BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH
KHOA ĐIỆN - ĐIỆN TỬ

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
NGÀNH CNKT ĐIỆN - ĐIỆN TỬ

THIẾT KẾ VÀ THI CÔNG TỦ THUỐC NHẮC BỆNH
NHÂN UỐNG THUỐC ĐÚNG GIỜ VÀ ĐÚNG LIỀU

GVHD: ThS. PHAN VÂN HOÀN
SVTH: PHẠM VĂN BẢO
MSSV: 15141102

SKL007828

Tp. Hồ Chí Minh, tháng 01/2021


NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
Họ tên sinh viên:
Chuyên ngành:
Hệ đào tạo:
Khóa:

Phạm Văn Bảo
Kỹ thuật Điện - Điện tử
Đại học chính quy
2015

I. TÊN ĐỀ TÀI: THIẾT KẾ VÀ THI CƠNG TỦ THUỐC NHẮC BỆNH NHÂN

UỐNG THUỐC ĐÚNG GIỜ VÀ ĐÚNG LIỀU
II. NHIỆM VỤ
1. Các số liệu ban đầu:
Tủ thuốc nhắc bệnh nhân uống thuốc đúng giờ và đúng liều với các số liệu ban
đầu như sau:
- Cài đặt thời gian và số lượng thuốc cần uống trên màn hình cảm ứng.
- Hiển thị số liệu cài đặt trên màn hình cảm ứng, loa thông báo và hướng dẫn
bệnh nhân lấy thuốc bằng giọng nói.
- Khi đến giờ dùng thuốc nếu bệnh nhân khơng hồn thành việc dùng thuốc
thì gọi điện thoại cho người thân.
2.Nội dung thực hiện:
- Tìm hiểu và tham khảo tài liệu, giáo trình liên quan tới nội dung đề tài.
- Thực hiện giao tiếp giữa Arduino với màn hình cảm ứng Nextion.
- Thưc hiện giao tiếp giữa Arduino với module đọc thẻ nhớ và phát audio.
- Thưc hiện giao tiếp giữa Arduino với module sim.
- Viết chương trình điều khiển hồn thiện.
- Thi cơng phần cứng chạy thử nghiệm và hiệu chỉnh hệ thống.
- Viết báo cáo đề tài.
III. NGÀY GIAO NHIỆM VỤ:
IV. NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ: 15/01/2021
V. HỌ VÀ TÊN CÁN BỘ HƯỚNG DẪN: ThS. Phan Vân Hoàn
CÁN BỘ HƯỚNG DẪN

i


LỊCH TRÌNH THỰC HIỆN ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
Họ tên sinh viên 1: Phạm Văn Bảo
Lớp:
15141DT2B

MSSV:15141102
Tên đề tài: Thiết kế và thi công tủ thuốc nhắc bệnh nhân uống thuốc đúng giờ
và đúng liều
Tuần/ngày
Tuần 1,2
28/09-11/10
Tuần 3,4,5
12/10-1/11
Tuần 6,7,8,9
2/11-29/11
Tuần 10,11
30/11-13/12
Tuần 12
14/12-20/12
Tuần 13,14,15
21/10-10/01

ii



LỜI CAM ĐOAN
Em xin cam đoan đây là đồ án do em tự thực hiện dưới sự hướng dẫn của thầy
Phan Vân Hoàn. Em chỉ tham khảo các tài liệu trước đó và các nghiên cứu trên mạng
online. Kết quả cơng bố trong khóa luận tốt nghiệp là trung thực khơng sao chép từ tài
liệu hay cơng trình đã có trước đó.

Người thực hiện đề tài
Phạm Văn Bảo


iii


LỜI CẢM ƠN
Lời đầu tiên cho phép em gửi lời cảm ơn đến quý thầy cô trường Đại Học Sư
Phạm Kỹ Thuật đã dạy dỗ trong suốt những năm tháng đại học. Trong đó phải kể đến
q thầy cơ trong khoa Điện- Điện Tử đã truyền đạt những kiến thức cả chun mơn
lẫn kĩ năng để giúp em có những sự chuẩn bị chu đáo nhất để bước ra khỏi ghế nhà
trường không bị bỡ ngỡ. Những kiến thức ấy đã được em đúc kết lại thành đồ án cuối
cùng, đồ án tốt nghiệp do chính tay mình tạo ra. Nó như là bàn đạp để chúng em bước
ra cánh cửa lớn hơn.
Đặc biệt, em xin gửi lời cảm ơn sâu sắc đến thầy Phan Vân Hoàn đã giúp đỡ em
trong quá trình lựa chọn đề tài. Trong quá trình thực hiện cũng có nhiều điều khó khăn,
thiếu sót và khơng thống nhất, nhưng nhờ sự đóng góp ý kiến của thầy, em đã hiểu
được cách tìm hiểu những kiến thức ấy.
Em cũng cảm ơn đến bạn bè, anh chị đã có những chia sẻ, trao đổi kiến thức,
kinh nghiệm thực tế của mọi người cho em khi gặp khó khăn.
Và cuối cùng là lời cảm ơn đến bậc phụ huynh, người thân trong gia đình. Nhờ
sự quan tâm, ủng hộ và những lời động viên của mọi người đã giúp em hồn thành
xong chương trình đại học để có những kiến thức vào đời. Xin chân thành cám ơn!

Người thực hiện đề tài
Phạm Văn Bảo

iv


MỤC LỤC
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......................................................................

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 ..................................

2.3

Tập lệnh AT ................................................................

Chương 3. TÍNH TỐN VÀ THIẾT KẾ ...................................................................

3.1

GIỚI THIỆU ..............................................................

3.2

TÍNH TỐN VÀ THIẾT KẾ HỆ THỐNG................

3.2.1

Thiết kế sơ đồ khối hệ t

3.2.2

Tính tốn và thiết kế m

3.2.3

Sơ đồ ngun lý của tồ

Chương 4. THI CƠNG HỆ THỐNG ..........................................................................
4.1

GIỚI THIỆU ..............................................................

4.2

THI CƠNG HỆ THỐNG ...........................................

4.2.1


Thi cơng bo mạch.........

4.2.2

Lắp ráp và kiểm tra .....

4.3

ĐĨNG GĨI VÀ THI CƠNG MƠ HÌNH ...................

4.3.1

Đóng gói bộ điều khiển

4.3.2

Thi cơng mơ hình ........

4.4

LẬP TRÌNH HỆ THỐNG ..........................................

4.4.1

Lưu đồ giải thuật .........

4.4.2

Phần mềm lập trình cho


4.4.3

Phần mềm thiết kế cho
v


4.5 VIẾT TÀI LIỆU HƯỚNG DẪN SỬ DỤNG, T

4.5.1Viết tài liệu hướng dẫn

4.5.2Quy trình thao tác......
Chương 5. KẾT QUẢ_NHẬN XÉT_ĐÁNH GIÁ .....................................................

5.1 GIỚI THIỆU .....................................................

5.2 KẾT QUẢ ĐẠT ĐƯỢC ...................................

5.3 KẾT QUẢ THỰC NGHIỆM ............................

5.3.1Cài đặt lịch dùng thuố

5.3.2Cài đặt liều dùng .......

5.3.3Tủ thông báo và hướn

5.3.4Tủ gọi điện cảnh báo k

5.4 NHẬN XÉT-ĐÁNH GIÁ .................................


5.4.1Nhận xét ....................

5.4.2Đánh giá ....................
Chương 6. KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN.................................................

6.1 KẾT LUẬN .......................................................

6.2 HƯỚNG PHÁT TRIỂN.....................................
TÀI LIỆU THAM KHẢO..........................................................................................

PHỤ LỤC...................................

vi


LIỆT KÊ HÌNH VẼ
Hình 2.1 Gói dữ liệu truyền của UART........................................................................ 3
Hình 2.2 Sóng truyền UART......................................................................................... 4
Hình 2.3 Q trình truyền UART.................................................................................. 4
Hình 2.4 Quá trình nhận UART.................................................................................... 4
Hình 2.5 Truyền dữ liệu SPI......................................................................................... 6
Hình 2.6 Bus I2C và các thiết bị ngoại vi..................................................................... 6
Hình 2.7 Trình tự truyền bit trên đường truyền............................................................. 7
Hình 2.8 Cấu trúc cơ bản của mạng di động................................................................. 9
Hình 3.1 Sơ đồ khối của hệ thống............................................................................... 11
Hình 3.2 Sơ đồ chân của Arduimo Mega 2560........................................................... 13
Hình 3.3 Sơ đồ nguyên lý khối xử lý trung tâm.......................................................... 14
Hình 3.4 Sơ đồ ngun lý khối cơng tắc và cảm biến................................................. 15
Hình 3.5 Màn hình Nextion NX4024T032 3.2 inch.................................................... 16
Hình 3.6 Giao diện phần mềm Nextion Editor............................................................ 17

Hình 3.7 Sơ đồ nguyên lý khối hiển thị và cài đặt...................................................... 18
Hình 3.8 Module thời gian thực DS1307.................................................................... 19
Hình 3.9 Sơ đồ nguyên lý khối thời gian thực............................................................ 20
Hình 3.10 Các chân kết nối của module SIM800L..................................................... 21
Hình 3.11 Sơ đồ nguyên lý khối module Sim............................................................. 22
Hình 3.12 Module SD Card........................................................................................ 23
Hình 3.13 Loa Bluetooth 3w 4ohms........................................................................... 23
Hình 3.14 Sơ đồ nguyên lý khối phát âm thanh.......................................................... 24
Hình 3.15 Sơ đồ nguyên lý khối nguồn...................................................................... 26
Hình 3.16 Sơ đồ nguyên lý tồn mạch........................................................................ 27
Hình 4.1 Bố trí linh kiện mặt trên của mạch............................................................... 29
Hình 4.2 Bố trí linh kiện mặt dưới của mạch.............................................................. 29
Hình 4.3 Hình ảnh của mạch thực tế........................................................................... 30
Hình 4.4 Đóng gói bộ điều khiển................................................................................ 31
Hình 4.5 Gắn cảm biến và loa lên tủ thuốc................................................................. 32
Hình 4.6 Gắn cơng tắc hành trình lên tủ thuốc............................................................ 32
Hình 4.7 Hình ảnh thực tế của mơ hình...................................................................... 33
vii


Hình 4.8 Lưu đồ chương trình chính Arduino Mega2560........................................... 34
Hình 4.9 Lưu đồ chương trình kiểm tra thời gian và phát hướng dẫn.........................36
Hình 4.10 Quy trình làm việc của arduino.................................................................. 38
Hình 4.11 Giao diện lập trình arduino......................................................................... 38
Hình 4.12 Giao diện menu arduino IDE..................................................................... 38
Hình 4.13 Giao diện file menu arduino IDE............................................................... 39
Hình 4.14 Giao diện Examples menu......................................................................... 39
Hình 4.15 Giao diện Sketch Menu Arduino IDE........................................................ 40
Hình 4.16 Giao diện edit menu arduino IDE.............................................................. 40
Hình 4.17 Giao diện Tool Menu Arduino IDE............................................................ 41

Hình 4.18 Board ESP8266 sử dụng............................................................................ 41
Hình 4.19 Arduino Toolbar......................................................................................... 42
Hình 4.20 Chương trình nạp thành cơng..................................................................... 42
Hình 4.21 Phần mềm Nextion Editor.......................................................................... 43
Hình 4.22 Tạo mới project phần mềm Nextion Editor................................................ 43
Hình 4.23 Chọn loại màn hình muốn thiết kế............................................................. 44
Hình 4.24 Thiết kế giao diện....................................................................................... 44
Hình 4.25 Chạy debug giao diện trên Nextion Editor................................................. 44
Hình 4.26 Cài đặt lịch dùng thuốc.............................................................................. 46
Hình 4.27 Cài đặt liều thuốc cho lần 1........................................................................ 46
Hình 4.28 Cài đặt liều thuốc cho lần 2........................................................................ 47
Hình 4.29 Lấy thuốc theo hướng dẫn.......................................................................... 47
Hình 5.1 Màn hình cài đặt lịch dùng thuốc................................................................. 49
Hình 5.2 Màn hình cài đặt liều thuốc cho lần 1.......................................................... 50
Hình 5.3 Màn hinh cài đặt liều thuốc cho lần 2.......................................................... 50
Hình 5.4 Tủ thuốc phát hướng dẫn lấy thuốc.............................................................. 51
Hình 5.5 Cuộc gọi thơng báo từ tủ thuốc.................................................................... 51

viii


LIỆT KÊ BẢNG
Bảng 3.1 Bảng công suất hệ thống.............................................................................. 25
Bảng 3.2 Thông số kỹ thuật Adapter 5V 2A............................................................... 25
Bảng 4.1 Danh sách linh kiện của mạch...................................................................... 28

ix


TÓM TẮT

Trong cuộc sống hiện đại ngày nay con người phải đối mặt với nhiều vấn đề làm
tổn hại đến sức khỏe. Ví dụ như: làm việc quá sức, nghỉ ngơi không điều độ, ăn uống
thất thường, thực phẩm nhiễm chất độc và những tai nạn ngoài ý muốn. Để điều trị có
hiệu quả người bệnh phải tuân thủ việc uống thuốc đúng giờ, đúng liều nhưng do công
việc bận rộn hoặc trí nhớ kém dấn đến người bệnh khơng uống thuốc đúng giờ làm
giảm hiệu quả điều trị. Đồng thời người thân của bệnh nhân cũng gặp khó khăn trong
việc vừa chăm sóc bệnh nhân vừa phải lao động trong đời sống.
Để giải quyết vấn đề trên nhóm đã lên ý tưởng thiết kế tủ thuốc có cài đặt thời gian,
liều lượng và thông báo cho người thân của bệnh nhân qua điện thoại. Tủ có chức năng
nhắc bệnh nhân uống thuốc đúng giờ, đúng liều theo số liệu cài đặt trước đồng thời thông
báo cho người thân hoặc bác sĩ nếu bệnh nhân không dùng thuốc đúng giờ.

x


CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN

Chương 1. TỔNG QUAN
1.1. ĐẶT VẤN ĐỀ
Trong cuộc sống hiện đại ngày nay con người phải đối mặt với nhiều vấn đề làm
tổn hại đến sức khỏe. Ví dụ như: làm việc q sức, nghỉ ngơi khơng điều độ, ăn uống
thất thường, thực phẩm nhiễm chất độc và những tai nạn ngoài ý muốn. Để điều trị có
hiệu quả người bệnh phải tuân thủ việc uống thuốc đúng giờ, đúng liều nhưng do công
việc bận rộn hoặc trí nhớ kém dấn đến người bệnh khơng uống thuốc đúng giờ làm
giảm hiệu quả điều trị. Đồng thời người thân của bệnh nhân cũng gặp khó khăn trong
việc vừa chăm sóc bệnh nhân vừa phải lao động trong đời sống.
Hiện tại trên thị trường đã có nhiều các thiết bị cảnh báo hoặc hướng dẫn bằng
âm thanh hình ảnh. Các phương thiết bị dùng cho việc nhập liệu như : nút nhấn, bàn
phím, màn hình cảm ứng... cũng rất phổ biến. Mạng internet hay mạng điện thoại giúp
con người trao đổi thơng tin nhanh chóng và có sự phổ biến rộng khắp.

Dựa vào những khảo sát trên và kiến thức đã tiếp thu được em xin thực hiện đề
tài: “Thiết kế và thi công tủ thuốc nhắc bệnh nhân uống thuốc đúng giờ và đúng
liều ” có chức năng nhắc bệnh nhân uống thuốc đúng giờ, đúng liều đồng thời thông
báo cho người thân hoặc bác sĩ nếu bệnh nhân không dùng thuốc đúng giờ và đúng
liều.

1.2. MỤC TIÊU
Thiết kế và thi cơng tủ thuốc có thể cài đặt thời gian, số lượng và loại thuốc trên
màn hình cảm ứng, nhắc nhở bệnh nhân uống thuốc khi đến giờ bằng giọng nói. Nếu
sau nhiều lần nhắc nhở mà bệnh nhân vẫn không uống thuốc tủ sẽ gửi thông báo đến
điện thoại của người thân hoặc bác sĩ bằng cuộc gọi điện thoại.

1.3. NỘi DUNG NGHIÊN CỨU
NỘI DUNG 1: Tìm kiếm và đọc tài liệu liên quan đến đề tài.
NỘI DUNG 2: Thực hiện giao tiếp giữa Arduino với màn hình cảm ứng Nextion
3.2 inch.
NỘI DUNG 3: Thưc hiện giao tiếp giữa Arduino với module đọc thẻ nhớ và phát
audio.
NỘI DUNG 4: Thưc hiện giao tiếp giữa Arduino với module Sim 800L.
NỘI DUNG 5: Thiết kế mơ hình hệ thống.
BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH


CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN

NỘI DUNG 6: Viết chương trình điều khiển cho toàn hệ thống trên Arduino.
NỘI DUNG 7: Thi công phần cứng chạy thử nghiệm và hiệu chỉnh hệ thống.
NỘI DUNG 8: Viết báo cáo thực hiện.
NỘI DUNG 9: Báo cáo đề tài tốt nghiệp.


1.4. GIỚI HẠN
Đề tài “Thiết kế và thi công tủ thuốc nhắc bệnh nhân uống thuốc đúng giờ và
đúng liều” có những giới hạn sau:
Số loại thuốc có thể cài đặt là 10
Tủ chỉ có thể thông báo qua mạng điện
thoại Không thể hoạt động khi cúp điện
Tủ khơng dùng cho người khiếm thính và khiếm thị

1.5.

BỐ CỤC
Với đề tài “Thiết kế và thi công tủ thuốc nhắc bệnh nhân uống thuốc đúng

giờ và đúng liều” thì bố cục đồ án như sau:
Chương 1: Tổng quan.
Chương này trình bày 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
tốn liên quan đến đề tài.
Chương 4: Thi công hê tḥống.
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 mơ hình đã hồn 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


CHƯƠNG 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT

Chương 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT
2.1 CÁC CHUẨN TRUYỀN DỮ LIỆU
2.1.1 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. [7]

Hình 2.1 Gói dữ liệu truyền của UART
Các thơng 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 khơng 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 khơng 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 q
trình truyền khơng 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 q trình truyền khơng 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
Ngun lý hoạt động:
BỘ MƠN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH

3


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. [7]

Hình 2.2 Sóng truyền UART


Hình 2.3 Q trình truyền UART

Hình 2.4 Q trình nhận UART
2.1.2 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 MƠN ĐIỆN TỬ CƠNG NGHIỆP – Y SINH


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 thơng 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 đơi khi được gọi là chuẩn truyền thơng “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 q 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

cịn 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 cịn 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 cơng”. Hình dưới đây mơ
tả q 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


CHƯƠNG 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT


Hình 2.5 Truyền dữ liệu SPI
2.1.3 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 4.7KΩ.
BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH

6


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.[8]

2.2 Giới thiệu mạng di động GSM
GSM là viết tắt của từ " The Global System for Mobile Communication" -Mạng
thơng tin di động tồn 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


CHƯƠNG 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT

Ở

Các mạng điên thoại GSM ơ Viêt Nam
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...
Mạng Mobiphone : 090 => 093...
Mạng Vietel 03...


Công nghê cua 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 cơng 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 nghê CDMA
Khác với công nghệ TDMA của các mạng GSM là công nghệ CDMA

của các mạng như
Mạng Sphone 095…
Mạng EVN.Telecom 096...
Mạng HTL 092...
CDMA là viết tắt của " Code Division Multiple Access " - Phân chia các
truy cập theo mã .
Giải thích : Cơng nghệ CDMA sử dụng mã số cho mỗi cuộc gọi, và nó
khơng sử dụng một kênh để đàm thoại như công nghệ TDMA mà sử dụng cả
một phổ tần (nhiều kênh một lúc) vì vậy cơng nghệ này có tốc độ truyền dẫn
tín hiệu cao hơn cơng nghệ TDMA.


Cấu trúc cơ bản cua mạng di động
Mỗi mạng điện thoại di động có nhiều tổng đài chuyển mạch MSC ở

các khu vực khác nhau ( Ví dụ như tổng đài miền Bắc, miền Trung, miền Nam)
và mỗi Tổng đài lại có nhiều trạm thu phát vơ tuyến BSS.


BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH

8


CHƯƠNG 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT

Hình 2.8 Cấu trúc cơ bản của mạng di động


Băng tân GSM 900 MHz
Nếu bạn sử dụng thuê bao mạng Vinaphone, Mobiphone hoặc Vietel là

bạn đang sử dụng công nghệ GSM.
Công nghệ GSM được chia làm 3 băng tần:
Băng tần GSM 900MHz.
Băng tần GSM 1800MHz.
Băng tần GSM 1900MHz.

Tất cả các mạng điện thoại ở Việt Nam hiện đang phát ở băng tần
900MHz, các nước trên Thế giới sử dụng băng tần 1800MHz, Mỹ sử dụng
băng tần 1900MHz

2.3 Tập lệnh AT
Tập lệnh AT (Attention command) tập lệnh chuẩn được hỗ trợ bởi hầu hết các
thiết bị di động như điện thoại di động, GSM modem có hỗ trợ gửi và nhận tin nhắn tin
nhắn dưới dạng SMS (Short Message Service) và điều khiển cuộc gọi. Rất nhiều sinh
viên các trường đại học trong và ngoài nước đã được giao các đề tài nghiên cứu về tập
lệnh AT phục vụ cho các mục đích điều khiển khác nhau như: các cuộc gọi, truyền các
file dữ liệu dưới dạng âm thanh, hình ảnh từ máy tính đến điện thoại di động, từ điện

thoại di động đến điện thoại di động để tạo kỹ năng làm việc trong các hệ thống mạng
viễn thông. Nhiều doanh nghiệp trong nước đã xây dựng các dịch vụ tin nhắn dưới
dạng SMS với mục đích quảng cáo và chăm sóc khách hàng trong kinh doanh.[6]

BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH

9


CHƯƠNG 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT
Các lệnh chung:
AT : Kiểm tra module có hoạt động hay khơng
Trả về: OK nếu hoạt động bình thường, báo lỗi hoặc khơng trả về nếu có
lỗi xảy ra
AT+CPIN? : Kiểm tra Simcard
Trả về: +CPIN: READY OK (nếu tìm thấy simcard)
Các lệnh gọi điện:
ATD0123456789: Gọi điện cho số điện thoại 0123456789
ATA : Chấp nhận cuộc gọi đến
ATH : Hủy cuộc gọi
AT+CUSD=1 : Chuyển chế độ USD để tra số dư tài khoản
ATD*101#; : Kiểm tra tài khoản ( Trả về: +CUSD: 0, “Tai khoan
goc cua quy khach la ….)
Các lệnh nhắn tin:
AT+CMGF=x : Cấu hình tin nhắn (x=0: DPU, x=1:dạng ký tự)
AT+CNMI=2,x,0,0 : Chọn x=1 (chỉ báo vị trí lưu tin nhắn) hoặc
x=2 (hiển thị ra ngay nội dung tin nhắn)
Trả về: +CMTI: “SM”,3 (x=1)
Trảvề:+CMT:“+84938380171″,’’’’,”17/07/30,14:48:09
+28”

noidungtinnhan
AT+CMGR=x : Đọc tin nhắn tại vị trí
lưu x Trả về: nội dung tin nhắn.
AT+CMGD=x : Xóa tin nhắn được lưu ở vị trí x.
AT+CMGS=”sodienthoai” : Gửi tin nhắn cho sodienthoai, sau dòng
lệnh này sẽ nhận được ‘>’ (mã HEX là 0x3C), bây giờ có thể nhập vào
nội dung tin nhắn, nhập tiếp 0x1A để gửi tin nhắn đi hoặc 0x1B để hủy
gửi tin nhắn.

BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH

10


CHƯƠNG 3. TÍNH TỐN VÀ THIẾT KẾ

Chương 3. TÍNH TỐN VÀ THIẾT KẾ
3.1

GIỚI THIỆU
Trong chương này, trình bày về cách tính tốn, sơ đồ khối, sơ đồ ngun lý của

các board mạnh của hệ thống: giao tiếp module sim, giao tiếp module thời gian thực,
hiển thị và cài đặt trên màn hình cảm ứng, đọc giá trị cảm biến và cơng tắc hành trình,
đọc và phát file âm thanh từ thẻ nhớ.

3.2

TÍNH TỐN VÀ THIẾT KẾ HỆ THỐNG


3.2.1 Thiết kế sơ đồ khối hệ thống
Với các yêu cầu đã đưa ra nhóm thực hiện đã hình thành sơ đồ khối cho hệ thống
như sau:

Hình 3.1 Sơ đồ khối của hệ thống





Chức năng của các khối
Khối nguồn: cung cấp nguồn cho toàn bộ hệ thống hoạt động.
Khối thời gian thực: cập nhật thời gian thực cho hệ thống.
BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH


CHƯƠNG 3. TÍNH TỐN VÀ THIẾT KẾ
Khối module sim: khối này sử dụng sim để gọi điện và nhắn tin vào số điện
thoại cố định được cài đặt trước theo sự điều khiển của khối xử lý trung tâm.
Khối công tắc và cảm biến: phát hiện tương tác của người dùng và gửi tín
hiệu về cho khối xử lý trung tâm.
Khối hiển thị và cài đặt: nhận giá trị thời gian thực từ khối xử lý trung tâm
và hiển thị thời gian, cho phép người dùng cài đặt các thông số về thời gian
và số lượng, thông số này được gửi về khối xử lý trung tâm.
Khối phát âm thanh: gửi dữ liệu các file âm thanh được lưu trong thẻ nhớ
theo yêu cầu về cho khối xử lý trung tâm và nhận tín hiệu âm thanh từ khối
xử lý trung tâm để phát thông báo hướng dẫn lấy thuốc.
Khối xử lý trung tâm: nhận giá trị thời gian từ khối thời gian thực, nhận
thông số cài đặt từ khối cài đặt và hiển thị, nhận thông tin về tương tác của
bệnh nhân từ khối công tắc và cảm biến, xử lý dữ liệu và gửi tín hiệu điều

khiển về cho khối modul sim, khối phát âm thanh, khối hiển thị và cài đặt
theo yêu cầu đã đặt ra cho hệ thống.
3.2.2 Tính toán và thiết kế mạch
a.

Thiết kế khối xử lý trung tâm

Nhiệm vụ khối xử lý trung tâm:
-

Đọc giá trị thời gian từ khối thời gian thực theo chuẩn giao tiếp I2C

-

Nhận và gửi dữ liệu với khối cài đặt và hiển thị theo chuẩn giao tiếp UART

-

Nhận biết sự tương tác của bệnh nhân từ khối công tắc và cảm biến bằng

cách đọc tín hiệu logic các chân được nối vào khối xử lý trung tâm.
-

Đọc dữ liệu file âm thanh từ khối phát âm thanh theo chuẩn SPI và xuất tín

hiệu âm thanh ra khối phát âm thanh dạng xung PWM.
- Điều khiển khối module sim thực hiện gọi điện hay nhắn tin thông qua giao
tiếp
UART
Lựa chọn linh kiện cho khối xử lý trung tâm

Hiện nay trên thị trường có rất nhiều dịng vi điều khiển khác nhau như PIC,
AVR, ARM, Arduino… Tất cả đều có thể đáp ứng được yêu cầu đặt ra nhưng nhóm
chọn Arduino Mega 2560 vì nó có những ưu điểm sau:
Giá thành rẻ, dễ sử dụng, là module hoàn chỉnh sử dụng vi điều
khiển Có nhiều chân digital
BỘ MƠN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH


CHƯƠNG 3. TÍNH TỐN VÀ THIẾT KẾ
Có nhiều cổng giao tiếp uart
Là dịng vi điều khiển mã nguồn mở, có nhiều thư viện hỗ trợ
Có các module chức năng khác nhau, trình biên dịch đơn giản, dễ sử dụng

Hình 3.2 Sơ đồ chân của Arduimo Mega 2560
Thông số kỹ thuật của Arduino Mega 2560:
Vi điều khiển chính: ATmega2560
Điện áp hoạt động: 5VDC
Điện áp vào: 7-12VDC
Điện áp vào giới hạn: 6-20 VDC
Số chân Digital: 54 (15 chân PWM)
Số chân vào Analog: 16
BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH