Tóm tắt Khóa luận Ứng dụng wifi trong viêc giám sát một số thông số sức khỏe

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ Phạm Văn Thi ỨNG DỤNG WIFI TRONG VIÊC GIÁM SÁT MỘT SỐ THÔNG SỐ SỨC KHỎE Ngành: Công nghệ kỹ thuật Cơ điện tử TÓM TẮT KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP Hà Nội – 2017 1 MỞ ĐẦU Tính cấp thiết của đề tài Theo số liệu thống kê bệnh tim mạch tại Việt Nam, mỗi năm có 200.000 người tử vong về các bệnh lý liên quan đến tim mạch chiếm ¼ tổng số người tử vong mỗi năm. Trung bình cứ 3 người trưởng thành thì có một người có nguy cơ mắc các bệnh tim mạch. Đây là con số đáng báo động. Bệnh tim mạch cũng là nguyên nhân tử vong hàng đầu ở người trên toàn thế giới. theo thống kê của tổ chức WHO thì mỗi năm, người chết do bệnh tim và đột quỵ nhiều hơn cả ung thư, lao, sốt rét và HIV cộng lại. Từ những dẫn chứng trên có thể thấy được tầm quan trọng của việc theo dõi những thay đổi của thông số nhịp tim, từ các thông số này ta có thể đưa ra được những chuẩn đoán, phát hiện sớm các yêu tố nguy cơ gây nên bệnh tim mạch. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn Đề tài nhắm đo đạc thông số nhịp tim một cách liên tục với phương pháp đo không dây, không xâm lấn. Vì thế không gây khó chịu cho người dùng trong quá trính theo dõi. Sử dụng công nghệ wifi- internet để truyền tải dữ liệu lên mạng, vì thế có thể theo dõi người bệnh ở mọi lúc, mọi nơi với một thiết bị truy cập mạng có kết nối mạng internet. Đối tượng và phương pháp nghiên cứu ❖ Đối tượng nghiên cứu. • Kiến thức y sinh về hoạt động của tim, nguyên lý hoạt động của cảm biến nhịp tim. • Thuật toán sử lý tín hiệu từ cảm biến. • Giao tiếp wifi và các giao thức mạng. 2 • Giao tiếp với màn hình hiển thị • Lập trình web cơ bản với biểu đồ tích hợp. ❖ Phương pháp nghiên cứu • Tìm hiểu nhu cầu , sự cấp thiết trong thực tế, đưa ra phương pháp đáp ứng. • Thu thập tài liệu, tìm hiểu phương pháp đo nhịp tim bằng phương pháp không xâm lấn. • Xử lý tín hiệu đưa về từ cảm biến,hiển thị trên màn hình OLED, truyền dữ liệu lên mạng. • Xây dựng web hiển thị kết quả Nội dung nghiên cứu Thiết kế mô hình đo nhịp tim và nhiệt độ bằng phương pháp hấp thụ quang học không xâm lấn và theo dõi qua internet. NỘI DUNG Chương 1. Các phương pháp đo Có nhiều các để đo nhịp tim vào nhiệt độ khác nhau với các ưu khuyết điểm riêng đặc chưng cho phương pháp, tuy nhiên để phù hộ với nội dung của khóa luận phương pháp đo nhịp tim hấp thụ quang học và đo nhiệt độ bằng phần tử bán dẫn được lụa chọn vì sự nhỏ gọn dễ tích hợp, đo khá chính xác, giá dẻ và ít gây khó chịu cho người đo. Chương 2. Thiết kế phần cứng 2.1. ESP8266EX Là một dòng chip tích hợp wifi 2.4Ghz có thể lập trình được với khá nhiều chức năng trên một module nhỏ gọn . 3 2.2. Màn hình OLED SSD1306 OLED là một loại màn hình mới áp dụng các công nghệ tiên tiến nhất như chất bán dẫn hữu cơ, không cần đèn nến, hiển thị sắc sảo, khả năng thay đổi hình ảnh nhanh chóng không để lại bóng hình. Module OLED SSD1306 128x32 là một loại màn hình OLED kích thước và độ phân giải nhỏ sử dụng giao tiếp I2C để điều khiển hiển thị, đây là giao tiếp đồng bộ hai dây. Các thao tác điều khiển màn hình được sử dụng tất cả bằng câu lệnh thông qua vi sử lý. Cần có một cấu trúc câu lệnh nhất định để có thể hiển thị trên màn hình. 2.3. Cảm biến nhịp tim Module cảm biến nhịp tim được phát triển bởi plushsenser.com. cảm biến xây dựng nhở gọn và ổn định. Hoạt động dựa trên nguyên lý đo nhịp tim bằng phương pháp hấp thụ quang học. Khi áp 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 khuếch tán ra xung quanh. Do bị ép vào nên lượng máu ở phần cảm biến sẽ thay đổi, cụ thể khi lượng máu trong thành động mạch thay đổi mức độ hấp thu ánh sáng của động mạch cũng thay đổi. Do đó cường độ ánh sáng di chuyển qua và cường độ ánh sáng phản xạ về cảm biến cũng biến thiên đồng bộ với nhịp tim. Hình 2.8. Nguyên lý hoạt động của cảm biến 4 2.4. Cảm biến nhiệt độ DS18B20 Là cảm biến nhiệt độ với kích thước nhỏ, khoảng đo trong khoảng từ -55oC tới 85oC, độ phân giải lớn có thể lên tới 12bit, sai số nhỏ. Cảm biến nhiệt độ DS18B20 cho phép theo dõi nhiệt độ cơ thể một cách liên tục và chính xác nhất. cảm biến sử dụng giao tiếp một đây. Chương 3. Phần mềm thu thập dữ liệu và xử lý 3.1. Dữ liệu nhịp tim Dữ liệu nhịp tim được cảm biến đưa về vi điều khiển thông qua chân ADC. Vi điều khiển xử lý lấy mẫu với độ phân giải 10bit và 2ms một lần. Với tốc độ lấy mẫu này ta có sai số không quá 4ms cho mỗi nhịp nhờ đó tính toán được nhịp tim một cách chính xác hơn. Phần mần lập trình được dựa trên phương pháp so sánh trạng thái vượt ngưng để tính toán thời gian hai lần nhaipj tim liên tiếp sau đó lấy trung bình của 10 10 nhịp liên tiếp để tính toán được nhịp tim chính xác 3.2. Hiển thị trên OLED Hình 3.11. Cấu trúc GDDRAM của SSD1306 ESP8266 sẽ gửi một loạt các lệnh đặt trạng thái hiển thị cho OLED. Sau đó các bit dữ liệu bộ nhớ hiển thị sẽ được gửi cho màn hình OLED. Được lưu vào bộ nhớ hiển thị đồng thời hiển thị các bit 5 đồ họa lên màn hình. Việc giao tiếp này dựa trên chuẩn giao tiếp I2C. Các bit lưu vào bộ nhớ hiển thị phải theo một thứ tự phần cứng có sẵn của màn hình. 3.3 Giao tiếp với cảm biến nhiệt độ Cảm biến nhiệt độ sử dụng giao tiếp một dây để giao tiếp với vi điều khiển, để đọc dữ liệu từ cảm biến vi điều khiển cần gửi một số lệnh để yêu cầu đọc nhiệt độ, chuyển đổi và gửi về vvi điều khiển. 3.4 Làm việc với web server Hình 3.20. Giao diện hiển thị nhiệt độ Khóa luận sử dụng trang thinkspeak.com để lưu dữ liệu cảm biến. Các dữ liệu này được lưu dưới dạng một file json. Sau đó được lấy về và sử lý nhờ một tệp HTML nhứng mã JavaScrip google chart. 3.5. Lập trình ESP8266 Hình3.29. Mô hình hoạt động của thiết bị 6 ESP8266 có nhiệm vụ xử lý dưc liệu từ cảm biến, hiển thị lên màn hình OLED và gưi dữ liệu lên mạng thông qua các giao thức mạng. KẾT LUẬN Sau một thời gian nghiên cứu ứng dụng chip wifi ESP8266 vào đo lường theo dõi nhịp tim và nhiệt độ cơ thể người đã thu được những kết quả như sau. Sử dụng được một số chức năng cơ bản của ESP8266. Làm chủ được việc kiểm soát và điều khiển hiển thị trên màn hình thế hệ mới OLED. Sử dụng được các giao tiếp nối tiếp đồng bộ và không đồng bộ(I2C, UART và giao tiếp một dây) . Cách lọc và sử lý nhiễu bằng phương pháp phần mềm. Hiểu được cách thức giao tiếp với mạng Internet. Xây dụng được chương trình đo vào theo dõi nhịp tim và nhiệt độ cơ thể qua mạng internet. Sau một thời gian tiến hành nghiên cứu và thực hiện khóa luận, mặc dù còn nhiều khó khăn và hạn chế trong kiến thức nhưng bằng sự giúp đỡ, hỗ trợ tận tình về cả mặt kiến thức và tinh thần của thầy hướng dẫn ThS. Hoàng Văn Mạnh , các nội dung trong khóa luận đã được hoàn thành và có kết quả thực tế. Tuy nhiên dó thời gian có hạn, kiến thức và kinh nghiệm còn hạn chế nên không tránh khỏi các thiếu sót trong quá trình làm việc. Do đó, em rất mong nhận được sự góp ý và những nhận xét đánh giá từ phía quý thầy cô để khóa luận của em có thể hoàn thiện hơn. 7 TÀI LIỆU THAM KHẢO Tiếng Việt [1] Hồ Thanh Tâm, Giao tiếp TWI – I2C, , tr.1 Tiếng Anh [2]Neil Kolban, Kolban’s Book on ESP8266, , 2016, pp. 51- 117. Website [3]www.buydisplay.com [4]www.hocavr.com [5]www.Github.com [6]www.pulsesensor.com/pages/pulse-sensor-amped-arduino-v1dot1 [7]www.quantrimang.edu.vn/he-thong/he-thong-mang-lan/giao-thuc- tcp-ip-lam-viec-nhu-the-nao.htm [8]www.solomon-systech.com [9]vi.wikipedia.org [10]www.ytuongnhanh.vn/chi-tiet/chuan-giao-tiep-1-wire-156.html