Chương 1: Tổng quan Chương 2: Cơ sở lý thuyết liên quan Chương 3: Xây dựng và thiết kế hệ thống Chương 4: Kết quả và thực nghiêm Chương 5: Kết luận và hướng phát thiển 1.5 Ý NGHĨA KHOA HỌC VÀ THỰC TIỄN Ý nghĩa khoa học Kết quả nghiên cứu của đề tài sẽ cung cấp các cơ sở khoa học và mức độ ảnh hưởng của hệ thống tự động đến đời sống của con người. Làm tiền đề cho sự nghiên cứu và phát triển thêm những kỹ thuật và công nghệ mới áp dụng vào lĩnh vực y tế, khoa học, học đường… trong thời gian tới. Ý nghĩa thực tiễn Mô hình này là kết quả cho việc nghiên cứu, ứng dụng các tiến bộ khoa học kỹ thuật, công nghệ vào đời sống – sức khỏe con người trong thời đại công nghệ hóa. Đồng thời hệ thống cũng đã tiết kiệm được thời gian, tiền bạc và sức lao động của con người dành cho những công việc không quan trọng.
CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT LIÊN QUAN 4 2.1 CÔNG NGHỆ ĐO NHỊP TIM TRÊN THỊ TRƯỜNG Trên thị trường hiện nay, có rất nhiều đơn vị cung cấp các thiết bị đo nhịp tim khác nhau, đa dạng và phong phú như máy đo nhịp tim mini Beurer, Max 105… Về mặt công nghệ, các máy đo nhịp tim ngày càng cải tiến, nâng cấp tối ưu cho AI tạo ra nhiều dòng sản phẩm nhằm kiểm soát sức khỏe con người một cách tốt nhất. Các máy đo nhịp tim thường sử dụng công nghệ đo bằng camera, vân tay, cảm biến… Trong số đó, công nghệ đo nhịp tim bằng cảm biến vẫn được sử dụng khá phổ biến tại nước ta, đặc biệt trong cộng đồng máy tự gia công.1 Giới thiệu một số công nghệ đo Đo nhịp tim bằng cảm biến Máy đo khí máu và nhịp tim đo độ bão hòa oxy máu theo mạch đập hoạt động dựa trên cơ sở phép đo quang phổ kế (sắc ký) và phép đo xung động kế (xung động ký). Phép đo sắc ký hoạt động dựa trên cơ sở độ hấp thụ ánh sáng của Hemoglobin (Hb) và Oxyhemoglobin (HbO2) khác nhau đối với 2 bước sóng khác nhau của ánh sáng đỏ (660nm) và ánh sáng hồng ngoại (905nm). Phép đo xung động ký hoạt động dựa trên cơ sở độ hấp thụ ánh sáng truyền qua mô thay đổi có tính chu kỳ do sự thay đổi thể tích máu giữa kỳ tâm thu và tâm trương.
Máy đo nồng độ oxy trong máu và nhịp tim có thiết kế nhỏ gọn, là thiết bị được dùng để đo độ bão hoà oxy trong máu, kết hợp đo nhịp tim thông qua đầu ngón tay giúp phát hiện nhanh chóng hiện tượng thiếu oxy trong máu và nhịp tim bất thường để có những biện pháp xử lý kịp thời. Máy sử dụng công nghệ cảm biến quang học để tính độ bão hoà hemoglobin.1 Máy đo nhịp tim và SpO2 Đo nhịp tim bằng Camera Panasonic đang phát triển công nghệ đo nhịp tim bằng camera. Công nghệ này có thể đo nhịp tim của một người chỉ bằng cách “nhìn” người đó Hình 2.2 Đo tìm bằng camera 6 Panasonic gọi công nghệ mới là “Cảm biến thiết yếu không tiếp xúc”. Công nghệ này có thể giúp đọc được nhịp tim của bạn mà không phải dùng thiết bị camera chuyện dụng.
Phần mềm của hãng công nghệ Nhật vận hành bằng cách giám sát phản xạ da, chỉ số sẽ hạ thấp xuống khi có nhiều máu lưu thông qua da hơn. Đo nhịp tim bằng vân tay Máy quét vân tay là công nghệ mới và hiện đại nhất trong việc nhận diện vân tay trên điện thoại thông minh. Sản phẩm đầu tiên có tên Sense ID của Qualcomm trang bị trên chiếc Le Max Pro.3 Công nghệ trên smartphone Thiết bị gồm bộ phát và thu sóng siêu âm. Khi ngón tay đặt lên cảm biến, chúng sẽ được “quét” toàn diện.
Bằng việc đo sóng phản xạ lại, hệ thống có thể nhận biết những đặc tính chi tiết duy nhất trên mỗi dấu vân tay. Nhờ cảm biến thông minh, máy dễ dàng tái tạo phiên bản 3D đầy chân thực với độ nông, sâu rất chi tiết. Đây giống như bản nâng cấp của cảm biến điện dung nhằm tăng tính bảo mật cho thiết bị.2 GIỚI THIỆU LINH KIỆN TRONG MẠCH 2.1 Kit NodeMCU_DEVKIT_1.4 Kít Node MCU_DevKit_1.0 Tính năng: • ESP12E DevKit dựa trên sự phát triển của ESP8266 mà là một module UART-WiFi công suất cực thấp. Nó được thiết kế cho các thiết bị di động và ứng dụng mạng, thông thường nó có thể được ứng dụng cho Internet, mạng LAN truyền thông, các lĩnh vực nhà thông minh, kiểm soát công nghiệp và các thiết bị cầm tay khác.
• Kit RF thu phát Wifi ESP8266 NodeMCU là kít phát triển dựa trên nền chip Wifi SoC ESP8266 với thiết kế dễ sử dụng và đặc biệt là có thể sử dụng trực tiếp trình biên dịch của Arduino để lập trình và nạp code, điều này khiến việc sử dụng và lập trình các ứng dụng trên ESP8266 trở nên rất đơn giản. 8 • Kit RF thu, phát Wifi ESP8266 NodeMCU 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. Thông số kỹ thuật: • IC chính: ESP8266 Wifi SoC. • Phiên bản firmware: Node MCU.
• Chip nạp và giao tiếp UART: CP2102. • GPIO tương thích hoàn toàn với firmware - Node MCU. • Cấp nguồn: 5VDC MicroUSB hoặc Vin. • GIPO giao tiếp mức 3.3VDC • Tích hợp Led báo trạng thái, nút Reset, Flash.
• Tương thích hoàn toàn với trình biên dịch Arduino. • Wifi chuẩn Wireless 802. • 03 chế độ hoạt động: STA / AP / STA +AP. • Hỗ trợ các chuẩn giao tiếp I2C, SPI.
• Hỗ trợ ngõ ADC, PWM. • Dòng điện tiêu thụ: ~ 70mA (200mA MAX), Standby: <200uA. • Hỗ trợ giao tiếp UART: 110 - 460800bps. • Hỗ trợ cập nhật FW từ xa (OTA).
• Hỗ trợ Smart Networking. • Nhiệt độ hoạt động: -40 ℃ ~ + 125 ℃. 5 Các chân của NodeMCU_DEVKIT_1.2 LCD LCD có rất nhiều dạng phân biệt theo kích thước từ vài kí tự đến hàng chục kí tự, từ 1 hàng đến vài chục hàng .Ví dụ LCD 16×2 có nghĩa là có 2 hàng, mỗi hàng 16 kí tự. 6 Mặt trước LCD 10 2.3 Module I2C LCD Đặc điểm : Module LCD I2C 1602 kết nối màn hình LCD hiển thị 2 dòng với 16 ký tự được kết nối với chuẩn giao tiếp I2C.
Giao diện I2C chỉ yêu cầu 2 đường dây SDA, SCL, +5 VDC và GND Hình 2. 7 Module I2C LCD Hình 2.8 LCD với I2C Mô tả chân và địa chỉ của module I2C-LCD: 11 Hình 2.9 Chân và địa chỉ module I2C LCD 2.4 Module RFID MRC522 Giới thiệu về công nghệ RFID và Module RFID RC522 Công nghệ RFID (Radio Frequency Identification Detection): là công nghệ nhận dạng đối tượng bằng sóng vô tuyến. Là một phương pháp nhận dạng tự động cho phép một thiết bị đọc thông tin chứa trong chip không tiếp xúc trực tiếp ở khoảng cách xa, không thực hiện bất kỳ giao tiếp vật lý nào hoặc giữa hai vật không nhìn thấy. Công nghệ này cho ta phương pháp truyền, nhận dữ liệu từ một điểm đến một điểm khác.
Module RFID RC522 sử dụng IC MFRC522 của Phillip dùng để đọc và ghi dữ liệu cho thẻ tần số 13.56mhz, có thể đọc được các loại thẻ có kết nối không dây như NFC, thẻ từ (loại dùng làm thẻ giảm giá, thẻ xe bus, 12 tàu điện ngầm.) với mức giá rẻ thiết kế nhỏ gọn, module này là sự lựa chọn hàng đầu cho các ứng dụng về ghi đọc thẻ RFID.10 Module RFID RC522 Thông số kỹ thuật Nguồn: 3.3VDC, 13 - 26mA Dòng ở chế độ chờ: 10-13mA Dòng ở chế độ nghỉ: <80uA Tần số sóng mang: 13.56MHz Khoảng cách hoạt động: 0～60mm（mifare1 card） Hỗ trợ giao tiếp các loại thẻ RFID: ISO 14443A / MIFARE. Tốc độ truyền dữ liệu: tối đa 10Mbit/s Hỗ trợ Mã Hóa trong chế độ Đọc/Ghi với loại thẻ MIFARE. Hỗ trợ các chuẩn giao tiếp SPI (Max = 10Mbit/s). Hỗ trợ bộ đệm Truyền/Nhận dữ liệu FIFO 64 Byte.
Kích thước: 40mm×60mm Các thành phần của module Trong một module RFID có 2 thành phần quan trọng nhất là: Tag (thẻ RFID).11 Cấu tạo bên trong Tag (thẻ RFID) Reader (đầu đọc RFID).12 Cấu tạo và sơ đồ chân Reader(đầu đọc RFID) Trên Tag và Reader đều có Antenna. Tag và Reader giao tiếp với nhau ở cùng một Tần Số. RFID sử dụng sóng Radio nên tốc độ truyền dữ liệu, khoảng cách truyền giữa Tag và Reader phụ thuộc rất nhiều vào Tần Số. Do đó tùy thuộc vào ứng dụng trực tiếp mà các hệ thống RFID sử dụng rất nhiều dải tần số khác nhau, ở đây mình nêu ra 3 dải tần số thông dụng: Tần số thấp (LF) (khoảng 100kHz – 150 kHz).
14 Tần số cao (HF) (10 – 15 MHz). Siêu cao tần (UHF) (850 – 950 MHz). Phương thức làm việc Module RC522 được sử dụng loại thẻ bị động (loại thẻ không có nguồn điện ở bên trong). Khi đưa thẻ RFID vào vùng hoạt động của đầu đọc RFID.
Sóng vô tuyến phát ra từ đầu đọc sẽ cung cấp cho thẻ RFID một dòng điện đủ nhỏ để kích hoạt hệ thống mạch điện nằm trong thẻ giúp nó gửi lại tín hiệu hồi đáp và thực hiện trao đổi dữ liệu theo yêu cầu của bộ điều khiển kết nối với đầu đọc RFID. Sau khi nhận được dữ liệu từ thẻ bộ điều khiển sẽ đưa ra các yêu cầu điều khiển tùy vào từng ứng dụng cụ thể.13 Phương thức làm việc của Module RFID RC522 Ứng dụng Module RFID RC522 được ứng dụng rất rộng rãi vào rất nhiều lĩnh vực, đời sống như: Trong vận chuyển và phân phối lưu thông: kiểm soát xe cộ, thu phí đường bộ, kiểm soát hành lý hành khách. Trong kinh doanh bán lẻ: RFID có thể thay thế công nghệ mã vạch, giúp lưu giữ nhiều thông tin về sản phẩm hơn 15 Trong quản lý nhân sự và chấm công nhân viên. Cách kết nối dây Hình 2.14 Kết nối module RFID với Node MCU 2.5 Cảm biến nhịp tim và oxy trong máu MAX30100 Giới thiệu Cảm Biến Nhịp Tim và Oxy Trong Máu MAX30100 đươc tích hợp 16- bit sigma delta ADC và bộ xử lý tín hiệu tương tự với độ nhiễu thấp giúp cảm biến hoạt động chính xác và ổn định cao.Cảm biến được sử dụng để đo nhịp tim và nồng độ Oxy trong máu, thích hợp cho nhiều ứng dụng liên quan đến y sinh., sử dụng giao tiếp I2C 16 Hình 2.15 Cảm biến MAX30100 Thông số kỹ thuật: Điện áp C: MAX30100 hoạt động: 1.3V (DC) Ultra-Low Shutdown Current (0.