TỔNG QUAN
TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU TRONG VÀ NGOÀI NƯỚC
Thế giới hiện nay đang ngày càng hiện đại với những công nghệ tiên tiến giúp cho cuộc sống thuận tiện hơn cùng với sự phát triển của khoa học và công nghệ, các thiết bị điện tử thông minh đã, đang và sẽ tiếp tục được ứng dụng ngày càng rộng rãi và mang lại hiệu quả trong hầu hết các lĩnh vực khoa học kỹ thuật cũng như trong đời sống xã hội
Công nghệ thông minh, ngày càng được mở rộng và phát triển trên thế giới, cũng như ở Việt Nam, với nhu cầu tìm hiểu về lĩnh vực IOT thông minh ứng dụng trong cuộc sống IoTs được xem là một giải pháp thông minh hóa các hệ thống, đòi hỏi tính tự động cao Trong IoTs vạn vật được định danh và kết nối thông qua một cơ sở hạ tầng mạng, từ đó người dùng có thể truy nhập, quan sát và theo dõi các đối tượng cần thiết từ xa
Những năm gần đây, công nghệ IoTs nhận được rất nhiều sự chú ý trong các lĩnh vực khác nhau, ví dụ ứng dụng của IoTs là những thành phố thông minh, giao thông thông minh, an ninh khẩn cấp trong công nghiệp, tự động hóa … và trong lĩnh vực chăm sóc sức khỏe nó cũng đóng góp một phần quan trọng để giúp con người dễ kiểm soát, giám sát sức khỏe của bản thân Đặc biệt với những người lớn tuổi, tình trạng sức khỏe luôn được giám sát, theo dõi thường xuyên trong khi việc di chuyển, đi lại là một vấn đề rất khó khăn và bất tiện Hướng đến sự phát triển ấy, em xin thực hiện đề tài “Hệ thống theo dõi sức khỏe tại nhà” nhằm đáp ứng nhu cầu về quản lý, theo dõi nhịp tim - oxy trong máu một cách thuận tiện, đơn giản cho các các thành viên trong gia đình và hộ gia đình
Bên cạnh việc đo được các thông số nhiệt độ cơ thể, nhịp tim là những thông số thể hiện tình trạng trực tiếp của sức khỏe, việc giám sát là rất cần thiết để có thể nắm bắt kịp thời tình trạng sức khỏe của bệnh nhân để đưa ra giải pháp điều trị chính xác và kịp thời hơn.
MỤC TIÊU NGHIÊN CỨU
Mục tiêu ban đầu của em là tập trung nghiên cứu, thiết kế và thi công máy đo nhịp tim – nhằm mục đích kiểm tra sức khỏe cho mỗi thành viên trong gia đình với các tính năng:
- Có thể đo gần như chính xác nhịp tim , nồng độ oxi trong máu của mỗi thành viên
- Kết hợp với Module RFID RC522 biết thông tin, lịch sử của mỗi thành viên trong gia đình
- Nhận dữ liệu và điều khiển thiết bị thông qua web
- Dễ dàng sử dụng Đề tài này sử dung Module NodeMCU_DEVKIT_1.0 giao tiếp wifi kết hợp với cái cảm biến nhịp tim Max30100, RFID RC522 Đồng thời, quản lý thành viên sử dụng việc liên kết cơ sở dữ liệu thông qua Firebase
Vì thế, thông qua đề tài này bản thân em có thể lập trình thành thạo được Arduino, module NodeMCU, biết được cách sử dụng và phạm vi ứng dụng của module thẻ từ RFID, cảm biến nhịp tim Max30100.Biết được cách sử dụng các phần mềm vẽ mạch điện như Proteus, autoCard, …Từ đó, có thể phát triển được ý tưởng và khả năng của mình cho các đề án và mô hình sau này.
GIỚI HẠN ĐỀ TÀI
Do thiết bị và cảm biến dễ hư hỏng trong quá trình text nên phải chọn lựa khó khăn và cẩn thận
Thời gian hạn chế nên mô hình chưa được đẹp và hoàn thiện
Có quá nhiều linh kiện ngoài thị trường nên luôn phải đắn đo bổ xung tính năng gì để mua cho hợp lý
Nhiều phần mềm ít khi được tiếp xúc nên phải tốn rất nhiều thời gian để tìm hiểu và nghiên cứu
Trong quá trình hoạt động phần mềm xảy ra nhiều lỗi
Cách kết nối dữ liệu qua lại giữa các phần mềm tương đối phức tạp
Mạng máy tính và wifi không ổn định làm cho mô hình hoạt động không đúng công suất của nó
Thời gian làm mô hình cũng có hạn nên chưa hoàn thiện và nhiều ý tưởng chưa kịp thực hiện.
ĐỐI TƯỢNG VÀ NỘI DUNG NGHIÊN CỨU
Đề tài có sử dụng kiến thức chuyên môn ngành điện tử, công nghệ thông tin, tự động hóa và một phần về lĩnh vực về sức khỏe
Về đối tượng nghiên cứu cụ thể là:
Vi điều khiển, lập trình và ứng dụng vi điều khiển
Hệ thống vận hành theo nhu cầu người sử dụng
Thu thập các thông tin, dữ liệu người sử dụng
Thiết kế và thi công cấu trúc mạch phần cứng của mô hình chủ yếu sử dụng vi xử lý
Kiểm tra thực nghiệm, tìm hiểu nguyên nhân và khắc phục các lỗi xảy ra, bổ sung tính năng, tối ưu hóa
Tổng hợp báo cáo, đánh giá và đề xuất hướng phát triển
Các kiến thức cơ bản về thiết kế, lập trình vi điều khiển
Thu thập thông tin từ nhiều nguồn như Internet, sách tham khảo
Về nội dung nghiên cứu :
Quyển báo cáo được viết thành 6 chương với nội dung cơ bản như sau:
Chương 2: Cơ sở lý thuyết liên quan
Chương 3: Xây dựng và thiết kế hệ thống
Chương 4: Kết quả và thực nghiêm
Chương 5: Kết luận và hướng phát thiển
Ý NGHĨA KHOA HỌC VÀ THỰC TIỄN
Kết quả nghiên cứu của đề tài sẽ cung cấp các cơ sở khoa học và mức độ ảnh hưởng của hệ thống tự động đến đời sống của con người Làm tiền đề cho sự nghiên cứu và phát triển thêm những kỹ thuật và công nghệ mới áp dụng vào lĩnh vực y tế, khoa học, học đường… trong thời gian tới
Mô hình này là kết quả cho việc nghiên cứu, ứng dụng các tiến bộ khoa học kỹ thuật, công nghệ vào đời sống – sức khỏe con người trong thời đại công nghệ hóa Đồng thời hệ thống cũng đã tiết kiệm được thời gian, tiền bạc và sức lao động của con người dành cho những công việc không quan trọng.
CƠ SỞ LÝ THUYẾT LIÊN QUAN
CÔNG NGHỆ ĐO NHỊP TIM TRÊN THỊ TRƯỜNG
Trên thị trường hiện nay, có rất nhiều đơn vị cung cấp các thiết bị đo nhịp tim khác nhau, đa dạng và phong phú như máy đo nhịp tim mini Beurer, Max 105…
Về mặt công nghệ, các máy đo nhịp tim ngày càng cải tiến, nâng cấp tối ưu cho AI tạo ra nhiều dòng sản phẩm nhằm kiểm soát sức khỏe con người một cách tốt nhất Các máy đo nhịp tim thường sử dụng công nghệ đo bằng camera, vân tay, cảm biến… Trong số đó, công nghệ đo nhịp tim bằng cảm biến vẫn được sử dụng khá phổ biến tại nước ta, đặc biệt trong cộng đồng máy tự gia công
2.1.1 Giới thiệu một số công nghệ đo
Đo nhịp tim bằng cảm biến
Máy đo khí máu và nhịp tim đo độ bão hòa oxy máu theo mạch đập hoạt động dựa trên cơ sở phép đo quang phổ kế (sắc ký) và phép đo xung động kế (xung động ký) Phép đo sắc ký hoạt động dựa trên cơ sở độ hấp thụ ánh sáng của Hemoglobin (Hb) và Oxyhemoglobin (HbO2) khác nhau đối với 2 bước sóng khác nhau của ánh sáng đỏ (660nm) và ánh sáng hồng ngoại (905nm) Phép đo xung động ký hoạt động dựa trên cơ sở độ hấp thụ ánh sáng truyền qua mô thay đổi có tính chu kỳ do sự thay đổi thể tích máu giữa kỳ tâm thu và tâm trương
Máy đo nồng độ oxy trong máu và nhịp tim có thiết kế nhỏ gọn, là thiết bị được dùng để đo độ bão hoà oxy trong máu, kết hợp đo nhịp tim thông qua đầu ngón tay giúp phát hiện nhanh chóng hiện tượng thiếu oxy trong máu và nhịp tim bất thường để có những biện pháp xử lý kịp thời Máy sử dụng công nghệ cảm biến quang học để tính độ bão hoà hemoglobin
Hình 2.1 Máy đo nhịp tim và SpO2
Đo nhịp tim bằng Camera
Panasonic đang phát triển công nghệ đo nhịp tim bằng camera Công nghệ này có thể đo nhịp tim của một người chỉ bằng cách “nhìn” người đó
Hình 2.2 Đo tìm bằng camera
Panasonic gọi công nghệ mới là “Cảm biến thiết yếu không tiếp xúc” Công nghệ này có thể giúp đọc được nhịp tim của bạn mà không phải dùng thiết bị camera chuyện dụng
Phần mềm của hãng công nghệ Nhật vận hành bằng cách giám sát phản xạ da, chỉ số sẽ hạ thấp xuống khi có nhiều máu lưu thông qua da hơn
Đo nhịp tim bằng vân tay
Máy quét vân tay là công nghệ mới và hiện đại nhất trong việc nhận diện vân tay trên điện thoại thông minh Sản phẩm đầu tiên có tên Sense ID của Qualcomm trang bị trên chiếc Le Max Pro
Hình 2.3 Công nghệ trên smartphone
Thiết bị gồm bộ phát và thu sóng siêu âm Khi ngón tay đặt lên cảm biến, chúng sẽ được “quét” toàn diện Bằng việc đo sóng phản xạ lại, hệ thống có thể nhận biết những đặc tính chi tiết duy nhất trên mỗi dấu vân tay
Nhờ cảm biến thông minh, máy dễ dàng tái tạo phiên bản 3D đầy chân thực với độ nông, sâu rất chi tiết Đây giống như bản nâng cấp của cảm biến điện dung nhằm tăng tính bảo mật cho thiết bị.
GIỚI THIỆU LINH KIỆN TRONG MẠCH
Hình 2.4 Kít Node MCU_DevKit_1.0
• ESP12E DevKit dựa trên sự phát triển của ESP8266 mà là một module UART-WiFi công suất cực thấp Nó được thiết kế cho các thiết bị di động và ứng dụng mạng, thông thường nó có thể được ứng dụng cho Internet, mạng LAN truyền thông, các lĩnh vực nhà thông minh, kiểm soát công nghiệp và các thiết bị cầm tay khác
• Kit RF thu phát Wifi ESP8266 NodeMCU là kít phát triển dựa trên nền chip Wifi SoC ESP8266 với thiết kế dễ sử dụng và đặc biệt là có thể sử dụng trực tiếp trình biên dịch của Arduino để lập trình và nạp code, điều này khiến việc sử dụng và lập trình các ứng dụng trên ESP8266 trở nên rất đơn giản
• Kit RF thu, phát Wifi ESP8266 NodeMCU được dùng cho các ứng dụng cần kết nối, thu thập dữ liệu và điều khiển qua sóng Wifi, đặc biệt là các ứng dụng liên quan đến IoT
• IC chính: ESP8266 Wifi SoC
• Phiên bản firmware: Node MCU
• Chip nạp và giao tiếp UART: CP2102
• GPIO tương thích hoàn toàn với firmware - Node MCU
• Cấp nguồn: 5VDC MicroUSB hoặc Vin
• GIPO giao tiếp mức 3.3VDC
• Tích hợp Led báo trạng thái, nút Reset, Flash
• Tương thích hoàn toàn với trình biên dịch Arduino
• 03 chế độ hoạt động: STA / AP / STA +AP
• Hỗ trợ các chuẩn giao tiếp I2C, SPI
• Hỗ trợ ngõ ADC, PWM
• Điện áp nguồn: 4.5V ~ 9V (USB powered)
• Dòng điện tiêu thụ: ~ 70mA (200mA MAX), Standby: