zBẢO VỆ ĐỀ CƯƠNG ĐỀ TÀI TỐT NGHIỆP10/14/202 3 1 ĐỀ TÀI: MÁY ĐO NỒNG ĐỘ OXI MÁU SPO2 GVHD: Ths Đặng Quang Minh SVTH: Nguyễn Thị Hồng Ngọc Năm học: 2021-2022 Chương 1: Tổng quan đề tài 1.
Trang 1zBẢO VỆ ĐỀ CƯƠNG ĐỀ TÀI TỐT NGHIỆP
10/14/202
3
1
ĐỀ TÀI: MÁY ĐO NỒNG ĐỘ
OXI MÁU SPO2
GVHD: Ths Đặng Quang Minh SVTH: Nguyễn Thị Hồng Ngọc
Năm học: 2021-2022
Chương 1: Tổng quan đề tài
1.1 Đặt vấn đề
Covid 19 hiểm họa nhân loại chưa có dấu hiệu hạ nhiệt
Trong đại dịch COVID-19, có nhiều bệnh nhân chuyển biến nặng gây suy hô hấp, tổn thương hệ thống đường thở, hai thông số quan trọng nhất đối với bệnh nhân COVID nói riêng và các chứng bệnh nan y nói chung, nồng độ oxi hòa tan trong máu và nhịp tim của người bệnh, trong các thiết bị đo hai thông số này hiện nay có giá thành khá cao và chỉ trang bị cho nhân viên y tế, việc các bệnh nhân có bệnh lý nền và COVID theo dõi được hai thông số này tại nhà là rất quan trọng Xuất phát từ yêu cầu này, nhóm thực hiện đề tài đã mạnh dạn đề xuất thiết kế và thi công máy đo SpO2 và nhịp tim làm đề tài tốt nghiệp Nhằm giúp cho các bệnh nhân theo dõi tại nhà, các chỉ số này
10/14/202
3
2
Trang 2Chương 1: Tổng quan đề tài
1.2 Mục tiêu đề tài
Thiết kế và thi công máy đo oxy hòa tan giám sát bằng smartphone, máy tính
Phần cứng: Rasberry/Arduino/Node MCU, module truyền thông BLE
Phần mềm: phần mềm đo SPO2 và nhịp tim
10/14/202
3
3
Theo dỗi chỉ số SPO2 Theo dõi chỉ số nhịp tim Kết nối với điện thoại thông qua Bluetooth, Wifi Ứng dụng trên thiết bị di động hiển thị các thông sô, biểu
đồ theo dõi lịch sử đo
Chương 1: Tổng quan đề tài
1.3 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu
Chỉ số Oxy hòa tan trong máu,
nhịp tim
Đối tượng nghiên cứu
Thiết bị đo chỉ số oxy trong máu và nhịp tim (MAX30100)
Phạm vi nghiên cứu
1.4 Ý nghĩa thực tiễn của đề tài
HEALTH INTELLIGENT CONVENIENT
10/14/2023
4
Trang 3Chương 1: Tổng quan đề tài
1.5 Nội dung nghiên cứu
10/14/2023
5
Giao tiếp giữa Raspberry/Arduino/Node MCU với các cảm biến, xuất các giá trị đọc được từ cảm biến ra màn hình
1
Thiết kế một ứng dụng trên app mobile Gửi giá trị của cảm biến lên ứng dụng thông qua module Bluetooth
Thiết kế và thi công mạch đo SpO2, nhịp tim
Hoàn thiện mô hình và thử nghiệm
Nhận xét và đánh giá kết quả thực hiện
2
3 4 5
Chương 1: Tổng quan đề tài
1.5 Giới hạn đề tài
10/14/2023
6
1 Sử dụng cảm biến: đo nồng độ Oxy và nhịp tim của người để truyền dữ liệu vào bộ điều khiển
2 Sử dụng Raspberry/Arduino/
Node MCU đóng vai trò bộ điều khiển
3 Dữ liệu được đọc
từ máy đo và truyền
về máy tính (hoặc điện thoại)
4 Dùng Module Bluetooth/ Wifi để kết nối
và đưa dữ liệu đo được lên app
Trang 4z
10/14/202
3
7
Chương 2: Cơ sở lý thuyết
2.1 Lý thuyết
2.1.1 Nhịp tim
Nhịp tim là tốc độ của nhịp tim được đo bằng số lần co bóp (nhịp đập) của tim mỗi phút (bpm) Nhịp tim bình thường của người trưởng thành khi nghỉ ngơi là 60–
100 bpm Nhịp tim trên 100bpm là nhịp tim cao khi nghỉ ngơi Dưới 60 nhịp/phút là nhịp tim thấp khi nghỉ ngơi
2.1.2 Độ bão hòa oxy trong máu ngoại vi SpO2
- SpO2 là độ bão hòa oxy trong máu ngoại vi SpO2 là tỷ lệ hemoglobin oxy hóa (hemoglobin có chứa oxy) so với tổng lượng hemoglobin trong máu Hemoglobin là một protein được tìm thấy trong các tế bào hồng cầu, quyết định màu đỏ của hồng cầu
- Chỉ số SpO2 bình thường nằm trong khoảng 95% đến 100%
- Chỉ số SpO2 <= 92%: mức oxy trong máu thấp nghiêm trọng
z
z
10/14/202
3
8
Chương 2: Cơ sở lý thuyết
2.1 Lý thuyết
2.1.3 Phương pháp
Đo oxy xung là một phương pháp được sử dụng để theo dõi độ bão hòa oxy của một người, ước tính phần trăm oxy liên kết với hemoglobin trong máu
Gồm một thiết bị nhỏ kẹp vào cơ thể (thường là ngón tay, dái tai hoặc bàn chân của trẻ sơ sinh), đầu ngón tay và dái tai có tốc độ máu chảy cao hơn các mô khác giúp truyền nhiệt dễ dàng hơn sau đó chuyển các kết quả đến máy đo
Một máy đo oxy xung điển hình sử dụng một bộ xử lý điện tử và một cặp điốt phát sáng nhỏ (đèn LED) đối diện với một điốt quang qua một phần của cơ thể bệnh nhân, thường là đầu ngón tay hoặc dái tai Một đèn LED màu đỏ với bước sóng 660 nm và đèn LED kia là tia hồng ngoại với bước sóng 940 nm Sự hấp thụ ánh sáng ở các bước sóng này có sự khác biệt đáng kể giữa máu được nạp oxy và máu thiếu oxy
HbO2 hấp thu hồng ngoại nhiều hơn ánh sáng đỏ Hb khử hấp thu ánh sáng đỏ nhiều hơn ánh sáng hồng ngoại
Trang 5z
10/14/202
3
9
Chương 2: Cơ sở lý thuyết
2.2 Phần cứng
HARDWARE
Raspberry Pi
Arduino nano
Node MCU ESP8266
Bluetooth 4.0 UART CC2541 HM-10 Power
Sensor MAX30100
z
z
10/14/202
3
10
Chương 2: Cơ sở lý thuyết
2.2 Phần cứng
2.2.1 Nhịp tim
Cảm biến MAX30100 có khả năng đo được nồng độ Oxy trong máu và nhịp tim Cảm biến kết hợp hai đèn LED, một bộ tách sóng quang, quang học được tối ưu hóa và xử lý tín hiệu tương tự tiếng ồn thấp để phát hiện tín hiệu đo oxy xung và nhịp tim
Cảm biến sử dụng phương pháp đo quang phổ biến hiện nay, cho độ chính xác và độ bền cao, độ nhiễu thấp
Gía trị ADC 16-bit Điện áp hoạt động
1,8V-3,3V DC
Tốc độ đọc dữ liệu 50Hz – 1kHz
Chuẩn giao tiếp I2C, mức tín hiệu TTL
Cảm biến quang: IR, led hồng ngoại, bộ tách sóng quang IC: MAX30100
Thông số kỹ thuật
Trang 6z
10/14/202
3
11
Chương 2: Cơ sở lý thuyết
2.2 Phần cứng
2.2.2 Raspberry Pi 4 Model B
RAM: 2GB, 4GB hoặc 8GB LPDDR4-2400 SDRAM
Broadcom BCM2711, Quad core Cortex-A72 (ARM v7) 64-bit SoC
@1.5GHz
Wifi chuẩn 2.4GHz và 5.0 GHz IEEE 802.11ac Bluetooth 5.0, BLE
Cổng mạng Gigabit Ethernet, 2 cổng USB 3.0 và 2 cổng USB 2.0.
Nguồn DC 5V-3V chuẩn USB-C, 5V DC via GPIO header Hỗ trợ Power over Ethernet (PoE)
Hỗ trợ 2 cổng ra màn hình chuẩn Micro HDMI với độ phân giải lên tới 4K H.265 (4kp60 decode), H264 (1080p60 decode, 1080p30 encode)
40 chân GPIO, tương thích với các phiên bản trước.
Cổng MIPI CSI, MIPD DSI, AV 4 chân, khe cắm Micro HDMI với độ phân giải lên 4K
z
z
10/14/202
3
12
Chương 2: Cơ sở lý thuyết
2.2 Phần cứng
2.2.3 Node MCU ESP8266
IC: ESP8266 wifi SoC
Phiên bản firmware:
NodeMCU Lua
Chip nạp và giao tiếp UART: CH340
Nguồn: 5VDC Micro USB hoặc Vin
GPIO giao tiếp mức 3.3VDC
Tương thích với trình biên dịch Arduino
Trang 7z
10/14/202
3
13
Chương 2: Cơ sở lý thuyết
2.2 Phần cứng
2.2.4 Arduino Nano
IC chính:
ATmega328P
IC nạp và giao tiếp UART: CH340
Số chân Digital I/O:
14 (6 chân PWM)
Số chân Analog: 8
Bộ nhớ Flash: 32 KB (ATmega328) với 2KB dùng bởi bootloader
SRAM: 2 KB EEPROM: 1 KB (ATmega328)
Điện áp hoạt động: 5VDC Điện áp vào giới hạn:
6-20VDC
z
z
10/14/202
3
14
Chương 2: Cơ sở lý thuyết
2.2 Phần cứng
2.2.5Bluetooth 4.0 UART CC2541 HM-10
Khái niệm
Thông
số kỹ thuật
Là một công nghệ mạng không dây tiêu thụ rất ít năng lượng dùng để kết nối các thiết bị với nhau
Module HM-10 sử dụng chip CC2541 TI và hỗ trợ các tập lệnh
AT có thể thiết lập vai trò (Master or Slave), truyền dữ liệu thông qua giao tiếp UART
Version: Bluetooth V4.0 BLE Khoảng cách truyền: có thể lên đến 100m
Baudrate: 230400, mặc định là 9600, tần số: 2.4GHz ISM band
Công suất: -23dbm, -6dbm, 0dbm, 6dbm (có thể cấu hình qua lệnh AT+POWE)
Nguồn cấp: 3.3~5VDC, dòng điện: 400uA ~ 1.5mA ở Sleep Mode
và 8.5mA ở Active Mode Bảo mật: Authentication and encryption
Trang 8z
10/14/202
3
15
Chương 2: Cơ sở lý thuyết
2.3 Phần mềm
Altium Design
Phần mềm
Arduino IDE Raspberry
Pi OS
MIT App Inventor
Hệ điều hành
chính cho dòng
máy tính bo
mạch đơn nhỏ
gọn Raspberry
hóa cao cho dòng máy tính bảng đơn nhỏ gọn Raspberry
Pi với CPU ARM.
Arduino (IDE) là một ứng dụng đa nền tảng (dành cho Windows, macOS, Linux) được viết bằng các hàm từ C và
C ++.
Là một phần mềm được sử dụng viết
và biên dịch mã vào module Arduino.
Altium Designer
là phần mềm tự động hóa thiết
kế PCB và điện
tử dành cho bảng mạch in
Altium Designer có các chức năng như mô phỏng mạch PCB 3D,
hỗ trợ MCAD-ECAD,
MIT App Inventor là một môi trường phát triển tích hợp ứng dụng web Cho phép những
người mới học lập trình máy tính tạo phần mềm ứng dụng (app) cho hai
hệ điều hành (OS): Android và iOS
z z
10/14/202
3
16
Chương 3: Nội dung nghiên cứu
3.1 Phân tích yêu cầu thiết kế
hệ thống
Để thiết kế một hệ thống có đầy đủ các
tính năng theo yêu cầu đặt ra và hoạt
động đúng, cần phải tìm hiểu, phân tích
thiết bị và cách thức hoạt động:
- Cảm biến dùng để đo gì? Dữ
liệu ra dạng digital/analog?
- Làm cách nào để xử lý các dữ
liệu đưa vào?
- Làm cách nào để theo dõi, lưu
trữ các giá trị của cảm biến?
Trang 9z
10/14/202
3
17
Chương 3: Nội dung nghiên cứu
3.2 Tiến độ thực hiện đề tài
STT
1
2
3
4
5
Thời gian thực hiện
Tháng 10
Tháng 10
Tháng 11
Tháng 12
Tháng 1
Nội dung và công việc thực hiện Tìm hiểu về cách sử dụng, cách lấy dữ liệu từ cảm biến Tìm hiểu về bộ xử lý trung tâm
Tìm hiểu gt truyền nhận dữ liệu lến app Viết Firmware
Thiết kế phần cứng
Cách tiếp cận và thực hiện
Tìm kiếm tài liệu tham khảo, chọn pp thực hiện hiệu quả Tìm hiểu các tính năng, chân, sử dụng ngôn ngữ lập trình gì
Đọc tài liệu Đọc tìm hiểu các hướng dẫn viết chương trình Sử dụng phần mềm Arduino IDE Tìm hiểu chức năng các chân kết nối của thiết bị,
Kết quả cần đạt
Biết cách sử dụng cảm biến
Nắm được tính năng các chân, các thông số về MCU
Nắm được các giao thức truyền nhận
dữ liệu Hoàn thành chương trình, build code không lỗi, chạy đúng
Thiết kế được mạch hoạt động theo đúng yêu cầu đặt ra
6
7
Tháng 2
Tháng 3,
4, 5
Thiết kế phần mềm
Hoàn thiện thiết bị, báo cáo, trình bày
Sử dụng MIT App Inventor xây dựng app mobile Tìm hiểu chức năng các chân kết nối của thiết bị,
Ápp kết nối được với phần cứng thông qua Bluetooth, hiển thị chỉ số sức khỏe người dùng Đưa dữ liệu lên Firebase Thiết kế được mạch hoạt động theo đúng yêu cầu đặt ra
z z
TÀI LIỆU THAM KHẢO
[1] https://en.wikipedia.org/wiki/Heart_rate [2]
https://wiki.chipfc.com/index.php?title=C%E1%BA%A3m_Bi%E1%BA%BFn_ Nh%E1%BB%8Bp_Tim_v%C3%A0_Oxy_Trong_M%C3%A1u_MAX30100
[4] https://en.wikipedia.org/wiki/Bluetooth_Low_Energy [5] https://en.wikipedia.org/wiki/Arduino_IDE
[7] https://en.wikipedia.org/wiki/Oxygen_saturation_(medicine) [8] https://raspberrypi.vn/san-pham/raspberry-pi-4-model-b-2019 [9] https://en.wikipedia.org/wiki/Raspberry_Pi_OS
[10]
https://www.healthline.com/health/normal-blood-oxygen-level#oxygen-levels [11] https://datasheets.maximintegrated.com/en/ds/MAX30100.pdf
[12] https
://how2electronics.com/interfacing-max30100-pulse-oximeter-sensor-arduino/
10/14/202
3
18
Chương 4: Kết quả dự kiến
- Đo được chỉ số SPO2, nhịp
tim
Kết nối với điện thoại qua bluetooth
BLE, wifi
- Ứng dụng trên thiết bị di động
hiển thị đồ thị theo dõi qua các lần đo
- Lưu trữ được các chỉ số sức
khỏe người dùng vào database
Trang 10Thank you
z
10/14/202
3
19