đồ án cơ điện tử làm cân thông minh

LỜI NÓI ĐẦU
Ngày nay, cùng với sự phát triển của quá trình công nghiệp hóa hiện đại hóa.
Ngành Y học nói chung và sức khỏe con người nói riêng là vấn đề được quan tâm hàng
đầu. Nhiều phát minh máy móc hiện đại từ vi mô đến vĩ mô ra đời như máy siêu âm
2D, 3D, máy X quang… để phục vụ điều trị bệnh tật cho con người. Những ứng dụng
này vô cùng quan trọng trong Y học hiện đại. Tuy nhiên trước khi đi sâu vào bên trong
cơ thể để khám nghiệm thì chúng ta phải có thông tin cơ bản về trạng thái cơ thể như
chiều cao, cân nặng, nhịp tim… để đánh giá sơ bộ sức khỏe của con người thường
xuyên hàng tháng. Vì vậy, yêu cầu đặt ra là thiết bị phải tiện lợi, giá thành rẻ và chính
xác. Việc nghiên cứu, chế tạo cân điện tử đo các chỉ số sức khỏe con người đã mở ra
cho nhóm rất nhiều vấn đề cần được giải quyết.
Đề tài “nghiên cứu chế tạo hệ thống cân điện tử thông minh đo các chỉ số sức
khỏe của con người” là cơ hội để chúng em có thời gian để tìm hiểu, thiết kế, chế tạo
một hệ thống tích hợp này. Nó sẽ rất có ích đối với một đất nước có tới trên 83 triệu
dân cần phải được kiểm tra sức khỏe thường xuyên. Qua đó, sẽ góp phần nâng cao
được sức khỏe của người Việt.
Vì kiến thức và thời gian tìm hiểu còn nhiều hạn chế nên khó tránh khỏi những
sai xót, đồ án chưa phát huy hết được ý tưởng của cả nhóm tác giả vào trong mô hình.
Rất mong sự chỉ bảo, giúp đỡ của thầy cô trong khoa đặc biệt là sự giúp đỡ của thầy
Nguyễn Anh Tú đã trực tiếp hướng dẫn nhóm tác giả thực hiện đồ án này.

1


MỤC LỤC
LỜI NÓI ĐẦU..........................................................................................................1
MỤC LỤC.................................................................................................................2
DANH MỤC HÌNH ẢNH........................................................................................4
CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU CHUNG.....................................................................6
1.1
1.2

1.3
1.4

Giới thiệu chung..................................................................................................6
Các vấn đề đặt ra..................................................................................................7
Phương pháp nghiên cứu.....................................................................................7
Phạm vi giới hạn đề tài........................................................................................8

CHƯƠNG 2: TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG CÂN ĐIỆN TỬ ĐO CÁC CHỈ SỐ
SỨC KHỎE...............................................................................................................9
2.1 Lịch sử phát triển..................................................................................................9
2.2 Tổng quan về khối cảm biến................................................................................11
2.3 Khối điều khiển trung tâm...................................................................................17
2.4 Module AD HX711..............................................................................................20
2.5 IC khuyếch đại thuật toán LM324N....................................................................22
2.6 Khối hiển thị.........................................................................................................23
CHƯƠNG 3: MÔ HÌNH HÓA VÀ MÔ PHỎNG HỆ THỐNG..........................26
3.1 Mô hình hóa , thiết kế hệ thống cơ khí................................................................26
3.2 Mô hình hóa tổng quan cân sức khỏe thông minh...............................................28
3.3 Mô hình hóa hệ điều khiển...................................................................................29
3.4 Mô hình hóa hệ thống cảm biến...........................................................................30
2


CHƯƠNG 4: THIẾT KẾ HỆ THỐNG..................................................................31
4.1 Thiết kế hệ thống cơ khí.......................................................................................31
4.2 Thuật toán điều khiển...........................................................................................37
TÀI LIỆU THAM KHẢO.......................................................................................
PHỤ LỤC..................................................................................................................

3


DANH MỤC HÌNH ẢNH
Hình 2.1 Cân thô sơ...................................................................................................9
Hình 2.2 Sơ đồ cấu trúc chung cân thông minh .......................................................10
Hình 2.3 Sơ đồ nối chân giữa HC-SR04 và Arduino.................................................11
Hình 2.4 Cảm biến siêu âm HC-SR04.......................................................................11
Hình 2.5 Sơ đồ chân LM 335.....................................................................................13
Hình 2.6 Cảm biến Loadcell L6E..............................................................................15
Hình 2.7 Cảm biến hồng ngoại RPR 359F................................................................16
Hình 2.8 Vi điều khiển PIC18F4550..........................................................................17
Hình 2.9 Sơ đồ chân PIC18F4550.............................................................................18
Hình 2.10 Module HX711..........................................................................................21
Hình 2.11 IC LM 324.................................................................................................22
Hình 2.12 Màn hình LCD16X2..................................................................................23
Hình 3.1 Mô hình hóa hệ thống cơ khí......................................................................26
Hình 3.2 Mô hình hóa tổng quan hệ thống................................................................28
Hình 3.3 Mô hình hóa hệ thống điều khiển...............................................................29
Hình 3.4 Mô hình hóa hệ thống cảm biến.................................................................30
Hình 4.1 Mô hình cân thông minh ............................................................................31
Hình 4.2 Khung chịu lực dưới....................................................................................32
Hình 4.3 Cấu tạo khung trên......................................................................................32
4


Hình 4.4 Mặt cân........................................................................................................33
Hình 4.5 Cấu tạo trụ đỡ.............................................................................................34
Hình 4.6 Thanh đo chiều cao.....................................................................................35
Hình 4.7 Nắp hộp.......................................................................................................36

Hình 4.8 Hộp mạch điện tử........................................................................................36
Hình 4.9 Thuật toán cảm biến đo cân nặng...............................................................37
Hình 4.10 Thuật toán cảm biến đo nhiệt độ..............................................................38
Hình 4.11 Thuật toán cảm biến đo chiều cao............................................................39
Hình 4.12 Thuật toán cảm biến đo nhịp tim..............................................................40

5


CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU CHUNG
1.1 Giới thiệu chung:

Chúng ta không thể phủ nhận rằng với sự phát triển của khoa học kỹ thuật thì nhu
cầu đời sống của con người thay đổi, kéo theo đó là vấn đề sức khỏe phải cần được
đảm bảo. Khi kiểm tra sức khỏe người ta sẽ dựa theo các tiêu chí:
+Chỉ số khối cơ thể(BMI): khoảng 18,5-24,9 là chỉ số khối cơ thể(BMI) lý tưởng cho
mỗi người. BMI sử dụng công thức cân nặng(kg) chia cho bình phương chiều cao(mét)
để biết ai đó béo hay gầy.
+Chỉ số nhịp tim(BPM): Nhịp tim bình thường của người trưởng thành là khoảng 60100 nhịp trên 1 phút. Các vận động viên thể thao, nhịp tim có thể thấp hơn khoảng từ
40-60 nhịp 1 phút. Thông thường người càng khỏe mạnh thì nhịp tim càng thấp nhưng
nếu thấp dưới giới hạn bình thường có thể đã mắc hội chứng nhịp tim chậm.
+Chỉ số nhiệt độ cơ thể: Nhiệt độ trung tâm của cơ thể người bình thường nằm trong
giới hạn 36-37,5 độ nhưng hay gặp nhất là 36,5-37 độ C, ở miệng(dưới lưỡi) thấp hơn
trực tràng khoảng 0,4-0,6 độ C, ở nách thấp hơn nhiệt độ trực tràng khoảng 0,65 độ C.
Nhiệt độ ngoại vi là nhiệt độ của da và tổ chức dưới da, còn gọi là nhiệt độ phần gô cơ
thể, nhiệt độ này thay đổi theo từng vị trí trên cơ thể và theo nhiệt độ môi trường. Ở
nhiệt độ phòng(24-25 độ C), nhiệt độ da đầu, ngực, bụng là 35 độ C, vùng cánh tay và
cẳng chân là 31 độ C, vùng bàn tay bàn chân là 29 độ C.
Ngày nay các thiết bị kiểm tra tình trạng sức khỏe cá nhân như nhiệt độ, chiều cao,
cân nặng, nhịp tim ngày càng được quan tâm phát triển với nhiều chủng loại khác nhau

về mẫu mã giá cả chất lượng tích hợp nhiều chức năng, nhiều hãng công nghệ cao trên
thế giới nhưng tại Việt Nam các thiết bị được tích hợp này chưa được quan tâm nghiên
cứu và phát triển do đó chúng em đã phát triển đề tài nghiên cứu: “Nghiên cứu chế tạo
hệ thống cân điện tử thông minh đo các chỉ số sức khỏe ở người”. Nhiệm vụ của nhóm
là chế tạo một mô hình có khả năng thực hiện thu thập dữ liệu từ các cảm biến và xuất
ra màn hình LCD.

6


1.2 Các vấn đề đặt ra:

Với đề tài nghiên cứu có các vấn đề đặt ra cần phải giải quyết đó là:
+Thiết kế hệ thống cơ khí nhỏ gọn, chắc chắn, đảm bảo tính thẩm mĩ cũng như các
chức năng sử dụng.
+Lập trình vi điều khiển PIC 18F4550 để có thể thu thập dữ liệu từ các cảm biến riêng
biệt như nhiệt độ, siêu âm, hồng ngoại và Loadcell.
+Việt chuẩn hóa cảm biến với các mẫu thử không có độ chính xác cao phải chuẩn hóa
được với sai số nhỏ và độ chênh lệch giữa các lần đo không quá lớn.
+Lập trình vi điều khiển và sử lý dữ liệu: Vi điều khiển thu thập những dữ liệu của các
cảm biến, từ đó có những kết luận sơ bộ về sức khỏe của người dùng.
1.3 Phương pháp nghiên cứu:
Từ các vấn đề ở trên, phương pháp thiết kế phù hợp đó là lần lượt đi xây dựng từng
phần trong thiết kế sau đó ghép nối, thử nghiệm rồi sửa lỗi để thu được thiết kế có kết
quả tối ưu nhất với phương pháp như trên, cụ thể công việc ở đây là:
+Nghiên cứu qua việc khảo sát: phỏng vấn người dùng để có thể xác định ra việc chế
tạo một chiếc cân thông minh có là cần thiết không và nên có những chức năng chính
là gì.
+Nghiên cứu qua việc xây dựng: đưa ra các cơ sở lý thuyết, các phương án xây dựng
hệ thống cân thông minh và làm rõ được các chức năng chính đã nêu đến ở phần khảo

sát.
+Nghiên cứu thực nghiệm: kiểm định phần cơ sở lý thuyết đã đưa ra xem có đúng với
thực tế không, sử dụng các bằng chứng thực tế đó là các sản phẩm đã có ngoài thị
trường. Sau đó tổng hợp lại để có thể chọn được phương án tốt nhất cho hệ thống cân
thông minh.

7


1.4 Phạm vi và giới hạn đề tài:
Ngày nay, một hệ thống cân đo sức khỏe ở trên thị trường thì có rất nhiều và có
nhiều chức năng khác nhau. Tuy nhiên trong phạm vi là một đồ án môn học, với những
giới hạn về thời gian và tầm hiểu biết nhóm chỉ dừng lại ở việc xây dựng về mặt lý
thuyết của mô hình “Cân đo sức khỏe thông minh”, bao gồm những chức năng sau:
+Sử dụng cảm biến siêu âm HI-SR04 để đo chiều cao của người dùng.
+Sử dụng cảm biến nhiệt độ LM35 để đo được nhiệt độ cơ thể của người dùng.
+Sử dụng cảm biến hồng ngoại RPR-359F để đo được nhịp tim của người dùng.
+Sử dụng cảm biến lực Loadcell N6E để đo được khối lượng của người dùng.

8


CHƯƠNG 2: TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG CÂN ĐIỆN TỬ ĐO CÁC CHỈ SỐ
SỨC KHỎE
2.1 Lịch sử phát triển:
Ở thời kỳ trước kia, khi mà kỹ thuật công nghệ chưa phát triển, cùng với nhận
thức cân bằng giao dịch chưa đòi hỏi độ chính xác cao. Cân chỉ là những công cụ thô
sơ, đơn giản là một thanh sắt ngang có những vạch đo khối lượng và một cái móc giữ
thăng bằng ở cân. Ở giữa 2 đầu cân là một quả cân, một đầu là bàn cân dùng để đặt
hoặc treo vật cần đo khối lượng như hình 2.1

Hình 2.1 Cân thô sơ
Cách sử dụng khá đơn giản, chỉ cần đặt vật cần cân lên bàn cân sau đó kéo móc
giữ thăng bằng tới vị trí cân bằng của cân. Ở vị trí đó sẽ ứng với trọng lượng vật ghi
trên thanh sắt, khi đó ta sẽ xác định được khối lượng của cân thế kỷ thứ XVIII, khi kỹ
thuật cơ khí được phát triển, độ chính xác được tăng lên khá nhiều.
Đến thế kỷ XX, các yêu tố thiết kế trở nên phức tạp hơn rất nhiều, từ những
thanh sắt, quả cân cồng kềnh bị hạn chế nhiều về vật cân, không gian, trọng lượng…
được phát triển thành các thiết bị nhỏ, điện tử, kết hợp đèn Led… mỗi loại cân dùng
cho một mục đích khác nhau chứ không chung như trươc nữa.
Ngày nay, với kỹ thuật ngày càng phát triển, cân điện tử có mặt ở khắp nơi trên
thế giới, ứng dụng vào mọi lĩnh vực của cuộc sống. Tính ưu việt của cân điện tử thể
9


hiện qua độ chính xác, tính phân tích…ngoài ra cân điện tử thiết kế tinh tế, đa dạng
phù hợp với mọi yêu cầu. Có nhiều lĩnh vực mà cân điện tử phát huy tác dụng tối đa
hơn bao giờ hết như cân điện tử phân tích tuổi vàng, cân điện tử sức khỏe, chiều cao,
cân nặng, cân điện tử xác định tải trọng…
Khi cuộc sống con người ngày càng được cải thiện thì nhu cầu về kiểm tra sức
khỏe càng được tăng lên. Chính vì thế mà “Hệ thống cân thông minh” sẽ giải quyết và
giúp người sử dụng nắm bắt, biết được tình trạng sức khỏe của mình một cách chính
xác và thường xuyên. Khi sử dụng cân thông minh thì người dùng sẽ đo được các chỉ
số của cơ thể như: chiều cao, cân nặng, nhiệt độ, nhịp tim….
Dưới đây là sơ đồ cấu trúc chung của một hệ thống cân thông minh:

KHỐI CẢM BIẾN

KHỐI ĐIỀU KHIỂN

KHỐI HIỂN THỊ

Hình 2.2 Sơ đồ cấu trúc chung cân thông minh

10


2.2 Tổng quan về khối cảm biến:
2.2.1 Cảm biến siêu câm HI-SR04
*Cảm biến HC-SR04 có 4 chân là: Vcc, Trig, Echo, GND.
Vcc

5V

Trig

Một chân Digital output

Echo

Một chân Digital input

GND

GND

Hình 2.3 Sơ đồ nối chân giữa HC-SR04 và Arduino

Hình 2.4 Cảm biến siêu âm HC-SR04

11


* Nguyên lý hoạt động:
+ Khi bắt đầu thì các vi điều khiển sẽ phát 1 xung vào pin trigger có độ rộng là 10us.
+Sau khi có xung kích vào chân strigger thì cực phát của cảm biến sẽ phát ra 8 xung
của sóng âm thanh(v=340m/s).
+Ngay sau đó pin echo ở vi điều khiển sẽ kéo lên cao và đợi sóng âm thanh phản xạ
lại khi gặp sóng phản xạ lại thì pin echo sẽ được kéo xuống thấp. Như vậy thời gian pin
echo sẽ ở mức cao sẽ chính là thời gian sóng âm thanh đi và về trên quãng đường từ
cảm biến đến vật cản. Chúng ta sẽ dùng timer để đếm khoảng thời gian này.
*Các chế độ hoạt động:
HI-SR04 có thể thiết lập cách hoạt động thông qua các chân điều khiển Mode. Nối
hoặc không nối chân Mode xuống GND cho phép cảm biến được điều khiển thông qua
giao tiếp dùng 1 chân hay 2 chân IO.
+Chế độ 1: tách riêng chân trigger và echo module cảm biến SR04 có 2 chân trigger và
echo riêng biệt. Khi chân mode để chống(chân mode có điện trở kéo lên VCC, khi để
chống nó sẽ nhận mức điện áp VCC) SR04 sẽ sử dụng cả 2 chân chức năng trigger và
echo cho việc điều khiển hoạt động của cảm biến. Từ hình vẽ biểu đồ trên, để điều
khiển SR04 ở chế độ mode cần cấp cho chân trigger 1 xung điều khiển với độ rộng tối
thiểu 10us. Sau đó 1 khoảng thời gian, đầu phát sóng siêu âm sẽ phát ra sóng siêu âm,
vi xử lý tích hợp trên module sẽ tự phát sóng siêu âm và thu sóng siêu âm. Vi xử lý tích
hợp này sẽ đưa ra kết quả thu được ra chân echo. Độ rộng xung vuông tại chân echo tỷ
lệ với khoảng cách từ cảm biến tới vật thể.
+Chế độ 2: sử dụng 1 chân cho cả trigger và echo, ở chế độ này 1 chân của vi xử lý sẽ
điều khiển quá trình phát xung của cảm biến siêu âm về việc đọc tín hiệu trở về yêu
cầu lúc đó chân mode cần được nối đất(GND).
12

Đầu tiên xuất 1 xung với động rộng tối thiểu 10us vào chân trigger-echo(chân số 3) của
cảm biến. Sau đó vi xử lý tích hợp trên cảm biến sẽ phát ra tín hiệu điều khiển đầu phát
siêu âm. Sau 700us kể từ lúc kết thúc tín hiệu điều khiển, từ chân trigger-echo có thể
đọc ra 1 xung mà độ rộng tỷ lệ với khoảng cách từ cảm biến tới vật thể.
2.2.2 Cảm biến nhiệt độ LM335
*Cấu tạo: gồm 3 chân chính trong đó có 2 chân dùng để cấp nguồn và 1 chân out tín
hiệu Analog.

Hình 2.5 Sơ đồ chân LM 335
*Nguyên lý hoạt động:

13


Khi ta cấp điện áp 5V cho LM335 thì nhiệt độ đo được từ cảm biến sẽ chuyển
thành điện áp tương ứng tại chân số 2 (Vout). Điện áp này được tỉ lệ với giải nhiệt độ
mà nó đo được. Với độ giải của nhiệt độ đầu ra là 10mV/K. Hoạt động trong giải điện
áp từ 0 cho đến 5V và giải nhiệt độ đo được từ 0 oC đến 100oC. Và cần chú ý đến
những thông số chính sau: Hoạt động chính xác ở dòng điện đầu vào từ 0.4mA đến
5mA. Dòng điện đầu vào ngoài khoảng này kết quả đo sẽ sai. Điện áp cấp vào ổn định
là 5V. Trở kháng đầu ra thấp 1 ôm. Giải nhiệt độ môi trường là từ 0 đến 100 C. Như
vậy LM335 nó cho chúng ta tín hiệu tương tự (Analog) và chúng phải xử lý tín hiệu
này thành nhiệt độ.

2.2.3 Cảm biến khối lượng Loadcell L6E 300kg
-Cảm biến khối lượng Loadcell là loại cảm biến Analog dùng để chuyển đổi lực thành
tính hiệu điện. Hoạt động dựa trên sự thay đổi điện áp đầu ra của cảm biến.
-Nguyên lý hoạt động dựa trên nguyên lý cầu điện trở cân bằng Wheatstone. Giá trị lực
tác dụng tỉ lệ với sự thay đổi điện trở cảm ứng trong cầu điện trở, và do đó trả về tín
hiệu điện áp tỉ lệ.

-Thông số cơ bản:
+Khối lượng đo lớn nhất: 300kg.
+Cấp chính xác: OIML R60 C3.
+Điện áp biến đổi(cộng trừ 0,002)mV/V.
+Điện trở đầu vào: (381 cộng trừ 4)Ω.
+Điện trở cách điện lớn hơn hoặc bằng 5000(ở 50 VDC)mΩ.
-Sơ đồ chân của Loadcell L6E có 4 chân:
+2 chân Input(dây đỏ cộng và dây đen trừ).
+2 chân Output(dây xanh cộng và dây trắng trừ).
14


Hình 2.6 Cảm biến Loadcell L6E
-Cấu tạo chính của Loadcell gồm các điện trở strain thấp gaoges R1, R2, R3, R4 kết
nối thành 1 cầu điện trở Wheatstone và được dán vào bề mặt của thân Loadcell.
-1 điện áp kích thích được cung cấp cho ngõ vào Loadcell(2 góc (1) và (4) của cầu điện
trở Wheatstone) và điện áp tín hiệu ra được đo giữa 2 góc.
-Tại trạng thái cân bằng(trạng thái không tải), điện áp tín hiệu ra là số 0 hoặc gần bằng
0 khi 4 điện trở được gắn phù hợp về giá trị.
-Khi có tải trọng hoặc lực tác dụng lên thân Loadcell làm cho thân Loadcell bị biến
dạng (dán hoặc nén), điều đó dẫn tới sự thay đổi chiều dài và tiết diện của các sợi kim
loại có điện trở strain gaoges dán trên thân Loadcell dẫn đến 1 sự thay đổi giá trị của
các điện trở. Sự thay đổi này dẫn tới sự thay đổi trong điên áp đầu ra.
-Sự thay đổi điện áp này là rất nhỏ, do đó nó chỉ có thể được đo và chuyển thành số sau
khi đi qua bộ khuếch đại cụ thể trong hệ thống này là module HX711.

15


2.2.4 Cảm biến hồng ngoại RPR-359F

Cảm biến hồng ngoại RPR 395F là cảm biến phản xạ quang học, với bộ phát là 1
Điode GaAS phát ra ánh sáng hồng ngoại, bộ thu là 1 transitor quang học có độ nhạy
cao.
-Thông số cơ bản:
+1 thấu kính bằng nhựa được dùng có độ nhạy cao.
+Điện áp bão hòa tại các cực emitor và colector nhỏ.
+Ánh sáng mạnh.
-Sơ đồ chân của cảm biến có 4 chân: Anode, Cathode, chân colector, chân emitor.

Hình 2.7 Cảm biến hồng ngoại RPR 359F
16


17


2.3 Khối điều khiển trung tâm
2.3.1 Giới thiệu chung
PIC18F4550 là 1 vi xử lý cơ bản đa chức năng và rẻ. Nó là sản phẩm của họ vi xử lý
PIC thông dụng của công ty Microchip.

Hình 2.8 Vi điều khiển PIC18F4550

Điểm riêng biệt của PIC18F4550 là nó là một trong những PIC hỗ trợ toàn thể cho
USB, nghĩa là có USB gắn trong có sẵn các chân đầu ra để nối trực tiếp với máy tính
mà không cần mạch kéo hay bất cứ mạch gắn ngoài nào khác.
Hỗ trợ tinh thể và dao động ký nhiều tần số như đầu vào và bộ dao động cân bằng nên
bộ xử lý có thể hoạt động được với tần số 48MHz của dao động ký độc lập khi kết nối.
Khi kết thúc hoạt động thì chỉnh dao động ký được kết nối. Làm việc với tần số 48
MHz là điều kiện tiên quyết để chuyển sang chế độ toàn tốc nhờ cổng USB. Vì vậy,

driver chuyển sang chế độ toàn tốc (1.5Mbyte/s) qua USB và tương thích với chuẩn
USB 2.0. Nó cũng có 35 chân vào/ra số chung và có sẵn vỏ bọc gồm DIP-40 nên rất
thuận lợi cho nhà phát triển và những người nghiệp dư quan tâm.

18


Với bộ nhớ có 32kb Flash lưu trữ chương trình 2kb bộ nhớ SRAM (bay hơi) và 256
byte EEPROM (bộ nhớ không bay hơi) để lưu trữ dài hạn dữ liệu như cấu hình.
Các chỉ thị dài 1 byte với 1 số ngoại lệ dài 2 byte. Sử dụng cơ chế đường ống để thực
thi mã bằng việc khiến các chỉ thị liên tiếp hoạt động trong 4 xung và có 4 lần nhảy
xung được thêm vào.
Các đặc tính đáng chú ý khác là có đồng hồ ngắt (đồng hồ gắn trong và gắn ngoài) với
2 mức ưu tiên và dùng cả 2 mức như bộ so sánh tương tự kèm theo với bộ phát điện thế
chuẩn có 16 mức.
CIP cũng có 1 bộ chuyển đổi tương tự 10 bit nhưng dao động ký không đủ yêu cầu về
tốc độ cao cần thiết. Vì vậy, máy dao động có tốc độ 48 MHz giữa thời gian trễ do
truyền tải và các ngắt khác. Không thể đạt được tốc độ lớn hơn 200kHz.
2.3.2 Sơ đồ chân
Sau đây là sơ đồ chân của vi điều khiển PIC 18F4550

Hình 2.9 Sơ đồ chân PIC18F4550

19


*Chức năng của từng chân:
+AN0-AN12: 13 kênh input, analog, AN6 và AN7 còn dùng cho lập trình dữ liệu và
xung lock vào.
+AVDD: nguồn dương cho module tương tự.

+AVSS: nguồn Ground cho module tương tự.
+CLKI: lối vào của xung clock ngoài,luôn kết hợp với chân OSC1.
+CLKO: lối ra của bộ dao động tinh thể nối với tinh thể hoặc bộ cộng hưởng trong chế
độ dao động thạch anh. Luôn kết hợp với chân OSC2.
+CN0-CN7: khai báo thay đổi ở lối vào.
+COFS: cổng giao tiếp chuyển đổi dữ liệu đồng bộ khung.
+CSCK: cổng chuyển đổi dữ liệu Clock vào ra nối tiếp.
+CSDI: lối vào dữ liệu nối tiếp.
+CSDO: lối ra dữ liệu nối tiếp.
+C1RX: cổng nhận bus CAN1.
+C1TX: cổng phát bus CAN1.
+EMUD: cổng vào ra dữ liệu kênh truyền thông sơ cấp của ICD.
+EMUC: vào ra xung nhịp kênh sơ cấp.
+EMUC1: vào ra dữ liệu kênh thứ cấp.
+IC1,IC2,IC7,IC8: các cổng vào module capture.
+INT0,INT1,INT2: các ngắt ngoài.
+LVDIN: cổng vào phát hiện sụt thế.
+MCLR: Power, chân Reset, mức tích cực thấp.
+OSC1: lối vào bộ giao động tinh thể bộ đếm trigger Schmitt được sử dụng khi cấu
hình trong chế độ RC.
+OSC2: lối ra bộ dao động tinh thể.
+PGD: lối vào ra của dữ liệu ICSP.
+PGC: lối vào clock của ICSP.
+RA11: Port A.
+RB0-RB12: Port B.
20


+RC13-RC15: Port C.
+RD0-RD3, RD8, RD9: Port D.

+RF0-RF5: Port F.
+SCK1: vào ra clock đồng bộ của khối SPI1.
+SDI1: lối vào dữ liệu khối SPI1.
+SDO1: lối ra dữ liệu SPI1.
+SS1: Slaver đồng bộ.
+SCL: vào ra clock nối tiếp của I2C.
+SDA: vào ra data nối tiếp của I2C.
+SOSCO: lối ra bộ đao động tinh thế công suất thấp 32kHz.
+SOSCI: lối vào bộ dao động 32kHz.
+T1CK: lối vào xung clock ngoài của timer1.
+T2CK: lối vào xung clock ngoài của timer2.
+U1RX: cổng nhận khối UART1.
+U1ATX: cổng phát mở rộng khối UART1.
+Vdd: chân nguồn vdd.
+Vss: chân nguồn vss.
+VREF+,VREF-: lối vào vref cao và thấp thế analog chuẩn.
2.4 Module AD HX711
-HX711 là module truyền nối Analog sang Digitho 24-bit, được thiết kế để chuyển đổi
tín hiệu và ứng dụng điều khiển công nghiệp khi giao thiếp trực tiếp với 1 cảm biến
Loadcell.
-HX711 không chỉ có 1 vài chức năng cơ bản, cũng có tích hợp cao, phản ứng nhanh,
khả năng chống nhiễu và độ tin cậy cao.
-Tín hiệu của Loadcell 1 kênh gồm 4 dây: VCC, GND, INA+ và INA-. Để đọc được tín
hiệu bộ cảm biến Loadcell thì cần 1 module chuyển đổi tín hiệu Analog sang tín hiệu
số. Và trong hệ thống đo sức khỏe này sẽ sử dụng HX711.
21


-Module HX711 chuyển đổi tín hiệu Analog sang tín hiệu số truyền lên vi điều khiển
theo kiểu dữ liệu khi có xung CK.

-Thông số kỹ thuật và tính năng:
+2 lựa chọn cho kênh đầu vào.
+Điều khiển số và giao diện đơn giản: dùng các chân thiết bị, không cần lập trình.
+Có thể lựa chọn tốc độ dữ liệu đầu ra 10fps hoặc 80fps.
+Điện áp hoạt động trong khoảng 1,8-5,5V.
+Phạm vi nhiệt độ -20 đến 85 độ C.

Hình 2.10 Module HX711

22


2.5 IC khuếch đại thuật toán LM324N
2.5.1 Giới thiệu LM324N
LM324 được tạo bởi 4 bộ khuếch đại thuật toán (OP-AMP) độc lập trên 1 chip
đơn. Điểm đặc biệt của LM324 là nó được thiết kế để dễ hoạt động được với nguồn
nuôi đơn có vùng điện áp rộng. LM324 cũng có thể hoạt động với nguồn nuôi đôi.
Nguồn cấp cho cực máng thấp và độc lập với biên độ điện áp cung cấp.
Một điểm đặc biệt nữa của LM324 là ở chế độ tuyến tính thì vung điện áp đầu
vào ở mode chung sẽ bao gồm cả đất, điện áp đầu ra cũng dao động quanh điểm đất
ngay cả khi mạch được nuôi bởi nguồn đơn.

23


Hình 2.11 IC LM 3242.5.2 Các đặc điểm của LM324
-Vùng điện áp nuôi rộng: với nguồn đơn thì 5V-30V, với nguồn đôi thì từ cộng trừ 1,5
đến cộng trừ 16V.
-Vùng điện áp lối vào từ -0,3V đến 32V.
-Dòng cực máng rất nhỏ(0,7mA) và độc lập với nguồn cung cấp.

-Vùng nhiệt độ hoạt động từ 0 độ - 70 độ.
-Dòng offset lối vào: tối đa 30mA(25 độ).
-Điện áp offset lối vào: tối đa 3mV(ở 25 độ).
2.6 Khối hiển thị LCD 16X2
-Giới thiệu chung: Ngày nay, thiết bị hiển thị LCD(Liquid Crystal Display) được sử
dụng trong rất nhiều các ứng dụng của vi điều khiển. LCD có rất nhiều ưu điểm so với
các dạng hiển thị khác:
+Có khả năng hiển thị ký tự đa dạng, trực quan(chữ, số, ký tự đồ họa).
+Dễ dàng đưa vào mạch ứng dụng theo nhiều giao thức giao tiếp khác nhau.
+Tốn rất ít tài nguyên hệ thống và giá thành rẻ.

Hình 2.12 Màn hình LCD16X2

24


-Hình dáng và kích thước:
Có rất nhiều loại LCD với nhiều hình dáng và kích thước khác nhau.
Khi sản xuất LCD, nhà sản xuất đã tích hợp chip điều khiển (HD44780) bên trong lớp
vỏ và chỉ đưa ra các chân giao tiếp cần thiết.
-Chức năng các chân:
Chân
1

Ký hiệu
Vss

2

VDD

3
4

VEE
RS

5

R/W

6

E

7-14

DB0-DB7

15
16

Note

Mô tả
Chân nối đất cho LCD, khi thiết kế mạch ta nối chân này với
GND của mạch điều khiển.
Chân cấp nguồn cho LCD, khi thiết kế mạch ta nối chân này với
VCC của mạch điều khiển.
Điều chỉnh độ tương phản của LCD.

Chân chọn thanh ghi(Rerister Select). Nối chân RS với logic
0(GND) hoặc logic 1(VCC) để chọn thanh ghi.
+logic 0: BUS DB0-DB7sẽ nối thanh ghi lệnh IR của LCD (ở
chế độ ghi-write) hoặc nối với bộ đếm địa chỉ của LCD(ở chế
độ đọc-read).
+logic 1: BUS DB0-DB7 sẽ nối thanh ghi dữ liệu DR bên trong
LCD.
Chân chọn chế độ đọc/ghi (read/write) nối chân R/W với logic 0
để LCD hoạt động ở chế độ ghi, hoặc nối với logic 1 để LCD ở
chế độ đọc.
Chân cho phép(Enable). Sau khi các tín hiệu được đặt lên BUS
DB0-DB7, các lệnh chỉ được chấp nhận khi có 1 xung cho phép
của chân E.
+ở chế độ ghi: dữ liệu ở BUS sẽ được LCD chuyển vào(chấp
nhận) thanh ghi bên trong nó khi phát hiện 1 xung(high-to-low
transision) của tín hiệu chân E.
+ở chế độ đọc: dữ liệu sẽ được LCD xuất ra DB0-DB7 khi phát
hiện cạnh lên(high-to-low transision) ở chân E và LCD giữ ở
BUS đến khi nào chân E đến mức thấp
8 đường của BUS dữ liệu dùng để trao đổi thông tin với MPU.
Có 2 chế độ sử dụng 8 đường BUS này:
+chế độ 8bit: dữ liệu được truyền trên cả 8 đường, với bit MSP
là bit DB7.
+chế độ 4bit: dữ liệu được truyền trên 4 đường từ DB4 tới DB7,
bit MSP là DB7.
Nguồn dương cho đèn nền.
GND cho đèn nền.
25