zBẢO VỆ ĐỀ CƯƠNG ĐỀ TÀI TỐT NGHIỆPĐỀ TÀI: MÁY ĐO NỒNG ĐỘ OXI MÁU SPO2 GVHD: Ths Đặng Quang Minh SVTH: Nguyễn Thị Hồng Ngọc Nguyễn Thị Cẩm Nhung 31 Chương 1: Tổng quan đề tài 1.1 Đặt vấn
Trang 1zBẢO VỆ ĐỀ CƯƠNG ĐỀ TÀI TỐT NGHIỆP
ĐỀ TÀI: MÁY ĐO NỒNG ĐỘ
OXI MÁU SPO2
GVHD: Ths Đặng Quang Minh SVTH: Nguyễn Thị Hồng Ngọc
Nguyễn Thị Cẩm Nhung
31
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
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
Phần cứng: Rasberry/Arduino/Node MCU, module truyền thông BLE
Phần mềm: phần mềm đo SPO2 và nhịp tim
10/14/202
3 3
Chương 1: Tổng quan đề tài
1.3 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu
Chỉ số Oxy hòa tan trong
máu, nhịp tim Thiết bị đo chỉ số oxy trong máu và nhịp tim (MAX30100) 1.4 Ý nghĩa thực tiễn của đề tài
10/14/2023
4
Trang 3Chương 1: Tổng quan đề tài
1.5 Nội dung nghiên cứu
từ cảm biến ra màn hình.
module Bluetooth.
thử nghiệm
10/14/2023
5
Chương 1: Tổng quan đề tài
1.5 Giới hạn đề tài
1 Sử dụng cảm biến:
đo nồng độ Oxy và nhịp tim của người để truyền
dữ liệu vào bộ điều khiển
từ máy đo và truyền
về máy tính (hoặc điện thoại)
2 Sử dụng Raspberry/Arduino/ Node MCU đóng vai trò bộ điều khiển
4.Dùng Module Bluetooth/ Wifi để kết nối và đưa
dữ liệu đo được lên app
10/14/2023
6
Trang 4Chương 2: Cơ sở lý thuyết
2.1 Lý thuyết
z
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
z
2.1.2 Độ bão hòa oxy trong máu ngoại vi SpO2
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
10/14/202
3
7
Chương 2: Cơ sở lý thuyết
2.1 Lý thuyết
z
2.1.3 Phương pháp
z
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 10/14/202
3
8
Trang 5Chương 2: Cơ sở lý thuyết
2.2 Phầnzcứng
z
Raspberry Pi
Sensor
Arduino nano MAX30100
HARDWARE
Power
Node MCU ESP8266 Bluetooth 4.0
UART CC2541 HM-10 10/14/202
3
9
Chương 2: Cơ sở lý thuyết
2.2 Phầnzcứng
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
mức tín hiệu TTL
Tốc độ đọc dữ liệu
Gía trị ADC 16-bit 50Hz – 1kHz
10/14/202
3
10
Cảm biến quang: IR, led hồng ngoại, bộ tách sóng quang
Điện áp hoạt động 1,8V-3,3V DC
Chương 2: Cơ sở lý thuyết
2.2.2 Raspberry Pi 4 Model B
Trang 6Broadcom BCM2711, Quad core Cortex-A72 (ARM v7) 64-bit SoC
@1.5GHz
z
Wifi chuẩn 2.4GHz và 5.0 GHz IEEE 802.11ac Bluetooth 5.0, BLE
RAM: 2GB, 4GB hoặc 8GB LPDDR4-2400 SDRAM
Cổng mạng Gigabit Ethernet, 2
cổng USB 3.0 và 2 cổng USB
2.0.
10/14/202
3
11
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
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)
Nguồn DC 5V-3V chuẩn USB-C, 5V DC via GPIO header Hỗ trợ Power over Ethernet (PoE)
Chương 2: Cơ sở lý thuyết
2.2 Phầnzcứng
2.2.3 Node MCU ESP8266
IC: ESP8266 Phiên bản firmware: Chip nạp và giao
z
Nguồn: 5VDC Micro GPIO giao tiếp
Tương thích với trình biên dịch
Arduino
10/14/202
3
12
Chương 2: Cơ sở lý thuyết
2.2 Phầnzcứng
2.2.4 Arduino Nano
IC chính:
ATmega32 8P
Trang 7Bộ nhớ Flash: 32 KB
(ATmega328) với 2KB
dùng bởi bootloader
10/14/202
3
13
IC nạp và giao tiếp UART: CH340
SRAM: 2 KB
EEPROM: 1 KB
(ATmega328)
Số chân Digital I/O:
14 (6 chân PWM)
Số chân Analog: 8
Điện áp hoạt động: 5VDC
Điện áp vào giới hạn:
6-20VDC
10/14/202
3
14
Chương 2: Cơ sở lý thuyết
2.2 Phầnzcứng
2.2.5 Bluetooth 4.0 UART CC2541 HM-10
Khái niệm
z
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
Bảo mật: Authentication and encryption 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
Trang 8Chương 2: Cơ sở lý thuyết
Phần mềm
Raspberry
Arduino IDE
Pi OS
Altium MIT App Design Inventor
z
Hệ điều hành
chính cho dòng
máy tính bo
mạch đơn nhỏ
gọn Raspberry
Pi
Là một phần mềm được sử dụng viết
và biên dịch mã vào module Arduino.
Được tối ưu Arduino (IDE) là
hóa cao cho một ứng dụng đa
dòng máy tính nền tảng (dành
bảng đơn nhỏ cho Windows,
gọn Raspberry macOS, Linux)
Pi với CPU được viết bằng
C ++.
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
người mới học lập trình máy tính tạo
phần mềm ứng
dụng (app) cho hai
hệ điều hành (OS):
Android và iOS
10/14/202
3
15
Chương 3: Nội dung nghiên cứu
3.1 Phân tích yêu cầu thiết kế
hệ thống z
z
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?
10/14/202
316
Trang 9Chương 3: Nội dung nghiên cứu
3.2 Tiến độ thực hiện đề tài
z
STT
Thời gian thực hiện
Tháng 3,
4, 5
3
17
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
Thiết kế phần mềm
Hoàn thiện thiết bị, báo cáo, trình bày
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,
Sử dụng MIT App Inventor xây dựng app mobile 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
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
Chương 4: Kết quả dự kiến
z
[1] https://en.wikipedia.org/wiki/Heart_rate [2]
- Đo được chỉ số SPO2, nhịp 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
tim
Kết nối với điện thoại qua bluetooth
[4] https://en.wikipedia.org/wiki/Bluetooth_Low_Energy
BLE, wifi
- Ứng dụng trên thiết bị di động [5] https://en.wikipedia.org/wiki/Arduino_IDE
hiển thị đồ thị theo dõi qua các lần đo
- Lưu trữ được các chỉ số sức [7] https://en.wikipedia.org/wiki/Oxygen_saturation_(medicine)
khỏe người dùng vào database
[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
18
Trang 103