Đồ án Hệ thống theo dõi, giám sát nhịp tim cho người lớn tuổi qua mạng internet (Phần 1)

Nội dung text: Đồ án Hệ thống theo dõi, giám sát nhịp tim cho người lớn tuổi qua mạng internet (Phần 1)

1. BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP.HCM KHOA ĐÀO TẠO CHẤT LƯỢNG CAO ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP NGÀNH CÔNG NGHỆ KỸ THUẬT ĐIỆN TỬ - TRUYỀN THÔNG HỆ THỐNG THEO DÕI, GIÁM SÁT NHỊP TIM CHO NGƯỜI LỚN TUỔI QUA MẠNG INTERNET GVHD: ThS. NGÔ QUỐC CƯỜNG SVTH : LÊ PHAN MINH ĐỨC MSSV : 12141743 S K L 0 0 4 5 1 8 Tp. Hồ Chí Minh, tháng 2 năm 2017
2. ` BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH KHOA ĐÀO TẠO CHẤT LƯỢNG CAO ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Đề tài: HỆ THỐNG THEO DÕI, GIÁM SÁT NHỊP TIM CHO NGƯỜI LỚN TUỔI QUA MẠNG INTERNET GVHD: ThS. NGÔ QUỐC CƯỜNG SVTH : LÊ PHAN MINH ĐỨC – 12141743 Khóa : 2012 Ngành : ĐIỆN TỬ, TRUYỀN THÔNG (ĐT – VT) Tp. Hồ Chí Minh, tháng 2 năm 2017
3. CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc lập – Tự do – Hạnh phúc Tp. Hồ Chí Minh, ngày 23 tháng 9 năm 2016 NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Họ và tên sinh viên: Lê Phan Minh Đức MSSV: 12141743 Ngành: Điện tử - Viễn thông Lớp: 12141CLVT Giảng viên hướng dẫn: ThS. Ngô Quốc Cường ĐT: 01215595101 Ngày nhận đề tài: 23/9/2016 Ngày nộp đề tài: 13/2/2017 1. Tên đề tài : Hệ thống theo dõi, giám sát nhịp tim qua mạng Internet dành cho người lớn tuổi. 2. Các số liệu, tài liệu ban đầu: Thu thập dữ liệu và điều khiển thiết bị nhà kính qua Web Server, A SVM Algorithm for Investigation of Tri-Accelerometer Based Falling Data. 3. Nội dung thực hiện đề tài: Thiết kế và xây dựng hệ thống đo đạc, giám sát nhịp tim qua nền tảng Web, cập nhật dữ liệu liên tục và báo động trong trường hợp có sự cố xảy ra. 4. Sản phẩm: Một thiết bị nhỏ gọn có thể mang trên người liên tục thu thập, đo đạc dữ liệu và gửi về khối trung tâm để giám sát, báo động khi có sự cố. TRƯỞNG NGÀNH GIẢNG VIÊN HƯỚNG DẪN i
4. CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc lập – Tự do – Hạnh phúc PHIẾU NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN Họ và tên Sinh viên: Lê Phan Minh Đức MSSV: 12141743 Ngành: Điện tử - Viễn thông. Tên đề tài: Hệ thống theo dõi, giám sát nhịp tim qua mạng Internet dành cho người lớn tuổi. Họ và tên Giáo viên hướng dẫn: ThS. Ngô Quốc Cường. NHẬN XÉT 1. Về nội dung đề tài & khối lượng thực hiện: 2. Ưu điểm: 3. Khuyết điểm: 4. Đề nghị cho bảo vệ hay không? 5. Đánh giá loại: 6. Điểm: .(Bằng chữ: ) Tp. Hồ Chí Minh, ngày tháng năm 2017 Giáo viên hướng dẫn ii
5. CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc lập – Tự do – Hạnh phúc PHIẾU NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN PHẢN BIỆN Họ và tên Sinh viên: Lê Phan Minh Đức MSSV: 12141743 Ngành: Điện tử - Viễn thông Tên đề tài: Hệ thống theo dõi, giám sát nhịp tim qua mạng Internet dành cho người lớn tuổi. Họ và tên Giáo viên phản biện: NHẬN XÉT 1. Về nội dung đề tài & khối lượng thực hiện: 2. Ưu điểm: 3. Khuyết điểm: 4. Đề nghị cho bảo vệ hay không? 5. Đánh giá loại: 6. Điểm: .(Bằng chữ: ) Tp. Hồ Chí Minh, ngày tháng năm 2017 Giáo viên phản biện iii
6. LỜI CẢM ƠN Để có thể hoàn thành đề tài này, em xin chân thành cảm ơn quý Thầy, Cô trong khoa Đào tạo chất lượng cao nói riêng, Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật TP. Hồ Chí Minh nói chung đã tận tình truyền đạt kiến thức trong những năm em học tập. Đặc biệt, em xin chân thành cảm ơn Thầy Ngô Quốc Cường đã tận tình hướng dẫn và tạo điều kiện thuận lợi cho em trong suốt thời gian thực hiện đồ án tốt nghiệp. Bên cạnh đó, em cũng xin cảm ơn các anh, chị khóa trước cũng như các bạn sinh viên trong lớp 12141CLVT đã nhiệt tình đóng góp ý kiến và chiasẻ kinh nghiệm để giúp em hoàn thành đề tài này. Cuối cùng, do kiến thức, thời gian thực hiện còn hạn hẹp nên không tránh khỏi những sai sót. Em rất mong nhận được sự đóng góp ý kiến của quý thầy cô và các bạn để có thể hoàn thiện hơn. Em xin chân thành cảm ơn! iv
7. TÓM TẮT Hiện nay, khoa học kỹ thuật ngày càng phát triển, con người đã, đang và dần dần sẽ có nhiều bước tiến dài, thực hiện được những việc mà trước đây tưởng chừng như không thể. Nhìn chung, tất cả những nỗ lực đó đều để phục vụ cho nhu cầu, đời sống con người ngày càng đầy đủ, tiện nghi hơn. Với Việt Nam nói riêng, là một nước đang phát triển, mặt bằng cuộc sống người dân còn nhiều khó khăn, lạc hậu, việc áp dụng các kỹ thuật nhằm đảm bảo cho đời sống, sức khỏe con người một cách đơn giản, dễ dàng tiếp cận là cần thiết. Nghiên cứu này hướng đến một sản phẩm mang tính ứng dụng cao, xây dựng hệ thống cho phép giám sát, theo dõi sức khỏe người dùng một cách dễ dàng và tiện dụng. Cụ thể là xây dựng hệ thống theo dõi thông số nhịp tim, đảm bảo phát hiện được sự cố xảy ra với người dùng một cách tức thời, qua đó có những biện pháp xử lý kịp lúc, tránh tình trạng đáng tiếc xảy ra do phát hiện chậm trễ. Để đáp ứng được yêu cầu đề ra, cần tìm hiểu các đặc trưng, ý nghĩa thông số của tín hiệu nhịp tim, qua đó tìm ra phương pháp thích hợp để giảm thiểu sai số đo đạc. Trong đề tài này, em sử dụng dữ liệu từ cảm biến nhịp tim truyền về board Arduino Pro Mini để xử lý, sau đó giao tiếp với board Arduino Mega 2560 qua sóng RF để hiển thị bằng nền tảng Web. Bên cạnh, việc giám sát, phát hiện báo động sự cố sẽ được thực hiện thông qua môi trường mạng Internet cũng như mạng di động nhằm đảm bảo được tính tức thời. v
8. ABSTRACT Nowadays, science and technology are developing faster and faster than ever. We, human being, has been taking several giant steps from time to time, therefore, be able to accomplish many incredible tasks which were impossible in the past. In general, all of those conations was nothing more but to guarantee a attendance on human’s desire. As a developing country, Vietnamese’s standard of living, as well as technology level, is generally considered as low and under development. Therefore, those technical application for serving people’s life and health are very crucial, and they also must be easy to approach and make use at the same time. This research aimed for a highly applicable product, designing and constructing a system that allows us to supervise user’s health easily at anytime. In specific, we will construct a system which is able to detect immediately whether user’s health is in instant need of help based on heart beat value, and so to have an act in advance, avoid unwanted outcomes due to lateness. To do so, reasearching significant features of a heart beat signal is needed to minimize mismeasure. In this research, the data from heart beat sensor is processed by Arduino Pro Mini board, then transmitted using RF signal to Arduino Mega 2560 to display on a Web Server. Besides, supervising, detecting and alerting will be executed in the Internet and mobile networks to ensure instantaneity. vi
9. MỤC LỤC Trang phụ bìa NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP i PHIẾU NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN ii PHIẾU NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN PHẢN BIỆN iii LỜI CẢM ƠN iv TÓM TẮT v ABSTRACT vi MỤC LỤC vii DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT x DANH MỤC CÁC BẢNG xi DANH MỤC CÁC BIỂU ĐỒ VÀ HÌNH ẢNH xii CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN 1 1.1. GIỚI THIỆU TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU HIỆN NAY. 1 1.1.1. Đặt vấn đề. 1 1.1.2. Tình hình nghiên cứu trong nước. 1 1.1.3. Tình hình nghiên cứu ngoài nước. 2 1.1.4. Tính cấp thiết của đề tài. 3 1.2. MỤC TIÊU NGHIÊN CỨU. 3 1.3. ĐỐI TƯỢNG VÀ PHẠM VI NGHIÊN CỨU. 3 1.4. PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU. 3 1.5. BỐ CỤC ĐỒ ÁN. 4 CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT. 5 2.1. ARDUINO MEGA 2560 BOARD. 5 2.1.1. Giới thiệu Arduino Mega 2560 Board. 5 2.1.2. Chi tiết thông số kỹ thuật Arduino Mega 2560. 6 2.2. ARDUINO PRO MINI. 8 2.3. ARDUINO SHIELDS. 8 2.4. ARDUINO IDE. 10 2.5. CHUẨN GIAO TIẾP GIỮA ARDUINO BOARD VỚI CÁC MODULE. 12 2.5.1. Chuẩn giao tiếp I2C. 12 vii
10. 2.5.2. Chuẩn giao tiếp SPI. 14 2.6. TÍN HIỆU NHỊP TIM. 16 2.6.1. Các quá trình điện học của tim. 17 2.6.2. Sự hình thành các dạng sóng của tim. 18 2.6.3. Tín hiệu ECG. 21 2.6.4. Các phương pháp đo tín hiệu ECG. 22 2.7. MODULE TRUYỀN NHẬN KHÔNG DÂY. 24 2.8. MODULE THỜI GIAN THỰC. 26 2.9. MODULE SIM900A MINI. 26 2.10. PIN LI-ION 18650 VÀ MODULE SẠC TP4056. 28 2.11. NGÔN NGỮ HTML. 30 CHƯƠNG 3: THIẾT KẾ VÀ XÂY DỰNG HỆ THỐNG. 32 3.1. Yêu cầu và sơ đồ khối hệ thống. 32 3.1.1. Yêu cầu hệ thống. 32 3.1.2. Sơ đồ khối và chức năng các khối. 32 3.1.3. Hoạt động của hệ thống. 34 3.2. Thiết kế phần cứng hệ thống. 35 3.2.1. Khối nguồn. 35 3.2.2. Khối cảm biến. 35 3.2.3. Khối truyền/ nhận không dây. 39 3.2.4. Khối xử lý. 41 3.2.5. Khối thời gian thực. 41 3.2.6. Khối giao tiếp mạng di động và Internet. 45 3.2.7. Sơ đồ kết nối hệ thống. 45 3.3. Lập trình phần mềm. 46 3.3.1. Giải thuật đo nhịp tim. 46 3.3.2. Khối thu thập dữ liệu. 52 3.3.3. Khối xử lý trung tâm. 54 3.3.4. Thiết kế giao diện Web. 69 CHƯƠNG 4: KẾT QUẢ THỰC HIỆN VÀ ĐÁNH GIÁ. 72 4.1. Kết quả phần cứng. 72 viii
11. 4.1.1. Khối thu thập dữ liệu. 72 4.1.2. Khối xử lý trung tâm. 73 4.2. Kết quả phần mềm. 74 4.3. Ưu và nhược điểm của hệ thống. 62 CHƯƠNG 5: KẾT LUẬN VÀ PHẠM VI ỨNG DỤNG. 76 5.1. Kết luận. 76 5.2. Phạm vi ứng dụng và hướng phát triển. 76 TÀI LIỆU THAM KHẢO 79 PHỤ LỤC: HƯỚNG DẪN SỬ DỤNG SẢN PHẨM 80 ix
12. DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT IC Integrated Circuit Mạch tích hợp I/O Input/Output Ngõ vào/ngõ ra PWM Pulse Width Modulation Điều chế độ rộng xung UART Universal Asynchronous Receiver – Truyền dữ liệu nối tiếp bất đồng Transmitter bộ LDR Light-Dependent Resistor Quang trở LCD Liquid Crystal Display Màn hình tinh thể lỏng I2C Inter-Integrated Circuit Vi mạch tích hợp truyền thông nối tiếp SPI Serial Peripheral Interface Chuẩn giao tiếp nối tiếp đồng bộ SDA Serial Data Line Dây truyền dữ liệu SCL Serial Clock Line Dây truyền xung clock MISO Master In Slave Out Ngõ dữ liệu truyền từ Slave về Master MOSI Master Out Slave In Ngõ dữ liệu truyền từ Master về Slave HTML Hyper Text Markup Language Ngôn ngữ đánh dấu siêu văn bản HTTP Hyper Text Transfer Protocol Giao thức truyền siêu văn bản ADC Analog Digital Converter Chuyển đổi tín hiệu tương tự sang tín hiệu số RHR Resting Heart Rate Nhịp tim ở trạng thái bình thường ECG Electrocardiogram Điện tâm đồ RTC Real Time Clock Đồng hồ thời gian thực x
13. DANH MỤC CÁC BẢNG Bảng 2.1. Các Icon và chức năng tương ứng của Arduino IDE. 11 Bảng 2.2. Chỉ số RHR phụ thuộc giới tính và độ tuổi. 16 Bảng 2.3. Chỉ số THR đối với trạng thái hoạt động của cơ thể. 17 Bảng 2.4. So sánh giữa lập trình timer phần mềm và RTC. 26 Bảng 2.5. Một số lệnh AT cơ bản. 28 Bảng 3.1. Các chân chức năng của nRF24L01. 41 Bảng 3.2. Sơ đồ chân kết nối khối thu thập dữ liệu 45 Bảng 3.3. Sơ đồ chân kết nối khối xử lý trung tâm. 46 Bảng 4.1. Nhịp tim tương ứng với các hoạt động, trạng thái cơ thể thực tế đo được 62 xi
14. DANH MỤC CÁC BIỂU ĐỒ VÀ HÌNH ẢNH Hình 1.1. Một vài phần mềm chăm sóc và theo dõi sức khỏe tại nhà. 2 Hình 1.2. Một số sản phẩm theo dõi sức khỏe. 2 Hình 2.1. Arduino Mega 2560 R3. 5 Hình 2.2. Sơ đồ các chân chức năng trên Arduino Mega 2560 6 Hình 2.3. Arduino Pro Mini. 8 Hình 2.4. Arduino Ethernet Shield. 9 Hình 2.5. Arduino Motor Shield L298. 9 Hình 2.6. Arduino SIM808 Shield. 10 Hình 2.7. Giao diện Arduino IDE 11 Hình 2.8. Mô hình chuẩn giao tiếp I2C 12 Hình 2.9. Quá trình giao tiếp giữa 2 thiết bị sử dụng bus I2C 14 Hình 2.10. Independent Slave 15 Hình 2.11. Daisy Chain 15 Hình 2.12. Các thế tác động ngang màng (tâm thất). 18 Hình 2.13. Xung truyền qua các cơ tim. 19 Hình 2.14. Chu kỳ trơ của tim. 20 Hình 2.15. Dạng sóng tín hiệu điện tim. 21 Hình 2.16. Sự hấp thụ ánh sáng khi truyền qua ngón tay 23 Hình 2.17. Các dải tần của tín hiệu vô tuyến. 24 Hình 2.18. Truyền tín hiệu bằng sóng RF tần số thấp. 25 Hình 2.19. Truyền tín hiệu bằng sóng RF tần số cao. 25 Hình 2.20. Module SIM900A Mini. 27 Hình 2.21. Sơ đồ chân chức năng của SIM900a Mini. 27 Hình 2.22. Pin Li-ion 18650. 29 Hình 2.23. Module sạc TP4056. 29 Hình 2.24. Sơ đồ mạch sạc pin TP4056 29 Hình 3.1. Sơ đồ khối hệ thống. 33 Hình 3.2. Sơ đồ sạc pin sử dụng IC TP4056. 35 Hình 3.3. LED và LDR dùng trong cảm biến SENS-11574. 36 Hình 3.4. Sơ đồ nguyên lý cảm biến SENS-11574. 36 Hình 3.5. Trước và sau khi bổ sung bộ lọc ở Output. 37 Hình 3.6. LED Kingbright. 38 Hình 3.7. LDR APDS-9008. 38 Hình 3.8. Cảm biến nhịp tim SENS-11574. 38 xii
15. Hình 3.9. Module nRF24L01. 39 Hình 3.10. Sơ đồ khối và chân nRF24L01. 41 Hình 3.11. Module thời gian thực DS1307. 42 Hình 3.12. Sơ đồ khối và chân của DS1307 42 Hình 3.13. Giá trị các Timekeeper Register. 43 Hình 3.14. Mối liên hệ giữa các bit trong thanh ghi control. 44 Hình 3.15. Frame dữ liệu của chuẩn I2C dùng trong DS1307. 44 Hình 3.16. Sơ đồ tổng quát hệ thống. 45 Hình 3.17. Dạng sóng PPG. 47 Hình 3.18. Dạng sóng PPG trong chu kỳ đập của tim. 47 Hình 3.19. Lưu đồ giải thuật đo nhịp tim. 50 Hình 3.20. Chu kỳ cập nhật các biến sử dụng. 51 Hình 3.21. Lưu đồ giải thuật khối thu thập dữ liệu. 53 Hình 3.22. Lưu đồ giải thuật khối xử lý trung tâm. 55 Hình 3.23. Giao diện truy cập router. 56 Hình 3.24. Cấu hình Port Forwarding cho router. 57 Hình 3.25. Xem địa chỉ WAN IP. 57 Hình 3.26. Giao diện trang Web theo dõi nhịp tim. 58 Hình 4.1. Khối thu thập dữ liệu. 59 Hình 4.2. Khối xử lý trung tâm. 60 Hình 4.3. Các trạng thái của giá trị HR. 61 Hình 5.1. Hướng mở rộng hệ thống. 64 Hình 5.2. Hệ thống mở rộng cho ứng dụng thực tế. 65 xiii
16. CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN. 1.1. GIỚI THIỆU TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU HIỆN NAY. 1.1.1. Đặt vấn đề. Ngày nay, nhịp sống con người ngày càng tăng cao, cuộc sống ngày càng bận rộn, yếu tố sức khỏe vốn luôn là thiết yếu lại không nhận được nhiều sự coi trọng. Con người nói chung, tại Việt Nam nói riêng, do là một nước đang phát triển, đa phần mọi người đều bị cuốn vào công việc mưu sinh hàng ngày mà bỏ qua yếu tố sức khỏe của bản thân và người thân, dẫn đến những hậu quả đáng tiếc do phát hiện chậm trễ. Theo như số liệu thống kê năm 2015 [1], mỗi năm Việt Nam có hơn 200.000 người bị đột quỵ (tai biến mạch máu não), hơn 50% trong số đó tử vong và 90% số người sống sót sau đột quỵ phải sống chung với các di chứng về thần kinh và vận động. Trong ba năm trở lại, số bệnh nhân phải nhập viện vì đột quỵ đang có chiều hướng tăng lên từ 1,7% - 2,5%. Trong đó, tỷ lệ nam giới mắc phải cao gấp 4 lần nữ giới. Nghiêm trọng hơn, độ tuổi bị tai biến mạch máu não đang dần trẻ hóa, từ 40 - 45 tuổi so với trước đây là 50 - 60 tuổi. số lượng bệnh nhân bị tàn tật do đột quỵ có xu hướng tăng mạnh với nhiều di chứng nặng nề [2]. Việc phòng ngừa tình trạng nói trên là một quá trình dài và khi sự cố xảy ra, nếu được phát hiện ngay lập tức, cơ hội để cứu chữa người bệnh và giảm thiểu khả năng di chứng tàn tật là rất nhiều. Qua đó, vấn đề được đặt ra là làm thế nào để có thể theo dõi sức khỏe người bệnh lâu dài cũng như phát hiện ngay khi có sự cố xảy ra [2]. 1.1.2. Tình hình nghiên cứu trong nước. Mặc dù trình độ khoa học kỹ thuật trong nước về lĩnh vực y tế đang có những bước tiến lớn, song do là một nước đang phát triển, việc chăm lo đảm bảo cho sức khỏe người dân cũng có nhiều hạn chế và chưa được thật sự chú trọng. Hơn nữa, chỉ có số ít bộ phận người dân với mức sống trên trung bình và cao là có thể sử dụng những dịch vụ y tế tốt nhất [3]. Tính đến thời điểm hiện tại, vẫn chưa có một thiết bị hay hệ thống nào được đưa vào sử dụng nhằm chăm sóc sức khỏe dành cho đại bộ phận người dân [3]. Những nguyên nhân dẫn đến tình trạng trên: Người dân với mức sống dưới trung bình không có đủ chi phí trang trải cho những dịch vụ chăm sóc sức khỏe cần thiết. Mặt bằng chung mức sống thấp khiến con người xem nhẹ và không có sự quan tâm đúng ứm c dành cho sức khỏe của bản thân. Hạn chế về cơ sở hạ tầng vật chất: các loại máy móc y sinh hiện đại chỉ tập trung chủ yếu ở những bệnh viện trung ương. 1
17. Hạn chế về yếu tố công nghệ: hiện tại những loại cảm biến nhỏ gọn cho phép thu thập các thông số cần thiết để đánh giá sức khỏe một cách liên tục là vẫn đang được nghiên cứu. 1.1.3. Tình hình nghiên cứu ngoài nước. Với những nước phát triển như Mỹ, Anh, Úc, việc theo dõi chăm sóc sức khỏe là tối cần thiết và rất được chú trọng. Có rất nhiều phần mềm theo dõi sức khỏe được lập trình với giao diện thân thiện người dùng, rất dễ sử dụng trên smartphone hay tablet, PC, laptop, như Axxess, AxisCare, FasterNotes, Alora Homecare Software, kết hợp với các bệnh viện [8]. Hình 1.1. Một vài phần mềm chăm sóc và theo dõi sức khỏe tại nhà. Các tập đoàn, công ty lớn cũng rất chú trọng đến mảng y sinh với các sản phẩm phần cứng theo dõi sức khỏe như Apple - Apple Watch, Xiaomi – Mi Band, Samsung – Gear Fit Wearables, đi kèm với các phần mềm hỗ trợ tích hợp trên smartphone, tablet, Hình 1.2. Một số sản phẩm theo dõi sức khỏe. Bên cạnh đó, dịch vụ chăm sóc tận nhà là một ngành nghề rất tiềm năng với thu nhập cao, được nghiên cứu và sử dụng rộng rãi tại các nước tiên tiến [9]. Qua đó, có thể kết luận rằng về lĩnh vực ứng dụng công nghệ vào lĩnh vực y tế, tình hình 2
18. ngoài nước vượt trội hơn trong nước về mọi mặt, không còn ở giai đoạn nghiên cứu, mà đã bước sang giai đoạn ứng dụng và triển khai. 1.1.4. Tính cấp thiết của đề tài. Các thông số để có thể đánh giá được gần đúng tình trạng sức khỏe bao gồm: nhịp tim, huyết áp, nhiệt độ cơ thể. Tuy nhiên, với những hạn chế như trình độ, thời gian của thực hiện đồ án, yếu tố về công nghệ, đồ án sẽ chỉ tập trung vào giá trị nhịp tim để nghiên cứu và xử lý, đồng thời đối tượng sử dụng là người cao tuổi. Nhu cầu chăm sóc, theo dõi sức khỏe cho người cao tuổi là luôn cần thiết. Song vấn đề về thời gian chăm sóc của đa phần hộ gia đình lại khá eo hẹp, do đó nhiều người lựa chọn phương án viện dưỡng lão hoặc kiểm tra định kì tại bệnh viện. Điều này thường đi ngược lại ý muốn của phần lớn người cao tuổi, đồng thời cũng bất tiện về việc đi lại, chi phí, lựa chọn bệnh viện để thực hiện kiểm tra định kì. Từ đó, vì những lý do nêu trên, em hướng đến việc vừa đáp ứng được nhu cầu muốn ở nhà với gia đình của người cao tuổi, đồng thời vừa không tốn quá nhiều thời gian, việc di chuyển đi lại, chi phí chăm sóc của người thân. 1.2. MỤC TIÊU NGHIÊN CỨU. Thiết kế và thi công mô hình hệ thống theo dõi, giám sát nhịp tim đảm bảo tính chính xác, nhỏ gọn, tức thời và có thể hoạt động liên tục, đồng thời gửi các thông số dữ liệu đo được qua mạng Internet và mạng di động để nâng cao khả năng giám sát, theo dõi. 1.3. ĐỐI TƯỢNG VÀ PHẠM VI NGHIÊN CỨU. Đối tượng nghiên cứu về phần mềm là các giải thuật để đo được nhịp tim chính xác, tức thời, đảm bảo hệ thống hoạt động đúng chức năng và thông tin tới người dùng qua mạng Internet, mạng di động, cách thức lập trình arduino và nhúng vào board Arduino Mega 2560. Còn về phần cứng là các linh kiện điện tử, module chức năng, cảm biến nhịp tim, và board Arduino Mega 2560. Phạm vi nghiên cứu trong khuôn khổ mô hình nhỏ áp dụng cho một người dùng, tuy nhiên có khả năng mở rộng thành hệ thống lớn. Ngoài ra, do kiến thức về lập trình Web còn rất nhiều hạn chế nên không tạo được cơ sở dữ liệu, lưu trữ, truy xuất dữ liệu, để theo dõi trong thời gian dài. 1.4. PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU. Tìm hiểu các thông số chính của tín hiệu nhịp tim, từ đó xây dựng được giải thuật phù hợp nhằm giảm thiểu sai số đo đạc. Kiểm tra tính chính xác của phép đo bằng các thiết bị đang được sử dụng trên thị trường. Thiết kế và xây dựng mô hình hệ thống giám sát nhịp tim. 3
19. 1.5. BỐ CỤC ĐỒ ÁN. Chương 1: Tổng quan. Giới thiệu sơ lược về tình hình nghiên cứu trong và ngoài nước hiện nay cũng như tính cấp thiết của đề tài. Chương 2: Cơ sở lý thuyết. Đề cập đến các lý thuyết cần thiết để tính toán và xây dựng hệ thống. Chương 3: Thiết kế và xây dựng hệ thống, Trình bày sơ đồ hệ thống, sơ đồ từng khối và giải thích nguyên lý hoạt động hệ thống. Đưa ra các phương pháp chọn lựa phần cứng, xác định lựa chọn phù hợp với yêu cầu của hệ thống. Tính toán đưa ra giải thuật, thuật toán phần mềm. Chương 4: Kết quả thực hiện và đánh giá. Trình bày kết quả đạt được về phần cứng cũng như phần mềm, đánh giá hệ thống. Chương 5: Kết luận và phạm vi ứng dụng. Ưu và nhược điểm của đề tài, khả năng ứng dụng và mở rộng. 4
20. CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT. 2.1. ARDUINO MEGA 2560 BOARD. 2.1.1. Giới thiệu Arduino Mega 2560 Board. Arduino Mega2560 khác với tất cả các vi xử lý trước giờ vì không sử dụng FTDI chip điều khiển chuyển tín hiệu từ USB để xử lý. Thay vào đó, nó sử dụng ATmega16U2 lập trình như là ộm t công cụ chuyển đổi tín hiệu từ USB. Ngoài ra, Arduino Mega2560 cơ bản vẫn giống Arduino Uno R3, chỉ khác số lượng chân và nhiều tính năng mạnh mẽ hơn, nên cũng sử dụng Arduino IDE để lập trình. Arduino Mega 2560 là phiên bản nâng cấp của Arduino Mega hay còn gọi là Arduino Mega 1280. Sự khác biệt lớn nhất với Arduino Mega 1280 chính là chip nhân. Arduino Mega 2560 phiên bản hiện đang được sử dụng rộng rãi và ứng dụng nhiều hơn. Với chip ATmega2560 có bộ nhớ flash memory 256 KB, 8KB cho bộ nhớ SRAM, 4 KB cho bộ nhớ EEPROM. Giúp cho người dùng thêm khả năng viết những chương trình phức tạp và điều khiển các thiết bị lớn hơn như máy in 3D, điều khiển robot. Bên cạnh, Arduino Mega 2560 cũng có hỗ trợ để tương tác với MatLab, vì nó còn được tích hợp sẵn thư viện dành cho MatLab. Ngoài ra, tất cả các shield mở rộng dùng trên Arduino Uno đều sử dụng được trên Arduino Mega 2560, cho phép đa dạng ứng dụng hơn. Mặc định, trên Arduino Mega 2560 Board hỗ trợ. Vi điều khiển: Atmega2560. Điện áp hoạt động: 5V. Nguồn ngoài (jack tròn DC): 7 – 9V. Nguồn ngoài (tối đa): 6 – 20V. 54 chân digital (15 có thể được sử dụng như các chân PWM). 16 chân analog, Xung clock 16 MHz. Hiện tại được sử dụng phổ biến nhất là Arduino Mega 2560 R3. Hình 2.1. Arduino Mega 2560 R3. 5
21. S K L 0 0 2 1 5 4