(Đồ án HCMUTE) Thiết kế và thi công hệ thống giám sát người dùng xe lăn

Khi hệ thống giám sát được gắn vào xe lăn của bệnh nhân, các thông số sẽ được truyền từ mô-đun WiFi ESP8266 tới cơ sở dữ liệu trực tuyến và sau đó đến một ứng dụng trên điện thoại của bệ

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT

THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

GVHD: NGUYỄN VĂN PHÚC SVTH: TRẦN THIỆN AN TRẦN PHƯỚC MINH HUY

S K L 0 0 9 2 5 7

Tp Hồ Chí Minh, tháng 07/2022

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP NGÀNH CÔNG NGHỆ KỸ THUẬT ĐIỆN TỬ - VIỄN THÔNG

THIẾT KẾ VÀ THI CÔNG HỆ THỐNG GIÁM SÁT

NGƯỜI DÙNG XE LĂN

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP HỒ CHÍ MINH

KHOA ĐÀO TẠO CHẤT LƯỢNG CAO

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP NGÀNH CÔNG NGHỆ KỸ THUẬT ĐIỆN TỬ VIỄN THÔNG

THIẾT KẾ VÀ THI CÔNG HỆ THỐNG GIÁM SÁT

NGƯỜI DÙNG XE LĂN

SVTH: Trần Thiện An

MSSV: 18161042 Trần Phước Minh Huy

GVHD:ThS NGUYỄN VĂN PHÚC

TP HỒ CHÍ MINH – 07/2022

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

KHOA ĐÀO TẠO CHẤT LƯỢNG CAO

BỘ MÔN ĐIỆN TỬ VIỄN THÔNG

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

THIẾT KẾ VÀ THI CÔNG HỆ THỐNG GIÁM SÁT NGƯỜI DÙNG XE LĂN

Ngành Công Nghệ Kỹ Thuật Điện Tử Viễn Thông

Sinh viên: TRẦN THIỆN AN

CỘNG HÕA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM

Ngày nhận ề tài: 11/3/2022 Ngày nộp ề tài: 2/8/2022

1 Tên đề tài: Thiết kế và thi công hệ thống giám sát người dùng xe lăn

2 Các số liệu, tài liệu ban đầu:

- Vi điều khiển: Arduino nano, ESP 8266

- Các loại mô-đun: LCD

- Cảm biến: MPU6050, MAX30102

- Thiết bị: Đen, còi báo hiệu

- Nguồn: Pin dự phòng

3 Sản phẩm:

- Mô-đun phần cứng có các chức năng như đo nhịp tim và nồng độ oxi trong máu rồi gửi số liệu đo được lên online database, và còn có thể cảm nhận được sự thay đổi gia tốc, góc nghiêng qua đó phát đi tín hiệu trong trường hợp người dùng bị ngã khỏi xe

- Phần mềm Android có các chức năng cơ bản và hiển thị các thông số nhịp tim, nồng độ oxi đo được và báo hiệu các tín hiệu cần thiết

- Web máy tính dùng để quán lý, điều chỉnh hệ thống giám sát và hẹn giờ

- Quyển báo cáo đề tài

TRƯỞNG NGÀNH GIẢNG VIÊN HƯỚNG DẪN

CỘNG HÕA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM

Độc lập – Tự do – Hạnh phúc

TP Hồ Chí Minh, ngày 28 tháng 7 năm 2022

PHIẾU NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN

Họ va tên Sinh viên: Trần Thiện An MSSV: 18161042

Trần Phước Minh Huy MSSV: 18161081

Ngành: Công nghệ kỹ thuật Điện tử – Viễn Thông

Tên ề tài: Thiết kế và thi công hệ thống giám sát người dùng xe lăn

Họ và tên giáo viên hướng dẫn: ThS Nguyễn Văn Phúc

Nhận Xét:

1 Về nội dung thực hiện:

- Nội dung và khối lượng công việc phù hợp với yêu cầu của khóa luận tốt nghiệp

2 Ưu điểm:

- Sinh viên đã vận dụng được nội dung các môn học chuyên ngành vào việc thiết

kế và thi công sản phẩm mang tính ứng dụng, hệ thống đáp ứng được các mục tiêu đề ra

- Báo cáo được trình bày đầy đủ, rõ ràng

3 Khuyết điểm:

- Các chức năng trên phần mềm còn hạn chế

4 Đề nghị cho bảo vệ hay khộng?

- Cho phép nhóm sinh viên bảo vệ khóa luận tốt nghiệp

5 Đánh giá loại: Giỏi

6 Điểm: 8.5 (Bằng chữ: Tám năm)

Giảng viên hướng dẫn

CỘNG HÕA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM

Độc lập – Tự do – Hạnh phúc ***

TP Hồ Chí Minh, ngày 30 tháng 7 năm 2022

PHIẾU NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN PHẢN BIỆN

Họ và tên Sinh viên: Trần Thiện An MSSV: 18161042

Trần Phước Minh Huy MSSV: 18161081

Ngành: Công nghệ kỹ thuật Điện tử – Viễn thông

Tên ề tài: THIẾT KẾ VÀ THI CÔNG HỆ THỐNG GIÁM SÁT

2 Ưu điểm:

3 Khuyết điểm:

4 Đề nghị cho bảo vệ hay không?

LỜI CẢM ƠN

Đầu tiên, em xin gửi lời cám ơn chân thành đến Thầy Nguyễn Văn Phúc – giảng viên khoa Điện-Điện tử Trường Đại học Sư Phạm Kỹ Thuật đã tận tình hướng dẫn, giúp đỡ em trong quá trình thực hiện Đồ án tốt nghiệp

Và em xin bày tỏ lời cám ơn sâu sắc nhất đến với các thầy cô của Trường Đại học Sư Phạm Kỹ Thuật, đặc biệt là quý thầy cô khoa Điện-Điện tử đã tận tụy giảng dạy và truyền đạt cho em những kiến thức quý báu trong suốt những tháng năm đại học để em có một hành trang vững vàng phát triển sự nghiệp

Cuối cùng, em kính chúc quý thầy cô Trường Đại học Sư Phạm Kỹ Thuật nhiều sức khỏe, hạnh phúc và đạt được nhiều thành công trong công việc và cuộc sống

Xin chân thành cảm ơn!

Nhóm thực hiện đề tài

LỜI CAM KẾT

Nhóm thực hiện xin cam kết đồ án tốt nghiệp tham khảo một số tài liệu trước

đó và không sao chép nội dung, kết quả của các đồ án khác Các nội dung tham khảo đã được trích dẫn đầy đủ

Nhóm thực hiện đồ án tốt nghiệp

(Ký và ghi rõ họ tên)

TÓM TẮT

Ngày nay, với sự phát triển mạnh mẽ của công nghệ 4.0, con người ngày càng chú trọng đến việc cải thiện cuộc sống của cá nhân và cộng đồng, bên cạnh những thành tựu phi thường của khoa học kỹ thuật số Vì lí do này, nhóm đang rất quan tâm đến công nghệ giám sát Phổ biến nhất là công nghệ giám sát hệ thống kỹ thuật

số Hiện nay, với sự trợ giúp của công nghệ kỹ thuật số, khả năng giám sát toàn diện ngày càng được cải tiến và hiện đại hơn nên rất phổ biến trong mọi lĩnh vực

Nhóm thực hiện lưu ý rằng tình hình phối hợp giữa bệnh viện và phòng khám hiện nay trong giám sát bệnh nhan còn rất hạn chế Trong số này, những bệnh nhân ngồi xe lăn thường yêu cầu được chăm sóc nhiều hơn và hỗ trợ toàn diện do khả năng vận động hạn chế, có thể di chuyển trong thời gian dài và nhiều đáng nói là nhóm bị choáng ngợp trước vấn đề này Người giám sát không có khả năng theo dõi bệnh nhân, tham gia và giải quyết một số vấn đề của bệnh nhân

Nhận thức được điều này nhóm đã đưa ra ý tưởng xây dụng và thiết kế hệ thống giám sát dành cho người ngồi trên xe lăn Hệ thống được thức hiện bởi một bộ Arduino, một cảm biến nhịp tim và oxy trong máu MAX30100 và một cảm biến MPU6050 Tất cả các cảm biến trên sẽ hiển thị thông tin lên màn hình LCD và hiển thị trong ứng dụng điện thoại hoặc máy tính trang web Khi hệ thống giám sát được gắn vào xe lăn của bệnh nhân, các thông số sẽ được truyền từ mô-đun WiFi ESP8266 tới cơ sở dữ liệu trực tuyến và sau đó đến một ứng dụng trên điện thoại của bệnh nhân Đối với bác sĩ, khi hệ thống trực tuyến, bác sĩ có thể theo dõi bệnh nhân của mình thông qua web hoặc thiết bị di động Ứng dụng trên điện thoại có khả năng xem các thông số của bệnh nhân, lịch trình hằng ngày và phát hiện khi bệnh nhân gặp sự cố

MỤC LỤC

LỜI CẢM ƠN i

LỜI CAM KẾT ii

TÓM TẮT iii

DANH MỤC HÌNH vi

DANH MỤC BẢNG ix

CÁC TỪ VIẾT TẮT x

CHƯƠNG 1:TỔNG QUAN 11

1.1 GIỚI THIỆU TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU HIỆN NAY 11

1.2 MỤC TIÊU ĐỀ TÀI 12

1.3 GIỚI HẠN ĐỀ TÀI 12

1.4 PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 12

1.5 ĐỐI TƯỢNG VÀ PHẠM VI NGHIÊN CỨU 12

1.6 BỐ CỤC QUYỂN BÁO CÁO 13

CHƯƠNG 2:CƠ SỞ L THUYẾT 14

2.1GIỚI THIỆU VỀ CẢM BIẾN NHỊP TIM QUANG HỌC(MAX30102) 14

2.1.1 Khái niệm về cảm biến nhịp tim quang học 14

2.1.2 Nguyên lý hoạt động 14

2.1.3 Thông tin về nhịp tim theo độ tuổi 14

2.2GIỚI THIỆU VỀ CẢM BIẾN GIA TỐC 6 TRỤC (MPU6050) 15

2.2.1 Khái niệm về công nghệ cảm biến gia tốc 6 trục 15

2.2.2 Nguyên lý hoạt động 15

2.3 GIỚI THIỆU VỀ CẢM BIẾN NHIỆT ĐỘ DS18B20 16

2.3.1 Giới thiệu 16

2.3.2 Nguyên lí hoạt động 17

2.3.3 Thông tin nhiệt độ cơ thể người 17

2.4GIỚI THIỆU VỀ HỆ THỐNG IOT 17

2.4.1Giới thiệu 17

2.4.2Cấu trúc của hệ thống IoT 18

2.4.3Ưu điểm và nhược điểm 19

2.5TỔNG QUAN VỀ PHẦN MỀM LẬP TRÌNH ANDROID STUDIO 19

2.5.1Giới thiệu về hệ điều hành Android 19

2.5.2Giới thiệu về phần mềm lập trình Android Studio 20

2.5.3Ưu điểm và nhược điểm 21

2.6TỔNG QUAN VỀ PHẦN MỀM LẬP TRÌNH CHO VI ĐIỀU KHIỂN 21

2.6.1Giới thiệu về Arduino IDE 21

2.6.2Ưu điểm và nhược điểm: 22

2.7TỔNG QUAN VỀ FIREBASE 23

2.7.1Giới thiệu về Firebase 23

2.7.2Cách thức hoạt động của Firebase 23

2.7.3Ưu điểm và nhược điểm 24

2.8TỔNG QUAN VỀ DJANGO 24

2.8.1Giới thiệu về Django 24

2.8.2Ưu điểm và nhược điểm 24

2.9CÁC CHUẨN TRUYỀN DỮ LIỆU 25

2.9.1Chuẩn giao tiếp UART 25

2.9.2Chuẩn giao tiếp I2C 26

2.9.3Chuẩn giao tiếp 1-Wire 27

CHƯƠNG 3:THIẾT KẾ VÀ THI CÔNG HỆ THỐNG 30

3.1THIẾT KẾ SƠ ĐỒ KHỐI HỆ THỐNG 30

3.1.1Chức năng của từng khối 31

3.1.2Tính toán và thiết kế mạch 31

3.2THI CÔNG HỆ THỐNG 43

3.2.1Lắp ráp và kiểm tra 43

3.3LẬP TRÌNH HỆ THỐNG 44

3.3.1Lưu đồ giải thuật của phần cứng 44

3.3.2Lưu đồ giải thuật của App và Web 46

CHƯƠNG 4: KẾT QUẢ THỰC HIỆN 52

4.1KẾT QUẢ ĐẠT ĐƯỢC 52

4.1.1Đóng gói hệ thống 52

4.1.2Kết quả phần cứng 52

4.1.3Kết quả phần mềm 53

4.2NHẬN XÉT – ĐÁNH GIÁ 60

4.2.1Nhận xét 60

4.2.2Đánh giá 61

CHƯƠNG 5:KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN 63

5.1KẾT LUẬN 63

5.2HƯỚNG PHÁT TRIỂN 63

TÀI LIỆU THAM KHẢO 64

DANH MỤC HÌNH

Hình 2.1: Thông tin về nhịp tim theo từng đọ tuổi, giới tính[12] 14

Hình 2.2: Mô phỏng một gia tốc kế đơn giản[3] 15

Hình 2.3: Con quay hồi chuyển[3] 15

Hình 2.4: Hình minh họa về gốc đo của cảm biến MPU6050[3] 16

Hình 2.5 : Cảm biến DS18B20 17

Hình 2.6: Thông tin nhiệt độ cơ thể người theo từng giai đoạn[13] 17

Hình 2.7: Cấu trúc của hệ thống IoT 18

Hình 2.8: Logo hệ điều hành Android 19

Hình 2.9: App Mobile[6] 20

Hình 2.10: Logo của ứng dụng Android Studio 21

Hình 2.11 Giao diện phần mềm lập trình Arduino IDE 22

Hình 2.12: Logo Firebase 23

Hình 2.13: Truyền thông UART [9] 25

Hình 2.14: Kết nối thiết bị vào bus I2C ở chế độ chuẩn (Standard mode) và chế độ nhanh (Fast mode)[10] 27

Hình 2.15: Kết nối của một mạng 1-Wire[11] 28

Hình 2.16: Minh họa hoạt động của mạng 1-Wire [11] 29

Hình 3.1: Sơ đồ khối của hệ thống 30

Hình 3.2: Mô-đun Arduino Nano CH340 32

Hình 3.3: Sơ đồ chân kết nối của mô-đun Arduino Nano 33

Hình 3.4: Mô-đun thu phát Wifi ESP8266 NodeMCU Lua CP2102 34

Hình 3.5: Sơ đồ chân của ESP 35

Hình 3.6: Sơ đồ nguyên lý kết nối giữa Arduino Nano và ESP8266 35

Hình 3.7: Mô-đun cảm biến DS18B20 36

Hình 3.8: Sơ đồ nguyên lý kết nối giữa Arduino Nano và DS18B20 37

Hình 3.9: Mô-đun cảm biến MPU6050 37

Hình 3.10: Sơ đồ nguyên lý kết nối giữa Arduino Nano và MPU6050 38

Hình 3.11: Mô-đun cảm biến MAX30102 38

Hình 3.12: Sơ đồ nguyên lý kết nối giữa Arduino Nano và MAX30102 39

Hình 3.13: Sơ đồ nguyên lý kết nối giữa Arduino Nano và LCD I2C 40

Hình 3.14: Nguồn pin sạc dự phòng 5V-2A 41

Hình 3.15: Sợ đồ nguyên lý toàn hệ thống 42

Hình 3.16: Hệ thống sau khi được thi công 43

Hình 3.17: Lưu đồ chương trình chính 44

Hình 3.18: Lưu đồ truyền và nhận dữ liệu của ESP8266 45

Hình 3.19: Lưu đồ của giao diện đăng nhập 46

Hình 3.20: Lưu đồ giải thuật của giao diện người dùng app 48

Hình 3.21: Lưu đồ giải thuật của giao diện người dùng web 50

Hình 4.1: Mô hình hệ thống trên xe lăn thực tế 52

Hình 4.2a: Giao diện hiển thi khi ở trạng thái bình thường 53

Hình 4.2b: Giao diện hiển thị khi ở trạng thái té ngã 53

Hình 4.2c: Giao diện hiển thị khi ở nhiệt độ cao 53

Hình 4.2d: Giao diện hiển thị khi ở trạng thái nhịp tim cao 53

Hình 4.2: Giao diện LCD hiển thị các trạng thái 53

Hình 4.6: Giao diện đăng nhập 54

Hình 4.7: Giao diện đăng kí 54

Hình 4.8: Giao diện lấy lại mật khẩu 55

Hình 4.9: Giao diện khi đắng nhập thành công 55

Hình 4.10: Giao hiện hiển thị dữ liệu thống kê trong một ngày 56

Hình 4.11a: Trạng thái bình thường 56

Hình 4.11b: Trạng thái té ngã 56

Hình 4.11c: Trạng thái nhịp tim cao 57

Hình 4.11d: Trạng thái nhiệt độ cao 57

Hình 4.11: Giao hiện hiển thị các trạng thái 57

Hình 4.12: Giao diện web đăng nhập tài khoản 57

Hình 4.13: Giao diện web đăng kí tài khoản 58

Hình 4.14: Giao diện trang web chính 58

Hình 4.15a: Trạng thái té ngã 59

Hình 4.15b: Trạng thái nhịp tim cao 59

Hình 4.15c: Trạng thái nhiệt độ cao 59

Hình 4.15d: Trạng thái bình thường 59

Hình 4.15: Các trạng thái thể hiện trên giao diện trang web 59

Hình 4.16: Chức năng “Autoscale” dùng trong biểu đồ đường 59 Hình 4.17: Chức năng “Pan” dùng trong biểu đồ đường 59 Hình 4.18: Kết quả sau khi sử dụng chức năng “Pan” trong biểu đồ đường 60

DANH MỤC BẢNG

Bảng 3.1: Số lƣợng chân sử dụng các linh kiện 31

Bảng 3.2: Thông số kỹ thuật của Arduino Nano 32

Bảng 3.3: Thông số kỹ thuật của ESP 34

Bảng 3.4: Kết nối chân giữa Arduino Nano và mô-đun ESP 8266 35

Bảng 3.5: Thông số kỹ thuật cảm biến DS18B20 36

Bảng 3.6: Kết nối chân giữa Arduino Nano và DS18B20 36

Bảng 3.7: Thông số kỹ thuật mô-đun cảm biến DS18B20 37

Bảng 3.8: Kết nối chân giữa Arduino Nano và MPU6050 37

Bảng 3.9: Thông số kỹ thuật mô-đun cảm biến MAX30102 38

Bảng 3.10: Kết nối chân giữa Arduino Nano và MAX30102 39

Bảng 3.11: Kết nối chân giữa Arduino Mega và Mô-đun I2C LCD 20x4 40

Bảng 3.12: Thông số của các linh kiện đƣợc sử dụng 40

Bảng 3.13: Thông số kỹ thuật của pin dự phòng 41

Bảng 4.1: Đánh giá mức độ chính xác của cám cảm biến trong hệ thống 61

FAR False Acceptance Rate FRR False Rejection Rate HTML Hypertext Markup Language

ID Identification IDE Integrated Development Environment IoT Internet of Things

RTC Real Time Clock SRAM Static Random-Access Memory SSL Secure Sockets Layer

UART Universal Asynchronous Receiver/ Transmitter USB Universal Serial Bus

XML Extensible Markup Language

CHƯƠNG 1:TỔNG QUAN

1.1 GIỚI THIỆU TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU HIỆN NAY

Trong thời gian sự nghiệp công nghiệp hóa hiện đại hóa đất nước gần đây, sự bùng nổ cách mạng công nghệ 4.0 đã hình thành những bước nhảy vượt bậc và tạo

sự đột phá về khoa học kỹ thuật, điều này đã nâng cao mức sống và giúp cuộc sống con người thuận tiện hơn rất nhiều trong sinh hoạt

Vì thế, hệ thống giám sát ra đời cùng sự phát triển mạnh mẽ trong nhiều lĩnh vực nhằm mục đích chính phục vụ cho đời sống của con người Theo tình hình các nước trên thế giới luôn tồn tại những người già, bệnh tật và khuyết tật chiếm một phần dân số của đất nước, đặc biệt cao nhất là Nhật Bản với nhu cầu sử dụng xe lăn tăng cao Điều này khiến cho việc mong muốn sử dụng những công nghệ hữu ích hỗ trợ cho ngành y tế được đề cao và thông qua sự kết hợp giữa xe lăn sử dụng hệ thống giám sát người dùng Đồng thời tích hợp khả năng đo nhịp tim và nồng độ oxy có trong máu sẽ giúp người thân cũng như là các y bác sĩ có thể giám sát bệnh nhân từ khoảng cách xa, nhận được các thông tin cần thiết và phát hiện khi có xảy

ra hiện té ngã ở bệnh nhân

Như chúng ta đều biết tim là một bộ phận quan trọng hàng đầu trong cơ thể mỗi con người, việc giám sát các thông số của tim mạch như nồng độ oxi trong máu và nhịp tim là vô cùng quan trọng Vì thế, các thông số trên cần được giám sát liên tục, đây cũng là yêu cầu và là lý do thiết yếu để phát triển các hệ thống nhằm giám sát thông số của các bệnh nhân đang không nằm trên giường bệnh mà cả những bệnh nhân khác Đặc biệt là các bệnh nhân đang phải sử dụng xe lăn đang bị hạn chế rất nhiều trong việc di chuyển

Thông qua việc tham khảo, thừa kế và phát triển đề tài “Thiết kế và thi công hệ thống hỗ trợ công tác thi tập trung tại trường ĐHSPKT TP.HCM” của nhóm sinh viên Phạm Thị Dung và Hà Lưu Phương Lê với mô hình sử dụng kit Arduino Mega

2560 làm vi điều khiển trung tâm để điều khiển các mô-đun mở rộng như cảm biến vân tay R305, Sim800 và ma trận bàn phím để vận hành hệ thống giám sát và cảnh báo người dùng thông qua mạng Internet Từ nền tảng đó, nhóm quyết định thực hiện phát triển với tên đề tài “THIẾT KẾ VÀ THI CÔNG HỆ THỐNG GIÁM SÁT NGƯỜI SỬ DỤNG XE LĂN” với mục đích hỗ trợ các bác sĩ cũng như người thân

của bệnh nhân trong việc giám sát các bệnh nhân đang phải sử dụng xe lăn một các toàn diện hơn thông quá ứng dụng điện thoại và web server [1]

1.2 MỤC TIÊU ĐỀ TÀI

Tìm hiểu về kit ArduinoNano, mô-đun MPU6050, cảm biến nhịp tim MAX30100, các thiết bị điện tử khác và việc liên kết giữa các thiết bị để tạo thành một hệ thống hoàn thiện

Thiết kế được phần cứng có các chức năng như đo nhịp tim, nồng độ oxi trong máu và phát hiện té ngã, các thông số bất thường cũng như là cung cấp quyền giám sát của người thân của bệnh nhân

Xây dựng được phần mềm có các chức năng dành cho người thân bệnh nhân như xem các thông số đo được từ cảm biến, giám sát lịch trình hằng ngày của bệnh nhân và phát hiện khi có chuyện bất thường xảy ra với bệnh nhân Đối với bác sĩ có thể toàn quyền truy cập vào các thông tin của bệnh nhân ngoài ra thông qua web trên máy tính có thể đặt ra lịch trình hằng ngày cho bệnh nhân cũng như giám sát các hoạt động khác

1.3 GIỚI HẠN ĐỀ TÀI

-Đề tài chỉ tập trung mô phỏng với một bệnh nhân, một thân nhân và một bác sĩ -Các thông số đo được từ bệnh nhân chỉ dừng lại ở các thông số cơ bản như nhịp tim, nồng độ oxi trong máu

-Web quản lý thông tin của các bệnh nhân chỉ dừng lại ở trang web tĩnh

1.4 PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

-Phân tích và tìm hiểu các phương pháp về theo dõi bệnh nhân để lựa chọn ra

phương pháp phù hợp nhất cho đề tài

-Tham khảo và lựa chọn các đề tài đã được thực hiển để tìm hiểu những điểm nổi bật và hạn chế, lên ý tưởng để tinh chỉnh và hoàn thiện hệ thống nhất có thể dựa trên nền tảng hiện đã có

-Tìm hiểu về cơ sở dữ liệu và các phương pháp hoạt động, phân tích và lựa chọn ra phương pháp để thiết kế hệ thống phù hợp

1.5 ĐỐI TƯỢNG VÀ PHẠM VI NGHIÊN CỨU

- Đối tượng nghiên cứu:

 Tìm hiểu nguyên lý hoạt động của phần cứng kit Arduino Nano, mô-đun ESP

node MCU 8266, LCD, MPU6050,…

 Nghiên cứu và tìm hiểu về cách lập trình ứng dụng điện thoại cũng như các ngôn ngữ lập trình liên quan

 Lập trình quản lý và thao tác online trên web tĩnh

 Nghiên cứu các giao thức truyền thông giữa các mô-đun với nhau

- Phạm vi: Nghiên cứu dựa trên các mô-đun đã có sẵn, tích hợp và ứng dụng

những tính năng mới để tối ưu và phù hợp với đề tài

1.6 BỐ CỤC QUYỂN BÁO CÁO

Nội dung chính của đề tài được trình bày với 6 chương:

- Chương 1: Tổng quan

Chương 1 sẽ được trình bày hiện trạng nghiên cứu hiện nay, tính cấp thiết của đề tài, nhiệm vụ, mục tiêu, phạm vi, phương pháp nghiên cứu, bố cục đồ án

- Chương 2: Cơ sở lý thuyết

Chương 2 sẽ được trình bày các lý thuyết quan trọng nhát về hệ thống người sử dụng

- Chương 3: Thiết kế và thi công hệ thống

Chương 3 sẽ được trình bày các phương pháp tính toán thiết kế hệ thống, thiết kế

sơ đồ khối, sơ đồ nguyên lý, thiết lập lưu đồ thuật toán, thiết kế và lập trình ứng dụng Android, thiết kế trang web

- Chương 4: Kết quả thực hiện

Chương 4 sẽ được giới thiệu kết quả thiết kế phần cứng của hệ thống giám sát người ngồi trên xe lăn, kết quả hình ảnh thực tế và sự đánh giá về sản phẩm

- Chương 5: Kết luận và hướng phát triển

Chương cuối cùng sẽ được trình bày về việc nhận xét về sản phẩm, hạn chế và đề xuất hướng phát triển của đề tài

CHƯƠNG 2:CƠ SỞ L THUYẾT

2.1 GIỚI THIỆU VỀ CẢM BIẾN NHỊP TIM QUANG

HỌC(MAX30102)

2.1.1 Khái niệm về cảm biến nhịp tim quang học

Photoplethysmography (PPG) được biết đến là một kỹ thuật sử dụng quang học để đo những thay đổi nhỏ trong mạch máu Khi ánh sáng được chiếu vào da và lượng ánh sáng được hấp thụ trở lại được theo dõi, các cảm biến sẽ phân tích những thay đổi trong lưu lượng máu qua nó Từ đó, ghi lại các phép đo và phân tích đầu ra như nhịp tim, số nhịp tim theo thời gian. [2]

2.1.2 Nguyên lý hoạt ộng

Khi mặt cảm biến được ép chặt vào da nơi mạch máu lưu thông, máy phát sẽ phát ra ánh sáng về phía da Luồng ánh sáng này sẽ lan truyền ra xung quanh và một phần của nó sẽ đi vào một điện trở quang đặt gần bộ phát. [2] Do áp suất, thể tích máu ở phần cảm biến sẽ thay đổi, đặc biệt khi tim đập không có áp suất, máu sẽ thu xung quanh, và lượng ánh sáng từ máy phát đến máy thu sẽ nhiều hơn lúc phát ra Nhịp tim, máu chảy qua nơi có cảm biến áp suất Vì sự thay đổi rất là nhỏ, cảm biến ánh sáng thường có một mạch IC khuếch đại tín hiệu thay đổi này và chuyển nó đến một bộ lọc và một bộ chuyển đổi ADC (Analog to Digital Converter: bộ chuyển đổi tín hiệu tương tự sáng số) từ đó có thể tính toán được nhịp tim. [2]

2.1.3 Thông tin về nhịp tim theo ộ tuổi

Đối với từng độ tuổi và từng giới tính khác nhau sẽ có những thông số về nhịp tim khác nhau.[12]

Hình 2.1: Thông tin về nhịp tim theo từng độ tuổi, giới tính[12]

Với hình ảnh ở trên đã được phân ra rõ rang giữa nam và nữ theo từng độ tuổi với nhau Vùng nhịp tim nghỉ là vùng nhịp tim bình thường khi được nghỉ ngơi và không vận động mạnh

2.2 GIỚI THIỆU VỀ CẢM BIẾN GIA TỐC 6 TRỤC (MPU6050)

2.2.1 Khái niệm về công nghệ cảm biến gia tốc 6 trục

MPU-6050 là một trong những giải pháp cảm biến chuyển động đầu tiên trên thế giới với tối đa 6 (có thể mở rộng thành 9) trục cảm biến được tích hợp vào một chip duy nhất.MPU-6050 sử dụng công nghệ MotionFusion độc quyền của InvenSense có thể chạy trên thiết bị di động, bộ điều khiển, v.v. [3]

2.2.2 Nguyên lý hoạt ộng

a Gia tốc kế (Acceleronmeter)

Hình 2.2: Mô phỏng một gia tốc kế đơn giản [3]

Trong hình trên, chúng ta có thể thấy một khoang hình trụ có chứa một quả cầu lò xo Đây là một mô hình gia tốc kế cơ bản Hộp hình trụ này được gắn với vật

có gia tốc cần đo và viên bi là vật có thể chuyển động theo một hướng bên trong khoang làm cho lò xo co lại hoặc nở ra Nếu chúng ta sử dụng ba gia tốc kế đơn giản đặt trong không gian ba chiều, chúng ta có thể dễ dàng đo các vật thể trong không gian[3]

b Con quay hồi tiếp (Gyroscope)

Hình 2.3: Con quay hồi chuyển[3]

Con quay hồi chuyển là một thiết bị được sử dụng để thu hoặc duy trì định

hướng Khi đĩa quay với tốc độ cao, sự dịch chuyển của mô-men bên ngoài giảm đi rất nhiều để con quay hầu như có thể duy trì chuyển động quay của nó Hiện tượng này được sử dụng để theo dõi độ nghiêng Gia tốc kế chỉ có thể đo gia tốc tuyến tính của thiết bị, trong khi con quay hồi chuyển có thể hiển thị hướng của thiết bị, hệ thống có thể dễ dàng nhận chuyển động theo hướng ngang hoặc dọc

c Cảm biến MPU6050

Chức năng của cảm biến MPU6050 được tổng hợp từ chức năng của con quay hồi tiếp và cảm biến gia tốc khiến cho việc sử dụng MPU6050 trở nên đa dạng về tính năng và giúp cho người dùng có thể sử dụng dễ dàng[3]

Dựa vào thông số lấy được từ 6 trục gồm có 3 trục góc quay hồi tiếp (Gyroscope) và 3 trục cảm biến gia tốc (Accelerometer) và thông qua việc sử dụng công thức euler từ đó có thể tính toán chính xác được góc nghiêng

2.3 GIỚI THIỆU VỀ CẢM BIẾN NHIỆT ĐỘ DS18B20

2.3.1 Giới thiệu

Cảm biến nhiệt độ DS18B20 là cảm biến đo nhiệt độ có độ phân giải cao (12bit) của MAXIM IC sử dụng chuẩn 1-Wire rất gọn gàng, dễ lập trình IC còn có chức năng cảnh báo nhiệt độ khi vượt ngưỡng cho phép và đặc biệt hơn là có thể đưa nguồn vào từ chân dữ liệu. [4]

Hình 2.5 : Cảm biến DS18B20

2.3.2 Nguyên lí hoạt ộng

Cảm biến nhiệt độ được hoạt động với phương thức giao tiếp 1 dây Chân dữ liệu chỉ cần được kết nối với bộ vi điều khiển bằng một điện trở kéo lên và hai chân còn lại được sử dụng để cấp nguồn Điện trở kéo lên được sử dụng để giữ dây cao khi bus không được sử dụng Nhiệt độ cảm biến đo được sẽ được lưu trong một thanh ghi 2 byte bên trong cảm biến. [4]

2.3.3 Thông tin nhiệt ộ cơ thể người

Theo nhưng thống kê từ các phòng khám trong bệnh viện, chúng ta có được hình ảnh như bênh dưỡi hiển thị được nhiệt độ theo từng độ tuổi và vị trí đo.[13]

Hình 2.6: Thông tin nhiệt độ cơ thể người theo từng giai đoạn[13]

2.4 GIỚI THIỆU VỀ HỆ THỐNG IOT

2.4.1 Giới thiệu

IoT, viết tắt của Internet of Things, đang là xu hướng được mọi người quan tâm hiện nay bởi những ứng dụng đa dạng đã mang đến những đột phá trong cuộc cách mạng khoa học công nghệ. [5] Thuật ngữ IoT thực sự đã được biết đến trong nhiều thập kỷ, nhưng chỉ có một cuộc bùng nổ công nghiệp hóa toàn diện vào năm

1999 đã tạo nhiều điều kiện thuận lợi cho IoT tiếp tục phát triển ngày nay. [5]

Hệ thống IoT là một hệ thống kết nối internet kết hợp nhiều thành phần với các tiêu chuẩn giao tiếp không dây như Wifi, Lora, Zigbee và Bluetooth Thiết bị điện tử, phần mềm và cảm biến giúp chúng ta cả hai Nó thu thập dữ liệu và kết nối với mạng máy tính để dữ liệu có thể được truyền và trao đổi. [5]

2.4.2 Cấu trúc của hệ thống IoT

Cấu trúc của hệ thống IoT gồm 4 phần chính: Thiết bị (Things), trạm kết nối (Gateways), cơ sở hạ tầng mạng (Network and Cloud), dịch vụ (Services)

Hình 2.7: Cấu trúc của hệ thống IoT

Thiết bị: Hiện nay trên thị trường các thiết bị công nghệ thông minh được sử

dụng rất rộng rãi thường là các thiết bị điều khiển, cảm biến, đồng hồ và điện thoại thông minh với đặc điểm chung là chúng đều được kết nối thông qua Internet Đối với các thiết bị thông minh có cơ sở hạ tầng được tích hợp sẵn sẽ được sàng lọc kết nối và quản lý dữ liệu một cách cục bộ Đối với các thiết bị chưa được tích hợp thông minh có thể kết nối được thông qua các trạm kết nối. [5]

Trạm kết nối: Các trạm kết nối ở đây hoạt động như một người trung gian để

kết nối các thiết bị với điện toán đám mây một cách an toàn và dễ dàng hơn trong việc quản lý. [5]

Cơ sở hạ tầng mạng và iện toán ám mây: Cơ sở hạ tầng mạng bao gồm

các thiết bị tổng hợp, trạm kết nối và các bộ định tuyến,… để có thể kiểm soát được lưu lượng dữ liệu lưu thông bên cạnh đó việc kết nối với mạng cũng được kết nối với mạng lưới viễn thông triển khai bởi các nhà cung cấp Điện toán đám mây sẽ bao gồm một hệ thống các máy chủ, hệ thống mạng, lưu trữ ảo sẽ được kết nối với nhau. [5]

Dịch vụ: Giúp đưa các sản phẩm công nghệ IoT ra thị trường và hiện thực hóa

những giá trị của việc phân tích dữ liệu hệ thống. [5]

2.4.3 Ưu iểm và nhược iểm

 Hệ thống IoT không có tiêu chuẩn quốc tế hoặc khả năng tương thích, điều này

sẽ gây khó khăn cho các nhà phát triển trong việc phát triển các thiết bị giao tiếp với nhau

2.5 TỔNG QUAN VỀ PHẦN MỀM LẬP TRÌNH ANDROID STUDIO 2.5.1 Giới thiệu về hệ iều hành Android

Hình 2.8: Logo hệ điều hành Android

Android là hệ điều hành dựa trên Linux được thiết kế cho các thiết bị di động như điện thoại thông minh và máy tính bảng. [6] Với giấy phép của Google (Apache), một loại giấy phép ít hạn chế hơn, Android đã nhanh chóng được các nhà phát triển tiếp cận và tự do phân phối sản phẩm của họ trên tất cả các nền tảng Các ngôn ngữ phổ biến được sử dụng trong phát triển ứng dụng Android bao gồm: Java, Kotlin, AngularJS, C#, HTML và CSS.[6]

2.5.2 Giới thiệu về phần mềm lập tr nh Android Studio

Hiện nay để phát triển các ứng dụng Android chạy trên điện thoại cũng như trên các ứng dụng IoT thì có rất nhiều phần mềm hỗ trợ Nền tảng cho phép nhà lập trình tạo ra các ứng dụng phần mềm cho hệ điều hành Android Bằng việc sử dụng giao diện đồ họa, nền tảng cho phép người dùng kéo và thả các khối mã để tạo ra các ứng dụng có thể chạy trên thiết bị Android

Một ứng dụng khá là quen thuộc cần phải đề cập đến với lĩnh vực IoT đó chính là App Blynk Ứng dụng giúp người dùng điều khiển phần cứng từ xa, có thể hiển thị dữ liệu của các cảm biến, lưu trữ, biến đổi dữ liệu

Trong đó Android Studio một công cụ chính thức và mạnh mẽ nhất cho các ứng dụng điện thoại Đây là IDE (môi trường phát triển tích hợp) chính thức cho nền tảng Android, được phát triển với sự hỗ trợ mạnh mẽ từ Google sử dụng để tạo phần lớn các ứng dụng mà chúng ta có thể sử dụng hàng ngày[6]

Hình 2.10: Logo của ứng dụng Android Studio

Chức năng của Android Studio là cung cấp giao diện để xây dựng các ứng

Hình 2.9: App Mobile[6]

dụng và xử lý hầu hết các công cụ quản lý tệp phức tạp đằng sau Ngôn ngữ lập trình được sử dụng ở đây là Java, được cài đặt riêng trên thiết bị Ứng dụng sẽ cấp quyền truy cập vào Android SDK Nếu Android Studio là trình soạn thảo lập trình (IDE) thì Android SDK là tập hợp các công cụ tạo ứng dụng, mô hình máy ảo Android (sử dụng để thử nghiệm ứng dụng app) cần thiết để tạo nên một ứng dụng hoàn chỉnh[6]

Ngôn ngữ lập trình chính là Java Với ước tính khoảng 9 triệu nhà phát triển, Java là một trong những ngôn ngữ lập trình sử dụng rộng rãi nhất trên thế giới Hệ điều hành Android của Google sử dụng Java làm nền tảng cho tất cả các ứng dụng Android Mặc dù Java dùng trong lập trình ứng dụng Android là không hoàn toàn giống như Java cổ điển, nhưng nó cũng có nhiều điểm chung. [6]

2.5.3 Ưu iểm và nhược iểm

- Ưu iểm:

 Hệ điều hành gần gũi với người dùng

 Có khả năng xử lí nhiều ứng dụng cùng một lúc

 Do có mã nguồn mở, nhiều nhà phát triển lựa chọn để phát triển ứng dụng

 Kho ứng dụng Google Play với nhiều sản phẩm miễn phí cho người dùng

Hình 2.11 Giao diện phần mềm lập trình Arduino IDE

Arduino IDE là một trình soạn thảo văn bản khá nổi tiếng được viết tắt từ (Arduino Integrated Development Environment) hỗ trợ sử dụng ngôn ngữ lập trình

C và C++ nên được sinh viên rất ưu chuộng để việc tiếp cận với lập trình nhúng một cách dễ dàng Phần mềm hỗ trợ trên đa nền tảng với các hệ điều hành như Mac, Windows, Linux và chạy trên nền Java với các hàm và câu lệnh được tích hợp có sẵn đóng vai trò rất quan trọng trong việc soạn thảo và biên dịch mã trong phần mềm môi trường này.[6] Phần mềm hỗ trợ rất nhiều mô-đun Arduino như Arduino Mega, Arduino Uno,…Hơn nữa, các phần mềm còn hỗ trợ lập trình cho các mô-đun ESP như ESP8266 và ESP32 Mỗi mô-đun sẽ chứa bộ vi điều khiển trên board mạch được lập trình và chấp nhận thông tin dưới dạng mã còn được gọi là sketch tạo nên từ nền tảng IDE Sau đó, nó tạo ra một tệp dưới dạng hex để tải lên và tải xuống bộ điều khiển của bảng.[7]

2.6.2 Ưu iểm và nhược iểm:

- Ưu iểm:

 Thư viện sử dụng nhanh, đơn giản với người lập trình

 Có nhiều thư viện mẫu

 Có nhiều chức năng giúp đơn giản hóa việc lập trình cũng như debug

 Có nhiều diễn đàn công đồng lớn

- Khuyết iểm:

 Phần cứng đi kèm thường có kích thước lớn

 Chi phí phát triển và mua phần cứng hỗ trợ cao

 Việc có phần cứng và phần mềm có sẳn đơn giản dễ sử dụng sẽ để lại hậu quả là không nắm rõ các nguyên lý giao tiếp cơ bản như I2C, UART, SPI,

2.7.2 Cách thức hoạt ộng của Firebase

• Firebase Realtime Database

Người dùng có thể dễ dàng nhận được cơ sở dữ liệu thời gian thực bằng cách đăng kí tài khoản Firebase và tạo ứng dụng Dữ liệu này được định dạng dưới dạng chuỗi JSON Đồng thời, dữ liệu được đồng bộ hóa bất cứ khi nào thay đổi dữ liệu ảnh hưởng đến nó và được kết nối với bất kì máy khách nào sử dụng ứng dụng đa nền tảng Trong trường hợp lỗi mạng, dữ liệu được lưu trữ cục bộ Vì vậy, các thay đổi sẽ được tự động được cập nhật trên máy chủ Firebase Dữ liệu được truyền với

độ bảo mật cao bằng chứng chỉ kết nối SSL. [7]

Cung cấp dịch vụ lưu trữ ứng dụng web chất lượng cao, an toàn, nhanh chóng cho các nhà phát triển Với một lệnh duy nhất, bạn có thể triển khai ứng dụng và cung cấp cả nội dung tĩnh và động cho CDN, bản sao nội dung sẽ được trả về máy chủ gần nhất

2.7.3 Ưu iểm và nhược iểm

- Ưu iểm

 Tạo một tài khoản và sử dụng dễ dàng

 Tốc độ tăng trưởng nhanh

 Nhiều dịch vụ trên một nền tảng

 Được cung cấp bởi Google làm tăng danh tiếng và lấy uy tín cho người sử dụng

 Tập trung vào việc phát triển và tối ưu hóa cho người sử dụng

 Firebase không có máy chủ

 Sao lưu

- Khuyết iểm

 Firebase không là mã nguồn mở

 Firebase không thể hoạt động ở nhiều quốc gia trên thế giới

 Truy vấn chậm

 Firebase đắt và giá không ổn định

 Chỉ chạy trên Google Cloud

2.8 TỔNG QUAN VỀ DJANGO

2.8.1 Giới thiệu về Django

Django là một web framework nỗi tiếng, miễn phí được biết đến và sử dụng rộng rãi, là một loại mã nguồn mở được lập trình dựa trên ngôn ngữ Python dựa trên tiền đề là mô hình MTV (Model Template Views) Mục tiêu ra đời của Django là hỗ trợ thiết kế website phức tạp dựa vào những CSDL có sẵn, hoạt động theo nguyên

lý „cắm‟, tái sử dụng các thành phần tạo ra các website và hạn chế sự dụng đến code, khớp nối, có thể phát triển và hạn chế được khả năng bị trùng lặp. [8]

2.8.2 Ưu iểm và nhược iểm

- Ưu iểm

 Bảo mật tốt

 Khả năng mở rộng cao

 Không đưa ra được cụ thể các cảnh báo xảy ra lỗi

2.9 CÁC CHUẨN TRUYỀN DỮ LIỆU

2.9.1 Chuẩn giao tiếp UART

UART là viết tắt của “Universal Asynchronous Receiver/Transmitter” và là ột loại giao tiếp nối tiếp không đồng bộ, thường là một mạch tích hợp Khả năng truyền dữ liệu nối tiếp là đặc điểm chức năng của UART Trong UART, với việc giao tiếp giữa hai thiết bị có thể được thực hiện theo hai phương thức là truyền dữ liệu nối tiếp và truyền dữ liệu song song. [9]

Dữ liệu được gửi qua UART được sắp xếp thành các gói Trong đó, các gói tin chứa 1 bit bắt đầu, bit dữ liệu cần tùy thuộc vào UART sẽ là 5 hoặc 9 bit, một bit chẵn lẻ tùy chọn và cuối cùng 1 hay 2 bit dừng

Bit bắt ầu: Thông thường, dòng dữ liệu UART được giữ ở mức điện áp cao

khi không có dữ liệu nào được truyền Để bắt đầu truyền dữ liệu, UART truyền sẽ kéo đường từ cao xuóng thấp trong một chu kì Khi UART nhận phát hiện sự chuyển đổi điện áp cao sang điện áp thấp, UART sẽ bắt đầu đọc các bit trong khung

dữ liệu trong khoảng tần số của tốc độ truyền các gói tin. [9]

Khung dữ liệu: Dữ liệu thực tế sẽ được chưa trong đó và sẽ được gửi đi.Nếu

sử dụng các bit chẵn lẻ, chúng có thể dài từ 5 đến 8 bit Không có bit chẵn lẻ, khung

dữ liệu có thể dài 9 bit Trong hầu hết các trường hợp, dữ liệu được gửi trước bit ít

quan trọng nhất

Bit chẵn lẻ: Một cách để UART nhận cho biết liệu có bất kỳ dữ liệu nào đã

thay đổi trong quá trình truyền hay không Sau khi UART nhận đọc khung dữ liệu,

nó sẽ đếm số bit có giá trị là 1 và kiểm tra xem tổng số là số chẵn hay lẻ Nếu bit chẵn lẻ là 0 (chẵn) thì tổng các bit 1 trong khung dữ liệu phải là một số chẵn Nếu bit chẵn lẻ là 1 (lẻ), các bit 1 trong khung dữ liệu sẽ tổng thành một số lẻ Nếu các bit chẵn lẻ khớp với dữ liệu, phương thức sẽ biết rằng trong quá trình truyền không xảy ra hiện tượng lỗi Tuy nhiên, nếu bit chẵn lẻ là 0 và tổng là lẻ, hoặc nếu bit chẵn

lẻ là 1 và tổng số là chẵn, chuẩn giao tiếp sẽ biết sẽ biết rằng các bit được sắp xếp trong khung dữ liệu đã được thay đổi. [9]

Bit dừng: Để báo hiệu sự kết thúc của một gói dữ liệu, UART truyền dẫn

hướng đường dữ liệu từ thấp đến cao trong ít nhất khoảng hai bit

 Ưu iểm:

- Không cần tín hiệu clock, có một bit chẵn lẻ để cho phép kiểm tra lỗi

- Cấu trúc của gói dữ liệu có thể được thay đổi miễn là cả hai bên đều được thiết lập cho nó

 Khuyết iểm:

- Kích thước của khung dữ liệu truyền và nhận được giới hạn là 9bit

- Không hỗ trợ hệ thống chủ tớ

- Tốc độ truyền giữa các UART ở trong khoảng 10%

2.9.2 Chuẩn giao tiếp I2C

I2C là tên viết tắt của thuật ngữ tiếng Anh “Inter-Integrated Circuit” Giao thức này để truyền dữ liệu giữa các khối xử lý trung tâm với nhiều IC trên cùng một bảng mạch chỉ sử dụng hai đường truyền tín hiệu Do tính đơn giản của nó, giao thức này được sử dụng rộng rãi để giao tiếp các bộ vi điều khiển, các thiết bị cảm biến, các loại mô-đun khác nhau,…Một loại giao thức giao tiếp nối tiếp đồng bộ Các bit dữ liệu được truyền từng bit một theo các khoảng thời gian đều đặn được xác định bởi một tín hiệu đồng hồ tham chiếu. [10]

Dòng xung nhịp (SCL) chỉ được gửi thiết bị chủ phát đi (thường là 100kHz và 400kHz, cao nhất là 1Mhz và 3.4MHz)

Đường dữ liệu hai chiều (SDA)

Khi một thiết bị ngoại vi được kết nối với đường bus I2C thì chân SDA của nó được kết nối với dây SDA của bus và chân SCL của nó được kết nối với dây SCL

Hình 2.14: Kết nối thiết bị vào bus I2C ở chế độ chuẩn (Standard mode) và chế độ

• Ưu iểm:

- Chỉ sử dụng hai dây

- Hỗ trợ nhiều thiết bị chủ, tớ

- Bit ACK / NACK xác nhận mỗi khung được chuyển thành công

- Phần cứng ít phức tạp hơn so với UART

- Giao thức phổ biến được sử dụng rộng rãi

• Khuyết iểm:

- Tốc độ truyền dữ liệu chậm hơn SPI

- Kích thước của khung dữ liệu bị giới hạn ở 8 bit

2.9.3 Chuẩn giao tiếp 1-Wire

1-Wire là một tiêu chuẩn truyền thông được nghiên cứu và phát triển bởi Dallas Semiconductor (Maxim) Không giống như các chuẩn giao tiép khác, I2C hoặc UART yêu cầu hai dây và SPI yêu cầu một dây để gửi và nhận dữ liệu, trong khi chuẩn giao tiếp 1_Wire, như tên gọi của nó, chỉ yêu cầu một dây để gửi và nhận

dữ liệu của dây Nó chậm và được sử dụng chủ yếu để thu thập dữ liệu, truyền dữ liệu thời tiết, nhiệt độ và các tác vụ khác không yêu cầu tốc độ cao[11]

Hình 2.15: Kết nối của một mạng 1-Wire [11]

Giao tiếp 1_Wire chỉ sử dụng một dây để kết nối nguồn và truyền dữ liệu, vì vậy nó luôn ở mức cao khi không hoạt động Do đó, cần nối dây với nguồn thông qua một điện trở kéo lên Giao diện 1_Wire có hai chế độ hoạt động: tiêu chuẩn và tăng tốc Tốc độ truyền dữ liệu là 15kps ở chế độ tiêu chuẩn và 111kps ở chế độ tăng tốc Chuẩn giao tiếp 1_Wire tuân theo mô hình chủ-tớ Nhiều thiết bị phụ có thể được kết nối với một đường dữ liệu, nhưng chỉ có một thiết bị chính[11]

Hoạt ộng của giao tiếp 1-Wire [11]

Chuẩn giao tiếp 1-Wire sử dụng khái niệm khe thời gian Khe thời gian là khoảng thời gian trong đó mức logic 1 hoặc 0 sẽ được ghi hoặc đọc.Khe thời gian

có thời lượng 60µs khi hoạt động ở chế độ Tiêu chuẩn và 8µs ở chế độ chạy quá tốc

Các hoạt động cơ bản của 1-Wire là Write1, Write0, Read, Reset:

- Write 1 : master đưa bus xuống 0 khe A (us) sau đó gửi lại 1 khe B (us)

- Write 0: master di chuyển bus xuống 0 khe C (us) sau đó gửi lại 1 khe D (us)

- Read: Để đọc một chút, tổng thể kéo bus 0 đến A (chúng tôi) và trả về 1, trì hoãn đến E (chúng tôi) sau đó đọc giá trị được trả về bởi nô lệ, sau đó trì hoãn F (chúng tôi)

- Reset: Chuẩn bị cho giao tiếp, chủ giảm xuống 0 trong một khoảng thời gian

H (chúng tôi) sau đó phát hành xuống mức 1, sau đó trì hoãn I (chúng tôi) sau đó đọc giá trị trả về nô lệ và trì hoãn J (chúng tôi) Nếu giá trị này là 0 thì cho phép truyền thông, nếu là 1 thì đường truyền bị lỗi hoặc máy tớ đang bận

Hình 2.16: Minh họa hoạt động của mạng 1-Wire[11]

 Ưu iểm:

- Không cần tín hiệu clock

- Do sử dụng dây nên đường truyền ổn định ít nhiễu

- Tiết kiệm không gian và tài nguyên vi xử lý khi cần dùng nhiều cảm biến