
CÔNG NGHỆ Tập san SINH VIÊN NGHIÊN CỨU KHOA HỌC ● Số 13.2023
116
KHOA H
ỌC
THIẾT KẾ THIẾT BỊ ĐO ĐIỆN TIM CẦM TAY (ECG)
DESIGN OF HANDLE ELECTRICAL MEASUREMENT EQUIPMENT (ECG) Trần Mạnh Tuấn1,*, Lê Thị Giang1, Nguyễn Thị Thảo Vân1, Nguyễn Văn Công2, Nguyễn Ngọc Anh3 TÓM TẮT Trong suốt thời gian đại dịch Covid -19 bùng phát, d
ịch vụ chăm sóc sức khỏe
từ xa chính là chìa khóa giúp chúng ta vượt qua đại dịch, các yêu c
ầu mới do tác
động Covid-19 tạo ra đã tạo động lực để giải quyết các nhu cầu về cơ sở hạ tầng v
à
quy định mà trước đây không thể vượt qua. Bài báo nghiên c
ứu, thiết kế thiết bị
đo điện tim cầm tay như một mô hình chăm sóc s
ức khoẻ hiện đại, ứng dụng công
nghệ cao góp phần làm giảm bớt những bất cập mà h
ệ thống y tế Việt Nam đang
phải đối mặt. Hệ thống ứng dụng công nghệ đo điện tim hi
ện đại nhất hiện nay
đó là công nghệ điện tâm đồ ECG, xây dựng một app theo dõi trên đi
ện thoại thông
qua vi
ệc kết nối bluetooth. Hệ thống sử dụng các module cảm biến điện tim
AD8232, liên kết app theo dõi với module Bluetooth BLE JDY-08, thông qua việctruyền dữ liệu giữa chip STM32F103C8T6 và module Bluetooth BLE JDY-08 hi
ển
thị giản đồ điện tim trên app điện thoại. Từ khoá: Chăm sóc s
ức khoẻ từ xa; điện tâm đồ ECG; module cảm biến điện tim
AD8232; module Bluetooth BLE JDY
-08; chip STM32F103C8T6. ABSTRACT During the outbreak of the Covid-
19 pandemic, telemedicine was the key to
helping us get through the pandemic, the new requirements created by the
impact of Covid-
19 provided the impetus to solve the problem. Address
infrastructure and regulatory needs tha
t were previously insurmountable. The
article researches and designs a handheld electrocardiogram device as a modern
health care model, applying high technology, contributing to alleviating the
inadequacies the Vietnamese health system is facing. The syste
m applying the
most modern electrocardiogram technology today is ECG electrocardiogram
technology, building a monitoring app on the phone through bluetooth
connection. The system uses the AD8232 electrocardiogram sensor module,
linking the monitoring app with the JDY-
08 Bluetooth BLE module, through the
data transmission between the STM32F103C8T6 chip and the JDY-
08 Bluetooth
BLE module displaying the ECG diagram on the electrical appphone. Keywords:
Remote health care; Electrocardiogram ECG; AD8232
electrocardiogram sensor module; Electrocardiogram EC; JDY-
08 Bluetooth BLE
module; STM32F103C8T6 chip. 1Lớp Điện tử Truyền thông 7 - K14, Khoa Điện tử, Trường Đại học Công nghiệp Hà Nội2Lớp Điện tử Truyền thông 5 - K14, Khoa Điện tử, Trường Đại học Công nghiệp Hà Nội3Khoa Điện tử, Trường Đại học Công nghiệp Hà Nội *Email: tuantm16.haui@gmail.com 1. GIỚI THIỆU Bệnh tim mạch là một trong những bệnh lý thuộc nhóm bệnh không lây nhiễm có tỷ lệ tử vong cao nhất tại Việt Nam. Vì vậy, việc biết rõ một số triệu chứng các bệnh tim mạch thường gặp, có thể tự theo dõi sức khoẻ của bản thân sẽ là cơ sở giúp mỗi người nhận biết bệnh sớm hơn. Từ đó thăm khám và tầm soát bệnh kịp thời nhằm hạn chế các biến chứng nguy hiểm có thể xảy ra. Các thiết bị đo điện tim hiện nay đã được nghiên cứu, một số sản phẩm của nước ngoài đã được thương mại. Tuy nhiên, các sản phẩm thương mại (do nước ngoài cung cấp) thường có giá thành cao, không làm chủ được công nghệ như hiệu chỉnh các thông số của thiết bị. Các sản phẩm trong nước chủ yếu thử nghiệm, đo lấy thông tin để phục vụ quá trình nghiên cứu. Bài báo tập trung nghiên cứu, thiết kế một thiết bị đo điện tim cầm tay nhỏ gọn, tối ưu, chi phí thấp, hiệu quả hoạt động cao. 2. THIẾT KẾ HỆ THỐNG 2.1. Yêu cầu của hệ thống Để mạch chạy ổn định và có độ chính xác cao cần đáp ứng những yêu cầu sau: - Xây dựng hệ thống nhỏ gọn hoạt động ổn định. - Thiết bị đảm bảo được độ chính xác về hiển thị sóng điện tim. - Cho phép người dùng có thể theo dõi qua Ứng dụng điện thoại. - Hệ thống có giao diện hợp lý, bắt mắt và dễ dàng thao tác với người sử dụng. - Có thể phát triển thành hệ thống áp dụng cho các bệnh viện. Kết quả cần đạt: Xây dựng được một mô hình thiết kế thiết bị đo điện tim cầm tay đảm bảo được tính ổn định, chính xác về hiển thị sóng điện tim, thời lượng pin sử dụng và mang lại sự an toàn cho người sử dụng. Sản phẩm có các chức năng sau: - Hiển thị giản đồ điện tim. - Phát hiện và chẩn đoán các bệnh về tim như rối loạn tim, suy tim, nhồi máu cơ tim,... 2.2. Sơ đồ khối của hệ thống a) Thiết kế phần cứng của hệ thống Giải thích các khối - Khối nguồn: Hiển thị dung lượng của pin Lithium và cung cấp nguồn cho toàn mạch.

SCIENCE - TECHNOLOGY Số 13.2023 ● Tập san SINH VIÊN NGHIÊN CỨU KHOA HỌC 117
- Khối đầu vào: Module cảm biến điện tim ECG AD8232 xử lý các tín hiệu điện từ tim thông qua 3 điểm mút dán và gửi tín hiệu Analog về cho khối xử lý. - Khối xử lý: Chip STM32F103C8T6 xử lý tín hiệu Analog từ khối đầu vào thông qua bộ chuyển đổi ADC để đọc được các giá trị tương ứng rồi gửi dữ liệu qua module truyền thông Bluetooth ở khối đầu ra. - Khối đầu ra: Module Bluetooth 4.0 năng lượng thấp BLE JDY-08 kết nối với điện thoại di động và thực hiện vẽ các đường tín hiệu và hiển thị trên ứng dụng điện thoại dựa vào các dữ liệu nhận được từ khối xử lý. - Ứng dụng điện thoại: Hiển thị điện tâm đồ ECG lên màn hình điện thoại Hình 1. Sơ đồ khối của hệ thống b) Thiết kế phần mềm Xây dựng lưu đồ thuật toán như hình 2. Hình 2. Lưu đồ thuật toán của hệ thống Giải thích lưu đồ: Ban đầu thiết lập chân đầu vào ra cho STM32F103C8T6, bật khởi tạo các module cảm biến điện tim AD8232, module Bluetooth BLE JDY-08. Bật Bluetooth trên điện thoại di động và khởi chạy App. App sẽ tự động tìm ra module Bluetooth BLE JDY-08 để kết nối, trong quá trình tìm ra tín hiệu từ module Bluetooth BLE JDY-08 App điện thoại sẽ liệt kê danh sách tất cả các thiết bị đang bật Bluetooth đến khi tìm ra module Bluetooth BLE JDY-08. Sau khi kết nối thành công với module Bluetooth BLE JDY-08 App sẽ hiển thị giao diện bao gồm có trạng thái kết nối, nút kết nối lại và điện tâm đồ ECG. Trong trường hợp truyền dữ liệu giữa chip STM32F103C8T6 và module Bluetooth BLE JDY-08 thành công thì giao diện sẽ hiển thị điện tâm đồ ECG lên màn hình và ngược lại, trường hợp truyền dữ liệu giữa chip STM32F103C8T6 và module Bluetooth BLE JDY-08 không thành công thì giao diện sẽ không hiển thị điện tâm đồ ECG. Thiết kế App Hình 3. Giao diện App được thiết kế Để thiết kế app cần thông qua 4 chương trình sau: - Chương trình quét thiết bị kết nối Bluetooth: Sử dụng phương thức scanLeDevice() được sử dụng để quét các thiết bị Bluetooth Low Energy (BLE). Phương thức khởi tạo của lớp LeDeviceListAdapter gán một danh sách mới cho mLeDevices và khởi tạo một đối tượng Layout Inflater bằng cách sử dụng DeviceScanActivity.this.getLayoutInflater(). - Chương trình kết nối Bluetooth: Nếu địa chỉ được khớp với một thiết bị được lưu trữ trước đó và đối tượng BluetoothGatt được khởi tạo. - Chương trình xử lí dữ liệu qua app: phương thức được sử dụng để xử lý và lưu trữ dữ liệu ECG được nhận từ thiết bị Bluetooth. - Chương trình phục vụ vẽ biểu đồ: Bằng phương thức findViewById() 3. KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU - Kết quả thực hiện phần cứng Các linh kiện yêu cầu: bố trí chính xác vị trí, đúng chiều đã quy định. Các mối hàn đủ thiếc, không thiếu/ thừa thiếc. Hàn chính xác đúng vị trí đã quy định.

CÔNG NGHỆ Tập san SINH VIÊN NGHIÊN CỨU KHOA HỌC ● Số 13.2023
118
KHOA H
ỌC
Hình 4. Kết quả thực hiện phần cứng - Thử nghiệm Sau khi khởi động cấp nguồn cho mạch và ba điểm mút đo điện tim được gắn lên người cần đo, điện thoại có kết nối Bluetooth và mở App điện thoại bắt đầu tiến hành đo điện tim. Đèn báo truyền dữ liệu nháy đồng nghĩa với việc Module BLE đã nhận được dữ liệu từ vi điều khiển và truyền lên App điện thoại để thực hiện vẽ điện tâm đồ ECG. Trong trường hợp điện thoại chưa kết nối được với Module BLE từ mạch, điện thoại sẽ liệt kê các thiết bị có tên không phải tên của Module BLE đã được gán từ trước. Hình 5. Thông báo kiểm tra kết nối trên điện thoại Khi App điện thoại đã kết nối Bluetooth được với mạch thành công, màn hình sẽ hiển thị giao diện vẽ điện tâm đồ ECG dựa vào tín hiện được lấy từ ba điểm mút được gắn trên cơ thể người. Điện tâm đồ ECG được hiển thị trên phần lớn của màn hình điện thoại. Ngoài ra cũng có nút ngắt kết nối (DISCONNECT) và kết nối lại Bluetooth trong trường hợp môi trường kết nối gặp sự cố. Hình 6. Kết quả giản đồ điện tim thu được trên App Bảng 1. Thử nghiệm hệ thống trong 10 lần đo Lần đo thứ
Sai số Đánh giá 1 Các gợn sóng đều, rõ ràng, gần như không có nhiễu Đạt 2 Các gợn sóng đều, rõ ràng, nhiễu không đáng kể Đạt 3 Các gợn sóng đều, rõ ràng, nhiễu không đáng kể Đạt 4 Các gợn sóng đều, rõ ràng, nhiễu không đáng kể Đạt 5 Các gợn sóng đều, đã xảy ra sai số ở xung thứ 7 Chưa đạt 6 Các gợn sóng đều, đã xảy ra sai số ở xung thứ 5 Chưa đạt 7 Các gợn sóng đều, rõ ràng, nhiễu không đáng kể Đạt 8 Các gợn sóng đều, rõ ràng, nhiễu không đáng kể Đạt 9 Các gợn sóng đều, đỉnh sóng chưa được rõ ràng Đạt 10 Đỉnh và gợn sóng chưa rõ ràng, nhiễu. Lần đo này do người đo ngồi sai tư thế nên xảy ra nhiễu lớn. Chưa đủ điều kiện đánh giá
Dựa vào bảng đánh giá về kết quả thử nghiệm sau 10 lần đo, ta thấy: - Sản phẩm hoạt động khá ổn định trong môi trường yên tĩnh và người đo ngồi đúng tư thế. - Sản phẩm hoạt động tốt trong thời gian dài, thời gian sử dụng không tạo ra sai số của sản phảm. - Cần cải thiện nhiễu do đầu mút cảm biến. 4. KẾT LUẬN Bài báo đã trình bày nghiên cứu thiết kế thiết bị đo điện tim cầm tay (ECG). Thiết bị có thể đo và hiển thị được điện tâm đồ ECG nhận từ cơ thể người và hiển thị lên màn hình điện thoại. Tuy nhiên vẫn còn nhiều ảnh hưởng tác động đến quá trình đo như môi trường, bề mặt tiếp xúc và một số ảnh hưởng nhỏ. Về cơ bản sản phẩm đã đo được điện tim của con người ở mức sai số thấp nhất có thể. Bên cạnh đó, thiết bị đo điện tim cầm tay được thiết kế rất nhỏ gọn và dễ dàng sử dụng một cách dễ dàng không gây đau đớn khi đo. Tuy nhiên, chưa thể khắc phục được nhiễu trên điểm mút dán trên da người khiến sản phẩm hoạt động chưa tối ưu. TÀI LIỆU THAM KHẢO [1]. N. N. Hà, 2014. Lập trình căn bản ARM CORTEX M3 STM32F103C8T6. Hồ Chí Minh. [2]. John Horton, 2021. Android Programming for Beginners, Packt Publishing. [3]. https://www.youtube.com/playlist?list=PL33lvabfss1wDeQMvegg_ OZQfaXcbqOQh. [4]. Alldatasheet. Performance line, ARM-based 32-bit MCU with flash, USB, CAN, seven 16-bit timers, two ADCs and nine communication interfaces. https://alldatasheet.com/htmlpdf/201596/STMICROELECTRONICS/STM32F103C6T6/25422/13/STM32F103C8T6.html. [5]. Vũ Chi Uy, 2018. BLE so với Wi-Fi để phát triển sản phẩm IoT. https://helpex.vn/ article/ble-so-voi-wi-fi-de-phat-trien-san-pham-iot-5c6b979eae03f61e2464db43. [6]. Đỗ Thị Thanh Hoa, Ngoại tâm thu nhĩ có đáng lo không, Nên điều trị như thế nào. https://ninhtamvuong.co/bai-viet/benh-roi-loan-nhip-tim/dien-tam-do. [7]. Focus Technology. New Original Microcontroller Chip IC Stm32f103c8t6 32-Bit 72MHz 64kb (64K X 8) Flash. https://gawinpcba.en.made-in-china.com/product/LZQJzbtYschI/China-New-Original-Microcontroller-Chip-IC-Stm32f103c8t6-32-Bit-72MHz-64kb-64K-X-8-Flash.html.

