- Khối nguồn: Cấp nguồn 9 V cho khối xử lý trung tâm là board Arduino Mega 2560 hoạt động.
- Khối xử lý trung tâm: Board Arduino Mega 2560 sẽ cấp nguồn cho các khối còn lại. Thực hiện việc xử lý tín hiệu thu nhận đƣợc từ các cảm biến. Nhận tín hiệu chế độ đo, sau đó hiển thị giá trị của cảm biến lên Oled và App điện thoại.
- Khối cảm biến: Cảm biến đo nhiệt độ MXL90614, cảm biến đo nhịp tim và Spo2 MAX3010 và gửi cho khối xử lý trung tâm.
- Khối chọn chế độ và thơng báo: Có nút nhấn dùng để chọn chế độ đo nhịp tim và Spo2, công tắt dùng để đo nhiệt độ. Led xanh để thơng báo đang trong q trình đo. - Khối hiển thị trên Oled: Hiển thị giá trị nhiệt độ, nhịp tim và Spo2 lên màn hình Oled.
- Khối hiển thị trên điện thoại: Hiển thị giá trị các thông số lên App Inventor trên điện thoại Android thông qua module bluetooth.
- Khối cảnh báo: Buzzer sẽ phát ra tiếng bíp khi một trong các giá trị đo nằm ngồi ngƣỡng bình thƣờng.
4.2.2 Tính tốn và thiết kế các khối a. Khối nguồn
40
Để đáp ứng yêu cầu của thiết bị là sử dụng ở mọi địa điểm, gọn nhẹ, dễ di chuyển, linh hoạt trong nhu cầu sử dụng địi hỏi thiết bị phải có nguồn điện cung cấp đầy đủ và không phụ thuộc vào nguồn điện lƣới. Từ những yêu cầu này, Pin Cell 18650 4200mAh 3.7 V thỏa mãn những điều kiện của thiết bị. Pin có tuổi thọ cao và thời gian chờ kéo dài với mức hao hụt năng lƣợng trong khoảng thời gian này rất nhỏ. Bên cạnh đó pin cũng có kích thƣớc nhỏ gọn phù hợp với những thiết bị đòi hỏi sự linh hoạt trong di chuyển. Vì vậy, nhóm quyết định sử dụng 2 Pin Cell 18650 4200mAh 3.7V làm bộ nguồn cho thiết bị
- Sử dụng 2 Pin Cell 18650 4200mAh 3.7V mắc nối tiếp.
Nguồn đƣợc cấp vào Arduino Mega thông qua jack cắm điện. Arduino Mega 2560 nhận nguồn ngoài với điện áp khuyên dùng là 7 – 12 VDC. Khi mắc 2 Pin Cell 18650 4200mAh nối tiếp ta có điện áp là 7.4 V. Điện áp này thỏa mãn yêu cầu khi cấp nguồn cho Arduino Mega.
- Tính tốn cơng suất tiêu thụ:
Để thiết kế một khối nguồn hợp lý, đủ cơng suất, điện áp, dịng điện cho tồn mạch hoạt động hiệu quả. Trƣớc tiên ta phải xem xét các linh kiện trong mạch hoạt động với điện áp bao nhiêu, dòng bao nhiêu, từ đó ra có thể tính đƣợc tổng dịng cho mạch. Để tính đƣợc tổng dịng ta phải tìm hiểu dịng sử dụng của từng linh kiện thành phần sau đó ta sẽ cộng hết chúng lại sẽ ra đƣợc dòng điện đủ để cung cấp cho mạch.
41
Bảng 4. 1 Công suất tiêu thụ của mạch điện
Stt Thiết bị , mạch điện Điện áp hoạt động Dòng tiêu thụ 1 Arduino Mega 2560 5V DC 0.5 mA 2 Cảm biến Max30100 5V DC 1.2 mA 3 Oled LCD 5V DC 8 mA 4 MLX90614 5V DC 22.5mA 5 Bluetooth 5V DC 8 mA 6 Đầu Laser 5V DC 40 mA 7 Led đục màu xanh lá 5V DC 20 mA 8 Buzzer 5V DC 25 mA
Ta có cơng thức tính cơng suất là:
P = U * I (W) Trong đó:
42
P là cơng suất (W) U là điện áp (V)
I là cƣờng độ dòng điện (A)
Dựa vào bảng 4.1 ở trên ta thấy các thiết bị trong mạch đều hoạt động với điện áp vào là 5 V và có dịng tiêu thụ khác nhau. Ta dùng cơng thức 3.1 để tính tổng cơng suất tiêu thụ của hệ thống:
P Tiêu thụ = 5 * (0.5 + 1.2 + 8 + 22.5 + 8 +40 + 20 + 25) = 2.63 W
Chọn bộ nguồn gồm 2 Pin Cell 18650 4200mAh 3.7 V. Nối tiếp 2 pin ta có điện áp là 7.4 V và dòng điện là 4.2 A. Dựa vào cơng thức 3.1 ta tính đƣợc cơng suất tối đa pin cấp đƣợc là:
P Pin = 7.4 * 4.2 = 31.08 W
Ta thấy công suất tối đa pin cấp đƣợc là 31.08 W lớn hơn so với công suất tiêu thụ toàn mạch là 2.63 W nên ta có thể sử dụng 2 Pin Cell 18650 4200mAh 3.7 V làm bộ nguồn cho mạch.
b. Khối xử lý trung tâm
Thiết bị đƣợc thiết kế với nhiều module hoạt động, nguồn cấp cho các module đều là 5V, giá trị của tín hiệu cần xử lý đƣợc lấy từ hai cảm biến khác nhau. Giao tiếp I2C sử dụng hai chân SCL và SDA để truyền dữ liệu cho nhiều module. Từ những yêu cầu trên, nhóm quyết định sử dụng Arduino Mega 2560 (hình 4.2) làm bộ xử lý trung tâm. Arduino Mega 2560 có số chân giao tiếp nhiều đảm bảo giao tiếp cùng lúc với nhiều Module (54 chân digital IO và 16 chân analog IO). Thiết bị đòi hỏi phải xử lý 3 thông số là nhịp tim, Sp02 và nhiệt độ. Vì vậy, Arduino Mega 2560 với bộ nhớ flash gấp 4 lần so với những phiên bản cũ của UNO R3 cùng với việc trang bị 3 timer và 6 cổng interrupt khiến arduino Mega 2560 hoàn toàn có thể giải quyết đƣợc nhiều bài
43
toán, cần điều khiển nhiều loại động cơ và xử lý song song nhiều luồng dữ liệu số cũng nhƣ tƣơng tự. Giúp cho nhà phát triển khả năng viết những chƣơng trình phức tạp hơn và điều khiển các thiết bị lớn hơn nhƣ máy in 3D, điều khiển robot. Arduino Mega 2560 phiên bản hiện đang đƣợc sử dụng rộng rãi và ứng dụng nhiều hơn.