Thông tin tài liệu
ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ THÔNG TIN VÀ TRUYỀN THÔNG VIỆT - HÀN KHOA KỸ THUẬT MÁY TÍNH & ĐIỆN TỬ - ĐỒ ÁN CƠ SỞ ĐỀ TÀI THIẾT KẾ ỨNG DỤNG VÀ MẠCH ĐO CẢM BIẾN NỒNG ĐỘ SPO2 VÀ NHỊP TIM Giảng viên hướng dẫn : TS NGUYỄN VŨ ANH QUANG Sinh viên thực : ĐẶNG ĐỨC TÀI : ĐINH GIA BẢO Lớp : 19CE Đà Nẵng, tháng 05 năm 2021 h ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ THÔNG TIN VÀ TRUYỀN THÔNG VIỆT - HÀN KHOA KỸ THUẬT MÁY TÍNH & ĐIỆN TỬ - ĐỒ ÁN CƠ SỞ ĐỀ TÀI THIẾT KẾ ỨNG DỤNG VÀ MẠCH ĐO CẢM BIẾN NỒNG ĐỘ SPO2 VÀ NHỊP TIM Đà Nẵng, tháng 05 năm 2022 h LỜI CẢM ƠN Để hoàn thành đề tài đồ án sở này, em xin gửi lời cảm ơn chân thành đến TS Nguyễn Vũ Anh Quang - giảng viên trường đại học Công nghệ thông tin Truyền thông Việt Hàn - người hướng dẫn - tận tình bảo hướng dẫn em để hoàn thành tốt đợt báo cáo đồ án Em xin cảm ơn thầy cô trường đại học Công nghệ thông tin Truyền thông Việt Hàn truyền đạt cho chúng em kiến thức kỹ để hoàn thành tốt báo cáo đồ án Trong trình thực đề tài cịn nhiều thiếu sót, em mong nhận bảo, đóng góp ý kiến thầy để chúng em có điều kiện bổ sung, khắc phục hạn chế báo cáo thực tập Em xin chân thành cảm ơn! Đà Nẵng, ngày 16 tháng 05 năm 2022 Sinh viên Đặng Đức Tài Đinh Gia Bảo h LỜI MỞ ĐẦU Chúng ta thấy, cố ảnh hưởng đến sức khỏe xảy lúc với quan tâm chưa tim mạch thường xuyên đời sống thường ngày Vì thế, chúng em đưa ý tưởng làm thiết bị đo điện tim nhỏ gọn Mục đích giúp theo dõi sức khỏe người sử dụng cách linh hoạt Ở thiết bị có chức đo nhịp tim nồng độ oxy máu kết hợp với dạng điện tim Vì chúng em thực đề tài “THIẾT KẾ VÀ THI CÔNG MÁY ĐO ĐIỆN TIM” mang lại chức cần thiết để đảm bảo tính mạng sức khỏe cho người Cũng chức theo dõi nhịp tim giúp biết điều chỉnh hoạt động tối ưu, có lợi cho sức khỏe, không gây hại chấn thương Hệ thống gồm mạch đo sử dụng cảm biến MAX30100 giao tiếp với vi điều khiển ESP8266 Node MCU Dữ liệu truyền nhận không dây qua wifi hiển thị qua ứng dụng androi để người dùng theo dõi tình trạng sức khỏe Thiết bị hiển thị thông số nhịp tim, SP02 theo thời gian h NHẬN XÉT ( Của giáo viên hướng dẫn ) …………………………………………………………………………………… ………………………… ……………………………………………………… …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… Đà Nẵng, ngày 16 tháng 05 năm 2022 Giáo viên hướng dẫn TS Nguyễn Vũ Anh Quang h MỤC LỤC LỜI CẢM ƠN ii DANH MỤC HÌNH ẢNH .vii DANH MỤC CÁC BẢNG .viii CHƯƠNG I: TỔNG QUAN .1 1.1 ĐẶT VẤN ĐỀ 1.2 MỤC TIÊU 1.3 PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 1.4 NỘI DUNG NGHIÊN CỨU 1.5 GIỚI HẠN 1.6 BỐ CỤC .3 CHƯƠNG II: CƠ SỞ LÝ THUYẾT .4 2.1 LÝ THUYẾT VỀ NHỊP TIM VÀ PHƯƠNG PHÁP ĐO ĐIỆN TIM .4 2.1.1 Khái niệm nhịp tim 2.1.2 Cách thức hoạt động máy đo nồng độ oxy 2.1.3 Những trường hợp cần sử dụng máy đo nồng độ oxy Sp02 2.1.4 Những lưu ý 2.2 Giới thiệu linh kiện sử dụng 2.2.1 Cảm biến nhịp tim oxy máu Max30100 2.2.1.1 Khái niệm 2.2.1.2 Thông số kỹ thuật: 2.2.1.3 Xác định số SP02 2.2.1.4 Nguyên lý vật lý sử dụng để đo SP02 2.2.2 Wifi ESP8266 NodeMcu .8 2.2.2.1 Đặc tính bật Module thu phát Wifi ESP8266 2.3 Giới thiệu Firebase 11 2.3.1 Firebase Realtime Database .11 2.3.2 ưu điểm Firebase 12 2.3.4 điểm hạn chế Firebase 13 2.4 Giới thiệu Android Studio 13 h 2.4.1 Ưu điểm Android Studio .14 2.4.2 Nhược điểm Android Studio .14 CHƯƠNG III: THIẾT KẾ MẠCH VÀ ỨNG DỤNG 15 3.1 Phân tích thiết kế hệ thống 15 3.2 Thiết kế hệ thống 17 3.2.1 Sơ đồ mạch thiết bị 17 3.2.2 Thực kết nối firebase ESP8266 .17 3.2.2.1 Thực lập trình esp8266 .17 3.2.3 Thiết kế ứng dụng IOT 19 3.2.3.1 Thiết kế giao diện ứng dụng .19 3.2.3.3 Lập trình tác vụ hệ thống 20 3.3 Thiết kế mạch thiết bị .22 3.3.1 Thiết kế mạch thông qua Altium Designer 22 3.3.2 In hoàn thiện mạch 23 3.4 Kết thực .25 3.4.1 Kiểm tra hoạt động thiết bị 25 3.4.2 So sánh – Đánh giá hoạt động 27 KẾT LUẬN 28 Kết quả đạt được 28 Ưu điểm: .28 Nhược điểm 28 Hướng phát triển 28 TÀI LIỆU THAM KHẢO 29 h DANH MỤC HÌNH ẢNH Hình 2.1: Cảm biến nhịp tim oxy MAX30100 .6 Hình 2.2: Tỉ lệ độ bão hịa oxy Hình 2.3: LED LDR dùng cảm biến .8 Hình 2.4: Wifi ESP8266 NodeMcu Lua CP2102 .9 Hình 2.5: Sơ đồ pinout NodeMCU8266 10 Hình 2.6: FireBase .11 Hình 2.7: Firebase Realtime Database 12 Hình 3.1: Lưu đồ thuật tốn kết nối ESP8266 Firebase .15 Hình 3.2: Lưu đồ thuật toán kết nối ứng dụng Firebase .16 Hình 3.3: Sơ đồ mạch thiết bị 17 Hình 3.4: Khai báo thư viện 18 Hình 3.5: Hàm khởi tạo .18 Hình 3.6: Hàm xuất liệu .19 Hình 3.7: Giao diện ứng dụng 19 Hình 3.8: Xử lý tác vụ chính, tương tác với firebase 20 Hình 3.9: Xử lý tác vụ đăng nhập ứng dụng .20 Hình 3.10 Lấy liệu cảm biến 21 Hình 3.11: Schematic diagram 22 Hình 3.12: PCB Layout .22 Hình 3.13: Mạch Khi xuất file PDF 23 Hình 3.14: Ủi mạch lên board đồng 23 Hình 3.15: Rửa mạch 24 Hình 3.16 Mạch hồn thiện (mặt trước) 24 Hình 3.17: Mạch hồn thiện (Mặt sau) .25 Hình 3.18: Kết đo lần 25 Hình 3.19: Kết đo lần 26 Hình 3.20: Kết đo lần 26 Hình 3.21: Kết đo sở y tế 27 h DANH MỤC CÁC BẢNG Bảng 2.1: Chỉ số HR phụ thuộc vào giới tính độ tuổi Bảng 3.1: kết thử nghiệm 25 h THIẾT KẾ ỨNG DỤNG VÀ MẠCH ĐO CẢM BIẾN NỒNG ĐỘ SPO2 VÀ NHỊP TIM CHƯƠNG I: TỔNG QUAN 1.1 ĐẶT VẤN ĐỀ 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 Nhưng cố ảnh hưởng đến sức khỏe xảy lúc với chưa có 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 Với nước phát triển Mỹ, Anh, Úc, … việc theo dõi chăm sóc sức khỏe cần thiết trọng Có nhiều phần mềm theo dõi sức khỏe lập trình với giao diện thân thiện người dùng, dễ sử dụng smartphone hay tablet, PC, laptop kết hợp với bệnh viện Các tập đồn, cơng ty lớn trọng đến mảng y sinh với sản phẩm phần cứng theo dõi sức khỏe Apple Watch, Xiaomi Band, Samsung Gear Fit Wearables… kèm với phần mềm hỗ trợ tích hợp smartphone, tablet Đối tượng chúng em chọn để theo dõi người cao tuổi người có tiểu sử tim mạch nên việc di chuyển đến bệnh viện để kiểm tra thường xun khó khăn Vì chúng em đưa ý tưởng làm thiết bị đo điện tim nhỏ gọn Mục đích giúp theo dõi sức khỏe người cao tuổi người có tiểu sử tim mạch sử dụng gia đình cách linh hoạt Thiết bị có chức đo nhịp tim hiển thị dạng số Ngồi ra, cịn hiển thị nhịp tim ứng dụng điện thoại android để người nhà theo dõi nơi Nên nhóm chúng em định chọn đề tài: “THIẾT KẾ ỨNG DỤNG VÀ MẠCH ĐO CẢM BIẾN NỒNG ĐỘ SPO2 VÀ NHỊP TIM.” để thực đồ án sở Đồ án sở Khoa kỹ thuật máy tính điện tử h THIẾT KẾ ỨNG DỤNG VÀ MẠCH ĐO CẢM BIẾN NỒNG ĐỘ SPO2 VÀ NHỊP TIM CHƯƠNG III: THIẾT KẾ MẠCH VÀ ỨNG DỤNG 3.1 Phân tích thiết kế hệ thống Hình 3.8: Lưu đồ thuật toán kết nối ESP8266 Firebase Đồ án sở Khoa kỹ thuật máy tính điện tử h THIẾT KẾ ỨNG DỤNG VÀ MẠCH ĐO CẢM BIẾN NỒNG ĐỘ SPO2 VÀ NHỊP TIM Hình 3.9: Lưu đồ thuật toán kết nối ứng dụng Firebase Đồ án sở Khoa kỹ thuật máy tính điện tử h THIẾT KẾ ỨNG DỤNG VÀ MẠCH ĐO CẢM BIẾN NỒNG ĐỘ SPO2 VÀ NHỊP TIM 3.2 Thiết kế hệ thống 3.2.1 Sơ đồ mạch thiết bị Hình 3.10: Sơ đồ mạch thiết bị Khi tim bơm máu, mức oxy tăng lên có nhiều máu Tuy nhiên, tim nghỉ ngơi, lượng oxy máu giảm xuống Do đó, nhịp tim xác định cách tính thời gian tăng giảm máu cung cấp oxy Máu cung cấp oxy hấp thụ nhiều ánh sáng hồng ngoại truyền nhiều ánh sáng đỏ Tuy nhiên, máu khử oxy hấp thụ ánh sáng đỏ truyền nhiều ánh sáng hồng ngoại Về bản, cảm biến MAX30100 đọc mức độ hấp thụ cho hai nguồn sáng lưu trữ chúng đệm đọc thơng qua chân I2C (SCL, SDA) 3.2.2 Thực kết nối firebase ESP8266 3.2.2.1 Thực lập trình esp8266 Đầu tiên thực khai báo thư viện cảm biến MAX30100, ESP8266, Firebase Và khai báo mã xác thực cung cấp từ firebase khai báo tài khoản, mật wifi Đồ án sở Khoa kỹ thuật máy tính điện tử h THIẾT KẾ ỨNG DỤNG VÀ MẠCH ĐO CẢM BIẾN NỒNG ĐỘ SPO2 VÀ NHỊP TIM Hình 3.11: Khai báo thư viện Tiếp theo thực khởi tạo cho cảm biến MAX30100, thiết lập kết nối từ esp8266 đến project firebase tạo Hình 3.12: Hàm khởi tạo Đồ án sở Khoa kỹ thuật máy tính điện tử h THIẾT KẾ ỨNG DỤNG VÀ MẠCH ĐO CẢM BIẾN NỒNG ĐỘ SPO2 VÀ NHỊP TIM Thực lấy liệu nồng độ SPO2 nhịp tim truyền đến firebase Hình 3.13: Hàm xuất liệu 3.2.3 Thiết kế ứng dụng IOT 3.2.3.1 Thiết kế giao diện ứng dụng Giao diện ứng dụng gồm trang trang đăng nhập tài khoản quản lý trang chủ nơi dùng để hiển thị thông tin lấy từ Realtime Database Firebase Hình 3.14: Giao diện ứng dụng Đồ án sở Khoa kỹ thuật máy tính điện tử h THIẾT KẾ ỨNG DỤNG VÀ MẠCH ĐO CẢM BIẾN NỒNG ĐỘ SPO2 VÀ NHỊP TIM 3.2.3.3 Lập trình tác vụ hệ thống Sau kết nối ứng dụng với Firebase, ta bắt đầu lập trình tác vụ cho hệ thống Với file MainActivity.kt có tác dụng xử lý tác vụ nơi để thực tương tác với Firebase xử lý việc đăng nhập Hình 3.15: Xử lý tác vụ chính, tương tác với firebase Hình 3.16: Xử lý tác vụ đăng nhập ứng dụng Đồ án sở Khoa kỹ thuật máy tính điện tử h THIẾT KẾ ỨNG DỤNG VÀ MẠCH ĐO CẢM BIẾN NỒNG ĐỘ SPO2 VÀ NHỊP TIM Với file View.kt có tác dụng lấy liệu cảm biến đẩy lên Firebase kết nối Firebase với ESP8266 Hình 3.17 Lấy liệu cảm biến Đồ án sở Khoa kỹ thuật máy tính điện tử h THIẾT KẾ ỨNG DỤNG VÀ MẠCH ĐO CẢM BIẾN NỒNG ĐỘ SPO2 VÀ NHỊP TIM 3.3 Thiết kế mạch thiết bị 3.3.1 Thiết kế mạch thông qua Altium Designer Dùng phần mềm Altium Designer để vẽ sơ đồ nguyên lý thiết kế PCB cho mạch cảm biến sau bước tính tốn chạy mơ hoàn thành, ta vẽ lại sơ đồ nguyên lý Altium để xuất sang PCB Hình 3.18: Schematic diagram Sau chuyển từ sơ đồ nguyên lý sang PCB, ta thực việc xếp lại linh kiện mạch cho phù hợp Tiếp theo chọn đặt luật dây cho mạch: khoảng cách dây 25mil; độ rộng dây nhỏ 20mil, trung bình 25mil, lớn 30 mil Chọn layout vẽ (ở chọn Bottom layout) Sau ta thực dây thủ công chọn chế độ dây tự động Khi dây xong ta thực phủ đồng cho mạch Hình 3.19: PCB Layout Đồ án sở Khoa kỹ thuật máy tính điện tử h THIẾT KẾ ỨNG DỤNG VÀ MẠCH ĐO CẢM BIẾN NỒNG ĐỘ SPO2 VÀ NHỊP TIM Sau vẽ mạch PCB hoàn thiện ta thực xuất thành file PDF để chuẩn bị cho công đoạn in mạch thủ công Ta định dạng file PCB thành PDf với tỉ lệ 1:1 Chế độ màu mono Hình 3.20: Mạch Khi xuất file PDF 3.3.2 In hoàn thiện mạch Các bước làm mạch thủ cơng: o In hình PCB sang giấy A4 (loại giấy trơn) o Cắt board đồng phù hợp với kích thước mạch o Thực ủi mạch in giấy A4 lên board đồng cắt o Kiểm tra đường mạch có đứt nét hay không, đứt ta lấy bút chỉnh sửa lại đường mạch Hình 3.21: Ủi mạch lên board đồng Đồ án sở Khoa kỹ thuật máy tính điện tử h THIẾT KẾ ỨNG DỤNG VÀ MẠCH ĐO CẢM BIẾN NỒNG ĐỘ SPO2 VÀ NHỊP TIM - Rửa mạch: o Chúng ta thực ngâm board vào dung dịch muối FeCl3 để ăn mòn phần đồng dư, để lại đường mạch màu đen o Sau board đồng bị ăn mòn hết phần thừa phần mạch cần dùng, ta rửa lại lớp mực in kiểm tra đường mạch lại, bị đứt ta hàn nối lại (dùng đồng hồ đo chế độ thông mạch xem đường mạch có bị đứt hay khơng) Hình 3.22: Rửa mạch Thực kiểm tra đường mạch tiến hành hàn chân lắp đặt thiết bị Hình 3.23 Mạch hồn thiện (mặt trước) Đồ án sở Khoa kỹ thuật máy tính điện tử h THIẾT KẾ ỨNG DỤNG VÀ MẠCH ĐO CẢM BIẾN NỒNG ĐỘ SPO2 VÀ NHỊP TIM Hình 3.24: Mạch hoàn thiện (Mặt sau) 3.4 Kết thực 3.4.1 Kiểm tra hoạt động thiết bị Lần đo Sp02 Nhịp tim Thời gian đo 94% ≈ 102 nhịp/phút 6s 94% ≈ 83 nhịp/phút 5s 94% ≈ 116 nhịp/phút 6s Bảng 3.2: kết thử nghiệm Hình 3.25: Kết đo lần Đồ án sở Khoa kỹ thuật máy tính điện tử h THIẾT KẾ ỨNG DỤNG VÀ MẠCH ĐO CẢM BIẾN NỒNG ĐỘ SPO2 VÀ NHỊP TIM Hình 3.26: Kết đo lần Hình 3.27: Kết đo lần Kết luận: Sau lần đo ta thấy thay đổi không đáng kể số SP02 nhịp tim Dựa bảng số SP02 nhịp tim nêu Chương Ta rút từ số thấy nhịp tim nồng độ oxy trạng thái bình thường tốt Đồ án sở Khoa kỹ thuật máy tính điện tử h THIẾT KẾ ỨNG DỤNG VÀ MẠCH ĐO CẢM BIẾN NỒNG ĐỘ SPO2 VÀ NHỊP TIM 3.4.2 So sánh – Đánh giá hoạt động So sánh với thiết bị Cơ sở Y tế để đánh giá độ xác, độ tin cậy hệ thống Hình 3.28: Kết đo sở y tế Trên kết đo nhịp tim máy đo Cơ Sở Y tế Ta thấy nhịp tim người đo 66 nhịp/phút Đối chiếu với kết sản phẩm dựa vào tiêu đánh giá mục thấy độ xác thiết bị mức đạt tiêu chuẩn mức đo bị chênh lệch lại nằm mục tiêu, tiêu chuẩn đưa độ tin cậy thiết bị đạt mức Đồng thời thiết bị đưa thông tin tổng quát, thiếu chi tiết thiết bị đo đạc chuyên dụng y tế o Đồ án sở Khoa kỹ thuật máy tính điện tử h THIẾT KẾ ỨNG DỤNG VÀ MẠCH ĐO CẢM BIẾN NỒNG ĐỘ SPO2 VÀ NHỊP TIM KẾT LUẬN Kết quả đạt được Ưu điểm: Lắp ráp và hoàn thành thiết bị Thiết bị ứng dụng hồn thành đưa vào sử dụng Ứng dụng với giao diện thân thiện dễ sử dụng, thích hợp với người già trẻ nhỏ Thiết bị nhỏ gọn thuận tiện cho việc sử dụng Nhược điểm Thiết bị cịn nhiều thiếu sót Sơ đồ mạch đơn giản, giao diện chưa bắt mắt… Số lượng cảm biến sử dụng hạn chế Cần tăng tốc độ xử lý giao diện ESP8266 Cần cải thiện thêm mặt kết nối Các thông số đo đưa có sai số so với thiết bị sở y tế Hướng phát triển Phát triển thêm nhiều thiết bị để tạo thêm nhiều chức có ứng dụng IOT Phát triển ứng dụng thành hệ thống quản lý sức khỏe toàn diện Đưa ứng dụng thiết bị vào mơ hình bệnh viện thơng minh, nhà thông minh… Phát triển cảm biến với mức sai số thấp Đồ án sở Khoa kỹ thuật máy tính điện tử h THIẾT KẾ ỨNG DỤNG VÀ MẠCH ĐO CẢM BIẾN NỒNG ĐỘ SPO2 VÀ NHỊP TIM TÀI LIỆU THAM KHẢO Lập Trình Iot Với Arduino – TS Lê Mỹ Hà Android Developer Fundamentals - Google Developers Training team Hiểu Biết Để Phòng Và Trị Bệnh Tim Mạch – Bs Nguyễn Khánh Dư Đồ án sở Khoa kỹ thuật máy tính điện tử h
Ngày đăng: 10/05/2023, 15:11
Xem thêm:
