Đồ án HCMUTE: Thiết kế thiết bị đeo nhỏ gọn với chip Nordic và điện thoại Android

Đề tài phản ánh xu hướng phát triển công nghệ hiện đại, đặc biệt là trong lĩnh vực thiết bị đeo thông minh (Wearable Device). Việc ứng dụng chip Nordic và nền tảng Android cho phép tiếp cận nhiều công nghệ tiên tiến. Đề tài giúp sinh viên nắm vững quy trình thiết kế, phát triển và hiện thực một sản phẩm công nghệ, từ phần cứng đến phần mềm. Nó cung cấp cơ hội thực hành kiến thức đã học, từ việc nghiên cứu datasheet của các thành phần đến lập trình và tích hợp hệ thống. Nghiên cứu này góp phần hiểu rõ hơn về công nghệ Wearable, mở rộng kiến thức về điện tử, lập trình nhúng, và phát triển ứng dụng di động.

Phạm vi nghiên cứu tập trung vào việc thiết kế một thiết bị đeo đơn giản với chức năng đo đạc và truyền dữ liệu bước chân. Thiết bị sử dụng cảm biến GY-9250 9DOF IMU MPU9250 để đo gia tốc, chip Nordic NRF51822 để xử lý và truyền dữ liệu không dây qua Bluetooth Low Energy (BLE), và ứng dụng Android để hiển thị dữ liệu. Phần cứng được thiết kế tối giản để đảm bảo tính nhỏ gọn. Phần mềm tập trung vào thuật toán xử lý dữ liệu cảm biến và giao tiếp Bluetooth. So sánh kết quả đo đạc của ứng dụng tự phát triển với các ứng dụng có sẵn trên điện thoại để đánh giá độ chính xác.

Đề tài áp dụng phương pháp nghiên cứu thực nghiệm, kết hợp giữa thiết kế phần cứng và phát triển phần mềm. Việc thiết kế phần cứng dựa trên nghiên cứu datasheet của các thành phần. Phần mềm được phát triển theo mô hình lập trình nhúng trên Arduino IDE và lập trình ứng dụng di động trên Android Studio. Dữ liệu được thu thập thông qua cảm biến gia tốc và được xử lý bằng thuật toán để tính toán số bước chân và khoảng cách. Kết quả được so sánh với các ứng dụng có sẵn để đánh giá độ chính xác. Phương pháp này cho phép kiểm chứng tính khả thi và hiệu quả của giải pháp được đề xuất.

Phần này đề cập đến sự phát triển của thiết bị đeo từ những chiếc đồng hồ đeo tay đầu tiên đến các thiết bị đeo thông minh hiện đại. Nó trình bày sự tiến bộ của công nghệ, từ những chiếc đồng hồ đơn giản đến các thiết bị tích hợp nhiều cảm biến và khả năng kết nối không dây. Các ví dụ về thiết bị đeo nổi bật được đề cập, cùng với những ứng dụng của chúng trong các lĩnh vực khác nhau như chăm sóc sức khỏe, thể thao, và giải trí. Sự ra đời của Bluetooth Low Energy (BLE) đã tạo điều kiện cho sự phát triển mạnh mẽ của thiết bị đeo thông minh nhỏ gọn và tiết kiệm năng lượng.

Phần này tập trung vào chip Nordic NRF51822, một trong những chip phổ biến được sử dụng trong thiết bị đeo. Nó trình bày kiến trúc của chip, các tính năng chính, và khả năng kết nối BLE. BLE là một tiêu chuẩn không dây tiết kiệm năng lượng, rất phù hợp cho các ứng dụng thiết bị đeo. Phần này cũng giải thích cách thức chip Nordic giao tiếp với các cảm biến và các thiết bị khác. Việc sử dụng BLE giúp đảm bảo kết nối ổn định và tiết kiệm năng lượng cho thiết bị đeo.

Phần này cung cấp kiến thức về phát triển ứng dụng Android cho thiết bị đeo. Nó giải thích cách thức giao tiếp giữa ứng dụng Android và chip Nordic thông qua BLE. Các thư viện và công cụ cần thiết để phát triển ứng dụng được đề cập. Phần này cũng trình bày các khía cạnh quan trọng khác như thiết kế giao diện người dùng, xử lý dữ liệu và quản lý kết nối. Việc sử dụng Android Studio và ngôn ngữ lập trình Java (hoặc Kotlin) là trọng tâm của phần này.

Phần này trình bày chi tiết về thiết kế phần cứng của thiết bị đeo, bao gồm lựa chọn các thành phần, sơ đồ mạch điện, và bố trí linh kiện. Chip Nordic NRF51822 là trung tâm của hệ thống, chịu trách nhiệm xử lý dữ liệu và truyền thông không dây. Cảm biến GY-9250 9DOF IMU MPU9250 được sử dụng để thu thập dữ liệu gia tốc. Việc lựa chọn các thành phần dựa trên các yêu cầu về kích thước, hiệu suất và tiêu thụ năng lượng. Thiết kế phần cứng hướng đến tính nhỏ gọn và tiết kiệm năng lượng.

Phần này mô tả quá trình phát triển phần mềm cho thiết bị đeo và ứng dụng Android. Firmware cho chip Nordic được viết bằng ngôn ngữ C trên Arduino IDE, chịu trách nhiệm thu thập dữ liệu từ cảm biến, xử lý dữ liệu và truyền dữ liệu qua BLE. Ứng dụng Android được phát triển trên Android Studio bằng ngôn ngữ Java, chịu trách nhiệm hiển thị dữ liệu nhận được từ thiết bị đeo, và cho phép người dùng tương tác với thiết bị. Giao diện người dùng được thiết kế thân thiện và dễ sử dụng. Các thuật toán xử lý dữ liệu được tối ưu hóa để đảm bảo độ chính xác và hiệu quả.

Phần này trình bày kết quả thu được từ các thí nghiệm thực tế. Dữ liệu về số bước chân và khoảng cách được thu thập và phân tích. Các biểu đồ và bảng số liệu minh họa rõ ràng kết quả đo đạc. Kết quả này giúp đánh giá hiệu suất của thiết bị đeo trong điều kiện thực tế. Sự chính xác của thiết bị đeo được đánh giá dựa trên sự so sánh với các thiết bị hoặc ứng dụng đo đạc khác.

Phần này phân tích các kết quả thực nghiệm và đánh giá hiệu suất của thiết bị đeo. Độ chính xác, độ tin cậy, và khả năng sử dụng của thiết bị được đánh giá. Các yếu tố ảnh hưởng đến hiệu suất của thiết bị được phân tích. Phần này cũng đề cập đến các điểm mạnh và điểm yếu của thiết bị đeo, cũng như những hạn chế của nghiên cứu.

Phần này tóm tắt những kết quả chính đạt được trong đồ án. Nó khẳng định được tính khả thi của việc thiết kế và hiện thực một thiết bị đeo nhỏ gọn sử dụng chip Nordic và Android. Các điểm mạnh và điểm yếu của hệ thống được nêu rõ. Kết luận tổng quát về hiệu quả của giải pháp được đề xuất.

Phần này đề xuất các hướng phát triển cho thiết bị đeo trong tương lai. Nó bao gồm việc cải tiến thuật toán xử lý dữ liệu, tích hợp thêm các cảm biến khác, và nâng cao giao diện người dùng. Việc mở rộng chức năng của thiết bị đeo cũng được đề xuất, ví dụ như tích hợp tính năng theo dõi nhịp tim, đo huyết áp, hoặc GPS. Các hướng phát triển này giúp nâng cao hiệu quả và tính ứng dụng của thiết bị đeo.