thiết kế thiết bị đeo tay phát hiện té ngã ở người cao tuổi

- Chương II: phân tích, lựa chọn các phương án thiết kế và các thành phần trong thiết bị cảnh báo té ngã cho người cao tuổi.. Mọi kết quả và thông tin được công bố trong Đồ Án Tốt Nghiệ

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT

KHOA ĐIỆN – ĐIỆN TỬ

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

ĐẠI HỌC NGÀNH: CÔNG NGHỆ KỸ THUẬT ĐIỀU KHIỂN VÀ TỰ

ĐỘNG HÓA

ĐỀ TÀI:

THIẾT KẾ THIẾT BỊ ĐEO TAY PHÁT HIỆN

TÉ NGÃ Ở NGƯỜI CAO TUỔI

Người hướng dẫn: Đỗ Hoàng Ngân Mi Sinh viên thực hiện: Trần Duy Tân Mã sinh viên: 2050551200223

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT

KHOA ĐIỆN – ĐIỆN TỬ

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

ĐẠI HỌC NGÀNH: CÔNG NGHỆ KỸ THUẬT ĐIỀU KHIỂN VÀ TỰ

ĐỘNG HÓA

ĐỀ TÀI:

THIẾT KẾ THIẾT BỊ ĐEO TAY PHÁT HIỆN

TÉ NGÃ Ở NGƯỜI CAO TUỔI

Người hướng dẫn: Đỗ Hoàng Ngân Mi Sinh viên thực hiện: Trần Duy Tân Mã sinh viên: 2050551200223

Đà Nẵng, tháng 06 năm 2024

NHẬN XÉT CỦA NGƯỜI PHẢN BIỆN

NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Giảng viên hướng dẫn: Đỗ Hoàng Ngân Mi

Sinh viên thực hiện: Trần Duy Tân Mã SV: 2050551200223

1 Tên đề tài:

Thiết kế thiết bị cảnh báo té ngã cho người cao tuổi

2 Các số liệu, tài liệu ban đầu:

- Đo nhịp tim, phát hiện té ngã, hiển thị số liệu qua App - Thông báo cho người thân qua số điện thoại

3 Nội dung chính của đồ án:

- Chương I: tổng quan về thiết bị cảnh báo té ngã cho người cao tuổi - Chương II: phân tích, lựa chọn các phương án thiết kế và các thành phần trong thiết bị cảnh

báo té ngã cho người cao tuổi - Chương III: thiết kế và chế tạo thiết bị cảnh báo té ngã cho người cao tuổi, kết quả thực nghiệm

của đồ án - Chương IV: kết luận và hướng phát triển

4 Các sản phẩm dự kiến

- Thiết bị đeo tay cảnh báo té ngã cho người già

- Hoàn thành báo cáo thuyết mình đề tài

- Chương trình điều khiển

5 Ngày giao đồ án: 15/01/2024 6 Ngày nộp đồ án: 03/06/2024

Đà nẵng, ngày 29 tháng 01 năm 2024

LỜI NÓI ĐẦU Lời đầu tiên, em xin chân thành gửi đến lời cảm ơn sâu sắc đến Ths Đỗ Hoàng Ngân Mi, người đã đồng hành, dẫn dắt và hướng dẫn em trong quá trình hình thành và

phát triển đồ án tốt nghiệp này

Theo đó, em muốn gửi gắm lòng biết ơn sâu sắc đến quý thầy cô trong Khoa Điện-Điện tử, Trường Đại học Sư Phạm Kỹ Thuật – Đại học Đà Nẵng Trong suốt

quá trình học tập tại đây, em đã nhận được sự hỗ trợ tận tình và không ngừng nghỉ từ phía thầy cô Các thầy cô đã luôn tạo điều kiện thuận lợi nhất và cung cấp một môi trường học tập chuyên nghiệp, năng động, nơi em có thể phát huy tối đa khả năng của mình

Nhờ sự hướng dẫn tận tâm, những kiến thức chuyên môn sâu rộng và kinh nghiệm quý báu mà các thầy cô đã truyền đạt, em đã có cơ hội xây dựng một nền tảng kiến thức vững chắc trong lĩnh vực Điện-Điện tử Điều này không chỉ giúp em phát triển trong thời gian học tại trường mà còn mở ra nhiều cơ hội trong tương lai Sự quan tâm và động viên của thầy cô đã giúp em vượt qua những thử thách và khó khăn trong quá trình học tập, từ đó giúp em tự tin hơn trên con đường sự nghiệp mà em đang hướng đến Em thực sự biết ơn và trân trọng những nỗ lực và tình cảm mà quý thầy cô đã dành cho em Những giá trị và bài học mà em học được từ các thầy cô sẽ luôn là hành trang quý giá, đồng hành cùng em trong mọi bước đường tương lai

Cuối cùng, sẽ thật thiếu sót nếu không đề cập đến gia đình của mình, đặc biệt là bố mẹ và những người bạn thân thiết Họ đã luôn ở bên cạnh, động viên và ủng hộ em trong mọi hoàn cảnh Chính niềm tin và tình yêu thương của họ đã giúp em vượt qua những khó khăn, thử thách trong quá trình học tập và làm việc Nhờ có sự đồng hành của bố mẹ và những người bạn, em đã luôn giữ vững tinh thần, quyết tâm phấn đấu và không ngừng nỗ lực để đạt được những thành quả như hôm nay Em thực sự biết ơn và trân trọng những tình cảm quý báu đó

Chân thành cảm ơn!

Tôi xin xác nhận rằng đồ án này được thực hiện dựa trên các tài liệu được tham khảo, không sao chép từ bất kỳ tài liệu hay công trình nào khác Toàn bộ quá trình thực hiện đồ án đều tuân theo các nguyên tắc về trung thực Mọi kết quả và thông tin được công bố trong Đồ Án Tốt Nghiệp "Thiết kế thiết bị đeo tay phát hiện té ngã ở người cao tuổi" đều là trung thực và phản ánh đúng công sức nghiên cứu của tôi[1]

Trong quá trình thực hiện, tôi đã tham khảo nhiều tài liệu, bao gồm các công trình nghiên cứu, sách giáo khoa, báo cáo khoa học và các nguồn tài liệu trực tuyến khác Tuy nhiên, tất cả các phần nội dung, phân tích, và kết quả được trình bày trong đồ án này đều là sản phẩm của sự tổng hợp, phân tích và nghiên cứu độc lập của tôi dựa trên các tài liệu tham khảo Tôi cam kết rằng không có bất kỳ phần nào của đồ án này được sao chép nguyên văn từ các nguồn tài liệu khác mà không có trích dẫn rõ ràng và hợp lệ

Bên cạnh đó, tôi đã tự mình tiến hành các thí nghiệm, thu thập và phân tích dữ liệu liên quan đến thiết kế và phát triển thiết bị đeo tay phát hiện té ngã ở người cao tuổi Các kết quả và thông tin này được trình bày một cách chính xác, không bị làm sai lệch, đảm bảo tính trung thực và đáng tin cậy của đồ án Tôi hoàn toàn chịu trách nhiệm về tính chính xác và trung thực của các thông tin và kết quả được công bố trong đồ án này

Sinh viên

Trần Duy Tân

NHÂN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN

NHẬN XÉT CỦA NGƯỜI PHẢN BIỆN

NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN

ĐỀ CƯỚNG ĐỒ ÁN

LỜI NÓI ĐẦU

LỜI CAM ĐOAN

1.2 Các giải pháp cảnh báo té ngã cho người cao tuổi 3

CHƯƠNG 2 PHÂN TÍCH, LỰA CHỌN CÁC PHƯƠNG ÁN THIẾT KẾ VÀ CÁC THÀNH PHẦN TRONG THIẾT BỊ CẢNH BÁO TÉ NGÃ CHO NGƯỜI CAO TUỔI 6

2.1 Các yêu cầu thiết kế đề xuất cho thiết bị cảnh báo té ngã cho người cao tuổi 6

2.2 Phân tích và lựa chọn các phương án thiết kế 6

2.2.1 Lựa chọn thiết bị hỗ trợ 6

2.2.2 Lựa chọn chip xử lí 8

2.2.3 Lựa chọn gateway 12

2.2.4 Lựa chọn ngôn ngữ lập trình 15

2.3 Các thành phần trong thiết bị cảnh báo té ngã cho người cao tuổi 18

2.3.1 Module ESP32 NodeMCU 18

2.3.5 Còi Buzzer báo động 21

2.3.5.1 Thông số kỹ thuật của còi Buzzer báo động 21

2.4 Các giao tiếp được sử dụng 26

2.4.1 Chuẩn giao tiếp I2C 26

2.4.2 Giao tiếp UART 28

2.4.3 Giao tiếp SPI 29

2.5Các bước nạp chương trình cho vòng tay 30

2.6 Giới thiệu về nền tảng IOT đa năng cho mọi phần cứng 32

2.6.1 Giới thiệu về Blynk 32

2.6.2 Cách Hoạt động của Blynk 32

2.6.3 Đặc Tính Nổi Bật của Blynk 32

CHƯƠNG 3 THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO THIẾT BỊ CẢNH BÁO TÉ NGÃ CHO NGƯỜI CAO TUỔI 34

3.1Thiết kế phần cứng 34

3.1.1Thiết kế vòng tay 34

3.1.1.1 Sơ đồ khối của vòng tay 34

3.1.1.2 Hình ảnh tổng thể của vòng tay trước khi đóng hộp 35

3.1.1.3 Hình ảnh vòng tay sau khi hoàn thiện 35

3.1.2.1 Sơ đồ khối của gateway 36

3.1.2.2 Hình ảnh tổng thể gateway 37

3.1.2.3 Sơ đồ mạch 2D của gateway 37

3.1.3 Nguyên lý đo nhịp tim 41

3.2 Thiết kế phần mềm 42

3.2.1 Giao diện app Blynk trên máy tính 42

3.2.2 Giao diện app Blynk trên điện thoại 47

CHƯƠNG 4 KẾT LUẬN 49

4.1 Kết quả đạt được 49

4.2Hướng phát triển 50

Hình 1.1 Phát hiện té ngã bằng phương pháp quấy rầy 3

Hình 1.2 Phát hiện té ngã bằng phương pháp không quấy rầy 4

Hình 2.16 Sơ đồ chân pinout của Atmega328P 20

Hình 2.17 Cảm biến gia tốc MPU605024 20

Hình 2.18 Sơ đồ đấu nối của cảm biến gia tốc MPU6050 21

Hình 2.19 Còi buzzer báo động 21

Hình 2.20 Hình Sơ đồ đấu dây của còi buzzer 22

Hình 2.28 Giao tiếp I2C 27

Hình 2.29 Sơ đồ khối giao tiếp UART 28

Hình 2.30 Truyền thông giao tiếp UART 29

Hình 3.1 Sơ đồ khối vòng tay 34

Hình 3.2 Hình ảnh tổng thể của vòng tay trước khi đóng hộp 35

Hình 3.3 Hình ảnh vòng tay sau khi hoàn thiện sản phẩm 35

Hình 3.4 Mạch in 2D của vòng tay 36

Hình 3.5 Sơ đồ khối gateway 36

Hình 3.6 Hình ảnh tổng thể gateway 37

Hình 3.7 Sơ đồ mạch in 2D của gateway 37

Hình 3.8 Lưu đồ thuật toán của vòng tay 38

Hình 3.9 Lưu đồ thuật toán của gateway 40

Hình 3.10 Giao diện App Blynk trên máy tính 46

Hình 3.11 Giao diện app Blynk sau khi hoàn thành trên điện thoại 48

DANH MỤC CÁC BẢNG

Bảng 1.1 Bảng so sánh phướng pháp quấy rầy và không quấy rầy 4

Bảng 3.1 Tính toán công suất tiêu thụ của vòng tay 35

Bảng 3.2 Tính toán tiêu thụ của gateway 37

Bảng 3.3 Bảng khảo sát gia tốc và những hoạt động khác 41

Thuật ngữ viết tắt Thuật ngữ đầy đủ

EEPROM Electrcally Erasable Programmable Read-Only Memory

UART Universal Asynchronous Receiver – Transmitter

MỞ ĐẦU

Bước vào thế kỷ 21, xã hội đang chứng kiến một cuộc cách mạng công nghệ đầy hứa hẹn với sự xuất hiện của các công nghệ tiên tiến như trí tuệ nhân tạo, IoT (Internet of Things), và điện toán đám mây Những tiến bộ này không chỉ định hình lại cách chúng ta tương tác với công nghệ mà còn thay đổi cách chúng ta sống và làm việc

Trong bối cảnh này, một trong những mối quan tâm hàng đầu của xã hội là việc chăm sóc sức khỏe và an toàn cho người cao tuổi, nhóm dân số đang tăng lên đáng kể trên toàn cầu Cùng với sự phát triển của công nghệ, chúng ta có cơ hội để đối phó với những thách thức liên quan đến sức khỏe và an toàn của nhóm này một cách hiệu quả hơn

Với tầm quan trọng của vấn đề này, đồ án "Thiết kế thiết bị đeo tay phát hiện té ngã ở người cao tuổi" ra đời nhằm mục đích nghiên cứu và phát triển một giải pháp thông minh để giám sát và cảnh báo nguy cơ té ngã cho người cao tuổi Thiết bị này không chỉ là một công cụ giúp người cao tuổi tự động hơn trong việc quản lý sức khỏe của mình mà còn là một bước tiến quan trọng trong việc nâng cao chất lượng cuộc sống và an toàn cho họ trong xã hội ngày nay

Trong phần tiếp theo của đồ án, đồ án sẽ trình bày chi tiết về quy trình nghiên cứu, thiết kế, và kiểm thử của thiết bị, cùng với các kết quả và ứng dụng tiềm năng trong thực tế

SVTH: Trần Duy Tân

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ THIẾT BỊ CẢNH BÁO TÉ NGÃ CHO NGƯỜI CAO

TUỔI 1.1 Đặt vấn đề

Chăm sóc sức khỏe cho người cao tuổi đang trở thành một vấn đề quan trọng, đặc biệt khi gia đình bận rộn và không có đủ thời gian chăm sóc Té ngã có thể gây ra những thương tích nghiêm trọng, đặc biệt là ở người già Đối với họ, sức khỏe cần được ưu tiên hàng đầu, kèm theo là phòng ngừa té ngã Dân số thế giới đang già đi nhanh chóng Số người trên 65 tuổi dự kiến sẽ tăng từ 524 triệu người năm 2010 lên gần 1,5 tỷ người vào năm 2025[2]

Ở Việt Nam, tỷ lệ và số lượng người cao tuổi Việt Nam sẽ tăng lên nhanh chóng trong những năm tới Năm 2017, số người cao tuổi ở Việt Nam đã chiếm 11,9% tổng dân số Theo dự báo của Tổng cục Thống kê, đến năm 2038 nhóm dân số từ 60 tuổi trở lên sẽ chiếm khoảng 20% tổng dân số Lúc này, dân số trong độ tuổi lao động sẽ giảm xuống và sự biến động dân số này sẽ tác động bất lợi đến tình hình phát triển kinh tế - xã hội nếu không có chính sách phù hợp Chất lượng cuộc sống của người cao tuổi nhất là ở vùng nông thôn còn rất khó khăn, tỷ lệ người nghèo ở người cao tuổi là 23,5% Chỉ có khoảng 60% người cao tuổi có thẻ bảo hiểm y tế Tuổi thọ trung bình cao nhưng tuổi thọ khỏe mạnh của người cao tuổi ở nước ta thấp (64 tuổi); đặc biệt, có 67,2% người cao tuổi có tình trạng sức khỏe yếu và rất yếu, 70% người cao tuổi có khó khăn về vật chất[3]

Té ngã là một trong những nguyên nhân phổ biến nhất gây chấn thương ở người cao tuổi Hàng năm, hơn 35% người cao tuổi bị ngã Đặc biệt, nguy cơ té ngã do chấn thương tăng gần 45% ở những người trên 70 tuổi[4]

- Nguyên nhân của té ngã thường: • Các yếu tố nội tại (sự suy giảm chức năng, rối loạn và các tác dụng phụ bất lợi

của thuốc) • Yếu tố bên ngoài (mối nguy môi trường) • Các yếu tố tình huống (có liên quan đến hoạt động đang được thực hiện, ví dụ,

đi vào phòng tắm) Té ngã là một trong những nguyên nhân chính gây ra những chấn thương nghiêm trọng cho người cao tuổi như gãy xương hay chấn thương sọ não, làm tăng nguy cơ tử vong Ngoài ra, nó còn gây ra các vấn đề về tâm lý do sợ bị ngã

Tuy nhiên, những hậu quả nguy hiểm này có thể chủ động tránh được nếu chúng ta phát hiện kịp thời những dấu hiệu bất thường của ngã để có biện pháp can thiệp nhanh nhất Đó là lý do mà em chọn đề tài[5]

Để giải quyết vấn đề té ngã ở người già, cần tập trung vào việc kiểm tra khả năng vận động, vật lí trị liệu và tập thể dục,thiết bị hỗ trợ, quản lí y tế và quản lí môi trường[6]

- Các phương pháp có thể sử dụng:

• Dùng thanh chắn tay vịn • Kiểm tra và điều chỉnh môi trường sống • Sử dụng các thiết bị hỗ trợ như đồ bảo hộ, thiết bị đeo bên người… • Kiểm tra thường xuyên về thị lực và thính lực

1.2 Các giải pháp cảnh báo té ngã cho người cao tuổi

Ngày nay, các hệ thống xây dựng từ các cảm biến phục vụ y tế, chăm sóc sức khoẻ đang được phát triển rộng rãi Nhiều hệ thống cảnh báo ngã của người già gửi tin nhắn và gọi qua điện thoại là một sản phẩm thông minh đã được nhiều tổ chức trên thế giới phát triển Đặc biệt ở các nước phát triển như Nhật Bản, Mỹ, EU… sản phẩm thông minh đã trở nên gần gũi với người dân[7]

- Có 2 phương pháp phát hiện té ngã: • Quấy rầy (dùng các thiết bị như camera, âm thanh…), giúp cho người được quan sát

cảm thấy bị mất quyền riêng tư, luôn bị giám sát Phương pháp này bị giới hạn về mặt không gian thường dựa trên video, hình ảnh Việc sử dụng phương pháp quấy rầy cần phải được thực hiện một cách cẩn thận để đảm bảo rằng nó không gây ra sự bất tiện không cần thiết cho người sử dụng, và đồng thời vẫn đảm bảo hiệu quả trong việc cảnh báo nguy cơ té ngã[8]

• Không quấy rầy ( dùng các thiết bị như cảm biến, thiết bị đeo tay, ánh sáng,…) là phương pháp cảnh báo té ngã mà không quấy rầy, giải pháp hữu ích để giữ cho người sử dụng cảm thấy an toàn mà không gây phiền nhiễu

- So Sánh hai phương pháp quấy rầy và không quấy rầy

Hình 1.1 Phát hiện té ngã bằng phương pháp quấy rầy

SVTH: Trần Duy Tân

Bảng 1.1 Bảng so sánh phướng pháp quấy rầy và không quấy rầy

Phương pháp

Quấy rầy

AI-SOFTWARE People Collapsing : Cảnh báo khi có người bị té ngã(xỉu, đột quị, ), thông qua hình ảnh[10]

Camera Chính xác

cao Ghi lại dữ liệu Có thể tích hợp với thiết bị thông minh báo nhanh chóng

Cần phải có internet kết nối Yêu cầu chi phí đầu tư cao Mất quyền riêng tư cho người dùng

Khả năng phát hiện té ngã trong điều kiện ánh sáng kém yếu Không

quấy rầy

Đồng hồ Garmin Venu SQ hoặc Đồng hồ Garmin Forerunner 55[11]

Thiết bị đeo tay

Di động tiện lợi

Theo dõi liên tục

Cảnh báo tức thì

Dễ sử dụng chỉ cần đeo tay

Khả năng nhận diện hạn chế gây nhiễu

Độ chính xác không cao Yêu Cầu sạc định kì Khả năng phản ứng chậm

Hình 1.2 Phát hiện té ngã bằng phương pháp không quấy rầy[9]

Dựa trên các ưu điểm và nhược điểm của hai phương pháp thì đồ án lựa chọn phương pháp không quấy rầy Một giải pháp để cung cấp cảnh báo té ngã mà không làm phiền người sử dụng là sử dụng hệ thống cảm biến không tiếp xúc Cảm biến này có thể được đặt ở vị trí chiến lược trên cơ thể như trong giày hoặc gắn trên cơ thể Khi cảm biến phát hiện nguy cơ té ngã, nó có thể gửi thông báo đến điện thoại thông minh của người sử dụng thông qua Bluetooth hoặc Wi-Fi mà không gây ra âm thanh hoặc rung động không mong muốn Điều này giúp người sử dụng nhận biết nguy cơ một cách tức thì mà không làm phiền họ trong hoạt động hàng ngày

SVTH: Trần Duy Tân

CHƯƠNG 2 PHÂN TÍCH, LỰA CHỌN CÁC PHƯƠNG ÁN THIẾT KẾ VÀ CÁC THÀNH PHẦN TRONG THIẾT BỊ CẢNH BÁO TÉ NGÃ CHO NGƯỜI CAO TUỔI 2.1 Các yêu cầu thiết kế đề xuất cho thiết bị cảnh báo té ngã cho người cao tuổi

Ở người cao tuổi, sức khoẻ cũng như trí nhớ hạn chế, khả năng định hướng và phản xạ giảm sút nên nguy cơ bị ngã là rất cao Một số yếu tố có thể dẫn đến ngã, chẳng hạn như mất thăng bằng hoặc bị kéo Mất thăng bằng xảy ra khi không thể đứng vững trên bằng đất, mất độ bám khi trượt trên mặt đất trơn trượt[12]

Té ngã có thể xảy ra do phản xạ của một người thay đổi, khi một người già đi, phản ứng sẽ chậm lại Lão hoá làm chậm thời gian phản ứng của một người, khiến việc lấy lại thăng

bằng sau một chuyển động đột ngột trở nên khó khăn hơn

Những thay đổi về khối lượng và lượng mỡ trong cơ thể cũng đóng vai trò trong việc té ngã Khi tuổi càng cao, ít vận động nên khối lượng cơ bắp, đặc biệt là ở chân bị hao hụt đáng kể, dẫn đến giảm sức bền của chân Mất lớp mỡ đệm xương, mất dịch khớp làm giảm

sức đề kháng của chân, giảm khả năng giữ thăng bằng

Suy giảm thị lực cũng làm tăng nguy cơ té ngã Giảm tầm nhìn dễ vấp phải các chướng ngại vật như cầu thang, ổ gà,…Té ngã thật sự mang đến những mối nguy hiểm Té ngã có thể gây ra gãy xương, gây ra các chấn thương vùng đầu Người cao tuổi té ngã đập đầu xuống đất nên đi khám bác sĩ ngay lập tức để đảm bảo rằng họ không bị tổn thương não bộ Nhiều người

dù không bị thương cũng sợ ngã[13] 2.2 Phân tích và lựa chọn các phương án thiết kế

2.2.1 Lựa chọn thiết bị hỗ trợ

1 Phương án : Khung tập đi bộ

Khung tập đi bộ cho người già là một thiết bị tập luyện phổ biến được thiết kế đặc biệt để hỗ trợ việc tập luyện đi bộ và tăng cường sức khỏe của người cao tuổi - Ưu điểm:

• An toàn

Hình 2.1 Ảnh người già bị té ngã

• Tăng cường sức khỏe • Tăng cường sức mạnh cơ bắp • Tiện ích

• Thích hợp cho mọi độ tuổi - Nhược điểm:

• Giới hạn không gian • Giới hạn về việc tập • Đòi hỏi thời gian và kiên nhẫn • Chi phí

2 Phương án 2: đồ bảo bộ ( bảo hộ đầu, bảo hộ cổ, bảo hộ găng tay và thảm đệm)

Việc sử dụng đồ bảo hộ tránh té ngã vẫn được coi là một biện pháp hiệu quả để bảo vệ sức khỏe và tăng cường sự an toàn cho người già, đặc biệt là đối với những người già có nguy cơ cao về chấn thương khi té ngã

- Ưu điểm:

• Bảo vệ • Tăng cường sự tự tin • Giảm nguy cơ chấn thương • Phòng ngừa

- Nhược điểm

• Khó chịu • Giới hạn vận động • Chi phí

• Không thẩm mỹ

Hình 2.2 Khung đi bộ[14]

SVTH: Trần Duy Tân

3 Phương án 3: Sử dụng thiết bị đeo tay - Ưu điểm:

• Phát hiện chính xác • Cảnh báo ngay lập tức • Tăng cơ hội cứu chữa • Giảm lo lắng

- Nhược điểm:

• Giới hạn tính di động • Yêu cầu sạc pin bà bảo trì • Chi phí

Kết luận lựa chọn phướng án 3: Sử dụng thiết bị đeo tay

2.2.2 Lựa chọn chip xử lí

1 Phương án 1: Sử dụng Arduino Uno R3 Arduino Uno R3 sử dụng vi xử lý ATmega328P của Microchip Technology (trước đây là Atmel) Chip này là một phần của dòng vi xử lý AVR (Advanced Virtual RISC) và là trung tâm của bo mạch Arduino Uno R3 Đây là một trong những dòng vi xử lý phổ biến và mạnh mẽ được sử dụng trong nhiều dự án IoT, điện tử và các ứng dụng nhúng

- Ưu điểm

Hình 2.3 Đồ Bảo bộ té ngã[15]

Hình 2.4 Thiết bị đeo tay[16]

• Dễ sử dụng • Hỗ trợ phong phú • Dung lượng bộ nhớ lớn • Tiêu thụ điện năng thấp • Giao tiếp đa dạng

- Nhược điểm

• Giới hạn tính năng • Tốc độ xử lý không cao • Hạn chế về bộ nhớ • Khả năng mở rộng hạn chế • Kích thước lớn không thích hợp đeo tay

- Thông số Kỹ thuật:

• Vi điều khiển: ATmega328P • Điện áp hoạt động: 5V • Điện áp đầu vào (khuyến nghị): 7-12V • Điện áp đầu vào (giới hạn): 6-20V • Chân Digital I/O: 14 (trong đó có 6 chân PWM) • Chân Analog Input: 6

• Dòng tối đa mỗi chân I/O: 20 mA • Dòng tối đa cho chân 3.3V: 50 mA • Bộ nhớ Flash: 32 KB (ATmega328P) (trong đó 0.5 KB sử dụng cho

bootloader) 2 Phương án 2 : Dùng arduino mega2560 Arduino Mega2560 sử dụng vi xử lý ATmega2560 của Microchip Technology (trước đây là Atmel) Đây là một trong những chip mạnh mẽ nhất trong dòng vi xử lý AVR (Advanced Virtual RISC) và là trung tâm của bo mạch Arduino Mega2560 Chip

Hình 2.5 Arduino Uno R3[17]

SVTH: Trần Duy Tân

ATmega2560 cung cấp nhiều tính năng và khả năng mở rộng hơn so với ATmega328P được sử dụng trong Arduino Uno, làm cho nó phù hợp cho các dự án phức tạp và yêu cầu nhiều chân I/O hơn

- Ưu điểm:

• Khả năng mở rộng • Dung lượng bộ nhớ lớn • Số lượng chân giao tiếp nhiều • Tính năng đa dạng

- Nhược điểm:

• Kích thước lớn • Tiêu thụ năng lượng cao • Giá thành

- Thông số kỹ thuật

• Vi điều khiển: ATmega2560 • Điện áp hoạt động: 5V • Điện áp đầu vào (khuyến nghị): 7-12V • Điện áp đầu vào (giới hạn): 6-20V • Chân Digital I/O: 54 (trong đó có 15 chân PWM) • Chân Analog Input: 16

• Dòng tối đa mỗi chân I/O: 20 mA • Dòng tối đa cho chân 3.3V: 50 mA • Bộ nhớ Flash: 256 KB (ATmega2560) (trong đó 8 KB sử dụng cho bootloader) • SRAM: 8 KB (ATmega2560)

• Tốc độ xung nhịp: 16 MHz 3 Phương án 3: Sử dụng arduino nano Arduino Nano sử dụng vi xử lý ATmega328P của Microchip Technology (trước đây là Atmel) Đây là một trong những chip phổ biến nhất trong dòng vi xử lý AVR (Advanced

Hình 2.6 Arduino Mega2560[18]

Virtual RISC) và là trung tâm của bo mạch Arduino Nano Chip ATmega328P là một lựa chọn phổ biến cho các dự án điện tử DIY và IoT nhờ vào tính đơn giản, dễ sử dụng và khả năng tương thích với nhiều thư viện và nguồn tài liệu

• Dòng tối đa mỗi chân I/O: 40 mA • Dòng tối đa cho chân 3.3V: 50 mA • Bộ nhớ Flash: 32 KB (ATmega328) (trong đó 2 KB sử dụng cho bootloader) Kết luận: chọn phương án 3: dùng arduino nano

Hình 2.7 Arduino nano[19]

SVTH: Trần Duy Tân

2.2.3 Lựa chọn gateway

1 Phương án 1: Dùng module ESP32

Arduino ESP32 sử dụng chip ESP32 của Espressif Systems ESP32 là một module Wi-Fi tích hợp sẵn, giúp Arduino có khả năng kết nối với mạng Wi-Fi và truy cập internet một cách dễ dàng

- Ưu điểm:

• Tích hợp Wi-Fi • Chi phí thấp • Dễ sử dụng • Hỗ trợ đa dạng • Cộng đồng lớn - Nhược điểm:

• Hiệu suất có hạn • Dung lượng bộ nhớ hạn chế • Tiêu thụ năng lượng

- Thông số kỹ thuật

• Vi điều khiển: Tensilica L106 32-bit RISC processor • Tốc độ xung nhịp: 80 MHz (có thể overclock lên 160 MHz) • Bộ nhớ Flash: Tùy vào module, thường từ 512 KB đến 4 MB • RAM: 64 KB instruction RAM, 96 KB data RAM

• Wi-Fi: 802.11 b/g/n (2.4 GHz) • GPIO (General Purpose Input/Output): 17 chân GPIO • ADC (Analog to Digital Converter): 1 chân ADC với độ phân giải 10-bit • UART: 1 cổng UART, SPI: 1 cổng SPI

• I2C: Hỗ trợ I2C • PWM: Hỗ trợ PWM • Điện áp hoạt động: 3.3V • Dòng điện tiêu thụ 1mA

Hình 2.8 Module ESP32[20]

2 Phương án 2: Dùng module Raspberry Pi 4 Model B Raspberry Pi là một dòng máy tính đơn bo (single-board computer) nhỏ gọn, chi phí thấp được phát triển bởi Quỹ Raspberry Pi

- Ưu điểm:

• Hiệu năng cao • Kết nối mạch mẽ • Hỗ trợ đa phương tiện • Khả năng mở rộng • Đa năng

• Tài liệu hỗ trợ phong phú - Nhược điểm:

• Tiêu thụ điện năng cao • Nhiệt độ nóng nhanh chóng • Khả năng tương thích phần mềm • Giá thành cao

- Thông số kỹ thuật

• Vi xử lý (CPU): Broadcom BCM2711 • Tốc độ xung nhịp lên đến 1.5 GHz • Bộ nhớ (Memory): 1GB, 2GB hoặc 4GB LPDDR4-3200 SDRAM (tùy chọn) • Đồ họa (Graphics): VideoCore VI đồ họa OpenGL ES 3.x

• Hỗ trợ video 4Kp60 qua HDMI 2.0 • Kết nối mạng (Network): 2.4 GHz và 5.0 GHz IEEE 802.11b/g/n/ac wireless

LAN • Bluetooth 5.0, BLE • Cổng kết nối (Connectivity):2 cổng micro-HDMI (lên đến 4Kp60),2 cổng

USB 3.0, 2 cổng USB 2.0, Cổng cắm thẻ nhớ microSD

Hình 2.9 Module Raspberry Pi 4 Model B [21]

SVTH: Trần Duy Tân

• Nguồn điện (Power): 5V DC qua cổng USB-C • Hệ thống lưu trữ (Storage): Hỗ trợ boot từ thẻ nhớ microSD hoặc ổ cứng

USB • Hệ điều hành (Operating System): Raspberry Pi OS (trước đây là Raspbian),

Ubuntu, và nhiều hệ điều hành Linux khác 3 Phương án 3 : Dùng module Arduino MKR Arduino MKR là dòng board phát triển của Arduino được thiết kế để kết hợp sức mạnh của các vi điều khiển ARM Cortex-M0+ với khả năng kết nối không dây, nhắm đến các ứng dụng IoT (Internet of Things)

- Ưu điểm:

• Kích thước nhỏ gọn • Khả năng kết nối đa dạng • Dễ lập trình

• Tiêu thụ năng lượng ít • Tính linh hoạt

- Nhược điểm:

• Giá thành cao • Khó khăn hơn trong lúc mới bắt đầu • Khả năng chịu đựng môi trường kém

- Thông số kỹ thuật • Vi điều khiển: SAMD21 Cortex-M0+ 32-bit low power ARM MCU • Tốc độ xung nhịp: 48 MHz

• RAM: 32 KB và Bộ nhớ Flash: 256 KB • Sigfox: Atmel ATA8520 module, GPIO: 22 chân • Analog Inputs: 7 chân (ADC 8/10/12 bit) và Digital Outputs: 15 chân • PWM: 12 chân, UART: 1 cổng

Hình 2.10 Module Arduino MKR[22]

• SPI: 1 cổng, I2C: 1 cổng • Power: 5V qua cổng USB hoặc 3.7V Li-Po battery Kết luận: Dùng module ESP32 để làm gateway xử lí dữ liệu vòng tay

2.2.4 Lựa chọn ngôn ngữ lập trình

1 Phương án 1: Dùng LabVIEW

LabVIEW là một môi trường lập trình đồ họa mà có thể sử dụng để tạo các ứng dụng với giao diện người dùng chuyên nghiệp một cách nhanh chóng và hiệu quả Hàng triệu kỹ sư và nhà khoa học sử dụng LabVIEW để phát triển các ứng dụng đo lường, kiểm thử, và điều khiển tinh vi bằng cách sử dụng các biểu tượng trực quan và dây nối tín hiệu Ngoài ra, LabVIEW có thể được mở rộng cho nhiều nền tảng phẩn cứng và hệ điều hành khác nhau Trong thực tế, nền tảng LabVIEW có khả năng tích hợp với hàng nghìn thiết bị phần cứng và cung cấp hàng trăm thư viện được xây dựng sẵn để phân tích nâng cao và hiển thị dữ liệu giúp tạo ra các thiết bị ảo có thể tùy chỉnh theo nhu cầu của mình

- Ưu điểm:

• Khả năng mô phỏng giống hệt bản gốc với độ chính xác cao • Khả năng sử dụng biểu tượng để mô phỏng ứng dụng thay vì truyền thống ngôn

ngữ lập trình văn bản phải dễ sử dụng • Có nhiều thư viện thu thập dữ liệu, tạo tín hiệu, chức năng thống kê, phân tích

cùng với nhiều chức năng như tích hợp, bộ lọc và các khả năng chuyên biệt khác thường liên quan đến việc thu thập dữ liệu từ các cảm biến phần cứng là rất lớn

• Lập trình song song - Nhược điểm:

• Phải cài đặt thêm thư viện mới có thể sử dụng • Vì ngôn ngữ lập trình mang tính biểu tượng nên người lập trình không có hiểu

biết sâu sắc về quá trình xử lý và gặp khó khăn xử lý trong quá trình làm sai • Thời gian phản hồi và xử lý chậm

Hình 2.11 LabVIEW[23]

SVTH: Trần Duy Tân

2 Phương án 2: Dùng ngôn ngữ Python Python là một ngôn ngữ lập trình được sử dụng phổ biến ngày nay từ trong môi trường học đường cho tới các dự án lớn Ngôn ngữ phát triển nhiều loại ứng dụng, phần mềm khác nhau như các chương trình chạy trên desktop, server, lập trình các ứng dụng web Ngoài ra Python cũng là ngôn ngữ ưa thích trong xây dựng các chương trình trí tuệ nhân tạo trong đó bao gồm machine learning Ban đầu, Python được phát triển để chạy trên nền Unix, nhưng sau này, nó đã chạy trên mọi hệ điều hành từ MS-DOS đến Mac OS, OS/2, Windows, Linux và các hệ điều hành khác thuộc họ Unix

- Ưu điểm:

• Dễ dàng sử dụng cho người lập trình dễ đọc hiểu • Có kho thư viện chuẩn cao

• Tốc độ xử lý nhanh • Python được biên dịch chạy trên mọi nền tảng • Có lập trình gui nên dễ mô phỏng hơn

Với giao diện đơn giản và thân thiện, Arduino IDE giúp người dùng dễ dàng truy cập các chức năng chính như viết mã, chỉnh sửa mã, và tải lên mã lên board Arduino một cách

Hình 2.12 Python[24]

thuận tiện Editor mã nguồn tích hợp đi kèm với nhiều tính năng hữu ích như syntax highlighting, auto-indentation và auto-completion, giúp tăng hiệu suất lập trình

- Ưu điểm:

• Dễ sử dụng • Hỗ trợ đa nền tảng • Thư viện và ví dụ phong phú cộng đồng lớn • Tích hợp dễ dàng với bo mạch Arduino - Nhược điểm:

• Giới hạn về tính năng • Thiếu tính linh hoạt • Quản lý thư viện không linh hoạt • Khả năng gỡ lỗi hạn chế

Kết luận: Sử dụng ngôn ngữ lập trình Arduino IDE

Hình 2.13 Arduino IDE[25]

SVTH: Trần Duy Tân

2.3 Các thành phần trong thiết bị cảnh báo té ngã cho người cao tuổi

2.3.1 Module ESP32 NodeMCU

• ESP32 NodeMCU có hai nhân vi xử lý (dual-core) và bộ nhớ lớn để lưu trữ chương trình và dữ liệu

• Nó cũng cung cấp một số lượng lớn các chân GPIO (General Purpose Input/Output) để kết nối với các cảm biến và thiết bị ngoại vi khác

- Điều Khiển qua USB và OTA:

• ESP32 NodeMCU có thể được nạp chương trình thông qua cổng USB

Hình 2.14 Module ESP32 NodeMCU[26]

• Nó cũng hỗ trợ cập nhật phần mềm qua OTA (Over-The-Air) nếu được cấu hình đúng

- Môi Trường Phát Triển:

• ESP32 NodeMCU thường được sử dụng trong môi trường phát triển Arduino, với nhiều thư viện có sẵn để hỗ trợ phát triển các ứng dụng IoT

chân đầu vào, xử lý bởi CPU, và sau đó có thể được gửi đi qua các cổng giao tiếp để xử lý tiếp

• Gửi và Nhận Dữ Liệu: Sử dụng các giao tiếp như USART, SPI, hoặc I2C, ATmega328P có thể giao tiếp với các thiết bị khác hoặc với các vi điều khiển khác • Xử Lý Ngắt: Khi có sự kiện ngoại vi xảy ra, như một tín hiệu từ cảm biến,

ATmega328P có thể ngắt xử lý chương trình hiện tại để xử lý sự kiện này

Hình 2.15 Chip atmega328P[27]

• Giá trị Gyroscopes trong khoảng: +/- 250 500 1000 2000 degree/sec • Giá trị Acceleration trong khoảng: +/- 2g, +/- 4g, +/- 8g, +/- 16g • Board mạch mạ vàng, linh kiện hàn tự động bằng máy chất lượng tốt nhất

Hình 2.17 Cảm biến gia tốc MPU605024[29]

Đo đạc thông số ba trục X Y Z gửi về cho gateway

2.3.5 Còi Buzzer báo động 2.3.5.1 Thông số kỹ thuật của còi Buzzer báo động

• Điện áp đầu vào: 3 – 24 VDC • Dòng điện tiêu thụ: < 30mA • Tần số âm thanh: 2300Hz+/-500Hz • Biên độ âm thanh: >85dB

Hình 2.18 Sơ đồ đấu nối của cảm biến gia tốc MPU6050[30]

Hình 2.19 Còi buzzer báo động[31]

Hình 2.20 Hình Sơ đồ đấu dây của còi buzzer[32]

Hình 2.21 Cảm biến MAX30100[33]