(Đồ án tốt nghiệp) THIẾT kế THIẾT bị ĐEO TAY PHÁT HIỆN té NGÃ ở NGƯỜI CAO TUỔI

Bạn đang xem bản rút gọn của tài liệu. Xem và tải ngay bản đầy đủ của tài liệu tại đây (4.4 MB, 84 trang )

2022
TÊN ĐỀ TÀI: THIẾT BỊ ĐEO TAY PHÁT HIỆN TÉ NGÃ Ở NGƯỜI CAO TUỔI
Họ và tên sinh viên: Đoàn Văn Thắng, Trần Trung Tín

Phụ lục 01

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG
TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT
KHOA ĐIỆN – ĐIỆN TỬ

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
ĐẠI HỌC
NGÀNH: CÔNG NGHỆ KỸ THUẬT ĐIỀU KHIỂN VÀ
TỰ ĐỘNG HÓA

ĐỀ TÀI:

THIẾT KẾ THIẾT BỊ ĐEO TAY
PHÁT HIỆN TÉ NGÃ Ở NGƯỜI CAO TUỔI

Người hướng dẫn :
Sinh viên thực hiện:
Mã sinh viên:
Lớp:

ThS. Phạm Duy Dưởng
Đoàn Văn Thắng
Trần Trung Tín
1811505520146
1811505520156
18TDH1

Đà Nẵng, 06/2022

TIEU LUAN MOI download :

Phụ lục 01

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG
TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT
KHOA ĐIỆN – ĐIỆN TỬ

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
ĐẠI HỌC
NGÀNH: CƠNG NGHỆ KỸ THUẬT ĐIỀU KHIỂN VÀ
TỰ ĐỘNG HĨA

ĐỀ TÀI:

THIẾT KẾ THIẾT BỊ ĐEO TAY
PHÁT HIỆN TÉ NGÃ Ở NGƯỜI CAO TUỔI

Người hướng dẫn :
Sinh viên thực hiện:
Mã sinh viên:
Lớp:

ThS. Phạm Duy Dưởng
Đồn Văn Thắng
Trần Trung Tín

1811505520146
1811505520156
18TDH1

Đà Nẵng, 06/2022

TIEU LUAN MOI download :

NHẬN XÉT CỦA NGƯỜI HƯỚNG DẪN

...................................................................................................................................................................
...................................................................................................................................................................
...................................................................................................................................................................
...................................................................................................................................................................
...................................................................................................................................................................
...................................................................................................................................................................
...................................................................................................................................................................
...................................................................................................................................................................
...................................................................................................................................................................
...................................................................................................................................................................
...................................................................................................................................................................
...................................................................................................................................................................
...................................................................................................................................................................
...................................................................................................................................................................
...................................................................................................................................................................
...................................................................................................................................................................
...................................................................................................................................................................
...................................................................................................................................................................
...................................................................................................................................................................

...................................................................................................................................................................
...................................................................................................................................................................
...................................................................................................................................................................
...................................................................................................................................................................
...................................................................................................................................................................
...................................................................................................................................................................
...................................................................................................................................................................

TIEU LUAN MOI download :

NHẬN XÉT CỦA NGƯỜI PHẢN BIỆN

...................................................................................................................................................................
...................................................................................................................................................................
...................................................................................................................................................................
...................................................................................................................................................................
...................................................................................................................................................................
...................................................................................................................................................................
...................................................................................................................................................................
...................................................................................................................................................................
...................................................................................................................................................................
...................................................................................................................................................................
...................................................................................................................................................................
...................................................................................................................................................................
...................................................................................................................................................................
...................................................................................................................................................................
...................................................................................................................................................................
...................................................................................................................................................................
...................................................................................................................................................................

• Chương 1: Cơ sở lý thuyết
Chương này giới thiệu về nhịp tim, kiến thức té ngã ở người cao tuổi và các
linh kiện được sử dụng.
• Chương 2: Tính tốn, thiết kế phần cứng
Chương 2 xây dựng sơ đồ khối, sơ đồ ngun lý của thiết bị. Từ đó thi cơng
phần mạch in.
• Chương 3: Lập trình điều khiển hệ thống
Chương 3 xây dựng lưu đồ thuật toán của thiết bị, giới thiệu nguyên lý đo
nhịp tim, SpO2, thuật toán phát hiện té ngã và thiết kế giao diện phần mềm
theo dõi trên điện thoại.
• Chương 4: Thử nghiệm và đánh giá kết quả
Chương 4 tiến hành thử nghiệm để đánh giá các tính năng của thiết bị. Đưa
ra các hướng phát triển cho thiết bị để được hoàn thiện hơn và có thể thương
mại hóa.

TIEU LUAN MOI download :

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT

CỘNG HỊA XÃ HƠI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM

KHOA ĐIỆN - ĐIỆN TỬ

Độc lập - Tự do - Hạnh phúc

NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
Giảng viên hướng dẫn: ThS. Phạm Duy Dưởng
Sinh viên thực hiện: Đồn Văn Thắng Mã SV: 1811505520146
Trần Trung Tín

Mã SV: 1811505520156

1. Tên đề tài:
Thiết kế thiết bị đeo tay phát hiện té ngã ở người cao tuổi.
2. Các số liệu, tài liệu ban đầu:
- Đo nhịp tim, phát hiện té ngã, hiển thị số liệu qua App.
- Thông báo cho người thân qua số điện thoại.
3. Nội dung chính của đồ án:
- Tìm hiểu về nguyên lý đo nhịp tim, giải thuật xử lý tín hiệu để có được kết quả nhịp
tim.
- Lựa chọn cảm biến và thuật toán hỗ trợ trong việc phát hiện té ngã.
- Thiết kế và chế tạo thành công thiết bị đeo tay kết hợp đo nhịp tim, phát hiện té ngã,
theo dõi dữ liệu qua App.
4. Các sản phẩm dự kiến
Thiết bị đeo tay kết hợp chức năng đo nhịp tim, phát hiện té ngã ở người cao tuổi theo
dõi qua App trên điện thoại thông minh.
5. Ngày giao đồ án: 21/2/2022
6. Ngày nộp đồ án: 30/05/2022
Đà Nẵng, ngày 21 tháng 02 năm 2022.

Trưởng Bộ môn

Người hướng dẫn

TIEU LUAN MOI download :

LỜI NĨI ĐẦU
Xã hội hiện nay đang vươn mình phát triển một cách nhanh chóng với nền tảng là

cuộc cách mạng công nghệ 4.0 với các khái niệm như chuyển đổi số, điện tốn đám mây,
trí tuệ nhân tạo hay Internet vạn vật (IoT – Interner of Things) ... Những cơng nghệ này
đang góp phần cực kỳ quan trọng giúp cho cuộc sống trở lên văn minh hiện đại, tối ưu chi
phí nhân lực. Việc tích hợp những cơng nghệ hiện đại vào đời sống hàng ngày, càng trở
nên phổ biến khi chi phí dần được giảm thấp do cơng nghệ phát triển, những thứ quen thuộc
như nhà ở, xe hơi, đồng hồ… đang dần trở nên “thông minh”. Đặc biệt, nhu cầu về 1 thiết
bị nhỏ gọn, thuận tiện mang theo, nhưng có thể theo dõi sức khỏe, theo dõi nhịp tim, huyết
áp hay lượng calo tiêu thụ đang dần trở nên phổ biến. Các tính năng quan trọng khác như
báo thức, báo cuộc gọi đến, cảnh báo ngã… được tích hợp trong sản phẩm đang mang lại
rất nhiều những hiệu quả tích cực cho con người hiện nay.
Do vậy, em đã chọn đề tài “Thiết kế thiết bị đeo tay phát hiện té ngã ở người cao
tuổi” để thực hiện đề tài tốt nghiệp này.

i

TIEU LUAN MOI download :

LỜI CAM ĐOAN
Đồ án này là do chúng tôi tự thực hiện dựa vào một số tài liệu trước đó và khơng sao
chép từ tài liệu hay cơng trình đã có trước đó. Các kết quả cơng bố trong Đồ Án Tốt Nghiệp
“Thiết kế thiết bị đeo tay phát hiện té ngã ở người cao tuổi” là trung thực và khơng sao chép
từ cơng trình nào khác.

Sinh viên thực hiện
Đồn Văn Thắng

Trần Trung Tín

ii

TIEU LUAN MOI download :

MỤC LỤC
NHẬN XÉT CỦA NGƯỜI HƯỚNG DẪN ..................................................................................... i
NHẬN XÉT CỦA NGƯỜI PHẢN BIỆN ....................................................................................... ii
TÓM TẮT ...................................................................................................................................... iii
NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP .............................................................................................. iv
LỜI NÓI ĐẦU .................................................................................................................................. i
LỜI CAM ĐOAN ............................................................................................................................ ii
MỤC LỤC ...................................................................................................................................... iii
DANH MỤC CÁC BẢNG, HÌNH VẼ........................................................................................... vi
DANH MỤC KÍ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT ............................................................................. viii
MỞ ĐẦU......................................................................................................................................... 1
1.

Đặt vấn đề ............................................................................................................................ 1

2.

Các giải pháp hiện có ......................................................................................................... 1

3.

Mục tiêu đề tài .................................................................................................................... 4

4.

Lựa chọn giải pháp ............................................................................................................. 5

5.

Giới hạn đề tài ..................................................................................................................... 5

6.

Nội dung thực hiện ............................................................................................................. 5

CHƯƠNG 1. CƠ SỞ LÝ THUYẾT ............................................................................................. 6
1.1. Giới thiệu về nhịp tim......................................................................................................... 6
1.1.1.

Nhịp tim bình thường ............................................................................................... 6

1.1.2.

Nhịp tim rối loạn....................................................................................................... 7

1.2. Các kiến thức té ngã ở người cao tuổi .............................................................................. 8
1.3. Giới thiệu phần cứng .......................................................................................................... 9
1.3.1.

Tổng quan về hệ thống đề xuất ................................................................................ 9

1.3.2.

Module ESP8266 NodeMCU ................................................................................. 10

1.3.3.

Module NRF24L01 ................................................................................................. 12

1.3.4.

Module SIM800L .................................................................................................... 13

1.3.5.

Module hạ áp LM2596S ......................................................................................... 14

1.3.6.

Còi ........................................................................................................................... 15

1.3.7.

Chip Atmega328P ................................................................................................... 15

1.3.8.

Cảm biến gia tốc MPU6050 ................................................................................... 16
iii

TIEU LUAN MOI download :

1.3.9.

Cảm biến MAX30100 ............................................................................................. 17

1.3.10. Module cảm biến chạm TP223 .............................................................................. 18
1.3.11. Mạch sạc TP4056 ................................................................................................... 19
1.3.12. Nguồn Adapter ........................................................................................................ 19
1.4. Những chuẩn giao tiếp sử dụng ....................................................................................... 20
1.4.1.

Giao tiếp I2C ........................................................................................................... 20

1.4.1.1.

Đặc điểm .......................................................................................................... 20

1.4.1.2.

Nguyên tắc hoạt động...................................................................................... 20

1.4.2.

Giao tiếp UART ...................................................................................................... 21

1.4.2.1.

Đặc điểm .......................................................................................................... 21

1.4.2.2.

Truyền thông UART........................................................................................ 22

1.4.2.3.

Ứng dụng ......................................................................................................... 22

1.4.3.

Giao tiếp SPI ........................................................................................................... 23

1.4.3.1.

Đặc điểm .......................................................................................................... 23

1.4.3.2.

Cơ chế hoạt động ............................................................................................. 24

CHƯƠNG 2. TÍNH TỐN, THIẾT KẾ PHẦN CỨNG .......................................................... 25
2.1. Sơ đồ khối .......................................................................................................................... 25
2.1.1.

Sơ đồ khối của vòng tay.......................................................................................... 25

2.1.1.1.

Khối xử lý......................................................................................................... 25

2.1.1.2.

Khối cảm biến .................................................................................................. 25

2.1.1.2.1. Cảm biến đo nhịp tim và SpO2 .................................................................... 25

2.1.1.2.2. Cảm biến gia tốc ........................................................................................... 26
2.1.1.3.

Khối truyền thông RF2.4 ................................................................................ 26

2.1.1.4.

Khối nguồn ...................................................................................................... 26

2.1.2.

Sơ đồ khối của gateway .......................................................................................... 26

2.1.2.1.

Khối xử lý......................................................................................................... 27

2.1.2.2.

Khối truyền thông: .......................................................................................... 27

2.1.2.3.

Khối cảnh báo.................................................................................................. 27

2.1.2.4.

Khối nguồn ...................................................................................................... 27

2.2. Sơ đồ nguyên lý ................................................................................................................. 28

2.2.1.

Sơ đồ nguyên lý của vòng tay ................................................................................. 28

2.2.2.

Sơ đồ nguyên lý của gateway ................................................................................. 29

iv

TIEU LUAN MOI download :

2.3. Thi công phần cứng .......................................................................................................... 29
2.3.1.

Mạch in và mô phỏng 3D của vịng tay ................................................................. 30

2.3.2.

Mạch in và mơ phỏng 3D của gateway .................................................................. 30

CHƯƠNG 3. LẬP TRÌNH ĐIỀU KHIỂN HỆ THỐNG .......................................................... 31
3.1. Lưu đồ hoạt động của hệ thống ....................................................................................... 31
3.1.1.

Hoạt động của hệ thống ......................................................................................... 31

3.1.2.

Lưu đồ thuật tốn của vịng tay ............................................................................. 31

3.1.3.

Lưu đồ thuật toán của gateway .............................................................................. 32

3.1.4.

Thuật toán phát hiện té ngã ................................................................................... 33

3.1.5.

Nguyên lý đo nhịp tim, SpO2 ................................................................................. 34

3.2. Giới thiệu môi trường và công cụ sử dụng ..................................................................... 35
3.2.1.

Phần mềm Arduino ................................................................................................ 35

3.2.2.

Phần mềm Progisp.................................................................................................. 35

3.2.3.

Giới thiệu về Google Firebase ................................................................................ 40

3.3. Xây dựng giao diện phần mền trên điện thoại ............................................................... 40
3.3.1.

Chức năng của phần mềm theo dõi trên điện thoại .............................................. 40

3.3.2.

Thiết kế giao diện trên phần mềm điện thoại ........................................................ 41

3.3.2.1.

Thiết kế giao diện kết nối trên điện thoại ....................................................... 41

CHƯƠNG 4. THỬ NGHIỆM VÀ ĐÁNH GIÁ KẾT QUẢ ..................................................... 47
4.1. Thử nghiệm tính năng của hệ thống ............................................................................... 47
4.1.1.

Đo nhịp tim, nồng độ oxy trong máu (SpO2) ........................................................ 47

4.1.2.

Phát hiện té ngã và cảnh báo ................................................................................. 47

4.1.3.

Gửi dữ liệu lên firebase .......................................................................................... 47

4.2. Thử nghiệm ở các khoảng cách khác nhau .................................................................... 48
4.3. Hình ảnh thực tế của sản phẩm....................................................................................... 49
Kết quả đạt được...................................................................................................................... 50
Kết quả chưa đạt được ............................................................................................................ 51
Kết luận và hướng phát triển .................................................................................................. 51
TÀI LIỆU THAM KHẢO ......................................................................................................... 52

PHỤ LỤC ..........................................................................................................................................

v

TIEU LUAN MOI download :

DANH MỤC CÁC BẢNG, HÌNH VẼ
Bảng 1 - 1: Giá trị nhịp tim theo độ tuổi ......................................................................................... 6
Bảng 2 - 1: Tính tốn cơng suất tiêu thụ của vịng tay .................................................................. 26
Bảng 2 - 2: Tính tốn cơng suất của gateway ................................................................................ 27
Bảng 3 - 1: Khảo sát gia tốc ba trục với những hoạt động hàng ngày........................................... 34
Bảng 4 - 1: Khảo nghiệm so sánh nhịp tim giữa vòng tay với AppleWatch ................................. 47
Bảng 4 - 2: Thử nghiệm với các động tác mô phỏng khác nhau ................................................... 47
Bảng 4 - 3: Thử nghiệm ở các khoảng cách khác nhau ................................................................. 48
Hình I: Hình ảnh nhận dạng té ngã bằng camera thường ................................................................ 2
Hình II: Tổng quan hệ thống Smartband phổ biến .......................................................................... 4
Hình 1 - 1: Phân loại nhịp tim ......................................................................................................... 7
Hình 1 - 2: Hình ảnh người già bị té ngã ......................................................................................... 8
Hình 1 - 3: Sơ đồ chân pinout của kit ESP8266 ............................................................................ 10
Hình 1 - 4: Mạch nguyên lý của kit ESP8266 ............................................................................... 12
Hình 1 - 5: Module NRF24L01 ..................................................................................................... 12
Hình 1 - 6: Mạch nguyên lý của khối NRF24L01 ......................................................................... 13
Hình 1 - 7: Module sim 800L ........................................................................................................ 14
Hình 1 - 8: Module hạ áp LM2596S ............................................................................................. 14
Hình 1 - 9: Cịi Buzzer báo động ................................................................................................... 15
Hình 1 - 10: Chip Atmega328P ..................................................................................................... 15
Hình 1 - 11: Sơ đồ pinout của Atemega328P ................................................................................ 16
Hình 1 - 12: Cảm biến gia tốc MPU6050 ...................................................................................... 16
Hình 1 - 13: Mạch nguyên lý cảm biến gia tốc ............................................................................. 17

Hình 1 - 14: Cảm biến MAX30100 ............................................................................................... 17
Hình 1 - 15: Module cảm biến chạm TP223 ................................................................................. 18
Hình 1 - 16: Điều chỉnh ngõ ra của module TP223 ....................................................................... 18
Hình 1 - 17: Mạch sạc TP4056 ...................................................................................................... 19
Hình 1 - 18: Nguồn adapter 12V 5A ............................................................................................. 19
Hình 1 - 19: Giao tiếp I2C ............................................................................................................. 20
Hình 1 - 20: Sơ đồ khối giao tiếp UART....................................................................................... 21
Hình 1 - 21: Truyền thơng giao tiếp UART .................................................................................. 22
Hình 1 - 22: Giao tiếp SPI ............................................................................................................. 23
Hình 1 - 23: Cơ chế giao tiếp SPI hoạt động ................................................................................. 24
Hình 2 - 1: Sơ đồ khối của vịng tay .............................................................................................. 25
Hình 2 - 2: Sơ đồ khối gateway ..................................................................................................... 26
Hình 2 - 3: Sơ đồ ngun lý của vịng tay ..................................................................................... 28
Hình 2 - 4: Mạch nguyên lý của gateway ...................................................................................... 29
Hình 2 - 5: Mạch in và mơ phỏng 3D của vịng tay ...................................................................... 30
Hình 2 - 6: Mạch in và mơ phỏng 3D của gateway ....................................................................... 30
vi

TIEU LUAN MOI download :

Hình 3 - 1: Lưu đồ thuật tốn của vịng tay ................................................................................... 32
Hình 3 - 2: Lưu đồ thuật tốn của gateway ................................................................................... 33
Hình 3 - 3: Chạy chương trình nạp Progisp ................................................................................... 36
Hình 3 - 4: Chọn chip ATmega328P ............................................................................................. 36
Hình 3 - 5: Các thơng số quan trọng khi nạp code ........................................................................ 37
Hình 3 - 6: Xóa chip ...................................................................................................................... 37
Hình 3 - 7: Nạp chương trình Flash ............................................................................................... 38
Hình 3 - 8: Nạp chương trình Eeprom ........................................................................................... 38
Hình 3 - 9: Load chương trình ....................................................................................................... 39

Hình 3 - 10: Hồn thành nạp chương trình .................................................................................... 39
Hình 3 - 11: Google Firebase ........................................................................................................ 40
Hình 3 - 12: Ứng dụng theo dõi trên điện thoại ............................................................................ 41
Hình 3 - 13: Tạo project mới ......................................................................................................... 42
Hình 3 - 14: Chọn Form project .................................................................................................... 42
Hình 3 - 15: Đặt tên và đường dẫn cho project ............................................................................. 43
Hình 3 - 16: Chờ đợi quá trình load thư viện project .................................................................... 43
Hình 3 - 17: Tool -> Firebase ........................................................................................................ 44
Hình 3 - 18: Hộp thoại Firebase .................................................................................................... 44
Hình 3 - 19: Connect to firebase .................................................................................................... 45
Hình 3 - 20: Connect to Firebase ................................................................................................... 45
Hình 3 - 21: Thêm Firebase vào app ............................................................................................. 46
Hình 3 - 22: Thêm Firebase vào app thành cơng ........................................................................... 46
Hình 4 - 1: Dữ liệu cập nhật trên Fisebasse ................................................................................... 48
Hình 4 - 2: Vịng đeo tay ............................................................................................................... 49
Hình 4 - 3: Tổng thể GateWay ...................................................................................................... 49

vii

TIEU LUAN MOI download :

DANH MỤC KÍ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT

Thuật ngữ viết tắt

Thuật ngữ đầy đủ

SPI

Serial Peripheral Interface

I2C

Inter-Integrated Circuit

SMS

Short Message Services

GSM

Global System for Mobile
Communications

EU

European Union

MCU

Microcontroller Unit

IoT

Internet of Things

DTMF

Dual Tone Multi Frequency

VĐK

Vi điều khiển

PPG

Photoplethysmography

viii

TIEU LUAN MOI download :

Thiết kế thiết bị đeo tay phát hiện té ngã ở người cao tuổi

MỞ ĐẦU
1. Đặt vấn đề
Chăm sóc sức khỏe ở người cao tuổi đang là vấn đề được nhiều người quan tâm,
nhất là hiện nay, khi các gia đình q bận rộn trong cơng việc khơng có thời gian ở bên
những người thân yêu của mình. Ở người cao tuổi, vấn đề cần quan tâm đầu tiên là sức
khỏe như bệnh tim, tai biến mạch máu não… và thứ hai là té ngã.
Dân số thế giới đang già đi nhanh chóng. Số người trên 65 tuổi dự kiến sẽ tăng
từ 524 triệu người năm 2010 lên gần 1,5 tỷ người vào năm 2050. Dân số già nhanh là
một thách thức lớn đối với hệ thống chăm sóc sức khỏe. Lão hóa đi đơi với nhu cầu
chăm sóc sức khỏe tăng lên. Tuổi già không phải là bệnh, nhưng tuổi già tạo điều kiện
thuận lợi cho bệnh tật phát sinh, khiến bệnh nhẹ dễ trở nặng hoặc gặp những tai nạn
trong sinh hoạt đôi khi rất nguy hiểm. Việc giảm thiểu các yếu tố nguy cơ gây tai nạn
cho người cao tuổi là rất quan trọng.
Té ngã ở người già thường gặp trong cộng đồng. Một phần ba số người trên 65

tuổi bị ngã ít nhất một lần mỗi năm, và số lần ngã mỗi năm tăng lên theo độ tuổi và sức
yếu. Mỗi năm, khoảng 3 triệu người lớn tuổi được điều trị tại các khoa cấp cứu vì các
chấn thương liên quan đến ngã, bao gồm hơn 800.000 trường hợp nhập viện vì các chấn
thương do ngã như gãy xương hông hoặc chấn thương đầu.
Té ngã là một trong những nguyên nhân phổ biến nhất gây chấn thương ở người
cao tuổi. Hàng năm, hơn 35% người cao tuổi bị ngã. Đặc biệt, nguy cơ té ngã do chấn
thương tăng gần 45% ở những người trên 70 tuổi.
Té ngã là một trong những nguyên nhân chính gây ra những chấn thương nghiêm
trọng cho người cao tuổi như gãy xương hay chấn thương sọ não, làm tăng nguy cơ tử
vong. Ngồi ra, nó cịn gây ra các vấn đề về tâm lý do sợ bị ngã.
Tuy nhiên, những hậu quả nguy hiểm này có thể chủ động tránh được nếu chúng
ta phát hiện kịp thời những dấu hiệu bất thường của ngã để có biện pháp can thiệp nhanh
nhất. Đó là lý do mà nhóm chọn đề tài.

2. Các giải pháp hiện có
Ngày nay, các hệ thống xây dựng từ các cảm biến phục vụ y tế, chăm sóc sức
khoẻ đang được phát triển rộng rãi. Nhiều hệ thống cảnh báo ngã của người già gửi tin
nhắn và gọi qua điện thoại là một sản phẩm thông minh đã được nhiều tổ chức trên thế
Sinh viên thực hiện: Đoàn Văn Thắng Người hướng dẫn: Phạm Duy Dưởng
Trần Trung Tín

TIEU LUAN MOI download :

1

Thiết kế thiết bị đeo tay phát hiện té ngã ở người cao tuổi

thới phát triển. Đặc biệt ở các nước phát triển như Nhật Bản, Mỹ, EU... sản phẩm thơng
minh đã trở nên gần gũi với người dân.

Có 2 phương pháp phát hiện té ngã: không quấy rầy (non-obtrusive), giúp cho
người được quan sát không cảm thấy bị mất quyền riêng tư. Phương pháp không bị giới
hạn về mặt khơng gian (xem Hình I) như các phương pháp quấy rầy (obtrusive), thường
dựa trên video, hình ảnh.

Hình I: Hình ảnh nhận dạng té ngã bằng camera thường

Có nhiều phương pháp được sử dụng như:
- Ứng dụng thị giác máy tính để phát hiện ngã dựa trên hình ảnh: sử dụng hình
ảnh từ một camera, phân tích 3D dựa trên nhiều camera và phân tích 3D dựa
trên nhiều camera kết hợp cảm biến khoảng cách. Khơng chỉ giúp các gia đình
dễ dàng lắp đặt và sử dụng mà các bệnh viện hay cơ sở chăm sóc người cao
tuổi cũng có thể sử dụng để hỗ trợ các bác sĩ, y tá trong việc theo dõi chăm sóc
người già.
Sinh viên thực hiện: Đoàn Văn Thắng Người hướng dẫn: Phạm Duy Dưởng
Trần Trung Tín

TIEU LUAN MOI download :

2

Thiết kế thiết bị đeo tay phát hiện té ngã ở người cao tuổi

• Ưu điểm: Video cung cấp nhiều thơng tin để nhận dạng ngã như hình
dạng, vị trí, bóng của vật thể theo dõi, màu sắc, ánh sáng ... độ chính xác
của phương pháp này cao tới 90%. Có thể giám sát nhiều đối tượng trong
một khơng gian hoạt động của camera.
• Nhược điểm: Khó hoạt động trong điều kiện ánh sáng yếu, đặc biệt là
vào ban đêm. Ảnh hưởng đến quyền riêng tư của đối tượng được theo

dõi và khơng gian phủ sóng hạn chế…
- Một số thiết bị đeo thông minh nổi bật trên thị trường đang rất được ưa chuộng
hiện nay (xem Hình II):
➢ Xiaomi Mi Band 5:
o Tuy nhỏ gọn nhưng được tích hợp rất nhiều tính năng theo dõi và chăm
sóc sức khỏe như đo nhịp tim, theo dõi giấc ngủ, đếm bước chân, cảnh
báo ngồi lâu ...
o Sản phẩm còn hỗ trợ chúng ta tập luyện với 11 bài tập khác nhau như:
Yoga, chạy bộ ngoài trời, bơi trong bể bơi, đạp xe trong nhà, nhảy dây,
đi bộ cường độ cao ...
o Thời lượng pin của Mi Band 5 cũng ở mức khá, lên đến 14 ngày theo
như chia sẻ của Xiaomi, giúp bạn sử dụng thoải mái hơn. Chiếc
smartband này vẫn có nhiều tính năng hữu ích khác như phát nhạc,
thơng báo cuộc gọi đến, dự báo thời tiết... và đóng vai trò điều khiển
chụp ảnh nhanh từ xa cho smartphone.
➢ Đồng hồ đeo tay đo nhịp tim Fitbit:
o Fitbit là sản phẩm của thương hiệu Fitbit, Trung Quốc. Khi mở ứng
dụng ECG, người dùng sẽ có thể đặt ngón tay lên các khung của đồng
hồ trong cùng 30 giây để thiết bị đo sức khỏe của bạn. Đồng hồ thông
minh này sau đó sẽ cho biết nhịp xoang của người dùng (một số chỉ
số liên tục của tim) có bình thường hay khơng, dấu hiệu cho thấy bạn
có bị rung tim hay khơng.
o Ngồi chức năng đo nhịp tim chính xác, thiết bị của Fitbit cịn có thể
theo dõi giấc ngủ, gợi ý những bài tập sức khỏe phù hợp với sức khỏe
người dùng, đo nồng độ oxy trong máu, đếm số bước chân, tính tốn
khoảng cách, tính lượng calories tiêu thụ, hiển thị ngày giờ, nghe
nhạc…
• Ưu điểm: Các thiết bị được tích hợp nhiều chức năng, nhỏ gọn dễ dàng
mang theo.
• Nhược điểm: Các thiết bị này được đeo ở tay nên cảnh báo té ngã dễ bị

nhiễu, giá cả cao.
Sinh viên thực hiện: Đoàn Văn Thắng Người hướng dẫn: Phạm Duy Dưởng
Trần Trung Tín

TIEU LUAN MOI download :

3

Thiết kế thiết bị đeo tay phát hiện té ngã ở người cao tuổi

Hình II: Tổng quan hệ thống Smartband phổ biến

3. Mục tiêu đề tài
Xuất phát từ nhu cầu thực tế trong vấn đề chăm sóc sức khỏe đang cấp thiết hiện
nay. Đặc biệt là một thiết bị có thể theo dõi tình trạng sức khỏe cho người già, người tàn
tật trong nhà với kích thước nhỏ gọn, dễ dàng và thuận tiện mang bên người. Vì vậy
trong phạm vi của đề tài, em xin đề xuất xây dựng mơ hình có được một số tính năng tự
động như sau:
• Theo dõi nhịp tim, nồng độ oxy trong máu.
• Gửi các thông tin như nhịp tim, nồng độ oxy trong máu, gửi dữ liệu, thông
tin cảnh báo đến điện thoại và internet.
• Tự động cảnh báo nếu phát hiện ngã.
Yêu cầu chức năng của hệ thống:
• Đo đạc các thông số như nhịp tim, nồng độ oxy trong máu và cảnh báo
ngã.
• Có thể kết nối với điện thoại, máy tính qua internet, ngồi ra trong trường
hợp mất wifi, vẫn có thể kết nối với điện thoại qua module sim.
• Gửi các thơng số đã đo đạc được lên cloud và app mobile.
• Tương tác với người dùng qua nút nhấn trên vòng tay, khi người dùng

muốn chủ động gửi cảnh báo.
• Thiết bị cần nhỏ gọn, dễ lắp đặt và bảo trì.
• Dễ thao tác, kích hoạt nhanh (gần như tức thì sau khi kết nối nguồn điện).

Sinh viên thực hiện: Đoàn Văn Thắng Người hướng dẫn: Phạm Duy Dưởng
Trần Trung Tín

TIEU LUAN MOI download :

4

Thiết kế thiết bị đeo tay phát hiện té ngã ở người cao tuổi

4. Lựa chọn giải pháp
Dựa vào mục tiêu đề tài đã đề ra ở mục 3, nhóm lựa chọn sử dụng cảm biến gia
tốc để phát hiện té ngã đồng thời kết hợp cảm biến nhịp tim, nồng độ SpO2 để có thể
theo dõi sức khỏe của người dùng, dữ liệu được truyền thơng qua sóng RF, Wifi. Thiết
bị nhỏ gọn mang lại cảm giác thỏai mái cho người đeo, không bị giới hạn bởi không
gian, giá thành rẻ, khắc phục được những nhược điểm của các phương pháp và thiết bị
đã nêu ở mục 2.

5. Giới hạn đề tài
Trong đề tài, nhóm thực hiện sử dụng vi điều khiển Atmega328p làm bộ xử lí
trung tâm cho vịng tay, thiết bị có chức năng đo nhịp tim, phát hiện té ngã, gửi dữ liệu
đến gateway qua module NRF24L01. Gateway sử dụng chip xử lý trung tâm là module
ESP8266 NodeMCU, nhằm để nhận dữ liệu từ vòng tay và gửi dữ liệu lên Firebase của
Google thơng qua sóng wifi.

6. Nội dung thực hiện

Đề tài được thực hiện các nội dung như sau:
• Thiết kế phần cứng vịng tay gồm vi điều khiển Atmega328p, cảm biến
gia tốc MPU6050, cảm biến đo nhịp tim và SpO2, module NRF24L01,
pin.
• Thiết kế phần cứng gateway gồm module ESP8266 NodeMCU, module
NRF24L01, module SIM800L, cịi, module hạ áp LM2596S,
• Tìm hiểu các kiến thức về nhịp tim và té ngã.
• Thiết kế phần mềm theo dõi.

Sinh viên thực hiện: Đoàn Văn Thắng Người hướng dẫn: Phạm Duy Dưởng
Trần Trung Tín

TIEU LUAN MOI download :

5

Thiết kế thiết bị đeo tay phát hiện té ngã ở người cao tuổi

CHƯƠNG 1.

CƠ SỞ LÝ THUYẾT

1.1. Giới thiệu về nhịp tim
Nhịp tim được hiểu là số lần tim co bóp trong vịng một phút. Đây là thơng số
đặc trưng của mỗi người và sẽ biến thiên theo sự lão hóa của chúng ta. Nhịp tim được
đo theo đơn vị nhịp/phút.
Nhịp tim được xác định khi bạn đang trong trạng thái nghỉ ngơi và cơ thể không
phải cử động mạnh.
1.1.1. Nhịp tim bình thường

Đối với người độ tuổi từ 18 trở lên, nhịp tim bình thường khi nghỉ ngơi từ 60 đến
100 nhịp mỗi phút. Thông thường người càng khỏe mạnh thì nhịp tim càng thấp. Một
vận động viên chuyên nghiệp khi ở chế độ nghỉ ngơi nhịp tim của họ chỉ khoảng 40 nhịp
một phút. Ví dụ như vận động viên Lance Armstrong, nhịp tim bình thường của anh chỉ
có 32 nhịp mỗi phút (xem Hình 1 - 1). Theo cơ quan y tế vương quốc Anh, dưới đây là
tiêu chuẩn nhịp tim lý tưởng của từng lứa tuổi (xem Bảng 1 - 1).
Bảng 1 - 1: Giá trị nhịp tim theo độ tuổi

Lứa tuổi

Tần số mạch trong 1 phút

- Trẻ sơ sinh

130 – 140 (120 – 140)

- Trẻ 1 tuổi

100 – 130 (120)

- Trẻ 5 – 6 tuổi

90 – 100

- Trẻ 10 – 15 tuổi

80 – 90

- Người lớn

70 – 80

- Người già

60 – 70

Nhịp tim của chúng ta có thể bị ảnh hưởng bởi một số yếu tố, chẳng hạn như:
• Mức độ hoạt động thể chất vào thời điểm đó.
• Tình trạng sức khỏe.
• Nhiệt độ mơi trường xung quanh.
• Tư thế (đứng, ngồi, nằm).
Sinh viên thực hiện: Đoàn Văn Thắng Người hướng dẫn: Phạm Duy Dưởng
Trần Trung Tín

TIEU LUAN MOI download :

6

Thiết kế thiết bị đeo tay phát hiện té ngã ở người cao tuổi

• Trạng thái tinh thần hoặc cảm xúc (ví dụ như sự phấn khích, tức giận, sợ
hãi, lo lắng, và các yếu tố khác đều có thể làm tăng nhịp tim).
• Ảnh hưởng của một số loại thuốc và thực phẩm chức năng.

Hình 1 - 1: Phân loại nhịp tim

1.1.2. Nhịp tim rối loạn
❖ Nhịp tim chậm:
Nhịp tim chậm tiến triển âm thầm với những biểu hiện tinh vi và thường bị bỏ

qua. Tuy nhiên, căn bệnh này cũng ẩn chứa những nguy cơ khó lường, gây nguy hiểm
đến tính mạng người bệnh nếu khơng được phát hiện và điều trị kịp thời. Những người
mắc hội chứng nhịp tim chậm, cụ thể là dưới 60 nhịp mỗi phút đối với một người không
phải là vận động viên.
Nếu nhịp tim chậm khơng gây ra triệu chứng thì khơng cần điều trị, nhưng một
khi các triệu chứng nghiêm trọng thì có thể phải dùng thuốc, thậm chí bệnh nhân có thể
cần cấy máy tạo nhịp tim vĩnh viễn.
Trường hợp xấu nhất khi nhịp tim quá chậm (dưới 30 lần/ phút), não bị thiếu Oxy
trầm trọng dẫn tới ngất xỉu, nếu không thực hiện các biện pháp tăng nhịp tim kịp thời có
thể dẫn đến tử vong.
❖ Nhịp nhanh thất:
Nhịp nhanh thất là một nhịp tim nhanh xảy ra ở các ngăn dưới của tim (tâm thất).
Khi điều này xảy ra, việc truyền tín hiệu điện trong tâm thất trở nên khơng đều, khiến
nó co lại nhanh hơn bình thường, ở người lớn khi nghỉ ngơi, tim đập hơn 100 nhịp mỗi
Sinh viên thực hiện: Đoàn Văn Thắng Người hướng dẫn: Phạm Duy Dưởng
Trần Trung Tín

TIEU LUAN MOI download :

7

Thiết kế thiết bị đeo tay phát hiện té ngã ở người cao tuổi

phút. Khiến tim liên tục bơm máu vào vịng tuần hồn trong khi khoảng thời gian giữa
các nhịp đập quá ngắn để tâm thất chứa đầy máu. Hệ quả là các cơ quan trong cơ thể
không nhận đủ lượng máu giàu oxy để duy trì hoạt động, dẫn đến các biểu hiện như hồi
hộp, đánh trống ngực, mệt mỏi, chóng mặt, ngất xỉu, thậm chí tử vong. Nếu khơng được
điều trị, nhịp nhanh thất có thể trở nên trầm trọng hơn và dẫn đến rung thất - nguyên
nhân hàng đầu gây ngừng tim đột ngột, có thể đe dọa tính mạng. Nguy cơ ngừng tim

được giảm thiểu khi dùng thuốc làm chậm nhịp tim (chẳng hạn như thuốc chẹn beta),
phẫu thuật tim hoặc máy khử rung tim được cấy dưới da. Nhịp nhanh thất có thể gây ra
các biến chứng sau:
• Cục máu đơng gây đột quỵ hoặc nhồi máu cơ tim.
• Suy tim: Xảy ra khi tim khơng cịn khả năng bơm đủ máu đi ni cơ thể.
• Ngất xỉu thường xun.
Khơng chỉ có 2 dạng nhịp tim bất thường đó, nhiều người cịn bị rối loạn nhịp
tim, tim đập lúc nhanh, lúc chậm, nhịp tim non, loạn nhịp… Do đó, nếu cảm thấy khó
thở, chóng mặt, đau thắt ngực… cùng với nhịp tim bất thường, cần sớm xét nghiệm và
chẩn đoán để ngăn ngừa biến chứng.
1.2. Các kiến thức té ngã ở người cao tuổi
Ở người cao tuổi, sức khỏe cũng như trí nhớ hạn chế, khả năng định hướng và
phản xạ giảm sút nên nguy cơ bị ngã là rất cao. Một số yếu tố có thể dẫn đến ngã, chẳng
hạn như mất thăng bằng hoặc bị kéo. Mất thăng bằng xảy ra khi bạn không thể đứng
vững trên mặt đất, mất độ bám khi trượt trên mặt đất trơn trượt.

Hình 1 - 2: Hình ảnh người già bị té ngã

Sinh viên thực hiện: Đoàn Văn Thắng Người hướng dẫn: Phạm Duy Dưởng
Trần Trung Tín

TIEU LUAN MOI download :

8

Thiết kế thiết bị đeo tay phát hiện té ngã ở người cao tuổi

Té ngã có thể xảy ra do phản xạ của một người thay đổi, khi một người già đi,
phản ứng sẽ chậm lại. Lão hóa làm chậm thời gian phản ứng của một người, khiến việc

lấy lại thăng bằng sau một chuyển động đột ngột trở nên khó khăn hơn (xem Hình 1 2).
Những thay đổi về khối lượng cơ và lượng mỡ trong cơ thể cũng đóng một vai
trị trong việc té ngã. Khi tuổi càng cao, ít vận động nên khối lượng cơ bắp, đặc biệt là
ở chân bị hao hụt đáng kể, dẫn đến giảm sức bền của chân. Mất lớp mỡ đệm xương, mất
dịch khớp làm giảm sức đề kháng của chân, giảm khả năng giữ thăng bằng.
Suy giảm thị lực cũng làm tăng nguy cơ té ngã. Giảm tầm nhìn, dễ vấp phải
chướng ngại vật như cầu thang, chướng ngại vật, ổ gà …
Té ngã thật sự mang đến những mối nguy hiểm. Té ngã có thể gây ra gãy xương,
bao gồm gãy xương cổ tay, xương cánh tay, xương mắt cá chân và xương hơng... Té ngã
cũng có thể gây ra những chấn thương vùng đầu, có thể là những chấn thương rất nghiêm
trọng nếu người bệnh đang dùng một số loại thuốc nhất định (ví dụ như thuốc chống
đơng máu). Người cao tuổi bị té ngã đập đầu xuống đất nên đi khám bác sỹ ngay lập tức
để đảm bảo rằng họ không bị tổn thương não bộ.
Nhiều người dù không bị thương cũng sợ ngã. Theo nghiên cứu của Altman et
al. (2013), té ngã không chỉ gây ra những tổn thương về thể chất mà còn ảnh hưởng đến
tâm lý của người cao tuổi. Nó khiến người già ngại vận động, từ đó ảnh hưởng gián tiếp
đến sức khỏe. Ngoài ra, điều trị chấn thương thường phải cách ly tạm thời với cộng đồng
và xã hội, làm tăng cảm giác cơ đơn và có thể dẫn đến trầm cảm. Nỗi sợ hãi này có thể
khiến họ trở nên ít hoạt động hơn. Điều này có thể làm suy giảm sức khỏe, giảm tính
linh hoạt và khả năng phối hợp, đồng thời tăng nguy cơ té ngã.
1.3. Giới thiệu phần cứng
1.3.1. Tổng quan về hệ thống đề xuất
Hệ thống gồm các thành phần sau:
-

Gateway:
• Là thiết bị có chức năng kết nối với vòng tay, nhận dữ liệu từ vòng tay,
phát ra cảnh báo nếu phát hiện ngã hay mất kết nối wifi.
• Gửi dữ liệu thu được từ vịng tay về app trên điện thoại để người dùng có
thể theo dõi tình hình thơng tin sức khỏe người thân đang đeo vịng tay.

Sinh viên thực hiện: Đồn Văn Thắng Người hướng dẫn: Phạm Duy Dưởng
Trần Trung Tín

TIEU LUAN MOI download :

9

Thiết kế thiết bị đeo tay phát hiện té ngã ở người cao tuổi

• Bộ điều phối trung tâm có chức năng điều phối, thu thập dữ liệu từ vòng
tay thơng qua mạng RF, sau đó gửi dữ liệu thu thập được lên firebase của
google bằng module wifi của ESP8266. Ngồi ra, để khơng bị hạn chế
trong trường hợp mất wifi, gateway cũng sẽ gửi thông tin lên điện thoại
qua module sim.
-

Vịng tay thơng minh:
• Vịng tay đo nhịp tim, nồng độ oxy trong máu (SpO2) trong cơ thể người.
Đồng thời, tích hợp thêm tính năng phát hiện ngã trong thiết bị.
• Gửi dữ liệu đo được về gateway thơng qua mạng RF. Ngồi ra, nhóm cịn
thiết kế thêm 2 nút nhấn trên vịng tay với mục đích hỗ trợ người đeo có
thể chủ động tương tác trực tiếp với vòng tay, gửi yêu cầu cảnh báo đến
người thân trong trường hợp khẩn cấp.

1.3.2. Module ESP8266 NodeMCU
- Đặc điểm kỹ thuật (xem Hình 1 - 3 và Hình 1 - 4):
• Chuẩn WIFI 802.11 b/g/n, hỗ trợ chuẩn bảo mật WPA/WPA2.
• Hỗ trợ chip nạp code và tích hợp sẵn IC ổn áp 3,3V trên mạch, dễ dàng

cấp nguồn điện cho kit bằng adapter 5V thơng dụng trên thị trường.

Hình 1 - 3: Sơ đồ chân pinout của kit ESP8266

• Có sẵn bộ I2C để kết nối cảm biến I2C và thiết bị ngoại vi. Cả I2C Master
và I2C Slave đều được hỗ trợ. Chức năng giao diện I2C có thể được thực
hiện theo chương trình và tần số đồng hồ tối đa là 100 kHz.
Sinh viên thực hiện: Đoàn Văn Thắng Người hướng dẫn: Phạm Duy Dưởng
Trần Trung Tín

TIEU LUAN MOI download :

10

Thiết kế thiết bị đeo tay phát hiện té ngã ở người cao tuổi

• Có sẵn bộ SPI để có thể kết nối với module NRF24L01 để kết nối không
dây giữa gateway với vịng tay.
• Có hai SPI (SPI và HSPI) ở chế độ phụ và chính, có 4 chế độ thời gian
chuyển định dạng SPI, lên đến 80 MHz và đồng hồ chia 80 MHz, hỗ trợ
lên đến 64-Byte FIFO.
• Có 2 giao diện UART (UART0 và UART1) cung cấp giao tiếp khơng đồng
bộ (RS232 và RS485) và có thể giao tiếp với tốc độ lên đến 4,5
Mbps. UART0 (chân TXD0, RXD0, RST0 & CTS0) có thể được sử dụng
để giao tiếp. Tuy nhiên, UART1 (chân TXD1) chỉ có tín hiệu truyền dữ
liệu nên nó thường được sử dụng để in nhật ký.
• Có giao diện đầu vào/đầu ra kỹ thuật số bảo mật (SDIO) được sử dụng để
giao tiếp trực tiếp với thẻ SD. Hỗ trợ 4 bit 25 MHz SDIO v1.1 và 4 bit 50
MHz SDIO v2.0.

• Tích hợp vi điều khiển 32-bit của series Tensilica L106 Diamond 32 bit,
on-chip SRAM.
• Tích hợp sẵn bộ nhớ Flash 4Mb.
• 16 GPIO có thể lập trình.
• Có 4 kênh điều chế độ rộng xung (PWM). Đầu ra PWM có thể được thực
hiện theo chương trình và được sử dụng để điều khiển động cơ kỹ thuật số
và đèn LED. Dải tần số PWM có thể điều chỉnh từ 1000 μs đến 10000 μs
(100 Hz và 1 kHz).
• Hỗ trợ 1 kênh ADC 10 bit (chân A0 trên kit NodeMCU) với điện áp vào
nằm trong dải từ 0 đến 3.3V.
• Khởi động an tồn và mã hóa Flash.
• Cầu hình phần cứng và mạch nguyên lý của ESP8266.
• Giá thành rẻ, được ứng dụng rất nhiều trong lĩnh vực IoT.
• Tiết kiệm điện.
• Hoạt động ổn định.
• Có sẵn node reset và antenna trên kit.
• Có một cộng đồng các nhà phát triển trên thế giới rất lớn, cung cấp nhiều
module lập trình mã nguồn mở, giúp nhiều người có thể tiếp cận và xây
dựng ứng dụng rất nhanh.
• Có độ bền cao và có thể hoạt động ổn định ngay cả trong môi trường công
nghiệp khắc nghiệt.
Sinh viên thực hiện: Đoàn Văn Thắng Người hướng dẫn: Phạm Duy Dưởng
Trần Trung Tín

TIEU LUAN MOI download :

11

(Đồ án tốt nghiệp) THIẾT kế THIẾT bị ĐEO TAY PHÁT HIỆN té NGÃ ở NGƯỜI CAO TUỔI

Trích đoạn

Tài liệu liên quan

Tài liệu bạn tìm kiếm đã sẵn sàng tải về