Thiết kế và thi công thiết bị đo nhịp tim, nồng độ oxy trong máu và nhiệt độ

MỤC LỤC
Trang bìa...................................................................................................................i
Nhiệm vụ đồ án .......................................................................................................ii
Lịch trình .............................................................................................................. iii
Cam đoan ............................................................................................................... v
Lời cảm ơn .............................................................................................................vi
Mục lục .................................................................................................................vii
Liệt kê hình vẽ ........................................................................................................ x
Liệt kê bảng ..........................................................................................................xii
Tóm tắt ............................................................................................................... xiii

CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN ........................................................................... 1
1.1 Đặt vấn đề ........................................................................................................ 1
1.2 Mục tiêu ........................................................................................................... 2
1.3 Nội dung thực hiện .......................................................................................... 2
1.4 Giới hạn ........................................................................................................... 3
1.5 Bố cục đề tài .................................................................................................... 3

CHƯƠNG 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT............................................................... 4
2.1 Tổng quan về các phương pháp đo .................................................................... 4
2.1.1 Phương pháp đo nhịp tim.............................................................................. 4
2.1.2 Phương pháp đo Sp02 dựa vào hấp thụ quang học....................................... 6
2.1.3 Phương pháp đo nhiệt độ .............................................................................. 7
2.2 Giới thiệu phần cứng ........................................................................................ 8
2.2.1 Cảm biến nhịp tim và nồng độ oxy trong máu MAX30100 ......................... 8
2.2.2 Cảm biến đo nhiệt độ hồng ngoại MXL90614 ............................................. 9
2.2.3 Tổng quan về module Arduino Mega 2560 ................................................ 10
2.2.4 Tổng quan công nghệ Bluetooth ................................................................. 12
2.2.5 Tổng quan về màn hình OLED ................................................................... 14

BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP- Y SINH

vii


2.3 Giới thiệu phần mềm ...................................................................................... 14
2.3.1 MIT App Inventor....................................................................................... 14
2.3.2 Phần mềm lập trình Arduino IDE ............................................................... 15

CHƯƠNG 3. TÍNH TỐN VÀ THIẾT KẾ ............................................... 16
3.1 Giới thiệu hệ thống ........................................................................................ 16
3.2 Tính tốn và thiết kế hệ thống ....................................................................... 16
3.2.1 Thiết kế sơ đồ khối hệ thống ...................................................................... 16
3.2.2 Tính tốn và thiết kế các khối ..................................................................... 17
3.2.3 Sơ đồ ngun lý tồn mạch......................................................................... 26

CHƯƠNG 4. THI CƠNG HỆ THỐNG ...................................................... 27
4.1 Giới thiệu ....................................................................................................... 27
4.2 Thi công hệ thống .......................................................................................... 27
4.2.1 Thi công bo mạch ....................................................................................... 27
4.2.2 Đóng gói và thi cơng mơ hình .................................................................... 31
4.3 Lập trình hệ thống .......................................................................................... 36
4.3.1 Lưu đồ giải thuật ......................................................................................... 36
4.3.2 Phần mềm lập trình cho vi điều khiển ........................................................ 40
4.3.3 Phần mềm lập trình cho điện thoại ............................................................. 40
4.4 Tài liệu hướng dẫn sử dụng và thao tác ......................................................... 42
4.4.1 Tài liệu hướng dẫn sử dụng ........................................................................ 42
4.4.2 Quy trình thao tác ....................................................................................... 44

CHƯƠNG 5. KẾT QUẢ_NHẬN XÉT_ĐÁNH GIÁ.................................. 46
5.1

Kết quả .......................................................................................................... 46

5.1.1 Tổng quan kết quả đạt được ....................................................................... 46
5.1.2 Kết quả thi công phần cứng ........................................................................ 46
5.1.3 Kết quả thi công phần mềm ........................................................................ 48
5.1.4 Kết quả chạy thực tế trên thiết bị ................................................................ 49
BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP- Y SINH

viii


5.2 Nhận xét ......................................................................................................... 54
5.3 Đánh giá ......................................................................................................... 55

CHƯƠNG 6. KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN ........................... 56
6.1 Kết luận .......................................................................................................... 56
6.2 Hướng phát triển ............................................................................................ 56

TÀI LIỆU THAM KHẢO ............................................................................ 57
PHỤ LỤC ....................................................................................................... 58

BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP- Y SINH

ix


LIỆT KÊ HÌNH VẼ
Hình

Trang

Hình 2.1. Cách đo nhịp tim thủ cơng bằng tay .................................................... 4
Hình 2.2. Đo nhịp tim bằng ống nghe ................................................................. 5
Hình 2.3. Đo nhịp tim bằng phương pháp quang ................................................ 6
Hình 2.4. Tư thế đặt ngón tay khi đo nồng độ oxy trong máu ............................ 6
Hình 2.5. Cảm biến nhịp tim MAX30100 ........................................................... 8
Hình 2.6. Cảm biến đo nhiệt độ hồng ngoại MXL90614 .................................... 9
Hình 2.7. Sơ đồ chân cảm biến MXL90614 ...................................................... 10
Hình 2.8. Vị trí chân Arduino Mega ................................................................. 11
Hình 2.9. Ứng dụng Bluetooth điều khiển các thiết bị ngoại vi ........................ 13
Hình 3.1. Sơ đồ khối của hệ thống .................................................................... 17
Hình 3.2. Board Arduino Mega 2560 ................................................................ 20
Hình 3.3. Module tích hợp cảm biến MAX30100............................................. 20
Hình 3.4. Cảm biến nhiệt độ hồng ngoại khơng tiếp xúc MLX90614 .............. 21
Hình 3.5. Mạch điện khối nút nhấn ................................................................... 22
Hình 3.6. Module Bluetooth HC- 05 ................................................................. 24
Hình 3.7. Mạch cầu phân áp giúp hạn dòng vào chân RX ................................ 24
Hình 3.8. Sơ đồ ngun lý tồn mạch ............................................................... 26
Hình 4.1. Sơ đồ mạch in vẽ bằng phần mềm Altium ........................................ 28
Hình 4 2. Sơ đồ 3D của mạch vẽ bằng phần mềm Altium ................................ 28
Hình 4.3. Mạch in trên giấy ............................................................................... 30
Hình 4.4. Board mạch lớp dưới ......................................................................... 30
Hình 4.5. Board mạch lớp trên .......................................................................... 31
Hình 4.6. Thiết kế hộp đựng (ảnh mơ hình) ...................................................... 32
Hình 4.7. Thi cơng lắp các phần vào hộp đựng ................................................. 32
Hình 4.8. Thiết kế tay cầm ................................................................................ 33
Hình 4.9. Tay cầm đo nhiệt độ khi hồn thành ................................................. 33
Hình 4.10. Thiết kế hộp đựng cảm biến Max30100 .......................................... 34
Hình 4.11. Hộp đựng cảm biến Max30100 khi hồn thành .............................. 34

Hình 4.12. Bên trong mơ hình thiết bị ............................................................... 35
Hình 4.13. Thiết bị sau khi hồn thiện .............................................................. 35
BỘ MƠN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP- Y SINH

x


Hình 4.14. Lưu đồ giải thuật chương trình ........................................................ 36
Hình 4.15. Lưu đồ chọn chế độ sử dụng ........................................................... 37
Hình 4.16. Lưu đồ chương trình đo nhịp tim, spo2 ........................................... 38
Hình 4.17. Lưu đồ chương trình đo nhiệt độ ..................................................... 39
Hình 4.18. Lưu đồ chương trình cho App ......................................................... 41
Hình 4.19. Các nút nhấn và công tắc trên thiết bị ............................................. 42
Hình 4.20. Cách đo nhịp tim và Spo2 ............................................................... 43
Hình 4.21. Cách đo nhiệt độ trán ....................................................................... 43
Hình 4.22. Nút nhấn chọn chế độ trên App ....................................................... 45
Hình 4.23. Trạng thái hiển thị Bluetooth trước và sau khi kết nối .................... 45
Hình 4.24. File lưu kết quả đo trên App điện thoại ........................................... 45
Hình 4.25. Quy trình chọn chế độ đo nhiệt độ .................................................. 44
Hình 4.26. Quy trình chọn chế độ đo nhịp tim, spo2 ........................................ 45
Hình 4.27. Quy trình thao tác cho thiết bị đo .................................................... 45
Hình 5.1. Chi tiết bên trong thiết bị ................................................................... 47
Hình 5.2. Mơ hình hồn thành ........................................................................... 47
Hình 5.3. Màn hình chính của App ................................................................... 48
Hình 5.4. Giao diện hiển thị kết quả đo nhiệt độ............................................... 48
Hình 5.5. Giao diện hiển thị kết quả đo nhịp tim, Spo2 .................................... 49
Hình 5.6. Kết quả lưu trên file text .................................................................... 49
Hình 5.7. Giao diện khi thiết bị được cấp nguồn .............................................. 50
Hình 5.8. Kết quả hiển thị khi đo nhiệt độ, nhịp tim và Sp02 ........................... 50
Hình 5.9. Kết quả so sánh thực nghiệm đo nhiệt độ ......................................... 50

Hình 5.10. Kết quả so sánh thực nghiệm đo nhịp tim và Spo2 ......................... 52

BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP- Y SINH

xi


LIỆT KÊ BẢNG
Bảng

Trang

Bảng 2.1. Thông số kĩ thuật của cảm biến MAX30100………………………….9
Bảng 2.2. Thông số kĩ thuật Arduino Mega 2560……………………………….11
Bảng 2.3. Ưu điểm và nhược điểm công nghệ bluetooth………………………..13
Bảng 2.4. Bảng thông số kỹ thuật OLED………………………………………..14
Bảng 3.1. Công suất tiêu thụ của mạch điện…………………………………….18
Bảng 4.1. Danh sách các dụng cụ thi công mạch………………………………..27
Bảng 4.2. Danh sách các linh kiện, module, cảm biến sử dụng trong hệ thống…29
Bảng 4.3. Chi tiết các linh kiện, vật liệu để thi cơng mơ hình…………………..34
Bảng 5.1. Bảng so sánh thiết bị với nhiệt kế hồng ngoại………………………..51
Bảng 5.2. Bảng so sánh giá trị nhịp tim, Spo2 đo được trên máy theo dõi monitor
comen và thiết bị khi người đo ở trạng thái bình thường………………………..53
Bảng 5.3. Bảng so sánh giá trị nhịp tim, Spo2 đo được trên máy theo dõi monitor
comen và thiết bị khi người đo vừa tập thể dục………………………………….53

BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP- Y SINH

xii

TĨM TẮT
Ngày nay, khi khoa học cơng nghệ phát triển một cách mạnh mẽ, việc ứng dụng
các thiết bị điện tử vào đời sống ngày càng trở nên phổ biến. Trong đó nhu cầu theo
dõi sức khỏe ngày càng trở nên cần thiết và được ứng dụng nhiều trong chăm sóc sức
khỏe y tế. Nhịp tim, nồng độ oxy trong máu và nhiệt độ là 3 yếu tố quan trọng để xác
định tình trạng sức khỏe. Biết được thơng số nhịp tim giúp mọi người khi luyện tập
thể thao xác định được ngưỡng hoạt động của nhịp tim để không vận động quá sức
gây hại tới sức khỏe hoặc bị chấn thương. Theo dõi nhịp tim thường xuyên còn giúp
mọi người phát hiện kịp thời các bệnh lý về rối loạn nhịp tim.
Nội dung của đề tài là áp dụng những kiến thức điện tử đã học để thiết kế mạch
đo các chỉ số như nhịp tim, nồng độ oxy trong máu và nhiệt độ. Mạch gồm các cảm
biến nhiệt độ, nhịp tim, nồng độ oxy trong máu giao tiếp với bộ điều khiển trung tâm
là Aduino Mega 2560. Không chỉ hiển thị các dữ liệu thông qua OLED, mạch cịn
hiển thị dữ liệu qua App nhờ module Bluetooth. Mơ hình cũng được thiết kế dạng
hình khối chứa đựng tất cả mạch và cảm biến sử dụng. Số liệu hiển thị trên trên OLED
và App trực quan, dễ nhìn. Người dùng có thể dựa vào những dữ liệu đó để có các
quyết định và biện pháp phịng tránh bệnh một cách kịp thời.

BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP- Y SINH

xiii


CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN

Chương 1. TỔNG QUAN
1.1 ĐẶT VẤN ĐỀ
Ngày nay, khi khoa học công nghệ phát triển một cách mạnh mẽ, việc ứng dụng
các thiết bị điện tử vào đời sống ngày càng trở nên phổ biến. Trong đó nhu cầu theo

dõi sức khỏe ngày càng trở nên cần thiết và được ứng dụng nhiều trong chăm sóc sức
khỏe y tế. Nhịp tim, nồng độ oxy trong máu và nhiệt độ là 3 yếu tố quan trọng để xác
định tình trạng sức khỏe. Biết được thơng số nhịp tim giúp mọi người khi luyện tập
thể thao xác định được ngưỡng hoạt động của nhịp tim để không vận động quá sức
gây hại tới sức khỏe hoặc bị chấn thương. Theo dõi nhịp tim thường xuyên còn giúp
mọi người phát hiện kịp thời các bệnh lý về rối loạn nhịp tim [1].
Ngoài ra, theo dõi chỉ số Sp02 thường xuyên sẽ giúp bạn nắm rõ lượng oxy trong
máu, biết được khi nào bạn cần thêm oxy cho cơ thể hoặc có những xử lý kịp thời khi
lượng oxy trong máu giảm đột ngột. Bên cạnh đó, nhiệt độ cơ thể cũng góp phần quan
trọng trong việc chuẩn đốn sức khỏe. Nhiệt độ cơ thể là thước đo khả năng sinh ra
và thoát nhiệt của cơ thể. Trong cơ thể người, năng lượng khơng ngừng được tạo ra
trong q trình chuyển hóa. Sự ổn định thân nhiệt là điều kiện quan trọng cho sự hoạt
động bình thường của các cơ quan nội tạng. Vì vậy, thường xuyên theo dõi nhiệt độ
cơ thể góp phần phát hiện kịp thời những vấn đề về sức khỏe.
Hiện nay cũng có nhiều đồ án và bài nghiên cứu làm về thiết bị đo nhịp tim, và
nồng độ oxy trong máu. Luận văn Thạc Sĩ của Đỗ Văn Ngọc làm đề tài “Nghiên cứu
thiết kế mô hình máy đo nhịp tim và nồng độ oxy trong máu”. Đề tài này nghiên cứu
phương pháp đo nhịp tim và nồng độ oxy trong máu không xâm lấn sử dụng kỹ thuật
truyền xuyên qua. Tập trung thiết kế bộ tiền xử lý tín hiệu và mạch xử lý trung tâm,
đồng thời nghiên cứu sử dụng môi trường Java Eclipse để xây dựng phần mềm trên
hệ điều hành Android để hiển thị giá trị các thông số. Thiết bị này sử dụng vi điều
khiển tiêu thụ nguồn thấp của Texas Instruments là MSP430 làm bộ xử lý trung tâm,
vi điều khiển này có tích hợp các bộ DAC, ADC phục vụ cho việc lấy mẫu tín hiệu.
Truyền dữ liệu qua giao tiếp Bluetooth [2].

BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP- Y SINH

1

CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN
Bên cạnh đó, cịn có dự án của tác giả Ashwini Kumar với đề tài “Máy đo nhịp tim
và Oxy trong máu thông minh với hệ thống tiết kiệm dữ liệu tự động”. Dự án này sử
dụng board Arduino Uno làm bộ xử lý trung tâm, cảm biến Max30100 cảm biến giá
trị nhịp tim và nồng độ oxy trong máu. Giá trị các thông số được hiển thị trên App
Inventor trên điện thoại Android. Dữ liệu được truyền lên thơng qua giao tiếp
Bluetooth [3]. Ngồi ra, với ý tưởng đo nhiệt độ khơng tiếp xúc cũng có dự án của
tác giả Konstantin Dimitrov với đề tài “Nhiệt kế Oled không tiếp xúc”, giá trị nhiệt
độ được đo bằng cảm biến nhiệt độ hồng ngoại MLX90614 và hiển thị trên Oled với
bộ xử lý trung tâm là board Arduino Uno. Giá trị cảm biến được gửi lên Oled qua
chuẩn giao tiếp I2C [4].
Với những thực tế trên, nhóm em xin tìm hiểu và nghiên cứu đề tài “Thiết kế và
thi công thiết bị đo nhịp tim, nồng độ Oxy trong máu và nhiệt độ.”. Với thiết bị này
người dùng có thể đo 3 thơng số sức khỏe là nhịp tim, nồng độ Oxy trong máu và
nhiệt độ cơ thể. Số liệu các chỉ số sẽ được hiển thị trên App Inventor đồng thời sẽ
được lưu trữ dưới dạng tệp tài liệu để dễ dàng chia sẻ thông tin khi cần sự tư vấn từ
bác sĩ. Bên cạnh đó, thiết bị cịn có hệ thống cảnh báo qua cịi buzzer khi một trong
các chỉ số không nằm trong ngưỡng bình thường. Thiết bị này sử dụng bộ xử lý là
board Arduino Mega 2560 R3 sử dụng vi điều khiển Atmega 2560 làm trung tâm xử
lý các tín hiệu nhận được từ cảm biến. Kết quả sẽ được hiển thị lên màn hình Oled
được gắn trên thiết bị và hiển thị trên điện thoại thông qua App Inventor bằng công
nghệ Bluetooth [5].

1.2 MỤC TIÊU
Thiết kế và thi công thiết bị đo các thông số sức khỏe là nhịp tim, nồng độ Oxy
trong máu và nhiệt độ cơ thể. Thiết bị hiển thị giá trị trên màn hình Oled và App
Inventor trên điện thoại Android. Ngồi ra, thiết bị cịn có khả năng cảnh báo thơng
qua cịi buzzer cho người dùng khi thơng số đo được khơng nằm trong ngưỡng bình
thường.

1.3 NỘI DUNG THỰC HIỆN
Đề tài được thực hiện dựa trên những nội dung sau đây:
Nội dung 1: Tìm hiểu cơ sở lý thuyết từ đó lựa chọn giải pháp cho đề tài.
BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP- Y SINH

2


CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN
Nội dung 2: Thiết kế sơ đồ khối, chức năng các khối, tính tốn chọn giá trị linh kiện
cho các khối.
Nội dung 3: Thiết kế hệ thống điều khiển.
Nội dung 4: Thi công các khối cảm biến, khối xử lý và hiển thị.
Nội dung 5: Lập trình viết App chạy trên nền tảng Android, kết nối App trên điện
thoại và thiết bị.
Nội dung 6: Chạy thử nghiệm thiết bị, đánh giá kết quả đạt được, đề ra hướng phát
triển.
Nội dung 7: Làm slide báo cáo, viết báo cáo đề tài.

1.4 GIỚI HẠN
-

Thiết bị đo nhịp tim, nồng độ oxy trong máu và nhiệt độ chỉ dùng trong môi
trường khô ráo không thấm nước.

-

Thiết bị đo nhịp tim, nồng độ oxy trong máu và nhiệt độ khơng có chức năng
phân tích các thơng số để đưa ra chuẩn đoán về sức khỏe.

-

Thiết bị đo nhịp tim, nồng độ oxy trong máu và nhiệt độ chỉ kết nối được với
điện thoại qua Bluetooth trong phạm vi bán kính 10m.

1.5 BỐ CỤC ĐỀ TÀI
Bố cục bài báo cáo được trình bày thành 6 phần như sau:
Chương 1: Giới thiệu tổng quan đề tài, mục tiêu nghiên cứu, giới hạn, nội dung thực
hiện và bố cục đề tài.
Chương 2: Cơ sở lí thuyết, chương này tập trung tìm hiểu lí thuyết liên quan đến đề
tài bao gồm kiến thức về linh kiện, thiết bị được sử dụng trong hệ thống.
Chương 3: Tính tốn và thiết kế, chương này sẽ đi trình bày một cách chi tiết về mơ
hình của hệ thống bao gồm sơ đồ khối, sơ đồ nguyên lý hoạt động của hệ thống.
Chương 4: Thi công hệ thống. Dựa vào thiết kế hệ thống, tiến hành thi công phần
cứng và phần mềm của hệ thống.
Chương 5: Kiểm tra đánh giá kết quả đo được. Chương này trình bày kết quả đồng
thời đưa ra lời nhận xét, đánh giá về mục tiêu đã trình bày ở chương 2.
Chương 6: Kết luận và hướng phát triển. Chương này viết ra những điều đã đạt được
và những hạn chế của đề tài. Từ đó đánh giá đưa ra giải pháp cho đề tài.
BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP- Y SINH

3


CHƯƠNG 2. CƠ SỞ LÝ THYẾT

Chương 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT
2.1 TỔNG QUAN VỀ CÁC PHƯƠNG PHÁP ĐO
2.1.1 Phương pháp đo nhịp tim
Hiện nay trong lĩnh vực y học có rất nhiều phương pháp để đo xác định nhịp

tim khác nhau. Nhìn chung các phương pháp đo là giống nhau, chỉ khác nhau ở hình
thức đo và chia làm ba phương pháp là: thủ công, xâm lấn và không xâm lấn [6].
Phương pháp 1: Phương pháp thủ công
Đo nhịp tim bằng nhấn ngón tay sử dụng mặt trong của hai ngón tay áp sát vào

-

mặt trong của cổ tay bên kia - chỗ có những nếp gấp cổ tay (hai tay ngược nhau).
Bấm nhẹ vào đó cho đến khi cảm thấy nhịp đập. Nếu cần thiết, có thể di chuyển
ngón tay xung quanh đó cho đến khi bạn cảm thấy nhịp đập. Sau đó dùng đồng
hồ để xác định số nhịp tim. Hoặc đặt 2 ngón tay vào một bên cổ nơi giao nhau
giữa khí quản và các cơ lớn ở cổ. Bấm nhẹ cho đến khi bạn cảm thấy nhịp đập.
Cách đo được miêu tả rõ ở hình 2.1 bên dưới.

Hình 2.1. Cách đo nhịp tim thủ cơng bằng tay

-

Đo nhịp tim bằng dùng ống nghe đeo tai, tư thế đo như hình 2.2. Đầu tiên, ta
nghe và kiểm tra ống nghe, mùa đông cần xoa làm ấm loa nghe trước khi nghe.
Đặt ống nghe lên các vị trí nghe tim, mỗi lần đặt ống nghe 10 -20 giây. Sau đó
dùng đồng hồ để xác định số nhịp tim. Trong quá trình đo cần thả lỏng cơ thể,
ngồi ở tư thế thoải mái.

BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP- Y SINH

4


CHƯƠNG 2. CƠ SỞ LÝ THYẾT

Hình 2.2. Đo nhịp tim bằng ống nghe
Nhận xét: Đây là các phương pháp phổ biến, đơn giản, dễ đo. Chi phí khi đo khơng
đáng kể. Kết quả đo có độ chính xác phụ thuộc vào người đo, có sự sai sót do chênh
lệch thời gian đếm của người đo và đồng hồ đếm thời gian. Tốn nhiều thời gian, công
sức để đo.
Phương pháp 2: Phương pháp xâm lấn
Sử dụng các điện cực để đo nhịp tim trong một khoảng thời gian, dòng điện từ
nguồn sẽ đi qua các điện cực vào cơ thể rồi phản hồi lại các thông tin nhịp tim. Các
điện cực sẽ được gắn lên vùng ngực đã được cồn khử trùng, dùng bằng dán cố định
dây và điện cực, dụng cụ sẽ được khởi động và đo liên tục từ 24-48 tiếng, dữ liệu sẽ
được lưu trữ vào một bộ nhớ.
Nhận xét: là phương pháp có độ chính xác cao, được sử dụng nhiều trong các bệnh
viện, trung tâm khám sức khỏe, có thể đo được nhiều thơng số trong cùng một khoảng
thời gian. Nhưng có thể gây ra các tác dụng phụ như dị ứng da do tiếp xúc dòng điện
cực hay các chất để dán cố định, gây cảm giác khó chịu.
Phương pháp 3: Phương pháp khơng xâm lấn
Khi tim đập, máu sẽ được dồn đi khắp cơ thể qua động mạch, tạo ra sự thay
đổi về áp suất trên thành động mạch và lượng máu chảy qua động mạch. Vì thế ta có
thể đo nhịp tim bằng cách đo những sự thay đổi đó. Khi lượng máu trong thành động
mạch thay đổi sẽ làm thay đổi mức hấp thụ ánh sáng của động mạch, do đó khi một
tia sáng được truyền qua động mạch thì cường độ ánh sáng sau khi truyền qua sẽ biến
thiên đồng bộ với nhịp tim. Khi nhịp tim giãn ra, lượng máu qua động mạch nhỏ nên
hấp thụ ít ánh sáng, ánh sáng sau khi truyền qua động mạch có cường độ lớn, ngược
lại khi tim co vào, lượng máu qua động mạch lớn hơn, ánh sáng sau khi truyền qua
động mạch sẽ có cường độ nhỏ hơn. Ánh sáng sau khi truyền qua ngón tay gồm hai
thành phần AC và DC
BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP- Y SINH

5

CHƯƠNG 2. CƠ SỞ LÝ THYẾT
-

Thành phần DC đặc trưng cho cường độ ánh sáng cố định truyền qua mô, xương
và tĩnh mạch.

-

Thành phần AC đặc trưng cho cường độ ánh sáng thay đổi khi lượng máu thay
đổi truyền qua động mạch, tần số của tín hiệu này đồng bộ với tần số của nhịp
tim.
Người ta ứng dụng hiện tượng này của ánh sáng để thực hiện đo nhịp tim bằng
phương pháp quang, nguyên lý đo được thể hiện ở hình 2.3 bên dưới.

Hình 2.3. Đo nhịp tim bằng phương pháp quang
Nhận xét: đơn giản, dễ sử dụng, thiết bị gọn nhẹ, sử dụng thoải mái, khơng gây khó
chịu, thời gian đo nhanh. Phương pháp này có sai số khá cao, khoảng 15%, khơng
thích hợp để theo dõi bệnh nhân trong thời gian dài. Hiện tại, hai phương pháp trên
được sử dụng khá phổ biến, tuy nhiên do yêu cầu về độ chính xác và theo mục tiêu
ban đầu của đề tài, nhóm đã quyết định chọn đo nhịp tim bằng phương pháp quang.
2.1.2 Phương pháp đo Sp02 dựa vào hấp thụ quang học

Hình 2.4. Tư thế đặt ngón tay khi đo nồng độ oxy trong máu
BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP- Y SINH

6

CHƯƠNG 2. CƠ SỞ LÝ THYẾT
Vị trí đặt cảm biến hợp lý nhất là các đầu ngón tay như hình 2.4, tuy động
mạch ở vị trí này khơng q lớn nhưng bề dày cơ thể ánh sáng phải truyền qua lại
tương đối ít nên chỉ cần dùng 1 LED làm nguồn phát. Mặt khác, ở vị trí này cho mức
độ biến thiên cường độ ánh sáng nhận được là khá lớn so với toàn bộ ánh sáng nhận
được, tỉ số giữa biên độ tín hiệu với nền một chiều là đủ lớn để phần xử lý tín hiệu
hoạt động đưa ra kết quả chính xác nhất. Tuy nhiên, khi đo cần giữ ngón tay khơng
dịch chuyển, sẽ ảnh hưởng tới độ chính xác của kết quả đo.
Một thiết bị ở một bên của đầu dò phát ra ánh sáng đỏ (660nm) và hồng ngoại
(880nm). Đầu dò (photodetecter) sẽ đặt quanh ngón tay để thu nhận ánh sáng. Dựa
vào sự hấp thụ của hai loại tế bào hemoglobin với các bước sóng khác nhau, ta xác
định được thơng số SpO2. Mức độ hấp thụ ánh sáng của một bước sóng xác định phụ
thuộc vào bản chất môi trường vật chất. Sau khi cảm biến quang đã nhận được các
tia ánh sáng đỏ (R) và tia hồng ngoại(IR), tỉ lệ R/IR sẽ được đem ra so sánh với bảng
tra cứu chuẩn được các nhà thiết kế máy đo xây dựng sẵn để chuyển đổi sang giá trị
Sp02 tương ứng [7].

2.1.3 Phương pháp đo nhiệt độ
Phương pháp 1: Phương pháp đo trực tiếp
Phương pháp đo trực tiếp: Tính chất vật lí chung của nhiệt độ là ln truyền
từ vật nóng sang vật lạnh hơn. Lợi dụng tính chất này cho tiếp xúc nhiệt kế vào vật
cần đo, nhiệt độ từ vật sẽ truyền sang nhiệt kế cho đến khi đạt đến trạng thái cân bằng
nhiệt thì số chỉ nhiệt kế là số chỉ nhiệt độ của vật. Thiết bị ứng dụng tính chất này để
đo nhiệt độ là nhiệt kế thủy ngân
Phương pháp 2: Phương pháp đo gián tiếp
Phương pháp đo nhiệt độ gián tiếp sử dụng thiết bị đo nhiệt độ từ xa (thường
gọi là súng đo nhiệt độ hồng ngoại hay súng hồng ngoại). Phương pháp này sử dụng
khi đo nhiệt độ bề mặt của vật ở xa, cao, khó tiếp cận, trong môi trường khắc nghiệt
(đường ống trên cao, nhiệt độ khu vực q nóng và nguy hiểm đến tính mạng) [8].
Nhận xét: Ở hai phương pháp trên, mỗi phương pháp sẽ có những ưu nhược điểm

khác nhau. Tùy thuộc vào yêu cầu và mục đích sử dụng chúng ta có thể chọn ra những
dụng cụ đo nhiệt độ phù hợp. Theo mục tiêu ban đầu của nhóm là đo nhiệt độ khơng
BỘ MƠN ĐIỆN TỬ CƠNG NGHIỆP- Y SINH

7


CHƯƠNG 2. CƠ SỞ LÝ THYẾT
tiếp xúc nên nhóm sẽ chọn phương pháp đo gián tiếp bằng việc sử dụng cảm biến
hồng ngoại không tiếp xúc.

2.2 GIỚI THIỆU PHẦN CỨNG
Thiết bị đầu vào là nút nhấn, cảm biến nhịp tim và nồng độ oxy trong máu
MAX30100 và cảm biến nhiệt độ MLX90614. Thiết bị đầu ra sử dụng Led, buzzer.
Bộ điều khiển trung tâm là vi điều khiển Atmega 2560. Sử dụng chuẩn truyền dữ liệu
có dây I2C và truyền không dây qua module Bluetooth. Thiết bị lưu trữ là bộ nhớ
RAM. Nguồn cấp là 2 Pin Cell 18650 4200mAh 3.7V.

2.2.1 Cảm biến nhịp tim và nồng độ oxy trong máu MAX30100
Cảm biến MAX30100 của hãng Maxim là module tích hợp có khả năng đo
được nồng độ oxy trong máu và nhịp tim. Đây là một cảm biến quang học, nó phát ra
hai bước sóng ánh sáng từ hai đèn LED (LED đỏ và một LED hồng ngoại) như trong
hình 2.5. Sau đó đo sự hấp thụ của mạch đập (pulsing blood) bằng cách thu tín hiệu
thơng qua một bộ cảm biến ánh sáng (photodetector). Sự kết hợp màu LED được sử
dụng để đọc dữ liệu ở đầu ngón tay. Từ đó xác định được nồng độ oxy trong máu và
nhịp tim [9].

Hình 2.5. Cảm biến nhịp tim MAX30100
Cảm biến có đặc điểm là tích hợp IC MAX30100 của Maxim, đây chính là bộ
cảm biến quang học gồm hai LED, được tối ưu và giảm nhiễu. Bên cạnh đó có sử

dụng nguyên lý đo hấp thụ quang học của máu với tốc độ lấy mẫu dựa trên trạng thái
LED có thể lập trình được phục vụ cho mục đích tiết kiệm năng lượng. Giao tiếp
thông qua I2C. Chi tiết về cảm biến được thể hiện rõ ở thông số kỹ thuật trong bảng
2.1 bên dưới.
BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP- Y SINH

8


CHƯƠNG 2. CƠ SỞ LÝ THYẾT

Bảng 2.1. Thông số kĩ thuật của cảm biến MAX30100
STT THÔNG SỐ

GIÁ TRỊ

1

IC

MAX30100

2

Điện áp hoạt động

1.8V – 3.3V (DC)

3

Dòng hoạt động thấp

0.7 (uA)

4

Giá trị ADC

16-bit

5

Tốc độ đọc dữ liệu

50Hz to 1kHz

6

Cảm biến quang

IR led hồng ngoại & bộ tách sóng quang

7

Hỗ trợ giao tiếp

I2C

8

Nhiệt độ hoạt động

-40 ° C đến +85 ° C

2.2.2 Cảm biến đo nhiệt độ hồng ngoại MXL90614

Hình 2.6. Cảm biến đo nhiệt độ hồng ngoại MXL90614
Cảm biến MXL90614 được sử dụng để đo nhiệt độ. Nhiệt kế được gắn đầu
phát để phát ra tia hồng ngoại (hình 2.6) từ đó có thể đo nhiệt độ vật mà không cần
tiếp xúc. MLX90614 tích hợp cả chip dị nhiệt độ nhạy IR. Điều này cho phép độ
chính xác và độ phân giải cao của nhiệt kế. Nhiệt độ đo được trong phạm vi nhiệt độ
hoàn chỉnh với độ phân giải 0,02 ° C.
Nhiệt độ đo được trong phạm vi từ -20 đến 120 ° C, với độ phân giải đầu ra là
0,14 ° C. Cảm biến MLX90614 có 4 chân thể hiện ở hình 2.7 cùng với vỏ bọc ngồi
và thân. Hai chân dùng để giao tiếp I2C với oled là SCL và SDA. SCL có tác dụng

BỘ MƠN ĐIỆN TỬ CƠNG NGHIỆP- Y SINH

9


CHƯƠNG 2. CƠ SỞ LÝ THYẾT
để đồng bộ hóa giữa các thiết bị khi truyền dữ liệu, còn SDA là dây dữ liệu truyền
qua. 2 chân còn lại dùng để nối nguồn và đất [10].

Hình 2.7. Sơ đồ chân cảm biến MXL90614

Nguyên lí hoạt động của cảm biến MLX90614 dựa trên sóng hồng ngoại, loại
sóng này có bước sóng dài và mang đến ánh sáng tốt. Hầu hết các cảm biến đo nhiệt
độ hồng ngoại sẽ có bước sóng từ 0.8µm đến 14µm. Tất cả các phép đo nhiệt độ trên

0°K đều phát ra bức xạ điện từ. Từ nguyên lý này, cảm biến hồng ngoại sẽ thu được
bức xạ điện từ trên vật. Sau đó truyền dữ liệu về cho vi xử lý để tính tốn ra được
nhiệt độ của vật đó. Module cảm biến MLX90614, cảm biến thích hợp cho việc đo
nhiệt độ không tiếp xúc. Đầu ra là tín hiệu số, đầu vào là tín hiệu tương tự.
Cảm biến có đặc điểm hoạt động ở 3.3 - 5 V. Có thể điều chỉnh độ nhạy cảm
biến thơng qua phần mềm lập trình. Kích thước nhỏ, chi phí thấp, thời gian đáp ứng
nhanh. Cảm biến hoạt động ổn định, tiết kiệm năng lượng. Khoảng cách đo nhỏ hơn
1 m với phạm vi nhiệt độ đo rộng: (-40 đến + 85 ° C trong nhiệt độ cảm biến) và (-70
đến + 380 ° C nhiệt độ của đối tượng).

2.2.3 Tổng quan về module Arduino Mega 2560
Arduino Mega 2560 là board mạch vi điều khiển xây dựng dựa trên vi điều
khiển Atmega 2560. Nó có 54 chân I/O (trong đó có 15 chân có thể sử dụng làm chân
ouput với chức năng PWM), 16 chân đầu vào Analog, 4 UART, 1 thạch anh 16Mhz,
1 cổng USB, 1 jack nguồn, 1 header, 1 nút nhấn reset (hình 2.8). Nó chứa mọi thứ
cần thiết hỗ trợ cho người lập trình vi điều khiển, đơn giản chỉ việc kết nối nó với
máy tính bằng cable USB là có thể bắt đầu học tập. Mach Arduino 2560 sử dụng

BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP- Y SINH

10


CHƯƠNG 2. CƠ SỞ LÝ THYẾT
tương thích với phần lớn các Shield của Arduino UNO [11]. Chi tiết về đặc điểm của
Arduino Mega 2560 được mô tả rõ ở bảng 2.2 thơng số kỹ thuật.

Hình 2.8. Vị trí chân Arduino Mega
Bảng 2.2. Thơng số kĩ thuật Arduino Mega 2560
STT

THƠNG SỐ

GIÁ TRỊ

1

Vi điều khiển chính

Atmega2560

2

Điện áp hoạt động

5VDC

3

Dịng ra tối đa (5V)

500 mA

4

Giao tiếp I2C

1 bộ

5

EEPROM

4KB

6

Thạch anh

16MHz

7

Giao tiếp UART

4 bộ UART

8

Dòng ra tối đa trên mỗi chân I/O 20mA

9

Số chân digital

54

10

Số chân analog

16

11

Ngắt ngồi

6 chân

12

Giao tiếp SPI

BỘ MƠN ĐIỆN TỬ CƠNG NGHIỆP- Y SINH

1 bộ (chân 50 đến 53) dùng với
thư viện SPI

11


CHƯƠNG 2. CƠ SỞ LÝ THYẾT
Qua những thông số kỹ thuật ở bảng 2.2 bên trên, ta nhận thấy hệ thống I / O
lớn với 16 bộ chuyển đổi tương tự và 54 bộ chuyển đổi digital hỗ trợ UART và các
chế độ giao tiếp khác. Bên cạnh đó, Arduino Mega 2560 có sẵn RTC và các tính năng
khác như bộ so sánh, timer, ngắt để điều khiển hoạt động, tiết kiệm điện năng và tốc
độ nhanh hơn với xung thạch anh là 16 Mhz. Với bộ nhớ FLASH lớn và SRAM, bo
này có thể xử lý chương trình hệ thống lớn một cách dễ dàng. Nó cũng tương thích
với các loại bo mạch khác nhau như tín hiệu mức cao (5V) hoặc tín hiệu mức thấp
(3.3V) với chân nạp I / O.

2.2.4 Tổng quan công nghệ Bluetooth
Bluetooth là một chuẩn công nghệ truyền thông không dây tầm gần giữa các
thiết bị điện tử. Công nghệ này hỗ trợ việc truyền dữ liệu qua các khoảng cách ngắn
giữa các thiết bị di động và cố định, tạo nên các mạng cá nhân khơng dây (Wireless
Personal Area Network-PANs). Bluetooth có thể đạt được tốc độ truyền dữ liệu
1Mb/s. Bluetooth hỗ trợ tốc độ truyền tải dữ liệu lên tới 720 Kbps trong phạm vi 10
m–100 m. Khác với kết nối hồng ngoại (IrDA), kết nối Bluetooth là vô hướng và sử
dụng giải tần 2,4 GHz [12].
Bluetooth được thiết kế nhằm mục đích thay thế dây cable giữa máy tính và
các thiết bị truyền thông cá nhân, kết nối vô tuyến giữa các thiết bị điện tử lại với
nhau một cách thuận lợi với giá thành rẻ. Khi được kích hoạt Bluetooth có thể tự động
định vị những thiết bị khác có chung công nghệ trong vùng xung quanh và bắt đầu
kết nối với chúng. Nó được định hướng sử dụng cho việc truyền dữ liệu lẫn tiếng nói.
Cơng nghệ khơng dây Bluetooth là một tiêu chuẩn trong thực tế, dùng cho các
thiết bị cỡ nhỏ, chi phí thấp, sóng ngắn liên kết giữa PC di động, điện thoại di động
và giữa các máy tính với nhau như hình 2.9. Bluetooth ít tiêu hao năng lượng và có
giá thành thấp nhưng tốc độ của nó chậm hơn khá nhiều so với mạng khơng dây WiFi. Các Smartphone và máy tính bảng đã trang bị chức năng hỗ trợ Bluetooth vào hệ
điều hành của chúng để kích hoạt khả năng hoạt động với đồng bộ hoá dữ liệu với
điện thoại di động (ĐTDĐ) và thiết bị hỗ trợ cá nhân PDA, in ấn với các máy in hỗ
trợ Bluetooth và kết nối đến các thiết bị khác. Đặc điểm của công nghệ Bluetooth
được thể hiện rõ ở những ưu nhược điểm trong bảng 2.3 bên dưới.

BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP- Y SINH

12


CHƯƠNG 2. CƠ SỞ LÝ THYẾT

Hình 2.9. Ứng dụng Bluetooth điều khiển các thiết bị ngoại vi

Bảng 2.3. Ưu điểm và nhược điểm công nghệ bluetooth
ƯU ĐIỂM
- Kết nối không dây
- Bảo mật an tồn với cơng nghệ mã hóa
trong. Một khi kết nối được thiết lập thì
khó có một thiết bị nào có thể nghe trộm

NHƯỢC ĐIỂM
- Tốc độ thấp, khoảng 720kbps tối đa.
- Bắt sóng kém khi có vật cản, dễ bị
- Chờ kết nối bluetooth tiêu tốn một
khoảng thời gian nhất định.

hoặc lấy cắp dữ liệu.
- Các thiết bị có thể kết nối với nhau
trong vịng 10m đến 100m.
- Tốn ít năng lượng, khi ở chế độ chờ tốn
0.3mAh, hoạt động 30mAh trong chế độ
truyền dữ liệu.
- Khơng gây nhiễu các thiết bị khơng
dây khác.

BỘ MƠN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP- Y SINH

13


CHƯƠNG 2. CƠ SỞ LÝ THYẾT

2.2.5 Tổng quan về màn hình OLED
OLED (Organic Light Emitting Diode): là loại cơng nghệ màn hình có cấu tạo
mới gồm các Diode phát sáng hữu cơ, loại vật liệu này có khả năng phát sáng khi có
dịng điện chạy qua. Đây là cơng nghệ màn hình phát quang nổi tiếng và được đánh
giá cao hơn LCD truyền thống, giới công nghệ luôn mong muốn màn hình OLED trở
nên phổ biến hơn và nâng cao chất lượng hơn, nhằm thay thế các màn hình LCD [13].
Màn Hình Oled 128X64 - I2C 1.3 Inch ứng dụng hiển thị hình ảnh với khung 128x64
pixel, màn hình oled tương thích với hầu hết các vi điều khiển với giao tiếp I2C. Màn
hình Oled có thiết kế khá nhỏ gọn. Đặc điểm của Oled được thể hiện rõ ở bảng 2.4
thông số kỹ thuật bên dưới.
Bảng 2.4. Bảng thông số kỹ thuật OLED
STT

THÔNG SỐ

GIÁ TRỊ

1

Điện áp làm việc

2.2 ~ 5.5VDC

2

Kích thước màn hình

1.3 inch (128x64 pixel)

3

Nhiệt độ hoạt động

-30℃ ~ +70℃

4

Tiêu thụ điện năng thấp

0.08W (fullscreen)

5

Chuẩn giao tiếp

I2C (thông qua 2 chân SCL, SDA)

6

Đèn nền

độ sáng và độ tương phản

2.3 GIỚI THIỆU PHẦN MỀM
2.3.1 MIT App Inventor
App Inventor là cơng cụ lập trình dành cho mọi người, kể cả trẻ em. Được công
bố dưới dạng phần mềm tự do (free software), App Inventor trở thành hiện tượng
chưa từng có trong lĩnh vực lập trình cho thiết bị di dộng. Ưu điểm của MIT App
Inventor là phần mềm hỗ trợ xây dựng những thành phần cơ bản của một ứng dụng

Android: Nút bấm, nút lựa chọn, chọn ngày giờ, ảnh, văn bản, thơng báo, trình duyệt
web. Sử dụng nhiều tính năng trên điện thoại như chụp ảnh, quay phim, chọn ảnh, bật
video. Có thể kết nối danh bạ, bluetooth, email, gọi điện, chia sẻ thông qua các ứng
dụng mạng xã hội khác trên thiết bị. Bên cạnh đó cịn có thể lưu trữ tệp txt, tạo cơ sở
BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP- Y SINH

14


CHƯƠNG 2. CƠ SỞ LÝ THYẾT
dữ liệu đơn giản trên điện thoại hoặc trên đám mây thông qua server tự tạo hoặc
Firebase [14].
Tuy nhiên, ngoài những ưu điểm kể trên thì phần mềm cũng có những nhược
điểm như ứng dụng được phát triển trên server của MIT mang tính chất giáo dục nên
giao diện còn sơ sài, chưa chuyên nghiệp, giới hạn dung lượng của mỗi project chỉ là
5MB. Mặc dù có những nhược điểm như vậy, MIT App Inventor vẫn là một cơng cụ
hữu ích giúp cho người mới bắt đầu lập trình trên Android có thể tạo ra được những
ứng dụng hoàn thiện hoặc giúp nhà phát triển hồn thành những ý tưởng của mình.

2.3.2 Phần mềm lập trình Arduino IDE
Arduino IDE là phần mềm dùng để lập trình cho Arduino. Mơi trường lập trình
Arduino IDE có thể chạy trên 3 nền tảng phổ biến nhất hiện này là Windows, MacOS
và Linux. Do có tính chất nguồn mở nên mơi trường lập trình này hồn tồn miễn
phí và có thể mở rộng thêm bởi người dùng có kinh nghiệm. Vùng làm việc của phần
mềm gồm thanh công cụ bao gồm các nút lệnh menu (File, Edit, Sketch, Tools, Help).
Phía dưới là các icon cho phép sử dụng nhanh các chức năng thường dùng của IDE.
Ở vùng viết chương trình bạn sẽ viết các đoạn mã của mình tại đây. Tên chương trình
của bạn được hiển thị ngay dưới dãy các Icon. Công cụ gỡ lỗi hỗ trợ người dùng xác
định và khắc phục lỗi trong mã nguồn. Các lập trình viên và kỹ sư phần mềm thường
có thể kiểm tra các phân đoạn mã khác nhau và xác định lỗi trước khi ứng dụng được

phát hành [15].
Lợi ích của IDE là phục vụ như một môi trường duy nhất cho hầu hết các nhu
cầu của nhà phát triển, chẳng hạn như các hệ thống kiểm soát phiên bản, cơng cụ gỡ
lỗi. Khả năng gựi ý và hồn thành các câu lệnh, đoạn code nhanh chóng. Tự động
kiểm tra lỗi và thơng báo vị trí lỗi tại những dịng code cụ thể. Khả năng tái cấu trúc
cho phép các lập trình viên thực hiện các thay đổi trên mã nguồn hay project của mình
dễ dàng. Hệ thống quản lý dự án, mã nguồn, kết hợp nhiều hệ quản trị cơ sở dữ liệu
lớn. Hoạt động trên nhiều loại hệ điều hành khác nhau như windows, Linux, Mac.
Nhiều IDE cho phép người dùng mở rộng và bổ sung thêm tính năng mới theo mục
đích và từng dự án cụ thể. Phát triển nhiều phần mềm, ứng dụng hay game trên nền
tản mobile và desktop.

BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP- Y SINH

15


CHƯƠNG 3. TINH TỐN VÀ THIẾT KẾ

Chương 3. TÍNH TỐN VÀ THIẾT KẾ
3.1 GIỚI THIỆU HỆ THỐNG
Ở đề tài này Arduino Mega 2560 là trung tâm thu thập và xử lý giá trị nhận
được từ cảm biến bao gồm: Cảm biến nhịp tim và nồng độ oxy trong máu
MAX30100, cảm biến nhiệt độ hồng ngoại không tiếp xúc MLX90614. Đồng thời
Arduino Mega cũng thực hiện việc gửi tín hiệu đã được xử lý lên màn hình hiển thị
Oled và App Inventor trên điện thoại Android. Có một nút nguồn để cấp nguồn cho
hệ thống, 1 nút nhấn để chọn chế độ đo nhịp tim và Sp02 và 1 công tắc để bật tắt khi
đo nhiệt độ. Khi nhấn nút đo led xanh sẽ sáng để thông báo đang trong quá trình đo.
Buzzer sẽ thực hiện việc cảnh báo khi một trong các thơng số vượt ngưỡng bình
thường. Bên cạnh đó còn sử dụng thêm đầu phát lazer để xác định vị trí khi đo nhiệt

độ. Thiết bị sử dụng đơn giản thông qua việc bật tắt các nút nhấn và cơng tắc, kết quả
hiển thị trên màn hình Oled và App điện thoại. Ở chương này, sẽ tập trung tính toán
thiết kế các khối cho hệ thống, dựa vào yêu cầu của đề tài từ đó tính tốn và lựa chọn
các linh kiện và thiết bị phù hợp.

3.2 TÍNH TỐN VÀ THIẾT KẾ HỆ THỐNG
3.2.1 Thiết kế sơ đồ khối hệ thống
Hệ thống có chức năng sau thu nhận và xử lý dữ liệu từ cảm biến. Hiển thị dữ
liệu lên Oled. App Inventor sẽ lấy dữ liệu và hiển thị trên điện thoại Android. Cảnh
báo thông qua buzzer khi thơng số vượt ngưỡng bình thường. Từ những chức năng
trên ta có sơ đồ khối của đề tài được trình bày như hình 3.1 dưới đây. Sơ đồ khối sẽ
giúp mọi người có cái nhìn tổng quan hơn về đề tài cũng như thành phần, cấu tạo của
hệ thống. Từ sơ đồ khối ta có thể thấy rõ các chiều phát ra và nhận vào tín hiệu, nguồn
của các khối trong hệ thống. Nhờ sơ đồ ta có thể hình dung quá trình tác động qua lại
điều khiển, trao đổi tín hiệu giữa các khối, linh kiện, mạch điện.

BỘ MƠN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP- Y SINH

16


CHƯƠNG 3. TINH TỐN VÀ THIẾT KẾ

Hình 3.1. Sơ đồ khối của hệ thống
-

Khối nguồn: Cấp nguồn 9 V cho khối xử lý trung tâm là board Arduino Mega 2560
hoạt động.

-

Khối xử lý trung tâm: Board Arduino Mega 2560 sẽ cấp nguồn cho các khối còn
lại. Thực hiện việc xử lý tín hiệu thu nhận được từ các cảm biến. Nhận tín hiệu chế
độ đo, sau đó hiển thị giá trị của cảm biến lên Oled và App điện thoại.

-

Khối cảm biến: Cảm biến đo nhiệt độ MXL90614, cảm biến đo nhịp tim và Spo2
MAX3010 và gửi cho khối xử lý trung tâm.

-

Khối chọn chế độ và thơng báo: Có nút nhấn dùng để chọn chế độ đo nhịp tim và
Spo2, công tắt dùng để đo nhiệt độ. Led xanh để thơng báo đang trong q trình
đo.

-

Khối hiển thị trên Oled: Hiển thị giá trị nhiệt độ, nhịp tim và Spo2 lên màn hình
Oled.

-

Khối hiển thị trên điện thoại: Hiển thị giá trị các thông số lên App Inventor trên
điện thoại Android thông qua module bluetooth.

-

Khối cảnh báo: Buzzer sẽ phát ra tiếng bíp khi một trong các giá trị đo nằm ngồi
ngưỡng bình thường.

3.2.2 Tính tốn và thiết kế các khối
a. Khối nguồn
- Sử dụng Pin Cell 18650 4200mAh 3.7V.

BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP- Y SINH

17


CHƯƠNG 3. TINH TOÁN VÀ THIẾT KẾ
Để đáp ứng yêu cầu của thiết bị là sử dụng ở mọi địa điểm, gọn nhẹ, dễ di chuyển,
linh hoạt trong nhu cầu sử dụng địi hỏi thiết bị phải có nguồn điện cung cấp đầy
đủ và không phụ thuộc vào nguồn điện lưới. Từ những yêu cầu này, Pin Cell
18650 4200mAh 3.7 V thỏa mãn những điều kiện của thiết bị. Pin có tuổi thọ cao
và thời gian chờ kéo dài với mức hao hụt năng lượng trong khoảng thời gian này
rất nhỏ. Bên cạnh đó pin cũng có kích thước nhỏ gọn phù hợp với những thiết bị
đòi hỏi sự linh hoạt trong di chuyển. Vì vậy, nhóm quyết định sử dụng 2 Pin Cell
18650 4200mAh 3.7V làm bộ nguồn cho thiết bị
- Sử dụng 2 Pin Cell 18650 4200mAh 3.7V mắc nối tiếp.
Nguồn được cấp vào Arduino Mega thông qua jack cắm điện. Arduino Mega
2560 nhận nguồn ngoài với điện áp khuyên dùng là 7 – 12 VDC. Khi mắc 2 Pin
Cell 18650 4200mAh nối tiếp ta có điện áp là 7.4 V. Điện áp này thỏa mãn yêu
cầu khi cấp nguồn cho Arduino Mega.
-

Tính tốn cơng suất tiêu thụ
Để thiết kế một khối nguồn hợp lý, đủ công suất, điện áp, dịng điện cho tồn
mạch hoạt động hiệu quả. Trước tiên ta phải xem xét các linh kiện trong mạch
hoạt động với điện áp bao nhiêu, dòng bao nhiêu, từ đó ra có thể tính được tổng

dịng cho mạch. Để tính được tổng dịng ta phải tìm hiểu dịng sử dụng của từng
linh kiện thành phần sau đó ta sẽ cộng hết chúng lại sẽ ra được dòng điện đủ để
cung cấp cho mạch.
Bảng 3.1. Công suất tiêu thụ của mạch điện
Stt

Thiết bị , mạch điện

Điện áp hoạt động

Dòng tiêu thụ

1

Arduino Mega 2560

5V DC

0.5 mA

2

Cảm biến Max30100

5V DC

1.2 mA

3

Oled LCD

5V DC

8 mA

4

MLX90614

5V DC

22.5mA

5

Bluetooth

5V DC

8 mA

6

Đầu Laser

5V DC

40 mA

7

Led đục màu xanh lá

5V DC

20 mA

8

Buzzer

5V DC

25 mA

BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP- Y SINH

18