Thiết kế hệ thống giám sát sức khỏe cơ bản cho bệnh nhân covid 19

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP NGÀNH CÔNG NGHỆ KỸ THUẬT ĐIỆN TỬ - VIỄN THÔNG THIẾT KẾ HỆ THỐNG GIÁM SÁT SỨC KHỎE CƠ BẢN CHO BỆNH NHÂN COVID-19 GVHD: NGUYỄN NGÔ LÂM SVTH: NGUYỄN THỊ THU NGA BÙI THỊ THANH NGÂN SKL009260 Tp Hồ Chí Minh, tháng 08/2022 ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH KHOA ĐÀO TẠO CHẤT LƯỢNG CAO ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐỀ TÀI: THIẾT KẾ HỆ THỐNG GIÁM SÁT SỨC KHỎE CƠ BẢN CHO BỆNH NHÂN COVID-19 GVHD: ThS NGUYỄN NGÔ LÂM SVTH: NGUYỄN THỊ THU NGA BÙI THỊ THANH NGÂN TP Hồ Chí Minh, Tháng 08 năm 2022 CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc lập – Tự – Hạnh phúc *** -Tp Hồ Chí Minh, ngày tháng năm 2022 NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Họ tên sinh viên Bùi Thị Thanh Ngân Nguyễn Thị Thu Nga Giảng viên hướng dẫn: Th.S Nguyễn Ngô Lâm Tên đề tài: Thiết kế hệ thống giám sát sức khỏe cho bệnh nhân Covid-19 Các số liệu, tài liệu ban đầu: Giáo trình kỹ thuật truyền số liệu Giáo trình sở ứng dụng IoTs Giáo trình thực tập vi xử lý Lập trình điều khiển xa với ESP8266- ESP32 Arduino Sản phẩm: Hệ thống giám sát sức khỏe phần web giám sát, ứng dụng di động khai báo thông tin TRƯỞNG NGÀNH GIẢNG VIÊN HƯỚNG DẪN i CỘNG HOÀ XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc lập – Tự – Hạnh Phúc ******* PHIẾU NHẬN XÉT CỦA GIẢNG VIÊN HƯỚNG DẪN Họ tên sinh viên Bùi Thị Thanh Ngân Nguyễn Thị Thu Nga Giảng viên hướng dẫn: Th.S Nguyễn Ngô Lâm 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 2022 Giảng viên hướng dẫn (Ký & ghi rõ họ tên) ii CỘNG HOÀ XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc lập – Tự – Hạnh Phúc ******* PHIẾU NHẬN XÉT CỦA GIẢNG VIÊN PHẢN BIỆN Họ tên sinh viên Bùi Thị Thanh Ngân Nguyễn Thị Thu Nga Giảng viên hướng dẫn: Th.S Nguyễn Ngô Lâm 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 2022 Giảng viên phản biện (Ký & ghi rõ họ tên) iii LỜI CẢM ƠN Trong thời gian thực luận văn tốt nghiệp chúng em có giúp đỡ hỗ trợ đến từ thầy cô, quan tâm từ gia đình bạn bè đồng hành Lời nhóm chúng em xin gửi lời cảm ơn thầy Nguyễn Ngô Lâm hướng dẫn chúng em thực đề tài Từ bắt đầu đề tài bước lựa chọn, chúng em thầy góp ý nhiều để chọn đề tài phù hợp, thực chúng em thầy hỗ trợ nhiều để vượt qua khó khăn khoảng thời gian nghiên cứu thực đề tài Nhóm thực đề tài muốn gửi tới thầy cô giảng viên trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật Thành phố Hồ Chí Minh đặc biệt thầy ngành Công nghệ kỹ thuật Điện tử– Viễn thông lời cảm ơn sâu sắc tận tâm truyền đạt kiến thức sở chuyên ngành để chúng em ứng dụng nghiên cứu thực đề tài Đề tài cịn nhiều thiếu sót nên nhóm mong nhận nhiều sư góp ý từ thầy vơ để cải thiện hệ thống nhiều có tính ứng dụng cao thực tế TP Hồ Chí Minh, ngày tháng năm 2022 iv MỤC LỤC NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP PHIẾU NHẬN XÉT CỦA GIẢNG VIÊN HƯỚNG DẪN PHIẾU NHẬN XÉT CỦA GIẢNG VIÊN PHẢN BIỆN LỜI CẢM ƠN MỤC LỤC TÓM TẮT DANH MỤC HÌNH ẢNH, BIỂU ĐỒ DANH MỤC BẢNG CÁC TỪ VIẾT TẮT CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN ĐỀ TÀI 1.1 Giới thiệu 1.2 Mục tiêu đề tài 1.3 Tổng quan tình hình nghiên cứu 1.3.1 Tình hình nghiên cứu ngồi nướ 1.3.2 Tình hình nghiên cứu nướ 1.4 Phương pháp nghiên cứu 1.5 Bố cục đề tài CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT 2.1 Tổng quan nhịp tim, nồng độ Oxy máu thân nhiệt ng 2.1.1 Nhịp tim 2.1.2 Nồng độ Oxy máu 2.1.3 Thân nhiệt thể người 2.1.4 Kết luận 2.2 Linh kiện sử dụng 2.2.1 ESP8266 Node MCU [5] 2.2.2 Module cảm biến nhịp tim n 2.2.3 Module cảm biến nhiệt độ t 2.2.4 Module buzzer [8] 2.2.5 128x64 OLED 128x64 [9] v 2.3 Chuẩn giao tiếp I2C 2.3.1 Giới thiệu 2.3.2 Cách hoạt động I2C 2.4 Ngơn ngữ lập trình thư viện sử dụng 2.4.1 Ngơn ngữ lập trình Javascript 2.4.2 Ngơn ngữ lập trình Java 2.4.3 Giao thức HTTP truyền tải 2.4.4 Firebase, Firebase realtime dat CHƯƠNG 3: THIẾT KẾ HỆ THỐNG 3.1 Giới thiệu 3.1.1 Yêu cầu hệ thống 3.1.2 Sơ đồ khối 3.2 Thiết kế hệ thống phần cứng 3.2.1 Khối đo nhịp tim nồng độ o 3.2.2 Khối đo thân nhiệt 3.2.3 Khối nút nhấn 3.2.4 Khối buzzer 3.2.5 Khối hiển thị hình OLED 3.2.6 Khối xử lý trung tâm 3.2.7 Khối nguồn CHƯƠNG 4: THI CÔNG HỆ THỐNG 4.1 Giới thiệu 4.2 Lắp ráp kiểm tra 4.3 Đóng gói thi cơng mơ hình 4.4 Lập trình hệ thống 4.4.1 Lưu đồ giải thuật phần cứng 4.4.2 Lưu đồ giải thuật phần mềm củ 4.4.3 Phần mềm Arduino IDE 4.4.4 Giới thiệu phần mềm lập trình 4.4.5 Giới thiệu phần mềm lập trình vi CHƯƠNG 5: KẾT QUẢ 54 5.1 Kết 54 5.1.1 Mơ hình chạy thực tế 54 5.1.2 Giao diện App Android 56 5.1.3 Giao diện Web Server 62 5.1.4 Kết so sánh 65 CHƯƠNG 6: ĐÁNH GIÁ VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN 69 6.1 Đánh giá 69 6.1.1 Ưu điểm 69 6.1.2 Nhược điểm 69 6.2 Hướng phát triển 70 TÀI LIỆU THAM KHẢO 71 PHỤ LỤC 73 vii TĨM TẮT Trong luận văn này, nhóm tác giả thiết kế “Hệ thống giám sát sức khỏe cho bệnh nhân mắc Covid-19”, hệ thống giám sát số liệu thời gian thực Mục đích nhóm thực đề tài mang tới giải pháp giúp việc giám sát điều trị cho bệnh nhân mắc Covid-19 cách tốt hơn, cải thiện chất lượng khám chữa bệnh giảm tải áp lực cho nhân viên bệnh viện, thay phải tới phịng cách ly để theo dõi sức khỏe ta theo dõi thông qua hệ thống Hệ thống gồm phần, phần phần cứng hệ thống chuyên thu thập thông số sức khỏe gửi liệu tới sở liệu để lưu trữ, ngồi phần cứng cịn báo động âm cho thấy thông số đo cao bất thường Phần phần ứng dụng di động có chức giúp người dùng khai báo số thông tin cá nhân phục vụ cho việc giám sát điều trị Phần phần web server có chức tổng hợp hiển thị thơng tin bệnh nhân mà phần cứng phần ứng dụng di động thu thập được, ngồi có thêm số chức giúp cho việc giám sát dễ dàng cảnh báo, chỉnh sửa xóa thông tin, tải liệu Tác giả khảo sát thử nghiệm hệ thống so sánh với thiết bị y tế bán thị trường để lấy kết so sánh Hệ thống hoạt động ổn định dùng cho mục đích giám sát bệnh nhân nghi nhiễm Covid-19 viii Chức tải liệu dạng file excel: Hình 18 Chức tải liệu dạng file excel Chức tải liệu dạng file excel mơ tả hình 5.18 Khi người giám sát muốn lưu liệu máy bấm nút tải bảng để lưu bảng máy, bảng tải mơ tả hình 5.19 Hình 19: Bảng liệu tải Chức xóa thơng tin bệnh nhân: Hình 20: Chức xóa thơng tin bệnh nhân Chức xóa thơng tin bệnh nhân mơ tả hình 2.20, với chức người giám sát xóa thơng tin bệnh nhân cách nhấn vào nút edit cuối hàng thơng tin bệnh nhân bảng, sau cửa sổ 64 có thơng tin bệnh nhân muốn xóa Người giám sát nhấn nút “Delete” để xóa nhận thơng báo “Delete success” 5.1.4 Kết so sánh So sánh thông số nhịp tim SpO2 mạch thi công với thiết bị đo nhịp tim nồng độ oxy máu cầm tay A2: Hình 5.21: Thiết bị đo nhịp tim nồng độ oxy máu cầm tay A2 Hình 5.22: Kẹp thiết bị ngón tay Kết thu bảng sau: kẹp thiết bị ngón tay, đặt ngón tay khác lên cảm biến đo, hạn chế xê dịch ngón tay trình đo Thời gian lần đo cách 10 giây Giá trị đo liên tục khoảng thời gian liên tục, mẫu cách 10 giây sức khỏe trạng thái bình thường Bảng 1:Bảng so sánh giá trị nhịp tim spo2 mơ hình thiết kế thiết bị cầm tay Lần đo 10 Sau 10 lần đo trung bình ta thấy nhịp tim mức 70 nhịp/phút SpO2 mức 97 %, nhiên mức dao động thiết bị đo cầm tay mơ hình thiết kế Giữa mơ hình thiết kế thiết bị cầm tay có sai số khơng q lớn, phần mơ hình cần thời gian khoảng 10 giây để ổn định Thiết bị đo cầm tay đo liên tục nên số liệu lấy liên tục, không đồng với mơ hình thiết kế 10 giây lần nên khả sai lệch khó tránh khỏi 66 So sánh nhiệt độ thể đo từ sản phẩm thi công với thiết bị nhiệt kế điện tử MT-811: Hình 5.23: Thiết bị nhiệt kế điện tử MT-811 Hình 5.24: Đặt đầu cảm biến nhiệt kế lưỡi để đo Kết thu bảng sau: Đặt đầu cảm biến nhiệt kế điện tử vào vị trí lưỡi ngậm lại, đặt ngón tay lên cảm biến nhiệt độ mơ hình Khi nhiệt kế đo kết lúc nhiệt độ mơ hình đo được, nhiệt độ phịng, ta thu kết 67 Bảng 5.2: Bảng so sánh giá nhiệt độ mơ hình thiết kế thiết bị nhiệt kế Lần đo Sau lần đo từ mơ hình trung bình nhiệt độ thể 36°C xấp xỉ với giá trị đo thiết bị nhiệt kế điện tử, có sai số Việc sai số có ngun nhân từ vị trí đo, thiết bị nhiệt kế đo vị trí lưỡi, cịn mơ hình thiết bị đo tay nên có sai số khó tránh khỏi Link video hoạt động hệ thống: https://youtu.be/-Jwu1RjLPeY 68 CHƯƠNG 6: ĐÁNH GIÁ VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN 6.1 Đánh giá Sau thời gian thực nhóm cho sản phẩm “hệ thống giám sát sức khỏe cho bệnh nhân Covid-19” thông qua web server nhóm thiết kế Hệ thống thử nghiệm gồm phần cứng để thu thập thông số sức khỏe thân nhiệt, nhịp tim, nồng độ Oxy máu, hệ thống sử dụng thêm ứng dụng di động để người bệnh sử dụng khai báo thông tin cá nhân Hệ thống giám sát qua web server, web server tổng hợp tất thông tin thu thập từ phần cứng hệ thống phần ứng dụng di động Thêm vào web server có số chức hỗ trợ việc giám sát tra cứu tên người bệnh, cảnh báo người bệnh có nhịp tim cao, tải bảng liệu dạng file excel, sửa xóa thơng tin cá nhân, tự động làm web server để cập nhật liệu từ phần cứng hệ thống 6.1.1 Ưu điểm Phần cứng hệ thống hoạt động ổn định, thu thập thông số sức khỏe bản, phần cứng tương tác với web server thông qua firebase realtime database Phần ứng dụng di động hoạt động ổn định gửi liệu lên sở liệu nhanh chóng, từ sở liệu thông tin hiển thị qua web server sau 10p web server tự động làm để lấy thông số cập nhật từ phần cứng hệ thống Phần web server hoạt động với giao diện đơn giản để sử dụng, chức xử lý nhanh chóng 6.1.2 Nhược điểm Chưa đảm bảo tiện lợi cho thiết bị thiết bị cần nằm vùng wifi nạp sẵn Nên bị ngắt kết nối internet phần cứng ko hoạt động Muốn kết nối với thiết bị phát wifi khác cần nạp lại chương trình Thiết bị ngắt nguồn cúp điện không tiếp tục hoạt động khơng có nguồn dự phịng Xuất tình trạng đo nhịp đập giả gõ vào cảm biến Giá trị thân nhiệt xảy sai số tùy thuộc vào vị trí đo nhiệt độ bên ngồi Do đó, thiết bị chưa đạt ổn định xác cao 69 Mã thiết bị phần cứng cố định nên muốn thay đổi mã để thực đo thơng số cho nhiều người phải nạp lại chương trình Hệ thống web server lưu lại giá trị thông số đo, thông số cũ bị 6.2 Hướng phát triển Ngoài chức hệ thống mà nhóm thiết kế, hệ thống cịn nhiều thiếu sót Với mong muốn hệ thống phát triển tốt đưa ứng dụng thực tế rộng rãi, nhóm liệt kê số hướng phát triển có cho đề tài Mặt dù nhiều hạn chế đề tài ứng dụng cho bệnh nhân nghi ngờ xác định mắc Covid-19 Cần theo dõi sức khỏe ngày, nhiệt độ từ 38°C trở lên (bị sốt) kèm theo triệu chứng liên quan đến hơ hấp Vì Covid-19 xâm nhập vào thể qua đường hơ hấp, nặng dẫn đến suy hô hấp, mà dấu hiệu suy hô hấp mức oxy máu tụt giảm Cần đảm bảo nhịp tim lý tưởng từ 60-90 nhịp/phút mức oxy máu 95-99% Từ đưa giải pháp hợp lý Hệ thống phần cứng hỗ trợ module mạnh mẽ hơn, nhỏ gọn tự động kết nối wifi thiết bị hoạt động ổn định, xác tích hợp nhiều chức - Khắc phục hạn chế hệ thống lưu lại liệu cập nhật - Bổ sung tính vẽ đồ thị nhịp tim người bệnh - Bổ sung chức giám sát camera qua ứng dụng di động 70 TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] O I Khalaf, "hindawi," 16 11 2021 [Online] Available: https://www.hindawi.com/journals/cmmm/2021/8591036/ [2] M MacGill, "medicalnewstoday," 19 01 2021 [Online] Available: https://www.medicalnewstoday.com/articles/235710 [3] T Hoai, "qdnd.vn," 23 11 2021 [Online] Available: https://www.qdnd.vn/y-te/suc-khoe-tu-van/hoi-dap-covid-19-chi-so-spo2-coy-nghia-nhu-the-nao-voi-benh-nhan-covid-19-678335 [4]B v VinMec, "VinMec Intenational Hospital," [Online] Available: https://www.vinmec.com/vi/tin-tuc/thong-tin-suc-khoe/suc-khoe-tongquat/huong-dan-theo-doi-nhiet-do-co/#:~:text=Ph%E1%BA%A1m%20vi%20b %C3%ACnh%20th%C6%B0%E 1%BB%9Dng%20cho,%2D %200%2C6%C2%B0C [5]E Systems, "Components101," 01 06 2015 [Online] Available: https://components101.com/sites/default/files/component_datasheet/ESP8266NodeMCU-Datasheet.pdf [6] RobotDyn, "NODEMCU ESP8266+CH340G" [Online] Available: https://robotdyn.com/pub/media/0G-00005449==WIFINodeM-ESP8266-CH340G/DOCS/Schematic==0G-00005449==WIFINodeM-ESP8266-CH340G.pdf [7]M Integrated, "Maxim Integrated," 09 2014 [Online] Available: https://datasheets.maximintegrated.com/en/ds/MAX30102.pdf [8] "Interfacing MAX30100 Pulse Oximeter and Heart Rate Sensor with Arduino" [Online] Available: https://lastminuteengineers.com/max30100-pulse-oximeter-heart-ratesensor-arduino-tutorial/#example-2-reading-red-ir [9] Melexis, "Components101," MELEXIS Microelectronic Integrated Systém, 14 09 2006 [Online] Available: https://components101.com/sites/default/files/component_datasheet/MLX906 14-Datasheet.pdf 71 [10] "handsontec," Handson Technology, [Online] Available: https://drive.google.com/file/d/16HNq6Dl0Iff16aOIEeInhyg5I8c4Q1ab/view [11] R Electronics, "rajguruelectronics," Rajguru Electronics (I) Pvt Ltd, [Online] Available: https://www.rajguruelectronics.com/Product/1145/OLED %204%20Pin%2012 8x64%20Display%20module%200.96%20inch%20blue %20color.pdf [12] T Point, "tutorialspoint," [Online] Available: https://www.tutorialspoint.com/javascript/index.htm [13] T P Dinh, "viblo.asia," 05 08 2018 [Online] Available: https://viblo.asia/p/android-java-kotlin1VgZvw3plAw [14] M contributors, "MDN Web Docs," 21 07 2022 [Online] Available: https://developer.mozilla.org/enUS/docs/Web/HTTP/Overview [15] I Omisola, "makeuseof," 05 12 2021 [Online] Available: https://www.makeuseof.com/what-is-google-firebase-why-use-it/ [16] ShJos, "geeksforgeeks," 28 06 2019 [Online] Available: https://www.geeksforgeeks.org/firebase-realtime-database-with-operations-inandroid-with-examples/ 72 PHỤ LỤC Hướng dẫn sử dụng Đầu tiên để bắt đầu thực theo dõi thông số sức khỏe cần đăng ký/Đăng nhập vào app để thực khai báo thông tin Để hệ thống hoạt động, ta cần phải cấp nguồn 5V cho hệ thống Khi hệ thống phát âm để báo hệ thống hoạt động, hình hiển thị cảm biến nhịp tim nồng độ oxy sáng đèn đỏ hình bên 73 Đặt tay tên cảm biến hạn chế xê dịch trình đo Đối với đo nhiệt độ, hướng cảm biến đến đối tượng cần đo nơi thu nhiệt độ gần (như trán, thái dương) với khoảng cách 2-7cm Khi nhiệt độ vượt ngưỡng thay đổi hai nút nhấn, nhịp tim vượt 100bmp thiết bị phát cảnh báo âm Hướng dẫn thêm cho người giám sát: Các thông số với thông tin cá nhân bệnh nhân tổng hợp lên Web Server để theo dõi Web cảnh báo bôi đỏ thông tin bệnh nhân nhịp tim vượt 100bmp Code hệ thống phần cứng: https://drive.google.com/file/d/1KuUORlf3z0NJIvHMCZ1rBWFYoOTy3Pf/view?usp=sharing 74