Thiết kế hệ thống giám sát đo nhịp tim và nồng độ Oxy. Dấu hiệu sinh tồn của sự sống bao gồm 4 dấu hiệu: mạch, nhiệt độ, huyết áp, nhịp thở. Trong các ca cấp cứu khẩn cấp người ta luôn luôn phải đo 4 thông số này để theo dõi bệnh nhân. Ngày nay, khi khoa học ngày càng phát triển người ta đưa thêm vào dấu hiệu sinh tồn thứ 5 đó là nồng độ bão hòa Oxy trong máu. Trong những trường hợp đặc biệt như khi bệnh nhân bị ngộ độc khí thở thì máy đo nồng độ Oxy trong máu cực kỳ quan trọng. Máy theo dõi bệnh nhân nếu lượng Oxy trong người thấp hơn tiêu chuẩn cho phép thì phải cho bệnh nhân thở bằng máy thở. Qua dẫn chứng trên chúng ta có thể thấy được tầm quan trọng của máy đo nồng độ bão hòa Oxy trong máu. Đồ án này nhằm nghiên cứu về phương pháp đo nồng độ bão hòa Oxy trong máu và nhịp tim bằng phương pháp hấp thụ quang học, từ đó xây dựng mô hình máy đo nồng độ bão hòa Oxy trong máu và nhịp tim. Sau một thời gian học tập, tìm tòi và học hỏi. Được sự chỉ bảo và hướng dẫn của thầy và sự giúp đỡ của các bạn. Đến nay nhiệm vụ được giao thực hiện đồ án môn Đồ án môn học của chúng em đã hoàn thành. Tuy nhiên do thời gian có hạn nên chắc rằng đồ án của chúng em sẽ còn nhiều thiếu xót. Rất mong được sự giúp đỡ của thầy cô và bạn bè. Chúng em xin chân thành cảm ơn thầy đã giúp đỡ chúng em làm đồ án này.
BỘ CÔNG THƯƠNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI KHOA: CƠ KHÍ ─────── * ─────── ĐỒ ÁN MƠN HỌC ĐỒ ÁN ĐO LƯỜNG VÀ ĐIỀU KHIỂN Thiết kế hệ thống giám sát đo nhịp tim nồng độ oxy Giáo viên hướng dẫn: Th.S Trần Quốc Bảo Sinh viên thực hiện: Lưu Tuấn Vũ Đổng Văn Tiến Nguyễn Thành Trung Lớp: 20221ME6051003 Hà Nội - 2022 PHIẾU HỌC TẬP CÁ NHÂN/NHĨM I Thơng tin chung Tên lớp: Cơ Điện Tử Khóa: K15 Tên nhóm: Nhóm Họ tên thành viên: Lưu Tuấn Vũ MSV: Đổng Văn Tiến MSV: Nguyễn Thành Trung MSV: II Nội dung học tập Tên chủ đề: Thiết kế hệ thống giám sát đo nhịp tim nồng độ Oxy Hoạt động sinh viên - Nội dung 1: Tổng quan hệ thống (L1.1) - Nội dung 2: Xây dựng mơ hình hệ thống (L1.1; L1.2) - Nội dung 3: Mơ hình hóa mơ hệ thống (L2.1) - Nội dung 4: Viết báo cáo Sản phẩm nghiên cứu: Báo cáo thu hoạch III Nhiệm vụ học tập Hoàn thành đồ án theo thời gian quy định (từ ngày 13/09/2022 đến ngày 02/12/2022) Báo cáo nội dung nghiên cứu theo chủ đề giao trước hội đồng đánh giá IV Học liệu thực tiểu luận, tập lớn, đồ án/dự án Tài liệu học tập: Giáo trình mơn học Cảm biến hệ thống đo, vi điều khiển Phương tiện, nguyên liệu thực tiểu luận, tập lớn, đồ án/dự án (nếu có): Máy tính, linh kiện dụng cụ điện tử theo nhu cầu sử dụng KHOA/TRUNG TÂM GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN TS Nguyễn Anh Tú Th.S Trần Quốc Bảo MỤC LỤC DANH MỤC HÌNH ẢNH DANH MỤC BẢNG BIỂU LỜI NÓI ĐẦU CHƯƠNG TỔNG QUAN HỆ THỐNG 1.1 Giới thiệu chung .2 1.2 Các vấn đề đặt .3 1.2.1 Tìm hiểu phương pháp đo 1.2.2 Tim hiểu phần cứng 1.2.3 Tìm hiểu phần mềm 1.2.4 Cơ cấu chấp hành .6 1.3 Phương pháp thực 1.4 Giới hạn nghiên cứu phạm vi sử dụng .7 CHƯƠNG CƠ SỞ LÝ THUYẾT .9 2.1 Lý thuyết nhịp tim nồng độ Oxy máu 2.1.1 Khái niệm nhịp tim 2.1.2 Khái niệm nồng độ Oxy máu 10 2.2 Cảm biến .11 2.2.1 Khái niệm cảm biến .11 2.2.2 Cảm biến đo nhịp tim nồng độ Oxy 12 2.3 Xử lý tín hiệu hệ thống đo .15 2.4 Vi xử lý, Vi điều khiển 16 2.4.1 Khái niệm vi xử lý vi điều khiển 16 2.4.2 Một số vi xử lý phổ biến .17 2.5 Hệ thống điều khiển 18 CHƯƠNG MƠ HÌNH HĨA VÀ MƠ PHỎNG THIẾT BỊ 20 3.1 Tính tốn lựa chọn thiết bị 20 3.1.1 Cảm biến MAX30100 20 3.1.2 Bộ vi điều khiển ESP8266 NodeMCU 22 3.1.3 Bộ hiển thi hình LED 26 3.2 Thiết kế mạch đo khối điều khiển 28 3.2.1 Xây dựng sơ đồ khối hệ thống .28 3.2.2 Thiết kế mạch đo điều khiển .29 3.2.3 Mô giao tiếp không giây .30 3.3 Xây dựng lưu đồ thuật toán viết trương trình 33 3.3.1 Lưu đồ thuật toán 33 3.3.2 Code chương trình 35 3.4 Hoàn thiện đánh giá sản phẩm 37 KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN .39 Kết luận 39 Hướng phát triển 39 TÀI LIỆU THAM KHẢO 40 DANH MỤC HÌNH ẢNH Hình 1.1: Các bệnh liên quan đến tim mạch Hình 1.2: Đo nhịp tim ngón trỏ ngón Hình 1.3: Đo nhịp tim ống nghe Hình 1.4: Đo nhịp tim điện cực Hình 1.5: Đo không xâm lấn Hình 2.1: Các tác động qua màng 10 Hình 2.2: Cảm biến Max30100 12 Hình 2.3: Cảm biến max30102 13 Hình 2.4: Cảm biến Pluse 14 Hình 2.5: Cảm biến OSRAM SFH 7060 BIOFY 14 Hình 2.6: Đo nhịp tim phương pháp hấp thụ quang học 16 Hình 2.7: Bộ xử lý Arduino Mega 2560 .17 Hình 2.8: Bộ xử lý ESP8266 Node MCU 17 Hình 2.9: Bộ xử lý ESP 32 18 Hình 2.10: Sơ đồ khối 19 Hình 3.1: LED LRD dùng cảm biến .20 Hình 3.2: Sơ đồ chân cảm biến MAX30100 .21 Hình 3.3: Sơ đồ nguyên lý cảm biến MAX30100 .22 Hình 3.4: Sơ đồ chân xử lý ESP8266 .25 Hình 3.5: Sơ đồ nguyên lý hình Oled 27 Hình 3.6: Điện áp dịng diện tiêu thụ module 28 Hình 3.7: Sơ đồ kết nối module 29 Hình 3.8: Giao diện website Blynk .31 Hình 3.9: Giao diện thiết lập Template .31 Hình 3.10: Giao diện device 32 Hình 3.11: Giao diện blynk app 33 Hình 3.12: Sản phẩm sau hồn thiện .38 DANH MỤC BẢNG BIỂU Bảng 2.1: Nhịp tim bình thường theo lứu tuổi Bảng 3.1: So sánh vi xử lý .24 Bảng 3.2: Thông số kỹ thuật cảm biến Max30100 27 Bảng 3.3: Các chân kết nối ESP8266 với hình .29 Bảng 3.4: Các chân kết nối ESP8266 với cảm biến .29 Bảng 3.5: Kết khảo sát sản phẩm người bình thường đo sản phẩm nhóm thiết kế 37 Bảng 3.6: Kết khảo sát người người bình thường đo thiết bị thương mại hóa 37 LỜI NÓI ĐẦU Dấu hiệu sinh tồn sống bao gồm dấu hiệu: mạch, nhiệt độ, huyết áp, nhịp thở Trong ca cấp cứu khẩn cấp người ta luôn phải đo thông số để theo dõi bệnh nhân Ngày nay, khoa học ngày phát triển người ta đưa thêm vào dấu hiệu sinh tồn thứ nồng độ bão hịa Oxy máu Trong trường hợp đặc biệt bệnh nhân bị ngộ độc khí thở máy đo nồng độ Oxy máu quan trọng Máy theo dõi bệnh nhân lượng Oxy người thấp tiêu chuẩn cho phép phải cho bệnh nhân thở máy thở Qua dẫn chứng thấy tầm quan trọng máy đo nồng độ bão hòa Oxy máu Đồ án nhằm nghiên cứu phương pháp đo nồng độ bão hòa Oxy máu nhịp tim phương pháp hấp thụ quang học, từ xây dựng mơ hình máy đo nồng độ bão hịa Oxy máu nhịp tim Sau thời gian học tập, tìm tòi học hỏi Được bảo hướng dẫn thầy giúp đỡ bạn Đến nhiệm vụ giao thực đồ án mơn Đồ án mơn học chúng em hồn thành Tuy nhiên thời gian có hạn nên đồ án chúng em nhiều thiếu xót Rất mong giúp đỡ thầy bạn bè Chúng em xin chân thành cảm ơn thầy giúp đỡ chúng em làm đồ án Hà Nội, ngày 02 tháng 12 năm 2022 CHƯƠNG TỔNG QUAN HỆ THỐNG 1.1 Giới thiệu chung Trong công nghiệp đại, thuật ngữ “đo lường điều khiển” trở nên quen thuộc, khơng phải mơ tả nhiều để hình dung mục đích, tác dụng tầm quan trọng Hiện hệ thống thiết bị đo lường điều khiển tự động mang tỷ trọng lớn phần tử với đặc điểm kỹ thuật vi tính Có thể tìm thấy phần tử lớp cấu trúc hệ thống Từ lớp kế cận hay trực tiếp với q trình cơng nghệ, lớp cấp Kỹ thuật vi tính góp phần làm thay đổi mặt trung tâm điều khiển, nơi theo dõi - xử lý tín hiệu - liệu thu thập được, thực nhiệm vụ điều khiển tối ưu hố, vận hành phân tích q trình cơng nghệ Khi xây dựng hệ thống đo lường điều khiển dựa máy tính có hỗ trợ phần mềm chuyên dụng thường yêu cầu có tốc độ giao tiếp cao Nhu cầu đo lường - điều khiển ngày phức tạp nhu cầu làm việc liên tục q trình sản xuất địi hỏi độ tin cậy thiết bị đo lường - điều khiển ngày cao Các thiết bị đo lường điều khiển có ứng dụng quan trọng thực tế, có nhiều đề tài tiêu biểu có tính thiết thực xã hội: Thiết bị đo lường điều khiển hệ thống xử lí nước thải, hệ thống tưới nước thông minh dùng nông nghiệp… Trong lĩnh vực y tế: Thiết bị đo, giám sát nhịp tim nồng độ oxy máu(SpO2) có vai trị quan trọng việc chuẩn đốn lâm sàng vấn đề tim mạch… Lịch sử phát triển: - Năm 1935: Thiết bị đo SpO2 đầu tiên, không xâm lấn, cách cho ánh sáng màu chiếu xuyên qua thể với đầu dò tai - Năm 1972: Aoyagi tập đồn Nihon Kohden thức cho đời máy đo oxy dựa vào mạch đập (Pulse oximetry) - Năm 1987: Máy đo SpO2 dựa vào mạch đập sử dụng rộng rãi phòng gây mê Mỹ - Từ năm 1990 – đến nay: Máy đo SpO2 sử dụng phổ biến khắp giới 1.2 Các vấn đề đặt 1.2.1 Tìm hiểu phương pháp đo Hình 1.1 Các bệnh liên quan đến tim mạch Ngày với phát triển ngành điện tử ứng dụng điện tử giúp sáng tạo người trở thành thực Ngành điện tử ứng dụng điện tử vào lĩnh vực y sinh tạo chỗ đứng khẳng định tầm quan trọng nhu cầu người Những cố ảnh hưởng đến sức khỏe xảy lúc với quan tâm chưa vấn đề tim mạch đời sống thường ngày Mặc dù trình độ khoa học kỹ thuật nước lĩnh vực y tế có bước tiến lớn, nhiên nước phát triển, việc chăm lo đảm bảo cho sức khỏe người dân có nhiều hạn chế chưa thật trọng Vấn đề đột quỵ người cao tuổi tình trạng phổ biến Ngun nhân vấn đề biến chứng huyết áp cao, tim phải làm việc nhiều để bơm máu, dẫn đến tượng căng tim hỏng mạch máu, từ làm tăng nguy đau tim, đột quỵ Chính việc theo dõi nhịp tim thường xuyên người cao tuổi quan trọng Các phương pháp đo nhịp tim: Có nhiều phương pháp để đo xác định nhịp tim khác ngồi nước Nhìn chung phương pháp đo giống khác hình thức đo chia làm ba phương pháp là: thủ công, xâm lấn, không xâm lấn ... LÝ THUYẾT 2.1 Lý thuyết nhịp tim nồng độ Oxy máu 2.1.1 Khái niệm nhịp tim Nhịp tim tốc độ nhịp tim đo số lần co thắt (nhịp đập) tim phút (BPM - beat per minute) Nhịp tim thay đổi theo nhu cầu... máy đo nồng độ bão hòa Oxy máu Đồ án nhằm nghiên cứu phương pháp đo nồng độ bão hòa Oxy máu nhịp tim phương pháp hấp thụ quang học, từ xây dựng mơ hình máy đo nồng độ bão hịa Oxy máu nhịp tim Sau... dung học tập Tên chủ đề: Thiết kế hệ thống giám sát đo nhịp tim nồng độ Oxy Hoạt động sinh viên - Nội dung 1: Tổng quan hệ thống (L1.1) - Nội dung 2: Xây dựng mơ hình hệ thống (L1.1; L1.2) - Nội