4.4.1 Viết tài liệu hướng dẫn sử dụng
4.4.1.1 Hướng dẫn sử dụng trên thiết bị
- Bước 1: Cấp nguồn cho toàn bộ hệ thống bằng cơng tắc tổng nằm trên mặt chính bảng điều khiển. Năng lượng từ khối pin 3s1p sẽ cung cấp toàn bộ năng lượng cho cả hệ thống hoạt động.
- Bước 2: Chọn chế độ hoạt động: Nếu không thao tác thay đổi giá trị cảnh báo, thực hiện đo đạc như bình thường và dùng giá trị cảnh báo như cài đặt mẫu. Nếu thao tác thay đổi giá trị cảnh báo, hệ thống sẽ lưu lại giá trị đã cài đặt và tiến hành đo đạc như bình thường.
- Bước 3: Tiến hành đo nhịp tim và SPO2: Đo nhịp tim và Spo2 bằng cảm biến MAX30100 ta cần ngồi ở tư thể thoải mái và thả lỏng cơ thể, sau đó đặt đầu ngón tay trỏ của tay phải lên khe để đầu ngón tay, ngón tay giữa sẽ kích hoạt cảm biến đo. Lưu ý trong q trình đo khơng được di chuyển vị trí ngón tay, những cử động của cơ thể sẽ làm lệch kết quả đo. Kết quả sau khi đo sẽ in trên màn hình LCD và cảnh báo qua loa dựa vào các thông số đã cài đặt từ trước.
89
- Bước 4: Đo nhiệt độ và sát khuẩn bằng cách: đưa bàn tay vào khay dưới cùng của hệ thống. Khi cảm biến nhận được tín hiệu đã có bàn tay thì sẽ kích hoạt hệ thống đo nhiệt độ của lòng bàn tay, đồng thời phun dung dịch sát khuẩn. Sau đó hệ thống sẽ đưa kết quả đo lên LCD và cảnh báo nhiệt độ theo thông số đã cài đặt từ trước
Hình 4.24 Tư thế đặt tay để đo nhiệt độ và sát khuẩn
90
4.4.1.2 Hướng dẫn thay đổi giá trị cảnh báo
- Bước 1: Sau khi bật cơng tắt, chờ giọng nói mở đầu hồn thành, tiến hành nhấn phím D để tiến vào Menu thay đổi giá trị.
Hình 4.25 Menu thay đổi giá trị
- Bước 2: Chọn giá trị muốn thay đổi, nhấn A để thay đổi nhiệt độ cảnh báo, B để thay đổi nhịp tim cảnh báo và C để thay đổi nồng độ SPO2 cảnh báo. - Bước 3: Trường hợp dưới đây là ví dụ cho việc thay đổi giá trị nhiệt độ, các
giá trị sau có thể làm tương tự. Sau khi nhấn phím A để chọn giá trị thay đổi, sẽ hiện ra màn hình dưới để ta nhập giá trị thay đổi vào
91
Sau đó nhấn # để tiến hành lưu giá trị thay đổi thành hiện tại
Trong trường hợp nhấn sai giá trị cần nhập, nhấn * để tiến hành xóa giá trị đã nhập
92
4.4.1.3 Hướng dẫn thao tác khi hết dung dịch sát khuẩn
Trong q trình dùng, khơng tránh khỏi hiện tượng hết dung dịch sát khuẩn, vì vậy nút nhấn màu đỏ này để bơm chủ động bơm dung dịch sát khuẩn lên lại.
Hình 4.27 Nút nhấn giữ màu đỏ
4.4.1.4 Hướng dẫn sử dụng sạc pin và dùng nguồn ngoài.
Hệ thống được thiết kế với tính tiện dụng, có thể mang đi nhiều nơi, nên ưu tiên dùng pin sạc. Nhưng trong q trình sử dụng sẽ khơng tránh khỏi việc hết pin, nên lúc này Adapter để sạc hệ thống là cần thiết. Ở mặt sau hệ thống, có lỗ cắm DC để chúng ta sạc pin và một công tắc để cho phép sạc pin và sử dụng nguồn ngồi.
Hình 4.28 Lỗ cắm sạc và cơng tắc sạc
Vai trị của cơng tắc khơng kém phần quan trọng, đó là cho phép sạc thiết bị sau khi cắm sạc và cho phép hệ thống dùng nguồn chung với Adapter. Lúc này Adapter sẽ vừa sạc thiết bị, vừa cung cấp nguồn thay cho cả hệ thống.
93
4.4.1.5 Hướng dẫn sử dụng ứng dụng MIT AI2
- Nhấn mở ứng dụng có tên là “MIT AI2” triên điện thoại
- Nhập mật khẩu để tiến hành vào giao diện chính, ở đây mật khẩu được cài đặt là 2808.
Hình 4.29 Giao diện khóa và giao diện trung tâm
- Sau khi vào giao diện chính, tiến hành nhấn kết nối và chọn module Bluetooth HC-05
- Sau khi chọn kết nối module Bluetooth, kết quả đo được từ hệ thống sẽ được hiển thị trên ứng dụng như bên dưới
- Hệ thống sẽ gửi kết quả đo sau mỗi lần đo, sau đó ứng dụng sẽ hiển thị kết quả của lần đo cuối cùng.
94
Hình 4.30 Giao diện hiển thị sau khi hệ thống gửi kết quả
4.4.2 Quy trình thao tác
Nhằm giúp người dùng dễ thao tác với hệ thống, dưới đây sẽ là quy trình hoạt động của hệ thống
Quy trình chung:
Hình 4.31 Quy trình thao tác chung của hệ thống
Ban đầu, khi bật công tắc thiết bị, vi điều khiển cấp nguồn cho các cảm biến hoạt động. Vi xử lí sẽ kiểm tra nếu có xử lý bàn phím ma trận, sau đó chuyển sang đo các giá trị của các cảm biến, cảnh báo và gửi dữ liệu qua ứng dụng Android.
95
CHƯƠNG 5 : KẾT QUẢ - ĐÁNH GIÁ VÀ NHẬN XÉT 5.1 Kết quả
5.1.1 Tổng quan kết quả đạt được
Sau hơn 4 tháng nghiên cứu và thực hiện đồ án, nhờ sự giúp đỡ của giáo viên hướng dẫn cùng với kiến thức học tập trong các năm học qua và tìm hiểu các tài liệu điện tử, mạng Internet, nhóm đã hồn thành xong đề tài: “Thiết Kế Và Thi Cơng Mơ Hình Hệ Thống Đo Nhiệt Độ, Nhịp Tim, Nồng Độ Oxi Trong Máu Và Phun Sát Khuẩn”. Trải qua quá trình làm đồ án, nhóm đã đạt được nhiều kết quả cụ thể sau:
- Hiểu biết cách lập trình và sử dụng phần mềm IDE lập trình cho vi điều khiển Arduino Mega.
- Tìm hiểu các nguyên lý hoạt động của các chuẩn giao tiếp: I2C, UART, SPI. - Tìm hiểu các nguyên lý hoạt động của các cảm biến: MAX30100, MLX90614
và cách xử lý lấy dữ liệu từ cảm biến.
- Hiển thị được kết quả đo được từ cảm biến lên màn hình LCD thơng qua giao tiếp I2C.
- Dùng module SD card xuất file âm thanh qua mạch công suất PAM8403 để đọc ra cảnh báo và các thông số đã đo đạt được.
- Dùng bàn phím ma trận để thay đổi các số liệu cảnh báo.
- Dùng module Bluetooth HC-05 để gửi dữ liệu lên ứng dụng Android.
- Xây dựng ứng dụng trên điện thoại Android thông qua việc sắp xếp lắp ráp các thẻ lệnh bằng phần mềm App Inventor để biểu diễn chức năng của phần mềm.
5.1.2 Kết quả thi công phần cứng
Phần cứng của hệ thống là một khối hình chữ nhật, được làm bằng chất liệu bìa Formex. Gồm hộp đựng bộ điều khiển trung tâm ở ngăn đầu tiên, hộp đặt cảm biến MAX30100 ở ngăn giữa, và khay đo nhiệt độ cơ thể, rửa tay sát khuẩn ở ngay dưới cùng. Bên trong hộp điều khiển trung tâm gồm board mạch điều khiển. các module nguồn, mạch relay, pin và các dây dẫn. Bên trên hộp là bảng điều khiển trung tâm, được cố định chắc chắn. Board mạch được cố định bằng băng dính xốp 2 mặt giúp cố định chắc vào thành của ngăn đầu tiên. Các module được nối với nhau bằng dây bus gọn gàng, giúp hạn chế chập cháy mạch. Chi tiết thiết kế của bộ điều khiển bên trong thiết bị được thể hiện trong hình dưới.
Sau khi đóng gói được bộ điều khiển, ta tiến hành thiết kế vỏ ngồi của thiết bị với màn hình LCD 20x4, loa, bàn phím ma trận, các đèn báo hiệu trạng thái hoạt
96
động, công tắc nguồn toàn hệ thống và đèn báo hoạt động. Hộp đựng cảm biến MAX30100 được thiết kế sao cho khi đặt tay có cảm giác thoải mái nhất. Bơm, vịi phun, cảm biến MLX90614 được bố trí sao cho khi đo nhiệt độ cơ thể và rửa tay sát khuẩn được chính xác.
5.1.3 Kết quả thi công phần mềm
Ứng dụng Android được viết bằng công cụ lập trình Mit App Inventor, ứng dụng có 2 màn hình làm việc, màn hình đầu là màn hình khóa, màn hình thứ 2 với chức năng là nhận và hiển thị giá trị nhịp tim, SPO2 và nhiệt độ.
97
5.1.4 Kết quả chạy thực tế trên thiết bị 5.1.4.1 Kết quả chạy trên thiết bị 5.1.4.1 Kết quả chạy trên thiết bị
Khi bật nguồn hệ thống, đèn báo bên phải LCD sẽ sáng, thể hiện hệ thống đã được bật lên. Lời chào được phát qua loa và màn hình hiển thị sẽ hiển thị câu chào.
Hình 5.2 Giao diện màn hình hệ thống khi được cấp nguồn
Khi đưa tay xuống ngăn thứ hai, đặt tay đúng vào vị trí đo nhịp tim và SPO2, cảm biến sẽ nhận diện có tay đặt vào, tiến hành đo nhịp tim và SPO2. Sau khi giữ tay gần 10 giây, kết quả sẽ hiện ra trên LCD như bên dưới. Đồng thời loa sẽ đọc kết quả và đưa ra cảnh báo dựa vào thơng số đã thiết lập.
Hình 5.3 Kết quả hiển thị khi đo nhịp tim, SPO2
Ta thấy nhịp tim đo được là 61 bpm, có nghĩa là 61 nhịp trên phút. Nồng độ SPO2 là 97%, nghĩa là tỷ lệ hemoglobin của máu kết hợp với oxi đạt 97%. Thiết bị đo được giá trị của nhịp tim và SPO2 đều nằm trong ngưỡng bình thường của một người bình thường.
98
Trong ảnh trên, ta thấy hệ thống đo được giá trị là 36.25 ºC. đây là giá trị nhiệt độ bình thường ở cơ thể người bình thường. Tuy nhiên, giá trị này có thể thay đổi dựa trên nhiệt độ môi trường, thời gian trong ngày (vì nhiệt độ cơ thể con người bị ảnh hưởng bởi thời gian trong ngày)
5.1.4.2 So sánh kết quả đo thiết bị so với một số máy đo trên thị trường trường
a/ Đo nhịp tim, SPO2:
Để biết độ chính xác của giá trị nhịp tim, SPO2 đo được từ thiết bị, nhóm sẽ thực hiện so sánh thiết bị với máy đo nhịp tim, SPO2 trên thị trường. Máy này có dạng kẹp tay, có bộ lọc nhiễu giúp cho ra kết quả chính xác. Để thực hiện so sánh, nhóm thực hiện đo trên cùng một người nhưng ở 2 trạng thái cơ thể khác nhau: đó là khi nghỉ ngơi và vừa vận động ở mức trung bình. Ngón trỏ phải của người đo được đặt vào cảm biến của hệ thống, ngón trỏ trái của người đo được kẹp bởi máy đo ngoài thị trường. Khi đo hãy lưu ý: cơ thẻ được thả lỏng và hạn chế xê dịch bàn tay.
Hình 5.5 Ngón tay khi đo bằng máy đo ngồi thị trường
99
Dựa vào ảnh trên, ta thấy có sự sai số giữa hai thiết bị đo. Cả hai thiết bị đều cho nồng độ SPO2 ra là 97%, nhưng nhịp tim của hệ thống tự thiết kế là 86 bpm. Cịn của thiết bị đo ngồi thị trường là 87 bpm.
Theo vậy, ta có bảng so sánh các giá trị và rút ra sai số dưới đây, được thử nghiệm trên nhiều người và nhiều trạng thái hoạt động khác nhau.
Bảng 5.1 Bảng so sánh giá trị nhịp tim, SPO2 đo được trên máy đo ngoài thị trường và hệ thống tự thiết kế ở trạng thái bình thường
Sp02 (%) Nhịp tim (số nhịp/phút) Máy đo ngoài thị trường Hệ thống tự thiết kế Sai số (%) Máy đo ngoài thị trường Hệ thống tự thiết kế Sai số (%) 1 99 97 3.03 74 68 8.11 2 98 97 1.02 70 70 0 3 97 97 0 78 78 0 4 98 97 1.02 72 67 6.94 5 97 96 1.03 75 79 5.33
• Sai số trung bình của hệ thống tự thiết kế khi đo giá trị SPO2 là: 1.218%
• Sai số trung bình của hệ thống tự thiết kế khi đo giá trị nhịp tim là: 4.076 nhịp trên phút
• Thiết bị đã đo được giá trị nhịp tim, SPO2 với kết quả sai số chấp nhận được.
100
Bảng 5.2 Bảng so sánh giá trị nhịp tim, SPO2 đo được trên máy đo ngoài thị trường và hệ thống tự thiết kế khi vừa tập thể dục xong
Sp02 (%) Nhịp tim (số nhịp/phút) Máy đo ngoài thị trường Hệ thống tự thiết kế Sai số (%) Máy đo ngoài thị trường Hệ thống tự thiết kế Sai số (%) 1 96 95 1.041 115 117 1.74 2 99 97 2.02 120 125 4.16 3 98 97 0 104 100 3.85 4 97 96 1.02 123 117 4.87 5 96 98 1.03 110 104 5.45
• Sai số trung bình của hệ thống tự thiết kế khi đo giá trị SPO2 là: 1.022%
• Sai số trung bình của hệ thống tự thiết kế khi đo giá trị nhịp tim là: 4.014 nhịp trên phút
• Thiết bị đã đo được giá trị nhịp tim, SPO2 với kết quả sai số chấp nhận được. Kể cả sau khi tập thể dục, các giá trị vẫn trong mức cho phép
101 b/ Đo nhiệt độ
Để biết độ chính xác của giá trị nhiệt độ thu được từ thiết bị, nhóm thực hiện thử nghiệm so sánh với nhiệt kế hồng ngoại đo trán ngoài thị trường Cali Medi DT- 8836M. Nhiệt kế này đo cách trán 1-3cm và cho kết quả sau 1s và có độ chính xác cao, chênh lệch ± 0,3 ºC so với thân nhiệt thực tế, ít ảnh hưởng bởi mơi trường. Nhóm thực hiện việc đo sánh kết quả 2 thiết bị trên 2 người dùng ở các nhiệt độ khác nhau. Chi tiết kết quả được thể hiện dưới ảnh.
Hình 5.7 Nhiệt kế điện tử Cali Medi DT-8836M Bảng 5.3 Bảng so sánh hệ thống với nhiệt kế hồng ngoại
STT Giá trị nhiệt kế điện tử (℃) Giá trị hệ thống đo được (℃) Sai số (%)
1 36.8 36.67 0.35 2 36.8 36.76 0.11 3 36.7 36.61 0.25 4 36.6 36.43 0.46 5 36.7 36.54 0.44 6 36.6 36.31 0.79
• Sai số trung bình của thiết bị: 0.4% ứng với 0.33 ℃
• Thiết bị đã đo được giá trị nhiệt độ nhưng bị ảnh hưởng bởi nhiều yếu tố như mơi trường, tay có độ ẩm, vì vậy tính chính xác cịn hạn chế
102
5.2 Nhận xét
Sau khi hồn thành mạch in, lắp ráp màn hình, phím ma trận, loa, … thành mơ hình hồn chỉnh, kết quả đạt được như sau: Hệ thống có tính tự động hóa cao, tất cả đều làm theo quy trình. Màn hình LCD hiển thị rõ ràng kết quả đo, các chức năng thay đổi giá trị. Sau khi hoàn thành, sản phẩm có độ hồn thiện khá về mặt thẩm kỹ, vận hành tốt trong vận hành thực tế. Có khả năng đáp ứng nhanh yêu cầu người dùng, cụ thể đo nhịp tim, SPO2 bé hơn 10s/lần, đo nhiệt độ, rửa tay sát khuẩn chưa đầy 1s. Hệ thống có cảnh báo và đọc thơng số đã đo được qua loa theo ngưỡng cài đặt qua phím ma trận. Sau khi thực hiện xong thì nhóm đã hồn thành được tất cả các công việc đã đề ra. Sản phẩm hoạt động ổn định, thi công gọn gàng, độ an tồn cao vì các dây điện đã được cách điện hợp lí.
Hệ thống đã đo được các giá trị thông số như đề tài yêu cầu, tuy nhiên độ chính xác ở mức chấp nhận được. Với giá trị nhiệt độ cơ thể, phụ thuộc khá nhiều vào mơi trường vì nhiệt độ cần ở mức ổn định. Tuy nhiên, bàn tay tiếp xúc với khơng khí nên giá trị đo nhiệt độ cơ thể chưa thật sự chính xác. Tuy nhiên, giá trị đo nhịp tim và SPO2 là các giá trị đo trực tiếp, có các khoảng sai số khá thấp và khơng sai lệch quá nhiều so với các thiết bị được bán ngoài thị trường.
Đối với giá trị nhiệt độ cơ thể, với sai số chấp nhận được, nhưng còn bị tác động quá nhiều bởi các tác nhân bên ngoài như nhiệt độ môi trường, độ ẩm của bàn tay, vị trí đặt tay, cách đặt tay, … Vì vậy để có kết quả đo chính xác cần phải cải tiến nhiều ở vị trí đặt tay.
5.3 Đánh giá
Sau 16 tuần nghiên cứu, thiết kế, thực hiện đề tài, hệ thống của nhóm đã đạt