Ngày nay, IoT đang dần được sử dụng nhiều hơn trong lĩnh vực y tế, cung cấp nhiều giải pháp và sản phẩm kết nối với mạng IoT để cải thiện chất lượng chăm sóc, giảm thiểu chi phí và tăng tính hiệu quả của các dịch vụ y tế. Việc áp dụng IoT trong lĩnh vực chăm sóc sức khỏe đã mang lại lợi ích không chỉ cho bệnh nhân mà còn cho các nhà cung cấp dịch vụ y tế, bằng cách tạo ra sự hiện diện lớn hơn và tăng tính hiệu quả trong việc cung cấp dịch vụ chăm sóc sức khỏe. Một số ứng dụng của IoT chăm sóc sức khỏe là các ứng dụng y tế di động hoặc thiết bị đeo được cho phép bệnh nhân thu thập dữ liệu sức khỏe của họ. Các bệnh viện sử dụng IoT để theo dõi vị trí của các thiết bị y tế, nhân viên và bệnh nhân.
Nhóm 08_Mơ hình IOT cảnh báo sốc nhiệt ngồi trời HỌC VIỆN CƠNG NGHỆ BƯU CHÍNH VIỄN THƠNG KHOA VIỄN THÔNG ĐỀ TÀI TIỂU LUẬN PHÁT TRIỂN HỆ THỐNG VÀ ỨNG DỤNG IOT (CĨ CODE ĐI KÈM) Chủ đề: Mơ hình IOT cảnh báo sốc nhiệt ngồi trời Nhóm 08_Mơ hình IOT cảnh báo sốc nhiệt ngồi trời Hà Nội – 11/2023 LỜI NÓI ĐẦU Trong thời đại mà cơng nghệ phát triển với tốc độ chóng mặt, Internet of Things (IoT) lĩnh vực quan tâm đặc biệt IoT cung cấp chế để kết nối thiết bị thông minh với để giải vấn đề khác đời sống Trong năm gần đây, tình trạng sốc nhiệt trở thành vấn đề đáng lo ngại Sốc nhiệt xảy thể người điều tiết nhiệt độ bên trong, mơi trường q nóng hoạt động thể chất mức Điều dẫn đến vấn đề sức khỏe nghiêm trọng chí gây tử vong Trong bối cảnh đó, chúng tơi định nghiên cứu phát triển thiết bị đeo thể có khả phát sốc nhiệt, tảng IoT Thiết bị đo nhiệt độ thể, nhiệt độ môi trường độ ẩm, phát nguy sốc nhiệt dựa thông số Chúng tin thiết bị đeo thể giúp giảm thiểu trường hợp sốc nhiệt nâng cao chất lượng sống người sử dụng Với lý trên, định chọn đề tài " Mô hệ thống chống sốc nhiệt y tế thông minh dựa tảng IoT " Việc nghiên cứu phát triển thiết bị không đáp ứng nhu cầu xã hội mà cịn đóng góp vào phát triển công nghệ IoT lĩnh vực y tế sức khỏe Nhóm 08_Mơ hình IOT cảnh báo sốc nhiệt trời MỤC LỤC Giới Thiệu Chung .6 1.1 Nguồn Gốc Và Tính Thực Tiễn Của Bài Toán 1.2 Đánh Giá Các Nghiên Cứu Có Sẵn Thành Phần Thiết Bị Hệ Thống 10 2.1 Phần Cứng 10 2.1.1 Cảm Biến Nhịp Tim Max30100 11 2.1.2 Cảm Biến DHT11 11 2.1.3 Cảm Biến Nhiệt Độ DS18B20 12 2.1.4 Vi Xử Lý ESP8266 .13 2.2 Phần Mềm 15 2.2.1 Arduino IDE 15 2.2.2 Thingspeak 16 2.2.3 MIT App Inventor 17 2.2.4 Hivemq 18 Cơ Sở Lý Thuyết 19 3.1 Mục Tiêu Hệ Thống 19 3.2 Nguyên Lý Hoạt Động .19 3.3 Chỉ Số Heat Index 20 3.4 Thuật Toán Fuzzy Logic 22 3.4.1 Khái Niệm 22 3.4.2 Hàm Thành Viên 23 3.4.3 Hoạt Động Logic 25 3.4.4 If_Then Logic .26 3.4.5 Suy Luận Mờ 26 3.4.6 Khử Fuzzify_Df 28 3.5 Kết Luận Bộ Điều Khiển 30 3.6 Xây Dựng Chương Trình Hệ Thống 32 3.7 Xây Dựng App 36 Thực Nghiệm Và Kết Quả .38 Tổng Kết Và Thảo Luận 45 Tài Liệu Tham Khảo 46 Nhóm 08_Mơ hình IOT cảnh báo sốc nhiệt ngồi trời DANH MỤC HÌNH ẢN Hình 1.1 - 1: Giới thiệu Iot y tế .6 Hình 1.1 - 2: Giới thiệu phát triển thiết bị đeo tay Y Hình - 1: Quá trình phát triển hoàn thành thiết bị 10 Hình 2.1.1 - 1: Cảm biến nhịp tim Max30100 11 Hình 2.1.2 - 1: Cảm biến DHT11 12 Hình 2.1.3 - 1: Cảm biến nhiệt độ DS18B20 13 Hình 2.1.4 - 1: Vi xử lý ESP8266 14 Hình 2.2.1 - 1: Arduino IDE 16 Hình 2.2.2 - 1: ThingSpeak .17 Hình 2.2.3 - 1: MIT App Inventor 17 Hình 2.2.4 - 1: Giao thức MQTT 18 Hình 3.2 - 1: Sơ đồ nguyên lý hệ thống 20 Hình 3.3 - 1: Bảng số Heat Index 21 Hình 3.4.1 - 1: Ranh giới ngày cuối tuần 23 Hình 3.4.2 - 1: Chức thành viên ngày cuối tuần .24 Hình 3.4.2 - 2: Chức thành viên đối tập hợp người cao-thấp Hình 3.4.5 - 1: Mơ hình tổng quan Logic mờ 26 Nhóm 08_Mơ hình IOT cảnh báo sốc nhiệt ngồi trời Hình 3.4.5 - 2: Hoạt động suy luận mờ 27 Hình 3.4.5 - 3: Góc nhìn trực quan suy luận mờ .28 Y Hình 3.4.6 - 1: Phương pháp Centroid 29 Hình 3.6 - 1: Mơ tả Logic phía sau app 33 Hình - 1: Kết đầu ứng dụng Android cho mức độ nguy hiểm tổn thương nắng nóng khác 36 Hình - 2: Các liệu đẩy lên ThingSpeak 37 Hình - 3: Biểu đồ nhiệt độ thể người dùng .38 Hình - 4: Biểu đồ HI người dùng 39 Hình - 5: Biểu đồ số sốc nhiệt người dùng 39 Nhóm 08_Mơ hình IOT cảnh báo sốc nhiệt trời GIỚI THIỆU CHUNG 1.1 NGUỒN GỐC VÀ TÍNH THỰC TIỄN CỦA BÀI TỐN Ngày nay, IoT dần sử dụng nhiều lĩnh vực y tế, cung cấp nhiều giải pháp sản phẩm kết nối với mạng IoT để cải thiện chất lượng chăm sóc, giảm thiểu chi phí tăng tính hiệu dịch vụ y tế Việc áp dụng IoT lĩnh vực chăm sóc sức khỏe mang lại lợi ích khơng cho bệnh nhân mà cho nhà cung cấp dịch vụ y tế, cách tạo diện lớn tăng tính hiệu việc cung cấp dịch vụ chăm sóc sức khỏe Một số ứng dụng IoT chăm sóc sức khỏe ứng dụng y tế di động thiết bị đeo cho phép bệnh nhân thu thập liệu sức khỏe họ Các bệnh viện sử dụng IoT để theo dõi vị trí thiết bị y tế, nhân viên bệnh nhân Hình 1.1 - 1: Giới thiệu Iot y tế Theo Báo cáo Khí hậu Tồn cầu tháng năm 2020 Trung tâm Thông tin Môi trường Quốc gia (NCEI) công bố, nhiệt độ bề mặt đại dương đất liền tồn cầu trung bình vào tháng năm 2020 đạt nhiệt độ cao ghi nhận kể từ kỷ lục toàn cầu bắt đầu ghi nhận vào năm 1880 [1] Hơn nữa, nhiệt độ bề mặt đại dương đất liền toàn cầu trung bình tăng 0,54 độ C so với nhiệt độ 10 năm trước [2] Những phát nhiệt độ toàn cầu tăng lên đáng kể thập kỷ gần Nhiệt độ cao dẫn đến nhóm bệnh rối loạn chức thể từ bệnh nhẹ nhiệt miệng đến bệnh nặng (say nóng), chí trường hợp nguy kịch dẫn đến đột quỵ nhiệt Nhóm 08_Mơ hình IOT cảnh báo sốc nhiệt ngồi trời Đột quỵ nhiệt định nghĩa tình trạng nhiệt độ thể 40,5 độ C kèm theo rối loạn chức hệ thần kinh trung ương (CNS) Đột quỵ nhiệt tình trạng nguy hiểm cho sức khỏe, đặc biệt người độ tuổi cao người có bệnh lý Tình trạng nhiệt độ thể vượt q ngưỡng an tồn gây rối loạn chức hệ thần kinh trung ương, ảnh hưởng đến trình trao đổi chất dẫn đến hậu nghiêm trọng suy tim, suy thận, đột tử Tuy nhiên, phát điều trị kịp thời, đột quỵ nhiệt kiểm soát ngăn chặn hậu nghiêm trọng Vì thế, việc phát sớm cung cấp biện pháp điều trị kịp thời vô quan trọng việc ngăn chặn hậu nghiêm trọng đột quỵ nhiệt Việc sử dụng thiết bị đeo tay phát đột quỵ nhiệt giúp giám sát nhiệt độ thể cung cấp cảnh báo có bất thường, từ giúp người sử dụng nhà y tế đưa biện pháp phòng ngừa điều trị kịp thời Khi cơng nghệ ngày phát triển nhanh chóng, công nghệ Internet vạn vật (IoT) ngày nhiều nhà nghiên cứu ý Nó triển khai nhiều dự án thuộc lĩnh vực khác nhau, đặc biệt lĩnh vực chăm sóc sức khỏe IoT cho thiết bị chăm sóc sức khỏe cá nhân hệ thống Y tế điện tử (E-Health) Điều chứng tỏ công nghệ IoT quan trọng việc cải thiện hiệu suất, hiệu lực hiệu hệ thống chăm sóc sức khỏe Vì thế, việc phát triển thiết bị đeo phù hợp với môi trường dựa IoT để phát đột quỵ nhiệt tiềm ẩn cách xác hiệu điều hoàn toàn phù hợp thiết yếu nhu cầu sống Nhóm 08_Mơ hình IOT cảnh báo sốc nhiệt ngồi trời Hình 1.1 - 2: Giới thiệu phát triển thiết bị đeo tay Đúng vậy, việc phát triển thiết bị đeo phù hợp với môi trường dựa IoT để phát đột quỵ nhiệt giải pháp tiềm để phòng ngừa điều trị bệnh liên quan đến tình trạng nhiệt độ thể Thiết bị đeo tay phát đột quỵ nhiệt tích hợp cảm biến nhiệt độ để đo lường nhiệt độ thể Dữ liệu đo truyền tải đến hệ thống thơng qua kết nối Internet để phân tích xử lý Hệ thống đưa cảnh báo nhiệt độ thể người dùng vượt giới hạn an tồn đưa biện pháp phịng ngừa điều trị kịp thời Tuy nhiên, việc phát triển thiết bị đeo tay phát đột quỵ nhiệt địi hỏi độ xác tin cậy cao Các cảm biến nhiệt độ phải chọn lọc đảm bảo tính ổn định để đo lường xác nhiệt độ thể Thiết bị đeo tay cần thiết kế để có tính di động cao, dễ dàng sử dụng phù hợp với nhiều loại người dùng khác Ngoài ra, hệ thống kết nối Internet cần đảm bảo tính đáng tin cậy an toàn để truyền tải liệu đo Để đảm bảo tính đáng tin cậy thiết bị, cần phải có tiêu chuẩn quy định yêu cầu kỹ thuật an toàn để giúp đảm bảo an toàn cho người sử dụng Từ nhu cầu sẵn có, nghiên cứu phát triển thiết bị phát sốc nhiệt triển khai, song cách thức thực liệu chưa có độ xác tin cậy Tuy nhiên, từ sai số điểm hạn chế từ nghiên cứu trước, chúng tơi đưa phương pháp đo lường, tính tốn đưa kết luận cuối cách hiệu xác Phần nhóm chúng tơi phân tích chi tiết phần “1.2 Đánh giá nghiên cứu có sẵn” 1.2 ĐÁNH GIÁ CÁC NGHIÊN CỨU CĨ SẴN Đã có số thiết bị phát sốc nhiệt phát triển đưa vào thực tiễn nhiều năm trở lại Một dự án phát triển dựa công nghệ IoT thực Iksan Jaya cộng sự, hệ thống phát đột quỵ nhiệt sử dụng Wemos D1 Mini làm vi xử lý phát đột quỵ nhiệt dựa nhiệt độ thể cách sử dụng cảm biến DS18B20 Nó sử dụng mô-đun Wi-Fi ESP8266 để truyền liệu đến sở liệu MySQL hiển thị liệu trang web phát triển phần mềm Bootstrap thông qua máy tính cá nhân (PC) [3] Tuy nhiên, việc phát đột quỵ nhiệt hệ thống không xác khơng xem xét yếu tố quan trọng khác nhịp tim nhiệt độ xung quanh Các nghiên cứu khác P O Antonio công phát triển hệ thống phát đột quỵ nhiệt dựa theo công nghệ IoT cách đo đạc nhịp tim nhiệt độ thể cảm biến nhịp tim Pulse Sensor cảm biến nhiệt độ DS18B20 Hệ thống sử dụng vi xử lý Arduino Mini 05 mô-đun Wi-Fi ESP8266 để truyền liệu đến sở liệu MySQL hiển thị liệu trang web phát triển phần mềm Bootstrap thơng qua máy tính cá nhân (PC) [4] [5] Khi số lấy thành cơng, Nhóm 08_Mơ hình IOT cảnh báo sốc nhiệt trời chuyển dạng tin nhắn nhanh (SMS) cho người dùng thông qua giao thức HTTPS để cảnh báo sốc nhiệt Tuy số có phần khả quan, song cải thiện qua việc đo thêm số nhiệt độ độ ẩm xung quanh sử dụng logic mờ để tính tốn Qua việc đánh giá nghiên cứu có sẵn, thống đưa giải pháp tối ưu: Thiết kế thiết bị phát đột quỵ nhiệt qua việc đo nhịp tim, nhiệt độ thể, nhiệt độ độ ẩm xung quanh từ đưa số có tên “Chỉ số sốc nhiệt” (Heat Stroke Risk Level) thông qua đo lường điều khiển phù hợp Các số thông báo áp dụng công nghệ IoT cách đưa chúng lên hệ thống máy chủ phù hợp sau báo cho người dùng thơng qua ứng dụng phát triển tảng Android Nhóm 08_Mơ hình IOT cảnh báo sốc nhiệt trời THÀNH PHẦN THIẾT BỊ HỆ THỐNG Việc phát triển hoàn thiện thiết bị trải qua ba giai đoạn đề cập qua Hình - 1: Hình - 1: Quá trình phát triển hoàn thành thiết bị 2.1 PHẦN CỨNG Các phần cứng sử dụng báo cáo giới thiệu qua sơ đồ Thiết bị bao gồm cảm biến nhịp tim Max30100, cảm biến nhiệt độ độ ẩm khơng khí DHT11, cảm biến nhiệt độ thể DS18B20 vi xử lý ESP8266 10