NGHIÊN cứu THIẾT kế, CHẾ tạo hệ THỐNG GIÁM sát sức KHỎE BỆNH NHÂN COVID 19 tại NHÀ

Ứng dụng IoT - Bước đột phá trong y tế thông minh Công nghệ IoT Internet of Thing đã làm thay đổi đáng kể ngành công nghiệp chăm sóc sức khỏe bằng cách thay đổi cách mà các thiết bị và ứ

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT

KHOA ĐIỆN – ĐIỆN TỬ

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

ĐẠI HỌC

NGÀNH: CÔNG NGHỆ KỸ THUẬT ĐIỆN, ĐIỆN TỬ

CHUYÊN NGÀNH: KỸ THUẬT ĐIỆN TỬ

ĐỀ TÀI:

NGHIÊN CỨU THIẾT KẾ, CHẾ TẠO HỆ THỐNG GIÁM SÁT SỨC KHỎE BỆNH NHÂN COVID - 19

TẠI NHÀ

Người hướng dẫn: TS Nguyễn Linh Nam

Sinh viên thực hiện: Huỳnh Thiên Phú

Rah Lan Tiê Trần Minh Tuấn

Mã sinh viên: 1811505120140

1811505120155

1811505120160

Lớp: 18D3

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT

KHOA ĐIỆN – ĐIỆN TỬ

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

ĐẠI HỌC

NGÀNH: CÔNG NGHỆ KỸ THUẬT ĐIỆN, ĐIỆN TỬ

CHUYÊN NGÀNH: KỸ THUẬT ĐIỆN TỬ

ĐỀ TÀI:

NGHIÊN CỨU THIẾT KẾ, CHẾ TẠO HỆ THỐNG GIÁM SÁT SỨC KHỎE BỆNH NHÂN COVID -19

TẠI NHÀ

Người hướng dẫn: TS Nguyễn Linh Nam

Sinh viên thực hiện: Huỳnh Thiên Phú

Rah Lan Tiê Trần Minh Tuấn

ra các cảnh báo thích hợp cho việc điều trị

Hệ thống giám sát sức khỏe bệnh nhân COVID - 19 tại nhà gồm: màn hình LCD, web lưu giữ các chỉ số sức khỏe (ThingSpeak), và ứng dụng trên điện thoại để thông báo các chỉ số sức khỏe (Blynk)

Mục đích và tiêu chí của đề tài là ứng dụng những thành tựu của IOT vào việc chăm sóc sức khỏe của bệnh nhân COVID - 19, giúp giám sát và đưa ra các biện pháp chữa trị hiệu quả nhất Bên cạnh đó sẽ giảm áp lực cho các cơ sở y tế khi có nhiều ca mắc Tiết kiệm thời gian khám, tại bệnh viện, thời gian chờ đợt làm thủ tục, tiết kiệm chi phí đi lại, cảnh báo tình trạng sức khỏe kịp thời có ý nghĩa cần thiết khi chỉ số chăm sóc sức khỏe vượt mức cho phép có thể thông báo ngay tức thời đến y bác sĩ để kịp được hỗ trợ

LỜI NÓI ĐẦU

Để có thể hoàn thiện đúng và tốt đồ án tốt nghiệp, nhóm xin gửi lời cảm ơn chân thành đến các thầy cô trong Khoa Điện – Điện Tử trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật - Đại

họ Đà Nẵng đã giúp đỡ tạo mọi điều kiện thuận lợi và tốt nhất cho nhóm để có thể hoàn

thành thực hiện tốt đề tài

Và đặc biệt nhóm xin gửi lời cảm ơn chân thành và sâu sắc đến thầy Nguyễn Linh Nam

đã trực tiếp hướng dẫn chi tiết và tận tình giúp đỡ tạo điều kiện tốt nhất để em có thể nắm bắt hiểu rõ các công đoạn cần phải làm trong đồ án và giới thiệu cho chúng em

được học hỏi về khoa học và kinh nghiệm làm việc từ đó có thể hoàn thành tốt đề tài

Cuối cùng nhóm xin cảm ơn chân thành đến gia đình và bạn bè, luôn là chỗ dựa cũng như là nguồn động viên tinh thần mỗi khi nhóm gặp khó khắn trong học tập cũng như

trong quá trình nghiên cứu để hoàn thành đề tài tốt nghiệp

Nhóm xin chân thành cảm ơn mọi người!

CAM ĐOAN

Nhóm xin cam đoan đề tài tốt nghiệp này là do nhóm tự thực hiện không sao chép lấy ý tưởng của bất cứ cá nhân hay tổ chức đơn vị nào Những số liệu và kết quả nghiên cứu thiết kế trong đồ án là hoàn toàn trung thực chính xác do chính nhóm tự nghiên cứu và

tự làm không trùng hay lặp lại của bất kì cá nhân hay đơn vị nào Những số liệu thông

số của đồ án chưa từng được sử dụng để báo cáo hay bảo vệ bất cứ đồ án nào khác Những thông tin dữ liệu, hình ảnh được nêu ra và trích dẫn trong đồ án đã được chỉ rõ tên và nguồn gốc rõ ràng, được phép công bố của các đơn vị tổ cức chủ quản nắm quyền

sở hữu Mọi sự hướng dẫn, giúp đỡ phục vụ cho việc thực hiện đồ án đã được trình bày

rõ ràng và gửi lời cảm ơn đến tất cả

Những lời cam đoan ở trên là hoàn toàn chính xác và trung thực, nếu có bất cứ phát giác

hay tranh chấp nào nhóm xin chịu hoàn toàn trách nhiệm

Sinh viên thực hiện

{Chữ ký, họ và tên sinh viên}

MỤC LỤC

Nhận xét của người hướng dẫn

Nhận xét của người phản biện

Tóm tắt

Trang

LỜI NÓI ĐẦU i

CAM ĐOAN ii

MỤC LỤC iii

DANH SÁCH CÁC BẢNG, HÌNH VẼ vi

DANH SÁCH CÁC KÝ HIỆU, CHỮ VIẾT TẮT viii

MỞ ĐẦU 1

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ ĐỀ TÀI 3

1.1 Lý do chọn đề tài 3

1.1.1 Tính cấp thiết của đề tài 3

1.1.2 Công nghệ IOT có những lợi ích thiết thực trong chăm sóc sức khỏe 7

1.2 Giới thiệu tổng quan đề tài 9

CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT VÀ CÁC CÔNG NGHỆ 12

2.1 Khái niệm IOT 12

2.1.1 IOT là gì? 12

2.1.2 Ứng dụng của IOT 12

2.1.3 IOMT là gì? 14

2.2 Khái quát về Websever 14

2.3 Khái niệm ThingSpeak 15

2.4 Các lý thuyết liên quan của Board Arduino Uno 15

2.4.1 Giới thiệu chung về Arduino 15

2.4.2 Mạch điều khiển Arduino Uno 16

2.5 Cơ sở lý thuyết các linh kiện sử dụng trong đề tài 19

2.5.1 Module ESP8266 V1 19

2.5.2 Cảm biến nhiệt độ hồng ngoại không tiếp xúc MLX90614 21

2.5.3 Cảm biến nhịp tim dạng quang (Pulse Sensor) 23

2.5.4 Module Max30102 – E12 24

2.5.5 Màn hình LCD 25

2.6 Công nghệ ứng dụng IOT Blynk 27

2.6.1 Blynk là gì? 27

2.6.2 Xây dựng Blynk hoạt động 27

2.6.3 Cách hoạt động của Blynk 28

CHƯƠNG 3: THIẾT KẾ VÀ THI CÔNG HỆ THỐNG 29

3.1 Sơ đồ khối của hệ thống 29

3.1.1 Chức năng của từng hệ thống 29

3.1.2 Nguyên lý hoạt động của từng hệ thống 29

3.2 Các kết nối cơ bản trong hệ thống 30

3.2.1 Kết nối board Arduino Uno và Module Wifi ESP8266 V1 30

3.2.2 Kết nối Arduino với cảm biến MLX90614 35

3.2.3 Kết nối Arduino với cảm biến nhịp tim Pulse sensor 36

3.3 Kết nối Arduino với màn hình LCD (LCD + Module IIC) 38

3.4 Xây dựng cơ sở dữ liệu trên web (ThingSpeak) 39

3.5 Thiết kế ứng dụng giám sát trên Blynk 41

3.6 Lưu đồ thuật toán hệ thống 45

3.7 Thiết kế board mạch 46

3.7.1 Giới thiệu phần mềm Altium designer 46

3.7.2 Thiết kế các phần mạch 47

3.8 Thi công hệ thống giám sát sức khỏe bệnh nhân COVID – 19 tại nhà 48

3.9 Kết quả kiểm thử 51

3.9.1 Khảo sát giá trị đo của cảm biến đo nhiệt độ 51

3.9.2 Khảo sát giá trị đo của cảm biến đo nhịp tim 53

3.9.3 Khảo sát giá trị đo của cảm biến đo nồng độ oxy trong máu 55

3.10 Kết quả đạt được 57

KẾT LUẬN 58

PHỤ LỤC

DANH SÁCH CÁC BẢNG, HÌNH VẼ

Bảng 2.1 Chức năng của các chân MLX90614 22

Bảng 3.1 Các chân Arduino Uno và module wifi Esp8266 V1 kết nối 30

Bảng 3.2 Các lệnh AT chung 34

Bảng 3.3 Các lệnh AT cấu hình Module Wifi 34

Bảng 3.4 Kết nối board Arduino với cảm biến nhiệt độ 35

Bảng 3.5 Kết nối board Arduino với cảm biến nhịp tim 36

Bảng 3.6 Kết nối board với Max30102 37

Bảng 3.7 Kết nối board Arduino với màn hình LCD với cảm biến nhịp tim 39

Bảng 3.8 Kết quả đo nhiệt độ 51

Bảng 3.9 Kết quả đo nhịp tim 53

Bảng 3.10 Kết quả đo nồng độ oxy trong máu 55

Hình 1.1 Môi trường sống của bệnh COVID – 19 [1] 3

Hình 1.2 Tác động của dịch Covid – 19 đến lao động, việc làm cả nước quý III năm 2021 [4] 4

Hình 1.3 Biện pháp phòng ngừa Covid “5K”[6] 5

Hình 1.4 Sự trợ giúp IOT giúp các bác sĩ có thể truy cập vào dữ liệu thời gian của bệnh nhân [10] 8

Hình 1.5 Các ứng dụng và thiết bị theo dõi sức khỏe [11] 9

Hình 2.1 IOT là gì?[13] 12

Hình 2.2 Qúa trình hoạt động của web server [14] 14

Hình 2.3 Những thành viên khởi xướng Arduino [16] 15

Hình 2.4 Sự đang dạng của board Arduino 16

Hình 2.5 Mạch Arduino UNO [18] 16

Hình 2.6 Các cổng vào ra Arduino Uno [22] 18

Hình 2.7 Chân Module ESP8226 V1 20

Hình 2.8 Cấu hình Module ESP8226 21

Hình 2.9 Cảm biến nhiệt độ không tiếp xúc MLX90614 [24] 21

Hình 2.10 Cấu hình sơ đồ chân MLX90614[25] 22

Hình 2.11 Cảm biến nhịp tim pulse sensor 23

Hình 2.12 Các chân cắm của cảm biến nhịp tim 24

Hình 2.13 Cảm biến Max30102 – E12 25

Hình 2.14 Màn hình LCD 26

Hình 2.15 Ứng dụng Blynk [28] 27

Hình 2.16 Cách hoạt động của Blynk 28

Hình 3.1 Sơ đồ khối hệ thống 29

Hình 3.2 Kết nối chân Arduino Uno với module wifi Esp8266 V1 30

Hình 3.3 Giao diện phần mềm Arduino 31

Hình 3.4 Cài đặt thư viện cho board 32

Hình 3.5 Tải board cần dùng 32

Hình 3.6 Tải thư viện 33

Hình 3.7 Chọn board cần dùng 33

Hình 3.8 Màn hình tín hiệu 34

Hình 3.9 Kết nối chân Arduino với MLX90614 35

Hình 3.10 Kết nối board Arduino với cảm biến nhịp tim 36

Hình 3.11 Kết nối board Arduino với cảm biến Max 30102 37

Hình 3.12 Module IIC 38

Hình 3.13 Nối chân màn hình LCD vớii module IIC và arduino 38

Hình 3.14 Đăng nhập ThingSpeak [32] 39

Hình 3.15 Kênh của tài khoản ThingSpeak [33] 40

Hình 3.16 Kênh để nhận dữ liệu [34] 40

Hình 3.17 API Key của tài khoản ThingSpeak [35] 41

Hình 3.18 Đăng nhập tài khoản Blynk 41

Hình 3.19 Xây dựng giao diện một kênh Blynk 42

Hình 3.20 Đặt tên các trường dữ liệu Blynk 42

Hình 3.21 Tạo giao diện trên Blynk 43

Hình 3.22 Thiết kế giao diện Blynk trên điện thoại 43

Hình 3.23 Mã của tài khoản blynk 44

Hình 3.24 Lưu đồ thuật toán hệ thống 45

Hình 3.25 Phần mềm Altium Designer 46

Hình 3.26 Khối nguồn 47

Hình 3.27 Sơ đồ nguyên lý trung tâm thu thập dữ liệu 48

Hình 3.28 Sơ đồ toàn diện của hệ thống 48

Hình 3.29 Mạch in 3D 49

Hình 3.30 Khối điều khiển trung tâm 49

Hình 3.31 Mô hình Demo hệ thống giám sát 50

Hình 3.32 Hiển thị và lữu trên trên ThingSpeak 50

Hình 3.33 Hiển thị các chỉ số trên ứng dụng Bylnk 51

DANH SÁCH CÁC KÝ HIỆU, CHỮ VIẾT TẮT

KÝ HIỆU:

%: Phần trăm

oC: Nhiệt độ

CHỮ VIẾT TẮT:

F0: Thế hệ đầu tiên nhiễm COVID – 19

IoT: Internet of Things

IOMT: Internet Of Medical Things

API: Application Programming Interface – phương thức trung gian kết nối các ứng dụng và thư viện khác nhau

LCD: Liquid Crystal Display

IC: integrated circuit

V: Vôn

GND: Gesta Normannorum Ducum

I2C, IIC: Inter-Intergrated Circuit

Bpm: Beats Per Minute

SP02: Saturation of peripheral oxygen

CSDL: Cơ sở dữ liệu

MỞ ĐẦU

Ngày nay, sự phát triển vượt bậc của hoa học kỹ thuật, cũng như là nhu cầu đòi hỏi sử dụng, sở hữu ngày càng cao của con người đối với các lĩnh vực khác nhau của đời sống xã hội Đối với nghiên cứu phát triển nhiều ứng dụng thành tựu khoa học công nghệ tiên tiến vào lĩnh vực môi trường đang được chú trọng và phát triển một cách mạnh

mẽ Một trong những ứng dụng có thể nói là được mong chờ nhất khi IoT (Internet of thing) xuất hiện đó là việc cải thiện hệ thống chăm sóc sức khỏe con người IoT có tiềm năng to lớn trong ngành “công nghiệp chăm sóc sức khỏe”, thường hay gọi là IoMT (Internet of Medical Things) Những ứng dụng trong lĩnh vực này giúp nâng cao chất lượng chăm sóc sức khỏe, giảm thiểu căng thẳng cho các chuyên gia y tế, giúp bệnh nhân có thể điều trị ngay tại nhà mà không cần đến bệnh viện

Ứng dụng IoT - Bước đột phá trong y tế thông minh Công nghệ IoT (Internet of Thing) đã làm thay đổi đáng kể ngành công nghiệp chăm sóc sức khỏe bằng cách thay đổi cách mà các thiết bị và ứng dụng để người dùng kết nối và tương tác với nhau trong cung cấp các dịch vụ chăm sóc sức khỏe Tích hợp điện toán đám mây và Blockchain là hướng phát triển trong tương lai có thể mang lại những đột phá chưa từng có trong các dịch vụ y tế, sự kết hợp giữa IoT và theo dõi bệnh nhân từ xa với thời gian thực cho phép bệnh nhân quyền kiểm soát và chủ động theo dõi tình trạng sức khỏe của mình Nền tảng công nghệ IoT sẽ cho phép các bác sĩ dễ dàng theo dõi dữ liệu về tình hình sức khỏe của bệnh nhân theo thời gian thực

Mục tiêu của đề tài

Thiết kế thiết bị có thể giám sát các chỉ số sức khỏe con người như nhịp tim, nhiệt

độ của con người để đưa ra một số cảnh báo về sức khỏe của người đang được giám sát

Thiết bị có kết nối với Internet để người thân có thể theo dõi người nhà từ xa qua một webserver Chỉ cần có một tài khoản trên thingspeak mọi người có thể xem các chỉ

số sức khỏe của người mà bạn muốn xem – mỗi người dùng đều có một tài khoản để theo dõi chỉ số đo của mình Ngoài ra, còn có một ứng dụng hỗ trợ xem trên điện thoại Ứng dụng hiển thị các chỉ số sức khỏe của người dùng ,từ đó có thể biết tình hình sức

khỏe của những người mà bạn muốn xem Sản phẩm mô hình đơn giản và dễ dùng

Đối tượng nghiên cứu

- Nghiên cứu về cách thức hoạt động, nguyên lý làm việc của Arduino Uno R3 và

Esp8266

- Nghiên cứu cách thức giao tiếp với các loại cảm biến về nhiệt độ, nhịp tim và oxi trong

máu với Arduino Uno R3 và Esp8266

- Nghiên cứu cách thức lưu trữ và truyền tải dữ liệu qua mạng Internet

- Nghiên cứu về cách viết ứng dụng trên điện thoại

- Nghiên cứu kiến thức về các chỉ số sức khỏe để đưa ra kết luận chính xác về tình trạng

sức khỏe của người dùng

Phạm vi nghiên cứu

- Hệ thống đọc và ghi số liệu từ đó phát hiện tình trạng sức khỏe người dùng được xây dựng Arduino Uno R3 Kết quả thực nghiệm và đánh giá được hiển thị trên máy tính được gửi lên một webserver từ đó ứng dụng đã được viết sẽ lấy thông tin dữ liệu từ webserver hiển thị ra thông số ra màn hình LCD và ứng dụng trên điện thoại-điều này giúp người dùng có thể biết được chỉ số của người thân mọi lúc mọi nơi khi chỉ cần sử

dụng 3g hoặc wifi

- Nghiên cứu lý thuyết liên quan

- Kiểm thử, đánh giá và đưa ra các kiến nghị về sản phẩm

Cách tiếp cận với đề tài

-Tiếp cận từ nhu cầu thực tiễn là “Dịch bệnh COVID 19” để nghiên cứu lý thuyết đặc thù về các chỉ số về nhiệt độ, nhịp tim và nồng độ oxi trong máu từ đó đưa ra các kết

luận về tình trạng thể chất hiện tại

-Tình trạng có rất nhiều F0 chữa trị tại nhà

Phương pháp nghiên cứu

- Nghiên cứu lý thuyết

- Thiết kế, thi công, kiểm thử kết quả trên máy tính

- Tìm hiều về cách viết ứng dụng chạy nền tảng android trên điện thoại

- Xây dựng lưu đồ thuật toán, viết chương trình, kiểm thử

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ ĐỀ TÀI

1.1 Lý do chọn đề tài

1.1.1 Tính cấp thiết của đề tài

Việt Nam và thế giới đang phải đối mặt với một đại dịch toàn cầu, ảnh hưởng nghiêm trọng đến sức khỏe và cuộc sống của mọi người đó chính là đại dịch Corona

(COVID – 19) COVID-19 do vi-rút có tên là SARS-CoV 2 gây ra và được phát hiện

vào tháng 12 năm 2019 ở Vũ Hán, Trung Quốc Căn bệnh này rất dễ lây lan và đã nhánh

chóng lan ra thế giới Nó là một phần của họ vi-rút corona, bao gồm các loại vi-rút phổ

biến gây ra nhiều loại bệnh từ cảm thông thường hoặc viêm phế quản đến các bệnh nghiêm trọng hơn (nhưng hiếm gặp hơn) như hội chứng hô hấp cấp tính nghiêm trọng (SARS) và Hội Chứng Hô Hấp Trung Đông (MERS)

Hình 1.1 Môi trường sống của bệnh COVID – 19 [1]

Giống như nhiều loại vi-rút đường hô hấp khác, vi-rút corona có thể lây từ miệng hoặc mũi của người bị nhiễm bệnh dưới dạng các giọt nhỏ khi họ ho, hắt hơi, nói chuyện, hát hoặc thở Những giọt này có kích thước từ các giọt bắn lớn theo đường hô hấp cho đến các hạt bài tiết ở đường hô hốp (đường kính từ dưới 1 – 20 micron), có thể có cả các sinh vật truyền nhiễm có cơ chế biến đổi

Một người có thể bị nhiễm bệnh khi hít phải vi-rút nếu đang ở gần người nhiễm COVID-19 hoặc chạm vào bề mặt có vi-rút rồi lại chạm tay vào mắt, mũi hoặc miệng Vi-rút dễ lây lan hơn trong nhà và ở những nơi đông đúc

Cách ngăn chặn COVID-19 lây lan:

- Giữ khoảng cách an toàn với người khác (ít nhất 1 mét), kể cả khi họ không có biểu hiện bệnh

- Đeo khẩu trang ở nơi công cộng, nhất là khi ở trong nhà hoặc khi không thể giữ khoảng cách

- Chọn những không gian mở, thông thoáng thay vì những không gian kín Mở cửa

sổ nếu ở trong nhà

- Thường xuyên rửa tay Dùng xà phòng và nước hoặc dung dịch rửa tay chứa cồn

- Tiêm vaccine khi đến lượt Tuân thủ chỉ dẫn của địa phương về việc tiêm vaccine

- Khi ho hoặc hắt hơi, hãy che mũi và miệng bằng khăn giấy hoặc khuỷu tay

- Ở nhà khi bạn cảm thấy không khỏe

Với số ca mắc COVID – 19 trên thế giới được thống kê vào cuối ngày 26/04/2022

là 510.138.045 ca nhiêm, trong đó 463.449.004 ca khỏi bệnh; 6.245.953 ca tử vong và

40.443.088 ca đang điều trị (42.408 ca diễn biến nặng) Ở Việt Nam kể từ đầu dịch đến

nay Việt Nam có 10.620.203 ca nhiễm, đứng thứ 12/227 quốc gia và vùng lãnh thổ, trong khi với tỷ lệ số ca nhiễm/1 triệu dân, Việt Nam đứng thứ 104/227quốc gia và vùng

lãnh thổ (bình quân cứ 1 triệu người có 107.357 ca nhiễm) [2]

Đợt bùng phát dịch COVID – 19 lần thứ thứ 4 đã tác động nặng nề về mọi mặt kinh

tế Việt Nam nói chung và cho thị trường lao động nói riêng trong quý III năm 2021 Thị trường lao động đối mặt với tình trạng khủng hoảng nghiêm trọng với hàng loạt kỷ lục tiêu cực được sáng lập, hàng triệu lao động bị mất việc làm, bị cắt giảm thu nhập Việc tìm kiếm việc làm trở nên khó khăn hơn bao giờ hết [3]

Hình 1.2 Tác động của dịch Covid – 19 đến lao động, việc làm cả nước quý III năm

2021 [4]

Thay vì nỗ lực "quét sạch" COVID-19, Việt Nam ta cùng các nước trên thế giới điều chỉnh sang mô hình "sống chung an toàn," vừa kiểm soát các đợt bùng phát dịch, vừa mở cửa trở lại nền kinh tế và khôi phục cuộc sống bình thường.

Để chủ động phòng, chống dịch COVID-19 trong trạng thái “bình thường mới”,

Bộ Y tế mong muốn và kêu gọi mỗi người dân Việt Nam cùng nhau thực hiện Chung sống an toàn với đại dịch COVID-19 [5]:

KHẨU TRANG: Đeo khẩu trang vải thường xuyên tại nơi công cộng, nơi tập

trung đông người; đeo khẩu trang y tế tại các cơ sở y tế, khu cách ly

KHỬ KHUẨN: Rửa tay thường xuyên bằng xà phòng hoặc dung dịch sát khuẩn

tay Vệ sinh các bề mặt/ vật dụng thường xuyên tiếp xúc (tay nắm cửa, điện thoại, máy tính bảng, mặt bàn, ghế…) Giữ vệ sinh, lau rửa và để nhà cửa thông thoáng

KHOẢNG CÁCH: Giữ khoảng cách khi tiếp xúc với người khác

KHÔNG TỤ TẬP đông người

KHAI BÁO Y TẾ: thực hiện khai báo y tế trên App NCOVI; cài đặt ứng dụng

BlueZone tại địa chỉ https://www.bluezone.gov.vn để được cảnh báo nguy cơ lây nhiễm COVID-19

Hình 1.3 Biện pháp phòng ngừa Covid “5K”[6]

Để giảm nguy cơ nhập viện, tử vong khi bị lây nhiễm COVID 19, và hạn chế những di chứng sau khi người nhiễm khỏi bệnh thì giải pháp tiêm phòng vác xin là hiệu quả nhất Cách thức hoạt động của vắc xin COVID 19 là sẽ giúp cơ thể chúng ta phát triển khả năng miễn dịch chống lại vi rút gây bệnh mà không cần bị nhiễm

Đến thời điểm hiện nay, tại Việt Nam đã có 8 loại vắc-xin phòng COVID-19 được

Bộ Y tế cấp phép sử dụng Các loại vắc-xin được phê duyệt sử dung hiện nay gồm:

- AstraZeneca

- Gam-COVID-Vac (tên khác là SPUTNIK V)

- Vero Cell

- Comirnaty của Pfizer/BioNTech

- Vắc xin Spikevax (Tên khác là Moderna)

mà không cần phải điều trị đặc biệt, nên người bệnh có thể tự cách ly và điều trị Tuy nhiên, một số người sẽ chuyển bệnh nghiêm trọng và cần được hỗ trợ y tế Những người nhiễm có ít triệu chứng và thể trạng bệnh nhẹ, được cách ly và chữa trị tại nhà

Lúc này người bệnh sẽ cần một thiết bị giám sát các chỉ số sức khỏe như nhịp tim, nhiệt độ cơ thể và nồng độ máu để có biện pháp đưa ra một số cảnh báo an toàn

Nên nhóm em chọn đề tài là “Nghiên cứu thiết kế, chế tạo hệ thống giám sát sức khỏe bệnh nhân COVID – 19 tại nhà”

Việc mắc Covid có thể để lại những hậu quả nghiêm trọng theo tổ chức Y tế Thế giới (WHO) đã công bố định nghĩa chính thức đầu tiên về hội chứng hậu COVID-19 (post COVID-19 condition) Theo đó, tình trạng hậu COVID-19 xảy ra ở những người

có tiền sử nhiễm bệnh với các triệu chứng và kéo dài ít nhất 2 tháng mà không thể giải thích bằng chẩn đoán thay thế Tình trạng này có thể khiến sức khỏe người bệnh bị suy giảm kéo dài, có tác động nghiêm trọng đến khả năng quay trở lại làm việc hoặc tham gia cuộc sống xã hội Hậu COVID-19 ảnh hưởng đến sức khỏe tâm thần thể chất và có thể gây ra những hậu quả kinh tế đáng kể cho bản thân, gia đình và cho xã hội

- Người bệnh trong giai đoạn hậu COVID-19 cũng có thể gặp các triệu chứng về tâm thần kinh như rối loạn tâm lý, giảm sự tập trung, lo âu, trầm cảm, bồn chồn, rối loạn giấc ngủ, mau quên, không tập trung Thường xuất hiện tình trạng não sương mù, nhận thức kém, đọc chậm, giảm trí nhớ ngắn hạn, thay đổi tâm trạng

- Người nhiễm COVID-19 nhiều tuần đến nhiều tháng sau khi khỏi bệnh vẫn còn đối mặt với hàng loạt triệu chứng và di chứng kéo dài như sốt nhẹ, khó thở, ho kéo dài, mệt mỏi, đau cơ, khớp, rụng tóc, xơ phổi, tim đập nhanh hoặc đánh trống ngực, rối loạn nội tiết, huyết học bị huyết khối… Có trường hợp xuất hiện rối loạn tiêu hóa (ăn không ngon miệng, chán ăn, đau dạ dày, tiêu chảy…), rối loạn

vị giác hoặc khứu giác, phát ban…

- Với người có sẵn bệnh nền như bệnh tim mạch, tiểu đường, đặc biệt là hô hấp, viêm phổi tắc nghẽn mạn tính COPD, viêm phế quản mạn… khi COVID-19 xảy

ra trên nền bệnh đó có thể khiến tổn thương vốn có của họ trở nên nặng hơn

- Không chỉ biểu hiện bằng các triệu chứng lâm sàng kể trên, người bệnh còn có thể xuất hiện những bất thường cận lâm sàng như tăng men tim kéo dài, rối loạn

đường huyết, rối loạn hormon giáp, giảm độ lọc cầu thận; rối loạn chức năng hô hấp (giảm độ khuếch tán phổi, hạn chế dung tích phổi; bất thường hình ảnh học,

xơ phổi, giãn phế quản trên CT scan ngực) rối loạn chức năng tâm thất qua siêu

âm tim [7]

1.1.2 Công nghệ IOT có những lợi ích thiết thực trong chăm sóc sức khỏe

Công nghệ IOT là một nền tảng quan trọng đối với các nhà cung cấp thiết bị thông minh và các công ty starup, nó có thể trang bị cho những sản phẩm chức năng quản lý từ xa như thời gian,tình trạng thiết bị, … được tích hợp với điện thoại thông

minh và nhiều thiết bị khác của người sử dụng

Công nghệ IOT dễ dàng kết nối nhiều thiết bị vào mạng lưới phát triển của các ứng dụng để kiểm soát va quảng lý chúng Nhiệm vụ của chúng là kết nối , cung cấp

dịch vụ dữ liệu đám mây cho các thiết bị của chúng

- Có thể làm gì trên nền tảng IOT ?

+ Một nền tảng đóng vai trò cực kì quan trong trong việc truyền tải dữ liệu từ thiết bị giám sát đến máy chủ từ xa có thể quản lý nhiều chức năng như thời gian thực, các thông báo cấu hình, dịch vụ đám mây dùng được ngay và khả năng tích hợp với điện

thoại thông minh

+ Ứng dụng rộng rải khác của IOT là tối ưu hoá được chi phí qua việc giám sát thiết bị và phương tiện vận tải, dự đoán bảo trì thiết bị, thu thập dữ liệu cảm biến để

phân tích sản xuất theo thời gian thực đảm bảo an toàn và theo dõi vận đầu cuối

+ Cuối cùng thì nền tảng IOT là công nghệ thiết yếu để cải thiện trải nghiệm của khách hàng trong nhiều lĩnh vực như chăm sóc sức khoẻ, ăn uông nghĩ dưỡng Nó được

sử dụng để hỗ trợ để dịch vụ cá nhân hoá cao

Hay có thể hiểu đơn giản hơn, IoT chính là một tập hợp các thiết bị có khả năng kết nối với nhau, với Internet và với thế giới bên ngoài để thực hiện một công việc nào đó Nhờ vậy, IoT mở ra tiềm năng tích cực trong mọi khía cạnh của đời sống con người, trong

đó có lĩnh vực chăm sóc sức khỏe [8]

10 lợi ích nổi bật của IoT trong chăm sóc sức khỏe gồm [9]:

- Sự tham gia của người bệnh tốt hơn

- Quản lý dữ liệu chăm sóc thời gian thực

- Làm tăng mức độ quan tâm của người bệnh

- Giảm chi phí cho sức khoẻ

- Phân tích dữ liệu y tế

- Cảnh báo tình trạng sức khoẻ kịp thời

- Quản lý chăm sóc bệnh mạn tính

- Giảm sai sót y khoa

- Quản lý sử dụng thuốc tốt hơn

- Tạo ra tiện ích giúp cho những người có nhu cầu khác nhau

Hình 1.4 Sự trợ giúp IOT giúp các bác sĩ có thể truy cập vào dữ liệu thời gian của

bệnh nhân [10]

Trong đó, đối với việc quản lý dữ liệu chăm sóc thời gian thực, nhờ sự “trình làng”

của IoT, các nhà quản lý có thể truy cập vào dữ liệu thời gian thực của bệnh nhân Có rất nhiều ứng dụng cho y tế bằng cách tích hợp với các thiết bị đeo được như đồng hồ smart watch và các thiết bị theo dõi sức khỏe khác

Theo đó, các ứng dụng này có thể gửi dữ liệu thời gian thực của bệnh nhân đến người quản lý chăm sóc Từ đó, người quản lý chăm sóc có thể sử dụng dữ liệu này để tạo

ra và triển khai chương trình quản lý chăm sóc tốt hơn cho bệnh nhân

Không chỉ vậy, IoT còn giúp cảnh báo tình trạng sức khoẻ kịp thời Bởi lẽ, khi sử

dụng các giải pháp quản lý chăm sóc thông qua IoT, các nhà quản lý chăm sóc có thể truy cập dữ liệu thời gian thực và gửi cảnh báo sức khỏe có ý nghĩa hơn cho bệnh nhân, cũng như người chăm sóc ngay tại thời điểm cần thiết

Việc truy cập dữ liệu theo thời gian thực có thể thu hút sự chú ý của người quản lý chăm sóc bất cứ lúc nào một thông số sức khỏe cụ thể vượt quá giới hạn lý tưởng và đội ngũ quản lý chăm sóc có thể hành động ngay lập tức để gửi thông báo Điều này có thể cứu sống những bệnh nhân chăm sóc quan trọng

Hình 1.5 Các ứng dụng và thiết bị theo dõi sức khỏe [11]

Ngoài ra, IoT còn giúp quản lý chăm sóc bệnh mạn tính Một trong những khía

cạnh quan trọng nhất của quản lý chăm sóc mạn tính là kiểm tra sức khỏe liên tục và đánh giá sức khỏe của bệnh nhân IoT đã cung cấp các tiện ích mới để theo dõi bệnh nhân từ xa Các bác sĩ có thể tự tin hơn về theo dõi bệnh nhân từ xa và cũng có thể theo dõi các thông số sức khoẻ chính xác hơn từ một địa điểm ở xa, nhờ vào các thiết bị y tế kết nối (IoT)

Đáng chú ý, về lợi ích của IoT trong việc làm tăng mức độ quan tâm của người bệnh, kể từ khi các ứng dụng chăm sóc sức khỏe tích hợp với các thiết bị đeo đã được

ra mắt, ngành công nghiệp đã nhìn thấy một sự gia tăng mạnh mẽ trong dân số của người tập thể dục

1.2 Giới thiệu tổng quan đề tài

Đề tài: Nghiên cứu thiết kế, chế tạo hệ thống giám sát sức khỏe bệnh nhân COVID - 19 tại nhà

Đề tài tập trung nghiên cứu sử dụng công nghệ IOT vào việc giám sát sức khỏe những người nhiễm bệnh COVID – 19

Việc giám sát, kiểm tra y tế sẽ được chuyển đến nhà của bệnh nhân làm giảm nhu cầu nhập viện, tránh tình trạng quá tải tại các bệnh viện, góp một phần nhỏ giảm bớt áp

lực cho đội ngũ y bác IoT sẽ đem lại những ứng dụng mới mẻ trong ngành y tế

Mục tiêu của nhóm nhằm thiết kế được hệ thống và chế tạo sản phẩm đơn giản để

có thể giám sát sức khỏe của người nhiễm bệnh COVID – 19 có thể nắm bắt chính xác tình trạng của người bệnh thông qua ba bộ cảm biến: nhịp tim, nhiệt độ, nồng độ oxi trong máu Và từ đó có thể đưa ra các biện pháp chữa trị hiệu quả cho bệnh nhân Khi các dữ liệu cảm biến được gửi về trung tâm có đưa lên Web và hiển thị lên LCD để người bệnh cũng có thể trực tiếp theo dõi sức khỏe của bản thân Sản phẩm còn đáp ứng được nhu cầu thực tiễn, chi phí chế tạo thấp, từ đó sẽ giúp làm chủ được công nghệ và ứng dụng

Ngoài ra còn ứng dụng các kiến thức kết nối, lập trình, thiết kế đã được học và tìm hiểu kỹ lưỡng từ đó nhóm quyết định chọn thiết kế hệ thống giám sát sử dụng công nghệ IOT để đáp ứng và giải quyết các yêu cầu đã đề ra trước đó

Hệ thống giám sát sức khỏe bệnh nhân SAR – NCOV2 tại nhà gồm các thành phần sau:

- Các module đo chỉ số sức khỏe:

+ Module cảm biến nhiệt độ

+ Module cảm biến nhịp tim dạng quang (Sensor)

+ Module cảm biến nồng độ oxi trong máu Max30102

- Màn hình LCD để hiển thị kết quả đo được

- Ứng dụng IOT

+ 1 trung tâm thu thập dữ liệu (Gateway)

+ 1 trung tâm dữ liệu (Sever)

+ Ứng dụng Blynk(legacy) nhằm mục đích giám sát và cảnh báo các chỉ số sức khỏe của người bệnh

Đối tượng nghiên cứu của đề tài

- Nghiên cứu về cách thức hoạt động, nguyên lý làm việc của Arduino Uno R3

và Esp8266

- Nghiên cứu cách thức giao tiếp với các loại cảm biến về nhiệt độ, nhịp tim và

oxi trong máu với Arduino Uno R3 và Esp8266

- Nghiên cứu cách thức lưu trữ và truyền tải dữ liệu qua mạng Internet

- Nghiên cứu về cách viết ứng dụng trên điện thoại

- Nghiên cứu kiến thức về các chỉ số sức khỏe để đưa ra kết luận chính xác về

tình trạng sức khỏe của người dùng

Phạm vi nghiên cứu

- Hệ thống đọc và ghi số liệu từ đó phát hiện tình trạng sức khỏe người dùng được xây dựng Arduino Uno R3 Kết quả thực nghiệm và đánh giá được hiển thị trên máy tính được gửi lên một webserver từ đó ứng dụng đã được viết sẽ lấy thông tin dữ liệu từ webserver hiển thị ra thông số ra màn hình LCD và ứng dụng trên điện thoại-điều này giúp người dùng có thể biết được chỉ số của

người thân mọi lúc mọi nơi khi chỉ cần sử dụng 3g hoặc wifi

- Nghiên cứu lý thuyết liên quan

- Kiểm thử, đánh giá và đưa ra các kiến nghị về sản phẩm

Cách tiếp cận với đề tài

- Tiếp cận từ nhu cầu thực tiễn là “Dịch bệnh COVID 19” để nghiên cứu lý thuyết đặc thù về các chỉ số về nhiệt độ, nhịp tim và nồng độ oxi trong máu

từ đó đưa ra các kết luận về tình trạng thể chất hiện tại

- Tình trạng có rất nhiều F0 chữa trị tại nhà

Phương pháp nghiên cứu

- Nghiên cứu lý thuyết

- Thiết kế, thi công, kiểm thử kết quả trên máy tính

- Tìm hiều về cách viết ứng dụng chạy nền tảng android trên điện thoại

- Xây dựng lưu đồ thuật toán, viết chương trình, kiểm thử

CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT VÀ CÁC CÔNG NGHỆ

2.1 Khái niệm IOT

2.1.1 IOT là gì?

Internet of things (IoT) là sự kết hợp giữa công nghệ phần cứng và phần mềm tạo

ra hàng nghìn tỷ dữ liệu thông qua việc kết nối nhiều thiết bị và cảm biến với điện toán đám mây và tạo dữ liệu với các công cụ thông minh Mọi thứ đều có thể là thiết bị IoT, nếu nó có thể truyền và nhận dữ liệu thông qua điện toán đám mây và được thiết kế để

+ Theo dõi tình trạng sức khỏe của con người

+ Kiểm soát và định vị trí của các em nhỏ, người già và cảnh báo khi có sự cố

- Thành phố thông minh (smart city):

+ Quản lý và tối ưu nguồn năng lượng như năng lượng điện

+ Quản lý và theo dõi chất lượng môi trường sống như không khí, nguồn nước + Tối ưu và điều phối các bãi đậu xe

+ Kiểm soát giao thông, tội phạm xảy ra trên đường phố thông qua hệ thống

camera thông minh

+ Dự báo dựa trên dữ liệu đã được thu thập

- Nhà thông minh(smart home):

+ Tự động hóa và nâng cao trải nghiệm trong nhà

+ Bảo vệ ngôi nhà được an toàn hơn

- Quản lý đội xe (fleet management):

+ Quản lý vị trí, hành trình của xe

+ Theo dõi hiệu suất xe (quãng đường đã đi, nhiên liệu sử dụng) từ đó tối ưu lợi

nhuận kinh doanh

- Nông nghiệp thông minh (smart farming):

+ Phát triển nghành nông nghiệp sạch trong nhà

+ Hỗ trợ tưới tiêu tự động (smart irrigation system)

+ Theo dõi chất lượng môi trường như đất và nước, cảnh báo khi có sự cố để xử

lý kịp thời, hạn chế thiệt hại (precise agriculture)

- Quản lý tài sản:

+ Quản lý danh mục tài sản, vị trí, trạng thái để hạn chế mất mát

+ Theo dõi tình trạng hoạt động để bảo trì chủ động, giảm thiểu thiệt hại trong

sản xuất kinh doanh (predictive maintenance)

Từ những ứng dụng rất thiết thực từ kinh tế đến đời sống ,Internet of Things đang là con đường mở ra thành công trong tương lai

2.1.3 IOMT là gì?

Internet Of Medical Things (IOMT) đóng vai trò quan trọng trong ngành y tế để tăng độ chính xác, tin cậy và năng suất của các thiết bị điện tử Các nhà nghiên cứu đang đóng góp vào một hệ thống chăm sóc sức khỏe được số hóa bằng cách kết nối các nguồn lực y tế và dịch vụ y tế sẵn có Khi IOT hội tụ nhiều miền khác nhau nhưng trọng tâm

của IOMT liên quan đến đóng góp nghiên cứu của IOT trong lĩnh vực y tế

2.2 Khái quát về Websever

Máy Web Server là máy chủ có dung lượng lớn, tốc độ cao, được dùng để lưu trữ thông tin như một ngân hàng dữ liệu, chứa những website đã được thiết kế cùng với những thông tin liên quan khác Tất cả các Web Server đều có một địa chỉ IP (IP Address) hoặc cũng có thể có một Domain Name

Hình 2.2 Qúa trình hoạt động của web server [14]

Giả sử khi bạn đánh vào thanh Address trên trình duyệt của bạn một dòng http://www.abc.com sau đó gõ phím Enter bạn sẽ gửi một yêu cầu đến một Server có Domain Name là www.abc.com Server này sẽ tìm trang Web có tên là index.htm rồi gửi nó đến trình duyệt của bạn Web service là một hệ thống phần mềm được thiết kế để

hỗ trợ khả năng tương tác giữa các ứng dụng trên các máy tính khác nhau thông qua mạng Internet, giao diện chung và sự gắn kết của nó được mô tả bằng XML

Web service là tài nguyên phần mềm có thể xác định bằng địa chỉ URL, thực hiện các chức năng và đưa ra các thông tin người dùng yêu cầu Trước hết, có thể nói rằng

ứng dụng cơ bản của Web service là tích hợp các hệ thống và là một trong những hoạt

2.3 Khái niệm ThingSpeak

ThingSpeak là một ứng dụng Internet (IET) và API nguồn mở (IoT) để lưu trữ và lấy dữ liệu từ những thứ bằng cách sử dụng giao thức HTTP qua Internet hoặc thông qua Mạng cục bộ ứng dụng theo dõi vị trí và mạng xã hội của những thứ có cập nhật trạng thái " ThingSpeak ban đầu được đưa ra bởi ioBridge vào năm 2010 như một dịch

vụ hỗ trợ các ứng dụng IoT

2.4 Các lý thuyết liên quan của Board Arduino Uno

2.4.1 Giới thiệu chung về Arduino

Arduino thực sự đã gây sóng gió trên thị trường người dùng DIY (những người tự chế ra sản phẩm của mình) trên toàn thế giới trong vài năm gần đây, gần giống với những

gì Apple đã làm được trên thị trường thiết bị di động Số lượng người dùng cực lớn và

đa dạng với trình độ trải rộng từ bậc phổ thông lên đến đại học đã làm cho ngay cả những

người tạo ra chúng phải ngạc nhiên về mức độ phổ biến [15]

Hình 2.3 Những thành viên khởi xướng Arduino [16]

Arduino là gì mà có thể khiến ngay cả những sinh viên và nhà nghiên cứu tại các trường đại học danh tiếng như MIT, Stanford, Carnegie Mellon phải sử dụng, hoặc ngay

cả Google cũng muốn hỗ trợ khi cho ra đời bộ kit Arduino Mega ADK dùng để phát triển các ứng dụng Android tương tác với cảm biến và các thiết bị khác? Arduino thật

ra là một bo mạch vi xử lý được dùng để lập trình tương tác với các thiết bị phần cứng như cảm biến, động cơ, đèn hoặc các thiết bị khác Đặc điểm nổi bật của Arduino là môi trường phát triển ứng dụng cực kỳ dễ sử dụng, với một ngôn ngữ lập trình có thể học một cách nhanh chóng ngay cả với người ít am hiểu về điện tử và lập trình Và điều làm nên hiện tượng Arduino chính là mức giá rất thấp và tính chất nguồn mở từ phần cứng tới phần mềm [17]

Hiện nay, với cùng với sự phát triển đó là những mạch Arduino liên tục ra đời: Arduino Uno, Arduino Pro, Arduino Micro, Arduino Pro Mini, Arduino Nano, Arduino Mega 250, Arduino Zero, Arduino Due, Arduino Gemma

Hình 2.4 Sự đang dạng của board Arduino

2.4.2 Mạch điều khiển Arduino Uno

Hình 2.5 Mạch Arduino UNO [18]

- Nguồn sử dụng:

Arduino UNO R3 được cấp nguồn 5V thông qua cổng USB hoặc cấp nguồn ngoài với điện áp khuyên dùng là 7-12V DC và giới hạn là 6-20V Thường thì cấp nguồn bằng pin vuông 9V là hợp lí nhất nếu bạn không có sẵn nguồn từ cổng USB Nếu cấp nguồn vượt quá ngưỡng giới hạn trên, sẽ làm hỏng Arduino UNO R3 [19]

- Các chân năng lượng [20]:

+ GND (Round): Cực âm của nguồn điện cấp cho Arduino UNO R3 Khi bạn dùng

các thiết bị sử dụng những nguồn điện riêng biệt thì những chân này phải được nối với nhau

+ 5V: Cấp điện áp 5V đầu ra Dòng tối đa cho phép ở chân này là 500mA

+ 3.3V: Cấp điện áp 3.3V đầu ra Dòng tối đa cho phép ở chân này là 50mA

+ Vin (Voltage Input): Để cấp nguồn ngoài cho Arduino UNO : nối cực dương của

nguồn với chân này và cực âm của nguồn với chân GND

+ IOREF: Điện áp hoạt động của vi điều khiển trên Arduino UNO có thể được đo ở

chân này Và dĩ nhiên nó luôn là 5V Nếu lấy nguồn 5V từ chân này để sử dụng thì

sẽ không hoạt động bởi chức năng của nó không phải là cấp nguồn

+ RESET: Việc nhấn nút Reset trên board để reset vi điều khiển tương đương với

việc chân RESET được nối với GND qua một điện trở 10KΩ

- Bộ nhớ [21]

Vi điều khiển Atmega328 tiêu chuẩn cung cấp cho người dùng:

+ 32KB bộ nhớ Flash: những đoạn lệnh bạn lập trình sẽ được lưu trữ trong bộ

nhớ Flash của vi điều khiển Thường thì sẽ có khoảng vài KB trong số này sẽ được dùng cho bootloader nhưng đừng lo, bạn hiếm khi nào cần quá 20KB bộ

nhớ này đâu

+ 2KB cho SRAM (Static Random Access Memory): giá trị các biến bạn khai báo

khi lập trình sẽ lưu ở đây Bạn khai báo càng nhiều biến thì càng cần nhiều bộ nhớ RAM Tuy vậy, thực sự thì cũng hiếm khi nào bộ nhớ RAM lại trở thành thứ

mà bạn phải bận tâm Khi mất điện, dữ liệu trên SRAM sẽ bị mất

+ 1KB cho EEPROM (Electrically Eraseble programmable Read Only Memor): đây giống như một chiếc ổ cứng mini – nơi bạn có thể đọc và ghi dữ liệu của

mình vào đây mà không phải lo bị mất khi cúp điện giống như dữ liệu trên SRAM

- Các cổng vào ra:

Hình 2.6 Các cổng vào ra Arduino Uno [22]

Arduino UNO R3 có 14 chân điện tử dùng để đọc hoặc xuất tín hiệu Chúng chỉ

có 2 mức điện áp là 0V và 5V với dòng vào/ra tối đa trên mỗi chân là 40mA Ở mỗi chân đều có các điện trở pull-up từ được cài đặt ngay trong vi điều khiển ATmega328 (mặc định thì các điện trở này không được kết nối)

Một số chân điện tử có các chức năng đặc biệt như sau:

+ 2 chân Serial: 0 (RX) và 1 (TX): dùng để gửi (transmit – TX) và nhận (receive

– RX) dữ liệu TTL Serial Arduino Uno có thể giao tiếp với thiết bị khác thông qua 2 chân này Kết nối bluetooth thường thấy nói nôm na chính là kết nối Serial không dây Nếu không cần giao tiếp Serial, bạn không nên sử dụng 2 chân này

nếu không cần thiết

+ Chân PWM (~): 3, 5, 6, 9, 10, và 11: cho phép bạn xuất ra xung PWM với độ

phân giải 8bit (giá trị từ 0 → 28-1 tương ứng với 0V → 5V) bằng hàm analogWrite() Nói một cách đơn giản, bạn có thể điều chỉnh được điện áp ra ở chân này từ mức 0V đến 5V thay vì chỉ cố định ở mức 0V và 5V như những chân

khác

+ Chân giao tiếp SPI: 10 (SS), 11 (MOSI), 12 (MISO), 13 (SCK) Ngoài các

chức năng thông thường, 4 chân này còn dùng để truyền phát dữ liệu bằng giao

thức SPI với các thiết bị khác

+ LED 13: trên Arduino UNO có 1 đèn led màu cam (kí hiệu chữ L) Khi bấm

nút Reset, bạn sẽ thấy đèn này nhấp nháy để báo hiệu Nó được nối với chân số

13 Khi chân này được người dùng sử dụng, LED sẽ sáng

Arduino UNO có 6 chân analog (A0 → A5) cung cấp độ phân giải tín hiệu 10bit (0 → 210-1) để đọc giá trị điện áp trong khoảng 0V → 5V Với chân AREF trên board, bạn

có thể để đưa vào điện áp tham chiếu khi sử dụng các chân analog Tức là nếu bạn cấp điện áp 2.5V vào chân này thì bạn có thể dùng các chân analog để đo điện áp trong khoảng từ 0V → 2.5V với độ phân giải vẫn là 10bit Đặc biệt, Arduino UNO có 2 chân A4 (SDA) và A5 (SCL) hỗ trợ giao tiếp I2C/TWI với các thiết bị khác [23]

2.5 Cơ sở lý thuyết các linh kiện sử dụng trong đề tài

2.5.1 Module ESP8266 V1

Module truyền nhận WiFi đơn giản dựa trên chip ESP8266 SoC (System on Chip)

của hãng Espressif

Module ESP8266 V1 thường được sử dụng cho các ứng dụng IOT ( Internet

of Things) Module này đã được nạp sẵn firmware giúp người dùng giao tiếp với wifi rất dễ dàng qua tập lệnh AT thông qua giao tiếp UART ( baudrate mặc định 9600) quen

thuộc

- Thông số kỹ thuật:

+ Hỗ trợ chuẩn 802.11 b/g/n

+ Wi-Fi 2.4 GHz, hỗ trợ WPA/WPA2

+ Chuẩn điện áp hoạt động: 3.3V

+ Chuẩn giao tiếp nối tiếp UART với tốc độ Baud lên đến115200

+ Có 3 chế độ hoạt động: Client, Access Point, Both Client and Access Point

+ Hỗ trợ các chuẩn bảo mật như: OPEN, WEP, WPA_PSK, WPA2_PSK,

WPA_WPA2_PSK

+ Hỗ trợ cả 2 giao tiếp TCP và UDP

+ Làm việc như các máy chủ có thể kết nối với 5 máy con

Hình 2.7 Chân Module ESP8226 V1

+ CH_PD: Chân này nếu được kéo lên mức cao module sẽ bắt đầu thu phát wifi, kéo xuống mức thấp module dừng phát wifi Vì ESP8266 khởi động hút dòng lớn nên chúng ta giữ chân này ở mức 0V khi khởi động hệ thống của mình , sau 2 s hãy kéo chân

CH_PD lên 3.3V, để đảm bảo module hoạt động ổn định

+ GPIO0: Kéo xuống thấp cho chế độ upgrade firmware

+GPIO2: Không sử dụng

Hình 2.8 Cấu hình Module ESP8226

- Cấu hình cho Module ESP8226:

Phải Add Board cho Arduino IDE để có thể làm việc với ESP8266 Mở Serial Monitor

trên Arduino IDE lên và chọn tốc độ phù hợp, phần nhập liệu chọn both LN &CR

+ Tốc độ giao tiếp mặc định(Baud rate): 9600 hoặc 115200

+ Các lệnh AT nên được viết hoa

+ Các lệnh AT phải được kết thúc bởi 2 dấu CR (\ r) + LF(\n), tương đương với

2 byte 0x0D + 0x0A

+ Việc cài đặt các kết nối wifi sẽ tự động được lưu lại và không phải cài đặt lại

khi reset module

2.5.2 Cảm biến nhiệt độ hồng ngoại không tiếp xúc MLX90614

MLX90614 là cảm biến nhiệt độ kỹ thuật số hồng ngoại không tiếp xúc (IR) có thể được

sử dụng để đo nhiệt độ của một đối tượng cụ thể, từ -70 ° C đến 382,2 ° C Cảm biến sử dụng tia IR để đo nhiệt độ của đối tượng mà không cần bất kỳ vật lý nào liên lạc và giao tiếp với vi điều khiển bằng giao thức I2C [24]

Hình 2.9 Cảm biến nhiệt độ không tiếp xúc MLX90614 [24]

Thông số kỹ thuật:

+ Điện áp hoạt động: 3.6V đến 5V (có sẵn trong phiên bản 3V và 5V)

+ Cung cấp hiện tại: 1.5mA

+ Phạm vi nhiệt độ đối tượng: -70 ° C đến 382,2 ° C

+ Phạm vi nhiệt độ môi trường: -40 ° C đến 125 ° C

+ Độ chính xác: 0,02 ° C

+ Trường nhìn: 80 °

+ Khoảng cách giữa đối tượng và cảm biến: 2cm-5cm (ước chừng)

Hình 2.10 Cấu hình sơ đồ chân MLX90614[25]

- Nguyên lý làm việc của MLX90614

Cảm biến MLX90614 có thể đo nhiệt độ của một vật thể mà không cần tiếp xúc vật lý với nó Điều này được thực hiện với một định luật gọi là Định luật Stefan-Boltzmann, trong đó nói rằng tất cả các vật thể và sinh vật đều phát ra Năng lượng IR

và cường độ của năng lượng IR phát ra này sẽ tỷ lệ thuận với nhiệt độ của vật thể hoặc sinh vật đó

Vì vậy, cảm biến MLX90614 tính toán nhiệt độ của một đối tượng bằng cách đo lượng năng lượng IR phát ra từ nó [26]

Bảng 2.1 Chức năng của các chân MLX90614

1 Vdd (nguồn điện) Có thể sử dụng để cấp nguồn cho cảm biến,

thường sử dụng 5V

đất

3 SDA – Dữ liệu nối tiếp Chân dữ liệu nối tiếp được sử dụng cho

giao tiếp I2C

4 SCL – Đồng hồ nối tiếp Pin đồng hồ nối tiếp được sử dụng cho giao

tiếp I2C

- Các ứng dụng của MLX90614 [27]:

+ Kiểm soát nhiệt độ công nghiệp của các bộ phận chuyển động

+ Súng nhiệt công nghiệp

+ Đo nhiệt độ cơ thể con người

+ Kiểm soát nhiệt độ tại nhà/văn phòng

+ Giám sát chăn nuôi

+ Phát hiện chuyển động

+ Relay / cảnh báo nhiệt

+ Thiết bị gia dụng có kiểm soát nhiệt độ

2.5.3 Cảm biến nhịp tim dạng quang (Pulse Sensor)

Cảm biến nhịp tim dạng quang Pulse Sensor sử dụng nguyên lý đo nhịp tim bằng ánh sáng với kích thước nhỏ gọn và giao tiếp Analog rất dễ sử dụng, phù hợp cho các

ứng dụng điện tử y sinh

Hình 2.11 Cảm biến nhịp tim pulse sensor

- Cấu tạo và thông số kỹ thuật:

Gồm 2 thành phần là một đầu phát quang là bóng hồng ngoại (bước sóng 609nm), và

một quang trở nhạy với bước sóng ánh sáng mà đầu phát phát ra

+ Nguồn : 3~5VDC

+ Dòng tiêu thụ : < 4mA

+ Ngõ ra : Analog

+ Độ dài dây : 61cm ( 24 inch)

+ Đường kính cảm biến : 1.6 cm ( 0.625 inch)

Hình 2.12 Các chân cắm của cảm biến nhịp tim

- Nguyên lý hoạt động:

Khi áp chặt mặt cảm biến vào da, nơi có mạch máu chảy( thường là áp vào tai, đầu ngón tay, để dễ kẹp) đầu phát sẽ phát ra ánh sáng đi vào trong da Dòng ánh sáng đó sẽ bị khuých tán ra xung quanh, và một phần đi tới quang trở đặt gần đầu phát Do bị ép vào nên lượng máu ở phần cảm biến sẽ thay đổi, cụ thể khi không có áp lực do tim đập, máu

sẽ dồn ra xung quanh, lượng ánh sáng từ đầu phát sẽ về đầu thu nhiều hơn so với khi

tim đập, máu chảy qua nơi có cảm biến áp vào

Sự thay đổi là rất nhỏ, nên phần cảm nhận ánh sáng (quang trở) thường có mạch IC đề khuých đại tín hiệu thay đổi này, đưa về các mạch lọc, đếm hoặc các mạch ADC để tính

toán ra nhịp tim

Tín hiệu đầu ra là tín hiệu analog, dao động theo các mạch đập của tim

2.5.4 Module Max30102 – E12

Module cảm biến nhịp tim và oxy trong máu MAX30102 Là phiên bản cải tiến của Module Max30100 Hoạt động ổn định hơn

Được sử dụng để đo nhịp tim và nồng độ Oxy trong máu, thích hợp cho nhiều ứng dụng liên quan đến y sinh, cảm biến sử dụng phương pháp đo quang phổ biến hiện nay với thiết kế và chất liệu mắt đo chuyên biệt từ chính hãng Maxim cho độ chính xác

và độ bền cao, cảm biến sử dụng giao tiếp I2C với bộ thư viện sẵn có trên Arduino rất

Thư viện LiquidCrystal là thư viện điều khiển LCD trên Arduino, nó được xây dựng để cho các bạn có thể lập trình điều khiển các module LCD ô vuông một cách nhanh chóng mà không cần phải lập trình nhiều Thư viện này được viết để phù hợp với con IC HD44780 (con điều khiển module LCD), tuy nhiên, trên thị trường mình toàn thấy các con LCD của Trung Quốc và thư viện này vẫn hoạt động tốt Nghĩa là, bạn chỉ cần mua module LCD về và gắn vào Arduino, nạp code là chạy được, không cần quan tâm đến IC điều khiển LCD

- Cấu tạo và thông số kỹ thuật

Hình 2.14 Màn hình LCD

+ VSS: tương đương với GND - cực âm

+ VDD: tương đương với VCC - cực dương (5V)

+ Constrast Voltage (Vo): điều khiển độ sáng màn hình

+ Register Select (RS): điều khiển địa chỉ nào sẽ được ghi dữ liệu

+ Read/Write (RW): Bạn sẽ đọc (read mode) hay ghi (write mode) dữ liệu? Nó

sẽ phụ thuộc vào bạn gửi giá trị gì vào

+ Enable pin: Cho phép ghi vào LCD

+ D0 - D7: 8 chân dư liệu, mỗi chân sẽ có giá trị HIGH hoặc LOW nếu bạn đang

ở chế độ đọc (read mode) và nó sẽ nhận giá trị HIGH hoặc LOW nếu đang ở chế

độ ghi (write mode)