Thiết kế và thi công vòng đeo tay theo dõi nhiệt độ cơ thể, gửi cảnh báo về điện thoại

Thiết bị này sử dụng vi điều khiển là trung tâm xử lý các tín hiệu nhận được từ cảm biến nhiệt độ, hiển thị kết quả trên Web và có chức năng gửi SMS hay Gmail cảnh báo nếu nhiệt độ vượt

THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP NGÀNH KỸ THUẬT Y SINH

THIẾT KẾ VÀ THI CÔNG VÒNG ĐEO TAY THEO DÕI NHIỆT ĐỘ CƠ THỂ, GỬI CẢNH BÁO VỀ ĐIỆN THOẠI

SKL 0 0 7 3 3 4

GVHD:Nguyễn Thanh Hải SVTT:Phan Thị Mỹ Loan MSSV:16129034

SVTT:Phạm Thị Diễm My MSSV:16129039

KHOA ĐIỆN – ĐIỆN TỬ

BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH

CẢNH BÁO VỀ ĐIỆN THOẠI

GVHD: PGS TS Nguyễn Thanh Hải SVTH: Phan Thị Mỹ Loan 16129034

Phạm Thị Diễm My 16129039

Tp HCM, ngày 02 tháng 08 năm 2020

NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

Họ tên sinh viên: Phan Thị Mỹ Loan MSSV: 16129034

Phạm Thị Diễm My MSSV: 16129039 Chuyên ngành: Kỹ thuật Y sinh Mã ngành: 29

Hệ đào tạo: Đại học chính quy Mã hệ: 1

I TÊN ĐỀ TÀI: THIẾT KẾ VÀ THI CÔNG VÒNG ĐEO TAY THEO DÕI NHIỆT

ĐỘ CƠ THỂ, GỬI CẢNH BÁO VỀ ĐIỆN THOẠI

II NHIỆM VỤ

1 Các số liệu ban đầu:

Trước khi thực hiện đề tài, nhóm đã tham khảo và đọc các tài liệu sau để có các

số liệu ban đầu:

- Nguyễn Bá Tòng, Nguyễn Đặng Quốc Anh, Nguyễn Duy Hiển, “Thiết kế mô hình

tự động đo nhịp tim và nhiệt độ cơ thể người”, Tuyển tập Báo cáo Hội nghị Sinh

viên Nghiên cứu Khoa học lần thứ 8 Đại học Đà Nẵng năm 2012

- Nguyễn Thanh Hoàng, Nguyễn Khoa Nam, “Thiết kế và thi công vòng tay đo

nhịp tim sử dụng công nghệ IoTs”, Đồ Án Tốt Nghiệp, Trường ĐH Sư Phạm Kỹ

Thuật TP.HCM, 2019

2 Nội dung thực hiện:

- Tìm hiểu về hoạt động của Wemos D1 Mini ESP8266, cách lập trình gửi dữ liệu

lên Web

- Tìm hiểu về lập trình Arduino

- Xây dựng sơ đồ khối

- Xây dựng sơ đồ nguyên lý

TRƯỜNG ĐH SPKT TP HỒ CHÍ MINH

KHOA ĐIỆN-ĐIỆN TỬ

BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH

CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM

ĐỘC LẬP - TỰ DO - HẠNH PHÚC

o0o

- Thiết kế mạch nhận tín hiệu nhiệt độ

- Xây dựng thuật toán thu phát tín hiệu tới người dùng bằng Ubidots

- Lập trình về cảnh báo quá nhiệt tới người dùng

- Mô phỏng mạch

- Layout và thi công mạch

- Đánh giá và nhận xét kết quả thực hiện

- Làm slide báo cáo

- Viết báo cáo đề tài

III NGÀY GIAO NHIỆM VỤ: 09/03/2020

IV NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ: 18/08/2020

V HỌ VÀ TÊN CÁN BỘ HƯỚNG DẪN: PGS TS Nguyễn Thanh Hải

CÁN BỘ HƯỚNG DẪN BM ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH

Tên đề tài: Thiết kế và thi công vòng đeo tay theo dõi nhiệt độ cơ thể, gửi cảnh báo về điện thoại

Tuần/ngày Nội dung Xác nhận GVHD

Tìm hiểu lý thuyết về nhiệt độ cơ thể

Tìm hiểu về Module Wemos D1 Mini ESP8266

Tuần 4

(30/3 – 5/4)

Tìm hiểu về cảm biến nhiệt độ, nguyên lý đo nhiệt độ

Nghiên cứu cách lập trình gửi dữ liệu lên Web

Tiến hành thi công mạch

Kiểm tra mạch thi công

Tuần 11

(18/5 – 24/5)

Lập trình gửi dữ liệu và hiển thị lên Web

Tìm hiểu và nghiên cứu cách sử dụng Ubidots

(25/5 – 31/5) Tìm hiểu cài đặt ngưỡng cảnh báo bằng SMS và Gmail

thông qua Ubidots

Chạy thử nghiệm thiết bị

Thiết kế mô hình cho sản phẩm

Tuần 17

(29/6 – 5/7)

Đóng gói mô hình cho sản phẩm

So sánh kết quả với các thiết bị khác

Hoàn thiện báo cáo và gởi cho GVHD để xem xét góp

ý trước khi nộp và báo cáo

Tuần 21, 22

(3/8 – 18/8)

Thiết kế slide báo cáo

Nộp quyển báo cáo và báo cáo đề tài

GV HƯỚNG DẪN (Ký và ghi rõ họ và tên)

PGS TS Nguyễn Thanh Hải

LỜI CAM ĐOAN

Đề tài này là do nhóm tự thực hiện dựa vào sự hướng dẫn của PGS TS Nguyễn Thanh Hải và một số tài liệu, không sao chép từ tài liệu hay công trình đã có trước đó Nếu có bất kỳ sự gian lận nào, nhóm xin chịu hoàn toàn trách nhiệm

Sinh viên thực hiện đề tài

Phan Thị Mỹ Loan Phạm Thị Diễm My

LỜI CẢM ƠN

Sau một thời gian thực hiện, nhóm đã hoàn thành đề tài “Thiết kế và thi công vòng đeo tay theo dõi nhiệt độ, gửi cảnh báo về điện thoại” Để có được thành quả trên, ngoài sự cố gắng của từng thành viên trong nhóm, nhóm em xin gửi lời cảm ơn chân thành đến PGS TS Nguyễn Thanh Hải – Giảng viên bộ môn Điện tử Công nghiệp – Y Sinh đã tận tình hướng dẫn và giúp đỡ, tạo điều kiện để nhóm hoàn thành tốt đề tài

Nhóm xin gửi lời cảm ơn đến đội ngũ Giảng viên trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật Tp.HCM, đặc biệt là Qúy thầy cô trong khoa Điện – Điện tử đã truyền đạt kiến thức về các môn đại cương và chuyên môn giúp nhóm có được kiến thức bổ ích và là cơ

sở vững vàng để áp dụng vào đề tài này, đồng thời cũng là nền tảng cho tương lai sau này của chúng em

Đồng thời, nhóm cũng xin cảm ơn các anh chị khóa trước cùng tập thể lớp 161290

đã nhiệt tình giúp đỡ, từ các tài liệu liên quan đến đề tài đến việc đóng góp ý kiến và chia

sẻ kinh nghiệm Cảm ơn gia đình, người thân và bạn bè đã luôn giúp đỡ, động viên và là nguồn động lực tinh thần lớn, luôn tạo cho chúng em mọi điều kiện tốt nhất trong suốt quá trình học tập và hoàn thành Đồ án Tốt nghiệp

Trong quá trình thực hiện, vì kiến thức còn hạn chế nên không thể tránh khỏi những sai sót Rất mong nhận được sự góp ý của Quý thầy cô và các bạn để đề tài được hoàn thiện hơn

Xin chân thành cảm ơn!

Sinh viên thực hiện đề tài

Phan Thị Mỹ Loan Phạm Thị Diễm My

MỤC LỤC

Trang bìa i

Nhiệm vụ đồ án ii

Lịch trình thực hiện đồ án tốt nghiệp iv

Lời cam đoan vi

Lời cảm ơn vii

Mục lục vi

Liệt kê hình vẽ x

Liệt kê bảng xii

Tóm tắt xiii

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN 1

1.1 Đặt vấn đề 1

1.2 Mục tiêu 2

1.3 Nội dung nghiên cứu 2

1.4 Giới hạn 2

1.5 Bố cục 3

CHƯƠNG 2 CƠ SỞ LÝ THUYẾT 4

2.1 Tìm hiểu về thân nhiệt 4

2.2 Các phương pháp đo nhiệt độ 6

2.3 Lý thuyết về nhiệt điện trở 6

2.3.1 Lý thuyết về nhiệt điện trở 6

2.3.2 Phân loại nhiệt điện trở 7

2.4 Mô tả quá trình hoạt động 9

2.5 Giới thiệu công nghệ thực hiện 10

2.5.1 Giao thức MQTT 10

2.5.2 Tìm hiểu về Ubidots 15

2.5.3 Cấu hình Wifi SmartConfig 18

2.6 GIỚI THIỆU PHẦN CỨNG 22

2.6.1 Module Wemos D1 Mini ESP8266 22

2.6.2 Mạch Sạc Lithium Micro ESP8266 D1 Mini 1A 24

2.6.3 Cảm biến nhiệt độ bề mặt da YSI700 24

2.6.4 Màn hình Oled SSD1306 25

2.6.6 Pin Lipo 27

CHƯƠNG 3 TÍNH TOÁN THIẾT KẾ 28

3.1 Giới thiệu 28

3.2 Tính toán và thiết kế hệ thống 28

3.2.1 Thiết kế sơ đồ khối hệ thống 28

3.2.2 Tính toán và thiết kế các khối 30

3.2.3 Sơ đồ nguyên lý toàn mạch 35

CHƯƠNG 4 THI CÔNG HỆ THỐNG 36

4.1 Giới thiệu 36

4.2 Thi công hệ thống 36

4.2.1 Thi công Board mạch 36

4.2.2 Lắp ráp và kiểm tra 40

4.3 đóng gói và thi công mô hình 41

4.4 Lập trình hệ thống 44

4.4.1 Giới thiệu phần mềm lập trình 44

4.4.2 Lưu đồ giải thuật 46

4.5 Viết tài liệu hướng dẫn sử dụng, thao tác 51

4.5.1 Tài liệu hướng dẫn sử dụng 51

4.5.2 Quy trình thao tác 55

CHƯƠNG 5 KẾT QUẢ_NHẬN XÉT_ĐÁNH GIÁ 56

5.1 Kết quả 56

5.1.1 Kết quả trên thiết bị 56

5.1.2 Kết quả hiển thị trên Web 59

5.1.3 Kết quả chạy thực tế 61

5.2 Nhận xét và đánh giá 66

CHƯƠNG 6 KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN 68

6.1 Kết luận 68

6.2 Hướng phát triển 68

TÀI LIỆU THAM KHẢO 69

PHỤ LỤC 70

LIỆT KÊ HÌNH VẼ

Hình Trang

Hình 2.1 Phân loại nhiệt điện trở 7

Hình 2.2 Mô hình cơ bản của giao thức MQTT 11

Hình 2.3 Đọc cảm biến đến một giá trị 17

Hình 2.4 Biến không hoạt động trong một khoảng thời gian 17

Hình 2.5 Cài đặt cảnh báo vị trí thiết bị 18

Hình 2.6 Mô hình SmartConfig 18

Hình 2.7 Giao diện ứng dụng ESP TOUCH trên IOS và Android 20

Hình 2.8 Giao diện của ESP Touch khi kết nối 21

Hình 2.9 Kết quả kết nối trên Serial Monitor 22

Hình 2.10 Sơ đồ chân ESP8266 23

Hình 2.11 Mạch sạc Lithium Micro ESP8266 D1 Mini 1A 24

Hình 2.12 Cảm biến YSI700 25

Hình 3.1 Sơ đồ khối 29

Hình 3.2 Mạch kết nối cảm biến 31

Hình 3.3 Sơ đồ nguyên lý toàn mạch 35

Hình 4.1 Mạch PCB 37

Hình 4.2 Phần nắp hộp 38

Hình 4.3 Phần đáy hộp 39

Hình 4.4 Mô hình hoàn chỉnh 39

Hình 4.5 Mặt dưới mạch sau khi hàn linh kiện 40

Hình 4.6 Mạch thực tế 41

Hình 4.7 Đóng gói bộ điều khiển 42

Hình 4.8 Mặt trước mô hình hoàn chỉnh 43

Hình 4.9 Dây đeo sản phẩm 43

Hình 4.10 Mặt bên mô hình hoàn chỉnh 44

Hình 4.11 Lưu đồ chương trình chính 1 46

Hình 4.12 Lưu đồ chương trình chính 2 47

Hình 4.14 Lưu đồ chương trình con kết nối Ubidots 50

Hình 4.15 Màn hình đăng nhập Ubidots 52

Hình 4.16 Cài đặt ngưỡng báo động cho Buzzer 53

Hình 4.17 Thiết lập Devices 53

Hình 4.18 Lựa chọn sự kiện gửi SMS 54

Hình 4.19 Cài đặt ngưỡng nhiệt độ cảnh báo 54

Hình 4.20 Cập nhật số điện thoại gửi cảnh báo 55

Hình 5.1 Mô hình hoàn chỉnh của thiết bị 56

Hình 5.2 Giao diện khởi động của thiết bị 57

Hình 5.3 Màn hình yêu cầu kết nối Wifi 57

Hình 5.4 Giao diện hiển thị thông số nhiệt độ 58

Hình 5.5 Kết quả đo thực tế 58

Hình 5.6 Giao diện hiển thị trên Ubidots 59

Hình 5.7 Biểu đồ theo dõi giá trị nhiệt độ 60

Hình 5.8 Lịch sử cập nhật giá trị nhiệt độ 60

Hình 5.9 Kết quả đo thực tế so với nhiệt kế điện tử - thủy ngân 61

Hình 5.10 Giao diện màn hình khi nhiệt độ vượt quá ngưỡng cài đặt 62

Hình 5.11 Gửi SMS cảnh báo về điện thoại 62

Hình 5.12 Gửi Gmail cảnh báo 62

xii

LIỆT KÊ BẢNG

Bảng Trang

Bảng 2.1 Nhiệt độ cơ thể ở từng vị trí đo và độ tuổi khác nhau 6

Bảng 2.2 So sánh giữa MQTT và HTTP 14

Bảng 2.3 Thông số kỹ thuật của ESP8266 23

Bảng 2.4 Thông số kỹ thuật của Mạch Sạc Lithium Micro ESP8266 D1 Mini 1A 24

Bảng 2.5 Thông số kỹ thuật của YSI700 25

Bảng 2.6 Thông số kỹ thuật màn hình Oled 26

Bảng 2.7 Sơ đồ đấu nối Oled và ESSP8266 26

Bảng 2.8 Thông số kỹ thuật của Buzzer 26

Bảng 3.1 Giá trị nhiệt độ và điện trở 32

Bảng 3.2 Bảng liệt kê công suất tiêu thụ của mạch điện 34

Bảng 4.1 Bảng liệt kê danh sách các linh kiện 36

Bảng 5.1 So sánh kết quả đo giữa các vị trí khác nhau trên cơ thể 63

Bảng 5.2 So sánh kết quả giữa sản phẩm và nhiệt kế thủy ngân 63

Bảng 5.3 So sánh kết quả giữa sản phẩm và nhiệt kế điện tử Omron HC-246 65

xiii

Hiện nay với sự phát triển mạnh mẽ về khoa học và công nghệ, thế giới chúng ta

đã và đang thay đổi mạnh mẽ, văn minh và hiện đại hơn Cùng với đó, việc áp dụng các

kỹ thuật, công nghệ vào đời sống, giúp nâng cao và bảo vệ sức khỏe con người ngày càng được áp dụng nhiều hơn Chúng ta có thể thấy, nhiệt độ cơ thể là một trong những yếu tố quan trọng để xác định tình trạng sức khỏe Nhiệt độ cơ thể không ổn định và không nằm trong ngưỡng bình thường có thể gây ra những hệ lụy không đáng có Vì thế, nhóm đã đưa ra ý tưởng làm một thiết bị đo nhiệt độ cơ thể nhỏ gọn, nhằm mục đích theo dõi thường xuyên nhiệt độ cơ thể và cảnh báo khi nhiệt độ vượt quá ngưỡng bình thường

Đề tài của nhóm là “Thiết kế và thi công vòng đeo tay theo dõi nhiệt độ, gửi cảnh báo về điện thoại” với mục đích cho người thân theo dõi nhiệt độ của người sử dụng liên tục Thiết bị này sử dụng vi điều khiển là trung tâm xử lý các tín hiệu nhận được từ cảm biến nhiệt độ, hiển thị kết quả trên Web và có chức năng gửi SMS hay Gmail cảnh báo nếu nhiệt độ vượt quá ngưỡng quy định Trong quá trình thực hiện đề tài, nhóm đã sử dụng phương pháp nghiên cứu, tìm hiểu các tài liệu cơ sở có liên quan, từ đó phân tích, chọn lọc và ứng dụng vào đề tài Sau khi hoàn thành, sản phẩm của nhóm đã đạt được những kết quả nhất định, về cơ bản đã hoàn thành các mục tiêu đặt ra ban đầu Tuy nhiên, vẫn còn một số sai sót và hạn chế Với đề tài này, nhóm hy vọng trong tương lai có thể

là cơ sở nghiên cứu cho các đề tài sau, sẽ hoàn thiện hơn và càng mở rộng, phát triển hơn nữa

Chương 1 TỔNG QUAN

1.1 ĐẶT VẤN ĐỀ

Ngày nay, nhịp sống con người ngày càng tăng cao, khoa học công nghệ ngày càng phát triển Với Việt Nam - một nước đang phát triển, mặt bằng cuộc sống người dân còn nhiều khó khăn, lạc hậu, việc áp dụng các kỹ thuật nhằm đảm bảo cho đời sống, sức khỏe con người một cách đơn giản, dễ dàng tiếp cận là cần thiết Nhiệt độ cơ thể là một trong các yếu tố quan trọng để xác định tình trạng sức khỏe Đến những hoạt động cấp cao của hệ thần kinh, đều phụ thuộc vào thân nhiệt Nếu thân nhiệt không ổn định ở

mức cần thiết sẽ kéo theo nhiều bệnh tật sinh ra [1] Với tình hình dịch bệnh Covid-19

đang diễn biến phức tạp, thì việc theo dõi thân nhiệt thường xuyên càng trở nên quan trọng và cần thiết

Thường ở hầu hết các gia đình, loại nhiệt kế phổ biến nhất chính là những loại

nhiệt kế truyền thống hay mới đây nhất là các loại nhiệt kế không cần tiếp xúc với da Tuy những loại nhiệt kế này cũng có những công dụng đặc biệt của riêng chúng nhưng các loại nhiệt kế có thể gửi dữ liệu trực tiếp và cảnh báo đến điện thoại không phổ biến trên thị trường [1] Để có thể theo dõi một cách chính xác thân nhiệt cơ thể và xác định tình trạng cơ thể thì việc gửi SMS cảnh báo đến người dùng nếu thân nhiệt vượt quá ngưỡng cài đặt đóng vai trò quan trọng [2]

Theo như khảo sát, hiện đã có nhiều nghiên cứu tạo ra những sản phẩm có chức năng tương tự, như Tuyển tập Báo cáo Hội nghị Sinh viên Nghiên cứu Khoa học lần thứ

8 Đại học Đà Nẵng năm 2012 với đề tài “Thiết kế mô hình tự động đo nhịp tim và nhiệt

độ cơ thể người”, đồ án này tạo ra một thiết bị sử dụng công nghệ truyền dẫn thông tin

và mạng nội bộ để đưa ra một giải pháp thuận tiện nhằm quản lí sức khỏe con người Thông tin sức khỏe đo được từ thiết bị sẽ được truyền dẫn qua dây cáp mạng đến một máy chủ; và từ đó có thể được truy cập thông qua trình duyệt Web [3] Hay như Đồ Án Tốt Nghiệp năm 2019, Nguyễn Thanh Hoàng – Nguyễn Khoa Nam với đề tài “Thiết kế

và thi công vòng tay đo nhịp tim sử dụng công nghệ IoTs”, đề tài đã thiết kế được vòng

tay sử dụng board Arduino kết hợp với cảm biến nhịp tim và ESP8266, có chức năng đo nhịp tim, hiển thị trên Oled và theo dõi thông qua giao diện Web [4]

Với những thực tế trên, nhóm em xin tìm hiểu và nghiên cứu đề tài “Thiết kế và thi công vòng đeo tay theo dõi nhiệt độ cơ thể, gửi cảnh báo về điện thoại” với mục đích cho người thân theo dõi nhiệt độ của người sử dụng liên tục Thiết bị này sử dụng Module ESP8266 là trung tâm xử lý các tín hiệu nhận được từ cảm biến nhiệt độ Bên cạnh đó thiết bị còn hiển thị kết quả trên Web và có chức năng gửi SMS hoặc Gmail cảnh báo về điện thoại nếu nhiệt độ vượt quá ngưỡng quy định

1.2 MỤC TIÊU

Thiết kế hệ thống theo dõi nhiệt độ cơ thể thông qua trình duyệt Web theo nguyên

lý lấy tín hiệu từ cảm biến nhiệt độ, theo dõi nhiệt độ mọi lúc thông qua việc tín hiệu được gửi lên Web thông qua giao thức MQTT, ngoài ra thiết bị còn có chức năng cảnh báo bằng còi buzzer và gửi cảnh báo thông qua Ubidots khi nhiệt độ tới ngưỡng nguy hiểm

1.3 NỘI DUNG NGHIÊN CỨU

- Tìm hiểu về hoạt động của ESP8266, cách lập trình gửi dữ liệu lên Web

- Xây dựng sơ đồ khối

- Xây dựng sơ đồ nguyên lý

- Lựa chọn linh kiện

- Thiết kế mạch nhận tín hiệu nhiệt độ

- Xây dựng thuật toán thu phát tín hiệu tới người dùng bằng Ubidots

- Lập trình về cảnh báo quá nhiệt tới người dùng

- Mô phỏng mạch

- Layout và thi công mạch

- Đánh giá và nhận xét kết quả thực hiện

- Làm slide báo cáo, báo cáo đề tài

1.4 GIỚI HẠN

- Hệ thống theo dõi nhiệt độ ở vùng nách của cơ thể, không đo nhiệt độ những vùng khác

- Thiết bị không có chức năng phân tích các thông số để đưa ra chuẩn đoán về sức khỏe

- Chương 2: Cơ sở lý thuyết

Chương này giới thiệu các lý thuyết liên quan, tìm hiểu về thân nhiệt, các phương

pháp đo nhiệt độ, giới thiệu linh kiện, công nghệ thực hiện trong đề tài

- Chương 3: Tính toán thiết kế

Trình bày sơ đồ khối hệ thống, chức năng từng khối, tính toán thiết kế từng khối, lựa chọn linh kiện, đưa ra sơ đồ nguyên lý toàn mạch

- Chương 4: Thi công hệ thống

Thi công hệ thống, lưu đồ, đưa ra giải thuật, thiết kế giao diện màn hình, thiết kế giao diện Web, viết chương trình Sau đó viết tài liệu hướng dẫn và thao tác

- Chương 5: Kết quả, Nhận xét và Đánh giá

Chương này trình bày kết quả của quá trình nghiên cứu và thi công, nêu ra những khó khăn trong quá trình làm và khắc phục, một số hình ảnh từ hệ thống Đồng thời, đưa

ra nhận xét và đánh giá cho toàn bộ hệ thống

- Chương 6: Kết luận và hướng phát triển

Đưa ra những kết luận sau khi hoàn thiện sản phẩm, các hướng phát triển nâng cấp hệ thống trong tương lai

Chương 2 CƠ SỞ LÝ THUYẾT

2.1 TÌM HIỂU VỀ THÂN NHIỆT

Thân nhiệt là nhiệt độ cơ thể được giải phóng trong quá trình hoạt động của con người

Cơ thể con người là một bộ máy không ngừng hoạt động Dù có cho ngồi nghỉ, nằm yên, các hoạt động sinh lý vẫn liên tục diễn ra, tạo năng lượng cung cấp cho các tế bào và sinh ra nhiệt hoặc cho dù nhiệt độ môi trường bên ngoài có thay đổi như thế nào thì thân nhiệt cơ thể người cũng ổn định ngưỡng gần 37˚C do sự cân bằng giữa sinh nhiệt

và tỏa nhiệt [1]

Nhiệt do hoạt động của cơ thể sinh ra được máu phân phối khắp cơ thể và tỏa ra môi trường để đảm bảo cho thân nhiệt ổn định Khi sốt, nhiệt độ tăng cao cũng là một phản xạ tự nhiên của cơ thể nhằm tiêu diệt vi khuẩn và đào thải những tế bào đã bị nhiễm khuẩn

Trong cơ thể người có một cơ chế nhằm điều hòa nhiệt độ cơ thể ổn định để chống lại những yếu tố tác động bên ngoài như: toát mồ hôi khi nóng và co, run khi lạnh

Thực tế nhiệt độ cơ thể không cố định Thân nhiệt và thể trạng có mối quan hệ mật thiết Thân nhiệt thường có sự dao động, thay đổi theo đặc trưng sinh lý của mỗi cá thể Trạng thái và khả năng miễn dịch của cơ thể được biểu hiện trực tiếp qua nhiệt độ của chính cơ thể bạn Các nghiên cứu khoa học đã chứng minh, nếu nhiệt độ cơ thể giảm xuống 1˚C, khả năng miễn dịch tăng 5 - 6 lần

Cơ thể con người chính là thực thể sản sinh ra nhiệt năng Vì vậy chỉ cần một chút thay đổi trong nhiệt độ cơ thể cũng có thể ảnh hưởng tới trạng thái sức khỏe

Các yếu tố ảnh hưởng lên thân nhiệt

Có nhiều yếu tố ảnh hưởng tới thân nhiệt:

- Tuổi càng cao thì thân nhiệt càng giảm, tuy nhiên càng về sau thì mức độ giảm

càng ít hơn

- Nhịp ngày - đêm: Thân nhiệt thấp nhất vào lúc 1 đến 4 giờ sáng và cao nhất vào

lúc 14 đến 17 giờ

- Trong nửa sau của chu kỳ kinh nguyệt, thân nhiệt tăng lên 0,3 – 0,5° C và trong

tháng cuối của thời kỳ có thai, thân nhiệt có thể tăng thêm 0,5 – 0,8° C

- Vận cơ cũng làm tăng thân nhiệt, cường độ vận cơ càng lớn thì thân nhiệt càng

cao

- Trong môi trường quá nóng hoặc quá lạnh, thân nhiệt ngoại vi cũng tăng lên hoặc

giảm đi Tuy nhiên, sự thay đổi không nhiều

Trong một số bệnh lý: Nhìn chung, trong các bệnh nhiễm khuẩn, thân nhiệt tăng lên; trong bệnh tả thì thân nhiệt giảm; ưu năng tuyến giáp thì thân nhiệt tăng; nhược năng tuyến giáp thì thân nhiệt giảm

Nhiệt độ chuẩn của cơ thể

Cơ thể con người có khả năng điều hòa thân nhiệt và thích nghi với môi trường sống Tuy vào việc hoạt động của từng các nhân hoặc thời gian khác nhau trong ngày

mà nhiệt độ cơ thể có sự thay đổi Người trẻ tuổi thường có thân nhiệt cao hơn so với người cao tuổi

Nhiệt độ trung tâm hay nhiệt độ phần lõi của cơ thể con người nằm trong khoảng

từ 36,5°C đến 37,1°C và nhiệt độ trung bình khoảng 36,8 độ C

Nhiệt độ trung tâm là nhiệt độ các phần sâu trong cơ thể như não, gan, não và các tạng

Có 3 cách đo nhiệt độ trung tâm:

- Đo ở trực tràng: Với độ sâu chuẩn là 5-10cm Nhiệt độ đo ở vị trí này được xem

là tiêu biểu cho nhiệt độ trung tâm

- Đo ở miệng (dưới lưỡi): Nhiệt độ đo ở vị trí này thấp hơn ở trực tràng khoảng

Bảng 2.1 Nhiệt độ cơ thể ở từng vị trí đo và độ tuổi khác nhau

Nhiệt độ (°C) 0 - 2 tuổi 3 - 10 tuổi 11 - 65 tuổi Trên 65 tuổi

Miệng 36.4 - 38 35.5 - 37.5 36.4 - 37.5 35.7 - 36.9

Hậu môn 36.6 - 38 36.6 - 38 37 - 38.1 36.2 - 37.3

Nách 34.7 - 37.3 35.8 - 36.7 35.2 - 36.8 35.5 - 36.3

Tai 36.4 - 38 36.1 - 37.7 35.8 - 37.6 35.7 - 37.5 Thân nhiệt 36.4 - 37.7 36.4 - 37.7 36.8 - 37.8 35.8 - 37.1

2.2 CÁC PHƯƠNG PHÁP ĐO NHIỆT ĐỘ

- Đo nhiệt độ bằng phương pháp không tiếp xúc: Trao đổi nhiệt xảy ra nhờ vào bức

xạ, năng lượng nhiệt ở dạng ánh sáng hồng ngoại Cảm biến bị tác động của môi trường đo, gây ra sai số khi đo nhiệt độ Yêu cầu: cực tiểu sai số

- Đo nhiệt độ bằng phương pháp tiếp xúc: Trao đổi nhiệt xảy ra ở chỗ tiếp xúc giữa

đối tượng và cảm biến

2.3 LÝ THUYẾT VỀ NHIỆT ĐIỆN TRỞ

2.3.1 Lý thuyết về nhiệt điện trở

Thermistor (biến trở nhiệt độ), ở trạng thái rắn, là thiết bị điện để phát hiện sự thay đổi nhiệt độ dựa trên điện trở vật liệu thay đổi, nó được sử dụng trong nhiệt kế, điện trở nhiệt, chức năng điều khiển dòng, … Điện trở nhiệt cũng là một điện trở nhạy cảm với nhiệt độ Thermistor được cấu tạo từ hỗn hợp các bột ocid Các bột này được hòa trộn theo

tỉ lệ và khối lượng nhất định sau đó được nén chặt và nung ở nhiệt độ cao Và mức độ dẫn điện của hỗn hợp này sẽ thay đổi khi nhiệt độ thay đổi Nhiệt điện trở được sử dụng nhiều trong mạch điện tử Nhiệt điện trở được dùng làm cảm biến nhiệt trong các máy móc thiết bị, kiểm soát nhiệt độ và kiểm tra thiết bị gia đình, chẳng hạn như bếp cảm ứng, điện áp nồi hơi, nồi cơm điện, lò điện, bể khử trùng, lò vi sóng, lò nướng, ấm điện

2.3.2 Phân loại nhiệt điện trở

Có hai dạng nhiệt điện trở bán dẫn thông dụng là:

- Nhiệt điện trở bán dẫn hệ số nhiệt âm (NTC – Negative Temperature Coofficient)

có giá trị điện trở giảm khi nhiệt độ tăng

- Nhiệt điện trở bán dẫn hệ số nhiệt dương (PTC – Positive Temperature

Coofficient) có giá trị điện trở tăng khi nhiệt độ tăng

- Trong NTC còn có một loại nhiệt điện trở gọi là CTR (Critical Temperature

Resistor) Loại này có đặc tính điện trở giảm đột ngột tại một nhiệt độ xác định nên thường được dùng trong các ứng dụng chuyển mạch, công tắc nhiệt độ

Hình 2.1 Phân loại nhiệt điện trở Nguyên lý hoạt động của nhiệt điện trở

Giả sử, quan hệ giữa độ lớn của trở kháng và nhiệt độ là tuyến tính, khi đó:

∆R = k*∆T (2.1)

Trong đó: ∆R: lượng thay đổi trở kháng

∆T: lượng thay đổi của nhiệt độ

Đặc tuyến nhiệt điện trở

Quan hệ giữa nhiệt độ và điện trở của NTC thường được biểu diễn dưới 2 công thức phổ biến là: công thức Steinhart-Hart và công thức hệ số B

Công thức Steinhart-Hart được hai nhà khoa học John S.Steinhart và Stanley R.Hart công bố năm 1968:

- Công thức mô tả mối quan hệ giữa điện trở và nhiệt độ rất gần với giá trị thực tế

- Công thức này có độ chính xác cao

- Có thể dùng cho toàn bộ dãy đo của cảm biến

- Công thức tổng quát có đến bậc n nhưng thông dụng người ta sử dụng công thức

bậc 3

1

𝑇 = 𝐴 + 𝐵𝑙𝑛(𝑅) + 𝐶𝑙𝑛3(𝑅) (2.2)Trong đó:

- Với A, B, C là những hệ số Steinhart-Hart được xác định riêng cho từng thiết bị

(tùy theo nhà sản xuất)

- T là nhiệt độ (oK)

- R là điện trở ()

- Trong trường hợp A, B, C không được cung cấp, chúng ta có thể xác định bằng

cách đo thực tế ba giá trị điện trở của cảm biến ứng với 3 giá trị nhiệt độ trong điều kiện không có nguồn cung cấp, rồi từ đó giải hệ 3 phương trình 3 ẩn như công thức 2.2 để tìm ra giá trị A, B, C

Mô hình đơn giản xấp xỉ đặc tuyến điện trở

𝑅𝑇 = 𝑅0ⅇ𝐵(

1

𝑇 − 1

𝑇0) (2.3)Trong đó:

- T: nhiệt độ thermistor (K)

- RT: điện trở thermistor () tại T

- Ro: điện trở thermistor () tại To

- B: hằng số phụ thuộc vật liệu thermistor (thường ký hiệu BT1/T2 ví dụ B25/85 = 3540K)

c Cảm biến nhiệt độ bề mặt da YSI

YSI đã phát triển các đầu dò nhiệt điện trở đầu tiên vào năm 1955 và dòng đầu tiên của các bộ ổn nhiệt vào năm 1961 Năm 1982, YSI đã giới thiệu các bộ ổn nhiệt bọc thủy tinh đầu tiên Đến nay, YSI đã cải tiến các sản phẩm này và mở rộng chúng thành một dòng đầy đủ các nhiệt điện chính xác [7]

YSI sản xuất các tổ hợp đầu dò nhiệt điện trở và nhiệt điện trở để sử dụng trong các lĩnh vực cảm biến nhiệt độ khác nhau: từ theo dõi trẻ sơ sinh đến theo dõi nhiệt độ của các phi hành gia trong không gian; từ đo nhiệt độ trong đại dương đến các thông số nhiệt độ giới hạn của các vệ tinh; từ việc sử dụng một lần trong một đầu dò y tế dùng một lần đến hàng thập kỷ trong cáp viễn thông bị chôn vùi

Nhiệt điện trở hay chúng ta vẫn quen gọi là điện trở nhiệt được biết đến với tên tiếng Anh là Thermistor là loại điện trở có trở kháng của nó thay đổi một cách rõ rệt dưới tác dụng nhiệt Từ thermistor được kết hợp bởi từ thermal (nhiệt) và resistor (điện trở) Thermistor được cấu tạo từ hổn hợp các bột ocid Các bột này được hòa trộn theo tỉ lệ

và khối lượng nhất định sau đó được nén chặt và nung ở nhiệt độ cao Và mức độ dẫn điện của hổn hợp này sẽ thay đổi khi nhiệt độ thay đổi Nó có một điện trở nhạy cảm với nhiệt Có hai loại chính: NTC, với hệ số nhiệt độ âm của điện trở; và PTC, với hệ số nhiệt độ dương YSI sản xuất các thiết bị NTC, có khả năng giảm mạnh khi nhiệt độ tăng, mang lại độ nhạy cao đối với sự thay đổi nhiệt độ Điện trở thay đổi xấp xỉ ba bậc

độ lớn trong phạm vi 100 ° C Điều này cung cấp một phương tiện để đo các biến đổi nhiệt độ rất nhỏ rất chính xác [7]

2.4 MÔ TẢ QUÁ TRÌNH HOẠT ĐỘNG

Hệ thống theo dõi nhiệt độ sẽ lấy tín hiệu nhiệt độ từ cảm biến nhiệt độ bề mặt da YSI700, sau đó gửi cho bộ xử lý trung tâm là Module Wifi Wemos D1 Mini ESP8266

Thông qua module Wifi, tín hiệu sẽ được xử lý và gửi dữ liệu nhiệt độ lên trình duyệt Web và đồng thời hiển thị qua màn hình Oled Người dùng có thể theo dõi nhiệt độ và biểu đồ biểu thị sự thay đổi nhiệt độ bằng cách truy cập vào Ubidots Buzzer sẽ thực hiện việc cảnh báo khi nhiệt độ vượt ngưỡng bình thường Đồng thời, hệ thống còn có chức năng cài đặt ngưỡng nhiệt độ và gửi cảnh báo qua SMS hoặc Gmail của người dùng khi nhiệt độ vượt quá ngưỡng bằng Ubidots

2.5 GIỚI THIỆU CÔNG NGHỆ THỰC HIỆN

2.5.1 Giao thức MQTT

Giao thức MQTT là một trong những giao thức phổ biến nhất hiện nay trong các ứng dụng và nền tảng IoT qua môi trường Internet Mô hình của giao thức này giúp đáp ứng những yêu cầu quan trọng và đặc biệt phù hợp trong việc truyền nhận các gói tin IoT giữa các node (thiết bị, cảm biến, ) MQTT (Message Queuing Telemetry Transport)

là một giao thức gởi dạng publish/subscribe sử dụng cho các thiết bị [Internet of Things] (/tags/IoT) với băng thông thấp, độ tin cậy cao và khả năng được sử dụng trong mạng lưới không ổn định [9] Bởi vì giao thức này sử dụng băng thông thấp trong môi trường

có độ trễ cao nên nó là một giao thức lý tưởng cho các ứng dụng M2M [8]

Trong một hệ thống sử dụng giao thức MQTT, nhiều client kết nối tới một MQTT Broker (server) Mỗi client sẽ đăng ký theo dõi các kênh thông tin (topic) hoặc gửi dữ liệu lên kênh thông tin đó Quá trình đăng ký này gọi là “subscribe” và hành động một client gửi dữ liệu lên kênh thông tin được gọi là “publish” Mỗi khi kênh thông tin đó được cập nhật dữ liệu (dữ liệu này có thể đến từ các client khác) thì những client nào đã đăng ký theo dõi kênh này sẽ nhận được dữ liệu cập nhật đó

a Các thành phần chính của MQTT

Thành phần chính của MQTT là clients, servers (brokers), sessions, subscriptions

và topics Mối liên hệ giữa các thành phần chính này được biểu diễn ở hình 2.2

- MQTT client (publisher, subscriber): Client thực hiện subscribe đến topics để

publish và receive các gói tin

- Topic: Về mặt kỹ thuật, topics là các hàng đợi chứa message Về logic, topics cho

phép clients trao đổi thông tin và dữ liệu

- MQTT server (broker): Servers thực hiện run các topic, đồng thời nhận

subscriptions từ clients yêu cầu các topics, nhận các messages từ clients và forward chúng

- Topic: Về mặt kỹ thuật, topics là các hàng đợi chứa message Về logic, topics cho

phép clients trao đổi thông tin và dữ liệu

- Session: Một session được định nghĩa là kết nối từ client đến server Tất cả các

giao tiếp giữa client và server đều là 1 phần của session

- Subscription: Không giống như sessions, subscription về mặt logic là kết nối từ

client đến topic Khi thực hiện subscribed đến topic, client có thể trao đổi messages với topic Subscriptions có thể ở trạng thái ‘transient’ hoặc ‘durable’, phụ thuộc vào cờ clean session trong gói Connect

- Message: Messages là các đơn vị dữ liệu được trao đổi giữa các topic clients

Client chỉ làm ít nhất một trong 2 việc là publish các message lên một topic cụ thể hoặc subscribe một topic nào đó để nhận message từ topic này [8]

Hình 2.2 Mô hình cơ bản của giao thức MQTT

MQTT Clients tương thích với hầu hết các nền tảng hệ điều hành hiện có: MAC

OS, Windows, Linux, Androids, iOS…

b Ưu điểm của MQTT

- Chuyển thông tin hiệu quả hơn

- Tăng khả năng mở rộng

- Giảm đáng kể tiêu thụ băng thông mạng

- Giảm tốc độ cập nhật xuống giây

- Rất phù hợp cho điều khiển và do thám

- Tối đa hóa băng thông có sẵn

- Chi phí cực nhẹ

- Rất an toàn với bảo mật dựa trên sự cho phép

- Được sử dụng bởi ngành công nghiệp dầu khí, Amazon, Facebook và các doanh

nghiệp lớn khác

- Tiết kiệm thời gian phát triển

- Giao thức publish/subscribe thu thập nhiều dữ liệu hơn với ít băng thông hơn so

với giao thức cũ

 QoS – Quality of Service

QoS là một tính năng chính của giao thức MQTT QoS cung cấp cho khách hàng khả năng chọn mức dịch vụ phù hợp với độ tin cậy và logic ứng dụng mạng của nó Vì MQTT quản lý việc truyền lại tin nhắn và đảm bảo phân phối (ngay cả khi việc truyền tải cơ bản không đáng tin cậy), QoS giúp việc liên lạc trong các mạng không đáng tin cậy dễ dàng hơn rất nhiều MQTT hỗ trợ 3 mức QoS:

- QoS-0 là mức đảm bảo thấp nhất, tất cả các message có QoS-0 sau khi được gửi

đi bởi publisher sẽ không được kiểm tra xem đã đến broker hay chưa forget)

(fire-and QoS(fire-and 1: message được đảm bảo rằng đã đến nơi nhận ít nhất 1 lần (tức là sự trùng

lặp vẫn có thể xảy ra)

- QoS-2: đây là mức đảm bảo cao nhất, broker sẽ đảm bảo các message có QoS-2

sẽ đến nơi nhận chỉ 1 lần duy nhất, không trùng lặp, không thất lạc Tất nhiên việc xác nhận với QoS-2 sẽ tốn băng thông hơn 2 cách còn lại

c Tính bảo mật

MQTT được thiết kế một cách nhẹ và linh hoạt nhất có thể Do đó nó chỉ có 1 lớp bảo mật ở tầng ứng dụng: bảo mật bằng xác thực (xác thực các client được quyền truy cập tới broker) Tuy vậy, MQTT vẫn có thể được cài đặt kết hợp với các giải pháp bảo mật đa tầng khác như kết hợp với VPN ở tầng mạng hoặc SSL/TLS ở tầng transport MQTT được thiết kế nhằm phục vụ truyền thông machine-to-machine nhưng thực tế chứng minh nó lại linh hoạt hơn mong đợi Nó hoàn toàn có thể áp dụng cho các kịch bản truyền thông khác như: machine-to-cloud, cloud-to-machine, app-to-app Chỉ cần có một broker phù hợp và MQTT client được cài đặt đúng cách, các thiết bị xây dựng trên nhiều nền tảng khác nhau có thể giao tiếp với nhau một cách dễ dàng

d So sánh giao thức MQTT (Message Queue Telemetry Transport) và HTTP (Hyper Text Transfer Protocol)

HTTP là giao thức phổ biến nhất và được sử dụng rộng rãi Nhưng trong những năm qua MQTT nhanh chóng đạt được các tín nhiệm trong thị trường IoT Các nhà phát triển ứng dụng IoT đang phải lựa chọn giữa 2 giao thức này HTTP hay MQTT

MQTT đặc biệt hữu ích để đẩy dữ liệu đến thiết bị của bạn Hãy tưởng tượng một thiết bị điều khiển đám mây mở / đóng cửa từ xa Trong trường hợp HTTP, thiết bị sẽ phải liên tục thực hiện các yêu cầu GET tới máy chủ Ubidots để xem liệu có thay đổi trong một biến hay không, sau đó thực hiện hành động tùy thuộc vào lần đọc cuối cùng Điều này cần rất nhiều yêu cầu và nó không hoàn toàn tương tác thời gian thực vì nó phụ thuộc vào tần suất bỏ phiếu Với MQTT, thiết bị có thể nghe tiếng nghe trên đám mây

và chỉ được thông báo khi có thay đổi trong biến Bằng cách này, kết nối giữa thiết bị và đám mây được mở nhưng dữ liệu chỉ truyền khi cần thiết, tiết kiệm pin, băng tần mạng

và cải thiện trải nghiệm thời gian thực

MQTT và HTTP đều là các giao thức truyền nhận dữ liệu được ưa chuộng và ứng dụng nhiều trong thi trường IoT Mỗi giao thức đều có các tính năng và đặc điểm riêng Cần lựa chọn giao thức với các đặc điểm phù hợp với chức năng sử dụng

Bảng 2.2 So sánh giữa MQTT và HTTP Tính năng, đặc điểm MQTT HTTP

Truyền nhận gói tin 2 chiều, các node không chỉ

truyền mà còn có thể dễ dàng đăng ký nhận tin một

cách thụ động

Node không thể nhận tin thụ động được mà luôn luôn phải khởi tạo kết nối trước với

server

Kiến trúc Publisher / subscriber: Tại

đây các thiết bị có thể publisher bất kỳ chủ đề nào

và cũng có thể subscriber bất kỳ chủ đề nào cho mọi cập nhật

Kiến trúc yêu cầu / đáp ứng

Độ phức tạp Đơn giản Phức tạp hơn

Tốc độ Theo các phép đo trong mạng 3G, thông lượng của MQTT

nhanh hơn 93 lần so với HTTP

Bảo mật dữ liệu Có KHÔNG, do đó HTTPS được

2.5.2 Tìm hiểu về Ubidots

Ra đời như một công ty dịch vụ kỹ thuật vào năm 2012, Ubidots đã cung cấp các giải pháp IoT đầu cuối song song với đối tác và công ty đồng sáng lập Netux , để giám sát, kiểm soát và tự động hóa các quy trình cho khách hàng chăm sóc sức khỏe

Ubidots cung cấp cho người quản lý thông tin chính xác cần thiết cho các quyết định quan trọng trong thời gian thực, bất kể người dùng ở đâu Dù ở văn phòng, trên sàn sản xuất, tại nhà hay trên đường, Ubidots luôn thông báo cho người dùng và trao quyền

để liên tục đưa ra quyết định dựa trên dữ liệu để cải thiện vấn đề

Ubidots là một nền tảng hỗ trợ ứng dụng IoT cho phép người dùng dễ dàng sử dụng các thư viện Ubidots để kết nối, gửi, nhận và giải thích dữ liệu của thiết bị Ubidots cho phép truy xuất dữ liệu từ các thiết bị phần cứng qua các giao thức: HTTP, MQTT, TCP/ IP

a Thành phần cơ bản của Ubidots

Các thành phần cơ bản của Ubidots bao gồm Devices, Variables, Dashboards, and Events

 Devices: là một đại diện ảo của nguồn dữ liệu, lấy dữ liệu cảm biến và truyền dữ

liệu thông qua giao thức kết nối tới đám mây của Ubidots

Tất cả các thiết bị đều khác nhau, nhưng thiết lập tiêu chuẩn trên mọi thiết bị đòi hỏi:

- Một thư viện nên được cài đặt trong IDE của thiết bị (không yêu cầu)

- Điền các tham số để xác thực và kết nối, chẳng hạn như TOKEN (nghĩa là ID duy

nhất cho từng tài khoản hoặc người dùng), nhãn thiết bị và biến (nghĩa là các thiết

bị và biến định danh duy nhất trong Ubidots), Wi-Fi SSID và Mật khẩu, tùy thuộc vào thiết bị và yêu cầu

- Thực hiện yêu cầu API (nghĩa là một cuộc gọi từ thiết bị đến máy chủ web) Các

thư viện Ubidots, không cần phải thực hiện các yêu cầu này theo cách thủ công Tuy nhiên, nếu bạn làm việc với một thiết bị hiện không có trong danh sách phần cứng được hỗ trợ, bạn có thể chọn giao thức kết nối như MQTT hoặc HTTP và đưa ra yêu cầu sử dụng API phù hợp

Tạo thiết bị: có ba cách để tạo thiết bị

- Các thiết bị được tạo tự động trong Ubidots lần đầu tiên nhận được một dấu chấm

cho TOKEN riêng của người dùng hoặc TOKEN của tổ chức

- Nhấp vào biểu tượng "+" ở góc trên bên phải màn hình của bất kỳ thiết bị nào

- Tạo Loại thiết bị, sau đó tạo một thiết bị mới với các thuộc tính, hình thức và biến

số của thiết bị được xác định trước và tự động hóa việc lên máy bay của hàng ngàn thiết bị

 Variables: Khi một thiết bị được tạo và nhận dữ liệu từ phần cứng của bạn hoặc

nguồn dữ liệu của bên thứ 3 khác, dữ liệu sẽ được trình bày ở dạng thô hoặc được tính toán dưới dạng một biến [9]

Các loại biến

- Mặc định - dữ liệu thô đến từ các thiết bị

- Tổng hợp - tương ứng với các hoạt động thống kê hoặc số học của các biến mặc định trong khung thời gian xác định (ví dụ: lưu lượng truy cập trung bình hàng ngày trong tháng này)

 Dashboards and Visualizations: Bảng điều khiển là giao diện người - máy nơi

dữ liệu dễ dàng được hiển thị Tài khoản Ubidots của bạn sẽ cho phép bạn tạo bao nhiêu bảng điều khiển khi cần, chứa các widget và trực quan hóa dữ liệu để hiểu

dữ liệu của bạn trong nháy mắt

 Events: Trong Ubidots, Sự kiện là các tin nhắn được kích hoạt và gửi qua Email,

SMS, Telegram, Slack, Cuộc gọi thoại hoặc tin nhắn webhook dựa trên quy tắc thiết kế tùy chỉnh được tạo trong ứng dụng [9]

Có 3 loại sự kiện: Value, Has been inactive, Position

- Value: Đọc cảm biến đạt đến một giá trị cụ thể Có thể cài đặt một giá trị cụ thể

mong muốn, sau đó lựa chọn hình thức so sánh với giá trị đó để thực hiện các thao tác mong muốn như gửi tin nhắn qua SMS, Email, Telegram, Slack hay cuộc gọi thoại Đồng thời, ở ô cuối cùng, ta có thể cài đặt thời gian giá trị đọc cảm biến đạt đến giá trị

cụ thể đã cài đặt trước đó Giao diện cài đặt hình thức so sánh và giá trị cụ thể được thể hiện như hình 2.3

Hình 2.3 Đọc cảm biến đến một giá trị

- Has been inactive: Biến không hoạt động trong một khoảng thời gian cụ thể Đồng thời

có thể cài đặt thời gian biến không hoạt động để gửi cảnh báo Để cài đặt tính năng này,

ta chọn Has been inactive trong phần lựa chọn sự kiện, sau đó cài đặt thời gian Các bước thực hiện như hình 2.4

Hình 2.4 Biến không hoạt động trong một khoảng thời gian

- Position: Khi một thiết bị đi vào hoặc ra khỏi một khu vực cụ thể (geofence) Ta có thể chọn một khu vực cụ thể và cài đặt thời gian cụ thể để cảnh báo khi thiết bị đi ra hoặc

đi vào khu vực đó trong một khoảng thời gian Các bước thực hiện được thể hiện như hình 2.5

- Ngoài ra, bạn cũng có thể xác định định dạng cảnh báo bằng cách chọn giữa các

email, SMS, Telegram hoặc Webhook

Hình 2.5 Cài đặt cảnh báo vị trí thiết bị 2.5.3 Cấu hình Wifi SmartConfig

a Giới thiệu

Smartconfig là một khái niệm được nhắc đến khi khi muốn cấu hình thông tin cho thiết bị WiFi kết nối nhanh chóng đến Internet nhất từ người dùng bằng chính thiết bị (điện thoại) của họ

Hình 2.6 Mô hình SmartConfig

Thiết bị chủ (điện thoại thông minh, máy tính bảng, PC, …) được kết nối với mạng Wifi sẽ gửi đến các gói UDP (có chứa SSID và mật khẩu) để truy cập mạng Wifi ESP8266 nhận gói tin này giải mã và lấy các thông tin về SSID và mật khẩu để thực hiện kết nối Wifi

Để hiểu một cách đơn giản thì SmartConfig nghĩa là chúng ta gửi thông tin mạng wifi (bao gồm tên wifi và password wifi) cho ESP thông qua smartphone thay cho cách thông thường là phải khai báo thông tin này trong chương trình và nạp firmware xuống

Khi ESP8266 chưa kết nối đến wifi thì ESP-TOUCH là một giao thức sử dụng trong SmartConfig sẽ giúp người dùng cấu hình wifi mà ESP8266 muốn kết nối tới thông qua giao diện đợn giản trên smart-phone Bản chất của giao thức này là sử dụng smart-phone để gửi một gói tin UDP bao gồm SSID và password đã được mã hóa trong trường Length tới Acess Point(ở đây là ESP8266) ESP8266 nhận gói tin này giải mã và lấy các thông tin về tên wifi và password và thực hiện kết nối đến wifi này [10]

Cấu trúc của các gói được gửi qua mạng, tuân theo tiêu chuẩn IEEE 802.3, được hiển thị trong Hình Cụ thể, Tiêu đề liên kết dữ liệu bao gồm 14 byte: 6 byte cho địa chỉ đích, 6 byte cho địa chỉ nguồn và 2 byte chỉ định độ dài của trường dữ liệu Lý do tại sao

nó được chọn để nhập thông tin về mạng WiFi trong trường có độ dài 2 byte rất đơn giản: ngay cả khi kết nối an toàn đã được kích hoạt trên điểm truy cập, trường này không được mã hóa

b Lợi ích của Smartconfig

- Dễ dàng cấu hình wifi cho ESP8266 thông qua smartphone

- Không cần phải nạp lại code để cấu hình

- Có thể dùng Smartconfig để cấu hình nhiều thiết bị một lúc

c ESP Touch

ESP Touch là protocol được dùng trong Smart Config để người dùng có thể kết nối tới các phiên bản modul ESP8266 thông qua cấu hình đơn giản trên Smartphone Ban đầu không thể kết nối với ESP8266, nhưng thông qua giao thức ESP-TOUCH thì

Smartphone sẽ gửi gói UDP tới Access Point (AP) ở đây là ESP8266, mã hóa SSID và mật khẩu thành trường Length trong gói UDP, để ESP8266 có thể hiểu và giải mã được thông tin [10] ESP8266 sẽ phát hiện ra các gói tin với độ dài thay đổi này và ghép nối lại thành SSID và password để kết nối vào mạng

Khi ESP8266 kết nối thành công đến mạng, ESP8266 sẽ kết nối đến IP của Điện thoại, được cung cấp thông qua ESPTOUCH, và gởi thông tin kết nối thành công đến ứng dụng trên điện thoại

Giao diện ứng dụng ESPTouch lần lượt trên IOS và Android được mô tả như hình 2.7 Ta có thể cài đặt App ESPTouch trên Smartphone ở AppStore (IOS) hoặc CHPlay (Android)

Hình 2.7 Giao diện ứng dụng ESP TOUCH trên IOS và Android

d Hoạt động

- Kích hoạt chức năng Smart Config bằng cách lập trình và nạp firmware cho ESP

- Kết nối smartphone với router (kết nối smartphone với mạng Wifi hiện có)

- Mở ESP-TOUCH App đã cài đặt trên Smartphone

- Kiểm tra SSID (tương ứng với tên Wifi) và mật khẩu (ở đây là mật khẩu Wifi của

bạn) để kết nối tới thiết bị

- Thực hiện ấn nút trong thời gian ngắn trên NodeMCU sau đó thả ra sẽ có thông báo

- Mở phần mềm IOT_Espressift_EspTouch trên điện thoại đã kết nối wifi, nhập mật

khẩu tại Password sau đó ấn confirm

Hình 2.8 Giao diện của ESP Touch khi kết nối

e Kết quả

- Nếu thành công sẽ có thông báo trên smartphone về địa chỉ IP của ESP8266 như

sau:

- Esptouch success, bssid = xxxx, InnetAddress = 192.168.xx.xx

- Ngược lại sẽ có thông báo Esptouch fail

- Kết quả logfile sẽ được ghi lại trên máy tính như sau:

Hình 2.9 Kết quả kết nối trên Serial Monitor

2.6 GIỚI THIỆU PHẦN CỨNG

2.6.1 Module Wemos D1 Mini ESP8266

WeMos D1 Mini là board mạch được phát triển dựa trên Module Esp8266-12S,

là thiết bị nhỏ gọn được tích hợp Wifi để dễ dàng kết thực hiện các ứng dụng thu thập

dữ liệu và điều khiển thiết bị thông qua Wifi WeMos D1 Mini được hỗ trợ để nạp trực tiếp thông qua USB mà không cần thực hiện các thao tác thủ công (sử dụng nút nhấn reset và flash) như NodeMCU nhằm đơn giản hóa quá trình làm việc với board mạch

WeMos D1 Mini Thường được dùng cho các ứng dụng cần kết nối, thu thập dữ liệu và điều khiển qua sóng Wifi, đặc biệt là các ứng dụng liên quan đến IoT

Hình 2.10 Sơ đồ chân ESP8266

Thông số kỹ thuật của Module được mô tả trong bảng 2.3

Thông số kỹ thuật

Bảng 2.3 Thông số kỹ thuật của ESP8266

Vi điều khiển ESP-8266EX

2.6.2 Mạch Sạc Lithium Micro ESP8266 D1 Mini 1A

Hình 2.11 Mạch sạc Lithium Micro ESP8266 D1 Mini 1A

ESP8266 D1 Mini Battery Shield được sử dụng để lắp ghép với phiên bản Wemos D1 Mini, tạo thành mạch sạc pin và boost áp từ pin Lithium 3.7VDC lên 5VDC 1A cấp cho board mạch chính như hình 2.11

Thông số kỹ thuật

Bảng 2.4 Thông số kỹ thuật của Mạch Sạc Lithium Micro ESP8266 D1 Mini 1A

Điện áp đầu vào sạc pin cổng MicroUSB 5VDC

Điện áp đầu ra từ pin 5VDC Max 1A

Tương thích pin Lithium 1 cell 3.7VDC

Tương thích NodeMCU Lua D1 Mini hoặc D1 Mini Pro Chân kết nối GND / 5V

Kích thước 34.2 x 25.6mm

2.6.3 Cảm biến nhiệt độ bề mặt da YSI700

YSI đo nhiệt độ bằng cảm biến nhiệt điện trở có độ chính xác cao Nguyên lý hoạt động của cảm biến giống với nguyên lý hoạt động của NTC Điện trở của nhiệt điện trở thay đổi theo nhiệt độ Điện trở đo được chuyển đổi thành nhiệt độ bằng thuật toán Cảm

biến YSI700 thường được sử dụng cho Monitor theo dõi sức khỏe, có dạng dây, 1 đầu là cảm biến tiếp xúc bề mặt dạng tròn, đầu còn lại là Jack cắm 3.5mm như hình 2.12

Dây dẫn: Dây bọc nhựa vinyl 3 m (10 ft.) Không thể tháo rời

Ổ cắm điện thoại tiêu chuẩn 25 ", tương thích với hầu hết các màn hình bệnh nhân Gồm 3 dây dẫn

Tuân thủ quy định của FDA, 93/42 / EEC CE - Chỉ thị về thiết bị y tế và EN12470

hình OLED 0.96 inch được sử dụng cho khối này do sự nhỏ gọn và khả năng hiển thị đẹp, rõ nét vào ban ngày và tiết kiệm năng lượng tối đa Màn hình sử dụng giao tiếp I2C cho chất lượng đường truyền ổn định và rất dễ giao tiếp chỉ với 2 chân GPIO

Thông số kỹ thuật

Bảng 2.6 Thông số kỹ thuật màn hình Oled

Điện áp sử dụng 2.2~5.5VDC

Công suất tiêu thụ 0.04w

Số điểm hiển thị 128x64 điểm

Độ rộng màn hình 0.96 inch

Màu hiển thị Trắng / Xanh Dương

Sơ đồ đấu nối

Bảng 2.7 Sơ đồ đấu nối Oled và ESSP8266

Kích thước Đường kính 12mm, cao 6mm

Màn hình OLED 0.96 NodeMCU ESP8266