THIẾT KẾ VÀ THI CÔNG HỆ THỐNG ĐO NHỊP TIM, SPO2 VÀ QUẢN LÝ DỮ LIỆU ỨNG DỤNG IOTS
Bạn đang xem bản rút gọn của tài liệu. Xem và tải ngay bản đầy đủ của tài liệu tại đây (1.83 MB, 50 trang )
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH
KHOA ĐIỆN-ĐIỆN TỬ
BỘ MƠN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP Y SINH
BÁO CÁO CUỐI KỲ
MÔN HỌC: TT HỆ THỐNG THÔNG TIN Y TẾ
ĐỀ TÀI: THIẾT KẾ VÀ THI CÔNG HỆ
THỐNG ĐO NHỊP TIM, SPO2 VÀ
QUẢN LÝ DỮ LIỆU ỨNG DỤNG IOTS.
GVHD: TS. Dương Thanh Tài
Sinh viên thực hiện
MSSV
Nguyễn Thái An
17129001
Nguyễn Văn Thi
17129043
Ngô Quang Trạng
17129056
Nguyễn Ngọc Phương Uyên 17129060
TP.Hồ Chí Minh, tháng 12, năm 2020
BẢNG PHÂN CÔNG
STT
1
2
HỌ VÀ TÊN
Nguyễn Thái An
Nguyễn Văn Thi
MSSV
CÔNG VIỆC THỰC HIỆN
17129001 -
Thiết kế Web
-
Gửi dữ liệu lên Web Server
17129043 -
3
Ngô Quang Trạng
17129056 -
4
Vẽ lưu đồ
Nguyễn Ngọc Phương Uyên 17129060 -
Thiết kế sơ đồ khối
Viết phần mềm
Thiết kế phần cứng
Vẽ sơ đồ kết nối mạch
Tìm hiểu nguyên lý hoạt động của
cảm biến
-
Tổng hợp và hoàn thành báo cáo
1
LỜI CAM ĐOAN
Chúng em có thể tuyên bố rằng những sản phẩm và báo cáo này được làm từ kiến thức
tổng quát và chuyên ngành của chúng em. Bên cạnh đó, chúng em tìm rất nhiều nguồn tài
liệu để hồn thành nhiệm vụ của chúng em. Các kết quả nghiên cứu và kết luận trong báo
cáo là trung thực, không sao chép từ bất kỳ một nguồn nào.
2
LỜI CẢM ƠN
Để hoàn thành dự án này, chúng em muốn nói lời cảm ơn đến các giảng viên của chúng
em tại Đại học Sư phạm Kỹ thuật Hồ Chí Minh vì đã giúp chúng tơi có được kiến thức cơ
bản và các giảng viên Khoa Điện tử và Kỹ thuật Điện để có kiến thức chun mơn. Từ
đó, chúng em có một kiến thức ổn định và có điều kiện tốt nhất để nghiên cứu.
Và đặc biệt cảm ơn TS. Dương Thanh Tài đã giúp đỡ chúng em, cho chúng em hướng
đi tốt nhất để thực hiện dự án này cũng như đề xuất giải pháp giải quyết vấn đề mà chúng
em gặp phải. Trong lịch trình dự án, chúng em ln có được kiến thức và lời khun từ
thầy với sự tập trung cao độ. Điều này cũng rất quan trọng trong quá trình học tập và làm
việc của chúng em.
Mặc dù với những nỗ lực, thời gian và kiến thức mà nhóm dùng để thực hiện đề tài,
nhưng cũng khơng thể tránh khỏi những sai sót. Do vậy, chúng em mong nhận được ý
kiến từ thầy hướng dẫn.
Xin chân thành cảm ơn!
TP Hồ Chí Minh, ngày 10 tháng 12 năm 2020
3
MỤC LỤC
BẢNG PHÂN CÔNG .................................................................................................................................. 1
LỜI CAM ĐOAN ........................................................................................................................................ 2
LỜI CẢM ƠN.............................................................................................................................................. 3
MỤC LỤC.................................................................................................................................................... 4
DANH SÁCH HÌNH ẢNH ......................................................................................................................... 6
DANH SÁCH BẢNG .................................................................................................................................. 8
TÓM TẮT .................................................................................................................................................... 9
CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN .................................................................................................................... 10
1.1
Lý do chọn đề tài ....................................................................................................................... 10
1.2
Mục tiêu ..................................................................................................................................... 11
1.3
Nội dung nghiên cứu ................................................................................................................. 11
1.4
Giới hạn...................................................................................................................................... 12
1.5
Bố cục đề tài............................................................................................................................... 12
CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT ........................................................................................................ 13
2.1.1
Khái niệm về nhịp tim và oxy trong máu (SpO2) ................................................................ 13
2.1.2
Cảm biến nhịp tim và oxy trong máu .................................................................................. 13
2.2
2.1.2.1
Cảm biến MAX30102 ...................................................................................................... 13
2.1.2.2
Cấu trúc bên trong cảm biến........................................................................................... 15
2.1.2.3
Nguyên lý hoạt động của cảm biến ................................................................................. 15
Module thu phát Wifi ESP8266 ............................................................................................... 17
2.2.1 Giới thiệu chung......................................................................................................................... 17
2.2.2 Cấu trúc Module thu phát Wifi ESP8266................................................................................... 17
2.3
Nguồn ......................................................................................................................................... 21
2.3.1 Pin Lithium-ion [14]................................................................................................................... 21
2.3.2 Module tăng áp DC – DC SX1308 [15] ..................................................................................... 22
2.3.2.1 Giới thiệu chung.................................................................................................................. 22
2.3.2.2 Cấu trúc Module tăng áp DC – DC SX1308 ....................................................................... 22
2.4 Mạch sạc pin TP4506 [16] .............................................................................................................. 23
2.4.1 Giới thiệu chung......................................................................................................................... 23
2.4.2 Cấu trúc mạch sạc pin TP4506 .................................................................................................. 24
2.5 Màn hình OLED 0.96 inch I2C [17] .............................................................................................. 26
4
2.6 Web Server .......................................................................................................................................... 28
CHƯƠNG 3: TÍNH TỐN VÀ THIẾT KẾ HỆ THỐNG .................................................................... 29
3.1
Giới thiệu hệ thống.................................................................................................................... 29
3.2
Thiết kế và tính tốn hệ thống ................................................................................................. 29
3.2.2 Phân tích phần cứng .................................................................................................................. 30
3.2.2.1 Khối nguồn.......................................................................................................................... 30
3.2.2.2 Khối vi điều khiển ............................................................................................................... 31
3.2.2.3 Khối cảm biến siêu âm ........................................................................................................ 32
3.2.2.4 Khối hiển thị ....................................................................................................................... 33
CHƯƠNG 4: THI CÔNG HỆ THỐNG .................................................................................................. 33
4.1
Giới thiệu ................................................................................................................................... 33
4.2
Thực thi hệ thống ...................................................................................................................... 33
4.2.1 Sơ đồ kết nối mạch ..................................................................................................................... 33
4.2.2 Lựa chọn linh kiện...................................................................................................................... 34
4.2.3 Thi cơng ..................................................................................................................................... 34
4.2.4 Lập trình..................................................................................................................................... 36
4.2.5 Lưu đồ ........................................................................................................................................ 36
KẾT LUẬN ................................................................................................................................................ 40
TÀI LIỆU THAM KHẢO ........................................................................................................................ 41
PHỤ LỤC................................................................................................................................................... 42
5
DANH SÁCH HÌNH ẢNH
Hình 1. Cảm biến nhịp tim và oxy trong máu MAX30102. ....................................... 13
Hình 2. Cấu trúc bên trong của cảm biến nhịp tim và oxy trong máu MAX30102 ... 15
Hình 3. Hình ảnh mơ tả cấu trúc thu phát phản xạ bằng LED và cách đặt tay để thu
nhận tín hiệu .............................................................................................................. 16
Hình 4. Mặt trước của Module thu phát Wifi ESP8266 ............................................. 17
Hình 5. Sơ đồ kết nối bên trong của Module thu phát Wifi ESP8266 ....................... 19
Hình 6. Sơ đồ chân Module thu phát Wifi ESP8266 ................................................. 19
Hình 7. Hình minh họa các loại Pin ........................................................................... 21
Hình 8. Hình ảnh của DC-DC SX1308 và các chân ngõ ra. ...................................... 22
Hình 9. Mạch nguyên lý của Module tăng áp DC – DC SX1308 .............................. 23
Hình 10. Mạch sạc pin TP4506 .................................................................................. 24
Hình 11. Mạch nguyên lý của mạch TP4056. ............................................................ 25
Hình 12. Mặt trước của OLED 0.96inch I2C. ............................................................ 27
Hình 13. Sơ đồ khối của hệ thống đo nhịp tim, SpO2 và quản lý dữ liệu IOT .......... 29
Hình 14. Pin lithium được kết nối vào mạch sạc pin TP4506 .................................... 30
Hình 15. Pin lithium được kết nối vào mạch sạc pin TP4506 .................................... 30
Hình 16. Kết nối khối vi điều khiển và khối cảm biến nhịp tim và oxy trong máu ... 31
Hình 17. Khối cảm biến trong mạch .......................................................................... 32
Hình 18. Kết nối khối vi điều khiển và khối hiển thị ................................................. 32
Hình 19. Sơ đồ kết nối mạch ...................................................................................... 33
Hình 20. Kết nối linh kiện (khối nguồn): ESP8266, SX1308, TP4506 ..................... 34
Hình 21. Kết nối linh kiện (khối cảm biến và hiển thị kết nối vi điều khiển) ............ 35
Hình 22. Lưu đồ giải thuật.......................................................................................... 32
Hình 23. Hình ảnh bên trong của hộp......................................................................... 37
6
Hình 24. Hình ảnh bên ngồi của hộp và kẹp đặt tay ................................................. 37
Hình 25. Giao diện trang Web sau khi thiết kế .......................................................... 38
Hình 26. Truy cập giao diện Web Server thơng qua máy tính ................................... 38
Hình 27. Truy cập giao diện Web Server thông qua điện thoại ................................. 39
7
DANH SÁCH BẢNG
Bảng 1. Chức năng chân cảm biến nhịp tim và oxy trong máu MAX30102 ............. 14
Bảng 2. Thông số kỹ thuật cảm biến nhịp tim và oxy trong máu MAX30102 .......... 15
Bảng 3. Thông số kỹ thuật của Module thu phát Wifi ESP8266 ............................... 18
Bảng 4. Chức năng chân Module thu phát Wifi ESP8266 ......................................... 20
Bảng 5. Thông số kỹ thuật của Module tăng áp DC – DC SX1308 ........................... 23
Bảng 6. Thông số kỹ thuật của Mạch sạc pin TP4506 ............................................... 24
Bảng 7. Thông số kỹ thuật của OLED 0.96inch I2C ................................................. 27
Bảng 8. Chức năng chân OLED 0.96inch I2C ........................................................... 27
Bảng 9: Bảng thống kê linh kiện ................................................................................ 33
8
TĨM TẮT
Để có thể đáp ứng nhu cầu giám sát và theo dõi sức khỏe của người dùng một cách chính
xác và tiện lợi, chúng em lên ý tưởng thiết kế một thiết bị đo nhịp tim, SpO2 và theo dõi
những thông số này qua web.
Mục tiêu của dự án là thiết kế một thiết bị có tính cơ động, độ chính xác cao và sử dụng
các kiến thức lý thuyết đã học về cảm biến y sinh và hệ thống thông tin y tế vào thực tiễn.
9
CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN
1.1 Lý do chọn đề tài
Ngày nay, áp dụng khoa học công nghệ và kỹ thuật hiện đại vào y tế để nâng cao chất
lượng cuộc sống của người dân và đẩy mạnh quá trình tiếp cận với xu hướng chung
của thế giới về bảo vệ sức khỏe đang được chú trọng và phát triển [1].
Việc sử dụng cơng nghệ trong chăm sóc sức khỏe ngày càng trở nên quan trọng do xu
hướng mắc các bệnh mãn tính như đau tim và huyết áp cao [2]. Vì vậy, cần có sự
giám sát và đo đạc các chỉ số nhịp tim và nồng độ oxy trong máu một cách liên tục để
có thể chẩn đốn và can thiệp kịp thời khi phát hiện bất thường. Điều đó là khơng dễ
dàng để tự chẩn đốn nồng độ oxy trong máu thấp, cịn được gọi là giảm oxy máu. Có
nhiều lý do bao gồm tình trạng sức khỏe hoặc các yếu tố mơi trường, cũng có thể gây
ra tình trạng giảm oxy máu. Bằng cách đo sự thay đổi cường độ của ánh sáng truyền
qua mô do máu động mạch, nhịp tim được đo. Hơn nữa, máu được khử oxy có đặc
điểm hấp thụ ánh sáng khác với máu được khử oxy dưới bước sóng đỏ và hồng ngoại.
So sánh sự hấp thụ tạo ra ước tính về độ bão hịa oxy của máu. Nói một cách đơn
giản, nồng độ oxy trong máu (hoặc mức SpO2) là lượng oxy trong máu và chỉ số sức
khỏe này thường được gọi là dấu hiệu quan trọng thứ năm [3].
Nếu có một thiết bị có thể đo nhịp tim và độ bão hịa oxy của người sử dụng từ ngón
tay, sau đó xử lý tín hiệu, hiển thị và gửi dữ liệu lên cơ sở dữ liệu đám mây sẽ giúp
người sử dụng và người giám sát có thể theo dõi và phân tích các chỉ số quan trọng
này một cách dễ dàng hơn [4]. Là sinh viên ngành Kỹ thuật Y sinh, khoa Điện – Điện
tử sau khi hồn thành xong mơn Hệ thống thông tin y tế và môn Thực Tập Hệ thống
thông tin y tế, chúng em nên nghiên cứu lập trình và thực hiện hệ thống ứng dụng các
kiến thức đã học vào đề tài này. Đề tài nhóm em chọn là “THIẾT KẾ VÀ THI CÔNG
HỆ THỐNG ĐO NHỊP TIM, SPO2 VÀ QUẢN LÝ DỮ LIỆU ỨNG DỤNG IOTS”.
Để thực hiện đề tài này, nhóm chúng em tìm kiếm các phương pháp thực hiện và
nghiên cứu khảo sát cảm biến đo nhịp tim và nồng độ oxy trong máu (SpO2), vi điều
10
khiển Node MCU (ESP8266) và gửi dữ liệu lên Web server để người giám sát có thể
truy cập, theo dõi các chỉ số trên bất cứ lúc nào.
1.2 Mục tiêu
Thiết kế và thi công hệ thống đo SpO2, nhịp tim và quản lý dữ liệu trên Web server
sử dụng ESP8266 giao tiếp với cảm biến nhịp tim và oxy trong máu MAX30102 và
lưu trữ các thông số thu nhận được từ cảm biến trên Web server. Chương trình được
viết trên hệ điều hành tương thích với các hệ thống Windows, Mac và Linux.
1.3 Nội dung nghiên cứu
Trong đề tài “THIẾT KẾ VÀ THI CÔNG HỆ THỐNG ĐO NHỊP TIM, SPO2 VÀ
QUẢN LÝ DỮ LIỆU ỨNG DỤNG IOTS”, chúng em tiến hành thực hiện và nghiên
cứu như sau:
Nội dung 1: Tìm hiểu tổng quan về cảm biến.
Nội dung 2: Hiểu được các lệnh cơ bản của C/C++ trong lập trình ESP8266.
Nội dung 3: Hiểu được cách kết nối hệ thống thu nhận, xử lý tín hiệu.
Nội dung 4: Thiết kế sơ đồ khối của đề tài và giải thích được nguyên lý hoạt động,
chức năng của các khối.
Nội dung 5: Thiết kế sơ đồ mạch và mô phỏng mạch.
Nội dung 6: Viết chương trình.
Nội dung 7: Lựa chọn linh kiện phù hợp.
Nội dung 8: Chạy thử nghiệm, thi cơng và hồn thiện sản phẩm.
Nội dung 9: Thực hiện viết báo cáo đề tài.
Nội dung 10: Tiến hành báo cáo đề tài.
11
1.4 Giới hạn
- Thiết kế của thiết bị có kích thước: 60 x 60 mm.
-
Sử dụng module cảm biến nhịp tim và oxy trong máu MAX30102 giao tiếp với
ESP8266.
-
Sử dụng Web server để nhận và lưu dữ liệu từ các vi điều khiển.
-
Người thân có thể theo dõi các chỉ số: nhịp tim, SpO2.
1.5 Bố cục đề tài
Trong báo cáo, chúng em cố gắng trình bày một cách hợp lý phương pháp cũng như
cách thức hoạt động. Bố cục của báo cáo được chia thành 5 phần.
Phần 1: Tổng quan về chủ đề, mục tiêu, phạm vi và bố cục của chủ đề
Phần 2: Cơ sở lý thuyết. Về kiến thức về các thành phần như vi điều khiển, cảm biến
... và phần mềm lập trình liên quan
Phần 3: Tính tốn và thiết kế hệ thống.
Phần 4: Thi cơng hệ thống.
Phần 5: Kết luận và phát triển đề tài.
12
CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT
2.1 Cảm biến nhịp tim và oxy trong máu MAX30102
2.1.1 Khái niệm về nhịp tim và oxy trong máu (SpO2)
-
Nhịp tim, hay nhịp đập, là số lần tim đập mỗi phút. Nhịp tim bình thường
khác nhau ở mỗi người. Nhịp tim bình thường là từ 60 đến 100 bpm (beat
per minute) khi đang nghỉ ngơi. Tuy nhiên, nó sẽ khác nhau tùy thuộc vào
thời điểm đo và những gì đang làm ngay trước khi đo [5].
-
SpO2, còn được gọi là độ bão hòa oxy, là thước đo lượng hemoglobin
mang oxy trong máu so với lượng hemoglobin khơng mang oxy. Cơ thể cần
có một mức oxy nhất định trong máu nếu khơng nó sẽ hoạt động không
hiệu quả. Tỷ lệ phần trăm này phải từ 94 phần trăm đến 100 phần trăm, cho
biết mức độ lành mạnh của hemoglobin mang oxy qua máu [6].
2.1.2 Cảm biến nhịp tim và oxy trong máu
2.1.2.1 Cảm biến MAX30102
Hình 1. Cảm biến nhịp tim và oxy trong máu MAX30102.
MAX30102 là một mô-đun đo oxy xung nhịp và theo dõi nhịp tim tích hợp.
Nó bao gồm đèn LED bên trong, bộ tách sóng quang, phần tử quang học và
thiết bị điện tử có nhiễu thấp với khả năng loại bỏ ánh sáng xung quanh.
13
MAX30102 cung cấp một giải pháp hệ thống hoàn chỉnh để dễ dàng trong
quá trình thiết kế cho các thiết bị di động và thiết bị đeo được [7].
Module cảm biến nhịp tim và oxy trong máu MAX30102 có 8 chân, được
bao gồm trong Bảng 1 dưới đây:
Bảng 1. Chức năng chân cảm biến nhịp tim và oxy trong máu MAX30102
STT
CHỨC NĂNG
TÊN
1
RD
Khơng có kết nối.
2
SCL
Đầu vào xung clock I2C
3
SDA
Dữ liệu I2C
4
IRD
Khơng có kết nối
5
VIN
Điện áp đầu vào
6,7
GND
Nối đất
8
INT
Ngắt hoạt động ở mức thấp. Kết nối với
điện áp bên ngoài bằng một điện trở kéo
lên.
Bảng 2. Thông số kỹ thuật cảm biến nhịp tim và oxy trong máu MAX30102
TÊN THÔNG SỐ
GIÁ TRỊ
ĐƠN VỊ
Tên cảm biến
MAX30102
Mức điện áp hoạt động
1.8
Vdc
Mức dòng điện hoạt động
600
µA
Kích thước
5.6x3.3x1.55
mm
14
2.1.2.2 Cấu trúc bên trong cảm biến
Cấu trúc bên trong của cảm biến MAX30102 hiển thị trong Hình 2.
Hình 2. Cấu trúc bên trong của cảm biến nhịp tim và oxy trong máu
MAX30102 [7].
-
Hệ thống con SpO2: có chức năng khử ánh sáng xung quanh (ALC),
ADC sigma-delta thời gian liên tục và bộ lọc thời gian rời rạc độc
quyền. Tốc độ lấy mẫu ADC là 10,24MHz. Tốc độ dữ liệu đầu ra ADC
có thể được lập trình từ 50sps (mẫu mỗi giây) đến 3200sps [7].
-
Trình điều khiển LED: tích hợp trình điều khiển LED đỏ và hồng ngoại
để điều chỉnh xung LED cho các phép đo SpO2 và nhịp tim. Dịng điện
LED có thể được lập trình từ 0 đến 50mA với điện áp cung cấp thích
hợp [7].
2.1.2.3 Nguyên lý hoạt động của cảm biến
-
Trong phương pháp phản xạ, đèn LED và photodiode thu nhận được đặt
ở cùng một phía, tức là cạnh nhau, được mơ tả trong Hình 3. Trong
phương pháp phản xạ sẽ có một số phản xạ ánh sáng cố định trở lại cảm
biến do ngón tay. Với mỗi nhịp tim sẽ có sự gia tăng lượng máu trong
ngón tay, điều này sẽ dẫn đến phản xạ ánh sáng trở lại cảm biến nhiều
hơn [8].
15
Hình 3. Hình ảnh mơ tả cấu trúc thu phát phản xạ bằng LED và cách đặt
tay để thu nhận tín hiệu [8].
-
Hai đèn LED phát ra ánh sáng: một ở quang phổ Đỏ (650nm) và một ở
Hồng ngoại (950nm). Cảm biến này được đặt trên ngón tay, về cơ bản ở
vị trí mà da khơng q dày để cả hai tần số ánh sáng có thể dễ dàng
xuyên qua mơ [9]. Lượng ánh sáng mà ngón tay hấp thụ phụ thuộc vào
nhiều tính chất vật lý và những đặc tính này được sử dụng bởi máy đo
oxy xung để tính tốn độ bão hịa oxy. Lượng ánh sáng bị hấp thụ phụ
thuộc vào các yếu tố sau:
1. Nồng độ của chất hấp thụ ánh sáng.
2. Chiều dài của đường truyền ánh sáng trong chất hấp thụ.
3. Oxyhemoglobin và deoxyhemoglobin hấp thụ ánh sáng đỏ và
hồng ngoại khác nhau [10].
-
Khi tim bơm máu, lượng oxy trong máu tăng lên do có nhiều máu hơn.
Khi tim thư giãn, thể tích máu được cung cấp oxy cũng giảm. Bằng cách
biết thời gian giữa sự tăng và giảm của oxy máu, nhịp tim được xác
định. Ngồi ra, máu được oxy hóa hấp thụ nhiều ánh sáng hồng ngoại
hơn và truyền nhiều ánh sáng đỏ hơn trong khi máu đã khử oxy hấp thụ
ánh sáng đỏ và truyền nhiều ánh sáng hồng ngoại hơn. Cám biến
MAX30102 đọc các mức độ hấp thụ cho cả hai nguồn sáng và lưu trữ
chúng trong một bộ đệm có thể đọc được qua I2C [11].
16
2.2 Module thu phát Wifi ESP8266
2.2.1 Giới thiệu chung
Bo mạch phát triển NodeMCU ESP8266 đi kèm với mô-đun ESP-12E chứa chip
ESP8266 có bộ vi xử lý Tensilica Xtensa 32-bit LX106 RISC. Bộ vi xử lý này hỗ
trợ RTOS và hoạt động ở tần số xung nhịp có thể điều chỉnh từ 80MHz đến 160
MHz. NodeMCU có 128 KB RAM và 4MB bộ nhớ Flash để lưu trữ dữ liệu và
chương trình. Khả năng xử lý cao của nó với Wi-Fi tích hợp [12].
2.2.2 Cấu trúc Module thu phát Wifi ESP8266
-
Phần mềm: Node MCU có thể được lập trình với Arduino IDE.
-
Phần cứng: Thực hiện giao tiếp với các loại cảm biến, có các cổng giao tiếp
UART, SPI và I2C.
-
Hình 4 cho thấy hình dạng chung, thứ tự các chân ngõ ra và các cổng giao tiếp
của ESP8266.
Hình 4. Mặt trước của Module thu phát Wifi ESP8266.
Bảng 3. Thông số kỹ thuật của Module thu phát Wifi ESP8266
GIÁ TRỊ
ĐƠN VỊ
Bộ nhớ Flash
4
MB
Điện áp hoạt động
3.3
V
Điện áp vào
5
V
TÊN THÔNG SỐ
17
-
Dịng điện hoạt động
2.5
A
Wifi
2.4
GHz
Kích thước
25x50
mm
Từ Hình 5, các chức năng từng khối được giải thích như sau [13]:
• CPU: ESP8266 tích hợp bộ vi xử lý Tensilica L106 32-bit RISC, đạt
được mức tiêu thụ điện năng bên ngoài và đạt tốc độ xung nhịp tối
đa là 160 MHz. Hệ điều hành thời gian thực (RTOS) và ngăn xếp
Wi-Fi cho phép 80% cơng suất xử lý có sẵn để lập trình.
• Bộ nhớ: ESP8266 tích hợp bộ điều khiển bộ nhớ và các đơn vị bộ
nhớ bao gồm SRAM và ROM. Tất cả các đơn vị bộ nhớ có thể được
truy cập khi có yêu cầu, trong khi bộ phân xử bộ nhớ sẽ quyết định
trình tự chạy theo thời gian bộ xử lý nhận được các yêu cầu này.
• Flash: Sử dụng flash SPI bên ngoài để lưu trữ các chương trình của
người dùng và hỗ trợ dung lượng bộ nhớ lên đến 16 MB về mặt lý
thuyết.
Hình 5. Sơ đồ kết nối bên trong của Module thu phát Wifi ESP8266.
-
Sơ đồ chân của Module thu phát Wifi ESP8266 được mơ tả ở Hình 6:
18
Hình 6. Sơ đồ chân Module thu phát Wifi ESP8266 [12].
-
Chức năng khác nhau ở mỗi chân ngõ ra được liệt kê chi tiết ở Bảng 4:
Bảng 4. Chức năng chân Module thu phát Wifi ESP8266 [13]
Số chân
Chức năng
Tên
1
VDDA
Nguồn tương tự 3.0~3.6V
2
LNA
Giao tiếp anten RF
3
VDD3P3
Công suất Khuếch đại 3.0 ~ 3.6V
4
VDD3P3
Cơng suất Khuếch đại 3.0 ~ 3.6V
5
VDD_RTC
NC
6
TOUT
Chân ADC
7
CHIP_EN
Chân kích hoạt chip.
Cao: Bật, chip hoạt động bình thường.
Thấp: Tắt.
8
XPD_DCDC
GPIO16
19
9
MTMS
GPIO14, HSPI_CLK
10
MTDI
GPIO12, HSPI_MISO
11
VDDPST
Chân số/chân cấp nguồn IO (1.8V~3.3V)
12
MTCK
GPIO13, HSPI_MOSI, UART_CTS
13
MTDO
GPIO15, HPSI_CS, UART0_RTS
14
GPIO2
GPIO2, UART Tx
15
GPIO0
GPIO0, SPI_CS2, đèn Wifi
16
GPIO4
GPIO4
17
VDDPST
Chân số/chân cấp nguồn IO (1.8V~3.3V)
18
SDIO_DATA2 GPIO9, Kết nối với SD_D2, SPIHD,
HSPIHD
19
SDIO_DATA3 GPIO10, Kết nối với SD_D3, SPIWP,
HSPIWP
20
SDIO_CMD
GPIO11,
Kết
nối
với
SD_CMD,
SPI_CS0
21
SDIO_CLK
GPIO6, Kết nối với SD_CLK
22
SDIO_DATA0 GPIO7, Kết nối với SD_D0, SPI_MSIO
23
SDIO_DATA1 GPIO8, Kết nối với SD_D1, SPI_MOSI
24
GPIO5
GPIO5
25
U0RXD
GPIO3, UART Rx
26
U0TXD
GPIO1, UART Tx, SPI_CS1
27
XTAL_OUT
Kết nối với ngõ ra thạch anh dao động.
28
XTAL_IN
Kết nối với ngõ vào thạch anh dao động.
29
VDDD
Nguồn tương tự 3.0V~3.6V
30
VDDD
Nguồn tương tự 3.0V~3.6V
31
RES12K
Kết nối nối tiếp với điện trở 12 kΩ và kết
nối với đất
32
EXT_RSTB
Tín hiệu đặt lại bên ngoài
20
2.3 Nguồn
2.3.1 Pin Lithium-ion [14]
Pin là một linh kiện chứa bao gồm một hoặc nhiều lớp, trong đó năng lượng hóa
học được chuyển đổi thành điện năng và được sử dụng làm nguồn năng lượng.
Có hai loại pin: pin sơ cấp (pin dùng 1 lần), được thiết kế để sử dụng 1 lần sau đó
vứt đi, và pin thứ cấp (pin nạp được), được thiết kế để nạp được nhiều lần.
Hình 7. Hình minh họa các loại Pin
-
Pin Lithium-ion (hay pin Li-ion) 3.7V – 100mA: Là loại pin có thể sạc đi
sạc lại nhiều lần, Li-Ion phổ biến nhờ các ưu điểm như mật độ năng lượng
lớn (dung lượng lớn trên kích thước pin nhỏ), ít bị tự xả (giữ năng lượng
lâu).
-
Li-Ion hoạt động trên nguyên tắc trao đổi ion Li giữa 2 điện cực để sạc, xả
điện và sử dụng một dung dịch điện ly làm môi trường. Pin Li-Ion sẽ hoạt
động tốt nhất được sạc ở khoảng nhiệt độ 5 - 45 độ C.
-
Dung lượng pin: 100 mAH (tối đa); Đánh giá hiện tại: 1.8A, điện áp đầu ra
(không tải): 3,7 V ± 0,1 V.
21
2.3.2 Module tăng áp DC – DC SX1308 [15]
2.3.2.1 Giới thiệu chung
Module tăng áp DC – DC SX1308 mang chip SX1308, kích thước nhỏ và
hiệu quả cao. Cơng suất đầu ra có thể điều chỉnh, tối đa có thể đến 28V và
bên trong tích hợp điện trở RDS thấp nhất 100mΩ bán dẫn hiệu ứng trường
ơxít kim loại (mosfet), có thể nhận đầu ra dòng điện lớn lên đến 2A. Sản
phẩm được sử dụng rộng rãi trong các sản phẩm mạng 3G, sản phẩm kỹ
thuật số, nguồn năng lượng di động, nguồn năng lượng cho pin, thiết bị…
2.3.2.2 Cấu trúc Module tăng áp DC – DC SX1308
-
Module tăng áp DC – DC SX1308 có ngõ vào ra như Hình 8.
Hình 8. Hình ảnh của DC-DC SX1308 và các chân ngõ ra.
Bảng 5. Thông số kỹ thuật của Module tăng áp DC – DC SX1308
TÊN THÔNG SỐ
ĐƠN VỊ
GIÁ TRỊ
Tần số dao động
1.2
MHz
Hiệu suất
95
%
Điện áp đầu vào DC
2 – 24
V
Điện áp đầu ra DC
2 – 28
V
Dịng điện đầu ra tối đa
2
A
Kích thước
23x16.3
mm
22
-
Mạch nguyên lý của Module tăng áp DC – DC SX1308 được mơ tả qua
hình 2 dưới đây:
Hình 9. Mạch nguyên lý của Module tăng áp DC – DC SX1308
Chức năng từng chân của IC SX1308:
-
VIN: Điện áp đầu vào
-
GND: Nối đất
-
EN: Đầu vào điều khiển bật / tắt bộ điều chỉnh. Đầu vào EN ở mức cao
cho phép bật bộ chuyển đổi và đầu vào EN ở mức thấp sẽ tắt nó. Khi
khơng được sử dụng, hãy kết nối EN với nguồn cung cấp đầu vào để tự
động khởi động.
-
SW: Công tắc nguồn đầu ra. Kết nối cuộn cảm công suất và bộ chỉnh
lưu đầu ra với SW. SW có thể xoay giữa GND và 28V.
-
FB: Điện áp FB là 0,6V. Kết nối với bộ chia điện áp
Trong mạch cịn có Diode SS34 giúp bảo vệ mạch nhờ trạng thái phân cực.
2.4 Mạch sạc pin TP4506 [16]
2.4.1 Giới thiệu chung
Mạch sạc pin TP4506 sử dụng IC TP4056 có chức năng ngắt tải bảo vệ pin khi
điện áp xuống quá thấp để tránh làm hư hỏng pin (chai pin), mạch được sử dụng
để sạc cho các loại pin Lithium có điện áp 3.7~4.2VDC (Pin Lipo, Pin 18650,…),
mạch có kích thước nhỏ gọn với cổng USB kết nối tiện dụng, đèn báo đang sạc và
23
sạc đầy hiển thị trạng thái pin, thích hợp cho các ứng dụng sử dụng pin sạc:
Robot, mạch cảm biến không dây.
2.4.2 Cấu trúc mạch sạc pin TP4506
-
Mạch sạc pin TP4506 được mơ tả như hình ở bên dưới:
Hình 10. Mạch sạc pin TP4506
Bảng 6. Thông số kỹ thuật của Mạch sạc pin TP4506
TÊN THÔNG SỐ
ĐƠN VỊ
GIÁ TRỊ
Cổng đầu vào
Micro USB hoặc IN+ IN-
Điện áp đầu vào
4.5 ~ 5.5
V
Dịng sạc
1
A
Kích thước
25x19x10
mm
24
