(Đồ án hcmute) xây dựng hệ thống theo dõi, giám sát nhịp tim cho người lớn tuổi qua mạng internet

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP.HCM KHOA ĐÀO TẠO CHẤT LƯỢNG CAO ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP NGÀNH CÔNG NGHỆ KỸ THUẬT ĐIỆN TỬ - TRUYỀN THÔNG HỆ THỐNG THEO DÕI, GIÁM SÁT NHỊP TIM CHO NGƯỜI LỚN TUỔI QUA MẠNG INTERNET GVHD: ThS NGÔ QUỐC CƯỜNG SVTH : LÊ PHAN MINH ĐỨC MSSV : 12141743 SKL 0 Tp Hồ Chí Minh, tháng năm 2017 an ` BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH KHOA ĐÀO TẠO CHẤT LƯỢNG CAO - ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Đề tài: HỆ THỐNG THEO DÕI, GIÁM SÁT NHỊP TIM CHO NGƯỜI LỚN TUỔI QUA MẠNG INTERNET GVHD: SVTH : Khóa : Ngành : ThS NGƠ QUỐC CƯỜNG LÊ PHAN MINH ĐỨC – 12141743 2012 ĐIỆN TỬ, TRUYỀN THÔNG (ĐT – VT) Tp Hồ Chí Minh, tháng năm 2017 an ` an CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc lập – Tự – Hạnh phúc *** Tp Hồ Chí Minh, ngày 23 tháng năm 2016 NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Họ tên sinh viên: Lê Phan Minh Đức Ngành: Điện tử - Viễn thông Giảng viên hướng dẫn: ThS Ngô Quốc Cường Ngày nhận đề tài: 23/9/2016 MSSV: 12141743 Lớp: 12141CLVT ĐT: 01215595101 Ngày nộp đề tài: 13/2/2017 Tên đề tài : Hệ thống theo dõi, giám sát nhịp tim qua mạng Internet dành cho người lớn tuổi Các số liệu, tài liệu ban đầu: Thu thập liệu điều khiển thiết bị nhà kính qua Web Server, A SVM Algorithm for Investigation of Tri-Accelerometer Based Falling Data Nội dung thực hiện đề tài: Thiết kế xây dựng hệ thống đo đạc, giám sát nhịp tim qua tảng Web, cập nhật liệu liên tục báo động trường hợp có sự cố xảy Sản phẩm: Một thiết bị nhỏ gọn mang người liên tục thu thập, đo đạc liệu gửi khối trung tâm để giám sát, báo động có sự cố TRƯỞNG NGÀNH GIẢNG VIÊN HƯỚNG DẪN i an CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc lập – Tự – Hạnh phúc *** PHIẾU NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN Họ tên Sinh viên: Lê Phan Minh Đức MSSV: 12141743 Ngành: Điện tử - Viễn thông Tên đề tài: Hệ thống theo dõi, giám sát nhịp tim qua mạng Internet dành cho người lớn tuổi Họ tên Giáo viên hướng dẫn: ThS Ngô Quốc Cường NHẬN XÉT Về nội dung đề tài & khối lượng thực hiện: Ưu điểm: Khuyết điểm: Đề nghị cho bảo vệ hay không? Đánh giá loại: Điểm:……………….(Bằng chữ: ) Tp Hồ Chí Minh, ngày tháng năm 2017 Giáo viên hướng dẫn ii an CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc lập – Tự – Hạnh phúc *** PHIẾU NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN PHẢN BIỆN Họ tên Sinh viên: Lê Phan Minh Đức MSSV: 12141743 Ngành: Điện tử - Viễn thông Tên đề tài: Hệ thống theo dõi, giám sát nhịp tim qua mạng Internet dành cho người lớn tuổi Họ tên Giáo viên phản biện: NHẬN XÉT Về nội dung đề tài & khối lượng thực hiện: Ưu điểm: Khuyết điểm: Đề nghị cho bảo vệ hay không? Đánh giá loại: Điểm:……………….(Bằng chữ: ) Tp Hồ Chí Minh, ngày tháng năm 2017 Giáo viên phản biện iii an LỜI CẢM ƠN Để hồn thành đề tài này, em xin chân thành cảm ơn quý Thầy, Cô khoa Đào tạo chất lượng cao nói riêng, Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Tḥt TP Hồ Chí Minh nói chung tận tình truyền đạt kiến thức năm em học tập Đặc biệt, em xin chân thành cảm ơn Thầy Ngô Quốc Cường tận tình hướng dẫn tạo điều kiện thuận lợi cho em suốt thời gian thực hiện đồ án tốt nghiệp Bên cạnh đó, em cũng xin cảm ơn anh, chị khóa trước cũng bạn sinh viên lớp 12141CLVT nhiệt tình đóng góp ý kiến chia sẻ kinh nghiệm để giúp em hoàn thành đề tài Cuối cùng, kiến thức, thời gian thực hiện hạn hẹp nên khơng tránh khỏi sai sót Em mong nhận sự đóng góp ý kiến quý thầy bạn để hồn thiện Em xin chân thành cảm ơn! iv an TÓM TẮT Hiện nay, khoa học kỹ thuật ngày phát triển, người đã, có nhiều bước tiến dài, thực hiện việc mà trước tưởng chừng khơng thể Nhìn chung, tất nỗ lực để phục vụ cho nhu cầu, đời sống người ngày đầy đủ, tiện nghi Với Việt Nam nói riêng, nước phát triển, mặt sống người dân cịn nhiều khó khăn, lạc hậu, việc áp dụng kỹ thuật nhằm đảm bảo cho đời sống, sức khỏe người cách đơn giản, dễ dàng tiếp cận cần thiết Nghiên cứu hướng đến sản phẩm mang tính ứng dụng cao, xây dựng hệ thống cho phép giám sát, theo dõi sức khỏe người dùng cách dễ dàng tiện dụng Cụ thể xây dựng hệ thống theo dõi thông số nhịp tim, đảm bảo phát hiện sự cố xảy với người dùng cách tức thời, qua có biện pháp xử lý kịp lúc, tránh tình trạng đáng tiếc xảy phát hiện chậm trễ Để đáp ứng yêu cầu đề ra, cần tìm hiểu đặc trưng, ý nghĩa thơng số tín hiệu nhịp tim, qua tìm phương pháp thích hợp để giảm thiểu sai số đo đạc Trong đề tài này, em sử dụng liệu từ cảm biến nhịp tim truyền board Arduino Pro Mini để xử lý, sau giao tiếp với board Arduino Mega 2560 qua sóng RF để hiển thị tảng Web Bên cạnh, việc giám sát, phát hiện báo động sự cố thực hiện thông qua môi trường mạng Internet cũng mạng di động nhằm đảm bảo tính tức thời v an ABSTRACT Nowadays, science and technology are developing faster and faster than ever We, human being, has been taking several giant steps from time to time, therefore, be able to accomplish many incredible tasks which were impossible in the past In general, all of those conations was nothing more but to guarantee a attendance on human’s desire As a developing country, Vietnamese’s standard of living, as well as technology level, is generally considered as low and under development Therefore, those technical application for serving people’s life and health are very crucial, and they also must be easy to approach and make use at the same time This research aimed for a highly applicable product, designing and constructing a system that allows us to supervise user’s health easily at anytime In specific, we will construct a system which is able to detect immediately whether user’s health is in instant need of help based on heart beat value, and so to have an act in advance, avoid unwanted outcomes due to lateness To so, reasearching significant features of a heart beat signal is needed to minimize mismeasure In this research, the data from heart beat sensor is processed by Arduino Pro Mini board, then transmitted using RF signal to Arduino Mega 2560 to display on a Web Server Besides, supervising, detecting and alerting will be executed in the Internet and mobile networks to ensure instantaneity vi an MỤC LỤC Trang phụ bìa NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP i PHIẾU NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN ii PHIẾU NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN PHẢN BIỆN iii LỜI CẢM ƠN iv TÓM TẮT v ABSTRACT vi MỤC LỤC vii DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT x DANH MỤC CÁC BẢNG xi DANH MỤC CÁC BIỂU ĐỒ VÀ HÌNH ẢNH xii CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN 1.1 GIỚI THIỆU TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU HIỆN NAY 1.1.1 Đặt vấn đề .1 1.1.2 Tình hình nghiên cứu nước 1.1.3 Tình hình nghiên cứu ngồi nước 1.1.4 Tính cấp thiết đề tài 1.2 MỤC TIÊU NGHIÊN CỨU .3 1.3 ĐỐI TƯỢNG VÀ PHẠM VI NGHIÊN CỨU 1.4 PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 1.5 BỐ CỤC ĐỒ ÁN CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT 2.1 ARDUINO MEGA 2560 BOARD 2.1.1 Giới thiệu Arduino Mega 2560 Board 2.1.2 Chi tiết thông số kỹ thuật Arduino Mega 2560 2.2 ARDUINO PRO MINI .8 2.3 ARDUINO SHIELDS 2.4 ARDUINO IDE 10 2.5 CHUẨN GIAO TIẾP GIỮA ARDUINO BOARD VỚI CÁC MODULE 12 2.5.1 Chuẩn giao tiếp I2C 12 vii an Tìm giá trị HR cao thấp Phân loại giá trị HR Báo động Hiển thị trang web Hình 3.23 Lưu đồ giải thuật khối xử lý trung tâm 55 an Giải thích lưu đồ: Đầu tiên nhóm lệnh khởi tạo gồm gọi thư viện cho nRF24L01, DS1307, Ethernet Shield, thiết lập kênh truyền, chân cho LED, cũng thiết lập cổng Serial1 cho SIM900A Mini Vòng lặp:  Kiểm tra có tín hiệu RF truyền tới hay khơng, có thực hiện tiếp lệnh sau, khơng có quay lại tiếp tục kiểm tra  Khi có tín hiệu RF, tức có tồn giá trị HR, kiểm tra xem giá trị HR có hợp lệ hay không để tránh trường hợp nhiễu  Nếu giá trị HR hợp lệ, cho LED sáng thực thi cơng việc sau đó: o Giải tḥt xếp bong bóng đơn giản để tìm giá trị HR cao thấp o Phân loại giá trị HR cao hay thấp, đồng thời lớn giá trị HR cho phép khoảng thời gian bật cờ nguy hiểm lên true để thực hiện báo động o Nếu cờ nguy hiểm true, xuất điện áp còi dùng module SIM900A để gọi đến số điện thoại thiết lập sẵn  Thiết lập khối thành Web Server, hiển thị kết lên trang Web 3.3.4 Thiết kế giao diện Web Cấu hình router: Bước 1: Truy cập vào router quyền admin Hình 3.24 Giao diện truy cập router Bước 2: Cấu hình NAT cho router Chọn Advanced Setup  NAT/Routing  Port Forwarding Với Lan IP 169.254.254.139 IP Arduino Mega 2560 (có thể tự thiết lập), port 8888 56 an Hình 3.25 Cấu hình Port Forwarding cho router Bước 3: Xem IP Internet: Advanced Setup  Network  Internet Status Hình 3.26 Xem địa WAN IP 57 an Bước 4: Truy cập vào web server từ Internet cách truy cập vào địa 192.168.39.34:8888      Hình 3.27 Giao diện trang Web theo dõi nhịp tim BPM: giá trị HR tức thời State: có trạng thái, LOW, NORMAL HIGH Highest BPM: giá trị HR cao tính từ thời điểm bắt đầu đo, kèm với nhãn thời gian Lowest BPM: giá trị HR thấp tính từ thời điểm bắt đầu đo, kèm với nhãn thời gian Tick box: nhấn vào lấy giá trị BPM tức thời gán cho giá trị Highest Lowest BPM 58 an CHƯƠNG 4: KẾT QUẢ THỰC HIỆN VÀ ĐÁNH GIÁ 4.1 Kết phần cứng 4.1.1 Khối thu thập liệu Hình 4.1 Khối thu thập liệu 59 an 4.1.2 Khối xử lý trung tâm Hình 4.2 Khối xử lý trung tâm 60 an 4.2 Kết phần mềm Giao diện Web hiển thị kết đo BPM tức thời, cũng giá trị cao thấp suốt trình theo dõi Hình 4.3 Các trạng thái giá trị HR 61 an Nhận xét: việc xây dựng khối xử lý trung tâm thành Web Server cho phép liệu cập nhật liên tục với độ trễ thấp ổn định, nhiên chưa xây dựng sở liệu để lưu trữ kết quả, dẫn đến việc không cho phép theo dõi kết thời gian dài Bảng 4.1 Nhịp tim tương ứng với hoạt động, trạng thái thể thực tế đo Thời điểm, hoạt động ngày, Giá trị nhịp tim trạng thái thể Buổi sáng, vừa ngủ dậy 84-90 Làm việc, học tập 93-97 Sau vận động thể 100-105 Lo lắng, hồi hộp 95-98 Sau dùng bữa 90-95 Ưu nhược điểm hệ thống Ưu điểm: đo tín hiệu nhịp tim tương đối xác, q trình truyền nhận khối lớn ổn định, cập nhật hiển thị lên trang Web tức thời, đáp ứng tính thời gian thực hệ thống để báo động có sự cố yêu cầu đề Nhước điểm: kết phần cứng chưa nhỏ gọn, tín hiệu nhịp tim đo xác thiết bị đo nằm vị trí ổn định, chưa xây dựng sở để lưu trữ liệu 4.3 62 an CHƯƠNG 5: KẾT LUẬN VÀ PHẠM VI ỨNG DỤNG 5.1 Kết luận Hoàn thành đề tài giúp em nắm thêm kiến thức:  Khái niệm cách thức xây dựng dự án board Arduino nói chung, Arduino Mega 2560 nói riêng  Cấu tạo nguyên lý hoạt động cảm biến nhịp tim  Giải thuật đo tín hiệu nhịp tim  Kiến thức tổng quan truyền nhận tín hiệu vơ tuyến, đặc biệt module nRF24L01  Cách thức sử dụng module RTC DS1307  Cấu tạo lưu ý sử dụng pin lithium-ion  Tổng quan loại Shield cho Arduino  Cách lập trình điều khiển module SIM  Ngôn ngữ lập trình bản: C, html Tuy nhiên, bên cạnh đó, thời gian trình độ cịn hạn hẹp nên khơng tránh khỏi sai sót, hạn chế hệ thống như:  Chưa bảo đảm tính “di động” cho khối thu thập liệu, tức người đeo thiết bị di chuyển hoạt động nhiều cho sai số nhiễu đo  Kiến thức lập trình Web cịn hạn chế, dẫn đến giao diện chức trang Web mang tính mơ tả, khơng mang tính ứng dụng vào thực tế 5.2 Phạm vi ứng dụng hướng phát triển Tuy cịn nhiều hạn chế ứng dụng vào việc theo dõi nhịp tim cho người cao tuổi mắc bệnh trí nhớ hay bị tàn tật, đối tượng di chuyển khả tự chăm sóc sức khỏe cũng thông báo tình trạng sức khỏe thân đến người thân xung quanh Bên cạnh đó, hệ thống thiết kế dạng mơ hình nên mang tính nghiên cứu sở nhiều ứng dụng thực tế, cũng đáp ứng tính mở rộng cũng phát triển sau: 63 an Hình 5.1 Hướng mở rộng hệ thống  Khối thu thập liệu thay đổi tùy chỉnh để thu thập nhiều thông số huyết áp nhiệt độ thể  Khối xử lý trung tâm Mirco Controller nào, đồng thời chuyển thành Web Client Web Server để cung cấp liệu cho máy chủ sở liệu môi trường WAN  Hệ thống bệnh viện tiếp nhận theo dõi liệu từ Database Server, đảm bảo xử lý kịp thời sự cố Tiếp đó, mở rộng thêm hệ thống nhằm phục vụ cho nhiều người dùng 64 an Hình 5.2 Hệ thống mở rộng cho ứng dụng thực tế 65 an TÀI LIỆU THAM KHẢO Tiếng Việt [1] [2] [3] [4] [5] [6] [7] http://vietnamnet.vn/vn/doi-song/dot-quy-nhung-con-so-am-anh-oviet-nam-232841.html http://otiv.com.vn/tai-bien-mach-mau-nao-dot-quy/phong-ngua-dotquy-nao-655.html http://giaoduc.net.vn/Xa-hoi/Chi-so-suc-khoe-cua-nguoi-dan-VietNam-dang-o-nguong-nao-post150010.gd Phạm Nguyễn Vinh (2003), “Sổ tay điện tâm đồ”, NXB Y Học Trần Đỗ Trịnh, “Hướng dẫn đọc điện tim”, NXB Đại Học Y Dược Huế Phạm Hoàng Lâm, Nguyễn Thành Lợi (2016), “Xử lý nhiễu tín hiệu ECG lọc thích nghi”, Đồ án tốt nghiệp khóa 2012-2016 Trần Nam Khôi (2016), “Thu thập liệu điều khiển thiết bị nhà kính qua Web Server”, Đồ án tốt nghiệp khóa 2012-2016 Tiếng Anh [8] [9] [10] [11] [12] [13] http://www.softwareadvice.com/home-health/?layout=var_so1 David Kotz, Sasikanth Avancha, Amit Baxi (2009), “A Privacy Framework for Mobile Health and Home-Care Systems” http://www.heart.org/HEARTORG/Conditions/Arrhythmia/AboutArrhythmi a/Bradycardia-Slow-Heart-Rate_UCM_302016_Article.jsp#.WGx4W_l95hF Thanh Hai Nguyen, Ty Phu Pham, Cuong Q Ngo, Thanh Tam Nguyen (2016), “A SVM Algorithm for Investigation of Tri-Accelerometer Based Falling Data”, American Journal of Signal Processing John E Hall (2011), “Guyton and Hall Textbook of Medical Physiology e12th”, SAUNDERS ELSEVIER, ISBN: 978-1-4160-4574-8 http://pulsesensor.com/pages/pulse-sensor-amped-arduino-v1dot1 66 an PHỤ LỤC: HƯỚNG DẪN SỬ DỤNG SẢN PHẨM Các bước sử dụng sản phẩm để theo dõi nhịp tim sau: Bước 1: Đeo thiết bị vào cổ tay, ý phần cảm biến cần đặt đúng vị trí đeo đủ chặt hình: Bước 2: Dùng trình duyệt web truy cập đến địa hệ thống 192.168.39.34 Bước 3: Chờ khoảng thời gian để hệ thống hoạt động ổn định, sau click chuột vào ô Set High and Low BPM để bắt đầu theo dõi 67 an Khi nhịp tim vượt khỏi tầm giá trị cho phép khoảng thời gian hệ thống báo động còi qua mạng di động 68 an S an K L 0 ... CHÍ MINH KHOA ĐÀO TẠO CHẤT LƯỢNG CAO - ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Đề tài: HỆ THỐNG THEO DÕI, GIÁM SÁT NHỊP TIM CHO NGƯỜI LỚN TUỔI QUA MẠNG INTERNET GVHD: SVTH : Khóa : Ngành : ThS NGƠ QUỐC CƯỜNG... 13/2/2017 Tên đề tài : Hệ thống theo dõi, giám sát nhịp tim qua mạng Internet dành cho người lớn tuổi Các số liệu, tài liệu ban đầu: Thu thập liệu điều khiển thiết bị nhà kính qua Web Server, A SVM... MSSV: 12141743 Ngành: Điện tử - Viễn thông Tên đề tài: Hệ thống theo dõi, giám sát nhịp tim qua mạng Internet dành cho người lớn tuổi Họ tên Giáo viên hướng dẫn: ThS Ngô Quốc Cường NHẬN XÉT