Đồ án HCMUTE: Thiết kế tủ thuốc nhắc nhở bệnh nhân uống thuốc đúng giờ và đúng liều

Đồ án nghiên cứu hcmute thiết kế và thi công tủ thuốc nhắc bệnh nhân uống thuốc đúng giờ và đúng liều, thiết kế chi tiết, tính toán kỹ thuật theo tiêu chuẩn, đánh giá tính khả thi

• Tác giả: Phạm Văn Bảo
• Người hướng dẫn: ThS. Phan Vân Hoàn
• Trường học: Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật Thành Phố Hồ Chí Minh
• Chuyên ngành: Kỹ Thuật Điện - Điện Tử
• Đề tài: Thiết Kế Và Thi Công Tủ Thuốc Nhắc Bệnh Nhân Uống Thuốc Đúng Giờ Và Đúng Liều
• Loại tài liệu: Đồ Án Tốt Nghiệp
• Năm xuất bản: 2021
• Địa điểm: Tp. 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. CÁC CHUẨN TRUYỀN DỮ LIỆU
• 2.1.1. Chuẩn giao tiếp UART
• 2.1.2. Chuẩn giao tiếp SPI
• 2.1.3. Chuẩn giao tiếp I2C
• 2.2. Giới thiệu mạng di động GSM

Tóm tắt

I. Giới thiệu về Thiết kế Tủ thuốc Thông minh

Đồ án tốt nghiệp "Thiết kế và thi công tủ thuốc nhắc bệnh nhân uống thuốc đúng giờ và đúng liều" giải quyết vấn đề tuân thủ điều trị của bệnh nhân. Nhiều bệnh nhân, do quên hoặc bận rộn, không uống thuốc đúng giờ, giảm hiệu quả điều trị. Tủ thuốc thông minh này giúp cải thiện tình trạng này bằng cách nhắc nhở bệnh nhân uống thuốc đúng giờ và liều lượng đã được cài đặt trước. Đây là một giải pháp hỗ trợ người bệnh hữu hiệu, tích hợp công nghệ hiện đại vào chăm sóc sức khỏe. Thiết kế tập trung vào ba chức năng chính: cài đặt thời gian và liều lượng thuốc, thông báo bằng giọng nói và gọi điện thoại cho người thân nếu bệnh nhân không uống thuốc đúng giờ. Thiết kế tủ thuốc này hướng đến việc cải thiện sự tuân thủ điều trị, giảm nguy cơ sai sót dùng thuốc và cải thiện hiệu quả điều trị. Ứng dụng nhắc uống thuốc được tích hợp nhằm nhắc nhở người bệnh một cách chủ động và hiệu quả.

1.1. Yêu cầu và Mục tiêu Thiết kế

Mục tiêu chính là tạo ra một tủ thuốc thông minh đơn giản, dễ sử dụng, giúp bệnh nhân uống thuốc đúng giờ, đúng liều. Hệ thống cho phép cài đặt lịch dùng thuốc, liều lượng và loại thuốc trên màn hình cảm ứng. Phần mềm quản lý thuốc sẽ lưu trữ và quản lý thông tin này. Khi đến giờ uống thuốc, tủ thuốc tự động thông báo bằng giọng nói. Nếu sau nhiều lần nhắc nhở bệnh nhân vẫn chưa uống thuốc, hệ thống sẽ tự động gọi điện cho người thân hoặc bác sĩ. Thiết kế tiện lợi cho người bệnh là ưu tiên hàng đầu. Quản lý thuốc cho người già và bệnh nhân cần sự hỗ trợ đặc biệt cũng là một ứng dụng quan trọng. Hệ thống cần đơn giản, tin cậy, tránh phức tạp hóa gây khó khăn cho người sử dụng. Việc theo dõi lịch dùng thuốc và theo dõi liều lượng thuốc dễ dàng là những yêu cầu quan trọng cần đạt được. Thiết kế tủ thuốc phải đảm bảo tính thẩm mỹ và dễ dàng vệ sinh.

1.2. Công nghệ và Phương pháp Áp dụng

Đồ án sử dụng vi điều khiển Arduino làm trung tâm điều khiển. Ứng dụng nhắc uống thuốc được lập trình trên Arduino. Màn hình cảm ứng Nextion dùng để nhập liệu và hiển thị thông tin. Module đọc thẻ nhớ và phát audio giúp thông báo bằng giọng nói. Module SIM800L dùng để thực hiện cuộc gọi đến người thân. Phần mềm quản lý sức khỏe (không được đề cập chi tiết trong văn bản) có thể được phát triển để mở rộng chức năng. Các giao tiếp UART, SPI và I2C được sử dụng để kết nối các module. Thiết kế phần cứng được mô tả chi tiết, bao gồm sơ đồ nguyên lý, bố trí linh kiện. Thiết kế phần mềm quản lý dữ liệu thuốc, lịch dùng thuốc. Cộng nghệ hỗ trợ sức khỏe được ứng dụng tối ưu. Các tiêu chuẩn kỹ thuật được tuân thủ nghiêm ngặt đảm bảo độ bền, tính ổn định của thiết bị. Giải pháp nhắc uống thuốc này được đánh giá cao về tính thực tiễn và hiệu quả.

II. Phân tích và Đánh giá Hệ thống

Hệ thống tủ thuốc thông minh này có nhiều ưu điểm. Nó tự động nhắc nhở bệnh nhân uống thuốc đúng giờ, giúp ngăn ngừa quên uống thuốc. Hệ thống gọi điện thoại cho người thân giúp tăng khả năng tuân thủ điều trị. Tuy nhiên, đồ án cũng có một số hạn chế. Số lượng loại thuốc có thể cài đặt còn giới hạn. Hệ thống không hoạt động khi cúp điện. Không hỗ trợ người khiếm thính và khiếm thị. Thiết kế tủ thuốc cần cải thiện khả năng tích hợp với các hệ thống quản lý y tế hiện đại. Việc kiểm soát liều lượng thuốc chính xác là một điểm mạnh của hệ thống. Tủ thuốc tự động phân phối thuốc (không đề cập trong văn bản) có thể được xem xét để nâng cao hiệu quả.

2.1. Ưu điểm và Nhược điểm

Ưu điểm: Tủ thuốc thông minh này đơn giản, dễ sử dụng. Giải pháp nhắc uống thuốc hiệu quả. Quản lý thuốc cho bệnh nhân dễ dàng hơn. Cải thiện sự tuân thủ điều trị. Giảm nguy cơ sai sót dùng thuốc. Nhược điểm: Giới hạn số lượng thuốc cài đặt. Phụ thuộc vào nguồn điện. Không hỗ trợ người khiếm thính và khiếm thị. Khả năng mở rộng và tích hợp còn hạn chế. Thiết kế tủ thuốc cần tối ưu hơn về mặt thẩm mỹ và khả năng tương thích với nhiều loại thuốc khác nhau. Tủ thuốc thông minh giá rẻ có thể được nghiên cứu phát triển để mở rộng phạm vi ứng dụng.

2.2. Ứng dụng Thực tiễn và Khả năng Phát triển

Tủ thuốc thông minh này có tiềm năng ứng dụng rộng rãi trong chăm sóc sức khỏe tại nhà, đặc biệt đối với người già và bệnh nhân cần sự hỗ trợ. Hệ thống có thể được cải tiến bằng cách tích hợp với các thiết bị y tế khác, tạo ra một hệ thống quản lý sức khỏe toàn diện. Việc tích hợp phần mềm quản lý sức khỏe sẽ giúp theo dõi tình trạng sức khỏe bệnh nhân hiệu quả hơn. Thiết kế tủ thuốc cần tập trung vào tính bền vững và dễ bảo trì. Mua tủ thuốc thông minh trở nên dễ dàng hơn nếu có sự đầu tư vào sản xuất hàng loạt. Đánh giá tủ thuốc thông minh cần được thực hiện thường xuyên để cải tiến sản phẩm. Lợi ích của tủ thuốc thông minh là rất lớn, giúp nâng cao chất lượng cuộc sống cho người bệnh.

Nội dung chính

Bối cảnh và vấn đề nghiên cứu

Trong đời sống hiện đại, sức khỏe con người chịu nhiều tác động tiêu cực từ áp lực công việc, chế độ nghỉ ngơi và dinh dưỡng không điều độ, thực phẩm ô nhiễm và các tai nạn rủi ro. Đối với người bệnh, việc tuân thủ phác đồ điều trị thông qua việc dùng thuốc đúng giờ và đúng liều lượng đóng vai trò quyết định đến hiệu quả hồi phục. Tuy nhiên, trên thực tế, sự bận rộn trong công việc hoặc tình trạng suy giảm trí nhớ (đặc biệt ở người cao tuổi) thường dẫn đến việc quên uống thuốc hoặc uống sai liều, làm giảm đáng kể hiệu quả điều trị và tiềm ẩn nguy cơ biến chứng. Đồng thời, thân nhân của người bệnh cũng gặp nhiều khó khăn khi phải cân bằng giữa công việc mưu sinh hằng ngày và việc theo dõi, chăm sóc, nhắc nhở người bệnh uống thuốc liên tục.

Xuất phát từ bối cảnh đó, đề tài "Thiết kế và thi công tủ thuốc nhắc bệnh nhân uống thuốc đúng giờ và đúng liều" được thực hiện tại Bộ môn Điện tử Công nghiệp – Y sinh, Khoa Điện - Điện tử, Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật Thành phố Hồ Chí Minh nhằm tự động hóa quy trình quản lý và hỗ trợ bệnh nhân dùng thuốc độc lập tại gia đình.

Mục tiêu và các nhiệm vụ nghiên cứu cụ thể của đề tài bao gồm:

1. Mục tiêu nghiên cứu: Thiết kế và thi công hoàn chỉnh một mô hình tủ thuốc thông minh có khả năng cài đặt thời gian, số lượng và loại thuốc thông qua màn hình cảm ứng; phát thông báo và hướng dẫn bằng giọng nói khi đến giờ dùng thuốc; tự động thực hiện cuộc gọi cảnh báo qua mạng di động đến người thân hoặc bác sĩ nếu bệnh nhân không tuân thủ việc lấy thuốc sau khoảng thời gian quy định.
2. Nội dung/nhiệm vụ nghiên cứu (theo 9 nội dung được giao):
   • Nội dung 1: Tìm kiếm và nghiên cứu các tài liệu, giáo trình liên quan đến hệ thống nhúng và thiết bị y sinh.
   • Nội dung 2: Thiết kế và thực hiện giao tiếp giữa vi điều khiển Arduino Mega 2560 và màn hình cảm ứng Nextion 3.2 inch.
   • Nội dung 3: Thiết kế và thực hiện giao tiếp giữa vi điều khiển Arduino với module đọc thẻ nhớ SD và mạch phát âm thanh ra loa.
   • Nội dung 4: Thiết kế và thực hiện giao tiếp giữa vi điều khiển Arduino với module GSM SIM800L.
   • Nội dung 5: Thiết kế cơ khí và mô hình vật lý cho hệ thống tủ thuốc.
   • Nội dung 6: Xây dựng lưu đồ giải thuật và lập trình điều khiển toàn bộ hệ thống trên nền tảng Arduino IDE.
   • Nội dung 7: Thi công phần cứng (gia công mạch in PCB, hàn lắp linh kiện), chạy thử nghiệm thực tế và hiệu chỉnh lỗi.
   • Nội dung 8: Viết tài liệu hướng dẫn sử dụng, thao tác và hoàn thiện quyển báo cáo đồ án tốt nghiệp.
   • Nội dung 9: Báo cáo kết quả đồ án trước hội đồng chuyên môn.

Đối tượng và phạm vi nghiên cứu:

• Đối tượng nghiên cứu: Hệ thống phần cứng và phần mềm nhúng quản lý tủ thuốc phân liều, bao gồm khối điều khiển trung tâm, khối thời gian thực, khối giao tiếp hiển thị/cài đặt cảm ứng, khối cảm biến hồng ngoại, khối công tắc hành trình giám sát ngăn kéo, khối phát âm thanh và khối truyền thông cảnh báo GSM.
• Phạm vi nghiên cứu:
  • Hệ thống hỗ trợ quản lý tối đa 10 loại thuốc (tương ứng với 10 ngăn kéo độc lập).
  • Phương thức cảnh báo từ xa được giới hạn qua mạng viễn thông di động (cuộc gọi thoại).
  • Thiết bị sử dụng nguồn điện lưới AC chuyển đổi qua Adapter 5V DC, không tích hợp bộ lưu điện khi mất điện.
  • Thiết bị hướng đến đối tượng người bệnh thông thường, không hỗ trợ chuyên biệt cho người khiếm thính hoặc khiếm thị.
• Thời gian và không gian thực hiện: Đề tài được giao ngày 10/10/2020 và hoàn thành ngày 15/01/2021 tại Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật Thành phố Hồ Chí Minh.

---

Cơ sở lý thuyết và phương pháp

Đề tài áp dụng phương pháp thiết kế kỹ thuật thực nghiệm kết hợp nghiên cứu lý thuyết phần cứng và phát triển phần mềm nhúng. Cơ sở lý thuyết của hệ thống dựa trên các tiêu chuẩn truyền thông công nghiệp và công nghệ viễn thông sau:

• Chuẩn giao tiếp nối tiếp UART (Universal Asynchronous Receiver – Transmitter): Truyền thông nối tiếp không đồng bộ sử dụng hai đường truyền tín hiệu $Tx$ (truyền) và $Rx$ (nhận). Cấu trúc gói dữ liệu gồm bit Start, khung dữ liệu (5 đến 9 bit), bit chẵn lẻ (Parity) để kiểm tra toàn vẹn và bit Stop. Chuẩn này được ứng dụng để vi điều khiển giao tiếp hai chiều với màn hình cảm ứng Nextion và gửi nhận tập lệnh với module SIM800L.
• Chuẩn giao tiếp SPI (Serial Peripheral Interface): Chuẩn truyền thông đồng bộ tốc độ cao, hoạt động ở chế độ Master-Slave toàn phần (Full Duplex) với 4 đường tín hiệu: $SCK$ (xung nhịp do Master tạo), $MOSI$ (Master truyền dữ liệu đến Slave), $MISO$ (Master nhận dữ liệu từ Slave), và $SS$ (chọn Slave). Chuẩn SPI được sử dụng để đọc nhanh các tệp dữ liệu âm thanh số từ module thẻ nhớ SD Card.
• Chuẩn giao tiếp $I^2C$ (Inter-Integrated Circuit): Chuẩn truyền thông nối tiếp 2 dây đồng bộ gồm $SDA$ (dữ liệu hai hướng) và $SCL$ (xung đồng hồ), hỗ trợ kết nối nhiều thiết bị ngoại vi thông qua địa chỉ phần cứng và sử dụng điện trở kéo lên ($pull-up$). Chuẩn này dùng để đọc và ghi dữ liệu giờ/phút/giây với module thời gian thực RTC DS1307.
• Công nghệ mạng di động GSM và tập lệnh chuẩn AT (Attention Command): Mạng GSM hoạt động trên công nghệ đa truy cập phân chia theo thời gian TDMA tại băng tần 900 MHz tại Việt Nam. Vi điều khiển sử dụng tập lệnh AT chuẩn (như AT, AT+CPIN?, ATD, ATH, AT+CMGF, AT+CMGS) để điều khiển module viễn thông thực hiện cuộc gọi cảnh báo đến số điện thoại được lập trình sẵn.
• Phương pháp thu thập và xử lý dữ liệu thực nghiệm: Dữ liệu đầu vào bao gồm tín hiệu thời gian thực từ IC DS1307, trạng thái phát hiện vật cản từ cảm biến quang hồng ngoại E18-D80NK (mức logic 0/1), trạng thái mở/đóng của 10 công tắc hành trình cơ học KW10-S tại các ngăn kéo, và tọa độ cảm ứng từ màn hình Nextion NX4024T032.

---

Thiết kế và triển khai hệ thống

Hệ thống được tính toán, thiết kế và thi công theo sơ đồ khối chức năng bao gồm 7 khối chính: Khối nguồn, Khối xử lý trung tâm, Khối thời gian thực, Khối hiển thị và cài đặt, Khối công tắc và cảm biến, Khối phát âm thanh, và Khối module SIM.

1. Tính toán phụ tải và lựa chọn nguồn điện

Để đảm bảo toàn bộ hệ thống hoạt động ổn định khi tất cả các module ngoại vi cùng hoạt động ở công suất đỉnh, tác giả đã lập bảng tính toán dòng tiêu thụ điện áp 5V DC như sau:

STT	Thiết bị / Module	Số lượng	Điện áp định mức (VDC)	Dòng điện tiêu thụ (mA)
1	Arduino Mega 2560	1	5.0	170.0
2	Module GSM SIM800L	1	3.3 – 5.0	100.0 – 1000.0
3	Module thời gian thực DS1307	1	5.0	150.0
4	Module thẻ nhớ SD Card	1	5.0	1.5
5	Màn hình cảm ứng Nextion 3.2"	1	5.0	85.0
6	Cảm biến vật cản hồng ngoại E18-D80NK	1	5.0	300.0
Tổng	Dòng điện tiêu thụ cực đại của hệ thống		5.0	1706.5 mA

Công suất tiêu thụ cực đại của mạch được tính toán: $$P = U \times I = 5\text{ V} \times 1706.5 \times 10^{-3}\text{ A} \approx 8.53\text{ W}$$

Từ kết quả tính toán, tác giả lựa chọn bộ nguồn Adapter AC-DC có các thông số kỹ thuật:

• Điện áp đầu vào: 100 – 240 VAC, tần số 50/60 Hz.
• Điện áp ngõ ra: 5.0 VDC.
• Dòng điện định mức ngõ ra: 2.0 A (đáp ứng biên độ dòng dự phòng so với mức tiêu thụ tối đa 1.7065 A).
• Đầu cắm chuẩn DC: kích thước $5.5 \times 2.1\text{ mm}$.

2. Danh mục linh kiện và phân bố kết nối phần cứng

Mạch điều khiển trung tâm sử dụng board Arduino Mega 2560 (vi điều khiển ATmega2560, bộ nhớ Flash 256 KB, SRAM 8 KB, EEPROM 4 KB, tần số 16 MHz). Danh mục linh kiện thi công trên bo mạch bao gồm:

STT	Tên linh kiện	Mã / Model	Số lượng	Chức năng kỹ thuật trong hệ thống
1	Bo mạch vi điều khiển	Arduino Mega 2560	1	Xử lý trung tâm, điều phối toàn bộ hệ thống
2	Module mạng viễn thông	SIM800L	1	Giao tiếp mạng GSM, quay số gọi cảnh báo
3	Module đọc thẻ nhớ	Micro SD Card Module	1	Đọc tệp âm thanh WAV qua giao tiếp SPI
4	Module thời gian thực	DS1307 (+ AT24C32)	1	Đếm giờ, phút, giây, ngày, tháng chính xác
5	Cảm biến tiệm cận	E18-D80NK	1	Phát hiện người đứng trước tủ (khoảng cách 3–80 cm)
6	Công tắc hành trình	KW10-S	10	Giám sát trạng thái đóng/mở của 10 ngăn kéo
7	Màn hình cảm ứng HMI	Nextion NX4024T032	1	Hiển thị thông số, giao diện cài đặt lịch và liều
8	Thiết bị phát thanh	Loa tích hợp khuếch đại	1	Phát giọng nói nhắc nhở (công suất 3W, trở kháng 4Ω)
9	Điện trở định thiên	Điện trở 10 kΩ	11	Điện trở kéo lên (pull-up) cho cảm biến và 10 công tắc

Phân bổ chân giao tiếp trên Arduino Mega 2560:

• Module SIM800L: Kết nối chân truyền nhận UART tại chân $14$ (TX3) và chân $15$ (RX3).
• Màn hình Nextion: Kết nối chân truyền nhận UART tại chân $16$ (TX2) và chân $17$ (RX2).
• Module RTC DS1307: Kết nối qua bus $I^2C$ tại chân $20$ (SDA) và chân $21$ (SCL).
• Cảm biến hồng ngoại E18-D80NK: Kết nối ngõ vào số tại chân $2$.
• 10 công tắc hành trình (H1 đến H10): Chân thường hở (NO) được nối lần lượt vào các chân ngõ vào số $31, 33, 35, 37, 39, 41, 43, 45, 47, 49$. Chân chung (COM) nối đất (GND).
• Module SD Card: Kết nối qua bus SPI tại các chân $50$ (MISO), $51$ (MOSI), $52$ (SCK), và $53$ (CS).
• Ngõ ra âm thanh: Tín hiệu âm thanh dạng điều chế độ rộng xung (PWM) được xuất từ chân số $11$ qua jack cắm audio 3.5 mm đến mạch khuếch đại của loa 3W 4Ω.

3. Kết cấu cơ khí và đóng gói mô hình

Khung tủ thuốc được chế tạo bằng cách ghép nối hai tủ nhựa 5 tầng thành khối tủ 10 ngăn kéo độc lập bằng vít sắt cố định. Hộp điều khiển phía trên chứa bo mạch chính, màn hình Nextion, cảm biến E18-D80NK và loa. Mặt trước hộp điều khiển được ốp bằng tấm mica trong suốt, thiết kế biên dạng trên phần mềm CorelDRAW X7 và gia công cắt bằng máy CNC. Các ngăn kéo được dán số thứ tự từ 1 đến 10 bằng decal màu đỏ, mặt sau gắn công tắc hành trình cố định bằng keo silicon để ghi nhận thao tác kéo/đóng ngăn tủ.

---

Nội dung chính theo từng chương

Chương 1. Tổng quan

Chương 1 trình bày lý do chọn đề tài dựa trên nhu cầu cấp thiết về việc hỗ trợ người bệnh tuân thủ thời gian và liều lượng dùng thuốc, đồng thời giảm tải áp lực cho người thân. Tác giả xác định rõ mục tiêu chế tạo mô hình tủ thuốc tự động, liệt kê 9 nội dung nghiên cứu kỹ thuật cụ thể từ khâu khảo sát lý thuyết, thiết kế phần cứng, lập trình điều khiển đến chạy thử nghiệm. Chương này cũng nêu rõ 4 giới hạn kỹ thuật của đề tài (quản lý 10 ngăn thuốc, cảnh báo qua sóng di động GSM, phụ thuộc nguồn điện 5V AC-DC, không áp dụng cho người khiếm thị/khiếm thính) và bố cục tổng thể gồm 6 chương của khóa luận.

Chương 2. Cơ sở lý thuyết

Chương 2 phân tích chi tiết nền tảng lý thuyết các chuẩn truyền thông và công nghệ điện tử được ứng dụng trong đề tài:

• Chuẩn UART: Định nghĩa cấu trúc khung truyền, cơ chế đồng bộ xung bằng bit Start/Stop và phương pháp kiểm tra lỗi bằng bit Parity.
• Chuẩn SPI: Cơ chế truyền thông đồng bộ Master-Slave 4 dây, nguyên lý dịch chuyển bit đồng thời qua thanh ghi 8 bit giữa Master và Slave theo xung SCK.
• Chuẩn $I^2C$: Cấu trúc 2 dây SDA/SCL, nguyên lý hoạt động của điện trở kéo dòng cực thu hở (Open-Collector), các chế độ tốc độ truyền (Standard, Fast, High-Speed) và trình tự tạo điều kiện Start, gửi byte địa chỉ kèm cờ Read/Write, nhận xung ACK/NACK và điều kiện Stop.
• Mạng thông tin di động GSM: Giới thiệu cấu trúc mạng di động (tổng đài MSC, trạm thu phát BSS), kỹ thuật đa truy nhập phân chia theo thời gian TDMA trên băng tần GSM 900 MHz tại Việt Nam.
• Tập lệnh AT: Cú pháp các lệnh kiểm tra phần cứng (AT, AT+CPIN?), điều khiển cuộc gọi thoại (ATD<số_điện_thoại>;, ATH), và cấu hình/gửi tin nhắn văn bản SMS (AT+CMGF, AT+CMGS).

Chương 3. Tính toán và thiết kế

Chương 3 trình bày chi tiết phương pháp tính toán và thiết kế kỹ thuật cho toàn bộ hệ thống:

• Thiết kế sơ đồ khối: Xác định chức năng của 7 khối thành phần và quy chuẩn luồng truyền tín hiệu giữa các khối.
• Lựa chọn linh kiện: Đưa ra các lý do kỹ thuật để chọn vi điều khiển Arduino Mega 2560 (54 chân I/O, nhiều cổng UART phần cứng), màn hình cảm ứng màu Nextion NX4024T032 3.2 inch (tích hợp bộ xử lý đồ họa độc lập, giao tiếp 2 dây UART), IC thời gian thực DS1307 kết hợp bộ nhớ EEPROM AT24C32 lưu trữ lịch đến năm 2100, cảm biến vật cản E18-D80NK (tùy chỉnh cự ly phát hiện 3–80 cm qua biến trở), công tắc hành trình KW10-S (tuổi thọ 200.000 chu kỳ bấm), module SIM800L và loa công suất 3W 4Ω.
• Tính toán năng lượng: Lập bảng phụ tải xác định dòng điện đỉnh 1706.5 mA tại 5V, tính công suất hệ thống đạt 8.53 W và chọn bộ nguồn Adapter 5V 2A đáp ứng chuẩn công nghiệp.
• Thiết kế sơ đồ nguyên lý: Trình bày chi tiết sơ đồ mạch điện nguyên lý cho từng khối chức năng và sơ đồ liên kết nguyên lý toàn mạch.

Chương 4. Thi công hệ thống

Chương 4 mô tả toàn bộ quá trình hiện thực hóa mô hình từ bản vẽ thiết kế đến sản phẩm vật lý:

• Thi công mạch in (PCB): Trình bày bản vẽ layout phân bố linh kiện lớp trên (Top) và lớp dưới (Bottom), quy trình gia công ủi mạch, ăn mòn hóa chất, khoan lỗ, hàn lắp linh kiện và đo kiểm thông mạch/chống chập bằng đồng hồ vạn năng VOM.
• Đóng gói cơ khí: Quy trình đo đạc kích thước hộp kỹ thuật, thiết kế mặt che mica trên CorelDRAW X7, cắt CNC, liên kết 2 tủ nhựa 5 tầng thành tủ 10 ngăn và cố định cảm biến, công tắc hành trình và loa.
• Lập trình hệ thống:
  • Lưu đồ chương trình chính: Khởi tạo các chân GPIO, cấu hình giao tiếp UART, SPI, $I^2C$; đọc dữ liệu lịch đặt từ EEPROM nội và giờ thực từ DS1307; gửi hiển thị lên Nextion; kiểm tra điều kiện kích hoạt theo thời gian thực; ghi nhận dữ liệu cài đặt mới từ người dùng vào EEPROM.
  • Lưu đồ thuật toán kiểm tra thời gian và nhắc nhở: Đến giờ hẹn $\rightarrow$ phát loa thông báo $\rightarrow$ kiểm tra cảm biến E18-D80NK. Nếu quá 5 phút không phát hiện bệnh nhân $\rightarrow$ kích hoạt SIM800L gọi điện cảnh báo. Nếu phát hiện bệnh nhân $\rightarrow$ phát giọng nói chỉ dẫn mở ngăn thuốc tương ứng. Nếu bệnh nhân không kéo mở ngăn tủ trong vòng 1 phút $\rightarrow$ gọi điện cảnh báo; nếu bệnh nhân lấy đúng và đủ các ngăn theo liều $\rightarrow$ kết thúc chu trình.
  • Môi trường phát triển phần mềm: Sử dụng Arduino IDE để viết mã nguồn điều khiển C/C++ và phần mềm Nextion Editor để lập trình giao diện HMI kéo thả, gán biến số và nạp firmware qua thẻ Micro SD.

Chương 5. Kết quả - Nhận xét - Đánh giá

Chương 5 trình bày các kết quả thực nghiệm đo đạc trên mô hình thực tế:

• Giao diện cài đặt lịch: Màn hình Nextion cho phép thiết lập chính xác các mốc thời gian uống thuốc trong ngày (lần 1, lần 2...).
• Giao diện cài đặt liều dùng: Người quản lý có thể chọn số lượng viên thuốc cần lấy tại từng ngăn (từ ngăn 1 đến ngăn 10) tương ứng với từng mốc thời gian.
• Chức năng phát thanh hướng dẫn: Hệ thống phát âm thanh rõ ràng khi cảm biến ghi nhận người bệnh đứng trước tủ, tuần tự hướng dẫn mở chính xác từng ngăn thuốc đã được cài đặt.
• Chức năng gọi điện cảnh báo: Module SIM800L thực hiện cuộc gọi viễn thông ổn định đến số điện thoại người thân khi người bệnh vắng mặt quá 5 phút tính từ lúc chuông báo reng, hoặc khi người bệnh không mở ngăn thuốc sau 1 phút hướng dẫn.
• Nhận xét - Đánh giá: Hệ thống hoạt động chính xác theo đúng lưu đồ giải thuật đề ra, phản hồi cảm biến nhanh nhạy, thao tác trên màn hình cảm ứng mượt mà và thực hiện các chức năng truyền thông thoại đúng kịch bản.

Chương 6. Kết luận và hướng phát triển

Chương 6 tổng kết toàn bộ các kết quả đạt được về mặt lý thuyết và thực tiễn thi công, khẳng định đề tài đã hoàn thành đầy đủ các chỉ tiêu kỹ thuật được giao trong nhiệm vụ tốt nghiệp. Đồng thời, tác giả vạch ra các định hướng nâng cấp hệ thống trong tương lai.

---

Kết quả và đóng góp

1. Kết quả kỹ thuật đạt được

Đồ án đã chế tạo thành công mô hình phần cứng và phần mềm nhúng của tủ thuốc thông minh hoạt động ổn định với các thông số kỹ thuật được kiểm chứng thực nghiệm:

• Khả năng quản lý: Kiểm soát độc lập 10 ngăn chứa thuốc riêng biệt thông qua 10 công tắc hành trình KW10-S và lưu trữ cấu hình cài đặt trong bộ nhớ EEPROM của Arduino Mega 2560, đảm bảo không bị mất dữ liệu khi ngắt nguồn điện.
• Giao diện người - máy (HMI): Màn hình cảm ứng màu Nextion 3.2 inch độ phân giải $400 \times 240$ pixel hiển thị trực quan thời gian thực, cho phép người dùng cấu hình lịch uống thuốc và số lượng thuốc của từng ngăn nhanh chóng bằng các nút nhấn cảm ứng ảo.
• Tương tác thông minh tại chỗ: Cảm biến hồng ngoại E18-D80NK phát hiện chính xác sự có mặt của bệnh nhân trong phạm vi điều chỉnh $3 - 80\text{ cm}$. Hệ thống âm thanh (module SD Card + Loa 3W 4Ω) phát hướng dẫn giọng nói rõ ràng theo từng bước lấy thuốc.
• Giám sát và cảnh báo từ xa: Module GSM SIM800L thực hiện cuộc gọi khẩn cấp tự động đến số điện thoại người thân sau 5 phút nếu bệnh nhân không xuất hiện trước tủ thuốc, hoặc sau 1 phút nếu bệnh nhân có mặt nhưng không thực hiện thao tác mở ngăn thuốc theo hướng dẫn.
• Chỉ tiêu nguồn điện: Toàn bộ hệ thống vận hành an toàn qua Adapter chuyển đổi 5V 2A với tổng công suất tiêu thụ thực tế đạt $8.53\text{ W}$.

2. Đóng góp của đề tài

• Chế tạo thành công một thiết bị điện tử y sinh ứng dụng thực tiễn, hỗ trợ giải quyết bài toán tuân thủ dùng thuốc đúng giờ, đúng liều cho bệnh nhân điều trị ngoại trú tại gia đình.
• Kết hợp đồng bộ nhiều chuẩn giao tiếp ngoại vi khác nhau (UART, SPI, $I^2C$, ngõ ra PWM) trên một chip vi điều khiển trung tâm ATmega2560 hoạt động theo thời gian thực.
• Thiết lập giải pháp an toàn kép trong chăm sóc y tế: vừa hướng dẫn tại chỗ bằng âm thanh trực quan, vừa tự động kích hoạt cảnh báo viễn thông đến người bảo hộ khi xảy ra bất thường.

---

Hạn chế và hướng nghiên cứu tiếp

Dựa trên nội dung công bố và giới hạn phạm vi nghiên cứu trong tài liệu, các hạn chế kỹ thuật và hướng mở rộng của đề tài bao gồm:

Hạn chế kỹ thuật

1. Dung lượng quản lý: Tủ chỉ hỗ trợ tối đa 10 ngăn chứa thuốc (tương ứng 10 loại thuốc khác nhau), chưa đáp ứng được các phác đồ điều trị phức tạp yêu cầu số lượng thuốc lớn hơn.
2. Kênh truyền thông: Hệ thống chỉ thực hiện gọi điện thoại cảnh báo đơn thuần qua mạng GSM, chưa truyền nhận dữ liệu số hay trạng thái chi tiết qua mạng Internet/WiFi.
3. Độ ổn định nguồn cấp: Thiết bị phụ thuộc hoàn toàn vào nguồn điện lưới AC thông qua Adapter 5V, không tích hợp mạch sạc và pin dự phòng (UPS) nên sẽ ngừng hoạt động khi xảy ra sự cố mất điện.
4. Đối tượng người dùng: Phương thức tương tác chỉ dựa trên âm thanh và hình ảnh thông thường, chưa hỗ trợ giao diện xúc giác (chữ nổi Braille) cho người khiếm thị hoặc đèn tín hiệu/hình ảnh chuyên biệt cho người khiếm thính.
5. Gia công cơ khí: Hộp bảo vệ mạch mica được cắt ghép thủ công nên độ thẩm mỹ và mức độ hoàn thiện công nghiệp chỉ dừng lại ở mức mô hình thí nghiệm.

Hướng nghiên cứu phát triển

• Tích hợp thêm module truyền thông không dây WiFi (như ESP8266/ESP32) để đồng bộ dữ liệu thời gian thực lên máy chủ đám mây (Cloud) hoặc ứng dụng điện thoại (App), cho phép người thân và bác sĩ theo dõi lịch sử uống thuốc từ xa.
• Thiết kế tích hợp mạch nguồn dự phòng tự động chuyển mạch sử dụng pin sạc Lithium/Li-ion để duy trì hoạt động liên tục khi cúp điện.
• Bổ sung cơ cấu khóa điện từ hoặc động cơ cấp thuốc tự động để kiểm soát tuyệt đối việc lấy thuốc, tránh tình trạng bệnh nhân lấy nhầm ngăn hoặc lấy quá số lượng quy định.
• Nâng cấp số lượng ngăn tủ và tối ưu hóa kiểu dáng công nghiệp của vỏ tủ bằng công nghệ in 3D hoặc đúc khuôn nhựa chuyên dụng.

---

Giá trị tham khảo

Bản khóa luận tốt nghiệp là tài liệu tham khảo hữu ích cho các đối tượng và mục đích học thuật sau:

• Sinh viên ngành Kỹ thuật Điện - Điện tử, Kỹ thuật Y sinh, Công nghệ Cơ điện tử và Kỹ thuật Điều khiển - Tự động hóa: Là tài liệu mẫu về quy trình thiết kế hệ thống nhúng từ khâu lập sơ đồ khối, lựa chọn linh kiện, tính toán phụ tải công suất nguồn, thiết kế mạch nguyên lý, gia công mạch in PCB đến đóng gói sản phẩm hoàn chỉnh.
• Nghiên cứu viên và kỹ sư phát triển thiết bị IoT/Y tế: Cung cấp tài liệu tham khảo chi tiết về phương pháp lập trình phối hợp đồng thời nhiều chuẩn truyền thông công nghiệp (UART, SPI, $I^2C$) và kỹ thuật điều khiển module viễn thông SIM800L bằng tập lệnh AT trên vi điều khiển AVR/Arduino.
• Phần giá trị nhất trong tài liệu:
  • Chương 3 với bảng tính toán phụ tải dòng điện ($1706.5\text{ mA}$) và sơ đồ nguyên lý toàn mạch chi tiết kết nối chính xác từng chân vi điều khiển Arduino Mega 2560 với các ngoại vi.
  • Chương 4 với lưu đồ giải thuật kiểm soát thời gian nhắc nhở 2 cấp (5 phút phát hiện người và 1 phút kiểm tra thao tác mở ngăn tủ).

---

Câu hỏi thường gặp

1. Hệ thống xử lý như thế nào khi đến giờ uống thuốc mà bệnh nhân không có mặt tại tủ?
Khi đến thời gian cài đặt, tủ sẽ phát thông báo nhắc nhở bằng giọng nói qua loa. Cảm biến hồng ngoại E18-D80NK bắt đầu quét phát hiện người. Nếu sau 5 phút liên tục mà cảm biến không ghi nhận có người đứng trước tủ, vi điều khiển Arduino Mega 2560 sẽ điều khiển module SIM800L qua tập lệnh AT để thực hiện cuộc gọi khẩn cấp đến số điện thoại của người thân hoặc bác sĩ đã được lập trình sẵn.

2. Làm thế nào hệ thống nhận biết được bệnh nhân đã mở đúng ngăn thuốc được hướng dẫn?
Mỗi ngăn tủ trong số 10 ngăn kéo đều được gắn một công tắc hành trình cơ học KW10-S (chân thường hở NO kéo lên mức logic 1 bằng điện trở 10 kΩ và nối vào các chân digital từ 31 đến 49 của Arduino). Khi ngăn tủ đóng, công tắc bị đè và giữ mức logic 0; khi bệnh nhân kéo ngăn tủ ra để lấy thuốc, công tắc nhả về mức logic 1. Vi điều khiển đọc trạng thái logic này để xác định chính xác ngăn thuốc nào đã được mở. Nếu sau 1 phút kể từ khi phát hướng dẫn mà ngăn thuốc tương ứng chưa được kéo mở, hệ thống sẽ kích hoạt cuộc gọi cảnh báo.

3. Vì sao tác giả lựa chọn Arduino Mega 2560 thay vì các dòng vi điều khiển khác như Arduino Uno hay chip đơn lẻ?
Tác giả lựa chọn Arduino Mega 2560 vì hệ thống yêu cầu số lượng chân ngoại vi rất lớn (10 chân digital cho 10 công tắc hành trình, 1 chân cho cảm biến, 4 chân cho chuẩn SPI thẻ nhớ, 2 chân cho chuẩn $I^2C$ của DS1307, 1 chân xuất xung PWM âm thanh) và cần nhiều cổng UART phần cứng độc lập (Serial1 cho module SIM800L tại chân 14-15 và Serial2 cho màn hình Nextion tại chân 16-17) mà các dòng vi điều khiển nhỏ hơn không đáp ứng đủ.

4. Dữ liệu cài đặt lịch uống thuốc và số lượng thuốc có bị mất khi tắt nguồn hệ thống không?
Không. Dữ liệu sau khi được người dùng nhập trên màn hình cảm ứng Nextion sẽ được truyền về Arduino Mega 2560 và lưu trực tiếp vào bộ nhớ bán dẫn tĩnh không tự xóa (EEPROM) dung lượng 4 KB tích hợp bên trong chip ATmega2560. Khi hệ thống khởi động lại, chương trình sẽ tự động đọc lại các thông số từ EEPROM để tiếp tục vận hành.

5. Hệ thống sử dụng phương pháp nào để phát ra hướng dẫn bằng giọng nói qua loa?
Các tệp âm thanh giọng nói được lưu dưới dạng số trên thẻ nhớ Micro SD (định dạng FAT16). Vi điều khiển Arduino Mega 2560 đọc dữ liệu tệp âm thanh qua module SD Card bằng chuẩn truyền thông SPI (tại các chân 50, 51, 52, 53), sau đó thực hiện chuyển đổi và xuất tín hiệu âm thanh dạng xung PWM tại chân số 11. Tín hiệu này được đưa qua jack 3.5 mm vào mạch khuếch đại bên trong loa 3W 4Ω để phát ra âm thanh nhắc nhở.

---

Kết luận

Đồ án tốt nghiệp "Thiết kế và thi công tủ thuốc nhắc bệnh nhân uống thuốc đúng giờ và đúng liều" của tác giả Phạm Văn Bảo (ngành Công nghệ Kỹ thuật Điện - Điện tử, Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật TP.HCM) đã hoàn thành trọn vẹn mục tiêu thiết kế và chế tạo một mô hình thiết bị y sinh hỗ trợ điều trị ngoại trú có tính thực tiễn cao. Hệ thống tích hợp thành công vi điều khiển Arduino Mega 2560 với màn hình cảm ứng Nextion 3.2 inch, khối thời gian thực DS1307, module phát âm thanh hướng dẫn giọng nói, mạng lưới 10 cảm biến hành trình giám sát ngăn kéo và module viễn thông SIM800L. Kết quả thử nghiệm thực tế chứng minh mô hình hoạt động ổn định, thực hiện chính xác các quy trình nhắc nhở dùng thuốc và tự động quay số cảnh báo khi phát hiện bất thường, tạo nền tảng kỹ thuật vững chắc cho các nghiên cứu phát triển thiết bị chăm sóc sức khỏe thông minh kết nối IoT tiếp theo.

Trích đoạn nội dung tài liệu

đặt vấn đề dẫn nhập lý do chọn đề tài, mục tiêu, nôi dung nghiên cứu, các giới hạn thông số và bố cục đồ án.  Chương 2: Cơ Sở Lý Thuyết. Chương này trình bày các lý thuyết có liên quan đến các vấn đề mà đề tài sẽ dùng để thực hiện thiết kế, thi công cho đề tài.  Chương 3: Thiết Kế và Tính Toán.

Chương này giới thiệu tổng quan về các yêu cầu của đề tài về thiết kế và các tính toán liên quan đến đề tài.  Chương 4: Thi công hê ṭ hống. Chương này gồm kết quả thi công phần cứng và những kết quả hiển thị trên màn hình và giao diện điện thoại.  Chương 5: Kết quả_Nhận xét_Đánh giá.

Chương này đưa ra nhận xét và đánh giá sản phẩm mô hình đã hoàn thành.  Chương 6: Kết Luận và Hướng Phát Triển. Chương này trình bày ngắn gọn những kết quả đã thu được dựa vào những phương pháp, thuật toán đã kiến nghị ban đầu. BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH 2 do an CHƯƠNG 2.

CƠ SỞ LÝ THUYẾT Chương 2.1 CÁC CHUẨN TRUYỀN DỮ LIỆU 2.1 Chuẩn giao tiếp UART UART là viết tắt của Universal Asynchronous Receiver – Transmitter là kiểu truyền thông tin nối tiếp không đồng bộ thường là một mạch tích hợp. Mục đích của UART là để truyền tín hiệu qua lại lẫn nhau (ví dụ truyền tín hiệu từ Laptop vào Modem hay ngược lại) hay truyền từ vi điều khiển tới vi điều khiển, từ laptop tới vi điều khiển.1 Gói dữ liệu truyền của UART Các thông số trong chuẩn truyền UART: - Packet: Một gói dữ liệu được truyền đi, bao gồm bit Start, khung truyền dữ liệu, bit parity, bit Stop - Bit Start: thường được giữ ở mức điện áp cao khi nó không truyền dữ liệu. Để bắt đầu truyền dữ liệu, UART truyền sẽ kéo bit này từ cao xuống thấp trong một chu kỳ xung nhịp. Khi UART nhận phát hiện sự chuyển đổi điện áp cao sang thấp, nó bắt đầu đọc các bit trong khung dữ liệu ở tần số của tốc độ truyền.

- Khung dữ liệu: chứa dữ liệu được truyền, nó có thể dài từ 5 đến 8 bit nếu sử dụng một bit parity. Nếu không có bit parity nào được sử dụng, khung dữ liệu có thể dài 9 bit. Bit parity có tác dụng kiểm tra xem dữ liệu có bị thay đổi trong quá trình truyền không bằng cách là kiểm tra tổng số bit 1 là chẵn hay lẻ rồi so sánh với dữ liệu. Nếu tổng số bit 1 là chẵn mà bit parity bằng 0 thì quá trình truyền không có lỗi và nếu bằng 1 thì đường truyền bị lỗi khiến dữ liệu bị thay đổi.

- Bit Stop: để báo hiệu sự kết thúc của gói dữ liệu, UART gửi sẽ điều khiển đường truyền dữ liệu từ điện áp thấp đến điện áp cao trong ít nhất hai bit Nguyên lý hoạt động: BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH 3 do an CHƯƠNG 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT UART truyền sẽ nhận dữ liệu từ một bus dữ liệu. Dữ liệu được truyền từ bus dữ liệu sang UART truyền ở dạng song song rồi thêm bit start, bit parity và bit stop để tạo gói dữ liệu. Sau đó, gói dữ liệu được xuất ra dạng nối tiếp tuần tự ở chân Tx rồi truyền qua chân Rx của UART nhận.

UART nhận đọc các gói dữ liệu nhận được rồi loại bỏ bit start, bit parity và bit stop. Sau đó chuyển đổi dữ liệu trở lại dạng song song. Cuối cùng, UART nhận chuyển gói dữ liệu song song qua bus dữ liệu.2 Sóng truyền UART Hình 2.3 Quá trình truyền UART Hình 2.4 Quá trình nhận UART 2.2 Chuẩn giao tiếp SPI SPI (Serial Peripheral Bus): là một chuẩn truyền thông nối tiếp tốc độ cao do hãng Motorola đề xuất. Đây là kiểu truyền thông Master-Slave, trong đó có 1 chip BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH 4 do an CHƯƠNG 2.

CƠ SỞ LÝ THUYẾT Master điều phối quá trình tuyền thông và các chip Slaves được điều khiển bởi Master vì thế truyền thông chỉ xảy ra giữa Master và Slave. SPI là một cách truyền song công (full duplex) nghĩa là tại cùng một thời điểm quá trình truyền và nhận có thể xảy ra đồng thời. SPI đôi khi được gọi là chuẩn truyền thông “4 dây” vì có 4 đường giao tiếp trong chuẩn này đó là SC (Serial Clock), MISO (Master Input Slave Output), MOSI (Master Ouput Slave Input) và SS (Slave Select). [8] - SCK: Xung giữ nhịp cho giao tiếp SPI, vì SPI là chuẩn truyền đồng bộ nên cần 1 đường giữ nhịp, mỗi nhịp trên chân SC báo 1bit dữ liệu đến hoặc đi.

Sự tồn tại của chân SC giúp quá trình tuyền ít bị lỗi và vì thế tốc độ truyền của SPI có thể đạt rất cao. Xung nhịp chỉ được tạo ra bởi chip Master - MISO (Master Input /Slave Output): Nếu là chip Master thì đây là đường Input còn nếu là chip Slave thì MISO lại là Output. MISO của Master và các Slaves được nối trực tiếp với nhau. - MOSI (Master Output / Slave Input): Nếu là chip Master thì đây là đường Output còn nếu là chip Slave thì MOSI là Input.

MOSI của Master và các Slaves được nối trực tiếp với nhau. - SS (Slave Select): SS là đường chọn Slave cần giap tiếp, trên các chip Slave đường SS sẽ ở mức cao khi không làm việc. Nếu chip Master kéo đường SS của một Slave nào đó xuống mức thấp thì việc giao tiếp sẽ xảy ra giữa Master và Slave đó. Chỉ có 1 đường SS trên mỗi Slave nhưng có thể có nhiều đường điều khiển SS trên Master, tùy thuộc vào thiết kế của người dùng.

 Nguyên lí hoạt động: Mỗi chip Master hay Slave có một thanh ghi dữ liệu 8 bit. Cứ mỗi xung nhịp do Master tạo ra trên đường giữ nhịp SCK, 1bit trong thanh ghi của Master được truyền qua Slave trên đường MOSI, đồng thời 1bit trong thanh ghi của chip Slave cũng được truyền qua Master trên đường MISO. Do 2 gói dữ liệu trên 2 chip được gởi qua lại đồng thời nên quá trình truyền dữ liệu này được gọi là “song công”. Hình dưới đây mô tả quá trình truyền 1 gói dữ liệu thực hiện bởi module SPI trong AVR, bên trái là chip Master và bên phải là Slave.

BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH 5 do an CHƯƠNG 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT Hình 2.5 Truyền dữ liệu SPI 2.3 Chuẩn giao tiếp I2C I2C là tên viết tắt của cụm từ Inter-Integrated Circuit. Đây là đường Bus giao tiếp giữa các IC với nhau. Bus I2C được sử dụng làm bus giao tiếp ngoại vi cho rất nhiều loại IC khác nhau như các loại Vi điều khiển 8051, PIC, ARM Hình 2.6 Bus I2C và các thiết bị ngoại vi Đặc điểm giao tiếp I2C Một giao tiếp I2C gồm có 2 dây: Serial Data (SDA) và Serial Clock (SCL).

SDA là đường truyền dữ liệu 2 hướng, còn SCL là đường truyền xung đồng hồ để đồng bộ và chỉ theo một hướng. Khi một thiết bị ngoại vi kết nối vào đường bus I2C thì chân SDA của nó sẽ nối với dây SDA của bus, chân SCL sẽ nối với dây SCL. Mỗi dây SDA hãy SCL đều được nối với điện áp dương của nguồn cấp thông qua một điện trở kéo lên (pullup resistor). Sự cần thiết của các điện trở kéo này là vì chân giao tiếp I2C của các thiết bị ngoại vi thường là dạng cực máng hở (opendrain hay opencollector).

Giá trị của các điện trở này khác nhau tùy vào từng thiết bị và chuẩn giao tiếp, thường dao động trong khoảng 1 KΩ đến 4. BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH 6 do an CHƯƠNG 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT Chế độ hoạt động (tốc độ truyền): Các bus I2C có thể hoạt động ở ba chế độ, hay nói cách khác các dữ liệu trên bus I2C có thể được truyền trong ba chế độ khác nhau. - Chế độ tiêu chuẩn (Standard mode) - Chế độ nhanh (Fast mode) - Chế độ cao tốc High-Speed (Hs) mode Hình 2.7 Trình tự truyền bit trên đường truyền Trình tự truyền bit trên đường truyền: - Thiết bị chủ tạo một điều kiện start.

Điều kiện này thông báo cho tất cả các thiết bị tớ lắng nghe dữ liệu trên đường truyền. - Thiết bị chủ gửi địa chỉ của thiết bị tớ mà thiết bị chủ muốn giao tiếp và cờ đọc/ghi dữ liệụ (nếu cờ thiết lập lên 1 thì byte tiếp theo được truyền từ thiết bị tớ đến thiết bị chủ, nếu cờ thiết lập xuống 0 thì byte tiếp theo truyền từ thiết bị chủ đến thiết bị tớ). - Khi thiết bị tớ trên bus I2C có địa chỉ đúng với địa chỉ mà thiết bị chủ gửi sẽ phản hồi lại bằng một xung ACK. - Giao tiếp giữa thiết bị chủ và tớ trên bus dữ liệu bắt đầu.

Cả chủ và tớ đều có thể nhận hoặc truyền dữ liệu tùy thuộc vào việc truyền thông là đọc hay viết. Bộ truyền gửi 8bit dữ liệu tới bộ nhận, bộ nhận trả lời với một bit ACK. - Để kết thúc quá trình giao tiếp, thiết bị chủ tạo ra một điều kiện stop.2 Giới thiệu mạng di động GSM GSM là viết tắt của từ " The Global System for Mobile Communication" -Mạng thông tin di động toàn cầu. GSM là tiêu chuẩn chung cho các thuê bao di động di chuyển giữa các vị trí địa lý khác nhau mà vẫn giữ được liên lạc .[6] BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH 7 do an CHƯƠNG 2.

CƠ SỞ LÝ THUYẾT  Các mạng điện thoại GSM ở Việt Nam Ở Việt Nam và các nước trên Thế giới , mạng điện thoại GSM vẫn chiếm đa số, Việt Nam có 3 mạng điện thoại GSM đó là :  Mạng Vinaphone : 091 => 094.  Công nghệ của mạng GSM Các mạng điện thoại GSM sử dụng công nghệ TDMA - TDMA là viết tắt của từ Time Division Multiple Access " - Phân chia các truy cập theo thời gian. Giải thích : Đây là công nghệ cho phép 8 máy di động có thể sử dụng chung 1 kênh để đàm thoại , mỗi máy sẽ sử dụng 1/8 khe thời gian để truyền và nhận thông tin.  Công nghệ CDMA Khác với công nghệ TDMA của các mạng GSM là công nghệ CDMA của các mạng như  Mạng Sphone 095…  Mạng EVN.

 CDMA là viết tắt của " Code Division Multiple Access " - Phân chia các truy cập theo mã. Giải thích : Công nghệ CDMA sử dụng mã số cho mỗi cuộc gọi, và nó không sử dụng một kênh để đàm thoại như công nghệ TDMA mà sử dụng cả một phổ tần (nhiều kênh một lúc) vì vậy công nghệ này có tốc độ truyền dẫn tín hiệu cao hơn công nghệ TDMA.