ĐỒ án tốt NGHIỆP đại học đề tài PHÁT TRIỂN ỨNG DỤNG đo STRESS TRÊN ANDROID

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI VIỆN ĐIỆN TỬ - VIỄN THÔNG ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC Đề tài: PHÁT TRIỂN ỨNG DỤNG ĐO STRESS TRÊN ANDROID Sinh viên thực hiện: Giảng viên hướng dẫn: NGUYỄN VĂN CƯỜNG Lớp ĐTVT 03– K55 TS VÕ LÊ CƯỜNG Hà nội, – 2016 TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI VIỆN ĐIỆN TỬ - VIỄN THÔNG ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC Đề tài: PHÁT TRIỂN ỨNG DỤNG ĐO STRESS TRÊN ANDROID Sinh viên thực hiện: Giảng viên hướng dẫn: Cán phản biện: NGUYỄN VĂN CƯỜNG Lớp ĐTVT03 – K55 TS VÕ LÊ CƯỜNG Hà nội, – 2016 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Đánh giá đồ án tốt nghiệp (Dùng cho giảng viên hướng dẫn) Giảng viên đánh giá: Họ tên Sinh viên: MSSV:………………… Tên đồ án: ………………………………………………………………………………… Chọn mức điểm phù hợp cho sinh viên trình bày theo tiêu chí đây: Rất (1); Kém (2); Đạt (3); Giỏi (4); Xuất sắc (5) Có kết hợp lý thuyết thực hành (20) Nêu rõ tính cấp thiết quan trọng đề tài, vấn đề giả thuyết (bao gồm mục đích tính phù hợp) phạm vi ứng dụng đồ án Cập nhật kết nghiên cứu gần (trong nước/quốc tế) Nêu rõ chi tiết phương pháp nghiên cứu/giải vấn đề Có kết mơ phỏng/thực nghiệm trình bày rõ ràng kết đạt 5 5 Có khả phân tích đánh giá kết (15) Kế hoạch làm việc rõ ràng bao gồm mục tiêu phương pháp thực dựa kết nghiên cứu lý thuyết cách có hệ thống Kết trình bày cách logic dễ hiểu, tất kết phân tích đánh giá thỏa đáng Trong phần kết luận, tác giả rõ khác biệt (nếu có) kết đạt mục tiêu ban đầu đề đồng thời cung cấp lập luận để đề xuất hướng giải thực tương lai Kỹ viết (10) Đồ án trình bày mẫu quy định với cấu trúc chương logic đẹp mắt (bảng biểu, hình ảnh rõ ràng, có tiêu đề, đánh số thứ tự giải thích hay đề cập đến đồ án, có lề, dấu cách sau dấu chấm, dấu phẩy v.v), có mở đầu chương kết luận chương, có liệt kê tài liệu tham khảo có trích dẫn quy định ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Kỹ viết xuất sắc (cấu trúc câu chuẩn, văn phong khoa học, lập luận logic có sở, từ vựng sử dụng phù hợp v.v.) Thành tựu nghiên cứu khoa học (5) (chọn trường hợp) Có báo khoa học đăng chấp nhận đăng/đạt giải SVNC khoa học giải cấp Viện trở lên/các giải thưởng khoa học (quốc tế/trong nước) từ giải trở lên/ Có đăng ký phát minh sáng chế Được báo cáo hội đồng cấp Viện hội nghị sinh viên nghiên cứu khoa học không đạt giải 10b từ giải trở lên/Đạt giải khuyến khích kỳ thi quốc gia quốc tế khác chuyên ngành TI contest 10c 10a Khơng có thành tích nghiên cứu khoa học Điểm tổng /50 Điểm tổng quy đổi thang 10 Nhận xét thêm thầy/cô (giảng viên hướng dẫn nhận xét thái độ tinh thần làm việc sinh viên) Ngày….tháng….năm 2016 Người nhận xét (Ký ghi rõ họ tên) ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Đánh giá đồ án tốt nghiệp (Dùng cho cán phản biện) Giảng viên đánh giá: Họ tên Sinh viên: MSSV:…………………… Tên đồ án: ………………………………………………………………………………… Chọn mức điểm phù hợp cho sinh viên trình bày theo tiêu chí đây: Rất (1); Kém (2); Đạt (3); Giỏi (4); Xuất sắc (5) Có kết hợp lý thuyết thực hành (20) Nêu rõ tính cấp thiết quan trọng đề tài, vấn đề giả thuyết (bao gồm mục đích tính phù hợp) phạm vi ứng dụng đồ án Cập nhật kết nghiên cứu gần (trong nước/quốc tế) Nêu rõ chi tiết phương pháp nghiên cứu/giải vấn đề Có kết mơ phỏng/thực nghiệm trình bày rõ ràng kết đạt 5 Kế hoạch làm việc rõ ràng bao gồm mục tiêu phương pháp thực dựa kết nghiên cứu lý thuyết cách có hệ thống Kết trình bày cách logic dễ hiểu, tất kết phân tích đánh giá thỏa đáng Trong phần kết luận, tác giả rõ khác biệt (nếu có) kết đạt mục tiêu ban đầu đề đồng thời cung cấp lập luận để đề xuất hướng giải thực tương lai 5 Có khả phân tích đánh giá kết (15) Kỹ viết (10) Đồ án trình bày mẫu quy định với cấu trúc chương logic đẹp mắt (bảng biểu, hình ảnh rõ ràng, có tiêu đề, đánh số thứ tự giải thích hay đề cập đến đồ án, có lề, dấu cách sau dấu chấm, dấu phẩy v.v), có mở đầu chương kết luận chương, có liệt kê tài liệu tham khảo có trích dẫn quy định ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Kỹ viết xuất sắc (cấu trúc câu chuẩn, văn phong khoa học, lập luận logic có sở, từ vựng sử dụng phù hợp v.v.) Thành tựu nghiên cứu khoa học (5) (chọn trường hợp) 10 a 10 b 10 c Có báo khoa học đăng chấp nhận đăng/đạt giải SVNC khoa học giải cấp Viện trở lên/các giải thưởng khoa học (quốc tế/trong nước) từ giải trở lên/ Có đăng ký phát minh sáng chế Được báo cáo hội đồng cấp Viện hội nghị sinh viên nghiên cứu khoa học không đạt giải từ giải trở lên/Đạt giải khuyến khích kỳ thi quốc gia quốc tế khác chun ngành TI contest Khơng có thành tích nghiên cứu khoa học Điểm tổng /50 Điểm tổng quy đổi thang 10 Nhận xét thêm thầy/cô … Ngày….tháng….năm 2016 Người nhận xét (Ký ghi rõ họ tên) ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP LỜI NÓI ĐẦU Thời gian trước đây, việc kiểm tra sức khỏe đo huyết áp, nhịp tim, nồng độ oxy máu… phải tiến hành trung tâm y tế với trang thiết bị đại Tuy nhiên với phát triển khoa học kỹ thuật, đo đạc kiểm tra sức khỏe trở nên dễ dàng với thiết bị cầm tay nhỏ gọn độ xác cao Đặc biệt, phát triển hệ điều hành Android đem đến môi trường phát triển thuận lợi cho ứng dụng sức khỏe Cuộc sống đại, người phải chịu áp lực công việc, học tập, sinh hoạt hàng ngày có thời gian lo cho sức khỏe nên dễ dẫn đến bệnh thần kinh, đặc biệt stress Do đó, việc tích hợp ứng dụng giúp quản lý, kiểm tra stress đem lại nhiều tiện ích cho người dùng Xuất phát từ nhu cầu trên, đồ án xây dựng ứng dụng đánh giá stress điện thoại Android Nội dung đồ án trình bày kiến thức stress, đưa hệ thống đánh giá stress dựa vào kỹ thuật Photoplethysmogram (PPG) cuối phát triển ứng dụng mẫu thử Android Để đạt kết ngày hôm nay, xin gửi lời cảm ơn đến thầy mơn Điện tử máy tính, Viện điện tử viễn thông, trường Đại học Bách Khoa Hà Nội, đặc biệt TS Võ Lê Cường nhiệt tình dẫn bước, hướng nghiên cứu, thực yêu cầu cần có đề tài Cuối cùng, tơi xin bày tỏ lịng cảm ơn chân thành đến anh, chị thành viên lab AICS-618 bạn bè người thân hết lòng ủng hộ vật chất lẫn tinh thần cho suốt khoảng thời gian làm đồ án tốt nghiệp Trong trình thực đề tài, với kết đạt bước đầu, dù cố gắng nhiên đồ án khơng tránh khỏi thiếu sót hạn chế định Vì vậy, tơi mong nhận góp ý, bổ sung thầy để đề tài tối ưu hồn thiện Tôi xin chân thành cảm ơn! NGUYỄN VĂN CƯỜNG – 20101220 – K55 ĐTVT ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP TÓM TẮT NỘI DUNG Đồ án phát triển ứng dụng đo stress Android dựa sở lý thuyết kỹ thuật Photoplethysmogram (PPG) Đầu tiên, đồ án giới thiệu stress phương pháp đánh giá stress có, sở xác định phương pháp phù hợp với yêu cầu phát triển Phương pháp xác định dựa PPG Tiếp theo, hệ thống thiết kế với thuật toán xử lý phân tích: lọc nhiễu, làm mịn, phát đỉnh, tính tốn biến thiên nhịp tim (HRV) biến đổi FFT, ước lượng PSD để đưa tham số cần thiết cho việc đánh giá stress như: HR, meanRR, LF/HF v.v Tất thuật toán thử nghiệm Matlab sau thực Android Sau cùng, ứng dụng thực nghiệm đánh giá Đầu tiên thử nghiệm đánh giá stress khoảng thời gian 0.5, phút Mặc dù cịn có sai số nhiên thời gian phút đưa kết tốt so với thời gian phút 0.5 phút Kết qủa đánh giá stress nhóm người từ 20 - 29 tuổi bao gồm sinh viên người làm văn phịng đạt độ xác 53.17% so với kết bảng trắc nghiệm tâm lý 63.49% so với kết đánh giá Stress check – Azumio Sai số 10% kết qủa đo Ứng dụng tiếp tục hoàn thiện phát triển tương lai ABSTRACT In the thesis I have built applications on Android stress measurement based on the technical theory Photoplethysmogram (PPG) First, the thesis introduced stress assessment methods available and determine the appropriate method for developing requirements The method is based on PPG's determination Next, the system was designed with the processing algorithms and analysis: noise filtering and smoothing, peak detection, calculate heart rate variability (HRV) and transform FFT to provide the parameters necessary for assessing stress as: HR, meanRR, LF / HF etc All algorithms were tested in Matlab and then executed on Android Finally, the experimental application and evaluation Applications assess stress during minutes Although there is uncertainty, however, within minutes still give better results than time minute and 0.5 minutes Evaluation results on 126 students of Hanoi University of Science and Technology, Android applications evaluated with an uncertainty of about 10% was 53.17% (67/126 samples) compared to the results table psychological test and 63.49% (80 / 126 samples) compared to the results measured by Stress check - Azumio The results compare quite accurate compared to the stress level of the person being assessed The assessment of stress levels by age group were conducted to guide development in the future NGUYỄN VĂN CƯỜNG – 20101220 – K55 ĐTVT ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP MỤC LỤC LỜI NÓI ĐẦU .1 TÓM TẮT NỘI DUNG MỤC LỤC DANH SÁCH HÌNH VẼ .5 DANH SÁCH CÁC BẢNG BIỂU .5 DANH SÁCH CÁC TỪ VIẾT TẮT MỞ ĐẦU CHƯƠNG ĐẶT VẤN ĐỀ VÀ ĐỊNH HƯỚNG GIẢI PHÁP .10 1.1 Đặt vấn đề 10 1.2 Mục tiêu đồ án 10 1.3 Định hướng giải pháp .11 1.4 Phạm vi nghiên cứu 12 1.5 Nhiệm vụ đề 12 1.6 Kết luận 13 CHƯƠNG STRESS VÀ PHƯƠNG PHÁP ĐÁNH GIÁ 14 2.1 Tổng quan stress 14 2.1.1 Khái niệm stress .14 2.1.2 Biểu stress 14 2.1.3 Ảnh hưởng stress với người 15 2.2 Các phương pháp đánh giá stress truyền thống .16 2.2.1 Trắc nghiệm tâm lý 16 2.2.2 Phương pháp sinh lý 17 2.3 Đánh giá stress dựa tín hiệu PPG .19 2.3.1 Tổng quan PPG (Photoplethysmogram) 19 2.3.1.1 Khái niệm 19 2.3.1.2 Dạng tín hiệu PPG 19 2.3.1.3 Kỹ thuật thu PPG 20 2.3.2 Quan hệ stress PPG 21 2.3.2.1 Sự biến thiên nhịp tim 21 2.3.2.2 Mối quan hệ biến thiên nhịp tim stress 21 2.3.3 Các nghiên cứu đánh giá stress dựa vào PPG 22 NGUYỄN VĂN CƯỜNG – 20101220 – K55 ĐTVT ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP 2.4 Kết luận 24 CHƯƠNG THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐÁNH GIÁ STRESS 26 4.1 Giới thiệu tổng quan 26 4.2 Thu liệu từ camera điện thoại .27 4.3 Lọc nhiễu làm mịn 30 4.4 Phát đỉnh đưa tín hiệu HRV 32 4.5 Phân tích HRV 34 4.6 Đánh giá mức độ stress 37 4.7 Kết luận 39 CHƯƠNG XÂY DỰNG ỨNG DỤNG ANDROID 40 5.1 Phân tích yêu cầu .40 5.2 Biểu đồ tương tác người dùng ứng dụng .41 5.2.1 Biểu đồ sử dụng chung ứng dụng 41 5.2.2 Chức đo stress xem kết đo 42 5.2.3 Chức thông tin ứng dụng 45 5.3 Hệ thống Android .46 5.2.4 Lớp Imageprocessing .46 5.2.5 Lớp FFT Complex .47 5.2.6 Lớp Calculator 48 5.2.7 Lớp ViewController 49 5.4 Triển khai ứng dụng 49 5.5 Kết luận 50 CHƯƠNG THỰC NGHIỆM VÀ ĐÁNH GIÁ KẾT QUẢ 51 6.1 Đối tượng khách thể đánh giá .51 6.2 Phương pháp trắc nghiệm tâm lý .52 6.3 Stress check - Azumio 53 6.4 Đánh giá kết 54 6.4.1 Khảo sát thời gian đánh giá stress 54 6.4.2 Đánh giá mức độ stress 126 sinh viên .58 6.4.3 Đánh giá stress người làm văn phòng .62 6.5 Kết luận 63 KẾT LUẬN 65 TÀI LIỆU THAM KHẢO 66 PHỤ LỤC 68 NGUYỄN VĂN CƯỜNG – 20101220 – K55 ĐTVT ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP khỏe chuyên nghiệp Độ xác ứng dụng cần phải quan tâm, nhiên thời điểm khảo sát ứng dụng đạt xếp hạng với 1.000.000 lượt tải 6.4 Đánh giá kết 6.4.1 Khảo sát thời gian đánh giá stress Một thông số để đánh giá stress tỷ số LF/HF Tùy theo điều kiện thời gian đánh LF/HF có thay đổi Để nắm bắt thay đổi, khảo sát tiến hành đánh giá thời gian phút, phút 0.5 phút với ba trạng thái bình thường, stress nhẹ stress vừa Trên sở kết xác định khả giảm thời gian đánh giá ứng dụng xuống phút - Trạng thái bình thường Kết so sánh 45 mẫu trạng thái bình thường minh họa Hình 5.2 Hình 5.2 Biểu đồ biến đổi LF/HF với điều kiện bình thường Thời gian 0.5 phút đưa kết LF/HF miền thấp, tập trung khoảng giá trị 0.15 – 0.8 Thời gian phút đưa kết LF/HF cao so với 0.5 phút nhiên thấp so với phút, cụ thể khoảng giá trị từ 0.2 đến 1.5 Chính khác làm cho kết đánh giá stress có sai khác Thời gian phút NGUYỄN VĂN CƯỜNG – 20101220 – K55 ĐTVT 57 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP đánh giá mức độ stress bình thường, thời gian phút chủ yếu đưa kết mức độ stress nhẹ 0.5 phút đưa kết stress vừa Cụ thể sai lệch thể Bảng 5.2 Bảng 5.2 Kết so sánh điều kiện bình thường Độ lệch trung bình Kết đánh giá mức độ stress phút phút LF/HF 0.3405 0.4867 bình thường 95.56% (43/45 mẫu) 40.00% (18/45 mẫu) 0.5 phút 0.7171 4.44% (2/45 mẫu) Thời gian đánh giá Độ lệch trung bình LF/HF phút nhỏ khoảng thời gian đánh giá Vì mà kết đánh giá mức độ stress khơng có sai lệch nhiều Thời gian đánh giá giảm độ lệch trung bình LF/HF tăng làm kết đánh giá stress khơng cịn xác Cụ thể, thời gian phút đánh giá 18/45 mẫu thời gian 0.5 phút đánh giá 2/45 - Trạng thái stress nhẹ Kết so sánh 30 mẫu trạng thái stress nhẹ minh họa Hình 5.3 Hình 5.3 Biểu đồ biến đổi LF/HF điều kiện stress nhẹ NGUYỄN VĂN CƯỜNG – 20101220 – K55 ĐTVT 58 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Cũng giống điều kiệ bình thường, điều kiện stress nhẹ thời gian 0.5 phút đưa kết LF/HF mức thấp tập trung khoảng giá trị từ 0.18 – 0.8 Thời gian phút đưa kết LF/HF cao so với 0.5 phút có xu hướng tăng cao so với phút, cụ thể khoảng giá trị từ 0.3 đến 0.9 Chính khác làm cho kết đánh giá stress có sai khác Thời gian phút đánh giá mức độ stress nhẹ (LF/HF = 0.4 - 0.6), thời gian phút đưa kết mức độ stress mức bình thường, stress nhẹ, stress vừa 0.5 phút đưa kết stress vừa (LF/HF