Thiết kế và thi công máy đo điện tâm đồ

MỤC TIÊUThiết kế và thi công mô hình hệ thống theo dõi, giám sát nhịp tim, nồng độ oxy trong máu và đồ thị điện tim, tức thời và có thể hoạt động liên tục, đồng thời gửi các thông số dữ

Trang 2

CÔNG NGHIỆP – Y SINH

Công Nghệ Kĩ Thuât Điện tử Truyền Thông Mã ngành:

1 Các số liệu ban đầu:

- Nguyễn Đình Phú, “Giáo trình vi xử lý ”, NXB ĐH Quốc Gia Tp.HCM, 2014

- Nguyễn Hữu Phương, “Xử lí tín hiệu số”, NXB ĐH Quốc Gia Tp.HCM, 2015

- Khoa Y,“ Kĩ thuật đo và phân tích điện tâm đồ bình thường”, NXB

ĐH Quốc Gia Tp.HCM, 2015.

- Nguyễn Thanh Hoàng, Nguyễn Khoa Nam, “THIẾT KẾ VÀ THI CÔNG VÒNG TAY ĐO NHỊP TIM SỬ DỤNG CÔNG NGHỆ IoTs”, Đồ Án Tốt Nghiệp ĐH, Trường ĐH Sư Phạm Kỹ Thuật Tp.HCM, 2019.

2 Nội dung thực hiện:

- NỘI DUNG 1: Tiến hành nguyên cứu về nhịp tim và đồ thị điện tim

- NỘI DUNG 2: Đọc cảm biến thu được giá trị và cho đi qua 3 bộ lọc

bằng vi xử lí - truyền giá trị thu được qua chuẩn truyền không dây.

- NỘI DUNG 3:Nhận dữ liệu từ chuẩn truyền không giao tiếp với vi điều khiển chính qua chuẩn truyền UART.

- NỘI DUNG 4 : Thiết kế board mạch điều khiển màn hình chuẩn FSMC và khối nhận dữ liệu

- NỘI DUNG 5: Xử lí và xuất dữ liệu lên màn hình LCD dạng số và dạng điện tim.

- NỘI DUNG 6: Viết ứng dụng Android hiển thị các dữ liệu trên màn hình LCD

Trang 3

- NỘI DUNG 8: Đánh giá kết quả thực hiện và so sánh với các thiết bị đang có trên thị trường.

- NỘI DUNG 9: Viết báo cáo đề tài.

III NGÀY GIAO NHIỆM VỤ: 28/08/2019

IV NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ: 28/12/2019

V HỌ VÀ TÊN CÁN BỘ HƯỚNG DẪN:ThS Phan Vân Hoàn

Trang 4

BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH

Tên đề tài: THIẾT KẾ VÀ THI CÔNG THIẾT BỊ GIÁM SÁT NHỊP TIM VÀ

NỒNG ĐỘ OXY TRONG MÁU

GVHD Tuần 1 - Gặp GVHD để nghe phổ biến yêu cầu làm đồ án,

(26/8 - 2/9) tiến hành chọn đề tài, GVHD tiến hành xét duyệt đề

tài.

Tuần 2

(3/9 - 10/3) - Viết đề cương tóm tắt nội dung đồ án.

Tuần 3 - Tìm hiểu nhịp tim và đồ thị điện tim.

(11/9 - 18/9) - Tìm hiểu về công nghệ truyền không dây của

NodeMCU ESP8266.

Tuần 4 -Tìm hiểu về màn hình TFT 7 inch.

(19/9 - 26/9) - Hiển thị thông số, đồ thị trên màn hình LCD TFT

- Tiến hành vẽ mạch nguyên lí và mạch PCB trên Altium cho board STM32F407 điều khiển màn hình Tuần 5

- Tìm hiểu và nghiên cứu hiển thị dạng sóng điện

tim (27/9 - 4/10) trên màn hình LCD, và điện thoại Android.

Tuần 6 - Tiến hành hàn linh kiện mạch in và kiểm tra.

(5/10 - 12/10) - Tìm hiểu cách lập trình trên app Inventer

Tuần 7 - Thiết kế board đo nhịp tim với vi điều khiển

(13/10 - 20/10) - Lập trình điều khiển hiển thị trên STM32F4

Trang 5

(21/11 - 5/12) - Hoàn thiện và cải tiến chương trình.

Tuần 14 - Tiến hành đóng gói mô hình và hoàn thiện sản

phẩm (6/5- 12/5) - Tiến hành viết báo cáo cho đề tài

Tuần 15 - Chỉnh sửa báo cáo theo yêu cầu GVHD

(6/12 – 13/12)

Tuần 16-17 - Nộp quyển báo cáo và báo cáo đề tài.

(14/12 - 28/12) - Thiết kế Slide báo cáo.

GV HƯỚNG DẪN (Ký và ghi rõ họ và tên)

Trang 6

Đề tài này là công trình do bản thân nhóm tự thực hiện dựa vào một số tài liệu trước đó và dưới sự hướng dẫn của ThS.Phan Vân Hoàn Các số liệu trong

đề tài được nhóm thu thập và không sao chép từ tài liệu hay công trình nào khác.

Người thực hiện đề tài NGUYỄN PHI LÂN KIM THANH HUY LỜI CẢM ƠN

Em xin gởi lời cảm ơn sâu sắc đến Thầy Phan Vân Hoàn _ Giảng viên bộ môn Điện tử công nghiệp – y sinh đã trực tiếp hướng dẫn và tận tình giúp đỡ tạo điều kiện để hoàn thành tốt đề tài.

Em xin gửi lời chân thành cảm ơn các thầy cô trong Khoa Điện-Điện Tử và các anh chị khóa trước đã tạo những điều kiện tốt nhất cho em hoàn thành đề tài.

Em cũng gửi lời đồng cảm ơn đến các bạn lớp 159410 đã chia sẻ trao đổi kiến thức cũng như những kinh nghiệm quý báu trong thời gian thực hiện đề tài.

Cảm ơn đến cha mẹ, người thân đã ở bên cạnh động viên trong suốt quá trình thực hiện đề tài này

Xin chân thành cảm ơn!

Người thực hiện đề tài NGUYỄN PHI LÂN KIM THANH HUY

Trang 7

Em xin gởi lời cảm ơn sâu sắc đến Thầy Phan Vân Hoàn _ Giảng viên bộ môn Điện tử công nghiệp – y sinh đã trực tiếp hướng dẫn và tận tình giúp đỡ tạo điều kiện để hoàn thành tốt đề tài.

Em xin gửi lời chân thành cảm ơn các thầy cô trong Khoa Điện-Điện Tử và các anh chị khóa trước đã tạo những điều kiện tốt nhất cho em hoàn thành đề tài.

Em cũng gửi lời đồng cảm ơn đến các bạn lớp 159410 đã chia sẻ trao đổi kiến thức cũng như những kinh nghiệm quý báu trong thời gian thực hiện đề tài.

Cảm ơn đến cha mẹ, người thân đã ở bên cạnh động viên trong suốt quá trình thực hiện đề tài này

Xin chân thành cảm ơn!

Người thực hiện đề tài NGUYỄN PHI LÂN KIM THANH HUY

Trang 8

Nhiệm vụ đồ án ii

Lịch trình iv

Cam đoan vi

Lời cảm ơn vii

Mục lục viii

Liệt kê hình vẽ xii

Liệt kê bảng vẽ ……… ………… xv

Tóm tắt xii Chương 1 TỔNG QUAN Error! Bookmark not defined 1.1 ĐẶT VẤN ĐỀ Error! Bookmark not defined 1.2 MỤC TIÊU Error! Bookmark not defined 1.2.1 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu Error! Bookmark not defined 1.2.2 Phương pháp nghiên cứu Error! Bookmark not defined 1.3 NỘI DUNG NGHIÊN CỨU Error! Bookmark not defined 1.4 GIỚI HẠN Error! Bookmark not defined 1.5 BỐ CỤC Error! Bookmark not defined Chương 2 CƠ SỞ LÝ THUYẾT Error! Bookmark not defined.

2.1 LÍ THUYẾT VỀ NHỊP TIM VÀ PHƯƠNG PHÁP ĐO ĐIỆN TIM

Error! Bookmark not defined.

2.1.1 Khái niệm nhịp tim Error! Bookmark not defined 2.1.2 Nồng độ oxy trong máu Error! Bookmark not defined 2.1.3 Quá trình điện học của tim Error! Bookmark not defined 2.1.4 Đo nhịp tim bằng phương pháp hấp thụ quang họcError! Bookmark not defined.

Trang 9

not defined.

2.2.1 Chuẩn giao tiếp I2C giữa MAX30100 và ESP8266 Node

MCU Error! Bookmark not defined.

Trang 10

Bookmark not defined.

2.2.3 Chuẩn truyền không dây theo giao thức UDP Error!

Bookmark not

defined.

Chương 3 TÍNH TOÁN VÀ THIẾT KẾ 193.1 GIỚI THIỆU Error! Bookmark not defined.

3.2 THIẾT KẾ SƠ ĐỒ KHỐI HỆ THỐNG Error! Bookmark not defined.

3.3 TÍNH TOÁN VÀ THIẾT KẾ HỆ THỐNGError! Bookmark not defined.3.3.1 Thiết kế khối cảm biến đô nhịp tim Error! Bookmark not

defined.

a Chức năng Error! Bookmark not defined.

b Lựa chọn linh kiện Error! Bookmark not defined.

c Thông số kỹ thuật Error! Bookmark not defined.

d Sơ đồ nguyên lý Error! Bookmark not defined.

e Giải thích sơ đồ nguyên lí Error! Bookmark not defined.

3.3.2 Thiết kế khối vi điều khiển đọc cảm biến và giao tiếp wifi

Error!

Bookmark not defined.

b Lưa chọn linh kiện Error! Bookmark not defined.

e Giải thích nguyên lí Error! Bookmark not defined.

3.3.3 Thiết kế khối giao tiếp wifi Error! Bookmark not defined.

Trang 12

e Giải thích sơ đồ nguyên lí 293.3.4 Thiết kế khối xử lý trung tâm điều khiển hiển thị………Error!Bookmark not defined.

c Thông số kĩ thuật 31

3.3.5 Thiết kế khối hiển thị giao diện người dùng Error!

Bookmark not

defined.

d Sơ đồ nguyên lí Error! Bookmark not defined.

3.3.6 Thiết kế khối nguồn Error! Bookmark not defined.

Trang 13

4.1 GIỚI THIỆU Error! Bookmark not defined.

4.2 THI CÔNG HỆ THỐNG Error! Bookmark not defined.

4.2.1 Thi công bo mạch Error! Bookmark not defined.

a Liệt kê linh kiện Error! Bookmark not defined.

b Tiến hành vẽ PCB Error! Bookmark not defined.

4.2.2 Lắp ráp và kiểm tra Error! Bookmark not defined.4.3 ĐÓNG GÓI MÔ HÌNH Error! Bookmark not defined.

4.4 LẬP TRÌNH HỆ THỐNG 514.4.1 Lưu đồ giải thuật 514.4.2 Phần mềm lập trình cho vi điều khiển 54

a Phần mềm lập trình ESP8266 Error! Bookmark not defined.

b Phần mềm STM32CubeMX và Keil C V5 Error! Bookmark not

defined.

4.4.3 Phần mềm lập trình Android 634.5 VIẾT TÀI LIỆU HƯỚNG DẪN SỬ DỤNG, THAO TÁC Error! Bookmark not defined.

Chương 5 KẾT QUẢ - NHẬN XÉT - ĐÁNH GIÁ 705.1 KẾT QUẢ 705.1.1 Giao diện App Android 705.1.2 Mô hình chạy thực tế Error! Bookmark not defined.5.1.3 Kết quả so với đồng hồ fitbit. Error! Bookmark not defined.5.2 NHẬN XÉT 805.3 ĐÁNH GIÁ 81Chương 6 KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN 80

Trang 14

6.2 HƯỚNG PHÁT TRIỂN 82TÀI LIỆU THAM KHẢO 84

PHỤ LỤC 85

Trang 15

Hình Trang

Hình 2.1: Các thể Hemoglobin tác động qua màng 8

Hình 2.2: Quá trình điện học của tim 10

Hình 2.3: Đo nhịp tim bằng phương pháp hấp thụ quang học 11

Hình 2.4: Chuẩn giao tiếp I2C 13

Hình 2.5: Truyền UART 15

Hình 2.6: So sánh giao thức truyền TCP và UDP 17

Hình 3.1: Sơ đồ khối hệ thống 19

Hình 3.2: Nguyên lí hoạt động LED hồng ngoại 21

Hình 3.3: Hình ảnh cảm biến MAX30100 22

Hình 3.4: Sơ đồ nguyên lý cảm biến MAX30100 22

Hình 3.5: Sơ đồ chân ESP8266 NodeMCU CP2102 25

Hình 3.6: Sơ đồ nguyên lý ESP_8266 và MAX30100 26

Hình 3.7: Sơ đồ nguyên lý ESP_8266 Node MCU CH340 28

Hình 3.8 Mạch giao tiếp esp8266 với vi điều khiển chuẩn UART 29

Hình 3.9 Ứng dụng ARM trong kĩ thuật điện tử 30

Hình 3.10: Hình ảnh chip STM32F407VET6 kiểu đóng gói LQF100032 Hình 3.11: Sơ đồ nguyên lí STM32F407VET6 giao tiếp ngoại vi 33

Hình 3.12: Mạch Reset vi điều khiển mức thấp 34

Hình 3.13: Mạch tạo dao động và thời gian thực 34

Hình 3.14: Hình ảnh LCD TFT mặt trước 37

Hình 3.15: Hình ảnh LCD TFT mặt sau 37

Hình 3.16: Giao tiếp LCD TFT với vi điều khiển chuẩn FSMC 38

Hình 3.17: Mạch hạ áp LM2596 40

Hình 3.18: Sơ đồ nguyên lí mạch hạ áp 40

Hình 3.19 Sơ đồ nguyên lí board đọc cảm biến và truyền dữ liệu 42

Hình 3.20 Sơ đồ nguyên lí board nhận dữ liệu và hiển thị 43

Hình 4.1: PCB lớp trên Board STM điều khiển màn hình 47

Hình 4.2: PCB lớp dưới Board STM điều khiển màn hình 48

Hình 4.3: PCB định vị SMD Board STM điều khiển màn hình 48

Hình 4.4: Mô phỏng mạch giao tiếp màn hình 49

Trang 16

Hình 4.5: Mạch cảm biến đo nhịp tim 50

Hình 4.6: Mặt trước màn hình hiển thị kết quả 51

Hình 4.7: Mặt cấp nguồn và nút nhấn reset 51

Hình 4.8: Lưu đồ thuật toán chương trình đọc cảm biến và truyền dữ liệu 52

Hình 4.9 Lưu đồ thuật toán chương trình con ghép chuỗi dữ liệu nhịp tim 53

Hình 4.10 Lưu đồ thuật toán chương trình con ghép chuỗi tín hiệu điện tim 54

Hình 4.11 Lưu đồ thuật toán nhận dữ liệu và hiển thị 55

Hình 4.12 Giao diện Aduino IDE mới khởi động 56

Hình 4.13 Giao diện Aduino IDE lập trình 57

Hình 4.14 Tiến hành tổng hợp và nạp chương trình 58

Hình 4.15 Giao diện khởi động chương trình STM32CubeMX 58

Hình 4.16 Tạo 1 Project mới 59

Hình 4.17 Giao diện cấu hình vi điều khiển 60

Hình 4.18 Cấu hình xung clock cho mạch 61

Hình 4.19 Lưu thông tin project và sinh code 61

Hình 4.20 Cấu hình cho mạch nạp 62

Hình 4.21 Cấu hình cho mạch reset 63

Hình 4.22 Tiến hành compile và nạp chương trình 64

Hình 4.23 Giao diện tạo project MIT INVENTER 65

Hình 4.24 Thiết kế giao diện người dùng 66

Hình 4.25 Các lệnh lập trình cơ bản 67

Hình 4.26 Màn hình thiết bị khi cấp nguồn khởi động 68

Hình 4.27 Cách đặt tay trên cảm biến như hình 68

Hình 4.28 Màn hình hiển thị kết quả LCD 69

Hình 5.1 Giao diện màn hình khởi động của App 70

Hình 5.2 Giao diện màn hình chính của App 71

Hình 5.3 Giao diện đo ID1 của App 72

Hình 5.4 Giao diện đo ID2 của App 73

Trang 18

Hình 5.9 Giao diện đo khi cả 2 cảm biến cùng hoạt động 77Hình 5.10 Đồng hồ thể thao Fitbit theo dõi tình trạng sức khỏe 78Hình 5.11 Vị trí đeo đồng hồ ở cổ tay 79

Trang 19

Bảng Trang

Bảng 2.1: Chỉ số HR phụ thuộc vào giới tính và độ tuổi 6

Bảng 2.2: Chỉ số HR đối với trạng thái hoạt động cơ thể……… 7

Bảng 3.1: Bảng sơ đồ kết nối chân vi điều khiển……… 35

Bảng 3.2: Bảng dòng điện tiêu thụ của các thiết bị sử dụng……….39

Bảng 4.1 Danh sách các linh kiện.……… 45

Bảng 5.1 Bảnh so sánh mô hình với đồng hồ thể thao………79

Trang 20

Chúng ta có thể thấy, những sự cố ảnh hưởng đến sức khỏe có thể xảy

ra bất cứ lúc nào với chúng ta cũng như sự quan tâm chưa đúng về tim mạch thường xuyên trong đời sống thường ngày Vì thế, chúng em đã đưa ra ý tưởng làm một thiết bị đo điện tim nhỏ gọn Mục đích giúp chúng ta có thể theo dõi sức khỏe của người sử dụng một cách linh hoạt nhất Ở thiết bị sẽ có chức năng đo nhịp tim và nồng độ oxy trong máu kết hợp với dạng điện tim.

Vì vậy chúng em thực hiện đề tài “THIẾT KẾ VÀ THI CÔNG MÁY

ĐO ĐIỆN TIM” mang lại những chức năng rất cần thiết để đảm bảo tính mạng và sức khỏe cho mọi người Cũng như chức năng theo dõi nhịp tim giúp chúng ta biết và điều chỉnh các hoạt động tối ưu, có lợi cho sức khỏe, không gây hại hoặc chấn thương.

Hệ thống gồm mạch đo sử dụng cảm biến MAX30100 giao tiếp với vi điều khiển ESP8266 Node MCU Dữ liệu được truyền và nhận không dây qua wifi Bộ hiển thị gồm có LCD TFT inch đủ để người dùng có thể theo dõi tình trạng sức khỏe của mình Trên màn hình gồm có các chỉ số nhịp tim, SPO2 và dạng đồ thị điện tim theo thời gian Ngoài ra, ứng dụng Android còn lấy dữ liệu không dây từ wifi hiển thị trên app giúp người thân có thể theo dõi người bệnh.

Trang 21

Chương 1 TỔNG QUAN

1.1 ĐẶT VẤN ĐỀ

Ngày nay với sự phát triển của ngành điện tử và ứng dụng điện tử đã giúp sự sáng tạo của con người trở thành hiện thực Ngành điện tử và ứng dụng điện tử vào lĩnh vực y sinh đã tạo chỗ đứng và khẳng định được tầm quan trọng của mình đối với nhu cầu của con người Nhưng sự cố ảnh hưởng đến sức khỏe có thể xảy ra bất cứ lúc nào với chúng ta nếu như chúng ta chưa có

sự quan tâm chưa đúng về vấn đề tim mạch trong đời sống thường ngày.

Mặc dù trình độ khoa học kỹ thuật trong nước về lĩnh vực y tế đang có những bước tiến lớn, tuy nhiên 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 Với những nước phát triển như Mỹ, Anh, Úc, … việc theo dõi chăm sóc sức khỏe là 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, vv kết hợp với các bệnh viện 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 Watch, Xiaomi Band, Samsung Gear Fit Wearables, vv đi kèm với phần mềm hỗ trợ tích hợp trên smartphone, tablet.

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 đồ thị điện tim, ngoài ra còn nguyên cứu nồng độ Oxi trong máu.

Đối tượng chúng em chọn để theo dõi ở đây là người cao tuổi và người có tiền sử về tim mạch nên việc di chuyển đến bệnh viện để kiểm tra thường xuyên là rất khó khăn Vì vậy chúng em đã đưa ra ý tưởng làm một thiết bị đo điện tim nhỏ gọn Mục đích giúp chúng ta có thể theo dõi sức khỏe của người cao tuổi hoặc người có tiểu sử về tim mạch sử dụng tại gia đình một cách linh hoạt nhất Thiết bị sẽ có chức năng đo nhịp tim và được hiển thị dạng số kết hợp với dạng điện tim (dạng sóng) Ngoài ra, còn có thể hiển thị nhịp tim và đồ thị điện tim trên ứng dụng điện thoại android để người nhà có thể theo dõi được mọi nơi Nêu nhóm chúng em đã quyết định chọn đề tài: “Thiết kế và thi công thiết bị giám sát nhịp tim và nồng

độ oxy trong máu” để thực hiện làm khóa luận tốt nghiệp.

Trang 22

1.2 MỤC TIÊU

Thiết kế và thi công mô hình hệ thống theo dõi, giám sát nhịp tim, nồng độ oxy trong máu và đồ thị điện tim, tức thời và có thể hoạt động liên tục, đồng thời gửi các thông số dữ liệu đo được qua mạng wifi hiển thị trên ứng dụng di động để nâng cao khả năng giám sát, theo dõi.

1.2.1 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu

Đối tượng nghiên cứu về phần mềm là các giải thuật để đo được nhịp tim, nồng độ oxi trong máu từ cảm biến MAX30100 chính xác, tức thời, đảm bảo hệ thống hoạt động đúng chức năng và thông tin tới người dùng qua mạng wifi, mạng di động Cách thức lập trình ESP8266 Node MCU Giao tiếp giữa board ESP8266 Node MCU và ARM Lập trình STM32F407VET6 xuất màn hình FSMC.

Phạm vi nghiên cứu trong khuôn khổ mô hình nhỏ áp dụng cho một hoặc hai người dùng, tuy nhiên có khả năng mở rộng thành hệ thống lớn Ngoài ra, do kiến thức về lập trình ứng dụng android còn rất nhiều hạn chế nên nhóm sử dụng app inventor để lập trình.

1.2.2 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 Tiến hành thiết

kế, xây dựng và thi công mô hình hệ thống giám sát nhịp tim.

1.3 NỘI DUNG NGHIÊN CỨU

NỘI DUNG 1: Tiến hành nguyên cứu về nhịp tim và đồ thị điện tim

NỘI DUNG 2: Đọc cảm biến thu được giá trị và cho đi qua 3 bộ lọc bằng vi xử lí, truyền giá trị thu được qua chuẩn truyền không dây NỘI DUNG 3: Nhận dữ liệu từ chuẩn truyền không dây và giao tiếp với

vi điều khiển chính qua chuẩn truyền UART.

Trang 23

NỘI DUNG 5: Xử lí và xuất dữ liệu lên màn hình LCD dạng số và dạng điện tim NỘI DUNG 6: Viết ứng dụng Android hiển thị các dữ liệu trên màn hình điện thoại. NỘI DUNG 7: Thiết kế và thi công mô hình hệ thống hoàn chỉnh.

NỘI DUNG 8: Đánh giá kết quả thực hiện và so sánh với các thiết bị đang có trên thị trường.

NỘI DUNG 9: Viết báo cáo đề tài.

1.4 GIỚI HẠN

- Thiết bị phù hợp sử dụng ở hộ gia đình, phòng khám nhỏ,… yêu cầu cần phải có 1 modem wifi để hoạt động.

- Kết quả đo được phụ thuộc vào chất lượng của cảm biến MAX30100

và cách đặt ngón tay lên cảm biến nên yêu cầu phải đặt ngón tay chính xác.

- Cảm biến MAX30100 được sử dụng trong đề tài này đo kết quả chính xác nhất là ở đầu ngón tay trỏ.

Chương 1: Tổng quan.

Trong chương này, nhóm thực hiện đề tài trình bày tổng quan về tình hình nghiên cứu, thông tin liên quan đến đề tài trước đây Mục tiêu, đối tượng và phạm vi nghiên cứu của đề tài.

Chương 2: Cơ Sở Lý Thuyết.

Giới thiệu về sơ lược về cấu tạo của tim, tín hiệu nhịp tim, đồ thị điện tim,, phương

pháp đo điện tim bằng phương pháp hấp thụ quang học chuẩn giao tiếp I2C ,UART, UDP… và các chuẩn giao tiếp khác trong đề tài.

Chương 3: Tính toán và thiết kế

Trong chương này, nhóm thực hiện thiết kế sơ đồ khối cho đề tài.

Thực hiện giới thiệu chức năng, lựa chọn linh kiện, thông số kĩ thuật của linh kiện, thiết kế sơ đồ nguyên lí và giải thích sơ đồ nguyên lí cho từng khối Chương 4: Thi công hệ thống

Tiến hành thi công mô hình.

Chương 5: Kết Quả, Nhận Xét và Đánh Giá

Trang 24

Đưa ra kết quả mà nhóm đạt được, số liệu, hình ảnh hệ thống sau khi thi công, so sánh ưu điểm có cải tiến sao với các đề tài trước và so với máy đo thực tiếp của các sản phẩm đang có trên thị trường.

Chương 6: Kết Luận và Hướng Phát Triển

Đưa ra kết luận và hướng phát triển của đề tài.

Trang 25

Chương 2 CƠ SỞ LÝ THUYẾT

2.1 LÍ THUYẾT VỀ NHỊP TIM VÀ PHƯƠNG PHÁP ĐO ĐIỆN TIM

2.1.1 Khái niệm nhịp tim

Nhịp tim là tốc độ nhịp tim đo bằng số lần co thắt (nhịp đập) của tim mỗi phút (BPM - beat per minute) Nhịp tim có thể thay đổi theo nhu cầu thể chất của cơ thể, bao gồm cả nhu cầu hấp thu oxy và bài tiết carbon dioxit Các hoạt động có thể tạo ra thay đổi bao gồm tập thể dục, ngủ , lo lắng, căng thẳng, bệnh tật và khi uống thuốc Chỉ số nhịp tim bình thường là khác nhau giữa các cá thể, phụ thuộc vào giới tính, độ tuổi, tình trạng sức khỏe, … . Sự thay đổi của chỉ số nhịp tim có thể là dấu hiệu cho thấy một sự thay đổi của trạng thái tim, qua đó có thể phản ánh tình trạng sức khỏe cơ thể.

Trong khi nhịp tim được điều hòa hoàn toàn bởi nút xoang nhĩ trong điều kiện bình thường, nhịp tim được điều chỉnh bởi đầu vào giao cảm và giao cảm với nút xoang nhĩ Các dây thần kinh gia tốc cung cấp đầu vào thông cảm cho tim bằng cách giải phóng norepinephrine lên các tế bào của nút xoang nhĩ (nút SA), và dây thần kinh phế vị cung cấp đầu vào giao cảm với tim bằng cách giải phóng acetylcholine vào các tế bào nút xoang nhĩ Do đó, kích thích thần kinh gia tốc tăng nhịp tim, trong khi kích thích dây thần kinh phế vị làm giảm nhịp tim Nhịp tim được đo theo đơn vị nhịp/phút.

Bảng 2.1 Chỉ số HR phụ thuộc vào giới tính và độ tuổi

Trang 26

Thời điểm tốt nhất để bạn xác định nhịp tim nghỉ ngơi là buổi sáng, sau khi thức dậy Bạn có thể đặt ngón trỏ và ngón giữa lên cổ tay hoặc một bên cổ

để đếm nhịp tim trong vòng 60 giây Như đã trình bày ở trên, nhịp tim thông thường ở người trưởng thành là 60-100 nhịp/phút Tuy nhiên, nhịp tim nghỉ ngơi thấp hơn mức này không có nghĩa là bạn đang mắc bệnh tim mạch Ngược lại, nó cho thấy tim bạn hoạt động hiệu quả hơn mức thông thường và trên thực tế, các vận động viên chuyên nghiệp đều có nhịp tim nghỉ ngơi quanh ngưỡng 40 nhịp/phút Ngoài ra nhịp tim còn chịu tác động từ 4 yếu tố:

Nhiệt độ không khí: nhiệt độ tăng cao thường sẽ khiến tim bơm máu mạnh hơn và nhịp tim của bạn tăng 5-10 nhịp/phút.

Tư thế khi đo: yếu tố này chỉ ảnh hưởng đáng kể trong 15-20 giây đầu tiên Vậy nên, bạn hãy luôn đợi một vài phút trước khi tiến hành đo nhịp tim.

Trang 27

Cân nặng: những người bị bệnh béo phì, thừa cân thường có nhịp tim cao hơn mức thông thường.

Sử dụng thuốc: các loại thuốc có chứa chất ức chế beta sẽ khiến nhịp tim của bạn chậm lại, trong khi thuốc chữa trị tuyến giáp lại khiến nhịp tim tăng lên. Bảng 2.2 Chỉ số nhịp tim đối với trạng thái hoạt động cơ thể

Chỉ số nhịp tim nhắm đến khi cơ thể ở trạng thái hoạt động như làm việc, tập thể dục, vận động cơ thể, vv, do đó tim cần hoạt động co bóp mạnh để cung cấp đủ lượng máu nuôi các cơ quan Chỉ số nhịp tim thường được sử dụng để theo dõi trong quá trình luyện tập, bảo đảm các bài tập không quá sức Vì vậy, theo dõi chỉ số nhịp tim của một người trong thời gian dài sẽ cho ta biết được phần nào tình trạng sức khỏe, thói quen hàng ngày, chất lượng cuộc sống của họ, qua đó có những biện pháp cải thiện kịp thời.

2.1.2 Nồng độ oxy trong máu

Một phân tử Hemoglobin (Hb) có thể kết hợp với 4 phân tử oxy, khi đã gắn đủ 4 phân tử oxy được gọi là bão hòa oxy Độ bão hòa oxy trong máu còn được gọi là chỉ số SpO2, biểu thị cho tỷ lệ Hemoglobin có oxy trên tổng lượng Hemoglobin trong máu Nếu tất cả các phân

tử Hemoglobin trong máu đều gắn với oxy thì độ bão hòa oxy là 100% Chỉ số SpO2 được xem là một trong những dấu hiệu sinh tồn của cơ thể, bên cạnh các dấu hiệu như: nhiệt độ, mạch, nhịp thở và huyết áp Khi bị thiếu oxy máu, các cơ quan như tim, gan,

Trang 28

não sẽ chịu tác động tiêu cực rất nhanh Vì vậy, cần theo dõi chỉ số SpO2 thường xuyên để kịp thời can thiệp nếu xảy ra tình trạng nguy hiểm.

Hình 2.1 Các thế tác động qua màng

Hầu hết các phân tử Hb sẽ gắn với oxy khi chúng đi qua phổi Một người khỏe mạnh bình thường khi thở ở không khí trên mực

nước biển sẽ có độ bão hòa oxy động mạch là 95% - 100%.

Nếu lượng oxy trong máu hòa tan ở khoảng 97% - 99%: oxy trong máu tốt.Nếu lượng oxy trong máu hòa tan ở khoảng 94% - 96%: oxy

trong máu trung bình – cần cho thở thêm oxy.

Nếu lượng oxy trong máu hòa tan ở khoảng 90% - 93%: oxy trong máu thấp – nên có y tá hoặc bác sĩ theo dõi hoặc đến bệnh viện gần nhất.

Nếu SpO2 dưới 92% không thở oxy hoặc dưới 95% có thở

oxy: đây là các dấu hiệu suy hô hấp rất nặng.

Độ bão hòa oxy thấp hơn 90% là một cấp cứu trên lâm sàng.

Chỉ số SpO2 ở trẻ sơ sinh cũng giống như người lớn: trên 94% Nếu chỉ số SpO2 của trẻ giảm xuống dưới mức 90% thì cần thông báo cho y bác sĩ để được hỗ trợ can thiệp kịp thời.

Nồng độ oxy trong máu bất thường nói lên:

Trang 29

- Ngộ độc CO là một khí độc, có nhiều khi đốt than Đã có nhiều nạn nhân ngộ độc khí CO do dùng than tổ ong để sưởi ấm để lại hậu quả nghiêm trọng.

CO thay thế oxy ở vị trí gắn vào Sắt trên phân tử Hb gây ra ngộ độc CO, làm tăng COHb (CO gắn vào Hemoglobin) và giảm HbO2 (oxy gắn vào Hemoglobin) Hiện tượng này làm giảm độ bão hòa của oxy trong máu.

- Thiếu máu tức là Hemoglobin trong máu giảm thấp hơn bình thường Khi không có tình trạng thiếu oxy máu, máy đo oxy dựa vào mạch đập sẽ cho kết quả chỉ số SpO2 chính xác khi nồng độ hemoglobin giảm xuống 2 - 3g/dL.

-Những bệnh nhân có chỉ số đo SpO2 dưới 93%, được đánh giá là thiếu oxy máu cần được thở oxy hoặc thở máy (nếu bệnh nhân không tự thở được) Với bệnh nhân làm trong môi trường bí khí, thiếu oxy như nhà máy, lò đốt, mỏ quặng khi đi ra môi trường thoáng nhiều, oxy sẽ được bổ sung khi thở, bác sĩ sẽ điều chỉnh lượng oxy cho bệnh nhân thở cho tới khi chỉ số SpO2 ở mức ổn định là 97 - 100% Mức oxy được sử dụng cho bệnh nhân tiếp tục được giữ cho tới khi họ thở ổn định trở lại.

2.1.3 Quá trình điện học của tim.

Tim là tổ chức cơ rỗng, tại đó sự co bóp một cách tuần tự các cơ sẽ tạo ra áp lực đẩy máu đi qua các bộ phận khác nhau trên cơ thể Mỗi nhịp tim được kích thích bởi xung điện từ các tế bào nút xoang tại tâm nhĩ Các xung điện truyền đến các bộ phận khác của tim và làm cho tim co bóp Việc ghi tín hiệu điện tim là ghi lại các tín hiệu điện này (tín hiệu ECG).

Năng lượng chuyển hóa được sử dụng để tạo ra môi trường trong giàu Kali nhưng ít Natri so với thành phần ngoại bào Natri cao và Kali thấp.

Do có sự không cân bằng tồn tại điện thế tĩnh trên màng tế bào, bên trong chừng 90 mV so với bên ngoài Khi tế bào bị kích thích (bằng cách cho dòng điện vốn làm tăng tạm thời thế ngang mảng), các tính chất của mảng thay đổi theo chu trình, pha thứ nhất của nó là độ thấm mạnh đối với Natri, dòng Natri lớn (sớm) chảy vào trong do các gradient khuếch tán và điện.

Trang 30

Hình 2.2 Quá trình điện học của tim Trong khi di chuyển liên tiếp, tế bào về cơ bản có tính chất như nguồn lưỡng điện Dòng Natri chuyển tiếp này chịu trách nhiệm về dòng mạch điện nội tại và là một phần của dòng điện đó Theo cách này, hoạt động mở rộng tiếp tới các tế bào lân cận Khi màng hồi phục (trở về các tính chất nghỉ), thế tác động của tế bào kết thúc và nó trở lại trạng thái nghỉ và có khả năng được tái kích thích Nói một cách ngắn gọn khi có dòng Natri, Kali chảy qua màng tim thì có điện thế được sinh ra.

2.1.4 Đo nhịp tim bằng phương pháp hấp thụ quang học

Khi tim đập, máu sẽ được đẩy đi khắp cơ thể qua động mạch, tạo ra sự thay đổi về áp suất trên thành động mạch và lượng máu chảy qua động mạch Vì vậy,

ta có thề đo nhịp tim bằng cách đo những sự thay đổi đó Khi hàm lượng máu trong thành động mạch thay đổi sẽ làm thay đổi mức độ hấp thụ ánh sáng của động mạch, do đó khi một tia sáng được truyền qua động mạch thì cường độ ánh sáng sau khi truyền qua sẽ biến thiên đồng bộ với nhịp tim Khi tim giãn ra, lượng máu qua động mạch nhỏ nên hấp thụ ít ánh sáng, ánh sáng sau khi truyền qua động mạch có cường độ lớn, ngược lại khi tim co vào, lượng máu qua động mạch lớn hơn, ánh sáng sau khi truyền qua động mạch sẽ có cường độ nhỏ hơn.

Trang 31

Hình 2.3 Đo nhịp tim bằng phương pháp hấp thụ quang học

Ánh sáng khi truyền qua ngón tay gồm 2 thành phần AC và DC:

• Thành phần DC đặc trưng cho cường độ ánh sáng cố định truyền qua mô xương và tĩnh mạch.

• Thành phần AC đặc trưng cho cường độ ánh sáng thay đổi khi lượng máu thay đổi truyền qua động mạch, tần số của tín hiệu này đồng bộ với tần số nhịp tim.

Về nguyên tắc có thể đặt nguồn sáng và Photodiode ở bất cứ nơi nào trên cơ thể có chứa động mạch Nhiễu của ánh sáng môi trường vào Photodiode có thể xem là không đổi nên phép đo sẽ càng tin cậy nếu tín hiệu ánh sáng Photodiode nhận được là lớn nhất.

Nếu đặt cảm biến ở khuỷu tay hay cổ tay thì có ưu điểm là áp suất máu trong động mạch biến động rất lớn, nhưng do ánh sáng từ LED phải truyền qua một bề dày lớn của cơ thể, dẫn đến việc bị hấp thụ quá nhiều bởi mô và xương Mà độ nhạy của Photodiode là giới hạn nên ta sẽ cần một nguồn sáng với cường độ rất lớn, dẫn đến hao phí năng lượng và khó ổn định được cường độ của nguồn sáng từ LED.

Nếu đặt cảm biến ở vành tai, ánh sáng chỉ cần đi qua một bề dày rất nhỏ, nhưng động mạch ở vị trí này quá bé, mức độ biến thiên cường độ ánh sáng nhận được là quá nhỏ so với toàn bộ ánh sáng nhận được, nên tín hiệu điện không đủ độ tin cậy.

Trang 32

Vị trí đặt cảm biến hợp lý nhất là các đầu ngón tay, tuy động mạch ở vị trí này không quá lớn nhưng bề dày cơ thể ánh sáng phải truyền qua lại tương đối ít nên chỉ cần dùng 1 LED làm nguồn phát Mặt khác, ở vị trí này cho mức độ biến thiên cường độ ánh sáng nhận được là khá lớn so với toàn bộ ánh sáng nhận được, tỉ số giữa biên độ tín hiệu với nền một chiều

là đủ lớn để phần xử lý tín hiệu hoạt động đưa ra kết quả chính xác nhất.

2.2 CÁC CHUẨN GIAO TIẾP GIỮA CÁC MODULE

2.2.1 Chuẩn giao tiếp I2C giữa cảm biến MAX30100 và ESP8266 NodeMCU Đầu

năm 1980 Phillips đã phát triển một chuẩn giao tiếp nối tiếp 2 dây được gọi là I2C I2C là tên viết tắt của cụm từ Inter-Intergrated Circuit Đây là đường Bus giao tiếp giữa các IC với nhau I2C mặc dù được phát triển bởi Phillips, nhưng nó đã được rất nhiều nhà sản xuất IC trên thế giới sử dụng I2C trở thành một chuẩn công nghiệp cho các giao tiếp điều khiển, có thể kể ra đây một vài tên tuổi ngoài Phillips như: Texas Instrument(TI), MaximDallas, analog Device, National Semiconductor, vv Bus I2C được sử dụng làm bus giao tiếo ngoại vi cho rất nhiều loại IC khác nhau như các loại Vi điều khiển 8051, PIC, AVR, ARM, vv chip nhớ như: RAM tĩnh (Static RAM), EEPROM, bộ chuyển đổi tương tự số (ADC), số tương tự (DAC), IC điều khiển LCD, LED, vv.

I2C sử dụng hai đường truyền tín hiệu:

• Một đường xung clock (SCL) chỉ do Master phát đi (thông

thường ở 100kHz và 400kHz Mức cao nhất là 1MHz và 3.4MHz).

• Một đường dữ liệu (SDA) theo 2 hướng.

Trang 33

Hình 2.4 Chuẩn giao tiếp I2C

Có rất nhiều thiết bị có thể cũng được kết nối vào một bus I2C, tuy nhiên sẽ không xảy ra chuyện nhầm lẫn giữa các thiết bị, bởi mỗi thiết bị

sẽ được nhận ra bởi một địa chỉ duy nhất với một quan hệ master/slave tồn tại trong suốt thời gian kết nối Mỗi thiết bị có thể hoạt động như là thiết bị nhận hoặc truyền dữ liệu hay có thể vừa truyền vừa nhận Hoạt động truyền hay nhận còn tùy thuộc vào việc thiết bị đó là master hay slave.

Một thiết bị hay một IC khi kết nối với bus I2C, ngoài một địa chỉ (duy nhất) để phân biệt, nó còn được cấu hình là thiết bị master hay slave Đó là vì trên một bus I2C thì quyền điều khiển thuộc về thiết bị master hay slave Thiết

bị master nắm vai trò tạo xung clock đồng bộ cho toàn hệ thống, khi giữa hai thiết bị master – slave giao tiếp thì thiết bị master có nhiệm vụ tạo xung clock đồng bộ và quản lý địa chỉ của thiết bị slave trong suốt quá trình giao tiếp Thiết bị master giữ vai trò chủ động, còn thiết bị slave giữ vai trò bị động trong việc giao tiếp Về lý thuyết lẫn thực tế I2C sử dụng 7 bit để định địa chỉ,

do đó trên một bus có thể có tới 2 7 địa chỉ tương ứng với 128 thiết bị có thể kết nối, nhưng chỉ có 112, 16 địa chỉ còn lại được sử dụng vào mục đích riêng Bit còn lại quy định việc đọc hay ghi dữ liệu (1 là write, 0 là read).

Có một lưu ý nhỏ về xung clock Bản chất của I2C là dữ liệu trên đường SDA chỉ được ghi nhận ở sườn lên của chân CLK Do vậy xung clock có thể không cần

Trang 34

chính xác tốc độ là 1MHz hay 3.4MHz Lợi dụng điểm này có thể sử dụng 2 chân GPIO để làm chân giao tiếp I2C mềm mà không nhất thiết cần một chân CLK tạo xung với tốc độ chính xác.

Quá trình truyền dữ liệu giữa 2 thiết bị chế độ Master – Slave dùng bus I2C diễn ra như sau:

Thiết bị master tạo xung START (tức là đường SDA thay đổi từ mức cao xuống mức thấp và đường SCL đang ở mức cao) để bắt đầu quá trình giao tiếp.

Thiết bị master gửi địa chỉ của thiết bị slave muốn giao tiếp cùng với bit R/W và đợi xung ACK phản hồi Địa chỉ của thiết bị slave được định nghĩa bởi 7 bit, ngoài ra có thể đánh địa chỉ dưới dạng 10 bit nếu sau lệnh START gửi chuỗi 11110 ra đường SDA Bit R/W dùng để điều khiển hướng truyền- bit “0” là truyền từ master tới slave, ngược lại bit “1” là truyền từ slave tới master Việc thiết lập bit R/W do thiết bị master quy định.

Khi nhận được xung báo ACK từ thiết bị slave xác nhận đúng địa chỉ thì bắt đầu thực hiện truyền dữ liệu Dữ liệu được gửi theo từng byte Mỗi byte gồm 8 bit và sau mỗi byte đều bắt buộc có một xung ACK để đảm bảo quá trình truyền nhận diễn ra chính xác Số lượng byte là không giới hạn Xung ACK được định nghĩa là SDA kéo xuống mức thấp Ngoài ra, khi không nhận được đúng địa chỉ hay khi muốn kết thúc quá trình giao tiếp thiết bị nhận sẽ gửi một xung NACK tức là SDA ở mức cao.

Kết thúc quá trình truyền, thiết bị master sẽ gửi xung STOP hoặc thiết bị slave gửi xung NACK để báo hiệu kết thúc Xung STOP tương tự như xung START nhưng trạng thái của đường SDA thay đổi từ mức thấp lên mức cao Ngoài ra, trong một quá trình giao tiếp có thể lặp lại xung START kèm theo một địa chỉ mới để bắt đầu một giao tiếp khác.

Điểm mạnh của I2C chính là hiệu suất và sự đơn giản của nó: một khối điều khiển trung tâm có thể điều khiển cả một mạng thiết bị

mà chỉ cần hai lối ra điều khiển.

Trang 35

UART chuyển đổi giữa dữ liệu nối tiếp và song song Một chiều UART chuyển đổi dữ liệu song song bus hệ thống ra dữ liệu nối tiếp để truyền đi Một chiều khác UART chuyển đổi dữ liệu nhận được dạng dữ liệu nối tiếp thành dạng dữ liệu song song cho CPU có thể đọc vào bus hệ thống.

Hình 2.5 Truyền UART UART hỗ trợ cả hai kiểu giao tiếp là giao tiếp đồng thời và giao tiếp không đồng thời Giao tiếp đồng thời tức là UART có thể gửi và nhận dữ liệu vào cùng một thời điểm Còn giao tiếp không đồng thời là chỉ có một thiết bị có thể chuyển dữ liệu vào một thời điểm, với tín hiệu điều khiển hoặc mã sẽ quyết định bên nào có thể truyền dữ liệu Giao tiếp không đồng thời được thực hiện khi mà cả 2 chiều chia sẽ một đường dẫn hoặc nếu có 2 đường nhưng cả 2 thiết bị chỉ giao tiếp qua một đường ở cùng một thời điểm Thêm vào đường dữ liệu, UART hỗ trợ bắt tay chuẩn RS232 và tín hiệu điều khiển như RTS, CTS, DTR, DCR, RT và CD Để thuận tiện, các chương trình gửi và nhận dữ liệu trong định dạng không đồng bộ đơn giản hơn PC và nhiều

vi xử lý khác có một bộ phận gọi là UART (universal asynchronous receiver/transmitter: truyền /nhận không đồng bộ chung) vì thế có thể vận dụng phần lớn những chi tiết truyền

và nhận dữ liệu Trong PC, hệ điều hành và ngôn ngữ lập trình hỗ trợ cho lập trình liên kết nối tiếp mà không cần phải hiểu rõ chi tiết cấu trúc UART Để mở liên kết, ứng dụng lựa chọn một tần số dữ liệu hoặc là thiết lập khác hoặc cho phép truyền thông tại các cổng.

Để gửi 1 byte, ứng dụng ghi byte này vào bộ đệm truyền của cổng được lựa chọn, và UART gửi dữ liệu này, từng bit một, trong định dạng yêu cầu, thêm bit Start, bit Stop, bit chẵn lẻ khi cần Trong một cách đơn giản, byte nhận được tự động được lưu trữ trong bộ đệm UART có thể dùng nhanh một ngắt để báo cho CPU và các ứng dụng biết dữ liệu đang nhận được và các sự kiện

Trang 36

khác Một vài vi điều khiển không bao gồm UART, và thỉnh thoảng bạn cần nhiều hơn các UART mà vi xử lý có Trong trường hợp này, có 2 lựa chọn: thêm UART ngoài, hoặc mô phỏng UART trong mã chương trình Basic Stamp của Parallax là một ví dụ của chip với một UART bổ sung trong mã chương trình UART là một thiết bị đơn giản hỗ trợ tốt cả hai kiểu truyền thông đồng bộ và không đồng bộ.

Các thông số cơ bản của chuẩn truyền:

- Baud rate (tốc độ Baud): Khi truyền nhận không đồng bộ để hai

module hiểu được nhau thì cần quy định một khoảng thời gian cho 1 bit truyền nhận, nghĩa là trước khi truyền thì tốc độ phải được cài đặt đầu tiên Theo định nghĩa thì tốc độ baud là số bit truyền trong một giây.

- Frame (khung truyền): Do kiểu truyền thông nối tiếp này rất dễ mất dữ liệu nên ngoài tốc độ, khung truyền cũng được cài đặt từ ban đầu để giảm bớt sự mất mát dữ liệu này Khung truyền quy định số bit trong mỗi lần truyền, các bit thông báo như start, stop, các bit kiểm tra như parity, và số bit trong một data.

- Bit Start: Là bit bắt đầu trong khung truyền Bit này nhằm mục đích báo cho thiết bị nhận biết quá trình truyền bắt đầu Trên AVR bit Start có trạng thái là 0.

- Data: Dữ liệu cần truyền data không nhất thiết phải 8 bit có thể là 5, 6, 7, 8,

9 Trong UART bit LSB được truyền đi trước, bit MSB được truyền đi sau.

- Parity bit: Là bit kiểm tra dữ liệu Có 2 loại parity: chẵn (even

parity), lẻ (old parity) Parity chẵn là bit parity thêm vào để số số 1 trong data + parity = chẵn Parity lẻ là bit parity thêm vào để số số 1 trong data + parity = lẻ Bit parity là không bắt buộc nên có thể dùng hoặc không.2.2.3 Chuẩn truyền không dây theo giao thức UDP

Giới thiệu UDP viết tắt của User Datagram Protocol, là một trong những giao thức cốt lõi của giao thức TCP/IP Dùng UDP, chương trình trên mạng máy tính có thể gửi những dữ liệu ngắn được gọi là datagram tới máy khác UDP không cung cấp sự tin cậy và thứ tự truyền nhận mà TCP làm các gói dữ liệu có thể đến không đúng thứ

tự hoặc bị mất mà không có thông báo Tuy nhiên UDP nhanh và hiệu quả hơn đối

Trang 37

bản chất không trạng thái của nó nên nó hữu dụng đối với việc trả lời các truy vấn nhỏ với số lượng lớn người yêu cầu.

Hình 2.6 So sánh giao thức truyền TCP và UDPTrong bộ giao thức TCP/IP, UDP cung cấp một giao diện rất đơn giản giữa tầng mạng bên dưới ( thí dụ, IPv4 ) và tầng phiên làm việc hoặc tầng ứng dụng phía trên UDP không đảm bảo cho các tầng phía trên thông điệp đã được gửi đi

và người gửi cũng không có trạng thái thông điệp UDP một khi đã được gửi ( Vì

lý do này đôi khi UDP còn được gọi là Unreliable Datagram Protocol) UDP chỉ thêm các thông tin multiplexing và giao dịch Các loại thông tin tin cậy cho việc truyền dữ liệu nếu cần phải được xây dựng ở các tầng cao hơn.

Do thiếu tính tin cậy, các ứng dụng UDP nói chung phải chấp nhận mất mát, lỗi hoặc trùng dữ liệu Một số ứng dụng như TFTP có nhu cầu phải thêm những kỹ thuật làm tin cậy cơ bản vào tầng ứng dụng Hầu hết các ứng dụng UDP không cần những

kỹ thuật làm tin cậy này và đôi khi nó bị bỏ đi Streaming media, game trực tuyến và voice over IP (VoIP) là những thí dụ cho các ứng dụng thường dùng UDP.

Trang 38

Trong đề tài này chúng em chọn giao thức truyền này để truyền

dữ liệu giữa hai bộ truyền nhận không dây Ngoài ra ứng dụng Android cũng truy cập tới địa chỉ IP này để lấy lấy dữ liệu về hiển thị.

Trang 39

Chương 3 TÍNH TOÁN VÀ THIẾT KẾ

3.1 GIỚI THIỆU

Trong chương này, trình bày về cách tính toán, sơ đồ khối, sơ đồ nguyên

lý của các board mạnh của hệ thống: mạch điều khiển LCD, module đọc giá trị cảm biến, giao tiếp không dây, lcd hiển thị, mạch nguồn và mạch giảm áp.

3.2 THIẾT KẾ SƠ ĐỒ KHỐI HỆ THỐNG

KHỐI VI XỬ LÍ TRUNG TÂM ĐIỀU KHIỂN HIỂN THỊ

APP

ANDROID Truyền dữ liệu Giao diện người dùng Nhận dữ liệu

Hình 3.1 Sơ đồ khối Chức năng của các khối:

- Khối nguồn: cấp nguồn cho các khối vi xử lí trung tâm.

- Khối vi xử lý trung tâm đọc cảm biến và giao tiếp wifi: cấp nguồn nuôi cho khối cảm biến nhịp tim Nhận dữ liệu từ khối cảm biến, xử lý tính toán lọc giá trị cho ra giá trị nhịp tim, SpO2, giá trị

vẽ đồ thị điện và gửi dữ liệu qua giao tiếp wifi.

Trang 40

- Khối giao tiếp wifi: nhận dữ liệu từ khối trung tâm đọc cảm biến và truyền cho khối xử lí hiển thị.

- Khối xử lý hiển thị : nhận giá trị từ khối giao tiếp wifi Thực hiện tách chuỗi dữ liệu nhận được gửi cho Khối hiển thị.

- Khối hiển thị : hiển thị nội dung nhận được từ khối vi điều khiển xử lý hiển thị.

đồ thị điện tim, hiển thị nhịp tim, SpO2 Và cho phép thiết lập tên bệnh nhân từ điện thoại và gửi đến khối vi điều khiển xử lý hiển thị.3.3 TÍNH TOÁN VÀ THIẾT KẾ HỆ THỐNG

3.3.1 Thiết kế khối cảm biến đo nhịp tim

a Chức năng:

Đo nhịp tim của người dùng theo phương pháp hấp thụ quang học, nồng độ oxy trong máu, kèm theo giá trị để vẽ đồ thị điện tim.

b Lựa chọn linh kiện:

Với các nguyên lý đo nhịp tim đã được trình bày thì cảm biến nhịp tim MAX30100 phù hợp cho dự án này do tính phổ biến, dễ lập trình và sử dụng Cảm biến nhịp tim MAX30100 của hãng Maxim integrated hoạt động dựa trên phương pháp hấp thụ quang học đã trình bày Như vậy, để có thể đo được nhịp tim bằng phương pháp này, nguyên lý tương đối đơn giản, ta sẽ cần 3 thành phần: LED, LDR và vi điều khiển LED và LDR được bố trí như hình.

Định dạng
Số trang	116
Dung lượng	16,5 MB