(Đồ án hcmute) thiết kế và thi công mô hình thiết bị y tế dàn trải giao tiếp qua máy tính

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP.HCM KHOA ĐIỆN - ĐIỆN TỬ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP NGÀNH CÔNG NGHỆ KỸ THUẬT ĐIỆN TỬ - TRUYỀN THƠNG THIẾT KẾ VÀ THI CƠNG MƠ HÌNH THIẾT BỊ Y TẾ DÀN TRẢI GIAO TIẾP QUA MÁY TÍNH GVHD: ThS VÕ MINH THẠNH SVTH: LÊ TRỌNG MSSV: 12141242 SVTH: ĐẶNG MINH CƯỜNG MSSV: 12141487 SKL 0 Tp Hồ Chí Minh, tháng 07/2016 an BỘ GIÁO DỤC & ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP HỒ CHÍ MINH KHOA ĐIỆN – ĐIỆN TỬ BỘ MÔN ĐIỆN TỬ-CÔNG NGHIỆP - ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP NGÀNH CÔNG NGHỆ KỸ THUẬT ĐIỆN TỬ TRUYỀN THÔNG ĐỀ TÀI: THIẾT KẾ VÀ THI CƠNG MƠ HÌNH ĐO ĐIỆN TIM DÀN TRẢI GIAO TIẾP QUA MÁY TÍNH GVHD: ThS VÕ MINH THẠNH SVTH: LÊ TRỌNG MSSV: 12141242 ĐẶNG MINH CƯỜNG MSSV: 12141487 Tp Hồ Chí Minh – 07/2016 an BỘ GIÁO DỤC & ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP HỒ CHÍ MINH KHOA ĐIỆN – ĐIỆN TỬ BỘ MÔN ĐIỆN TỬ-CÔNG NGHIỆP - ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP NGÀNH KỸ THUẬT ĐIỆN TỬ TRUYỀN THÔNG ĐỀ TÀI: THIẾT KẾ VÀ THI CƠNG MƠ HÌNH ĐO ĐIỆN TIM DÀN TRẢI GIAO TIẾP QUA MÁY TÍNH GVHD: ThS VÕ MINH THẠNH SVTH: LÊ TRỌNG MSSV: 12141242 ĐẶNG MINH CƯỜNG MSSV: 12141487 Tp Hồ Chí Minh – 07/2016 an LỜI CAM ĐOAN Chúng tôi: Lê Trọng Đặng Minh Cường cam đoan ĐATN cơng trình nghiên cứu thân hướng dẫn ThS Võ Minh Thạnh Các kết công bố ĐATN trung thực không chép từ cơng trình khác Tp Hồ Chí Minh, ngày … tháng … năm 2016 (Ký tên ghi rõ họ tên) Lê Trọng Đặng Minh Cường i an LỜI CẢM ƠN Trên thực tế khơng có thành cơng mà khơng có hỗ trợ, giúp đỡ dù hay nhiều, dù trực tiếp hay gián tiếp người khác Trong suốt khoảng thời gian làm đồ án tốt nghiệp, chúng em nhận nhiều giúp đỡ thầy cô giáo khoa Điện-Điện Tử trường đại học Sư Phạm Kỹ Thuật TPHCM Chúng em xin chân thành cảm ơn quý thầy cô môn Điện Tử Công Nghiệp trang bị cho chúng em kiến thức giúp đỡ chúng em giải khó khăn q trình làm đồ án Đặt biệt chúng em xin chân thành cảm ơn Thầy hướng dẫn, ThS.Võ Minh Thạnh tận tình giúp đỡ trình lựa chọn đề tài hỗ trợ chúng em trình thực Một lần chúng em xin chân thành cảm ơn thầy Đề tài thực thời gian ngắn Kiến thức chúng em cịn hạn chế nên khó tránh khỏi sai sót Chúng em mong nhận ý kiến đóng góp từ q thầy giáo bạn lớp ngành để kiến thức chúng em lĩnh vực ngày hoàn thiện Cuối lời cảm ơn đến gia đình, ba mẹ tạo cho chúng em nhiều động lực, tinh thần Ba mẹ tạo điều kiện tối đa để chúng em có ngày hôm Xin chân thành cảm ơn! Người thực đề tài Lê Trọng Đặng Minh Cường ii an TĨM TẮT Với tiến nhanh chóng mạng truyền thơng khơng dây, việc truyền tải tín hiệu y sinh học qua mạng không dây trở nên phổ biến ngày qua ngày khác Có nhiều nghiên cứu thực mảng y sinh học khơng dây để giám sát tín hiệu sinh lý Hơn nữa, y học từ xa giám sát từ xa liệu sinh lý bệnh nhân vấn đề nhận quan tâm năm gần Một số tín hiệu sinh lý Điện tâm đồ (ECG) mà sử dụng để giám sát hoạt động tim, điện (EMG) cho hoạt động giám sát điện não đồ (EEG) để theo dõi hoạt động điện não Trong số tín hiệu sinh lý, ECG nhịp tim quan trọng để ta đo theo dõi giám sát chúng Tổ chức Y tế Thế giới (WHO) ước tính năm có 16 triệu người giới chết bệnh tim mạch, số đại diện cho 30 phần trăm số người chết toàn cầu [3] Xuất phát từ thực tiễn vậy, chúng em tiến hành chọn đề tài lĩnh vực Điện Tử Y Sinh cụ thể mơ hình đo điện tim dàn trải đo điện tâm đồ (ECG) tiến hành nghiên cứu với mục đích giúp đỡ người phần nhỏ để phát giải vấn đề điện tim sống cách thuận tiện tối ưu Đề tài xây dựng mơ hình thiết bị y tế dùng để đo điện tâm đồ (ECG), tín hiệu ECG lấy trực tiếp từ người đưa qua khâu xử lý mơ khuếch đại, lọc nhiễu… qua khâu xử lý, tín hiệu lấy ta quan sát cần Tín hiệu ECG sau truyền qua trực tiếp đến máy tính thơng qua RS232 truyền qua mạng không dây Wi-Fi Điều giúp giám sát nhịp tim bệnh nhân mà không cần phải đo giám sát trực tiếp giường hay phòng bệnh nhân Các kết nối không dây thực để đáp ứng cho bất tiện việc lại bệnh nhân môi trường bệnh viện để truyền tải thông tin y tế cách thiết thực iii an MỤC LỤC Trang tựa Trang LỜI CAM ĐOAN i LỜI CẢM ƠN ii TÓM TẮT iii MỤC LỤC iv LIỆT KÊ BẢNG vii LIỆT KÊ HÌNH viii Chương TỔNG QUAN 1.1 ĐẶT VẤN ĐỀ 1.2 MỤC TIÊU .1 1.3 NỘI DUNG NGHIÊN CỨU .2 1.4 GIỚI HẠN .2 1.5 BỐ CỤC Chương CƠ SỞ LÝ THUYẾT .4 2.1 TỔNG QUAN VỀ ECG 2.1.1 SƠ LƯỢC VỀ HỆ THỐNG ĐIỆN TIM 2.1.2 ĐƯỜNG CHUYỂN ĐẠO (LEAD) CỦA ECG 2.1.3 NGUỒN GÂY NHIỄU CHO TÍN HIỆU ECG 2.1.4 ÁP DỤNG Y HỌC CỦA ECG .7 2.2 ĐIỆN CỰC THU TÍN HIỆU (ELECTRODE) 2.3 OP-AMP TL074 2.3.1 KHÁI QUÁT CHUNG VỀ KHUẾCH ĐẠI THUẬT TOÁN OP-AMP 2.3.2 KÝ HIỆU OP-AMP 2.3.3 NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG .10 2.3.4 OP-AMP LÝ TƯỞNG 11 2.3.5 NHỮNG GIỚI HẠN CỦA OP-AMP THỰC TẾ 11 2.4 VI ĐIỀU KHIỂN DSPIC30F4013 13 2.4.1 Vài nét sơ lượt họ vi điều khiển dsPIC 14 iv an 2.4.2 Đặc điểm vi điều khiển dsPIC30F4013 15 2.4.3 Cấu trúc vi điều khiển dsPIC30F4013 17 2.5 MODULE WIFI ESP 8266 V1 .23 2.6 INA114 25 Chương TÍNH TOÁN VÀ THIẾT KẾ 27 3.1 GIỚI THIỆU 27 3.2 TÍNH TOÁN VÀ THIẾT KẾ HỆ THỐNG 27 3.2.1 Thiết kế sơ đồ khối hệ thống 27 3.2.2 Tính tốn thiết kế mạch 28 Chương THI CÔNG HỆ THỐNG .41 4.1 GIỚI THIỆU 41 4.2 THI CÔNG HỆ THỐNG 42 4.2.1 Thi công bo mạch 42 4.2.2 Lắp ráp kiểm tra 46 4.3 ĐÓNG GÓI VÀ THI CƠNG MƠ HÌNH 48 4.3.1 Đóng gói điều khiển 48 4.3.2 Thi công mơ hình 49 4.4 LẬP TRÌNH HỆ THỐNG 50 4.4.1 Lưu đồ giải thuật 50 4.4.2 Phần mềm lập trình cho vi điều khiển 56 4.4.3 Phần mềm lập trình cho ESP 8266 V1 61 4.4.4 Phần mềm lập trình cho máy tính 67 4.5 VIẾT TÀI LIỆU HƯỚNG DẪN SỬ DỤNG, THAO TÁC 73 4.5.1 Viết tài liệu hướng dẫn sử dụng 73 4.5.2 Quy trình thao tác 74 Chương KẾT QUẢ_NHẬN XÉT_ĐÁNH GIÁ 75 5.1 BỘ VI ĐIỀU KHIỂN VÀ LCD 76 5.2 LỌC THÔNG THẤP VÀ THÔNG CAO .77 5.3 BỘ LẤY TÍN HIỆU VÀ KHUẾCH ĐẠI .77 5.4 LỌC DẢI TRIỆT KHUẾCH ĐẠI VÀ BÙ ĐIỆN ÁP 78 5.5 KẾT QUẢ MÔ PHỎNG 78 v an 5.5.1 Hình ảnh tiền xử lý 78 5.5.2 Kết thống kê 79 Chương KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN 85 6.1 KẾT LUẬN .85 6.2 HƯỚNG PHÁT TRIỂN 85 TÀI LIỆU THAM KHẢO 87 PHỤ LỤC 88 vi an LIỆT KÊ BẢNG Bảng Trang Bảng 4.1 Danh sách linh kiện, module 46 vii an CHƯƠNG KẾT QUẢ_NHẬN XÉT_ĐÁNH GIÁ Để thuận tiện cho việc quan sát đo kết ADC vi điều khiển đảo dạng sóng nâng dạng sóng lên (nằm khoảng -5V) Xem hình 5.17 Hình 5.17: Dạng sóng tín hiệu ECG (J 25) Sau qua khâu xử lý để hình ảnh cuối (Hình 5.17), nhìn mắt dễ dàng thấy tín hiệu cuối cịn bị nhiễu tín hiệu có tần số cao nên dạng sóng hiển thị khơng rõ ràng Việc ảnh hưởng nhiều đến kết ADC đo từ vi điều khiển qua làm cho việc hiển thị dạng sóng điện tim labview bị ảnh hưởng BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP an 84 CHƯƠNG KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN Chương KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN 6.1 KẾT LUẬN Sau kết thúc trình làm đồ án nhóm em thu kết sau: - Đã đo dạng sóng điện tim thể người - Xây dựng mơ hình để người nhìn thấy biết hình dạng sóng điện tim qua khối - Đã truyền tín hiệu từ mạch đo điện tâm đồ để hiển thị máy tính thơng qua giao tiếp UART wifi Trong suốt thời gian nghiên cứu thực đồ án, nhóm em thiết kế thi công xong mạch đo điện tâm đồ truyền tín hiệu ngõ cuối lên máy tính So với mục tiêu ban đầu đạt 90% Mặc dù có dạng sóng điện tim ngõ cuối cùng, so với mục tiêu ban đầu tín hiệu sóng điện tim ngõ cuối chưa hồn thiện, cịn bị nhiễu nhiều nên hiển thị máy tính dạng sóng khơng đẹp thiếu xác Việc bị nhiễu ảnh hưởng nhiều cho người nhìn để chuẩn đốn bệnh người Qua kết đạt chưa đạt kết luận mạch nhóm em đạt mức So với yêu cầu đặt từ ban đầu dạng sóng cuối cịn bị nhiễu chưa hồn thiện, thiếu xác 6.2 HƯỚNG PHÁT TRIỂN Do thời gian thực đề tài có hạn lượng kiến thức cá nhân định nên đề tài thực xong đáp ứng phần nhỏ hệ thống hồn chỉnh Vì vậy, để đề tài thêm phong phú hơn, mang nhiều tính thực tế nữa, có khả ứng dụng cao đề tài cần phải phát triển theo hướng sau: BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP an 85 CHƯƠNG KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN - Ngồi việc hiển thị tín điện tâm đồ máy tính ta hiển thị điện thoại, máy tính bảng… cập nhật liệu lên internet để cần truy cập xem tín hiệu điện tim người giám sát - Ngoài kết hợp với số thiết bị đo khác đo nhịp tim, nồng độ oxy máu… để người đo có thêm nhiều thơng tin qua biết rõ tình hình sức khỏe thân Hy vọng với hướng phát triển nêu với ý tưởng khác bạn, người đọc, người sau, phát triển đề tài này, khắc phục hạn chế, tồn đề tài, làm cho đề tài trở nên phong phú hơn, mang tính ứng dụng cao vào thực tế sống, phục vụ cho lợi ích người tương lai BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP an 86 TÀI LIỆU THAM KHẢO TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] TS Cao Trường Sinh, “Giáo trình điện tâm đồ bản”, NXB ĐH Vinh, 2015 [2] GS Trần Đỗ Trinh, “Hướng dẫn đọc điện tim”, Đại học y dượt Huế, 2008 [3] PGS.TS Phạm Nguyễn Vinh, “Căn ECG số bệnh tim”, viện tim mạch TP.HCM, 2014 [4] PGS.TS Phạm Nguyễn Vinh,”Bệnh học tim mạch”, Nhà xuất đại học Y [5] Nguyễn Đình Phú, “Giáo trình vi xử lý II”, NXB ĐH Quốc Gia Tp.HCM, 2007 [6] TS Nguyễn Bá Hải,” Lập trình LABVIEW”, Đại học Quốc gia Tp.HCM, 2013 [7] PGS.TS Trần Thu Hà; ThS Trương Thị Bích Ngà; TS Nguyễn Thị Lưỡng; ThS Bùi Thị Tuyết Đan; ThS Phù Thị Ngọc Hiếu; ThS Dương Thị Cẩm Tú, “Giáo trình điện tử bản”, Đại học Quốc gia Tp.HCM, 2013 [8] PGS.TS Phạm Hồng Liên, “Giáo Trình điện tử thơng tin”, Đại học Tôn Đức Thắng, 2008 [9] Datasheet INA114AP, BURR-BROWN [10] Datasheet dsPIC30F4013, Microchip [11]DatasheetTL074, ST BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP an 87 PHỤ LỤC PHỤ LỤC  Code vi điều khiển: #include #device adc=12 //Use ADC as 12 Bits #include //Include Serial functions #FUSES NOWDT //No Watch Dog Timer #FUSES NOBROWNOUT #FUSES NOPROTECT #FUSES NODEBUG //No brownout reset //Code not protected from reading //No Debug mode for ICD #FUSES HS2_PLL8 //Crystal: 20M with PLLx8 /2 => 80M Hz #use delay(clock=80Mhz) #use fast_io (B) #use fast_io (D) #use rs232(UART1,baud=256000,parity=N,bits=8,stream=A) #use rs232(UART2,baud=256000,parity=N,bits=8,stream=WIFI_ESP) #define ADC_CLOCK_DIV_40 40 //LCD #define LCD_ENABLE_PIN PIN_D2 #define LCD_RS_PIN PIN_D0 #define LCD_RW_PIN PIN_D1 #define LCD_DATA4 PIN_B12 #define LCD_DATA5 PIN_B11 #define LCD_DATA6 PIN_B10 #define LCD_DATA7 PIN_B9 #include BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP an 88 PHỤ LỤC // Khai Bao BIen -// signed int16 adc=0,i=0,tam=0,j=0; char *s1= "OK"; char *ten= "TEN"; char *mk= "MK"; char *ip= "IP"; #define buffer_size 60 char //Buffer size you can adjust this size buffer[buffer_size]; int xbuff=0x00; // SAVE SMS MESSAGE // char c=0x00; // the first characters recived of SMS message short sms_mode=false;// //It's a flag when is true, call read_sms(); short sms_mode1=false; //***********************Chuong trinh Ngat********************************* #int_RDA RDA_isr() { c=fgetc(A); if (c=='\n' ) // the end character OR the first character { sms_mode1=true; } if (xbuff >= buffer_size) {xbuff=0;} else{ buffer[xbuff++]=c; } // save character of SMS message return 0; BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP an 89 PHỤ LỤC } #int_RDA2 RDA_isr2() { c=fgetc(WIFI_ESP); if (c=='\n' ) // the end character OR the first character { tam ++; sms_mode=true; //It's a flag when is true, call read_sms(); } if (xbuff >= buffer_size) {xbuff=0;} else{ buffer[xbuff++]=c; } // save character of SMS message return 0; } //********Xoa Bien********** //************************** erase character in buffer[]*********************** void erase_buffer() { int n; for(n=0;n= 2) { tam = 0; lcd_clear(); } if(tam == 0) { lcd_gotoxy(1,1); printf(LCD_PUTC,buffer); } if(tam == 1) { lcd_gotoxy(1,2); printf(LCD_PUTC,buffer); } if ((strstr(buffer, mk) != 0)||(strstr(buffer, ten) != 0)) { erase_buffer(); while (sms_mode1==false); fprintf(WIFI_ESP,buffer); sms_mode1=false; BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP an 92 PHỤ LỤC } erase_buffer(); } } erase_buffer(); disable_interrupts ( global ); setup_adc(ADC_CLOCK_DIV_16 | ADC_TAD_MUL_2); setup_adc_ports(sAN3|sAN5 | VSS_VDD); set_adc_channel(5); read_adc(ADC_START_ONLY); //make sure the ADC has acquired before while(TRUE) { for (j=0; j