Thiết kế thi công hệ thống chuông giường bệnh hỗ trợ công tác chăm sóc, phục vụ bệnh nhân tại bệnh việno

Y tế điện tử YTĐT hay còn gọi là health được ứng dụng trong nhiều lĩnh vực khác nhau như: Lưu trữ, xử lý và truyền tải thông tin nói chung và thông tin về quản lý bệnh viện nói riêng như

LỜI CẢM ƠN Lời đầu tiên em xin chân thành cảm ơn thầy giáo ThS Nguyễn Thế Dũng,

thầy đã tận tình giúp đỡ, định hướng cho em trong suốt quá tình tìm hiểu, nghiên cứu và thiết kế đồ án tốt nghiệp

Em cũng xin bày tỏ lòng cảm ơn tới ban giám hiệu và các thầy cô trong khoa Công nghệ điện tử viễn thông – Trường Đại học Công nghệ thông tin và Truyền thông Thầy cô đã tận tình dạy dỗ và tạo điều kiện học tập và nghiên cứu trong những năm tháng học tại nhà trường

Cuối cùng tôi xin gửi lời cảm ơn tới gia đình, những người bạn luôn ở bên động viên và giúp tôi hoàn thiện tốt đồ án này

Xin chân thành cảm ơn !

Thái Nguyên, tháng 5/2016

Sinh viên

Trần Trung Học

LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan:

Những nội dung trong đồ án này là do tôi tổng hợp và thực hiện Mọi tham khảo trong đồ án này đều được trích dẫn rõ ràng tên tác giả, tên công trình, thời gian địa điểm và công bố

Mọi sao chép không hợp lệ vi phạm quy chế đào tạo, hay gian trá, tôi xin chịu hoàn toàn trách nhiệm

Sinh viênTrần Trung Học

LỜI NÓI ĐẦU 8

Chương 1: CƠ SỞ THỰC TIỄN CỦA ĐỀ TÀI 9

1.3.4 Thời gian nghiên cứu: 12

1.4 Kết quả nghiên cứu 12

Chương 2 CÔNG NGHỆ TRUYỀN THÔNG KHÔNG DÂY 132.1 Tổng quan về truyền thông không dây 13

2.1.1 Các thành phần của hệ thống truyền thông 13

2.1.2 Truyền thông không dây 14

2.1.3 Mô hình truyền thông 14

2.1.4 Phân loại mạng không dây 14

2.1.5 Ưu điểm, nhược điểm 19

2.2 Giới thiệu về sóng RF (sóng vô tuyến) 19

2.2.1 Tần số vô tuyến (RF) 20

2.2.2 Các đặc tính của RF 22

2.2.3 Mã hóa bit23

2.3 Các công nghệ truyền thông không dây RF 25

2.3.1 Module thu – phát dải tần 315Mhz và 433Mhz: 25

2.3.2 Module thu – phát dải tần 2.4Ghz: 26

2.4 Công nghệ truyền thông không dây bằng blutoot 30

3.2 Bắt đầu với Arduino 35

3.3 Vi điều khiển Atmega328 38

3.3.1 Giới thiệu chung 38

4.4 Lưu đồ thuật toán 49

4.5 Các linh kiện sử dụng trong bài 51

4.5.1 Vi điều khiển Atmega328 51

5.1 Sản phẩm thực tế 55

5.2 Đánh giá kết quả thực hiện 555.3 Tính năng của sản phẩm 555.4 Ưu điểm 56

DANH MỤC HÌNH ẢNH

Hình 2.1 Truyền thông không dây 13

Hình 2.2 Hệ thống truyền thông 13

Hình 2.3 Mô hình truyền thông 14

Hình 2.4 Phân loại mạng không dây dựa vào kiến trúc 15

Hình 2.5 Phân loại mạng không dây dựa vào chuẩn 15

Hình 2.6 Phân loại mạng không dây dựa vào phạm vi 16

Hình 2.7 Phân loại mạng không dây dựa vào loại tín hiệu 17Hình 2.8 Phân loại dựa trên vùng phủ sóng 17

Hình 2.16 Thông số kỹ thuật của module phát 26

Hình 2.17 Module thu phát có IC giải mã 26

Hình 2.18 Sơ đồ khối của nRF24L01 28

Hình 2.19 Sơ đồ chân của nRF24L01 28

Hình 3.4 Bảng Các phiên bản Arduino hiện có 38

Hình 3.5 Các loại KIT Arduino 38

Hình 3.6 Một board arduino đơn giản với ATmega328 42Hình 3.7 Sơ đồ khối vi điều khiển Atmega 328 42

Hình 3.8 Sơ đồ chân ATmega328 43

Hình 3.9 Tính năng đặc biệt của các chân Port B44

Hình 3.10 Tính năng đặc biệt của các chân Port C 44Hình 3.11 Tính năng đặc biệt của các chân Port D 45Hình 4.1 Sơ đồ ngữ cảnh tại bệnh viện 46

Hình 4.2 Sơ đồ khối hệ thống 47

Hình 4.3 Sơ đồ nguyên lí khối phát 47

Hình 4.4 Sơ đồ nguyên lí khối thu 48

Hình 4.5 Sơ đồ nguyên lí khối phát bluetooth 48

Hình 4.6 Lưu đồ thuật toán khối phát 49

Hình 4.7 Lưu đồ thuật toán khối thu 50

Hình 4.8 Vi điều khiển Atmega328 51

Hình 4.9 Module phát tín hiệu Bluetooth 51

Hình 4.10 Module thu phát tín hiều RF 52

LỜI NÓI ĐẦU

Ngày nay, với những ứng dụng của khoa học kỹ thuật tiên tiến, thế giới chúng ta đã và đang ngày một thay đổi, văn minh và hiện đại hơn Sự phát triển của kỹ thuật điện tử đã tạo ra hàng loạt những thiết bị với các đặc điểm nổi bật như

sự chính xác cao, tốc độ nhanh, gọn nhẹ là những yếu tố rất cần thiết góp phần cho hoạt động của con người đạt hiệu quả cao

Trước sự thay đổi manh mẽ của nền kinh tế thế giới, dưới sự tác động của

tự do thương mại hóa, quá trình hội nhập, toàn cầu hóa kinh tế quốc tế Sự thay đổi từng ngày của kĩ thuật công nghệ thông tin, công nghệ tự động hóa… Kinh tế việt nam không ngừng từng bước thay đổi mình tích cực thực hiện công nghiệp hóa hiện đại hoá trang thiết bị máy móc Là một nước nông nghiệp nghèo đang phát triển, tích cực công nghiệp hóa hiện đại hóa đất nước thì nhu cầu nâng cao điều kiện sống, chăm sóc sực khỏe cũng không ngừng được gia tăng Hướng tới nhu

cầu cấp thiết đó cùng sự định hướng và chỉ dẫn của thầy giáo Nguyễn Thế Dũng

em đã chọn đề tài thực tốt nghiệp “THIẾT KẾ THI CÔNG HỆ THỐNG CHUÔNG GIƯỜNG BỆNH HỖ TRỢ CÔNG TÁC CHĂM SÓC, PHỤC VỤ BỆNH NHÂN TẠI BỆNH VIỆN”.

Trong quá trình nghiên cứu và làm báo cáo, em vẫn còn một số vấn đề thiếu xót do kiến thức còn hạn chế Rất mong sự đóng góp ý kiến của thầy cô giáo và các bạn để bài báo cáo được hoàn thiện hơn

em xin chân thành cảm ơn!

Chương 1: CƠ SỞ THỰC TIỄN CỦA ĐỀ TÀI 1.1 Đặt vấn đề

Việt Nam là một nước đang phát triển với tổng dân số gần 86 triệu người, là nước đông dân thứ 3 trong khu vực Đông Nam Á và đứng thứ 13 trên thế giới GDP bình quân đầu người năm 2010 ước khoảng 1.200 USD Với mức này, Việt Nam đã chuyển vị trí từ nhóm nước nghèo nhất sang nhóm nước có mức thu nhập trung bình thấp Hiện ngân sách dành cho y tế vào khoảng gần 7% và Bộ Y tế đang

đề xuất tăng hơn trong những năm tới Trong giai đoạn hiện tại, một trong những lĩnh vực được coi trọng nhất và là một trong những ưu tiên đặc biệt của ngành y tế

để đầu tư, phát triển chính là y tế điện tử Y tế điện tử (YTĐT) hay còn gọi là health được ứng dụng trong nhiều lĩnh vực khác nhau như: Lưu trữ, xử lý và truyền tải thông tin nói chung và thông tin về quản lý bệnh viện nói riêng như: quản lý bệnh nhân, dược, viện phí, Quản lý thông tin về lâm sàng, hành chính và tài chính của bệnh viện; Cung cấp cơ chế để các chuyên gia y tế ở khoảng cách xa thực hiện được các công việc chẩn đoán và điều trị; Nâng cao năng lực bằng cách đưa ra các khóa huấn luyện và đào tạo y học liên tục, trực tuyến cho các sinh viên

e-và nhân viên y tế; Tạo nguồn thu từ phát triển các thiết bị di động, đem lại những cách tiếp cận sáng tạo cho chăm sóc sức khỏe; Tạo khả năng thực hiện các nghiên cứu y sinh có mức độ phức tạp cao thông qua mạng lưới tin học E-health còn là các bệnh án điện tử, kê đơn thuốc trên hệ thống máy tính, cơ sở dữ liệu khám chữa bệnh được cập nhật, thay đổi hàng ngày và đảm bảo an toàn cao, hỗ trợ cho hoạt động khám và điều trị sức khoẻ, cung cấp thông tin về sức khoẻ tới người dân và cung cấp thông tin phục vụ cho hoạt động nghiên cứu khoa học E-health cung cấp một nền tảng cho hoạt động xuất bản và cảnh báo thông tin sức khoẻ và hoạt động quản lý hành chính

Trong những năm qua, công tác bảo vệ và chăm sóc sức khỏe nhân dân ở nước ta đạt được nhiều kết quả tốt Việc ứng dụng y tế điện tử đã góp phần đáng

kể trong công tác quản lý, điều hành hoạt động cung cấp dịch vụ y tế, giảm bớt áp lực công việc cho cán bộ các cơ sở y tế đồng thời nâng cao chất lượng thông tin Tuy nhiên, trước sự phát triển với tốc độ nhanh của khoa học công nghệ, đặc biệt

là công nghệ điện tử viễn thông (CNĐTVT) và trước nhu cầu thông tin phục vụ công tác chăm sóc và bảo vệ sức khỏe nhân dân, việc ứng dụng CNĐTVT trong lĩnh vực y tế vẫn còn nhiều vấn đề nan giải

Hệ thống bệnh viện đóng một vai trò quan trọng trong hệ thống chăm sóc sức khỏe Việt Nam có 1100 bệnh viện với hơn 180,000 giường được chia thành 3 tuyến: tuyến huyện, tuyến tỉnh do Sở Y tế quản lý và tuyến trung ương do Bộ Y tế quản lý ngành y tế nói chung và mạng lưới khám chữa bệnh nói riêng đang phải đối mặt với nhiều khó khăn thách thức và một số mặt hạn chế: Đầu tư cho y tế tuy

có tăng nhưng chưa tương xứng với nhu cầu khám chữa bệnh của người dân; năng lực y tế tuyến cơ sở còn hạn chế; cơ sở hạ tầng và trang thiết bị của nhiều bệnh viện đã xuống cấp Hiện tượng quá tải, người bệnh nằm ghép đôi, ghép ba tại các bệnh viện tuyến trung ương như Bạch Mai, BV Việt Đức, BV Nhi Trung ương,

BV K…, là khá phổ biến và kéo dài nhiều năm gây ảnh hưởng tới chất lượng điều trị và chăm sóc người bệnh; Tác động mặt trái của cơ chế thị trường đã làm gia tăng hiện tượng lạm dụng thuốc, xét nghiệm, chẩn đoán hình ảnh, dịch vụ kỹ thuật cao.v.v Trong khi nhu cầu khám chữa bệnh của nhân dân ngày càng tăng, yêu cầu

về chất lượng ngày càng cao Các loại hình dịch vụ ngày càng đa dạng, các kỹ thuật điều trị tiên tiến được áp dụng rộng rãi, các loại biệt dược khác nhau được đưa vào ứng dụng trong điều trị tạo nên một lượng thông tin đồ sộ mà các nhà quản lý cần xử lý Trước những thực trạng đó đòi hỏi bệnh viện phải đẩy mạnh ứng dụng công nghệ điện tử viễn thông trong công tác quản lý và điều hành các hoạt động cung cấp dịch vụ KCB cho bệnh nhân.Phát triển và ứng dụng điện tử viễn thông trong quản lý hệ thống thông tin y tế là hoạt động hết sức cần thiết và thiết thực nhằm nâng cao chất lượng quản lý nhà nước về y tế, nâng cao hiệu quả chăm sóc và bảo vệ sức khỏe nhân dân

Bên cạnh đó mạng không dây đã đạt được những bước phát triển đáng kể Tại một số nước có nên kinh tế phát triển tại Châu Âu, Châu Mỹ mạng không dây

đã rất phát triền trong đời sống Chỉ với một laptop, PDA hoặc một phương tiện truy cập mạng không đây bất kì ta cũng có thể truy cập vào mạng hay bất cứ ở đâu

có được các thông tin cần thiết phục vụ đời sống thực tế

Chính những ưu điểm vượt trội của truyền thông không dây sử dụng công nghệ RF mà chúng đã được ứng dụng ngày càng nhiều và phổ biến hơn Song nó vẫn hứa hẹn là một đích đến tiêu biểu cho các nhà nghiên cứu, cho những mục đích phát triển đầy tiềm năng Để áp dụng công nghệ này vào thực tế trong tương lai, đã có không ít các nhà khoa học đã tập trung nghiên cứu, nắm bắt những thay đổi trong công nghệ này

1.2 Mục tiêu nghiên cứu

- Giám sát yêu cầu chăm sóc bệnh nhân

- Giám sát quá trình phục vụ của bác sĩ

- Xây dựng hệ thống gọi và nhận phục vụ của bác sĩ đối với bệnh nhận

- Khả năng phục vụ và mở rộng dựa vào nhu cầu thực tế tại cơ sở

- Đánh giá thực trạng và tiềm năng ứng dụng của công nghệ ở một số lĩnh vực cụ thể Đề xuất những lĩnh vực tiềm năng, những nội dung cần quan tâm để phát triển ứng dụng ở Việt Nam

 1.3.Phương pháp nghiên cứu

1.3.1.Đối tượng:

- Các nhà lãnh đạo, các nhà hoạch định chính sách trong và ngoài ngành Y tế

- Cán bộ thuộc các Vụ, Cục trong ngành Y tế.

1.3.2 Nội dung nghiên cứu

- Nghiên cứu và đánh giá thực trạng công tác phục vụ và chăm sóc sức khỏe bệnh nhân, cơ sở vật chất tại cơ sở bệnh viện

- Tìm hiểu vể công nghệ truyền thông không dây

+ Các số liệu, thông tin, báo cáo về tình hình ứng dụng

- Điều tra việc ứng dụng và tiềm năng phát triển điện tử y tế ở lĩnh vực cụ thể: khám chữa bệnh và điều trị, y tế dự phòng, đào tạo và nghiên cứu khoa học

- Phỏng vấn sâu: nhóm kỹ thuật tiến hành phỏng vấn sâu một số cán bộ có kinh nghiệm trong lĩnh vực ứng dụng y tế điện tử

- Gửi tài liệu xin ý kiến chuyên gia

1.3.4 Thời gian nghiên cứu:

Từ ngày 21 tháng 03 năm 2016 đến ngày 23 tháng 05 năm 2016

1.4 Kết quả nghiên cứu

- 01 sản phẩm phần cứng

- 01 báo cáo

Chương 2 CÔNG NGHỆ TRUYỀN THÔNG KHÔNG DÂY

2.1 Tổng quan về truyền thông không dây

Truyền thông là việc chia sẻ dữ liệu và thông tin, nói cách khác : Truyền thông là truyền hoặc trao đổi thông tin, tín hiệu giữa hai hay nhiều thiết bị truyền thông

Hiện nay có rất nhiều các công nghệ, thiết bị hỗ trợ cho quá trình truyền thông

Hình 2.1 Truyền thông không dây

2.1.1 Các thành phần của hệ thống truyền thông

Hình 2.2 Hệ thống truyền thông

2.1.2 Truyền thông không dây

Truyền thông không dây là việc truyền tải thông tin qua một khoảng cách

mà không cần dây dẫn làm môi trường truyền

 Việc truyền/nhận giọng nói dữ liệu sử dụng sóng điện từ trong không gian

 Thông tin từ người gửi đến người nhận được thực hiện trên băng tần xác định

 Mỗi kênh có dung lượng và băng thông tần số cố định

 Các kênh khác nhau có thể được sử dụng để truyền tải thông tin song song và độc lập

2.1.3 Mô hình truyền thông

Hình 2.3 Mô hình truyền thông

2.1.4 Phân loại mạng không dây

 Phân loại mạng không dây dựa vào kiến trúc:

 Mạng có kiến trúc:

 Sử dụng các node và gateway có dây và không dây

 Mỗi node chính được định nghĩa trước vai trò trong mạng

 Mạng có kiến trúc: Mạng tế bào, WLAN dùng access point,…

 Mạng không có kiến trúc:

 Không có sự sắp xếp trước

 Tập hợp ngẫu nhiên các node lại với nhau tạo thành 1 mạng

Hình 2.4 Phân loại mạng không dây dựa vào kiến trúc

 Phân loại mạng không dây dựa vào chuẩn:

 3GPP: WCDMA, HSDPA, LTE

 3GPP2: CDMA2000, EV-DO,UMB

 IEEE: IEEE802.11, IEEE802.16

Hình 2.5 Phân loại mạng không dây dựa vào chuẩn

 Phân loại mạng không dây dựa vào sự di động

 Mạng không dây cố định: người dùng đã kết nối được xem như ở yên một chỗ

 Mạng không dây di động: Một phần trong các thiết bị không dây là di động

 Việc thay đổi điểm kết nối vào mạng có thể được thực hiện khi thiết bị vẫn onl

 Ví dụ: Cellula netwwork, mobile ad hoc network (MANET)

 Phân loại mạng không dây dựa vào phạm vi:

 Body area netwwork: như cảm biến được gắn vào người

 Personal area netwworks: Home networking, Bluetooth và ZigBee

 Local area networks: WirelessLAN, Wifi

 Metropolitan area netwworks (Mạng đô thị): WiMAX

 Wide area networks: cellula và satellite netwworks

Hình 2.6 Phân loại mạng không dây dựa vào phạm vi

 Phân loại mạng không dây dựa vào loại tín hiệu:

 Liên tục (continuous) /tương tự (analog): Lấy tất cảgiá trị biên độ (amplitude) có thể có

 Mạng Cellula thế hệ cũ

 Số (digital) /rời rạc (Discrete): chỉ lấy một tập hợp giá trị cường độ nhất định

 Mạng 2G và các thế hệ sau đó.

Hình 2.7 Phân loại mạng không dây dựa vào loại tín hiệu

 Phân loại mạng không dây dựa vào băng thông:

 Narrowband wireless network: Mạng băng hẹp

 Broadband wireless network: Mạng băng rộng (UWB, WiMax, LTE, )

Hình 2.8 Phân loại dựa trên vùng phủ sóng

 WPAN: mạng vô tuyến cá nhân Nhóm này bao gồm các công nghệ vô

tuyến có vùng phủ nhỏ tầm vài mét đến hàng chục mét tối đa Các công nghệ này phục vụ mục đích nối kết các thiết bị ngoại vi như máy in, bàn phím, chuột, đĩa cứng, khóa USB, đồng hồ, với điện thoại di động, máy tính Các công nghệ trong nhóm này bao gồm: Bluetooth, Wibree, ZigBee, UWB, Wireless USB, EnOcean,

Đa phần các công nghệ này được chuẩn hóa bởi IEEE, cụ thể là nhóm làm việc (Working Group) 802.15 Do vậy các chuẩn còn được biết đến với tên như IEEE 802.15.4 hay IEEE 802.15.3

 WLAN : mạng vô tuyến cục bộ Nhóm này bao gồm các công nghệ có

vùng phủ tầm vài trăm mét Nổi bật là công nghệ Wifi với nhiều chuẩn mở rộng khác nhau thuộc gia đình 802.11 a/b/g/h/i/ Công nghệ Wifi đã gặt hái được những thành công to lớn trong những năm qua Bên cạnh WiFi thì còn một cái tên ít nghe đến

là HiperLAN và HiperLAN2, đối thủ cạnh tranh của Wifi được chuẩn hóa bởi ETSI

 WMAN: mạng vô tuyến đô thị Đại diện tiêu biểu của nhóm này chính

là WiMAX Ngoài ra còn có công nghệ băng rộng BWMA 802.20 Vùng phủ sóng của nó sẽ tằm vài km (tầm 45km tối đa)

 WWAN: Mạng vô tuyến diện rộng: Nhóm này bao gồm các công nghệ

mạng thông tin di động như UMTS/GSM/CDMA2000 Vùng phủ của nó cũng tầm vài km đến tầm chục km.

 WRAN: Mạng vô tuyến khu vực Nhóm này đại diện là công nghệ

802.22 đang được nghiên cứu và phát triển bởi IEEE Vùng phủ có nó sẽ lên tầm 40100km Mục đích là mang công nghệ truyền thông đến các vùng xa xôi hẻo lánh, khó triển khai các công nghệ khác

2.1.5 Ưu điểm, nhược điểm

2.1.5.1 Ưu điểm

 Không phụ thuộc vào dây dẫn

 Bao phủ toàn cầu

 Xung đột cao hơn và tính đáng tin cậy thấp hơn so với mạng có dây

 Thấp hơn về: băng thông, tốc độ truyền

 Chất lượng dịch vụ: suy giảm

 Cao hơn về: thời gian trễ, thời gian thiết lập kết nối

 Các điều kiện hoạt động trên mạng có tính dễ thay đổi

 Giới hạn về tài nguyên

 Nguy cơ về sức khỏe

 Phổ tần số sử dụng có giới hạn

 Khả năng bảo mật kém hơn trên mạng có dây

 Đường truyền bao giờ cũng là đường truyền dùng chung

2.2 Giới thiệu về sóng RF (sóng vô tuyến)

Để tạo được liên kết bên thu và bên phát ta dùng sóng điện từ Nếu vào nhà

và đóng một khóa điện, dòng điện chảy qua một tim đèn, làm nóng sợi tim, và đèn phát ra ánh sáng, ánh sáng thấy được đó chính là sóng điện từ trường Vậy có thể dùng sóng điện từ trường để truyền đi xa các tín hiệu Sóng điện từ trường quen gọi là sóng điện từ hay gọn hơn là sóng Sóng điện từ là các dao động lặp đi lặp lại

và càng lúc càng lan ra xa, nó lan truyền cũng giống như sóng nước lan truyền trên mặt nước Vậy sóng điện từ cũng có các đặc tính như:

 Tần số của sóng: Chỉ số lần dao động đếm được trong 1 giây.

 Bước sóng: Chỉ đoạn đường sóng đi được ứng với 1 chu kỳ sóng

 Tốc độ lan truyền: Chỉ đoạn đường sóng đi được trong 1 giây

 Cường độ sóng: Chỉ biên độ của sóng

Tần số cho thấy chuyển động nhanh chậm của các dao động, còn cường độ chỉ dùng sức mạnh yếu của sóng Tóm lại, bạn có thể dùng sóng điện từ để tạo liên thông “ vô tuyến” với các thiết bị đặt ở xa

Tạo sóng điện từ

Ta dùng một cuộn dây L cho mắc song song với một tụ điện tinh chỉnh C Dùng cuộn cảm 10µH để lấy tín hiệu cho qua tụ 5pF hồi tiếp về chân B của transistor để duy trì trạng thái dao động của mạch Mỗi khi chân B của transistor được cấp mức điện áp phân cực, transistor sẽ dao động nó liên tục bơm dòng điện kích thích vào mạch cộng hưởng LC, mạch này sẽ tạo ra sóng điện từ trường có tấn

số rất cao và sóng điện từ sẽ phủ sóng vào không gian chung quanh Trong mạch dùng 1 LED nhỏ để báo cho biết mạch đang được cấp điện

2.2.1 Tần số vô tuyến (RF)

Tần số vô tuyến (RF) là dải tần số nằm trong khoảng 3 kHz tới 300 GHz,

tương ứng với tần số của các sóng vô tuyến và các dòng điện xoay chiều mang tín hiệu vô tuyến RF thường được xem là dao động điện chứ không phải là dao động

cơ khí, dù các hệ thống RF cơ khí vẫn tồn tại

2.2.1.1 Tình chất đặc biệt của dòng điện tần số vô tuyến

Các dòng điện dao động ở các tần số vô tuyến có các tính chất đặc biệt khác với dòng một chiều hay dòng xoay chiều dao động ở tần số thấp Năng lượng trong một dòng điện RF có thể lan truyền trong không gian như các sóng điện từ (sóng

vô tuyến); đây là cơ sở của công nghệ vô tuyến Dòng điện RF không chạy trong lòng dây dẫn mà phần lớn lại chạy trên bề mặt của dây dẫn; điều này được gọi

là hiệu ứng bề mặt Vì lý do này, khi cơ thể con người tiếp xúc với các dòng điện

RF công suất lớn có thể gây bỏng bề mặt da và còn được gọi là bỏng RF Dòng

điện RF có thể dễ dàng ion hóa không khí, tạo ra vùng dẫn điện qua nó Đặc tính này được áp dụng cho các khối "cao tần" trong hàn hồ quang điện, cách hàn này sử dào điện ở tần số cao hơn so với phân bố công suất sử dụng Đặc tính khác là khả năng xuất hiện dòng điện qua nơi chứa vật liệu cách điện, như chất li điện môi của một tụ điện Khi dẫn điện bằng một dây cáp điện thông thường, dòng điện RF có

xu hướng phản xạ không liên tục trong cáp chẳng hạn như trong các bộ đấu nối và phản xạ ngược trở lại nguồn, gây ra sóng đứng, do đó dòng điện RF phải được truyền trên một loại cáp đặc biệt gọi là đường dây truyền tải

2.2.1.2 Thông tin vô tuyến

Để nhận được tín hiệu vô tuyến, có thể sử dụng anten Tuy nhiên, anten sẽ nhận hàng ngàn tín hiệu vô tuyến cùng lúc, cần phải có một bộ dò sóng vô tuyến bắt được tần số muốn tìm (hay dải tần) Việc này thường được thực hiện thông qua một bộ cộng hưởng – trong dạng đơn giản nhất, một mạch với một tụ điện và một cuộn cảm tạo thành một mạch cộng hưởng Mạch cộng hưởng khuếch đại dao động trong một dải tần cụ thể, trong khi giảm dao động ở các tần số khác ngoài băng tần

2.2.1.3 Phân loại tần số

Hình 2.10 Phân loại tần số 2.2.1.4 RF đồng nghĩa với không dây

Dù tần số vô tuyến là dải tần, nhưng thuật ngữ "tần số vô tuyến" hay từ viết tắt "RF" cũng được sử dụng như một từ đồng nghĩa với vô tuyến – tức là mô tả việc sử dụng các hình thức thông tin liên lạc không dây, ngược với kiểu thông tin liên lạc qua các bộ đấu nối điện Ví dụ như:



Trong một phiên truyền thông, vì tận cùng bản chất của dữ liệu là bao gồm các bit 0 và 1, bên phát dữ liệu cần có một cách thức để gửi các bit 0 và 1 để gửi cho bên nhận Một tín hiệu xoay chiều hay một chiều tự nó sẽ không thực hiện tác

vụ này Tuy nhiên, nếu một tín hiệu có thay đổi và dao động, dù chỉ một ít, sự thay đổi này sẽ giúp phân biệt bit 0 và bit 1 Lúc đó, dữ liệu cần truyền sẽ có thể gửi và nhận thành công dựa vào chính sự thay đổi của tín hiệu Dạng tín hiệu đã điều chế này còn được gọi là sóng mang (carrier signal) Có ba thành phần của dạng sóng

có thể thay đổi để tạo ra sóng mang, đó là biên độ, tần số và pha Tất cả các dạng truyền thông dùng sóng vô tuyến đều dùng vài dạng điều chế để truyền dữ liệu Để mã hóa dữ liệu vào trong một tín hiệu gửi qua sóng AM/FM, điện thoại di động, truyền hình vệ tinh, phải thực hiện một vài kiểu điều chế trong sóng vô tuyến đang truyền

2.2.2.1 Biên độ và bước sóng.

Truyền thông vô tuyến bắt đầu khi các sóng vô tuyến được tao ra từ một máy phát và gửi đến máy nhận ở một vị trí khác Sóng vô tuyến tương tự như các cơn sóng mà bạn hay gặp ở biển, hồ, sông, suối Sóng có hai thành phần chính là biên độ và bước sóng

Biên độ là chiều cao, độ mạnh hoặc công suất của sóng

Bước sóng là khoảng cách giữa hai điểm tương tự trên hai đỉnh sóng liên tiếp.Biên độ và tần số cả hai đều là các thuộc tính của sóng

Hình 2.11 Dạng sóng điện từ 2.2.2.2 Bức xạ sóng điện từ

Đầu tiên nên xét đến sóng điện từ Bức xạ điện từ bao gồm sóng radio, vi

ba, hồng ngoại, ánh sáng khả kiến, tia cực tím, tia X và tia gama Tất cả chúng đều truyền đi với vận tốc ánh sáng là c = 3*10^8 m/s và tạo ra phổ điện từ Sự khác nhau giữa các loại sóng điện từ này phụ thuộc vào bước sóng của mỗi thứ và chính cái gọi là bước sóng này liên quan trực tiếp đến năng lượng của sóng(bước sóng càng nhỏ thì năng lượng càng cao)

Có ba kiểu điều chế: điều chế biên, điều tần và điều pha

2.2.3 Mã hóa bit

Mã hóa bít là quá trình chuyển đổi dãy bít(1-0) sang một tín hiệu thích hợp

để có thể truyền dẫn trong môi trường vật lý Việc chuyển đổi này chính là sử dụng một tham số thông tin thích hợp để mã hóa dãy bit cần truyền tải Các tham số thông tin có thể được chứa đựng trong biên độ, tần số, pha hoặc sườn xung, vv… Sự thích hợp ở đây phải được đánh giá dựa theo các yêu cầu kỹ thuật như khả năng chống nhiễu cũng như gây nhiễu, khả năng đồng bộ hóa và triệt tiêu dòng một chiều

2.2.3.1 Các phương pháp mã hóa tín hiệu

Việc tạo mã để có tín hiệu trên các hệ thống số có thể thực hiện một cách đơn giản là gán một giá trị điện thế cho một trạng thái logic và một giá trị khác cho mức logic và một giá trị khác cho mức logic còn lại Tuy nhiên để sử dụng mã một cách hiệu quả, việc tạo mã phải dựa vào một số tính chất sau.(Phổ tần tín hiệu, sự đồng bộ, khả năng dò sai, tính miễn nhiễu và giao thoa, mức độ phức tạp và giá thành của hệ thống)

2.2.3.2 Các dạng mã phổ biến

Dưới đây giới thiệu một số dạng mã thông dụng và được sử dụng cho các mục đích khác nhau tùy thuộc vào các yêu cầu cụ thể và các tính chất nói trên

Hình 2.12 Các dạng mã hóa hay gặp

2.2.3.3 Các cơ chế lan truyền không dây:

Hình 2.13 Đường đi của tín hiệu vô tuyến

1 Đường đi thẳng

2 Đường phản xạ

3 Đường tán xạ

4 Đường nhiễu xạ

 Kết quả của các cơ chế lan truyền là 3 hiện tượng gần như độc lập nhau:

– Suy hao trên đường truyền - Path loss.

– Hiện tượng mờ dần - Slow fading (shadowing).

– Hiện tượng mờ nhanh - Fast fading (multipath fading).

2.3 Các công nghệ truyền thông không dây RF

2.3.1 Module thu – phát dải tần 315Mhz và 433Mhz:

2.3.1.1 Module thu, phát RF không có IC giải mã

Hình 2.15 Module phát

Thông số kĩ thuật:

Điện áp hoạt động 2.5 V đến 12VDòng điện hoạt động 4mA ứng với 5V, 15mA với 9V

Công suất tiêu thụ 20mW ứng với 5V

Hình 2.16 Thông số kỹ thuật của module phát 2.3.1.2 Module thu, phát có IC giải mã

Có rất nhiều dòng module thu phát có IC giải mã khác nhau Ví dụ về cặp

IC thu phát giả mã thông dụng là IC PT2262/PT2272

Hình 2.17 Module thu phát có IC giải mã

2.3.2 Module thu – phát dải tần 2.4Ghz:

NRF24L01 là con chip đơn thu phát 2.4GHz với một cơ chế nhúng giao

thức baseband (Enhanced ShockBurst), được thiết kế cho các ứng dụng điện năng cực thấp không dây Các nRF24L01 được thiết kế để hoạt động trong băng tần ISM rộng tại 2.400 - 2.4835GHz Một MCU (vi điều khiển) và rất ít thành phần thụ động bên ngoài là cần thiết để thiết kế một hệ thống vô tuyến điện với các nRF24L01

nRF24L01 được cấu hình và vận hành thông qua một ngoại vi giao diện Serial (SPI) Thông qua giao diện này bản đồ đăng ký có sẵn Các bản đồ đăng ký

có chứa tất cả các thanh ghi cấu hình trong nRF24L01 và có thể truy cập trong tất

cả các chế độ hoạt động của chip

Các công cụ giao thức nhúng baseband (Enhanced ShockBurst ™) được dựa trên truyền gói dữ liệu và hỗ trợ các chế độ khác nhau từ hoạt động hướng dẫn cho hoạt động giao thức tự trị tiên tiến FIFOs nội bộ đảm bảo một luồng dữ liệu thông suốt giữa các kết thúc trước đài phát thanh và MCU của hệ thống Tăng cường ShockBurst làm giảm chi phí hệ thống bằng cách xử lý tất cả các hoạt động lớp liên kết tốc độ cao

Mặt trước cuối vô tuyến sử dụng điều chế GFSK, có sử dụng tham số cấu hình như kênh tần số, công suất đầu ra và tốc độ dữ liệu không khí

Tốc độ dữ liệu được hỗ trợ bởi các nRF24L01 cấu hình 2Mbps Tốc độ dữ

liệu cao kết hợp với hai chế độ tiết kiệm năng lượng làm cho các nRF24L01 rất thích hợp cho các thiết kế điện cực thấp

Điều chỉnh điện áp nội bộ đảm bảo một suất cao Ratio Supply Rejection (PSRR) và một phạm vi cung cấp điện rộng

2.3.2.1 Đặc điểm của nRF24L01 bao gồm

Chíp đơn thu phát dải tần 2.4Ghz

1MHz khoảng cách kênh không chồng chéo tại 1Mbps

2MHz khoảng cách kênh không chồng chéo tại 2Mbps

• Máy phát:

Công suất phát: 0, -6, -12 hoặc -18dBm

công suất đầu ra đạt 11.3mA tại 0dBm

Hình 2.18 Sơ đồ khối của nRF24L01 2.3.2.3 Sơ đồ chân

Hình 2.19 Sơ đồ chân của nRF24L01 1.3.2.4 Modul nRF24L0

Modul nRF24L01 hoạt động ở tần số sóng ngắn 2.4G nên Modul này khả năng truyền dữ liệu tốc độ cao và truyền nhận dữ liệu trong điều kiện môi trường có vật cản o Modul nRF24L01 có 126 kênh truyền Điều này giúp ta có thể truyền nhận

dữ liệu trên nhiều kênh khác nhau o Modul khả năng thay đổi công suất phát bằng chương trình, điều này giúp nó có thể hoạt động trong chế độ tiết kiệm năng lượng

nó có thể hoạt động trong chế độ tiết kiệm năng lượng.

Chú ý: Điện áp cung cấp cho là 1.9 và 3.6V Điện áp thường cung cấp là 3.3V Nhưng các chân IO tương thích với chuẩn 5V Điều này giúp nó giao tiếp rộng dãi với các dòng vi điều khiển

Sơ đồ phần cứng:

Hình 2.21 Sơ đồ phần cứng Modul nRF24L01

Sơ đồ kết nối vi điều khiển:

Hình 2.22 Sơ đồ kết nối Modul nRF24L01 với vi điều khiển

Khi kết nối tới vi điều khiển bạn nhớ cấu hình chân đó là output hay input (AVR, PIC)

2.4 Công nghệ truyền thông không dây bằng blutoot

2.4.1 Khái niệm

Bluetooth là chuẩn truyền thông không dây để trao đổi dữ liệu ở khoảng cách ngắn.Chuẩn truyền thông này sử dụng sóng radio ngắn(UHF radio) trong dải tần số ISM (2.4 tới 2.485 GHz) Khoảng cách truyền của module này vào khoảng 10m

2.4.2 Module HC-05

Module HC-05 Module này được thiết kế dựa trên chip BC417 Con chip này khá phức tạp và sử dụng bộ nhớ flash ngoài 8Mbit Nhưng việc sử dụng module này hoàn toàn đơn giản bởi nhà sản xuất đã tích hợp mọi thứ trên module HC-05

Hình 2.23 Module bluetooth

Sơ đồ chân HC-05 gồm có:

KEY: Chân này để chọn chế độ hoạt động AT Mode hoặc Data Mode

VCC chân này có thể cấp nguồn từ 3.6V đến 6V bên trong module đã có một ic nguồn chuyển về điện áp 3.3V và cấp cho IC BC417

GND nối với chân nguồn GND

TXD,RND đây là hai chân UART để giao tiếp module hoạt động ở mức logic 3.3V

STATE các bạn chỉ cần thả nổi và không cần quan tâm đến chân này

2.4.3 Các chế độ hoạt động

HC-05 có hai chế độ hoạt động là Command Mode và Data Mode Ở chế

độ Command Mode ta có thể giao tiếp với module thông qua cổng serial trên module bằng tập lệnh AT quen thuộc Ở chế độ Data Mode module có thể truyền nhận dữ liệu tới module bluetooth khác Chân KEY dùng để chuyển đổi qua lại giữa hai chế độ này Có hai cách để bạn có thể chuyển module hoạt động trong chế

độ Data Mode

Nếu đưa chân này lên mức logic cao trước khi cấp nguồn module sẽ đưa vào chế độ Command Mode với baudrate mặc định 38400 Chế độ này khá hữu ích khi không biết baudrate trong module được thiết lập ở tốc độ bao nhiêu Khi chuyển sang chế độ này đèn led trên module sẽ nháy chậm (khoảng 2s) và ngược lại khi chân KEY nối với mức logic thấp trước khi cấp nguồn module sẽ hoạt động chế độ Data Mode

Nếu module đang hoạt động ở chế Data Mode để có thể đưa module vào hoạt động ở chế độ Command Mode bạn đưa chân KEY lên mức cao Lúc này module sẽ vào chế độ Command Mode nhưng với tốc độ Baud Rate được thiết lập lần cuối cùng Vì thế phải biết baudrate hiện tại của thiết bị để có thể tương tác được với nó Chú ý nếu module chưa thiết lập lại lần nào thì mặc định của nó như sau:

Baudrate 9600, data 8 bits, stop bits 1, parity : none, handshake: none