ C. Cấu trúc một chương trình Arduino bao gồm 2 phần chính :
void setup( )
{
thực hiện việc thiết lập ban đầu cho các ứng dụng. }
void loop( )
{
vòng lặp thực hiện chương trình. }
Hàm setup( ) được sử dụng để khởi tạo giá trị các biến, chế độ chân, bắt đầu sử
dụng các thư viện. Hàm setup( ) chỉ thực hiện một lần khi cấp nguồn hoặc reset Arduino.
Hàm loop( ) được hiểu như là chương trình chính, thực hiện các chức năng được
2.4. Giới thiệu về cảm biến nhịp tim XD-58. 2.4.1. Đặc điểm cảm biến XD-58.
Cảm biến xung XD- 58C có cơ chế hoạt động dựa trên phương pháp đo quang thể tích, được biết đến như một trong những thiết bị y tế được sử dụng để kiểm tra nhịp tim một cách không xâm lấn. Tín hiệu lối ra của cảm biến là dạng tín hiệu tương tự thay đổi dưới dạng điện áp.
Cảm biến được sử dụng trong mạch là cảm biến xung, sử dụng ánh sáng xanh, bên trong cảm biến đã tích hợp các bộ lọc, bộ khuếch đại rất thuận tiện cho việc xử lý tín hiệu. Với phiên bản mới của cảm biến xung được bổ sung thêm diode bảo vệ diode trên đường dây, thêm bộ lọc tích cực, bộ khuếch đại nên khi có tín hiệu khi tim co lại, áp suất máu lớn ánh sáng phản xạ thay đổi khi máu bơm qua mô, làm cho các tín hiệu dao động xung quang điểm tham chiếu, khi không có tín hiệu khi tim giãn ra áp suất máu nhỏ thì các tín hiệu dao động quanh điểm giữa của điện áp (hoặc V/2 ) như vậy thì việc tìm ra đỉnh xung là đơn giản hơn.
Hình 2.10: Bộ kit cảm biến xung XD- 58C.
Mặt trước của cảm biến với biểu tượng trái tim. Đây là mặt mà tiếp xúc với da. Ở mặt trước có nhìn thấy một lỗ tròn nhỏ đây là LED phát sáng được sử dụng để truyền ánh sáng qua mô. Ngay bên dưới LED là một hình vuông nhỏ đây chính là cảm biến ánh sáng môi trường xung quanh, LED chiếu sáng ánh sáng vào đầu ngón tay, hoặc mô mao mạch và cảm biến đọc ánh sáng bị phản xạ lại.
Hình 2.12: Hình ảnh mặt sau của cảm biến nhịp tim XD-58.
Mặt sau của cảm biến ta có thể nhìn thấy rõ các linh kiện được sử dụng trong mạch xây dựng cảm biến xung.
Có 3 jump chính :
- Dây đỏ là dây nguồn: 3,3 – 5 V. - Dây đen là dây nối đất.
- Dây trắng là dây tín hiệu.
Cách kết nối cảm biến xung vào ngón tay.
Gắn cảm biến vào ngón tay
Hình 2.14: Cách gắn cảm biến xung vào ngón tay.
Đặc điểm thông số đo nhịp tim: - Dải đo:30…250 (nhịp/ phút)
- Độ chính xác nhịp mạch: 1%: 30…250 (nhịp/ phút) - Tốc độ nhịp mạch: 20…300 nhịp/ phút (bpm) Một số lưu ý khi sử dụng cảm biến.
- Không kết nối các cảm biến xung lên cơ thể của bạn trong khi máy tính hoặc Arduino của bạn đang được cung cấp từ nguồn điện xoay chiều (AC). Mà nên dùng máy tính xách tay và sạc dùng dòng điện một chiều (DC).
- Không sử dụng cảm biến khi vị trí gắn mặt trước của cảm biến vào những nới ẩm ướt. Nó sẽ gây giảm tuổi thọ của cảm biến và chất lượng của tín hiệu. Tốt nhất nên bao phủ mặt trước của cảm biến bằng bóng kính và mặt sau nên được phủ 1 lớp keo nến.
2.4.3. Mạch cảm biến xung
Hình 2.15: Mạch nguyên lý cảm biến xung nhịp tim.
Hình 2.16: Cảm biến APDS9008
a) Cấu tạo
Cảm biến gồm một LED phát và cảm biến APDS9008 rất nhạy với sự biến đổi ánh sáng môi trường. (APDS9008 dùng trong điện thoại để thay đổi độ sáng màn hình theo môi trường)
Sơ đồ chân
Chân S : Chân tín hiệu nối với 1 chân lối vào của vi điều khiển Arduino Chân + : Chân nối với nguồn dương từ 3V- 5V
Chân - : Chân đất
c) Nguyên lý hoạt động
Ban đầu LED và cảm biến đều đặt song song với nhau. Khi đặt ngón tay lên phía trên cảm biến, ánh sáng từ LED đến tay ta phản chiếu trở lại APDS9008 phát hiện sự thay đổi ánh sáng này. Do mỗi lần tim đập lượng máu thay đổi (đột ngột) làm ánh sáng cảm biến nhận được thay đổi. Mỗi khi phát hiện được sự thay đổi, chân Output của cảm biến được kéo lên VCC, kích mở Opamp đưa một xung vuông ra chân Output của cảm biến. Đếm số xung vuông này trong 1 khoảng thời gian sẽ thu được nhịp tim cần đo
2.5. Lí do lựa chọn màn hỉnh hiển thị LCD 16x2 2.5.1. Công nghệ màn hình hiển thị hiện nay 2.5.1. Công nghệ màn hình hiển thị hiện nay
Công nghệ màn hình ngày càng phát triển, các công ti điện tử tung ra thi trường nhiều dòng sản phẩm. Tùy vào thuộc vào giá thành, chất lượng mẫu mã của mỗi sản phẩm khác nhau mà đáp ứng được người dùng tùy thuộc vào nhu cầu sử dụng của họ. Dưới đây là một số loại màn hình có trên thị trường Việt Nam
Màn hình SSD1322 OLED
Với nhiều ưu điểm nổi trội như độ tương phản cao, hình ảnh sắc nét. Công nghệ màn hình OLED đang dần thay thế các loại màn hình truyền thống hiện nay. Trong các lĩnh vực khoa học kĩ thuật, dân sự...
Hình 2.17: Màn hình SSD1322 OLED Thông số kĩ thuật - Kích thước lớn, 4.7” - Độ phân giải : 256x128 - Hiển thị sắc nét - Điện áp sử dụng 3.3V - Giá thành cao (125$)
- Có rất ít trên thị trường Việt Nam
Thông số kĩ thuật - Kích thước nhỏ : 2.4" - Độ phân giải: 320x240 - Điện áp sử dụng: 4.75-7V - Hiển thị tốt - Là loại màn hình cảm ứng. - Giá thành tương đối cao (16$) - Có ít trên thị trường Việt Nam
Màn hình LCD 16x2 Hình 2.19: Màn hình LCD 16x2 Thông số kỹ thuật - Kích thước nhỏ gọn : 80x36mm - Độ phân giải 16x2 - Điện áp sử dụng : 3V-5V - Hiển thị tốt - Giá thành thấp (2$)
- Có rất nhiều trên thị trường Việt Nam
Ngoài những loại màn hình kể trên. Hiện tại thị trường Việt Nam còn nhiều loại màn hình hiển thị khác. Đều có chung một chức năng chính là hiển thị. Tuy nhiên giá cả và độ phổ biến rất khác nhau. Trong luận văn này, loại màn hình hiển thị được chọn là loại LCD 16x2 do những ưu điểm của nó: Có nhiều trên thị trường Việt Nam, giá thành rẻ, hiển thị rõ ràng, đáp ứng được yêu cầu luận văn
2.5.2. Đặc điểm chung của của LCD 16x2
Khi sản xuất LCD, nhà sản xuất đã tích hợp chíp điều khiển (HD44780) bên trong lớp vỏ và chỉ đưa các chân giao tiếp cần thiết. Các chân này được đánh số thứ tự và đặt tên như hình dưới [6].
Hình 2.20: Sơ đồ chân của LCD 16x2
Bảng 2.2: Chức năng các chân của LCD 16x2
Chân Ký hiệu Mô tả
1 Vss Chân nối đất cho LCD, khi thiết kế mạch ta nối chân này với GND của mạch điều khiển
2 VDD Chân cấp nguồn cho LCD, khi thiết kế mạch ta nối chân này với VCC=5V của mạch điều khiển
3 VEE Điều chỉnh độ tương phản của LCD.
4 RS Chân chọn thanh ghi (Register select). Nối chân RS với logic “0” (GND) hoặc logic “1” (VCC) để chọn thanh ghi.
+ Logic “0”: Bus DB0-DB7 sẽ nối với thanh ghi lệnh IR của LCD (ở chế độ “ghi” - write) hoặc nối với bộ đếm địa chỉ của LCD (ở chế độ “đọc” - read)
+ Logic “1”: Bus DB0-DB7 sẽ nối với thanh ghi dữ liệu DR bên trong LCD.
5 R/W Chân chọn chế độ đọc/ghi (Read/Write). Nối chân R/W với logic “0” để LCD hoạt động ở chế độ ghi, hoặc nối với logic “1” để LCD ở chế độ đọc.
transition) của tín hiệu chân E.
+ Ở chế độ đọc: Dữ liệu sẽ được LCD xuất ra DB0-DB7 khi phát hiện cạnh lên (low-to-high transition) ở chân E và được LCD giữ ở bus đến khi nào chân E xuống mức thấp.
7 - 14 DB0 - DB7
Tám đường của bus dữ liệu dùng để trao đổi thông tin với MPU. Có 2 chế độ sử dụng 8 đường bus này :
+ Chế độ 8 bit : Dữ liệu được truyền trên cả 8 đường, với bit MSB là bit DB7.
+ Chế độ 4 bit : Dữ liệu được truyền trên 4 đường từ DB4 tới DB7, bit MSB là DB7
15 - Nguồn dương cho đèn nền
16 - GND cho đèn nền
* Ghi chú :
- Ở chế độ “đọc”, nghĩa là MPU sẽ đọc thông tin từ LCD thông qua các chân DBx.
- Còn khi ở chế độ “ghi”, nghĩa là MPU xuất thông tin điều khiển cho LCD thông qua các chân DBx.
Hình 2.21: Sơ đồ khối của HD44780 2.5.2.1. Các thanh ghi :
Chip HD44780 có 2 thanh ghi 8 bit quan trọng : Thanh ghi lệnh IR (Instructor Register) và thanh ghi dữ liệu DR (Data Register)
- Thanh ghi IR : Để điều khiển LCD, người dùng phải “ra lệnh” thông qua tám đường bus DB0-DB7. Mỗi lệnh được nhà sản xuất LCD đánh địa chỉ rõ ràng. Người
VD : Lệnh “hiển thị màn hình” có địa chỉ lệnh là 00001100 (DB7…DB0) Lệnh “hiển thị màn hình và con trỏ” có mã lệnh là 00001110
- Thanh ghi DR : Thanh ghi DR dùng để chứa dữ liệu 8 bit để ghi vào vùng RAMDDRAM hoặc CGRAM (ở chế độ ghi) hoặc dùng để chứa dữ liệu từ 2 vùng RAM này gởi ra cho MPU (ở chế độ đọc). Nghĩa là, khi MPU ghi thông tin vào DR, mạch nội bên trong chíp sẽ tự động ghi thông tin này vào DDRAM hoặc CGRAM. Hoặc khi thông tin về địa chỉ được ghi vào IR, dữ liệu ở địa chỉ này trong vùng RAM nội của HD44780 sẽ được chuyển ra DR để truyền cho MPU.
=> Bằng cách điều khiển chân RS và R/W chúng ta có thể chuyển qua lại giữ 2 thanh ghi này khi giao tiếp với MPU. Bảng sau đây tóm tắt lại các thiết lập đối với hai chân RS và R/W theo mục đích giao tiếp.
Bảng 2.3: Chức năng chân RS và R/W theo mục đích sử dụng
RS R/W Chức năng
0 0 Ghi vào thanh ghi IR để ra lệnh cho LCD
0 1 Đọc cờ bận ở DB7 và giá trị của bộ đếm địa chỉ ở DB0-DB6 1 0 Ghi vào thanh ghi DR
1 1 Đọc dữ liệu từ DR
2.5.2.2. Cờ báo bận BF: (Busy Flag)
Khi thực hiện các hoạt động bên trong chíp, mạch nội bên trong cần một khoảng thời gian để hoàn tất. Khi đang thực thi các hoạt động bên trong chip như thế, LCD bỏ qua mọi giao tiếp với bên ngoài và bật cờ BF (thông qua chân DB7 khi có thiết lập RS=0, R/W=1) lên để báo cho MPU biết nó đang “bận”. Dĩ nhiên, khi xong việc, nó sẽ đặt cờ BF lại mức 0. c> Bộ đếm địa chỉ AC : (Address Counter) Như trong sơ đồ khối, thanh ghi IR không trực tiếp kết nối với vùng RAM (DDRAM và CGRAM) mà thông qua bộ đếm địa chỉ AC. Bộ đếm này lại nối với 2 vùng RAM theo kiểu rẽ nhánh. Khi một địa chỉ lệnh được nạp vào thanh ghi IR, thông tin được nối trực tiếp cho 2 vùng RAM nhưng việc chọn lựa vùng RAM tương tác đã được bao hàm trong mã lệnh. Sau khi ghi vào (đọc từ) RAM, bộ đếm AC tự động tăng lên (giảm đi) 1 đơn vị và nội dung của AC được xuất ra cho MPU thông qua DB0-DB6 khi có thiết lập RS=0 và R/W=1 (xem bảng tóm tắt RS - R/W).
Lưu ý: Thời gian cập nhật AC không được tính vào thời gian thực thi lệnh mà được cập nhật sau khi cờ BF lên mức cao (not busy), cho nên khi lập trình hiển thị, bạn phải delay một khoảng tADD khoảng 4uS-5uS (ngay sau khi BF=1) trước khi nạp dữ liệu mới. Xem thêm hình bên dưới.
Hình 2.22 : Giản đồ xung cập nhật AC 2.5.2.3. Vùng RAM hiển thị DDRAM : (Display Data RAM)
Đây là vùng RAM dùng để hiển thị, nghĩa là ứng với một địa chỉ của RAM là một ô kí tự trên màn hình và khi bạn ghi vào vùng RAM này một mã 8 bit, LCD sẽ hiển thị tại vị trí tương ứng trên màn hình một kí tự có mã 8 bit mà bạn đã cung cấp. Hình sau đây sẽ trình bày rõ hơn mối liên hệ này :
Vùng RAM này có 80x8 bit nhớ, nghĩa là chứa được 80 kí tự mã 8 bit. Những vùng RAM còn lại không dùng cho hiển thị có thể dùng như vùng RAM đa mục đích. Lưu ý là để truy cập vào DDRAM, ta phải cung cấp địa chỉ cho AC theo mã HEX e> Vùng ROM chứa kí tự CGROM: Character Generator ROM Vùng ROM này dùng để chứa các mẫu kí tự loại 5x8 hoặc 5x10 điểm ảnh/kí tự, và định địa chỉ bằng 8 bit. Tuy nhiên, nó chỉ có 208 mẫu kí tự 5x8 và 32 mẫu kí tự kiểu 5x10 (tổng cộng là 240 thay vì 2^8 = 256 mẫu kí tự). Người dùng không thể thay đổi vùng ROM này.
Hình 2.24: Mối liên hệ giữa địa chỉ của ROM và dữ liệu tạo mẫu kí tự.
Như vậy, để có thể ghi vào vị trí thứ x trên màn hình một kí tự y nào đó, người dùng phải ghi vào vùng DDRAM tại địa chỉ x (xem bảng mối liên hệ giữa DDRAM và