NHIEM VỤ VÀ NOI DUNG:- Thiết bi ứng dụng nguyên lý phan xạ ánh sáng hong ngoại để phát hiện sự thayđôi lượng máu dưới da từ đó xác định nhịp tim; Sử dung cảm biên gia toc đê phát hiệnsự
TONG QUAN VE DE TÀI
TINH CAP THIET CUA DE TAI
Ngày nay, đời sống con người ngày càng được cải thiện thi nhu cầu chăm sóc, bảo vệ sức khỏe ngày càng được xem trọng và nâng cao Đặt biệt trong những năm gần day, do nhiều yếu t6 khách quan và chủ quan (như: ô nhiễm không khí, nguồn nước; ăn uống những thực phẩm không đảm bảo an toàn: mat cân bằng thời gian làm việc - vận động: các thói quen gây hại như hút thuốc, uống rượu bia, thức khuya ) dẫn đến tình trạng sức khỏe của con người dé bị suy giảm trường hop mặc bệnh tim mạch, suy nhược cơ thé, tiêu đường ngày cảng gia tăng.
Nhận thấy điều này, con người trên toàn thế giới nói chung và người dân Việt Nam nói riêng đã dan ý thức và thường xuyên đến các cơ sở y tế dé kiểm tra, theo dõi tinh trạng sức khỏe định kỳ Việc nay đã gây sức ép cho các bệnh viện, trạm y tế do chưa kip đầu tư nguồn nhân lực, cơ sở vật chất, máy móc thiết bị đáp ứng nhu cầu người dân Hơn nữa, việc di chuyển đến các nơi khám sức khỏe định kỳ sẽ tốn kém nhiều thời gian, chi phí và người dân cũng không thé theo dõi, kiểm tra liên tục các thông số sức khỏe ngay khi có triệu chứng bất thường tại nhà.
Ngoài ra, đối với các bệnh nhân cao huyết áp, tim mạch vừa mới phẫu thuật hoặc đang trong thời gian theo dõi, điều trị, thống kê cho thay rang những người này vào ban đêm khi đang ngủ đôi khi xảy ra tình trạng tim ngừng đập, ngừng thở đột ngột.
Trong trường hợp này, nếu có biện pháp thường xuyên theo dõi để phát hiện các triệu chứng bất thường thì chúng ta có thể sớm đưa ra biện pháp sơ cứu kịp thời, tránh được tình trạng đột quy, tai biến mạch máu não, thậm chí là tử vong.
Nhận thay sự cân thiết của việc giám sát sức khỏe thường xuyên, ngày nay các thiết bị điện tử thông minh có khả năng đo đạc các thông số sức khỏe mọi lúc mọi nơi đã ra đời và ngày càng được nhiều người biết đến Chính vì thế, tôi đã lựa chọn thực hiện đề tài thiết kế một hệ thống tự giám sát, theo dõi thường xuyên các thông số sức khỏe (nhịp tim, năng lượng vận động, đường huyết) nhằm giúp người dân có thé tự chăm sóc sức khỏe của mình cách thuận tiện, thường xuyên, tiết kiệm chi phí và góp phân giảm tải cho các cơ sở y tế.
MỤC TIỂU NGHIÊN CỨU
1.2.1 Mục tiêu chung Đề tài này góp phần vào việc nghiên cứu, phát triển hệ thống chăm sóc sức khỏe thường trực tại các bệnh viện và cũng có thé tiết giảm, rút gọn một số tính năng, độ chính xác để giảm giá thành nhăm thương mại hóa hệ thông này đến người tiêu dùng.
Về cơ ban, dé tài này sẽ tập trung nghiên cứu lý thuyết và thiết kế, chế tạo hệ thống theo dõi tình trạng sức khỏe bao gồm các tính năng như: đo nhịp đập của tim trên
01 phút, năng lượng tiêu hao do vận động (calo) và đo lượng đường trong máu Sản phẩm đầu ra của đề tài là các mô hình thực tế có khả năng đo đạc 03 thông số trên và kết quả sẽ được hién thị trên smartphone.
PHAM VI UNG DỤNG
Đề tài này phục vụ mục đích nghiên cứu, ứng dụng một số thiết bi, công nghệ hiện hữu để chế tạo thử nghiệm hệ thống theo dõi, giám sát tình trạng sức khỏe để người dùng có thể kịp thời đưa ra biện pháp điều chỉnh, khắc phục hạn chế hoặc điều trị Vì vậy, sản pham cuối của dé tài có độ chính xác ở mức chấp nhận được so với các phương pháp do đang áp dụng hiện nay và phù hợp cho việc theo dõi chiều hướng biến đối sức khỏe của cá nhân, gia đình, người chơi thé thao thông thường.
Sản phâm này cân được trải qua quá trình đầu tư nghiên cứu sâu hơn về mặt công nghệ đê tôi ưu độ chính xác nêu muôn ứng dụng vào các lĩnh vực y học, thê thao chuyên nghiệp.
PHƯƠNG PHÁP THỰC HIỆN
- Lý thuyết: Dựa trên những bài báo nghiên cứu khoa học có liên quan trong thời gian gần đây và tìm hiểu, cập nhật thêm các thông tin về hệ thông chăm sóc sức khỏe từ internet.
- Thiết kế, thi công: Lựa chọn những module cảm biến, bộ xử lý trung tâm đã được chế tao, gia công sẵn ở trong và ngoài nước dé tiễn hành lắp ráp thành một hệ thống hoàn chỉnh, đáp ứng mục tiêu cụ thể của đề tài.
- Đánh giá kết quả: Tiến hành đo đạc thử nghiệm đánh giá kết quả thu được từ hệ thống mới chế tạo so với phương pháp đo hiện hữu để nghiên cứu giải pháp cải thiện độ chính xác.
CÁC NGHIÊN CỨU KHÁC CÓ LIÊN QUAN
Một số công trình nghiên cứu hiện nay liên quan đến hệ thống giám sát sức khỏe thường trực, từ xa như:
[1] “A review of wearable sensors and systems with application in rehabilitation”, tác gia đã nghiên cứu về cảm biến Wearable và hệ thông giám sát sức khỏe từ xa giúp giải quyết, giám sát sinh lí có thé giúp đỡ trong việc chuẩn đoán và điều trị liên tục đối với các bệnh nhân mac bệnh thần kinh, tim mạch và phối như co giật, huyết áp, hen suyén.
[2l “Thiết bị giám sát sức khỏe SPHERE”, do nhóm các nhà khoa học tại Trường đại học Bristol và Southampton (Anh) chế tạo, có thé phát hiện bat ky những thay đối nào trong cử động, thói quen, chế độ ăn uống, cân nặng, tâm trạng lẫn nhịp tim Không những vậy, SPHERE còn có thể phát hiện liệu người dùng có uống thuốc đúng liều lượng hay không và nhận diện được những triệu chứng của cơn đột quy bằng cách giám sát cử động bất thường của cơ thể hoặc nét mặt Theo nhóm nghiên cứu, thiết bị có thể được lắp đặt ở nhiều nơi như trong nhà, trên quân áo, trên trang sức hay cay ghép vào bên trong cơ thé.
[3] “Hệ thống giám sát sức khỏe từ xa- Telehealth”, để sử dụng bệnh nhân cần cây một vi mạch dưới da có nhiệm vụ gửi thông tin liên tục về tình trạng sức khỏe của họ đến hộp Telehealth Tiếp đó, thông tin từ chiếc hộp này sẽ được chuyển đến trung tâm tư vẫn sức khỏe, đó là một thiết bị nhỏ gọn hơn cả chiếc điện thoại bàn có thể giúp chủ nhân theo dõi nhịp tim, huyết áp, đường huyết, cân nặng cũng như sức khỏe tong quát đang trở thành một hệ thông chăm sóc sức khỏe tại gia hữu ích tại Anh.
[4l “Build A Wrist Heart-Rate Monitor Using An Ultra-Low-Power MCU”, tác giả muốn thay thế các phương pháp theo dõi nhịp tim như người dùng phải cham vào chúng với ngón tay của mình (trường hợp của đồng hồ thé thao) hoặc mặc chúng trên ngực, có thể gây cảm giác khó chịu và không tự nhiên cho những người tập thể dục Những giải pháp hiện tại được dựa trên việc đọc điện tâm đồ (ECG hoặc EKGs) bang photoplethysmographic (PPG) là kỹ thuật được sử dụng xung Oximeters Các thiết bị này có thể liên tục theo dõi nhịp tim ở bat ky nơi nào có mach mau như cô tay.
Ngoài ra, hiện nay trên thế giới cũng có nhiều sản phẩm giám sát sức khỏe thương mại Tuy nhiên, các sản phẩm chưa thật sự tối ưu, chưa đáp ứng được những yêu cầu cần thiết cho người sử dụng Vì vậy, để tạo ra được sản phẩm giám sát sức khỏe thì mỗi cá nhân/ doanh nghiệp tại Việt Nam phải nhập khẩu từ nước ngoài với giá thành rất cao Nhằm mục tiêu từng bước làm chủ công nghệ tại Việt Nam, tôi đã chọn dé tài này để nghiên cứu thử nghiệm thiết bị theo dõi, giám sát sức khỏe một cách tối ưu và hiệu quả.
CƠ SỞ LÝ THUYET
PHƯƠNG PHÁP ĐO NHỊP TIM
Nhịp tim là một thông số sức khỏe rất quan trọng, liên quan trực tiếp đến toàn bộ hoạt động của hệ thống tim mạch trong cơ thể, đơn vị tính là số nhịp đập/phút (bpm) Tim đập ôn định sẽ bơm một lượng máu đều đặn đến khắp nơi trên cơ thể, cung cấp day đủ 6 xi, chất dinh dưỡng cho hoạt động của các tế bào Theo thông tin y tế trên các website và diễn dan, chỉ số nhịp tim của người bình thường sẽ thay đổi theo từng lưới tuổi như sau: e Trẻ sơ sinh: 120-160 nhip/phut. e Trẻ nhỏ từ 1-12 tháng tuổi: 80-140 nhịp/phút. e Trẻ nhỏ từ 1-2 tuổi: 80-130 nhịp/phút. e Trẻ nhỏ từ 2-6 tuổi: 75-120 nhịp/phút. e Trẻ nhỏ từ 7-12 tuổi: 75-110 nhịp/phút. e© Người lớn trên 18 tuổi: 60-100 nhịp/phút. e Vận động viên, người tập thé hình: 40-60 nhip/phtt.
Thông thường người càng khỏe mạnh, thi nhịp tim càng thấp, nhưng nếu thấp dưới giới hạn bình thường thì có thể đã bị mắc hội chứng nhịp tim chậm Nhìn chung, nếu nhịp tim chậm không gây ra triệu chứng thì không cần điều trị, nhưng một khi gặp phải triệu chứng nặng (hay ngất xỉu) thì cần phải dùng thuốc, thậm chí cần phải được cây máy tạo nhịp tim vĩnh viễn Trường hợp xấu nhất khi nhịp tim quá chậm (dưới 30 lan/ phút), 6 xy não bị thiếu tram trọng dẫn tới tình trạng ngất xiu, néu các biện pháp làm tăng nhịp tim không được thực hiện kip thời có thé dẫn đến tử vong.
Hiện nay, có các phương pháp do nhip tim dang được áp dung như sau:
- Phương pháp thủ công: Nhịp tim là chỉ số đo lường tốc độ (nhanh hay chậm) của quả tim đang đập Đôi khi, nhịp tim còn được gọi là mạch Nhịp tim có thé được cảm nhận rõ ràng ở 2 cổ tay, đặc biệt là phía bên ngón tay cái Thông thường, khi muốn đo mạch, người ta sẽ đặt nhẹ ngón trỏ và ngón giữa lên vùng này rồi đếm số nhịp đập trong 10 giây Từ đó, ta suy ra số nhịp đập trong 1 phút Ưu điểm của phương pháp này là ít tốn kém chi phi đầu tư thiết bị Tuy nhiên, kết quả đo phụ thuộc nhiễu kinh nghiệm, tay nghề của bác sĩ, nhân viên y tế, đặc biệt không thé đo, theo dõi nhịp tim khi đang vận động.
Hình 2.1: Cách bat mach do nhip tim
- Sử dung thiết bi điện tử: Hiện nay, trên thi trường có bán một số thiết bị điện tử có kha năng đo được nhịp tim như: vòng đeo tay Fitbit Charge 2, Withings, Sony smartband 2, Xiaomi Miband 2 Ưu điểm của các thiết bị này là cho phép người dùng có thể theo dõi nhịp tim trong suốt quá trình vận động hàng ngày Nhà sản xuất có cung cấp phần mềm cai đặt trên smartphone kết nối với thiết bị đo dé hiển thị kết quả nhưng chúng ta không thé lay các dữ liệu đo nhịp tim từ cảm biến gửi về Dé làm được việc này, chúng ta cần tốn một số tiền tương đối lớn dé mua bản quyền phan mềm. a) Fitbit Charge 2 (giá 3.650.000 VND)
Trang 5 b) Sony Smartband 2 (giá 2.390.000 VND)
Mi Band @ c) Xiaomi Miband 2 (giá 500.000 VND)
Hình 2.2: Một số loại vòng đeo tay giám sát sức khỏe trên thị trường
2.1.2 Phương pháp đo Đề tài sử dụng phương pháp đo nhịp tim bang cách chiếu ánh sáng đỏ và ánh sáng hong ngoại lên da để phát hiện sự thay đổi của ánh sáng phản xạ thu được theo các nhịp đập của tim với nguyên lý như sau:
- Khi tim co bóp, máu được day đi khắp cơ thé làm tăng áp suất máu ở động mạch nên cường độ ánh sáng phản xạ trên da sẽ tăng.
- Khi tim giãn ra, máu được thu ngược về tim làm giảm áp suất máu ở động mạch nên ánh sáng phản xạ trên da sẽ giảm.
Chính sự tăng, giảm áp suất máu trong động mạch sẽ làm thay đôi cường độ ánh sáng phan xạ trên da với tần số thay đối đúng bang với nhịp đập của tim Tín hiệu thu
Trang 6 cần được khuếch đại trước khi đưa vào cảm biến để đếm số lần biến động này và đây chính là nhịp tim cần theo dõi.
Dải bước sóng thường sử dụng để đo nhịp tim như sau: ánh sáng đỏ từ 600- 750nm, ánh sáng hong ngoại từ 850-1000nm. Đề tài lựa chọn cảm biến Max30100 để đo nhịp tim vì nó đáp ứng các tiêu chí sau đây:
- Max30100 là cảm biến quang học được tích hợp sẵn bộ LED phát 2 bước sóng
660nm, 880nm (thuộc dải bước sóng nêu trên) và bộ tách sóng quang đặt trên cùng board mạch cách nhau 2-3mm để phát hiện tín hiệu nhịp tim.
- Kích thước nhỏ gọn để thiết kế đeo tay.
- Mức điện áp, dòng điện hoạt động thấp (điện áp: từ 1,8-3,3V; dòng điện: từ
- Năng lượng tiêu thụ ở chế độ chờ không đáng kế (0,7 wA) nhằm duy trì nguồn cung cấp lâu hơn và luôn sẵn sàng kết nối để hoạt động.
- Cho phép người dùng điều chỉnh tỉ lệ lẫy mẫu và dòng tiêu thụ của LED.
- Đề tăng độ chính xác khi đo nhịp tim, nguồn sáng luôn được phát với cường độ không đổi Ngoài ra, sự thay đối ánh sáng phản xạ là rất nhỏ nên cảm biến Max30100 đã được tích hợp bộ khuếch đại tín hiệu thu, bộ triệt nhiễu và bộ ADC (14 bit) trước khi tính toán giá tri nhịp tim.
Mô tả cảm biến Max30100 được sử dụng để đo nhịp tim:
Hình 2.3: So đồ chân cảm bién Max30100
Bảng 2.1: Chức năng các chân của cảm biến Max30100
PIN NAME FUNCTION 1,7,8,14 | NC No conection Connect to PCB Pad for Mechanical Stability
2 SCL [2C clock input 3 SDA I2C clock data, Bidirectional (open drain) 4 PGND Power ground of the LED driver blocks 5 IR_DRV IR LED cathode and LED driver connection point Leave floating in circuit.
6 R_DRV Red LED cathode and LED driver connection point Leave floating in circuit.
9 R_LED+ Power supply (Anode connection) for Red LED Bypass to
PGND for best performane Connected to IR_LED+ internally.
10 IR_LED+ | Power supply (Anode connection) for IR LED Bypass to
PGND for best performane Connected to R_LED+ internally.
II VDD Analog power supply input Bypass to GND for best performance.
13 INT Active low interrupt (open drain).
2.1.3 Cach dat thiét bi do
Về nguyên tac có thé đặt bộ LED phát va Photodiode ở bat cứ noi nào trên co thé có động mach, các vị trí thường chọn như: dau ngón tay, lỗ tai, cổ tay, khuỷu tay.
Nhiéu từ ánh sáng môi trường vào Photodiode có thé coi là không đổi nên phép do sẽ càng tin cậy nếu như tín hiệu ánh sáng Photodiode nhận được là lớn nhất Nếu đặt cảm biến ở khuỷu tay hay cô tay thì sẽ có lợi do áp suất máu trong động mạch biến động rất lớn Vì vậy, tôi đã lựa chọn vi trí đặt thiết bị đo ở cỗ tay dé thuận tiện cho việc đeo thiết bị và mang tính thâm mỹ.
Bộ LED phát sẽ truyền ánh sáng hong ngoại vào vùng cô tay, một phan trong số đó được phản xạ trở lại bởi mạch máu dưới da Photodiode sẽ thu được phân ánh sáng phản xạ này Cường độ ánh sáng phản xạ phụ thuộc vào lưu lượng máu trong động mạch Chính vì vậy, mỗi khi tim đập sự thay đối ánh sáng hong ngoại phan xạ sẽ được phát hiện bởi các Photodiode Bằng cách sử dụng một bộ khuếch đại được tích hợp sẵn trên board mạch cảm biến, những thay đổi nhỏ của biên độ ánh sáng phản xạ sẽ được khuếch đại thành một xung Từ chu ky của xung ta có thé tính toán được nhịp tim Gia trị nhịp tim này sẽ được kiểm tra, néu nam trong khoảng cho phép nêu trên thì giá tri này sẽ được lưu lại, nếu không nó sẽ bị huỷ.
Việc đo chu kỳ được thực hiện lặp lại một số lần đủ tin cậy và các kết quả đo sẽ được tính trung bình sau 5 đến 10 lần đo Từ giá tri trung bình này ta tính ra được nhịp tim của người tại thời điểm đo.
Racial artery of the human finger which reflects bon! at an intensity proportional to the blood volume ô* ằ
Hình 2.4: VỊ trí đặt bộ LED phát va photodiode (cach 2-3mm) Độ chính xác của kết quả đo còn phụ thuộc vào việc đặt cố định thiết bị đo trên cô tay và khả năng che chắn, khả năng chống nhiễu của cảm biến Max30100 do ánh sáng bên ngoài lọt vào Photodiode gây nhiễu tín hiệu thu được.
PHƯƠNG PHÁP ĐO NĂNG LƯỢNG VẬN ĐỘNG
Trong y học, năng lượng tiêu thụ của cơ thể thường được tính theo don vi cal
(đọc la calo) Mot cal tương đương với 4,184 J (đơn vi đo năng lượng su dụng trong hệ đo lường quốc tế SI) Hiện nay, đa số các loại dé uống, thực phẩm đều có in giá trị năng lượng cung cấp (calo) trên bao bì Ví dụ: 1 lon sô-đa có cung cấp 200 cal, 1 gói khoai tây chiên cung cấp khoảng 500 cal,
Thiết bị đo năng lượng vận động giúp chúng ta có thể tính toán lượng calo tiêu hao hàng ngày, qua đó chúng ta sẽ có giải pháp dé bù dap lại phần năng lượng tiêu tốn, giup CƠ thể không bị mệt mỏi, kiệt sức Hiện nay trên thị trường có bán các thiết bị với chức năng này như giá thành cao (ví dụ như các loại vòng đeo tay giám sát sức khỏe đã giới thiệu ở trên).
Qua tìm hiểu một số tài liệu liên quan, dé tài này sẽ lựa chọn phương pháp đo đạc, tính toán lượng calo tiêu thụ khi vận động với giá thành thấp, độ chính xác chấp nhận được và người dùng có thể dễ dàng mang theo bên mình để sử dụng Phương pháp được lựa chọn là sử dụng cảm biến gia tốc MMA8452Q deo ở cổ tay và được tích hợp với cảm biến nhịp tim Max30100 nêu trên thành một khối đeo tay.
Cảm biến này sẽ phát hiện cử động đánh tay trong quá trình di chuyển để ghi lại số bước chân vận động tương ứng, từ đó tính ra lượng cal/kcal tiêu hao trong quá trình luyện tập thé dục hoặc vận động sinh hoạt hằng ngày Đây là phương pháp thường được sử dụng để đánh giá hoạt động thể chất, tăng cường giám sát sức khỏe trong quá trình tập luyện phục hồi chức năng hoặc quản lý bệnh nhân.
Mô tả cảm biến MMA84520:
Top view oO oO Oo zs S
L- "hid Ht haat teas vopiol 1N so“ “ =“ 443 1NC BYP[ 2; 4 12°] GND DNC[ 3 3 441 | INT1 SCL[Ƒ 4) i 10 | GND
Hình 2.5: So đồ chân cảm biến MMA8452Q Bang 2.2: Chức năng các chân của cảm biến MMA8452Q
| VDDIO Internal power supply (1,62V-3 6V) 2 BYP Bypass capacitor (0,1 uF)
3 DNC Do not connect to anything, leave pin isolated and floating 4 SCL [2C serial clock (open drain)
5 GND Connect to ground 6 SDA [2C serial data 7 SAO I2C least significant bit of the device I2C address, [2C 7- bit address = Ox1C 8 NC Internally not connected 9 INT2 Inertial interrupt 2, output pin 10 GND Connect to ground
II INITI Inertial interrupt |, output pin 12 GND Connect to ground
13 NC Internally not connected 14 VDD Power supply (1,95V-3,6V) 15 NC Internally not connected 16 NC Internally not connected (can be GND or VDD)
Cảm biến MMA8452Q là một cảm biến gia tốc 03 trục thông minh có độ nhạy cao, công suất tiêu thụ thấp và có thé lập trình linh hoạt theo mục đích sử dụng Nguồn cung cấp từ 1,95-3,6V thông qua các chân VDD, GND, tín hiệu được giao tiếp theo chuẩn °C thông qua 02 chân SDA, SCL.
Bang cách đặt cảm bién trên các vùng cơ thể (như cánh tay, eo, hoặc chân), ta có thể đo được thông sỐ gia tốc chuyển động theo 3 trục x, y, z Tu đó tính được được tốc chuyển động tổng hợp của cơ thé, dé phân tích và đếm số bước chân vận động.
Hình 2.6: Mô tả cách đặt 3 trục x, y, z trên cơ thé người.
Khi chuyển động hay đi bộ thì gia tốc 3 trục x, y và z có biên độ thay đối khác nhau được thể hiện rõ qua hình dưới đây:
— acceleration on x axis 4 1 —— acceleration on y axis }
Hình 2.7: Biéu diễn dạng các tín hiệu gia tốc theo trục x, y, Z.
[Ly J | ^ 4 [82 = Seeyez; acceleration on x axis a —s3 = x+5y+z; — | ẽ J | i / ! | y+Z; acceleration on y axis
— 84 = xtyt5z; l l ee n a J3" ~~ acceleration on z axis
Hình 2.8: Tin hiệu gia tốc thu được khi chưa qua bộ lọc.
: | ae EviyTx, acceleration on x axis aT ƒÌ\ TX 7\ : ma — acceleration ony axis nã Si A LN || | ma ——— acceleration on z axis
ACCELERATION (m/s”) 3 oo Ly } \ X : nN S af 250 300 350 400 450 500 time index
Hình 2.9: Tín hiệu gia tốc thu được xử ly bằng bộ loc.
Tín hiệu gia tốc trục x, y, z sẽ được đưa qua bộ lọc, khuếch đại và bộ ADC (12 bit) tích hợp săn trên board mach của cảm biến MMA8425Q Từ đó, chúng ta tính được gia tốc chuyền động của cơ thé theo công thức toán học: điểng hop = SGF{ (ax? + ay” + az”)
Từ đồ thị biến thiên của gia tốc 03 trục x, y, z và công thức tinh toán atdng hop nêu trên, suy ra gia tốc chuyển động cũng sẽ biến thiên liên tục từ giá tri cực đại đến giá tri cực tiểu trong quá trình di chuyền Vì vậy, nếu ta lựa chọn 01 ngưỡng giá trị năm giữa 2 mức cực đại và cực tiểu thì gia tốc chuyển động sẽ dao động qua lại mức ngưỡng này Bang cách đếm số lần gia tốc chuyển động vượt qua cao hon/ giảm xuống thấp hơn mức ngưỡng, ta có thé đếm được số bước chân đã thực hiện.
Việc tính số kcal tiêu hao dựa trên số bước chân được thực hiện theo công thức như sau:
Năng lượng tiêu hao (calo) = Số bước chân * 0,045 (calo/bước)
2.2.3 Cách đặt thiết bị đo Đối với dé tài này, tôi lựa chon vị trí đặt cảm biến gia tốc 3 trục MMA8452Q ở cô tay vì các nguyên nhân sau:
- Trong lúc di chuyên, tay và chân là 2 bộ phận có biên độ cử động lên xuông lớn nhât so với phân còn lại của cơ thê người (ví dụ như vùng eo).
- Việc đặt ở cổ tay cho phép tích hợp cảm biến đếm bước chân với cảm biến đo nhịp tim ở phần trên thành một khối đeo tay, thuận tiện để mang theo bên người mọi lúc mọi nơi.
PHƯƠNG PHÁP DO DUONG HUYET
Tiểu đường là bệnh mà cơ thể không sản xuất đủ lượng Insulin cần thiết để duy trì mức độ đường huyết bình thường trong cơ thé (từ 70-110 mg/dl trước khi ăn và dưới 140 mg/dL sau khi ăn 2 gid) Insulin là hormone cho phép đường (glucose) vào tế bào để sản sinh năng lượng cho cơ thể Những người mắc bệnh tiểu đường hoặc người bat đầu có dấu hiệu bệnh tiêu đường cần phải thường xuyên giám sát, theo dõi lượng đường trong máu để điều chỉnh chế độ ăn uống, điều trị hợp lý, kết hợp vận động, luyện tập thể dục điều độ.
Ngày nay, bệnh tiêu đường là một trong những căn bệnh nguy hiểm, de dọa cuộc sống của nhiều người trên thế giới Theo thống kê toàn cầu vào năm 2013, có 382 triệu người mắc bệnh tiểu đường trên toàn thế giới, chi phí chữa trị toàn cau trong năm 2014 được ước tính khoảng $ 612.000.000.000 USD Riêng ở Việt Nam, số người mac bệnh tiểu đường tăng gấp đôi trong vòng 10 năm Bệnh tiểu đường xếp vào top đầu những bệnh nguy hiểm nhất hiện nay, cũng giống như bệnh ung thư hay HIV, bênh tiểu đường cũng phát triển một cách thầm lặng, âm i, chỉ đến khi bệnh có biểu hiện ra bên ngoài thì lúc đó dường như đã quá nặng nên việc điều trị sẽ gap rất nhiều khó khăn, đặc biệt điều đáng sợ nhất là những biến chứng cực kỳ nguy hiểm như mù lòa, tàn phế, nhiễm trùng mau, suy thận mãn tính, bệnh tim mach Tuy nhiên, đối với các bệnh nhân quản lý tốt nồng độ đường huyết thì sẽ hạn chế được các biến chứng nêu trên hoặc mức độ ít nghiêm trọng hơn.
Vi vậy, điều quan trọng là phải theo dõi chặt chẽ nồng độ đường huyết để dam bảo nó là luôn nằm trong phạm vi bình thường Hiện nay, có nhiều thiết bị hoặc hướng nghiên cứu về việc đo nồng độ đường huyết Tuy nhiên, chúng ta có thể chia thành 02 nhóm phương pháp chính như sau: s%* Nhóm phương pháp xâm lan
- Sử dụng máy đo đường huyết của các hãng phô biến trên thị trường hiện nay như: Omron, Johnson (One touch ultra), General Life Biotechnology (Meditouch);
Beurer, Mỗi khi kiểm tra chúng ta phải trích một lượng máu ở các đầu ngón tay, điều đó gây ra đau don và bat tiện (đối với những người sợ khi thay máu) Mỗi lần kiểm tra tương đương với một lần thực hiện việc xét nghiệm máu, nếu thời gian dài sẽ tốn khá nhiều thời gian và chi phí.
Hình 2.10: Máy đo đường huyết Hình 2.11: Máy đo đường huyết
Omron HGM-111 One Touch Ultra
- Hoặc một phương pháp khác là dùng thiết bi đo đường huyết được cay dưới da, điều này rất dễ gây tốn thương trong quá trình cấy ghép và phải thay mới thiết bị theo định kỳ theo khuyến cáo của bác sĩ. s%* Nhóm phương pháp không xâm lan
Phương pháp không xâm lẫn là sự thay thé hoàn hảo cho phương pháp trích giọt máu vì loại bỏ hoàn toàn sự đau đớn cho người bệnh Ngày nay, nhiều công trình nghiên cứu đã chứng minh kết quả của phương pháp không xâm lẫn đáng tin cậy.
Nhiều phương pháp đã được sử dụng chang hạn như: hồng ngoại, quang ảnh, siêu âm, huỳnh quang Hầu hết đều cho thấy kết quả có sự tương quan tốt so với kỹ thuật xâm lan Các công trình nghiên cứu như sau: e J.G.Proakis and D.G.Manolakis Digital Signal Processing, 1992: Macmillan, http://itl7 elte hu/~zsolt/Oktatas/editable_Digital_Signal_Processing_Principles_Algori thms_and_Applications_Third_Edition.pdf [5]
Anh sáng cận hồng ngoại bước sóng 1550nm được sử dung dé do hàm lượng glucose Băng cách đặt LED phát và photodiode ở hai bên của thùy tai, chúng ta sẽ thu được quang phổ của ánh sáng truyền qua Cường độ ánh sáng cận hong ngoại di qua các thùy tai phụ thuộc vào lượng đường trong máu của khu vực đó Thùy tai đã được lựa chọn do không có các mô xương và độ dày tương đối nhỏ Ánh sáng cận hồng ngoại suy giảm sau khi truyền qua thùy tai được lẫy mẫu và xử lý Bộ lọc RC được kết noi với dau ra của photodiode dé giảm nhiễu tan số cao.
Một thông số vật lý có ảnh hưởng đến việc do glucose là độ dày mô thùy tai. Đây là một van đề khi tiễn hành đo cho nhiều người có độ dày thùy tai khác nhau Độ dày mô xác định quãng đường ánh sáng truyền qua, do đó khi chiều dài đường truyền lớn hơn sẽ cho kết quả thu được yếu hơn Độ dày mô được đo bằng LED màu xanh lá cây Sơ đồ của phương pháp:
Lignt xung LCD Tes \ Drivers PWMs Glucose
Hình 2.12: Sơ đồ do glucose bằng ánh sáng cận hồng ngoại 1550nm e _ Hệ thống giám sát Glucose trong máu không xâm lấn dựa trên Phân phối đa - Cảm biến Thông tin dung hợp của Multi -Wavelength NIR
Sử dụng 03 LED phát và 03 LED thu hoạt động ở bước sóng từ 1400-1800nm có công suất đầu ra là 5mW Tiến hành lắp đặt hệ thống do glucose theo sơ đồ như sau:
| !_ "body tissue tướm: kệ —*ẹIR LD arrays MŨ output const ant | erystal coatroller current source oscilator :
Hình 2.13: Hệ thống giám sát glucose đa bước sóng
Tín hiệu quang pho thu được sé di qua bộ khuếch đại rồi đến bộ ADC Dữ liệu đo glucose sau khi số hóa sẽ được hiển thị trên màn hình theo dạng đồ thị xu hướng như hình bên dưới.
= Per#xrrraree is 00679911, Goal íz 0.001 10 * * l * * tạ -*
Hình 2.14: Đường cong biéu diễn nồng độ glucose trong máu e Jyoti Yadav, Asha Rani, Vijender Singh “Near-Infrared LED based Non- invasive Blood Glucose Sensor” (2014) International conference on Signal Processing and Integrated Network, IEEE-2014, PP.591-594 [11]
Các tác giả đã giới thiệu 1 loại cảm biến glucose hoạt động dựa trên nguyên lý ánh sáng cận hồng ngoại bước sóng 940nm Họ đã dùng ánh sáng 940nm dé phân tích thử nghiệm trên nhiều nồng độ glucose khác nhau. e Nina Korlina Madzhil, Sarah Addyani Shamsuddin, Mohd Firadus Abdullah
“Comparative Investigation Using GaAs (950nm), GaAIAs (940nm) and InGaAsP (1450nm) Sensors for Development of Non-Invasive Optical Blood Glucose Measurement System” IEEE International Conference on Smart Instrumentation, Measurement and Aplication, November 2014, PP.1-6 [12]
CÁC LINH KIỆN SỬ DỤNG
Arduino Nano là một bo mạch vi điều khiển có kích thước nhỏ gon, được thiết kế và sản xuất bởi hãng Gravitech, dùng để lập trình tương tác với các thiết bị phần cứng như cảm biến, động cơ, đèn hoặc các thiết bị khác Điểm nỗi bật của các bo
Arduino là môi trường phát triển ứng dụng rất đơn giản, dễ sử dụng, với một ngôn ngữ lập trình có thé học một cách nhanh chóng ngay cả với người ít am hiểu về điện tử và lập trình Và điều làm nên hiện tượng Arduino chính là mức giá khá thấp và phần mềm hỗ trợ có thé tải miễn phí.
Arduino Nano có 2 phiên bản: Arduino Nano 3.x (sử dụng Atmega 328) và
Arduino Nano 2.x (sử dụng Atmega 168) Ở dé tài này, tôi sử dụng trên vi điều khiến
Thông số kĩ thuật: e Vị điều khiến: Atmega 328 (ho 8 bit). e IC nạp và giao tiếp UART: CH340. e Dién ap hoat dong: 5VDC. e Dong tiéu thu: 30mA. e Dòng tối đa trên 1 chân I/O: 40mA. e Số chân Digital: 14 chân, trong đó có 6 chân PWM. e Số chân Analog: 8 chân. e Flash Memory: 32KB. e SRAM: 2KB. e EEPROM: IKB. e Clock Speed: 16MHz. e Tich hợp LED báo nguon, LED chân D13, LED RX, TX. e Tích hop IC chuyển điện áp 5V LM1117. e Kích thước: 1,85cm x 4,3cm.
Reset Button EDs ICSP Header | Í Pin 13 (L) LED
RX Pin MM ARDUINO JCC A Ground Pin
Reset Pin -% tuy nàn 2 eae 4 Reset Pin ơRĐT
— Input Rhee eeee ¢: Pins Digital Pins — -
Hinh 2.15: Board mach Arduino Nano
Trang IS ¢ Serial: 0 (RX) va 1 (TX) Được sử dung để nhận (RX) và truyền tải (TX) dữ liệu nối tiếp Các chân này được kết nỗi với các chân tương ứng của FTDI USB-to- TTL nối tiếp chip. ôe Ngắt bờn ngoài (2, 3): Cỏc chõn cú thộ được cấu hỡnh để kớch hoạt ngắt với một giá trỊ thấp, một cạnh lên và xuống, hoặc một sự thay đôi về giá tri. e PWM (3,5,6,9, 10, 11): Cung cap 8-bit đầu ra PWM với chức năng Analog
Write. e SPI: 10 (SS), 11 (MOSD, 12 (miso), 13 (SCK) Những chân SPI hỗ trợ thông tin liên lạc, được cung cấp bởi các phan cứng co bản, hiện không có trong ngôn ngữ
Arduino. ¢ LED (13): Có một built-in LED kết nối với pin số 13 Khi pin ở mức giá trị cao, đèn LED sẽ được bật. ô_ Arduino Nano cú 8 ngừ vào analog, mỗi ngừ vào cung cấp độ phõn giải 10 bit (tương đương với 1024 giá trị khác nhau) Theo mặc định, điện áp tương tự từ 0 đến 5V, mặc dù nó có thé thay đối giá trị cận trên của phạm vi điện áp ngõ vào băng cách sử dụng chức năng Analog Reference Ngoài ra, một số chân có chức năng chuyên ngành. ô I?C: 4(SDA) và 5 (SCL) Hỗ trợ giao tiộp PC (TWI). e Aref: điện áp tham chiếu cho các đầu vào tương tự Được sử dụng với chức năng Analog Reference. ¢ Thiết lập lại: tính năng này dé thiết lập lại các vi điều khiến Thường sử dụng nút reset dé thực hiện chức năng này.
Arduino Nano có thể giao tiếp với máy tính, Arduino khác hoặc vi điều khiển khác Các Atmega 328 cung cấp UART TTL (5V) giao tiếp theo kiểu nói tiếp, trong đó có sẵn trên các chân số 0 (RX) và 1 (TX) Một FTDI FT232RL trên các kênh thông tin liên lac được nói tiếp qua cổng USB và trình điều khiến FTDI (kèm với phan mềm Arduino) cung cấp một cổng COM ảo trên phần mềm máy tính Các phần mém Arduino cho phép truyền dữ liệu đến, đi một cách đơn giản với kit Nano RX va TX LED trên board mạch sẽ nhấp nháy khi dữ liệu dang được truyền qua FTDI chip va USB kết nối với máy tính (nhưng không cho giao tiếp nối tiếp trên các chân 0 và 1).
Một thư viện Software Serial cho phép giao tiếp nối tiếp trên bất kỳ chân kỹ thuật số của kit Nano.
Cảm biến Max30100 là kết hợp giữa bộ LED phát (660nm và 880nm), photodiode, bộ tối ưu quang học và xử lý tín hiệu analog nhiễu thấp dé thực hiện chức
Trang 19 năng đo nông độ oxi và nhịp tim Điện áp làm việc từ 1.8-3.3V và công suất tiêu thụ thấp cho phép duy trì nguồn cấp trong một khoảng thời gian khá dài.
Có hai cách tính nhịp tim:
Cách 1: đếm số đỉnh nhịp tim trong thời gian 10 giây thì nhịp tim trong 1 phút được tính như sau:
Nhịp tim = số đỉnh x 6 (nhịp/phút).
Cách 2: đo khoảng thời gian giữa hai đỉnh nhịp tim.
Nhịp tim = 60 (s) thoi gian giữa hai đỉnh nhip tim (nhip/phut).
Doan chuong trinh cua cam bién Max30100 str dụng cach thứ hai để xác định nhịp tim. ° MAX30100
PULSE OXIKIETER AND HEART-RATE e NC L) NC L) NC
Hinh 2.16: Cam bién Max30100 Đặc tính kỹ thuật: Đơn giản hóa thiết kế cho tính năng đo nồng độ oxi và đo nhịp tim.
Tích hop LED, cảm biến quang hoc và Analog Font-End hiệu suất cao.
Kích thước nhỏ gọn, 5,6mm x 2,8mm x |,2mm, có 14 chân. Điện thé hoạt động thấp giúp tăng tuổi thọ pin cho các thiết bị đeo.
Có thé lập trình cho tỉ lệ lay mẫu và dòng LED dé tiết kiệm điện năng.
Dòng điện ở trạng thái nghỉ khá thấp (0.7 ¿A) ít tiêu tốn điện năng.
Tỉ số tín hiệu trên nhiễu khá tốt cung cấp khả năng chống rung động cơ học.
Tính năng hạn chê sự ảnh hưởng của ánh sáng môi trường.
Trang 20 e Tốc độ lay mẫu cao. e Dữ liệu đầu ra nhanh.
Các hệ thông phụ SpO>:
Bên trong cảm biến MAX30100 được tích hợp bộ triệt nhiễu ánh sáng bên ngoài
(ALC), bộ ADC (14 bit) và bộ lọc thời gian rời rac.
Bộ ADC là bộ chuyên đổi analog sang số hoạt động liên tục với độ phân giải lên đến 14 bit Tốc độ dữ liệu dau ra có thé được lập trình từ 50Hz đến 1kHz MAX30100 có một bộ lọc thời gian rời rac để loại bỏ thành phan nhiễu tan số 50Hz/60Hz và nhiễu tần số thấp từ môi trường xung quanh.
MAX30100 có một cảm biến nhiệt độ trên chip cho phép đo đạc sự phụ thuộc nhiệt độ của SpOa Các thuật toán SpOa tương đối kém nhạy với bước sóng của IR LED (880nm), nhưng các bước sóng của đèn LED đỏ (660nm) là rất quan trọng trong việc chuẩn xác, hiệu chỉnh các dữ liệu Dữ liệu cảm biến nhiệt độ có thé được sử dụng dé tính toán bù vào những lỗi SpO> do thay đối nhiệt độ môi trường xung quanh.
MAX30100 tích hợp 01 LED đỏ và 01 LED hồng ngoại được điều khiến bởi các xung LED Các LED hiện tại có thể được lập trình từ 0mA đến 50mA với nguồn cung cấp điện áp phù hợp Độ rộng xung LED có thé được lập trình từ 200us đến 1,6ms dé tối ưu hóa độ chính xác đo lường và điện năng tiêu thụ theo từng trường hợp sử dụng.
Do nhịp tim bang phương pháp quang học:
- Khi tim đập, máu sẽ được dồn đi khắp cơ thé qua các động mạch, tạo ra sự thay đối về áp suất và lưu lượng máu bên trong thành động mach Vì vậy, ta có thé đo nhịp tim bang cách đo những sự thay đôi đó.
Hình 2.17: Dạng tín hiệu nhịp tim
- Khi lượng máu trong thành động mạch thay đổi sẽ làm thay đổi mức độ hấp thụ/ phản xạ ánh sáng của động mạch, do đó khi ánh sáng có cường độ không đối được chiếu đến động mạch dưới da thì cường độ ánh sáng sau khi phản xạ sẽ biến thiên đồng bộ với nhịp tim. i
Hình 2.18: Dang tín hiệu anh sang phan xạ
- Anh sáng phản xa trên cổ tay gồm 2 thành phan AC va DC:
+ Thành phan DC đặc trưng cho cường độ ánh sáng cô định phản xạ trên các phân mô, xương và tĩnh mạch.
+ Thành phần AC đặc trưng cho cường độ ánh sáng phản xạ thay đổi khi lượng máu truyền qua động mạch thay đối, tần số của tín hiệu này đồng bộ với tần số nhịp tim.
Nếu ta lọc bỏ thành phần DC sẽ thu được tín hiệu AC đồng bộ với tín hiệu nhịp tim.
2.4.3 Cảm biến gia tốc 3 trục MMA8452Q
CAC CHUAN GIAO TIEP 1 Giao tiếp ỨC
PC là một chuẩn truyền thông nối tiếp đa chip chủ (multi-master), cụm từ PC là tên viết tat của “Inter Intergrated Circuilt’, một chuan giao tiép được phat minh boi Philips’ semoconductor vào năm 1980 nham don giản hóa việc trao đôi dữ liệu giữa các
Hình 2.21: Bus IˆC và các thiết bi ngoại vi Giao tiép ỨC được thực hiện trên hai đường SDA va SCL được nối với nguồn VCC thông qua một điện trở tùy thuộc vào thiết bị ngoại vi Thông thường gia trị điện trở này năm trong khoảng từ 1K Ohm đến 4,7K Ohm.
Trên Bus °C, thiết bị chủ (Master) năm quyền điều khiển dữ liệu theo 2 chiều và tạo xung clock theo một chiều dé quản lý các thiết bị tớ (Slave) trong suốt quá trình giao tiếp thông qua địa chỉ của mỗi thiết bị tớ Vì vậy, sẽ không có sự nhằm lẫn khi trên bus °C có nhiễu thiết bị tớ cùng kết nối.
Master SDA Slave Master SDA Slave
SCL SCL Hình 2.22: Hướng di của các đường truyền 2C
Việc thực hiện giao tiếp IC cần phải tuân theo các tiêu chuẩn và điều kiện giao tiếp để quá trình giao tiếp thành công.
- Điều kiện START: điều kiện khởi dau, báo hiệu bắt dau giao tiếp.
- Điều kiện STOP: báo hiệu kết thúc một giao tiếp.
- Điều kiện Repeated START: tín hiệu tiếp tục giao tiếp.
START condition STOP eorrj4lon
Hình 2.23: Giản đồ tín hiệu điều kiện START va STOP Cả hai điều kiện START va STOP déu được thiết bị chủ tạo ra Sau tín hiệu điều kiện START, bus °C được đua vao trạng thái làm việc (busy) Sau khi Bus lˆC trở về trạng thái rảnh, sẽ sẵn sàng cho phép một giao tiếp mới khi tín hiệu điều kiện STOP được tạo ra từ thiết bị chủ.
Sau khi tín hiệu START được tao, trong quá trình giao tiếp nếu muốn không dừng lại mà vẫn tiếp tục thì thiết bị chủ thay vì đưa ra tín hiệu STOP sẽ tạo ra tín hiệu Repeated START đều có chức năng như nhau.
Giao tiếp PC hoạt động với 3 chế độ khác nhau:
Tuy nhiên dù hoạt động ở chế độ nào Giao tiếp I?C van dựa trên nguyên tac quan hệ chủ - tớ Thiết bị chủ (A) muốn giao tiếp với thiết bị tớ (B) Thiết bị A cần phải xác định địa chỉ của thiết bị B đồng thời quyết định việc đọc hay ghi dữ liệu vào B Sau khi việc đọc hoặc ghi hoàn thành, thiết bị A sẽ kết thúc quá trình giao tiếp bằng cách đưa ra tín hiệu STOP. Để đảm bảo quá trình giao tiếp truyền nhận được diễn ra chính xác, bắt buộc phải kèm theo bit ACK sau mỗi byte truyén đi được nhận Khi không nhận được đúng địa chỉ hoặc kết thúc quá trình giao tiếp thiết bi sẽ gửi một tín hiệu NACK.
Hình 2.24: Tín hiệu ACK và NACK
Dữ liệu truyền đi trong một lần với số byte là không giới hạn Bit có trọng số cao nhất sé được truyền di dau tiên, các bit sẽ được truyền đi lần lượt Sau 8 xung clock trên day SCL thì 1 byte dữ kiệu được truyền đi Lúc này thiết bị nhận sau khi nhận đủ 8 bit đữ liệu sẽ kéo chân SDA xuống mức thấp tạo một xung ACK ứng với xung thứ 9 trên dây SCL để báo đã nhận đủ 8 bit.
START ADDRESS RW ACK DATA ACK DATA ACK STOP condition condition
Hình 2.25: Giản đồ truyền dữ liệu IC 2.5.2 Giao tiếp UART
UART hay còn gọi là truyền thông nối tiếp không đồng bộ Đây là cách truyền thông mà trong quá trình truyền chỉ cần một đường truyền kết nối Khung dữ liệu được chuẩn hóa bởi các thiết bị nên không cần đường xung nhịp báo trước dữ liệu đến.
Chính vì thế truyền thông nói tiếp không đồng bộ được xem là hiệu quả hơn truyền thông đồng bộ Tuy nhiên việc tuân thủ các tiêu chuẩn truyền là rất quan trọng, nó ảnh hưởng đến sự thành công khi thực hiện đường truyền.
Trang 27 Đặc điểm của truyền thông UART:
- Tốc độ Band: Là số bit truyền trong 1 giây Dé đảm bảo việc truyền và nhận không đồng bộ xảy ra thành công thì các thiết bị tham gia truyền nhận phải thống nhất nhau về khoảng thời gian dành cho 1 bit truyền.
- Khung truyền: Dé đảm bao dữ liệu không bị mất hoặc sai lệch trong quá trình truyền, khung truyền đưa ra một số quy cách nhất định tạo nên sự thành công trong quá trình truyền nhận Khung truyền bao gồm các quy định về số bit trong mỗi lần truyén, các bit thông báo như sau bit Start, bit Stop, các bit kiểm tra như Parity, ngoài ra khung truyền cũng quy định về số lượng các bit trong một data.
- Start: là bit đầu tiên được truyền trong một khung truyền, bit này có chức năng báo cho thiết bị nhận biết được sắp có một gói dữ liệu được truyền Day là bit bat buộc phải có trong khung truyền.
- Data: là nội dung thông tin chính mà chúng ta cần gửi và nhận Số bit của data với chuẩn UART thường là 7 hoặc 8 bit Trong lúc truyền, dữ liệu UART được truyền theo nguyên tắc bit có trọng số thấp nhất (LSB) được truyền trước và bit có trọng số cao nhất (MSB) được truyền sau cùng.
- Parity: bit parity được sử dụng để kiểm tra dữ liệu truyền đi là đúng hay sai. Đây không phải là bit bắt buộc trong khung truyền, vì vậy chúng ta có thé loại bỏ bit này trong khung truyền khi không cần thiết.
- Stop: đây là một yếu tố để cảnh báo cho thiết bị nhận biết rang một gói dữ liệu đã được gửi xong Sau khi nhận được bit này, thiết bị sẽ tiến hành kiểm tra khung truyền dé đảm bảo tính chính xác của dữ liệu Stop bits là bit bắt buộc trong khung truyền.
NGON NGỮ LAP TRÌNH VÀ CAC PHAN MEM HỖ TRỢ
C là ngôn ngữ lập trình khá quen thuộc đối với người học lập trình với những tính năng chung như sau:
Cú pháp đơn giản, linh hoạt trong cách lập trình và dễ sử dụng, vì vậy đây là ngôn ngữ lập trình được nhiều người sử dụng.
C 1a ngôn ngữ lập trình cấp cao, được sử dụng rất phô biến dé lập trình hệ thong cùng với ngôn ngữ Assembly và phát triển các ứng dụng.
Vào những năm cuối thập ky 60 đầu thập kỷ 70 của thé ky XX, Dennish Ritchie (làm việc tại phòng thí nghiệm Bell) đã phát triển ngôn ngữ lập trình C dựa trên ngôn ngữ BCPL (do Martin Richards đưa ra vào năm 1967) và ngôn ngữ B (do Ken
Thompson phát triển từ ngôn ngữ BCPL vào năm 1970 khi viết hệ điều hành UNIX đầu tiên trên máy PDP-7) và được cài đặt lần đầu tiên trên hệ điều hành UNIX của máy
Năm 1978, Dennish Ritchie và B.W Kernighan đã cho xuất bản quyền “Ngôn ngữ lập trình C” và được phô biến rộng rãi đến nay Đây là ngôn ngữ lập trình gan giống với ngôn ngữ Assembly vì vậy nó dễ dàng tiếp cận phần cứng hơn so với các ngôn ngữ cấp cao khác Đồng thời đây cũng là ngôn ngữ lập trình đặt nền tảng cho sự phát triển của các ngôn ngữ cấp cao sau này như C++, C#, Java, Javascript
Lúc ban dau, C được thiết kế nhăm mục dich lập trình trong môi trường của hệ điều hành Unix để hỗ trợ cho các công việc lập trình phức tạp Nhưng về sau, với những nhu cầu phát triển ngày một tăng của công việc lập trình, C đã vượt qua khuôn khổ của phòng thí nghiệm Bell và nhanh chóng hội nhập vào thế giới lập trình và sử dụng một cách rộng rãi Sau đó, các công ty sản xuất phần mềm lần lượt đưa ra các phiên bản hỗ trợ cho việc lập trình bằng ngôn ngữ C và chuẩn ANSI C cũng được khai sinh từ đó.
Ngôn ngữ lập trình C là một ngôn ngữ lập trình hệ thống rất mạnh và rất linh hoạt (flexible), có một thư viện gồm rất nhiều các ham (function) đã được tạo sẵn.
Người lập trình có thể tận dụng các hàm này để giải quyết các bài toán mà không cần phải tạo mới Hơn thế nữa, ngôn ngữ C hỗ trợ rất nhiều phép toán nên phù hợp cho việc giải quyết các bài toán kỹ thuật có nhiều công thức phức tạp Ngoai ra, C cũng cho phép người lập trình tự định nghĩa thêm các kiểu dữ liệu trừu tượng khác Tuy nhiên, điều mà người mới vừa học lập trình C thường gặp rắc rối là hơi khó hiểu do sự linh hoạt trong cách viết của C Dù vay, C vẫn được pho bién kha rong rai va da tro thanh một công cụ lập trình được nhiều người học tập, sử dụng.
Ngôn ngữ C có những đặc diém cơ ban sau: ô Tớnh cụ đọng (compact): C chỉ cú 32 từ khúa chuẩn và 40 toỏn tử chuẩn, nhưng hau hết đều được biểu diễn bằng những chuỗi ký tự ngắn gọn. ¢ Tinh cấu trúc (structured): C có một tập hợp những chi thị của lập trình như cầu trúc lựa chọn, lặp Từ đó các chương trình viết bằng C được tổ chức rõ ràng, dễ hiểu. ¢ Tính tương thích (compatible): C có bộ tiền xử lý và một thư viện chuẩn vô cùng phong phú nên khi chuyển từ máy tính này sang máy tính khác các chương trình viết bằng C vẫn hoàn toàn tương thích. ô Tớnh linh động (flexible): C là một ngụn ngữ rất uyễn chuyển và cỳ phỏp, chấp nhận nhiều cách thể hiện, có thé thu gon kích thước của các mã lệnh làm chương trình chạy nhanh hơn. ¢ Biên dịch (compile): C cho phép biên dịch nhiều tập tin chương trình riêng rẽ thành các tập tin đối tượng (object) và liên kết (link) các đối tượng đó lại với nhau thành một chương trình có thé thực thi được (executable) thông nhất.
Trang 29 Ưu điểm của C là lập trình kiểu cấu trúc vì vậy khá đơn giản, mạch lạc, có day đủ tập lệnh và có thể lập trình tái sử dụng thư viện.
Ngày 12/7/2010, Google chính thức giới thiệu công cụ lập trình trực quan App
Inventor dùng để phát triển phần mém ứng dụng chạy trên hệ điều hành Android Day là công cụ lập trình đơn giản, tiện lợi dành cho mọi người, hiện nay được dùng pho biến là phiên ban App Inventor 2.
Với công cụ App Inventor 2, chúng ta có thể tự xây dựng phần mềm ứng dụng cho thiết bị di động trên hệ điều hành Android Bạn có thể xây dựng phần mềm ứng dụng bất kỳ theo ý tưởng của mình. Để dùng được App Inventor 2, bạn không nhất thiết là lập trình viên App Inventor 2 không đòi hỏi bạn phải có kiến thức về lập trình Thay vì viết các câu lệnh, bạn có thể thiết kế bộ mặt ứng dụng theo ý mình một cách trực quan và lắp ráp các thẻ lệnh để diễn đạt chức năng của phần mém.
App Inventor 2 có sẵn đủ loại thẻ lệnh giúp bạn làm mọi việc với điện thoại Android: thẻ lưu giữ thông tin, thẻ lặp lại thao tac nao đó nhiều lần, thẻ thực hiện thao tác với điều kiện định trước Thậm chí có cả thẻ lệnh giúp bạn liên lạc với các dịch vụ trên mạng như Twitter App Inventor 2 rất dễ dùng và cũng rất mạnh mẽ.
Phần mém ứng dụng của bạn có thé lưu trữ dữ liệu do người dùng tạo ra trong một cơ sở dt liệu App Inventor cho phép truy xuất bộ định vị GPS, bạn có thể tạo ra những ứng dụng phụ thuộc vi trí của bạn Bạn có thể tạo ra ứng dụng giúp bạn ghi nhớ vị trí đậu xe của mình, ứng dụng hiển thị vị trí của bạn bè trong một buổi trình diễn ca nhạc, hiển thị vi trí của các đồng nghiệp trong một cuộc hội thảo hoặc ứng dụng hướng dẫn đi lại trong trường học, trong cơ quan, ứng dụng hướng dẫn tham quan một viện bảo tàng nào đó.
App Inventor thực chất là một ứng dụng web, chạy bởi trình duyệt trên máy tính cá nhân Tuy nhiên, người dùng vẫn phải cài đặt một phần mềm Java mang tên App Inventor Extras, có nhiệm vụ điều khiến điện thoại Android (kết nối với máy tính thông qua cong USB) Nhờ vay, người dùng có thể nhanh chóng chuyển ứng dụng từ máy tính cá nhân qua điện thoại Android để chạy thử.
Nhóm dự án App Inventor tai Google dự định bố sung những bộ mô phỏng điện thoại Android để có thể sử dụng App Inventor mà không cần có điện thoại Android thực sự gắn vào máy tính Điểm noi bật của App Inventor là nó cho phép ban vừa thiết kế ứng dụng vừa xài thử ứng dụng đó trực tiếp trên chiếc điện thoại Android đang được kết nối với máy tính Tất cả các công đoạn viết phần mềm đều thông qua giao diện dé họa trực quan theo kiểu WYSIWYG (What you see is what you get) mà không can ban
Trang 30 phải đụng tới một đoạn mã nào Các chỉ dẫn trên màn hình khá dễ hiểu để bạn có thể tiền hành viết phan mém ngay mà không nhất thiết phải xem qua các bản hướng dẫn sử dụng.
Palette Viewer Components Properties Basi | th @ 5:09 PM A Screen}
Text for CheckBox1 te YEI _Tewt for Button]
Hình 2.26: Giao diện của App Inventor 2
THIET KE HE THONG 3.1 HE THONG THEO DOI NHIP TIM, NANG LUONG VAN DONG
Hệ thống theo dõi nhịp tim và năng lượng vận động được thiết kế thành một khối có kích cỡ nhỏ gọn để đeo tay Hệ thống này được chia thành 02 khối như sau:
Cam bién gia toc MMA8452
| k= Bo xu ly trung tam => Bluetooth
Arduino Nano HCO5 Cam bién nhip tim
Hình 3.1: So đỗ khối hệ thong do nhịp tim, năng lượng van động 3.1.2 Khối đeo tay
Phần cứng của khối deo tay bao gồm ba thành phan chính: các cảm biến (nhịp tim, gia tốc 3 trục), bộ xử lí trung tâm (Arduino Nano), module truyền thông không dây (bluetooth HC05) Ngoài ra, còn một số thành phan phu nhu: mach nap, pin — mach sac.
Bộ xử lý trung tam: su dung board mach Arduino Nano kích thước 1,85cm x
4,3cm; điện thé hoạt động 5V; có tinh năng tiết kiệm năng lượng (low power) Arduino Nano đóng vai trò là bộ xử lý trung tâm giao tiếp I?C với các module cảm biến dé lay thông số đo lường nhịp tim và gia tốc vận động Bộ xử lý trung tâm có nhiệm vụ thu thập giá trị gửi, sau đó sử dụng công thức tính toán, quy đổi sang thông số y học rồi gửi kết quả cho module bluetooth (HC05) thông qua giao tiếp UART (Universal
Các cảm biến: sử dụng cảm bién nhịp tim Max30100 và cảm biến gia tốc 3 trục MMAS8452Q kích thước nhỏ gọn, điện thé hoạt động từ 1,8-3,3V, công suất tiêu thụ thấp đã được giới thiệu ở chương số 2 — Cơ sở lý thuyết.
Thiết bị bluetooth: sử dung module bluetooth HC05 có tan số làm việc 24 GHz, điện thế hoạt động 3,3/5V, kích thước 2,8cm x 1,5cm, chuẩn bluetooth 2.0 dé truyền các dữ liệu từ bộ xử lý trung tâm sang smart phone.
Bộ nguồn: sử dụng Pin sạc Lithium 3.7V-500mAh, kích thước 5,9cm x 3,7cm có khả năng cấp nguôn liên tục cho hệ thống trong 3 giờ.
Mach nạp Burn-E: dùng trong quá trình nạp code chương trình điều khiến vào bộ xử lý trung tâm.
Chương trình điều kién (code): là chương trình điều khiến các cảm biến, tính toán thông số do SƠ cấp để quy đôi ra nhịp tim và năng lượng vận động, định thời gian gửi dữ liệu lên điện thoại thông qua module bluetooth Chương trình được viết theo ngôn ngữ lập trình C, được thực hiện trực tiếp trên giao diện Arduino IDE Sau khi hoàn tat, chương trình được nạp vào kit Arduino Nano để chạy.
Khối hiển thị hỗ trợ người dùng trong việc theo dõi các thông số sức khỏe, bao gồm:
Smart phone: các điện thoại thông minh có hỗ trợ kết nối bluetooth theo chuẩn 2.0 trở lên, được cài đặt phan mém hién thi tu viét.
Phan mêm hiển thi: được viết băng ứng dụng App Inventor 2, sau đó cai đặt trên smart phone băng cách quét mã QR.
Việc sử dụng smartphone dé hién thị kết qua đo nhịp tim, năng lượng van động là do những nguyên nhân sau:
- Thiết bị hiển thị phải luôn được mang theo người để khi cần có thể kiểm tra nhịp tim, năng lượng vận động ngay lập tức Trong thời đại hiện nay, hầu như mọi người đều mang điện thoại thông minh bên cạnh để phục vụ nhu cầu liên lạc, giải trí.
Vì vậy, việc tích hợp thêm phần mềm hiển thị kết quả do 2 thông số nêu trên vào điện thoại sẽ mang lại nhiều thuận tiện cho người dùng.
- Cảm biến đo nhịp tim và cảm biến vận động được thiết kế thành 1 khối cho người dùng đeo ở tay và di chuyển một khoảng cách xa nên không thể lúc nào cũng truyền được dữ liệu về 01 máy tính dé bàn cô định Nếu chon laptop để nhận dữ liệu thì vẫn có thé thực hiện được nhưng kích thước khá to, cồng kênh, người dùng phải mang vác nặng không thoải mái khi di chuyển.
- Điện thoại thông minh ngày nay có khả năng xử lý và lưu trữ rất lớn Vì vậy, nếu muốn mở rộng thêm các tính năng như: bỗ sung thêm các thông số sức khỏe, vẽ dé thị biểu diễn thông số sức khỏe theo thời gian thì chúng ta có thé cải tiến phần mềm hiển thị được cài đặt trên smartphone.
0 'vũ
HE THONG THEO DOI DUONG HUYET 1 Sơ đồ hệ thống
Hệ thống theo dõi đường huyết được thiết kế thành một khối để bàn do nhu cầu theo dõi thông số đường huyết không cần phải liên tục theo thời gian mà chỉ thực hiện vào những thời điểm dự định trước trong ngày (sáng, chiêu, tối, trước khi ăn, sau khi ăn) Hệ thống này được chia làm 02 khối như sau:
| 1 Module thu, ẹ phỏt hồng ngoại Bộ xử lý trung tõm
Khối đặt tại chỗ phải đảm bảo yêu cau thiết kế nhỏ gọn vừa phải, thâm mỹ, có độ bền cao chống va đập Khối này bao gồm các thành phan như sau: module LED thu phát hồng ngoại, bộ xử lí trung tâm, cáp kết nối truyền dữ liệu.
Bộ xử lý trung tâm: van sử dung board mach Arduino Nano tương tự hệ thống theo dõi nhịp tim, năng lượng vận động.
Module thu, phát hông ngoại: sử dụng 01 LED phát và 01 LED thu hong ngoại bước sóng 940nm kết hợp với mạch lọc và mạch khuếch đại tín hiệu.
Cáp kết noi: dùng dé cấp nguồn 5V cho bộ xử lý trung tâm, nạp chương trình điều khiến từ máy tính đến bộ xử lý trung tâm, truyền dữ liệu đo đường huyết để hiển thị trên máy tính.
Phần quan trọng nhất trong việc thiết kế khối đặt tại chỗ là việc tự thiết kế module thu, phát hồng ngoại.
Một đèn LED cận hồng ngoại được sử dung dé phát tia sáng bước sóng 940nm. Đèn LED này thường được làm bang vật liệu gallium arsenide hoặc aluminium gallium arsenide Đèn LED có khả năng chịu được dòng điện 100mA và điện ap 2,5V Đề giảm thiểu sự bién động của dòng điện qua LED, một mạch cấp nguồn không đôi được thiết kế băng transistor BC557 PNP và mạch khuếch đại Op-amp LM358 Sơ đồ mạch được thể hiện trong hình bên dưới.
Hình 3.4: So đồ mach phát tín hiệu 940nm Ở phía thu, tại đầu ra của photodiode, tín hiệu thu được thường bị nhiễu bởi sóng điện từ hoặc do xê dịch vi trí đặt Đề loại thành phần nhiễu tần số cao ta cần sử dụng bộ lọc 2 tầng, đồng thời dùng Op-amp LM358 để khuếch đại tín hiệu ở đầu ra của photodiode Mạch tín hiệu thu được hiển thị trong hình bên dưới.
Hình 3.5: So đỗ mạch thu tín hiệu 940nm
Tín hiệu tương tự ở đầu Vou của mạch thu sẽ đi qua bộ chuyển đổi ADC thành tín hiệu số và được lưu trữ trên bộ đệm Arduino Nano sẽ sử dụng tín hiệu số hóa này vào giải thuật phân tích, tính toán đường huyết.
Khối hiển thị gồm laptop được cài đặt ứng dụng Arduino IDE để viết chương trình, đồng thời hiển thi các thông số theo dõi đường huyết Ngoài ra, trên bo mach do đường huyết còn có gắn 01 màn hình LCD cỡ nhỏ để đọc trược tiếp giá trị đo.
Hình 3.6: Ảnh thực tế hệ thống đo đường huyết 3.3 GIẢI THUAT PHAN MEM
3.3.1 Giai thuat do nhip tim
Xác định thời gian giữa 2 lần có tín hiệu nhịp tim
Lấy 60s chia cho thời gian đo ta thu được giá trị nhịp tim
Do giá tim từ 5-10 lần để tính giá trị trung bình
Nếu giá trị trung bình Sai từ 60-160 bom
Truyền kết quả nhịp tim trung
Hình 3.7: Lưu đồ giải thuật đo nhịp tim
Hình trên mô tả tất cả các bước chính của giải thuật đo nhịp tim Chỉ tiết các bước trong quá trình đo nhịp tim được miều tả như sau:. s* Giải thu ât xúc định moi lan dap của tim:
Hình 3.8: Dữ liệu đo nhịp tim thu được từ cảm biến
Theo hình trên, ta thấy đường màu xanh dương là dữ liệu được lấy ra từ cảm biến, khi có một nhịp đập của tim thì biên độ xung tăng lên trong một thời gian ngăn sau đó giảm dần Chu kỳ này được lặp lại liên tục và tuần hoàn.
Trong các thuật toán đo nhịp tim, cụ thé là thuật toán đi kèm theo cảm biến Max30100 sẽ cung cấp cho chúng ta cách xác định các lần đập của tim một cách chính xác bằng cách: vẽ 1 đường thắng năm ngang gọi là mức ngưỡng, đường này sẽ được tính băng tín hiệu cao nhất cộng với tín hiệu thấp nhất chia cho đôi Khi biên độ xung vượt lên khỏi mức ngưỡng thì vi xử lí sẽ xác định đây là một xung hay một lần nhịp đập của tim Tuy nhiên, trong quá trình đọc tín hiệu từ cảm biến vẫn có nhiễu hoặc do cảm biến hoạt động không chính xác, vì vậy thỉnh thoảng vẫn có khả năng gây ra tình trạng doc sai nhịp tim.
Hình 3.9: Thuật toán ban dau dé xác định 1 lần tim đập Để tránh tinh trạng này, chúng ta có thể thêm vào một số yếu tô dé hoàn thiện thuật toán này Bang cach đặt thêm một mức ngưỡng nữa, như vay chúng ta sẽ có 2 đường: một mức ngưỡng trên và một mức ngưỡng dưới như hình sau đây:
Trang 39 we Tin liệu nhịp tim
— Nowone trén trên lân | trên lần 2 —— Ngưỡng dưới l \ , | \ | \ | \ | \
— ee oY, ‘ ⁄ MZ " j “9 / dưới lan |
Hình 3.10: Thuật toán hoàn chỉnh dé xác định | lần tim đập Cuối cùng cách xác định một lần đập của tim được thực hiện như sau:
Tín hiệu đầu tiên vượt qua mức ngưỡng trên không dùng để xác định lần đập của tim mà dé làm một bước chuẩn bị là tín hiệu đã đo được nhịp tim.
Tín hiệu xung dưới ngưỡng hợp lệ phải là tín hiệu đã đi qua ngưỡng trên | lần và thấp hơn mức ngưỡng dưới.
Tổng kết lại từ các nội dung trên đưa ra tín hiệu của một lần đập tim hợp lệ phải thỏa điều kiện như sau: đi qua ngưỡng trên một lần, xuống thấp hơn ngưỡng dưới một lần và đi qua ngưỡng trên thêm một lần nữa.
% Cách tính sé nhịp tim: lânđậpl lần đập2
Hình 3.11: Chu ky nhịp tim
Dé tính nhịp tim ta cần xác định chính xác 2 lần tim đập liên tiếp và đo thời gian giữa 2 lần đập Thường thì nhịp tim sẽ được tính là số nhịp trên phút (bpm), nên ta chỉ cần lây 60s chia cho thời gian t(s) sẽ được SỐ nhịp tim Công thức cụ thể như sau: ae 60s Nhip tim (bpm) = —
3.3.2 Giải thuật tính năng lượng vận động
Năng lượng vận động được tính băng cách đêm sô bước vận động nhân với lượng calo tiêu hao trung bình trên môi bước. s* Đêm số bước vận động:
Khi di chuyển, con người có xu hướng đánh tay theo chu kỳ từ trước ra sau rồi tir sau về trước Quá trình này được lặp đi lặp lại trong suốt quá trình bước đi va số lần đảo chiều đánh tay (tw trước ra sau thành từ sau VỀ trudc và ngược lại) cũng chính là số bước chân đã vận động.
HIEN THI KET QUA 1 Hién thị kết qua hệ thong đo nhịp tim, năng lượng vận động
Việc gửi dữ liệu hiển thị lên Smart phone thông qua module bluetooh HC05 được thực hiện theo phương thức UART Trên điện thoại cần phải cài đặt phần mềm hiền thị các giá trị do được viết băng App Inventor 2.
Hình 3.14: Mô hình tong quát quá trình truyền dữ liệu
Giao diện thiết kế và sơ đô thiết kế của phần mém được thể hiện trong các hình bên dưới:
STEP
KET QUÁ DO DAC, THU NGHIEM
4.1 DO NHIP TIM, NANG LUONG VAN DONG
Bước 1: Kết nỗi hệ thong với máy tính.
- Dùng dây cáp tương thích để tạo kết nối vật lý từ máy tính đến bo mạch
- Vào Tool, chọn các mục Board và Port đê khai báo loại bo mach su dụng và công kết nôi với máy tinh.
5 Blink | Arduino 1.6.1 [File Edit Sketch Help
Auto Format Archive Sketch Fix Encoding & Reload Serial Monitor Ctri+Shift+M = Serial Plotter Ctrl+Shift+L
Hình 4.1: Kết nối hệ thong đo nhịp tim, năng lượng vận động với may tính
Bước 2: Cài đặt phần mềm hiển thị kết quả lên Smart phone và tạo kết nối bluetooth giữa Smart phone với Hệ thong do nhịp tim, nang lượng van động dé nhan dữ liệu do.
- Đăng nhập vào tài khoản trên trang web: http://ai2.appinventor.mit.edu, chon Build > App (provide QR code for apk) sé thu được mã QR như sau:
Barcode link for Recerve_data
Note: this barcode is only valid for 2 hours See the FAQ for info on how to share your app with others
Hình 4.2: Mã QR của phan mềm hiển thị - Dùng smart phone quét mã QR để tai file phần mềm về điện thoại.
- Chạy file cài đặt để hoàn tất Lưu ý, việc cài đặt phan mềm hién thị lên Smart phone chỉ thực hiện vào lần đầu tiên.
- Dùng Smart phone quét tín hiệu bluetooth của module HC05 dé thực hiện ghép nối bluetooth Như vậy, Smart phone đã có thể nhận kết quả đo nhịp tim và năng lượng vận động.
Bước 3: Nap code vào bộ xử lý trung tâm, tiến hành đo thực tế.
- Mở đoạn code đo nhịp tim và năng lượng vận động bằng phần mềm Arduino Nano Lưu ý, ngắt 02 chân tín hiệu RX, TX của bộ xử lý trung tâm Arduino Nano.
- Nhap chuột lần lượt vào biểu tượng verify OF upload A) sau khi thanh công, phan mềm Arduino IDE sẽ hiển thị dòng thông báo Done uploading như hình bên dưới.
Sketch uses 928 bytes (3%) of program storage space Maximum is 30, 72
Hình 4.4: Nap code thành công vào bộ xử lý trung tam
- Ngắt dây cáp kết nối máy tính với hệ thống, gạt công tắc cho phép 02 chân tín hiệu TX, RX của bộ xử lý trung tâm truyền, nhận dt liệu với module bluetooth HC05.
Như vậy, hệ thông đã sẵn sàng hoạt động.
4.1.2 Nhận xét, đánh giá kết quả
* Kết quả đo nhịp tim sử dụng hệ thống tự thiết kế so sánh với kết quả do sử dụng Iphone được liệt kê trong bảng bên dưới:
Bảng 4.1: Kết quả đo nhịp tim trung bình của tác giả sử dụng Iphone và Hệ thống tự thiết kế Đơn vị tính: nhịp/phút x 5 Do băng hệ thong tự thiéet kê
Lân do Đo băng Iphone Đặt ớ ngón tay Đặt ở cỗ tay
Trang 4S à š Do bang hệ thống tự thiết kế
Lân do Đo băng Iphone Đặt ớ ngón tay Đặt ở cỗ tay
Nguôn: Kết quả nghiên cứu thực tế
Ta thấy kết quả thu được từ hệ thống tự thiết kế tương đối phù hợp với kết quả tham khảo được đo băng Iphone Tuy nhiên, vi trí đặt hệ thong cũng có anh hưởng đến kết quả thu được, cụ thé:
+ Néu do 6 ngon tay (hé thong dat tai ban): két quả do trung bình sai lệch 1,7 nhịp/phút so với kết quả tham khảo đo băng Iphone, tương đương 2,15%.
+ Nếu đo ở cô tay (hệ thống được đeo tay): kết quả đo trung bình sai lệch 3 nhịp/phút so với kết quả tham khảo do băng Iphone, tương đương 3,79%.
Ngoài ra, dé tài cũng tiễn hành đo nhịp tim trung bình của 20 người bằng cách sử dụng Iphone và hệ thống tự thiết kế Kết quả thu được như sau:
Bảng 4.2: Kết quả đo nhịp tim trung bình của 20 người bằng Iphone và Hệ thống tự thiết kế Đơn vị tính: nhịp/phút
STT Do bằng Iphone : Do bằng hệ thống tự thiết kế Đặt ớ ngón tay Đặt ở cô tay Người thứ 1 784 76,2 723 Người thứ 2 69,8 710 66,5 Người thứ 3 87,6 895 82,0 Người thứ 4 81,5 82.4 76,2 Người thứ 5 80,7 78,6 748 Người thứ 6 67,9 69,5 64,1 Người thứ 7 78,5 76,7 71,8 Người thứ 8 73,7 74,0 69,2 Người thứ 9 85,1 83,2 80,4
STT Do bing Iphone : Đo bằng hệ thống tự thiết kế Đặt ớ ngón tay Đặt ở cô tay Người thứ 10 78,2 76,6 74,0 Người thứ 11 915 91,0 854 Người thứ 12 88,2 89,1 82,6 Người thứ 13 74,9 76,1 70,7 Người thứ 14 65,1 67,0 62,8 Người thứ 15 73 72.0 69,9 Người thứ l6 80,6 82,0 78,2 Người thứ 17 89.8 87,2 83,6 Người thứ 18 796 77,1 74,7 Người thứ 19 89,1 874 82,8 Người thứ 20 88,4 90,5 81,5
Nguôn: Kết quả nghiên cứu thực tế
“+ Kết qua do năng lượng vận động sử dụng Iphone và hệ thống tự thiết kế được liệt kê trong 02 bảng dưới đây:
Bảng 4.3: Kết quả đo năng lượng vận động của 20 người bằng Iphone.
- Thực tế Kết qua đo bang Iphone Sai lêch STT So bước | Calo tiêu hao| Sôbước | Calo tiêu hao (call)
(bước) (cal) (bước) (cal) Người thứ | 45 2,25 49 245 0.20 Người thứ 2 73 3,65 102 5,10 1,45 Người thứ 3 94 4,70 105 5,25 0.55 Người thứ 4 120 6,00 131 6,55 0.55 Người thứ 5 123 6,15 136 6,80 0,65 Người thứ 6 105 5,25 119 5,95 0,70 Người thứ 7 208 10,4 220 11,0 0,60 Người thứ 8 74 3,70 78 3,90 0.20 Người thứ 9 77 3,85 84 4,20 0.35
Người thứ 10 110 550 118 5,90 0,40 Người thứ 11 268 134 278 13,9 0,50 Người thứ 12 94 4,70 106 530 0,60 Người thứ 13 84 4,20 98 4,90 0,70 Người thứ 14 116 5,80 126 6,30 0,50 Người thứ 15 250 125 262 13,1 0,60 Người thứ 16 192 9 60 198 9,90 0,30 Người thứ 17 170 8,50 180 9,00 0,50
- Thực tế Kết qua đo bang Iphone Sai lêch
STT So bước | Calo tiêu hao | Sobudc | Calo tiêu hao (cal)
(bước) (cal) (bước) (cal) Người thứ 18 97 4.85 106 530 0.45 Người thứ 19 124 6,20 136 6,80 0,60 Người thứ 20 280 14.0 294 14,7 0,70
Nguôn: Kết quả nghiên cứu thực tế Bang 4.4: Kết quả do năng lượng vận động của 20 người băng Hệ thống tự thiết kế k Ket qua do bang hé thon
Lần do Thực te , tự thiết ke Sai lệch
So bước | Calo tiêu hao So bước Calo tiêu hao (cal) (bước) (cal) (bước) (Cal)
Người thứ 1 45 2,25 48 240 0,15 Người thứ 2 73 3,65 78 3,90 0.25 Người thứ 3 94 4,70 102 5,10 0.40 Người thứ 4 120 6,00 126 6,30 0,30 Người thứ 5 123 6,15 128 6.40 0.25 Người thứ 6 105 5,25 110 5,50 0.25 Người thứ 7 208 104 216 10,8 0.40 Người thứ 8 74 3,70 S0 4,00 0,30 Người thứ 9 77 3,85 82 4,10 0.25 Người thứ 10 110 5,50 118 5,90 0.40 Người thứ 11 268 13.4 275 13,8 0.35 Người thứ 12 94 4,70 102 5,10 0.40 Người thứ 13 84 4,20 95 4,75 0.55 Người thứ 14 116 5,80 122 6,10 0,30 Người thứ 15 250 12,5 257 12,9 0.35 Người thứ l6 192 960 198 9.90 0.30 Người thứ 17 170 8,50 180 9.00 0.50 Người thứ 18 97 4.85 102 5,10 0.25 Người thứ 19 124 6,20 128 6.40 0.20 Người thứ 20 280 14.0 282 14,1 0,10
Nguôn: Kết quả nghiên cứu thực tế
Ta thấy kết quả đo bằng hệ thống tự thiết kế khá phù hợp với thực tế và kết quả đo sử dụng điện thoại Iphone Tuy nhiên, vẫn còn một số yếu tố ảnh hưởng như sau:
+ Trường hợp đứng yên tại chỗ nhưng vẫn cử động đánh tay thì hệ thống vẫn đếm là 1 bước.
+ Gia tốc đánh tay của mỗi người là khác nhau và thường xuyên thay doi không đều khi bước đi Vì vậy, việc đặt mức ngưỡng điều kiện dé phát hiện ra | lần cử động đánh tay chỉ tương đối chính xác.
Kêt quả đo của hệ thông theo dõi nhịp tim, năng lượng vận động có sai sô so với thực tê do các nguyên nhân sau:
- Cảm biến nhịp tim Max30100 được nhà chế tạo sản xuất dùng để đo nhịp tim ở vị trí đầu ngón tay, điều này có nghĩa là các bước sóng (660nm, 880nm) cảm biến Max30100 sử dụng đã được kiểm tra, thử nghiệm đo đạc ở nhiều vị trí khác trên cơ thể và chọn ra vị trí đầu ngón tay là phù hợp nhất Việc dé tài tận dụng cảm biến Max30100 có sẵn trên thị trường để thiết kế hệ thống đeo tay đo đạc thường xuyên cũng dẫn đến kết qua đo thiếu chính xác (mô, xương ở cổ tay dày hơn ở ngón tay ảnh hưởng đến sự phản xạ ánh sáng).
- Việc đo nhịp tim trong quá trình vận động thể dục khó tránh khỏi những xê dịch nhỏ của thiết bị làm thay đổi khoảng cách từ LED đến mach máu dưới da và bi lọt sáng gây sai số.
- Cau tạo lớp da của mỗi người khác nhau (độ dày, màu sắc, độ 4m) cũng có ảnh hưởng đến độ chính xác trong từng trường hợp đo.
KET LUẬN - HUONG PHAT TRIEN DE TÀI
5.1 KET LUAN Đối với mục tiêu cu the: Đề tài “Thiết kế hệ thống theo dõi nhịp tim, năng lượng vận động, đường huyết” đã ứng dụng một phương pháp mới để đo đạc, tính toán các thông số sức khỏe Sản phầm của dé tài cũng đạt được một số kết quả nhất định so với mục tiêu ban đầu, cụ thể như sau:
- Thiết kế được hệ thống đo nhịp tim ứng dụng nguyên lý phản xạ ánh sáng để phát hiện sự thay đổi lượng máu dưới da, từ đó đếm được nhịp tim; Sử dụng cảm biến gia tốc dé phát hiện số bước vận động, từ đó tính toán lượng calo tiêu thụ.
- Thiết bị đo nhịp tim và năng lượng vận động nhỏ gọn, có thể đeo tay, giup người dùng có thé theo dõi hai thông số này một cách dé dàng nhanh chóng.
- Độ chính xác của thiết bị đo nhịp tim và năng lượng vận động chỉ là tương đối, phục vụ cho việc theo dõi trong quá trình luyện tập thé dục, thé thao thông thường, chưa thể áp dụng vào lĩnh vực y tế, khám chữa bệnh.
- Thiết bị đo đường huyết chưa phát hiện được sự thay đổi của ánh sáng cận hong ngoại khi xuyên qua các dung dich glucose nông độ khác nhau. Đôi với mục tiêu chung:
Tuy kết quả đo nhịp tim, năng lượng vận động chưa đạt tới độ chính xác như các thiết bị dùng trong y tế và tính năng đo đường huyết chưa thực hiện thành công nhưng dé tài cũng góp phan vào việc nghiên cứu, phát triển hệ thông giám sát sức khỏe.
Việc hoàn thiện các tính năng hiện tại, đồng thời tích hợp thêm những tính năng mới vào hệ thống trong tương lai sẽ đem đến rất nhiều yếu tổ thuận lợi cho các cơ sở y tế trong công tác khám chữa bệnh, nâng cao năng suất làm việc.
Với những định hướng trong việc thiết kế và các nguyên nhân sai số đã được phân tích ở trên, kết quả dé tài là những kinh nghiệm dé các nghiên cứu tiếp theo phát triển tốt hon, tiết kiệm được nhiều thời gian và công sức.
5.2 ĐỊNH HƯỚNG PHAT TRIEN CUA DE TÀI
- Cải thiện, nâng cao độ chính xác của hệ thống đo nhịp tim, năng lượng vận động bằng cách viết giải thuật lập trình ngăn gọn tối ưu hơn để tăng tốc độ xử lý, lựa chon một số cảm bién nhịp tim, cảm biến chuyển động mới hơn để sử dụng đo đạc và kiểm tra, so sánh kết quả với cảm biến MAX30100 và MMA8452Q dang sử dụng.
- Nghiên cứu phát triển thêm một số tính năng giám sát sức khỏe khác để tích hợp vào hệ thống như: huyết áp, nồng độ ô xi trong máu.
- Thiết kế lại mạch để thu gon kích thước từng khối nhăm thuận tiện hơn cho việc đeo thường xuyên trên tay.
- Đề tài chưa thực hiện việc đo nồng độ glucose trong máu Vì vậy, trong thời gian tới, có thé tiếp tục hoàn thiện tính năng này như sau:
+ Lựa chọn cặp LED thu — phát cận hồng ngoại có bước sóng nhạy nhất với sự thay đôi nồng độ glucose (từ 1450-1550 nm).
+ Thiết kế lại mạch khuếch đại có độ lợi đủ lớn dé phát hiện được sự thay đổi của tín hiệu thu sau khi xuyên qua dung dịch glucose.
+ Thiết kế dụng cụ để đặt cặp LED thu — phát hoàn toàn đối xứng, không bị ánh sáng bên ngoài lọt vào gây nhiễu trong quá trình đo đường huyết.
- Có thể mở rộng, phát triển đề tài thành một hệ thống chăm sóc sức khỏe ứng dung, có độ chính xác cao để sử dụng trong các cơ sở y tế (bệnh viện, trạm y tế, phòng mach) dé dan thay thé cho các phương pháp hiện hữu đang tốn nhiều thời gian, chi phí.