CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ ĐỀ TÀI 1. Lý do chọn đề tài Với một xã hội phát triển và đang từng bước hướng tới sự tiện nghi, tiện lợi thông minh thực hiện công việc của con người một cách nhanh chóng như ngày nay thì chúng ta cần chú trọng vào cuộc sống cũng như là chú trọng vào những nghiên cứu công nghệ. Đặc biệt với một đất nước đang trong giai đoạn phát triển như của chúng ta hiện nay việc học tập, ứng dụng các tiến bộ công nghệ hiện đại là điều hoàn toàn dễ hiểu. Những ứng dụng này của chúng ta có thể được sử dụng vào trong các ngành nghề khác nhau, các lĩnh vực trong đời sống xã hội.
Từ những hệ thống máy tính đến các thiết bị cá nhân cầm tay như Smartphone, để điều khiển các máy công nghiệp đến các thiết bị phục vụ cho đời sống hằng ngày của con người. Sự phát triển vượt bậc, công nghệ với các thiết bị thông minh đã trở nên quen thuộc hơn mang đến nhiều trải nghiệm mới mẻ cùng những tiện ích giải trí phong phú, đa dạng được công nghệ mang đến cho chúng ta. Từ những điều trên, với mong muốn tìm hiểu quy trình thực hiện, kỹ thuật thực hiện của hệ thống điều khiển từ những bước đầu cơ bản nhất. Tuy không thuần về lập trình mà nhóm chúng em muốn thử sức một chút về điện-điện tử để phần nào hiểu rõ hơn bản chất và cách thức thực hiện của chúng.
Được sự hướng dẫn của thầy Phạm Công Thiện nhóm đã chọn đề tài “Thiết kế và hiện thực giải pháp thiết bị đeo nhỏ gọn dùng chip Nordic và điện thoại Android”. Mục đích của đề tài Mục đích nghiên cứu của đề tài này là nghiên cứu về chip Nordic, cụ thể hơn là sử dụng “mạch thu phát BLE Bluetooth 4.0 SoC NRF51822 Chân Cắm” và điện thoại Android tương tác với nhau. Dùng “cảm biến GY-9250 9DOF IMU MPU9250” giao tiếp với cổng I2C trên board với mong muốn thu được thông số cần thiết. Sử dụng Segger J-link EDU để nạp code vào board “Đế Kit Phát Triển Mạch Thu Phát BLE Bluetooth 4.0 SoC NRF51822 Chân Cắm”.
Code để nạp vào board sử dụng Arduino IDE để viết, phương pháp lập trình cho Arduino bằng ngôn ngữ Arduino 1 do an (được xây dựng trên ngôn ngữ C). Ứng dụng trên Android sử dụng Android Studio để lập trình (ngôn ngữ sử dụng là Java). Đối tượng và phạm vi nghiên cứu 1. Đối tượng nghiên cứu - Đế Kit Phát Triển Mạch Thu Phát BLE Bluetooth 4.0 SoC NRF51822 Chân Cắm: Nắm được cấu trúc phần cứng, cách lập trình phần mềm và biết ứng dụng vào mô hình thực tế.
- Mạch thu phát BLE Bluetooth 4.0 SoC NRF51822 Chân Cắm: Nắm được thông lượng dữ liệu, khoảng cách, cách giao tiếp với mobile app. - Segger J-link EDU. - Arduino IDE và code C trên Arduino. - Cảm biến GY-9250 9DOF IMU MPU9250: Nắm được các thông số cần thiết như 3 trục Góc quay (Gyro), 3 trục gia tốc hướng (Accelemeter).
Phạm vi nghiên cứu Với mong muốn tạo ra một thiết bị mang các chức năng cơ bản của một thiết bị đeo thông minh (Wearable Device) thông qua đó hiểu được cách cấu thành một thiết bị gồm những công việc nào? Thiết bị nào để đáp ứng được mục đích thực hiện? Cách cấu thành phần cứng gồm những thành phần nào? Tìm và đọc hiểu các tài liệu datasheet về board mạch, cảm biến, phát triển chương trình để thu được thông số đáp ứng mục tiêu của đề tài. Trong giai đoạn Đồ án này, tiếp tục phần việc đã làm ở giai đoạn Tiểu luận chuyên ngành với những kết quả đã đạt được thì những công việc phát triển đề tài bao gồm: - Chuẩn bị đầy đủ các thiết bị. - Nghiên cứu datasheet về sensor MPU9250. - Phát triển chương trình để thu được thông số gia tốc.
- Hiểu được thông số Accelerometer và các trục X, Y, Z khi gia tốc thay đổi. - Nghiên cứu cách đưa dữ liệu lên ứng dụng điện thoại Android. 2 do an - Cách thức hoạt động của thiết bị đeo và điện thoại ghi lại số bước chân dựa trên gia tốc. - So sánh được số bước chân (step detection) giữa android app đã thực hiện và android app có sẵn trên thiết bị di động android 8.
- Thực hiện công việc kiểm tra bước chân của bản thân với hoạt động đi bộ bình thường và thu lấy số liệu. - Từ hoạt động đi bộ trên dữ liệu thu được chuyển đổi chúng thành dạng sóng biểu đồ để xem chúng tạo ra bao nhiêu sóng để so sánh sự thay đổi. - Tính toán mức độ sai số giữa app của bản thân và app có sẵn trên điện thoại Android 8.0 để xem sai số giữa chúng có thay đổi lớn hay không? 1. Phương pháp nghiên cứu Trong đồ án này em sẽ tạo ra một thiết bị để đo khoảng cách bước chân và được theo dõi bằng ứng dụng Android.
Thiết bị này được thiết kế để cho phép người dùng theo dõi bước chân bằng cách sử dụng cảm biến để đo gia tốc của bản thân trong không gian ba chiều. Khi Bluetooth được kết nối, cảm biến sẽ đọc dữ liệu của bước chân. Dữ liệu được nhận từ cảm biến là các giá trị gia tốc hướng Accelerometers bao gồm ba trục X, Y, Z. Trong thiết bị này, lấy giá trị của một trong các gia tốc hướng được dùng để phát hiện bước chân và ước tính khoảng cách bằng công thức sau: Khoảng cách trên mỗi bước chân phụ thuộc vào tốc độ và chiều cao của người dùng.
Độ dài bước sẽ dài hơn nếu người dùng cao hơn hoặc đi với tốc độ nhanh hơn. Lưu ý việc thực hiện chỉ mang tính gần đúng không thực sự chính xác do nhiều yếu tố khác tác động. Về việc tính toán tham số gia tốc sao cho độ trễ về mặt thời gian sau mỗi giây thực hiện chính xác nhất có thể em sử dụng hàm millis() – chúng ta có thể đảm bảo rằng vòng lặp chạy thường xuyên như chúng ta mong muốn, bất kể là thời gian thực hiện miễn sao thời gian thực hiện ít hơn trong khoảng thời gian mong muốn. Khác với khi ta dùng delay(), điều này không thể vì chúng ta không biết thời gian thực vòng lặp là bao lâu.
Lấy millis() trừ cho thời gian thực bằng 0 nếu nó lớn hơn một giây thì lấy ra giá trị gia tốc hướng để xác định bước chân. Nếu giá trị của 3 do an gia tốc đó lớn hơn 1 thì bước chân cộng thêm 1. Độ rộng trung bình của chân khoảng 71 cm gần bằng 0,7m. Có được các kết quả như mong muốn thì dữ liệu được gửi đến Smartphone thông qua hình thức Bluetooth với số bước chân và khoảng cách sẽ hiển thị ở ứng dụng Android.
Đây chính là một hệ thống quy trình làm việc nói chung về các công việc cũng như thành quả mà em đạt được trong đồ án này. Distance Walked = Distance Covered in one step * Total Step 4 do an CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT 2. Lịch sử xuất hiện và sự phát triển của công nghệ Wearable Devices 2. Lịch sử xuất hiện Tiền sử của công nghệ mang trên người (wearable technology) được bắt đầu từ đồng hồ, nó được mọi người đeo là để báo thời gian.
Năm 1500, nhà phát minh người Đức Peter Henlein đã tạo ra những chiếc đồng hồ nhỏ được đeo làm dây chuyền.1 Đồng hồ đeo làm dây chuyền Một thế kỷ sau, đàn ông bắt đầu mang đồng hồ trong túi khi áo ghi lê trở thành món đồ thời trang, dẫn đến việc tạo ra đồng hồ bỏ túi. Đồng hồ đeo tay cũng được tạo ra vào cuối những năm 1600 nhưng chủ yếu được phụ nữ đeo làm vòng tay. Theo thời gian, chiếc đồng hồ trở nên nhỏ hơn và chính xác hơn. Vào năm 1904, phi công Alberto Santos-Dumont đã tiên phong trong việc sử dụng đồng hồ đeo tay là do Alberto đã phàn nàn với người bạn Cartier của mình về sự bất tiện khi vừa bay vừa phải lục lọi chiếc đồng hồ quả quýt trong túi.
Ông cần dùng tay để điều khiển máy bay, nhưng chiếc đồng hồ quả quýt trong túi khiến ông 5 do an bị phân tâm. Cartier lắng nghe và chiếc Cartier Santos 1906, chiếc đồng hồ phi công đầu tiên ra đời. Điều này đã chứng minh rằng cổ tay là một nơi thuận tiện để đeo đồng hồ khiến mọi người bắt đầu sử dụng đồng hồ đeo tay. Đồng hồ đeo tay Alberto Santos Công nghệ thiết bị đeo hiện đại có liên quan đến cả việc tính toán xử lý thực hiện ở khắp mọi nơi (Ubiquitous computing) và lịch sử, sự phát triển của máy tính đeo tay được (wearable computers).
Thiết bị đeo (Wearable) làm cho công nghệ lan tỏa bằng cách kết hợp nó vào cuộc sống hàng ngày. Thông qua lịch sử và sự phát triển của máy tính đeo trên người (wearable computing), những người đi đầu trong lĩnh vực này đã cố gắng tăng cường hoặc mở rộng chức năng đeo hoặc tạo ra thiết bị đeo như phụ kiện có thể cung cấp cho người dùng khả năng giám sát - ghi lại một hoạt động thông thường bằng công nghệ cá nhân có thể đeo hoặc đeo được. Theo dõi thông tin như chuyển động, bước và nhịp tim là một phần của chuyển động tự định lượng. 6 do an Nguồn gốc của công nghệ thiết bị đeo hiện đại bị ảnh hưởng bởi cả hai phản ứng này đối với tầm nhìn của việc tính toán có mặt khắp nơi (Ubiquitous computing).
Một phần đầu của công nghệ thiết bị đeo hiện đại được áp dụng rộng rãi là đồng hồ máy tính , được giới thiệu vào những năm 1980. Một công nghệ có thể đeo được trước đó là máy trợ thính .3 Đồng hồ máy tính Hình 2. Máy trợ thính Năm 2004, nhãn hiệu thiết kế thời trang CuteCircuit đã tiết lộ một khái niệm điện tử kết nối Bluetooth có tên HugShirt tại Lễ hội CyberArt ở Bilbao, Tây Ban Nha, nơi nó đã giành giải thưởng lớn tại lễ hội. HugShirt, được thiết kế để truyền tín hiệu từ xa, khác với các ví dụ công nghệ có thể đeo trước đó (ví dụ: đồng hồ hoặc thiết kế mũ bảo hiểm của máy tính đeo được vào những năm 1990) bởi vì sản phẩm là công nghệ có thể đeo đầu tiên có dạng “garment of clothing”.
Như vậy, đây cũng là phần 7 do an đầu tiên của clothing được kết nối Bluetooth và kết nối internet. Sản phẩm này đã được đưa vào số đặc biệt " Best Inventions of the Year " của tạp chí Time. Mũ bảo hiểm máy tính đeo được Năm 2008, Ilya Fridman đã kết hợp một micrô Bluetooth ẩn vào một đôi bông tai. Cùng thời gian đó, Spy Tie xuất hiện, một "chiếc cà vạt cổ sành điệu với máy ảnh màu ẩn".
Micrô Bluetooth ẩn vào Hình 2.