Hoạt động Gia tốc tại các trục X-Y-Z (m/𝒔𝟐)
Tập thể dục (đo 3 lần) 3-15-9 | 3-6-18 | 12-4-6 Đi bộ (đo 3 lần) 7-9-3 | 12-9-7 | 11-4-8 Ăn cơm (đo 3 lần) 2-4-5 | 5-7-7 | 3-2-5
Té ngã (đo 3 lần) 15-18-14 | 20-17-15 | 21-14-18 Từ bảng số liệu thực nghiệm trên, chúng em thấy rằng đối với những hoạt động thường ngày, những hành động hoàn tồn được kiểm sốt về gia tốc, tốc độ để đảm bảo tính tồn vẹn cho cơ thể (cơ thể con người có thể được chuẩn bị để đón nhận một lực tác động từ 1 phía và cố định), dẫn đến gia tốc sẽ chỉ tăng mạnh ở một chiều hướng nhất định.
Khác với hoạt động thường ngày, sự ngã hoàn tồn khơng thể kiểm sốt, cơ thể sẽ bị tác động từ nhiều phía khi va chạm với mơi trường xung quanh cũng như phản xạ tự nhiên để chống lại nguyên nhân va chạm, dẫn đến các hướng chuyển động của cơ thể là hỗn loạn, và sẽ làm gia tốc tăng đột ngột tại tất cả các phía.
Từ đó, thuật tốn phát hiện ngã được phát triển dựa trên nguyên tắc, nếu phát hiện gia tốc tại 3 trục tăng đột ngột khi vượt quá ngưỡng 15m/𝑠2 thì sẽ được đặt vào trạng thái té ngã.
3.1.5. Nguyên lý đo nhịp tim, SpO2
Kỹ thuật được sử dụng để đo nhịp tim trên các thiết bị đeo tay thường là thơng qua thể tích PPG (Photoplethysmography - dùng ánh sáng để đo lường thể tích của một cơ quan trong cơ thể). Bằng cách chiếu các xung ánh sáng lên da và đo lường sự thay đổi của lượng ánh sáng bị hấp thụ, các cảm biến sẽ xác định được lượng máu đến các mơ và lớp hạ biểu bì dưới da.
Ở mỗi chu kỳ, máu sẽ được bơm đến các mạch ngoại biên khắp cơ thể. Mặc dù áp suất mỗi lần bơm giảm khi đến da, nhưng cường độ của nó vẫn đủ để tăng các mạch máu và hệ mạch ở mô dưới da. Nếu thiết bị được gắn bên ngoài da, ngay cả một áp lực rất nhỏ trong hệ thống mạch máu cũng có thể được phát hiện. Sự thay đổi khả năng chuyển đổi theo áp suất này có thể được phát hiện bằng cách sử dụng ánh sáng LED chiếu vào da và đo lượng ánh sáng phản xạ trở lại diode cảm quang. Lượng máu đến mơ trong mỗi chu kỳ thời gian có liên quan đến nhiều hệ thống sinh học khác nhau, vì vậy PPG có thể được sử dụng để theo dõi nhịp tim, nhịp thở và các tuần hoàn toàn thân khác nhau.
Trong đề tài lựa chọn sử dụng cảm biến MAX30100 - phát ra hai bước sóng ánh sáng từ hai đèn LED - một LED đỏ và một LED hồng ngoại - sau đó đo sự hấp thụ của xung huyết (pulsing blood) bằng cách thu tín hiệu thơng qua một bộ cảm biến ánh sáng (photodetector) để xác định nồng độ oxi và nhịp tim.
3.2. Giới thiệu môi trường và công cụ sử dụng
3.2.1. Phần mềm Arduino
Về cơ bản bộ xử lý trung tâm ESP8266 của gateway có khá nhiều phần mềm và mơi trường hỗ trợ trong đó phổ biến nhất phải kể đến Arduino.
Ngôn ngữ Arduino được phát triển dựa trên ngôn ngữ C/C++ nên việc làm quen và lối tư duy logic khá cơ bản và dễ nắm bắt, bên cạnh đó, ưu điểm của C/C++ là tốc độ và lập trình viên có thể dễ dàng quản lý code. Ở đồ án lần này, em sử dụng ngôn ngữ Arduino.
Đây là một phần mềm được phát triển và open source với mục đích giáo dục và đưa kỹ thuật, công nghệ đến gần với đa số người dùng hơn.
3.2.2. Phần mềm Progisp
Để nạp firmware ta thực hiện các bước sau:
Hình 3 - 3: Chạy chương trình nạp Progisp
- Bước 2: Chọn loại chip.
Chọn chim ATmega328P (xem Hình 3 - 4).
Hình 3 - 4: Chọn chip ATmega328P
- Bước 3: Các thơng số quan trọng khi nạp chương trình.
Hình 3 - 5: Các thơng số quan trọng khi nạp code
• Chip Erase: Cho phép xóa chip.
• Program Flash: Nạp file Hex cho chip.
• Verify Flash: Kiểm tra lỗi của chương trình Flash. • Program Eeprom: Nạp file Eeprom cho chip (nếu có). • Verify Eeprom: Kiểm tra lỗi chương trình Eeprom.
• Data Reload: Tự động cập nhật dữ liệu khi có sự thay đổi file Hex với Eeprom.
- Bước 4: Xóa chip (xóa chương trình cũ có trong chip).
Ta có thể xóa chương trình cũ có sẵn trong chip (xem Hình 3 - 6).
- Bước 5: Nạp chương trình Flash.
Để nạp chương trình ta thực hiện các bước sau (xem Hình 3 - 7):
• Bước 1: Chọn Load Flash. • Bước 2: Chọn file hex (.hex). • Bước 3: Chọn Open. (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
- Bước 6: Nạp chương trình Eeprom (nếu có).
Để nạp chương trình Eeprom ta thực hiện các bước như sau (xem Hình 3 - 8):
• Bước 1: Chọn Load Eeprom. • Bước 2: Chọn file eeprom (.eep). • Bước 3: Chọn Open.
Hình 3 - 7: Nạp chương trình Flash
- Bước 7: Load chương trình.
Để load file hex và eeprom ta chọn Auto (xem Hình 3 - 9).
Hình 3 - 9: Load chương trình
- Bước 9: Hồn thành
Khi hiển thị dịng chữ successfully done tức ta đã hồn thành nạp chương trình (xem Hình 3 - 10).
3.2.3. Giới thiệu về Google Firebase
Firebase là một platform được phát triển từ máy chủ của Google (xem Hình 3 -
11). Nó được dùng như một cơ sở dữ liệu trên nền tảng đám mây hay một công cụ hỗ
trợ việc phát triển phần mềm. Chức năng chính của Google Firebase là cung cấp các tài nguyên phục vụ cho việc xây dựng các dự án ứng dụng. Nổi bật là khả năng đơn giản hóa các thao tác với cơ sở dữ liệu.
Google Firebase được sử dụng lý tưởng nhất là cho các phần mềm với giao diện API đơn giản. Nó phù hợp với cả 2 hệ điều hành phổ biến là IOS và Android. Mục đích mà Google tạo ra Firebase là thu hút lượng lớn người dùng để mang đến nguồn lợi nhuận xoay vòng nhanh.
Dù Google Firebase khơng tốn nhiều chi phí để có thể khai thác tiện ích nhưng những gì nó mang lại khơng thể coi thường. Google Firebase nhanh chóng, đơn giản và rất hiểu người dùng. Đối với các dự án phát triển phần mềm nhỏ và vừa, Google Firebase là lựa chọn chính xác nhất.
Hình 3 - 11: Google Firebase
3.3. Xây dựng giao diện phần mền trên điện thoại
3.3.1. Chức năng của phần mềm theo dõi trên điện thoại
Phần mềm có các chức năng sau (xem Hình 3 - 12):
• Nhận dữ liệu đo nhịp tim, nồng độ oxy trong máu và tín hiệu cảnh báo ngã từ gateway và hiển thị.
• Cập nhật dữ liệu theo ngày đã lựa chọn và vẽ ra đồ thị dễ tiện theo dõi và quản lý.
• Nếu dữ liệu nhận được mới nhất có chứa thơng tin cảnh báo thì tạo thơng báo và hiển thị ra màn hình chính.
Hình 3 - 12: Ứng dụng theo dõi trên điện thoại
3.3.2. Thiết kế giao diện trên phần mềm điện thoại
Để thiết kế giao diện phần mềm theo dõi dữ liệu trên điện thoại, ta làm các bước như sau:
- Bước 1: Tạo project.
Khởi chạy android studio và tạo project mới (xem Hình 3 - 13).
Hình 3 - 13: Tạo project mới
- Bước 2: Chọn Form project, chọn Empty Activity (xem Hình 3 - 14).
- Bước 3: Đặt tên, đường dẫn lưu, ngôn ngữ và API cho phiên bản android phát (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
triển ứng dụng, ấn Finish và hồn tất tạo project (xem Hình 3 - 15).
Hình 3 - 15: Đặt tên và đường dẫn cho project
- Bước 4: Đợi hồn tất q trình load thư viện (xem Hình 3 - 16).
❖ Kết nối project với Firebase:
- Bước 1: Ở trên thanh cơng cụ, chọn Tools → Firebase (xem Hình 3 - 17).
Hình 3 - 17: Tool -> Firebase
- Bước 2: Trong hộp thoại Realtime Database và chọn chọn Save and retrieve data
(xem Hình 3 - 18).
Hình 3 - 18: Hộp thoại Firebase
Hình 3 - 19: Connect to firebase
- Bước 4: Một hộp thoại kết nối xuất hiện, chọn Create new firebase project và
điền tên project firebase vào, ở đây để cùng tên với project ứng dụng android.
Rồi chọn Connect to Firebase để tạo project firebase và kết nối. Đợi cho chương trình tự động tạo, nhớ là phải có kết nối mạng (xem Hình 3 - 20).
Hình 3 - 20: Connect to Firebase
- Bước 5: Sau khi kết nối thành cơng, bước 1 sẽ hiện được như hình. Tiếp theo
Add the realtime database to your app để đưa cơ sở dữ liệu thời gian thực vào ứng dụng (xem Hình 3 - 21).
Hình 3 - 21: Thêm Firebase vào app
- Bước 6: Nhấn “Accept Changes” để hệ thống tự động đưa các thư viện vào build.gradle ( xem Hình 3 - 22).
CHƯƠNG 4. THỬ NGHIỆM VÀ ĐÁNH GIÁ KẾT QUẢ
4.1. Thử nghiệm tính năng của hệ thống
4.1.1. Đo nhịp tim, nồng độ oxy trong máu (SpO2)
Để kiểm tra độ chính xác của tính năng đo nhịp tim, nồng độ oxy trong máu của vịng tay, nhóm đã thực hiện khảo nghiệm với AppleWatch (xem Bảng 4 - 1).
Kết quả nhiệt đo nhịp tim và nồng độ oxy trong máu đạt kết quả tương đối chính xác, sai số nhỏ.
Thời gian đáp ứng kết quả nhanh.