Chuẩn truyền thông ZIGBEE IEEE 802 15 4 và xây dựng ứng dụng thu thập, đánh giá sức khỏe qua nhiệt độ và

MỤC LỤC MỤC LỤC DANH MỤC HÌNH VẼ .6 Thuật toán tìm đường theo yêu cầu mạng .7 MỞ ĐẦU .8 CHƯƠNG .10 TỔNG QUAN VỀ MẠNG CẢM BIẾN KHÔNG DÂY VÀ CHUẨN TRUYỀN THÔNG ZIGBEE .10 1.1.4 Ưu nhược điểm mạng cảm biến không dây 11 1.1.5 Ứng dụng mạng cảm biến không dây .11 1.1.6 Sự khác WSN mạng truyền thống 12 1.2 Khái quát ZigBee/ IEEE 802.15.4 .12 2.1 Khái niệm .12 1.2.2 Đặc điểm 13 1.2.3 Ưu điểm ZigBee /IEEE 802.15.4 với Bluetooth/IEEE 802.15.1 14 1.2.4 Mạng ZigBee/IEEE 802.15.4 LR- WPAN 14 Hình 1.1: Cấu trúc liên kết mạng 15 Hình 1.2: Cấu trúc mạng hình .16 Hình 1.3: Cấu trúc mạng mesh 16 Hình 1.4: Cấu trúc mạng hình .17 1.3 Mô hình giao thức chuẩn ZigBee 802.15.4 18 Hình 1.5: Mô hình giao thức ZigBee 19 1.3.1 Tầng vật lý .19 Hình 1.6: Băng tần hệ thống ZigBee 20 1.3.3 Định dạng khung tin PPDU 21 Hình 1.7: Định dạng khung PDU .21 1.3.4 Tầng điều khiển liệu ZigBee/IEEE 802.15.4 MAC .21 Hình 1.8: Khoảng cách hai khung IFS 24 1.4 Thuật toán tránh xung đột đa truy cập sử dụng cảm biến sóng mang CSMA-CA 24 Hình 1.9: Lưu đồ thuật toán .25 1.5 Các mô hình truyền liệu 27 Hình 1.10: Liên lạc mạng không hỗ trợ beacon .28 Hình 1.11: Liên lạc mạng có hỗ trợ beacon .28 Hình 1.12: Kết nối mạng hỗ trợ beacon 29 Hình 1.13: Kết nối mạng không hỗ trợ phát beacon .30 1.5.1 Tầng mạng ZigBee/IEEE802.15.4 33 Hình 1.14: Khung tin mã hóa tầng MAC 34 Hình 1.15: Khung tin mã hóa tầng mạng 36 1.5.2 Tầng ứng dụng ZigBee/IEEE 802.15.4 .36 1.6 Kết luận chương 36 CHƯƠNG .37 CÁC THUẬT TOÁN ĐỊNH TUYẾN 37 CỦA ZIGBEE/IEEE 802.15.4 .37 2.1 Thuật toán định tuyến theo yêu cầu AODV (Ad hoc On Demand Distance Vector) .37 Hình 2.1: Định dạng tuyến đường giao thức AODV 39 2.2 Thuật toán hình .40 3.2.1 Thuật toán hình đơn nhánh 40 Hình 2.2: Quá trình chọn nốt gốc (CH) 41 Hình 2.3: Thiết lập kết nối CH nốt thành viên .42 Hình 2.4: Quá trình hình thành nhánh nhiều bậc .43 2.1.2 Thuật toán hình đa nhánh 44 Hình 2.5: Gán địa nhóm trực tiếp .44 Hình 2.6: Gán địa nhóm qua nốt trung gian 45 Hình 2.7: Gán địa nhóm qua nốt gốc 46 Hình 2.8: Gán địa nhóm qua nốt gốc nốt trung gian 46 Hình 2.9: Mạng đa nhánh nốt trung gian 47 2.2 Kết luận chương 48 CHƯƠNG .49 XÂY DỰNG ỨNG DỤNG ĐO NHIỆT ĐỘ & NHỊP TIM SỬ DỤNG PHƯƠNG THỨC TRUYỀN THÔNG THEO CHUẨN ZIGBEE 802.15.4 49 3.1 Sơ lược thông số nhiệt độ nhịp tim thể người 49 3.1.1 Nhịp tim người 49 3.1.2 Cẩn trọng với thông số bất thường 50 3.1.3 Hiện tượng nhịp tim chậm: .51 3.1.4 Các triệu chứng nhịp tim chậm: .51 3.2 Nhiệt độ thể người 52 3.2.1 Ðo thân nhiệt 53 3.2.2 Sốt gì? 54 3.2.3 Nguyên nhân gây sốt 55 3.2.4 Biến chứng nóng sốt 56 3.3 Modul cảm biến nhiệt độ nhịp tim thể người 58 3.3.1 Lưu đồ thuật toán 58 Hình 3.1: Lưu đồ thuật toán chương trình 58 Hình 3.2: Khối Timer 59 Hình 3.3: Khối nhận liệu từ cổng COM 60 3.3.3 Sơ đồ thực tế 61 Hình 3.4: Sơ đồ thực tế 61 3.3.4 Nguyên lý hoạt động .62 Hình 3.5: Khi người sử dụng phạm vi mạng cảm biến không dây 62 Hình 3.6: Khi người sử dụng phạm vi mạng cảm biến không dây 63 3.3.5 Kết 64 Hình 3.7: Nhiệt độ nhịp tim bình thường 64 Hình 3.8: Nhiệt độ bình thường – nhịp tim nhanh 64 Hình 3.9: Nhiệt độ cao – Nhịp tim bình thường .65 Hình 3.10: Giao diện máy tính 65 KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN 66 DANH MỤC HÌNH VẼ MỤC LỤC DANH MỤC HÌNH VẼ .6 Thuật toán tìm đường theo yêu cầu mạng .7 MỞ ĐẦU .8 CHƯƠNG .10 TỔNG QUAN VỀ MẠNG CẢM BIẾN KHÔNG DÂY VÀ CHUẨN TRUYỀN THÔNG ZIGBEE .10 Hình 1.1: Cấu trúc liên kết mạng 15 Hình 1.2: Cấu trúc mạng hình .16 Hình 1.3: Cấu trúc mạng mesh 16 Hình 1.4: Cấu trúc mạng hình .17 Hình 1.5: Mô hình giao thức ZigBee 19 Hình 1.6: Băng tần hệ thống ZigBee 20 Hình 1.7: Định dạng khung PDU .21 Hình 1.8: Khoảng cách hai khung IFS 24 Hình 1.9: Lưu đồ thuật toán .25 Hình 1.10: Liên lạc mạng không hỗ trợ beacon .28 Hình 1.11: Liên lạc mạng có hỗ trợ beacon .28 Hình 1.12: Kết nối mạng hỗ trợ beacon 29 Hình 1.13: Kết nối mạng không hỗ trợ phát beacon .30 Hình 1.14: Khung tin mã hóa tầng MAC 34 Hình 1.15: Khung tin mã hóa tầng mạng 36 CHƯƠNG .37 CÁC THUẬT TOÁN ĐỊNH TUYẾN 37 CỦA ZIGBEE/IEEE 802.15.4 .37 Hình 2.1: Định dạng tuyến đường giao thức AODV 39 Hình 2.2: Quá trình chọn nốt gốc (CH) 41 Hình 2.3: Thiết lập kết nối CH nốt thành viên .42 Hình 2.4: Quá trình hình thành nhánh nhiều bậc .43 Hình 2.5: Gán địa nhóm trực tiếp .44 Hình 2.6: Gán địa nhóm qua nốt trung gian 45 Hình 2.7: Gán địa nhóm qua nốt gốc 46 Hình 2.8: Gán địa nhóm qua nốt gốc nốt trung gian 46 Hình 2.9: Mạng đa nhánh nốt trung gian 47 CHƯƠNG .49 XÂY DỰNG ỨNG DỤNG ĐO NHIỆT ĐỘ & NHỊP TIM SỬ DỤNG PHƯƠNG THỨC TRUYỀN THÔNG THEO CHUẨN ZIGBEE 802.15.4 49 Hình 3.1: Lưu đồ thuật toán chương trình 58 Hình 3.2: Khối Timer 59 Hình 3.3: Khối nhận liệu từ cổng COM 60 Hình 3.4: Sơ đồ thực tế 61 Hình 3.5: Khi người sử dụng phạm vi mạng cảm biến không dây 62 Hình 3.6: Khi người sử dụng phạm vi mạng cảm biến không dây 63 Hình 3.7: Nhiệt độ nhịp tim bình thường 64 Hình 3.8: Nhiệt độ bình thường – nhịp tim nhanh 64 Hình 3.9: Nhiệt độ cao – Nhịp tim bình thường .65 Hình 3.10: Giao diện máy tính 65 KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN 66 DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT PHY Physical Tầng vật lí MAC Medial Accesscontrol Tầng điều kiển liệu PPDU PHY protocol dataunit Khối thu phát liệu tầng vật lí PANcoordinator Điều phối mạng RFD Reduced function device Thiết bị chức giảm FFD Full function device Thiết bị có chức đầy đủ O–QPSK Offset–Quadrature Phrase Shift Keying Khóa dịch pha góc 1/4 CSMA/CA Carrier Senre Multiple Access Collision Avoidance Thuật toán tránh xung đột đa truy cập sử dụng cảm biến song mang AODV Adhoc On Demand Distance Vector Thuật toán tìm đường theo yêu cầu mạng MỞ ĐẦU Hàng ngày thấy ứng dụng cách thức mà công nghệ thông tin viễn thông (ICT) tác động làm thay đổi sống người giới Từ mức độ hay mức độ khác, cách mạng kỹ thuật số lan rộng đến ngõ ngách toàn cầu Trong mạng viễn thông ngày này, người quản lý, trao đổi, giao tiếp tranh luận, “làm trị”, mua bán thử nghiệm - nghĩa thực tất loại hình hoạt động cách thức mà có ICT làm Mạng viễn thông tạo cầu nối liên kết loài người khắp hành tinh chúng ta, mở rộng không ngừng Tuy vậy, dải băng tần eo hẹp tồn đọng nhiều thách thức muốn đạt đầy đủ tiềm Các nhà khoa học giới nghĩ đến việc sử dụng băng tần cao hơn, việc vấp phải nhiều trở ngại công nghệ điện tử chế tạo chưa theo kịp Vì giải pháp cấp bách đưa sử dụng chung kênh tần số, nhiều vấn đề phát sinh, ví dụ can nhiễu lẫn thiết bị tần số, vấn đề xung đột thiết bị Một công nghệ ứng dụng mạng liên lạc đạt hiệu công nghệ ZigBee Chính vậy, em muốn sâu tìm hiểu vào đề tài: “Nghiên cứu chuẩn truyền thông ZigBee/IEEE 802.15.4 xây dựng ứng dụng thu thập, đánh giá sức khỏe qua nhiệt độ nhịp tim” Hy vọng thông qua vấn đề đề cập đồ án này, bạn đọc có đánh giá hiểu biết sâu sắc công nghệ ZigBee/IEEE 802.15.4 vai trò tiềm sống Nội dung đồ án bao gồm chương: Chương I: Tổng quan mạng cảm biến không dây chuẩn truyền thông ZigBee Chương II: Các thuật toán định tuyến ZigBee/IEEE 802.15.4 Chương III: Xây dựng ứng dụng đo nhiệt độ nhịp tim sử dụng phương thức truyền thông theo chuẩn ZigBee/IEEE 802.15.4 Do nhiều mặt hạn chế trình độ thời gian nên đồ án tránh khỏi nhiều thiết sót, em mong nhận ý kiến đóng góp thầy cô bạn đọc Trong thời gian làm đồ án, em nhận giúp đỡ nhiệt tình thầy cô giáo đặc biệt ThS.Phạm Văn Ngọc giúp đỡ em nhiều để em hoàn thành đồ án Em xin chân thành cảm ơn! Thái Nguyên, ngày 31 tháng năm 2013 Sinh viên Nguyễn Thị Ngọc Hân CHƯƠNG TỔNG QUAN VỀ MẠNG CẢM BIẾN KHÔNG DÂY VÀ CHUẨN TRUYỀN THÔNG ZIGBEE 1.1 Tổng quan mạng cảm biến không dây 1.1.1 Khái niệm Mạng cảm biến không dây (WSN) hiểu đơn giản mạng liên kết node với kết nối sóng vô tuyến (RF connection) node mạng thường thiết bị đơn giản, nhỏ gọn, giá thành thấp… có số lượng lớn, phân bố cách hệ thống (non-topology) diện tích rộng (phạm vi hoạt động rộng), sử dụng nguồn lượng hạn chế (pin), có thời gian hoạt động lâu dài (vài tháng đến vài năm) hoạt động môi trường khắc nhiệt (chất độc, ô nhiễm, nhiệt độ…) 1.1.2 Node cảm biến Một node cảm biến cấu tạo thành phần sau: vi điều khiển, sensor, phát radio Ngoài ra, có cổng kết nối máy tính - Vi điều khiển: Bao gồm CPU, nhớ ROM, RAM, phận chuyển đổi tín hiệu tương tự thành tín hiệu số ngược lại - Sensor: Chức cảm nhận giới bên ngoài, sau chuyển liệu qua phận chuyển đổi để xử lí - Bộ phát radio: Bởi node cảm biến thành phần quan trọng WSN, việc thiết kế node cảm biến cho tiết kiệm tối đa nguồn lượng vấn đề quan trọng hàng đầu 1.1.3 Đặc điểm cấu trúc mạng cảm biến Đặc điểm mạng cảm biến bao gồm số lượng lớn node cảm biến, node cảm biến có giới hạn giàng buộc tài nguyên đặc biệt lượng khắt khe Do đó, cấu trúc mạng có đặc điểm khác với mạng truyền thống Sau ta phân tích số đặc điểm bật mạng cảm biến sau: - Khả chịu lỗi - Khả mở rộng 10 Đôi hypothalamus “tái phối trí” (reset) thân nhiệt cao để đáp ứng với bệnh tật, nhiễm khuẩn nguyên nhân khác Theo nhà nghiên cứu, nâng cao thân nhiệt phương thức thể để chống cự hủy diệt tác nhân gây bệnh Cần lưu ý tới thay đổi nhiệt độ bình thường người cao tuổi trẻ thơ Họ dễ dàng thất thoát nhiệt độ tiếp xúc với khí hậu lạnh đưa tới thiểu nhiệt (hypothermia) Ở lớp tuổi này, nhiều dù bị nhiễm trùng mà nhiệt độ chưa tăng, tìm bệnh trễ 3.2.1 Ðo thân nhiệt Nhiều người thường lấy bàn tay sờ lên trán coi có nóng sốt hay không Đây phương thức thực tế, không xác Do đó, nên dùng loại nhiệt kế để đo nhiệt độ Mỗi phần thể có nhiệt độ khác Miệng nơi thường dùng để đo nhiệt độ Nhiệt độ miệng giảm ăn uống ăn lạnh bị kích xúc; tăng ăn thực phẩm nóng, miệng nhai, hút thuốc có nhiều nước miếng Có nhiều loại nhiệt kế khác nhau: Nhiệt kế số (Digital thermometer) cho biết kết xác nhanh dùng để đo thân nhiệt miệng, hậu môn, nách Nhiệt kế có nhiều loại với kích thước, hình dáng khác mua tiệm thuốc tây siêu thị Luôn đọc kỹ hướng dẫn trước dùng Nhiệt kế điện đo nhiệt độ tai (Electric ear thermometer) nhanh, xác, dễ dùng phổ biến Tuy nhiên, Hội Nhi Hoa Kỳ khuyên không nên dùng em tháng lỗ tai em nhỏ kết không Nhiệt kế băng nhựa đặt trán, không xác Nhiệt kế hình thức núm vú (Pacifier Thermometer), tiện lợi không xác Nhiệt kế thủy ngân (Glass mercury thermometer) trước thông dụng, người dùng, trẻ em, nhiều người e ngại nhiệt kế vỡ, thủy ngân vào miệng Thực thủy ngân nhiệt kế 53 Nhiệt kế đo nhiệt độ động mạch trán (temporal artery thermometer) giới thiệu xác lấy nhiệt độ hậu môn xác lấy nhiệt độ tai Ngoài ra, có dụng cụ đặc biệt đo nhiệt độ vùng thể qua tia phóng xạ phát từ da Nơi có tăng chuyển hóa máu lưu thông nhiệt độ lên cao, trường hợp ung thư tế bào bị viêm sưng Nơi máu lưu thông tắc mạch máu, nhiệt độ thấp Phương pháp áp dụng để tìm kiếm bệnh ung thư ung thư vú, bệnh mạch máu ngoại vi, bệnh da Đo thân nhiệt dễ dàng, kết xác, khách quan nên thường dùng bốn dấu hiệu quan trọng (vital signs) để ước định tình trạng bệnh tật Ðó nhịp tim, thở, huyết áp nhiệt độ thể 3.2.2 Sốt gì? Sốt nhiệt độ người cao mức trung bình Nhiều nhà chuyên môn đề nghị xác hơn: sốt nhiệt độ lên cao bệnh lý thông thường tiêu hóa thực phẩm, có cảm xúc mạnh, vận động thể, có thai, có kinh nguyệt Cẩn thận hơn, có người thêm nhiệt độ thể lên 37.2°C kèm theo đổ mồ hôi, thở nhanh, mạch máu da giãn nở, sốt Nhiệt độ cao 38°C (100°F) đo hậu môn, cao 37.5°C (100.4°F) đo miệng sốt Ở người bệnh, nhiệt độ đo ba lần ngày, ghi lên biểu đồ để giúp theo dõi bệnh trạng Một số bệnh có sốt đặc biệt, biểu đồ nhiệt độ giúp chẩn đoán bệnh Chẳng hạn: - Sốt định kỳ (relapsing fever) với vài ngày nhiệt độ lên cao vài ngày bình thường bệnh sốt rét - Sốt lên xuống hai lần ngày bệnh viêm khớp, thấp khớp - Sốt liên tục (Continuous fever) ngày viêm sưng phổi 54 - Cơn sốt tăng giảm lúc (remittent fever) bệnh lao phổi với nhiệt độ buổi sáng cao buổi chiều - Sốt hồi gián đoạn (intermittent fever) Sốt diễn theo ba giai đoạn: 1.Cơ thể phản ứng với tác nhân gây sốt cách tăng bạch cầu, nhiệt độ lên cao, da lạnh, thể run rẩy, mạch máu ngoại vi co hẹp, lông tóc dựng đứng, da xanh nhợt, khô 2.Trong giai đoạn 2, nhiệt độ giữ mức cao, thể hết run 3.Sau đó, nhiệt độ giảm, mạch máu ngoại vi giãn mở, đổ mồ hôi, da lạnh trở lại mầu sắc bình thường Sốt ngắn hạn dài hạn Ngắn hạn thường khoảng tuần lễ, trường hợp nhiễm vi khuẩn Dài hạn lâu hai tuần lễ trường hợp ung thư sốt không rõ nguyên nhân (FUO) Theo khoa học gia, sốt nhẹ làm tăng interferon, chất thiên nhiên chống virus ung thư; tăng khả diệt vi khuẩn bạch huyết cầu lymphô bào Nhiệt độ cao gây cản trở cho tăng sinh vi khuẩn Quan sát súc vật, người ta thấy thằn lằn bị vi khuẩn xâm nhập, bò phơi nắng để tăng nhiệt độ thể 3.2.3 Nguyên nhân gây sốt Sốt gây nguyên nhân từ từ thể + Nguyên nhân từ thể: - Nhiễm loại vi khuẩn, virus, nấm, ký sinh trùng - Dưới tác dụng vài dược phẩm kháng sinh nhóm Penicillin, sulfonamid, thuốc chữa bệnh lao, thuốc an thần loại barbiturates, thuốc chống kinh phong phenytoin, thuốc sổ táo bón, chất interferon, loại thuốc kích thích (Ectasy, angel dust ) - Tiêm vài chất đạm lạ thể loại globulin trị bệnh uốn ván 55 - Truyền máu - Thời tiết oi ả, nóng bức, tiếp xúc lâu với ánh nắng mặt trời + Nguyên nhân từ thể: - Do hủy hoại tế bào sau thương tích, thiếu dinh dưỡng, viêm sưng mô bào, bệnh mô liên kết thấp khớp, lupus ban đỏ SLE, thống phong, xuất huyết dày, thiểu máu quan (nhồi máu tim, lách…) - Phản ứng miễn dịch thể vật lạ xâm nhập - Các trường hợp tế bào tăng sinh bất thường khối u ác tính lành tính Nhiệt độ kéo dài tháng, năm vấn đề nguy hiểm cần để ý - Rối loạn chuyển hóa cấp tính cường tuyến giáp, bệnh thống phong - Tình trạng khô nước thể - Có nhiều trường hợp sốt thay đổi trực tiếp trung tâm điều hòa thân nhiệt không tác nhân gây sốt từ thể Chẳng hạn bị u bướu, xuất huyết khối huyết não - Xúc động mạnh làm thân nhiệt tạm thời lên cao Có nhiều trường hợp, nhập viện, nhiệt độ lên cao vài ngày giảm, người bệnh lo sợ bị bệnh nặng Một số loại sốt mang địa danh quốc gia sốt Dương Tử Giang với nhiễm Schistosoma japonicum, sốt xuất huyết dịch Korea, sốt đảo Chypre nhiễm khuẩn Brucella melitensis, ban nhiệt Sao Paulo, sốt định kỳ Mỹ USA recurrent fever… 3.2.4 Biến chứng nóng sốt Ngoài triệu chứng bệnh, sốt gây nhiều khó khăn cho thể: - Thay đổi hệ tuần hoàn, nhịp tim nhanh, huyết áp tăng nhiệt độ lên cao Tăng 1°C làm nhịp tim nhanh từ 10 tới 15 lần, có nhịp lạc vị (extrasystole) Các thay đổi gây tác động vi khuẩn, độc chất 56 Khi hết sốt, huyết áp trở lại bình thường nhịp tim chậm lại sức cản tuần hoàn ngoại vi giảm - Vì đổ mồ hôi nhiều thể tích máu giảm đưa tới khó khăn thêm cho chức hệ tuần hoàn Tuy nhiên, đổ mồ hôi phản ứng tự nhiên có ích thể để hạ thân nhiệt - Thân nhiệt cao đưa đến tăng tiêu thụ oxy tế bào - Sự tiêu hóa thực phẩm bị rối loạn Dịch vị bao tử tiết ra, hấp thụ thực phẩm giảm, nhu động ruột chậm lại, bệnh nhân hay bị táo bón, nước miếng, miêng lưỡi viêm đỏ khô, biếng ăn - Thay đổi thần kinh, tâm trạng đặc biệt người cao tuổi trẻ em Bệnh nhân mê sảng, nói lung tung (delirium), suy luận Khi nhiệt độ lên tới 40ºC (104°F), người cảm thấy khó chịu; tới 41ºC (106°F) chức não bắt đầu rối loạn, lên tới 42º.2C (108°F) não bị tổn thương Trường hợp xẩy ngoại trừ bị trúng nắng heat stroke, viêm não, xuất huyết não - Lên kinh phong, co giật bắp, trẻ em - Nhức đầu giãn nở động mạch não - Ớn lạnh (chill) đặc biệt máu bị nhiễm trùng huyết (bacteremia) - Trong vài trường hợp, sốt kích thích virus bệnh herpes simplex ngủ yên, bừng tỉnh, tái hoạt động gây bệnh - Giảm hồng cầu máu - Người có bệnh kinh niên, sốt làm bệnh trầm trọng - Sốt vừa phải tăng tính miễn dịch, tăng khả thực bào, di chuyển bạch cầu đa nhân, tăng sản xuất kháng thể, giảm tăng trưởng vi khuẩn Nhưng sốt cao kéo dài lâu lại làm suy nhược chế miễn dịch 57 3.3 Modul cảm biến nhiệt độ nhịp tim thể người 3.3.1 Lưu đồ thuật toán Hình 3.1: Lưu đồ thuật toán chương trình 58 Ban đầu chạy chương trình người sử dụng bấm nút tìm kiếm cổng COM Nếu có cổng Com bật kết nối tương đường với ZIGBEE bật kết nối với máy tính mở cổng COM Sau đó, chương trình chờ nhận liệu gửi từ cổng COM đồng thời bật Timer chạy tràn 20ms Hình 3.2: Khối Timer Trong Timer có biến đếm, Timer tràn (20ms)tương đương với việc biến đếm cộng thêm Căn vào giá trị biến đếm tính khoảng thời gian nhịp tim, tù tính tổng số nhịp tim phút (60s) 59 Hình 3.3: Khối nhận liệu từ cổng COM Mỗi có liệu gửi từ cổng COM hệ thống nhảy đến chương trình xử lý kiện cổng COM Khi đó, chương trình đọc giá trị gửi đến từ cổng COM Giá trị bao gồm: - Nhiệt độ thể (thân nhiệt) - Nồng độ Oxi máu 60 Sau đó, chương trình đọc biến đếm từ Timer tính số nhịp tim theo công thức: Số nhịp tim = 60.000 / {20 * [giá trị biến đếm]} Và đặt lại giá trị biến đếm = để tính thời gian với xung - Giá trị nhiệt độ thể số nhịp tim hiển thị số - Nồng độ Oxi máu (SPO2) hiển thị đồ thị 3.3.3 Sơ đồ thực tế Hình 3.4: Sơ đồ thực tế Hệ thống đưa bao gồm thiết bị giám sát nhịp tim nhiệt độ gắn vào cổ tay bệnh nhân Thiết bị kết nối với mạng cảm biến 61 không dây qua chuẩn truyền thông Zigbee Arduino kết hợp Xbee ZB24, ghép nối với mạng GSM qua modul SIM 900A Khi bệnh nhân nằm vùng mạng cảm biến không dây, liệu nhịp tim nhiệt độ đưa máy chủ để bác sỹ theo dõi Nhưng bệnh nhân khỏi vùng phủ sóng mạng cảm biến không dây bệnh nhân gặp vấn đề sức khỏe (Nhịp tim thay đổi bất thường nhiệt độ thay đổi), thiết bị báo số điện thoại người thân bác sỹ thông báo tính hình sức khỏe bệnh nhân thông qua SMS 3.3.4 Nguyên lý hoạt động Hệ thống gắn thể người sử dụng với cảm biến nhịp tim gắn vào đầu ngón tay, cảm biến nhiệt độ mạch hỗ trợ cảm biến nhịp tim gắn quanh cổ tay Khi người sử dụng nằm phạm vi mạng cảm biến không dây, xung nhịp tim đưa tạo ngắt Arduino Mega2560, có ngắt, Arduino đếm thời gian hai lần xung nhịp đưa để tính số nhịp tim phút, Arduino đọc giá trị nhiệt độ thể người sử dụng, số nhịp tim tính hay nhiệt độ thể có dấu hiệu bất thường hệ thống phát tín hiệu cảnh báo thông qua LED còi đồng thời gửi tin nhắn đến số điện thoại người thân bác sỹ để thông báo tình hình sức khỏe người sử dụng Hình 3.5: Khi người sử dụng phạm vi mạng cảm biến không dây 62 Ngoài đếm timer tăng lên cao (Khoảng thời gian hai nhịp tim lâu) đồng thời hệ thống thông báo gửi tin nhắn cảnh báo qua tin nhắn đến số điện thoại đăng ký Hình 3.6: Khi người sử dụng phạm vi mạng cảm biến không dây Khi người sử dụng nằm phạm vi mạng cảm biến không dây có xung nhịp tim đưa Arduino, hệ thống gửi liệu nhiệt độ lượng SpO2 đo (Do mạch cảm biến nhịp tim đưa mức tín hiệu số nên lượng SpO2 mức coi giá trị 100% mức 0%) qua Xbee Zb24 máy tính trung tâm Từ liệu này, máy tính trung tâm phân tích đánh giá tình trạng sức khỏe bệnh nhân cách liên tục xác 63 3.3.5 Kết Hình 3.7: Nhiệt độ nhịp tim bình thường Hình 3.8: Nhiệt độ bình thường – nhịp tim nhanh 64 Hình 3.9: Nhiệt độ cao – Nhịp tim bình thường Hình 3.10: Giao diện máy tính 65 KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN Công nghệ ZigBee công nghệ ứng dụng mạng liên lạc đạt hiệu tích cực.Đặc điểm công nghệ ZigBee tốc độ truyền tin thấp, tiêu hao lượng, chi phí thấp, giao thức mạng không dây hướng tới ứng dụng điều khiển từ xa tự động hóa Sau thời gian tìm hiểu nghiên cứu tài liệu tiếp xúc thực tế với hướng dẫn tận tình thầy cô môn Công Nghệ Truyền Thông – Khoa CNĐT & TT, đặc biệt với bảo thầy giáo ThS.Phạm Văn Ngọc, em cố gắng hoàn thành đồ án “Nghiên cứu chuẩn truyền thông ZigBee/IEEE 802.25.4 xây dựng ứng dụng thu thập, đánh giá sức khỏe qua nhiệt độ nhịp tim”với nội dung sau: - Tìm hiểu tổng quan mạng cảm biến không dây công nghệ truyền thông ZigBee đặc điểm công nghệ - Tìm hiểu loại thuật toán chọn đường tối ưu truyền thông ZigBee - Xây dựng ứng dụng đo nhiệt độ nhịp tim thể người có sử dụng công nghệ truyền thông ZigBee, khảo cứu mạch thực tế Qua đồ án, em có thêm nhiều kiến thức bổ ích công nghệ truyền thông nói chung truyền thông ZigBee nói riêng ZigBee chuẩn quốc tế sử dụng để phát triển giải pháp điều khiển cho ứng dụng điện tòa nhà như: hệ thống chiếu sáng, giám sát môi trường, quản lý lượng, tích hợp hệ thống an ninh an toàn Nó tạo môi trường tương tác đa dạng cho nhà cung cấp dịch vụ, cho công ty thiết kế thiết bị gốc (ODM) công ty sản xuất thiết bị gốc (OEM) với tiêu chuẩn tảng giải pháp điều khiển không dây cho nhà tòa nhà tự động hóa Với người sử dụng, nhà thông minh không dây ZigBee có mức giá hợp lý, hoạt động tin cậy, khả mở rộng cao dễ dàng sử dụng điều khiển.Nhờ vào đặc điểm ưu điểm với dựa khảo cứu mạch thực tế tìm hiểu đồ án Em hy vọng có 66 đánh giá hiểu biết sâu sắc công nghệ ZigBee/IEEE 802.15.4 vai trò tiềm sống Từ đó, ứng dụng công nghệ truyền thông ZigBee vào nhiều ý tưởng để phục vụ cho nhu cầu người sống đại ngày tương lai Do nhiều mặt hạn chế trình độ thời gian nên đồ án tránh khỏi nhiều thiết sót, em mong nhận ý kiến đóng góp thầy cô bạn đọc Cuối cùng, em xin cảm ơn quan tâm thầy cô giáo đồ án, đặc biệt xin gửi lời cám ơn chân thành sâu sắc tới thầy giáo ThS.Phạm Văn Ngọc đóng góp ý kiến giúp đỡ em nhiều thời gian làm đồ án Thái Nguyên, tháng năm 2013 Sinh Viên Nguyễn Thị Ngọc Hân 67