CHƯƠNG 4 : THI CÔNG HỆ THỐNG
4.2 Thi công hệ thống
4.2.2 Đóng gói và thi cơng mơ hình
4.2.2.1 Thi công hộp đựng
Sau khi kiểm tra mạch hoạt động tốt, nhóm tiến hành thi cơng hộp đựng để đóng thành mơ hình. Hệ thống được thiết kế nhỏ gọn, thuận tiện duy chuyển. Phần mạch điện sau khi thi cơng sẽ được đóng gói.
Hộp đựng thiết kế theo dạng hình hộp chữ nhật, có kích thước dài x rộng x cao lần lượt là 19 x 18 x 24.5 (cm). Với chất liệu chính là bìa Formex 5mm và 3mm, kết hợp với vật liệu kết dính là keo 502 và keo nến. Mặt trước của mơ hình là nơi để đo nhịp tim, nồng độ SPO2 và khay để đo nhiệt độ, rửa tay sát khuẩn. Mặt trên của mơ hình là bảng điều khiển trung tâm, là nơi để thao tác thay đổi các giá trị cảnh báo, công tắc bật tắt hệ thống, đèn báo trạng thái hoạt động của hệ thống và đèn nguồn. Ngồi ra cịn có màn hình LCD để hiển thị kết quả đo đạt và trạng thái cảnh báo. Mặt sau là nơi cắm sạc cho cả hệ thống, kèm với đó là cơng tắt cho phép hệ thống sử dụng nguồn ngoài. Mặt bên phải là đồng hồ báo điện áp của hệ thống, và cơng tắt bơm chủ động.
Dưới đây là các hình ảnh của hộp đựng:
74
Hình 4.8 Mặt trái và phải của hệ thống
Bên trong mơ hình là hộp để pin, board mạch chính, các module, cảm biến được kết nối với nhau bằng dây bus. Với màn hình LCD, bàn phím ma trận, đèn thơng báo trạng thái hoạt độg, công tắc nguồn và đèn báo nguồn hệ thống.
75
76
4.2.2.2 Bảng điều khiển trung tâm
Hình 4.11 Mặt trên – bảng điều khiển trung tâm
Bảng điều khiển trung tâm có các chức năng chính: LCD hiển thị lời chào, kết quả sau khi đo của nhịp tim, SPO2, nhiệt độ, các giá trị chỉnh sửa. Loa phát cảnh báo sau khi đo đạt các giá trị. Các đèn quang báo thể hiện rõ các trạng thái của hệ thống khi hoạt động. Ngồi ra cịn có bàn phím để thay đổi giá trị cảnh báo, cơng tắc của tồn hệ thống và đèn báo hiệu hệ thống hoạt động. Volume để thay đổi âm lượng của loa.
77
78
4.2.2.3 Thi công hộp đựng cảm biến đo nhịp tim và SPO2
Hình 4.13 Hộp đựng cảm biến đo nhịp tim và SPO2
Nơi đo nhịp tim và SPO2 được thiết kế sao cho đầu cảm biến tiếp xúc nhất với bộ phận cơ thể được đo, ở đây là ngón tay.
79
4.2.2.4 Thiết kế nơi đo nhiệt độ và rửa tay sát khuẩn
Hình 4.15 Bố trí đặt cảm biến đo nhiệt độ, vịi phun sát khuẩn và bơm
80
Hệ thống được thiết kế sao cho mọi quá trình hoạt động đều tự động, hạn chế các nút nhấn vật lý thao tác. Vì vậy khi rửa tay sát khuẩn và đo nhiệt độ, ta cần cho tay vào đúng vị trí để cảm biến có thể nhận diện được tay và tiến hành đo phun sát khuẩn và đo nhiệt độ. Hình dưới thể hiện cách để đo có kết quả chính xác nhất.
Hình 4.17 Cách dặt tay để có kết quả đo nhiệt độ chính xác nhất
4.3 Lập trình hệ thống
Thiết bị có 4 chức năng chính: đo nhiệt độ, nhịp tim và SPO2 và thông báo kết quả; thay đổi thông số và cảnh báo nếu vượt qua thông số đã cài đặt; phun sát khuẩn và gửi kết quả qua ứng dụng Android qua Bluetooth. Khi nhấn nút nguồn, thiết bị sẽ khởi động, hiển thị giao diện khởi động và phát âm thanh thông báo. Hệ thống có thể được vận hành theo 2 cách sau:
- Cách 1: Khi đưa tay vào hộp đo nhịp tim, SPO2, hệ thống sẽ đo và gửi kết quả ra LCD, đồng thời loa sẽ đọc kết quả và đưa ra cnahr báo theo số liệu đã cài đặt sẵn.
- Cách 2: Thao tác thay đổi giá trị số liệu mặc định từ phím ma trận. Sau đó trở về màn hình chính và thực hiện như cách 1. Lúc này thông báo cảnh báo sẽ dựa theo số liệu mà ta đã thay đổi từ phím ma trận.
Sau khi đo nhịp tim và SPO2, ta đưa tay xuống khay dưới để đo nhiệt độ cơ thể và phun sát khuẩn, cảm biến sẽ nhận diện và phun ra cồn theo thời gian phun đã đặc sẵn tối ưu theo hệ thống.
81
4.3.1 Lưu đồ giải thuật
4.3.1.1 Lưu đồ giải thuật chương trình chính
Hình 4.18 Lưu đồ giải thuật chương trình chính
Giải thích lưu đồ: Q trình bắt đầu với việc khai báo thư viện, các biến sử dụng và khởi tạo các giao tiếp với vi điều khiển. Thiết bị sau khi khởi động sẽ hiển thị lên màn hình giao diện chính. Ta sẽ chọn cách thức hoạt động thơng qua phím nhấn ma trận. Sau đó khi cảm biến đọc được các giá trị thích hợp, hệ thống sẽ tiến hành đo đạt và sau đó in kết quả ra màn hình và âm thanh thơng báo. Sau đó để rửa tay sát khuẩn, thao tác tương tự như khi đo, cảm biến đọc giá trị, vi điều khiển kích hoặc relay để tiến hành bơm dung dịch sát khuẩn. Kết quả đo đạt được sẽ được gửi qua Bluetooth cho ứng dụng Android.
82
4.3.1.2 Lưu đồ chọn hương trình chọn chế độ sử dụng qua phím ma trận ma trận
Hình 4.19 Lưu đồ chọn hương trình chọn chế độ sử dụng qua phím ma trận
Giải thích lưu đồ: Chương trình chọn chế độ sử dụng theo các bước sau: - Sau khi khởi động, hệ thống tiến vào hiển thị giao diện chính
- Nếu có nhấn phím ma trận, hệ thống sẽ vào chương trình xử lý phím ma trận để tiến hành thay đổi các thông số so với mặc định
- Nhận được tín hiệu từ cảm biến, hệ thống sẽ tiến hành đo nhiệt độ, sau đó sẽ tiến hành đo nhịp tim và nồng độ SPO2
- Sau khi đo đạt, hệ thống sẽ gửi dữ liệu đo được cho ứng dụng Android trên điện thoại qua Bluetooth
83
4.3.1.3 Lưu đồ chương trình xử lý phím nhấn ma trận
Hình 4.20 Lưu đồ chương trình xử lý phím nhấn ma trận
Giải thích lưu đồ: Chương trình Chức năng xử lý phím ma trận sẽ có 4 giao diện màn hình chính:
- Khi khởi động hoặc khơng nhấn phím nào cả, hệ thống sẽ hiển thị giao diện chính
- Khi nhấn nút A: hệ thống tiến vào chức năng thay đổi giá trị cảnh báo của nhiệt độ cơ thể. Ở đây tiến hành thay đổi giá trị đặt cảnh báo của nhiệt độ và lưu lại thông số bằng cách nhấn vào thơng số cần cài đặt và nhấn phím #. Khi muốn xóa thơng số đã nhấn thì nhấn phím * và thực hiện lại.
- Khi nhấn nút B: hệ thống tiến vào chức năng thay đổi giá trị cảnh báo của nhịp tim. Ở đây tiến hành thay đổi giá trị đặt cảnh báo của nhịp tim và lưu lại thông số bằng cách nhấn vào thông số cần cài đặt và nhấn phím #. Khi muốn xóa thơng số đã nhấn thì nhấn phím * và thực hiện lại.
- Khi nhấn nút C: hệ thống tiến vào chức năng thay đổi giá trị cảnh báo của nồng độ SPO2. Ở đây tiến hành thay đổi giá trị đặt cảnh báo của nồng độ SPO2 và lưu lại thông số bằng cách nhấn vào thông số cần cài đặt và nhấn phím #. Khi muốn xóa thơng số đã nhấn thì nhấn phím * và thực hiện lại.
84
4.3.1.4 Lưu đồ chương trình đo nhiệt độ và phun sát khuẩn
Giải thích lưu đồ:
- Để đo nhiệt độ, đầu cảm biến sẽ thu bức xạ hồng ngoại phát ra từ bề mặt cần đo và chuyển nguồn năng lượng hồng ngoại này thành tín hiệu điện
- Tín hiệu điện sẽ được bộ xử lý tính tốn và gửi ra kết quả sau cùng là giá trị nhiệt độ
- Chương trình sẽ thực hiện đo 3 lần với khoảng cách mỗi lần đo cách nhau là 10ms. Kết quả cuối cùng sẽ là giá trị trung bình của 3 phép đo
- Chương trình sẽ in ra kết quả lên LCD, phun sát khuẩn và gửi dữ liệu qua ứng dụng Android, đọc ra kết quả và đưa ra cảnh báo
85
4.3.1.5 Lưu đồ chương trình đo nhịp tim, SPO2
Hình 4.21 Lưu đồ lưu đồ chương trình đo nhịp tim, SPO2
Giải thích lưu đồ:
- Đo nhịp tim, SPO2 bằng cách để cảm biến trên thiết bị áp sát vào cơ thể, thường sử dụng nhất là đầu ngón tay
- Bắt đầu chương trình đo, led đỏ và hồng ngoại trên cảm biến sẽ phát ra ánh sáng có các bước sóng làm xuyên vào ngón tay, sẽ kiểm tra xem có nhịp tim và SPO2 ở cảm biến khơng
86
- Nếu có nhịp tim và SPO2, hệ thống sẽ tính tốn, sau một khoảng thời gian cài đặt thì kết quả sẽ hiển thị trên màn hình LCD, gửi kết quả đo được qua ứng dụng Android và được phát ra loa.
- Chương trình sẽ so sánh với kết quả cài đặt để đưa ra cảnh báo thích hợp.
4.3.2 Phần mềm lập trình cho vi điều khiển
Arduino IDE là chương trình giúp cho việc lập trình các phần cứng mà nó hỗ trợ. IDE là mơi trường phát triển tích hợp chạy trên trên các máy tính cơ bản cá nhân. Môi trường này là một ứng dụng đa nền tảng (cross-platform) được viết bằng ngôn ngữ java. IDE này sẽ được sử dụng cho ngơn ngữ lập trình vi xử lý và project writing. Được thiết kế cho đối tượng mới làm quen với phát triển phần mềm.
Viết chương trình cho Arduino Mega 2560 để đọc cảm biến và gửi dữ liệu lên Ứng dụng Inventor thông qua chuẩn truyền UART.
Để sử dụng phần mềm này, đầu tiên vào trang chủ Arduino.cc để tải phần mềm về. Sau đó nhấn vào cài đặt, chọn thư mục và tiến hành cài đặt. Arduino IDE một số thành phần như: Thanh bảng chọn, Thanh công cụ, vùng code editor, vùng thông báo trạng thái. Thanh bảng chọn gồm các chọn lựa như: File, Edit, Sketch, Tool và Help. Các chức năng hoạt động của phần mềm đều chứa trong các mục của bảng này. Thanh công cụ chứa: Biên dịch, nạp, new, open, save. Đây là các chức năng chính thường xun sử dụng của chương trình.
4.3.3 Phần mềm lập trình cho điện thoại
Để tiến hành tạo một ứng dụng Android đơn giản trên điện thoại theo yêu cầu sử dụng và dành cho người mới, phần mềm lập trình Mit App Inventor là lựa chọn phù hợp để giải quyết các vấn đề trên. Giới thiệu về phần mềm đã có trong chương 2: cơ sở lý thuyết.
Luu đồ ứng dụng Android được thể hiện ở hình dưới Giải thích lư đồ:
- Chức năng của ứng dụng được thể hiện ở lưu đồ dưới
- Khi mở ứng dụng, giao diện bảo vệ sẽ hiện lên, yêu cầu nhập mật khẩu đăng nhập ứng dụng, nếu nhập đúng sẽ tiến vào màn hình bên trong, nếu nhập sai màn hình sẽ vẫn ở giao diện bảo vệ.
- Sau khi vào giao diện chính, kết nối với Bluetooth của hệ thống
- Sau khi đo đạt các thông số, hệ thống sẽ gửi các giá trị qua Bluetooth, ứng dụng đọc và hiển thị lên màn hình
87
Hình 4.22 Lưu đồ chương trình cho ứng dụng
Các bước tạo ứng dụng:
- Đăng nhập vào trang web App Mit Inventor, đăng nhập tài khoản và tạo vùng làm việc
- Tạo giao diện cho ứng dụng bằng cách sử dụng các hình ảnh và các công cụ hỗ trợ. Cài đặt các kết nối cần thiết
- Sau khi tạo giao diện, ta chuyển qua trang lập trình để mơ tả chức năng hoạt động của ứng dụng bằng cách sắp xếp các khối lệnh.
- Sau cùng, ta xuất chương trình, sẽ có mã QR để quét và tải, cài đặt ứng dụng trên điện thoại.
88
4.4 Hướng dẫn sử dụng, thao tác
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 tồn 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 công 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.