TỔNG QUAN VỀ ĐỀ TÀI
Giới thiệu đề tài
Trong bối cảnh cuộc sống hiện đại ngày càng bận rộn, sức khỏe cá nhân thường bị bỏ quên, đặc biệt tại Việt Nam, nơi mà nhiều người lao động quên đi việc chăm sóc sức khỏe của bản thân và gia đình Điều này dẫn đến việc phát hiện bệnh tật muộn màng, gây ra những hậu quả nghiêm trọng Để đánh giá tình trạng sức khỏe, chúng ta có thể xem xét các yếu tố như nhịp tim, nhiệt độ cơ thể và huyết áp Tuy nhiên, do hạn chế về kiến thức y học và tình hình dịch bệnh phức tạp, bài viết này sẽ tập trung vào nghiên cứu giá trị nhịp tim, đặc biệt là ở đối tượng người cao tuổi.
Nhận thấy tầm quan trọng của nhịp tim đối với sức khỏe, tôi đã quyết định phát triển đề tài “Thiết kế thiết bị đo nhịp tim và cảnh báo qua điện thoại” Thiết bị này giúp người dùng theo dõi nhịp tim ngay tại nhà, giảm thiểu việc di chuyển trong bối cảnh dịch bệnh hiện nay Đặc biệt, nó có khả năng tự động gửi tin nhắn cho người thân khi nhịp tim bất thường, từ đó hỗ trợ phát hiện sớm và điều trị kịp thời.
Mục đích nghiên cứu
Sử dụng vi điều khiển PIC16F887A và phần mềm CCS, hệ thống cảnh báo nhịp tim qua tin nhắn điện thoại được phát triển nhằm phục vụ nhu cầu của người cao tuổi muốn ở nhà với gia đình Hệ thống này giúp hạn chế việc di chuyển đến bệnh viện trong bối cảnh dịch bệnh, tiết kiệm thời gian và chi phí cho người dùng, đồng thời phù hợp với kiến thức lập trình mà sinh viên đã học.
Đối tượng nghiên cứu
Đối tượng nghiên cứu tập trung vào phần mềm với các thuật toán nhằm đo nhịp tim một cách chính xác và tức thời, đảm bảo hệ thống hoạt động hiệu quả và gửi thông báo kịp thời Về phần cứng, hệ thống sử dụng các linh kiện điện tử như vi điều khiển PIC16F877A, cảm biến nhịp tim, module SIM800L, LM2596, còi cảnh báo, màn hình LCD 16x2, cùng các linh kiện khác như điện trở, tụ điện, thạch anh và đèn LED.
Phạm vi nghiên cứu
Nghiên cứu này tập trung vào việc phát triển một mô hình nhỏ gọn dành cho một người dùng, với tiềm năng mở rộng thành hệ thống lớn hơn trong tương lai Tuy nhiên, do hạn chế về kiến thức lập trình, độ chính xác của mô hình hiện tại chỉ đạt mức tương đối.
Dự kiến kết quả
Hệ thống được cấp nguồn để hoạt động hiệu quả, hiển thị nhịp tim trên màn hình LCD 16x2 Nếu nhịp tim nằm trong giới hạn cho phép, sẽ không có cảnh báo Ngược lại, khi nhịp tim vượt ngưỡng cho phép, hệ thống sẽ phát còi cảnh báo và gửi tin nhắn ngay lập tức đến người thân.
CƠ SỞ LÝ THUYẾT
Tìm hiểu về nhịp tim và các phương pháp đo nhịp tim
2.1.1 Khái niệm về nhịp tim
Nhịp tim (Heart Rate – HR) là số nhịp đập của tim trong một phút, thường được đo bằng nhịp/phút (bpm) Nhịp tim thay đổi theo nhu cầu cơ thể trong việc hấp thụ oxy và bài tiết CO2, ví dụ như khi tập thể dục, nhịp tim sẽ cao hơn so với khi ngủ hoặc nghỉ ngơi Chỉ số nhịp tim cũng khác nhau giữa các cá nhân, phụ thuộc vào giới tính, độ tuổi và tình trạng sức khỏe.
Chỉ số nhịp tim cơ thể ở trạng thái nghỉ ngơi (Resting Heart Rate – RHR) là nhịp tim khi cơ thể không cần nhiều năng lượng để bơm máu, thường được đo vào buổi sáng sau khi thức dậy Để xác định nhịp tim nghỉ ngơi, bạn có thể đặt hai ngón tay lên cổ tay hoặc cổ và đếm trong 60 giây hoặc 20 giây và nhân với 3 Nhịp tim bình thường của người trưởng thành dao động từ 60 – 100 bpm, nhưng một nhịp tim thấp hơn mức này không nhất thiết báo hiệu vấn đề tim mạch, mà thường cho thấy sức khỏe tốt hơn Đặc biệt, các vận động viên chuyên nghiệp có thể có nhịp tim nghỉ ngơi chỉ khoảng 40 bpm.
Bảng 1 Bảng tiêu chuẩn nhịp tim
Ngoài ra, chỉ số nhịp tim của một người cũng bị một số ảnh hưởng của yếu tố bên ngoài như:
Khi nhiệt độ môi trường tăng cao, cơ thể sẽ phản ứng bằng cách tăng cường nhịp tim để bơm máu hiệu quả hơn Điều này có thể dẫn đến chỉ số nhịp tim tăng lên, nhưng thường không vượt quá 10 bpm trong điều kiện thời tiết nóng.
Cân nặng cơ thể ảnh hưởng đến nhịp tim, với người béo phì thường có nhịp tim cao hơn so với người có cân nặng bình thường Tuy nhiên, nhịp tim của họ vẫn không vượt quá 100 bpm.
Một số chất kích thích như rượu, bia và café có thể khiến cơ thể người dùng mệt mỏi, dẫn đến tình trạng mất ngủ kéo dài và tăng nhịp tim.
Một số loại thuốc điều trị bệnh có thể gây ra tác dụng phụ ảnh hưởng đến nhịp tim.
Tư thế khi đo nhịp tim là yếu tố quan trọng ảnh hưởng đến kết quả trong 15-20 giây đầu tiên Do đó, chúng ta nên chờ đợi một vài phút trước khi tiến hành đo nhịp tim để đảm bảo độ chính xác.
2.1.2 Các phương pháp đo nhịp tim
Hiện nay, có nhiều phương pháp khác nhau để đo và xác định nhịp tim, cả trong nước và quốc tế Mặc dù các phương pháp này có nhiều điểm tương đồng, chúng lại khác nhau ở hình thức đo Bài viết này sẽ giới thiệu một số phương pháp đo nhịp tim phổ biến.
Đo nhịp tim thủ công có thể thực hiện dễ dàng bằng cách sử dụng ngón trỏ và ngón giữa của tay phải Đầu tiên, hãy để tay trái gần cơ thể, lòng bàn tay ngửa lên và nắm nhẹ Sau đó, đặt hai ngón tay lên cổ tay trái tại vị trí có nếp gấp cổ tay để cảm nhận mạch đập Ấn nhẹ cho đến khi cảm nhận được nhịp đập; nếu không, hãy di chuyển ngón tay một chút cho đến khi tìm thấy mạch Cuối cùng, sử dụng đồng hồ bấm giờ để đo trong 1 phút hoặc 20 giây, sau đó nhân kết quả với 3 để có nhịp tim trong 1 phút.
Đo nhịp tim thủ công là một phương pháp đơn giản và hiệu quả Để thực hiện, bạn cần đeo tai nghe và kiểm tra ống nghe Tiếp theo, đặt ống nghe lên các vị trí nghe của tim trong khoảng 10-20 giây Cuối cùng, sử dụng đồng hồ để xác định số nhịp tim.
Hình 2.2 Phương pháp đo nhịp tim bằng ống nghe
Nhận xét là một phương pháp phổ biến và đơn giản, dễ thực hiện mà không tốn chi phí Tuy nhiên, độ chính xác khi đo lường có thể bị ảnh hưởng bởi sự chênh lệch trong quá trình đếm thời gian.
Phương pháp 2: Phương pháp Oscillometric
Phương pháp đo huyết áp này kết hợp với việc theo dõi nhịp tim thông qua cảm biến áp suất gắn trên bắp tay, nơi có động mạch chạy qua Cảm biến ghi nhận sự thay đổi lưu lượng máu trong động mạch, tạo ra tín hiệu điện tương ứng Tín hiệu điện này biến đổi đồng bộ với nhịp tim, cho phép xác định chu kỳ nhịp tim một cách chính xác và từ đó thu được thông tin về tín hiệu điện tim.
Hình 2.3 Phương pháp đo nhịp tim bằng máy đo nhịp tim và huyết áp
Phương pháp này được sử dụng phổ biến để đo nhịp tim và huyết áp, với chi phí hợp lý và độ chính xác tương đối cao.
Phương pháp 3: Phương pháp điện tâm đồ
Để đo nhịp tim chính xác, các điện cực sẽ được gắn lên vùng ngực đã được khử trùng bằng cồn Trước khi tiến hành đo, cần lưu ý không ăn uống, không sử dụng phấn, dầu hay mỹ phẩm ở khu vực này Dòng điện từ nguồn sẽ đi qua các điện cực vào cơ thể và phản hồi thông tin nhịp tim Thiết bị sẽ hoạt động liên tục trong khoảng 24-48 tiếng, và dữ liệu sẽ được lưu trữ vào bộ nhớ.
Hình 2.4 Phương pháp đo nhịp tim bằng điện tâm đồ
Nhận xét là phương pháp đo lường phổ biến tại nhiều bệnh viện và trung tâm khám sức khỏe, nổi bật với độ chính xác cao và khả năng cung cấp nhiều thông số trong một khoảng thời gian ngắn Tuy nhiên, phương pháp này cũng gặp một số hạn chế, bao gồm chi phí sử dụng cao cho mỗi lần đo và khả năng gây ra tác dụng phụ do tiếp xúc với dòng điện cực hoặc các chất dùng để dán cố định, có thể gây cảm giác khó chịu cho người bệnh.
Phương pháp 4: phương pháp hấp thụ quang học
Phần mềm lập trình PIC16F887A
Trong đề tài này chúng ta sử dụng phần mềm CCS để lập trình PIC16F877A
Hướng dẫn sử dụng phần mềm CCS
- Bước 1: Mở chương trình phần mềm CCS
Hình 2.8 Giao diện chính của phần mềm CCS
- Bước 2: Tiến hành biên soạn chương trình
Hình 2.9 Biên soạn chương trình trong CCS
- Bước 3: Compile, Build chương trình
Hình 2.10 Kiểm tra lỗi của chương trình
Chuẩn giao tiếp UART
UART, which stands for "Universal Asynchronous Receiver/Transmitter," is an integrated circuit used for serial data transmission in both synchronous and asynchronous modes.
Kiểu truyền nối tiếp đồng bộ sử dụng một đường dữ liệu và một đường xung clock, trong đó thiết bị cung cấp xung clock đóng vai trò là chủ, còn thiết bị nhận xung clock là tớ Tốc độ truyền dữ liệu phụ thuộc vào tần số của xung clock.
Kiểu truyền nối tiếp bất đồng bộ bao gồm một đường phát dữ liệu và một đường nhận dữ liệu, không sử dụng tín hiệu xung clock, do đó được gọi là bất đồng bộ Để thực hiện việc truyền dữ liệu, cả hai bên phát và nhận cần tự tạo ra xung clock với tần số giống nhau, thường được gọi là tốc độ truyền dữ liệu (baud).
Hình 2.11 Kiểu giao tiếp UART Các thông số cơ bản của chuẩn truyền:
Tốc độ Baud là một yếu tố quan trọng trong truyền nhận dữ liệu không đồng bộ, xác định thời gian cho mỗi bit truyền nhận giữa hai module Để đảm bảo sự hiểu biết lẫn nhau, tốc độ baud cần được cài đặt trước khi bắt đầu truyền Theo định nghĩa, tốc độ baud là số bit được truyền trong một giây, với các mức phổ biến dao động từ 9600 baud đến 115200 và có thể cao hơn.
Khung truyền (frame) trong kiểu truyền thông nối tiếp được thiết kế để giảm thiểu mất mát dữ liệu, bên cạnh việc đảm bảo tốc độ truyền Nó quy định số bit trong mỗi lần truyền, bao gồm các bit thông báo như start và stop, cùng với các bit kiểm tra như parity, cũng như số bit trong dữ liệu.
- Bit Start (bit bắt đầu): là bit bắt đầu trong khung truyền Bit này nhằm mục đích báo cáo cho thuyết bị nhận biết quá trình bắt đầu.
- Data (dữ liệu): Dữ liệu cần truyền data không nhất thiết phải 8 bit có thể 5,6,7,8,9. Trong UART bit LSB được truyền đi trước, bit MSB được truyền đi sau
Bit chẵn lẻ, hay còn gọi là parity bit, là một phương pháp kiểm tra dữ liệu với hai loại: chẵn (even parity) và lẻ (odd parity) Khi UART nhận khung dữ liệu, nó sẽ đếm số bit có giá trị 1 và xác định xem tổng số đó là chẵn hay lẻ Đối với loại chẵn, số bit 1 trong khung dữ liệu phải là một số chẵn, trong khi đối với loại lẻ, số bit 1 phải là một số lẻ.
- Bit dừng: Để báo hiệu sự kết thúc của gói dữ liệu.
THIẾT KẾ VÀ THI CÔNG
Sơ đồ khối của hệ thống
Hệ thống bao gồm 7 khối được ghép lại với nhau:
Hình 3.12 Sơ khối của mạch hoàn chỉnh
KHỐI CẢM BIẾN (3) KHỐI MODULE SIM
Gồm 3 linh kiện được sử dụng: Nguồn adapter AC – DC 12V-3A, module giảm áp DC-DC LM2596, LM 1117T – 3,3.
Chức năng: Cung cấp nguồn điện 12VDC – 3A cho cấp vào 2 chân của In+ và In- của module giảm áp DC – DC LM2596 để tạo ra điện áp 5VDC -3A.
Hình 3.13 Nguồn adapter AC - DC 12V-3A
- Điện áp đầu vào: 100 – 240 V 50/60Hz
- Kích thước đầu chân cắm: 5.5mm * 2.5mm
3.1.1.2 Module giảm áp DC – DC LM2596
Adapter AC-DC 12V-3A được sử dụng để cung cấp nguồn cho module giảm áp DC-DC LM2596, giúp giảm áp từ 12VDC xuống 5VDC qua hai chân đầu ra Out+, Out- mà vẫn duy trì dòng điện 3A Điều này đảm bảo cung cấp đủ dòng cho các linh kiện trong mạch, đặc biệt là cho Module SIM800L.
Hình 3.14 Module hạ áp LM2596
- Điện áp đầu vào: Hoạt động từ 3V đến 30V.
- Điện áp đầu ra: Có thể điều chỉnh được trong khoảng 1.5V đến 30V.
- Dòng đáp ứng tối đa là: 3A.
- Kích thước bên ngoài: 45 (dài) * 20 (rộng) * 14 (cao) mm
Hình 3.15 Khối nguồn 12V và LM2596 trong proteus
Hình 3.16 Sơ đồ nguyên lý của LM2596
Chức năng của mạch là sử dụng điện áp đầu vào 5V để tạo ra điện áp ổn định 3.3V, phục vụ cho việc cung cấp năng lượng cho mạch so sánh điện áp op amp LM385 và cảm biến nhịp tim.
Hình 3.17 IC ổn áp LM1117 - 3.3V
- Điện áp ngõ vào: 5V – 9VDC
- Nhiệt độ hoạt động:Trong khoảng từ 0-125 0 C
Hình 3.18 Khối LM1117 -3.3V trong proteus
3.1.2 Khối xử lý trung tâm
Chức năng: Dùng để xử lý nhận và gửi dữ liệu, nhận giữ liệu từ cảm biến nhịp tim và gửi dữ liệu cho LCD16x2, module sim800L.
Vi xử lý PIC16F877A là một linh kiện phổ biến, thường được giảng dạy lý thuyết trong môn vi điều khiển và thực hành tại trường học, với giá thành hợp lý.
PIC 16F877A là một trong những dòng vi điều khiển PIC phổ biến, nổi bật với tính năng mạnh mẽ và bộ nhớ đủ lớn cho hầu hết các ứng dụng thông thường Đặc biệt, vi điều khiển này được trang bị cổng giao tiếp UART, cho phép kết nối dễ dàng với module SIM thông qua hai chân RC6 và RC7.
Hình 3.19 Vi điều khiển PIC 16F877A
Hình 3.20 Sơ đồ chân của PIC 16F877A
Thông số kỹ thuật của linh kiện:
- Số Port: 5 ports (A, B, C, D, E) vào ra với tín hiệu điều khiển độc lập
- Các cổng giao tiếp gồm có: UART, SPI, I2C
- Tần số hoạt động tối đa: 20MHz
- 2 bộ định thời 8 bits (Timer 0 và Timer 2)
- 1 bộ định thời 16 bits (Timer 1)
- 35 tập lệnh có độ dài 14 bits
- Bộ nhớ chương trình 8K x 14 bit
- Bộ nhớ dữ liệu 3698x8 byte RAM
Hình 3.21 Vi điều khiển PIC 16F877A trong protues 3.1.3 Khối cảm biến
Cảm biến nhịp tim dạng quang Pulse Sensor hoạt động dựa trên nguyên lý đo nhịp tim bằng ánh sáng, có kích thước nhỏ gọn và giao tiếp Analog dễ sử dụng, rất phù hợp cho các ứng dụng điện tử y sinh.
Hình 3.22 Cảm biến nhịp tim ngoài thực tế
- Độ dài dây đo: 61 cm (24 inch)
- Đường kính cảm biến: 1.6 cm (0.625 inch)
Cảm biến hoạt động dựa trên sensor quang đo nhịp tim, kết hợp với bộ khuếch đại tín hiệu và lọc nhiễu Nguyên lý hoạt động đơn giản, bao gồm ba thành phần chính: LED, LDR và vi điều khiển, với LED và LDR được sắp xếp theo một cấu trúc cụ thể.
Hình 3.23 Nguyên lý hoạt động của cảm biến khi ngón tay đặt vào
Khi trạng thái hoạt động, LED phát ra ánh sáng liên tục và LDR sẽ thu nhận ánh sáng phản xạ từ LED Cảm biến hoạt động trong hai trường hợp khác nhau.
Khi mạch máu giãn ra và có máu dẫn trong đó, ánh sáng từ LED sẽ bị hấp thụ nhiều hơn Điều này dẫn đến cường độ ánh sáng mà cảm biến quang (LDR) thu được sẽ giảm đi đáng kể, tạo ra sự thay đổi trong tín hiệu đầu ra.
Khi mạch máu co lại và không có máu dẫn, ánh sáng từ LED không bị hấp thụ bởi máu, dẫn đến cường độ ánh sáng thu được từ LDR cao hơn.
Từ đó, ta có thể nhận biết được sự thay đổi, qua đó xác định được thời điểm máu dẫn trong mạch máu, tức thời điểm tim đập.
Hình 3.24 Sơ đồ nguyên lý cảm biến pulse sensor
D1 – Reverse mount super bright green LED: nguồn phát sáng, qua đó phản xạ bởi cơ thể người được đọc bởi cảm biến ánh sáng.
R1: trờ hạn dòng cho LED D1.
Khối U1 – Ambient Light Sensor: khối cảm biến ánh sáng, có tín hiệu ngõ ra là dòng thay đổi theo cường độ ánh sáng nhận vào.
R2: điện trở tải cho khối U1.
C2: tụ lọc tín hiệu trước khi vào bộ lọc thông cao.
C3, R4, R5, R6, U2: phần tử cấu thành bộ lọc thông cao tích cực mô hình Sallen – key nhằm tránh nhiễu 50 Hz.
R3, R4: trở phân áp cho U2 có thể hoạt động với nguồn đơn.
D2: diode bảo vệ được lắp tại nguồn, chức năng bảo vệ mạch trong trường hợp cấp nguồn ngược.
Hình 3.25 Sơ đồ nguyên lý cảm biến nhịp tim trong proteus
Cảm biến nhịp tim hoạt động với 3 chân: chân nguồn 3V, chân nối đất và chân tín hiệu kết nối với chân số 3 của LM385 Khi đó, chân số 2 và số 3 của LM385 sẽ bắt đầu quá trình so sánh Nếu điện áp so sánh vượt quá 3V, tín hiệu đầu ra sẽ ở mức cao (3V), ngược lại, nếu điện áp dưới 3V, tín hiệu đầu ra sẽ ở mức thấp (0V).
Mạch so sánh điện áp trong vi điều khiển PIC 16F877A sử dụng điện áp 5V, với điện áp tham chiếu là 2V Khi điện áp đầu vào lớn hơn 2V, tín hiệu đầu ra sẽ ở mức cao (5V), trong khi nếu điện áp dưới 2V, tín hiệu đầu ra sẽ ở mức thấp (0V) Chân đầu ra được kết nối với RD3.
Nút nhấn start được sử dụng để bắt đầu quá trình đo nhịp tim Khi không bị ấn, nút nhấn ở trạng thái hở, dẫn đến ngõ vào có điện trở kéo lên nguồn, do đó mức logic tại ngõ vào là 1.
Khi có ta nhấn phím thì ngắn mạch ngõ vào xuống đất làm ngõ vào ở mức logic
0, khi nhã phím thì ngõ vào trở về lại mức logic 1.
Kiểm tra xem có nhấn hay không bằng cách kiểm tra mức logic nếu bằng 1 thì không nhấn, bằng 0 thì có nhấn.
Hình 3.26 Nút nhấn start trong proteus
Nút nhấn Reset trên mạch Pic hoạt động bằng cách cung cấp nguồn 5VDC vào chân Vpp thông qua điện trở phân áp 10K Ohm Khi nút không được nhấn, nguồn sẽ duy trì mức điện áp Vpp ở 1, cho phép hệ thống hoạt động bình thường Ngược lại, khi nhấn nút Reset, nguồn sẽ được nối về GND, làm giảm điện áp Vpp xuống 0, dẫn đến việc hệ thống được Reset.
Hình 3.27 Nút nhấn Reset trong proteus
Linh kiện sử dụng: nút nhấn 2 chân
Hình 3.28 Nút nhấn 2 chân ngoài thực tế
Chức năng: dùng để hiện thị nhịp tim lên cho người dùng Linh kiện sử dụng: màng hình LCD16x2
Hình 3.29 Màng hình LCD16x2 ngoài thực tế
Thiết bị hiển thị LCD hiện nay rất phổ biến và được ứng dụng rộng rãi trong các vi điều khiển LCD nổi bật với khả năng hiển thị đa dạng các ký tự, bao gồm chữ, số và ký tự đồ họa, mang lại sự trực quan cho người dùng Ngoài ra, nó dễ dàng tích hợp vào mạch ứng dụng thông qua nhiều giao thức giao tiếp khác nhau, tiêu tốn ít tài nguyên hệ thống và có giá thành phải chăng.
- Chân cấp nguồn Vcc-GND 2.7V đến 5.5V
- Điện áp ra mức cao (DB0-DB7) Min 2.4V
- Điện áp ra mức thấp (DB0-DB7) Max 0.4V
- Dòng điện cấp nguồn 350uA đến 600uA
Hình 3.30 Màng hình LCD16x2 trong proteus
Chức năng: Như một điện thoại có kích thước nhỏ dùng để gửi tin nhắn thông báo nhịp tim vượt ngưỡng cho người thân.
Linh kiện sử dụng: Module Sim 800L
Hình 3.31 Module SIM800L ngoài thực tế
Chức năng các chân của module sim 800l
VCC: Nguồn vào 4.2V ( hoạt động ổn định)
TXD: Chân truyền Uart TX.
RXD: Chân nhận Uart RX.
DTR: Chân UART DTR, thường không sẽ không sử dụng.
SPKP, SPKN: Ngõ ra âm thanh, nối với loa để phát âm thanh.
MICP, MICN: Ngõ vào âm thanh, phải gắn thêm Micro để thu âm thanh.
Reset: Chân khởi động lại Sim800L (thường không xài).
RING: Báo có cuộc gọi đến
Nguồn cấp từ 3.4V đến 4.3V nhưng Module Sim800L chỉ kết nối ổn định ở mức điện áp 4.2V – 4.3V.
RXD và TXD là hai chân giao tiếp của chuẩn UART RS232 trên port C, trong đó RXD kết nối với chân RC6 (TX) và TXD kết nối với chân RC7 (RX) của PIC.
Chức năng của Diode D5 là diode loại Si để giảm áp từ nguồn 5V xuống còn 4.3V cho Module Sim kết nối ổn định.
Hình 3.32 Module SIM800L trong proteus
Chức năng: Dùng để cảnh báo thành tiếng kêu cho người dùng nếu nhịp tim vượt ngưỡng cho phép.
Linh kiện sử dụng: Còi chíp cảnh báo 5VDC (Buzzer 5VDC)
Hình 3.33 Còi cảnh báo ngoài thực tế
- Dòng điện tiêu thụ: 80 dB
- Nhiệt độ hoạt động: từ-20 °C đến +70 °C
- Kích thước : Đường kính 12mm, cao 9,7mm
Hình 3.34 Còi cảnh báo trong proteus
Gồm một điện trở 330 Ohm có tác dụng phân áp, một transitor C1815 NPN có tác dụng như một công tắc và một còi Buzzer 5VDC
Một số linh kiện phụ
3.2.1 Thạch anh Để tốc độ xử lý của PIC16F877A được nhanh nhất, ta chọn thạch anh loại 20MHz có trị số khá bền vững, hầu như rất ít bị ảnh hưởng bởi các điều kiện môi trường bên ngoài Chức năng dùng để tạo ra khối dao động tao xung để đếm cho timer.
Hình 3.35 Thạch anh 20MHz ngoài thực tế
Hình 3.36 Thạch anh trong proteus 3.2.2 LED đơn
LED, viết tắt của Light Emitting Diode, hay còn gọi là "đi-ốt phát sáng", là nguồn sáng phát ra ánh sáng khi có dòng điện chạy qua Trong mạch điện, đèn LED đỏ sẽ nhấp nháy một lần mỗi khi có nhịp tim.
Hình 3.37 LED đơn ngoài thực tế
Mức logic 0 khiến đèn LED tắt, trong khi mức logic 1 làm đèn LED sáng Điện áp của đèn LED là 2V và dòng điện qua LED được chọn là 10mA Điện trở hạn dòng cho LED được tính toán dựa trên các thông số này.
Có thể dùng điện trở 300 hoặc 330
Hình 3.38 Điện trở và đèn led trong proteus
Sơ đồ nguyên lý tổng quát
Hình 3.39 Sơ đồ nguyên lý tổng quát trong proteus
Thiết kế mô hình
Hình 3.40 Mạch in hoàn chỉnh được vẽ trên phần mềm proteus
GIẢI THUẬT VÀ THUẬT TOÁN
Nguyên lý hoạt động của hệ thống
Hệ thống sử dụng nguồn điện 12VDC-3A và qua module LM2596 để hạ áp xuống 5VDC-3A, cung cấp năng lượng cho vi điều khiển PIC16F877A, khối cảnh báo và khối hiển thị Nguồn 5VDC-3A tiếp tục qua diode để còn 4.2V, phục vụ cho module SIM800L Đồng thời, nguồn 5VDC-3A cũng được chuyển qua LM1117 để tạo ra điện áp 3.3V, cung cấp cho cảm biến nhịp tim.
Sau khi cấp nguồn cho màn hình LCD 16x2, dòng chữ “KHOI DONG SIM…., VUI LONG CHO…” sẽ xuất hiện trong khoảng 10 giây Trong thời gian này, module SIM sẽ kiểm tra hoạt động của SIM Nếu SIM hoạt động bình thường, nó sẽ gửi một tin nhắn đến số điện thoại với nội dung “KHOI DONG THANH CONG”.
Để đo nhịp tim, người dùng nhấn nút Start, màn hình LCD 16x2 sẽ hiển thị dòng chữ “BAT DAU DO… ,KHONG BO TAY RA” Sau đó, người dùng cần đặt cảm biến nhịp tim bằng ngón tay cái và ngón tay chỏ trong 20 giây Cảm biến sẽ thu thập nhịp tim và chuyển đổi tín hiệu analog thành tín hiệu digital qua bộ so sánh Nhịp tim sẽ được so sánh với giá trị đặt trước, cụ thể là nhỏ hơn 40 bpm và lớn hơn 110 bpm.
Sau khi hoàn tất việc đo nhịp tim, kết quả sẽ được hiển thị trên màn hình LCD 16x2 với nội dung “NHỊP TIM,….(BMP)” Nếu nhịp tim vượt quá ngưỡng đã được thiết lập trước, hệ thống sẽ gửi một tin nhắn thông báo đến điện thoại.
“VUOT NGUONG CHO PHEP, NHIP TIM:……” đồng thời còi cảnh báo sẽ được kích hoạt
Lưu đồ giải thuật
Tắt LED Báo nhịp tim
Sai Biến tt1 = 1 Đúng Biến tt1 = 0
Sai Vượt ngưỡng Đúng Bật loa
Gửi tin nhắnTắt loa
THỰC NGHIỆM
Tiến trình thực nghiệm
Hình 5.41 Mạch cảm biến nhịp tim hoàn chỉnh
Hình 5.42 Mạch sau cảm biến nhịp tim hoàn chỉnh
Hình 5.43 Nhịp tim đo được vào hiển thị lên LCD16x2
Hình 5.44 Nhịp tim lúc đầu khi chưa đo
Hình 5.45 Tin nhắn được gửi từ module sim khi khởi động thành công và nhịp tim lớn hơn 110bmp
Hình 5.46 Tin nhắn được gửi từ module sim khi tay không chạm cảm biến nhịp tim bằng 0
Kết quả thực nghiệm
Nhịp tim đo bằng mạch thiết kế(bmp)
Nhịp tim đo bằng thủ công(bmp) Độ chênh lệch(bmp)
Bảng 2 số liệu thống kê nhịp tim sau 10 lần đo
Kết luận thực nghiệm
- Mạch truyền tín hiệu tốt và tốc độ xử lý nhanh
- Độ sai số không qua lớn
- Người dùng dễ thao tác và sử dụng
- Module Sim hoạt động ổn định
- Có tính ứng dụng vào thực tế cao
