(Đồ án hcmute) thiết kế và thi công máy đo huyết áp, nhịp tim cho người già

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP NGÀNH CNKT ĐIỆN TỬ - TRUYỀN THÔNG THIẾT KẾ VÀ THI CÔNG MÁY ĐO HUYẾT ÁP, NHỊP TIM CHO NGƯỜI GIÀ GVHD: Trương Ngọc Anh SVTT1: Nguyễn Thành Nhân MSSV: 11141149 SVTT2: Hà Ngọc Phúc MSSV:11141159 SKL 0 2 Tp Hồ Chí Minh, tháng 02/2016 an PHẦN A GIỚI THIỆU Phần A: Giới Thiệu i an PHIẾU GIAO NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Thông tin sinh viên Họ tên: Nguyễn Thành Nhân MSSV: 11141149 Tel: 01663719878 Email: thanhnhan170893@gmail.com Họ tên: Hà Ngọc Phúc MSSV: 11141159 Tel: Email: Thông tin đề tài Tên đề tài: Thiết Kế Và Thi Công Máy Đo Huyết Áp, Nhịp Tim Cho Người Già Mục đích đề tài: Đo huyết áp, nhịp tim cho người già nhằm giám sát sức khỏe cải thiện hoạt động sống để nâng cao sức khỏe tốt Đồ án tốt nghiệp thực tại: Bộ môn Điện Tử Viễn Thông, Khoa Điện - Điện Tử, Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật Thành Phố Hồ Chí Minh Thời gian thực hiện: Từ ngày 10/9/2015 đến 17/1/2016 Các nhiệm vụ cụ thể đề tài - Tìm hiểu module sim800L - Tìm hiểu module Arduino Nano - Tìm hiểu lý thuyết huyết áp tâm thu, tâm trương, nhịp tim - Tìm hiểu module real-time - Tìm hiểu hình LCD nokia 5110 - Tìm hiểu cảm biến ap suất MPX5050GP - Thiết kế lắp ráp mạch Lời cam đoan sinh viên Tôi Nguyễn Thành Nhân cam đoan ĐATN cơng trình nghiên cứu thân hướng dẫn thạc sỹ Trương Ngọc Anh Các kết công bố ĐATN trung thực khơng chép từ cơng trình khác Tp.HCM, ngày 25 tháng năm 2016 SV thực đồ án Nguyễn Thành Nhân Phần A: Giới Thiệu ii an Tp.HCM, ngày tháng năm 2016 Giáo viên hướng dẫn (Ký ghi rõ họ tên học hàm học vị) Xác nhận Bộ Môn TRƯỜNG ĐẠI HỌC SPKT TPHCM Khoa Điện - Điện Tử Môn Điện Tử Cơng Nghiệp CỘNG HỊA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc lập - Tự - Hạnh phúc Tp Hồ Chí Minh, ngày 17 tháng năm 2015 LỊCH TRÌNH THỰC HIỆN ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Họ tên sinh viên 1: Nguyễn Thành Nhân Lớp: 11141DT2D .MSSV:11141149 Họ tên sinh viên 2: Hà Ngọc Phúc Lớp: 11141DT2D .MSSV:11141159 Tên đề tài: MÁY ĐO HUYẾT ÁP, NHỊP TIM CHO NGƯỜI GIÀ Tuần/ngày Xác nhận GVHD Nội dung 10-20/09/2015 Đăng kí đề tài thực 21-30/09/2015 Báo cáo tìm hiểu thiết bị linh kiện sử dụng đề tài 1-25/10/2015 Báo cáo tính tốn, thiết lập, mua linh kiện sử dụng 26/10-30/10 áo cáo 50% tiến đ thực đồ án 1-30/11/2015 áo cáo hoàn thiện phần cứng 1-30/12/2015 Báo cáo hồn thiện phần mềm lập trình GV HƯỚNG DẪN Ths Trương Ngọc Anh Phần A: Giới Thiệu iii an LỜI CẢM ƠN Để hoàn thành đồ án tốt nghiệp này, lời nhóm thực đề tài xin chân thành cảm ơn thầy giáo, cô giáo Khoa Điện – Điện Tử, trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật TP.HCM, người dạy dỗ, trang bị cho nhóm kiến thức bổ ích Qua năm học tập nghiên cứu trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật TP.Hồ Chí Minh, nhóm thực đề tài thầy, cô truyền đạt cho lượng lớn kiến thức lý thuyết thực hành Nhóm thực đề tài xin chân thành cảm ơn thầy Trương Ngọc Anh tận tình hướng dẫn truyền đạt kinh nghiệm quý báu suốt trình nghiên cứu, thực đề tài Ngồi ra, nhóm xin gửi lời cảm ơn đến anh, chị đồng mơn khóa trước Các anh chị hướng dẫn giới thiệu thêm nhiều nguồn tài liệu tham khảo có giá trị q trình nghiên cứu Cuối c ng, nhóm thực xin cảm ơn gia đình, người thân bạn b tạo điều kiện tốt động viên nhóm hồn thành đề tài Nhóm thực đề tài xin chân thành cảm ơn! Người thực đề tài Nguyễn Thành Nhân Hà Ngọc Phúc Phần A: Giới Thiệu iv an MỤC LỤC NỘI DUNG Trang PHẦN A GIỚI THIỆU i Nhiệm vụ đồ án tốt nghiệp ii Lịch trình thực đồ án iii Lời cảm ơn iv Liệt kê hình vii Liệt kê bảng ix PHẦN NỘI DUNG Chương 1: Dẫn nhập 1.1 Lý chọn đề tài 1.2 Mục đích nghiên cứu 1.3 Nhiệm vụ đề tài 1.4 Giới hạn đề tài 1.5 Phương pháp nghiên cứu 1.6 ngh a thực tiễn 1.7 Tóm tắt đề tài Chương 2: Cơ s lý thuyết 2.1 Nguyên lý đo huyết áp 2.2 Cảm biến đo huyết áp 10 2.3 Board Arduino 11 2.4 Tổng quan hệ thống GSM 21 2.5 Tổng quan hệ thống GPS 25 Chương 3: Giới thiệu số linh kiện 32 3.1 SIM800L 33 3.2 Vi điều khiển board Arduino 40 3.3 LCD nokia 5110 84x48 46 3.4 IC DS1307 real-time 48 Phần A: Giới Thiệu v an 3.5 IC TP4056 mạch sạc 50 3.6 Cảm biến áp suất MPX5050GP 53 3.7 Động bơm, van xả điện tử 55 Chương4: Thiết kế phần cứng 56 4.1 Sơ đồ khối 57 4.2 Khối SIM 58 4.3 Khối điều khiển 59 4.4 Khối hiển thị 60 4.5 Khối thời gian thực 61 4.6 Khối động cơ, van xả 62 4.7 Khối cảm biến, nút nhấn 63 4.8 Khối nguồn 64 4.9 Sơ đồ nguyên lý toàn mạch 65 Chương 5: Thiết kế phần mềm 66 5.1 Lưu đồ giải thuật chức lưu đồ 67 Chương 6: Kết thi công, kết luận hướng phát triển đề tài 71 6.1 Kết thi công 72 6.2 Đánh giá 75 6.3 Hướng phát triển đề tài 76 PHẦN C: PHỤ LỤC 77 PHỤ LỤC A Tài liệu tham khảo 78 Phần A: Giới Thiệu vi an DANH MỤC HÌNH ẢNH Hình Trang Hình Sơ đồ khối lý thuyết hệ thống Hình Tín hiệu nhịp tim Hình Huyết áp tâm thu tâm trương Hình So sánh nhịp tim với huyết áp tâm thu, tâm trương 10 Hình Các cảm biến hãng freescale 11 Hình Các bước cài driver kết nối PC với Arduino 16 Hình Giao diện lập trình phần mềm Arduino IDE 18 Hình Cấu hình board trước sử dụng 19 Hình Hệ thống định tồn cầu GPS 25 Hình Các thành phần hệ thống GPS 26 Hình 24 Vệ tinh nhân tạo chuyển động xung quanh trái đất 27 Hình Các trạm kiểm soát 28 Hình Giao diện dành cho người sử dụng 29 Hình Tính tốn vị trí thu GPS bề mặt trái đất 31 Hình Module SIM800L 33 Hình Sơ đồ chân SIM800L 35 Hình Sơ đồ khối chức SIM800L 36 Hình Board Arduino nano 40 Hình Chíp ATMega 32 42 Hình Sơ đồ cấu trúc AVR ATMega32 43 Hình Sơ đồ chân ATMega32 45 Hình LCD nokia 5110 84x48 46 Hình IC thời gian thực DS1307 48 Hình Sơ đồ chân IC DS1307 48 Hình Kết nối DS1307 với vi điều khiển 49 Phần A: Giới Thiệu vii an Hình 3.12 Địa ch nhớ liệu 50 Hình IC TP4056 50 Hình Cảm biến áp suất MPX5050GP 53 Hình Sơ đồ chân cảm biến áp suất MPX5050GP 54 Hình Cấu trúc cảm biến áp suất 54 Hình Đơng oken seiko van ksv05a-12v 55 Hình Sơ đồ khối tổng quát thiết bị 57 Hình Sơ đồ chân kết nối module sim800 58 Hình Sơ đồ chân kết nối module Arduino nano 60 Hình Sơ đồ kết nối LCD 61 Hình Sơ đồ nguyên lý, kết nối real time DS1307 61 Hình Sơ đồ kết nối động bơm, van xả điện tử 62 Hình Kết nối cảm biến nút nhấn 63 Hình Module sạc pin cấp nguồn cho hệ thống 64 Hình Sơ đồ nguyên lý toàn hệ thống 65 Hình Lưu đồ chương trình 67 Hình Lưu đồ đọc thời gian thực DS1307 68 Hình Lưu đồ ngắt gọi khẩn cấp 69 Hình Lưu đồ xử lý cảm biến 70 Hình Sản phẩm đề tài 73 Hình Mạch in PCB 74 Phần A: Giới Thiệu viii an DANH MỤC ẢNG ảng Trang ảng Nhịp tim theo độ tuổi ảng Huyết áp theo độ tuổi ảng Đặc điểm mạng GSM 22 ảng Tập lệnh AT kh i tạo SIM800L 37 ảng Một số thông tin board Arduino nano 41 ảng Chức chân LCD nokia 5110 47 ảng Chức chân DS1307 49 ảng Chức chân TP4056 51 ảng Bảng trạng thái làm việc TP4056 53 ảng Thông số cảm biến MPX5050GP 55 Phần A: Giới Thiệu ix an ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP 2015 CHƢƠNG THIẾT KẾ PHẦN MỀM Chương 5: Thiết Kế Phần Mềm 66 an ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP 2015 5.1 Lƣu đồ giải thuật chức lƣu đồ 5.1.1 Chƣơng tr nh BEGIN N Thiết lập thư viện Khởi tạo LCD, SIM, thời gian thực Kiểm tra nút Start Kiểm tra nút reset Kiểm tra nút SOS Reset giá trị để thực lần đo khác Gửi tin nhắn, gọi điện khẩn cấp Khởi động động cơ, van, cảm biến So Sánh giá trị huyết áp Hiển thị giá trị đo lên LCD Gửi tin nhắn thông báo khẩn END Hình 5.1: Lưu đồ chương trình Chương 5: Thiết Kế Phần Mềm 67 an ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP 2015 Đây chương trình quản lý tồn hoạt động thiết bị, nắm giữ vai trò định hoạt động toàn hệ thống Cần khởi tạo thiết bị cài đặt thư viện lưu vào vi xử lý, truyền thông UART Sim800, thiết lập thời gian thực, hiển thị hình LCD Xử lý liệu nhận từ khối chức xuất liệu hiển thị lên hình 5.1.2 Chƣơng tr nh đọc thời gian thực Hình 5.2: Lưu đồ đọc thời gian thực DS1307 Đọc giờ, phút, giây, ngày tháng, năm từ DS1307 theo chuẩn I2C Giải mã số liệu để hiển thị Dữ liệu vào: không Dữ liệu sau xử lý: ngày, tháng, năm, giờ, phút, giây Chương 5: Thiết Kế Phần Mềm 68 an ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP 2015 5.1.3 Chƣơng tr nh ngắt gọi khẩn cấp cho phép gửi tin nhắn SOS Kiểm tra nút SOS Kiểm tra giá trị cài đặt SOS Gọi khẩn cấp Gửi tin nhắn END Hình 5.3: Lưu đồ ngắt gọi khẩn cấp Dữ liệu vào: Giá trị cảm biến, trạng thái nút nhấn SOS Dữ liệu sau xử lý: Gửi tin nhắn, gọi điện khẩn cấp Khi có cố xảy nhấn nút báo động, nút báo động dùng ngắt ngồi, có ngắt ngồi tiến hành gọi khẩn cấp, giá huyết áp cao cho phép so với giá trị cài đặt gởi tin nhắn 5.1.4 Chƣơng tr nh xử lý cảm biến Dữ liệu vào: Giá trị ADC Dữ liệu sau xử lý: Giá trị huyết áp tâm thu, tâm trương, nhịp tim Chương 5: Thiết Kế Phần Mềm 69 an ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP 2015 Cảm biến Khởi tạo giá trị ban đầu Kiểm tra nút Start Khởi động động cơ, van đóng,đọc cảm biến So Sánh 160mmHg Dừng động cơ,đóng xả van theo mốc thời gian So sánh áp suất trước sau mốc thời gian Lấy giá trị tâm thu, tâm trương, nhịp tim END Hình 5.4: Lưu đồ xử lý cảm biến Chương 5: Thiết Kế Phần Mềm 70 an ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP 2015 CHƢƠNG KẾT QUẢ THI CÔNG, KẾT LUẬN VÀ HƢỚNG PHÁT TRIỂN ĐỀ TÀI Chương 6: Kết Quả Thi Công, Kết Luận Và Hướng Phát Triển Đề Tài an 71 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP 2015 6.1 Kết thi cơng Sau thời gian nghiên cứu, tìm hiểu với giúp đỡ thầy Trương Ngọc Anh bạn bè, nhóm hồn thành thiết bị thiết bị hoạt động đáp ứng yêu cầu đề Các khối chức hoạt động đúng, đảm báo có cố xảy ra, thiết bị báo cấp cứu kịp thời tới người thân Một số chức báo động thiết bị bổ sung hoạt động Bao gồm yếu tố sau:  Thành phần GSM module sim hoạt động tốt Khi xảy cố, thiết bị gọi điện hay gửi tin nhắn tới số điện thoại lưu sẵn nhớ Khả nhận tín hiệu GPS gửi tin nhắn định vị nhóm chưa hồn thiện module sim nhóm sử dụng u cầu nhỏ gọn nên khơng tích hợp GPS củng module Trung bình, , gửi tin nhắn thơng số huyết áp có số lỗi nhỏ Nguyên nhân xác định thiết bị vùng phủ sóng yếu gặp tượng sụt áp gọi điện nhiều lần liên tiếp  Sạc pin trực tiếp từ cổng mini USB thông dụng thị trường, với dòng sạc tối đa 550mA cho viên pin 2500mAh  Hiển thị thơng tin lên hình LCD nokia 5110 Các thông tin thời gian, huyết áp nhịp tim hoạt động thiết bị hiển thị  Thời gian thực chạy ổn định Tuy khơng có vai trò quan trọng hệ thống báo việc chạy ổn định giúp nâng cao độ tin cậy thiết bị báo cấp cứu  Cảm biến đo áp suất hoạt động tốt, đáp ứng nhu cầu đo huyết áp,nhịp tim máy đo Chương 6: Kết Quả Thi Công, Kết Luận Và Hướng Phát Triển Đề Tài an 72 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP 2015 Hình 6.1: Sản phẩm đề tài Chương 6: Kết Quả Thi Công, Kết Luận Và Hướng Phát Triển Đề Tài an 73 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP 2015 Hình 6.2: Mạch in PCB Chương 6: Kết Quả Thi Công, Kết Luận Và Hướng Phát Triển Đề Tài an 74 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP 2015 6.2 Đánh giá Sau thi cơng hồn thiện đề tài, sản phẩm làm đáp ứng yêu cầu đặt So với thiết bị đo huyết áp sẵn có thị trường, ví dụ máy đo sẵn thủ cơng sản phẩm chúng tơi tiện ích nhỏ gọn mang theo đồng thời có thêm chức gọi điện nhắn tin trường hợp khẩn cấp Sản phẩm nhỏ gọn mang theo bên khơng phải kết nối hệ thống dây phức tạp Tuy nhiên có số bất cập tỉ lệ xác huyết áp,nhịp tim có sai số thiếu khả định vị vị trí người sử dụng Trong khoảng thời gian thực đề tài, nhóm tiến hành nghiên cứu, phân tích vấn đề liên quan đến đề tài thực Tuy nhiên tồn nhiều vướng mắc chưa giải hạn chế thời gian thực Vì thế, nhóm tự đánh giá q trình thực sau:  Thành cơng việc thiết kế thi công thiết bị với kích thước chấp nhận  Ứng dụng kiến thức học để thực tốt đề tài hoàn thành yêu cầu đề dù vài hạn chế chưa làm  Nghiên cứu, học hỏi nhiều kinh nghiệm kiến thức bổ ích, trao dồi kỹ hoạt động nhóm giải vấn đề, khám phá thêm vấn đề Chương 6: Kết Quả Thi Công, Kết Luận Và Hướng Phát Triển Đề Tài an 75 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP 2015 6.3 Hƣớng phát triển đề tài  Mở rộng đối tượng sử dụng, không dành riêng cho người già mà dành cho độ tuổi để ln cập nhật tốt tình hình sức khỏe thân tìm phương cách sống tốt  Ứng dụng thiết bị để phát triển module sim thực thêm khả nghe đối thoại, định vị GPS phòng trường hợp người sử dụng khơng có khả xử lý tình cấp bách Chương 6: Kết Quả Thi Cơng, Kết Luận Và Hướng Phát Triển Đề Tài an 76 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP 2015 Phần C PH L C Phần C: Phụ Lục 77 an ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP 2015 PH L C A: TÀI LIỆU THAM HẢO Nguyễn Đình Phú, “Giáo trình Vi xử lý” “Giáo trình Vi xử lý nâng cao”, ĐHSPKT.TPHCM, 2013 Trần Thu Hà, “Giáo trình Điện tử bản”, ĐHSPKT.TPHCM, 2013 [3] Freescale Semiconductor: Digital Blood Pressure Meter- datasheet [4] Freescale Semiconductor: integrated Silicon pressure sensor on-chip signal conditioned, temperature compensated and calibrated- datasheet [5] Sim Com: SIM800 Series_ AT_Command- datasheet [6] Arduino.cc trang chủ hướng dẫn lập trình Arduino [7] http://www.thietbiyteplus.vn/tin/huyet-ap/chi-so-huyet-ap-binh-thuongtheo-do-tuoi.aspx [8] "Understanding blood pressure readings" American Heart Association 11 January 2011 Retrieved 30 March 2011 [4] Dug dale, David "Blood Pressure" Retrieved April 2011 [9] IJMER[ International Journal Of Modern Engineering Research Design and Development of Arm Manikin for Blood Pressure and pulse Simulation [10] Design of a Integrated Mobile System to Measure Blood Pressure Ashraf Tahat, Anwar Sacca, Yazeed Kheetan Conmunications Engineering Department Princess Sumaya Univercity for Technology Amman,Jordan Cùng số tài liệu tham khảo khác PH L C B: CÔNG THỨC TÍNH TỐN CHUYỂN ĐỔI GIÁ TRỊ o Chuyển đổi giá trị áp suất: Pressure = 5000/1023/90* 7.5061 Trong đó: + 5000 giá trị điện áp vào 5V + 1023 giá tri chuyển đổi ADC 10 bit( 210-1) + 90 độ nhạy cảm biến mV/kPa Phần C: Phụ Lục 78 an ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP 2015 + 7.5061 giá trị chuyển đổi kPa sang mmHg ( 1kPa = 7.5061 mmHg) o Công thức tính giá trị huyết áp trung bình ( MAP) MAP = (2*diatolic + systolic )/3 Trong đó: + MAP : Là giá trị huyết áp trung bình (Mean Arterial Pressure) + Diatolic : Là huyết ap tâm trương + Systolic : Là huyết áp tâm thu Phần C: Phụ Lục 79 an an