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 CÔNG HỘP THUỐC
THÔNG MINH CHO NGƯỜI BỆNH

GVHD: TS. Nguyễn Thanh Hải
SVTH: Lê Hồ Quang – 12141179
Nguyễn Quốc Khương - 12141117

Tp. Hồ Chí Minh - 01/2018


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 KỸ THUẬT ĐIỆN TỬ TRUYỀN THÔNG
ĐỀ TÀI:



MSSV: 12141119
MSSV: 12141117
Mã ngành: 510302
Mã hệ:
D
Lớp:
12141DT

I. TÊN ĐỀ TÀI: THIẾT KẾ VÀ THI CÔNG HỘP THUỐC THÔNG MINH CHO
NGƯỜI BỆNH
II. NHIỆM VỤ
1. Các số liệu ban đầu:
- Kit Arduino Mega, NodeMCU và ngôn ngữ lập trình
- Tài liệu về Arduino Mega, NodeMCU, Firebase
- Thư viện về LCD, step motor
2. Nội dung thực hiện:
- Thiết kế mô hình của hộp thuốc: vỏ hộp, ống chứa thuốc, nắp đậy hộp, chân đế
hộp.
- Lập trình cho mạch Arduino.
- Kết nối mạch điều khiển động cơ, mạch sim800a, màn hình LCD, nút nhấn, loa
vào mạch Arduino.
- Đặt khối mạch điều khiển vào mô hình hộp thuốc.
- Thiết kế giao diện và lập trình trang web theo dõi, điều khiển hộp thuốc từ xa.
- Chạy thử nghiệm hộp thuốc tự động.
- Cân chỉnh hệ thống.
III. NGÀY GIAO NHIỆM VỤ:
11/10/2017
IV. NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ: 15/01/2018
V. HỌ VÀ TÊN CÁN BỘ HƯỚNG DẪN:

_Báo cáo GVHD.
_Tìm đề tài.
_Báo cáo GVHD.
_Tìm hiểu hoạt động Arduino Mega,
NodeMCU.
_Báo cáo GVHD.
_Tổng hợp các linh kiện cần dùng cho đề tài.
_Báo cáo GVHD.
_Tìm hiểu và thiết kế cơ cấu xoay, mô hình
của đề tài.
_Báo cáo GVHD.
_Lập trình, tìm hiểu cách hoạt động của từng
linh kiện.
_Báo cáo GVHD.
_Lập trình code hoạt động cho tất cả linh
kiện.
_Báo cáo GVHD.
_Tìm hiểu FireBase, lập trình web.
_Báo cáo GVHD.
_Thi công mô hình bằng bìa cứng và nhựa.
_Báo cáo GVHD.
_Thi công mô hình bằng nhựa.
_Báo cáo GVHD.
_Thi công mô hình bằng nhựa.
_Báo cáo GVHD.
_Thi công mô hình bằng nhựa.
_Báo cáo GVHD.
_Kết nối các linh kiện vào mô hình và chạy
thử, hiệu chỉnh.


_Báo cáo GVHD.
_Viết luận văn.
_Báo cáo GVHD.
_Chỉnh sửa, in đồ án.
GV HƯỚNG DẪN
(Ký và ghi rõ họ và tên)

ii


LỜI CAM ĐOAN
Đề tài này là do tôi tự thực hiện dựa vào một số tài liệu trước đó và không
sao chép từ tài liệu hay công trình đã có trước đó. Nếu có bất kỳ sự gian lận
nào chúng tôi xin chịu trách nhiệm về nội dung đồ án của mình.

Người thực hiện đề tài
Lê Hồ Quang – 12141179

Nguyễn Quốc Khương - 12141117



LỜI CẢM ƠN
Chúng em xin gửi lời cảm ơn chân thành đến quý thầy, cô Trường Đại Học Sư
Phạm Kỹ Thuật TP.HCM đã tận tình dạy bảo cũng như giúp đỡ chúng em trong suốt quá
trình học tập ở trường nói chung và thầy, cô khoa Điện-Điện Tử nói riêng. Các thầy cô
khoa Điện-Điện Tử đã truyền đạt những kiến thức, cũng như kinh nghiệm của mình khơi
dậy niềm đam mê tìm tòi sang tạo trong trong mỗi chúng em và từ những nền tảng căn
bản, đam mê nhỏ nhoi ấy giúp chúng em nổ lực hoàn thành đồ án cuối cùng, đồ án tốt
nghiệp do chính mình tạo ra, nó cũng như bước đệm cho sự phát triển sau này của chúng

Mục lục ....................................................................................................................... vii
Liệt kê hình vẽ ............................................................................................................. ix
Liệt kê bảng vẽ ............................................................................................................. xi
Tóm tắt ....................................................................................................................... xii

CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN ............................................................................ 1
1.1. Đặt vấn đề .......................................................................................................... 1
1.2. Mục tiêu ............................................................................................................. 2
1.3. Nội dung nghiên cứu .......................................................................................... 2
1.4. Giới hạn .............................................................................................................. 2
1.5. Bố cục ................................................................................................................ 3

CHƯƠNG 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT ................................................................ 4
2.1. Giới thiệu phần cứng ......................................................................................... 4
2.1.1. Thiết bị đầu vào .............................................................................................. 4
2.1.2. Thiết bị đầu ra ................................................................................................. 6
2.1.3. Arduino Mega 2560...................................................................................... 15
2.1.4. NodeMCU 1.0 (ESP-12E Module) .............................................................. 17
2.1.5. Mạch SIM800A ............................................................................................ 18
2.2. Các chuẩn truyền dữ liệu ................................................................................. 21
2.2.1 Giao tiếp I2C ................................................................................................. 21
2.1.2 Giao tiếp UART ............................................................................................ 24
2.1.3 Chuẩn giao tiếp Wifi ..................................................................................... 25
2.3. Firebase Hosting .............................................................................................. 30
2.4. Firebase Database ............................................................................................ 31


CHƯƠNG 3. TÍNH TOÁN VÀ THIẾT KẾ. ................................................ 33
3.1. Giới thiệu ......................................................................................................... 33
3.2. Tính toán và thiết kế hệ thống .......................................................................... 33



LIỆT KÊ HÌNH VẼ
Hình

Trang

Hình 2.1: Hai gói cấu tạo chip DS1307 ............................................................................ 4
Hình 2.2: Mạch ứng dụng đơn giản của DS1307.............................................................. 5
Hình 2.3: Tổ chức các thanh ghi của DS1307 .................................................................. 5
Hình 2.4: Mạch điều khiển động cơ bước ULN2003 và động cơ bước 28BYJ-4 ............ 6
Hình 2.5: Động cơ bước 28BYJ-4 .................................................................................... 7
Hình 2.6: Mạch điều khiển động cơ bước ULN2003 ....................................................... 8
Hình 2.7 Nối dây động cơ vào mạch điều khiển ............................................................... 9
Hình 2.8: Sơ đồ chân của LCD ....................................................................................... 10
Hình 2.9: Module giao tiếp I2C ...................................................................................... 14
Hình 2.10: LCD và module giao tiếp I2C ....................................................................... 14
Hình 2.11: Thành phần Arduino Mega 2560 .................................................................. 16
Hình 2.12: Module ESP8266 ESP-12 ............................................................................. 17
Hình 2.13: NodeMCU 1.0 (ESP-12E Module) ............................................................... 18
Hình 2.14: Module SIM800A ......................................................................................... 18
Hình 2.15: Bus I2C và các thiết bị ngoại vi .................................................................... 21
Hình 2.16: Kết nối thiết bị vào bus I2C ở chế độ chuẩn (Standard mode) và chế độ nhanh
(Fast mode)...................................................................................................................... 21
Hình 2.17: Sơ đồ truyền dữ liệu ...................................................................................... 22
Hình 2.18: Giản đồ thời gian có các điều kiện START và STOP .................................. 23
Hình 2.19: Truyền dữ liệu bằng UART .............................................................................. 24
Hình 2.20: Chuẩn giao tiếp Wifi ..................................................................................... 25
Hình 2.21: Nguyên tắc hoạt động của mạng Wifi........................................................... 26
Hình 2.22: Lộ trình phát triển của các chuẩn Wifi.......................................................... 27

Hình 4.20: Thiết kế tầng thượng ..................................................................................... 54
Hình 4.21: Các lỗ bắt ốc giữa tầng thượng với đai và dây động cơ ................................ 55
Hình 4.22: Các ống chứa thuốc và nắp đậy bên trong .................................................... 56
Hình 4.23: Bên trong tầng thượng khi tháo nắp đậy ....................................................... 57
Hình 4.24: Phần đáy của tấm tĩnh thứ 2 .......................................................................... 57
Hình 4.25: Tấm xoay thứ 2 ............................................................................................. 58
Hình 4.26: Hộp thuốc sau khi gắn vào hoàn thiện .......................................................... 59
Hình 4.27: Cài đặt JRE.................................................................................................... 75
Hình 4.28: Giao diện tải Arduino IDE ............................................................................ 75
Hình 4.29: Ủng hộ nhà phát triển Arduino IDE .............................................................. 76
Hình 4.30: Giao diện chính của Arduino IDE ................................................................ 77
Hình 4.31: Cài đặt Driver cho Arduino 1 ........................................................................ 78
Hình 4.32: Cài đặt Driver cho Arduino 2 ........................................................................ 79
Hình 4.33: Cài đặt Driver cho Arduino 3 ........................................................................ 79
Hình 4.34: Cài đặt Driver cho Arduino 4........................................................................ 80
ii


Hình 4.35: Cài đặt Driver cho NodeMCU 1 ................................................................... 80
Hình 4.36: Cài đặt Driver cho NodeMCU 2 ................................................................... 81
Hình 4.37: Cài đặt Driver cho NodeMCU 3 ................................................................... 82
Hình 4.38: Cài đặt Driver cho NodeMCU 4 ................................................................... 83
Hình 4.39: Cài đặt Driver cho NodeMCU 5 ................................................................... 84
Hình 4.40: Chọn phần cứng để lập trình ......................................................................... 85
Hình 4.41: Chọn Port kết nối .......................................................................................... 86
Hình 4.42: Cài đặt thư viện cho Arduino IDE ................................................................ 87
Hình 4.43: Viết chương trình trong Arduino IDE........................................................... 87
Hình 4.44: Các lệnh cơ bản trong Aruino IDE ............................................................... 89
Hình 4.45:Vùng debug .................................................................................................... 89
Hình 4.46: Giao diện Sublime Text ................................................................................ 97

Với sự phát triển vượt bậc về mọi mặt khoa học, đời sống. Kéo theo đó lĩnh vực
Điện Tử đóng góp một phần không nhỏ. Điện Tử được áp dụng vào cuộc sống giúp
cho công việc của con người nhẹ nhàng hơn như smart phone, máy tính bảng, laptop.
Ngoài việc hỗ trợ cho công việc thì các thiết bị cũng góp một phần nâng cao mức
sống của con người. Ngày nay, đa số mọi người vẫn còn ra nhà thuốc để mua thuốc
uống. Nhận thấy điều này, đã có nhiều nhà sản xuất bắt tay vào làm ra những thiết bị
giúp mọi người có thể quản lý lịch uống thuốc của bản thân. Nhưng hầu hết đều vẫn
còn khá đơn giản như nhắc uống thuốc, hẹn giờ uống thuốc. Với sự phát triển của
khoa học kỹ thuật, ta đã có thể nâng cấp các hộp thuốc này lên mức độ cao hơn như
là gởi tin nhắn thông báo, gởi email thông báo, theo dõi việc uống thuốc từ xa.
Vận dụng các kiến thức đã học trong suốt quá trình học tập ở trường, nhóm em
tiếp tục nâng cấp, phát triển đề tài này trở nên thông minh hơn, nhiều tính năng hơn:
có thể chứa được nhiều thuốc hơn, gởi tin nhắn và email đến người chăm sóc về tình
hình uống thuốc của bệnh nhân, cập nhật lên trên trang web lưu trữ để quản lý từ xa.
Với đề tài này, nhóm hy vọng sẽ làm cơ sở nghiên cứu cho các nhóm sau có thể
mở rộng, phát triển hơn nữa.

BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP

1


CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN

Chương 1. TỔNG QUAN
1.1.

ĐẶT VẤN ĐỀ
Trong cuộc đời của mỗi chúng ta đều phải trải qua nhiều lần mắc bệnh, từ


 Hộp thuốc dùng cơ cấu lấy thuốc mới do đó dễ dàng sử dụng hơn, có thể
đặt ngay tại nhà.
Đó là lý do nhóm em quyết định lựa chọn và thực hiện đề tài "Thiết kế và
thi công hộp thuốc thông minh cho người bệnh".
1.2.

MỤC TIÊU
Thiết kế và thi công hộp thuốc tự động cho người bệnh, trong đó có một số
chức năng như nhắc người bệnh uống thuốc đúng giờ, đúng toa, thông báo
cho người chăm sóc trong những trường hợp cần thiết như thuốc trong hộp
đã hết hay người bệnh quên uống thuốc, điều chỉnh thời gian nhắc nhở cho
phù hợp với từng bệnh nhân bằng nút nhấn và màn hình LCD tích hợp sẵn
hoặc thông qua trang web được nhà sản xuất cung cấp.

1.3.

NỘI DUNG NGHIÊN CỨU

 NỘI DUNG 1: Thu thập các tài liệu về hộp thuốc thông minh, bộ vi xử lý
của đề tài. Lựa chọn kích cỡ, hình dáng của hộp đựng thuốc.
 NỘI DUNG 2: Tìm hiểu và lựa chọn các giải pháp thiết kế, lập trình hộp
thuốc.
 NỘI DUNG 3: Thiết kế hệ thống điều khiển, thử nghiệm.
 NỘI DUNG 4: Thiết kế mô hình, chỉnh sửa và cải tiến từ những phương án
đã chọn.
 NỘI DUNG 5: Đánh giá kết quả thực hiện

1.4.

GIỚI HẠN

Chương này sẽ giới thiệu phần thi công mạch, đóng gói bộ điều khiển, các
bước thi công mô hình hoàn chỉnh. Tài liệu hướng dẫn sử dụng.
 Chương 5: Kết Quả, Nhận Xét và Đánh Giá
Chương sẽ nêu lên được kết quả hoàn thành, hình ảnh mạch hoạt động, các
phần nhận xét và đánh giá.
 Chương 6: Kết Luận và Hướng Phát Triển
Trình bày những gì làm được trong đề tài và nêu hướng phát triển cho đồ án.

BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH

3


CHƯƠNG 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT

Chương 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT
2.1 GIỚI THIỆU PHẦN CỨNG
2.1.1 Thiết bị đầu vào
Đồng hồ thời gian thực DS1307
Chip đồng hồ thời gian thực (RTC : Real-time clock) DS1307 [2] là một sản
phẩm của Dallas Semiconductor .Chip này có 7 thanh ghi 8-bit chứa thời gian là:
thứ, giờ, phút, giây, ngày, tháng, năm. Ngoài ra, DS1307 còn có 1 thanh ghi điều
khiển ngõ ra phụ và 56 thanh ghi trống có thể dùng như RAM. DS1307 được đọc
và ghi thông qua giao diện nối tiếp I2C nên cấu tạo bên ngoài rất đơn giản. Trên
thị trường, DS1307 xuất hiện ở 2 gói SOIC và DIP có 8 chân như trong hình 2.1.

Hình 2.1 Hai gói cấu tạo chip DS1307

Các chân của DS1307 được mô tả như sau:
 X1 và X2: là 2 ngõ kết nối với 1 thạch anh 32.768KHz làm nguồn tạo dao động

hàng đơn vị giờ, hai chế độ là 12 giờ và 24 giờ được lựa bởi bit thứ 6. Nếu lựa
chọn chế độ 24 giờ thì hàng chục giờ sử dụng 2 bit thứ 4 và thứ 5. Nếu lựa chọn
BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH

5


CHƯƠNG 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT

chế độ 12 giờ thì hàng chục giờ sử dụng bit thứ 4, còn bit thứ 5 có ký hiệu là A/P
tương ứng với 2 chế độ giờ là AM và PM.
 Thanh ghi lưu thứ (DAY): có địa chỉ 0x03, có chức năng lưu thứ trong tuần, có
giá trị từ 1 đến 7, tương ứng từ chủ nhật đến thứ 7.
 Thanh ghi ngày (DATE) : có địa chỉ là 0x04, có chức năng lưu các ngày trong
tháng, có giá trị từ 1 đến 31, 4 bit đầu dùng để lưu hàng đơn vị của ngày, bit thứ
4, 5 dùng để lưu hàng chục của ngày, các bit 6,7 thì bỏ trống.
 Thanh ghi tháng (MONTH) : có địa chỉ là 0x05, có chức năng lưu các tháng
trong năm, có giá trị từ 1 đến 12, 4 bit đầu dùng để lưu hàng đơn vị của tháng, bit
thứ 4 dùng để lưu hàng chục của tháng, các bít 5,6,7 thì bỏ trống.
 Thanh ghi năm (YEAR): có địa chỉ 0x06, dùng để lưu năm, DS1307 chỉ lưu
đước 100 năm tức là 00 đến 99, 4 bit thấp dùng để lưu hàng đơn vị của năm, 4 bit
cao dùng để lưu hàng chục của năm.
 Thanh ghi điều khiển: có địa chỉ là 0x07, đây là thanh ghi điều khiển quá trình
ghi của DS1307 và quá trình ghi kết thúc ở địa chỉ X93.
2.1.2 Thiết bị đầu ra
a. Mạch điều khiển động cơ bước ULN2003 và động cơ bước 28BYJ-48:
Động cơ bước 5V 28BYJ-48 [5] có bộ giảm tốc bên trong, do đó, nó có mô
men lớn trong một kích thước nhỏ bé nhưng chuyển động tương đối chậm. Những
động cơ và mạch điều khiển này được sản xuất với số lượng rất lớn nên giá thành
rẻ.

 Hướng Dây: A (Màu Xanh), B (Màu hồng), C (Màu Vàng), D (Cam), Màu E
(Đỏ, Điểm giữa)
BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH

7


CHƯƠNG 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT

 Trọng lượng: 30g
Lưu ý:
 Nếu động cơ rung động nhưng không quay hoặc chỉ chạy theo một hướng thì
có thể nó đã được kết nối sai trình tự.
 Arduino cần có 4 chân trống để kết nối với các chân In1, In2, In3, In4 trên bộ
điều khiển động cơ và sau đó các chân được nhập vào phần mềm theo trình tự 13-2-4 để có trình tự thích hợp. Ngoài ra, cần phải kết nối các chân + và - : - tới
chân GND của Arduino, + tới chân 5V của Arduino (chỉ cho một động cơ) hoặc
(tốt nhất) cấp nguồn điện riêng biệt + 5V 1A.

Hình 2.6 Mạch điều khiển động cơ bước ULN2003

Thông số mạch đệm ULN2003 [5]:
 Điện áp cung cấp: 5~12 VDC
 Tín hiệu ngõ vào: 4 chân in1, in2, in3, in4
 Tín hiệu ngõ ra: Jack cắm động cơ bước 28BYJ-48
 4 led hiển thị trạng thái hoạt động của động cơ

BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH

8



Vàng

GND

-

Lục

VCC +5

+

Lam

Nguyên lý hoạt động của động cơ bước 28BYJ-4:
Động cơ di chuyển theo trình tự mà các nam châm bên trong được bật lên.
Có 2 trình tự có thể xảy ra.
Trong trình tự 4 bước (được sử dụng trong thư viện Stepper của Arduino
IDE) luôn có 2 trong 4 cuộn dây nam châm được bật lên và chỉ một cuộn dây thay
BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH

9