Thiết kế mạch giám sát nhịp tim, thân nhiệt

Tìm hiểu về các thiết bị đo nhịp tim, thân nhiệt hiện nay CHƯƠNG 1 TÌM HIỂU VỀ CÁC THIẾT BỊ ĐO NHỊP TIM, THÂN NHIỆT HIỆN NAY 1.1 Giới thiệu chương Cùng với các thông số như: huyết áp,

Trang 1

LỜI CAM ĐOAN Tôi Nguyễn Đình Dũng xin cam đoan:

1 Những nội dung trong đồ án này là do tôi nghiên cứu, thực hiện dưới sự hướng dẫn của thầy Lê Hồng Nam

2 Mọi nội dung trong đồ án này đều được trích dẫn rõ ràng tên tác giả, tên công trình, tài liệu tham khảo

3 Mọi nội dung của đồ án này không phải là bản sao chép của bất cứ đồ án hoặc công trình đã có từ trước Nếu vi phạm tôi xin chịu mọi hình thức kỷ luật của Khoa

Sinh viên kí tên

Nguyễn Đình Dũng

Trang 2

MỤC LỤC

PHẦN MỞ ĐẦU

CHƯƠNG 1: TÌM HIỂU VỀ CÁC THIẾT BỊ ĐO NHỊP TIM, THÂN NHIỆT

HIỆN NAY 1

1.1 Giới thiệu chương 1

1.2 Tìm hiểu về thân nhiệt và các thiết bị đo hiện nay 1

1.2.1 Tìm hiểu về thân nhiệt 1

1.2.2 Cơ sở lý thuyết về phương pháp đo 2

1.3 Tìm hiểu về nhịp tim và các thiết bị đo 4

1.3.1 Tìm hiểu về tim của con người 4

1.3.2 Đo nhịp tim bằng phương pháp hấp thụ quang học 7

1.3.3 Các thiết bị đo nhịp tim hiện nay 9

1.4 Kết luận chương 11

CHƯƠNG 2: THIẾT KẾ, TÍNH TOÁN THIẾT BỊ ĐO NHỊP TIM VÀ THÂN NHIỆT 13

2.1 Giới thiệu chương 13

2.2 Sơ đồ khối và mạch nguyên lý tổng quan 14

2.3 Chức năng, thiết kế và tính toán cho từng khối 17

2.3.1 Khối cảm biến nhịp tim 17

2.3.2 Khối khuếch đại và lọc nhiễu tín hiệu 18

2.3.3 Khối hiển thị LCD 21

2.3.4 Khối xử lý trung tâm 23

2.3.5 Khối giao tiếp máy tính 25

2.3.6 Khối báo động 26

2.3.7 Khối lưu trữ dữ liệu 28

2.3.8 Khối truyền phát dữ liệu 28

2.3.9 Khối mô phỏng báo động 31

2.3.10 Khối đo thân nhiệt 32

Trang 3

2.3.11 Khối nguồn 32

2.4 Lưu đồ thuật toán 35

2.4.1 Lưu đồ thuật toán cho chương trình chính 36

2.4.2 Lưu đồ thuật toán đo nhịp tim 37

2.4.3 Lưu đồ thuật toán đo nhiệt độ 38

2.4.4 Lưu đồ thuật toán giao tiếp LCD 39

2.4.5 Lưu đồ thuật toán giao tiếp máy tính và module Sim900 40

2.5 Kết luận chương 41

CHƯƠNG 3: MÔ PHỎNG, THI CÔNG VÀ KIỂM TRA MẠCH 42

1.2 Giới thiệu chương 42

1.3 Mô phỏng 42

1.3.2 Mô phỏng phần hiển thị LCD 42

1.3.3 Mô phỏng và đo đạc thực tế phần cảm biến nhịp tim 43

1.3.4 Mô phỏng phần giao tiếp máy tính 44

1.3.5 Phần mô phỏng giao tiếp với module Sim900 47

1.4 Thi công mạch 47

1.4.2 Sơ đồ mạch layout 48

1.5 Lắp ráp và kiểm tra mạch 50

1.5.2 Lắp ráp và kiểm tra khối nguồn 50

1.5.3 Lắp ráp và kiểm tra khối cảm biến nhịp tim 50

1.6 Kết luận chương 50

KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN CỦA ĐỀ TÀI 51

TÀI LIỆU THAM KHẢO 54

PHẦN PHỤ LỤC 55

Trang 4

PHẦN MỞ ĐẦU

Thấy rõ được tầm quan trọng và vai trò của điện tử ngày càng lớn trong cuộc sống con người nói chung và trong lĩnh vực y tế nói riêng, đồ án tốt nghiệp này của tôi đã

dần hoàn thiện được và mang tên: Thiết kế mạch giám sát nhịp tim, thân nhiệt

Với việc thiết kế, thi công và hoàn thiện hệ thống theo dõi sức khỏe bệnh nhân thành công, tôi hy vọng đồ án này sẽ góp phần vào lĩnh vực điện tử y sinh còn khá mới mẻ ở nước ta và tạo niềm tin thúc đẩy cho tôi tiếp tục theo đuổi tạo dựng cho mình sự nghiệp tương lai theo hướng đề tài đồ án này

Tôi xin chân thành cảm ơn thầy giáo Lê Hồng Nam, các thầy cô giáo trong khoa cùng các bạn đã tận tình giúp đỡ tôi hoàn thành tốt nhất đồ án của mình Mặc dù đã

cố gắng hết sức nhưng do kinh nghiệm, thời gian cũng như khả năng có hạn nên không tránh khỏi sai sót, rất mong sự đóng góp chân thành của các thầy cô giáo cũng như các bạn để đồ án của tôi càng được hoàn thiện hơn

Trang 5

Tìm hiểu về các thiết bị đo nhịp tim, thân nhiệt hiện nay

CHƯƠNG 1

TÌM HIỂU VỀ CÁC THIẾT BỊ ĐO NHỊP TIM, THÂN NHIỆT

HIỆN NAY

1.1 Giới thiệu chương

Cùng với các thông số như: huyết áp, chỉ số đường huyết, nồng độ oxi trong máu…thân nhiệt và nhịp tim của con người là những thông số quan trọng khác biễu diễn tình trạng sức khỏe của con người

Nhanh, hiệu quả và đạt độ chính xác cao là những ưu điểm mà các thiệt bị đo nhịp tim và thân nhiệt với ứng dụng của các thiệt bị điện tử có được so với những thiệt bị

đo truyền thống

1.2 Tìm hiểu về thân nhiệt và các thiết bị đo hiện nay

1.2.1 Tìm hiểu về thân nhiệt

- Nhiệt do hoạt động của cơ thể sinh ra được máu phân phối khắp cơ thể và tỏa ra môi trường để đảm bảo cho thân nhiệt ổn định

- Khi sốt nhiệt độ tăng cao cũng là một phản xạ tự nhiên của cơ thể nhằm tiêu diệt

vi khuẩn và đào thải những tế bào yếu đã bị nhiễm khuẩn

- Trong cơ thể người có một cơ chế nhằm điều hòa nhiệt độ cơ thể ổn định để chống lại những yếu tố tác động bên ngoài như: toát mồ hôi khi nóng và co, run khi lạnh

Trang 6

1.2.2 Cơ sở lý thuyết về phương pháp đo

Đo nhiệt độ bằng phương pháp không tiếp xúc

- Với sự phát triển của khoa học kỹ thuật ngày nay, có rất nhiều phương pháp đo nhiệt độ nói chung và nhiệt độ cơ thể người nói chung với nhiều phương pháp khác nhau, ví dụ: đo bằng hồng ngoại, đo bằng tiếp xúc

- Dựa vào đặc tính của con người, ở mỗi người, mỗi vùng trên cơ thể con người đều

phát xạ hồng ngoại khác nhau Mỗi khi nhiệt độ trong người tăng cao thì đồng nghĩa mức độ phát xạ hồng ngoại cũng tăng cao hơn Trong thực tế đo nhiệt độ bằng phương pháp không tiếp xúc đã được ứng dụng rộng rãi ở các nhà ga, sân bay nhằm phát hiện ra các hành khách có thân nhiệt cao, sốt…nhằm có các biện pháp cách ly điều trị tránh trường hợp đem theo nguồn gốc của bệnh vào vùng lãnh thổ mà họ tới

Hình 1.1 Nhiệt kế hồng ngoại

Trang 7

Đo nhiệt độ bằng phương pháp tiếp xúc

Ở trong giới hạn khuôn khổ của đồ án tôi xin giới thiệu phương pháp đo nhiệt độ bằng phương pháp đo tiếp xúc trực tiếp với cơ thể người, đây là cách đo phổ biến và cũng như được biết đến như một phương pháp đo truyền thống Ta dùng cảm biến nhiệt độ LM35 để đo thân nhiệt, với độ chính xác 0,2 độ C (trong điều kiện không khí tĩnh)

- Nhiệt kế điện tử: Ra đời tuy muộn hơn so với nhiệt kế thủy ngân, nhưng giờ đây nhiệt kế điện tử đã dần thay thế nhiệt kế truyền thống, với sự tiện ích dễ sử dụng, độ

chính xác cao và thời gian đọc nhiệt độ nhanh

Hình 1.2 Nhiệt kế điện tử

Trang 8

1.3 Tìm hiểu về nhịp tim và các thiết bị đo

1.3.1 Tìm hiểu về tim của con người

1.3.1.1 Định nghĩa và cấu tạo

Tim là bộ phận quan trọng trong hệ tuần hoàn của động vật, với chức vụ bơm đều đặn để đẩy máu theo các động mạch và đem dưỡng khí và các chất dinh dưỡng đến toàn bộ cơ thể; hút máu từ tĩnh mạch về tim sau đó đẩy máu đến phổi để trao đổi khí

CO2 lấy khí O2

Hình 1.3: Cấu tạo tim người

1 Tâm nhĩ phải; 2 Tâm nhĩ trái; 3 Tĩnh mạch chủ trên;

4 Động mạch chủ; 5 Động mạch phổi; 6 Tĩnh mạch phổi;

7 Van hai lá; 8 Van động mạch chủ; 9 Tâm thất trái;

10 Tâm thất phải; 11 Tĩnh mạch chủ dưới; 12 Van ba lá;

13 Van động mạch phổi

Trang 9

1.3.1.2 Tìm hiểu về nhịp tim và các bệnh liên quan đến nhịp tim

Khái niệm: Nhịp tim là số nhịp đập của tim trên một đơn vị thời gian, thường được

tính là nhịp/phút Nhịp tim có thể thay đổi theo nhu cầu hấp thụ Oxi và bài tiết CO2 của cơ thể, ví dụ như lúc tập thể dục và lúc ngủ

- Bảng thông số đánh giá nhịp tim người ở trạng thái nghỉ ngơi:

Bảng 1.1 Thông số đánh giá nhịp tim người ở trạng thái nghỉ ngơi

Các bệnh liên quan đến nhịp tim

* Nhịp tim bình thường

Đối với người độ tuổi từ 18 trở lên, nhịp tim bình thường khi nghỉ ngơi từ 60 đến 100 nhịp mỗi phút Thông thường người càng khỏe mạnh, nhịp tim càng thấp Một vận động viên chuyên nghiệp khi ở chế độ xả hơi, nhịp tim của họ chỉ khoảng

40 nhịp một phút Ví như nhà vô địch đua xe đạp Lance Armstrong, nhịp tim bình thường của anh là 32 nhịp mỗi phút

Theo cơ quan y tế quốc gia vương quốc Anh, dưới đây là tiêu chuẩn nhịp tim

lý tưởng của từng lứa tuổi: Bé sơ sinh: 120-160 nhịp / phút; Bé có tuổi từ 1 tháng -

12 tháng: 80-140 nhịp / phút; Trẻ từ 1 đến 2 năm: 80-130 nhịp / phút; Trẻ từ 2 đến 6 tuổi: 75-120 nhịp / phút; Trẻ từ 7 đến 12 tuổi: 75-110 nhịp / phút; Người lớn từ 18 tuổi trở lên: 60-100 nhịp / phút; Vận động viên: 40-60 nhịp / phút

Trang 10

Nhịp tim của chúng ta có thể bị ảnh hưởng bởi một số yếu tố, chẳng hạn như: Mức

độ hoạt động thể chất vào thời điểm đó; Tình trạng sức khỏe; Nhiệt độ môi trường xung quanh; Tư thế (đứng, ngồi, nằm); Trạng thái tinh thần hoặc cảm xúc (ví như

sự phấn khích, giận dữ, sợ hãi, lo lắng, và các yếu tố khác đều có thể làm tăng nhịp tim); ảnh hưởng của một số loại thuốc…

*Nhịp tim chậm

Có được nhịp tim bình thường là điều ai cũng mong muốn Nhưng có những người mắc hội chứng nhịp tim chậm, cụ thể là dưới 60 nhịp mỗi phút đối với người không phải là vận động viên Bình thường, nếu nhịp tim chậm không gây triệu chứng không cần điều trị nhưng một khi gặp phải triệu chứng nặng (hay ngất) thì cần phải dùng thuốc, thậm chí bệnh nhân cần được cấy máy tạo nhịp tim vĩnh viễn Trường hợp xấu nhất khi nhịp tim quá chậm (dưới 30 lần/ phút), ôxy não bị thiếu trầm trọng dẫn tới ngất, nếu các biện pháp làm tăng nhịp tim không được thực hiện

kịp thời có thể dẫn đến tử vong

*Nhịp tim nhanh

Trong khi đó, lại có người gặp hội chứng nhịp tim nhanh, lúc nghỉ ngơi mà người lớn tim đập hơn 100 nhịp mỗi phút Khi tim đập nhanh, nó sẽ bơm máu kém hiệu quả và lưu lượng máu được cung cấp sẽ ít hơn so với các phần còn lại của cơ thể, bao gồm cả chính trái tim Nhịp tim tăng cũng dẫn đến nhu cầu ôxy cần cho cơ tim cao hơn, việc này có thể dẫn đến thiếu máu cục bộ, xấu hơn là một cơn nhồi máu cơ tim

*Rối loạn nhịp tim

Không chỉ có 2 dạng nhịp tim bất thường đó, rất nhiều người bị rối loạn nhịp tim, tim đập lúc nhanh, lúc chậm, nhịp tim non, loạn nhịp… Vì thế, nếu thấy khó thở, chóng mặt, đau thắt ngực… cùng với nhịp tim bất thường, cần sớm xét nghiệm

và chẩn đoán để ngăn ngừa biến chứng

Trang 11

1.3.2 Đo nhịp tim bằng phương pháp hấp thụ quang học

* Cơ sở lý thuyết:

- Khi tim đập, máu sẽ được dồn đi khắp cơ thể qua động mạch, tạo ra sự thay đổi về

áp suất trên thành động mạch và lượng máu chảy qua động mạch Vì vậy, ta có thể

đo nhịp tim bằng cách đo những sự thay đổi đó

Hình 1.4 Dạng tín hiệu nhịp tim

- Khi lượng máu trong thành động mạch thay đổi sẽ làm thay đổi mức độ hấp thụ ánh sáng của động mạch, do đó khi một tia sáng được truyền qua động mạch thì cường độ ánh sáng sau khi truyền qua sẽ biến thiên đồng bộ với nhịp tim

- Khi tim giãn ra, lượng máu qua động mạch nhỏ nên hấp thụ ít ánh sáng, ánh sáng sau khi truyền qua động mạch có cường độ lớn, ngược lại khi tim co vào, lượng máu qua động mạch lớn hơn, ánh sáng sau khi truyền qua động mạch sẽ có cường

độ nhỏ hơn

Hình 1.5 Sự hấp thụ ánh sáng của động mạch khi truyền qua ngón tay

Trang 12

- Ánh sáng sau khi truyền qua ngón tay gồm 2 thành phần: DC và AC

+ Thành phần DC đặc trưng cho cường độ ánh sáng cố định truyền qua mô, xương

- Phải đặt nguồn phát và nguồn thu để thu được kết quả tốt nhất

- Vị trí dễ dàng đặt cảm biến, khoảng cách thu phát không quá gần cũng không quá

xa

=> Chọn ngón tay là nơi đặt cảm biến

Hình 1.6 Vị trí đặt cảm biến

Trang 13

1.3.3 Các thiết bị đo nhịp tim hiện nay

1.3.3.1 Đồng hồ đo nhịp tim HRM-M10

Hình 1.7 Thiết bị đo nhịp tim cầm tay

Đồng hồ đo nhịp tim HRM-M10 là thiết bị theo dõi nhịp tim với dây đeo ngực rất

thiết thực cho những người ưa vận động, có thể được sử dụng như dụng cụ hỗ trợ tập thể thao, các công cụ khuyến khích, phân tích dữ liệu và là thiết bị an

toàn Đồng hồ đo nhịp tim HRM-M10 sẽ cho bạn biết tim bạn đang làm việc trong

nhịp đập mỗi phút và tỷ lệ phần trăm của nhịp tim tối đa của bạn khi tập thể thao để đảm bảo rằng bạn đang tập thể dục trong phạm vi nhịp tim cho phép

Chức năng:

- Đo nhịp tim, chiều dài của phiên tập luyện

- Đo lượng calories bị đốt cháy

- Đo nhịp tim tối đa và tối thiểu trong phiên tập luyện

- Tỉ lệ phần trăm của nhịp tim tối đa, nhịp tim trung bình trong buổi tập thể dục, thời gian và ngày tháng

- Với chỉ số đèn LED trên đồng hồ, đi kèm với các chức năng tiện dụng

- Hoàn toàn có thể chịu được nước nên có thể sử dụng khi bơi lội

- Có chế độ đồng hồ bấm giờ, đồng hồ báo thức

Trang 14

- Hiển thị ngày, giờ

- Tiết kiệm năng lượng

- Có bộ nhớ lưu dữ liệu cá nhân

- Có âm báo và đèn hiển thị khi nhịp tim vượt hoặc thấp hơn vùng cân đối

Chức năng đèn Led:

- Đỏ: “chậm lại” - nhịp tim vượt quá vùng mục tiêu cho phép

- Xanh: “tập luyện tốt” - bạn đang kiểm soát đúng nhịp tim của mình

- Vàng: “cố lên” - chỉ một bước nữa sẽ đến đích

1.3.3.2 Thiết bị đo nồng độ oxi trong máu và nhịp tim MAX-108

Hình 1.8 Thiết bị đo nồng độ oxi trong máu và đo nhịp tim

Max-108 là thiết bị được dùng để đo độ bão hoà oxy trong máu kết hợp đo nhịp tim thông qua đầu ngón tay Sản phẩm được ứng dụng công nghệ cảm biến quang học đo độ hấp thụ quang tại hai bước sóng 660nm và 940nm để tính độ bão hoà hemoglobin, cho độ chính xác cao hơn

Trang 15

Đặc điểm:

- Màn hình hiển thị: LED

- Dải đo SpO2: 35 – 99%

- Dải đo nhịp tim: 35 – 235BPM

- Đèn báo pin yếu

- Pin chuẩn: 02 pin AAA 1.5V

- Điện năng tiêu thụ: ít hơn 40mA

- Độ phân giải: ±1% với SpO2 và ±1BPM với nhịp tim

- Sai số đo SpO2: 80 - 99%, ±2%; 70 – 80%, ±3%; ≤70%, không rõ ràng

- Sai số đo nhịp tim: 30 – 235BPM, ±2%

- Kiểm tra độ nhạy: tự động khuếch đại khi phát hiện biên độ tín hiệu thu được không đủ

- Lọc nhiễu ánh sáng ngoài - Tự động tắt nguồn sau 8s không sử dụng

1.4 Kết luận chương

- Đặc điểm chung của các thiết bị điện tử y sinh:

* Có các thiết bị đầu vào cảm biến như:

+ Cảm biến hồng ngoại, đo nhiệt độ trong nhiệt kế

+ Cảm biến áp suất trong đo huyết áp

+ Cảm biến đo nồng độ oxi trong máy đo nồng độ oxi bão hòa

+ Cảm biến đo nồng độ cồn trong thiết bị đo nồng đồ cồn…

*Có thiết bị lọc nhiễu và khối khuếch đại

Không giống như những lĩnh vực điện tử công nghiệp hay điện tử ứng dụng trong gia dụng và truyền thông Điện tử y sinh có đặc thù riêng của mình Con người tùy thuộc vào lứa tuổi, giới tính, tình trạng sức khỏe mà có sự khác nhau về tín hiệu đầu vào Hơn nữa, để thật sự giúp ích phục vụ trong quá trình chuẩn đoán bệnh cũng như điều trị thì các thiệt bị điện tử y sinh đòi hỏi phải có độ chính xác cao, an toàn cho người sử dụng

* Thiết bị xử lý tín hiệu:

Trang 16

Tùy thuộc vào các mục đích đo khác nhau trong lĩnh vực y sinh mà có nhiều cách thức xử lý tín hiệu khác nhau nhưng tất cả đòi hỏi độ chính xác cao, an toàn và tin cậy

*Thiết bị hiển thị: hiển thị kết quả

*Thiết bị báo động: giúp báo động đến bác sỹ hoặc người nhà khi có sự cố xảy ra đối với bệnh nhân

*Thiết bị giao tiếp: giúp dễ dàng hơn trong quá trình lưu trữ thông tin, kết quả cũng như tiện lợi trong việc khám chữa bệnh

Qua giới thiệu về chương một, chúng ta đã thấy rõ tầm quan trọng cũng như tính thiết thực của các thiết bị điện tử trong lĩnh vực y học

Ở chương sau tôi xin tiếp tục giới thiệu tiếp ứng dụng trong y học đời sống

Trang 17

Thiết kế, tính toán thiết bị đo nhịp tim và thân nhiệt

CHƯƠNG 2

THIẾT KẾ, TÍNH TOÁN THIẾT BỊ ĐO NHỊP TIM VÀ THÂN NHIỆT

2.1 Giới thiệu chương

Từ lý thuyết về nhịp tim và thân nhiệt cơ thể con người đã được tìm hiểu ở Chương

1, cùng với những sản phẩm thương mại đã được ứng dụng bày bán trên thị trường,

ở chương này chúng ta tiếp tục tìm hiểu về nguyên lý thiết kế để có được sản phẩm thực tế tương tự

Sản phẩm yêu cầu trong đồ án được đưa ra của mình cũng phải có những yêu cầu chức năng tương tự như những sản phẩm đã được bày bán trên thị trường như: + Có chức năng đo chính xác nhịp tim và thân nhiệt cơ thể

+ Có chức năng hiển thị kết quả, dễ đọc, dễ hiểu

+ Có cách sử dụng dễ dàng, thân thiện với người sử dụng

+ An toàn, hiệu quả và tiện lợi

+ Ngoài ra trong đồ án của tôi, sản phẩm có khả năng chuyển phát dữ liệu đến bác

sỹ hoặc người nhà của bệnh nhân qua hệ thống GMS, với chức năng giám sát sức khỏe từ xa có thể khiến người nhà hoặc bệnh nhân yên tâm hơn khi sẽ có được sự hướng dẫn kịp thời của các bác sỹ khi có sự cố xảy ra để có thể có hướng giải quyết tối ưu nhất

Trang 18

2.2 Sơ đồ khối và mạch nguyên lý tổng quan

Hình 2.1 Sơ đồ khối tổng quan

Khối đo nhiệt độ

Khối giao tiếp

Khối mô phỏng

Khối xử lý trung tâm

Khối nguồn

Khối báo động

Khối truyền phát

dữ liệu(GMS)

Trang 19

Hình 2.2a Sơ đồ mạch tổng quan

Trang 20

Hình 2.2b Sơ đồ mạch tổng quan

Trang 21

2.3 Chức năng, thiết kế và tính toán cho từng khối

2.3.1 Khối cảm biến nhịp tim

* Là bộ phận cảm biến đầu vào, nhiệm vụ thu nhận sai lệch tín hiệu nhỏ (cỡ

vài mV) để đưa đến khối khuếch đại ở tầng sau

* Đặc điểm của thu phát hồng ngoại là ít bị nhiễu, tín hiệu thu phát tốt hơn so với dùng led siêu sáng Giá thành rẻ, dễ mua, dễ sử dụng

- Led phát: chọn led phát hồng ngoại 5mm

- Led thu: photo diode 5mm

* Cấu tạo: khối gồm 1 led phát hồng ngoại và 1 led thu hồng ngoại, với sơ đồ đấu nối như sau:

Hình 2.3 Sơ đồ mạch khối cảm biến

* Tính toán linh kiện:

- Chọn Vcc = 5v

- Chọn dòng phân cực cho led = 20mA

- Điện áp rơi trên D21 là 2,5V

- Điện áp trên R21: VR11= Vcc-VD21

= 5- 2,5 =2,5 V

 R21=VR21/IR21 = 2,5/ (20 * 10^-3) = 125Ω

Trang 22

2.3.2 Khối khuếch đại và lọc nhiễu tín hiệu

* Khối khuếch đại tín hiệu nhằm khuếch đại tín hiệu lên nhiều lần đủ lớn để đưa vào vi điều khiển xử lý Ngoài khuếch đại tín hiệu, khối còn có nhiệm vụ lọc nhiễu, cắt tần số ở dải tín hiệu mong muốn

* Đặc điểm: ta sẽ khuếch đại dùng opamp, với opamp có nhiều bộ khuếch đại bên trong Với những yêu cầu trên ta chọn linh kiện: LM324, với những ưu điểm: dễ mua, giá thành rẻ, có 4 opamp ở bên trong, nguồn nuôi là nguồn đơn dễ ứng dụng

Trang 23

* Sơ đồ mạch như hình sau:

Hình 2.4 Sơ đồ mạch khối lọc và khuếch đại

Do vậy ta thiết kế bộ lọc có thể đo được tần số

40/60 < f tim < 160/60

 0,7 < ftim < 2,67 hz

+ (R23, C21) tạo thành bộ lọc thông cao với tần số cắt f1 = 0,7 hz

F1 = = 0,7 hz

Trang 24

- Sử dụng tầng khuếch đại OPAMP2 tương tự

Vậy hệ số khuếch đại của 2 tầng khuếch đại sẽ là tích của mỗi tầng

K=K1 * K2 = 101 * 101 = 10201 lần

Để thuận tiện cho việc quan sát được nhịp tim cũng như trong vấn đề kiểm tra ta thiết kế thêm mạch nhận biết tín hiệu nhịp tim trước khi đưa vào vi điều khiển nhờ vào một led phát sáng thông thường

Trang 25

Trang 26

- Phù hợp với yêu cầu hiển thị của đồ án

- Giá thành phù hợp

Chức năng các chân:

1 Vss Chân nối đất cho LCD, khi thiết kế mạch ta nối chân này với GND

của mạch điều khiển

2 VDD Chân cấp nguồn cho LCD, khi thiết kế mạch ta nối chân này với

VCC=5V của mạch điều khiển

3 VEE Điều chỉnh độ tương phản của LCD

Chân chọn chế độ đọc/ghi (Read/Write) Nối chân R/W với logic “0”

để LCD hoạt động ở chế độ ghi, hoặc nối với logic “1” để LCD ở chế

+ Ở chế độ đọc: Dữ liệu sẽ được LCD xuất ra DB0-DB7 khi phát hiện cạnh lên (low-to-high transition) ở chân E và được LCD giữ ở

Trang 27

bus đến khi nào chân E xuống mức thấp

7 - 14 DB0 -

DB7

Tám đường của bus dữ liệu dùng để trao đổi thông tin với MPU Có

2 chế độ sử dụng 8 đường bus này : + Chế độ 8 bit : Dữ liệu được truyền trên cả 8 đường, với bit MSB là bit DB7

+ Chế độ 4 bit : Dữ liệu được truyền trên 4 đường từ DB4 tới DB7, bit MSB là DB7

15 - Nguồn dương cho đèn nền

R31 là biến trở vi chỉnh, chỉnh độ tương phản cho LCD, chọn R31 = 5K

SW là công tắc dùng để bật tắt độ sáng đèn nhằm tiết kiệm năng lượng

2.3.4 Khối xử lý trung tâm

* Dùng để xử lý các tín hiệu vào và xuất tín hiệu ra, điều khiển mọi hoạt động của

hệ thống và chuyển đổi ADC Với những yêu cầu về xử lý tín hiệu như trên tôi chọn

vi xử lý có các chức năng điều khiển, giao tiếp, có các bộ timer, các chân vào ra…vì vậy tôi xin chọn PIC16F877A

* Vi xử lý PIC16F877A:

- Là loại vi xử lý khá phổ biến dễ tìm mua ở thị trường Đà Nẵng

- Đã được học về lý thuyết và thực hành ở trường

- Giá thành phù hợp

Trang 28

* Giới thiệu tổng quan về vi xử lý của khối trung tâm:

- 8 K Flash ROM

- 368 Bytes RAM

- 256 Bytes EEPROM

- 5 ports (A, B, C, D, E) vào ra với tín hiệu điều khiển độc lập

- 2 bộ định thời 8 bits (Timer 0 và Timer 2)

- Một bộ định thời 16 bits (Timer 1) có thể hoạt động trong chế độ tiết kiệm năng lượng (SLEEP MODE) với nguồn xung Clock ngoài

- 2 bộ CCP (Capture / Compare/ PWM)

- 1 bộ biến đổi AD 10 bits, 8 ngõ vào

- Một cổng song song 8 bits với các tín hiệu điều khiển

- Một cổng nối tiếp

- 15 nguồn ngắt

- Nạp chương trình bằng cổng nối tiếp ICSP (In-Circuit Serial Programming)

- Được chế tạo bằng công nghệ CMOS

Hình 2.7 Sơ đồ chân của Pic 16F877A

Trang 29

Tính chọn linh kiện:

Chọn tụ dao động C11và C12 có giá trị là 33p

Thạch anh: 4 Mhz

Các connector nhằm kết nối với các khối cảm biến, hiển thị, báo động…

2.3.5 Khối giao tiếp máy tính

* Khối giao tiếp máy tính với nhiệm vụ mở rộng thêm ứng dụng với việc nhận dữ liệu đưa xuống cũng như gửi dữ liệu lên máy tính Với mục đích điều khiển, lưu trữ hoặc được xử lý

* Với những mục tiêu giao tiếp trên ta chọn phương thức giao tiếp nối tiếp không đồng bộ USART, qua cổng COM của máy tính dùng MAX232

Hình 2.8 Sơ đồ chân và cấu tạo bên trong Max232

Trang 30

Hình 2.9 Sơ đồ đấu nối mạch thực tế

Sơ đồ đấu nối trên đã được nhà sản xuất đưa ra khuyên dùng, ở đây tôi dùng 4 chân trong Max232 để chuyển tiếp dữ liệu Cụ thể là 2 chân 11 và 12 tôi đưa vào 2 chân C6 và C7 của vi điều khiển, 2 chân 13 và 14 tôi đưa vào 2 chân số 2 và số 3 của connector DB9 để nối với máy tính

2.3.6 Khối báo động

+ Khối báo động ở đây ta dùng cả đèn lẫn chuông báo động

Được thiết kế là một mạch dao động dùng 2 con IC555 mắc nối tiếp nhau, một con tạo dao động tần số thấp, một con tạo dao động tấn số cao để đưa vào loa 8 Ohm phát báo động cảnh báo Để báo tín hiệu đèn ta lấy tín hiệu ở ngay đầu ra của tầng thứ nhất mạch dao động IC555

Trang 31

 Giới thiệu về IC555:

- IC555 là sự kết hợp giữa chức năng số và chức năng tương tự, IC này được ứng dụng trong các thiết bị điện tử, các thiết bị đo và nhiều ứng dụng khác

- IC có thể tạo dao động trễ và tạo dao động chính xác

- Mạch điện tử sử dụng ngồn điện đơn, phạm vi sử dụng nguồn điện là khoảng

từ 3- 18 volt

- IC có thể độc lập tạo thành mạch định giờ, dòng điện lớn nhất của nó là 200

mA, vì thế có thể kích động cơ điện nhỏ, loa, rơle, led…Tần số làm việc lớn nhất là 300Khz

Hình 2.10 Sơ đồ mạch khối báo động

Chọn tần số ngõ ra ở tầng thứ nhất là 6Hz

Dựa vào công thức tạo tần số của IC555 ta có:

Trang 32

Chọn thời gian điện áp ở mức cao bằng 1% thời gian điện áp ở mức thấp, ta có công thức:

T = Tm + Ts T : chu kỳ toàn phần

Tm = 0,7 x ( R64 + R65 ) x C61 Tm : thời gian điện mức cao

Ts = 0,7 x R65 x C61 Ts : thời gian điện mức thấp

Chọn C61 là loại tụ 103

Suy ra: R64+R65 = 2,400 K

Chọn R64= 12k và R65 = 1,2M

Tính toán ở tầng IC555 thứ 2 cũng tương tự như ở tầng đầu

2.3.7 Khối lưu trữ dữ liệu

Để tiện cho quá trình theo dõi sức khỏe của bệnh nhân tôi thiết kế thêm chức năng lưu trữ dữ liệu gồm thông tin của nhịp tim và sức khỏe của bệnh nhân trong lần đo gần nhất Trong PIC16F877A có 256 Bytes EEPROM, tôi sẽ sử dụng tài nguyên EEPROM nội này của PIC16F877A để phục vụ cho đồ án của mình

2.3.8 Khối truyền phát dữ liệu

+ Để tiện cho việc theo dõi sức khỏe của bệnh nhân mà không nhất thiết phải túc trực bệnh cạnh người bệnh, nhưng vẫn có thể nắm bắt được sức khỏe của bệnh nhân, trong đồ án này tôi dùng phương pháp gửi tin nhắn trực tiếp đến bác sỹ sử dụng module sim900 Có 2 phương pháp: sau một khoảng thời gian nhất định thì gửi tin nhắn báo cáo một lần hoặc chỉ gửi tin nhắn thông báo lúc có sự cố của bệnh nhân Để tăng tính tiết kiệm và hiệu quả, tôi áp dụng cách hai

Trang 33

Đôi nét giới thiệu về module sim900:

Hình 2.11 Hình ảnh module sim900

+ Là sản phẩm của hãng Simcom

+ Hoạt động ở dải băng tần: 850/ 900/ 1800/ 1900 MHz

+ Nguồn cung cấp: 3,2 đến 4,8 volt

+ Nhiệt độ làm việc: -40 đến 85 độ C

+ Hỗ trợ chức năng: GSM/GPRS

+ Sử dụng tập lệnh AT

Trang 34

Sơ đồ nguyên lý kết nối sử dụng module sim900

Hình 2.12 Sơ đồ nguyên lý đấu nối module Sim900

Tính toán các linh kiện sử dụng trong khối truyền phát dữ liệu:

+ Như tôi đã giới thiệu ở trên Sim900 có 68 chân, nhưng mạch ứng dụng đấu nối chuyển thành 60 chân như sơ đồ

+ Để cấp áp cho module Sim900 hoạt động ta sử dụng MIC29302 Điều chỉnh điện

áp ra theo công thức:

Vout = 1,242 x ( + 1) (volt)

Để có được áp 4,3 volt từ nguồn cung cấp 5 volt ta chọn R82 = 4,7 K,

R81 = 2,2 K

Định dạng
Số trang	68
Dung lượng	2,41 MB