Hệ thống đo đạc, theo dõi huyết áp và nhiệt độ cơ thể sử dụng kid arduino

TỔNG QUAN

ĐẶT VẤN ĐỀ

Trong cuộc sống hiện đại, sức khỏe đóng vai trò quan trọng, giúp nâng cao hiệu quả làm việc và tinh thần Việc duy trì sức khỏe tốt không chỉ là nhu cầu thiết yếu mà còn là yếu tố quyết định cho sự thành công trong công việc và cuộc sống hàng ngày.

Việt Nam đang chứng kiến nhu cầu thăm khám và điều trị bệnh ngày càng tăng, đặc biệt tại các thành phố lớn Sự tiến bộ của khoa học kỹ thuật, đặc biệt trong ngành điện tử, đã tạo ra các hệ thống xử lý và đo lường ngày càng nhỏ gọn và thông minh Trong lĩnh vực y sinh, các vi mạch và linh kiện có độ chính xác cao đã giúp phát triển những thiết bị theo dõi sức khỏe hiệu quả, từ đó giúp người dân phòng tránh các bệnh nguy hiểm và xây dựng lối sống lành mạnh.

Mạng viễn thông đang phát triển mạnh mẽ và trở nên phổ biến toàn cầu, được ứng dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực Sự phát triển nhanh chóng của các dịch vụ và ứng dụng thông tin qua mạng viễn thông mang lại tiện lợi, tiết kiệm thời gian và chi phí, đồng thời đảm bảo an toàn Chất lượng mạng viễn thông hiện nay đã tạo điều kiện cho sự phát triển của các ứng dụng điều khiển từ xa và tự động hóa.

Nhóm nghiên cứu đã phát triển “Hệ thống đo đạc, theo dõi huyết áp và nhiệt độ cơ thể sử dụng kit Arduino” nhằm hỗ trợ chăm sóc sức khỏe và giúp bác sĩ theo dõi tình trạng bệnh nhân dễ dàng, đặc biệt trong trường hợp khẩn cấp Thiết bị này được thiết kế ổn định, hoạt động tin cậy với độ chính xác và an toàn cao, đồng thời giao diện điều khiển đơn giản và hiển thị kết quả đo rõ ràng.

MỤC TIÊU

Máy đo huyết áp và nhiệt độ cơ thể giúp theo dõi sức khỏe dễ dàng và thuận tiện hơn Kết quả đo sẽ được gửi lên mạng để thống kê, từ đó cải thiện việc theo dõi tình trạng sức khỏe Thiết bị còn tích hợp GPS, có khả năng thông báo qua tin nhắn và gọi điện khi phát hiện sự cố hoặc huyết áp vượt mức cho phép.

NỘI DUNG NGHIÊN CỨU

Những nội dung nghiên cứu của đề tài bao gồm:

 NỘI DUNG 1: Cách thức đo huyết áp, xác định tâm thu, tâm trương, nhịp tim

 NỘI DUNG 2: Cách thức đo nhiệt độ cơ thể

 NỘI DUNG 3: Tìm hiểu về các loại cảm biến phù hợp với đề tài

 NỘI DUNG 4: Tìm hiểu cách thức giao tiếp và gửi dữ liệu lên Google

 NỘI DUNG 5: Tìm hiểu về hoạt động và cách thức giao tiếp của các module

 NỘI DUNG 6: Thiết kế hệ thống điều khiển

 NỘI DUNG 7: Thiết kế mô hình

 NỘI DUNG 8: Đánh giá kết quả thực hiện

GIỚI HẠN

Hệ thống đo đạc, theo dõi huyết áp và nhiệt độ cơ thể có các thông số sau:

 Hệ thống bao gồm 1 hộp điều khiển, vòng quấn tay (cuff), thiết bị đo nhiệt độ cơ thể

 Kích thước của hộp điều khiển 10,5 x 10,5 x 7cm

 Thiết bị đo huyết áp, nhịp tim, nhiệt độ cơ thể hiển thị lên màn hình OLED

 Kết quả sau mỗi lần đo huyết áp sẽ được gửi lên Google Spreadsheet thông qua Sim808 để thống kê

 Định vị GPS trong trường hợp có sự cố

 Gửi tin nhắn về vị trí tọa độ về số điện thoại đã lưu trước khi có sự cố

 Hiển thị thời gian thực trên màn hình chính OLED

 Thiết bị sử dụng pin Li-on 3.7V, 2500 mAh có thể sạc và có thể sử dụng trong vòng 1 tuần sau một lần sạc

 Khả năng định vị GPS chỉ ở những nơi thoáng, không định vị được trong tầng hầm hay một số chổ bị che chắn kín.

BỐ CỤC

Chương này giới thiệu lý do lựa chọn đề tài, xác định mục tiêu nghiên cứu, nội dung chính của nghiên cứu, các giới hạn về thông số, và cấu trúc của đồ án.

 Chương 2: Cơ Sở Lý Thuyết

Chương này trình bày các lý thuyết có liên quan đến các vấn đề mà đề tài sẽ dùng để thực hiện thiết kế, thi công cho đề tài

 Chương 3: Thiết Kế và Tính Tóan

Chương này tổng hợp các yêu cầu thiết kế và tính toán hệ thống, bao gồm sơ đồ nguyên lý cho toàn bộ mạch và từng phần của hệ thống.

 Chương 4: Thi công hệ thống

Chương này trình bày kết quả thi công phần cứng và những kết quả hình ảnh trên màn hình hay mô phỏng tín hiệu, kết quả thống kê

 Chương 5: Kết Quả, Nhận Xét và Đánh Giá

Chương này tổng hợp kết quả nghiên cứu, bao gồm thời gian thực hiện, các kết quả đạt được, nhận xét và đánh giá về đề tài, cùng với tính ứng dụng của nó trong thực tiễn.

 Chương 6: Kết Luận và Hướng Phát Triển

Chương này trình bày những kết quả đạt được so với mục tiêu ban đầu, đồng thời đưa ra nhận xét và đánh giá về những thành tựu của đề tài nghiên cứu Ngoài ra, chương cũng đề xuất hướng phát triển cho đề tài trong tương lai trong quá trình nghiên cứu.

CƠ SỞ LÝ THUYẾT

NGUYÊN LÝ ĐO HUYẾT ÁP

Huyết áp là áp lực máu trong động mạch, đóng vai trò quan trọng trong việc cung cấp máu tới các cơ quan trong cơ thể Đây là một chỉ số thiết yếu để đánh giá chức năng của hệ tim mạch và là một trong ba thông số (mạch, huyết áp, thở) quan trọng trong việc đánh giá tình trạng sống còn của bệnh nhân Hiện nay, phương pháp đo huyết áp phổ biến là phương pháp Korotkoff, sử dụng bao hơi để nghe âm thanh khi đo, và phương pháp Oscillometric, đo dao động áp lực trong cổ tay khi bệnh nhân đeo vòng bit.

2.1.2 H uyết áp tâm thu và huyết áp tâm trương

Hình 2 1: Huyết áp tâm thu và tâm trương

Huyết áp tâm thu là áp lực máu trong động mạch khi tim co bóp, trong khi huyết áp tâm trương là áp lực máu trong thời gian giữa hai nhịp đập của tim Giá trị huyết áp thay đổi theo độ tuổi, như được thể hiện trong bảng 2.1.

Tuổi Tối thiểu Trung bình Tối đa

Phương pháp Korotkoff là kỹ thuật đo huyết áp, trong đó bao hơi được bơm lên để ngăn chặn lưu thông máu qua động mạch cánh tay, đồng thời kết nối với cột thủy ngân của áp kế Ống nghe được đặt trên động mạch cánh tay bên dưới bao hơi để nghe tiếng đập của động mạch Khi bao hơi được bơm đầy, mạch sẽ không phát ra âm thanh, cho phép xác định huyết áp khi áp lực giảm.

Để đo huyết áp, xả bao hơi giúp cột thủy ngân trong áp kế giảm dần Âm thanh đầu tiên xuất hiện cho thấy máu bắt đầu lưu thông, và áp lực tại thời điểm này tương ứng với huyết áp tối đa Khi áp lực tiếp tục giảm, âm thanh nhẹ nhàng phản ánh huyết áp tâm thu (SBP) Tiếp theo, âm thanh trở nên mạnh mẽ hơn, và cuối cùng tất cả âm thanh biến mất, đánh dấu giá trị huyết áp tâm trương (DBP).

Nhịp tim là số lần tim đập trong một phút và có thể thay đổi tùy thuộc vào tuổi tác, tình trạng sức khỏe, kích thước cơ thể và thời gian trong ngày Ngoài ra, cảm xúc như sợ hãi, vui mừng hay lo lắng cũng có thể làm tăng nhịp tim của mỗi người.

Bảng 2 2: Nhịp tim theo độ tuổi [15]

ĐO NHIỆT ĐỘ CƠ THỂ

Máy đo huyết áp và nhịp tim còn tích hợp chức năng đo nhiệt độ cơ thể, giúp người dùng dễ dàng theo dõi sức khỏe của từng thành viên trong gia đình.

Động vật có vú, bao gồm con người, có khả năng duy trì nhiệt độ cơ thể ổn định bất chấp sự thay đổi của môi trường Nhiệt độ trung bình của cơ thể người là khoảng 37°C (70.8°F), với sự khác biệt giữa các cá nhân; trẻ em thường có nhiệt độ cao hơn người lớn, trong khi nam giới thường thấp hơn nữ giới Thân nhiệt có xu hướng thay đổi theo thời gian trong ngày, thấp nhất vào buổi sáng khi ngủ và cao nhất vào giữa buổi chiều, dao động từ 36°C đến 37.4°C (69.8°F - 71.2°F) Nhiệt độ cơ thể có thể tăng lên do nhiều yếu tố như ăn uống, vận động, căng thẳng, thời tiết ấm áp, hoặc khi cảm xúc mạnh Ngược lại, thân nhiệt có thể giảm trong điều kiện thời tiết lạnh Việc theo dõi thân nhiệt là rất quan trọng để phát hiện các vấn đề sức khỏe như sốt.

2.2.2 Một số vấn đề về thân nhiệt của cơ thể con người

Giảm thân nhiệt: là tình trạng mất nhiều nhiệt của cơ thể gây rối loạn giữa thải nhiệt và sinh nhiệt làm cho thân nhiệt giảm xuống

Tăng thân nhiệt là hiện tượng khi cơ thể tích tụ nhiệt, dẫn đến việc hạn chế khả năng thải nhiệt ra môi trường Tình trạng này có thể xảy ra do sự gia tăng sinh nhiệt hoặc do cả hai nguyên nhân kết hợp.

Nhiễm nóng: là tình trạng tăng thân nhiệt do môi trường có nhiệt độ quá cao, gây hạn chế thải nhiệt; gặp trong say nắng, say nóng

Sốt là trạng thái tăng thân nhiệt do rối loạn trung tâm điều hòa thân nhiệt, thường xảy ra dưới tác động của các yếu tố có hại, chủ yếu là nhiễm khuẩn Đây là phản ứng thích ứng toàn thân của động vật máu nóng và con người Trong lâm sàng, sốt được xác định khi nhiệt độ cơ thể bệnh nhân vượt quá mức bình thường, cụ thể là trên 37 độ C khi đo ở trực tràng.

2.2.3 Phân loại nhiệt kế a Một số loại nhiệt kế trên thị trường

Nhiệt kế số là thiết bị đo thân nhiệt chính xác và nhanh chóng, có thể sử dụng để đo ở miệng, hậu môn và nách Với nhiều loại kích thước và hình dáng khác nhau, người tiêu dùng có thể dễ dàng tìm mua nhiệt kế số tại các tiệm thuốc tây hoặc siêu thị.

Nhiệt kế điện đo nhiệt độ ở tai là một thiết bị nhanh chóng, chính xác và dễ sử dụng, hiện đang rất phổ biến Tuy nhiên, Hội Nhi Hoa Kỳ khuyến cáo không nên sử dụng cho trẻ em dưới 3 tháng tuổi do kích thước lỗ tai nhỏ của các em, có thể dẫn đến kết quả không chính xác.

Nhiệt kế thủy ngân từng rất phổ biến nhưng hiện nay ít được sử dụng, đặc biệt là cho trẻ em, do lo ngại về việc nhiệt kế có thể vỡ và thủy ngân rò rỉ vào miệng Tuy nhiên, lượng thủy ngân trong nhiệt kế là rất nhỏ.

Nhiệt kế đo nhiệt độ tại động mạch trán được công nhận là có độ chính xác tương đương với việc đo nhiệt độ ở hậu môn và chính xác hơn so với đo nhiệt độ ở tai.

Cảm biến hồng ngoại không tiếp xúc MLX90614 là lựa chọn lý tưởng để đo nhiệt độ cơ thể người nhờ vào độ chính xác cao, sai số nhỏ và độ phân giải tốt Với khả năng đo nhiệt độ của môi trường và vật thể mà không cần tiếp xúc, cảm biến này đảm bảo an toàn cho người sử dụng bằng cách cách ly điện Các loại cảm biến khác như LM35 hay DS18B20 không đáp ứng được yêu cầu khắt khe trong việc đo nhiệt độ cơ thể, do đó MLX90614 nổi bật như một giải pháp hiệu quả.

GIỚI THIỆU PHẦN CỨNG

2.3.1 Chuẩn giao tiếp I2C a Giới thiệu

I2C là viết tắc của từ Inter-Integrated Circuit là một chuẩn truyền thông do hãng điện tử Philips Semiconductor sáng lập và xây dựng thành chuẩn năm 1990

Hình 2 2: Sơ đồ khối kết nối theo chuẩn I2C

The I2C standard operates using two lines: SDA (Serial Data) and SCL (Serial Clock) These lines are configured as "open-drain" or "open-collector" on devices, which necessitates the use of pull-up resistors for proper functionality.

SDA- Serial Data là đường dữ liệu nối tiếp, nơi tất cả thông tin về địa chỉ và dữ liệu được truyền theo thứ tự từng bit một Trong chuẩn I2C, bit có trọng số lớn nhất (MSB) được truyền trước, điều này trái ngược với chuẩn UART.

SCL (Serial Clock) là đường xung nhịp trong giao thức truyền thông TWI (I2C), một chuẩn truyền thông nối tiếp đồng bộ Đường SCL cung cấp xung nhịp cần thiết cho quá trình truyền và nhận dữ liệu, với mỗi xung trên SCL tương ứng với một bit dữ liệu được truyền hoặc nhận qua đường SDA.

Trong hệ thống truyền dữ liệu I2C, thiết bị cung cấp xung clock được gọi là thiết bị chủ (master), trong khi thiết bị nhận xung clock được gọi là thiết bị tớ (slave) Hệ thống có thể hỗ trợ nhiều thiết bị tớ, lên đến 128 thiết bị, nhưng chỉ có một thiết bị chủ Mỗi thiết bị tớ có một địa chỉ riêng biệt, cho phép thiết bị chủ lựa chọn giao tiếp với thiết bị tớ phù hợp Địa chỉ của các thiết bị tớ thường được cài đặt sẵn bởi nhà sản xuất.

Điều kiện bắt đầu (START Condition) xảy ra khi hệ thống ở trạng thái nghỉ, với cả SDA và SCL ở mức cao Khi Master muốn giao tiếp với Slave, Master sẽ kéo chân SDA xuống thấp trong khi SCL vẫn giữ ở mức cao Trạng thái này được gọi tắt là S.

Điều kiện STOP là một yếu tố quan trọng trong quá trình truyền và nhận dữ liệu Khi Master muốn kết thúc quá trình, nó sẽ tạo ra một điều kiện STOP bằng cách kéo chân SDA lên cao.

SCL đang ở mức cao STOP condition chỉ được tạo ra sau khi địa chỉ hoặc dữ liệu đã được truyền/nhận

REPEAT START là một trạng thái bắt đầu lặp lại trong giao thức truyền thông, diễn ra giữa điều kiện START và STOP Trong khoảng thời gian này, các Master khác không thể can thiệp vào đường truyền Nếu sau khi hoàn tất quá trình truyền/nhận mà Master không gửi STOP condition, mà thay vào đó gửi thêm một START condition, thì đó được gọi là REPEAT START Tính năng này thường được sử dụng khi Master cần thu thập dữ liệu liên tiếp từ các Slaves Hình ảnh minh họa dưới đây thể hiện cách các Master tạo ra các tín hiệu START, STOP và REPEAT START.

Hình 2 3: Trạng thái bit Start và bit Stop b Giới thiệu giao thức SMBus

SMBus (System Management Bus) là một giao diện hai dây cho phép các chip thành phần trong các hệ thống khác nhau giao tiếp với nhau và với các phần khác của hệ thống Giao diện này được xây dựng dựa trên các nguyên tắc của chuẩn giao tiếp I2C.

SMBus là một giao thức thường được áp dụng trong máy tính cá nhân, pin thông minh, hệ thống điều khiển nhiệt độ và quản lý giao tiếp với băng thông thấp.

Bảng 2 3: So sánh điểm khác nhau giữa SMBus với I2C

VIL Ngõ vào mức thấp 1.5 V 0.8 V

VIH Ngõ vào mức cao 3.5 V 2.1 V

IPULL_UP Dòng từ điện trở kéo lên N/A 100-350 uA fSCL Tần số xung clock Max 100 kHz 10-100 kHz

Hình 2 5: Khoảng xung nhịp giữa SDA và SCL trong chuẩn SMBus

SMBus đòi hỏi SMBDAT (SDA) vẫn giữ nguyên nguyên trạng thái khoảng 300ns sau cạnh xuống của SMBCLK (SCL)

Một điểm khác biệt nữa giữa các thiết bị Master và Slave là khả năng chuyển đổi giữa hai chế độ này Tuy nhiên, trong mỗi thời điểm, hệ thống chỉ cho phép tồn tại một thiết bị Master duy nhất Nếu có nhiều thiết bị cùng phát tín hiệu yêu cầu làm Master, SMBus sẽ cung cấp cơ chế để xử lý tình huống này.

“trọng tài” dựa trên cơ chế wired-AND

2.3.2 Board Arduino Nano a Sơ lược

Arduino đang ngày càng phổ biến trên toàn thế giới, bao gồm cả Việt Nam, nhờ vào sức mạnh vượt trội và nhiều ứng dụng độc đáo của người dùng trong cộng đồng mã nguồn mở.

Arduino là một bo mạch vi xử lý phổ biến, cho phép lập trình viên tương tác với các thiết bị phần cứng như cảm biến, động cơ và đèn.

Arduino được ra mắt lần đầu tiên vào năm 2005 tại thị trấn Ivrea, Ý, với tên gọi theo vị vua Arduin của thế kỷ 9 Dự án do giáo sư Massimo Banzi phát triển tại trường Interaction Design Institute Ivrea (IDII) nhằm mang đến giải pháp dễ dàng và tiết kiệm cho sinh viên, người yêu thích và chuyên gia trong việc tạo ra các thiết bị tương tác với môi trường qua cảm biến và cơ cấu chấp hành Các dự án phổ biến cho người mới bắt đầu bao gồm robot đơn giản và hệ thống giám sát nhiệt độ, độ ẩm Arduino đi kèm với môi trường phát triển tích hợp (IDE), cho phép người dùng viết chương trình bằng ngôn ngữ C hoặc C++ trên máy tính cá nhân.

Arduino Nano là một bo mạch thuộc dòng Arduino, sử dụng vi xử lý ATmega328 (trên phiên bản Nano 3.x) hoặc ATmega168 (trên phiên bản Nano 2.x) Bo mạch này được thiết kế nhỏ gọn và tích hợp nhiều thành phần quan trọng.

 Cổng mini USB: đây là cổng giao tiếp dùng để nạp code và cấp nguồn cho board hoạt động

Bảng mạch có 14 chân I/O được đánh số từ 0 đến 13, có khả năng xuất nhập dữ liệu số Trong số đó, 6 chân có chức năng tạo xung PWM Ngoài ra, bảng mạch còn bao gồm các chân ngõ ra GND, VCC, AREF và 3V3.

 Có 8 chân Analog đánh số từ A0 đến A7 có chức năng nhận tín hiệu tương tự từ bên ngoài

 Vi điều khiển AVR: đây là bộ xử lý trung tâm của toàn mạch

Bảng 2 4: Một số thông số chính của board Arduino Nano

Vi xử lý ATmega328 (phiên bản V3.0) Điện áp hoạt động: 5V Điện áp ngõ vào: 5 - 12 V

Số lượng chân số (digital): 14 trong đó có 6 chân cung cấp điều xung

Chân ngõ vào tương tự

Dòng điện mỗi chân I/O: 40 mA

Bộ nhớ flash: 16kB (ATmega168) 32 kB (ATmega328) trong đó sử dụng 2 kB cho bootloader

SRAM: 1KB ( ATmega168) 2 KB (ATmega328)

EEPROM: 512 bytes ( ATmega168) 1 KB (ATmega328)

Tần số xung clock: 16 MHz

Kích thước 0.7 đến 1.7 inch c Vi điều khiển ATmega328

Hình 2 7: Vi điều khiển ATmega328

TÍNH TOÁN VÀ THIẾT KẾ

GIỚI THIỆU

Từ yêu cầu của đề tài thì chúng ta thiết kế hệ thống theo các yêu cầu sau:

Huyết áp và nhiệt độ có thể được đo một cách chính xác nhờ vào các thiết bị ngoại vi kết nối, mang lại sự thuận tiện và dễ dàng cho người sử dụng.

 Có thể gửi dữ liệu, nhắn tin, gọi điện thoại và định vị trí cho thiết bị

 Sử dụng vi điều khiển giá thành rẻ mà vẫn đáp ứng đầy đủ các nhu cầu của thiết bị

 Hiển thị thông tin và thời gian thực trên màn hình Màn hình phải tiết kiệm năng lượng.

TÍNH TOÁN VÀ THIẾT KẾ HỆ THỐNG

3.2.1 Thiết kế sơ đồ khối hệ thống

Hình 3 1: Sơ đồ khối tổng quát của thiết bị

Khối động cơ, van xả

Khối phím nhấn Khối cảm biến

Khối vi điều khiển là khối trung tâm của hệ thống, có vai trò điều khiển các khối khác trong thiết bị hoạt động

 Đọc dữ liệu từ các cảm biến

 Giao tiếp với SIM để truyền dữ liệu, định vị GPS, gọi và nhắn tin cảnh báo

 Giao tiếp với màn hình hiển thị OLED

 Giao tiếp với IC thời gian thực

 Điều khiển động cơ bơm hơi và van xả

Khối cảm biến có vai trò quan trọng trong việc tiếp nhận tín hiệu từ môi trường bên ngoài để chuyển giao cho vi điều khiển xử lý Đối với yêu cầu của đề tài, thiết bị được trang bị hai loại cảm biến: cảm biến áp suất dùng để đo huyết áp và cảm biến hồng ngoại không tiếp xúc nhằm đo nhiệt độ cơ thể.

Khối hiển thi ̣ có chức năng hiển thi ̣ các thông tin cần thiết về sự hoa ̣t đô ̣ng của thiết bi ̣ như:

 Hiển thị thời gian thực: giờ, phút, giây, ngày, tháng, năm

 Hiển thị giá trị huyết áp, nhịp tim đo được

 Hiển thị giá trị nhiệt độ đo được

Khối SIM có vai trò quan trọng đối với hoa ̣t đô ̣ng của thiết bi ̣ với các chức năng sau:

 Gọi và nhắn tin cảnh báo cho người thân khi huyết áp vượt mức cho phép

 Gửi dữ liệu đo được từ cảm biến lên Google Spreadsheet

 Định vị GPS để xác định vị trí của người thân

Nhằm đem lại sự tiện lợi cho người sử dụng trong việc theo dõi thời gian để đo huyết áp cũng như nhiệt độ cơ thể

 Khối động cơ, van xả

Khối động cơ bơm và van xả khí là hai bộ phận quan trọng trong việc tạo áp suất ban đầu, giúp theo dõi huyết áp và nhịp tim một cách hiệu quả.

Là khối nhận tín hiệu vào từ các phím nhấn giúp ta lựa chọn chức năng của máy Máy đo có các phím lựa chọn như:

 Phím đo huyết áp: dùng để khởi động chức năng đo huyết áp

 Phím đo nhiệt độ cơ thể: khởi động chức năng đo nhiệt độ cơ thể

 Phím SOS: dùng để cảnh báo bằng tay trong các trường hợp khẩn cấp, ví dụ như té ngã, lạc đường,…

Khối nguồn đóng vai trò quan trọng trong việc cung cấp điện cho toàn bộ hệ thống, vì vậy cần đảm bảo cung cấp đủ dòng và đủ áp cho từng khối để các khối hoạt động hiệu quả.

3.2.2 Tính toán và thiết kế mạch a Khối điều khiển

Hiện nay trên thị trường có nhiều dòng vi điều khiển khác nhau như: PIC, AVR,

8051, Raspberry, Arduino,… tất cả đều có thể đáp ứng được yêu cầu đặt ra nhưng nhóm chọn Arduino vì những ưu điểm sau:

 Giá thành rẻ, là module hoàn chỉnh sử dụng vi điều khiển AVR

 Là dòng vi điều khiển mã nguồn mở, có nhiều thư viện hỗ trợ cho các module chức năng khác nhau, trình biên dịch dễ sử dụng

 Sơ đồ nguyên lý kết nối của Arduino Nano

Hình 3 2: Sơ đồ chân của Arduino Nano Điện áp hoạt động: 5V

Dòng điện trên mỗi chân I/O: 40mA

Dòng điện tiêu thụ cho 14 chân digital:

= 14 40 = 560 (3.1) Đối với thiết bị này thì chỉ sử dụng 5 chân digital của Arduino Nano, nên dòng tiêu thụ của Arduino Nano là:

Lựa chọn: đây là những cảm biến đọc dữ liệu từ cơ thể nên cần có độ phân giải cao, sai số nhỏ

 Để đo huyết áp nhóm chọn cảm biến áp suất MPX5050

Cảm biến MPX5050 hoạt động với điện áp 5V và dòng điện 7mA, có khả năng đo áp suất tối đa lên đến 50 kPa (tương đương 375 mmHg) Giá trị đọc từ cảm biến là điện áp (Vcambien), và để chuyển đổi những giá trị này thành huyết áp theo đơn vị mmHg, chúng ta cần sử dụng các công thức chuyển đổi phù hợp.

Vì sử dụng vi điều khiển Arduino Nano có chân Analog với độ phân giải là 10 bit

Chọn điện áp tham chiếu là VREF-=0V, VREF+ =5V

Chuyển đổi giá trị áp suất: pressure = ∗ ∗

 5000 là giá trị điện áp vào 5V

 1023 là giá tri chuyển đổi ADC 10 bit( 210-1)

 90 là độ nhạy của cảm biến mV/kPa

 7.5061 là giá trị chuyển đổi giữa kPa sang mmHg ( 1kPa = 7.5061 mmHg)

 Value giá trị trả về tương ứng với mức điện áp đọc được

Công thức tính giá trị huyết áp trung bình ( MAP)

 MAP : Là giá trị huyết áp trung bình (Mean Arterial Pressure)

 Diatolic : Là huyết ap tâm trương

 Systolic : Là huyết áp tâm thu

 Để đo nhiệt độ cơ thể nhóm chọn cảm biến hồng ngoại không tiếp xúc MLX90614

Hình 3 4: Sơ đồ kết nối module cảm biến MLX90614 Điện áp hoạt động: 5V

Dòng điện tiêu thụ: 25mA

Giới hạn đo nhiệt độ môi trường (TA) và vật thể (TO) nằm trong khoảng từ -40 đến 125 độ C, với địa chỉ RAM 0x0000 tương ứng với -40 độ C và 0x4074 (16500d) tương ứng với 125 độ C Độ phân giải của ngõ ra là 0.01 độ K, và để đọc nhiệt độ ở đơn vị Kelvin, ta sử dụng công thức phù hợp.

= (0 07) 0.01 (3.6) Để chuyển từ độ Kelvin (độ K) sang độ Celsius (độ C) thì ta lấy độ K trừ cho

Lựa chọn: có nhiều loại màn hình hiển thị khác nhau như: LCD 16x2, LCD20x4, LCD Nokia 5110, LCD OLED,… Nhóm lựa chon màn hình LCD OLED vì có:

 Độ phân giải cao (128x64 pixel)

 Giao tiếp với vi điều khiển theo chuẩn I2C nên tiết kiệm chân giao tiếp

Hình 3 5: Sơ đồ kết nối màn hình LCD OLED Điện áp hoạt động: 5V

Dòng điện tiêu thụ: 15mA d Khối SIM

Nhóm đã chọn module SIM808 để đáp ứng yêu cầu đề tài, vì nó không chỉ hỗ trợ chức năng gọi và nhắn tin mà còn tích hợp GPRS cho việc truyền nhận dữ liệu và GPS để định vị tọa độ người sử dụng Module này hoạt động với điện áp 5V.

Dòng điện tối thiểu để cho module hoạt động: 1A.

Hình 3 6: Sơ đồ kết nối module SIM808 e Khối thời gian thực

Lựa chon: nhóm đã sử dụng IC DS1307 để giao tiếp với vi điều khiển theo chuẩn I2C

Hình 3 7: Sơ đồ nguyên lý thời gian thực DS1307 Điện áp hoạt động: 5V

Dòng điện tiêu thụ: 1.5mA f Khối động cơ, van xả

Để đảm bảo hoạt động hiệu quả, nhóm đã chọn động cơ và van xả điện từ từ các máy đo huyết áp phổ biến của hãng Omron, nhằm đạt được độ chính xác cao trong quá trình xử lý.

Để điều khiển động cơ xả và van khí, có nhiều phương pháp như relay, triac, và transistor Tuy nhiên, do động cơ và van xả có dòng tiêu thụ nhỏ, nhóm đã quyết định sử dụng IC đệm ULN2803 để giúp mạch điện trở nên gọn gàng hơn.

Hình 3 9: Sơ đồ nguyên lý nút nhấn h Khối nguồn

Bảng 3 1: Dòng và áp tiêu thụ hệ thống

Tên linh kiện Điện áp (V) Dòng điện (mA)

Cảm biến áp suất MPX505 5 10

Dòng tiêu thụ toàn hệ thống: 15+25+10+100+1500+20 = 1670 mA

Từ bảng trên ta thấy, hệ thống sử dụng nguồn 5V, dòng điện tiêu thụ khoảng 1670mA ta có sự lựa chọn sau:

 Pin: nhóm đã sử dụng pin Li-on 3.7V, 2500mAh là 1 pin phổ biến trên thị trường có giá thành rẻ và đặc biệt là dung lượng pin lớn

 Mạch nạp: vì pin có giá trị 3.7V nên cần có một mạch nạp để nạp cho pin, nhóm đã sử dụng mach nạp pin Li-on

Nhóm đã sử dụng module DC-DC HT016 để nâng điện áp từ pin 3.7V lên 5V cho thiết bị, đáp ứng yêu cầu về điện áp Với dòng tối đa 2A mà module cung cấp, hệ thống hoạt động một cách ổn định và hiệu quả.

Hình 3 10: Sơ đồ chân kết nối với nguồn

3.2.3 Sơ đồ nguyên lý của toàn mạch

Hình 3 11: Sơ đồ nguyên lý của thiết bị

Dựa trên sơ đồ khối, mạch nguyên lý của thiết bị được thiết kế với Arduino Nano làm trung tâm xử lý, nhận tín hiệu điều khiển từ các nút nhấn ở chân D2, D3 và D5 Thiết bị điều khiển động cơ bơm và van xả thông qua chân D12 và D11 Giá trị từ cảm biến áp suất (kết nối chân A0) và cảm biến hồng ngoại không tiếp xúc (theo chuẩn I2C) được hiển thị trên màn hình OLED qua các chân SDA, SCL và chân D4 với chức năng reset Ngoài ra, Arduino Nano cũng thực hiện giao tiếp truyền dữ liệu và nhận thông tin định vị từ module SIM808 qua chân D8, D9.

NHỮNG TIÊU CHUẨN DÀNH CHO THIẾT BỊ Y TẾ

ISO 13485 thiết lập các yêu cầu cho hệ thống quản lý chất lượng nhằm đảm bảo sự phù hợp trong ngành công nghiệp thiết bị y tế Tiêu chuẩn này tuân thủ cấu trúc, định dạng và phương pháp tiếp cận theo quy trình của TCVN ISO 9001.

TCVN ISO 9001 là tiêu chuẩn dùng cho các hệ thống quản lý chất lượng nói chung

TCVN 8331:2010 cung cấp hướng dẫn cho việc phát triển, bổ sung và duy trì hệ thống quản lý chất lượng nhằm đáp ứng tiêu chuẩn TCVN ISO 13485 (ISO 13485) Tiêu chuẩn này áp dụng cho các cơ quan thiết kế, phát triển, sản xuất, lắp đặt và vận hành thiết bị y tế, cũng như cho các dịch vụ liên quan Hướng dẫn này bao quát một phạm vi rộng lớn các thiết bị y tế và dịch vụ liên quan, giúp đảm bảo chất lượng trong ngành y tế.

TCVN ISO 9004 cung cấp hướng dẫn chi tiết về các mục tiêu của hệ thống quản lý chất lượng, vượt ra ngoài các tiêu chuẩn thông thường Tiêu chuẩn này đặc biệt nhấn mạnh tầm quan trọng của việc cải tiến liên tục hiệu suất và hiệu quả toàn bộ tổ chức, cũng như nâng cao tính hiệu lực của hệ thống quản lý.

THI CÔNG HỆ THỐNG

KẾT QUẢ_NHẬN XÉT_ĐÁNH GIÁ