Thiết kế và thi công thiết bị đo tín hiệu điện tim 12 đạo trình gửi dữ liệu lên web server

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP NGÀNH KỸ THUẬT Y SINH THIẾT KẾ VÀ THI CƠNG THIẾT BỊ ĐO TÍN HIỆU ĐIỆN TIM 12 ĐẠO TRÌNH GỬI DỮ LIỆU LÊN WEB SERVER GVHD: TS NGUYỄN THANH NGHĨA SVTH: NGUYỄN HÙNG CƯỜNG LÊ NHÃ TRÚC SKL009704 Tp.Hồ Chí Minh, tháng 9/2022 BỘ GIÁO DỤC & ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP HỒ CHÍ MINH KHOA ĐIỆN – ĐIỆN TỬ BỘ MƠN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH - KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP NGÀNH KỸ THUẬT Y SINH ĐỀ TÀI: THIẾT KẾ VÀ THI CÔNG THIẾT BỊ ĐO TÍN HIỆU ĐIỆN TIM 12 ĐẠO TRÌNH GỬI DỮ LIỆU LÊN WEB SERVER GVHD: TS Nguyễn Thanh Nghĩa SVTH: MSSV: Nguyễn Hùng Cường 18129007 Lê Nhã Trúc 18129061 Tp Hồ Chí Minh – 09/2022 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 - KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP NGÀNH KỸ THUẬT Y SINH ĐỀ TÀI: THIẾT KẾ VÀ THI CƠNG THIẾT BỊ ĐO TÍN HIỆU ĐIỆN TIM 12 ĐẠO TRÌNH GỬI DỮ LIỆU LÊN WEB SERVER GVHD: TS Nguyễn Thanh Nghĩa SVTH: MSSV: Nguyễn Hùng Cường 18129007 Lê Nhã Trúc 18129061 Tp Hồ Chí Minh – 09/2022 TRƯỜNG ĐH SPKT TP HỒ CHÍ MINH CỘNG HỊA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM KHOA ĐIỆN-ĐIỆN TỬ ĐỘC LẬP – TỰ DO – HẠNH PHÚC BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH o0o -Tp HCM, ngày tháng năm 2022 NHIỆM VỤ KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP Nguyễn Hùng Cường MSSV: 18129007 Lê Nhã Trúc MSSV: 18129061 Chuyên ngành: Kỹ thuật Y Sinh Mã ngành: 7520212D Hệ đào tạo: Đại học quy Mã hệ: Khóa: 2018 Lớp: 181290 Họ tên sinh viên: I TÊN ĐỀ TÀI: THIẾT KẾ VÀ THI CƠNG THIẾT BỊ ĐO TÍN HIỆU ĐIỆN TIM 12 ĐẠO TRÌNH GỬI DỮ LIỆU LÊN WEB SERVER II NHIỆM VỤ Các số liệu ban đầu: • Tài liệu lập trình vi điều khiển ESP32 • Tài liệu lập trình Web server • Tài liệu tim điện tim • Sử dụng module linh kiện có sẵn thị trường để phục vụ thi công đề tài Nội dung thực hiện: • Tìm hiểu nguyên lý hoạt động tim điện tim • Tìm hiểu phương pháp thu nhận liệu điện tim • Tìm hiểu cách thức hoạt động thiết bị đo điện tim • Nghiên cứu xây dựng Web server để gửi liệu hiển thị dạng sóng thơng qua Web • Thiết kế mạch thu tín hiệu điện tim 12 đạo trình sử dụng vi mạch tích hợp ADS1293 • Nghiên cứu lập trình cho ESP32 lấy liệu ECG từ cảm biến điện tim gửi liệu lên Webserver • Thi công phần cứng, xây dựng phần mềm chạy thử nghiệm hiệu chỉnh • Thực viết báo cáo • Bảo vệ luận văn III NGÀY GIAO NHIỆM VỤ: 13/09/2022 IV NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ: 30/12/2022 V HỌ VÀ TÊN CÁN BỘ HƯỚNG DẪN: CÁN BỘ HƯỚNG DẪN TS Nguyễn Thanh Nghĩa BM ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH ii TRƯỜNG ĐH SPKT TP HỒ CHÍ MINH KHOA ĐIỆN-ĐIỆN TỬ BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM ĐỘC LẬP – TỰ DO – HẠNH PHÚC o0o -Tp HCM, ngày tháng năm 2022 LỊCH TRÌNH THỰC HIỆN KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP Họ tên sinh viên 1: Nguyễn Hùng Cường Lớp: 181290B MSSV: 18129007 Họ tên sinh viên 2: Lê Nhã Trúc Lớp: 181290A MSSV: 18129061 Tên đề tài: Thiết kế thi công thiết bị đo tín hiệu điện tim 12 đạo trình gửi liệu lên Web server Tuần/ngày Nội dung Tuần Gặp GVHD để nghe phổ biến yêu cầu làm đồ án, tiến hành chọn đề tài (13/9 – 18/9) Tuần (19/9 – 25/9) Tuần Xác nhận GVHD Tìm tài liệu phục vụ cho nghiên cứu thực đề tài, viết đề cương đồ án tốt nghiệp Tìm hiểu Vi điều khiển ESP32 ADS1293 (26/9 – 2/10) Tuần Tìm hiểu Web server (3/10 – 9/10) Tuần (10/10 – 16/10) Tuần 6, (17/10 – 30/10) Tuần 8, (31/10 – 13/11) Tuần 10, 11 (14/11 – 27/11) Tuần 12 Tìm hiểu giao thức truyền nhận liệu vi điều khiển, mạch thu tín hiệu Web server Tiến hành thiết kế sơ đồ khối sơ đồ tồn mạch, giải thích ngun lý hoạt động mạch Mô mạch Thiết kế lưu đồ giải thuật viết chương trình cho vi điều khiển Thiết kế lưu đồ giải thuật viết chương trình cho Web server Thiết kế - Thi cơng phần cứng, chỉnh sửa hồn thiện mơ hình thiết bị iii (28/11 – 4/12) Tuần 13 (5/12 – 11/12) Tuần 14 Chạy thử nghiệm, hiệu chỉnh – kiểm tra, khắc phục lỗi viết báo cáo nội dung làm Hoàn chỉnh mạch viết báo cáo (12/12 – 18/12) Tuần 15 (19/12 – 25/12) Tuần 16 Hoàn thiện báo cáo gửi cho GVHD xem xét, góp ý Hồn thành nhiệm vụ đồ án (26/12 – 30/12) GV HƯỚNG DẪN (Ký ghi rõ họ tên) iv LỜI CAM ĐOAN Đề tài nhóm tự thực dựa vào số tài liệu trước khơng chép từ tài liệu hay cơng trình có trước Người thực đề tài Nguyễn Hùng Cường – Lê Nhã Trúc v LỜI CẢM ƠN Để hoàn thành đồ án tốt nghiệp này, lời nhóm thực xin chân thành cảm ơn thầy Nguyễn Thanh Nghĩa suốt thời gian qua tận tình giúp đỡ, hướng dẫn nhóm thực đề tài Trong trình làm việc với thầy nhóm khơng tiếp thu kiến thức bổ ích, mà rèn luyện thêm nhiều kĩ hay, thái độ nghiêm túc trình nghiên cứu khoa học, điều cần thiết trình học tập đặc biệt hành trang lớn cho đường nghiệp sau Bên cạnh nhóm thực xin cảm ơn đến tất giảng viên đứng bục giảng truyền đạt kiến thức tảng học kỳ trước, nhờ kiến thức tảng nhóm hồn thành tốt đề tài Sau cùng, nhóm sinh viên thực xin gửi lời cảm ơn đến gia đình bạn bè ln quan tâm, giúp đỡ, hỗ trợ trình học tập trường trình thực đồ án tốt nghiệp Xin chân thành cảm ơn! Người thực đề tài Nguyễn Hùng Cường – Lê Nhã Trúc vi MỤC LỤC NHIỆM VỤ KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP ii LỊCH TRÌNH THỰC HIỆN KHĨA LUẬN TỐT NGHIỆP iii LỜI CAM ĐOAN v LỜI CẢM ƠN vi MỤC LỤC vii DANH MỤC HÌNH ẢNH xi DANH MỤC BẢNG xi TÓM TẮT xiv Chương TỔNG QUAN 1.1 ĐẶT VẤN ĐỀ 1.2 MỤC TIÊU 1.3 NỘI DUNG NGHIÊN CỨU 1.4 GIỚI HẠN 1.5 BỐ CỤC Chương CƠ SỞ LÝ THUYẾT 2.1 MƠ HÌNH ĐO TÍN HIỆU ĐIỆN TIM 2.1.1 Mơ hình đo tín hiệu ECG, hiển thị Smartphone lưu trữ liệu Server 2.1.2 Mơ hình đo tín hiệu điện tim 12 đạo trình giao tiếp với máy tính 2.1.3 Mơ hình theo dõi nhịp tim tín hiệu ECG từ xa ESP32 2.2 TỔNG QUAN VỀ HOẠT ĐỘNG CỦA TIM VÀ ĐIỆN TIM 2.2.1 Phân tích hình dạng sóng điện tim 2.2.2 Cách đặt điện cực vii 2.3 GIỚI THIỆU PHẦN CỨNG 10 2.3.1 Giới thiệu 10 2.3.2 Module ESP32 10 2.3.3 Vi mạch tích hợp ADS1293 11 2.3.4 Mạch Ổn Áp DC-DC Buck Boost B6289U 12 2.3.5 Mạch Sạc Pin TP4056 12 2.4 WEB SERVER 13 2.4.1 Khái niệm 13 2.4.2 Nguyên lí hoạt động 13 2.4.3 Các yêu cầu tối thiểu trang Web 14 2.4.4 Công cụ hỗ trợ cho việc khởi tạo giao diện Web server 14 Chương TÍNH TỐN VÀ THIẾT KẾ 16 3.1 GIỚI THIỆU 16 3.2 TÍNH TỐN VÀ THIẾT KẾ HỆ THỐNG 16 3.2.1 Sơ đồ khối hệ thống 16 3.2.2 Tính tốn thiết kế mạch 17 3.2.3 Sơ đồ nguyên lý toàn mạch 25 Chương THI CÔNG HỆ THỐNG 28 4.1 GIỚI THIỆU 28 4.2 THI CÔNG HỆ THỐNG 28 4.2.1 Thi công bo mạch 28 4.2.2 Lắp ráp kiểm tra 31 4.3 ĐÓNG GÓI BỘ ĐIỀU KHIỂN 32 4.4 LẬP TRÌNH HỆ THỐNG 35 viii CHƯƠNG KẾT QUẢ, NHẬN XÉT VÀ ĐÁNH GIÁ • SAVE DATA: lưu 12 đạo trình vào tệp excel Ở đồ thị biểu diễn tín hiệu điện tim Hình 5.5 trục đứng biên độ (mV), trục ngang số mẫu Hình 5: 12 đạo trình tim ghi lại từ mạch vẽ phần mềm Matlab 5.3 KẾT QUẢ PHẦN MỀM 5.3.1 Giao diện Web server Hình 6: Giao diện lúc mở Web BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH 58 CHƯƠNG KẾT QUẢ, NHẬN XÉT VÀ ĐÁNH GIÁ Lúc ứng dụng hiển thị Hình 5.6 với nội dung đăng nhập Tài khoản mật đăng nhập cung cấp người dùng cần nhập thông tin đăng nhập vào ứng dụng Hình 7: Trang chủ hệ thống Kết đăng nhập thành cơng chuyển sang trang chủ Hình 5.7 Hình 8: Giao diện mục “ECG” BỘ MƠN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH 59 CHƯƠNG KẾT QUẢ, NHẬN XÉT VÀ ĐÁNH GIÁ Trang ECG Hình 5.8 phần quan trọng với chức hiển thị liệu thu từ phần mềm Matlab Đầu tiên, nhập thông tin người đo bao gồm: họ tên, số điện thoại Sau đó, chọn tệp Excel thu từ Matlab tải lên để xem lại đầy đủ 12 đạo trình tim người đo 5.4 ĐÁNH GIÁ KẾT QUẢ Sau hoàn thành mơ hình hệ thống, nhóm bắt đầu thu tín hiệu điện tim từ mô Hệ thống sau đo lưu tệp Excel người đo xem lại chi tiết kết đo thân thơng qua hệ thống Web nhóm tạo Tuy nhiên, mơ hình sử dụng kit mơ để thu liệu mà chưa qua bước lọc liệu tính tốn nhịp tim Về phần mềm, nhóm hiển thị liệu thơng qua tệp Excel gửi kết kết trực tiếp lên Web trình đo đạc Hình 9: Tệp Excel lưu lại từ Matlab Tệp Excel thu Hình 5.9 liệu gửi từ vi điều khiển sang Matlab Gía trị cột thời gian (Time) chưa mong muốn Thiết kế ban đầu tốc độ lấy mẫu 200Hz tương ứng với 200 mẫu/s, tốc độ lấy mẫu 47,6Hz 28 mẫu/s BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH 60 CHƯƠNG KẾT QUẢ, NHẬN XÉT VÀ ĐÁNH GIÁ BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH 61 CHƯƠNG KẾT QUẢ, NHẬN XÉT VÀ ĐÁNH GIÁ Hình 10: Kết hiển thị Web Web sau đăng nhập vào mục ECG để nhập thông tin người đo tải tệp liệu đo người lên nhằm giúp lưu lại liệu hệ thống để xem lại cần thiết Dữ liệu sau tải lên hiển thị Hình 5.10 (1), (2), (3), (4) Để xem lại liệu vào mục lịch sử thấy danh sách người đo Hình 5.10 (5) để xem lại kết đo ấn chọn chi tiết hiển thị lại kết Hình 5.10 (6) BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH 62 CHƯƠNG KẾT QUẢ, NHẬN XÉT VÀ ĐÁNH GIÁ Hình 11: Tín hiệu thơ Sau sử dụng kit mơ để thu liệu, nhóm tiến hành thu liệu người Tín hiệu thơ hình 5.11 đạo trình I, đạo trình II sau gắn điện cực đo lên người Tuy nhiên, tín hiệu thơ chưa qua bước lọc nhiễu tín hiệu Hình 12: Tín hiệu sau gửi qua Matlab Tín hiệu sau thu truyền sang phần mềm Matlab Hình 5.12 vẽ đạo trình I, đạo trình II, đạo trình III thu người BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH 63 CHƯƠNG KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN Chương KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN 6.1 KẾT LUẬN Sau thời gian thực hoàn thành đề tài, nhóm thu kết gồm: • Thiết kế thi cơng phần cứng hệ thống thu thập hiển thị tín hiệu ECG đơn giản, dễ sử dụng • Thiết kế Web Server với giao diện ứng dụng đơn giản, thân thiện dễ dàng cho người dùng • Thiết kế giao diện GUI phần mềm Matlab để nhận tín hiệu điện tim từ vi điều khiển lưu liệu thu vào tệp Excel • Hệ thống đo liệu ECG 10 điện cực, xem liệu đo Web server thông qua tệp Excel lưu từ phần mềm Matlab xem lại lịch sử người đo Web Tuy nhiên, đề tài cịn số chỗ chưa hồn thiện Dữ liệu thu chưa gửi trực tiếp lên Web, mà phải thơng qua tệp Excel Tín hiệu thu người tín hiệu thơ chưa qua bước lọc nhiễu tính tốn nhịp tim Do đó, phần kết hệ thống chưa thể so sánh với thiết bị thị trường 6.2 HƯỚNG PHÁT TRIỂN Để tăng tính thực tế hiệu cho thiết bị, nhóm đề số hướng phát triển sau: • Liên kết với ứng dụng điện thoại • Chuẩn hóa liệu phù hợp với tiêu chuẩn hệ thống y tế • Hướng tới nhiều thiết bị đo gửi lúc BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH 64 PHỤ LỤC TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Trần Trung Đức - Phạm Chí Nghị, “Thiết kế thi cơng thiết bị đo tín hiệu ECG, hiển thị Smartphone lưu liệu Server”, Đồ án tốt nghiệp, Trường Đại học Sư phạm kỹ thuật TPHCM, Tp.HCM, 2020 [2] Nguyễn Thị Kim Ngân – Nguyễn Huỳnh Tài, “Thiết kế thi cơng máy đo điện tim 12 đạo trình giao tiếp với máy tính”, Đồ án tốt nghiệp, Trường Đại học Sư phạm kỹ thuật TPHCM, Tp.HCM, 2021 [3] Abdur Rahman, Yue Li, Tanzim Nabeed, Toufiqur Rahman, “Remote monitoring of heart rate and ECG signal using ESP32”, International Conference on Advanced Electronic Materials, Computers and Software Engineering, 2021 [4] “Điện tâm đồ bình thường (Phần 1)”, tailieuykhoamienphi.com, 2021 [5] “Quy trình kĩ thuật đo điện tim”, healthvietnam.vn, 2016 [6] AZ-delivery, “ESP32 NodeMCU Module WLAN WiFi Development Board with CP2102”, az-delivery.de [7] Datasheet, ADS1293, “ADS1293 Datasheet”, 12/2014 [8] Datasheet, B6289U, “B6289U DC-DC Buck Boost Converter Module”, tae.vn, ngày truy cập 06/02/2022 [9] Datasheet, TP4056, “Mạch Sạc Pin TP4056 Lithium Battery Charge Controller Micro USB”, hshop.vn, ngày truy cập 06/02/2022 [10] “Web Server gì?”, techmaster.vn, 2017 [11] “Tổng quan IntelliJ IDE”, jetbrains.com, ngày truy cập 18/12/2022 [12] Hải Giang, “HTML gì?”, hostinger.vn, ngày truy cập 14/02/2022 [13] “CSS gì?”, bizflycloud.vn, ngày truy cập 14/02/2022 [14] “JavaScript gì?”, jobpro.vn, ngày truy cập 14/02/2022 BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH 65 PHỤ LỤC PHỤ LỤC ➢ Code đọc liệu từ ADS1293 void readDataLoop(unsigned long int* databuffer) //byte (byteToRead) //ADS1293 expects address to be in the lower bits byToRead should be equal to { unsigned long int result = 0x000000000000000000000000; //////////// Read lead I result=readRegister(pin_SS,0x37); result=result