Thiết kế và thi công hệ thống quản lý và hỗ trợ sức khỏe thông minh

TỔNG QUAN

GIỚI THIỆU TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU HIỆN NAY

Hiện nay, sức khoẻ là mối quan tâm hàng đầu của mọi người, dẫn đến sự gia tăng số lượng bệnh viện Tuy nhiên, với nhu cầu chăm sóc sức khoẻ ngày càng cao, việc chuẩn đoán và thu thập các chỉ số sức khoẻ vẫn gặp khó khăn do thủ tục phức tạp Mặc dù đã có nhiều nghiên cứu phát triển sản phẩm y tế như máy đo thân nhiệt từ xa và buồng khử khuẩn toàn thân chống Covid-19, nhưng việc áp dụng công nghệ hiện đại để mở rộng quy mô hệ thống vẫn còn hạn chế.

Xu hướng hiện nay là tích hợp công nghệ tiên tiến vào mọi lĩnh vực, đặc biệt là bảo vệ sức khỏe con người Công nghệ IoT giúp kết nối vạn vật và không giới hạn khoảng cách, đóng vai trò quan trọng trong lĩnh vực điện tử Do đó, việc ứng dụng IoT để hỗ trợ quản lý dữ liệu trên môi trường Internet là rất cần thiết.

Việc tự thu thập các chỉ số sức khoẻ như thân nhiệt, nhịp tim và nồng độ O2 trong máu có thể thực hiện dễ dàng mà không cần đội ngũ y tế chuyên sâu, thông qua các biện pháp không xâm lấn Trong bối cảnh đại dịch Covid-19 vẫn tiềm ẩn nhiều nguy cơ, việc áp dụng biện pháp sát khuẩn toàn diện và cung cấp nhanh chóng các nhu yếu phẩm thiết yếu là vô cùng cần thiết.

Từ thực tế cuộc sống và các yêu cầu trên nhóm quyết định chọn đề tài “THIẾT

Hệ thống quản lý và hỗ trợ sức khỏe thông minh giúp giảm áp lực về nhu cầu y tế tại địa điểm lắp đặt, đồng thời tự động hóa và nâng cao hiệu quả trong việc quản lý sức khỏe con người.

1.2 TÍNH CẤP THIẾT CỦA ĐỀ TÀI

Với nhu cầu ngày càng tăng về việc đo đạc và thu thập các chỉ số sức khỏe cơ bản như thân nhiệt, nhịp tim, nồng độ oxy trong máu và huyết áp tại các bệnh viện, quá trình lấy mẫu hiện nay phụ thuộc nhiều vào sự can thiệp của đội ngũ y tế Điều này không chỉ gây tốn kém về nhân lực mà còn ảnh hưởng đến hiệu suất đo đạc, đặc biệt khi phải xử lý một lượng lớn bệnh nhân, dẫn đến sự trì trệ trong khâu lấy mẫu ban đầu.

Hệ thống này trở nên cực kỳ quan trọng trong bối cảnh dịch bệnh bùng phát, đặc biệt là sau đại dịch Covid-19 Mặc dù Covid-19 đã qua, nhưng các chủng virus khác vẫn đang tiếp tục biến đổi, tạo ra nguy cơ tái bùng phát dịch bệnh Sự lơ là và mất cảnh giác của người dân có thể dẫn đến việc lây truyền bệnh tật cho đội ngũ nhân viên, gây ra những lo ngại nghiêm trọng về sức khỏe cộng đồng.

Để chống dịch hiệu quả khi tiếp xúc với số lượng bệnh nhân lớn, cần thiết phải có một hệ thống tự động nhằm giảm thiểu sự can thiệp của con người Các biện pháp khử khuẩn tay bằng dung dịch sát khuẩn thông thường chỉ mang tính tạm thời và không tiêu diệt được virus trên các bộ phận khác của cơ thể Do đó, biện pháp sát khuẩn toàn diện đang được đánh giá cao vì khả năng tiêu diệt hơn 99,9% virus trên mỗi cá nhân.

Khả năng lưu trữ thông tin người dùng và dữ liệu đo đạc là cần thiết để đội ngũ y tế đưa ra quyết định chính xác Việc thu thập thông tin người dùng qua mã QR không chỉ mang lại sự tiện lợi mà còn giúp xử lý lượng bệnh nhân lớn hơn hiệu quả hơn.

Hệ thống quản lý và hỗ trợ sức khoẻ thông minh được thiết kế với các cảm biến như cảm biến nhiệt độ hồng ngoại, cảm biến nhịp tim và nồng độ oxi, cho phép giám sát qua camera Dữ liệu được gửi đến Google Sheets để lưu trữ và thông báo tình trạng sức khoẻ qua ứng dụng Android Quản lý dữ liệu được thực hiện qua giao diện ứng dụng Windows, hỗ trợ điều khiển cấp vật phẩm tự động và sát khuẩn toàn diện Hệ thống sử dụng module xử lý trung tâm Arduino Mega 2560 kết hợp với module ESP32-CAM để giao tiếp wifi.

Ngoài ra, với đề tài này nhóm mong muốn tạo ra một sản phẩm có ích trong lĩnh vực y tế với độ chính xác cao

Nghiên cứu các chỉ số sức khoẻ cơ bản nhằm xây dựng một hệ thống quản lý và hỗ trợ sức khoẻ toàn diện Phần cứng sẽ được thi công và mô hình thực tế sẽ được kiểm nghiệm dựa trên lý thuyết đã nghiên cứu cùng với dữ liệu y tế thực tế Sau khi hoàn thành, hệ thống sẽ được thử nghiệm để thống kê và đánh giá tính ổn định cũng như khả năng ứng dụng, từ đó đưa ra các giải pháp cải tiến cho những thiếu sót trong đồ án.

1.5 ĐỐI TƯỢNG VÀ PHẠM VI NGHIÊN CỨU

Về phần cứng, nhóm tập trung nghiên cứu về Arduino Mega2560, ESP32- CAM, các cảm biến thu thập dữ liệu, các ngoại vi và các chuẩn giao tiếp

Nhóm nghiên cứu tập trung vào các ngôn ngữ lập trình như C, C#, Java và các công cụ hỗ trợ lập trình phần cứng như Arduino IDE Ngoài ra, họ cũng sử dụng Visual Studio cho lập trình Winform và Android Studio cho phát triển ứng dụng di động.

Về mô hình, nhóm nghiên cứu các chỉ số sức khoẻ con người, nguyên - vật liệu xây dựng mô hình và cách bố trí hệ thống phù hợp

Đề tài nghiên cứu tập trung vào việc thiết kế mô hình quản lý và hỗ trợ sức khỏe dành cho 2 nhân viên và nhiều người dùng khác với vai trò là bệnh nhân.

- Arduino Mega 2560 là bộ xử lý trung tâm, kết nối với các cảm biến, truyền dữ liệu đến ESP32-CAM và điều khiển chấp hành

- ESP32-CAM nhận dữ liệu từ bộ xử lý trung tâm và giao tiếp wifi

- Hai chế độ đăng nhập để sử dụng hệ thống: nhân viên và bệnh nhân

- Hiển thị các thông tin đăng nhập lên OLED, thông báo trên App và quản lý bởi ứng dụng windows

- Các ngôn ngữ lập trình liên quan

Dựa trên kiến thức tích lũy từ quá trình học tập và sự hỗ trợ nhiệt tình của giáo viên hướng dẫn, chúng tôi đã áp dụng phương pháp tổng hợp tài liệu lý thuyết để thực hiện đề tài "Thiết kế và thi công hệ thống quản lý và hỗ trợ sức khỏe thông minh" Qua đó, chúng tôi tiến hành kiểm định và đánh giá hiệu quả của hệ thống này.

1.7 BỐ CỤC ĐỀ TÀI Đồ án tốt nghiệp được trình bày bao gồm 6 chương:

Chương 1: Tổng quan: Giới thiêu chung, nêu tính cấp thiết của đề tài Sự ứng dụng của đề tài trong lĩnh vực y tế, từ đó đưa ra lý do chọn đề tài, xác định mục tiêu, đối tượng và phạm vi nghiên cứu cho đề tài

Chương 2: Cơ sở lý thuyết: Nghiên cứu tổng quát về các chỉ số sức khoẻ con người, trình bày tổng quan về các phần cứng có liên quan đến đề tài, các chuẩn giao tiếp, dẫn dắt để xây dựng hoàn chỉnh mô hình

MỤC TIÊU NGHIÊN CỨU

Hệ thống quản lý và hỗ trợ sức khoẻ thông minh được thiết kế và thi công với các cảm biến như cảm biến nhiệt độ hồng ngoại, cảm biến nhịp tim và nồng độ oxy Hệ thống này có khả năng giám sát thông qua camera, gửi dữ liệu đến Google Sheets để lưu trữ, và thông báo tình trạng sức khoẻ qua ứng dụng Android Dữ liệu được quản lý thông qua giao diện ứng dụng Windows, hỗ trợ điều khiển cấp vật phẩm tự động và sát khuẩn toàn diện Đề tài sử dụng module xử lý trung tâm Arduino Mega 2560 kết hợp với module ESP32-CAM để giao tiếp WiFi.

Ngoài ra, với đề tài này nhóm mong muốn tạo ra một sản phẩm có ích trong lĩnh vực y tế với độ chính xác cao.

NHIỆM VỤ NGHIÊN CỨU

Nghiên cứu các chỉ số sức khoẻ cơ bản của con người nhằm thiết lập một hệ thống quản lý và hỗ trợ sức khoẻ hoàn chỉnh Phần cứng sẽ được thi công và mô hình thực tế sẽ được kiểm nghiệm dựa trên các cơ sở lý thuyết đã nghiên cứu cùng dữ liệu thực tế trong y tế Sau khi hoàn thành, hệ thống sẽ được chạy thử để thống kê số liệu, đánh giá tính ổn định và khả năng ứng dụng thực tế, từ đó đề xuất các giải pháp cải tiến cho những thiếu sót trong đồ án.

ĐỐI TƯỢNG VÀ PHẠM VI NGHIÊN CỨU

Về phần cứng, nhóm tập trung nghiên cứu về Arduino Mega2560, ESP32- CAM, các cảm biến thu thập dữ liệu, các ngoại vi và các chuẩn giao tiếp

Nhóm nghiên cứu phần mềm tập trung vào các ngôn ngữ lập trình như C, C#, Java và các công cụ hỗ trợ lập trình phần cứng như Arduino IDE Họ cũng sử dụng Visual Studio cho lập trình Winform và Android Studio cho phát triển ứng dụng di động.

Về mô hình, nhóm nghiên cứu các chỉ số sức khoẻ con người, nguyên - vật liệu xây dựng mô hình và cách bố trí hệ thống phù hợp

Đề tài nghiên cứu tập trung vào việc thiết kế mô hình quản lý và hỗ trợ sức khỏe cho hai nhân viên cùng nhiều người dùng đóng vai trò là bệnh nhân.

- Arduino Mega 2560 là bộ xử lý trung tâm, kết nối với các cảm biến, truyền dữ liệu đến ESP32-CAM và điều khiển chấp hành

- ESP32-CAM nhận dữ liệu từ bộ xử lý trung tâm và giao tiếp wifi

- Hai chế độ đăng nhập để sử dụng hệ thống: nhân viên và bệnh nhân

- Hiển thị các thông tin đăng nhập lên OLED, thông báo trên App và quản lý bởi ứng dụng windows

- Các ngôn ngữ lập trình liên quan.

PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

Dựa trên kiến thức tích lũy từ quá trình học tập và sự hỗ trợ tận tình của giáo viên hướng dẫn, chúng tôi đã áp dụng phương pháp tổng hợp tài liệu lý thuyết để thực hiện đề tài "Thiết kế và thi công hệ thống quản lý và hỗ trợ sức khỏe thông minh" Qua đó, chúng tôi tiến hành kiểm định và đánh giá hiệu quả của hệ thống.

BỐ CỤC ĐỀ TÀI

Đồ án tốt nghiệp được trình bày bao gồm 6 chương:

Chương 1: Tổng quan: Giới thiêu chung, nêu tính cấp thiết của đề tài Sự ứng dụng của đề tài trong lĩnh vực y tế, từ đó đưa ra lý do chọn đề tài, xác định mục tiêu, đối tượng và phạm vi nghiên cứu cho đề tài

Chương 2: Cơ sở lý thuyết: Nghiên cứu tổng quát về các chỉ số sức khoẻ con người, trình bày tổng quan về các phần cứng có liên quan đến đề tài, các chuẩn giao tiếp, dẫn dắt để xây dựng hoàn chỉnh mô hình

Chương 3: Thiết kế và xây dựng hệ thống: Từ yêu cầu đặt ra, trình bày sơ đồ khối hệ thống Tính toán và lựa chọn linh kiện phù hợp từ đó thiết kế mô hình

Chương 4: Thi công hệ thống: Thi công mạch in, kết nối linh kiện, thi công mô hình và lập trình cho hệ thống

Chương 5: Kết quả - nhận xét - đánh giá: Trình bày kết quả thu được sau khi thi công mô hình thông qua hình ảnh, video Từ đó nhận xét và đánh giá sản phẩm dựa trên các yêu cầu đặt ra

Chương 6: Kết luận và hướng phát triển: Dựa vào kết quả có được từ chương

5, đưa ra kết luận về ưu, nhược điểm hệ thống Từ đó đưa ra định hướng để cải thiện và phát triển hệ thống

CƠ SỞ LÝ THUYẾT

GIỚI THIỆU VỀ MỘT SỐ CHỈ SỐ SỨC KHOẺ CON NGƯỜI [19]

Theo Tổ chức Y tế Thế giới (WHO), sức khoẻ không chỉ đơn thuần là không có bệnh mà là trạng thái toàn diện về thể chất, tinh thần và xã hội Các chỉ số như huyết áp, thân nhiệt, nhịp tim và nồng độ oxy trong máu thường được sử dụng để đánh giá tình trạng sức khoẻ ban đầu Những chỉ số này có mối liên hệ chặt chẽ với nhau và thường được đo bằng phương pháp không xâm lấn, mang lại hiệu quả nhanh chóng và an toàn trong lĩnh vực y tế.

Thân nhiệt là nhiệt độ cơ thể con người, với mức trung bình khoảng 37℃, và được coi là bình thường khi không dao động quá 0,5℃ Quá trình chuyển hoá năng lượng trong tế bào tạo ra nhiệt, được tỏa ra môi trường qua da, hô hấp và bài tiết Để duy trì thân nhiệt ổn định, cần có sự cân bằng giữa quá trình sinh nhiệt và quá trình tỏa nhiệt.

Có 3 trường hợp xấu đối thân nhiệt con người là hạ thân nhiệt, sốt và tăng thân nhiệt:

Hạ thân nhiệt xảy ra khi nhiệt độ cơ thể giảm xuống dưới mức bình thường, với nhiệt độ ở vùng trán dao động từ 35,5-37,5℃ Cụ thể, nếu nhiệt độ từ 35-34℃, được xem là hạ thân nhiệt nhẹ; từ 34-32℃ là hạ thân nhiệt trung bình; từ 32-25℃ là hạ thân nhiệt nặng; và nguy kịch khi nhiệt độ dưới 25℃.

Sốt là hiện tượng khi cơ thể bị nhiễm virus hoặc vi khuẩn, dẫn đến việc cơ thể tăng nhiệt độ để chống lại các tác nhân gây bệnh Nhiệt độ cơ thể trên 38℃ được coi là biểu hiện của sốt, bao gồm cả trường hợp do Covid-19.

Tăng thân nhiệt không giống với sốt, mà là tình trạng cơ thể không kịp phản ứng với sự thay đổi môi trường, dẫn đến khó khăn trong việc loại bỏ nhiệt Khi thân nhiệt vượt quá 37℃, tình trạng này có thể gây ra nhiều biến chứng nguy hiểm.

Nhịp tim là số lần co thắt của tim trong mỗi phút, với mức trung bình của người khoẻ mạnh dao động từ 60-100 lần/phút Khi vận động mạnh hoặc lo lắng, nhịp tim có thể tăng trên 100 lần/phút, trong khi lúc ngủ, nhịp tim thường giảm xuống dưới 60 lần/phút Nghiên cứu của Cơ quan y tế quốc gia Anh cho thấy nhịp tim cũng thay đổi theo độ tuổi, như được trình bày trong bảng 2.1.

Bảng 2.1: Thông tin về nhịp tim thay đổi theo độ tuổi Độ tuổi Nhịp tim tiêu chuẩn (bpm)

Người lớn từ 18 tuổi trở lên 60 – 100

Giống xung clock đóng vai trò quan trọng trong vi mạch số, cung cấp chỉ số nhịp tim, một yếu tố thiết yếu liên quan đến sức khoẻ con người Chỉ số này có mối liên hệ chặt chẽ với huyết áp, ảnh hưởng đến tình trạng tăng hoặc hạ huyết áp Điều này có thể dẫn đến các vấn đề sức khoẻ nghiêm trọng như thiếu máu não, mệt mỏi do hạ huyết áp, và đột quỵ do huyết áp cao, những vấn đề ngày càng trở nên phổ biến hiện nay.

Nồng độ O2 trong máu (SpO2) phản ánh khả năng của hemoglobin (Hb) trong việc kết nối với oxy, tạo thành HbO2, giúp vận chuyển oxy đến các cơ quan trong cơ thể Hemoglobin đóng vai trò quan trọng trong việc cung cấp oxy, đảm bảo sự sống và hoạt động của các tế bào.

Mỗi phân tử Hb có 4 nguyên tử sắt, chính các nguyên tử sắt này sẽ liên kết với

Bão hòa oxy trong máu, hay còn gọi là SpO2, xảy ra khi 4 phân tử oxy gắn vào hemoglobin (Hb), cho thấy lượng oxy được vận chuyển bởi tế bào hồng cầu Việc duy trì chỉ số SpO2 ổn định là rất quan trọng cho sức khỏe con người Do đó, việc theo dõi chỉ số này giúp phát hiện nhanh chóng tình trạng thiếu hụt oxy trong máu, từ đó có biện pháp xử lý và điều trị kịp thời, ngăn ngừa những biến cố nguy hiểm.

Chỉ số SpO2 phân thành 3 nhóm chính như sau:

- SpO2 ≥ 97%: là trình trạng độ bão hoà oxy trong máu ở mức bình thường

- SpO2 từ 92 - 97%: người bệnh cần đặc biệt lưu ý và theo dõi tình trạng sức khỏe tại nhà

Khi SpO2 < 92%, bệnh nhân trải qua tình trạng thiếu oxy nghiêm trọng trong máu, dẫn đến các triệu chứng như tím tái ở ngón tay và môi, cùng với sự tiến triển nặng của bệnh Trong trường hợp này, cần thiết phải hỗ trợ hô hấp cho bệnh nhân bằng cách cung cấp oxy qua thiết bị chuyên dụng, với lưu lượng từ 5 - 10 lít/phút.

Khi SpO2 không đạt trên 92%, bệnh nhân có nguy cơ cao bị suy hô hấp và cần nhập viện cấp cứu để can thiệp kịp thời Đối với những người mắc Covid-19, mức SpO2 nên duy trì từ 90% đến 95% Nếu mức SpO2 thấp hơn, bệnh nhân nên tham khảo ý kiến bác sĩ để có thể nhập viện và nhận điều trị bổ sung oxy Trong trường hợp nghiêm trọng hơn của Covid-19, độ bão hòa oxy có thể giảm xuống dưới 80%, lúc này bệnh nhân cần được nhập viện ngay lập tức.

TỔNG QUAN VỀ CÁC PHẦN CỨNG TRONG HỆ THỐNG

Ma trận phím 4×4 là một thiết bị nhỏ gọn, dễ dàng kết nối và sử dụng Các chân của 16 phím được sắp xếp theo ma trận, cho phép tín hiệu khi nhấn phím là GND (0VDC) hoặc VCC (5VDC) tùy thuộc vào phương pháp quét phím với vi điều khiển Bên cạnh đó, bàn phím còn được trang bị vị trí lắp thêm tụ chống dội, giúp giảm nhiễu, rất phù hợp cho các ứng dụng điều khiển bằng phím bấm.

Ma trận phím được ứng dụng rất nhiều cho việc học tập, thực hành và nghiên cứu về các dòng vi điều khiển phổ biến như: AVR, PIC, STM, 8051,…

Hình ảnh thực tế và sơ đồ nguyên lý cho ma trận phím 4x4 được thể hiện như hình 2.1

Bảng 2.2 và 2.3 lần lượt trình bày về thông số kỹ thuật và thông tin các chân của ma trận phím 4x4

Hình 2.1: Ma trận phím 4x4 Bảng 2.2: Thông số kỹ thuật cho ma trận phím 4x4

Max (tối đa) Đơn vị

4 Kích thước bàn phím 77x69 mm

Bảng 2.3: Thông tin các chân của ma trận phím 4x4

Để kết nối ma trận phím với Arduino, bạn cần nối chung một đầu của phím theo hàng từ 8 đến 5 với mức 0V và theo cột từ 4 đến 1 với mức 5V Thư viện hỗ trợ lập trình giữa ma trận phím và Arduino một cách dễ dàng và hiệu quả.

2.2.2 Module cảm biến vân tay AS608 [5]

Cảm biến nhận dạng vân tay AS608 có khả năng giao tiếp qua giao thức UART hoặc USB, cho phép kết nối trực tiếp với vi điều khiển hoặc máy tính thông qua mạch chuyển đổi USB-UART.

AS608 tích hợp nhân xử lý nhận dạng vân tay bên trong, cho phép tự động gán vân tay với chuỗi dữ liệu và truyền qua giao tiếp UART Điều này giúp loại bỏ các thao tác xử lý hình ảnh phức tạp, chỉ cần thực hiện lệnh đọc/ghi và so sánh chuỗi UART, mang lại sự dễ dàng trong việc sử dụng và lập trình.

Hình ảnh thực tế và sơ đồ chân cho module cảm biến vân tay AS608 được thể hiện như hình 2.2

Bảng 2.4 và 2.5 lần lượt trình bày về thông số kỹ thuật và thông tin các chân của module cảm biến vân tay AS608

Hình 2.2: Module cảm biến vân tay AS608 Bảng 2.4: Thông số kỹ thuật cho module cảm biến vân tay AS608

STT Ký hiệu Thông số Min

1 Vcc Điện áp hoạt động 3 3.3 3.6 V

Bảng 2.5: Thông tin các chân của module cảm biến vân tay AS608

1 V+ Chân cấp nguồn 3.3V cho cảm biến hoạt động

2 Tx Chân truyền giao tiếp UART TTL

3 Rx Chân nhận giao tiếp UART TTL

Cảm biến chạm Touch với 5 chân TCH cho phép xuất tín hiệu cao (High) khi có tác động từ tay Để sử dụng tính năng này, cần cung cấp nguồn 3.3V cho chân VA.

6 VA Chân cấp nguồn 3.3V cho cảm biến chạm

7 D+ Chân tín hiệu kết nối USB D+

8 D- Chân tín hiệu kết nối USB D-

Thư viện giúp hỗ trợ việc lập trình giao tiếp giữa cảm biến vân tay với Arduino dễ dàng hơn.

2.2.3 Module đọc mã QR GM65 [6] a Tổng quan về mã QR trên căn cước công dân

Hiện nay, có nhiều loại mã khác nhau tùy theo mục đích sử dụng mà mã được chia thành 3 loại chính: mã 1D, 2D, 3D

Mã 1D là loại mã được thiết kế theo một chiều với cấu trúc đơn giản, bao gồm phần ký tự mã hóa và ký tự có thể đọc được Loại mã này có khả năng đọc được ngay cả khi bị uốn cong, vì vậy nó thường được sử dụng trong bao bì sản phẩm và các đồ vật, dụng cụ khác Hình ảnh minh họa cho mã 1D có thể tham khảo trong hình 2.3.

Hình 2.3: Ví dụ minh họa các thành phần của mã 1D

Mã 2D là loại mã có cấu trúc phức tạp hơn mã 1D, cho phép lưu trữ lượng thông tin lớn hơn Mã 2D thường được sử dụng để tích hợp các liên kết, mã thông tin cá nhân, và thông tin hồ sơ Các thành phần cơ bản của mã 2D được mô tả chi tiết trong hình 2.4.

Hình 2.4: Ví dụ minh họa các thành phần của mã 2D

(1) Vùng viền: Cách ly mã với phần thông tin khác

(2) Mắt định dạng: Giúp định dạng mã quét

(3) Mắt căn chỉnh: Đảm bảo mã có thể quét ngay cả khi bị biến dạng

(4) Đường thời gian: Bao gồm các ô trắng đen chạy xen nhau trên ba mắt định dạng, giúp xác định các ô của dữ liệu

(5) Thông tin phiên bản: Giúp xác định phiên bản đang được sử dụng

(6) Ô dữ liệu: Lưu trữ dữ liệu từ phải sang trái - từ dưới lên trên

Mã 3D là dạng mã được phát triển trong không gian ba chiều, mang lại chiều cao vượt trội so với mã 2D, điều này giúp tăng cường khả năng chống giả mạo Mã 3D có thể được in trực tiếp lên sản phẩm trong ngành công nghiệp, tạo ra sự tiện lợi và bảo mật cao hơn Hình ảnh minh họa cho mã 3D được thể hiện trong hình 2.5.

Hình 2.5: Ví dụ minh họa cho mã 3D

Hình 2.6: Ví dụ về mã QR trên căn cước công dân

Thông tin trên căn cước công dân như hình 2.6 gồm có:

Module GM65 là thiết bị đọc mã 1D/2D chuyên dụng, cho phép đọc thông tin nhanh chóng và chính xác, bao gồm các dữ liệu như mã số, tên, ngày sinh, giới tính và địa chỉ Đặc biệt, module này có khả năng đọc mã QR, mang lại hiệu quả cao trong việc xử lý thông tin.

GM65 là mạch đọc mã vạch 1D, 2D và mã QR phổ biến hiện nay, sử dụng cảm biến hình ảnh CMOS Khi quét mã, module GM65 dễ dàng truyền dữ liệu đến Vi điều khiển hoặc máy tính qua giao tiếp USB hoặc UART.

Module quét mã vạch cung cấp nhiều chế độ cài đặt linh hoạt, cho phép người dùng chọn giữa phương pháp quét kích hoạt hoặc quét liên tục tự động Với khả năng kết nối qua cổng USB hoặc cổng nối tiếp UART, module này dễ dàng kết nối với máy tính, vi điều khiển và các thiết bị khác Thiết kế nhỏ gọn của module cùng với còi và đèn báo khi quét mã vạch mang lại sự tiện lợi trong quá trình sử dụng Sản phẩm được ứng dụng rộng rãi trong lĩnh vực bán hàng, tự động hóa, văn phòng thương mại điện tử và nhiều lĩnh vực khác.

Hình ảnh thực tế và sơ đồ chân cho module đọc mã QR GM65 được thể hiện như hình 2.7

Bảng 2.6 và 2.7 lần lượt trình bày về thông số kỹ thuật và thông tin các chân của module cảm biến vân tay AS608

Hình 2.7: Module đọc mã QR GM65

Bảng 2.6: Thông số kỹ thuật cho module đọc mã QR GM65

1 Vcc Điện áp hoạt động 4.2 5 6 V

2 I Dòng điện tiêu thụ 3 30 160 mA

Bảng 2.7: Thông tin các chân của module cảm biến vân tay AS608

1 5V Chân cấp nguồn 5V chế độ giao tiếp UART

2 Tx Chân truyền giao tiếp UART

3 Rx Chân nhận giao tiếp UART

5 5V Chân cấp nguồn 5V chế độ USB

6 D+ Chân tín hiệu kết nối USB D+

7 D- Chân tín hiệu kết nối USB D-

2.2.4 Cảm biến hồng ngoại E18-D80NK [7]

Cảm biến hồng ngoại E18-D80NK hoạt động bằng cách sử dụng ánh sáng hồng ngoại để đo khoảng cách đến vật cản, mang lại độ phản hồi nhanh chóng và giảm thiểu nhiễu nhờ vào việc sử dụng mắt nhận và phát tia hồng ngoại với tần số riêng biệt Tín hiệu đầu ra của cảm biến này là tín hiệu logic ổn định.

Cảm biến này cho phép điều chỉnh khoảng cách phát hiện mong muốn thông qua biến trở, và được ứng dụng rộng rãi trong các lĩnh vực như robot tránh chướng ngại vật, đếm sản phẩm trong dây chuyền, cũng như hệ thống chống trộm.

Hình ảnh thực tế và sơ đồ chân cho cảm biến hồng ngoại được thể hiện như hình 2.8

Bảng 2.8 và 2.9 lần lượt trình bày về thông số kỹ thuật và thông tin các chân của cảm biến hồng ngoại E18-D80NK

Hình 2.8: Cảm biến hồng ngoại E18-D80NK

Bảng 2.8: Thông số kỹ thuật cho cảm biến hồng ngoại E18-D80NK

1 Vcc Điện áp hoạt động 5 V

2 I Dòng điện tiêu thụ 25 mA

Bảng 2.9: Thông tin các chân của cảm biến hồng ngoại E18-D80NK

3 OUT Chân xuất tín hiệu logic ngõ ra (0V)

Khi không có vật cản, tia hồng ngoại từ mắt phát ra không bị phản xạ, dẫn đến tín hiệu ngõ ra duy trì ở mức cao Ngược lại, khi có vật cản, tia hồng ngoại sẽ bị phản xạ trở lại mắt thu, làm thay đổi nội trở đến IC so sánh, từ đó xuất tín hiệu ra ở mức thấp.

2.2.5 Cảm biến thân nhiệt chuyển động SR501 [8]

CÁC CHUẨN GIAO TIẾP

Các chuẩn giao tiếp phổ biến hiện nay bao gồm giao tiếp có dây như UART, SPI, I2C và giao tiếp không dây như Wifi, đang được ứng dụng rộng rãi trong các hệ thống tiên tiến.

Chuẩn giao tiếp UART là một phương thức truyền thông không đồng bộ, có tốc độ truyền dữ liệu không cao nhưng rất dễ dàng để thiết lập kết nối, bao gồm một thiết bị truyền và một thiết bị nhận.

UART hoạt động theo cơ chế truyền dữ liệu từ thiết bị gửi đến thiết bị nhận, sau đó thiết bị nhận sẽ phản hồi lại Với giao thức 2 dây và tốc độ truyền không cao, khoảng cách truyền của UART khá lớn, nhưng việc mở rộng bus kết nối lại không khả thi.

Hình 2.22: Giao tiếp UART giữa 2 thiết bị

Giao thức I2C, được phát triển bởi PHILIPS, là một giao thức nối tiếp hai dây, được sử dụng để kết nối các bộ vi điều khiển với các thiết bị ngoại vi.

Bus I2C sử dụng hai dây (SDA và SCL) để truyền thông tin giữa bus và thiết bị, cho phép giao tiếp nối tiếp giữa vi điều khiển và các thiết bị ngoại vi Nó hỗ trợ truyền dữ liệu hai chiều giữa nhiều chủ và nhiều tớ, với SCL và SDA thường được dùng để truyền tín hiệu điều khiển.

I2C là một bus đa master cho phép bất kỳ thiết bị nào hoạt động như master và điều khiển bus Mỗi thiết bị trên bus I2C được gán một địa chỉ duy nhất, cho phép nhiều bộ vi điều khiển cùng tồn tại trên cùng một bus.

Theo nghiên cứu thực nghiệm, khoảng cách truyền dẫn hiệu quả cho 3-5 thiết bị kết nối qua bus I2C là khoảng 1m Khi khoảng cách từ 1 đến 1.5m, dữ liệu bắt đầu bị nhiễu nhiều, và trên 1.5m, việc truyền dữ liệu cho 3 thiết bị trở nên không khả thi Do đó, khoảng cách truyền dẫn là một hạn chế của giao thức I2C so với giao tiếp UART.

Hình 2.23: Giao tiếp I2C giữa chủ với 3 thiết bị

Hầu hết các thiết bị hỗ trợ giao tiếp I2C hoạt động ở chế độ nguồn thấp hoặc với nhiều mức điện áp khác nhau Khi truyền dữ liệu ở khoảng cách xa khoảng 1.5m, cần sử dụng điện trở kéo lên ở vị trí phù hợp để tránh mất dữ liệu Giá trị của điện trở kéo lên phải nằm trong khoảng Rmin và Rmax.

Với các giá trị tuân theo bảng thông số cho chuẩn I2C:

Bảng 2.29: Bảng thông số kỹ thuật cho chuẩn I2C

Mô tả Chế độ chuẩn (Max)

Chế độ rất nhanh (Max) Đơn vị tr Thời gian (Rise time) của 2 tín hiệu SCL và

Cb Điện dung tải trên mỗi đường bus

VOL Điện áp ngõ ra mức thấp, khi VCC > 2V và dòng 3mA

VOL Điện áp ngõ ra mức thấp, khi VCC ≤ 2V và dòng 2mA

Chuẩn SPI (Serial Peripheral Interface) là một chuẩn truyền thông phổ biến, nổi bật với tốc độ cao Giao diện này sử dụng từ 3 đến 4 dây, cho phép gửi và nhận dữ liệu một cách độc lập, mang lại hiệu suất truyền tải tối ưu.

27 được đồng bộ hóa Bảng 2.30 so sánh 3 dạng giao tiếp có dây phổ biến: UART, SPI và I2C

Bảng 2.30: So sánh 3 chuẩn giao tiếp có dây Đặc điểm

(Số lượng dây tăng khi thiết bị tăng) Chế độ truyền

Full duplex (Không phân biệt master-slave)

Half duplex (Nhiều master-nhiều slave)

Full duplex (Một master-nhiều slave)

Không đồng bộ (Tốc độ tự đặt, tối đa khoảng 460kbps) Đồng bộ (Tốc độ 100kbps, 400kbps, 3.4Mbps, 1Mbps) Đồng bộ (Tốc độ khoảng 10Mbps đến 20Mbps)

10m trên lý thuyết Trên bo mạch Trên bo mạch

Số lượng hạn chế (Giao tiếp bằng chân chọn chip)

Lên đến 127 thiết bị (Giao tiếp bằng địa chỉ)

2.3.3 Chuẩn giao tiếp không dây Wifi [22]

WI-FI là giao thức truy cập Internet không dây Wifi ngày nay là một kiểu truyền dữ liệu được sử dụng nhiều và phổ biến nhất

Các chuẩn kết nối Wifi hiện nay:

Chuẩn WiFi 802.11, được IEEE giới thiệu vào năm 1997, đánh dấu sự ra đời của mạng không dây đầu tiên với tốc độ tối đa chỉ 2 Mbps ở băng tần 2.4GHz.

- Chuẩn WiFi 802.11b (WiFi 1): Đến giữa cuối năm 1999, chuẩn WiFi 802.11b đã được ra mắt và tốc độ đã được cải thiện lên tới 11Mbps Tuy nhiên, chuẩn này

28 cũng dễ bị nhiễu từ các thiết bị khác do sử dụng cùng băng tần (2.4GHz) với thế hệ đầu tiên

Chuẩn WiFi 802.11a (WiFi 2) được phát triển song song với chuẩn b, hoạt động ở băng tần 5GHz nhằm giảm thiểu nhiễu từ các thiết bị khác Mặc dù đạt tốc độ xử lý lên đến 54 Mbps, nhưng chuẩn WiFi này gặp khó khăn trong việc xuyên qua các bức tường.

Chuẩn WiFi 802.11g (WiFi 3) ra mắt vào năm 2003, mang lại nhiều cải tiến so với chuẩn 802.11b Hoạt động trên băng tần 2.4GHz, chuẩn này có khả năng xử lý tốc độ lên đến 54 Mbps, giúp cải thiện hiệu suất kết nối mạng.

Chuẩn WiFi 802.11n (WiFi 4), ra mắt vào năm 2009, hiện là chuẩn WiFi phổ biến nhất nhờ vượt trội hơn so với các chuẩn b và g trước đó Với tốc độ tối đa lên tới 300Mbps, chuẩn này hoạt động hiệu quả trên cả băng tần 2.4 GHz và 5 GHz, dần thay thế chuẩn WiFi 802.11g nhờ phạm vi phát sóng lớn hơn và tốc độ cao hơn.

Chuẩn WiFi 802.11ac (WiFi 5) được IEEE giới thiệu vào năm 2013, hoạt động ở băng tần 5 GHz và sử dụng công nghệ MIMO, cho phép đạt tốc độ tối đa lên tới 1730 Mbps.

- Chuẩn WiFi 802.11ad: Được ra đời vào năm 2014, chuẩn WiFi 802.11ad hỗ trợ băng thông lên tới 70 Gbps và hoạt động ở dải tần 60 GHz

Chuẩn WiFi 802.11ax, hay còn gọi là WiFi 6, là phiên bản mới nhất của giao thức mạng không dây, mang lại tốc độ nhanh hơn, dung lượng lớn hơn và hiệu suất năng lượng được cải thiện đáng kể so với các chuẩn WiFi trước.

TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ IOTs

Internet of Things (IoTs) là công nghệ kết nối mọi thiết bị vào internet, cho phép các đồ vật thu thập và trao đổi thông tin qua mạng Các thiết bị này, nhờ vào vi mạch điện tử, cảm biến và phần mềm, có thể giao tiếp với nhau thông qua smartphone, máy tính bảng và máy tính Ứng dụng của IoTs rất đa dạng và hiện diện trong nhiều lĩnh vực khác nhau.

- Trong đời sống: Giám sát thông minh, nhà thông minh, vận chuyển tự động, quản lý điện năng, cung cấp nước, bảo vệ thông minh, quản lý môi trường

- Trong y tế: Theo dõi sức khỏe như nhịp tim, huyết áp, phát hiện các tế bào ung thư, chế tạo các bộ phận nhân tạo trong cơ thể

Trong ngành công nghiệp, việc giám sát sản xuất được thực hiện thông qua các cảm biến và dây chuyền tự động, cho phép thu thập dữ liệu từ máy móc Quá trình quản lý và điều khiển được thực hiện dễ dàng qua web hoặc ứng dụng điện thoại, mang lại hiệu quả cao và tiết kiệm thời gian.

Công nghệ IoT đang trở thành xu hướng quan trọng cho các hệ thống hiện đại, giúp cải thiện chất lượng cuộc sống và mang lại sự tiện ích tối ưu cho con người.

TỔNG QUAN VỀ FIREBASE

Firebase là một nền tảng đám mây do Google phát triển, cho phép lưu trữ và đồng bộ dữ liệu dễ dàng cho các ứng dụng Android, iOS và Web Nền tảng này giúp đơn giản hóa quy trình lập trình, được ưa chuộng bởi sinh viên và nghiên cứu sinh cho các dự án nhỏ Người dùng có thể truy cập Firebase qua địa chỉ https://firebase.google.com, với hai ứng dụng phổ biến là Cơ sở dữ liệu thời gian thực (Realtime Database) và Cơ sở dữ liệu lưu trữ (Firestore Database).

Firebase Realtime Database là giải pháp lý tưởng để lưu trữ dữ liệu tạm thời cho các dự án quy mô vừa và nhỏ, đặc biệt là cho đồ án sinh viên Nó cho phép người dùng tương tác (đọc/ghi) với các ứng dụng trên Android, web hoặc Winform trên Windows Dữ liệu được truy xuất theo cấu trúc phân nhánh và được cập nhật liên tục theo thời gian khi có yêu cầu.

TỔNG QUAN VỀ CÁC CÔNG CỤ HỖ TRỢ XÂY DỰNG VÀ LẬP TRÌNH

Hệ thống quản lý và hỗ trợ sức khoẻ thông minh bao gồm các công cụ như Proteus để xây dựng hệ thống phần cứng và các nền tảng lập trình như Arduino IDE, Visual Studio, và Android Studio cho phần mềm.

Proteus là phần mềm nổi bật trong lĩnh vực mô phỏng và thiết kế mạch điện tử, mạch in hiện nay Nó cung cấp một bộ thư viện linh kiện phong phú và cho phép tích hợp thư viện từ nhiều nguồn khác nhau Với khả năng mô phỏng thời gian thực và tính năng vẽ mạch in lên đến 14 lớp, Proteus mang lại hiệu suất mạnh mẽ cho người dùng.

Các giao diện làm việc phổ biến với Proteus bao gồm:

- Giao diện mô phỏng Schematic Capture: Hỗ trợ thiết kế mạch nguyên lý và mô phỏng thực tế chính xác Giao diện Schematic Capture như hình 2.24

Hình 2.24: Giao diện mô phỏng Schematic Capture

Giao diện thiết kế mạch in PCB Layout hỗ trợ người dùng thiết kế mạch in nhiều lớp, cung cấp tính năng đi dây thủ công và tự động từ bản thiết kế mạch nguyên lý Hình 2.25 minh họa rõ nét cho giao diện PCB Layout, giúp người dùng dễ dàng thao tác và tối ưu hóa quy trình thiết kế.

Hình 2.25: Giao diện PCB Layout

Giao diện 3D Visualizer cung cấp khả năng quan sát trực quan mạch điện thực tế, hỗ trợ người thiết kế trong việc thi công mạch một cách hiệu quả Hình ảnh minh họa cho giao diện 3D Visualizer được thể hiện trong hình 2.26.

Phần mềm Proteus là một công cụ phổ biến trong lĩnh vực điện tử nhờ vào dung lượng nhỏ gọn và tính dễ sử dụng Nó có khả năng mô phỏng hầu hết các dòng vi điều khiển với độ chính xác cao, giúp đơn giản hóa quy trình thiết kế mạch điện tử hoàn chỉnh.

Arduino IDE là một môi trường phát triển tích hợp (IDE) đa nền tảng, hỗ trợ các hệ điều hành như Windows, Linux và MAC Nó cho phép lập trình cho nhiều loại vi điều khiển, bao gồm Arduino và ESP, sử dụng ngôn ngữ lập trình C và C++.

Có 2 nhóm phiên bản được sử dụng phổ biến hiện nay: 2.1.X và 1.8.X Phiên bản 2.1.X cung cấp giao diện mới, khả năng chú thích trong chương trình và biên dịch nhanh chóng

Arduino IDE được coi là môi trường lập trình vi điều khiển phổ biến nhất nhờ vào khả năng tối ưu hóa thời gian biên dịch và nạp chương trình, hỗ trợ tích hợp thư viện từ nhiều nguồn, cũng như cho phép theo dõi kết quả thực thi qua màn hình Serial Monitor Hiện nay, nhiều hãng chip hàng đầu như Renesas và TSMC đã phát triển các phiên bản board tương thích với Arduino IDE, chẳng hạn như dòng RL78/G23 64P của Renesas với thiết kế I/O tương tự Arduino Uno, và dòng RL78/G23 128P cũng của Renesas với thiết kế I/O giống Arduino Mega 2560, cùng với ESP32-CAM AI-Thinker từ TSMC.

Hầu hết các dòng vi điều khiển đều hỗ trợ giao tiếp UART, cho phép nạp chương trình qua IC chuyển đổi USB - UART như CH340 hoặc CP2102 bằng Arduino IDE.

Về giao diện, Arduino IDE cung cấp giao diện làm việc với một số tính năng phổ biến như hình 2.27

Hình 2.27: Giao diện làm việc với Arduino IDE

Arduino IDE là công cụ lập trình cho vi điều khiển bằng ngôn ngữ C và C++, cho phép biên dịch mã nguồn thành file Hex để nạp vào bộ nhớ của các dòng vi điều khiển Arduino Đối với các vi điều khiển ESP, Arduino IDE hỗ trợ cài đặt board thông qua liên kết từ nhà sản xuất.

Visual Studio là một công cụ lập trình nổi tiếng của Microsoft, hỗ trợ phát triển ứng dụng Windows và website Người dùng có thể lập trình bằng hai ngôn ngữ chính là C# và VB+ Ngoài ra, Visual Studio còn cho phép kết nối với các nguồn dữ liệu như cơ sở dữ liệu Firebase và thực hiện các truy vấn.

Giao diện làm việc của Visual Studio, bao gồm các gồm các tính năng phổ biến được thể hiện như hình 2.28

Hình 2.28: Giao diện làm việc của Visual Studio

Visual Studio hỗ trợ lập trình với nhiều ngôn ngữ, đặc biệt là C# cho Windows Form Nó mang lại sự tiện lợi trong việc thiết kế ứng dụng trên Windows nhờ tính năng biên dịch và gỡ lỗi nhanh chóng Giao diện thiết kế bố cục của Visual Studio dễ sử dụng và mạnh mẽ, phù hợp cho các ứng dụng liên quan đến IoT và trao đổi dữ liệu.

Android Studio là công cụ lập trình dựa trên nền IntelliJ, cung cấp các tính năng mạnh mẽ bao gồm:

- Cung cấp các công cụ kiểm tra tính khả dụng , khả năng hoạt động của ứng dụng , khả năng tương thích nền tảng ,…

- Hỗ trợ sửa lỗi nhanh, tái cấu trúc phương thức

- Hỗ trợ bảo mật mã nguồn và đóng gói ứng dụng

- Trình biên tập giao diện cung cấ tổng quan giao diện ứng dụng và các thành phần cho phép tuỳ chỉnh trên nhiều cấu hình khác nhau

- Cho phép tương tới với nền Google Cloud

Các bước tạo một Android Studio Project

Bước 1 : Khi khởi động Android Studio, chọn New Project để tạo một dự án mới

Hình 2.29: Giao diện chính của Android Studio Bước 2 : Chọn chế độ để lập trình là điện thoại và máy tính bảng

Để bắt đầu lập trình, chọn chế độ lập trình phù hợp Tiếp theo, nhập tên dự án cùng các thông số cần thiết, sau đó nhấn Finish để chuyển đến giao diện lập trình và các thư viện liên quan.

Hình 2.31: Giao diện điền thông tin của Android Studio Bước 4 : Tiến hành lập trình

Hình 2.32: Giao diện vùng lập trình của Android Studio

THIẾT KẾ VÀ XÂY DỰNG HỆ THỐNG

YÊU CẦU VÀ SƠ ĐỒ KHỐI HỆ THỐNG

3.1.1 Yêu cầu của hệ thống

Dựa trên những vấn đề và giải pháp trong đề tài "Thiết kế và thi công hệ thống quản lý và hỗ trợ sức khỏe thông minh", nhóm đã thực hiện thiết kế và thi công hệ thống với các chức năng đảm bảo hiệu quả trong việc quản lý và hỗ trợ sức khỏe.

- Cho phép đăng nhập theo 2 chế độ: đăng nhập bằng quét vân tay dành cho nhân viên và đăng nhập bằng CCCD dành cho bệnh nhân

Thu thập thông tin người dùng thông qua đăng nhập bằng vân tay và CCCD, hiển thị ảnh của nhân viên khi đăng nhập bằng vân tay và ảnh chung khi đăng nhập bằng CCCD trên màn hình OLED.

Thu thập dữ liệu về thân nhiệt, nhịp tim và nồng độ oxy trong máu của người dùng là một quy trình quan trọng, được thực hiện thông qua các cảm biến thông dụng Các cảm biến này có thể được thiết lập với thời gian đo cụ thể, giúp đảm bảo tính chính xác và hiệu quả trong việc theo dõi sức khỏe người dùng.

- Khử khuẩn toàn thân (có thiết lập thời gian khử khuẩn)

- Báo hiệu bằng led và giọng nói qua loa khi đăng nhập thành công, khi kết thúc thời gian lấy mẫu và khi kết thúc thời gian khử khuẩn

- Cung cấp vật phẩm y tế tự động thông qua chọn từ ma trận phím

- Hiển thị thông số đo được và thông báo tình trạng đến từng nhân viên khi đăng nhập qua giao diện ứng dụng điện thoại

Ứng dụng trên Windows cho phép hiển thị thông tin và dữ liệu đo được, đồng thời hỗ trợ các chức năng như tìm kiếm, xóa, cập nhật và xuất bảng dữ liệu ra file Excel cho nhân viên và bệnh nhân.

- Lưu trữ toàn bộ thông tin và dữ liệu đo đạc của nhân viên và người dùng vào google sheet

- Có camera giám sát để theo dõi hệ thống từ xa

3.1.2 Sơ đồ khối hệ thống và chức năng từng khối

Hình 3.1: Sơ đồ khối của hệ thống

- Khối cảm biến thân nhiệt chuyển động: Phát hiện người trong phạm vi góc quét, cho phép khu vực 1 và khu vực 3 hoạt động

- Khối cảm biến hồng ngoại: Phát hiện vật cản khi đặt tay vào vị trí lấy mẫu phù hợp, cho phép khu vực 2 hoạt động

- Khối cảm biến vân tay: Nhận dạng và truyền mã vân tay đến khối xử lý trung tâm xử lý (áp dụng cho nhân viên)

- Khối quét mã QR: Quét mã QR từ CCCD và gửi dữ liệu về khối xử lý trung tâm xử lý (áp dụng cho bệnh nhân)

Khối cảm biến nhiệt độ hồng ngoại cho phép đo nhiệt độ cơ thể người từ xa mà không cần tiếp xúc, sử dụng tia hồng ngoại Dữ liệu nhiệt độ được gửi về khối xử lý trung tâm thông qua bus I2C.

- Khối cảm biến nhịp tim – nồng độ O2: Đo nhịp tim và nồng độ O2 trong máu, gửi tín hiệu về khối xử lý trung tâm xử lý qua bus I2C

- Khối ma trận phím: Cho phép người dùng chọn 1 trong 4 loại nhu yếu phẩm

(thuốc, dụng cụ y tế,…) cần sử dụng (áp dụng cho nhân viên)

- Khối hiển thị: Hiển thị các hình ảnh đăng nhập tương ứng khi đăng nhập thành công

- Khối báo hiệu: Phát tín hiệu điều khiển bằng led và giọng nói bằng loa khi người dùng thao tác hệ thống

- Khối cơ sở dữ liệu: Sử dụng cơ sở dữ liệu thời gian thực (Firebase realtime database của Google làm nơi lưu dữ liệu tạm thời

Khối quản lý hệ thống Winform bao gồm các giao diện như form chủ, form dữ liệu, form vật phẩm y tế và form giám sát hệ thống qua webserver, phục vụ cho việc quản trị từ xa.

- Khối giám sát camera: Hiển thị video trực tuyến từ khối giao tiếp wifi gửi lên để giám sát toàn hệ thống

- Khối lưu trữ dữ liệu (Google Sheet): Nhận dữ liệu đo được từ phần cứng và lưu trữ vào google sheet theo thời gian

Khối thông báo tình trạng cá nhân (App) cung cấp khả năng thông báo về sức khỏe và cảnh báo những trường hợp sức khỏe xấu dựa trên các thông số đo đạc từ cảm biến Giao diện ứng dụng này được thiết kế đặc biệt cho nhân viên, giúp họ theo dõi tình trạng sức khỏe một cách hiệu quả.

- Khối sát khuẩn toàn diện: Sử dụng relay điều khiển động cơ DC phun thuốc khử khuẩn (Áp dụng cho toàn bộ người sử dụng)

- Khối điều khiển cấp thuốc tự động: Sử dụng 4 động cơ servo điều khiển cấp

Bài viết đề cập đến 4 loại vật phẩm y tế thiết yếu, bao gồm thuốc, kháng sinh, dụng cụ vệ sinh và dụng cụ sát trùng tự động Nhân viên có thể nhập mã A, B, C, D từ ma trận phím để truy cập thông tin về các vật phẩm này.

Khối giao tiếp WiFi có chức năng nhận và phân tách dữ liệu từ khối xử lý trung tâm, sau đó gửi thông tin lên Firebase và Google Sheet Đồng thời, nó cũng giám sát hệ thống thông qua camera tích hợp và truyền video trực tuyến lên webserver.

Khối xử lý trung tâm đảm nhận việc xử lý các thao tác từ ma trận phím và cảm biến, đồng thời điều khiển báo hiệu và nhóm khối chấp hành Nó cũng thực hiện việc truyền dữ liệu UART đến khối giao tiếp wifi.

- Khối nguồn: Cung cấp các mức điện áp phù hợp cho toàn hệ thống hoạt động

3.1.3 Hoạt động của hệ thống

Hệ thống được chia thành 3 khu vực hoạt động chính:

- Khu vực 1 (Khu vực đăng nhập): Là nơi đăng nhập bằng một trong hai cách: vân tay hoặc CCCD

- Khu vực 2 (Khu vực lấy mẫu): Là nơi thực hiện đo để thu thập các chỉ số: thân nhiệt, nhịp tim, nồng độ Spo2

- Khu vực 3 (Khu vực khử khuẩn): Là nơi thực hiện sát khuẩn toàn diện

Mô hình được thiết kế với khu vực lấy thuốc, cho phép nhân viên nhập đúng mã thuốc từ ma trận phím thông qua xác thực bằng vân tay.

Hình 3.2: Sơ đồ bố trí các khu vực của hệ thống

Khi cấp nguồn, hệ thống sẽ thực hiện tuần tự theo từng khu vực, cụ thể:

Tại khu vực 1, cảm biến thân nhiệt cho phép đăng nhập khi có người Nhân viên quét vân tay để đăng nhập, hệ thống lưu mã vân tay và phát thông báo "đăng nhập thành công" qua loa, hiển thị ảnh nhân viên trên màn hình OLED Đối với bệnh nhân, họ quét CCCD để đăng nhập, hệ thống lưu thông tin dưới dạng số CCCD và cũng phát thông báo tương tự, hiển thị logo hệ thống Sau khi đăng nhập thành công, người dùng tiếp tục quy trình ở khu vực 2.

Tại khu vực 2, người dùng cần đặt tay vào vị trí đã được chỉ định Cảm biến vật cản sẽ kích hoạt cảm biến nhiệt độ hồng ngoại cùng với cảm biến nhịp tim và nồng độ.

Khi mức độ Spo2 đạt 40, đèn LED đỏ sẽ sáng để thông báo rằng khu vực 2 đang hoạt động Khối xử lý trung tâm sẽ tiếp nhận tín hiệu và thiết lập thời gian lấy mẫu trong vòng 60 giây Sau khi hết thời gian, hệ thống sẽ thông báo bằng đèn LED xanh và loa phát ra “đã lấy mẫu xong, vui lòng vào khu vực khử khuẩn” Nếu không tiến hành lấy mẫu, đèn LED vàng sẽ sáng, cho biết khu vực 2 đang ở chế độ chờ Người dùng sẽ tiếp tục quy trình tại khu vực 3.

Tại khu vực 3, cảm biến thân nhiệt phát hiện chuyển động và gửi tín hiệu đến khối xử lý trung tâm, từ đó điều khiển động cơ phun khử khuẩn trong 20 giây Đèn LED đỏ sáng để báo hiệu khu vực 2 đang hoạt động, sau khi hết thời gian phun, loa sẽ thông báo “xin cảm ơn và hẹn gặp lại” và đèn LED xanh sáng lên Khi người dùng rời khỏi hệ thống, đèn LED vàng sáng, cho biết khu vực 3 đang ở chế độ chờ Nếu không có nhu cầu sử dụng thuốc, người dùng sẽ hoàn tất quy trình tại khu vực 3.

SƠ ĐỒ NGUYÊN LÝ TOÀN HỆ THỐNG

Sau khi thiết kế từng khối, tính toán và lựa chọn linh kiện phù hợp nhóm đã đưa ra sơ đồ nguyên lý toàn hệ thống như sau:

(Đính kèm sơ đồ nguyên lý toàn hệ thống theo khổ giấy A3)

THI CÔNG HỆ THỐNG

GIỚI THIỆU

Sau khi lựa chọn và tính toán linh kiện phù hợp cho từng khối, nhóm tiến hành kiểm tra hoạt động của từng khối, thiết kế mạch in, thi công mô hình và cuối cùng là kiểm tra cũng như đánh giá sản phẩm.

THI CÔNG HỆ THỐNG

4.2.1 Thi công mạch nguyên lý của hệ thống

Dựa trên sơ đồ nguyên lý của hệ thống, nhóm đã tiến hành thiết kế mạch PCB, đồng thời điều chỉnh kích thước cho phù hợp với kích thước của mạch nguyên lý chính, khoảng 25cm x 20cm.

Hình 4.1: Sơ đồ mạch in của hệ thống

Hình 4.2: Ảnh mặt dưới khi sau khi in

Hình 4.3: Ảnh 3D mặt trên của mạch nguyên lý

Hình 4.4: Ảnh thi công thực tế sau khi lắp linh kiện (mặt trên)

Hình 4.5: Ảnh thi công thực tế sau khi lắp linh kiện (mặt dưới)

Các vị trí được đánh số từ 1 đến 28 ở hình 4.4 lần lượt là:

- (4) : Bus nguồn thay đổi điện áp

- (10) : Domino nguồn vào từ Adapter 12V

- (12) : Domino cấp nguồn 5V cho relay

- (13) : Domino cấp nguồn cho PAM8406 và lấy tín hiệu ra

- (14) : Domino điều khiển PAM8406 và Relay

- (15) : Domino điều khiển ENA và ENB của L298

- (16) : Domino nhận tín hiệu PCM

- (17) : Domino ngõ ra điều khiển động cơ phun sương

- (18) : Domino điều khiển 4 ngõ vào IN của L298

- (19) : Domino điều khiển 4 servo cấp thuốc

- (20) : Domino nhận tín hiệu điều khiển từ vị trí (18)

- (21) (22) : Domino ngõ ra điều khiển động cơ hút ẩm và làm mát

- (23) : Domino điều khiển báo hiệu ở khu vực 2 và khu vực 3

- (24) : Bus ma kết nối ma trận phím

- (25) : Bus SCL của giao thức I2C

- (26) : Bus SDA của giao thức I2C

- (28) : Bus cho phép 3 khu vực hoạt động

Bảng 4.1: Danh sách linh kiện cho mạch nguyên lý hệ thống

STT Tên linh kiện Số lượng Thông số Ghi chú

Loại 1 kênh có switch chọn mức kích

5 Module PAM8406 1 5V Loại công suất

7 Module cảm biến vân tay

8 Module quét mã QR GM65 1 5V -

10 Module cảm biến nhiệt hồng ngoại MLX90614 1 5V -

11 Module cảm biến nhịp tim –

12 Module cảm biến chuyển động HC-SR501 1 5V -

14 OLED 128x64 1 3.3V Loại hiển thị 2 màu 0.96 in

Loại bơm áp lực có kết nối biến trở điều chỉnh

16 Động cơ Servo SG90 5 5V Loại servo quay góc 180 độ

17 Domino 2 chân 2 300V/10A Loại khoảng cách chân 0.2 in

20 Bus cắm 10 chân 5 250V/10A Loại 0.1 in

Phần thi công mạch led bao gồm các mạch IN, NEXT, OUT và hai mạch báo hiệu Bảng mạch led chữ “IN” được thiết kế với 22 led đơn, đảm bảo kích thước phù hợp với mô hình Bảng led chữ “IN” được lắp đặt ở cửa vào khu vực 2, nhằm thông báo cho người dùng về khu vực tiếp theo cần thực hiện sau khi đăng nhập Sơ đồ mạch in và bảng hoàn chỉnh được trình bày trong hình 4.6 và hình 4.7.

Hình 4.6: Sơ đồ mạch in mạch led IN

Bảng mạch LED chữ "NEXT" được thiết kế với 50 LED đơn, đảm bảo kích thước phù hợp với mô hình và tối ưu hóa số lượng ký tự.

"NEXT" được đặt tại cửa vào khu vực 3 để thông báo cho người dùng về khu vực tiếp theo cần thực hiện sau khi lấy mẫu Sơ đồ mạch in và bảng hoàn chỉnh được trình bày trong hình 4.8 và hình 4.9.

Hình 4.8: Sơ đồ mạch in mạch led NEXT

Bảng mạch led chữ “OUT” được thiết kế với 32 led đơn, đảm bảo kích thước phù hợp với mô hình Nó được lắp đặt tại cửa ra của khu vực 3, giúp người dùng nhận biết lối ra sau khi hoàn tất quy trình hệ thống Hình ảnh sơ đồ mạch in và bảng hoàn chỉnh được thể hiện trong hình 4.10 và hình 4.11.

Hình 4.10: Sơ đồ mạch in mạch led OUT

Trong bài viết, nhóm thực hiện đã chọn led với ba màu sắc đặc trưng cho bảng mạch led báo hiệu Sơ đồ thiết kế chỉ có một led cho mỗi màu, sử dụng điện trở hạn dòng 300Ω Tuy nhiên, trong thực tế, nhóm đã tăng cường bằng cách sử dụng ba led cùng màu để nâng cao hiệu quả báo hiệu, với giá trị điện trở thực tế là 100Ω Sơ đồ mạch in và bảng hoàn chỉnh được thể hiện trong hình 4.12 và hình 4.13.

Hình 4.12: Sơ đồ mạch in mạch led báo hiệu

Hình 4.13: Ảnh mạch led báo hiệu hoàn chỉnh Bảng 4.2: Danh sách linh kiện cho các mạch led

STT Tên linh kiện Số lượng Thông số Ghi chú

1 Led đơn (đỏ) 112 2V/10mA 112 led biển báo,

Mô hình được chia thành ba khu vực chính, sử dụng ống nhựa PVC và tấm nhựa Polycarbonate trong suốt làm chất liệu thi công chính.

Để đảm bảo tính thẩm mỹ và an toàn cho hệ thống, các đường dây nguồn 3.3V, 5V và 12V được lắp đặt bên trong ống PVC Đối với các đường dây tín hiệu như bus I2C và UART, chúng được đi trong nẹp luồn dây dẫn, giúp thuận tiện cho việc sửa chữa và thay thế khi gặp sự cố.

Về các khối ở các khu vực được bố trí như hình 4.14, 4.15, 4.16, 4.17

Hình 4.14: Thi công mô hình khu vực 1

Với mô hình ở khu vực 1 (khu vực đăng nhập) như hình 4.14, có các vị trí cụ thể là:

- (1) : Bảng led báo của khu vực 2

- (2) : Cảm biến thân nhiệt chuyển động

- (6) : Màn hình OLED hiển thị

Với mô hình ở khu vực 2 như hình 4.15, các vị trí cụ thể là:

- (1) : Loa phát âm thanh báo hiệu cho toàn hệ thống

- (4) : Nơi lấy mẫu bao gồm: Cảm biến hồng ngoại, cảm biến nhiệt hồng ngoại, cảm biến nhịp tim – SpO2

Với mô hình ở khu vực 3 như hình 4.16, các vị trí cụ thể là:

- (1) : Cảm biến thân nhiệt chuyển động

- (5) : Cửa ra khỏi hệ thống

Hình 4.17: Thi công mô hình khu vực lấy thuốc

Với mô hình ở khu vực lấy thuốc như hình 4.17, các vị trí cụ thể là:

- (1) : Servo điều khiển cấp thuốc cho mã A

- (2) : Servo điều khiển cấp thuốc cho mã B

- (3) : Servo điều khiển cấp thuốc cho mã C

- (4) : Servo điều khiển cấp thuốc cho mã D

LƯU ĐỒ HOẠT ĐỘNG

4.3.1 Lưu đồ hoạt động cho khối xử lý trung tâm

Hình 4.18: Lưu đồ chương trình chính

Đầu tiên, cần khai báo tất cả các thư viện sử dụng trong chương trình, sau đó khởi tạo các chân kết nối cho phần cứng và thiết lập các biến ban đầu.

- Trong vòng lặp Loop, chương trình thực hiện lặp các lệnh trong chương trình chính liên tục

- Quá trình đầu tiên sẽ gọi chương trình con cho phép để lấy phát hiện người và cho phép từng khu vực

- Tại khu vực 1, đọc mức logic của cảm biến, nếu băng 1 thì gọi chương trình con xử lý đăng nhập

2 cách Nếu sai, bỏ qua khối lệnh và thực hiện khu tiếp khu vực 2

Tại khu vực 2, kiểm tra mức logic của cảm biến; nếu giá trị bằng 0, gọi chương trình con để đọc cảm biến và gán trạng thái cho việc xử lý rẽ nhánh trong chương trình con thiết lập thời gian thực hiện Nếu giá trị không đúng, đèn LED sẽ báo hiệu ở chế độ chờ và quy trình sẽ tiếp tục ở khu vực 3.

- Tại khu vực 3, quy trình xử lý tương tự khu vực 2

- Kết thúc quy trình ở khu vực 2, dữ liệu được truyền đi

- Cuối cùng, kiểm tra hoạt động của các khu vực, nếu không hoạt động tiến hành reset biến và tiếp tục quy trình mới

❖ Lưu đồ hoạt động chương trình con Cho Phép:

Hình 4.19: Lưu đồ chương trình con

- Đầu tiên, khai báo biến để lưu giá trị cho phép (ENABLEKV1, ENABLEKV2, ENABLEKV3)

- Tiếp theo, đọc giá trị digital từ các chân 2, 3, 4 lưu vào biến vừa khởi tạo

- Trong chương trình chính sẽ sử dụng các biến này để xử lý cho phép từng khu vực hoạt động

❖ Lưu đồ hoạt động chương trình con Xử Lý Đăng Nhập:

Hình 4.20: Lưu đồ chương trình con Xử

- Đầu tiên, khởi tạo 2 biến lưu trữ giá trị đăng nhập 2 cách (Login1_Fingerprint,

Đọc giá trị mã vân tay của hai nhân viên; nếu quét đúng vân tay, lưu vào biến đăng nhập thứ nhất (Login1_Fingerprint) Sau đó, hiển thị hình ảnh nhân viên tương ứng trên màn hình OLED và phát tín hiệu.

- Tiếp theo, đọc giá trị chuỗi nhận vào từ khối quét mã QR, nếu mã

QR của CCCD đúng thì lưu giá trị vào biến đăng nhập thứ 2 (Login2_QR), phát loa và in logo hệ thống ra oled.

❖ Lưu đồ hoạt động chương trình con Đọc Cảm Biến:

Hình 4.21: Lưu đồ chương trình con Đọc Cảm Biến

- Đầu tiên, khai báo biến để lưu giá trị: Thân nhiệt, nhịp tim, SpO2 (Temp, Heart, SPO2)

- Tiếp theo, đọc dữ liệu cảm biến lưu vào biến khởi tạo Chia trung bình giá trị nhịp tim

- Chương trình chính sẽ xử lý chương trình đọc toàn bộ cảm biến của khu vực 2 này khi người dùng đặt tay đúng vị trí

❖ Lưu đồ hoạt động chương trình con Điều Khiển Động Cơ:

Hình 4.22: Lưu đồ chương trình con Điều Khiển Động Cơ

- Đầu tiên, thiết lập các chân xuất tín hiệu

Xuất tín hiệu điều khiển relay để bật motor phun sương, quạt hút ẩm hoạt động với tốc độ 50% nguồn cung cấp, và quạt tản nhiệt được khởi động ở chế độ yếu.

- Khi khu vực 3 hoạt động sẽ gọi chương trình này thực hiện theo thời gian thiết lập

❖ Lưu đồ hoạt động chương trình con Đặt Thời Gian:

Hình 4.23: Lưu đồ chương trình con Đặt

- Đầu tiên, trong chương trình chính thiết lập biến trạng thái, chương trình đặt thời gian nhận biến TT_millis để thực hiện rẽ nhánh

Khi TT_millis=2, khu vực 2 sẽ hoạt động, chương trình con sẽ điều khiển đèn LED báo hiệu và thực hiện việc lấy mẫu trong vòng 60 giây Cuối quá trình, tín hiệu điều khiển sẽ được xuất ra để báo hiệu và thông báo qua loa.

- Tại khu vực 3, quá trình thực hiện tương tự nhưng thời gian thiết lập là 20s và tắt phun sương, hút ẩm sau khi kết thúc

❖ Lưu đồ hoạt động chương trình con Truyền Data:

- Đầu tiên, chương trình con thực hiện truyền 2 loại thông tin đăng nhập với 2 chuỗi định dạng phân biệt “A” và “B”

- Tiếp theo, chuỗi dữ liệu lấy mẫu được truyền tiếp nối với với 3 ký tự nhận dạng “C”, “D” và “E”

Việc truyền ký tự nhận dạng sau dữ liệu sẽ hỗ trợ bên thu (ESP32-CAM) trong việc nhận diện chính xác dữ liệu, từ đó phân tách đúng thông tin mẫu của từng người cùng với thông tin đăng nhập tương ứng.

❖ Lưu đồ hoạt động chương trình con Reset Biến:

Chương trình con bắt đầu bằng việc reset các biến TT_led và TT_millis đã sử dụng để điều khiển luồng chương trình chính, đồng thời khởi động lại timer0 từ giá trị 0.

Chương trình con reset biến được kích hoạt khi cả ba khu vực của hệ thống ở chế độ chờ Sau khi thực hiện reset biến, các trình tự rẽ nhánh sẽ được thiết lập lại như ban đầu, giúp khởi động lại quy trình cho người dùng mới.

4.3.2 Lưu đồ hoạt động cho ESP32-CAM

Hình 4.26: Lưu đồ hoạt động cho

- Đầu tiên, khai báo thư viện, định nghĩa và thiết lập chân kết nối với Arduino Mega, khai báo và khởi tạo biến

- Tiếp theo, thiết lập kết nối giữa ESP với firebse, google sheet và thiết lập truyền/nhận data với webserver cho camera

Trong quá trình lặp liên tục, ba chương trình con được gọi để thực hiện các thao tác quan trọng: xử lý dữ liệu nhận từ Arduino Mega, gửi dữ liệu đã được phân tách đến Firebase và Google Sheet.

- Chương trình chính thực hiện liên tục 3 chương trình con xử lý và ở chế độ sẵn sàng gửi dữ liệu đến webserver cho camera

❖ Lưu đồ hoạt động chương trình con Xử Lý Dữ Liệu Nhận:

Xử Lý Dữ Liệu Nhận

- Đầu tiên, chương trình mở kết nối UART trên phần mềm

Để xử lý chuỗi dữ liệu, trước tiên cần đọc chuỗi được gửi đến Khi gặp ký hiệu xuống dòng, quá trình đọc sẽ dừng lại để tiến hành tách chuỗi Nếu không phải là ký hiệu xuống dòng, hệ thống sẽ tiếp tục nhận dữ liệu mới và thực hiện tách chuỗi mới.

- Cuối cùng, hiển thị kết quả lên màn hình monitor của Arduino IDE quan sát chuỗi dữ liệu trước khi gửi lên firebase và google sheet

❖ Lưu đồ hoạt động chương trình con Gửi Dữ Liệu Đến Firebase:

Gửi Dữ Liệu Đến Firebase

- Đầu tiên, chương trình kiểm tra giá trị mã nhân viên, nếu đúng thì lưu giá trị đọc vào biến dùng phân nhánh trên firebase

- Tiếp theo, kiểm tra mã CCCD, nếu đúng thực lưu giá trị đọc

- Sau đó, dữ liệu sau khi rẽ nhánh được đưa đến đúng nhánh trên firebase

❖ Lưu đồ hoạt động chương trình con Gửi Dữ Liệu Đến Sheet:

Gửi Dữ Liệu Đến Sheet

- Đầu tiên, định nghĩa biến để lưu link liên kết ở chương trình con, link này được theo đổi theo dữ liệu

- Phần link cần định dạng để gửi bao gồm:

Tên miền/ID/exec? “dữ liệu” [*]

- Phần dữ liệu có định đạng:

“Tên dữ liệu = Giá trị”

- Ở phần cứng sẽ định dạng chuỗi gửi đến sheet tương tác hoàn toàn qua link theo định dạng [*]

4.3.3 Lưu đồ hoạt động cho giao diện Winform

Hình 4.30: Lưu đồ hoạt động của winform

Để giám sát và quản lý trên Winform, trước tiên cần kết nối Internet với thiết bị Khi truy cập Winform, giao diện Home sẽ xuất hiện Chọn mục ADMIN để hiển thị giao diện quản lý, nơi có các chức năng tìm kiếm, thu thập và lưu trữ dữ liệu của Nhân Viên và Khách Mục ITEMS sẽ cung cấp thông số thống kê về số lượng nhu yếu phẩm còn lại trong hệ thống Cuối cùng, khi chọn mục LIVE, giao diện giám sát hệ thống sẽ được hiển thị qua camera trực tiếp.

Trong chế độ ADMIN, các giá trị từ cảm biến như Nhiệt độ, Nhịp tim và SPO2 được gửi lên Firebase Khi nhấn nút “Dữ liệu bảng Nhân Viên”, hệ thống sẽ lấy dữ liệu của tất cả nhân viên từ Firebase và xuất ra bảng Tương tự, nhấn nút “Dữ liệu Khách” sẽ thống kê và hiển thị dữ liệu của tất cả khách từ Firebase dưới dạng bảng Sau khi dữ liệu được thu thập, người dùng có thể nhấn “Xuất file Nhân Viên” và “Xuất file Khách” để lưu trữ dữ liệu dưới dạng file Excel.

4.3.4 Lưu đồ hoạt động cho App

Hình 4.31: Lưu đồ hoạt động của App Android

Để quản lý người dùng hiệu quả, trước tiên cần kết nối Internet với thiết bị và đăng nhập vào hệ thống bằng tài khoản Nhân Viên Sau khi đăng nhập thành công, giao diện ứng dụng sẽ hiển thị thông số sức khỏe từ các cảm biến, với dữ liệu được cập nhật tức thời từ cơ sở dữ liệu Firebase Nếu nhiệt độ cơ thể từ 37.2°C đến 39°C, ứng dụng sẽ gửi thông báo về tình trạng sức khỏe và giải pháp phù hợp Tương tự, nếu nhiệt độ vượt quá 39°C hoặc dưới 35°C, ứng dụng sẽ cảnh báo về tình trạng sốt nặng hoặc hạ thân nhiệt Ngoài ra, nhịp tim cao trên 100 nhịp/phút hoặc thấp dưới 60 nhịp/phút cũng sẽ được thông báo để người dùng có biện pháp kịp thời Đặc biệt, nếu nồng độ oxy trong máu dưới 95%, người dùng sẽ nhận được cảnh báo để có hành động như uống thuốc, nghỉ ngơi hoặc đến cơ sở y tế gần nhất để theo dõi.

4.3.5 Lưu đồ hoạt động cho Script nhận dữ liệu (Google Sheet)

Hình 4.32: Lưu đồ Script nhận dữ liệu cho Google Sheet

- Đầu tiên, chương trình thực hiện liên kết link ID của google sheet và khai báo tên sheet đang được sử dụng

- Tiếp theo, tạo cột để lưu biến giá trị, gọi hàm nhận giá trị qua link

Cú pháp tương tác qua link được thực thi dưới dạng [*], và được giải thích chi tiết qua [**] Để làm rõ [**], chúng ta dựa vào nguyên lý thay đổi dữ liệu trong Google Sheet thông qua link như [*] Link Script nhận dữ liệu vào Google Sheet có dạng cụ thể như sau:

Tên miền/ID Script/exec? dữ liệu

Hình 4.33 mô tả cách nhận dữ liệu cho Google Sheet thông qua liên kết tương tác Người dùng có thể truy cập vào địa chỉ sau để thực hiện thao tác: [Link nhận dữ liệu](https://script.google.com/macros/s/AKfycbw_woAi07cgv6iyET75K_kKNEPzWQj1mdQHa_zxMzJeu0XwtFnVeYflUS5pgIdRMFRX/exec?nhanvien=DoHoangDanh).

KẾT QUẢ - NHẬN XÉT – ĐÁNH GIÁ

KẾT QUẢ THỰC TẾ

5.2.1 Kết quả mô hình hệ thống

Hình 5.1: Kết quả mô hình toàn hệ thống

❖ Kết quả mô hình toàn hệ thống, thể hiện qua 3 khu vực như hình 5.1

- (1) : Khu vực đăng nhập, cảm biến chuyển động sẵn sàng phát hiện người và cho phép đăng nhập bằng một trong 2 cách

- (2) : Khu vực lấy mẫu, khi thao tác đăng nhập xong, người sử dụng vào thực hiện lấy mẫu ở khu vực này

- (3) : Khu vực khử khuẩn, khi lấy mẫu xong, người dùng đến khu vực 3 để khử khuẩn toàn thân và kết thúc quy trình cho 1 người

❖ Kết quả cho quá trình truyền dữ liệu UART từ khối xử lý trung tâm đến khối giao tiếp wifi dưới dạng chuỗi như sau:

Dưới dây là kết quả cho 4 trường hợp:

Khối xử lý trung tâm Khối giao tiếp wifi

- SpO2 = 94 Các thông số dữ liệu (màu đỏ) được xếp từ trái sang phải, theo sau là ký tự nhận dạng (màu đen) của mỗi dữ liệu:

Trong trường hợp trường không có người sử dụng hệ thống, toàn bộ chuỗi dữ liệu thu thập sẽ là 0, dẫn đến việc quá trình truyền dữ liệu lên Firebase và Google Sheets sẽ không được thực hiện.

- Trường hợp 2 : Trường hợp người sử dụng là nhân viên có mã “1”, mã này sẽ quyết định phân luồng dữ liệu sang đúng nhánh ở firebase và google sheet

- Trường hợp 3 : Trường hợp người sử dụng là nhân viên có mã “2”, tương tự trường hợp 2 dùng định vị trí điền dữ liệu

- Trường hợp 4 : Trường hợp người dùng là bệnh nhân, có số CCCD là

083201007541 giúp định nhánh gửi dữ liệu ở firebase và google sheet, đồng thời mã nhân viên được đặt về 0, nhằm không làm thay đổi dữ liệu của nhánh nhân viên

5.2.2 Kết quả giao diện Winform a Giao diện HOME

Khi khởi động phần mềm, giao diện ở tab HOME xuất hiện như một "background" cho hệ thống, chỉ hiển thị ngày giờ và tạo cảm giác thư giãn cho người quản trị mà không hiển thị dữ liệu khác Các tab chức năng như Admin, Items và Live được liệt kê trên thanh công cụ.

Hình 5.2: Giao diện màn hình chính của Winform b Giao diện ADMIN

Tại giao diện ADMIN cho phép người quản trị:

- Quan sát dữ liệu của nhân viên và bệnh nhân dưới dạng bảng dữ liệu

- Tìm kiếm thông tin của nhân viên và bệnh nhân

- Chỉnh sử thông tin nhân viên

- Thêm thông tin nhân viên

- Xuất bảng dữ liệu hiện tại ra file excel lưu vào máy tính ở vị trí tùy chọn

Hình 5.3: Giao diện Admin c Giao diện ITEMS

Tại giao diện ITEMS, người quản trị có thể theo dõi số lượng còn lại của bốn nhóm vật phẩm y tế Khi chức năng cấp thuốc tự động được sử dụng, số lượng thuốc sẽ được cập nhật ngay trên giao diện ITEMS.

Tại giao diện LIVE, người quản trị nhập link webserver http://192.168.1.10 để quan sát camera Giao diện webserver sẽ hiển thị trong tab này Chức năng quan sát không nên thực hiện liên tục để tiết kiệm dung lượng và băng thông; người quản trị chỉ cần giám sát khi cần thiết Để có hình ảnh rõ nét và ổn định hơn, người quản trị có thể tìm kiếm trực tiếp link webserver của mô hình camera trên bất kỳ trình duyệt nào trên máy tính.

Nếu kết nối giữa nguồn wifi và ESP32-CAM ở phần cứng bị thay đổi, thì [***] sẽ bị ảnh hưởng Người quản trị có khả năng tìm kiếm mọi thông tin thông qua thanh tìm kiếm URL, và tất cả kết quả sẽ được hiển thị trên giao diện Live như hình 5.5.

Hình 5.5: Giao diện Live e Hoạt động của giao diện ADMIN

Dữ liệu nhân viên và bệnh nhân được thu thập từ Firebase, bao gồm các thông số sức khỏe như thân nhiệt, nhịp tim, SpO2 và trạng thái điều trị Để quản lý hiệu quả tình trạng sức khỏe, người quản lý sẽ lưu trữ thông tin này hàng ngày dưới dạng Excel, giúp dễ dàng tìm kiếm và thực hiện các biện pháp kịp thời.

Hình 5.6: Dữ liệu của hai nhân viên với chế độ LOGIN 1

Dữ liệu chế độ LOGIN 1 được lưu trữ tạm thời trên Firebase, chỉ dành cho nhân viên với các thông số cụ thể như tên, mã số nhân viên, số thứ tự, thân nhiệt, nhịp tim, SpO2 và trạng thái Thông tin này được gửi về bảng danh sách nhân viên trong Winforms.

Hình 5.7: Dữ liệu của 9 bệnh nhân với chế độ LOGIN 2

Chế độ LOGIN 2 trên Firebase dành cho khách (bệnh nhân) tương tự như chế độ dành cho nhân viên, với các thông số quan trọng như mã QRCode, thân nhiệt, nhịp tim, SpO2 và trạng thái Dữ liệu từ chế độ này sẽ được gửi về bảng danh sách khách của Winforms.

Hình 5.8: Giao diện hoạt động của ADMIN

Khi nhấn vào "Dữ liệu bảng Nhân Viên" hoặc "Dữ liệu bảng Khách", hệ thống sẽ tự động lấy dữ liệu từ Firebase và cập nhật vào từng bảng Để xem thông tin chi tiết của một nhân viên hoặc khách, người dùng chỉ cần nhấn vào hàng chứa thông tin đó Ngoài ra, trong Tab Admin, quản trị viên có khả năng tìm kiếm, chỉnh sửa hoặc thêm thông tin cho nhân viên và bệnh nhân.

Chế độ “Xuất file Nhân Viên” và “Xuất file Khách” cho phép lưu trữ các thông số đo được dưới dạng file Excel khi cần thiết.

5.2.3 Kết quả giao diện App Để sử dụng được App, mỗi nhân thực hiện đăng bằng tài khoản được cấp của mình Chế độ đăng nhập hiện tại dành cho 2 nhân viên bao gồm:

- Nhân viên 1: Tên tài khoản: Danh

- Nhân viên 2: Tên tài khoản: Tín

Nhân viên có thể sử dụng mật khẩu "tin123" để đăng nhập và kiểm tra kết quả của mình bất kỳ lúc nào sau khi hoàn tất việc lấy mẫu Dữ liệu sẽ giữ nguyên cho đến lần lấy mẫu tiếp theo.

Hình 5.9: Giao diện đăng nhập

Sau khi đăng nhập thành công vào App sẽ hiện ra màn hình chính với các thông số sức khoẻ bình thường hoặc không bình thường

Khi tình trạng sức khỏe của nhân viên ở mức bình thường, giao diện hiển thị như hình 5.10, với các thông số được trình bày ở dạng tiêu chuẩn và không có cảnh báo nào.

Khi thân nhiệt vượt mức trung bình như trong hình 5.11, giá trị thân nhiệt sẽ hiển thị màu đỏ, đồng thời hệ thống sẽ gửi thông báo và cung cấp lời khuyên trên màn hình chính, giúp nhân viên nhận biết tình trạng cơ thể và có những lưu ý cần thiết.

Hình 5.10: Giao diện hiển thị tình trạng sức khoẻ bình thường

Hình 5.11: Giao diện cảnh báo khi nhiệt độ cao nhẹ

Hình 5.12: Giao diện cảnh báo khi nhiệt độ cao

Hình 5.13: Giao diện cảnh báo khi giảm thân nhiệt

Hình 5.12 và hình 5.13 lần lượt là 2 trường hợp về tình trạng thân nhiệt quá cao và hạ thân nhiệt cần đặt biệt lưu ý

Hình 5.14: Giao diện cảnh báo khi nhịp tim cao

Hình 5.15: Giao diện cảnh báo khi nhịp tim thấp

Hình 5.14 và 5.15 minh họa hai tình huống cảnh báo về nhịp tim không bình thường Nhịp tim quá cao có thể do căng thẳng hoặc tuổi tác, dẫn đến nguy cơ các vấn đề huyết áp và tim mạch Ngược lại, nhịp tim quá thấp có thể gây ra tình trạng thiếu máu nuôi cơ thể và thiếu máu não.

Hình 5.16: Giao diện cảnh báo khi nồng độ Oxi trong máu thấp

NHẬN XÉT VÀ ĐÁNH GIÁ HỆ THỐNG

Khi cho hệ thống hoạt động, nhóm nhận thấy được mô hình hoạt động đúng như yêu cầu và mục tiêu đặt ra của đề tài:

Về hoạt động phần cứng:

- Hệ thống hoạt động ổn định

- Tốc độ khi xử lý đăng nhập, lấy mẫu, báo hiệu và điều khiển chấp hành đáp ứng nhanh

- Công suất tối đa của hệ thống ước đạt: 1000 người/ngày/1 hệ thống

Về hoạt động trên phần mềm:

- Giao diện hiển thị App Android và quản trị trên winform đơn giản, dễ quan sát và sử dụng

- Dữ liệu được cập nhật lên cơ sở dữ liệu firebase, google sheet theo từng cá nhân, camera luôn ở chế độ sẵn sàng

Tuy nhiên, hệ thống vẫn có những hạn chế nhất định như sau:

- Hệ thống đòi hỏi có kết nối wifi tốc độ cao để không xảy ra trễ dữ liệu

- Do mô hình nhỏ nên việc cấp và thuốc phun sát khuẩn còn hạn chế

- Hệ thống ngừng hoạt động khi mất điện, dữ liệu được lưu trữ đến thời điểm đó

CHƯƠNG 6: KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN

Sau quá trình nghiên cứu và thực hiện đề tài "Thiết kế và thi công hệ thống quản lý và hỗ trợ sức khoẻ thông minh", nhóm đã hoàn thành mô hình hệ thống đáp ứng đầy đủ các mục tiêu đã đề ra.

- Có đăng nhập cho người dùng

- Thực hiện được chức năng đo đạc thông số sức khoẻ con người với dữ liệu tương đối tin cậy

- Tạo được không gian quản lý và lưu trữ dữ liệu lâu dài

- Đảm bảo được tính an toàn khi người dùng sử dụng hệ thống

- Hỗ trợ diệt khuẩn tối ưu và cung cấp vật phẩm miễn phí trong trường hợp cần thiết

Hệ thống lắp đặt tại bệnh viện được thiết kế đặc biệt để hạn chế tình trạng mất điện, cho phép hoạt động liên tục và bền bỉ trong thời gian dài.

Mặc dù mô hình đã hoạt động tương đối ổn định tuy nhiên vẫn còn nhiều thiếu sót và cần được phát triển thêm

6.2 HƯỚNG PHÁT TRIỂN Đề tài được xây dựng ở mức hệ thống (mức độ cao nhất trong thiết kế phần cứng) nên dễ dàng tích hợp phát triển thêm nhiều tính năng hiện đại Tuy đề tài được thực hiện và dừng lại ở mức độ mô hình nhưng nhóm nhận thấy có thể phát triển một số chức năng như sau:

Mở rộng chức năng mới để đo huyết áp sẽ giúp hệ thống đánh giá sức khỏe con người một cách toàn diện hơn, đảm bảo có thể đo đạc hầu hết các chỉ số quan trọng.

- Phát triển chức năng camera chụp ảnh từng cá nhân để lưu trữ và xử lý về sau

- Mở rộng tính năng sử dụng App cho toàn bộ bệnh nhân với mỗi tài khoản thông báo tình trạng từng cá nhân

- Nâng cấp quy mô và công suất làm việc cho hệ thống qua phần cứng và phần mềm

[1] Nguyễn Đình Phú (2016) Giáo trình Vi Xử Lý Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật TP.HCM

[2] Nguyễn Đình Phú - Phan Vân Hoàn - Trương Ngọc Anh (2017) Giáo trình thực hành Vi điều khiển PIC Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật TP.HCM

[3] Trần Thu Hà (2013) Giáo trình Điện Tử Cơ Bản Việt Nam: NXB Đại học Quốc Gia TP.HCM

[4] Parallax, Inc (2011) Matrix Membrane Keypad Retrieved April 10, 2023, from: https://www.parallax.com/

[5] Hangzhou Synochip Data Security Technology Co., Ltd (2015) AS608 Processor Datasheet Retrieved April 10, 2023, from: http://synochip.com/

[6] Hangzhou Grow Technology Co., Ltd (2016) GM65 Bar Code Reader Module Retrieved April 10, 2023, from: http://en.hzgrow.com/

[7] ETT Co., Ltd (2016) Infrared Sensor E18-D80NK Retrieved April 15, 2023, from: https://www.ett.co.th/

[8] ETT Co., Ltd (2016) Passive Infrared Sensor HC-SR501 Retrieved April 15,

2023, from: https://www.ett.co.th/

[9] Melexis, Inc (2019) MLX90614 Sensor Datasheet Retrieved April 15, 2023, from: https://www.melexis.com/

[10] Maxim Integrated Products, Inc (2018) Max30102 Sensor Datasheet

Retrieved April 15, 2023, from: https://www.analog.com/en/index.html/

[11] Vishay Intertech, Inc (2017) OLED 128x64 Datasheet Retrieved April 15,

2023, from: https://www.vishay.com/

[12] Future Electrotech, Corp (n.d.) 5V Single-Channel Relay Module Retrieved April 25, 2023, from: https://www.fec-electrotech.com/

[13] STMicroelectronics N.V (n.d.) L298N Datasheet Retrieved April 25, 2023, from: https://www.st.com/content/st_com/en.html

[14] Tower Pro Pte., Ltd (n.d.) Servo SG90 Retrieved April 26, 2023, from: https://www.towerpro.com.tw/

[15] Diodes, Inc (2021) PAM8406 Datasheet Retrieved April 26, 2023, from: https://www.diodes.com/

[16] Espressif Systems Pte., Ltd (n.d.) ESP32-CAM Datasheet Retrieved April

10, 2023, from: https://www.espressif.com/

[17] Arduino SRL Co.,Ltd (n.d.) Arduino Mega 2560 Board Retrieved March 16,

2023, from: https://store.arduino.cc/products/arduino-mega-2560-rev3

[18] Texas Instruments, Inc (2023) LM2596 Datasheet Retrieved May 20, 2023, from: https://www.ti.com/

Bệnh viện Đa khoa Quốc tế Vinmec đã cung cấp những thông tin quan trọng về các chỉ số sức khỏe cần được chú ý Việc theo dõi và hiểu rõ các chỉ số này là rất cần thiết để duy trì sức khỏe tốt Để biết thêm chi tiết, bạn có thể truy cập vào bài viết trên trang web của Vinmec.

[20] Analog Devices, Inc (2020) UART: A Hardware Communication Protocol

Understanding Universal Asynchronous Receiver/Transmitter Retrieved May 20,

2023, from: https://www.analog.com/media/en/analog-dialogue/volume-54/number- 4/uart-a-hardware-communication-protocol.pdf

[21] Texas Instruments, Inc (2015) Understanding the I2C Bus and I2C Bus

Pullup Resistor Calculation Retrieved May 20, 2023, from: https://www.ti.com/lit/an/slva689/slva689.pdf?ts87599053382&ref_url=https% 253A%252F%252Fwww.google.com%252F

[22] Intel Corporation (2021) Different Wi-Fi Potocols and Data Rates

Retrieved May 20, 2023, from: https://www.intel.com/content/www/us/en/support/articles/000005725/wireless/lega cy-intel-wireless-products.html

❖ Tài liệu hướng dẫn sử dụng, thao tác trên hệ thống a Dành cho người sử dụng:

- Cấp nguồn 12V 3A cho hệ thống hoạt động

- Xếp hàng ở vị trí chờ (trường hợp đông người)

- Người dùng vào vị trí đăng nhập (quét vân tay, quét mã QR)

- Khi hệ thống báo đăng nhập thành công người dùng vào khu vực lấy mẫu

Tại khu vực lấy mẫu, người dùng cần đặt tay đúng vị trí Khi đèn báo đỏ sáng lên, hệ thống đang tiến hành lấy mẫu Sau 1 phút, đèn báo xanh sẽ sáng và loa thông báo rằng người dùng có thể chuyển sang bước tiếp theo tại khu vực khử khuẩn.

Trong trường hợp người dùng đặt tay sai vị trí trong quá trình lấy mẫu, hệ thống sẽ tự động lấy mẫu lại từ đầu để đảm bảo thời gian quy chuẩn là 1 phút.

Trong khu vực này, người dùng sẽ trải qua quy trình khử khuẩn toàn thân chỉ trong vòng 20 giây Khi thời gian hoàn tất, hệ thống sẽ phát tín hiệu để người dùng biết rằng họ có thể kết thúc quá trình sử dụng.

Nếu người dùng cần sử dụng vật phẩm y tế, bệnh nhân có thể nhờ nhân viên hỗ trợ Nhân viên sẽ quét vân tay để đăng nhập vào hệ thống và chọn mã thuốc từ ma trận phím.

B4: Đăng nhập App, kiểm tra kết quả (dành cho nhân viên)

Sau khi hoàn tất quy trình trong hệ thống, nhân viên có thể sử dụng tài khoản cá nhân để đăng nhập vào ứng dụng và theo dõi kết quả.

- Dữ liệu trên App chỉ hiện thông tin kết quả gần nhất của nhân viên b Dành cho người quản trị:

- Người quản trị chủ yếu tương tác qua giao diện Windows

- Theo dõi, thao tác trên các thông tin và dữ liệu lấy mẫu của nhân viên và bệnh nhân

- Theo dõi toàn bộ dữ liệu trên google sheet

- Giám sát camera khi cần thiết

❖ Code chương trình Arduino Mega: https://drive.google.com/drive/folders/1fA1hAH5-

LhpJ6rzWXCM2YmMJSP3Vjn7y?usp=sharing

❖ Code chương trình ESP32-CAM: https://drive.google.com/drive/folders/1bathw99mqk4zoGyWLAYBQ2LdK0UFof OJ?usp=sharing

❖ Link toàn bộ thư viện cho hệ thống: https://drive.google.com/drive/folders/1XsONpchFEfXkqjlFPNT952YQIJxuVK2R

❖ Link Firebase Realtime Database: https://console.firebase.google.com/project/datn-project-df14c/database/datn- project-df14c-default-rtdb/data

❖ Code chương trình Apps Windows và ứng dụng sau khi xuất bản: https://drive.google.com/drive/folders/1Ur5gFMy8ijKPpsIhJ6jENPnHA7agaHqv?u sp=sharing

❖ Code chương trình Apps Android và ứng dụng sau khi xuất bản: https://drive.google.com/drive/folders/1uW_a7GQaRE2bnHyNl4Jfg-

❖ Link Google Sheet và Apps Script nhận dữ liệu: https://docs.google.com/spreadsheets/d/1ah3fWXlPES-

1ACbBfIiJMgsAD1gFsJ8KUHLw0cZA6-A/edit?usp=sharing https://script.google.com/u/0/home/projects/11gbeo94xrCLxzz- tjt6DOqn8xT4Ss29vx4fa1YjgFO9AEJ013bl6-hcn/edit

❖ Video trình bày toàn bộ thao tác với hệ thống: https://drive.google.com/drive/folders/1J8Mt8K1-

Jvo32Q1EIFk54143S4JhOq6D?usp=sharing

KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN

HƯỚNG PHÁT TRIỂN

Đề tài được xây dựng ở mức hệ thống, cho phép dễ dàng tích hợp và phát triển thêm nhiều tính năng hiện đại Mặc dù chỉ dừng lại ở mức độ mô hình, nhóm nhận thấy tiềm năng phát triển một số chức năng bổ sung.

Mở rộng chức năng mới như đo huyết áp giúp hệ thống đánh giá sức khỏe con người một cách toàn diện hơn, đảm bảo việc theo dõi các chỉ số sức khỏe được thực hiện đầy đủ và chính xác.