Thiết kế hệ thống đánh giá trọng tâm ơ thể

Nó gây ra trạng thái mất cân bằng khi thay đổi tư thế, làm cho chóng mặt và loạng choạng và dễ bị ngã vì vậy rất dễ bị chẩn đoán nhầm là hội chứng tiền đình.Bệnh có thể nhẹ nhưng có thể

i

L I C Ờ ẢM ƠN

Để hoàn thành luận văn nghiên cứu của mình, trước tiên tôi xin trân tr ng ọ

g i l i cử ờ ảm ơn đến toàn th các Th y Cô giáo B môn K ể ầ ộ ỹ thuật y sinh, Viện Điệ ửn t Viễn thông đã tận tình gi ng d y truyả ạ ền đạt cho tôi nh ng ki n thữ ế ức căn

b n vô cùng quý báu trong su t quá trình h c t p và áp d ng vào th c ti n công ả ố ọ ậ ụ ự ễtác Đặc bi t tôi xin chân thành cệ ảm ơn Thầy giáo TS Trần Anh Vũ, người đã

đồng hành nhiệt tình hướng d n ch b o tôi trong su t quá trình làm luẫ ỉ ả ố ận văn tốt nghi p Thệ ầy là người đã đặt ra nh ng yêu c uữ ầ , những ý tưởng tiền đề để tôi nghiên c u, ch tứ ế ạo thi t k và ng d ng vào th c ti n công tác ế ế ứ ụ ự ễ

Qua đó tôi cũng chân thành cảm ơn các bạn h c viên cùng b môn luôn ọ ộcùng đồng hành, tham lu n và chia s n th c h c tậ ẻ kiế ứ ọ ập cũng như kiến thức chuyên môn v i tôi trong su t quá trình h c tớ ố ọ ập, đặc bi t là t p th l p K thuệ ậ ể ớ ỹ ật

y sinh 2018A

Cảm ơn tập th ể đội ngũ Y Bác sĩ tại B nh vi n Y h c c truy n B Công an ệ ệ ọ ổ ề ộcùng nh ng bữ ệnh nhân đã nhi t tình ệ phố ợ tiếi h p n hành th nghiử ệm và đánh giá

s n ph m nghiên c u thi t k c a tôi trong th i gian qua ả ẩ ứ ế ế ủ ờ

Xin chân thành cảm ơn!

ii

M C L C Ụ Ụ

L Ờ I CẢM ƠN I

M Ụ C LỤ C ii

DANH SÁCH THU T NG Ậ Ữ VIẾ T T T Ắ iv DANH M C B Ụ Ả NG BI U vi Ể D ANH MỤ C HÌNH Ả NH vii

L ỜI NÓI ĐẦ U viii

TÓM T T LU Ắ ẬN VĂN x

CHƯƠNG 1 XÁC ĐỊ NH V ẤN ĐỀ 1

1.1 Đặ ấn đề t v 1

1.1.1 Kh ảo sát các phương pháp đánh giá thăng bằ 7 ng 1.1.2 Kh o sát các thi t b ả ế ị đo thăng bằ ng có s n ẵ 8

1.2 H ệ thống đề ấ xu t 11

1.3 M ục đích đề 12 tài 1.4 K ế t luận chương 12

CHƯƠNG 2 THIẾ T K H TH NG 13 Ế Ệ Ố 2.1 Ý tưở ng thi t k : 13 ế ế 2.2 Thi ế t kế ầ ứ ph n c ng: 14

2.2.1 Thi t k c ế ế ơ khí: 14

2.2.2 Thi t k h ng thu nh n và x ế ế ệ thố ậ ử lý dữ liệ u 19

2.2.3 K ế t nối phầ ứ n c ng 29

2.3 Thi ế t kế ầ ph n m ề m: 31

2.3.1 Yêu c ầu đặt ra 31

2.4 K ế t luận chương 44

CHƯƠNG 3 HI U CHU Ệ ẨN VÀ ĐÁNH GIÁ SAI SỐ Ệ H TH NG 45 Ố

3.1 Hi u chu n t ng loadcell 45 ệ ẩ ừ 3.1.1 Đố ớ i v i kh i lư ng nh : 45 ố ợ ỏ 3.1.2 Đố ớ i v i kh i lư ng l n: 46 ố ợ ớ

iii

3.1.3 K t qu hi u chu n t ng loadcell: 48 ế ả ệ ẩ ừ 3.2 Hi u chu n h ệ ẩ ệ thống 50 3.2.1 Các bướ c hi u chu n b ng v t n ng: 51 ệ ẩ ằ ậ ặ 3.2.2 K t qu c nghi ế ả thự ệ m: 52 3.3 K ế t luận chương 54

CHƯƠNG 4 THỬ NGHI M VÀ K T QU 55 Ệ Ế Ả

4.1 Quá trình th nghi m 55 ử ệ 4.2 Phương pháp phân tích dữ ệ li u 56 4.3 Các bướ c v n hành thi t b 58 ậ ế ị 4.4 K ế t quả 58

K T LU Ế Ậ N Đ Ề TÀI 61 TÀI LIỆ U THAM KH O 62 Ả PHỤ Ụ L C 63

iv

DANH SÁCH THU T NG Ậ Ữ VIẾT T T Ắ

Abbreviations

(Các t ừ ế vi ắ t t t) Explaination (Giải thích) D ch thu t ị ậ

HUST Hanoi University of

Science and Technology

Đạ ọi h c khoa h c ọ

và công nghệ

F 1 , F 2 , F 3 , F 4 Lần lượt là l c tác dự ụng lên 4

loadcell 1, 2, 3, 4

sang tín hi u s ệ ố

COP Center of Pressure Trung tâm áp lực

MD Mean distance Khoảng cách trung bình từ điểm

trọng tâm tới gốc tọa độ

RD Resultant distance Khoảng cách giữa mỗi điểm tới

SD Standard deviati on Độ lệch cho phép

Sw Sway area Diện tích ước tính bao quanh đường dẫn các điểm tọa độ

vi

DANH MỤ C B NG BI U Ả Ể

B ng 1.1 M ả ộ t số ả s n ph m so sánh tiêu bi u 10 ẩ ể

B ng 2.1 B ng ả ả tóm lượ c khả o sát các lo i mica hi n có trên th ạ ệ ị trườ ng 18

B ảng 2.2 Sơ đồ chức năng củ a Trung tâm ng d ứ ụng đo áp suấ t 32

B ng 2.8 B ng thông tin liên quan 36 ả ả

B ng 2.9 B ả ảng ngày đo bệ nh nhân 36

B ng 2.10 B ng thông s 37 ả ả ố đo

B ng 2.11 B ng ki m tra 38 ả ả ể

B ng 2.12 B ng giao di ả ả ện đăng nhậ p 38

B ng 2.13 B ng d u thông tin qu n lý b nh nhân 39 ả ả ữ liệ ả ệ

B ng 2.14 B ả ảng đăng ký giao diệ n bi u m u 40 ể ẫ

B ng 2.15 B ng giao di n bi u m ả ả ệ ể ẫu đo 41 Hình 2.18 Sơ đồ ọ ộ t a đ COP ph ụ thuộc vào đo thời gian 42

B ng 2.16 Giao di n bi u m u chính 43 ả ệ ể ẫ

B ng 3.1 B ng giá tr trung bình c a 4 loadcell t ả ả ị ủ ừ 5kg đế n 40kg 47

B ng 3.2 B ng k t qu ả ả ế ả calibration cho b n loadcell 49 ố

B ng 3.3 B ng giá tr u chu n b n loadcell 50 ả ả ị hiệ ẩ ố

B ng 3.4 B ng k t qu ả ả ế ả sau 3 lầ n hi u chu n 53 ệ ẩ Bảng 4.1 Bảng đồ thị kết quả tính toán các thông số bệnh nhân 59 Bảng 4.2 Bảng đồ thị đánh giá quá trình điều trị bệnh nhân 59

vii

DANH MỤ C HÌNH NH Ả

Hình 1.1 Giao diệ n bi u m u chính c a iBalance Premium 10 ể ẫ ủ Hình 1.2 Tóm tắt quy trình trong iBalance Premium 11 Hình 2.1 Phương pháp phân tích điểm rơi trọng tâm cơ thể 14 Hình 2.2 Thiết kế cơ khí củ a thiế ị t b 15 Hình 2.3 Bảng điề u khi n 15 ể Hình 2.4 Mô hình h p t m Mica sau khi c t ghép các t m 16 ộ ấ ắ ấ Hình 2.5 Hình minh họa tấ m Mica g m nhi u ch ng lo i màu s c 17 ồ ề ủ ạ ắ Hình 2.6 Hình ả nh h th ng sau khi hoàn thành 19 ệ ố Hình 2.7 Sơ đồ kh i c a h th ng 20 ố ủ ệ ố Hình 2.8 Giới thiệ ề u v Strain Gauge 22 Hình 2.9 Mô tả ạ ộ ho t đ ng Loadcell 24 Hình 2.10 Cả m bi n kh i lư ng loadcell 25 ế ố ợ Hình 2.11 Mạch cầ u cân b ng Wheatstone 25 ằ Hình 2.12 Bộ ADC 24 bit HX711 27 Hình 2.13 Arduino UNO R3 28 Hình 2.14 Mạ ch nguyên lý thi t bị 29 ế Hình 2.15 Mô hình kế ố t n i Loadcell và HX711 30 Hình 2.16 Mô hình kế ố t n i HX711 và Arduino 30 Hình 2.17 Đóng hộ p h th ng thu nh n và x lý d li u 31 ệ ố ậ ử ữ ệ Hình 3.1 Hiệ u chu n h th ng v i khố ợ ẩ ệ ố ớ i lư ng nh 46 ỏ Hình 3.1 Hiệ u chu n h th ng v i khố ợ ẩ ệ ố ớ i lư ng l n 46 ớ Hình 3 2 Đồ ị th giá tr hi u chu n loadcell 1 49 ị ệ ẩ Hình 3 3 Đồ ị th giá tr hi u chu n loadcell 2 49 ị ệ ẩ Hình 3.4 Đồ ị th giá tr hi u chu n loadcell 3 50 ị ệ ẩ Hình 3.5 Đồ ị th giá tr hi u chu n loadcell 4 50 ị ệ ẩ

viii

L ỜI NÓI ĐẦ U

Ngày nay, v i s phát tri n m nh m c a khoa h c k ớ ự ể ạ ẽ ủ ọ ỹthuật, đã có rất nhiều những phát minh ng d ng vào th c ti n nh m ph c v cho cu c s ng con ứ ụ ự ễ ằ ụ ụ ộ ốngười V i nhi u công ngh hiớ ề ệ ện đại, các phát minh sáng ch ế đã đóng góp những thành t u to l n, thi t th c trong mự ớ ế ự ọi lĩnh vực đờ ối s ng xã hội Đặc bi t, ệviệc ứng d ng khoa h c k thu t hiụ ọ ỹ ậ ện đại trong lĩnh vực y t ế đã tạo lên nh ng ữbước đột phá r t l n trong vi c h tr ch n ấ ớ ệ ỗ ợ ẩ đoán và điều tr b nh cho b nh nhân ị ệ ệcủa các Y Bác sĩ Việ ức ng d ng các trang thi t b y t hiụ ế ị ế ện đại ngày càng kh ng ẳđịnh đượ ầc t m quan tr ng không th thi u trong h ọ ể ế ệ thống y t ế

Xuất phát t th c t ừ ự ế này, đòi hỏi con người ph i nghiên c u và phát minh ả ứchế ạ t o ra nhi u trang thi t b y t tiên ti n, hiề ế ị ế ế ện đạ ới v i nhi u ch ng lo i, linh ề ủ ạ

ki n ệ vật tư, cảm biến điệ ử tinh vi hơn nữa đển t ph c v công tác thay thụ ụ và ế ử s a chữa kh c ph c khi thi t b g p s c h ng hóc nhắ ụ ế ị ặ ự ố ỏ ằm đảm bảo đáp ứng t t công ốtác h ỗ trợ cho đội ngũ Y Bác sĩ tác nghiệp khám ch a b nh cho b nh nhân Và ữ ệ ệcác linh ki n vệ ật tư, ảc m bi n sinh h c là m t trong nhế ọ ộ ững đòi hỏi c n phầ ải nghiên c u ch t o M t trong s nghiên c u ứ ế ạ ộ ố đó, ứ và đánh giá ề v trọng tâm cơ thể

là một lĩnh vực ất quan trr ọng đượ ức ng d ng trong nhi u ụ ề lĩnh vự như: thểc thao, sinh tr c h c, y tắ ọ ế, điều tr ị phụ ồc h i chức năng Vì vậy tôi đã nghiên cứu và thực hi n tài: “ệ đề Thi t k h th ế ế ệ ống đánh giá trọng tâm cơ thể” Đây là một

đề tài khá mới nên chưa có nhiều nghiên cứu được th c hi n vự ệ à đề xu t t i Việt ấ ạNam

Trong thời gian làm đề tài t t nghi p, tôi ố ệ đã nhận được r t nhi u s giúp ấ ề ự

đỡ, đóng góp và chỉ ả b o nhi t tình t các th y cô giáo, ệ ừ ầ ban lãnh đạ và đồo ng nghiệp nơi làm việ gia đình và bạc, n bè Tôi chân thành g i l i cử ờ ảm ơn đến các thầy cô Viện Điện T ử - Viễn Thông, Trường Đạ ọi h c Bách khoa Hà Nội đã ật n tình ch d y và truyỉ ạ ền đạt cho tôi những ki n thế ức quý báu để có th tôi ể thực hiện đề tài này Đặc bi t, tôi trân tr ng g i l i cệ ọ ử ờ ảm ơn chân thành đến th y giáo ầ

ix

trực tiếp hướng d n tô là Tiẫ i ến sĩ Trần Anh Vũ, Th y ầ đã định hướng, giúp đỡ, chỉ ẫ d n nhi t tình cùng v i nhệ ớ ững ý ki n góp ý quý báu, giúp tôi ế hiểu rõ ràng hơn đồng th i kh c ph c nhờ ắ ụ ững vướng m c trong th i gian th c hiắ ờ ự ện đề tài Trong quá trình th c hiự ện đề tài không th tránh ể khỏi nh ng thi u sót, tôi rữ ế ất mong p t c tiế ụ nhận được nh ng ý kiữ ến đóng góp của các thầy cô để đề tài của tôi được hoàn thiện hơn

Xin chân thành cảm ơn Quý Th y Cô giáo! ầ

H c viên th c hi n ọ ự ệ

Bùi Văn Dĩnh

tê, run, yếu và mệt mỏi, ảnh hưởng rất lớn đến sức khỏe của người bệnh Nếu chúng ta để trong một thời gian dài mà không điều trị, nó có thể gây ra các bệnh khác như rối loạn thần kinh, nhồi máu cơ tim hoặc huyết áp thấp.

Hiện tại ở Việt Nam, thiết bị hỗ trợ chẩn đoán mức độ cũng như hỗ trợ thực hành điều trị rối loạn tiền đình còn hạn chế và giá trị nhập về nước rất đắt

đỏ Do vậy các bác sĩ thường chẩn đoán mức độ rối loạn tiền đình dựa trên kinh nghiệm cá nhân thông qua kiểm tra lâm sàng Nghiên cứu và phát triển các biệnpháp đánh giá mức độ rối loạn tiền đình hỗ trợ quá trình chẩn đoán, kết hợp xây dựng các bài tập sử dụng công nghệ thực tế ảo tiên tiến trong quá trình điều trị rối loạn tiền đình sẽ mang lại lợi ích lớn trong chăm sóc sức khỏe cộng đồng, cần nghiên cứu thiết kế chế tạo một thiết bị có thể phát hiện hội chứng rối loạn tiền đình có giá thành hợp lí để đánh giá quá trình điều trị bệnh tiền đình tại Việt Nam

V i mớ ục đích đánh giá trọng tâm cơ thể ột cách đơn giả m n và h ỗ trợ thiết thực cho các Bác sĩ chẩn tr b nh cho b nh nhânị ệ ệ , tôi đã nghiên cứu, tìm hi u và ểtiến hành th c hiự ện đề tài “Thiế ế ệ ống đánh giá trọng tâm cơ thể” t k h th

Đề tài g m 4 ồ chương:

 Chương 1: Xác định vấn đề

xi

 Chương 2: Thiế ế ệ ốt k h th ng

 Chương 3: Hiệu chỉnh và đánh giá sai số ệ ố h th ng

 Chương 4: Thử nghi m và K t qu ệ ế ả

CHƯƠNG 1 XÁC ĐỊ NH V ẤN ĐỀ

này v c t b nh nhân m c b nh r i lo n tiChương xác định ấn đề thự ế - ệ ắ ệ ố ạ ền đình, kh o sát m t s thi t b th c t trên th ả ộ ố ế ị ự ế ị trường, các bài báo, bài nghiên c u ứliên quan đến đề tài T ừ đó, đánh giá ưu nhược điểm để ch t o ra h thế ạ ệ ống đềxuất cho tài đề

1.1 t v Đặ ấn đề

R i loố ạn thăng bằng (RLTB) hay còn g i là mọ ất thăng bằng là tri u ch ng ệ ứthường g p trong cu c s ng hàng ngày Mặ ộ ố ọi người thường ch quan vì có th ủ ểchỉ ầ c n ngh ỉ ngơi một lúc có th không còn c m giác mể ả ất thăng bằng RLTB tạo

ra c m giác chóng m t, lâng lâng, khiả ặ ến người ta c m th y khó gi ả ấ ữ thăng bằng

và d dàng b ngã RLTB có th là hoễ ị ể chỉ ạt động sinh lý bình thường, nhưng nếu

c m giác mả ất thăng bằng b tái di n nhi u lị ễ ề ần thì đó là nguyên nhân dẫn đến các

b nh lý khác nên cệ ần xác định chính xác có phương pháp điề ịđể u tr thích h p ợ

Có 3 h ệ thống chính trong cơ thể phố ợ ới nhau để giữi h p v cân b ng cho ằ

cơ thể đó là: thị giác, thính giác (h th ng tiệ ố ền đình), hệ th ng th n kinh th ố ầ ụ

c m RLTB có th là tri u ch ng c a m t s bả ể ệ ứ ủ ộ ố ệnh như hội ch ng tiứ ền đình, hội chứng ti u não, thiể ểu năng tuần hoàn não, Parkinson ho c m t s b nh v tim ặ ộ ố ệ ề

m ch ạ

V trí ị trọng tâm cơ thể là m t y u t ộ ế ố thay đổi đáng kể khi một ngườ ị ối b r i

loạn thăng bằng, do đó tôi đã nghiên c u và th c hi n thi t k m t h ứ ự ệ ế ế ộ ệ ốth ng xác

định trọng tâm cơ thể để đánh giá tình trạ ng RLTB, đánh giá quá trình ềđi u tr ị

b nh nhân mệ ắc b nh r i lo n tiệ ố ạ ền đình của các Bác sĩ

Rối loạn tiền đình là gì?

Trước tiên, ta hiểu Tiền đình là bộ phận thuộc hệ thần kinh nằm ở phía sau

ốc tai hai bên Tiền đình có vai trò cân bằng cơ thể, duy trì trạng thái thăng bằng

ở các tư thế, trong hoạt động, phối hợp các bộ phận cử động như mắt, tay, chân, thân mình

Rối loạn tiền đình là tình trạng quá trình truyền dẫn và tiếp nhận thông tin của tiền đình bị rối loạn hoặc tắc nghẽn do dây thần kinh số 8 hoặc động mạch nuôi dưỡng não bị tổn thương hay các tổn thương khác ở khu vực tai trong và não Điều này khiến cho tiền đình mất khả năng giữ thăng bằng, cơ thể loạng choạng, hoa mắt, chóng mặt, quay cuồng, ù tai, buồn nôn Những triệu chứng này lặp đi lặp lại nhiều lần, xuất hiện đột ngột khiến người bệnh rất khó chịu, ảnh hưởng lớn tới cuộc sống và khả năng lao động của người bệnh

Phân loại: Có hai loại rối loạn tiền đình là:

- Rối loạn tiền đình có nguồn gốc ngoại biên:

Do tổn thương hệ tiền đình ngay tại vùng tai trong Triệu chứng thường rầm rộ bệnh nhân chóng mặt và mất thăng băng nhiều nhưng không nguy hiểm đến tính mạng Đa số mọi người hay mắc nhóm bệnh này

- Rối loạn tiền đình có nguồn gốc trung ương:

Rối loạn tiền đình trung ương do các tổn thương nhân tiền đình ở thân não, tiểu não Nhóm bệnh này ít gặp, triệu chứng không rầm rộ Tuy vậy nhóm bệnh này thường nguy hiểm và khó chữa hơn nhóm bệnh tiền đình có nguyên nhân ngoại biên

Nguyên nhân gây bệnh rối loạn tiền đình là gì?

+ Nguyên nhân tiền đình ngoại biên:

- Viêm đây thần kinh tiền đình: Do virus Zona, thủy đậu, quai bị (chiếm khoảng 5% các trường hợp), gây liệt dây thần kinh tiền đình dẫn đến chóng mặt xuất hiện đột ngột, kéo dài nhiều giờ đến vài tháng nhưng không rối loạn thính lực (khác với hội chứng Meniere – rối loạn thính lực )

- Rối loạn chuyển hóa: tiểu đường, tăng ure huyết, suy giáp

+ Nguyên nhân tiền đình trung ương:

 Thiểu năng tu n hoàn s ng nầ ố ền;

 Giang mai th n kinh, ầ

M t s y u t ộ ố ế ố làm tăng nguy cơ mắ c b nh r i lo n ti ệ ố ạ ền đình nhƣ:

- Tuổi tác: B t c ai d ấ ứ ù ở độ tuổi nào cũng có thể ắ ệ m c b nh r i lo n tiố ạ ền đình nhưng ngườ ới l n tuổi có nguy cơ mắc bệnh cao hơn người trẻ Ước tính c 100 ứngười trên 40 tu i tr lên thì có khoổ ở ảng 35 người m c b nh r i lo n tiắ ệ ố ạ ền đình

- Tiề ử ịn s b chóng m t: Nhặ ững người đã từng b chóng m t có nhi u kh ị ặ ề ảnăng bị choáng váng, hoa m t, mắ ất thăng bằng trong tương lai Tăng nguy cơ

- Ngườ ịi b nhiễm độc: Do nhiễm độc hóa ch t ho c s d ng thu c gây ra tấ ặ ử ụ ố ổn thương hệ thần kinh và cơ quan tiền đình

- Người có nồng độ Cholesterol trong máu cao: Gây ra tình tr ng hình thành ạcác mảng xơ vữa, các cục máu đông làm tắc ngh n mạch máu não ẽ

- Người m c các b nh th n kinh: Như viêm dâyắ ệ ầ n kinh, u dây th n kinh, thầ ầviêm tai giữa… đều ảnh hưởng lớn đến dây th n kinh s 8 gây ra b nh r i loầ ố ệ ồ ạn tiền đình

- Ngườ ị ổn thương xương:i b t B ị viêm xương khớp, thoái hóa đố ốt s ng, thoát

v ị đĩa đệm… gây ra tình trạng chèn ép m ch máu, làm ạ ảnh hưởng đến lưu thông máu não

- Ngườ ử ụi s d ng nhi u ch t kích thích:ề ấ Khi n tình tr ng não b b r i lo n và ế ạ ộ ị ố ạtổn thương dây thần kinh s 8 ố

H u qu mà b nh r i lo n ti ậ ả ệ ố ạ ền đình gây ra:

- Làm cho ngườ ệi b nh m t ng , hay th c dấ ủ ứ ậy vào ban đêm, gặp ác mộng

- C m th ả ấy chao đảo, mất thăng bằng, d té ngã ễ

- Lâu ngày khi n cho dây th n kinh s 8 b tế ầ ố ị ổn thương khiến ta không th ểngồ ậy đượi d c, n m nguyên mằ ột tư thế

- C m giác bu n nôn, s ng n, sa sút trí tu và tinh th ả ồ ợtiế ồ ệ ần

- Làm tăng khả năng mắc các bệnh như Parkinson, tai biến m ch máu não, ạ

đột qu ỵ

Khảo sát, đánh giá mộ ố lĩnh vự t s c liên quan n trọng tâm cơ thể đế nhƣ:

Trong y t , m t trong nh ng bế ộ ữ ệnh điển hình liên quan tr c tiự ếp đến tr ng ọtâm cơ thể là b nh r i lo n tiệ ố ạ ền đình ện tượng thườHi ng th y c a b nh r i lo n ấ ủ ệ ố ạtiền đình là: hoa m t, chóng m t, bu n nôn, ù tai, khi ắ ặ ồ thay đổi tư thế ấ r t khó khăn và ngườ ệnh thười b ng b mị ất thăng bằng, đi loạng cho ng, d ạ ễ ngã… Khi

m c ph i h i ch ng này, ắ ả ộ ứ ngườ ệi b nh s có c m giác m t mẽ ả ệ ỏi, năng suất làm việc

s m và ẽ giả ảnh hưởng đến chất lượ cuộ ống c s ng c a bủ ản thân và gia đình Hội chứng r i lo n tiố ạ ền đình có thể ễ di n bi n trong vài ba ngày ho c có th kéo dài ế ặ ểChính vì th mà khi có ế những d u hi u c a b nh r i lo n tiấ ệ ủ ệ ố ạ ền đình, để biết được nguyên nhân chính xác b r i lo n tiị ố ạ ền đình do đâu ngườ ệi b nh cần đến khám tại các chuyên khoa tim, m t, tâm th n, th n kinh và tai, làm nh ng xét nghiắ ầ ầ ữ ệm hình ảnh như CT Scanner hay chụp cộng hưởng t và chừ ụp X quang để ác sĩ Bcăn cứ đưa ra kết luận và phác đồ điề ị ệu tr b nh cho b nh nhân ệ

Trong th ể thao, để nghiên c u nhứ ững tư thế, nh ng chuyữ ển động c a các ủ

vận động viên thì vấn đề ng tâm r t quan trtrọ là ấ ọng để đưa ra những động tác tiêu chu n Ví d ẩ ụ như vận động viên nhảy cao để có th ể đạt được nh ng mữ ức xà cao tối đa thì các vận động viên thường nh y ngả ửa cong lưng hướng m t lên trặ ời thay vì nh y úp m t song song v i mả ặ ớ ặt đất hay nghiêng một bên cơ thể Đó là

k t qu c a nghiên c u vế ả ủ ứ ật lý đặc bi t là s ệ ự dao động c a trủ ọng tâm cơ thể Dick Fosbury là vận động viên đã thay đổi môn nh y cao mãi mãi, ô là ngả ng ười đầu tiên th c hiự ện tư thế nhảy quay lưng vào xà và thành tích của ông đượ ảc c i thiện 15cm lên m c 1.91m T i th v n hứ ạ ế ậ ội Olympic Mexico 1986 Fosbury đã khiến

c ảthế giới kinh ng c v i m c xà 2.24m Hay trong bi u di n các diạ ớ ứ ể ễ ễn viên thăng

b ng trên dây luôn luôn nhằ ận được s ự ngưỡng m t các khán gi ộ ừ ả vì độ khó và phả ấ ấi m t r t nhi u th i gian luy n tề ờ ệ ập để có th bi u di n thành th o B n ch t ể ể ễ ạ ả ấ

c a vi c này là gi cho trủ ệ ữ ọng tâm cơ thể thẳng đứng và nằm phía trên dây để cơ thể đư c cân b ng Các d ng c ợ ằ ụ ụ như: ậ g y dài và quạt dùng để tác động điều chỉnh l i trạ ọng tâm cơ thể khi cơ thể di n viên b nghiêng và tr ng tâm tham ễ ị ọchi u b l ch khế ị ệ ỏi dây

Trong điều tr ph c h i chị ụ ồ ức năng, đối v i nh ng b nh nhân b ch n ớ ữ ệ ị ấthương do tai nạn trong quá trình thi đấu th thao hay nhể ững người b tai n n ị ạgãy chân, tai bi n thì vi c ph c h i hoế ệ ụ ồ ạt động đi lại cho h là m t vọ ộ ấn đề ự c c k ỳquan tr ng và c p thiọ ấ ết Nhưng đây là một công vi c lâu dài và có nhi u y u t ệ ề ế ốkhác nhau và trọng tâm cơ thể cũng nằm trong nh ng y u t quan trữ ế ố ọng đó Qua việ xác địc nh trọng tâm, bác sĩ sẽ đánh giá mức độ ph c hụ ồi và đưa ra các liệu pháp cho quá trình điều tr ị

Để đánh giá bệ nh nhân r i lo n ti ố ạ ền đình, hiệ n nay Vi t Nam có hai ở ệ phương pháp chính:

- Phương pháp thứ nhấ ệnh nhân được các bác sĩ chẩn đoán mức độ ối t, b rloạ ền đình dựn ti a trên kinh nghiệm cá nhân thông qua thăm khám lâm sàng và phản ánh v mề ức độ ệ b nh tình c a bủ ệnh nhân Phương pháp này được áp d ng ụ

phổ ến, tuy nhiên đây chỉ là đánh giá chủ bi quan và có th gây ra ững sai sót ể nhkhi chẩn đoán bệnh

- Phương pháp thứ hai là b nh nhân s ệ ẽ được ki m tra trên các thi t b ể ế ịchuyên dụng để đánh giá sự thay đổi trọng tâm cơ thể là y u t quan tr ng - ế ố ọtrong vi c chệ ẩn đoán mức độ ố r i lo n tiạ ền đình Phương pháp này có độ chính xác cao, tuy nhiên quy trình th c hi n khá ph c t p, thi t b h ự ệ ứ ạ ế ị ỗ trợ khá đắt đỏ, nên chưa đượ ửc s d ng nhiụ ều ở các b nh vi n tuyệ ệ ến dưới

n t i, t Nam các thi t b nh tr ng tâm không nhi

pháp xác định ph c tứ ạp và giá thành đắ ềt ti n

T c t t ra, nhu c u c n m t thi t b ừ thự ế đặ ầ ầ ộ ế ị đơn giản, ít ph c t pứ ạ , thời gian

đo ngắn, cho k t qu chính xác và giá thành r , nh g d dàng ế ả ẻ ỏ ọn, ễ lưu động di chuy n là r t c n thi t, t ể ấ ầ ế ừ đó tôi tìm hi u nghiên c và thi t k H đã ể , ứu ế ế ệ thống đánh giá trọng tâm cơ thể để có th h tr ể ỗ ợ Bác sĩ ẩn đoán bệch nh cho b nh nhân ệ

đồng th i ti p t c ch n tr , theo dõi trong c ờ ế ụ ẩ ị ả quá trình điều tr cho b nh nhân r i ị ệ ốloạ ền đình n ti

Thi t b nghiên cế ị ứu thi t k ế ế đáp ứng được các tiêu chí sau:

 H ệ thống cân đứng phải có thời gian đo ngắn, tháo l p nhanh chóng, d ắ ễdàng di chuy n, linh ph n thay th khi h ng hóc s n có trên th ể ụ kiệ ế ỏ ẵ ị trường, giá thành r ẻ

 H ệthống cân đứ có độ ổn địng nh cao trong quá trình hoạt động

 Mô hình xác định tr ng tâm chính xác cao ọ có độ

 Xây d ng nên mự ột cơ sở ữ d liệu đủ dùng rõ ràng và th c t , ự ế

 Xây d ng công th c tính toán nhanh, ự ứ ổn định và chính xác cao

 K t nế ối trao đổi d u nhanh, s dữ liệ ử ụng được ngu n ACV và Pin s c d ồ ạ ựphòng để đáp ứng lưu động t i m i khu v c, v trí c n v n hành s d ng h tr ạ ọ ự ị ầ ậ ử ụ ỗ ợBác sĩ tác nghi p ệ

1.1.1 Khảo sát các phương pháp đánh giá thăng bằng

Trên th i, có nhi u nghiên cế giớ ề ứu được công b v ố ề việc xác định trọng tâm của cơ thể con người Những phương pháp này là:

 Xác định tr ng tâm bằng cách phân tích Phân đoạn cơ thể ọ

 Xác định tr ng tâm b ng cách ân tích B ng phọ ằ ph ả ản ng ứ

 Xác định tr ng tâm b ng cách ọ ằ phân tích tư thế ắc lư l

Phương pháp hân đoạn cơ thể là phương pháp dự p a trên các thông s v ố ềkích thước, khối lượng, mật độ mô c a các b ph n chính củ ộ ậ ủa cơ thể như đầu,

c , ngổ ực, xương chậu, các ph n c chân tayầ ủa Để tính tr ng tâm cọ ủa cơ thể con người, trước hết, người ta s tính tr ng tâm c a t ng b ph n b ng cách xây ẽ ọ ủ ừ ộ ậ ằ

d ng các v t th có khự ậ ể ối lượng và hình dạng tương tự như các bộ ậ ần đo và ph n csau đó dựa vào các công thức tính toán tĩnh để xác định tr ng tâm c a b ph n ọ ủ ộ ậ

đó Sau đó tổng hợp để tìm tr ng tâm cọ ủa cơ thể con người Phương pháp này cho k t qu chính xác v v trí tr ng tâm cế ả ề ị ọ ủa con người nhưng phải m t m t thấ ộ ời gian dài để xây d ng tr ng tâm một cơ thể đầy đủ ớự ọ v i khối lượng c a t ng b ủ ừ ộ

ph n.ậ

Phương pháp bảng phản ứng: s d ng m t t m ván c ng phử ụ ộ ấ ứ ẳng dài, được

đỡ ởi 4 chân đế b mà trên mỗi chân đế được đính kèm 1 cảm bi n Mế ột ngườ ẽi s

n m trên t m ván, 2 c m biằ ấ ả ến được đặt ở ị trí tương ứ v ng v 2 vai và 2 cới ảm biến được đặt ở ị tương ứ v ng v 2 chân H ệ ốới th ng s thu th p d li u t 4 c m ẽ ậ ữ ệ ừ ảbiến và tính toán tr ng tâm cọ ủa cơ thể người H th ng hi n th v ệ ố ể ị ị trí tĩnh chính xác c a trủ ọng tâm Tuy nhiên, xác định s cân b ng c n v ự ằ ầ ị trí động c a tr ng tâm ủ ọ

cơ thể con người

Phương pháp phân tích theo tư ế ắc lư là phương pháp dự th l : a trên s phân ự

b l c theo bố ự ốn hướng của cơ thể người khi đứng trên m t t m ván hình ch ộ ấ ữnhật hoặc hình vuông Phương pháp này thu thập d li u v khữ ệ ề ối lượng hay l c ự

mà cơ thể con người gây ra trên 4 c m biả ến và sau đó áp dụng công thức để tìm

ra điểm trọng tâm cơ thể người trên m t ph ng K t ặ ẳ ể ừ đó kiểm tra s ự dao động

cơ thể ủ c a những người g p các vặ ấn đề ề thăng bằ v ng và so sánh v i nh ng ớ ữngười bình thường Phương pháp này cũng đưa ra mộ ết k t qu chính xác v v trí ả ề ị

động c a trủ ọng tâm cơ thể con người D a vào n n t ng này s nghiên c u thi t ự ề ả ẽ ứ ế

k ế được h ệthống xác định trọng tâm đơn giản và ít ph c t ứ ạp

Ở Vi t Nam ệ chưa có thi t b h ế ị ỗ trợ chẩn đoán ức độ ố m r i lo n tiạ ền đìnhcũng như hỗ ợ ến hành điề tr ti u tr b nh r i lo n tiị ệ ố ạ ền đình Các Bác sĩ thường chẩn đoán mức độ ố r i lo n tiạ ền đình dựa trên kinh nghi m cá nhân thông qua ệkiểm tra lâm sàng Do đó, việc nghiên c u và phát tri n các thi t b ứ ể ế ị đánh giá

mức độ ố r i lo n tiạ ền đình, kế ợt h p xây d ng các bài t p s d ng công ngh ự ậ ử ụ ệ thực

t o tiên ti h ế ả ến ỗ trợ Bác sĩ trong quá trình điều tr bị ệnh ố ạ r i lo n tiền đình sẽmang l i l i ích to l n trong công tác ạ ợ ớ chăm sóc sức kh e cho toàn cỏ ộng đồng

1.1.2 Khảo sát các thiết bị đo thăng bằng có sẵn

Dựa trên các phương pháp đánh giá sự cân bằng, có một số sản phẩm giúp bác sĩ kiểm tra số dư của bệnh nhân để đánh giá:

 Các công c báo cáo cung cụ ấp phản h i tr c quan rõ ràng và d ồ ự ễhiểu v tình tr ng cân b ng c a ề ạ ằ ủ

b nh nhân ệ

 T p luy n s ậ ệ ự thăng bằng c a bủ ạn được th c hi n d dàng v i các trò ự ệ ễ ớchơi cân bằng thú v khác nhau ị

hợp để phụ ồc h i chức năng cho bệnh nhân

l n tu i và vớ ổ ận động viên tr ẻ

 D u in nhanh và chính xác ữ liệ

 Phản h i tr c quan theo th i gian ồ ự ờthực nh c nh bắ ở ệnh nhân vào tư thếthích h p và ki m soáợ ể t thăng bằng

 Các giao th c t p luy n phù hứ ậ ệ ợp

để làm vi c trên các thâm h t s ệ ụ ố dư

c ụ thể được xác định b ng th ằ ửnghiệm

 Đo chính xác các giao thức t p ậluyện cân b ng và thi t l p mằ ế ậ ục tiêu

Balance Master®

S d ng m t t m kim ử ụ ộ ấloại ch u l c 18 "x 60" ị ự

c ố định để đo các lực

d c tác d ng qua chân ọ ụ

bệnh nhân để xác định

v trí tr ng tâm và ị ọkiểm soát tư thế

 Các t m lấ ực dài cho phép tăng cường đánh giá và khả năng đào tạo

 Các giao th c: Modified Clinical ứTest of Sensory Interaction on Balance (mCTSIB), Limits of Stability (LOS), Rhythmic Weight Shift (RWS), Weight Bearing Squat (WBS), Unilateral Stance (US), Sit-

To-Stand (STS), Walk Across (WA), Tandem Walk (TW), Step/Quick Turn (SQT), Step Up/Over (SUO), Forward Lunge (FL)

B ng 1 M t s s n ph m so sánh tiêu ả 1 ộ ố ả ẩ biểu

Cân bằng huấn luyện BTG4 là một thiết bị có ứng dụng tiện lợi Nó có nhiều giao thức kiểm tra được lập trình sẵn cũng như trình hướng dẫn giao thức cho phép bạn dễ dàng thiết lập giao thức kiểm tra của riêng mình Các công cụ báo cáo cung cấp phản hồi trực quan rõ ràng và dễ hiểu về tình trạng cân bằng của bệnh nhân

Dưới đây là một số hình ảnh về tính năng của Phần mềm BTG4, tính năng iBalance Premium

Hình 1.1 Giao diện biểu mẫu chính của iBalance Premium

- H quá trình t p luy ỗ trợ ậ ện điều tr bênh nhân b mị ị ất căn bằng, chấn thương

- Phụ ục v công tác nghiên cứu, đào tạo và phát tri n n n y h c, t o tiể ề ọ ạ ền đềcho nh ng nghiên cữ ứu chuyên sâu trong lĩnh vực lâm sàng

1.4 K t lu ế ận chương

Với đề tài này, tôi đã tập trung tìm hiểu về bệnh lí Tiền đình đồng thời tiến hành khảo sát một số thiết bị có sẵn trên thế giới, các phương pháp đánh giá trọng tâm cơ thể người, từ đó tìm hiểu lập luận, nghiên cứu đưa ra giả thuyết và

ý tưởng để xây dựng “thiết kế hệ thống đánh giá trọng tâm cơ thể” nhằm hỗ trợ các Bác sĩ vận hành sử dụng phục vụ công tác chẩn trị bệnh cho bệnh nhân rối loạn tiền đình

CHƯƠNG 2 THIẾ T K H Ế Ệ THỐNG

trình bày v cách c i t k , ch t o ra h Chương này ề ý tưởng thứ th ế ế ế ạ ệ thống

g m ph n c ng, ph n mồ ầ ứ ầ ềm ứng dụng ế ố ệ thống, k t n i h thu nh n và x lý s ậ ử ốliệu

2.1 Ý tưở ng ế ế: thi t k

t ra là s d ng s phân b khi trên

Ý tưởng đặ ử ụ ự ố khối lượng cơ thể đứng

m t m t phộ ặ ẳng nhằm xác định điểm rơi trọng tâm cơ thể ệ thống đo trọH ng tâm

cơ thể người bao gồm ph n c ng và ph n mầ ứ ầ ềm

Phầ ứn c ng là m t thi t b s d ng 4 c m bi n trộ ế ị ử ụ ả ế ọng lượng và vi điều khi n ểarduino dùng để thu nh n s phân b khậ ự ố ối lượng của cơ thể theo 4 v trí Ph n ị ầ

c ng c a thi t b bao g m 2 ph n là bàn cân và bứ ủ ế ị ồ ầ ảng điều khi n Bàn cân là h ể ệthống bao g m ph n m t cân bồ ầ ặ ằng MICA dày 2cm có kích thước 400*500 (mm), phía dưới g n 4 c m bi n trắ ả ế ọng lượng loadcell cùng v- ới h p m ch ộ ạchính H p m ch chính bao g m bo m ch Arduino Mega cùng v i các module ộ ạ ồ ạ ớnhư Bluetooth, MicroSDcard và các module khuếch đại HX711 n i v i loadcell ố ớ

Bảng điều khi n bao gể ồm màn hình LCD 16x2 để n th ng thái c a thi t bhiể ịtrạ ủ ế ị,

1 module th i gian th c RTC cùng v i mờ ự ớ ột ma trận bàn phím 4x4 để nh p s và ậ ốthực hiện các thao tác điều khi n thi t b ể ế ị

Thi t b ế ị này được xây dựng ựa d trên c phân tích s việ ự thay đổ tư thế ủi c a

cơ thể Phân tích thay đổ tư thế ựi d a trên s phân b l c xu ng mặự ố ự ố t cân của cơ thể con người khi h nh m mọ ắ ắt và đứng trên m t ph ng hình ch nh t ho c hình ặ ẳ ữ ậ ặvuông Khi đứ g trên măt n cân, có 2 tư thế đư c ki m tra: chân r ng b ng vai và ợ ể ộ ằchân khép kín Mỗi tư thế ẽ s có m t tr ng thái và m c cân b ng khác nhau ộ ạ ứ ằPhương pháp này thu thập d li u v khữ ệ ề ối lượng của cơ thể con người phân b ốthông qua 4 c m bi n tả ế ại 2 tư thế đứ ng D a trên d ự ự liệu thu đượ ừc t các cảm biến, qu ỹ đạo điểm rơi trọng tâm của cơ thể con ngườ ẽi s được xác đinh và vẽ ra trên màn hình Khi nhìn vào qu ỹ đạo, bác sĩ sẽ định lượng được mức độ cân

b ng c a b nh nhân ằ ủ ệ để chẩn đoán và theo dõi đánh giá trước và sau quá trình điều tr b nh cho b nh nhân ị ệ ệ

Hình 2.1 Phương pháp phân tích điểm rơi trọng tâm cơ thể

x = ((F4 + F3) (F2 + F1)) * d1/Sum (1) –

y = ((F2 + F4) (F1 + F3)) * d2/Sum (2) – Sum = F1 + F2 + F3 + F4 (3) Trong đó: F1, F2, F3, F4 là các lực được thu thập từ các cảm biến x, y là tọa độ của các điểm quỹ đạo của trung tâm áp lực

2.2 Thi t k ế ế phầ ứng n c :

2.2.1 Thiết kế cơ khí:

Để thiết bị thiết kế được đơn giản và dễ sử dụng, các phần thiết kế được thể hiện như trong Hình 2.2

Một tấm Mica dày 2 cm đã được sử dụng làm vật liệu để làm bề mặt của thang

đo vì nó nhẹ hơn gỗ cùng kích thước và một tấm mica mỏng làm đế Bốn đế được làm từ nhựa và hình tròn, chúng có chứa loadcell để bảo vệ nó Một hộp nhựa nhỏ cũng được đặt ở cùng một phía của đế để chứa tất cả các thành phần của mạch

Hình 2.2 Thiết kế cơ khí của thiết bị

Hình 2.3 Bảng điều khiển

T m mica:ấ được ch n làm nguyên liọ ệu để ế ế ặ thi t k m t ph ng cân b i vì nó c ng, ẳ ở ứnhẹ, chịu nước và có giá thành phải chăng Mica 2mm được ch n b i vì nó khó ọ ở

b n d ng b i l c ịbiế ạ ở ự

Hình 4 2 Mô hình hộp tấm Mica sau khi cắt ghép các tấm

Kích thước: phù h p vđể ợ ới tư thế đứ ng của người khi đứng chân r ng b ng vai, ộ ằ

m t mộ ặt cân đã được thi t k vế ế ới kích thước 40*50cm

V ị trí đặ ảt c m bi n lế ực: Các c m bi n lả ế ực được đặt đố ứi x ng trên 2 c nh c a cân ạ ủ

và được đặt ngay dướ ị trí đặt chân khi 2 chân đứi v ng r ng b ng vai ộ ằ

H p m ch chính:ộ ạ được đặt ở giữ a mặt dướ ủa cân đểi c kho ng cách t h p m ch ả ừ ộ ạ

đến mỗ ải c m bi n l c ế ự là như nhau

Ngoài ra t m Mica còn có tên g i khác là Acrylic, là m t v t li u quen ấ ọ ộ ậ ệthuộc được s d ng r ng rãi trong ngành qu ng cáo Là lo i nh a d o, màu sử ụ ộ ả ạ ự ẻ ắc

đa dạng, b mặt trơn bóng, ẳề ph ng…

Hình 2.5 Hình minh họa tấm Mica gồm nhiều chủng loại màu sắc

T m nh a mica ấ ự thường được so sánh v i th y tinh (kính) Nó có t ớ ủ ỉ trọng chỉ ằ b ng 1/2 so v i th y tinh, và cho kho ng 98% ánh sáng xuyên ớ ủ ả qua nó (đối

v i mica trong suớ ốt có độ dày 3mm) Mica b t cháy 460°C (860 °F) Tị đố ở ấm nhựa mica mềm hơn và dễ ị ầy xước hơn so vớ b tr i kính, nên các nhà s n xu t ả ấ

ph phải ủ thêm m t l p chộ ớ ống xước vào t m PMMA Tuy t m nh a mica d b ấ ấ ự ễ ịtrầy xước nhưng nó thường không v ỡ ra như thuỷ tinh Thay vào đó, mica bị ứ n t thành nhi u mi ng l n khi b ề ế ớ ị va đậ ựp l c m nh Mạ ặc dù được coi là bền hơn so

v i thớ ủy tinh, nhưng nó không thểchịu được áp l c m nh lên b m t c a nó vì ự ạ ề ặ ủ –

v y s b m t chút va ch m (trậ ẽ ị ộ ạ ầy xướt) V giá thành giá c a mica m c trung ề ủ ở ứbình so v i kính kho ng 500 nghìn/ 1mớ ả 2 i v i lođố ớ ại mica có độ dày 5mm Hiện

t i trên th ạ ị trường hi n nay nhu c u s d ng mica r t nhiệ ầ ử ụ ấ ều, đây là loạ ậi v t liệu quen thu c trong ngành qu ng cáo T m mica trên th ộ ả ấ ị trường hi n nay có 3 loệ ại là:

Tiêu

chí

Mica (Trung qu c) ố

Mica ( Đài Loan )

Mica ( Nhậ ản) t B

- Nó có kh ả năng chịu l c, ch u nhi t ự ị ệ

t t, không b vàng ố ị ố

do th i tiờ ết đảm bảo tính th m m c a sẩ ỹ ủ ản phẩm

- Có tính chất và ưu điểm tương đương mica Đài Loan

- mica Nhật có ưu điểm vượt tr i là có ộthêm tính năng kháng tia UV cao

- Có độ b n cao ềhơn

- S d ng r ng rãi ử ụ ộ

và ph n trên th ổ biế ịtrường

B ng 2.1 Bả ảng tóm lược khảo sát các lo i mica ạ hiện có trên th ị trường

V i t t c ớ ấ ả những ưu điểm trên thì khi đem so sánh mica, kính thì mica Đài Loan là hoàn toàn chiếm ưu thế và hoàn toàn phù hợp đố ới v i thi t k này ế ế

m b o ti p xúc l c gi a loadcell và khung cân c th ng

và không b l ch khi có tác ng l c cị ệ độ ự ủa người đứng lên cân, phương pháp được

s d ng là dùng nhử ụ ững đầu b ng nh a 48 gịt ố ự ϕ ắn ở ốn đầ ủ b u c a chân khung cân Nút b t nhị ựa này có kích thước v a vừ ới kích thước v c a loadcell nên vi c gỏ ủ ệ ắn loadcell vào hoàn toàn d dàng và không lo b l ch làm h ng loadcell ễ ị ệ ỏ

Hình 6 2 Hình ảnh hệ thống sau khi hoàn thành

2 2.2 Thiết kế hệ thống thu nhận và xử lý dữ liệu

a Sơ đồ khối hệ thống:

H ệ thống thu nh n và x lý d u là b não c a thi t b cân ậ ử ữ liệ ộ ủ ế ị đứng ệ H

thống này có chức năng thu nhận và x lý d ệ ừ đó ta có cơ sở ữ ệu để ửử ữ li u t d li x

lý và đưa ra mô hình Hệ th ng bao g m 6 kh i và 2 kh i t bố ồ ố ố ừ ảng điều khi n ểđược th hiện như sau: ể

Truy n d u t ề ữ liệ ừ khối Arduino t i cớ ổng Bluetooth của máy tính

Máy tính

Nhậ ữ ệ ừ ốn d li u t kh i Arduino thông qua Bluetooth ho c c ng COM tr c ti p ặ ổ ự ế

D u s ữ liệ ẽ được hi n th ể ị trên màn hình máy tính thông qua chương trình phần

m m Dề ữliệu cũng sẽ được lưu lại cho vi c tính toán và nghiên c u sau này ệ ứ

Cung c p th i gian và ngày tháng cho tên file ấ ờ

Khi không có máy tính, bàn phím ma trận có thể được sử dụng để chèn thông tin bệnh nhân và điều khiển thiết bị hoạt động Trạng thái của thang đo có thể được hiển thị theo khối LCD và dữ liệu có thể được lưu trữ bằng bộ nhớ MicroSD trong khối thẻ SD

b Cảm biến khối lượng - Loadcell

+ Loadcell:

Khái ni m: Loadcell là m t lo i c m bi n chuyệ ộ ạ ả ế ển đổ ựi l c ho c khặ ối lượng thành đầu ra điện áp có th ể đo được, tr ng thái ph bi n nh t là mili vôn trên ạ ổ ế ấvôn(mV/V)

Chức năng: chuyển đổ ựi l c, khối lượng thành tín hiệu điện ( tín hi u analog ệ)

+ Các lo i Loadcell: ạ

- Hydraulic Load Cells: là lo i loadcell s d ng m t pit-tông và xy-lanh thông ạ ử ụ ộthường được b ố trí để truy n t i s ề ả ự thay đổi áp su t b ng chuyấ ằ ển động c a pit-ủ

đồng h ồ đo áp suất bên trong loadcell

- Strain Gauge Load Cells: là loại loadcell đo độ n d ng, l c tác d ng lên s biế ạ ự ụ ẽlàm bi n d ng c m bi ế ạ ả ến

Trong đồ án này, s dem ử ụng Strain gauge loadcell do độ phổ biế n và giá thành phải chăng

Giới thiệu cơ bản v Strain Gauge: ề

Strain Gauge là một thi t b ế ị để đo sự thay đổi điện tr ở đáp ứng và t l v i ỷ ệ ớ

độ ế bi n d ng (khi có áp su t ho c l c, ho c b t c ạ ấ ặ ự ặ ấ ứ gì tác động vào) và được áp

d ng cho thi t b Strain Gauge ph n nhụ ế ị ổ biế ất đượ ạc t o thành t ừ những s i dây ợ

m nh, hoả ặc lá được sắp đặt theo mô hình lưới như là cách để có s ự thay đổi tuyến tính của điện tr khi có s bi n d ng theo mở ự ế ạ ột hướng c , ph n l n tìm ụthể ầ ớthấ ớy v i các loại điện tr ở cơ bản như 120 , 350 và 1000

Hình 2.8 Giới thiệu về Strain Gauge

Thông s Gauge ố

M i strain gauge có mỗ ột độ nhạy khác nhau với độ n dbiế ạng, và được biểu th ị như một ch s gauge (GF) Ch s ỉ ố ỉ ố Gauge được định nghĩa như là tỷ ệ l thay đổi theo điện tr so v i t l ở ớ ỷ ệ thay đổi theo chiều dài (độ ế bi n d ng) ạ

S ự thay đổi nh ỏ ở độ ế bi n dạng

Cho điện tr Gauge là 120 , thì s ở ự thay đổi này ch là 0.12 m t s ỉ – ộ ự thay đổi

và v i ph n l n thi t b , th c s không th phát hiớ ầ ớ ế ị ự ự ể ện được Vì v y, chúng ta s ậ ẽ

c n m t thi t b khác có th ầ ộ ế ị ể hoặc là đo chính xác những thay đổi siêu nh cỏ ủa điện tr , ho c là m t thi t b có th l y nhở ặ ộ ế ị ể ấ ững thay thay đổ ấi r t nh cỏ ủa điện tr ở

- Load: là m t thanh kim lo i ch u t i có mộ ạ ị ả ột đầu được g n c nh v i strain ắ ố đị ớgage, đầu còn l i t do ạ ự

Khi có tải trọng ho c lặ ực tác động lên thân loadcell làm cho thân loadcell b ịbiế ạn d ng (giãn ho c nén), điặ ều đó dẫ ớ ự thay đổn t i s i chi u dài và ti t di n c a ề ế ệ ủcác s i kim lo i cợ ạ ủa điện tr strain gauges dán trên thân loadcell dở ẫn đến m t s ộ ựthay đổi giá tr cị ủa các điện tr strain gauges S ở ự thay đổi này d n t i s thay ẫ ớ ựđổi trong điện áp đầu ra Như vậy, khi đặt v t cân lên bàn cân, tùy theo kh i ậ ốlượng v t mà ph n Load s b uậ ầ ẽ ị ốn đi một lượng tương ứng Thông s u ra ố đầđược đo lường qua s ự thay đổi điện tr cở ủa Strain Gauge Thông thường, ph n ầload s ẽ được c u t o sao cho b t ch p v ấ ạ ấ ấ ị trí ta đặ ật, nó đềt v u cho cùng m t mộ ức

độ ị ốn như nhau b u

Hình 2.9 Mô tả hoạt động Loadcell

Thông s ố kĩ thuật cơ bản c a loadcell: ủ

- Độ chính xác: Cho biết độ chính xác trong các phép đo Độ chính xác này phụ thu c vào tính chấộ t phi tuyến tính, độ ễ ộ ặ tr , đ l p

- Công suất định m c: Là giá tr ứ ị khối lượng l n nh t mà Loadcell có th ớ ấ ể đo được (tùy t ng lo i) ừ ạ

- D i bù nhi ả ệt độ: Là kho ng nhiả ệt độ mà đầu ra Loadcell được bù vào, nếu

n m ngoài khoằ ảng này, đầu ra không được đảm b o th c hiả ự ện theo đúng chi tiết kĩ thuật được đưa ra

- C p b o v : ấ ả ệ Được đánh giá theo thang đo IP65 (chống được độ ẩm và b i) ụ

- Điện áp: Giá tr n áp làm vi c c a Loadcellị điệ ệ ủ (dải làm vi c c a loadcell 5 ệ ủ– 15 V) trong trường hợp này điện áp dùng loadcell là 5V

- Trở kháng đầu ra: Cho dướ ại d ng tr ở kháng được đo giữa E+ và E-

Hình 2.10 Cảm biến khối lượng loadcell

C u t o chính c a Loadcell s d ng nguyên lý m ch c u Wheatstone Ban ấ ạ ủ ử ụ ạ ầ

đầu c u cân b ng, đi n áp ra b ng 0V Khi có lầ ằ ệ ằ ực tác động lên điện tr strain ởgage (được mắc dưới bàn cân) nó s ẽ thay đổi giá tr => M ch c u không còn cân ị ạ ầ

b ng n a => Xu t hiằ ữ ấ ện điện áp u ra T ở đầ ừ đó ta lấy được khối lượng t mừ ức điện áp tr v thông qua mả ề ộ ột b chuyển đổi tín hi u ADC ệ

M ch c u cân bạ ầ ằng để ạo độ ệch điện áp và đưa ra tín hiệu đó ra ngoài t ldưới d ng analog Giá tr mạ ị ỗi điện tr ở là 1kΩ nố ại l i v i nhau và n i v i ớ ố ớloadcell Loadcell hoạt động dưới điện áp 5V

c Bộ ADC HX711

M ch chuyạ ển đồi ADC 24bit Loadcell HX711: module chuyển đổi tương tựsang s ố có độ phân gi i -bit HX711 ả 24 được thi t k chuyế ế để ển đối tín hi u và ệ

ứng dụng điều khi n công nghiể ệp để giao ti p tr c ti p v i m t c m bi n ế ự ế ớ ộ ả ế

c HX711 không ch có mầu ỉ ột vài chức năng cơ bản, có tích hmà ợp cao, ph n ả

ứng nhanh, kh ả năng chống nhi u ễ và độ tin cậy cao Đây là mạch đọc giá tr c m ị ảbiến loadcell với độ phân gi i 24bit và chuy n sang giao ti p 2 dây (SCK và ả ể ếDT) để ử ữ g i d liệu cho vi điều khi n Arduino ể

Lý do l a ch n HX711 thay vì dùng b ADC c a Arduino: Output cự ọ ộ ủ ủa loadcell có điện áp r t nh , c kho ng: 1-ấ ỏ ở ả 3mV Đối v i b giao th c ADC c a ớ ộ ứ ủArduino là b giao tiộ ếp 8 bit thì độ phân gi i Analog = = 19.53mV >> 1-3mV ảNhư vậy, khi dùng độ ADC c a Arduino thì k t qu ủ ế ả thu đượ ẽ không đủc s chính xác, không đảm bảo độ phân gi i c n thiả ầ ết đối v i nhớ ững thay đổi nh t ỏ ừloadcell đưa về nên để đáp ng yêu cứ ầu độ nhậy cũng như độ chính xác c a cân ủthì ph i s d ng b ả ử ụ ộ ADC 24 bit để giảm độ phân gi i c a tín hi u xu ng cho phù ả ủ ệ ố

h p vợ ới loadcell Đối v i b ADớ ộ C 24 bit này độ phân gi i Analog = ả = 2.9802*2-7 (V) nh ỏ hơn gấp nhi u l n so v i b ADC 8 bit c a Arduino vì về ầ ớ ộ ủ ậy

s d ng b ADC này tử ụ ộ ối ưu hơn rất nhi u so v i Arduino ề ớ

 Độ phân gi i : 24 bit ADC ả

 Độ phân giải điện áp : 40mV

 Kích thước : 38 x 21 x 10 mm

 Giao th c giao ti p: 2 dây (SCK và DT) ứ ế

 S kênh: 2 kênh A và B ố

d Bộ vi xử lý Arduino

Arduino là m t dòng kit phát tri n n i tiộ ể ổ ếng hàng đầu đối với việc

t ự thực hi n các m ch mà không c n hiệ ạ ầ ểu biết quá sâu ph n cầ ứng Được giới thiệu vào năm 2005, những nhà thi t k c gế ế đã ố ắng mang đến m t thi t b v i ộ ế ị ớ

một phương thức tiế ận ễp c d dàng, không t n kém cho nhố ững người yêu thích, sinh viên và gi i chuyên nghi p Hi n nayớ ệ ệ , Arduino đã được bi t n và s d ng ế đế ử ụ

m t cách r ng rãi t i Vi t Nam Sộ ộ ạ ệ ức ảnh hưởng ủa c Arduino ngày càng được chứng t theo th i gian v i vô vàn các ng d ng m ỏ ờ ớ ứ ụ ở (open source) độc đáo được chia s r ng rãi Nhi u Arduino ẻ ộ ề được phát tri n mể ở ộ r ng b ng cách thêm vào các ằ