Qua các bước thiết kế các khối ta có sơ đồ nguyên lý của toàn mạch. Ngun lý của từng khối đã có hình chi tiết nên sơ đồ ngun lý của toàn mạch chỉ là ghép các mạch ngun lý của từng khối. Và khơng có thêm hay bớt phần nào.
BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP 41
Chương 4. THI CÔNG HỆ THỐNG
4.1 GIỚI THIỆU
Mơ hình của hệ thống được thiết kế và thi công bằng phần mền ORCARD 10.5 dòng sản phẩm ứng dụng của hãng Cadence (Portlan). Ban đầu vẽ mạch nguyên lý và sử dụng mạch nguyên lý đó để đi xây dựng mạch in (PCB). Trong thiết kế mơ hình này do các kết nối giữa các linh kiện và các linh kiện trong mạch nhiều cho nên ta phải thiết kế mạch in 2 lớp cho mạch. Sau quá trình thiết kế ta sử dụng kết quả đó để tiến hành lắp ráp phần cứng. Kết quả của quá trình thể hiện trong hình 4.1.
Hình 4.1: Kết quả thi cơng phần cứng.
Kết quả thi cơng phần cứng vẫ cón một số lỗi nhỏ như kích thức lỗ khoan chưa phù hợp, lỗi đi dây. Nhưng sau khi khắc phục thì hệ thống chạy rất ổn định và board mạch cũng rất đẹp.
BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP 42 Sau khi đã thi công xong hệ thống ta tiến hành đưa vào chạy thử nghiệm để điều chỉnh hệ thống để có kết quả tốt nhất. Hình 4.2 là hình ảnh tín hiệu ECG được đo bằng PCB sau khi thiết kế và được hiển thị trên máy oscilloscope điện tử.
Hình 4.2: Dạng sóng ECG hiển thị trên oscilloscope điện tử.
Phần chạy thực nghiệm cịn chưa tốt mấy vì tín hiệu vẫn cịn số ít nhiễu cao tần nguyên nhân là do bộ lọc thơng cao chưa đáp ứng tốt.
Nhìn tổng quan thì hệ thống hoạt động rất tốt tuy trong mạch có vài yếu điểm nhưng khơng ảnh hưởng nhiều tới mục đích của thiết kế.
4.2 THI CƠNG HỆ THỐNG
4.2.1 Thi công bo mạch
Kết quả của quá trình thiết kế mạch in được thể hiện qua các sơ đồ mạch in lớp trên, mạch in lớp dưới và mạch in tên linh kiện.
BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP 43
BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP 44
BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP 45
BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP 46
Bảng 4.1. Danh sách các linh kiện, module.
STT Tên linh kiện Giá trị Số chân Chú thích
1 INA114 8 Chân cắm 2 TL074 14 Chân cắm 3 IC ổn áp 7809, 7909, 7805 1A 3 Chân cắm có tản nhiệt 4 IC ổn áp ASM1117 1A 3 Chân dán 5 LCD 16 Xanh lá 6 DsPIC30F4013 40 Chân cắm
7 Tụ điện phân cực 1uf, 10uf,100uf 2 8 Điện trở 100,330,1k,2k,10k 2k7,33k,330k,390k 2 4 vòng màu 9 DB9 11 10 Biến trở 10k 3 Nút áo 11 Nút nhấn 2 2 chân
12 Tụ điện không phân cực
104, 473 2
13 Led 10-15mA 2 Chân dán
14 ESP 8266 v1 3.3v , 300mA 8 module
15 CP2102 5 module
4.2.2 Lắp ráp và kiểm tra
Sau quá trình thiết kế mạch PCB thì ta tiến hành lắp ráp và hàn các linh kiện vào mạch bắt đầu là lắp ráp module nguồn và tiếp theo là lắp ráp board sau đó kết nối board và các module lại với nhau ta được mạch hoàn chỉnh.
a. Lắp ráp module nguồn
Ta tiến hành lắp ráp và hàn các linh kiện của module nguồn bao gồm các linh kiện như IC ổn áp LM7809, LM7909, tụ điện và các led. Sau khi lắp ráp và hàn xong ta Tiến hành đo và kiểm tra nguồn vào và ra xem đúng hay chưa và cân chỉnh lại cho đúng. Kết quả thu được ở Hình 4.6.
BỘ MƠN ĐIỆN TỬ CƠNG NGHIỆP 47
Hình 4.6: Module nguồn.
b. Lắp ráp board ECG
Trong Board sẽ có các khối riêng biệt được thiết kế từ trước nên ta tiến hành lắp rắp và đo kiểm tra từng khối. Bắt đầu là khối Analog lấy tín hiệu với linh kiện là DB9 để đưa tín hiệu từ người, IC INA114, TL074, điện trở tụ điện và các kết nối. tiếp theo lắp ráp khối Digital xử lý trung tâm bao gồm vi điều khiển dsPIC, LCD, thạch anh, nút nhấn, điện trở, tụ, và nguồn +5V cho khối này hoạt động. Kế tiếp là các kết nối đến module USB CP2102 cuối cùng là nguồn +3.3V và các kết nối đến module WIFI ESP8266. Kết quả của quá trình này ta thu được Board như hình 4.7.
BỘ MƠN ĐIỆN TỬ CƠNG NGHIỆP 48
4.3 ĐĨNG GĨI VÀ THI CƠNG MƠ HÌNH
4.3.1 Đóng gói bộ điều khiển
Đóng gói bộ nguồn cấp:
Ta đóng gói bộ nguồn bằng 1 hộp bằng nhựa cứng. Ta thiết kế sao cho diện tích board nguồn và diện tích biến áp sau đó chọn hộp sao cho có diện tích tối thiểu bằng diện tích của board nguồn và biến áp, chiều cao cũng vậy. Dùng cơng tắc để gắn lên vỏ hộp đó sao cho thao tác đóng mở nguồn dễ dàng và kết quả của quá trình này được trình bày ở hình 4.6.
Đóng gói board ECG:
Sau khi có board ECG ta sử dụng mica để tạo vỏ bao bọc và bảo vệ cho board. Các mặt trên, mặt dưới và các bên của board đều được thiết kế cắt sao cho công việc thao tác với board đơn giản nhất có thể. Các ốc, víc và bản lề được gắn vào cố định cho hộp để gia tăng phần chắc chắn. Kết quả của quá trình này thể hiện trong hình 4.8.
BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP 49
4.3.2 Thi công mô hình
Hình 4.9: Chú thích các khối trong Board ECG.
Kết quả phần cứng được thể hiện trong hình 4.9 trong đó có đánh đấu và chia ra thành các phần và được đánh số riêng biệt.
- Số 1: Jack cắm nối với module nguồn và được sử dụng chủ yếu để lấy nguồn cung cấp cho board.
- Số 2: Jack cắm nối với nguồn Pin chức năng cũng để lấy nguồn cung cấp. - Số 3: Jack DB9 sử dụng để truyền tín hiệu từ Electrode vào board.
- Số 4: Khâu khuếch đại và lấy tín hiệu
BỘ MƠN ĐIỆN TỬ CƠNG NGHIỆP 50 - Số 6: Khâu lọc thông cao và lọc thông thấp.
- Số 7: Tổng hợp của các khâu như lọc dải triệt, khuếch đại ngõ ra, bù điện áp và đảo dạng sóng.
- Số 8: Module USB UART CP2102 chức năng để kết nối vi điều khiển với máy tính.
- Số 9: Module wifi ESP8266 V1.
- Số 10: Khối nguồn +5V có chức năng chuyển nguồn +9V thành nguồn +5V và cung cấp nguồn cho vi điều khiển là LCD.
- Số 11: Vi điều khiển và LCD.
4.4 LẬP TRÌNH HỆ THỐNG
4.4.1 Lưu đồ giải thuật
Trong hệ thống này, module USB được kết nối với UART 1 và module wifi được kết nối với UART 2 của vi điều khiển. Khi mới cấp điện cho hệ thống, vi điều khiển sẽ tiến hành cài đặt cho module wifi thơng qua máy tính. Ở việc cài đặt này chúng ta chỉ cần nhập tên và mật khẩu wifi cần kết nối từ máy tính. Sau khi hồn tất việc cài đặt, vi điều khiển sẽ truyền kết quả ADC đo được lên máy tính thơng qua module USB và module wifi (ESP 8266). Khi nhận được kết quả ADC trên máy tính sẽ tiến hành xử lý và hiển thị tín hiệu thơng qua labview. Để giúp mọi người hiểu rõ hơn về cách hoạt động của hệ thống này chúng em đã tiến hành vẽ một lưu đồ giải thuật.
BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP 51
BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP 52
BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP 53
BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP 54 Giải thích:
Đầu tiên vi điều khiển sẽ đợi nhận các kí tự từ module wifi để tiến hành cài đặt cho module wifi. Lúc này chúng ta sẽ nhấn nút Reset của ESP 8266 (module wifi) sau đó ESP 8266 sẽ gửi chuỗi kí tự thơng qua kết nối UART 2 ( kết nối giữa vi điều khiển với module wifi) đến vi điều khiển . Khi nhận được chữ “TEN” và “MK” từ ESP 8266 lúc này vi điều khiển sẽ đợi chúng ta nhập tên, mật khẩu wifi cần kết nối từ máy tính thơng qua module USB. Đối với một số trường hợp mà module wifi bị hư hoặc khơng gửi tín hiệu chúng ta có thể nhập chữ “OK” từ máy tính để chương trình bỏ qua việc chờ cài đặt cho ESP 8266.
Đợi 1 thời gian ngắn để việc kết nối hoàn tất, sau khi đã kết nối với wifi thì ESP 8266 sẽ gửi về vi điều khiển 1 địa chỉ IP. Cuối cùng ESP 8266 sẽ gửi 1 chữ “OK” để kết thúc quá trình cài đặt. Tất cả quá trình trên sẽ được hiển thị ra LCD.
Sau khi đã hoàn tất cài đặt cho module wifi. Lúc này vi điều khiển thực hiện công việc: tiến hành đo kết quả ADC và gửi liên tục kết quả này kèm với kí tự “\r\n” (khoảng trắng và xuống dòng) lên máy tính (UART1). Đồng thời kết quả ADC này cũng được gửi kèm với “ “ (khoảng trắng) qua module wifi, khi đủ 200 kết quả ADC thì tiến hành gửi kí tự “\r\n” (khoảng trắng và xuống dòng) qua module wifi. Việc gửi 200 kết quả đến module wifi chỉ thực hiện liên tục 15 lần sau đó dừng 5 lần.
Đây chỉ mới là chương trình của vi điều khiển để hiểu rõ hơn về cách thức hoạt động của hệ thống chúng ta sẽ tiến hành tìm hiểu chương trình của ESP 8266 được trình bày dưới dạng lưu đồ ở hình 4.13.
BỘ MƠN ĐIỆN TỬ CƠNG NGHIỆP 55
Hình 4.13: Lưu đồ cho module ESP 8266.
BẮT ĐẦU
BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP 56 Tiếp theo sẽ là cơng việc của module wifi: Đợi nhận kí tự từ Vi điều khiển và lưu vào 1 chuỗi, khi nào nhận được kí tự “/n” (xuống dịng) thì sẽ tiến hành gửi chuỗi này lên địa chỉ IP. Và công việc này sẽ được lập lại liên tục cho đến khi ta tắt nguồn hoặc reset module wifi.
4.4.2 Phần mềm lập trình cho vi điều khiển
a. Giới thiệu phần mềm lập trình
Để lập trình được cho dịng dsPic30f4013 thì nhóm em sử dụng phần mềm PIC C 5.025. Vì đây là 1 phần mềm dễ sử dụng với nhiều thư viện có sẵn và dùng ngơn ngữ C để lập trình. Với những phiên bản nâng cấp mới từ 5.0 trở đi thì trình biên dịch này đã hỗ trợ cho các dòng DSPIC. Sau khi đã tải xong phần mềm PIC C 5.025 thì chúng ta sẽ tiến hành cài đặt như sau:
Bước 1: Các bạn chạy file setup (Pic CCS5.025). Một hộp thoại xuất hiện, các bạn nhấn next để tiếp tục.
BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP 57 Bước 2: Tiếp tục nhấn next.
Hình 4.15: Chạy cài đặt CCS5.025.
Bước 3: Chọn đường dẫn cài đặt và nhấn next để tiếp tục.
BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP 58 Bước 4: Tiếp tục nhấn next.
Hình 4.17: Chạy cài đặt CCS5.025.
Bước 5: Tiếp tục nhấn next.
BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP 59 Bước 6: Đợi 1 lúc để máy cài đặt chương trình.
Hình 4.19: Chạy cài đặt CCS5.025.
Bước 7: Nhấn Finish để kết thúc.
Bước 8: Máy yêu cầu khởi động lại. Chúng ta sẽ lick vào “OK” để khởi động lại máy.
Hoàn tất các cả các bước như trên là chúng ta đã cài đặt xong chương trình lập trình cho vi điều khiển.
Sau khi đã hồn tất cài đặt chương trình chúng ta sẽ tiến hành tạo project, viết và biên dịch chương trình theo các bước sau:
BỘ MƠN ĐIỆN TỬ CƠNG NGHIỆP 60
Hình 4.20: Tạo project mới trong CCS.
Bước 2: Sau khi viết xong chương trình, chúng ta tiến hành biên dịch chương trình bằng cách nhấn vào “Build”.
BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP 61
b. Viết chương trình hệ thống
Hình 4.22: Phần chính của chương trình.
4.4.3 Phần mềm lập trình cho ESP 8266 V1 a. Giới thiệu phần mềm lập trình a. Giới thiệu phần mềm lập trình
Để lập trình cho ESP 8266 giao tiếp với dsPic30f4013 nhóm em đã sử dụng phần mềm Arduino IDE. Arduino IDE là một phần mềm có lẽ đã quen thuộc với những ai đã từng lập trình cho kit Arduino. Phần mềm này hỗ trợ chúng ta rất nhiều thư viện, cùng với việc sử dụng ngơn ngữ C để viết chương trình nên sẽ giúp chúng ta dễ dàng lập trình cho ESP8266 V1. Để lập trình được cho ESP 8266 trước tiên chúng ta cần phải cài phần mềm Arduino IDE và tiến hành cài các driver tương ứng. Sau đây là các bước hướng dẫn cài đặt:
Bước 1: Sau khi đã tải phần mềm và tiến hành giải nén. Chúng ta chạy file setup (arduino.exe) để khởi động Arduino IDE.
BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP 62
Hình 4.23: Khởi động Arduino IDE.
Bước 2: Chúng ta vào File > Preferences
BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP 63 Bước 3: Vào Additional Board Manager URLs, thêm đường link sau:
http://arduino.esp8266.com/stable/package_esp8266com_index.json và chọn Ok để đóng hộp thoại.
Hình 4.25: Sử dụng Arduino IDE.
Bước 4: Tiếp theo ta vào Tools -> Board -> Boards Manager…
BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP 64 Bước 5: Kéo xuống và cài đặt ESP8266 by ESP8266 Community.
Hình 4.27: Cài đặt ESP8266 by ESP8266 Community.
Bước 6: Cấu hình cho 1 project theo các bước sau:
BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP 65 Bước 7: Tiến hành chọn cổng COM cho phù hợp.
Hình 4.29: Chọn cổng COM.
Bước 8: Chọn chế độ nạp.
Hình 4.30: Chọn chế độ nạp.
BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP 66 - Viết chương trình:
Hình 4.31: Viết chương trình.
- Sau khi viết xong chương trình ta nhấn vào nút để biên dịch chương trình đang soạn thảo và kiểm tra lỗi.
b. Viết chương trình hệ thống
BỘ MƠN ĐIỆN TỬ CƠNG NGHIỆP 67
4.4.4 Phần mềm lập trình cho máy tính. a. Giới thiệu phần mềm lập trình a. Giới thiệu phần mềm lập trình
Có rất nhiều phần mềm để lập trình cho máy tính hiển thị tín hiệu ECG như Visual Basic, Labview… Trong một số phần mềm đó thì Labview là phần mềm rất dễ sử dụng. Thay vì sử dụng các câu lệnh từ khóa cố định ở ngơn ngữ C thì Labview sử dụng ngơn ngữ đồ họa với các khối hình ảnh, dây nối để tạo nên các câu lệnh cũng như các hàm. Vì vậy sẽ giúp cho việc lập trình của chúng ta trở nên đơn giản hơn. Để cài được phần mềm chúng ta tiến hành các bước sau:
Bước 1: Sau khi đã tải xong phần mềm và tiến hành giải nén. Chúng ta chạy file Setup để tiến hành cài đặt.
Hình 4.33: File cài đặt labview.
BỘ MƠN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP 68 Bước 2: Chọn next để tiếp tục quá trình cài đặt.
Bước 3: Chọn đường dẫn cài đặt phần mềm.
Hình 4.35: Chọn đường dẫn cài đặt labview.
Bước 4: Chọn các công cụ trong labview: bước này ta chọn những phần cần sử dụng để cài đặt. Tốt nhất là chọn hết để khi ta cần sử dụng.
BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP 69 Sau khi cài đặt xong ta tiến hành mở labview lên và tạo project mới như hình 4.37:
Hình 4.37: Tạo project mới. b. Viết chương trình hệ thống b. Viết chương trình hệ thống
BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP 70
BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP 71 Các khối được sử dụng:
Đọc các kí tự truyền lên từ vi điều khiển.
Dùng khối “Match Pattern” để tìm các kí tự là số có trong chuỗi.
Sau khi đã có các kí tự là số