Đang tải... (xem toàn văn)
Bài báo nhằm giới thiệu việc xây dựng một hệ thống phần mềm ứng dụng chạy trên nền tảng Android sử dụng công nghệ truyền thông Bluetooth được thiết kế thông qua quá tr[r]
(1)Trần Đức Hồng Đtg Tạp chí KHOA HỌC & CÔNG NGHỆ 189(13): 15 - 21
XÂY DỰNG HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN, GIÁM SÁT PHÒNG BỆNH TRÊN NỀN TẢNG ANDROID
Trần Đức Hoàng*, Đoàn Mạnh Cường, Lê Hoàng Hiệp, Nguyễn Thị Dung
Trường Đại học Công nghệ thông tin Truyền thơng - ĐH Thái Ngun
TĨM TẮT
Bài báo nhằm giới thiệu việc xây dựng hệ thống phần mềm ứng dụng chạy tảng Android sử dụng công nghệ truyền thông Bluetooth thiết kế thông qua trình khảo sát, tìm hiểu yêu cầu thực tế theo dõi hệ thống điều khiển ánh sáng, hệ thống điều hịa khơng khí, hệ thống cảnh báo cháy nổ phòng điều trị bệnh cho bệnh nhân sở y tế Hệ thống có khả tương tác, điều khiển phịng bệnh điều trị bệnh nhân từ xa với chức sau:
- Giám sát thông số nhiệt độ, độ ẩm, cảm biến khói (khí) phịng bệnh
- Tự động gửi cảnh báo tới bác sỹ trường hợp thơng số nằm ngồi ngưỡng cho phép - Điều khiển thiết bị điện sử dụng phòng như: đèn, quạt
- Gửi yêu cầu chăm sóc điều trị tới số điện thoại bác sỹ
Từ khóa: Ứng dụng điều khiển từ xa, Điều khiển thiết bị Android, Giám sát thông số phòng bệnh, Hệ thống điều khiển Mobile
GIỚI THIỆU*
Nâng cao chất lượng khám điều trị bệnh mục tiêu sở y tế, bênh viện phòng khám tư nhân quan tâm trọng Trong việc trang bị cho phịng điều trị thiết bị, công nghệ giúp bệnh nhân thuận tiện sử dụng, kiểm soát yếu tố phịng mà khơng làm ảnh hưởng tới bệnh nhân, từ có khơng gian thoải mái giúp bệnh nhân hồi phục nhanh, tốt mục tiêu hướng tới
Ưu điểm hệ thống thông minh so với phương pháp thủ công truyền thống người sử dụng bác sĩ điều trị, bệnh nhân người nhà bệnh nhân giám sát điều khiển thiết bị phòng từ xa, sau biết thông số nhiệt độ, độ ẩm, khí gas phịng điện thoại sử dụng hệ điều hành android Hệ thống gửi thông số, cảnh báo số điện thoại bác sĩ điều trị người nhà bệnh nhân bệnh nhân trường hợp vượt mức yêu cầu y tế cho phép Từ can thiệp kịp thời để không làm ảnh hưởng tới bệnh nhân trình điều trị [1],[2]
*
Tel: 0976 262145; Email: tdhoang@ictu.edu.vn
ỨNG DỤNG CÔNG NGHỆ TRUYỀN THÔNG KHÔNG DÂY BLUETOOTH KẾT HỢP NỀN TẢNG ANDROID TRÊN MOBILE TRONG XÂY DỰNG ỨNG DỤNG Bluetooth công nghệ truyền thông không dây cho phép thiết bị điện, điện tử giao tiếp với sóng vơ tuyến qua băng tần chung ISM (Industrial, Scientific, Medical) Bluetooth thiết kế nhằm mục đích thay dây cable máy tính thiết bị truyền thông cá nhân, kết nối vô tuyến thiết bị điện tử lại với cách thuận lợi với giá thành rẻ
Khi kích hoạt, Bluetooth tự động định vị thiết bị khác có chung cơng nghệ vùng xung quanh bắt đầu kết nối với chúng Nó định hướng sử dụng cho việc truyền liệu lẫn tiếng nói
Tầng giao thức Bluetooth Radio
(2)Trần Đức Hồng Đtg Tạp chí KHOA HỌC & CƠNG NGHỆ 189(13): 15 - 21 tiếp sóng radio mà liệu Bluetooth có
thể xuyên qua vật thể rắn phi kim.
Hình 1.Các tầng giao thức Bluetooth
Sóng radio Bluetooth truyền cách nhảy tần số (Frequency Hopping), có nghĩa gói tin (Packet) truyền tần số khác Tốc độ nhảy nhanh giúp tránh nhiễu tốt Hầu dùng 79 bước nhảy, bước nhảy cách 1MHz, bắt đầu 2,402GHz kết thúc 2,480GHz Ở vài nước, chẳng hạn Pháp, Nhật, phạm vi dải băng tần giảm 23 bước nhảy
Các đặc điểm công nghệ Bluetooth
- Tiêu thụ lượng thấp, cho phép ứng dụng nhiều loại thiết bị bao gồm thiết bị cầm tay điện thoại di động - Khoảng cách giao tiếp cho phép:
Khoảng cách hai thiết bị đầu cuối lên đến 10m ngồi trời 5m tịa nhà
Khoảng cách thiết bị đầu cuối Access point lên tới 100 m trời 30 m tòa nhà
- Bluetooth sử dụng băng tần khơng đăng kí 2,4Ghz dãy băng tần IMS Tốc độ truyền liệu đạt tới mức tối đa 1Mbps (do sử dụng tần số cao) mà thiết bị không dây cần phải thấy trực tiếp
- Dễ dàng việc phát triển ứng dụng: Bluetooth kết nối ứng dụng với ứng dụng khác thơng qua chuẩn “Bluetooth Profiles”, độc lập phần cứng hệ điều hành sử dụng
- Bluetooth dùng giao tiếp liệu tiếng nói: có kênh để truyền tiếng nói kênh để truyền liệu mạng cá nhân - An toàn bảo mật tích hợp với xác nhận mã hóa
- Tính tương thích với thiết bị phần cứng cao
Phát huy ưu điểm hệ điều hành Android
Android hệ điều hành di động dựa tảng Linux phiên 2.6 dành cho dòng điện thoại SmartPhone Đầu tiên Android đời công ty liên hợp Android, sau Google mua lại phát triển từ năm 2005 trở thành hệ điều hành di động mã nguồn mở, miễn phí, mạnh mẽ ưa chuộng cao giới Hệ điều hành android hệ điều hành mạnh, có khả bảo mật cao, hỗ trợ nhiều công nghệ tiên tiến 3G, GPS, EDGE, Wifi tương thích với nhiều phần cứng, hỗ trợ nhiều loại nhập liệu Keyboard, Touch Trackball Android hệ điều hành di động nên có khả kết nối cao với mạng khơng dây Hỗ trợ cơng nghệ OpenGL nên có khả chơi phương tiện media, hoạt trình diễn khả đồ họa khác cực tốt, tiền đề để phát triển ứng dụng có giao diện phức tạp chẳng hạn trị chơi [1], [2], [3]
PHÂN TÍCH THIẾT KẾ HỆ THỐNG CHƯƠNG TRÌNH ỨNG DỤNG
(3)Trần Đức Hồng Đtg Tạp chí KHOA HỌC & CÔNG NGHỆ 189(13): 15 - 21 Việc sử dụng tín hiệu khơng dây
Bluetooth cho phép hệ thống triển khai áp dụng linh hoạt vào thực tế Vì hệ thống cho phép người dùng tự thiết kế vị trí đặt khối thành phần tùy theo thực tế phòng bệnh Tùy vào loại thiết bị RF sử dụng, khoảng cách làm việc khả dụng hệ thống dao động từ vài chục mét [4]
Hình 2 Sơ đồ ngữ cảnh hệ thống
Từ yêu cầu xây dựng mơ hình hệ thống phịng bệnh thơng minh bệnh nhân có tính cụ thể sau:
- Giám sát thông số nhiệt độ, độ ẩm, cảm biến khói trường hợp xảy hỏa hoạn - Tự động gửi cảnh báo tới bác sỹ trường hợp thơng số nằm ngồi ngưỡng cho phép
- Điều khiển thiết bị điện từ xa sử dụng phòng như: Đèn, quạt
- Gửi yêu cầu chăm sóc điều trị tới số điện thoại bác sỹ
Sơ đồ khối hệ thống
Sơ đồ khối hệ thống gồm khối thành phần sau:
Giao diện chương trình điều khiển điện thoại di động
Trung tâm điều khiển:
o Khối thu tín hiệu Bluetooth
o Khối xử lý trung tâm
o Khối phát tín hiệu RF
Các khối điều khiển thiết bị:
o Khối thu tín hiệu RF
o Khối điều khiển thiết bị (đèn, quạt)
Các khối cảm biến thông số môi trường:
o Khối cảm biến nhiệt độ, độ ẩm o Khối cảm biến khói (cháy)
Hình 3. Sơ đồ khối thiết kế hệ thống Trong đó, nhiệm vụ chức khối sau:
Giao diện chương trình điều khiển điện thoại di động: Được thiết kế tảng Android Giao diện chương trình thân thiện, dễ dàng sử dụng
Trung tâm điều khiển:
- Khối thu tín hiệu Bluetooth: Làm nhiệm vụ thu nhận tín hiệu điều khiển từ điện thoại người dùng
- Khối xử lý trung tâm: Thu nhận giải mã tín hiệu điều khiển Bluetooth từ điện thoại, sau gửi tín hiệu điều khiển đến khối chấp hành thông qua khối phát RF; Khối xử lý trung tâm có nhiệm vụ thu thập thơng số mơi trường, phát khói có hỏa hoạn gửi cảnh báo đến người dùng
- Khối phát tín hiệu RF: Truyền tín hiệu RF đến khối điều khiển thiết bị độc lập
Các khối điều khiển thiết bị: Gồm 02 thiết bị độc lập
- Khối thu tín hiệu RF: Làm nhiệm vụ thu nhận tín hiệu điều khiển thiết bị từ trung tâm điều khiển
(4)Trần Đức Hồng Đtg Tạp chí KHOA HỌC & CÔNG NGHỆ 189(13): 15 - 21 Các khối cảm biến thông số môi trường:
- Khối cảm biến nhiệt độ, độ ẩm: Thu thập thông số nhiệt độ, độ ẩm gửi trung tâm điều khiển hiển thị thiết bị điện thoại di động người dùng
- Khối cảm biến khói (cháy): Thu thập thơng số nồng độ khí gửi trung tâm điều khiển hiển thị thiết bị điện thoại di động người dùng
XÂY DỰNG CHƯƠNG TRÌNH MƠ PHỎNG
Lưu đồ thuật tốn kết nối Bluetooth
Hình 4. Lưu đồ thuật tốn hệ thống Khi kích hoạt hệ thống, q trình kết nối điện thoại hệ thống thông qua Bluetooth thực Khối kiểm tra mật kiểm tra mật để kết nối hệ thống Nếu nhập sai mật khẩu, kết nối Bluetooth không thực trình phải thực lại từ đầu
Nếu cú pháp đúng, người dùng tiếp tục thao tác giao diện chương trình để thực chức như: Hiển thị thông số môi trường, điều khiển thiết bị
Lưu đồ thuật tốn chương trình thu thập thơng số mơi trường
Hình 5. Lưu đồ thuật tốn thu thập thơng số môi trường Khi hệ thống hoạt động, thông số môi trường nhiệt độ, độ ẩm gửi trung tâm điều khiển Nếu thông số nằm ngưỡng cho phép, kết hiển thị giao diện điện thoại người dùng Trong trường hợp thơng số nằm ngồi ngưỡng cho phép, ngồi việc hiển thị kết thiết bị gửi thông tin cảnh báo đến người dùng [4],[5]
Lưu đồ thuật tốn chương trình điều khiển thiết bị
Hình 6. Lưu đồ thuật tốn chương trình điều khiển thiết bị
Sau module thu RF nhận tín hiệu điều khiển vi điều khiển tiến hành giải mã tín hiệu điều khiển Lúc mã điều khiển kiểm tra, mã điều khiển "1", "2", bật tắt relay tương ứng với thiết bị quạt đèn
Thiết kế, xây dựng chương trình ứng dụng
Thiết kế, xây dựng chương trình điều khiển hệ thống có chức [5]:
(5)Trần Đức Hồng Đtg Tạp chí KHOA HỌC & CÔNG NGHỆ 189(13): 15 - 21 - Các chức điều khiển
+ Bật/tắt đèn + Bật/tắt quạt
- Các chức thu thập thông số môi trường + Thu thập hiển thị thông số nhiệt độ, độ ẩm + Thu thập thơng số khí gas
+ Chức gửi yêu cầu bác sỹ chăm sóc điều trị
+ Gửi thơng tin u cầu đến bác sỹ thông qua tin nhắn SMS
Mơ hình hoạt động Client-Server
Biểu đồ Use Case:
Biểu đồ Use Case thể số lượng chức mà người dùng tương tác:
Hình 7. Chức dành cho người dùng Biểu đồ Use Case có chức hiển thị số liệu người dùng Khi người dùng truy cập vào hệ thống xuất thông tin giới thiệu như: Tên thiết bị, người thực hiện…Sau đăng nhập vào hệ thống để sử dụng phần mềm thao tác lựa chọn tài khoản Bluetooth, nhập mật khẩu, ấn đăng nhập Lúc hệ thống kiểm tra kết nối xem có tồn tài khoản đăng nhập khơng, mật xác chưa hiển thị danh mục thiết bị cho người dùng kết nối với hệ thống để sử dụng phần mềm Còn sai người dùng phải đăng nhập lại
Hình 8. Chức dành cho người đăng nhập
Đối với chức dành cho người đăng nhập Khi người dùng đăng nhập thành công vào hệ thống Phần mềm điện thoại di động có chức cho phép người dùng sử dụng hệ thống như:
- Chức điều khiển với thiết bị độc lập tất thiết bị hệ thống (gồm quạt, đèn); Điều khiển hệ thống cảnh báo có thơng số mơi trường nằm ngồi ngưỡng cho phép
- Chức thu thập thông số môi trường gồm (nhiệt độ, độ ẩm, khí gas) hiển thị thiết bị điện thoại di động
- Gửi yêu cầu phục vụ đến thiết bị điện thoại bác sỹ
Khi sử dụng xong phần mềm cho phép đăng xuất khỏi hệ thống
Biểu đồ xử lý:
Server nhận yêu cầu từ client, xử lý sau trả lại kết cho client Client gửi yêu cầu lên server, sau nhận kết Một số mơ hình xử lý:
Xử lý đăng nhập
- Bước 1: Người dùng gửi tên thiết bị truy cập, mật đến hệ thống Nếu lỗi hệ thống hay bluetooth lỗi hiển thị thơng báo - Bước 2: Hệ thống nhận liệu từ người dùng, xử lý gửi trả lại kết
- Bước 3: Nếu mật khơng hiển thị lỗi quay lại bước
- Bước 4: Đăng nhập thành công tiếp tục sử dụng chương trình
(6)Trần Đức Hồng Đtg Tạp chí KHOA HỌC & CƠNG NGHỆ 189(13): 15 - 21
Hình 10 Mơ hình xử lý điều khiển
KẾT QUẢ TRIỂN KHAI THỬ NGHIỆM Hệ thống điều khiển thiết bị điện điện thoại di động Android có tính sau: - Giám sát thông số nhiệt độ, độ ẩm, cảm biến khói (khí) phịng bệnh
- Tự động gửi cảnh báo tới bác sỹ trường hợp thông số nằm ngưỡng cho phép
- Điều khiển thiết bị điện sử dụng phòng như: Đèn, quạt
- Gửi yêu cầu chăm sóc điều trị tới số điện thoại bác sỹ
- Chương trình xây dựng tảng Android điện thoại di động có giao diện thân thiện, dễ sử dụng người dùng - Hệ thống có tính bảo mật, đơn giản dễ sử dụng tương thích với điện thoại hệ điều hành Android
Một số hình ảnh mơ hình thực tế (Hình 11, 12, 13 14)
KẾT LUẬN
Qua thời gian chạy thử nghiệm hệ thống cho thấy hệ thống hoạt động tốt ổn định Kết sản phẩm hồn thiện giải u cầu tốn đặt ra:
- Kết nối, truyền nhận tín hiệu từ phần cứng (khối xử lý trung tâm) qua môi trường không dây RF, Bluetooth, mạng thông tin di động
Hình 11 Thơng số nhiệt độ, độ ẩm, khí gas hiển thị giao diện điện thoại người dùng
Hình 12 Giao diện chương trình điều khiển điện thoại Android
(7)Trần Đức Hồng Đtg Tạp chí KHOA HỌC & CƠNG NGHỆ 189(13): 15 - 21
Hình 14. Giao diện chương trình điện thoại Android
- Thực việc giao tiếp hai chiều với hệ thống thông qua điện thoại di động
- Với việc thông tin trực tiếp tới điện thoại bác sỹ góp phần hỗ trợ bệnh nhân trường hợp đặc biệt
Với mục tiêu đặt trình thực thiết kế qua trình làm việc, đề tài đạt số kết nghiên cứu sau: - Hệ thống hoạt động tốt, chất lượng ổn định - Người dùng dễ dàng thao tác sử dụng - Có giá trị thực tiễn cao thực tế có khả triển khai bệnh viện tuyến nước
- Đẩy mạnh xu hướng vừa học vừa nghiên cứu khoa học sinh viên
Cơ sở y tế áp dụng, triển khai hệ thống thực tế:
- Triển khai xin góp ý kiến phòng vật tư bênh viên Đa khoa trung ương Thái Nguyên
TÀI LIỆU THAM KHẢO
1 Sundararajan T V P., Sumithra M G., Maheswar R., (2014), “A Novel Smart Routing Protocol for Remote Health Monitoring in Medical Wireless Networks”, Journal of healthcare engineering, pp 95–122
2 Konstantas D, Herzog R., 2003, Continuous monitoring of vital constants for mobile users: the MobileHealth approach Proc 25th Annual International Conference of the IEEE Engineering in Medicine and Biology Society, Cancun, MEX, Sep., 3728–3731
3 Lin M, Qiao ZZ., 2010, The demand and development thinking of mobile medical Mobile Communications, 31–35
4 Baig M M, Gholamhosseini H., 2013, Smart health monitoring systems: an overview of design and modeling, Journal of medical systems, 1–14 Arcelus, A., Jones, M H., Goubran, R., and Knoefel, F., 2007, Integration of smart home technologies in a health monitoring system for the elderly Proc 21st International Conference on Advanced Information Networking and Applications Workshops(AINAW’07), 820–825 ABSTRACT
REMOTE MOBILE PATIENT'S ROOM CONTROL AND MONITORING SYSTEM BASED ON ANDROID PLATFORM
Tran Duc Hoang*, Doan Manh Cuong, Le Hoang Hiep, Nguyen Thi Dung University of Information and Communication Technology - TNU
This paper aims to introduce about building a software application system running on the Android platform using Bluetooth communication technology which was designed through the process of surveying, inquire into the requirements in fact such as monitoring system lighting control, air conditioning system, fire alarm system of the patient's room at the medical facilities The system has the ability to interact, control the patient's room from remote with the following functions: - Monitoring the temperature, humidity, smoke in the patient's room
- Automatically send a warning to the doctor in case the parameters are outside the allowed threshold - Controlling electrical equipment in rooms such as lights, fans
- Send care request to doctor's phone number
Keywords: Remote Control Application, Device Control on Android, Parameters Monitoring in Patient's Room , Control System based on Mobile Platform
Ngày nhận bài: 22/8/2018; Ngày hoàn thiện: 18/9/2018; Ngày duyệt đăng: 30/11/2018
*