Nghiên cứu, chế tạo găng tay thông minh theo dõi sức khỏe bệnh nhân

Chia sẻ: _ _ | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:6

Thêm vào BST

Báo xấu

8
lượt xem 2
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

“Găng tay thông minh theo dõi sức khỏe bệnh nhân” được nghiên cứu, chế tạo nhằm mục đích hỗ trợ các y bác sĩ trong quá trình điều trị cho bệnh nhân mắc các bệnh truyền nhiễm. Găng tay thông minh có tính năng đo các thông số về sức khỏe như: nhiệt độ cơ thể, nhịp tim, nồng độ SPO2 trong máu, để từ đó thông báo cho bệnh nhân thông qua màn hình LCD, thông báo tới smartphone của bác sĩ thông qua wifi.

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Nghiên cứu, chế tạo găng tay thông minh theo dõi sức khỏe bệnh nhân

Trường Đại học Giao thông vận tải https://www.utc.edu.vn/ ---------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------- NGHIÊN CỨU, CHẾ TẠO GĂNG TAY THÔNG MINH THEO DÕI SỨC KHỎE BỆNH NHÂN Giảng viên hướng dẫn: TS. Lê Thị Thúy Nga Sinh viên thực hiện: Nguyễn Quốc Khánh Lớp: Tự động hóa 2-K60 Tóm tắt: “Găng tay thông minh theo dõi sức khỏe bệnh nhân” được nghiên cứu, chế tạo nhằm mục đích hỗ trợ các y bác sĩ trong quá trình điều trị cho bệnh nhân mắc các bệnh truyền nhiễm. Găng tay thông minh có tính năng đo các thông số về sức khỏe như: nhiệt độ cơ thể, nhịp tim, nồng độ SPO2 trong máu, để từ đó thông báo cho bệnh nhân thông qua màn hình LCD, thông báo tới smartphone của bác sĩ thông qua wifi. Ngoài ra, găng tay thông minh còn có thể nhắc nhở bệnh nhân giờ uống thuốc, giúp bệnh nhân thực hiện cuộc gọi khẩn cấp khi cần thiết. Từ khóa: Găng tay thông minh, găng tay theo dõi sức khỏe, bệnh nhân, covid. 1. ĐẶT VẤN ĐỀ Hiện nay, tuy chúng ta cơ bản đã kiểm soát được sự lây lan của dịch Covid nhưng không vì thế mà chủ quan về những biến chủng mới có thể xuất hiện và bùng nổ dịch bệnh trở lại. Mặt khác các bệnh nhân F0 mắc Covid phải cách ly tại nhà cần phải được theo dõi tình trạng sức khỏe thường xuyên. Trên thị trường đã có các thiết bị sử dụng tại nhà đo được các chỉ số cơ thể như nhiệt độ cơ thể, nhịp tim, nồng độ oxi trong máu, tuy nhiên các thiết bị đó vẫn còn một vài hạn chế như không đồng thời đo được các chỉ số cơ thể mà vẫn còn tách riêng lẻ từng thiết bị khác nhau. Các thiết bị đó chỉ đo được ở thời điểm mà ta muốn đo chứ không đo xuyên suốt quá trình của bệnh nhân để từ đó theo dõi được sức khỏe. Mặt khác những thiết bị chuyên dụng được sử dụng trong bệnh viện lại có giá thành khá cao. 2. NỘI DUNG, KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU 2.1. Thiết kế phần cứng - Găng tay thông minh theo dõi sức khỏe bệnh nhân được thiết kế với những tính năng sau: • Đo được đồng thời nhiệt độ cơ thể, nhịp tim, nồng độ oxi trong máu của bệnh nhân trong suốt quá trình nghỉ ngơi của bệnh nhân. • Cảnh báo khi chỉ số vượt ngưỡng bình thường bằng âm thanh giọng nói. • Theo dõi sức khỏe từ xa mọi lúc mọi nơi bằng app trên điện thoại. ------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------ Kỷ yếu NCKHSV năm học 2021-2022 88
Trường Đại học Giao thông vận tải https://www.utc.edu.vn/ ---------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------- • Có thể cài đặt các thông số phù hợp cho từng lứa tuổi, đối tượng khác nhau. • Tính năng nhắc nhở thời gian uống thuốc bằng giọng nói. • Tính năng gọi khẩn cấp đến số điện thoại người thân khi cần trợ giúp. - Sản phẩm được sử dụng từ găng tay thể thao cụt ngón, làm từ vải, độ co giãn cao, không hấp thụ nhiệt nên đeo vô cùng thoáng mát, tránh được tia UV. Mặt trong của găng tay được đệm da chống trơn trượt, tăng ma sát, giúp bệnh nhân dù cho có đeo găng tay nhưng vẫn dễ dàng cầm nắm đồ vật. Hình 1. Găng tay thể thao cụt ngón - Găng tay có thể tùy chỉnh kích thước lòng bàn tay, cổ tay để phù hợp với mọi lứa tuổi khác nhau. - Găng tay được kết nối không dây với bộ điều khiển trung tâm và điện thoại để hiển thị các chỉ số đo được và thực hiện một số chức năng khác thông qua kết nối wifi. 2.2. Sơ đồ cấu trúc phần cứng Sơ đồ cấu trúc phần cứng của găng tay thông minh theo dõi sức khỏe bênh nhân nói chung gồm 3 phần cơ bản thể hiện trên hình 2. Hình 2. Sơ đồ khối cấu trúc chung của găng tay thông minh - Khối thu tín hiệu: Có chức năng thu nhận các tín hiệu đọc được từ cảm biến. - Khối xử lý tín hiệu: Thực hiện xử lý các tín hiệu thu được và truyền tới khối thực thi. - Khối thực thi: Thực hiện chức năng thông báo. Với cấu trúc tổng quát của thiết bị như hình 2, đề tài đề xuất phương án lựa chọn linh kiện phần cứng cho hệ thống cụ thể như hình 3. ------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------ Kỷ yếu NCKHSV năm học 2021-2022 89
Trường Đại học Giao thông vận tải https://www.utc.edu.vn/ ---------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------- Hình 3. Sơ đồ các khối chức năng của găng tay thông minh theo dõi sức khỏe bệnh nhân -Khối thu tín hiệu: • Cảm biến nhiệt độ: Thu nhận dữ liệu về nhiệt độ cơ thể. • Cảm biến max1302: Thu nhận dữ liệu về nhịp tim và nồng độ oxi trong máu. • Mạch đọc thẻ nhớ: Thu nhận dữ liệu về dữ liệu âm thanh trong thẻ nhớ. • Blynk sever: Thu nhận dữ liệu về thời gian và tín hiệu của các nút trên Blynk app. -Khối xử lý tín hiệu: • Arduino nano: Xử lý dữ liệu thu được. • ESP8266: Xử lý dữ liệu thu được và gửi lên Blynk sever. • Module SIM 800L: Chức năng gọi điện thoại. • Blynk sever: Tiếp nhận, xử lý dữ liệu được gửi từ ESP8266. -Khối thực thi: • LCD 2004: Hiển thị kết quả thu được sau khi xử lý • Mạch khuếch đại âm thanh và loa: Xuất tín hiệu âm thanh • Còi: Xuất tín hiệu âm thanh • Blynk app: Hiển thị thông báo lên điện thoại 2.3. Cơ chế hoạt động của găng tay thông minh • Tính năng đo lường Khi bệnh nhân đeo găng tay thì các cảm biến sẽ đo và thu nhận tín hiệu: -Cảm biến nhiệt độ đo được nhiệt độ dựa theo sự bức xạ hồng ngoại từ những vật mang nhiệt. Ở đây cơ thể người sẽ phát ra tia hồng ngoại và sẽ được thu nhận đến cảm biến. ------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------ Kỷ yếu NCKHSV năm học 2021-2022 90
Trường Đại học Giao thông vận tải https://www.utc.edu.vn/ ---------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------- -Cảm biến đo nhịp tim và nồng độ oxi trong máu dựa theo cơ chế quang phổ. Nghĩa là chiếu ánh sáng lên bề mặt da trên cổ tay người dùng. Các bước sóng khác nhau của ánh sáng sẽ có những tương tác và khúc xạ khác nhau với mạch máu dưới da ở cổ tay. Các tín hiệu bức xạ hồng ngoại hay tín hiệu của bước sóng ánh sáng đo được từ cảm biến nhiệt độ, cảm biến nhịp tim và nồng độ oxi trong máu thông qua mạch biến đổi sẽ chuyển đổi thành tín hiệu điện. Sau đó qua quá trình lập trình tính toán trên bộ xử lý trung tâm arduino thì sẽ cho ra kết quả. • Tính năng hiển thị Các kết quả đo được từ cảm biến trên găng tay sẽ được kết nối không dây và truyền qua đường wifi tới bộ điều khiển trung tâm và hiển thị lên màn hình LCD và cũng hiển thị lên điện thoại với dạng thông số và dạng biểu đồ trên app blynk. • Tính năng thông báo Cơ chế thông báo được thực hiện dựa trên sự tính toán và so sánh các số liệu rồi phản hồi. Cụ thể: Nhiệt độ trung bình cơ thể người khoảng từ 35 ÷ 37C. Người trong độ tuổi từ 18 ÷ 40 thì nhịp tim khoảng từ 60 ÷100 nhịp/phút. Nồng độ oxi trong máu ở người bình thường trong khoảng từ 96 ÷ 99%. Khi kết quả đo được nằm trong khoảng này thì thiết bị sẽ vẫn hiển thị lên màn hình và không phản hồi gì. Tuy nhiên nếu kết quả đo đươc nằm ngoài khoảng này thì mà liên tục trong vòng 1 phút thì sẽ có âm thanh cảnh báo từ loa để thông báo cho những người xung quanh biết được, đồng thời trên điện thoại cũng nhận được thông báo. • Tính năng điều khiển Không phải ở độ tuổi nào hay trạng thái nào thì các chỉ số của ai cũng giống nhau. Nên cần điều chỉnh các khoảng giá trị mà ta muốn cảnh báo để phù hợp với từng người ở từng độ tuổi. Các phím bấm trên thiết bị sẽ thực hiện nhiệm vụ này. Chỉ bằng việc bấm nút thì các thông số sẽ hiển thị và thay đổi theo yêu cầu. Đồng thời cũng có thể điều khiển các thông số này từ xa bằng điện thoại thông qua kết nối wifi • Tính năng nhắc nhở uống thuốc Dữ liệu về thời gian thực sẽ được lấy trực tiếp từ sever của app blynk rồi truyền tới ESP8266 thông qua đường truyền wifi, sau đó dữ liệu về thời gian này lại tiếp tục được truyền tới arduino nano thông qua giao tiếp UART. Thời gian cài đặt thông báo uống thuốc cũng được truyền tương tự. Bằng việc so sánh giữa thời gian thực và thời gian uống thuốc, khi 2 thời gian này bằng nhau thì sẽ xuất hiện thông báo bằng âm thanh qua loa và thông báo trên điện thoại để nhắc nhở cho bệnh nhân có thể uống thuốc đúng giờ. • Tính năng gọi khẩn cấp SOS khi cần trợ giúp Trên găng tay sẽ có một nút bấm để khi gặp sự cố mà bệnh nhân cần sự trợ giúp từ người thân thì trạng thái nút nhấn sau khi bấm sẽ được truyền tới ESP8266 trên bộ điều khiển trung tâm thông qua được truyền wifi, sau đó trạng thái nút nhấn lại tiếp tục được truyền tới arduino nano thông qua giao tiếp UART. Lúc này arduino khi nhận được ------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------ Kỷ yếu NCKHSV năm học 2021-2022 91
Trường Đại học Giao thông vận tải https://www.utc.edu.vn/ ---------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------- trạng thái về việc gọi điện thoại thì sẽ tự động gọi đến số điện thoại đã cài sẵn từ trươc thông qua tập lệnh AT. 2.4. Xây dựng lưu đồ thuật toán cảnh báo và giám sát thông số sức khỏe Hình 4. Lưu đồ thuật toán cảnh báo và giám sát thông số sức khỏe Chương trình bắt đầu, khởi tạo các biến lưu giá trị của nhiệt độ, nhịp tim, nồng độ oxi trong máu và trạng thái của loa là đang tắt. Sau đó cảm biến sẽ đọc dữ liệu thu được rồi hiển thị lên màn hình LCD đồng thời cũng đẩy lên app blynk. Tiếp theo chương trình sẽ thực hiện lệnh so sánh. Nếu giá trị về nhiệt độ, nhịp tim, nồng độ oxi trong máu nằm trong khoảng cho phép thì trạng thái loa sẽ vẫn bằng 0, nhưng nếu nằm ngoài khoảng đó thì trạng thái loa sẽ được kích lên 1 và đồng thời cũng sẽ xuất tín hiệu cảnh báo về điện thoại. Một số hình ảnh sản phẩm và giao diện phần mềm: Hình 5. Găng tay và bộ điều khiển trung tâm ------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------ Kỷ yếu NCKHSV năm học 2021-2022 92
Trường Đại học Giao thông vận tải https://www.utc.edu.vn/ ---------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------- Hình 6. Giao diện phần mềm trên điện thoại kết nối với găng tay 2.5. Kết quả nghiên cứu Sau khi hoàn thành, găng tay thông minh theo dõi sức khỏe bệnh nhân đã được vận hành, thử nghiệm trên nhiều đối tượng với những độ tuổi khác nhau. Kết quả là sản phẩm hoạt động ổn định ở tất cả các tính năng, các chỉ số đo được cũng tương đối chính xác so với các loại thiết bị khác. Ban đầu mọi người sử dụng còn hơi bỡ ngỡ, chưa quen. Nhưng sau nhiều lần thì mọi người cũng đã thích ứng, sử dụng sản phẩm linh hoạt hơn. 3. KẾT LUẬN Sản phẩm tạo ra cơ bản đáp ứng yêu cầu các thông số kỹ thuật. Tuy nhiên để kiểm nghiệm thật đầy đủ tính tiện dụng và chính xác các thông số kỹ thuật thì cần được kiểm chứng nhiều hơn có chuyên gia về kỹ thuật điện tử và công nghệ thông tin và phải có thêm thời gian dài để hoàn thành, bổ sung thêm các tính năng cho sản phẩm. Sản phẩm sẽ được nghiên cứu và phát triển thêm nhiều tính năng mới như: Đo huyết áp, thống kê chỉ số cơ thể theo thời gian, gửi dữ liệu đo được từ nhiều găng tay về cho một máy chủ... Tài liệu tham khảo [1]. Quách Tuấn Ngọc: Xử lý tín hiệu số. Nhà xuất bản Giáo dục, năm1997. [2]. Phạm Quang Huy, Lê Cảnh Trung: Lập trình điều khiển với arduino. NXB Thanh Niên, năm 2014. [3]. Phạm Quang Huy, Nguyễn Trọng Hiếu: Vi điều khiển và ứng dụng arduino dành cho người tự học. NXB Bách Khoa Hà Nội, năm 2015. ------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------ Kỷ yếu NCKHSV năm học 2021-2022 93