Thiết kế, thi công thiết bị đo nhịp tim, nồng độ oxy trong máu spo2 và nhiệt độ cho bệnh nhân trên glcd và cảnh báo cho người thân ứng dụng iot

CƠ SỞ LÝ THUYẾT

GIỚI THIỆU VỀ MỘT SỐ THIẾT BỊ ĐO NHỊP TIM, NỒNG ĐỘ SPO2 VÀ NHIỆT ĐỘ CHO BỆNH NHÂN NGOÀI THỰC TẾ

Trong y tế hiện đại, việc đo và theo dõi nhịp tim, nồng độ oxy trong máu (SpO2) và nhiệt độ là rất quan trọng để đánh giá sức khỏe bệnh nhân Những chỉ số này cung cấp thông tin thiết yếu về tình trạng hô hấp, tuần hoàn và nhiệt độ cơ thể, giúp các chuyên gia y tế đưa ra quyết định điều trị chính xác và kịp thời.

Vòng đeo tay thông minh (Fitness tracker) tích hợp nhiều cảm biến như cảm biến nhịp tim, gia tốc kế, bước chân và giấc ngủ, giúp ghi nhận và đo lường các thông số quan trọng như nhịp tim, lượng hoạt động hàng ngày, khoảng cách đi lại và đoạn ngủ Nhờ vào kết nối không dây với điện thoại qua ứng dụng đi kèm, người dùng có thể dễ dàng theo dõi và quản lý sức khỏe của mình.

Dữ liệu từ vòng đeo tay được hiển thị trực tiếp trên màn hình thiết bị hoặc đồng bộ hóa với ứng dụng di động, giúp người dùng dễ dàng xem thông tin chi tiết và thống kê về hoạt động hàng ngày.

Hình 2 1: Các tính năng đo trên đồng hồ thông minh

CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT

GIỚI THIỆU PHẦN CỨNG

Hệ thống được thiết kế với các module và thiết bị như sau:

 Thiết bị đầu vào cảm biến đo nhịp tim, cảm biến SpO2, nhiệt độ

 Arduino Mega giúp tiếp nhận dữ liệu từ cảm biến và các module để thực hiện yêu cầu của hệ thống thông qua việc lập trình

 Module Esp8266 xử lý dữ liệu nhận từ Arduino Mega xử lí và gửi dữ liệu lên Firebase, máy chủ máy tính

 Các chuẩn truyền dữ liệu, LoRa, wifi, GPRS, SPI, I2C, UART

 Thiết bị giao diện giám sát Web Server gồm Laptop, Smartphone

Hình 2 2: Vi điều khiển Arduino Mega 2560

Arduino Mega 2560 là một board điều khiển vi điều khiển dựa trên chip ATmega2560, cung cấp 54 chân input/output số, trong đó có 14 chân hỗ trợ đầu ra PWM, 16 chân input analog và 4 UART Board này được trang bị bộ dao động tinh thể 16 MHz, kết nối USB, cổng nguồn, header ICSP và nút reset, mang đến đầy đủ thành phần cần thiết cho việc phát triển vi điều khiển Để bắt đầu sử dụng, người dùng chỉ cần kết nối board với máy tính qua cáp USB hoặc cấp nguồn bằng adapter AC-to-DC hoặc pin.

2.2.2 Cảm Biến Đo Nồng Độ Oxy Máu MAX30102

MAX30102 là một module tích hợp đo nhịp tim và đo lượng oxy trong máu

MAX30102 là một giải pháp hoàn chỉnh cho các thiết bị di động và đeo tay, bao gồm đèn LED, bộ phát hiện ánh sáng, thành phần quang học và linh kiện điện tử chống nhiễu Thiết bị này hoạt động với nguồn cung điện đơn 1,8V và nguồn điện riêng 5.0V cho đèn LED nội bộ, đồng thời sử dụng giao diện I2C tiêu chuẩn để giao tiếp.

Hệ thống dựa trên sự truyền ánh sáng qua mô dưới da (Systems That Rely on Light Transmission through Cutaneous Tissue)

Trong môi trường bệnh viện, ngón tay là vị trí theo dõi phổ biến nhờ vào việc máy tạo ra xung điện từ với hai bước sóng khác nhau (660 và 940 nm) Ánh sáng này đi qua phần nhựa trên móng tay và ngón tay, đến bộ phận dò ảnh Hemoglobin hấp thụ các bước sóng này ở mức độ khác nhau tùy thuộc vào mức độ liên kết với Oxy, dẫn đến lượng ánh sáng khác nhau truyền qua da tới máy dò đối diện Quá trình này giúp loại bỏ sự hấp thụ liên tục của hemoglobin trong máu mao mạch và tĩnh mạch.

Hình 2 3: Mặt trước và sau của cảm biến MAX30102

Thiết bị sử dụng thuật toán nội bộ để chuyển đổi mô hình độ hấp thụ thành ước tính độ bão hòa oxy động mạch, dựa trên đo quang phổ theo luật Beer – Lambert Phương pháp này phân biệt HbO2 và 2Hb khử thông qua sự khác biệt hấp thụ ánh sáng ở hai độ dài sóng 660 nm (đỏ) và 940 nm (hồng ngoại).

Hình 2 4: Biểu đồ thể hiện dạng sóng của Hb02 và Hb

HbO2 hấp thụ hồng ngoại nhiều hơn ánh sáng đỏ Hb khử hấp thụ ánh sáng đỏ nhiều hơn ánh sáng hồng ngoại

 HbO2 là lượng oxyhemoglobin (hồng cầu máu oxy hóa) trong mạch máu

 Hb là lượng hemoglobin (hồng cầu không oxy hóa) trong mạch máu

Để tính toán SpO2, chúng ta lấy tỷ lệ giữa HbO2 và tổng số HbO2 cộng với Hb, sau đó nhân kết quả với 100 để có được giá trị SpO2 dưới dạng phần trăm.

NodeMCU là một nền tảng mã nguồn mở dựa trên ngôn ngữ lập trình Lua, được thiết kế cho các ứng dụng Internet of Things (IoT) Nó bao gồm phần mềm hoạt động trên chip Wifi ESP8266 của Espressif Systems và phần cứng dựa trên module ESP-12, mang lại giải pháp linh hoạt cho việc phát triển các dự án IoT.

ESP8266 là một chip tích hợp Wifi 2.4GHz, bao gồm vi điều khiển Tensilica L106 32-bit và bộ thu phát Wifi Chip này có 11 chân GPIO và một chân vào analog, cho phép lập trình giống như Arduino Mặc dù ESP8266 có tổng cộng 17 chân GPIO, nhưng 6 chân (chân 6-11) được sử dụng để giao tiếp với chip nhớ flash Với khả năng kết nối Wifi, chip này cho phép thiết lập Internet, lưu trữ máy chủ web và kết nối với điện thoại thông minh, mở ra nhiều khả năng ứng dụng Chính vì vậy, ESP8266 đã trở thành một trong những thiết bị IoT phổ biến nhất hiện nay.

2.2.4 Module đồng hồ thời gian thực RTC DS1307 a Khái niệm: Đồng hồ thời gian thực (Real-Time Clock - RTC) được sử dụng trong các dự án điện tử Module cung cấp các chức năng giữ thời gian chính xác trong các ứng dụng trong điện tử và được tích hợp sẵn trong một module nhỏ gồm chip DS1307 và các linh kiện đi kèm như bộ tạo tín hiệu xung và các linh kiện hỗ trợ khác Bao gồm một nguồn điện dự phòng (thường là pin) để duy trì thời gian ngay cả khi nguồn cấp chính tạm thời mất đi

Hình 2 6: Hình mặt trước và sau module thời gian thực RTC DS1307 b Sơ đồ chân module RTC DS1307:

Hình 2 7: Hình ảnh chip Ds1307 và linh kiện đi kèm hỗ trợ

2.2.5 Module thu phát RF UART LORA SX1278 a Khái niệm:

Mạch thu phát RF UART Lora SX1278 433MHz 3000m EBYTE E32-433T20DC là một module RF tiên tiến sử dụng công nghệ LoRa, cho phép giao tiếp qua giao diện UART Hoạt động trên tần số 433MHz, module này có khả năng truyền dữ liệu với khoảng cách tối đa lên đến 3000m, mang lại hiệu suất cao cho các ứng dụng truyền thông không dây.

EBYTE E32-433T20DC là một module thu phát RF UART Lora SX1278 chất lượng, được sản xuất bởi EBYTE Nó phù hợp cho các ứng dụng IoT, mạng cảm biến không dây và truyền thông từ xa, mang lại sự tiện dụng và hiệu quả cao trong việc truyền nhận dữ liệu.

Bảng 2 1: Thông số kỹ thuật module thu phát RF UART LORA SX1278

Thông số : Điện áp hoạt động 2.3 ~ 5.5 VDC Điện áp giao tiếp TTL ~ 3.3V

Hình 2 8: Các chân của module RF SPI LoRa SX178

2.2.6 Màn hình cảm ứng TFT a Thông số kỹ thuật

- Kích thước màn hình: 3.2 inch (đường chéo)

- Giao diện tín hiệu: 8-bit parallel, 4-wire SPI, 3-wire SPI Controller IC: ILI9341

- Điều khiển cảm ứng: Resistive Touch Screen

- Màu sắc hiển thị: 262K màu

- Tốc độ làm mới: 60 Hz

- Kích thước module: 55mm x 76.9mm x 3.9mm

- Cổng kết nối: 2x20 header pins (độ rộng 2.54mm)

Mô-đun SIM800A là một thiết bị GSM/GPRS Dual-band, hoạt động trên tần số EGSM 900MHz và DCS 1800MHz Nó hỗ trợ lớp khe cắm GPRS đa khe cắm 12/lớp, mang lại khả năng kết nối ổn định và hiệu quả cho các ứng dụng viễn thông.

SIM800A hỗ trợ nhiều phương thức mã hóa GPRS như CS-1, CS-2, CS-3 và CS-4, mang đến sự linh hoạt trong kết nối Đặc biệt, thiết bị này được thiết kế với công nghệ tiết kiệm điện năng, giúp giảm thiểu mức tiêu thụ dòng điện chỉ còn 0.55mA khi ở chế độ ngủ.

Hình 2 9: Màn hình TFT 3.2 inch

Bảng 2 2: Thông số kỹ thuật Module Sim800A Điện áp hoạt động 5 – 18 V

Dòng ở chế độ chờ 10mA

Hình 2 10 : Hình ảnh module sim800A với sơ đồ chân

2.2.8 Nguồn cung cấp Adaptor AC – DC

Nguồn Power Adaptor AC-DC 5V 2A và AC-DC 9V 1A là giải pháp lý tưởng để cung cấp điện cho các thiết bị sử dụng điện áp 5VDC và 9VDC Với thiết kế nhỏ gọn và linh kiện chất lượng cao, sản phẩm này đảm bảo độ bền vượt trội nhờ vào dây điện có lõi đồng dày Dòng đầu ra được sản xuất theo thông số của nhà sản xuất, giúp đáp ứng tốt nhất cho các linh kiện điện tử.

CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT a Thông số kỹ thuật

 Điện áp đầu vào: 100-240V AC, 50/60Hz

 Điện áp đầu ra: 5V DC

 Dòng điện đầu ra tối đa: 2A

 Đầu cắm đầu vào: ổ cắm cực 1

 Đầu cắm đầu ra: chuẩn USB A hoặc Micro-USB

 Bảo vệ quá tải, quá áp, ngắn mạch

 Điện áp đầu vào: 100-240V AC, 50/60Hz

 Điện áp đầu ra: 9V DC

 Dòng điện đầu ra tối đa: 1A

 Đầu cắm đầu vào: ổ cắm cực chuẩn 2

 Đầu cắm đầu ra: chuẩn USB A hoặc Micro-USB

PHẦN MỀM

2.3.1 Phần mềm lập trình IDE 1.8.8

Để sử dụng IDE 1.8.8, người dùng cần cài đặt phần mềm trên máy tính và kết nối board Arduino Sau khi thiết lập, người dùng có thể viết mã trên IDE, sử dụng các tính năng để biên dịch, tải mã lên board và kiểm tra hoạt động của nó.

Hình 2 11: Hình bên phải AC – DC 5V 2A và bên trái AC – DC 9V 1A

2.3.2 Phần mềm Altium Designer: a Khái niệm:

Altium, với hơn 30 năm kinh nghiệm trong nghiên cứu và phát triển phần mềm quản lý dữ liệu và thiết kế PCB, đã trở thành một nhà cung cấp hàng đầu Phần mềm thiết kế PCB của Altium đã hỗ trợ nhiều công ty trong việc phát triển các sản phẩm và hệ thống điện tử tiên tiến, đóng góp vào sự thành công của họ trong lĩnh vực này.

Hình 2 12: Hình ảnh phần mềm lập trình Arduino

Hình 2 13 Giao diện thiết kế PCB của phần mềm Altium

 Hệ thống các thư viện linh kiện phong phú, chi tiết và hoàn chỉnh bao gồm tất cả các linh kiện nhúng, số, tương tự…

Đặt và điều chỉnh các đối tượng trên các lớp cơ khí, xác định các quy tắc thiết kế, tùy chỉnh các lớp mạch in, chuyển đổi từ sơ đồ nguyên lý (schematic) sang mạch in (PCB) và xác định vị trí linh kiện trên PCB là các bước quan trọng trong quá trình thiết kế mạch điện tử.

Mô phỏng mạch PCB 3D cung cấp hình ảnh chân thực của mạch điện trong không gian ba chiều, hỗ trợ tích hợp giữa MCAD và ECAD Nó cho phép liên kết trực tiếp với mô hình STEP, kiểm tra khoảng cách cách điện và cấu hình cho cả hai định dạng 2D và 3D.

 Hỗ trợ thiết kế PCB sang FPGA và ngược lại

Phần mềm Altium Designer nổi bật với nhiều ưu điểm so với các phần mềm khác, bao gồm khả năng đặt luật thiết kế linh hoạt, quản lý đề tài mô phỏng một cách dễ dàng và giao diện người dùng thân thiện.

2.3.3 Phần mềm MIT App Inventor

MIT App Inventor là một công cụ miễn phí giúp phát triển ứng dụng di động, được phát triển bởi Viện Công nghệ Massachusetts (MIT) Công cụ này cho phép người dùng dễ dàng thiết kế và phát triển ứng dụng cho hệ điều hành Android một cách nhanh chóng.

Hình 2 14: Hình ảnh mô tả về hoạt động MIT app

 Bước 1- App Inventor là gì?

Truy cập vào MIT và đăng nhập bằng tài khoản Google để khởi tạo một dự án mới Giao diện sẽ hiển thị ba phần chính: bên trái là tập hợp các điều khiển như User Interface, Media, Sensor, và Social, cho phép bạn dễ dàng kéo thả vào màn hình Ở giữa là màn hình mô phỏng ứng dụng, nơi hiển thị dự án khi hoàn thiện Bên phải là cửa sổ quản lý các thành phần, phương tiện, và thuộc tính cho từng điều khiển.

Khi ứng dụng đã có giao diện trực quan, bạn cần chuyển sang phần code bằng cách nhấn nút Block ở góc trên bên phải màn hình Trong quá trình lập trình, hãy sử dụng các mệnh đề như if then và when do để tạo ra các câu lệnh Bên trái màn hình, bạn sẽ thấy các câu lệnh đã được chuẩn bị sẵn, và nhiệm vụ của bạn là ghép chúng lại thành các mệnh đề hoàn chỉnh.

Sau khi hoàn thiện cả mã nguồn và giao diện, hãy tiến hành chạy bản demo của ứng dụng Nếu phát hiện sai sót, cần rà soát và sửa chữa lỗi một cách kỹ lưỡng Khi ứng dụng hoạt động ổn định, bạn có thể xuất file APK để sử dụng và lưu trữ.

2.3.4 Phần mềm lập trình Microsoft Visual Studio

Hình 2 15 Giao diện của Microsoft Visual Studio

Microsoft Visual Studio là một môi trường phát triển tích hợp (IDE) do Microsoft phát triển, cung cấp nhiều công cụ và tài nguyên cho lập trình ứng dụng trên nền tảng Microsoft Nó hỗ trợ nhiều ngôn ngữ lập trình như C++, C#, Visual Basic, F#, Python và nhiều ngôn ngữ khác.

Visual Studio cung cấp một giao diện người dùng trực quan và nhiều tính năng hỗ trợ lập trình, bao gồm:

Trình biên dịch và gỡ lỗi mạnh mẽ giúp lập trình viên biên dịch và xây dựng ứng dụng hiệu quả Ngoài ra, các công cụ Debug tiện lợi được cung cấp để hỗ trợ tối đa cho người lập trình.

Visual Studio sở hữu trình soạn thảo mã thông minh, cung cấp các tính năng nổi bật như kiểm tra cú pháp, gợi ý mã, điều hướng nhanh và định dạng mã, giúp lập trình viên làm việc hiệu quả hơn.

Visual Studio cung cấp các công cụ và khung kiểm thử mạnh mẽ giúp kiểm tra và đảm bảo chất lượng ứng dụng Ngoài ra, nó còn hỗ trợ triển khai ứng dụng trên nhiều nền tảng và môi trường khác nhau.

Visual Studio hỗ trợ quản lý dự án hiệu quả, bao gồm việc quản lý phiên bản, tài liệu và tài nguyên liên quan, cũng như tổ chức đội ngũ làm việc.

THIẾT KẾ VÀ XÂY DỰNG HỆ THỐNG

GIỚI THIỆU

Chương này sẽ trình bày về việc tính toán, sơ đồ khối và sơ đồ nguyên lý của các board mạch trong hệ thống Nó sẽ giải thích nguyên lý hoạt động, cách đọc giá trị từ cảm biến và truyền dữ liệu của hệ thống Ngoài ra, chương còn đề cập đến việc theo dõi từ xa qua internet và máy chủ, cùng với khả năng cảnh báo qua điện thoại khi bệnh nhân có dấu hiệu nguy hiểm.

SƠ ĐỒ KHỐI

Thiết bị đo nhịp tim, nồng độ oxy trong máu SpO2 và nhiệt độ cho bệnh nhân được trang bị GLCD, đồng thời cung cấp cảnh báo cho người thân thông qua ứng dụng IoT.

Đọc giá trị từ cảm biến bao gồm ba thông số quan trọng: nhiệt độ cơ thể, mức SpO2 trong máu, và nhịp tim của bệnh nhân Những thông số này được hiển thị trên màn hình giám sát sức khỏe, giúp theo dõi tình trạng sức khỏe một cách hiệu quả.

 Sử dụng chuẩn truyền không dây với 2 phương thức Wifi Lan và Lora:

- Chuẩn truyền không dây Wifi: Đưa dữ liệu bệnh nhân lên webserver và ứng dụng điện thoại giám sát từ xa

- Chuẩn truyền không dây Lora: có nhiệm vụ bên gửi, truyền giá trị từ cảm biến qua bên nhận của khối xử lí sever đưa dữ liệu lên Firebase

Thông qua việc thu thập giá trị sức khỏe của bệnh nhân và gửi lên máy chủ giám sát liên tục, chuyên viên y tế và người thân có thể theo dõi tình trạng bệnh nhân từ xa Khi các thông số sức khỏe có dấu hiệu nguy hiểm và thấp hơn giá trị cài đặt, hệ thống sẽ gửi cảnh báo đến máy chủ và phát tín hiệu khẩn cấp bằng cách nhắn tin đến chuyên viên y tế hoặc người thân, nhằm đảm bảo an toàn cho bệnh nhân.

Khối xử lý trung tâm nhận giá trị từ cảm biến, sau đó hiển thị dữ liệu và gửi giá trị đến khối truyền dữ liệu.

Khối truyền và nhận dữ liệu sử dụng chuẩn truyền không dây LoRa để truyền tải thông tin từ khối xử lý trung tâm đến bên nhận, nhằm giao tiếp hiệu quả với khối xử lý server.

Khối xử lý server nhận dữ liệu từ khối trung tâm truyền đi và có nhiệm vụ xử lý chuỗi dữ liệu này, sau đó gửi thông tin bệnh nhân lên webserver.

CHƯƠNG 3: THIẾT KẾ VÀ XÂY DỰNG HỆ THỐNG

Khối hiển thị: Hiển thị giá trị được được từ cảm biến 3 thông số nhiệt độ, nhip tim và SpO2 trong máu của bệnh nhân

Khối cảm biến có chức năng đo lường tình trạng sức khỏe, bao gồm nhiệt độ cơ thể, nhịp tim và nồng độ oxy trong máu Các giá trị này sẽ được gửi đến khối xử lý trung tâm để thực hiện các bước tiếp theo.

Khối thời gian thực cho phép đọc chính xác ngày, giờ, tháng và năm của hệ thống, đồng thời giám sát kết quả đo của bệnh nhân trong thời gian thực.

Khối nút nhấn: Tác dụng chuyển mode hiển thị từng thông số sức khỏe tương ứng và reset khởi động lại mạch

Khối nguồn: Cung cấp đầy đủ dòng và áp cho tất cả các khối nhằm đảm bảo hoạt động ổn định và an toàn.

THI CÔNG HỆ THỐNG

GIỚI THIỆU

Để đạt được mục tiêu thiết kế mạch đo nhiệt độ, nhịp tim, và nồng độ oxy trong máu SpO2 của bệnh nhân, nhóm em đã phát triển một thiết bị truyền trung tâm (master) kết nối với thiết bị nhận (slave) Thiết bị này hiển thị các thông số sức khỏe thông qua ứng dụng điện thoại và máy chủ giám sát, ứng dụng IoT trong lĩnh vực y tế.

THI CÔNG HỆ THỐNG

4.2.1 Mô hình mạch in PCB

Mạch in của hệ thống được thiết kế trên phần mềm Altium Designed

 Mạch In Thiết bị Ở mạch in này thì bao gồm:

4.2.2 Lắp ráp mô hình hệ thống:

Thiết bị gồm 2 phần cứng khác nhau: a) Thiết bị truyền:

- Vi điều khiển: Arduino Mega

Hình 4 1: Mạch in PCB Thiết Bị Nhận vẽ trên

CHƯƠNG 4: THI CÔNG HỆ THỐNG

- Giao tiếp không dây: Lora UART

- Giao tiếp với mạng di động: SIM 800A

Thiết bị truyền là trung tâm của hệ thống, có nhiệm vụ thu thập dữ liệu từ cảm biến MAX30102 và truyền tải thông tin qua giao tiếp không dây LoRa UART, đồng thời kết nối với mạng di động SIM 800A.

- Vùng “1”: Anten truyền thông tin được xử lý đến thiết bị nhận

- Vùng “2”: Dây đo, thu thập giá trị từ bệnh nhân gửi về Arduino Mega xử lý các thông tin tiếp theo

- Vùng “3”: Hiển thị thông số sức khỏe của bệnh nhân

Hình 4 2: Mô hình thiết bị chủ được thiết kế đặt trong hộp mica b) Thiết bị nhận :

- Giao tiếp không dây: LoRa SX1278

Thiết bị con sử dụng vi điều khiển ESP8266 để nhận tín hiệu từ thiết bị chủ qua giao tiếp Lora SX1278 Sau khi nhận tín hiệu, thiết bị sẽ xử lý và gửi dữ liệu lên ứng dụng theo dõi trên điện thoại.

Vùng “1”: Anten từ module Lora SX1278 nhận tín hiệu từ thiết bị chủ để xử lí các tác vụ tiếp theo đó

Vùng “2”: Vi điều khiển Esp8266 khi nhận tín hiệu và xử lý gửi dữ liệu lên ứng dụng theo dõi trên điện thoại

Hình 4 3: Mô hình thiết bị con được thiết kế đặt trong hộp mica

LƯU ĐỒ GIẢI THUẬT HỆ THỐNG

4.3.1 Lưu đồ giải thuật khối xử lý sever

Giải thích lưu đồ giải thuật :

- Khởi tạo cho Esp8266, khởi tạo giá trị cho LoRa

- Khi bắt đầu kiểm tra đã có dữ liệu từ khối trung tâm gửi đến

- Nếu đúng tiền hành đọc dữ liệu từ LoRa

- Esp8266 tiến hành tách chuỗi và gửi dữ liệu đến Firebase

- Phân tích dữ liệu gửi lên winform

Nếu sai qua lại kiểm tra cho đến khi có tính hiệu truyền tới

4.3.2 Lưu đồ giải thuật chương trình con ngắt port

Giải thích lưu đồ giải thuật : Lưu đồ sử dụng với mục đích chuyển mode hiển thị cho khối hiển thị

- Tiến hành khởi tạo ngắt cho port

- Khởi tạo cờ ngắt bằng 0

- Khi nhấn nút nhấn sự kiện ngắt xảy ra

- Cờ ngắt tăng lên 1 đơn vị

- Khi cờ ngắt > 3 cờ ngắt quay về bằng 0 quay lại chương trình

4.3.3 Lưu đồ giải thuật trong chương trình con ngắt timer

Giải thích lưu đồ giải thuật:

- Bắt đầu khởi tạo ngắt timer cho hệ thống

- Ngắt sẽ diễn ra sau mỗi một giây có nhiệm vụ đọc giá trị hiển thị mode theo tương ứng

- Nếu đúng ngắt xảy ra cờ ngắt timer bằng 1 quay lại kiểm tra

- Nếu sai không có sự kiện xảy ra ngắt không xảy ra và quay lại kiểm tra Đ

4.3.4 Lưu đồ giải thuật toán hệ thống

Giải thích sơ đồ toàn mạch:

Bước đầu tiên là cấp nguồn cho mạch và khởi tạo các biến cần thiết cho khối xử lý trung tâm Đồng thời, cần thiết lập giá trị cho các cảm biến như MAX30102, RTC DS1307, TFT, LoRa và Sim800A.

Bước 2: Kiểm tra xem có ngón tay đặt vào cảm biến không

- Nếu không có thì khối timer RTC DS1307 thực hiện độc lập hiển thị ngày và giờ lên màn hình TFT

- Nếu có thì thực hiện đọc giá trị SpO2, nhiệt độ, nhịp tim từ cảm biến

Bước 3: Kiểm tra cờ ngắt port:

Hình 4 4: Lưu đồ giải thuật toàn mạch

- Nếu cờ ngắt port bằng 0 thì ở thời điểm xảy ra sự kiện ngắt timer (sau mỗi 1s) thì hiển thị mode 0, gửi giá trị đọc được cho sever qua LoRa

Bước 4: Kiểm tra cảnh báo:

- Sim800A gửi tin nhắn cảnh báo và gọi cảnh báo đến số điện thoại được setup, hiển thị cảnh báo khi:

+ Nhịp tim > 130 bpm hoặc < 40 bpm + Khi không có cảnh báo hiển thị trạng thái normal sau đó quay lại bước 2

HƯỚNG DẪN SỬ DỤNG CHO NGƯỜI DÙNG

Nhóm sẽ hướng dẫn cách sử dụng ứng dụng MIT Inventor cho đồ án này thông qua các bước chi tiết đã được trình bày trong chương 3 về thiết kế phần mềm.

Chúng ta cần tiền hành thực hiện các bước sau:

Bước đầu tiên trong quá trình phát triển ứng dụng là nhóm hoàn tất thiết kế trên MIT Inventor và gửi mã cho người dùng để tải xuống phần mềm giám sát sức khỏe thông qua việc quét mã Lưu ý rằng phần mềm MIT Inventor chỉ tương thích với các thiết bị sử dụng hệ điều hành Android, do đó có thể gặp lỗi khi tải trên các hệ điều hành khác như iOS.

Hình 4 5: Mã QR Code để tài ứng dụng giám sát sức khỏe cho bệnh nhân

Sau khi tải ứng dụng về điện thoại phần mềm

Để đăng nhập vào phần mềm điện thoại, người dùng cần sử dụng tài khoản và mật khẩu do người thiết kế cung cấp Sau khi nhập đúng thông tin, người dùng có thể theo dõi sức khỏe bệnh nhân một cách dễ dàng.

Khi đã đăng nhập vào được ứng dụng:

Có thể quan sát được chính xác sức khỏe của bệnh nhân thông qua ứng dụng điện thoại sau mỗi một giây thông số được cập nhật mới

Hình 4 6: Đăng nhập tài khoản vào ứng dụng giám sát sức khỏe

Hình 4 7: Giao diện quan sát thông số bệnh nhân

CHƯƠNG 4: THI CÔNG HỆ THỐNG b) Phần mềm trên máy chủ thiết bị sử dụng dụng phần mềm visual stdio thiết kế với giao diện quản lý:

Bước 1: Kết nối cổng COM giao tiếp giữa Esp8266 và Máy Tính bắt đầu chạy chương trình

Hình 4 8: Giao diện bắt đầu chạy phần mềm

Vùng “1” Run để chạy chương trình

Vùng “2” Nhập tài khoản đăng nhập của người giám sát, chuyên viên trực tại máy chủ

Vùng “1” Để thực hiện chạy giao diện của phần mềm Visual Stdio khi chạy chương trình thành công sẽ hiển thị bảng ở vùng “2”

Vùng “2” Thì bắt buộc phải nhập tài khoản mật khẩu đã thiết kế cung cấp cho chuyên viên y tế, người giám sát máy chủ máy tính

Vùng “1”: Tiến hành kết nối với cổng COM của Esp8266

Vùng “2”: Cách tính năng của giao diện

Sau khi đăng nhập, giao diện sẽ hiện ra các tùy chọn yêu cầu thông tin khác nhau Bước đầu tiên là kết nối máy tính với Esp8266 tại khu vực “1” để thu thập dữ liệu từ Esp8266 và gửi lên máy chủ.

Vùng “2”: Lựa chọn các yêu câu người giám sát muốn hiển thị:

 Thông Số: Thông tin bệnh nhân thời gian, nhiệt độ, nhịp tim, nồng độ SpO2

 Biểu đồ: Hiển thị mô phỏng trình trạng bệnh nhân thông qua 2 biểu đổ nhằm tường minh về sức khỏe của bệnh nhân

 Danh Sách Bệnh Nhân: Danh sách các bệnh nhân đang được giám sát đo với thiết bị này

 Xuất Excel: Thực hiện xuất file excel của các bệnh nhân

Hình 4 9: Hình giao diện với các yêu cầu thông tin khác nhau

Hình 4 10: Giao diện với tính năng lựa chọn thống kê biểu đồ đường, biểu đồ cột

Vùng “1”: Lựa chọn biểu đồ

Vùng “2”: Lựa chọn biểu đồ đường hay cột

Vùng “3”: Xuất các thông tin của bệnh nhân file excel

Vùng “1” cho phép người dùng lựa chọn biểu đồ thể hiện ba thông số của bệnh nhân thông qua ba màu sắc riêng biệt, đồng thời cũng có thể chọn giữa biểu đồ đường hoặc biểu đồ cột để hiển thị dữ liệu.

Vùng “2”: Cho phép lựa chọn biểu đồ đường hay cột

Vùng “3”: Lưu lại thông tin của bệnh nhân ngày kiểm tra, thông số sức khỏe của bệnh nhân.

KẾT QUẢ THỰC HIỆN

KẾT QUẢ ĐO THỰC TẾ

5.1.1 Thiết bị đo OMNI II: Để cho việc đánh giá chính xác nhất về thiết bị thi công mà nhóm đã làm thì nhóm sử dụng thiết bị đo y tế OMNI II đo các thống số làm mẫu chuẩn Sử dụng thiết bị đo OMNI II lấy kết quả so sánh với kết quả mà nhóm thực hiện được

Thực hiện đo ở sinh viên 1:

Kết quả đo ở sinh viên 1:

Hình 5 1: Đo thực tế ở sinh viên 1 trên thiết bị đo y tế OMNI II

CHƯƠNG 5: KẾT QUẢ THỰC HIỆN

Thông Số SpO2 Nhịp Tim (Bpm) Nhiệt Độ (℃)

Kết quả đo sinh viên 3:

Số SpO2 Nhịp Tim (Bpm) Nhiệt Độ (℃)

5.1.2 Thiết bị thi công của nhóm:

1 Thực hiện đo sinh viên 1:

Hình 5 7: kết quả đo ở thiết bị của nhóm sinh viên 1

2 Thực hiện đo sinh viên 2 :

Hình 5 8: Hình ảnh kết quả sinh viên 2 đo ở thiết bị của nhóm

Hình 5 9: Hình ảnh kết quả sinh viên 3 đo thiết bị của nhóm

6 Thực hiện đo sinh viên 6:

Nhóm thi công đã sử dụng hai thiết bị đo OMNI II và thiết bị khác để lập bảng so sánh các thông số kỹ thuật Qua đó, nhóm đã nhận xét và đánh giá thêm về hiệu suất của từng thiết bị.

Bảng 5 1: Bảng so sánh giữa đo máy đo OMNI II và thiết bị thi công đo sức khỏe bệnh nhân

SP02 NHỊP TIM (bqm) NHIỆT ĐỘ (°C)

STT Thực tế Li Thuyết Thực Tế Li Thuyết Thực Tế Li Thuyết

*Lý Thuyết: Sử dụng thiết bị y tế OMNI II làm mẫu chuẩn

*Thực tế: Sử dụng thiết bị thi công của nhóm

Nhận xét và đánh giá:

Dựa trên các sai số giữa thiết bị đo OMNI II và thiết bị lấy mẫu cho việc đo sức khỏe của nhóm, có thể đưa ra những đánh giá và nhận xét quan trọng như sau:

Dữ liệu thu thập được hầu như tương đồng với thực tế trong phần lớn các trường hợp, tuy nhiên, vẫn có một số sinh viên xuất hiện sai số lớn hơn so với dự kiến.

Dữ liệu dự đoán nồng độ SpO2 cho thấy độ chính xác tương đối cao, tuy nhiên, cần tiến hành kiểm tra thêm để xác định các trường hợp sai số khác Việc tiếp cận nhiều trường hợp hơn sẽ giúp đánh giá chính xác hơn về hiệu suất của thiết bị Đồng thời, cần lựa chọn thiết bị phù hợp để đảm bảo chất lượng mẫu được lấy.

+ Nhận xét: Dữ liệu có sai số trong khoảng ± 5% so với thiết bị đo y tế OMNI

Dựa trên khảo sát, nhịp tim được đo khá chính xác, tuy nhiên cần có những cải tiến và điều chỉnh cho phù hợp với các trường hợp bệnh nhân có sai số khác nhau Cần kiểm tra lại bộ đo lấy mẫu của cảm biến và điều kiện môi trường khi thực hiện đo lường thiết bị.

Dữ liệu dự đoán thường có sự chênh lệch nhiệt độ đáng kể so với thực tế trong nhiều trường hợp Để cải thiện độ chính xác, cần xem xét thêm về môi trường tiếp xúc.

Dữ liệu đo nhiệt độ cần được cải thiện do sai số lớn có thể ảnh hưởng đến đánh giá tình trạng sức khỏe của người dùng Việc xử lý lại thuật toán dự đoán nhiệt độ tăng cần được thực hiện để đảm bảo độ chính xác.

KẾT QUẢ CÁC MODE HIỂN THỊ KẾT QUẢ ĐO THIẾT BỊ

Hình 5.13: Hiển thị các chế độ mode của thiết bị thi công

Mode hiển thị với 3 thông số với trạng thái bệnh nhân

Mode hiển thị mode với từng cột trạng thái cảnh báo mức nguy hiểm

Hình 5.14: Hiển thị các chế độ mode của thiết bị thi công

Kết quả hiển thị các chế độ sử dụng cho người dùng, cung cấp thông tin rõ ràng về các chỉ số quan trọng như nhiệt độ, nồng độ oxy trong máu SpO2 và nhịp tim của bệnh nhân.

Hiển thị mode biểu đồ đường thông số

Hiển thị mode biểu đồ đường thông số nhiệt độ

Hiển thị mode biểu đồ đường thông số nhịp tim

KẾT QUẢ THÔNG QUA KHI GIÁM SÁT SỨC KHỎE TRÊN ỨNG DỤNG ĐIỆN THOẠI

Kết quả hiển thị thông số của bệnh nhân được xử lí và gửi lên ứng dụng điện

Hình 5 13 Kết quả thông qua ứng dụng MIT App Inventor của điện thoại sát của bệnh nhân được cập nhật liên tục

Sau khi dữ liệu được xử lý và gửi lên Firebase, ứng dụng điện thoại sẽ hiển thị mức độ các thông số đo của bệnh nhân cho người dùng Ứng dụng sẽ không có kết nối dữ liệu ở bên trái, và khi nhận dữ liệu từ Firebase, các thông số của bệnh nhân sẽ được hiển thị kèm theo mức trạng thái “normal” cho tình trạng bình thường và “high” hoặc “low” tùy thuộc vào mức độ nguy hiểm.

Khi không có tín hiệu Khi có tín hiệu

KẾT QUẢ THÔNG QUA GIÁM SÁT SỨC KHỎE THÔNG QUA PHẦM MỀM WINFORM

Khi Esp8266 kết nối với cổng COM của máy tính, dữ liệu được xử lý qua phần mềm Visual Studio để hiển thị thông số của bệnh nhân Giao diện cung cấp nhiều lựa chọn để người dùng dễ dàng tương tác và theo dõi kết quả.

Hình 5 14: Kết quả thống kê tình trạng bệnh nhân

Hình 5 15: Kết quả dạng biểu đồ đường sức khỏe bệnh nhân

KẾT QUẢ THÔNG SỐ SỨC KHỎE ĐƯỢC GỬI DỮ LIỆU LÊN FIREBASE

Khi dữ liệu được gửi lên Firebase thì Esp8266 gửi một chuỗi dữ liệu như hình sau:

Khi chưa có tín hiệu được gửi lên Khi có tín hiệu được gửi lên

Hình 5 17: Kết quả dữ liệu sức khỏe được gửi lên FireBase

Hình 5 16: Kết quả dạng biểu đồ cột sức khỏe của bệnh nhân

Khi nhiệt độ cao cảnh báo “HOT” Khi SpO2 xuống thấp cảnh báo

Hình 5 18: Kết quả khi nhiệt độ tăng cao và nồng độ SpO2 xuống thấp gửi cảnh báo

Cảnh báo qua tin nhắn khi nhiệt độ bệnh nhân lên cao và khi nồng độ SpO2 xuống thấp cho chuyên viên y tế

Hình 5 19: Nhắn tin cảnh báo tình trạng nguy hiểm

MỘT SỐ THIẾT BỊ TƯƠNG TỰ NGOÀI THỰC TẾ

Hiện nay, thị trường có nhiều ứng dụng và phần mềm thương mại, đặc biệt là các ứng dụng trên điện thoại giúp quản lý sức khỏe Một ví dụ điển hình là đồng hồ đeo tay từ nhà sản xuất Fitbit.

Fitbit theo dõi mức SpO2 trung bình của bạn mỗi đêm, giúp bạn nhận diện xu hướng có thể phản ánh những thay đổi quan trọng trong thể lực và sức khỏe.

Theo dõi nhịp tim trên đồng hồ hoặc thiết bị Fitbit của bạn tự động đo lường sự biến đổi thời gian giữa mỗi nhịp tim, gọi là biến thể nhịp tim (HRV), cùng với nhịp tim nghỉ và gửi dữ liệu đến ứng dụng Fitbit Bạn có thể sử dụng bảng điều khiển Health Metrics để theo dõi những thay đổi đáng kể, giúp bạn hiểu rõ hơn về sức khỏe của cơ thể và nhận biết các dấu hiệu tiềm ẩn của căng thẳng, bệnh tật hoặc mệt mỏi.

Giao diện giám sát SpO2 trên ứng dụng Fitbit bao gồm các thành phần sau:

+ Giá trị SpO2 hiện tại: Giao diện hiển thị giá trị SpO2 hiện tại, thường được thể hiện dưới dạng một con số hoặc một đồ thị

Biểu đồ theo dõi SpO2 cung cấp giao diện hiển thị sự biến đổi của nồng độ oxy trong máu theo thời gian, cho phép người dùng dễ dàng theo dõi các thay đổi của SpO2 trong khoảng thời gian cụ thể.

Ứng dụng Fitbit cung cấp chức năng lưu trữ và hiển thị lịch sử SpO2, cho phép người dùng dễ dàng theo dõi và xem lại các giá trị đo SpO2 trong quá khứ.

Hình 5 20: Đồng hồ tay và ứng dụng điện thoại fitbit kiểm tra sức khỏe người dùng

CHƯƠNG 5: KẾT QUẢ THỰC HIỆN thống kê tổng quan về sự thay đổi của SpO2 theo thời gian

Nếu giá trị SpO2 vượt ngưỡng đã được xác định, giao diện sẽ cung cấp thông báo và cảnh báo, giúp người dùng nhận biết và chủ động thực hiện các biện pháp phù hợp.

Hình 5 21: Giao diện giám sát sức khỏe trên ứng dụng Fitbit của điện thoại

Tiêu đề	Thiết Kế, Thi Công Thiết Bị Đo Nhịp Tim, Nồng Độ Oxy Trong Máu SpO2 Và Nhiệt Độ Cho Bệnh Nhân Trên GLCD Và Cảnh Báo Cho Người Thân Ứng Dụng IoT
Tác giả	Hồ Thanh Hậu, Trần Minh Hiếu
Người hướng dẫn	ThS. Võ Đức Dũng
Trường học	Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật Thành Phố Hồ Chí Minh
Chuyên ngành	Công Nghệ Kỹ Thuật Điện Tử - Viễn Thông
Thể loại	Đồ án tốt nghiệp
Năm xuất bản	2023
Thành phố	Tp. Hồ Chí Minh

Định dạng
Số trang	88
Dung lượng	9,8 MB