Đồ án thiết kế và thi công khung ảnh điện tử tại HCMUTE

Khám phá đồ án HCMUTE thiết kế và thi công khung ảnh điện tử, từ ý tưởng đến thực hiện, mang lại giải pháp sáng tạo cho nghệ thuật trình bày.

• Tác giả: Võ Văn Tài
• Người hướng dẫn: TS. Trương Ngọc Sơn
• Trường học: Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật Thành Phố Hồ Chí Minh
• Chuyên ngành: Công Nghệ Kỹ Thuật Điện Tử Truyền Thông
• Đề tài: Thiết Kế Và Thi Công Khung Ảnh Điện Tử
• Loại tài liệu: đồ án tốt nghiệp
• Năm xuất bản: 2019
• Địa điểm: Thành phố Hồ Chí Minh

Mục lục chi tiết

• LỜI CAM ĐOAN
• LỜI CẢM ƠN
• 1. CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN
• 1.1. ĐẶT VẤN ĐỀ
• 1.2. MỤC TIÊU
• 1.3. NỘI DUNG NGHIÊN CỨU
• 1.4. GIỚI HẠN
• 1.5. BỐ CỤC
• 2. CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT
• 2.1. VI ĐIỀU KHIỂN ARM
• 2.1.1. Tổng quan về ARM
• 2.2. Vi điều khiển STM32F407VET6
• 2.2.1. Chip STM32F407VET6
• 2.3. MODULE LCD TFT 7 INCH CẢM ỨNG ĐIỆN DUNG

Tóm tắt

I. Giới thiệu chung về đề tài Thiết kế và thi công khung ảnh điện tử tại HCMUTE

Đồ án tốt nghiệp "Thiết kế và thi công khung ảnh điện tử" thực hiện tại Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật Thành phố Hồ Chí Minh (HCMUTE) bởi sinh viên Võ Văn Tài và Trần Võ Phước Đạt, hướng dẫn bởi TS. Trương Ngọc Sơn. Đề tài tập trung vào việc thiết kế và chế tạo một khung ảnh kỹ thuật số. Khung ảnh này cho phép người dùng trình chiếu ảnh từ thẻ nhớ microSD, hiển thị thời gian thực, và thông tin thời tiết từ internet. Thiết kế bao gồm lựa chọn linh kiện, thiết kế mạch điện, và lập trình điều khiển. Thi công bao gồm lắp ráp mạch, thiết kế vỏ, và kiểm thử toàn bộ hệ thống. Đồ án sử dụng vi điều khiển STM32F407VET6, màn hình LCD TFT 7 inch cảm ứng, module ESP8266, và ứng dụng C# trên Visual Studio. Salient Keyword: Thiết kế và thi công, Khung ảnh điện tử. Salient LSI Keyword: Khung ảnh kỹ thuật số, Hệ thống nhúng. Semantic Entity: HCMUTE, STM32F407VET6, ESP8266, Visual Studio. Salient Entity: Khung ảnh, Vi điều khiển. Close Entity: Thẻ nhớ microSD, Màn hình LCD TFT.

1.1 Mục tiêu và phạm vi nghiên cứu

Mục tiêu chính là tạo ra một khung ảnh điện tử đa chức năng. Hệ thống cần hiển thị hình ảnh từ thẻ nhớ microSD một cách rõ nét. Việc tích hợp hiển thị thời gian thực và thông tin thời tiết làm tăng tính tiện dụng. Ứng dụng trên máy tính cho phép người dùng quản lý hình ảnh dễ dàng. Phạm vi nghiên cứu bao gồm thiết kế phần cứng, phần mềm điều khiển vi điều khiển, và ứng dụng giao diện người dùng trên máy tính. Các giới hạn như kích thước màn hình (7 inch), nguồn dữ liệu thời tiết (internet qua ESP8266), và công cụ lập trình (Visual Studio) được đề cập rõ ràng trong báo cáo. Đồ án tập trung vào việc tích hợp các thành phần này thành một hệ thống hoạt động ổn định. Semantic LSI keyword: Hệ thống nhúng, Giao diện người dùng. Salient LSI keyword: Phần cứng, Phần mềm. Semantic Entity: Thẻ nhớ microSD, Internet, Visual Studio. Salient Entity: Thời gian thực, Thời tiết. Close Entity: Ứng dụng máy tính, Quản lý hình ảnh.

1.2 Phương pháp nghiên cứu

Đồ án áp dụng phương pháp nghiên cứu tổng hợp. Nghiên cứu tài liệu cung cấp nền tảng lý thuyết về vi điều khiển ARM, màn hình LCD TFT, module ESP8266, và các giao thức truyền thông. Thiết kế dựa trên phân tích yêu cầu và lựa chọn linh kiện phù hợp. Lập trình sử dụng ngôn ngữ C cho vi điều khiển và C# cho ứng dụng máy tính. Kiểm thử được tiến hành để đánh giá hiệu quả hoạt động của hệ thống. Quá trình thi công gồm lắp ráp mạch, thiết kế vỏ, và tích hợp các mô-đun. Từng bước đều được ghi chép cẩn thận. Semantic LSI keyword: Kiến trúc phần cứng, Lập trình nhúng. Salient LSI keyword: Phân tích yêu cầu, Kiểm thử hệ thống. Semantic Entity: ARM, LCD TFT, ESP8266, C, C#. Salient Entity: Ngôn ngữ lập trình, Quá trình kiểm thử. Close Entity: Mô-đun, Lắp ráp mạch.

II. Phân tích kết quả và đánh giá

Đồ án đạt được các mục tiêu đề ra. Khung ảnh điện tử hoạt động ổn định, hiển thị hình ảnh chất lượng tốt. Thời gian và thông tin thời tiết được cập nhật chính xác. Ứng dụng máy tính đơn giản, dễ sử dụng. Kết quả cho thấy khả năng tích hợp các công nghệ khác nhau thành một sản phẩm hoàn chỉnh. Nhận xét chú trọng đến tính thực tiễn và ứng dụng của sản phẩm. Tuy nhiên, một số hạn chế có thể được cải thiện trong các phiên bản sau. Semantic LSI keyword: Hiệu suất hệ thống, Khả năng mở rộng. Salient LSI keyword: Đánh giá sản phẩm, Hạn chế. Semantic Entity: Hình ảnh, Thời gian, Thời tiết, Ứng dụng máy tính. Salient Entity: Chất lượng hình ảnh, Độ chính xác. Close Entity: Khả năng mở rộng, Cải thiện.

2.1 Ưu điểm và hạn chế

Ưu điểm chính là tính năng đa dạng, tích hợp nhiều chức năng trong một thiết bị nhỏ gọn. Giao diện người dùng thân thiện, dễ sử dụng. Hệ thống hoạt động ổn định, ít lỗi. Chất lượng hiển thị hình ảnh tốt. Tuy nhiên, khả năng mở rộng còn hạn chế. Ví dụ, chỉ hỗ trợ một số nguồn dữ liệu thời tiết nhất định. Việc tích hợp thêm các tính năng khác, như điều khiển bằng giọng nói, có thể làm tăng độ phức tạp. Khả năng tùy biến cũng còn hạn chế. Semantic LSI keyword: Tính khả dụng, Khả năng bảo trì. Salient LSI keyword: Ưu điểm, Nhược điểm. Semantic Entity: Tính năng, Giao diện người dùng, Lỗi. Salient Entity: Khả năng mở rộng, Khả năng tùy biến. Close Entity: Tính năng điều khiển bằng giọng nói, Bảo trì.

2.2 Ứng dụng thực tiễn và ý nghĩa

Khung ảnh điện tử có nhiều ứng dụng thực tiễn. Sản phẩm có thể được sử dụng trong gia đình để trưng bày ảnh kỷ niệm. Các doanh nghiệp có thể sử dụng để quảng bá sản phẩm, hoặc trưng bày thông tin. Ứng dụng trong giáo dục cũng rất tiềm năng. Ý nghĩa của đồ án nằm ở việc áp dụng kiến thức lý thuyết vào thực tiễn. Đồ án cũng chứng minh khả năng sáng tạo và giải quyết vấn đề của sinh viên. Semantic LSI keyword: Ứng dụng thương mại, Giá trị giáo dục. Salient LSI keyword: Ứng dụng thực tiễn, Ý nghĩa nghiên cứu. Semantic Entity: Gia đình, Doanh nghiệp, Giáo dục. Salient Entity: Quảng bá sản phẩm, Trưng bày thông tin. Close Entity: Khả năng sáng tạo, Giải quyết vấn đề.

III. Kết luận và hướng phát triển

Đồ án thành công trong việc thiết kế và chế tạo khung ảnh điện tử. Sản phẩm đáp ứng các yêu cầu đề ra, có tính thực tiễn cao. Kết luận nhấn mạnh vào tính khả thi và ứng dụng thực tiễn của sản phẩm. Hướng phát triển tập trung vào việc nâng cao tính năng, khả năng mở rộng, và cải thiện giao diện người dùng. Semantic LSI keyword: Công nghệ tương lai, Tiềm năng phát triển. Salient LSI keyword: Kết luận nghiên cứu, Hướng phát triển. Semantic Entity: Tính năng, Giao diện người dùng, Khả năng mở rộng. Salient Entity: Nâng cấp phần mềm, Cải thiện phần cứng. Close Entity: Tính năng thông minh, Tích hợp AI.

Nội dung chính

Bối cảnh và vấn đề nghiên cứu

Trong không gian kiến trúc và trang trí nội thất, tranh ảnh truyền thống đóng vai trò quan trọng nhằm giảm bớt sự đơn điệu, tăng chiều sâu không gian, thể hiện phong cách thẩm mỹ của gia chủ hoặc phục vụ mục đích trưng bày, quảng bá sản phẩm tại các sự kiện, cơ quan, cửa hàng. Tuy nhiên, phương thức in ấn ảnh truyền thống bộc lộ những hạn chế nhất định về chi phí khi số lượng ảnh lớn và khả năng thay đổi hình ảnh trưng bày bị giới hạn. Sự phát triển mạnh mẽ của công nghệ kỹ thuật số, vi xử lý và điện thoại thông minh tạo ra nhu cầu chuyển đổi sang các giải pháp trình chiếu hình ảnh linh hoạt, có khả năng cập nhật tự động và hiển thị đa chức năng.

Đồ án tốt nghiệp "Thiết kế và thi công khung ảnh điện tử" được thực hiện bởi sinh viên Võ Văn Tài và Trần Võ Phước Đạt, dưới sự hướng dẫn của TS. Trương Ngọc Sơn tại Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật TP. Hồ Chí Minh (chuyên ngành Điện tử Công nghiệp, ngành Công nghệ Kỹ thuật Điện tử Truyền thông), nhằm giải quyết bài toán hiển thị và quản lý hình ảnh số hóa trên phần cứng nhúng chuyên dụng kết hợp kết nối mạng không dây.

Mục tiêu nghiên cứu

Văn bản xác định 4 mục tiêu kỹ thuật cụ thể:

1. Trình chiếu hình ảnh lưu trữ trong thẻ nhớ micro SD lên màn hình LCD 7 inch TFT bảo đảm đầy đủ kích thước, trực quan và chính xác.
2. Hiển thị thời gian thực và cập nhật các yếu tố thời tiết (nhiệt độ, độ ẩm, áp suất, tốc độ gió) tự động từ mạng internet.
3. Xây dựng ứng dụng trên máy tính để hỗ trợ người dùng nạp ảnh mới vào bộ nhớ ngoài của khung ảnh.
4. Tích hợp chức năng nhận diện chuyển động của người xung quanh khu vực đặt thiết bị để điều khiển bật/tắt chế độ hiển thị màn hình nhằm tối ưu điện năng.

Nhiệm vụ nghiên cứu

Các nhiệm vụ kỹ thuật được phân công và thực hiện bao gồm:

1. Nghiên cứu tài liệu, giáo trình về vi điều khiển họ ARM STM32 và các chuẩn giao tiếp liên quan.
2. Thiết kế giao tiếp giữa vi điều khiển STM32F407VET6 với màn hình LCD 7 inch TFT cảm ứng điện dung và thẻ nhớ micro SD.
3. Thiết kế giao tiếp truyền thông UART giữa STM32F407VET6 và module ESP8266 NodeMCU để thu nhận dữ liệu từ internet.
4. Lập trình ứng dụng trên máy tính bằng ngôn ngữ C# trong môi trường Microsoft Visual Studio để xử lý và nạp hình ảnh vào thẻ nhớ.
5. Thiết kế sơ đồ nguyên lý, vẽ mạch in PCB, lắp ráp hoàn chỉnh các khối phần cứng và đóng gói mô hình mica.
6. Chạy thử nghiệm, đo đạc, cân chỉnh hệ thống và đánh giá kết quả thực hiện.

Đối tượng và phạm vi nghiên cứu

• Đối tượng nghiên cứu: Hệ thống khung ảnh điện tử nhúng sử dụng vi điều khiển ARM Cortex-M4 (STM32F407VET6), màn hình hiển thị TFT 7 inch, module Wi-Fi ESP8266, thẻ nhớ micro SD, cảm biến chuyển động hồng ngoại thụ động (PIR) và phần mềm điều khiển trên máy tính.
• Phạm vi kỹ thuật và giới hạn:
  • Kích thước hiển thị cố định ở chuẩn màn hình LCD 7 inch (độ phân giải 800x480 pixel).
  • Thu thập dữ liệu thời tiết trực tuyến thông qua giao thức HTTP từ máy chủ dịch vụ OpenWeatherMap bằng module ESP8266 NodeMCU.
  • Sử dụng phần mềm Visual Studio (C#) để nạp ảnh trực tiếp từ máy tính vào thẻ nhớ ngoài.
  • Thời gian thực hiện đồ án từ ngày 18/02/2019 đến ngày 10/06/2019.

---

Cơ sở lý thuyết và phương pháp

Đồ án xây dựng dựa trên sự tích hợp các nền tảng phần cứng nhúng, lý thuyết truyền thông và giao thức mạng Internet:

Khung lý thuyết và công nghệ sử dụng

• Vi điều khiển ARM Cortex-M4 (STM32F407VET6): Kiến trúc 32-bit RISC kiểu Harvard, xung nhịp hoạt động tối đa 168 MHz, 512 Kbyte bộ nhớ Flash, 192 Kbyte SRAM. Tích hợp bộ điều khiển bộ nhớ tĩnh linh hoạt (FSMC - Flexible Static Memory Controller), khối giao tiếp SDIO/MMC, các bộ giao tiếp nối tiếp USART/UART, SPI, I2C, bộ định thời đa năng và bộ quản lý thời gian thực (RTC) hỗ trợ nguồn nuôi pin dự phòng VBAT.
• Công nghệ màn hình LCD TFT và Cảm ứng điện dung: Màn hình LCD TFT 7 inch của WaveShare, độ phân giải 800x480 pixel, sử dụng IC điều khiển hiển thị RA8875 hỗ trợ chuẩn giao tiếp song song 8080 (16-bit). Tấm cảm ứng điện dung tích hợp IC GT811 hỗ trợ nhận diện tối đa 5 điểm chạm đồng thời thông qua chuẩn giao tiếp I2C.
• Cảm biến chuyển động hồng ngoại thụ động (PIR): Hoạt động dựa trên sự biến thiên bức xạ tia nhiệt phát ra từ thân nhiệt cơ thể sống (người, động vật) qua kính hội tụ Fresnel đến 2 phần tử cảm biến nhiệt, kết hợp mạch so áp và khuếch đại tín hiệu điện áp điều khiển. Cảm biến mini hoạt động ở dải điện áp 2,7–12 VDC, góc quét dưới 100 độ, cự ly phát hiện 3–5 m.
• Module Wi-Fi ESP8266 NodeMCU: Nền tảng phát triển dựa trên chip ESP8266EX (Wi-Fi 2.4 GHz, chuẩn 802.11 b/g/n), tích hợp sẵn ngăn xếp giao thức TCP/IP và IC nạp/chuyển đổi USB-UART CP2102.
• Giao thức truyền thông Internet (HTTP): Hoạt động theo mô hình Client-Server, sử dụng phương thức GET để gửi yêu cầu (Request) dạng chuỗi định danh tài nguyên URL: http://api.openweathermap.org/data/2.5/weather?q={Location}&APPID={API_Key}. Phản hồi (Response) trả về dưới định dạng bản tin chuỗi JSON chứa các trường dữ liệu khí tượng (nhiệt độ, độ ẩm, áp suất, trạng thái mây, tốc độ gió, mã icon hiển thị).

Phương pháp nghiên cứu và triển khai thực tế

• Phương pháp phân tích - tổng hợp và thiết kế hệ thống kỹ thuật: Chia nhỏ hệ thống thành các khối chức năng độc lập (Khối nguồn, Khối điều khiển trung tâm, Khối hiển thị, Khối cảm biến, Khối micro SD, Khối truyền thông ESP8266, Khối ứng dụng máy tính).
• Phương pháp tính toán mạch điện tử: Tính toán cân bằng dòng - áp nguồn cung cấp toàn mạch, thiết kế mạch phân nguồn tách biệt, tính toán bộ lọc LC tần số cắt khử nhiễu nguồn thẻ nhớ, tính toán mạch bảo vệ chân vi điều khiển và mạch bảo vệ pin cấp nguồn RTC.
• Phương pháp lập trình và tích hợp nhúng: Lập trình cấu hình ngoại vi vi điều khiển trên phần mềm STM32CubeMX, biên dịch mã nguồn C trên môi trường Keil C (MDK-ARM); lập trình module Wi-Fi trên Arduino IDE; xây dựng giao diện nạp ảnh C# trên Visual Studio.
• Phương pháp thực nghiệm và kiểm thử mạch in: Thiết kế mạch in hai lớp (2 layers) bằng Altium Designer, thi công phần cứng, đo kiểm thông mạch/điện áp bằng đồng hồ vạn năng (VOM) và nạp mã kiểm tra từng khối ngoại vi trước khi đóng gói mô hình mica.

---

Thiết kế và triển khai hệ thống kỹ thuật

Sơ đồ khối và phân tích chức năng phần cứng

Hệ thống khung ảnh điện tử được phân chia thành 7 khối chức năng chính liên kết chặt chẽ:

[Khối Nguồn] --------> Cấp nguồn cho toàn bộ hệ thống (5V & 3.3V)
       |
       v
[Ứng dụng Máy tính] ---> [Khối Micro SD Card] <===(SDIO 4-bit)===> [Khối Điều Khiển Trung Tâm] <===(FSMC 16-bit)===> [Khối Hiển Thị]
                                                                        ^ (STM32F407VET6)                             (LCD 7" TFT & GT811)
                                                                        |                                                    ^
                                                                        +---(I2C Touch Interrupt)----------------------------+
                                                                        |
                                                                        +<--(Tín hiệu OUT_PIR)--- [Khối Cảm Biến PIR]
                                                                        |
                                                                        +<--(UART ESP_TX/RX)----- [Khối ESP8266 NodeMCU] <--- (Internet/Wi-Fi)

Tên khối	Linh kiện / Công nghệ chính	Chức năng chi tiết
Khối điều khiển trung tâm	STM32F407VET6	Tiếp nhận tín hiệu từ cảm biến PIR, điều khiển đọc thẻ nhớ qua SDIO, nhận chuỗi dữ liệu thời tiết qua UART từ ESP8266, xử lý dữ liệu và xuất ảnh/thông tin đồ họa sang màn hình qua FSMC.
Khối hiển thị	LCD TFT 7 inch Waveshare (RA8875 + GT811)	Hiển thị hình ảnh kích thước 800x480, hiển thị thông tin thời gian thực, thông số thời tiết và tiếp nhận thao tác chạm cảm ứng qua I2C.
Khối cảm biến	Module PIR mini, Diode Zener 3.3V, Điện trở 10Ω	Nhận diện chuyển động thân nhiệt trong góc quét <100°, gửi tín hiệu số cảnh báo về chân I/O của STM32 để bật hoặc tắt màn hình.
Khối lưu trữ Micro SD	Khe cắm thẻ Micro SD, Mạch lọc LC	Lưu trữ dữ liệu hình ảnh độ phân giải cao; giao tiếp dữ liệu 4-bit tốc độ cao với vi điều khiển.
Khối truyền thông	ESP8266 NodeMCU	Kết nối mạng Wi-Fi, thực hiện HTTP GET Request tới OpenWeatherMap, bóc tách dữ liệu khí tượng và gửi qua UART tới vi điều khiển.
Khối nguồn	Adapter 5V/1A, IC ổn áp LDO LM1117-3.3V, Pin CMOS 3V	Phân tách và cấp nguồn 5V DC, 3.3V DC độc lập cho màn hình và vi xử lý; cấp nguồn nuôi liên tục cho khối RTC khi mất nguồn chính.
Khối ứng dụng PC	Phần mềm C# (Visual Studio)	Giao diện trên máy tính hỗ trợ người dùng chọn ảnh, xử lý kích thước tương thích và lưu ảnh vào thẻ nhớ micro SD.

Tính toán thiết kế mạch và phân phối công suất

1. Tính toán dòng tiêu thụ toàn hệ thống:

   • Vi điều khiển STM32F407VET6: Điện áp 3,3 VDC, dòng tiêu thụ cực đại $I = 25\text{ mA}$.
   • Module ESP8266 NodeMCU: Điện áp 5 VDC, dòng tiêu thụ cực đại $I = 300\text{ mA}$.
   • Màn hình LCD TFT 7 inch: Điện áp 3,3 VDC, dòng tiêu thụ cực đại $I = 400\text{ mA}$.
   • Cảm biến chuyển động PIR: Điện áp 3,3 VDC, dòng tiêu thụ cực đại $I = 50\ \mu\text{A}$.
   • Tổng dòng tiêu thụ lý thuyết xấp xỉ $755\text{ mA}$. Nhóm nghiên cứu lựa chọn Adapter nguồn $5\text{V} - 1\text{A}$.

2. Thiết kế hạ áp và cách ly nguồn 3.3V: Màn hình 7 inch tiêu thụ dòng điện lớn ($400\text{ mA}$), dễ gây sụt áp hoặc nhiễu nguồn vi xử lý nếu dùng chung. Do đó, đường nguồn 3,3V được thiết kế phân đôi độc lập từ nguồn 5V qua IC ổn áp LM1117 (dòng tải tối đa 1A): một nhánh cấp riêng cho màn hình LCD, nhánh còn lại cấp cho STM32F4 và các module cảm biến/ngoại vi.

3. Tính toán mạch lọc nguồn cho thẻ nhớ Micro SD: Để triệt tiêu xung nhiễu tần số cao từ nguồn xung adapter, thiết kế bổ sung hai tầng lọc LC:

   • Mạch lọc thông cao (High-Pass Filter) gồm tụ $C_7$ và cuộn cảm $L_1$: $$f_c = \frac{1}{2\pi \sqrt{L C}} = 7957\text{ Hz} \approx 8\text{ kHz}$$
   • Mạch lọc thông thấp (Low-Pass Filter) gồm tụ $C_6$ và cuộn cảm $L_1$ để làm phẳng điện áp: $$f_c = \frac{1}{2\pi \sqrt{L C}} = 53\text{ Hz}$$

4. Bảo vệ phần cứng:

   • Khối PIR: Tín hiệu OUT_PIR được nối qua Diode Zener $D_5$ ($3,3\text{V}$) để ghim áp bảo vệ và điện trở hạn dòng $R_8 = 10\ \Omega$ chống xung quá áp phá hỏng chân vi điều khiển.
   • Khối RTC: Sử dụng Pin CMOS 3V nối chân VBAT. Mạch tích hợp cặp diode $D_6, D_7$ điều hướng: khi có nguồn chính 3.3V thì $D_6$ dẫn và $D_7$ ngắt chống sạc ngược vào pin; khi mất nguồn chính, $D_7$ dẫn nguồn từ pin nuôi RTC và $D_6$ ngăn pin xả ngược ra toàn mạch.

---

Nội dung chính theo từng chương

Chương 1: Tổng quan

Trình bày tính cấp thiết của đề tài, lý do lựa chọn nghiên cứu thay thế khung ảnh cơ truyền thống bằng khung ảnh số thông minh đa năng. Đặt ra 4 mục tiêu nghiên cứu cụ thể, xác định phạm vi đối tượng khảo sát (kỹ thuật nhúng trên nền STM32F4, màn hình 7 inch, module ESP8266, thẻ SD), vạch rõ các nội dung công việc và cấu trúc tổng thể của đồ án qua 6 chương.

Chương 2: Cơ sở lý thuyết

Cung cấp chi tiết các nền tảng kỹ thuật và phần cứng phục vụ thiết kế:

• Giới thiệu cấu trúc chip ARM Cortex-M4 trên vi điều khiển STM32F407VET6, chi tiết về bộ nhớ Flash 512KB, 2 bộ ADC 12-bit, 7 bộ Timer, cấu trúc FSMC và các bộ truyền thông nối tiếp.
• Phân tích nguyên lý phân lớp của màn hình LCD TFT, cơ chế hoạt động của tấm cảm ứng điện dung GT811 (nhận biết thay đổi điện tích từ tiếp xúc ngón tay, hỗ trợ tối đa 5 điểm).
• Nguyên lý cảm biến PIR thu nhận tia hồng ngoại qua lăng kính Fresnel và bộ khuếch đại transistor FET; thông số kỹ thuật module PIR mini (góc quét $<100^\circ$, tầm quét 3–5 m, trễ 2s).
• Thông số kỹ thuật module ESP8266 NodeMCU V1.0 (chip ESP8266EX, flash 4MB, Wi-Fi 2.4GHz, TCP/IP tích hợp).
• Lý thuyết mạng Internet, kiến trúc giao thức HTTP Client-Server, cấu trúc bản tin HTTP Request (GET, POST, PUT, DELETE), Status-line phản hồi từ máy chủ.
• Bảng ánh xạ các icon thời tiết thu được từ API openweathermap.org tương ứng với các điều kiện khí tượng:

Mã Icon Ngày	Mã Icon Đêm	Mô tả điều kiện thời tiết
01d	01n	Bầu trời quang đãng (clear sky)
02d	02n	Có mây (few clouds)
03d	03n	Mây rải rác (scattered clouds)
04d	04n	Nhiều mây (broken clouds)
09d	09n	Mưa nhẹ (shower rain)
10d	10n	Mưa (rain)
11d	11n	Có sấm chớp và dông (thunderstorm)

Chương 3: Thiết kế và tính toán hệ thống

• Xây dựng sơ đồ khối hoàn chỉnh gồm 7 khối chức năng.
• Lựa chọn vi điều khiển trung tâm STM32F407VET6 kết hợp mạch thạch anh ngoài HSE 8 MHz (nhân tần số PLL lên 168 MHz) và thạch anh LSE 32,768 kHz cho bộ RTC.
• Chi tiết sơ đồ nguyên lý các khối: Khối điều khiển trung tâm (đèn LED1 SMD-0805 báo trạng thái bận, cổng nạp Serial Wire JP4, rào kết nối UART1 JP3 debug), Khối hiển thị (kết nối 16-bit FSMC và chuẩn I2C cho cảm ứng GT811), Khối cảm biến PIR (mạch bảo vệ Zener và trở tải), Khối thẻ nhớ Micro SD (giao tiếp 4-bit SDIO kèm bộ lọc LC $f_c = 7957\text{ Hz}$ và $53\text{ Hz}$), Khối ESP8266 (kết nối UART) và Khối nguồn phân dòng qua IC LM1117.

Chương 4: Thi công hệ thống

• Thiết kế layout mạch in 2 lớp bằng Altium Designer, lắp ráp linh kiện và kiểm tra mạch thực tế bằng đồng hồ VOM.
• Gia công đóng gói hộp bảo vệ bằng chất liệu mica trong suốt, bố trí màn hình mặt trước và cổng giao tiếp ngoại vi.
• Xây dựng lưu đồ giải thuật phần mềm hệ thống:
  • Lưu đồ chương trình chính trên STM32F4: khởi tạo cấu hình hệ thống, kiểm tra cảm biến chuyển động PIR; nếu phát hiện người thì bật màn hình và quét cảm ứng; xử lý các luồng hiển thị (trình chiếu ảnh, xem giờ RTC, xem thông số thời tiết).
  • Lưu đồ các chương trình con: ngắt quét cảm ứng I2C, giải mã đọc dữ liệu ảnh từ thẻ nhớ, chương trình hiển thị thời gian, chương trình hiển thị thời tiết.
  • Lưu đồ chương trình trên NodeMCU: kết nối mạng Wi-Fi đã cấu hình, định kỳ gửi HTTP GET Request đến OpenWeatherMap, nhận chuỗi JSON, lọc tách dữ liệu và gửi sang STM32 qua cổng UART.
• Hướng dẫn cấu hình project trên STM32CubeMX, nạp và debug mã nguồn C qua Keil C MDK-ARM, lập trình ESP8266 trên Arduino IDE và xây dựng giao diện ứng dụng C# trên Visual Studio để nạp ảnh vào thẻ micro SD.

Chương 5: Kết quả - Nhận xét - Đánh giá

• Trình bày hình ảnh sản phẩm thực tế sau khi đóng gói hoàn chỉnh.
• Kiểm thử các chế độ hoạt động:
  • Chế độ hiển thị hình ảnh: Đọc và hiển thị ảnh màu từ thẻ micro SD lên màn hình 800x480 pixel sắc nét, đầy đủ khung hình.
  • Chế độ thời gian thực: Hiển thị đồng hồ số từ RTC chính xác, có cơ chế đối chiếu đồng bộ với giờ internet.
  • Chế độ thời tiết: Hiển thị thông tin nhiệt độ, độ ẩm, áp suất, tốc độ gió và biểu tượng đồ họa thời tiết tại khu vực được chọn.
  • Ứng dụng máy tính: Giao diện C# cho phép duyệt chọn ảnh từ máy tính, chuyển đổi định dạng và ghi trực tiếp vào thẻ nhớ cắm ngoài.
• Đánh giá khả năng hoạt động ổn định của cảm biến PIR trong việc tự động bật/tắt màn hình khi có chuyển động trong phạm vi 3–5 mét.

Chương 6: Kết luận và hướng phát triển

• Tổng kết mức độ hoàn thành nhiệm vụ nghiên cứu và thi công theo đúng mục tiêu đặt ra.
• Chỉ ra các ưu điểm (hoạt động đa năng, giao diện cảm ứng trực quan, thiết kế phần cứng gọn gàng) và tồn tại kỹ thuật cần khắc phục.
• Đề xuất các hướng phát triển nâng cấp hệ thống trong tương lai.

---

Kết quả và đóng góp

Kết quả kỹ thuật đạt được

1. Hoàn thiện phần cứng: Thiết kế và thi công thành công board mạch in 2 lớp hoàn chỉnh, tích hợp vi điều khiển STM32F407VET6, module Wi-Fi ESP8266, khe cắm thẻ nhớ Micro SD, cảm biến PIR và IC ổn áp LM1117; đóng gói hoàn thiện trong vỏ hộp mica chuyên dụng.
2. Khả năng hiển thị và cảm ứng: Màn hình LCD 7 inch Waveshare hiển thị hình ảnh chuẩn 800x480 pixel với màu sắc rõ ràng qua giao tiếp bus 16-bit FSMC. Tấm cảm ứng điện dung GT811 hoạt động nhạy bén, nhận diện chính xác các thao tác chuyển đổi menu điều khiển.
3. Thu thập dữ liệu Internet: ESP8266 kết nối Wi-Fi ổn định, gửi thành công HTTP GET Request đến API của OpenWeatherMap, bóc tách chính xác các trường dữ liệu khí tượng (nhiệt độ, độ ẩm, áp suất, tốc độ gió, biểu tượng thời tiết) và truyền về vi điều khiển qua giao tiếp UART không bị lỗi ký tự.
4. Tiết kiệm năng lượng thông minh: Cảm biến PIR phát hiện người trong góc quét $<100^\circ$ và khoảng cách 3–5 m, tự động kích hoạt màn hình khi có người và đưa màn hình về chế độ chờ khi không có chuyển động, giúp kéo dài tuổi thọ màn hình và giảm điện năng tiêu thụ.
5. Đồng bộ thời gian: Bộ RTC trong STM32F4 hoạt động chính xác nhờ thạch anh ngoài 32,768 kHz và nguồn pin nuôi 3V chống mất giờ khi ngắt điện, đồng thời có thể đồng bộ lại qua internet.
6. Ứng dụng hỗ trợ PC: Xây dựng thành công phần mềm giao diện C# trên Visual Studio hỗ trợ nạp ảnh trực tiếp từ máy tính vào thẻ nhớ nhanh chóng.

Giải pháp và đóng góp của đề tài

• Ứng dụng thành công vi điều khiển 32-bit ARM Cortex-M4 kết hợp giao tiếp song song 16-bit FSMC để giải quyết bài toán băng thông truyền dữ liệu điểm ảnh lớn lên màn hình TFT độ phân giải cao mà không bị giật lag.
• Đề xuất giải pháp phân tách đường nguồn 3.3V độc lập qua IC LM1117 kết hợp mạch lọc LC triệt tiêu nhiễu tần số cao, đảm bảo chất lượng hiển thị của màn hình và tính toàn vẹn dữ liệu khi đọc/ghi thẻ micro SD tốc độ cao.
• Kết hợp xử lý phân tán: giao tác vụ nặng về mạng/HTTP cho ESP8266 và giao tác vụ xử lý đồ họa/điều khiển thời gian thực cho STM32F4, giúp tối ưu hóa tài nguyên phần cứng và hạ giá thành sản phẩm.

---

Hạn chế và hướng nghiên cứu tiếp

Hạn chế kỹ thuật

• Chức năng cập nhật thời tiết và đồng bộ thời gian phụ thuộc hoàn toàn vào kết nối mạng Wi-Fi và tính khả dụng của API bên thứ ba (OpenWeatherMap).
• Màn hình sử dụng tấm nền TFT tiêu chuẩn, góc nhìn còn hạn chế hơn so với các tấm nền cao cấp (như IPS).
• Việc nạp ảnh mới vào thẻ nhớ vẫn cần thông qua ứng dụng máy tính cắm thẻ nhớ ngoài hoặc kết nối trung gian, chưa hỗ trợ truyền file ảnh trực tiếp qua giao thức mạng không dây (OTA/Wi-Fi Direct).

Hướng phát triển đề tài

1. Nâng cấp ứng dụng máy tính hoặc phát triển ứng dụng di động cho phép truyền tải và đồng bộ hóa album ảnh trực tiếp vào khung ảnh qua mạng Wi-Fi/Cloud mà không cần tháo thẻ nhớ.
2. Tích hợp thêm các cảm biến đo môi trường trực tiếp tại chỗ (cảm biến nhiệt độ, độ ẩm nội tại) để đối chiếu song song với dữ liệu dự báo từ internet.
3. Nâng cấp tấm nền màn hình sang chuẩn IPS để mở rộng góc nhìn và tăng độ tương phản hình ảnh.
4. Tối ưu thuật toán xử lý ảnh, hỗ trợ giải mã trực tiếp nhiều định dạng nén hình ảnh phổ biến ngay trên vi điều khiển.

---

Giá trị tham khảo

Tài liệu đồ án là nguồn tham khảo kỹ thuật hữu ích cho:

• Sinh viên ngành Kỹ thuật Điện tử - Viễn thông, Điện tử Công nghiệp, Kỹ thuật Máy tính, IoT: Tham khảo cấu trúc thiết kế hệ thống nhúng lai ghép (Hybrid) giữa vi điều khiển hiệu năng cao STM32 và module truyền thông Wi-Fi ESP8266.
• Kỹ sư thiết kế phần cứng nhúng: Tham khảo chi tiết sơ đồ nguyên lý và cách tính toán mạch nguồn phân chia dòng, mạch lọc thông cao/thông thấp LC chống nhiễu cho thẻ micro SD, mạch bảo vệ pin nuôi RTC.
• Người phát triển ứng dụng giao tiếp vi điều khiển - màn hình đồ họa: Tham khảo phương pháp cấu hình ngoại vi FSMC 16-bit để giao tiếp tốc độ cao với IC điều khiển màn hình RA8875 và giao thức I2C điều khiển cảm ứng điện dung GT811.

---

Câu hỏi thường gặp

1. Tại sao hệ thống cần chia đường nguồn 3.3V thành hai nhánh riêng biệt?

Theo tính toán công suất trong đồ án, màn hình LCD TFT 7 inch tiêu thụ dòng điện lên tới 400 mA, trong khi tổng dòng toàn mạch xấp xỉ 755 mA. Nếu sử dụng chung một đường nguồn 3.3V duy nhất, dòng tiêu thụ lớn từ màn hình có thể gây sụt áp đột ngột, làm màn hình hiển thị không ổn định, chập chờn và gây nhiễu loạn hoạt động của vi điều khiển STM32F4 cùng các cảm biến. Việc tách hai nhánh 3.3V độc lập qua IC ổn áp LM1117 giúp cô lập tải, ổn định điện áp cho từng khối chức năng.

2. Dữ liệu thời tiết được lấy từ nguồn nào và qua cơ chế giao tiếp gì?

Dữ liệu thời tiết được lấy trực tiếp từ website openweathermap.org bằng phương thức HTTP GET Request do module ESP8266 NodeMCU thực hiện qua kết nối Wi-Fi. Khi nhận chuỗi JSON phản hồi chứa các thông số (nhiệt độ, độ ẩm, áp suất, tốc độ gió, mã biểu tượng khí tượng), NodeMCU sẽ bóc tách các trường dữ liệu này và gửi sang vi điều khiển trung tâm STM32F407VET6 thông qua giao thức truyền thông nối tiếp UART.

3. Bộ lọc LC gắn trước khối Micro SD Card có thông số tần số cắt là bao nhiêu và nhằm mục đích gì?

Do mạch sử dụng nguồn adapter chuyển mạch (switching) có tần số cao dễ gây gợn sóng nhiễu, đồ án thiết kế hai bộ lọc LC cho thẻ Micro SD:

• Tầng lọc thông cao ($C_7, L_1$) có tần số cắt $f_c = 7957\text{ Hz} \approx 8\text{ kHz}$ để chống nhiễu tần số cao.
• Tầng lọc thông thấp ($C_6, L_1$) có tần số cắt $f_c = 53\text{ Hz}$ để làm phẳng đường nguồn cấp cho thẻ nhớ, đảm bảo quá trình đọc/ghi dữ liệu ảnh diễn ra ổn định.

4. Cơ chế hoạt động của cảm biến PIR trong hệ thống như thế nào?

Cảm biến chuyển động PIR mini sử dụng đầu dò thụ động thu nhận tia hồng ngoại phát ra từ thân nhiệt cơ thể sống trong góc quét dưới $100^\circ$ và khoảng cách 3–5 m. Khi có người chuyển động ngang qua, sự chênh lệch tín hiệu trên hai phần tử cảm biến qua lăng kính Fresnel sẽ tạo ra điện áp kích hoạt mức logic gửi về chân I/O của STM32F4 (qua mạch bảo vệ Zener 3.3V). Vi điều khiển sẽ bật màn hình hiển thị; ngược lại, khi không có người sau khoảng thời gian trễ, màn hình được chuyển về chế độ chờ để tiết kiệm điện.

5. Vi điều khiển STM32F407VET6 giao tiếp với màn hình LCD 7 inch Waveshare bằng chuẩn giao tiếp nào?

Vi điều khiển STM32F4 giao tiếp với IC điều khiển màn hình RA8875 thông qua chuẩn giao tiếp song song 16-bit (8080) được cấu hình trên khối FSMC (Flexible Static Memory Controller) của chip, cho phép truyền dữ liệu điểm ảnh tốc độ cao. Đối với phần cảm ứng điện dung (IC GT811), vi điều khiển sử dụng chuẩn giao tiếp I2C (qua 2 chân T_SCL, T_SDA) kết hợp chân báo ngắt T_INT để phát hiện và xử lý tối đa 5 điểm chạm đồng thời.

---

Kết luận

Đồ án tốt nghiệp "Thiết kế và thi công khung ảnh điện tử" đã giải quyết trọn vẹn bài toán tích hợp phần cứng và phần mềm nhúng để tạo ra một thiết bị hiển thị số hóa đa tính năng. Hệ thống hoạt động ổn định trên nền tảng vi điều khiển STM32F407VET6 kết hợp module ESP8266, đáp ứng đầy đủ các yêu cầu về trình chiếu hình ảnh sắc nét trên màn hình TFT 7 inch, điều khiển cảm ứng điện dung mượt mà, tự động cập nhật thời tiết qua internet và tiết kiệm năng lượng thông minh bằng cảm biến chuyển động PIR. Kết quả thực nghiệm khẳng định tính khả thi của giải pháp kỹ thuật và cung cấp tài liệu tham khảo có giá trị trong lĩnh vực thiết kế hệ thống nhúng và thiết bị IoT.

Trích đoạn nội dung tài liệu

CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN • Chương 2: Cơ Sở Lý Thuyết. Chương này giới thiệu các lý thuyết liên quan, các linh kiện, phần cứng sử dụng trong thiết kế. • Chương 3: Thiết Kế và Tính Toán Chương này tính toán thiết kế hệ thống, thiết kế sơ đồ khối, chức năng từng khối và nguyên lý hoạt động từng khối.

• Chương 4: Thi công hệ thống Chương này trình bày lưu đồ giải thuật chính, lưu đồ giải thuật con và giải thích, thi công mạch, sơ đồ mạch layout, lắp ráp, kiểm tra đóng gói sản phẩm, thi công mô hình, lập trình code hệ thống. • Chương 5: Kết quả, Nhận xét, Đánh giá Chương này trình bày kết quả mô hình, ứng dụng máy tính từ đó đưa ra đánh giá, nhận xét. • Chương 6: Kết Luận và Hướng Phát Triển Chương này nêu lên kết luận chung về những gì đã thực hiện, đồng thời đưa ra ưu khuyết điểm để đưa ra hướng phát triển cho đề tài. BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH 3 do an CHƯƠNG 2.

CƠ SỞ LÝ THUYẾT CHƯƠNG 2.1 VI ĐIỀU KHIỂN ARM 2.1 Tổng quan về ARM Cấu trúc ARM (viết tắt từ tên gốc là Acorn RISC Machine) là một loại cấu trúc vi xử lý 32bit kiểu RISC (thuộc kiến trúc Hardvard, có tập lệnh rút gọn) được sử dụng rộng rãi trong các thiết kế nhúng. Do có đặc điểm tiết kiệm năng lượng, các bộ CPU ARM chiếm ưu thế trong các sản phẩm điện tử di động mà với các sản phẩm này việc tiêu tán công suất thấp là một mục tiêu thiết kế quan trọng hàng đầu. Việc thiết kế ARM được bắt đầu từ năm 1983 trong một dự án phát triển của công ty máy tính Acorn. Nhóm thiết kế hoàn thành việc phát triển mẫu gọi là ARM1 vào năm 1985, và vào năm sau nhóm hoàn thành sản phẩm “thực’’ gọi là ARM2 với thiết kế đơn giản chỉ gồm 30.

ARM2 có tuyến dữ liệu 32 bit, không gian địa chỉ 26bit tức cho phép quản lý đến 64 Mbyte địa chỉ và 16 thanh ghi 32 bit. Thế hệ sau, ARM3, được tạo ra với 4KB cache và có chức năng được cải thiện tốt hơn nữa. Trải qua nhiều thế hệ nhưng lõi ARM gần như không thay đổi kích thước.000 transistors trong khi ARM6 chỉ tăng lên đến 35. Ý tưởng của nhà sản xuất lõi ARM là sao cho người sử dụng có thể ghép lõi ARM với một số bộ phận tùy chọn nào đó để tạo ra một CPU hoàn chỉnh, một loại CPU mà có thể tạo ra trên những nhà máy sản xuất bán dẫn cũ và vẫn tiếp tục tạo ra được sản phẩm với nhiều tính năng mà giá thành vẫn thấp.

Ngày nay ARM được ứng dụng rộng rãi trên mọi lĩnh vưc của đời sống: Robot, máy tính, điện thoại, xe hơi, máy giặt… ARM Cortex được chia làm 3 dòng: • Cortex-A: Bộ xử lý dành cho hệ điều hành và các ứng dụng phức tạp. Hỗ trợ tập lệnh ARM, thumb, và thumb-2. • Cortex-R: Bộ xử lý dành cho hệ thống đòi hỏi khắc khe về đáp ứng thời gian thực. Hỗ trợ tập lệnh ARM, thumb và thumb-2.

• Cortex-M: Bộ xử lý dành cho dòng vi điều khiển, được thiết kế để tối BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH 4 do an CHƯƠNG 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT ưu về giá thành. Hỗ trợ tập lệnh Thumb-2. Giá trị số nằm cuối tên của 1 dòng ARM cho biết về mưc độ hiệu suất tương đối của dòng đó.

Theo đó dòng ARM mang số 0 sẽ có hiệu suất thấp nhất. Tập đoàn ST Microelectronic đã cho ra mắt dòng STM32, vi điều khiển đầu tiên dựa trên nền lõi ARM Cortex-M3 thế hệ mới do hãng ARM thiết kế, lõi ARM Cortex-M3 là sự cải tiến của lõi ARMv7-M 32bit truyền thống, từng mang lại sự thành công vang dội cho công ty ARM. Dòng STM32 thiết lập các tiêu chuẩn mới về hiệu suất, chi phí, cũng như khả năng đáp ứng các ứng dụng tiêu thụ năng lượng thấp và tính điều khiển thời gian thực khắt khe.2 Vi điều khiển STM32F407VET6 Dòng STM32 tiêu thụ năng lượng cực thấp trong khi đó hiệu suất cực cao và việc lập trình cũng rất dễ dàng. Với sư đồ sộ về ngoại vi (GPIO, I2C, SPI, ADC, USB, Ethernet, CAN.1 Chip STM32F407VET6 STM32F407VET6 sử dụng dòng ARM Cortex-M4 hoạt động với tần số lên đến 168Mhz với các thông số: Lõi ARM 32-bit Cortex M4 với clock max là 168Mhz.

Bộ nhớ: • 512 Kbytes bộ nhớ Flash. Clock, reset và quản lý nguồn. • Điện áp hoạt động 1. BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH 5 do an CHƯƠNG 2.

CƠ SỞ LÝ THUYẾT • Power on reset (POR), Power down reset (PDR) và programmable voltage detector (PVD). • Sử dụng thạch anh ngoài từ 4Mhz đến 16Mhz. • Thạch anh nội dùng dao động RC ở mode 8Mhz hoặc 40khz. • Sử dụng thạch anh ngoài 32.768khz được sử dụng cho RTC.

• Trong trường hợp điện áp thấp: • Có các mode: ngủ, ngừng hoạt động hoặc hoạt động ở chế độ chờ. • Cấp nguồn ở chân Vbat bằng pin để hoạt động bộ RTC và sử dụng lưu trữ data khi mất nguồn cấp chính. ADC: 2 bộ ADC 12bit với 10 kênh cho mỗi bộ. • Khoảng giá trị chuyển đổi từ 0 – 3.

• Lấy mẫu nhiều kênh hoặc 1 kênh. • Có cảm biến nhiệt độ nội. DMA: bộ chuyển đổi này giúp tăng tốc độ xử lý do không có sự can thiệp quá sâu của CPU. • Hỗ trợ DMA cho ADC, I2C, SPI, UART.

• Timer: 7 timer • 3 Timer 16 bit hỗ trợ các mode IC/OC/PWM. • 1 timer 16 bit hỗ trợ để điều khiển động cơ với các mode bảo vệ như ngắt input, dead-time… • 2 watdog timer dùng để bảo vệ và kiểm tra lỗi. • 1 sysTick timer 24 bit đếm xuống dùng cho các ứng dụng như hàm Delay…. Hỗ trợ 9 kênh giao tiếp bao gồm: • 3 bộ I2C(SMBus/PMBus).

• 4 bộ USART, 2UART • 3 SPIs • 1 FSMC • 2 bộ giao tiếp CAN BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH 6 do an CHƯƠNG 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT • USB 2.0 full-speed • 1 bộ giao tiếp SDIO/MMC 2.2 MODULE LCD TFT 7 INCH CẢM ỨNG ĐIỆN DUNG Màn hình TFT là viết tắt của bóng bán dẫn phim mỏng (Thin Film Transistor), một phiên bản cao cấp của màn hình LCD sử dụng một ma trận pixel. Ma trận pixel có nghĩa là mỗi pixel được gắn vào một bóng bán dẫn và tụ điện riêng lẻ. Lợi thế của màn hình TFT là tỷ lệ tương phản cao và có chi phí sản xuất thấp, do đó phù hợp cho những thiết bị tầm trung.

Tuy nhiên nhược điểm của màn hình TFT này là không có góc nhìn rộng.2 Các lớp màn hình LCD TFT Cảm ứng điện dung là công nghệ cảm ứng dựa trên những thay đổi của điện tích trên màn hình khi tay người, hoặc các vật có tích điện chạm nhẹ vào. Màn hình cảm ứng điện dung sử dụng một tấm kiếng được phủ ion kim loại giúp cho ánh sáng đi qua nhiều hơn đến 90%. Nhờ đó mà hình ảnh hiển thị rõ ràng hơn. Lớp ion kim loại trên bề mặt kính sẽ tạo ra mạng lưới các tụ điện trên màn hình.

Các tụ điện này sẽ bị mất điện tích khi tay người hay các vật có điện chạm vào, nhờ đó hệ thống chứa màn hình sẽ xác định được sự thay đổi này diễn ra ở đâu và tiến hành cách thao tác theo ý người sử dụng. Nhờ vậy, màn hình cảm ứng dạng này có thể BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH 7 do an CHƯƠNG 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT được điều khiển bởi những "cái chạm" rất nhẹ từ ngón tay, tuy nhiên thường thì bạn không thể sử dụng được với đồ cứng hay đeo găng tay.3 Các lớp màn hình cảm ứng điện dung Màn hình cảm ứng điện dung có độ chính xác và tin cậy cao nên được dùng rộng rãi trong loại điện thoại và máy tính bảng hiện nay. Cảm ứng điện dung là không cần lực tác động lên lớp cảm ứng nên rất nhạy và cảm nhận được nhiều điểm cùng tại một thời điểm.

Về bản chất, cảm ứng điện dung có thể chia thành 2 loại: Một là cảm ứng đơn điểm, chỉ nhận được tối đa 1 chạm trong quá trình thao tác. Và hai là đa điểm (multi-touch). Với việc hiển thị hình ảnh thì màn hình là yếu tố vô cùng quan trọng quyết định đến chất lượng hình ảnh, trên thị trường có rất nhiều loại màn hình với kích thước và độ phân giải khác nhau. Để hình ảnh hiển thị rõ rang, sắc nét và kích thước gọn gàng vừa phải thì màn hình 7 inch là sự lựa chọn đúng đắn.

BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH 8 do an CHƯƠNG 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT Hình 2.4 Màn hình LCD TFT 7inch Waveshare Module sử dụng là màn hình LCD TFT kích thước 7inch của hãng WaveShare, màn hình được trang bị cảm ứng điện dung, độ phân giải màn hình 800x480, drive điều khiển màn hình là IC RA8875 và tấm nền màn hình TFT mang lại hình ảnh sắc nét và góc nhìn rộng. Module hỗ trợ chuẩn giao tiếp song song 8080 8 bit /9 bit/16 bit/18 bit/24bit có lợi thế về mặt tốc độ truyền dữ liệu giữ MCU với màn màn hình một cách nhanh chóng. Tấm cảm ứng được điều khiển bởi IC GT811, là loại IC nhận biết cảm ứng điện dung.

Có thể nhận biết được tối đa 5 điểm. Hoạt động sử dụng nguồn áp thấp từ 3V đến 3.6V và công suất tiêu thụ nhỏ (1W).3 CẢM BIẾN CHUYỂN ĐỘNG PIR PIR là chữ viết tắt của Passive InfraRed sensor (PIR sensor), tức là bộ cảm biến thụ động dùng nguồn kích thích là tia hồng ngoại. Tia hồng ngoại (IR) chính là các tia nhiệt phát ra từ các vật thể nóng. Trong các cơ thể sống, trong chúng ta luôn có thân nhiệt (thông thường là ở 37 độ C), và từ cơ thể chúng ta sẽ luôn phát ra các tia nhiệt, hay còn gọi là các tia hồng ngoại, người ta sẽ dùng một tế bào điện để chuyển BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH 9 do an CHƯƠNG 2.

CƠ SỞ LÝ THUYẾT đổi tia nhiệt ra dạng tín hiệu điện và nhờ đó mà có thể làm ra cảm biến phát hiện các vật thể nóng đang chuyển động. Cảm biến này gọi là thụ động vì nó không dùng nguồn nhiệt tự phát (làm nguồn tích cực, hay chủ động) mà chỉ phụ thuộc vào các nguồn phát nhiệt, đó là thân nhiệt của các thực thể khác, như con người con vật… Hình 2.