Báo cáo thiết kế máy đo huyết áp đồ án môn học Sinh viên đại học sư phạm kỹ thuật bộ môn điện tử y sinh:Dự án của nhóm em là thiết kế một thiết bị theo dõi huyết áp di động có thể đo huyết áp và nhịp tim của người dùng thông qua một vòng tay bơm hơi. Thiết bị này bao gồm ba phần chính: phần cứng bên ngoài (như vòng tay, motor, van và màn hình LCD), mạch analog và vi điều khiển. Mạch analog chuyển đổi giá trị áp suất bên trong vòng tay thành dạng sóng tương tự có thể đọc và sử dụng được. Thiết bị sẽ lấy mẫu dạng sóng và thực hiện biến đổi ADC để có thể tính toán. Vì đây là một thiết bị di động nên chắc chắn tất cả các thành phần đều được gói gọn trong một thiết bị và cho phép người dùng mang nó đến bất cứ đâu, sử dụng bất cứ khi nào và bất cứ nơi nào họ muốn.
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH KHOA LÝ ĐIỆN – ĐIỆN TỬ - - ĐỀ TÀI THIẾT KẾ MÁY ĐO HUYẾT ÁP GVHD: Thầy Nguyễn Thanh Tâm Sinh viên thực hiện: Nguyễn Phúc Bảo 16129006 Nguyễn Lê Gia Bách 16129008 Nguyễn Thị Hậu 16129022 Lê Việt Hùng 16129029 Lê Ngọc Phú 16129054 Tp Hồ Chí Minh, tháng năm 2018 Ý KIẾN NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN Ý KIẾN NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN MỤC LỤC MỤC LỤC NỘI DUNG GIỚI THIỆU CƠ SỞ LÝ THUYẾT GIẢI PHÁP KẾT QUẢ KẾT LUẬN NỘI DUNG GIỚI THIỆU Mục tiêu: Dự án nhóm em thiết kế thiết bị theo dõi huyết áp di động đo huyết áp nhịp tim người dùng thơng qua vòng tay bơm Thiết bị bao gồm ba phần chính: phần cứng bên ngồi (như vòng tay, motor, van hình LCD), mạch analog vi điều khiển Mạch analog chuyển đổi giá trị áp suất bên vòng tay thành dạng sóng tương tự đọc sử dụng Thiết bị lấy mẫu dạng sóng thực biến đổi ADC để tính tốn Vì thiết bị di động nên chắn tất thành phần gói gọn thiết bị cho phép người dùng mang đến đâu, sử dụng nơi họ muốn Không thể phủ nhận ngày người ý thức tình trạng sức khỏe Một phương pháp sử dụng rộng rãi để kiểm tra tình trạng sức khỏe cá nhân đo huyết áp nhịp tim họ Vì nhóm em người thật quan tâm đến vấn đề sức khỏe nên định thực đề tài chúng em muốn xây dựng thiết bị hữu ích cho sống, hết làm quen với công việc tương lai Do phần kiến thức giới hạn, nên mục tiêu thiết bị nhóm chúng em dừng lại việc đo huyết áp nhịp tim Ba thông số hiển thị hình LCD: huyết áp tâm thu, huyết áp tâm trương nhịp tim Kết thiết bị phản ánh phần thông số thực người dùng Chúng em cố gắng cải thiệt kết tương lai tích lũy đủ phần kiến thức Do giới hạn thiết bị nên việc ứng dụng thực phạm vi phòng thí nghiệm, trường học, gia đình, nơi chưa cần có xác cao GIỚI THIỆU CƠ SỞ LÝ THUYẾT VÀ THỰC NGHIỆM Trình bày nhanh qua lí thuyết đo huyết áp: Thông thường bác sĩ đo huyết áp bệnh nhân, ơng bơm khơng khí vào vòng tay sử dụng ống nghe để nghe âm máu động mạch cánh tay bệnh nhân Lúc đầu, áp suất bơm cao giá trị huyết áp tâm thu Tại thời điểm này, bác sĩ khơng nghe thấy qua ống nghe Sau áp lực hạ xuống từ từ, số điểm, bác sĩ bắt đầu nghe thấy âm trái tim đập Tại thời điểm này, áp suất vòng tay tương ứng với áp suất tâm thu Sau áp lực giảm thêm nữa, bác sĩ tiếp tục nghe âm (với đặc điểm khác nhau) Và điểm cuối cùng, âm bắt đầu biến Tại thời điểm này, áp suất vòng tay tương ứng với áp suất tâm trương Để thực phép đo, sử dụng phương pháp gọi oscillometric (đo giao động) Không khí bơm vào vòng tay để có áp suất cao huyết áp tâm thu trung bình khoảng 20 mmHg (trung bình khoảng 120 mmHg) Sau đó, khơng khí từ từ giải phóng khỏi vòng tay làm cho áp suất vòng tay giảm Khi vòng tay từ từ giảm áp lực, đo dao động áp suất vòng tay Huyết áp tâm thu áp lực mà xung bắt đầu xảy Chúng sử dụng thiết bị để phát điểm mà dao động xảy sau ghi lại áp suất vòng tay Sau đó, áp lực vòng tay giảm Huyết áp tâm trương thực điểm mà dao động bắt đầu biến Thiết bị đo thị trường: Hiện ngồi thị trường có nhiều sản phẩm máy đo huyết áp đến từ nhiều thương hiệu như: Omron, Beurer, Microlife, Citizen, medilife, Nhưng thật có loại máy đo huyết áp cơ, máy đo huyết áp điện tử, máy đo huyết áp tự động máy đo huyết áp thủy ngân Về giá thành So với dòng sản phẩm khác máy đo huyết áp có giá thành ổn định hơn, dao động từ mức giá vài trăm CƠ SỞ LÝ THUYẾT VÀ THỰC NGHIỆM ngàn vài triệu, số dòng đo huyết máy hãng Berurer thường giá thành cao Nhưng phổ biến nhiều người ưa chuộng dòng máy có mức giá từ 500k - triệu, dòng máy vừa đảm bảo đáp ứng đầy đủ nhu cầu vừa đảm bảo giá phải Về loại máy dùng để thực chức đo huyết áp, theo dõi nhịp tim, bạn muốn thêm nhiều tính đại lựa chọn dòng cao cấp giá thành sản phẩm cao đôi chút CƠ SỞ LÝ THUYẾT VÀ THỰC NGHIỆM GIẢI PHÁP Giải pháp giải mục tiêu: Phương pháp không xâm lấn Yêu cầu thiết kế • • • • • Máy có khả chạy độc lập, khơng cần kết nối máy tính Dùng pin 9V để giúp thiết bị gọn nhẹ đủ đáp ứng nhu cầu điện áp Có hình LCD để dễ dành hiển thị kết đo Sử dụng nút nhấn học Có khả kết nối máy tính cần thiết (suất kết PC) Sơ đồ khối tổng quát 10 Hình 3.1 11 GIẢI PHÁP 12 Chi tiết thiết kế: • Bộ khuyết đại DC: 13 Hình 3.2 14 Vì điện áp đầu chuyển đổi áp suất nhỏ nên ta phải khuyếch đại tín hiệu để xử lý Chúng em sử dụng khuếch đại IC AD620 Điện trở sử dụng để xác định độ lợi khuếch đại theo phương trình Do cần độ lợi đạt khoảng 105, chọn điện trở 470 Điều cho đạt độ lợi 105 theo phương trình Tuy nhiên, nhóm em đo độ lợi tồn mạch, độ lợi đo 110 Sơ đồ khuếch đại hình vẽ GIẢI PHÁP • Bộ lọc băng tần • • • Hình 3.3 Bộ lọc băng tần thiết kế gồm hai tầng Lý cho việc sử dụng hai tầng tổng thể lọc cung cấp tăng lớn đáp ứng tần số lọc thực tốt việc sử dụng tầng Phương pháp cải thiện tỷ số tín hiệu nhiễu đầu Sơ đồ cho hai lọc thể hình • Bộ lọc tầng : • Tần số cắt thấp: • Tần số cắt cao: • Độ lợi tầng 1: • GIẢI PHÁP 10 • • • Mạch tổng hợp: • Hình 3.5 • • • • • • • • GIẢI PHÁP 12 • FlowChart: • • • • • • GIẢI PHÁP Hình 3.6 13 • Lựa chọn linh kiện Vi điều khiển mạch kết hợp: • Độ xác cao • Nhỏ gọn • Có giao tiếp với máy tính qua cổng USB • Có chuyển đổi ADC • Dùng nguồn chiều 9-24V Loại mạc h • Ard uino Uno R3 • • • Hình ảnh Giá thàn h • 135.0 00vn đ • • • • • • • Viet duin o Uno • • 135.0 00vn đ • • • • • Ard uino nan o FT2 32R L • GIẢI PHÁP • 145.0 00vn đ • • Đặc điểm bật - Là loại phổ biến dễ sử dụng dòng Arduino - Sử dụng 5VDC từ cổng USB nguồn ngồi cắm từ giắc tròn DC -Chip điều khiển chính: ATmega328 -Chip nạp giao tiếp UART: ATmega16U2 -Có chuyển đồi ADC - Có dòng đầu thấp nóng cấp điện áp đầu vào cao - Sử dụng mạch nguồn xung với dải điện áp đầu vào linh hoạt 4.5~24VDC - Sử dụng Vi điều khiển ATmega16U2 giả lập chức USB UART - Kích thước nhỏ gọn, thiết kế chuẩn chân giao tiếp tương đương với Arduino Nano - Một ưu điểm Arduino Nano sử dụng phiên IC dán nên có thêm chân 14 • • • We Mos D1 R2 • • 16F 877 • 165.0 00vn đ • - Thích hợp dễ dàng thực ứng dụng thu thập liệu điều khiển qua Wifi • 65.00 0vnđ • - 368 bytes nhớ liệu RAM 8K Words nhớ chương trình FLASH - Có khả xử lý ngắt từ nhiều nguồn ngắt khác ngắt ngoài, ngắt tràn Timer, ngắt ngoại vi ngắt ADC… - Có định thời Timer0, Timer1, Timer2 -368 bytes nhớ liệu RAM 8K Words nhớ chương trình FLASH - Có ngắt, ngắt ngoại vi - Có định thời Timer0, Timer1, Timer2 • • • • 16F 887 • 60.00 0vnđ • • • • • • Analog A6, A7 Bảng 3.1 Nhóm chúng em chọn Arduino nano FT232RL lí sau: Khích thức nhỏ gọn Độ bền cao Dễ dàng giao tiếp với máy tính Cảm biến áp suất: • Tiêu chí chọn cảm biến áp suất • Đo áp suất xác từ – 40Kpa • Có giao tiếp với Arduino • Giá thành hợp lí • • • GIẢI PHÁP 15 • • • • Tên • • • • MPX2202 GP Hình ảnh • • D ả i đ o • ( K p a ) • • – • Giá nh • (VN D) • • Đ • • 320 00 • • Ca 0 • • MPX10DP • • • • – • 200 00 • • Ca • • • BAR PTL-4-V • • • – • • • Ca 2.1 50 000 0 GIẢI PHÁP 16 • • MPS20N0 040D • • • – • • • • 60 000 Ca • • • GIẢI PHÁP Bảng 3.2 17 • Trong ứng dụng đo huyết áp huyết áp tối đa cần dùng đến 300mHg tương đương 40 Kpa kết hợp với yếu tố giá thành cảm biến nhóm đưa phương án chọn cảm biến MPS20N0040D có giá rẻ thang đo vừa đủ cho việc đo huyết áp độ xác cao • GIẢI PHÁP 18 KẾT QUẢ Một số hình ảnh sản phẩm: Hình 4.1 Sản phẩm hồn chỉnh Hình 4.2 Bên KẾT QUẢ 19 Hình 4.3 Lúc đo 10 Số liệu thống kê: 11 Tên người đo 13 Phúc Bảo 19 Gia Bách 25 Việt Hùng 31 Thị Hậu 37 Ngọc Phú KẾT QUẢ 12 Kết đo (tâm thu – tâm trương – nhịp tim) 14 119 - 90 – 72 15 114 – 87 – 10 16 108 – 83 – 72 17 110 – 85 – 73 18 123 – 88 – 10 20 125 – 93 – 82 21 115 – 89 – 12 22 132 – 100 – 10 23 127 – 85 – 85 24 110 – 76 – 10 26 126 – 93 – 70 27 130 – 71 – 71 28 131 – 80 – 69 29 121 – 70 – 10 30 128 – 78 – 10 32 132 – 104 – 70 33 125 – 97 – 10 34 123 – 95 – 72 35 116 – 88 – 74 36 130 – 100 – 10 38 121 – 88 – 10 39 110 – 70 – 10 40 115 – 80 – 75 41 80 – 70 – 70 20 42 126 – 83 – 74 43 (Test với máy đo huyết áp thị trường: Omron HEM-6121) 44 45 46 47 48 49 50 51 52 Hình 4.4 53 Biểu đồ thống kê: 54 55 Hình 4.5 56 Ngun nhân khơng xác: Do trình độ nhân lực chưa cao Có thể vòng tay lấy từ máy cũ sử dụng nhiều lần nên độ xác bị giảm • Do nhiễu • • 57 KẾT QUẢ 21 58 KẾT LUẬN Nhóm thực tốt mục tiêu đề ra, đo thông 15 số gần so với thông số thực người dùng (được đo máy đo huyết áp chất lượng cao bệnh viện gần nhà) Nhóm em đánh giá hiệu máy qua yếu tố: • Thời gian đo: Quá trình đo tổng cộng khoảng phút 30 giây Tuy nhiên, điều 16 phụ thuộc vào người sử dụng cách họ đeo vòng tay Đối với cá nhân cho dạng sóng khác khiến thời gian đo bị thay đổi thay đổi Tuy nhiên, khác biệt nhỏ thường vòng 10 giây • Độ xác: 17 Tất phép đo chủ yếu phụ thuộc vào dạng sóng đo độ xác cảm biến áp suất Do vậy, đơi thiết bị hoạt động không mong muốn, đặc biệt người dùng chuyển động nhiều đeo dây đeo không cách Một chủ đề khác đáng nói đến phương pháp đo lường mà 18 sử dụng gọi phương pháp dao động Nó thường sử dụng sản phẩm thương mại có độ tin cậy Tuy nhiên, phương pháp khơng xác phương pháp áp dụng sở điều trị bệnh, bác sĩ sử dụng mocrophone(ống nghe) để nghe giao động động mạch • Độ an tồn: 19 Vì dụng cụ y tế nên an toàn người dùng mối quan tâm nhóm em Vòng tay bóp cổ tay thật chặt gây thương tích sử dụng khơng cách Vì vậy, chúng em đưa lưu ý độ an toàn sau: 10 KẾT LUẬN 22 Đầu tiên, vi điều khiển lập trình cho áp suất vòng tay lớn 190 mmHg, động dừng lại Đối với đại đa số người dùng, áp lực 190 mmHg gây chút khó chịu cho cánh tay Thứ hai cung cấp nút nhấn an toàn cho người dùng Trong động bơm vòng tay bị xiết chặt, người dùng cảm thấy khó chịu đau đớn, người nhấn nút để ngừng hoạt động Động dừng lại van mở để giải phóng khơng khí khỏi vòng tay Cuối cùng, thiết bị sử dụng nguồn điện với điện áp thấp (9V), ngưỡng ảnh hưởng tới sức khỏe người Ngồi ra, thiết bị đóng gói vỏ nhựa, mang lại độ an toàn gần tuyệt đối cho người dùng • Khả sử dụng: 20 Thiết bị chúng em sử dụng với hầu hết người lớn, giống máy đo huyết áp khác bán thị trường Màn hình LCD hiển thị rõ ràng Vì thiết bị thiết kế di động, thiết bị sử dụng nơi lúc miễn pin 21 Vòng tay mà chúng em sử dụng thích hợp với kích thước cổ tay người lớn trung bình (chu vi khoảng từ 13cm đến 20cm) Do kích thước cổ tay nằm ngồi phạm vi khơng cho kết xác Do hạn chế ngân sách chúng em, chúng em khơng có nhiều kích thước vòng tay cho dự án chúng em 22 Hướng phát triển: 23 Nhóm chúng em hy vọng tương lai phát triển sản phẩm máy đo huyết ap nhóm muốn phát triển theo hướng Iot Kết lần đo cập nhật lên sở liệu người đo Qua bác sĩ người bệnh sử dụng liệu để đánh giá chuẩn đốn bệnh, theo dõi tình hình sức khoẻ bệnh nhân Hoặc xa ứng dụng AI vào chuẩn đốn sức khoẻ người đo 10 KẾT LUẬN 23 24 TÀI LIỆU THAM KHẢO 25.[1]http://people.ece.cornell.edu/land/courses/ece4760/FinalProjects/s200 5/ww56_ws62/Final%20Project%20Web/index.html#High TÀI LIỆU THAM KHẢO 24 DANH MỤC HÌNH ẢNH 26 27 28 TÊN HÌNH ẢNH 30 32 34 36 38 40 42 44 46 48 Hình 3.2 Hình 3.3 Hình 3.4 Hình 3.5 Hình 3.6 Hình 4.1 Hình 4.2 Hình 4.3 Hình 4.4 Hình 4.5 DANH MỤC HÌNH ẢNH 29 TRANG 31 33 10 35 11 37 12 39 13 41 18 43 18 45 19 47 20 49 20 25 DANH MỤC BẢNG 50 51 TÊN BẢNG 53 Bảng 3.1 55 Bảng 3.2 52 TRANG 54 15 56 16 57 DANH MỤC BẢNG 26 ... medilife, Nhưng thật có loại máy đo huyết áp cơ, máy đo huyết áp điện tử, máy đo huyết áp tự động máy đo huyết áp thủy ngân Về giá thành So với dòng sản phẩm khác máy đo huyết áp có giá thành ổn định... SỞ LÝ THUYẾT GIẢI PHÁP KẾT QUẢ KẾT LUẬN NỘI DUNG GIỚI THIỆU Mục tiêu: Dự án nhóm em thiết kế thiết bị theo dõi huyết áp di động đo huyết áp nhịp tim người dùng thơng qua vòng tay bơm Thiết bị... thị kết đo Sử dụng nút nhấn học Có khả kết nối máy tính cần thiết (suất kết PC) Sơ đồ khối tổng quát 10 Hình 3.1 11 GIẢI PHÁP 12 Chi tiết thiết kế: • Bộ khuyết đại DC: 13 Hình 3.2 14 Vì điện áp