THIẾT KẾ VÀ THI CÔNG CÂN ĐIỆN TỬ

BỘ GIÁO DỤC & ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP. HỒ CHÍ MINH
KHOA: ĐIỆN – ĐIỆN TỬ
BỘ MÔN: ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH
---------------------------------

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
NGÀNH CÔNG NGHỆ KỸ THUẬT ĐIỆN TỬ TRUYỀN THÔNG
ĐỀ TÀI:

THIẾT KẾ VÀ THI CƠNG
CÂN ĐIỆN TỬ
GVHD: ThS. Phan Vân Hồn
SVTH: Trần Minh Đức
MSSV: 14141072

Tp. Hồ Chí Minh -01/2019

I


TRƯỜNG ĐH SPKT TP. HỒ CHÍ MINH

CỘNG HỊA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM

KHOA ĐIỆN-ĐIỆN TỬ

ĐỘC LẬP - TỰ DO - HẠNH PHÚC

BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP –

----o0o----

Y SINH
Tp. HCM, ngày 05 tháng 01 năm 2019

NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
Họ tên sinh viên:

Trần Minh Đức

MSSV: 14141072

Chuyên ngành:

Kỹ thuật Điện - Điện tử

Mã ngành:

141

Hệ đào tạo:

Đại học chính quy

Mã hệ:

1

Khóa:

2014

Lớp:

14141DT3A

I. TÊN ĐỀ TÀI: THIẾT KẾ VÀ THI CƠNG CÂN ĐIỆN TỬ
II. NHIỆM VỤ
1. Các số liệu ban đầu:
Khảo sát các loại vi điều khiển ARM, lựa chọn màn hình cảm ứng TFT LCD,
module âm thanh.
Tìm hiểu và thu thập các số liệu từ các trang mạng và sách về lập trình vi điều
khiển ARM.
Tìm hiểu các tài liệu hướng dẫn sử dụng loadcell, động cơ bước, module giải mã
âm thanh.
2. Nội dung thực hiện:
 NỘI DUNG 1: Nghiên cứu tài liệu về KIT STM32F103RBT6, module
VS1003, loadcell, động cơ bước,.
 NỘI DUNG 2: Dựa trên các dữ liệu thu thập được, lựa chọn giải pháp thiết
kế và thi công mô hình kết nối các module với KIT điều khiển.
 NỘI DUNG 3: Viết chương trình điều khiển cho vi điều khiển, thiết kế giao
diện màn hình cân điện tử.

II


 NỘI DUNG 4: Thử nghiệm và điều chỉnh phần mềm cũng như phần cứng để
mơ hình được tối ưu, sử dụng dễ dàng. Đánh giá các thông số của mơ hình so
với thơng số thực tế.
 NỘI DUNG 5: Viết báo cáo thực hiện.

III. NGÀY GIAO NHIỆM VỤ:

10/09/2018

IV. NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ: 05/01/2019
V. HỌ VÀ TÊN CÁN BỘ HƯỚNG DẪN:ThS. Phan Vân Hoàn
CÁN BỘ HƯỚNG DẪN

BM. ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH

III


TRƯỜNG ĐH SPKT TP. HỒ CHÍ MINH

CỘNG HỊA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT

KHOA ĐIỆN-ĐIỆN TỬ

NAM

BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH

ĐỘC LẬP - TỰ DO - HẠNH PHÚC
----o0o---Tp. HCM, ngày 05 tháng 01 năm 2019

LỊCH TRÌNH THỰC HIỆN ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
Họ tên sinh viên 2: Trần Minh Đức
Lớp: 14141DT3A

MSSV: 14141072

Tên đề tài: THIẾT KẾ VÀ THI CÔNG CÂN ĐIỆN TỬ
Tuần/ngày
Tuần 1
10/9 – 16/9
Tuần 2
17/9 – 23/9
Tuần 3
24/9 – 30/9
Tuần 4
1/10 – 7/10

Nội dung

Xác nhận GVHD

Gặp GVHD nhận đề tài.
Nhận tài liệu hướng dẫn từ GVHD.
Viết báo cáo Chương 1.
Đọc tài liệu kĩ thuật KIT STM32F103.
Viết báo cáo Chương 1.
Giao tiếp STM32 với TFT-LCD.
Viết báo cáo Chương 2.
Giao tiếp STM32 với TFT-LCD.
Nghiên cứu về loadcell.

Tuần 5
8/10 – 14/10

Viết báo cáo Chương 2.
Giao tiếp STM32 với loadcell bằng module
HX711.
Hiển thị được cân nặng.

Tuần 6
15/10 – 21/10
Tuần 7
22/10 – 28/10

Viết báo cáo Chương 3.
Thiết kế mơ hình đo chiều cao.
Viết báo cáo Chương 3.
Giao tiếp STM32 với động cơ bước.
Tìm hiểu mudule điều khiển LN298.
IV


Tuần 8
29/10 – 4/11
Tuần 9
5/11 – 11/11
Tuần 10
12/11 – 18/11
Tuần 11
19/11 – 25/11

Viết báo cáo Chương 3.
Tính tốn, hiển thị được đo chiều cao.
Viết báo cáo Chương 3.

Giao tiếp STM32 với thẻ nhớ SD card.
Viết báo cáo Chương 4.
Giao tiếp với thẻ nhớ phát được nhạc MP3.
Viết báo cáo Chương 4.
Giao tiếp module giải mã âm thanh đọc được
cân nặng.

Tuần 12
26/11 – 2/12

Viết báo cáo Chương 5.
Giao tiếp module giải mã âm thanh đọc được
chiều cao.

Tuần 13,14

Viết báo cáo Chương 5,6.

3/12 – 16/12

Hồn thành mơ hình, tiến hành chạy thử và
kiểm tra lỗi.
GV HƯỚNG DẪN
(Ký và ghi rõ họ và tên)

LỜI CAM ĐOAN
V


Đề tài này là do chúng tôi tự thực hiện dựa vào một số tài liệu trước đó và khơng

sao chép từ tài liệu hay cơng trình đã có trước đó.

Người thực hiện đề tài
Trần Minh Đức

LỜI CẢM ƠN

VI


Chúng em xin cảm ơn sâu sắc đến thầy Phan Vân Hồn đã trực tiếp hướng dẫn và
tận tình giúp đỡ, tạo điều kiện để chúng em hoàn thành đề tài.
Chúng em xin gửi lời chân thành cảm ơn các thầy cô trong Khoa Điện - Điện Tử
đã tạo những điều kiện tốt nhất cho em hoàn thành đề tài.
Chúng em cũng gửi lời đồng cảm ơn đến các bạn lớp 14141DT3A đã chia sẻ trao
đổi kiến thức cũng như những kinh nghiệm quý báu trong thời gian thực hiện đề tài.
Xin cảm ơn đến cha mẹ.
Xin chân thành cảm ơn!

Người thực hiện đề tài
Trần Minh Đức

TÓM TẮT
Ngày nay với sự phát triển của công nghiệp điện tử, kỹ thuật số các hệ thống dần
dần được tự động hoá. Với sự phát triển của vi xử lí, vi mạch số được ứng dụng vào lĩnh
VII


vực điều khiển giúp việc xử lý thông tin nhanh hơn trước đây giúp phục vụ vào nhu cầu
cuộc sống của con người. Với tiêu chí chăm sóc sức khỏe con người trong cuộc sống

hiện nay, chúng tôi chọn đề tài này để thiết kế mơ hình cân điện tử thực tế giúp nhận
biết được thể trạng con người, đề có những biện pháp giúp cơ thể trở nên khỏe mạnh
hơn và hạn chế được các bệnh lý trong cơ thể qua đó giúp nhận biết tốt nhất nhằm cân
bằng thể trạng con người.
Đề tài này được nghiên cứu thực hiện và cải tiến từ những trang thiết bị cân đo
thực tế có trong cuộc sống. Qua đó giúp chúng ta áp dụng được lập trình vi xử lý vào
mơ hình cân đo hằng ngày.
Sau quá trình nghiên cứu thì chúng tơi đã thành cơng trong việc hồn thiện mơ
hình cân đo chiều cao và cân nặng, mang lại độ chính xác khá cao trong việc đo đạt và
lời khuyên từ mơ hình cho người cân đo.

VIII


MỤC LỤC

BÌA NGỒI................................................................................................................ I
NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ........................................................................... II
LỊCH TRÌNH THỰC HIỆN ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP..................................................IV
LỜI CAM ĐOAN.......................................................................................................V
LỜI CẢM ƠN ...........................................................................................................VI
TĨM TẮT ............................................................................................................... VII
MỤC LỤC.................................................................................................................IX
DANH SÁCH HÌNH .................................................................................................XI
DANH SÁCH BẢNG.............................................................................................XIII
CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN........................................................................................1
1.1 ĐẶT VẤN ĐỀ. ..................................................................................................1
1.2 MỤC TIÊU........................................................................................................1
1.3 NỘI DUNG NGHIÊN CỨU. .............................................................................2
1.4 GIỚI HẠN.........................................................................................................2

1.5 BỐ CỤC. ...........................................................................................................2
CHƯƠNG 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT.............................................................................4
2.1 TỔNG QUAN CÂN SỨC KHỎE VÀ ĐO CHIỀU CAO BMI...........................4
2.1.1 Chỉ số BMI là gì?........................................................................................4
2.1.2 BMI với sức khỏe con người. ......................................................................5
2.2 GIỚI THIỆU PHẦN CỨNG. .............................................................................7
2.2.1 Tổng quan về ARM.....................................................................................7
2.2.2 Giới thiệu về ARM-Cortex-M3 STM32F1. .................................................9
2.2.3 Cảm biến loadcell......................................................................................11
2.2.4 Giới thiệu module HX711. ........................................................................13
2.2.5 Giới thiệu động cơ bước............................................................................17
2.2.6 Giới thiệu modual L298N..........................................................................21
2.2.7 Module giải mã âm thanh VS1003. ...........................................................23
2.2.8 Chuẩn giao tiếp SPI...................................................................................25
CHƯƠNG 3: TÍNH TỐN_THIẾT KẾ ....................................................................28
3.1 GIỚI THIỆU....................................................................................................28
3.2 TÍNH TỐN VÀ THIẾT KẾ HỆ THỐNG. .....................................................28
3.2.1 Thiết kế sơ đồ khối....................................................................................28
IX


3.2.2 Tính tốn và thiết kế mạch. .......................................................................29
a. Khối xử lý trung tâm ...............................................................................29
b. Khối hiển thị ...........................................................................................30
c. Khối điều khiển .......................................................................................31
d. Khối cảm biến.........................................................................................33
e. Khối động cơ...........................................................................................34
f. Khối âm thanh .........................................................................................36
g. Khối nguồn .............................................................................................39
3.2.3 Sơ đồ nguyên lý toàn hệ thống. .................................................................40

CHƯƠNG 4. THI CÔNG HỆ THỐNG......................................................................41
4.1 GIỚI THIỆU....................................................................................................41
4.2 THI CƠNG HỆ THỐNG..................................................................................41
4.2.1 Thi cơng board mạch.................................................................................41
4.2.2 Lắp ráp, hàn linh kiện và kiểm tra. ............................................................43
4.2.3 Thi công mô hình. .....................................................................................44
4.3 LẬP TRÌNH HỆ THỐNG................................................................................46
4.3.1 Lưu đồ giải thuật. ......................................................................................46
4.4.2 Phần mềm lập trình cho vi điều khiển........................................................52
4.4 TÀI LIỆU HƯỚNG DẪN SỬ DỤNG, THAO TÁC. .......................................53
4.4.1 Viết tài liệu hướng dẫn sử dụng.................................................................53
4.4.2 Quy trình thao tác......................................................................................54
CHƯƠNG 5. KẾT QUẢ_NHẬN XÉT_ĐÁNH GIÁ .................................................56
5.1 KẾT QUẢ........................................................................................................56
5.1.1 Kết quả phần cứng.....................................................................................56
5.1.3 Kết quả đo thử...........................................................................................60
5.2 ĐÁNH GIÁ VÀ NHẬN XÉT KẾT QUẢ.........................................................63
CHƯƠNG 6. KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN ............................................65
6.1 KẾT LUẬN. ....................................................................................................65
6.2 HƯỚNG PHÁT TRIỂN...................................................................................65
TÀI LIỆU THAM KHẢO .........................................................................................66
PHỤ LỤC..................................................................................................................67

X


DANH SÁCH HÌNH
Hình 2.1: Biểu đồ quan hệ giữa chiều cao và cân nặng con người................................4
Hình 2.2: Ảnh minh họa người gầy..............................................................................9
Hình 2.3: Ảnh minh họa người béo phì........................................................................6

Hình 2.4: Kiến trúc của vi xử lí ARM Cotex-M7.........................................................9
Hình 2.5: Kiến trúc ARM Cortex-M3.. ......................................................................10
Hình 2.6: Load cell 50kg. ..........................................................................................12
Hình 2.7: Load cell 5kg. ............................................................................................12
Hình 2.8: Mạch cầu điện trở Wheatstone. ..................................................................12
Hình 2.9: Sự thay dổi điện trở trên loadcell................................................................13
Hình 2.10: Module HX711. .......................................................................................13
Hình 2.11: Sơ đồ khối ứng dụng cân nặng.. ...............................................................15
Hình 2.12: Sơ đồ chân trong module HX711. ............................................................15
Hình 2.13: Dữ liệu đầu ra, đầu vào và thời gian lựa chọn và kiểm sốt.. ....................17
Hình 2.14: Động cơ bước...........................................................................................18
Hình 2.15: Cấu tạo động cơ bước từ trở. ....................................................................18
Hình 2.16: Cấu tạo động cơ bước đơn cực.. ...............................................................19
Hình 2.17: Cấu tạo động cơ bước hai cực. .................................................................20
Hình 2.18: Cấu tạo động cơ bước nhiều pha. .............................................................21
Hình 2.19: Sơ đồ chân của IC L298. ..........................................................................22
Hình 2.20: Module L298N.........................................................................................23
Hình 2.21: Sơ đồ cấu trúc và sơ đồ chân VS1003.. ....................................................24
Hình 2.22: Sơ đồ kết nối chuẩn SPI Master-Slave......................................................26
Hình 2.23: Quá trình truyền nhận SPI.. ......................................................................27
Hình 3.1: Sơ đồ khối của hệ thống. ............................................................................28
Hình 3.2: Mặt trên của kit STM32F103RBT6............................................................30
Hình 3.3: Màn hình LCD 2.8 inch..............................................................................31
Hình 3.4: Sơ đồ nguyên lý của KIT STM32 với LCD................................................29
Hình 3.5: Nút nhấn 12x12x12mm..............................................................................32
Hình 3.6: Sơ đồ nguyên lý nút nhấn với KIT STM32.................................................32
Hình 3.7: Sơ đồ nguyên lý của khối cảm biến đo cân nặng. .......................................34
Hình 3.8: Thứ tự động cơ quay thuận.........................................................................35
Hình 3.9: Thứ tự động cơ quay nghịch.......................................................................35
Hình 3.10: Module cơng tắc hành trình......................................................................35

Hình 3.11: Sơ đồ nguyên lý của động cơ bước với L298 và KIT STM32 ..................36
Hình 3.12: Module VS1003.. .....................................................................................37
Hình 3.13: Sơ đồ nguyên lý STM32F103 với VS1003 và SD-card. ..........................38
Hình 3.14: Loa xí ngầu VSP-CK4..............................................................................39
Hình 3.15: Sơ đồ ngun lý tồn hệ thống. ................................................................40
Hình 4.1: Sơ đồ mạch in của mạch xử lý trung tâm..41Error! Bookmark not defined.
Hình 4.2: Sơ đồ mạch in của mạch điều khiển. ..........................................................41
XI


Hình 4.3: Sơ đồ bố trí linh kiện mạch xử lý trung tâm................................................42
Hình 4.4: Sơ đồ bố trí linh kiện của mạch điều khiển.................................................42
Hình 4.5: Khung dưới của hệ thống. ..........................................................................44
Hình 4.6: Khung trên và bộ trượt của hệ thống. .........................................................45
Hình 4.7: Hộp đựng động cơ......................................................................................45
Hình 4.8: Lưu đồ chương trình chính.........................................................................46
Hình 4.9: Lưu đồ chương trình cân nặng....................................................................47
Hình 4.10: Lưu đồ đo chiều cao.................................................................................48
Hình 4.11: Lưu đồ đọc/phát nhạc...............................................................................49
Hình 4.12: Lưu đồ chế độ phát nhạc. .........................................................................50
Hình 4.13: Lưu đồ phát nhạc......................................................................................50
Hình 4.14: Lưu đồ đọc giá trị BMI.............................................................................51
Hình 4.15: Giao diện phần mềm Keil uVision5..........................................................52
Hình 4.16: Giao diện màn hình chính.........................................................................54
Hình 4.17: Giao diện màn hình nghe nhạc .................................................................55
Hình 4.18: Giao diện màn hình đo. ............................................................................55
Hình 5.1: Mạch xử lý trung tâm.................................................................................56
Hình 5.2: Giao diện hình ảnh của cân điện tử.............................................................56
Hình 5.3: Mơ hình cân đo cân nặng ...........................................................................57
Hình 5.4: Mơ hình đo chiều cao.................................................................................57

Hình 5.5: Mơ hình bộ điều khiển. ..............................................................................58
Hình 5.6: Mơ hình bộ xử lý trung tâm........................................................................58
Hình 5.7: Hệ thống cân điện tử hồn thiện. ................................................................59
Hình 5.8: Người dùng chỉnh hệ thống trước khi đo. ...................................................60
Hình 5.9: Người dùng đứng khi đang đo....................................................................61
Hình 5.10: Người dùng đo khi thanh trượt chạm đầu. ................................................62
Hình 5.11:Giao diện hiển thị sau khi đo.....................................................................63

XII


DANH SÁCH BẢNG
Bảng 2.1: Đánh giá tiêu chuẩn của tổ chức y tế thế giới...............................................5
Bảng 2.2: Các chế độ BOOT của STM32F1. .............................................................10
Bảng 2.3: Mô tả sơ đồ chức năng các chân của HX711..............................................16
Bảng 2.4: Quá trình hoạt động của dữ liệu đầu vào và dữ liệu đầu ra.........................17
Bảng 2.5: Mô tả sơ đồ chức năng các chân của VS1003. ...........................................24
Bảng 3.1: Mô tả chân kết nối của VS1003 với STM32F103RBT6.............................37
Bảng 4.1: Bảng linh kiện sử dụng ..............................................................................43
Bảng 4.2: Các bước lắp ráp linh kiện. ........................................................................44
Bảng 5.1: Tiến hành đo thử nghiệm. ..........................................................................64

XIII


CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN

CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN
1.1 ĐẶT VẤN ĐỀ.
Ngày nay với sự phát triển của công nghiệp điện tử, kỹ thuật số các hệ thống dần

dần được tự động hố. Với sự phát triển của vi xử lí, vi mạch số được ứng dụng vào lĩnh
vực điều khiển giúp việc xử lý thông tin nhanh hơn trước đây giúp phục vụ vào nhu cầu
cuộc sống của con người.
Trong lĩnh vực chăm sóc sức khỏe, việc cân đo chiều cao và cân nặng bằng cách thủ
công tốn khá nhiều thời gian và độ chính xác khơng cao. Ở ngành điện tử, vi điều khiển
đã thâm nhập khá vào lĩnh vực này chính vì thế cân điện tử là một ứng dụng điển hình
giúp giải quyết được vấn đề này. Vì các lý do trên và trên cơ sở lý thuyết đã học được,
đồng thời với sự giúp đỡ của thầy Phan Vân Hồn nên nhóm tiến hành thực hiện đề tài:
“ Thiết kế và thi công cân điện tử”.
Hệ thống sử dụng vi điều khiển STM32F103 giao tiếp với màn hình cảm ứng TFT
LCD để hiển thị các thơng số. KIT điều khiển được động cơ thông qua module L298N
và loadcell qua module HX711. Bộ giải mã âm thanh VS1003 giúp phát được âm thanh
từ thẻ nhớ SD CARD.

1.2 MỤC TIÊU.
Thiết kế và thi công được hệ thống cân và đo chiều cao có chức năng:
-

Đo được cân nặng bằng loadcell kết nối với module HX711 để chuyển tín hiệu
điện áp sang tín hiệu số.

-

Đo được chiều cao bằng cách tính khoảng cách đi được của động cơ bước qua
giao tiếp với module L298N.

-

Có các nút nhấn điều khiển 2 chế độ: Chế độ phát nhạc lúc rảnh và chế độ đọc
cân nặng, chiều cao khi đo.

-

Hệ thống âm thanh đọc chiều cao và cân nặng. Sau đó nhận xét kết luận và đưa
ra lời khuyên cho người đo.

BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH

1


CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN

1.3 NỘI DUNG NGHIÊN CỨU.
 NỘI DUNG 1: Tìm hiểu và tham khảo các tài liệu, giáo trình, nghiên cứu các chủ
đề, các nội dung liên quan đến đề tài.
 NỘI DUNG 2: Dựa trên các dữ liệu thu thập được, lựa chọn giải pháp thiết kế và
thi cơng mơ hình kết nối các module với KIT điều khiển.
 NỘI DUNG 3: Thiết kế lưu đồ giải thuật và viết chương trình điều khiển cho vi
điều khiển, thiết kế giao diện màn hình cân điện tử.
 NỘI DUNG 4: Thử nghiệm và điều chỉnh phần mềm cũng như phần cứng để mơ
hình được tối ưu, sử dụng dễ dàng. Đánh giá các thơng số của mơ hình so với
thông số thực tế.
 NỘI DUNG 5: Đánh giá kết quả thực hiện.

1.4 GIỚI HẠN.
 Đo trọng lượng tối đa được 200 kg và đo chiều cao là 2 m.
 Cơng tắc hành trình nhỏ, người đo cần đứng đúng vào vị trí của cơng tắc.
 Cân nặng và chiều cao hiển thị số liệu khác nhau sau mỗi lần đo khác nhau.
 Cần đặt cân ở những vị trí bằng phẳng tránh dốc để đảm bảo việc đo đạt chính

xác.

1.5 BỐ CỤC.
 Chương 1: Tổng Quan
Chương này trình bày đặt vấn đề dẫn nhập lý do chọn đề tài, mục tiêu, nội dung ̣
nghiên cứu, các giới hạn thông số và bố cục đồ án.
 Chương 2: Cơ Sở Lý Thuyết.
Chương này trình bày các lý thuyết có liên quan đến các vấn đề mà đề tài sẽ dùng
để thực hiện thiết kế, thi công cho đề tài.
 Chương 3: Thiết Kế và Tính Tốn
Chương này giới thiệu tổng quan về các yêu cầu của đề tài về thiết kế và các tính
tốn liên quan đến đề tài.
 Chương 4: Thi cơng hệ thống

BỘ MƠN ĐIỆN TỬ CƠNG NGHIỆP – Y SINH

2


CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN
Chương này có thể gồm kết quả thi cơng phần cứng và những kết quả hình ảnh
trên màn hình hay mơ phỏng tín hiệu, kết quả thống kê.
 Chương 5: Kết quả, nhận xét và đánh giá.
Chương này đưa ra nhận xét và đánh giá sản phẩm mơ hình đã hồn thành.
 Chương 6: Kết luận và hướng phát triển.
Chương này trình bày ngắn gọn những kết quả đã thu được dựa vào những
phương pháp, thuật toán đã kiến nghị ban đầu.

BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH

3


CHƯƠNG 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT

CHƯƠNG 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT
2.1 TỔNG QUAN CÂN SỨC KHỎE VÀ ĐO CHIỀU CAO BMI.
2.1.1 Chỉ số BMI là gì?
Với cuộc sống ngày càng hiện đại và phát triển, để duy trì một sức khỏe tốt giúp
chúng ta học tập và làm việc một cách hiệu quả thì việc cân bằng thể trạng cơ thể là điều
cần được quan tâm. Nhờ đó giúp con người giữ được một vóc dáng cân đối qua đó có
thể phịng tránh được một số bệnh tật. Vì vậy, mỗi người cần phải rèn luyện cơ thể và
duy trì chế độ dinh dưỡng một cách hợp lý.

Hình 2.1: Biểu đồ quan hệ giữa chiều cao và cân nặng con người.
Chỉ số khối cơ thể thường được biết đến với chữ viết tắt BMI theo tên tiếng
Anh Body Mass Index - được dùng để đánh giá mức độ gầy hay béo của một người.
Chỉ số này do nhà bác học người Bỉ là Adolphe Quetelet đưa ra năm 1832. Thông
thường, người ta dựa vào chỉ số này để xác định tình trạng cơ thể của một người nào đó
ở mức béo phì, thừa cân, bình thường, gầy hoặc quá gầy.
Chỉ số khối cơ thể của một người tính bằng cân nặng của người đó (kg) chia cho
bình phương chiều cao (đo theo mét). Có thể tính theo cơng thức định nghĩa hoặc cho
theo những bảng tiêu chuẩn.

BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH

4


CHƯƠNG 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT

Cơng thức tính chỉ số BMI:

퐶 â 푛 푛 ặ 푛푔 (푘
(푘푔/푚 2)
푔)
(2.1)
퐶ℎ푖 ề 푢 푐푎표 푥 푐ℎ
Sau khi tính được푖
chỉề số
chỉ cần
so sánh với bảng đánh theo chuẩn của tổ
푢 BMI,
푐푎표
(푚)
퐵푀퐼
=

chức y tế để nhận biết được thể trạng cơ thể.
Bảng 2.1: Đánh giá tiêu chuẩn của tổ chức y tế thế giới.
Phân loại

WHO BMI (kg/m2)

IDI & WPRO BMI (kg/m2)

<18,5

<18,5

18,5-24,9

18,5-22,9

25

23

Tiền béo phì

25-29,9

23-24,9

Béo phì loại I

30-34,9

25-29,9

Béo phì loại II

35-39,9

30

Béo phì loại III

40

40

Cân nặng thấp (gầy)
Bình thường
Thừa cân

2.1.2 BMI với sức khỏe con người.
 Nguy cơ của người gây thiếu cân là:
Dễ bị mắc các bệnh như hạ huyết áp, loãng xương ... do cơ thể khơng đủ chất như
vitamin và khống chất nên xương khơng chắc khỏe, rất giòn và dễ gãy.
Suy yếu hệ miễn dịch càng làm cho dễ mắc bệnh, đặc biệt là những bệnh nhiễm
trùng.
Người gầy thường bị mất khối cơ, cơ yếu, lỏng lẻo chứ không săn chắc do cơ thể
thiếu đạm từ cơ bắp để tạo năng lượng.
Tóc và khơ da có hiện tượng khơ vì khơng được cung cấp đủ dưỡng chất, khi đó,
tóc cịn có hiện tượng xác xơ và rụng nhiều cịn da thì thiếu hẳn lớp mỡ dưới da sẽ tạo
những nếp nhăn...

BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH

5


CHƯƠNG 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT

Hình 2.2: Ảnh minh họa người gầy.
 Những nguy cơ với người béo phì, thừa cân:
Khi chỉ số BMI trên 25 thì thuộc người thừa cân (người Việt Nam là trên 23), khi
đó sẽ có nguy cơ:
Béo phì tức nhiều mỡ dẫn đến hẹp mạch vành nên dễ mắc các chứng bệnh về tim.
Dễ bị rối loạn lipid máu do nồng độ triglyceride và LDL –cholesterol trong máu

cao, nồng độ HDL – cholesterol trong máu thấp.
Nếu chỉ số BMI lớn hơn 30, khả năng mắc các bệnh về mạch máu não rất cao.
Nguy cơ mắc tiểu đường và huyết áp cao lớn vì giảm khả năng điều hòa mức độ
đường huyết của cơ thể bằng việc sản sinh insulin.
Giảm chức năng hơ hấp, khó thở dễ khiến mắc bệnh ngưng thở khi ngủ, khiến não
thiếu oxy, tạo hội chứng Pickwick.
Các bệnh về đường tiêu hóa như sỏi mật, ung thư đường mật, bệnh về gan, ruột,…
Lượng mỡ nhiều làm rối loạn buồng trứng gây tắt kinh hoặc rối loạn kinh nguyệt,
khó có con.

Hình 2.3: Ảnh minh họa người béo phì.

BỘ MƠN ĐIỆN TỬ CƠNG NGHIỆP – Y SINH

6


CHƯƠNG 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT

2.2 GIỚI THIỆU PHẦN CỨNG.
2.2.1 Tổng quan về ARM (Trích dẫn Wikipedia).
Cấu trúc ARM (viết tắt từ tên gốc là Acorn RISC Machine) là một loại cấu trúc vi
xử lý 32 bit kiểu RISC (thuộc kiến trúc Hardvard, có tập lệnh rút gọn) được sử dụng
rộng rãi trong các thiết kế nhúng. Do có đặc điểm tiết kiệm năng lượng, các bộ CPU
ARM chiếm ưu thế trong các sản phẩm điện tử di động mà với các sản phẩm này việc
tiêu tán công suất thấp là một mục tiêu thiết kế quan trọng hàng đầu.
Việc thiết kế ARM được bắt đầu từ năm 1983 trong một dự án phát triển của cơng
ty máy tính Acorn. Nhóm thiết kế hồn thành việc phát triển mẫu gọi là ARM1 vào năm
1985, và vào năm sau, nhóm hồn thành sản phẩm “thực’’ gọi là ARM2 với thiết kế đơn
giản chỉ gồm 30.000 transistor. ARM2 có tuyến dữ liệu 32 bit, không gian địa chỉ 26 bit

tức cho phép quản lý đến 64 Mbyte địa chỉ và 16 thanh ghi 32 bit. Thế hệ sau, ARM3,
được tạo ra với 4KB cache và có chức năng được cải thiện tốt hơn nữa.
Trải qua nhiều thế hệ nhưng lõi ARM gần như khơng thay đổi kích thước. ARM2
có 30.000 transistors trong khi ARM6 chỉ tăng lên đến 35.000. Ý tưởng của nhà sản xuất
lõi ARM là sao cho người sử dụng có thể ghép lõi ARM với một số bộ phận tùy chọn
nào đó để tạo ra một CPU hồn chỉnh, một loại CPU mà có thể tạo ra trên những nhà
máy sản xuất bán dẫn cũ và vẫn tiếp tục tạo ra được sản phẩm với nhiều tính năng mà
giá thành vẫn thấp.
Thế hệ thành cơng nhất có lẽ là ARM7TDMI với hàng trăm triệu lõi được sử dụng
trong các máy điện thoại di động, hệ thống video game cầm tay, và Sega Dreamcast.
Trong khi công ty ARM chỉ tập trung vào việc bán lõi IP, cũng có một số giấy phép tạo
ra bộ vi điều khiển dựa trên lõi này.
Ngày nay ARM được ứng dụng rộng rãi trên mọi lĩnh vực của đời sống: Robot,
máy tính, điện thoại, xe hơi, máy giặt…
ARM Cortex được chia làm 3 dòng:
 Cortex-A: Bộ xử lý dành cho hệ điều hành và các ứng dụng phức tạp. Hỗ trợ tập
lệnh ARM, thumb, và thumb-2.
 Cortex-R: Bộ xử lý dành cho hệ thống đòi hỏi khắc khe về đáp ứng thời gian
thực. Hỗ trợ tập lệnh ARM, thumb và thumb-2.

BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH

7


CHƯƠNG 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT
 Cortex-M: Bộ xử lý dành cho dòng vi điều khiển, được thiết kế để tối ưu về giá
thành. Hỗ trợ tập lệnh Thumb-2.
Giá trị số nằm cuối tên của 1 dòng ARM cho biết về mức độ hiệu suất tương đối
của dịng đó. Theo đó dịng ARM mang số 0 sẽ có hiệu suất thấp nhất.

Tập đồn ST Microelectronic đã cho ra mắt dịng STM32, vi điều khiển đầu tiên
dựa trên nền lõi ARM Cortex-M3 thế hệ mới do hãng ARM thiết kế, lõi ARM CortexM3 là sự cải tiến của lõi ARMv7-M 32bit truyền thống, từng mang lại sự thành công
vang dội cho cơng ty ARM. Dịng STM32 thiết lập các tiêu chuẩn mới về hiệu suất, chi
phí, cũng như khả năng đáp ứng các ứng dụng tiêu thụ năng lượng thấp và tính điều
khiển thời gian thực khắt khe.
Chip ARM Cortex-M7 là một vi điều khiển 32-bit cao cấp nhất trong series CortexM của ARM cho đến hiện nay. Theo ARM, Cortex-M7 có DSP (Digital Signal
Processing: Xử lý tín hiệu số) cao gấp đơi so với Cortex-M4 do đó có thể xử lý cùng lúc
2 tập lệnh, giúp cho M7 có thể hoạt động ở mức xung nhịp cao hơn. Đây là dịng chip
MCU 32-bit giúp tăng tốc thơng dịch dữ liệu từ các cảm biến thành thơng tin số. Nó
tăng gấp đơi hiệu năng tính tốn và DSP trong khi giảm thiểu mức tiêu thụ điện năng
nhờ vào công nghệ sản xuất 28nm. Chip M7 hỗ trợ các thiết bị nhúng điều khiển giọng
nói hoặc giao diện rich OS và cịn được sử dụng trong các smartphone hoặc trên xe hơi
để điều khiển các chức năng màn hình chạm và âm thanh phức tạp hơn.

BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH

8


CHƯƠNG 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT

Hình 2.4: Kiến trúc của vi xử lí ARM Cotex-M7.
2.2.2 Giới thiệu về ARM-Cortex-M3 STM32F1.
Dịng ARM STM32F1 được chia ra làm 5 nhóm nhỏ, mỗi nhóm sẽ có số dung
lượng bộ nhớ Flash, SRAM và số lượng ngoại vi khác nhau:
 Low-density: Gồm các vi điều khiển STM32F101xx, STM32F102xx và
STM32F103xx có bộ nhớ Flash từ 16 đến 32 Kbytes.
 Medium-density: Gồm các vi điều khiển STM32F101xx, STM32F102xx và
STM32F103xx có bộ nhớ Flash từ 64 đến 128 Kbytes.
 High-density: Gồm các vi điều khiển STM32F101xx và STM32F103xx có bộ

nhớ Flash từ 256 đến 512 Kbytes.
 XL-density: Gồm các vi điều khiển STM32F101xx và STM32F103xx có bộ nhớ
Flash từ 768 đến 1MKbytes.
 Connective line: Gồm các vi điều khiển STM32F105xx và STM32F107xx.

BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH

9


CHƯƠNG 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT

Hình 2.5: Kiến trúc ARM Cortex-M3.
Địa chỉ ngoại vi trong họ ARM STM32F1 bắt đầu từ 0x40000000 kết thúc ở
0x500003FF sử dụng các bus AHB, APB1, APB2 để trao đổi dữ liệu như hình trên.
Vùng nhớ SRAM có địa chỉ nền là 0x20000000 và có thể truy xuất theo dạng byte,
half word, word. Vùng nhớ FLASH của STM32F103RBT6 bắt đầu từ 0x08000000 đến
0x0807FFFF.
Dịng STM32F1 có 3 chế độ BOOT được chọn bởi 2 chân BOOT0 và BOOT1
theo bảng 1.
Bảng 2.2: Các chế độ BOOT của STM32F1.

Trạng thái chân
boot

Chế độ boot

Giải thích

BOOT1 BOOT0

x

0

Bộ nhớ Flash chính Chọn boot từ bộ nhớ Flash chính

0

1

Bộ nhớ hệ thống

Chọn boot từ bộ nhớ hệ thống

1

1

SRAM

Chọn boot từ bộ nhớ SRAM

BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH

10


CHƯƠNG 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT
Nguồn cung cấp cho ARM (VDD) phải nằm trong phạm vi từ 2 đến 3.6V (thường
cấp 3.3V). Một bộ điều chỉnh điện áp bên trong được sử dụng để cung cấp nguồn 1.8V

cho lõi điều khiển, SRAM và ngoại vi số.
STM32F103RBT6 là vi điều khiển của hãng STmicroelectronic sử dụng lõi ARM
Cortex-M3 thuộc dòng High-density với bộ nhớ Flash 512Kb, bộ nhớ SRAM 64Kbytes,
tần số hoạt động lên tới 72Mhz, hỗ trợ các chuẩn giao tiếp đa dạng như CAN, I2C, SPI,
UART/USART, USB, FSMC. Sử dụng 4 nguồn tạo dao động bao gồm từ thạch anh
ngoại từ 4 tới 16Mhz, bộ dao động RC nội tần số 8Mhz, bộ dao động RC hiệu chuẩn nội
40kHz và bộ dao động 32kHz cho bộ RTC.
Có các chế độ tiết kiệm nặng lượng bao gồm Sleep, Stop và Standby. Có 2 kênh
chuyển đổi DAC 12 bit, 16 kênh ADC 12 bit, 12 kênh DMA hỗ trợ nhiều ngoại vi, hỗ
trợ 2 chuẩn gỡ lỗi bao gồm SWD và JTAG. Có 8 TIMER trong đó TIMER1 và TIMER8
là 2 TIMER nâng cao, TIMER6 & TIMER7 là TIMER cơ bản, các TIMER cịn lại có
chức năng thơng thường.
Dịng ARM Cortex là một bộ xử lí thế hệ mới đưa ra một kiến trúc chuẩn cho nhu
cầu đa dạng về công nghệ. Khơng giống như các chip ARM khác, dịng Cortex là một
lõi xử lí hồn thiện, đưa ra một chuẩn CPU và kiến trúc hệ thống chung. Dịng Cortex
gồm có 3 phân nhánh chính: dịng A dành cho các ứng dụng cao cấp, dòng R dành cho
các ứng dụng thời gian thực như các đầu đọc và dòng M dành cho các ứng dụng vi điều
khiển và chi phí thấp. STM32 được thiết kế dựa trên dòng Cortex-M3, dòng Cortex-M3
được thiết kế đặc biệt để nâng cao hiệu suất hệ thống, kết hợp với tiêu thụ năng lượng
thấp, CortexM3 được thiết kế trên nền kiến trúc mới, do đó chi phí sản xuất đủ thấp để
cạnh tranh với các dịng vi điều khiển 8 và 16-bit truyền thống.
2.2.3 Cảm biến loadcell.
Loadcell là thiết bị cảm biến dùng để chuyển đổi lực hoặc trọng lượng thành tín
hiệu điện. Loadcell thường được sử dụng để cảm ứng các lực lớn, tĩnh hay các lực biến
thiên chậm. Một số trường hợp loadcell được thiết kế để đo lực tác động mạnh phụ thuộc
vào thiết kế của Loadcell.

BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH

11

CHƯƠNG 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT

Hình 2.6: Load cell 50kg.

Hình 2.7: Load cell 5kg.

Loadcell được cấu tạo bởi hai thành phần, thành phần thứ nhất là "Strain gage" và
thành phần còn lại là "Load". Strain gage là một điện trở đặc biệt chỉ nhỏ bằng móng
tay, có điện trở thay đổi khi bị nén hay kéo dãn và được nuôi bằng một nguồn điện ổn
định, được dán chết lên “Load” - một thanh kim loại chịu tải có tính đàn hồi.
Nguyên lý hoạt động: 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.
Cấu tạo chính của loadcell gồm các điện trở strain gauges R1, R2, R3, R4 kết nối
thành 1 cầu điện trở Wheatstone như hình dưới và được dán vào bề mặt của thân load
cell.

Hình 2.8: Mạch cầu điện trở Wheatstone.
Một 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 hai góc khác. Tại trạng thái
BỘ MƠN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH

12