Xây dựng thiết bị kiểm soát vào ra tự động dựa trên thân nhiệt cơ thể

TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ THÔNG TIN VÀ TRUYỀN THÔNG
KHOA CÔNG NGHỆ ĐIỆN TỬ VÀ TRUYỀN THÔNG

BÁO CÁO
THỰC TẬP TỐT NGHIỆP
Đề tài:

XÂY DỰNG THIẾT BỊ KIỂM SOÁT VÀO RA TỰ ĐỘNG DỰA
TRÊN THÂN NHIỆT CƠ THỂ

Giáo viên hướng dẫn : Th.S Nguyễn Thanh Tùng

Thái Nguyên, ngày 2 tháng 10 năm 2021

1


LỜI CẢM ƠN
Em xin chân thành cảm ơn:
Giảng viên hướng dẫn Th.S Nguyễn Thanh Tùng, khoa công nghệ điện tử và
truyền thông, trường Đại học công nghệ thông tin và truyền thông - Đại học Thái
Nguyên đã hướng dẫn tận tình, tạo dựng cho em vốn kiến thức cơ bản khơng chỉ giúp
em hồn thành tốt bài thực tập tốt nghiệp của mình mà cịn giúp em có một hành trang
tri thức chuẩn bị bước vào cuộc sống.
Cùng các thầy cô giáo trong khoa công nghệ điện tử và truyền thông, trường đại
học công nghệ thông tin và truyền thông – đại học thái nguyên đã tạo mọi điều kiện
giúp đỡ em trong suốt thời gian thực hiện đề tài.
Thái nguyên,ngày…. tháng 10 năm 2021
Sinh viên thực hiện

2

MỤC LỤC
BÁO CÁO...................................................................................................................................................... 1

MỤC LỤC.................................................................................................................... 3
DANH MỤC HÌNH ẢNH............................................................................................4
CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN VỀ ĐỀ TÀI...................................................................6
1.1. Tình hình nghiên cứu thuộc lĩnh vực đề tài............................................................................................... 6
1.1.1. Trên thế giới................................................................................................................................ 6
1.1.2. Trong nước.................................................................................................................................. 7
1.2. Tính cấp thiết của đề tài............................................................................................................................ 8
1.3. Phạm vi nghiên cứu.................................................................................................................................. 9
1.4. Mục tiêu của đề tài................................................................................................................................... 9
1.5. Nội dung của đề tài................................................................................................................................... 9
1.6. Tìm hiểu về thân nhiệt cơ thể người.......................................................................................................... 9

CHƯƠNG 2. PHÂN TÍCH CƠNG NGHỆ THIẾT KẾ..........................................12
2.1. Yêu cầu thiết kế...................................................................................................................................... 12
2.2. Giải pháp thiết kế................................................................................................................................... 12
2.2. Lựa chọn linh kiện.................................................................................................................................. 13
2.2.1. Arduino Uno............................................................................................................................. 13
2.2.2. Cảm biến MXL90614................................................................................................................ 17
2.2.3. LCD 16X2................................................................................................................................ 19
2.2.4. I2C............................................................................................................................................ 29
2.2.5. Module MP3 Player Mini.......................................................................................................... 30
2.2.6. Nguồn....................................................................................................................................... 32
2.2.7. Loa............................................................................................................................................ 32
2.2.8. Cảm Biến Vật Cản Hồng Ngoại E18-D80NK............................................................................33
2.2.9. Động cơ SERVO....................................................................................................................... 34

2.3.Phần mềm phụ trợ................................................................................................................................... 36
2.3.1. Cài đặt phần mềm Arduino IDE................................................................................................. 36
2.3.2.Hướng dẫn sử dụng phần mềm Arduino IDE..............................................................................39
3.1. Thiết kế phần cứng................................................................................................................................. 42
3.2. Thiết kế phần mềm................................................................................................................................. 43
- Điều khiển servo......................................................................................................................................... 46
3.3. Một số hình ảnh của sản phẩm................................................................................................................ 46

KẾT LUẬN VÀ ĐÁNH GIÁ.....................................................................................48
HƯỚNG PHÁT TRIỂN............................................................................................49
TÀI LIỆU THAM KHẢO.........................................................................................50
PHỤ LỤC................................................................................................................... 51
3


DANH MỤC HÌNH ẢNH
Hình 1.1: Hình ảnh hệ thống camera đo thân nhiệt tự động và kiểm soát vào ra. .8
Hình 2.1. Sơ đồ khối của hệ thống............................................................................12
Hình 2.2. Arduino Uno..............................................................................................13
Hình 2.3. Vi điều khiển Atmega328 tiêu chuẩn........................................................14
Hình 2.4. Cấu tạo của Arduino.................................................................................15
Hình 2.5. Các ngõ vào/ngõ ra của Arduino..............................................................16
Hình 2.6. Cảm biến MXL90614................................................................................18
Hình 2.7. Sơ đồ ngun lí Cảm biến MXL90614.....................................................18
Hình 2.8.LCD 16X2...................................................................................................19
Hình 2.9.Sơ đồ khối của HD44780 ...........................................................................21
Hình 2.10. Giản đồ xung cập nhật AC .....................................................................22
Hình 2.11.Mối liên hệ giữa địa chỉ của DDRAM và vị trí hiển thị của LCD ........23
Hình 2.12. Mối liên hệ giữa địa chỉ của ROM và dữ liệu tạo mẫu kí tự................23
Hình 2.13.Bảng mã kí tự (ROM code A00) .............................................................24

Hình 2.14.Mối liên hệ giữa địa chỉ của CGRAM, dữ liệu của CGRAM, và mã kí
tự. 25
Hình 2.15.Module I2C...............................................................................................29
Hình 2.16.Module MP3 Player Mini.........................................................................30
Hình 2.17. Sơ đồ chân Module MP3 Player Mini....................................................30
Hình 2.18.Nguồn cho Arduino..................................................................................32
Hình 2.19.Loa 5W......................................................................................................32
Hình 2.20.Cảm Biến Vật Cản Hồng Ngoại E18-D80NK.........................................33
Hình 2.21. Sơ đồ chân của E18-D80NK...................................................................34
Hình 2.22. Động cơ Động Cơ Servo SG90................................................................35
Hình 2.23. Sơ đồ chân Động cơ RC Servo................................................................36
Hình 2.24 Trang chủ arduino....................................................................................36
Hình 2.25 Download arduino....................................................................................37
Hình 2.26 Khơng nhận driver...................................................................................37
Hình 2.27 Divice Manager.........................................................................................38
Hình 2.28 Update Driver Software...........................................................................38
Hình 2.29 Browse my computer for driver software...............................................38
4


Hình 2.30 Chọn đường dẫn tới folder “driver” ......................................................39
Hình 2.31 : Khởi động Arduino IDE........................................................................39
Hình 2.32 Chọn Board Arduino và chọn Port.........................................................40
Hình 2.33 Chọn port..................................................................................................40
Hình 3.1. Sơ đồ nguyên lý hệ thống..........................................................................42
Hình 3.2 Lưu đồ thuật tốn.......................................................................................44
Hình 3.4. Mạch điện điều khiển hệ thống ...............................................................47
Hình 3.5. Nhiệt độ cơ thể máy đo được....................................................................47

5

CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN VỀ ĐỀ TÀI
1.1. Tình hình nghiên cứu thuộc lĩnh vực đề tài
Ngày nay, công nghệ phát triển như vũ bão. Các hệ thống công nghệ cảm biến,
đo lường và điều khiển đã làm thay đổi sâu sắc mọi hoạt động sản xuất của con người.
Công nghệ cảm biến đang dần thay đổi các công nghệ tương tự và cũng đang đóng vai
trị then chốt trong cuộc cách mạng công nghệ. Với sự phát triển thần kỳ của cuộc cách
mạng khoa học - công nghệ cảm biến đã dần xuất hiện trong hầu hết các lĩnh vực của
đời sống như: khoa học công nghệ, quân sự, y tế, giáo dục, giáo dục, điều khiển, robot,
quốc phòng ... nó gọn nhẹ và thuận tiện, giải quyết được khối lượng cơng việc lớn,
giảm kích thước mạch điện tử, nhiều chức năng và độ chính xác cao. Có thể nói công
nghệ cảm biến là một cuộc cách mạng trong ngành kỹ thuật điện tử.
Hiện nay dịch bệnh Covid-19 diễn ra rất phức tạp ở trên thế giới nói chung và
nước ta nói riêng. Để hạn chế sự lây lan của dịch bệnh nước ta đã có những biện pháp
rất tốt trong cơng tác phịng và chữa dịch bệnh Covid-19, với nền y học hiện đại và
cơng nghệ tiên tiến thì nước ta đã không bị ảnh hưởng nặng nề về nền kinh tế và cả
con người, không như một số nước trên thế giới hiện tại đang bị ảnh hưởng nặng bởi
Covid-19 như: Ấn Độ, Trung Quốc, Nhật Bản…để đạt được kết quả đó Việt Nam
đã có những biện pháp rất tốt trong cơng tác phịng trống dịch bệnh như: cách li tại
nhà, giãn cách xã hội, thực hiện công tác kiểm dịch tại các khu vực đông dân cư, các
khu công nghiệp, các trường học… và biện pháp tốt nhất để phát hiện kịp thời phát
hiện dịch bệnh và xử lí nhanh chóng đó là đo thân nhiệt của từng người nhằm kiểm
soát nhiệt độ của người vào ra tại các địa điểm đông người tránh để những người có
khả năng bị nhiễm bệnh đi vào các khu tập trung đơng người. Do đó em quyết định
chọn đề tài “Xây dựng thiết bị kiểm soát vào ra tự động dựa trên thân nhiệt cơ thể.”
1.1.1. Trên thế giới
- Dịch bệnh COVID-19 đã được tuyên bố là tình trạng khẩn cấp về sức khỏe
cộng đồng toàn cầu. Virus gây bệnh COVID-19 đã lây lan sang nhiều quốc gia và khu
vực trên thế giới. Các nhà khoa học ở nhiều nước vẫn đang tiến hành nghiên cứu để

hiểu rõ hơn về cơ chế gây bệnh của chủng virus này. Tuy nhiên, chúng ta biết rằng
virus gây ra COVID19 lây lan khi tiếp xúc trực tiếp với các giọt đường hô hấp của
người bị bệnh. Những giọt này thường được tiết ra khi ho hoặc hắt hơi. Một cách phổ
6


biến khác để lây lan virus là dùng tay chạm vào bề mặt bị ơ nhiễm, sau đó chạm vào
mặt, chẳng hạn như mắt, mũi và miệng. Khi dịch COVID-19 tiếp tục lây lan, điều
quan trọng nhất là phải thực hiện các biện pháp phòng ngừa để hạn chế sự lây lan của
virus và giảm thiểu tác động của bệnh.
- Toàn thế giới đang bị ảnh hưởng nặng nề bởi dịch bệnh Covid-19, nên không
chỉ ở Việt Nam mà các nước trên thế giới cũng đã và đang có những biện pháp rất tốt
để phòng ngừa dịch bệnh và đã sáng chế ra nhiều máy móc để phục vụ trong y tế,
trong đó có nhiều máy, hệ thống kiểm sốt vào ra tự động dựa trên thân nhiệt cơ thể tại
nơi tập trung đông người như các công ty, trường học,.. được sử dụng phổ biến ở nhiều
nước như Trung Quốc, Nhật Bản, Hàn Quốc, Mỹ, Nga… đều sử dụng hệ thống kiểm
soát vào ra tự động để giám sát và sàng lọc kịp thời tình hình sức khỏe cộng đồng.
1.1.2. Trong nước
Đến nay, dịch COVID-19 đã lây lan ở hơn 200 quốc gia và khu vực trên thế
giới. Hiện dịch bệnh trên thế giới vẫn chưa có dấu hiệu dừng lại, nhất là sau khi các
biện pháp phòng, chống dịch được nới lỏng ở một số nước, dịch đã xuất hiện trở lại và
tiếp tục gia tăng mạnh. Ở Việt Nam, nguy cơ bùng phát dịch bệnh luôn hiện hữu. Vì
vậy, cần có giải pháp sống an tồn phù hợp, nhất là trong thời kỳ chưa có thuốc điều trị
đặc hiệu và chưa có vắc xin được sử dụng rộng rãi trong cộng đồng. Đồng thời, thực
hiện nghiêm túc các chỉ đạo của Thủ tướng Chính phủ về cơng tác phịng chống dịch
theo “bình thường mới” nhằm đạt được mục tiêu kép là chống dịch có hiệu quả và phát
triển kinh tế, xã hội.
Trước tình hình dịch bệnh cấp bách như hiện nay, Việt Nam đã không ngừng
nghiên cứu, đưa vào sử dụng các hệ thống máy móc giám sát, kiểm tra sức khỏe cộng
đồng hiện đại, đồng thời đã thực hiện một số nghiên cứu và ứng dụng thực tế ở nước

ta:
- Nhóm tác giả của Trường cao đẳng Công nghiệp và Xây dựng - Bộ Công
thương đã nghiên cứu chế tạo thành công các thiết bị tự động phục vụ cho việc kiểm
soát dịch Covid-19 ra vào cơ quan, giáo viên Trường cao đẳng Công nghiệp và Xây
dựng đã nghiên cứu chế tạo thành công hai buồng tự động thực hiện các công việc sát
khuẩn tay, sát khuẩn toàn thân và đo nhiệt độ hoàn toàn tự động.
- Idworld Việt nam đã nghiên cứu và chế tạo hệ thống camera thân nhiệt kết
hợp với cổng kiểm soát phân làn đi bộ hệ thống giúp kiểm soát dịch bệnh từ xa một
7


cách tự động và sàng lọc được cái đối tượng có dấu hiệu sốt từ đấy giúp giảm thiểu
được sự lây lan của dịch bệnh, sớm phát hiện và cách ly.
- Sunshine Group đi theo xu hướng 4.0 và tăng cường các biện pháp phòng
chống dịch, hệ thống camera an ninh, nhận diện khuôn mặt FaceID kết nối trực tiếp
với Sunshine App, trạm kiểm soát an ninh nhiều lớp ... 100% thiết bị tịa nhà. Điều này
rất hữu ích cho việc giám sát sự xuất hiện của người lạ và kiểm sốt chính xác hành
động của cư dân và nhân viên. Nếu một cá nhân có nguy cơ lây nhiễm được phát hiện,
hệ thống lập tức trích xuất dữ liệu đối tượng và lịch trình di chuyển nhằm phối hợp
hợp tích cực với cơ quan an ninh và y tế khoanh vùng có dịch, tối ƣu trong cơng tác
ngăn ngừa bùng phát dịch bệnh… và còn rất nhiều ứng dụng thực tế khác ở nước ta.

Hình 1.1: Hình ảnh hệ thống camera đo thân nhiệt tự động và kiểm soát vào ra
1.2. Tính cấp thiết của đề tài.
Hiện nay, theo dõi nhiệt độ cơ thể và khử trùng tay đúng cách là một
trong những biện pháp quan trọng để ngăn ngừa nhiễm COVID-19. Tăng
cường các biện pháp này sẽ giúp phát hiện các trường hợp sốt một biểu hiện
của bệnh COVID-19 và hạn chế lây nhiễm chéo. Ở nước ta đã có nhiều nghiên
cứu khoa học được ứng dụng vào thực tiễn đáp ứng mọi nhu cầu của con
người, thể hiện rõ nét ở việc ứng dụng nghiên cứu khoa học vào các sản phẩm.

Do tập trung vào nghiên cứu và thực hành, nền y học của đất nước đang phát
triển từng ngày, điều này rất rõ ràng trong việc ngăn chặn dịch Covid-19.
Nước ta đã có máy móc hiện đại để phịng chống dịch Covid-19 như nhiệt kế
thủ cơng, hệ thống camera theo dõi thân nhiệt kiểm soát các ra vào tại các khu
vực công cộng... Nhưng những hệ thống đo thân nhiệt hiện tại vẫn chưa tối ưu,
8


cách hoạt động khó khăn, giá thành cao chưa

phù hợp với việc sử dụng ở tất

các điểm đông dân cư và đặc biệt truờng học.
Từ đó em đã nghiên và xây dựng thiết bị kiểm soát vào ra tự động dựa
trên thân nhiệt cơ thể để sử dụng phù hợp với các khu vực dân cơ vừa và nhỏ
và các trường đại học, hệ thống này có ưu điểm hơn với những hệ thống đã có
mặt trên thị trường như: dễ vận hành và sử dụng, tự động hố tồn bộ,độ chính
xác cao, giá thành rẻ hơn rất nhiều so với những sản phẩm đã có mặt trên thị
trường nước ta hiện nay.
1.3. Phạm vi nghiên cứu
- Tìm hiểu về ngơn ngữ lập trình Arduino cho Arduino Uno;
- Tìm hiểu về Arduino Uno, MLX906 GY-906, Màn hình LCD1602, cảm biến
hồng ngoại, loa, DFplayer mini, nguồn Adapter 9V 1A, sevor SG90.
- Thiết kế và thi công Phần cứng và các Module giao diện hiện thị, Module điều
khiển, đo và giám sát thân nhiệt MLX906 GY-906.
- Xây dựng thiết bị kiểm soát vào ra tự động dựa trên thân nhiệt cơ thể.
1.4. Mục tiêu của đề tài
- Tìm hiểu về hệ thống ứng dụng đo và giám sát nhiệt độ với MLX906 GY-906.
- Xây dựng thiết bị kiểm soát vào ra tự động dựa trên thân nhiệt cơ thể.
- Kiểm tra, đánh giá tính ứng dụng của đề tài.

1.5. Nội dung của đề tài
- Tìm hiểu về phần mềm lập trình arduino IDE.
- Tìm hiểu về kit Arduino Uno, module DFplayer mini, loa , cảm biến vật cản
hồng ngoại E18-D80NK, màn hình LCD1602, MLX906 GY-906.
- Xây dựng thiết bị kiểm soát vào ra tự động dựa trên thân nhiệt cơ thể.
1.6. Tìm hiểu về thân nhiệt cơ thể người.
Thân nhiệt là nhiệt độ của cơ thể khác nhau ở mỗi vùng:
- Luôn thay đổi ở cơ
- Da có nhiệt độ thấp nhất.
- Cao nhất ở gan là trung tâm quan trọng chuyển hóa các chất
- Thấp hơn ở máu
Loại thân nhiệt: Tùy vị trí đo nhiệt độ, người ta chia làm 2 loại thân nhiệt:
9


- Thân nhiệt trung tâm: Nhiệt độ ở những vùng nằm sâu trong cơ thể, là nhiệt
độ trực tiếp ảnh hưởng đến tốc độ các phản ứng sinh học xảy ra trong cơ thể, là cơ sở
của hoạt động điều nhiệt và ít thay đổi theo nhiệt độ của mơi trường. Thân nhiệt trung
tâm thường được đo ở ba vị trí:
+ Ở trực tràng: hằng định nhất, trong điều kiện bình thường dao động trong
khoảng 36,3 - 37,1oC.
+ Ở miệng: thấp hơn ở trực tràng 0,2 - 0,6 oC.
+ Ở nách: thấp hơn ở trực tràng 0,5 – 1 oC.
- Thân nhiệt ngoại vi: Thân nhiệt ngoại vi là nhiệt độ ở da, chịu ảnh hưởng của
nhiệt độ môi trường nhiều hơn, thân nhiệt ngoại vi cũng thay đổi theo vị trí đo:
+ Ở trán: trung bình là 33,5 oC.
+ Ở lòng bàn tay: 32 oC.
+ Ở mu bàn chân: 28 oC.
Thân nhiệt là kết qủa 2 quá trình sinh nhiệt và tỏa nhiệt.
- Giảm thân nhiệt

Giảm thân nhiệt là tình trạng nhiệt độ cơ thể giảm bất thường. Bình thường,
nhiệt độ cơ thể chúng ta vào khoảng 37 oC. Khi bị chứng hạ thân nhiệt nhiệt độ cơ thể
bạn giảm xuống dưới 35oC và cần phải được cấp cứu ngay lập tức. Nếu cơ thể không
kịp tạo nhiệt tim hệ thống thần kinh và cơ quan khác sẽ bị rối loạn hoạt động gây nguy
hiểm đến tính mạng. Giảm thân nhiệt là tình trạng mất nhiều nhiệt của cơ thể gây rối
loạn giữa thải nhiệt và sinh nhiệt làm cho thân nhiệt giảm xuống. Có ba trạng thái
giảm thân nhiệt:
- Giảm thân nhiệt sinh lý: gặp ở động vật ngủ đông.
- Giảm thân nhiệt nhân tạo: chủ động giảm thân nhiệt.
- Giảm thân nhiệt bệnh lý: do nhiệt độ của môi trường thấp hoặc do trạng
thái bệnh lý của cơ thể.
Trong lâm sàng, bệnh nhân có dấu hiệu giảm thân nhiệt khi nhiệt độ đo ở
trực tràng dưới 36oC.
• Nguyên nhân gây giảm thân nhiệt.
- Giảm thân nhiệt gặp trong các trường hợp bệnh lý do rối loạn chuyển hóa
nghiêm trọng như ở các bệnh xơ gan, đái đường, suy dinh dưỡng, một số trường
hợp bệnh nhân có sốc.
10


- Giảm thân nhiệt do tăng thải nhiệt: nhiệt độ của mơi trƣờng bên ngồi
thấp, dẫn đến chênh lệch nhiệt độ quá khả năng sinh nhiệt của cơ thể (nhiễm
lạnh).
Điều kiện gây giảm thân nhiệt.
Trong cùng những điều kiện như nhau của nhiệt độ môi trường, mức độ
giảm thân nhiệt phụ thuộc vào các yếu tố:
- Thời gian chịu tác động của lạnh dài hay ngắn.
- Độ ẩm và tốc độ khơng khí di chuyển.
- Điều kiện sinh hoạt: ăn uống, quần áo, các phương tiện chống lạnh.
- Tác động của rượu và một số hóa chất, dược chất: rượu có tác dụng giãn mạch

ngoại biên, đồng thời gây mất phản xạ co mạch khi gặp lạnh, đặc biệt khi nồng
độ rượu cao trong máu.
- Một số thuốc ngủ, thuốc an thần cũng có tác dụng gây giãn mạch, hạ huyết áp
gây rối loạn chuyển hóa dẫn đến giảm thân nhiệt.
• Nguyên nhân gây tăng thân nhiệt
Thân nhiệt tăng là một tình trạng cơ thể tích lũy nhiệt, do hạn chế q trình tăng
nhiệt vào mơi trƣờng hoặc do tăng sinh nhiệt, cũng có khi phối hợp cả hai. Có 2 loại
tăng thân nhiệt:
+ Tăng thân nhiệt do nhiệt độ mơi trường q cao (nhiễm nóng): Gặp
trong say nóng và say nắng.
+ Tăng thân nhiệt do RL trung tâm điều hịa nhiệt gặp trong cơn sốt.
Tăng thân nhiệt là tình trạng cơ thể tích lũy nhiệt, hạn chế q trình thải
nhiệt vào môi trường hoặc do sinh nhiệt tăng, cũng có khi phối hợp cả hai.
Những yếu tố ảnh hưởng đến thân nhiệt của con người
- Tuổi: Tuổi càng cao thì thân nhiệt càng giảm, tuy nhiên mức độ giảm ít hơn.
- Giới tính: phụ nữ thân nhiệt tăng lên 0,3 - 0,5 oC trong giai đoạn giữa các chu
kỳ kinh nguyệt, giai đoạn cuối thời kỳ thai nghén thân nhiệt có thể tăng 0,5 - 0,8oC.
- Vận động cơ: tình trạng vận động các cơ càng lớn thân nhiệt càng tăng.
- Nhiệt độ môi trường: trong môi trường quá nóng hoặc quá lạnh thân nhiệt
cũng tăng hoặc giảm.
- Trạng thái bệnh lý: nhìn chung trong các bệnh nhiễm khuẩn thân nhiệt tăng
lên (trong bệnh tả, bệnh viêm gan virus) thân nhiệt có thể giảm ở giai đoạn cấp tính.
11


CHƯƠNG 2. PHÂN TÍCH CƠNG NGHỆ THIẾT KẾ
2.1. u cầu thiết kế
- Tìm hiểu về Arduino Uno, MLX906 GY-906, màn hình LCD1602, cảm biến
vật cản hồng ngoại E18-D80NK., loa, DFplayer mini, nguồn Adapter 9V 1A
- Thiết kế và thi công Phần cứng và các Module giao diện hiện thị, Module điều

khiển, đo và giám sát thân nhiệt MLX906 GY-906.
- Xây dựng thiết bị kiểm soát vào ra tự động dựa trên thân nhiệt cơ thể.
2.2. Giải pháp thiết kế

Hình 2.1. Sơ đồ khối của hệ thống.
-

Khối nguồn: Làm nhiệm vụ cung cấp điện áp cho toàn bộ hệ thống. Ở đây
chúng ta sử dùng nguồn có điện áp 9V.

-

Khối cảm biến: Khối cảm biến làm nhiệm vụ thu thập các dữ liệu cần thiết để
truyền về vi điều khiển trung tâm.

-

Khối hiển thị: Khối hiển thị làm nhiệm vụ hiện thị các dữ liệu nhiệt độ mà
khối cảm biến đo được nhằm cho người dùng dễ dàng nắm bắt được các dữ
liệu.

-

Khối chấp hành: Khối chấp hành gồm module MP3 và Loa làm nhiệm vụ phát
ra âm thanh cho người sử dụng có thể lắng nghe được các thơng tin mà cảm
biến đã đo được, Sevor SG90 làm nhiệm vụ đóng mở barie.
Khối vi xử lý trung tâm : Khối này làm nhiệm vụ điều khiển các hoạt động
của hệ thống, tổng hợp tính tốn và xử lí các tín hiệu từ các cảm biến, sau đó
đưa các tín hiệu này đến khối hiển thị để hiển thị lên mà hình LCD và tới khối
chấp hành để phát âm thanh và điều khiển servor.

12


2.2. Lựa chọn linh kiện
2.2.1. Arduino Uno.
"Uno" có nghĩa là một bằng tiếng Ý và được đặt tên để đánh dấu việc phát hành
sắp tới của Arduino 1.0. Uno và phiên bản 1.0 sẽ là phiên bản tài liệu tham khảo của
Arduino. Uno là mới nhất trong các loại board Arduino, và các mơ hình tham chiếu
cho các nền tảng Arduino.
Arduino Uno là một “hội đồng quản trị” dựa trên ATmega328. Nó có 14 số
chân đầu vào / đầu ra, 6 đầu vào analog, 16 MHz cộng hưởng gốm, kết nối USB, một
jack cắm điện, một tiêu đề ICSP, và một nút reset. Nó chứa tất cả mọi thứ cần thiết để
hỗ trợ các vi điều khiển; chỉ cần kết nối nó với máy tính bằng cáp USB hoặc cấp điện
cho nó để bắt đầu.
Uno khác với tất cả các phiên bản trước ở chỗ nó khơng sử dụng các FTDI chip điều
khiển USB-to-serial. Thay vào đó, nó có tính năng Atmega 16U2 lập trình như là một
cơng cụ chuyển đổi USB-to-serial.
Phiên bản 2 (R2) của Uno sử dụng Atmega8U2 có một điện trở kéo dịng 8U2
HWB xuống đất, làm cho nó dễ dàng hơn để đưa vào chế độ DFU.
Phiên bản 3 (R3) của Uno có các tính năng mới sau đây:
- Thêm SDA và SCL gần với pin Aref và hai chân mới được đặt gần với pin
RESET, các IOREF cho phép thích ứng với điện áp cung cấp.
- Đặt lại mạch khỏe mạnh hơn.
- Atmega 16U2 thay thế 8U2.

Hình 2.2. Arduino Uno.
13


• Cấu trúc, thông số.

Vi điều khiển
Điện áp hoạt động
Tần số hoạt động
Dòng tiêu thụ
Điện áp vào khuyên dùng
Điện áp vào giới hạn
Số chân Digital I/O
Số chân Analog
Dòng tối đa trên mỗi chân I/O
Dòng ra tối đa (5V)
Dòng ra tối đa (3.3V)
Bộ nhớ flash
SRAM
EEPROM
• Vi điều khiển & bộ nhớ

ATmega328 họ 8bit
5V DC (chỉ được cấp qua cổng USB)
16 MHz
khoảng 30mA
7-12V DC
6-20V DC
14 (6 chân hardware PWM)
6 (độ phân giải 10bit)
30 mA
500 mA
50 mA
32 KB (ATmega328) với 0.5KB dùng
bởi bootloader
2 KB (ATmega328)

1 KB (ATmega328)

Arduino UNO có thể sử dụng 3 vi điều khiển họ 8bit AVR là ATmega8,
ATmega168, ATmega328. Bộ não này có thể xử lí những tác vụ đơn giản như điều
khiển đèn LED nhấp nháy, xử lí tín hiệu cho xe điều khiển từ xa, làm một trạm đo
nhiệt độ - độ ẩm và hiển thị lên màn hình LCD,…

Hình 2.3. Vi điều khiển Atmega328 tiêu chuẩn.
32KB bộ nhớ Flash: những đoạn lệnh lập trình sẽ được lưu trữ trong bộ nhớ
Flash của vi điều khiển. Thường thì sẽ có khoảng vài KB trong số này sẽ được dùng
cho bootloader nhưng đừng lo, hiếm khi nào cần quá 20KB bộ nhớ này.
2KB cho SRAM (Static Random Access Memory): giá trị các biến khai báo khi
lập trình sẽ lưu ở đây. Khai báo càng nhiều biến thì càng cần nhiều bộ nhớ RAM. Tuy

14


vậy, thực sự thì cũng hiếm khi nào bộ nhớ RAM lại trở thành thứ phải bận tâm. Khi
mất điện, dữ liệu trên SRAM sẽ bị mất.
1Kb cho EEPROM (Electrically Eraseble Programmable Read Only Memory):
đây giống như một chiếc ổ cứng mini – nơi có thể đọc và ghi dữ liệu vào mà không
phải lo bị mất khi cúp điện giống như dữ liệu trên SRAM.
-

Cấu tạo:

Hình 2.4. Cấu tạo của Arduino.

Một board Arduino đời đầu gồm một cổng giao tiếp RS-232 (góc phía trênbên trái)
và một chip Atmel ATmega8 (màu đen, nằm góc phải-phía dưới); 14 chân I/O số nằm

ở phía trên và 6 chân analog đầu vào ở phía đáy.
Board Arduino sẽ đưa ra hầu hết các chân I/O của vi điều khiển để sử dụng cho
những mạch ngoài. Diecimila, Duemilanove, và bây giờ là Uno đưa ra 14 chân I/O kỹ
thuật số, 6 trong số đó có thể tạo xung PWM (điều chế độ rộng xung) và 6 chân input
analog, có thể được sử dụng như là 6 chân I/O số. Những chân này được thiết kế nằm
phía trên mặt board, thơng qua các header cái 0.10-inch (2.5 mm). Các board Arduino
Nano, và Arduino-compatible Bare Bones Board và Boarduino có thể cung cấp các
chân header đực ở mặt trên của board dùng để cắm vào các breadboard.
Chiều dài tối đa và chiều rộng của Uno PCB là 2,7 và 2,1 inch tương ứng, với kết
nối USB và jack điện mở rộng vượt ra ngồi khơng gian cũ. Bốn lỗ vít cho phép được
gắn vào một bề mặt khác.
•

Vị trí & chức năng các chân.
15


Nếu khơng có sẵn nguồn từ cổng USB, có thể cấp nguồn cho Arduino UNO từ
một bộ chuyển đổi AC→DC hoặc pin. Các bộ chuyển đổi có thể được kết nối bằng
một plug-2.1mm trung tâm tích cực vào jack cắm điện.
Trường hợp cấp nguồn quá ngưỡng trên sẽ làm hỏng Arduino UNO.
Các chân năng lượng:
• GND (Ground): cực âm của nguồn điện cấp cho Arduino UNO. Khi dùng các
thiết bị sử dụng những nguồn điện riêng biệt thì những chân này phải được nối với
nhau.
• 5V: cấp điện áp 5V đầu ra. Dòng tối đa cho phép ở chân này là 500mA.
• 3.3V: cấp điện áp 3.3V đầu ra. Dịng tối đa ở chân này là 50mA.
• Vin (Voltage Input): để cấp nguồn ngoài cho Arduino UNO, ta nối cực
dương của nguồn với chân này và cực âm với chân GND.
• IOREF: điện áp hoạt động của vi điều khiển trên Arduino UNO có thể được

đo ở chân này. Và dĩ nhiên nó ln là 5V. Mặc dù vậy khơng được lấy nguồn
5V từ chân này để sử dụng bởi chức năng của nó khơng phải là cấp nguồn.
• RESET: việc nhấn nút Reset trên board để reset vi điều khiển tương đương với
việc chân RESET được nối với GND qua 1 điện trở 10KΩ.
Các chân Input/Output:

Hình 2.5. Các ngõ vào/ngõ ra của Arduino.

Arduino UNO có 14 chân digital dùng để đọc hoặc xuất tín hiệu. Chúng chỉ có
2 mức điện áp là 0V và 5V với dòng tối đa trên mỗi chân là 40mA.
Một số chân digital có các chức năng đặc biệt như sau:
• 2 chân Serial: 0 (RX) và 1 (TX): dùng để gửi (transmit – TX) và nhận
(receive – RX) dữ liệu TTL Serial. Arduino Uno có thể giao tiếp với thiết bị khác
thơng qua 2 chân này. Kết nối bluetooth thường thấy nói nơm na chính là kết nối Serial
16


không dây. Nếu không cần giao tiếp Serial, không nên sử dụng 2 chân này nếu khơng
cần thiết
• Chân PWM (~): 3, 5, 6, 9, 10, và 11: cho phép bạn xuất ra xung PWM với độ
phân giải 8bit (giá trị từ 0 → 28-1 tương ứng với 0V → 5V) bằng hàm analogWrite().
Nói một cách đơn giản, có thể điều chỉnh được điện áp ra ở chân này từ mức 0V đến
5V thay vì chỉ cố định ở mức 0V và 5V như những chân khác.
• Chân giao tiếp SPI: 10 (SS), 11 (MOSI), 12 (MISO), 13 (SCK). Ngoài các
chức năng thơng thường, 4 chân này cịn dùng để truyền phát dữ liệu bằng giao
thức SPI với các thiết bị khác.
• LED 13: trên Arduino UNO có 1 đèn led màu cam (kí hiệu chữ L). Khi bấm
nút Reset, ta sẽ thấy đèn này nhấp nháy để báo hiệu. Nó được nối với chân số 13. Khi
chân này được người dùng sử dụng, LED sẽ sáng.
Arduino UNO có 6 chân analog (A0 → A5) cung cấp độ phân giải tín hiệu

10bit (0 → 210-1) để đọc giá trị điện áp trong khoảng 0V → 5V. Với chân AREF trên
board, ta có thể để đưa vào điện áp tham chiếu khi sử dụng các chân analog. Tức là
nếu cấp điện áp 2.5V vào chân này thì ta có thể dùng các chân analog để đo điện áp
trong khoảng từ 0V → 2.5V với độ phân giải vẫn là 10bit.
Đặc biệt, Arduino UNO có 2 chân A4 (SDA) và A5 (SCL) hỗ trợ giao tiếp
I2C/TWI với các thiết bị khác.
2.2.2. Cảm biến MXL90614.
Cảm biến nhiệt độ MLX90614ESF-BAA là một nhiệt kế hồng ngoại được thiết
kế cho cảm biến nhiệt độ không tiếp xúc.Cảm biến có bộ đọc ADC 17-bit và một DSP
mạnh mẽ góp phần cho độ chính xác cao của cảm biến MLX90614. Ứng dụng cảm
biến bao gồm đo nhiệt độ cơ thể và phát hiện chuyển động.
MLX90614 cung cấp hai đầu ra: PWM và SMBus (tức là TWI, I2C). PWM 10
bit cung cấp độ phân giải 0.14 ° C, trong khi giao diện TWI có độ phân giải 0.02 ° C.
MLX90614 được nhà máy hiệu chuẩn trong phạm vi nhiệt độ rộng: -40 đến 85 ° C cho
nhiệt độ môi trường xung quanh và -70 đến 382,2 ° C đối với nhiệt độ của vật. Giá trị
đo được là nhiệt độ trung bình của tất cả các đối tượng trong lĩnh vực của cảm biến.
MLX90614 cung cấp độ chính xác tiêu chuẩn là 0.5 ° C xung quanh nhiệt độ môi
trường xung quanh.

17


Hình 2.6. Cảm biến MXL90614.
•

Kích thước nhỏ, chi phí thấp

•

Dễ dàng tích hợp

•

Phạm vi nhiệt độ đo nhiệt độ rộng:

•

-40 đến + 85 ° C trong nhiệt độ cảm biến

•

-70 đến + 380 ° C nhiệt độ của đối tượng

•

Giao diện kỹ thuật số SMBus tương thích ngõ ra PWM cho độ chính

xác caoChế độ tiết kiệm năng lượng.

Hình 2.7. Sơ đồ ngun lí Cảm biến MXL90614.
• Cấu hình sơ đồ chân MLX90614.
Số thứ tự chân
1

Tên Chân
Chức năng
Vdd(Power supply) Vdd có thể được sử dụng để cấp nguồn cho

2

Ground

cảm biến, thường sử dụng 5V.
Chân nối mass
18


3

SDA – Serial Data

Chân dữ liệu nối tiếp được sử dụng cho

4

Giao tiếp I2C
SCL – Serial Clock Serial Clock

Pin

used

for

I2C

Communication
2.2.3. LCD 16X2.

Hình 2.8.LCD 16X2.

-

Chức năng các chân :

Chân Ký hiệuMơ tả
1
Vss
Chân nối đất cho LCD, khi thiết kế mạch ta nối chân này với GND của
2
3
4

VDD

mạch điều khiển
Chân cấp nguồn cho LCD, khi thiết kế mạch ta nối chân này với

VEE
RS

VCC=5V của mạch điều khiển
Điều chỉnh độ tương phản của LCD.
Chân chọn thanh ghi (Register select). Nối chân RS với logic “0”
(GND) hoặc logic “1” (VCC) để chọn thanh ghi.
+ Logic “0”: Bus DB0-DB7 sẽ nối với 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 với thanh ghi dữ liệu DR bên trong

5

R/W

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

6

E

độ đọc.
Chân cho phép (Enable). Sau khi các tín hiệu được đặt lên bus DB0DB7, 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)
19


thanh ghi bên trong nó khi phát hiện một xung (high-to-low transition)
của tín hiệu chân E.
+ Ở chế độ đọc: Dữ liệu sẽ được LCD xuất ra DB0-DB7 khi phát hiện
cạnh lên (low-to-high transition) ở chân E và được LCD giữ ở bus đến
7 - 14 DB0
DB7

khi nào chân E xuống mức thấp.
-Tám đường của bus dữ liệu dùng để trao đổi thơng tin với MPU. Có 2
chế độ sử dụng 8 đường bus này :
+ Chế độ 8 bit : Dữ liệu được truyền trên cả 8 đường, với bit MSB là
bit DB7.
+ Chế độ 4 bit : Dữ liệu được truyền trên 4 đường từ DB4 tới DB7, bit

15
16

MSB là DB7
Nguồn dương cho đèn nền
GND cho đèn nền
* Ghi chú : Ở chế độ “đọc”, nghĩa là MPU sẽ đọc thơng tin từ LCD thơng qua

các chân DBx.
Cịn khi ở chế độ “ghi”, nghĩa là MPU xuất thông tin điều khiển cho LCD
thông qua các chân DBx.
Sơ đồ khối của HD44780:
Để hiểu rõ hơn chức năng các chân và hoạt động của chúng, ta tìm hiểu sơ qua
chíp HD44780 thơng qua các khối cơ bản của nó.

20


Hình 2.9.Sơ đồ khối của HD44780 .
o Các thanh ghi :
Chíp HD44780 có 2 thanh ghi 8 bit quan trọng : Thanh ghi lệnh IR (Instructor
Register) và thanh ghi dữ liệu DR (Data Register)
Thanh ghi IR : Để điều khiển LCD, người dùng phải “ra lệnh” thông qua tám
đường bus DB0-DB7. Mỗi lệnh được nhà sản xuất LCD đánh địa chỉ rõ ràng. Người
dùng chỉ việc cung cấp địa chỉ lệnh bằng cách nạp vào thanh ghi IR. Nghĩa là, khi ta
nạp vào thanh ghi IR một chuỗi 8 bit, chíp HD44780 sẽ tra bảng mã lệnh tại địa chỉ mà
IR cung cấp và thực hiện lệnh đó.
VD : Lệnh “hiển thị màn hình” có địa chỉ lệnh là 00001100 (DB7…DB0)
Lệnh “hiển thị màn hình và con trỏ” có mã lệnh là 00001110

- Thanh ghi DR : Thanh ghi DR dùng để chứa dữ liệu 8 bit để ghi vào vùng RAM
DDRAM hoặc CGRAM (ở chế độ ghi) hoặc dùng để chứa dữ liệu từ 2 vùng RAM này
gởi ra cho MPU (ở chế độ đọc). Nghĩa là, khi MPU ghi thơng tin vào DR, mạch nội
bên trong chíp sẽ tự động ghi thông tin này vào DDRAM hoặc CGRAM. Hoặc khi
thông tin về địa chỉ được ghi vào IR, dữ liệu ở địa chỉ này trong vùng RAM nội
của HD44780 sẽ được chuyển ra DR để truyền cho MPU.
=> Bằng cách điều khiển chân RS và R/W chúng ta có thể chuyển qua lại giữ 2
thanh ghi này khi giao tiếp với MPU. Bảng sau đây tóm tắt lại các thiết lập đối với hai
chân RS và R/W theo mục đích giao tiếp.
RS R/W Chức năng
0 0
Ghi vào thanh ghi IR để ra lệnh cho LCD
0 1
Đọc cờ bận ở DB7 và giá trị của bộ đếm địa chỉ ở DB0-DB6
1 0
Ghi vào thanh ghi DR
1 1
Đọc dữ liệu từ DR
Cờ báo bận BF: (Busy Flag)
Khi thực hiện các hoạt động bên trong chíp, mạch nội bên trong cần một
khoảng thời gian để hoàn tất. Khi đang thực thi các hoạt động bên trong chip như thế,
LCD bỏ qua mọi giao tiếp với bên ngoài và bật cờ BF (thơng qua chân DB7 khi có
thiết lập RS=0, R/W=1) lên để báo cho MPU biết nó đang “bận”. Dĩ nhiên, khi xong
việc, nó sẽ đặt cờ BF lại mức 0.
Bộ đếm địa chỉ AC : (Address Counter)

21


Như trong sơ đồ khối, thanh ghi IR không trực tiếp kết nối với vùng RAM

(DDRAM và CGRAM) mà thông qua bộ đếm địa chỉ AC. Bộ đếm này lại nối với 2
vùng RAM theo kiểu rẽ nhánh. Khi một địa chỉ lệnh được nạp vào thanh ghi IR, thông
tin được nối trực tiếp cho 2 vùng RAM nhưng việc chọn lựa vùng RAM tương tác đã
được bao hàm trong mã lệnh.
Sau khi ghi vào (đọc từ) RAM, bộ đếm AC tự động tăng lên (giảm đi) 1 đơn vị
và nội dung của AC được xuất ra cho MPU thông qua DB0-DB6 khi có thiết lập
RS=0 và R/W=1 (xem bảng tóm tắt RS - R/W).
Lưu ý: Thời gian cập nhật AC khơng được tính vào thời gian thực thi lệnh mà
được cập nhật sau khi cờ BF lên mức cao (not busy), cho nên khi lập trình hiển thị, bạn
phải delay một khoảng tADD khoảng 4uS-5uS (ngay sau khi BF=1) trước khi nạp dữ
liệu mới. Xem thêm hình bên dưới.

Hình 2.10. Giản đồ xung cập nhật AC .
Vùng RAM hiển thị DDRAM : (Display Data RAM)
Đây là vùng RAM dùng để hiển thị, nghĩa là ứng với một địa chỉ của RAM là
một ơ kí tự trên màn hình và khi bạn ghi vào vùng RAM này một mã 8 bit, LCD sẽ
hiển thị tại vị trí tương ứng trên màn hình một kí tự có mã 8 bit mà bạn đã cung cấp.
Hình sau đây sẽ trình bày rõ hơn mối liên hệ này :

22


Hình 2.11.Mối liên hệ giữa địa chỉ của DDRAM và vị trí hiển thị của LCD .
Vùng RAM này có 80x8 bit nhớ, nghĩa là chứa được 80 kí tự mã 8 bit. Những
vùng RAM cịn lại khơng dùng cho hiển thị có thể dùng như vùng RAM đa mục đích.
Lưu ý là để truy cập vào DDRAM, ta phải cung cấp địa chỉ cho AC theo mã HEX
Vùng ROM chứa kí tự CGROM: Character Generator ROM
Vùng ROM này dùng để chứa các mẫu kí tự loại 5x8 hoặc 5x10 điểm ảnh/kí tự,
và định địa chỉ bằng 8 bit. Tuy nhiên, nó chỉ có 208 mẫu kí tự 5x8 và 32 mẫu kí tự
kiểu 5x10 (tổng cộng là 240 thay vì 2^8 = 256 mẫu kí tự). Người dùng khơng thể thay

đổi vùng ROM này.

Hình 2.12. Mối liên hệ giữa địa chỉ của ROM và dữ liệu tạo mẫu kí tự.
Như vậy, để có thể ghi vào vị trí thứ x trên màn hình một kí tự y nào đó, người
dùng phải ghi vào vùng DDRAM tại địa chỉ x (xem bảng mối liên hệ giữa DDRAM và
23


vị trí hiển thị) một chuỗi mã kí tự 8 bit trên CGROM. Chú ý là trong bảng mã kí tự
trong CGROM ở hình bên dưới có mã ROM A00.
Ví dụ : Ghi vào DDRAM tại địa chỉ “01” một chuỗi 8 bit “01100010” thì trên
LCD tại ơ thứ 2 từ trái sang (dịng trên) sẽ hiển thị kí tự “b”.

Hình 2.13.Bảng mã kí tự (ROM code A00) .
Vùng RAM chứa kí tự đồ họa CGRAM : (Character Generator RAM)
Như trên bảng mã kí tự, nhà sản xuất dành vùng có địa chỉ byte cao là 0000 để
người dùng có thể tạo các mẫu kí tự đồ họa riêng. Tuy nhiên dung lượng vùng này rất
hạn chế: Ta chỉ có thể tạo 8 kí tự loại 5x8 điểm ảnh, hoặc 4 kí tự loại 5x10 điểm ảnh.
Để ghi vào CGRAM, hãy xem hình 6 bên dưới.

24


Hình 2.14.Mối liên hệ giữa địa chỉ của CGRAM, dữ liệu của CGRAM, và mã kí tự.
Tập lệnh của LCD :
Trước khi tìm hiểu tập lệnh của LCD, sau đây là một vài chú ý khi giao tiếp với
LCD :
* Tuy trong sơ đồ khối của LCD có nhiều khối khác nhau, nhưng khi lập trình
điều khiển LCD ta chỉ có thể tác động trực tiếp được vào 2 thanh ghi DR và IR thông
qua các chân DBx, và ta phải thiết lập chân RS, R/W phù hợp để chuyển qua lại giữ 2

thanh ghi này. (xem bảng 2)
* Với mỗi lệnh, LCD cần một khoảng thời gian để hoàn tất, thời gian này có thể
khá lâu đối với tốc độ của MPU, nên ta cần kiểm tra cờ BF hoặc đợi (delay) cho LCD
thực thi xong lệnh hiện hành mới có thể ra lệnh tiếp theo.
* Địa chỉ của RAM (AC) sẽ tự động tăng (giảm) 1 đơn vị, mỗi khi có lệnh ghi
vào RAM. (Điều này giúp chương trình gọn hơn)
* Các lệnh của LCD có thể chia thành 4 nhóm như sau :
• Các lệnh về kiểu hiển thị. VD : Kiểu hiển thị (1 hàng / 2 hàng), chiều dài dữ
liệu (8 bit / 4 bit), …
• Chỉ định địa chỉ RAM nội.
• Nhóm lệnh truyền dữ liệu trong RAM nội.
25