Chức năng các chân MT3608

Chân Tên Chức năng

1 SW SW là cổng chuyển đổi MOSFET bên trong. Kết nối chân SW với cuộn dây nguồn và bộ chỉnh lưu đầu ra. SW có thể dao động giữa GND và 28V.

2 GND Kết nối với GND

3 FB Bộ so sánh ngõ vào. Điện áp trên chân FB là 0.6V. Kết nối chân

này với 1 cầu phân áp để có được cho ra điện áp phù hợp.

4 EN Chân cho phép hoạt động. Khi chân EN ở mức cao thì cho phép

chuyển đổi, khi chân EN ở mức thấp thì khơng cho phép chuyển đổi. Khi khơng sử dụng chân này thì kết nối chân này với nguồn vào để mạch có thể hoạt động tự động.

5 IN Điện áp đầu vào.

6 NC NC

c. Sơ đồ ứng dụng

Hình 2. 30: Sơ đồ ứng dụng IC MT3608

2.3.12 Tổng quan hệ thống GMS a. Giới thiệu

GMS (Global System for Mobile Communications): Hệ thống thông tin di động tồn cầu là một cơng nghệ dùng cho mạng thông tin di động ra đời tại Châu Âu.

Hiện nay, GSM là chuẩn phổ biến nhất cho điện thoại di động trên thế giới. Khả năng phú sóng rộng khắp nơi của chuẩn GSM làm cho nó trở nên phổ biến và cho phép người sử dụng có thể sử dụng điện thoại di động của họ ở nhiều vùng trên thế

giới. Lợi thế chính của GSM là chất lượng cuộc gọi tốt hơn, giá thành thấp và dịch vụ tin nhắn.

Ưu điểm:

 Cải thiện được chất lượng cuộc gọi, tín hiệu và tốc độ so với thế hệ trước.

 Mã hoá dữ liệu theo dạng kỹ thuật số, giúp tiết kiệm thời gian và chi phí

 Cung cấp tin nhắn dạng SMS  Thiết bị nhỏ gọn hơn Bảng 2. 18: Đặc điểm của mạng GMS [12] Đặc điểm Thông số Dải tần thu 935 - 960MHz Dải tần phát 890 - 915MHz Độ rộng phổ của kênh 200KHz Số lượng kênh 124

Số khe thời gian 8

Phương pháp truy cập TDMA/FDM

Phương pháp ghép kênh FDD

Phương thức điều chế GMSK

Bộ lọc sử dụng Bộ lọc Gaussian, hệ số 0.3

Mã hóa thoại 13 Kbit/s dùng bộ mã hóa RPE-LTP

Tốc độ bit 270.833 kbit/s

Hệ thống GSM làm việc trong băng tần 890 – 960MHz. Băng tần này được chia làm 2 phần:

 Băng tần lên (Uplink band): 890 – 915 MHz cho các kênh vô tuyến từ trạm di động đến hệ thống trạm thu phát gốc.

 Băng tần xuống (Downlink band): 935 – 960 MHz cho các kênh vô tuyến từ trạm thu phát gốc đến trạm di động.

Băng tần 900/1800 MHz là 2 băng tần thông dụng ở Việt Nam[20].

b. Chức năng của hệ thống GMS

Có thể phục vụ được một số lớn các dịch vụ và tiện ích cho thuê bao cả trong thông tin thoại và truyền số liệu.

 Đối với thoại có thể có các dịch vụ:

o Chuyển hướng cuộc gọi vô điều kiện.

o Chuyển hướng cuộc gọi khi thuê bao di động bận.

o Cấm tất cả các cuộc gọi ra quốc tế.

o Giữ cuộc gọi.

o Thơng báo cước phí.

o Nhận dạng số chủ gọi.

 Đối với dịch vụ số liệu:

o Truyền số liệu.

o Dịch vụ nhắn tin.

c. Các dịch vụ trong GMS

Dịch vụ thoại: là dịch vụ quan trọng nhất của GSM. Nó cho phép các cuộc gọi hai hướng diễn ra giữa người sử dụng GSM với thuê bao bất kỳ ở một mạng điện thoại nói chung nào. Dịch vụ cuộc gọi khẩn là một loại dịch vụ khác bắt nguồn từ dịch vụ thoại. Nó cho phép người dùng có thể liên lạc với các dịch vụ khẩn cấp như cảnh sát hay cứu hoả mà có thể có hoặc khơng SIM Card trong máy di động.

Dịch vụ bản tin ngắn: dịch vụ bản tin ngắn khá phù hợp với môi trường di động. Các bản tin ngắn độ dài vài octet có thể được tiếp nhận bằng thiết bị đầu cuối rất nhỏ. Có hai loại dịch vụ bản tin ngắn:

 Dịch vụ bản tin ngắn truyền điểm - điểm (giữa hai thuê bao).

 Dịch vụ bản tin ngắn phát quảng bá.

Các dịch vụ phụ: là các dịch vụ sửa đổi và làm phong phú thêm các dịch vụ cơ bản, chủ yếu cho phép người sử dụng lựa chọn cuộc gọi đến và đi sẽ được mạng xử lý như thế nào hoặc cung cấp cho người sử dụng các thông tin cho phép sử dụng dịch vụ hiệu quả hơn. Bao gồm:

 Chặn hướng cuộc gọi (CB).

 Giữ cuộc gọi (CH).

 Chuyển cuộc gọi (CF).

 Hiển thị số máy chủ gọi (CLIP).

 Cấm hiển thị số máy chủ gọi (CLIR).

 Tính cước cho thuê bao.

 Cho phép thuê bao chuyển vùng.

 Cho phép thuê bao chuyển mạng.

2.3.13 Tổng qua hệ thống GPS a. Giới thiệu

Hình 2. 31: Hệ thống vệ tinh xoay quanh Trái Đất

GPS (Global Positioning System): Hệ thống định vị toàn cầu là hệ thống xác định vị trí dựa trên vị trí của các vệ tinh nhân tạo, do Bộ Quốc phòng Mỹ thiết kế, xây dựng, vận hành và quản lý. Trong cùng một thời điểm, tọa độ của một điểm trên mặt đất sẽ được xác định nếu xác định được khoảng cách từ điểm đó đến ít nhất ba vệ tinh.

b. Các thành phần

GPS hiện tại gồm 3 phần chính: phần khơng gian, điều khiển và sử dụng.

 Phần không gian (space segment): các vệ tinh-gồm 27 vệ tinh (24 vệ tinh hoạt động và 3 vệ tinh dự phòng) nằm trên các quỹ đạo xoay quanh trái đất. Chúng cách mặt đất 20.200 km, bán kính quỹ đạo 26.600 km. Chúng chuyển động ổn định và quay hai vòng quỹ đạo trong khoảng thời gian gần 24 giờ. Các vệ tinh trên quỹ đạo được bố trí sao cho các máy thu GPS trên mặt đất có thể nhìn thấy tối thiểu 4 vệ tinh vào bất kỳ thời điểm nào.

 Phần điều khiển (control segment): trạm mặt đất-mục đích trong phần này là kiểm sốt vệ tinh đi đúng hướng theo quỹ đạo và thơng tin thời gian chính xác. Có 5 trạm kiểm sốt đặt rải rác trên trái đất. Bốn trạm kiểm soát hoạt động một cách tự động, và một trạm kiểm soát là trung tâm. Bốn trạm này nhận tín hiệu liên tục từ những vệ tinh và gửi các thông tin này đến trạm kiểm soát trung tâm. Tại trạm kiểm sốt trung tâm, nó sẽ sửa lại dữ liệu cho đúng và kết hợp

với hai an-ten khác để gửi lại thông tin cho các vệ tinh. Ngồi ra, cịn một trạm kiểm sốt trung tâm dự phịng và sáu trạm quan sát chuyên biệt.

 Phần sử dụng (user segment): bộ thu tín hiệu-là thiết bị nhận tín hiệu vệ tinh GPS và người sử dụng thiết bị này.

Hình 2. 32: Các thành phần torng hệ thống GPS

c. Cách xác định tọa độ

Công việc của một máy thu GPS là xác định vị trí của 4 vệ tinh và tính tốn khoảng cách từ các vệ tinh và sử dụng các thơng tin đó để xác định vị trí của chính nó. Máy thu phải nhận được tín hiệu của ít nhất ba vệ tinh để tính ra vị trí hai chiều (kinh độ và vĩ độ) và để theo dõi được chuyển động. Khi nhận được tín hiệu của ít nhất 4 vệ tinh thì máy thu có thể tính được vị trí ba chiều (kinh độ, vĩ độ và độ cao).

Cách viết tọa độ: có nhiều cách viết độ, tất cả chúng đều xuất hiện theo cùng thứ tự Vĩ độ - Kinh độ:

 DMS (Degree:Minute:Second) Độ:Phút:Giây (Ví dụ: 41°24’12.2”Bắc 2°10’26.5”Đơng).

 DM (Degree:Minute) Độ:Phút (Ví dụ: 41 24.2028, 2 10.4418).

 DD (Decimal Degree) Độ thập phân (Ví dụ: 41.4033, 2.1740), thường với 4 số thập phân.

Cách viết tọa độ theo DMS là được sử dụng phổ biến nhất, được sử dụng rộng rãi trong bản đồ địa lý. Cách viết DD thường được sử dụng trong các module định vị GPS, các số liệu đưa ra từ các thiết bị này được viết theo Độ thập phân.

 Phần Độ: giữ nguyên phần độ từ Độ thập phân

 Phần Phút: lấy phần thập phân sau dấu phẩy nhân với 60, sau đó lấy phần chẵn ta được phần phút.

 Phần Giây: lấy kết quả vừa tìm được ta lấy phần sau dấu phẩy nhân với 60 ta được phần Giây.

Chương 3. TÍNH TỐN VÀ THIẾT KẾ

3.1 GIỚI THIỆU

Từ yêu cầu của đề tài thì chúng ta thiết kế hệ thống theo các yêu cầu sau:

 Có thể đo được huyết áp và nhiệt độ. Thiết bị đo có thể dùng các thiết bị ngoại vi để kết nối, giúp cho thiết bị trở nên thuận tiện và dễ sử dụng hơn.

 Có thể gửi dữ liệu, nhắn tin, gọi điện thoại và định vị trí cho thiết bị

 Sử dụng vi điều khiển giá thành rẻ mà vẫn đáp ứng đầy đủ các nhu cầu của thiết bị.

 Hiển thị thông tin và thời gian thực trên màn hình. Màn hình phải tiết kiệm năng lượng.

3.2 TÍNH TỐN VÀ THIẾT KẾ HỆ THỐNG

3.2.1 Thiết kế sơ đồ khối hệ thống

Hình 3. 1: Sơ đồ khối tổng quát của thiết bị

Khối vi điều khiển Khối hiển thị

Khối động cơ, van xả Khối thời gian

thực Khối SIM Khối phím nhấn Khối cảm biến Khối nguồn

 Khối điều khiển

Khối vi điều khiển là khối trung tâm của hệ thống, có vai trị điều khiển các khối khác trong thiết bị hoạt động.

 Đọc dữ liệu từ các cảm biến.

 Giao tiếp với SIM để truyền dữ liệu, định vị GPS, gọi và nhắn tin cảnh báo.

 Giao tiếp với màn hình hiển thị OLED.

 Giao tiếp với IC thời gian thực.

 Điều khiển động cơ bơm hơi và van xả.

 Khối cảm biến

Khối cảm biến có chức năng nhận tín hiệu từ bên ngồi vào để khối vi điều khiển xử lý. Do yêu cầu của đề tài mà thiết bị có 2 cảm biến là cảm biến áp suất để đo huyết áp và cảm biến hồng ngoại không tiếp xúc để đo nhiệt độ cơ thể

 Khối hiển thị

Khối hiển thi ̣ có chức năng hiển thi ̣ các thông tin cần thiết về sự hoa ̣t đô ̣ng của thiết bi ̣ như:

 Hiển thị thời gian thực: giờ, phút, giây, ngày, tháng, năm.

 Hiển thị giá trị huyết áp, nhịp tim đo được.

 Hiển thị giá trị nhiệt độ đo được.

 Khối SIM

Khối SIM có vai trò quan trọng đối với hoa ̣t đô ̣ng của thiết bi ̣ với các chức năng sau:

 Gọi và nhắn tin cảnh báo cho người thân khi huyết áp vượt mức cho phép.

 Gửi dữ liệu đo được từ cảm biến lên Google Spreadsheet.

 Định vị GPS để xác định vị trí của người thân.

 Khối thời gian thực

Nhằm đem lại sự tiện lợi cho người sử dụng trong việc theo dõi thời gian để đo huyết áp cũng như nhiệt độ cơ thể.

 Khối động cơ, van xả

Do yêu cầu đề tài đặt ra nên khối động cơ bơm và van xả khí là 2 bộ phận hết sức quan trọng giúp tạo áp suất ban đầu sau đó xả từ từ để dị huyết áp và nhịp tim.

 Khối phím nhấn

Là khối nhận tín hiệu vào từ các phím nhấn giúp ta lựa chọn chức năng của máy. Máy đo có các phím lựa chọn như:

 Phím đo huyết áp: dùng để khởi động chức năng đo huyết áp.

 Phím đo nhiệt độ cơ thể: khởi động chức năng đo nhiệt độ cơ thể.

 Phím SOS: dùng để cảnh báo bằng tay trong các trường hợp khẩn cấp, ví dụ như té ngã, lạc đường,…

 Khối nguồn

Chức năng: là một khối quan trọng giúp cấp điện cho tồn bộ hệ thống. Vì vậy khối nguồn cần cấp đủ dòng và đủ áp cho từng khối để các khối có thể hoạt động tốt.

3.2.2 Tính tốn và thiết kế mạch a. Khối điều khiển a. Khối điều khiển

Hiện nay trên thị trường có nhiều dịng vi điều khiển khác nhau như: PIC, AVR, 8051, Raspberry, Arduino,… tất cả đều có thể đáp ứng được yêu cầu đặt ra nhưng nhóm chọn Arduino vì những ưu điểm sau:

 Giá thành rẻ, là module hoàn chỉnh sử dụng vi điều khiển AVR.

 Kích thước nhỏ gọn.

 Là dịng vi điều khiển mã nguồn mở, có nhiều thư viện hỗ trợ cho các module chức năng khác nhau, trình biên dịch dễ sử dụng.

 Sơ đồ nguyên lý kết nối của Arduino Nano

Điện áp hoạt động: 5V.

Dòng điện trên mỗi chân I/O: 40mA. Dòng điện tiêu thụ cho 14 chân digital:

= 14 40 = 560 (3.1)

Đối với thiết bị này thì chỉ sử dụng 5 chân digital của Arduino Nano, nên dòng tiêu thụ của Arduino Nano là:

= 5 40 = 200 (3.2)

b. Khối cảm biến

Lựa chọn: đây là những cảm biến đọc dữ liệu từ cơ thể nên cần có độ phân giải cao, sai số nhỏ.

 Để đo huyết áp nhóm chọn cảm biến áp suất MPX5050.

Hình 3. 3: Sơ đồ kết nối cảm biến MPX5050

o Điện áp hoạt động: 5V.

o Dòng hoạt động: 7mA.

o Giá trị áp suất đo được tối đa: 50 kPa = 375 mmHg.

o Các giá trị đọc về từ cảm biến là các giá trị điện áp (Vcambien), để có thể đưa ra các giá trị huyết áp (theo đơn vị mmHg) thì chúng ta có các cơng thức chuyển đổi như sau:

Vì sử dụng vi điều khiển Arduino Nano có chân Analog với độ phân giải là 10 bit.

Chuyển đổi giá trị áp suất:

pressure = ∗ ∗ .

∗ (3.3)

Trong đó:

 5000 là giá trị điện áp vào 5V

 1023 là giá tri chuyển đổi ADC 10 bit( 210-1)

 90 là độ nhạy của cảm biến mV/kPa

 7.5061 là giá trị chuyển đổi giữa kPa sang mmHg ( 1kPa = 7.5061 mmHg)

 Value giá trị trả về tương ứng với mức điện áp đọc được. Cơng thức tính giá trị huyết áp trung bình ( MAP)

MAP = ∗ (3.4)

Trong đó:

 MAP : Là giá trị huyết áp trung bình (Mean Arterial Pressure)

 Diatolic : Là huyết ap tâm trương

 Systolic : Là huyết áp tâm thu

 Để đo nhiệt độ cơ thể nhóm chọn cảm biến hồng ngoại khơng tiếp xúc MLX90614.

Hình 3. 4: Sơ đồ kết nối module cảm biến MLX90614 Điện áp hoạt động: 5V. Điện áp hoạt động: 5V.

Dòng điện tiêu thụ: 25mA.

Giới hạn đo nhiệt độ môi trường (TA): -40 đến 125OC. Trong bộ nhớ RAM thì địa chỉ 0x0000 tương ứng với -40OC và 0x4074(16500d) tương ứng với 125OC. Giới hạn đo nhiệt độ vật thể (TO): - 40 đến 125OC.

Để đọc được nhiệt độ (độ Kelvin) thì ta có cơng thức sau:

= (0 06) 0.01 (3.5)

= (0 07) 0.01 (3.6)

Để chuyển từ độ Kelvin (độ K) sang độ Celsius (độ C) thì ta lấy độ K trừ cho 273.

c. Khối hiển thị

Lựa chọn: có nhiều loại màn hình hiển thị khác nhau như: LCD 16x2, LCD20x4, LCD Nokia 5110, LCD OLED,… Nhóm lựa chon màn hình LCD OLED vì có:

 Kích thước nhỏ gọn.

 Độ phân giải cao (128x64 pixel).

 Giao tiếp với vi điều khiển theo chuẩn I2C nên tiết kiệm chân giao tiếp.

 Tiết kiệm năng lượng.

Hình 3. 5: Sơ đồ kết nối màn hình LCD OLED Điện áp hoạt động: 5V. Điện áp hoạt động: 5V.

Dòng điện tiêu thụ: 15mA.

d. Khối SIM

Do yêu cầu đề tài đặt ra nên nhóm đã chọn module SIM808. Ngoài chức năng truyền thơng gọi và nhắn tin thì module SIM808 cịn có chức năng GPRS giúp truyền nhận dữ liệu và chức năng GPS giúp định vị tọa độ của người sử dụng.

Điện áp hoạt động: 5V.

Hình 3. 6: Sơ đồ kết nối module SIM808

e. Khối thời gian thực

Lựa chon: nhóm đã sử dụng IC DS1307 để giao tiếp với vi điều khiển theo chuẩn I2C.

Hình 3. 7: Sơ đồ nguyên lý thời gian thực DS1307 Điện áp hoạt động: 5V. Điện áp hoạt động: 5V.

Dòng điện tiêu thụ: 1.5mA.

f. Khối động cơ, van xả

Lựa chọn: nhằm hoạt động tốt nhóm đã chọn động cơ và van xả điện từ theo các máy đo huyết áp thông dụng hiện nay của hãng Omron để đạt được độ chính xác cao trong việc xử lý.

Hình 3. 8: Sơ đồ kết nối với động cơ và van xả

Để điều khiển động cơ xả và van khí thì chúng ta có thể dùng nhiều cách như relay, triac, transistor,… nhưng vì động cơ và van xả có dịng tiêu thụ nhỏ và để cho mạch điện được nhỏ gọn thì nhóm đã chọn IC đệm ULN2803.