Ứng dụng raspberry pi giám sát nhịp tim thông qua trang web

TỔNG QUAN

ĐẶT VẤN ĐỀ

Trong bối cảnh toàn cầu hóa và công nghệ hóa hiện nay, Việt Nam đang có những bước tiến quan trọng trong việc hội nhập với xu thế phát triển toàn cầu, đặc biệt trong lĩnh vực công nghệ thông tin Nhu cầu sử dụng máy tính ngày càng tăng, đặc biệt trong các lĩnh vực thương mại, dịch vụ, y tế và giáo dục, khiến hầu hết các cơ quan đều trang bị hệ thống máy tính Công nghệ thông tin không chỉ mang lại tiện ích mà còn trở thành đối tượng nghiên cứu của nhiều ngành khoa học liên ngành Trong y học, các thành tựu khoa học đã dẫn đến sự phát triển của nhiều thiết bị y tế tiên tiến, nâng cao khả năng chẩn đoán và hiệu quả điều trị, từ đó thúc đẩy sự hình thành và phát triển của ngành Kỹ Thuật Y Sinh.

Trong lĩnh vực Kỹ Thuật Y Sinh, điện tử y sinh đóng vai trò quan trọng trong việc cung cấp thiết bị hiện đại cho chẩn đoán và điều trị bệnh Sự phát triển không ngừng của các thiết bị này yêu cầu người sử dụng phải có kiến thức vững vàng về nguyên lý hoạt động của chúng để đảm bảo việc điều khiển an toàn và hiệu quả Việc kết nối thiết bị y tế với máy tính là cần thiết, giúp bác sĩ theo dõi và lưu trữ thông tin bệnh nhân một cách thuận tiện Chẳng hạn, thiết bị đo điện tim (ECG) khi kết nối với máy tính cho phép bác sĩ theo dõi liên tục tình trạng bệnh nhân, phát hiện những thay đổi bất thường và can thiệp kịp thời Hơn nữa, thiết bị này còn thay thế y tá trong việc lưu trữ dữ liệu, giảm thiểu sai sót và hậu quả đáng tiếc do bất cẩn.

Máy đo điện tim, hay điện tâm đồ, hiện đang được sử dụng rộng rãi trong các bệnh viện và phòng khám để ghi lại sóng điện tim, theo dõi hoạt động của tim, từ đó hỗ trợ chẩn đoán và điều trị hiệu quả các bệnh lý liên quan đến tim mạch.

Tuy nhiên để máy điện tâm đồ hoạt động tốt thì cần các phương pháp để thu thập tín hiệu ECG

Sự phát triển của công nghệ Internet of Things (IoT) đã dẫn đến việc ra đời các thiết bị thông minh có khả năng theo dõi và xác định các thông số sinh tồn của bệnh nhân, như máy đo điện tim (ECG) để xác định nhịp tim Điều này không chỉ đáp ứng nhu cầu ngày càng cao về chăm sóc sức khỏe mà còn tạo điều kiện cho việc kết nối và truyền tải dữ liệu qua internet.

Theo dõi và giám sát sức khỏe bệnh nhân từ xa vẫn còn là khái niệm mới mẻ tại Việt Nam, trong khi nhiều quốc gia có nền khoa học phát triển đã nghiên cứu và đạt được nhiều thành tựu trong lĩnh vực này.

Một số đề tài gần đây đã được thực hiện có liên quan đến việc giám sát thông số sức khỏe từ xa như

Tác giả Phạm Thái Bình và Tiết Xuân Sang đã sử dụng vi điều khiển MSP430G2553 kết hợp với module RF HM-TRP 433 để lập trình giao tiếp và thu thập dữ liệu từ cảm biến đo nhịp tim Dữ liệu sau khi xử lý sẽ được gửi qua SMS nhằm giám sát sức khỏe bệnh nhân hiệu quả.

Tuy nhiên giới hạn số lượng người xem, quá trình thu thập và gửi dữ liệu không đồng thời, tốn kém về tài chính

Tác giả J Morón và A Gázquez đã nghiên cứu việc quản lý sức khỏe bằng bộ cảm biến không dây trong lĩnh vực y tế thông qua công nghệ Bluetooth Hệ thống này cho phép giám sát tình trạng sức khỏe của bệnh nhân và cập nhật thông tin lên trang web, mang lại lợi ích lớn cho việc theo dõi sức khỏe từ xa.

Tuy nhiên phạm vi kết nối ngắn, dễ bị nhiễu và bắt sóng kém khi có vật cản

Luận văn này phát triển một ứng dụng sử dụng kit Raspberry làm trung tâm giao tiếp, kết nối với thiết bị đo nhịp tim để lưu trữ dữ liệu và hiển thị trên web dưới dạng đồ thị Bác sĩ có thể theo dõi thông tin nhịp tim được cập nhật trên trang web, từ đó kịp thời đánh giá tình trạng sức khỏe của bệnh nhân.

MỤC TIÊU

 Thiết kế bộ đo thống số nhịp tim và đưa dữ liệu nhịp tim lên máy chủ (Raspberry Pi)

 Xây dựng web server trên máy chủ

 Cung cấp nhịp tim của bệnh nhân liên tục theo thời gian thực dưới dạng đồ thị trên trang web.

NỘI DUNG NGHIÊN CỨU

 Tìm hiểu và thiết kế khối đo nhịp tim

 Tìm hiểu ngôn ngữ lập trình python, ngôn ngữ lập trình web (HTML, PHP) và thiết kế trang web

 Thu thập dữ liệu nhịp tim đo được từ module lên Raspberry Pi

 Tìm hiểu cở sở dữ liệu MySQL, tạo cơ sở dữ liệu nhịp tim trên Raspberry Pi và đồng thời đưa dữ liệu lên web dưới dạng đồ thị

 Chạy thử nghiệm và cân chỉnh hệ thống

 Đánh giá kết quả thực hiện

GIỚI HẠN

 Chưa kết hợp được nhiều thiết bị y tế (nhiệt độ, huyết áp…)

 Chưa tạo có thể chẩn đoán được bệnh tình bệnh nhân thông qua nhịp tim thu được

 Hạn chế phạm vi kết nối.

BỐ CỤC

Luận văn được chia thành các chương chi tiết, mỗi chương thể hiện một nội dung đặc trưng như sau:

Chương này trình bày đặt vấn đề dẫn nhập lý do chọn đề tài, mục tiêu, nôi dung nghiên cứu, các giới hạn và bố cục đồ án

 Chương 2: Cơ Sở Lý Thuyết

Chương này cung cấp cái nhìn tổng quát về ngôn ngữ lập trình Python, cùng với các ngôn ngữ lập trình web như HTML, PHP và JavaScript, cũng như ngôn ngữ truy vấn SQL Bên cạnh đó, chương còn giới thiệu về web server và tín hiệu ECG.

 Chương 3: Tính Toán và Thiết Kế

Chương này cung cấp cái nhìn tổng quan về sơ đồ khối hệ thống và sơ đồ khối của module đo nhịp tim Nó bao gồm quá trình tính toán và lựa chọn linh kiện phù hợp cho module, đồng thời hướng dẫn cách chọn hệ điều hành và cài đặt hệ điều hành cho Raspberry Pi.

 Chương 4: Thi Công Hệ Thống

Chương này mô tả quy trình lưu trữ dữ liệu nhịp từ module lên Raspberry Pi vào MySQL, sau đó cập nhật lên website Cuối cùng, quá trình thi công, lắp ráp và kiểm tra mạch sẽ được thực hiện.

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

Chương này trình bày về kết quả giám sát nhịp tim từ xa, từ đó đưa ra các đánh giá, nhận xét

 Chương 6: Kết Luận và Hướng Phát Triển

Chương này tổng kết những kết quả đã đạt được, đồng thời đánh giá các ưu điểm và nhược điểm của đề tài Từ đó, chúng tôi đề xuất hướng phát triển tiếp theo cho nghiên cứu.

CƠ SỞ LÝ THUYẾT

TỔNG QUAN VỀ NGÔN NGỮ LẬP TRÌNH PYTHON

Python là một ngôn ngữ lập trình thông dịch do Guido van Rossum tạo ra năm

1990 Python hoàn toàn tạo kiểu động và dùng cơ chế cấp phát bộ nhớ tự động, do vậy nó tương tự như Perl, Ruby, Scheme, Smalltalk, và Tcl

Python được phát triển trong một dự án mã mở, do tổ chức phi lợi nhuận

Python, do Quỹ Phần mềm Python quản lý, là một ngôn ngữ lập trình dễ học và mạnh mẽ, nổi bật với cấu trúc dữ liệu cấp cao và lập trình hướng đối tượng đơn giản Cú pháp tao nhã và kiểu dữ liệu động của Python, cùng với khả năng thông dịch, khiến nó trở thành lựa chọn hàng đầu cho việc viết kịch bản và phát triển ứng dụng nhanh chóng trong nhiều lĩnh vực và trên hầu hết mọi hệ thống.

Trình thông dịch Python cùng với bộ thư viện chuẩn đầy đủ được cung cấp miễn phí dưới dạng mã nguồn hoặc nhị phân cho tất cả các hệ điều hành chính tại trang chủ Python.

2.1.2 Đăc điểm ngôn ngữ lập trình Python

Python được thiết kế để trở thành một ngôn ngữ dễ học, mã nguồn dễ đọc, bố cục trực quan, dễ hiểu

Python sử dụng từ khóa tiếng Anh, giảm thiểu ký hiệu và cấu trúc phức tạp so với các ngôn ngữ lập trình khác Ngôn ngữ này phân biệt chữ hoa và chữ thường, và các từ khóa đều được viết bằng chữ thường như trong C/C++.

Trong nhiều ngôn ngữ lập trình, khối lệnh được xác định bằng cặp ký hiệu hoặc từ khóa, như trong C/C++ với cặp ngoặc nhọn { } Tuy nhiên, Python sử dụng một phương pháp độc đáo để tạo khối lệnh, đó là thông qua việc thụt lề các câu lệnh bên trong khối lệnh chứa nó, tạo ra sự phân biệt rõ ràng.

Python được phát triển từ nhiều ngôn ngữ khác nhau, tạo ra các phiên bản khác nhau Phiên bản chính của Python, gọi là Cpython, được lập trình bằng ngôn ngữ C và đi kèm với một thư viện chuẩn lớn được viết bằng cả C và Python Cpython có khả năng chạy trên nhiều nền tảng khác nhau, cho phép tính di động linh hoạt Dưới đây là danh sách các nền tảng mà Cpython có thể hoạt động.

Ngoài Cpython, còn có hai hiện thực Python khác: Jython cho môi trường Java và IronPython cho môi trường NET và Mono

Python là một ngôn ngữ lập trình thông dịch, giúp tiết kiệm thời gian phát triển ứng dụng vì không cần biên dịch và liên kết Trình thông dịch có thể chạy file script hoặc hoạt động theo cách tương tác, cho phép người dùng nhập biểu thức và nhận kết quả ngay lập tức, tương tự như shell của hệ điều hành Unix Tính năng này rất hữu ích cho người mới học, giúp họ khám phá ngôn ngữ và cho phép lập trình viên thử nghiệm mã lệnh trong quá trình phát triển phần mềm Ngoài ra, Python cũng có thể được sử dụng để thực hiện các phép tính đơn giản như máy tính bỏ túi.

Trong Python, mỗi câu lệnh được viết trên một dòng mã nguồn và không cần kết thúc bằng ký tự đặc biệt nào Tương tự như các ngôn ngữ lập trình khác, Python cũng hỗ trợ các cấu trúc điều khiển, trong đó có cấu trúc rẽ nhánh với câu lệnh if, cho phép thực thi một khối mã cụ thể dựa trên điều kiện, có thể kết hợp thêm elif hoặc else.

Cấu trúc lặp trong Python bao gồm lệnh while, cho phép chạy một khối mã cho đến khi điều kiện lặp trở thành false, và vòng lặp for, dùng để lặp qua từng phần tử trong một dãy, với mỗi phần tử được gán vào biến cục bộ cho khối mã trong vòng lặp Ngoài ra, Python còn hỗ trợ từ khóa class để khai báo lớp trong lập trình hướng đối tượng và lệnh def để định nghĩa hàm.

Python cho phép chia chương trình thành các module, giúp tái sử dụng trong các ứng dụng khác Nó cung cấp một bộ module chuẩn phong phú, cho phép lập trình viên truy cập các chức năng hữu ích như hàm truy xuất tập tin, gọi hệ thống và hỗ trợ lập trình mạng (socket).

2.1.3 Cấu trúc ngôn ngữ python

Trong nhiều ngôn ngữ lập trình, khối lệnh thường được xác định bằng cặp ký hiệu hoặc từ khóa, như trong C/C++ sử dụng cặp ngoặc nhọn { } Tuy nhiên, Python áp dụng một phương pháp độc đáo để tạo khối lệnh bằng cách thụt lề các câu lệnh bên trong khối lệnh cha, làm cho chúng nằm sâu hơn về phía bên phải.

Ví dụ, giả sử có đoạn mã sau trong C/C++

6 // Khối lệnh mới bắt đầu từ kí tự { đến }

9 printf("Phuong trinh co hai nghiem phan biet:\n");

11 } Đoạn mã trên có thể được viết lại bằng Python như sau:

5 # Khối lệnh mới, thụt vào đầu dòng

8 print "Phuong trinh co hai nghiem phan biet:"

Ta có thể sử dụng dấu tab hoặc khoảng trống để thụt các câu lệnh vào [10]

TỔNG QUAN VỀ NGÔN NGỮ LẬP TRÌNH WEB

2.2.1 Tìm hiểu về Hyper Text Markup Language (HTML)

HTML, or Hypertext Markup Language, was invented by Tim Berners-Lee and became a standard set by the World Wide Web Consortium (W3C) in 1994 It is a text file with the extension html.

HTML là ngôn ngữ đánh dấu được sử dụng để xây dựng các trang web, giúp trình bày thông tin trên World Wide Web Khác với các ngôn ngữ lập trình, HTML chủ yếu tập trung vào việc trình bày nội dung.

2.2.2 Các tag cơ bản trong một file html

- Tag là tag cho trình duyệt biết đây là văn bản HTML

- Tag là yếu tố ngoài cùng trong các văn bản HTML và XHTML, các tag còn được gọi là các phần tử gốc

- Tag đánh dấu kết thúc 1 văn bản HTML [12]

- Cặp thẻ khai báo thông tin cho trang HTML, những thông tin đó bao gồm: , , và

- Cặp thẻ cho biết nội dung của một tag trên thanh tab bar của trình duyệt web

- Tag cung cấp thông tin dữ liệu về văn bản HTML, thông tin dữ liệu sẽ không được hiển thị trên trình duyệt

- Tag xác định mối quan hệ giữa một tài liệu HTML và các tài nguyên bên ngoài như CSS hay Javascript

- Tag sử dụng chung cho javascript: thao tác hình ảnh, check form, thay đổi tự động nội dung [12]

- Tag định nghĩa phần thân của văn bản HTML

* Ví dụ cấu trúc của ngôn ngữ HTML

- This is a title

- Xác định những đối tượng trên trang web cần thiết kế (biểu đồ, hình ảnh, các đoạn text và các hiệu ứng)

- Tìm hiểu các thẻ tag để phục vụ cho việc tạo trang web

- Viết 1 file HTML hoàn chỉnh

Hình 2.1 Giao hiện trang web 2.2.4 Apache

Để lập trình Web, cần có một máy chủ Web để thử nghiệm trang PHP, trong đó Apache là một lựa chọn phổ biến Apache là một chương trình máy chủ HTTP, cho phép giao tiếp qua giao thức HTTP và hoạt động trên nhiều hệ điều hành như Unix, Microsoft Windows, và Novell Netware Vai trò của Apache rất quan trọng trong sự phát triển của mạng web toàn cầu.

Apache is developed and maintained by an open-source community under the auspices of the Apache Software Foundation It is released under the Apache License.

Apache là một phần mềm mã nguồn mở, miễn phí và được cấp phép, mang lại sức mạnh và tính ổn định tương đương với các giải pháp thương mại Đến nay, Apache vẫn là lựa chọn hàng đầu cho các giải pháp máy chủ web.

Các ưu điểm của mã nguồn mở:

Phần mềm này hoàn toàn miễn phí và không có bản quyền, cho phép các lập trình viên tự do sử dụng và phát triển thêm dựa trên mã nguồn có sẵn.

Nền tảng chữ thập (Cross Platform) kết hợp với kỹ thuật trung lập (Technology Neutral) cho phép phát triển ứng dụng mà không bị ràng buộc vào một nền tảng cụ thể hay phụ thuộc vào bất kỳ công nghệ cá nhân nào.

 Không bị giới hạn bởi những phần mềm khác

 Tính đa dạng: nó được phát triển bởi nhiều người thuộc nhiều nền văn hóa và nhiều lĩnh vực phong phú

Apache là một máy chủ web có nhiệm vụ phân tích các tệp yêu cầu từ trình duyệt và cung cấp kết quả chính xác một cách nhanh chóng.

Ngoài ra Apache còn có thể kết hợp với PHP và MySQL để tạo nên một Web server hoàn chỉnh với đầy đủ các tính năng [14]

PHP (Hypertext Preprocessor) là ngôn ngữ lập trình mã nguồn mở chủ yếu dùng để phát triển ứng dụng cho web server Với khả năng nhúng dễ dàng vào HTML, PHP được tối ưu hóa cho ứng dụng web, mang lại tốc độ nhanh và cú pháp tương tự như C và Java Điều này giúp PHP trở thành ngôn ngữ dễ học, rút ngắn thời gian phát triển sản phẩm, và nhanh chóng chiếm lĩnh thị trường lập trình web toàn cầu.

PHP chỉ xử lý mã nằm trong các thẻ , với cú pháp phổ biến nhất là để đóng Các lệnh PHP có thể được đặt ở bất kỳ vị trí nào trong tài liệu Ngoài ra, cú pháp và cũng thỉnh thoảng được sử dụng Để bắt đầu đoạn mã PHP, có thể dùng Những thẻ này giúp phân tách mã PHP với các ngôn ngữ khác, bao gồm HTML, và mọi mã bên ngoài các thẻ này sẽ bị bỏ qua và được xuất ra trực tiếp.

Trong PHP, các biến được xác định bằng cách thêm dấu đô la ($) trước tên biến mà không cần khai báo kiểu dữ liệu PHP coi xuống dòng là khoảng trắng trong ngữ cảnh của một ngôn ngữ tự do, và các câu lệnh kết thúc bằng dấu chấm phẩy (;) Ngôn ngữ này hỗ trợ ba kiểu chú thích: /* */ cho chú thích nhiều dòng, và // hoặc # cho chú thích một dòng Lệnh echo trong PHP cho phép xuất văn bản ra trình duyệt web.

PHP có cú pháp tương tự như nhiều ngôn ngữ lập trình bậc cao khác, đặc biệt là các ngôn ngữ kiểu C Các cấu trúc điều kiện IF, vòng lặp For và While, cùng với các hàm trả về, đều mang đặc điểm giống với cú pháp của các ngôn ngữ như C, C++, Java và Perl.

 Ví dụ về cấu trúc ngôn ngữ PHP

// This is a single-line comment

# This is also a single-line comment /*

This is a multiple-lines comment

SQL (Structured Query Language) là ngôn ngữ tiêu chuẩn phổ biến dùng để truy xuất và quản lý cơ sở dữ liệu Ban đầu, SQL được phát triển để phục vụ cho các hệ quản trị cơ sở dữ liệu đối tượng quan hệ, nhưng hiện nay đã mở rộng ra nhiều ứng dụng khác Đây là một ngôn ngữ truy vấn cấu trúc cho phép thực hiện các thao tác như cập nhật, xóa và thêm dữ liệu mà không làm ảnh hưởng đến cấu trúc của hệ thống.

Với sự gia tăng nhu cầu xây dựng các cơ sở dữ liệu lớn theo mô hình khách/chủ (Client/Server), nhiều phần mềm sử dụng ngôn ngữ SQL đã được phát triển, nổi bật như MS SQL Server, Oracle và Sybase Trong mô hình này, toàn bộ cơ sở dữ liệu được lưu trữ trên máy chủ (Server), và mọi thao tác xử lý dữ liệu đều diễn ra trên máy chủ thông qua các lệnh SQL Máy trạm (Client) chủ yếu được sử dụng để cập nhật dữ liệu cho máy chủ hoặc truy xuất thông tin từ máy chủ.

Trong kỷ nguyên Internet phát triển mạnh mẽ, ngôn ngữ SQL đóng vai trò quan trọng trong việc tạo ra các trang Web động, với nội dung lấy từ cơ sở dữ liệu (CSDL) SQL hoạt động như cầu nối giữa CSDL và trang Web, cho phép truy cập và hiển thị thông tin theo yêu cầu của người dùng Đồng thời, SQL cũng là công cụ để cập nhật dữ liệu trong CSDL Cấu trúc của CSDL được tổ chức thành các bảng, bao gồm nhiều cột (trường) và hàng (bản ghi), trong đó mỗi cột có tên gọi và kiểu dữ liệu xác định Khi các bảng được tổ chức có hệ thống cho một mục đích cụ thể, chúng tạo thành một CSDL hoàn chỉnh.

 Một số lệnh truy vấn cơ bản của SQL

 SELECT - trích xuất dữ liệu từ cơ sở dữ liệu

 UPDATE - cập nhật dữ liệu trong cơ sở dữ liệu

 DELETE - xóa dữ liệu từ cơ sở dữ liệu

 INSERT INTO - thêm dữ liệu mới vào cơ sở dữ liệu

 CREATE DATABASE - tạo một cơ sở dữ liệu mới

 ALTER DATABASE - sửa đổi cơ sở dữ liệu

 CREATE TABLE - tạo một bảng mới

 ALTER TABLE - sửa đổi bảng

 DROP TABLE - xóa bảng hoàn toàn [13]

WEB SERVER

 Tổng quan về web server

Một trang web là tập hợp các trang web, thường được viết bằng ngôn ngữ HTML Để trang web có thể truy cập được cho mọi người trên toàn cầu bất kỳ lúc nào, nó cần phải được lưu trữ.

"hosted" trên một máy tính được kết nối với Internet 24/7/365

Máy chủ Web (Web Server) là máy tính cài đặt phần mềm phục vụ web, thường được gọi là web server Tất cả web server đều hỗ trợ các file *.htm và *.html, nhưng mỗi loại web server lại phục vụ các kiểu file chuyên biệt, chẳng hạn như IIS của Microsoft dành cho file *.asp.

*.aspx; Apache dành cho *.php; Sun Java system web server của SUN dành cho *.jsp

Máy Web Server là thiết bị lưu trữ các website đã được thiết kế cùng với thông tin liên quan như mã Script, chương trình và các file khác.

Web Server có khả năng truyền tải các trang Web đến máy khách qua Internet hoặc Intranet thông qua giao thức HTTP, được thiết kế đặc biệt để gửi file đến trình duyệt Web và các giao thức khác.

All web servers have an IP address or a domain name When you enter a URL like http://www.abc.com in your browser's address bar and hit Enter, you send a request to the server associated with that domain name The server then retrieves the webpage named index.htm and sends it back to your browser.

Web server chia ra làm 2 phần chính: Phần cứng (Hardware) và Phần mềm (Software)

Bất kỳ máy tính nào cũng có thể trở thành Web Server bằng cách cài đặt phần mềm Server Software và kết nối với Internet.

Khi máy tính của bạn gửi yêu cầu truy cập thông tin từ một trang web, phần mềm máy chủ web sẽ tiếp nhận yêu cầu đó và cung cấp lại cho bạn những thông tin mà bạn cần.

TỔNG QUAN VỀ TÍN HIỆU ĐIỆN TIM (ECG)

2.4.1 Sơ lược về tim và nhịp tim

Tim được ví như hai bơm song song trong lồng ngực, mỗi bơm đảm nhiệm một nhiệm vụ riêng nhưng hoạt động hài hòa nhờ vào sự phối hợp từ một trung tâm điều khiển chung.

Tim có bốn ngăn, bao gồm hai tâm nhĩ ở trên tiếp nhận máu và hai tâm thất ở dưới đảm nhiệm việc đẩy máu ra ngoài Tâm nhĩ có kích thước nhỏ và không cần sức mạnh lớn, chỉ cần bơm máu xuống tâm thất ở khoảng cách gần.

Tâm thất lớn hơn, mạnh hơn, đặc biệt là thất trái, bơm máu xa tới cả chục ngàn cây số động mạch lớn nhỏ khắp cơ thể

Bốn van một chiều nằm ở cửa vào (van nhĩ thất) và cửa ra (van bán nguyệt) của mỗi tâm thất

Van nhĩ-thất phải, còn gọi là van ba lá, mở ra để máu chảy từ nhĩ phải xuống thất phải

Van khép lại khi thất phải co bóp, đẩy máu lên động mạch phổi, ngăn không cho máu dội ngược lên trên

Van nhĩ-thất trái, hay còn gọi là van hai lá, mở ra khi máu chảy từ nhĩ trái xuống thất trái và khép lại khi máu từ thất phải được bơm vào động mạch chủ.

Các van tim có thể gặp vấn đề như hở hoặc chai cứng, ảnh hưởng đến lưu thông máu Hai van quan trọng là van động mạch phổi và van động mạch chủ, nằm ở gốc các động mạch này, có chức năng ngăn không cho máu chảy ngược về tim sau khi đã được bơm ra.

Tim co bóp được điều chỉnh bởi nút xoang nhĩ, một nhóm tế bào đặc biệt nằm ở vách sau của tâm nhĩ phải, hoạt động như máy điều hòa nhịp tim tự nhiên Nút này phát ra xung điện, kích thích các ngăn tim co bóp Âm thanh co bóp của tim được biểu thị qua hai âm tiết “lubb” và “dupp”, mà ta có thể nghe thấy khi đặt tai vào ngực Âm “lubb” có âm trầm, dài hơn, phát ra khi tâm thất co bóp và các van nhĩ thất đóng lại, trong khi âm “dupp” ngắn hơn và thanh hơn, xảy ra khi tâm thất thư giãn và các van bán nguyệt đóng lại.

Mạch là hiện tượng sóng áp suất di chuyển đến động mạch khi tim co bóp, đẩy máu ra ngoài Bạn có thể dễ dàng cảm nhận mạch ở những động mạch nổi gần bề mặt da, như động mạch quay ở cổ tay, động mạch cảnh ở cổ, cũng như ở cổ chân, bẹn và thái dương.

Mạch được đo bằng số lần tim đập trong một phút và dễ dàng đếm bằng cách đặt ngón tay giữa và trỏ lên một động mạch nổi trên da Khi đó, ngón tay sẽ cảm nhận được sự chuyển động nhẹ của sóng áp lực trong mạch máu, với mỗi sóng tương ứng với một lần tim bóp.

Khi đo nhịp tim, hãy giữ tâm trạng thoải mái và thư giãn để tránh làm tăng nhịp tim do hồi hộp hay lo lắng Bạn có thể đếm mạch trong 1 phút hoặc trong 30 giây và sau đó nhân đôi kết quả để có được số nhịp tim chính xác.

Nhịp tim bình thường tùy thuộc tuổi tác, tình trạng sức khỏe, thời gian trong ngày

Nhịp tim có thể thay đổi theo nhu cầu hấp thụ Oxi và bài tiết CO2 của cơ thể

Buổi sáng trước khi thức dậy, nhịp thở ở mức thấp nhất Khi hít vào, nhịp thở trở nên nhanh hơn, trong khi khi thở ra, nhịp thở chậm lại Điều quan trọng là nhịp thở phải đều đặn, tức là thời gian giữa hai nhịp cần phải bằng nhau.

Bảng 2.1 Nhịp tim trung bình trong 1 phút của một số đối tượng [1] Đối tượng Nhịp tim trung bình trong 1 phút (nhịp/phút)

Người từ 10 tuổi trở lên 60  120

Vận động viên thể thao 40  60

Phụ nữ thường có nhịp tim nhanh hơn nam giới khoảng 5 nhịp mỗi phút, điều này được giải thích bởi vì tim của phụ nữ nhẹ hơn tim của nam giới, dẫn đến việc co bóp nhanh và nhiều hơn.

Mặc dù nhịp tim được điều khiển bởi trái tim, nhưng nó còn chịu ảnh hưởng từ hệ thần kinh và nhiều yếu tố khác.

Hệ thần kinh tự chủ điều chỉnh nhịp tim theo nhu cầu tuần hoàn của cơ thể, giúp tăng cường lưu lượng máu Các kích thích từ hệ thần kinh này làm cho nhịp tim nhanh hơn, từ đó nâng cao lượng máu mà tim bơm ra.

 Kích thích từ hệ thần kinh phó giao cảm làm chậm nhịp tim

 Các hóa chất lưu hành trong máu như hormon, sắt, dược phẩm cũng có thể thay đổi nhịp tim

Tập luyện thường xuyên giúp cơ tim khỏe mạnh hơn và tăng cường lượng máu bơm ra mỗi lần tim đập Khi cơ thể nghỉ ngơi, nhu cầu về máu được đáp ứng với nhịp tim chậm hơn.

Do đó nhịp tim ở các vận động viên thể dục, thể thao đều chậm

Nhịp tim có thể cho biết nhiều chi tiết về tình trạng khỏe mạnh hoặc đau yếu của cơ thể [1]

2.4.3 Hoạt động điện của cơ tim

Hoạt động điện của cơ tim liên quan đến các ion Na, K, Ca

Do sự chênh lệch nồng độ hai bên màng tạo ra hiệu điện thế giữa 2 bên màng (điện thế nghỉ) Biên độ của điện thế này vào khoảng 90 mV

Hình 2.4 Hoạt động điện thế [2]

Hình 2.5 Sự trao đổi các ion qua màng [2]

Trong pha 0-1 của điện thế hoạt động, ion Na+ thâm nhập vào tế bào với số lượng lớn, khiến điện thế màng hạ xuống 0mV và chuyển sang dương tính ở mức +20mV Hiện tượng này tạo ra một đường gần như thẳng đứng trong đồ thị điện thế, được gọi là pha khử cực nhanh, tương ứng với sóng R trong điện tâm đồ (ECG).

 Pha 2: Ca vào tế bào với tốc độ chậm

 Pha 3: tái cực nhanh trở lại, tính thấm của màng đối với Ca 2+ giảm, kênh

K + mở ra, màng tăng tính thấm trở lại đối với K + , K + thoát ra ngoài tế bào nhiều hơn, làm cho điện thế trong màng âm hơn

 Pha 4: phân cực, Na + được vận chuyển ra ngoài và K + đi vào trong tế bào nhờ bơm Na + K + ATPase Điện thế màng trở lại trị số lúc ban đầu

 Cơ tim có 3 trạng thái điện học cơ bản:

Trạng thái nghỉ, hay còn gọi là quá trình phân cực, là hiện tượng mà mặt ngoài của cơ tim mang điện tích dương (+) trong khi mặt trong mang điện tích âm (-) Trong trạng thái này, không có chênh lệch điện thế ở mặt ngoài màng tế bào, dẫn đến việc không có dòng điện nào đi qua mặt ngoài màng tế bào.

ECG (ELECTROCARDIOGRAM)

ECG, hay điện tâm đồ, là biểu đồ ghi lại sự thay đổi của dòng điện trong tim Quá trình co bóp của tim được điều chỉnh bởi một hệ thống dẫn truyền trong cơ tim Mặc dù các dòng điện này rất nhỏ, chỉ khoảng một phần nghìn volt, nhưng chúng có thể được phát hiện từ các điện cực đặt trên tay, chân và ngực của bệnh nhân và truyền đến máy ghi.

Khi tim hoạt động, nó tạo ra dòng điện có thể được dẫn truyền ra ngoài qua da nhờ các dịch cơ thể Việc gắn các điện cực lên da cho phép ghi lại các dao động điện thế từ các sợi cơ tim.

Cách mắc các điện cực được gọi là chuyển đạo, với mỗi chuyển đạo bao gồm hai cực tạo thành hướng và chiều chuyển đạo Hiện có 12 chuyển đạo gián tiếp phổ biến được sử dụng.

 DI: cực (+) nối cổ tay trái, cực (-) nối cổ tay phải

 DII: cực (+) nối cổ chân trái, cực (-) nối cổ chân phải

 DIII: cực (+) nối cổ chân trái, cực (-) nối cổ tay trái

Chuyển đạo đơn cực bao gồm một điện cực trung tính với điện thế gần bằng 0, được tạo ra bằng cách nối qua một điện trở 5000W Còn lại, điện cực thăm dò, chính là cực dương của chuyển đạo.

 Chuyển đạo đơn cực chi

 aVR: Cực thăm dò nối với cổ tay phải, cực trung tính nối với cổ tay trái và cổ chân trái qua điện trở 5000W

 aVL: Cực thăm dò nối với cổ tay trái, cực trung tính nối với cổ tay phải và cổ chân trái qua điện trở 5000W

 aVF: Cực thăm dò nối với cổ chân trái, cực trung tính nối với cổ tay trái và cổ tay phải qua điện trở 5000W

Chuyển đạo đơn cực trước tim bao gồm việc sử dụng điện cực trung tính kết nối với cổ tay phải, cổ tay trái, và cổ chân trái, cùng với điện trở Các điện cực thăm dò được phân loại rõ ràng để đảm bảo độ chính xác trong quá trình đo đạc.

 V1: Liên sườn IV bờ phải xương ức

 V2: Liên sườn IV bờ trái xương ức

 V4: Giao điểm liên sườn V và đường trung đòn trái

 V5: Giao điểm liên sườn V và đường nách trước trái

 V6: Giao điểm liên sườn V và đường nách giữa trái

 Nguyên lý ghi sóng điện tâm đồ

Chiều dòng điện hướng về cực (+) của chuyển đạo sẽ tạo ra sóng dương, và nếu dòng điện càng song song với chiều chuyển đạo, sóng dương ghi nhận được sẽ càng mạnh.

Chiều dòng điện rời xa cực (+) của chuyển đạo sẽ ghi nhận sóng (-) Nếu chiều dòng điện càng song song với chiều chuyển đạo, sóng âm ghi được sẽ có độ sâu lớn hơn.

 Chiều dòng điện vuông góc chiều chuyển đạo sẽ không ghi được sóng

 Không có dòng điện, không ghi được sóng [5]

Tín hiệu điện tim là tín hiệu được thu nhận từ các điện cực gắn lên cơ thể người, nhằm đo lường hoạt động của tim Khi tim đập, nó tạo ra các xung điện tác động lên các điện cực Những xung điện này thường rất nhỏ, do đó cần được khuếch đại trước khi xử lý Tín hiệu điện tim được đặc trưng bởi các dạng sóng P, Q, R, S, T và U.

Hình 2.7 Dạng sóng tín hiệu điện tim [6]

Sóng P là biểu hiện của quá trình khử cực tại tâm nhĩ trái và phải, với dạng đường cong điện thế dương kéo dài khoảng 0.06 đến 0.1 giây Đoạn PR thể hiện thời gian dẫn truyền xung động thần kinh từ nhĩ xuống thất, kéo dài từ điểm bắt đầu sóng P đến trước điểm bắt đầu phức QRS, thường khoảng 0.12 đến 0.2 giây.

Phức QRS: thể hiện quá trình khử cực tâm thất, bình thường từ 0,05 đến 0,10 giây, trung bình 0.07 giây Phức QRS chia ra ba trạng thái là Q, R và S

 Q bình thường chiều sâu 1-2 mm, rộng không quá 0,03 giây

 R cao không vượt quá 22 mm, nhọn, mảnh và đối xứng,

S sóng đứng sau sóng R với độ sâu không quá 6 mm Đoạn ST phản ánh quá trình tái cực chậm của thất, bắt đầu từ điểm J và kết thúc tại điểm ST Trong trạng thái bình thường, đoạn ST nằm trùng với đường đẳng điện, tuy nhiên, trong một số trường hợp, nó có thể chênh lên 1 mm hoặc chênh xuống 0,5 mm.

Sóng T là phần tái cực nhanh của thất, với sóng T âm ở aVR và sóng T dương ở các chuyển đạo còn lại Hình dáng sóng T thường cao hơn sóng P, đứng sau sóng R, có đặc điểm không đối xứng, với sườn lên thoai thoải và sườn xuống dốc hơn Chiều cao của sóng T thường dưới 1/3 chiều cao của sóng R đứng trước nó.

Sóng U: hiện nay nguồn gốc hình thành sóng này chưa được xác định rõ ràng vì thế ít được đề cập tới [6]

2.5.4 Các dải tần trong tín hiệu ECG

Tín hiệu điện tim là sự kết hợp của các sóng có tần số từ 0 đến vô cực, với phổ tần số chuẩn từ 0,05Hz đến 100Hz Tuy nhiên, tùy thuộc vào từng ứng dụng, các dải tần số cụ thể sẽ được chú trọng Đối với các bệnh lý tim mạch, thông thường, bác sĩ cần thông tin từ vùng phổ từ 0,5Hz đến 80Hz để chẩn đoán chính xác, trong khi một số bệnh lý đặc biệt có thể yêu cầu phân tích ở tần số lên đến 100Hz hoặc cao hơn.

Bảng 2.2 Biểu hiện của các khoảng tần số cụ thể trong biến thiên nhịp tim [6] Độ biến thiên nhịp tim

ULF 0  0.003 Hz > 5 giờ Mức tiêu thụ oxy trong hoạt động thể lực

Cơ chế điều hoà của thần kinh giao cảm và thần kinh phó giao cảm lên quá trình điều hoà thân nhiệt

Hoạt động của hệ thần kinh giao cảm và phó giao cảm phản ánh sự tác động của phản xạ thụ thể áp lực, đồng thời đóng vai trò quan trọng trong quá trình điều hòa huyết áp.

HF 0.15  0.4 Hz 2.5  6 giây Hoạt động thần kinh phó giao cảm trong điều hoà hô hấp.

THIẾT KẾ VÀ TÍNH TOÁN

GIỚI THIỆU

Phần này trình bày về quá trình tính toán và thiết kế mạch thu tính hiệu nhịp tim và lựa chọn phần cứng và phần mềm cho hệ thống.

THIẾT KẾ HỆ THỐNG

 Sơ đồ khối hệ thống

Hình 3.1 Sơ đồ khối mạch đo nhịp tim và cập nhật thời gian thực lên web server

 Sơ đồ khối của khối thu tín hiệu nhịp tim

Hình 3.2 Sơ đồ khối của khối thu tín hiệu nhịp tim

3.2.1 Chức năng của từng khối trong toàn hệ thống

 Khối thu tín hiệu nhịp tim:

KHỐI ĐIỀU KHIỂN TRUNG TÂM

LÝ TRUNG TÂM KHỐI SO

 Khối cảm biến nhịp tim: thu thập tín hiệu nhịp tim bằng led phát và thu hồng ngoại dựa trên nguyên lý hấp thụ quang học

 Khối lọc và khuếch đại: lọc bỏ tín hiệu DC và khuếch đại tín hiệu để đưa vào vi điều khiển xử lý, sử dụng vi điều khiển PIC 16F877A

Khối xử lý trung tâm sử dụng vi điều khiển PIC 16F877A để tiếp nhận và xử lý các tín hiệu đầu vào, đồng thời xuất tín hiệu ra Nó điều khiển toàn bộ hoạt động của hệ thống đo nhịp tim và thực hiện việc chuyển đổi tín hiệu từ analog sang digital (ADC).

 Khối nguồn: cung cấp nguồn cho toàn bộ hệ thống hoạt động

Khối điều khiển trung tâm là thành phần quan trọng nhất trong việc điều khiển mọi hoạt động của mạch, sử dụng board mạch nhúng Raspberry Pi Board mạch này thực hiện chức năng nhận dữ liệu từ khối đo nhịp tim, lưu trữ vào cơ sở dữ liệu MySQL và cập nhật thông tin lên website.

Khối hiển thị là các thiết bị như máy tính và các phương tiện khác có khả năng truy cập internet, cho phép người dùng quan sát dữ liệu nhịp tim thời gian thực trên trang web dưới dạng biểu đồ đường.

Hình 3.3 Một số thiết bị có thể kết nối Internet

LỰA CHỌN PHẦN CỨNG

3.3.1 Giới thiệu về bộ diều khiển trung tâm raspberry Pi

Raspberry Pi là một máy tính đơn khối nhỏ gọn, kích thước như thẻ ATM, chạy hệ điều hành Linux, được phát triển bởi Quỹ Raspberry Pi tại Anh nhằm khuyến khích học tập khoa học máy tính trong trường học Vào ngày 17/12/2012, quỹ này đã phối hợp với IndieCity và Velocix ra mắt "Pi Store", kho ứng dụng cho Raspberry Pi, nơi người dùng có thể tìm kiếm và tải về các ứng dụng miễn phí hoặc trả phí thông qua ứng dụng có sẵn trong hệ điều hành Raspbian Raspberry Pi bắt đầu được phát triển từ năm 2006, với phiên bản đầu tiên sử dụng chip ARM có thiết kế giống như USB Ngày 16/4/2012, những chiếc Raspberry Pi đầu tiên đã được gửi đến tay người dùng, và đến 22/5, hơn 20.000 chiếc đã được bán ra Đến ngày 16/7/2012, quỹ thông báo có 4.000 sản phẩm được phân phối mỗi ngày và cho phép người dùng mua Pi với số lượng lớn.

Raspberry Pi được sản xuất bởi ba nhà sản xuất gốc (OEM) là Sony, Qsida và Egoman, với sự phân phối chính từ Element14, RS Components và Egoman Dự án Raspberry Pi ra đời với mục tiêu cung cấp một máy tính giá rẻ, giúp sinh viên có thể học lập trình một cách dễ dàng.

Raspberry Pi đã thu hút sự quan tâm của nhiều đối tượng nhờ vào đặc tính nổi bật của nó, với bộ xử lý SoC Broadcom BCM2835 Chip xử lý di động mạnh mẽ này, có kích thước nhỏ gọn, tích hợp CPU, GPU, bộ xử lý âm thanh và video cùng các tính năng khác, tất cả đều hoạt động với mức điện năng thấp.

Raspberry Pi không thể thay thế hoàn toàn máy tính để bàn hoặc laptop, vì nó không hỗ trợ chạy Windows do kiến trúc ARM của BCM2835 không tương thích với mã x86/x64 Tuy nhiên, Raspberry Pi có thể chạy Linux và thực hiện các tác vụ như lướt web và sử dụng môi trường Desktop Đây là một thiết bị đa năng với phần cứng giá rẻ, lý tưởng cho các dự án điện tử, DIY, và thiết lập hệ thống tính toán tiết kiệm cho việc học lập trình.

Hình 3.4 Hình ảnh thực tế của raspberry Pi 2

Bảng 3.1: Cấu hình chi tiết phần cứng của máy tính Raspberry Pi

Stt Chức năng Phần cứng

Process Unit) Broadcom BCM2836 quad-core ARM Cortex A7 900MHz

3 RAM 1GHz của Hynix hoặc Samsung

4 GPU Broadcom Videocore IV 250MHz hỗ trợ rất nhiều độ phân giải từ 640x350 đến 1920 × 1200

5 Đồ họa Broadcom VideoCore IV, OpenGL ES 2.0…

6 Kết nối 4 USB 2.0, ngõ ra HDMI, ngõ ra RCA, 1 audio 3.5mm, ethernet 10/100(type B), 8x GPIO,2 SPI BUS

7 Nguồn 5V qua cổng Micro USB – dòng 600 mA (3.0 W)

8 SoC (System on Chip) Broadcom BCM2835 Chip

(mở rộng) Có thể kết nối module wifi mở rộng như Miniature Wifi

Hình 3.5 Sơ đồ GPIO Raspberry Pi 2 3.3.2 Chọn linh kiện cho khối đo nhịp tim

Chọn linh kiện khối cảm biến nhịp tim:

- Led phát: chọn led phát hồng ngoại 5mm

- Led thu: photo diode 5mm

Chọn linh kiện khối lọc và khuếch đại: Với yêu cầu số Opamp sử dụng là 3, ta chọn

IC LM324 có 4 bộ Opamp

Chọn vi điều khiển cho khối xử lý trung tâm: Chọn vi xử lý PIC16F877A:

- Là loại vi xử lý há phổ biến, đủ khả năng xử lý ứng dụng trong đề tài này

- Có hỗ trợ bộ chuyển đổi ADC-DAC

Hình 3.6 Vi điều khiển pic 16F877A

Khối nguồn sử dụng pin 9V để cung cấp điện cho mạch, đồng thời IC 7805 được áp dụng để đảm bảo nguồn điện ổn định cho vi điều khiển hoạt động hiệu quả.

LỰA CHỌN PHẦN MỀM

Trong thế giới mã nguồn mở Linux, có nhiều phiên bản hệ điều hành tùy biến (distro) để người dùng lựa chọn Tùy thuộc vào nhu cầu, mục đích và khả năng học hỏi, bạn có thể chọn distro phù hợp nhất Raspberry Pi chính thức hỗ trợ 5 phiên bản hệ điều hành khác nhau.

Trong luận văn này sử dụng Raspbian Wheezy làm hệ điều hành cho kit

Raspberry là một distro dựa trên Debian Wheezy, sử dụng hard-float ABI để cải thiện hiệu suất chạy ứng dụng Với giao diện đồ họa thân thiện, Raspberry rất phù hợp cho người mới bắt đầu làm quen với Linux nhờ vào tính dễ sử dụng và trực quan của nó.

3.4.2 Truy cập trực tiếp Raspberry Pi qua máy tính

Để kết nối Raspberry Pi qua SSH mà không cần màn hình, bàn phím hay chuột, bạn chỉ cần sử dụng một dây RJ45 để kết nối giữa máy tính và Raspberry Pi Phương pháp này cho phép bạn điều khiển Raspberry Pi một cách dễ dàng mà không cần cài đặt phần mềm từ kit Raspberry.

SSH, viết tắt của Secure Shell, là phương thức kết nối an toàn giữa hai thiết bị Để sử dụng SSH, cần cài đặt trên cả Raspberry Pi và máy tính Đầu tiên, tải hệ điều hành từ trang chủ Raspberry Pi và ghi vào thẻ nhớ Sau khi khởi động kit Pi, hệ điều hành Raspbian sẽ được cài đặt Để kết nối, cần biết địa chỉ IP của cả hai thiết bị Kết nối qua dây RJ45, thiết lập IP động cho máy tính và IP tĩnh cho Raspberry Pi để dễ dàng kết nối Cuối cùng, trên máy tính, thiết lập Internet Protocol version 4 để tự động nhận IP.

Hình 3.7 Thiết lập IPV4 trên máy tính

Để xác định địa chỉ IP của máy tính (X.Y.Z.T), ví dụ 169.254.92.1, bạn cần thiết lập địa chỉ IP cho kit Pi sao cho nằm trong cùng một mạng với máy tính Tắt nguồn kit, tháo thẻ nhớ và cắm vào đầu đọc thẻ Truy cập vào thư mục thẻ nhớ, tìm file cmdline.txt, mở bằng trình soạn thảo và thêm dòng ip=X.Y.Z.T* (với X,Y,Z là địa chỉ IP máy tính, T* là một số từ 1-255 khác T máy tính, ví dụ: ip9.254.92.49) Sau đó, lưu file cmdline.txt, tháo thẻ nhớ và gắn lại vào kit, rồi cắm nguồn cho kit Kit Pi sẽ được thiết lập địa chỉ IP tĩnh mong muốn Để kiểm tra, bạn có thể ping địa chỉ IP vừa đặt bằng Command Prompt trên máy tính, ví dụ: ping 169.254.92.49 Khi nhận được tín hiệu phản hồi từ kit, hai thiết bị có thể kết nối với nhau bằng phần mềm PuTTY.

Nhập địa chỉ IP của kit và sử dụng cổng 22 để kết nối, sau đó nhấn "Open" Hệ thống sẽ yêu cầu bạn nhập tên người dùng và mật khẩu, mặc định là "pi" và "raspberry".

Nếu quá trình thành công, máy tính sẽ xác nhận và hiển thị giao diện dòng lệnh của Raspberry Pi, cho phép người dùng điều khiển thiết bị thông qua giao diện này.

Hình 3.9 Kết quả sau khi kết nối SSH với Pi

Điều khiển Raspberry Pi qua SSH là một phương pháp đơn giản và hiệu quả, vì SSH tiêu tốn ít tài nguyên máy và không yêu cầu chạy phần đồ họa Điều này làm cho SSH trở thành lựa chọn lý tưởng cho các ứng dụng cần nhiều tài nguyên tính toán Tuy nhiên, hạn chế của SSH là chỉ cho phép truy cập vào môi trường dòng lệnh.

Để thuận tiện cho việc kiểm tra và chạy nhiều chương trình cùng lúc trên Raspberry Pi, việc sử dụng dòng lệnh qua SSH có thể không hiệu quả Do đó, điều khiển desktop của Pi là giải pháp lý tưởng để khắc phục tình trạng này.

Để sử dụng phần mềm XmingX trên máy tính, bạn cần tải về và chạy chương trình, nó sẽ hoạt động ẩn trong thanh hệ thống bên phải Trong giao diện PuTTY, bạn vào mục Connection, chọn SSH, sau đó mở mục X11, đánh dấu vào ô Enable X11 forwarding và nhấn Open để kết nối.

Hình 3.10 Cho phép XmingX chạy

Sau khi login, tại giao diện PuTTY terminal, gõ startlxde, giao diện desktop của kit

Pi sẽ được hiện lên.

TÍNH TOÁN CÁC LINH KIỆN TRONG MẠCH ĐO NHỊP TIM

3.5.1 Các khối trong mạch đo nhịp tim

Khối cảm biến sử dụng hai đèn LED hồng ngoại để thu phát tín hiệu Đặc điểm nổi bật của công nghệ này là khả năng chống nhiễu tốt, mang lại tín hiệu ổn định hơn so với LED siêu sáng Ngoài ra, sản phẩm có giá thành rẻ, dễ dàng mua sắm và sử dụng.

Hình 3.12 Sơ đồ mạch khối cảm biến

Tính toán các linh kiện

 Để đảm bảo led hồng ngoại phát đủ sáng, chọn dòng phân cực cho led

 Điện áp rơi trên D1 là 2V

 Điện áp trên R1 : VR1 = Vcc-VD1 = 5- 2 = 3V

R2=VR2/R2 = 3/ (20 * 10 -3 ) = 150Ω  Dùng 1 điện trở giá trị 100Ω và 1 biến trở để dễ chỉnh giá trị

 Tín hiệu thu được để đưa vào tầng lọc và khuếch đại phụ thuộc vào giá trị của R3

Chọn R3 khoảng vài chục kΩ nên R3 = 33 KΩ

 Khối lọc và khuếch đại Để khuếch đại lên nhiều lần ta sử dụng các bộ khuếch đại, mắc các opamp nối tiếp với nhau

Sử dụng 2 bộ lọc RC để lọc và khuếch đại tín hiệu, 1 bộ đệm để ổn định tín hiệu và nâng dòng

Nhịp tim bình thường của con người dao động từ 60 đến 160 nhịp/phút Đối với vận động viên, nhịp tim thường thấp hơn, chỉ từ 40 đến 60 nhịp/phút Trong khi đó, những người mắc bệnh tim mạch có thể có nhịp tim dao động từ 40 đến 160 nhịp/phút.

Hình 3.13 Sơ đồ mạch khối lọc và khuếch đại

Cần thiết kế bộ lọc có thể đo được khoảng tần số

 0,7 Hz < ftim < 2,7 Hz (R3, C6) tạo thành bộ lọc thông cao với tần số cắt f1=0,7 Hz f1 = 1 2𝜋×𝑅3×𝐶6 = 0,7 (Hz)  R3*C6 = 0,23 Chọn C6= 4,7 μF suy ra R3 = 48 kΩ

(R5, C7) tạo thành bộ lọc thông thấp với tần số cắt f2= 2,7 Hz f2 = 1 2𝜋×𝑅5×𝐶7= 2,7 (Hz)  R5*C6 = 0,06 Chọn C7= 100 nF suy ra R5= 680 kΩ

Chọn hệ số khuếch đại của tầng khuếch đại opamp là 101 lần

Mà R5 = 680 kΩ  R4 = 6.8 kΩ Tầng khuếch đại thứ hai sử dụng các hệ số tương tự

Vậy hệ số khuếch đại của 2 tầng sẽ là tích của mối tầng

K = K1 x K2 = 101 x 101 = 10201 Tín hiệu vào sẽ khoảng vài mV được khuếch đại lên cỡ vài volt để đưa vào vi điều khiển để xử lý

Chọn R10 = 330Ω để phân cực cho Led báo xung

3.5.3 Nguyên lý đo nhịp tim của module

Khi tim đập, máu được bơm đi khắp cơ thể qua động mạch, gây ra sự thay đổi áp suất trên thành động mạch và ảnh hưởng đến lưu lượng máu Do đó, nhịp tim có thể được đo thông qua những biến đổi này.

Khi lượng máu trong thành động mạch thay đổi, mức độ hấp thụ ánh sáng của động mạch cũng sẽ thay đổi Do đó, khi tia sáng được truyền qua động mạch, 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, dẫn đến việc hấp thụ ít ánh sáng; ngược lại, khi tim co lại, lượng máu qua động mạch tăng lên, khiến ánh sáng truyền qua có cường độ giảm.

Hình 3.14 Sự hấp thụ ánh sáng của động mạch khi truyền qua ngón tay

Trục tung biểu thị biên độ dòng điện (Ip) với đơn vị là mV, trong khi trục hoành thể hiện thời gian (Th) với đơn vị là giây Ánh sáng truyền qua ngón tay bao gồm hai thành phần chính là 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 phản ánh sự biến đổi cường độ ánh sáng tương ứng với lượng máu lưu thông qua động mạch, với tần số tín hiệu đồng bộ với nhịp tim Khi loại bỏ thành phần DC, chúng ta sẽ thu được tín hiệu AC đồng bộ với nhịp tim.

THI CÔNG HỆ THỐNG

GIỚI THIỆU

Bài viết này mô tả lưu đồ giải thuật và quy trình thi công PCB, bao gồm lắp ráp và kiểm tra mạch Hình ảnh minh họa được chụp từ mô hình thực tế của hệ thống bên ngoài, giúp người đọc hiểu rõ hơn về từng bước trong quá trình thực hiện.

LƯU ĐỒ THUẬT TOÁN MẠCH ĐO NHỊP TIM

Hình 4.1 Lưu đồ đo nhịp tim

THI CÔNG MẠCH THU TÍN HIỆU NHỊP TIM

Hình 4.2 Hình ảnh 3D của mạch

Sau khi lắp ráp mạch và nạp chương trình kiểm tra được

 Mức điện áp DC của tín hiệu nhịp tim khoảng 1,8 V

 Mức điện áp AC của tín hiệu nhịp tim khi chưa khuếch đại khoảng vài mV

 Điện áp sau khi khuếch đại tầng thứ nhất khoảng vài trăm mV

 Điện áp sau khi khuếch đại tầng thứ 2 và đưa vào vi điều khiển khoảng 2,5-3,8V

THI CÔNG HỆ THỐNG ĐƯA DỮ LIỆU NHỊP TIM LÊN WEB

4.4.1 Lấy dữ liệu đo được đưa vào CSDL MySQL

MySQL là hệ quản trị cơ sở dữ liệu mã nguồn mở phổ biến nhất thế giới, được ưa chuộng bởi các nhà phát triển ứng dụng nhờ tốc độ cao, tính ổn định và dễ sử dụng Hệ thống này hoạt động trên nhiều hệ điều hành và cung cấp một loạt các hàm tiện ích mạnh mẽ Với tính bảo mật cao, MySQL là lựa chọn lý tưởng cho các ứng dụng truy cập cơ sở dữ liệu trên internet Người dùng có thể tải MySQL miễn phí từ trang chủ, với nhiều phiên bản tương thích cho Windows, Linux, Mac OS X, Unix, FreeBSD, và NetBSD.

NetWare, SGI Irix, Solaris, SunOS

MySQL là một hệ quản trị cơ sở dữ liệu quan hệ nổi bật, sử dụng ngôn ngữ truy vấn có cấu trúc (SQL) Nó hỗ trợ nhiều ngôn ngữ lập trình như PHP và Perl, đóng vai trò quan trọng trong việc lưu trữ thông tin cho các trang web được phát triển bằng PHP và Perl.

Cơ sở dữ liệu (Database) là tập hợp dữ liệu được tổ chức một cách có hệ thống Mục tiêu chính của cơ sở dữ liệu là quản lý, lưu trữ và thu thập một khối lượng lớn thông tin hiệu quả.

Cấu trúc cơ sở dữ liệu

Hình 4.3 Cấu trúc cơ sở dữ liệu

4.4.1 Cấu trúc các bảng trong Database

Bảng 4.1 Bảng mô tả cấu trúc dữ liệu trong bảng nt

Trường Kiểu dữ liệu Null Key Mặc định Mở rộng time time No Null heartrate Int(11) No Null

Table: nt Thông tin thời gian và nhịp tim

Table: account Thông tin tài khoản đăng nhập và mật khẩu

Table 4.2 outlines the data structure of the "account" table, featuring the following fields: "id," which is an integer (Int(11)) and serves as the primary key with auto-increment enabled; "username," a variable character field (Varchar(30)) that allows null values; and "password," another variable character field (Varchar(30)) also permitting null values.

Int(11): kiểu dữ liệu là số nguyên có độ dài là 11 ký tự

Varchar(30): kiểu dữ liệu là chuỗi có độ dài là 30 ký tự

Khóa chính, hay còn gọi là primary key, là một thành phần quan trọng trong cơ sở dữ liệu, được sử dụng để xác định duy nhất mỗi bản ghi trong bảng Nó không chỉ giúp nhận diện các bản ghi mà còn thiết lập ràng buộc tham chiếu giữa các bảng khác nhau Để đảm bảo tính toàn vẹn dữ liệu, giá trị của khóa chính phải là duy nhất và không được chứa giá trị Null.

Trong python để kết nối với MySQL, chúng ta cần sử dụng thư viện MySQLdb

MySQLdb is an interface that enables connection to a MySQL Database Server from Python It implements the Python Database API 2.0 and is built on top of the MySQL C API To establish a connection to the database, the syntax used is db = MySQLdb.connect("localhost", "root", "mysql", "hb").

Khi một kết nối được thiết lập thành công, một đối tượng Connection sẽ được trả về và lưu trữ trong biến db; nếu không, biến db sẽ được gán giá trị NONE Đối tượng db sau đó được sử dụng để tạo ra đối tượng curs, phục vụ cho việc thực thi các truy vấn trong MySQL bằng cách sử dụng lệnh cursor = db.cursor().

Cuối cùng, trước khi thoát ra, phải bảo đảm rằng kết nối tới Database được đóng và các resource được giải phóng db.close()

 Đưa dữ liệu từ mạch đo nhịp tim vào MySQL

Dữ liệu thời gian sẽ được lấy từ hệ thống thông qua lệnh NOW() trong thư viện time của Python Để cập nhật dữ liệu vào bảng nt trong cơ sở dữ liệu hb của MySQL, ta sử dụng phương thức execute của đối tượng curs.

Để thêm giá trị nhịp tim đo tại một thời điểm vào bảng nt trong cơ sở dữ liệu hb, bạn cần thực hiện các bước sau: sử dụng lệnh "USE hb" để chọn cơ sở dữ liệu, sau đó sử dụng lệnh "INSERT INTO nt VALUES (NOW(), heartrate)" để chèn dữ liệu nhịp tim vào bảng.

4.4.3 Cập nhật dữ liệu từ MySQL lên Web

Trong bài viết này, chúng ta sẽ tìm hiểu cách sử dụng PHP để kết nối với MySQL thông qua hàm mysql_connect(), một hàm được hỗ trợ sẵn trong PHP Để xác nhận kết nối đã thành công hay chưa, chúng ta có thể sử dụng hàm die().

Sau khi đã kết nối thành công tiến hành chọn database bằng hàm mysql_select_db()

Tiếp theo chúng ta lấy thông tin bằng hàm mysql_query() mysql_query("SELECT * FROM nt)

Truy vấn này sẽ trả về một bảng thông tin đầy đủ tương tự như bảng nt trong cơ sở dữ liệu hb của MySQL Chúng ta sẽ lấy từng dòng của bảng đó dưới dạng mảng bằng cách sử dụng hàm mysql_fetch_array().

+ Lấy dữ liệu đã cập nhật vẽ thành đồ thị

Ta dùng một số thư viện có sẵn trong javascript để vẽ đồ thị

 exporting.js Để lấy dữ liệu từ PHP sang javascript ta dùng lệnh echo json_encode()

VD: để lấy mảng từ PHP truyền vào javascript, ta thực hiện lệnh sau var row = ;

Để theo dõi nhịp tim liên tục, chúng ta chỉ có thể quan sát tại một thời điểm nhất định Để cập nhật thông tin này một cách liên tục, cần sử dụng hàm load lại cửa sổ thông qua JavaScript.

function reFresh(){ window.open(location.reload(true)) } window.setInterval("reFresh()",10000)//mili giay

XÂY DỰNG TRANG WEB HIỂN THỊ

 Trang đăng nhập: cho phép người dùng đăng nhập để theo dõi tình trạng sức khỏe

 Trang chủ: là trang dùng để hiển thị nhịp tim đo được từ mudule đo nhịp tim dưới dạng biểu đồ

Trang đăng nhập Trang chủ

KẾT QUẢ_NHẬN XÉT_ĐÁNH GIÁ

KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN