Thiết kế và thi công hệ thống giám sát người dùng xe lăn

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM
KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
NGÀNH CÔNG NGHỆ KỸ THUẬT ĐIỆN TỬ - VIỄN THÔNG

THIẾT KẾ VÀ THI CÔNG HỆ THỐNG GIÁM SÁT
NGƯỜI DÙNG XE LĂN

GVHD: NGUYỄN VĂN PHÚC
SVTH: TRẦN THIỆN AN
TRẦN PHƯỚC MINH HUY

SKL009257

Tp. Hồ Chí Minh, tháng 07/2022


TRƢỜNG ĐẠI HỌC SƢ PHẠM KỸ THUẬT TP. HỒ CHÍ MINH
KHOA ĐÀO TẠO CHẤT LƢỢNG CAO

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
NGÀNH CÔNG NGHỆ KỸ THUẬT ĐIỆN TỬ VIỄN THÔNG

THIẾT KẾ VÀ THI CÔNG HỆ THỐNG GIÁM SÁT
NGƢỜI DÙNG XE LĂN
SVTH: Trần Thiện An
MSSV: 18161042
Trần Phƣớc Minh Huy
MSSV: 18161081
GVHD:ThS. NGUYỄN VĂN PHÚC

TP. HỒ CHÍ MINH – 07/2022


TRƢỜNG ĐẠI HỌC SƢ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ
MINH KHOA ĐÀO TẠO CHẤT LƢỢNG CAO
BỘ MƠN ĐIỆN TỬ VIỄN THÔNG

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

THIẾT KẾ VÀ THI CÔNG HỆ THỐNG
GIÁM SÁT NGƢỜI DÙNG XE LĂN
Ngành Công Nghệ Kỹ Thuật Điện Tử Viễn Thông

Sinh viên:

TRẦN THIỆN AN

MSSV: 18161042
TRẦN PHƢỚC MINH HUY
MSSV: 18161081
Hƣớng dẫn: ThS. NGUYỄN VĂN PHÚC

TP. HỒ CHÍ MINH – 07/2022


CỘNG HÕA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM

Độc lập – Tự do – Hạnh phúc
***

TP. Hồ Chí Minh, ngày 30 tháng 7 năm 2022

NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
Họ và tên sinh viên: Trần Thiện An

MSSV: 18161042

Trần Phƣớc Minh Huy

MSSV: 18161081

Ngành: Công nghệ kỹ thuật điện tử – Viễn Thông

Lớp: 18161CLVT1B

Giảng viên hƣớng dẫn: ThS. Nguyễn Văn Phúc
Ngày nhận ề tài: 11/3/2022

Ngày nộp ề tài: 2/8/2022

1.

Tên đề tài: Thiết kế và thi công hệ thống giám sát ngƣời dùng xe lăn

2.

Các số liệu, tài liệu ban đầu:
- Vi điều khiển: Arduino nano, ESP 8266.
- Các loại mô-đun: LCD.
- Cảm biến: MPU6050, MAX30102.

- Thiết bị: Đen, còi báo hiệu.
- Nguồn: Pin dự phịng.

3.

Sản phẩm:
- Mơ-đun phần cứng có các chức năng nhƣ đo nhịp tim và nồng độ oxi
trong máu rồi gửi số liệu đo đƣợc lên online database, và còn có thể cảm
nhận đƣợc sự thay đổi gia tốc, góc nghiêng qua đó phát đi tín hiệu trong
trƣờng hợp ngƣời dùng bị ngã khỏi xe.
- Phần mềm Android có các chức năng cơ bản và hiển thị các thông số
nhịp tim, nồng độ oxi đo đƣợc và báo hiệu các tín hiệu cần thiết.
- Web máy tính dùng để quán lý, điều chỉnh hệ thống giám sát và hẹn giờ.
- Quyển báo cáo đề tài.

TRƢỞNG NGÀNH

GIẢNG VIÊN HƢỚNG DẪN


CỘNG HÕA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM

Độc lập – Tự do – Hạnh phúc

TP. Hồ Chí Minh, ngày 28 tháng 7 năm 2022

PHIẾU NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƢỚNG DẪN
Họ va tên Sinh viên: Trần Thiện An

MSSV: 18161042

Trần Phƣớc Minh Huy MSSV: 18161081
Ngành: Công nghệ kỹ thuật Điện tử – Viễn Thông
Tên ề tài: Thiết kế và thi công hệ thống giám sát ngƣời dùng xe lăn
Họ và tên giáo viên hƣớng dẫn: ThS. Nguyễn Văn Phúc
Nhận Xét:
1.

Về nội dung thực hiện:
- Nội dung và khối lƣợng công việc phù hợp với yêu cầu của khóa luận tốt nghiệp

2. Ƣu điểm:
- Sinh viên đã vận dụng đƣợc nội dung các môn học chuyên ngành vào việc
thiết kế và thi cơng sản phẩm mang tính ứng dụng, hệ thống đáp ứng đƣợc các
mục tiêu đề ra.
- Báo cáo đƣợc trình bày đầy đủ, rõ ràng.
3.

Khuyết điểm:
- Các chức năng trên phần mềm còn hạn chế

4.

Đề nghị cho bảo vệ hay khộng?
- Cho phép nhóm sinh viên bảo vệ khóa luận tốt nghiệp

5.

Đánh giá loại: Giỏi

6.

Điểm: 8.5 (Bằng chữ: Tám năm)

Giảng viên hƣớng dẫn


CỘNG HÕA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM

Độc lập – Tự do – Hạnh phúc
***
TP. Hồ Chí Minh, ngày 30 tháng 7 năm 2022

PHIẾU NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN PHẢN BIỆN
Họ và tên Sinh viên: Trần Thiện An
Trần Phƣớc Minh Huy
Ngành: Công nghệ kỹ thuật Điện tử – Viễn thông
Tên ề tài: THIẾT KẾ VÀ THI CÔNG HỆ THỐNG GIÁM SÁT

NGƢỜI ĐÙNG XE LĂN
Họ và tên Giáo viên phản biện: .................................................................................
NHẬN XÉT
1.

Về nội dung đề tài & khối lƣợng thực hiện:

........................................................................................................................................
........................................................................................................................................
2.

Ƣu điểm:

........................................................................................................................................
........................................................................................................................................
........................................................................................................................................
3.

Khuyết điểm:

........................................................................................................................................
........................................................................................................................................
...................................................................................................................................
4.

Đề nghị cho bảo vệ hay không?

........................................................................................................................................
5.

Đánh giá loại:

........................................................................................................................................
6. Điểm: …………. (Bằng chữ:

)

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

GIẢNG VIÊN PHẢN BIỆN

LỜI CẢM ƠN
Đầu tiên, em xin gửi lời cám ơn chân thành đến Thầy Nguyễn Văn Phúc –
giảng viên khoa Điện-Điện tử Trƣờng Đại học Sƣ Phạm Kỹ Thuật đã tận tình
hƣớng dẫn, giúp đỡ em trong quá trình thực hiện Đồ án tốt nghiệp.
Và em xin bày tỏ lời cám ơn sâu sắc nhất đến với các thầy cô của Trƣờng Đại
học Sƣ Phạm Kỹ Thuật, đặc biệt là quý thầy cô khoa Điện-Điện tử đã tận tụy giảng
dạy và truyền đạt cho em những kiến thức quý báu trong suốt những tháng năm đại
học để em có một hành trang vững vàng phát triển sự nghiệp..
Cuối cùng, em kính chúc q thầy cơ Trƣờng Đại học Sƣ Phạm Kỹ Thuật nhiều
sức khỏe, hạnh phúc và đạt đƣợc nhiều thành công trong công việc và cuộc sống.

Xin chân thành cảm ơn!
Nhóm thực hiện đề tài

Trần Thiện An

i

Trần Phƣớc Minh Huy


LỜI CAM KẾT
Nhóm thực hiện xin cam kết đồ án tốt nghiệp tham khảo một số tài liệu trƣớc
đó và không sao chép nội dung, kết quả của các đồ án khác. Các nội dung tham
khảo đã đƣợc trích dẫn đầy đủ.
Nhóm thực hiện đồ án tốt nghiệp
(Ký và ghi rõ họ tên)

Trần Thiện An

Trần Phƣớc Minh Huy

ii


TÓM TẮT
Ngày nay, với sự phát triển mạnh mẽ của công nghệ 4.0, con ngƣời ngày càng
chú trọng đến việc cải thiện cuộc sống của cá nhân và cộng đồng, bên cạnh những
thành tựu phi thƣờng của khoa học kỹ thuật số. Vì lí do này, nhóm đang rất quan
tâm đến công nghệ giám sát. Phổ biến nhất là công nghệ giám sát hệ thống kỹ thuật
số. Hiện nay, với sự trợ giúp của công nghệ kỹ thuật số, khả năng giám sát toàn diện
ngày càng đƣợc cải tiến và hiện đại hơn nên rất phổ biến trong mọi lĩnh vực.
Nhóm thực hiện lƣu ý rằng tình hình phối hợp giữa bệnh viện và phòng khám
hiện nay trong giám sát bệnh nhan còn rất hạn chế. Trong số này, những bệnh nhân
ngồi xe lăn thƣờng yêu cầu đƣợc chăm sóc nhiều hơn và hỗ trợ toàn diện do khả
năng vận động hạn chế, có thể di chuyển trong thời gian dài và nhiều đáng nói là
nhóm bị chống ngợp trƣớc vấn đề này. Ngƣời giám sát khơng có khả năng theo
dõi bệnh nhân, tham gia và giải quyết một số vấn đề của bệnh nhân.
Nhận thức đƣợc điều này nhóm đã đƣa ra ý tƣởng xây dụng và thiết kế hệ
thống giám sát dành cho ngƣời ngồi trên xe lăn. Hệ thống đƣợc thức hiện bởi một
bộ Arduino, một cảm biến nhịp tim và oxy trong máu MAX30100 và một cảm biến
MPU6050. Tất cả các cảm biến trên sẽ hiển thị thơng tin lên màn hình LCD và hiển
thị trong ứng dụng điện thoại hoặc máy tính trang web. Khi hệ thống giám sát đƣợc
gắn vào xe lăn của bệnh nhân, các thông số sẽ đƣợc truyền từ mô-đun WiFi
ESP8266 tới cơ sở dữ liệu trực tuyến và sau đó đến một ứng dụng trên điện thoại
của bệnh nhân. Đối với bác sĩ, khi hệ thống trực tuyến, bác sĩ có thể theo dõi bệnh
nhân của mình thơng qua web hoặc thiết bị di động. Ứng dụng trên điện thoại có
khả năng xem các thơng số của bệnh nhân, lịch trình hằng ngày và phát hiện khi
bệnh nhân gặp sự cố.

iii


MỤC LỤC
LỜI CẢM ƠN............................................................................................................ i
LỜI CAM KẾT......................................................................................................... ii
TÓM TẮT................................................................................................................iii
DANH MỤC HÌNH................................................................................................. vi
DANH MỤC BẢNG................................................................................................ ix
CÁC TỪ VIẾT TẮT.................................................................................................. x
CHƢƠNG 1:TỔNG QUAN................................................................................... 11
1.1 GIỚI THIỆU TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU HIỆN NAY...............................11
1.2 MỤC TIÊU ĐỀ TÀI...................................................................................... 12
1.3 GIỚI HẠN ĐỀ TÀI....................................................................................... 12
1.4 PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU................................................................ 12
1.5 ĐỐI TƢỢNG VÀ PHẠM VI NGHIÊN CỨU.............................................. 12
1.6 BỐ CỤC QUYỂN BÁO CÁO...................................................................... 13
CHƢƠNG 2:CƠ SỞ L THUYẾT......................................................................... 14
2.1GIỚI THIỆU VỀ CẢM BIẾN NHỊP TIM QUANG HỌC(MAX30102).......14
2.1.1 Khái niệm về cảm biến nhịp tim quang học........................................... 14
2.1.2 Nguyên lý hoạt động............................................................................. 14
2.1.3 Thông tin về nhịp tim theo độ tuổi......................................................... 14
2.2GIỚI THIỆU VỀ CẢM BIẾN GIA TỐC 6 TRỤC (MPU6050).....................15
2.2.1 Khái niệm về công nghệ cảm biến gia tốc 6 trục...................................15
2.2.2 Nguyên lý hoạt động............................................................................. 15
2.3 GIỚI THIỆU VỀ CẢM BIẾN NHIỆT ĐỘ DS18B20...................................16
2.3.1 Giới thiệu............................................................................................... 16
2.3.2 Ngun lí hoạt động.............................................................................. 17
2.3.3 Thơng tin nhiệt độ cơ thể ngƣời............................................................ 17

2.4 GIỚI THIỆU VỀ HỆ THỐNG IOT.............................................................. 17
2.4.1 Giới thiệu............................................................................................... 17
2.4.2 Cấu trúc của hệ thống IoT..................................................................... 18
2.4.3 Ƣu điểm và nhƣợc điểm....................................................................... 19
2.5 TỔNG QUAN VỀ PHẦN MỀM LẬP TRÌNH ANDROID STUDIO...........19
2.5.1 Giới thiệu về hệ điều hành Android....................................................... 19
2.5.2 Giới thiệu về phần mềm lập trình Android Studio................................. 20
2.5.3 Ƣu điểm và nhƣợc điểm....................................................................... 21
2.6 TỔNG QUAN VỀ PHẦN MỀM LẬP TRÌNH CHO VI ĐIỀU KHIỂN.......21
2.6.1 Giới thiệu về Arduino IDE..................................................................... 21
2.6.2 Ƣu điểm và nhƣợc điểm:...................................................................... 22
2.7 TỔNG QUAN VỀ FIREBASE..................................................................... 23
2.7.1 Giới thiệu về Firebase............................................................................ 23
2.7.2 Cách thức hoạt động của Firebase......................................................... 23
2.7.3 Ƣu điểm và nhƣợc điểm....................................................................... 24
iv


2.8 TỔNG QUAN VỀ DJANGO........................................................................ 24
2.8.1 Giới thiệu về Django............................................................................. 24
2.8.2 Ƣu điểm và nhƣợc điểm....................................................................... 24
2.9 CÁC CHUẨN TRUYỀN DỮ LIỆU............................................................. 25
2.9.1 Chuẩn giao tiếp UART.......................................................................... 25
2.9.2 Chuẩn giao tiếp I2C............................................................................... 26
2.9.3 Chuẩn giao tiếp 1-Wire.......................................................................... 27
CHƢƠNG 3:THIẾT KẾ VÀ THI CÔNG HỆ THỐNG.......................................... 30
3.1 THIẾT KẾ SƠ ĐỒ KHỐI HỆ THỐNG........................................................ 30
3.1.1 Chức năng của từng khối....................................................................... 31
3.1.2 Tính tốn và thiết kế mạch..................................................................... 31
3.2 THI CƠNG HỆ THỐNG............................................................................... 43

3.2.1 Lắp ráp và kiểm tra................................................................................ 43
3.3 LẬP TRÌNH HỆ THỐNG............................................................................. 44
3.3.1 Lƣu đồ giải thuật của phần cứng........................................................... 44
3.3.2 Lƣu đồ giải thuật của App và Web........................................................ 46
CHƢƠNG 4: KẾT QUẢ THỰC HIỆN.................................................................. 52
4.1 KẾT QUẢ ĐẠT ĐƢỢC............................................................................... 52
4.1.1 Đóng gói hệ thống................................................................................. 52
4.1.2 Kết quả phần cứng................................................................................. 52
4.1.3 Kết quả phần mềm................................................................................. 53
4.2 NHẬN XÉT – ĐÁNH GIÁ........................................................................... 60
4.2.1 Nhận xét................................................................................................ 60
4.2.2 Đánh giá................................................................................................ 61
CHƢƠNG 5:KẾT LUẬN VÀ HƢỚNG PHÁT TRIỂN......................................... 63
5.1 KẾT LUẬN................................................................................................... 63
5.2 HƢỚNG PHÁT TRIỂN............................................................................... 63
TÀI LIỆU THAM KHẢO....................................................................................... 64

v


DANH MỤC HÌNH
Hình 2.1: Thơng tin về nhịp tim theo từng đọ tuổi, giới tính[12]......................................... 14
Hình 2.2: Mơ phỏng một gia tốc kế đơn giản[3]......................................................................... 15
Hình 2.3: Con quay hồi chuyển[3].................................................................................................... 15
Hình 2.4: Hình minh họa về gốc đo của cảm biến MPU6050[3].......................................... 16
Hình 2.5 : Cảm biến DS18B20........................................................................................................... 17
Hình 2.6: Thông tin nhiệt độ cơ thể ngƣời theo từng giai đoạn[13].................................... 17
Hình 2.7: Cấu trúc của hệ thống IoT................................................................................................ 18
Hình 2.8: Logo hệ điều hành Android............................................................................................. 19
Hình 2.9: App Mobile[6]...................................................................................................................... 20

Hình 2.10: Logo của ứng dụng Android Studio........................................................................... 21
Hình 2.11 Giao diện phần mềm lập trình Arduino IDE............................................................ 22
Hình 2.12: Logo Firebase..................................................................................................................... 23
Hình 2.13: Truyền thơng UART [9]................................................................................................. 25
Hình 2.14: Kết nối thiết bị vào bus I2C ở chế độ chuẩn (Standard mode) và chế độ
nhanh (Fast mode)[10]........................................................................................................................... 27
Hình 2.15: Kết nối của một mạng 1-Wire[11]............................................................................. 28
Hình 2.16: Minh họa hoạt động của mạng 1-Wire [11]........................................................... 29
Hình 3.1: Sơ đồ khối của hệ thống................................................................................................... 30
Hình 3.2: Mơ-đun Arduino Nano CH340....................................................................................... 32
Hình 3.3: Sơ đồ chân kết nối của mơ-đun Arduino Nano........................................................ 33
Hình 3.4: Mơ-đun thu phát Wifi ESP8266 NodeMCU Lua CP2102................................... 34
Hình 3.5: Sơ đồ chân của ESP............................................................................................................ 35
Hình 3.6: Sơ đồ nguyên lý kết nối giữa Arduino Nano và ESP8266................................... 35
Hình 3.7: Mơ-đun cảm biến DS18B20............................................................................................ 36
Hình 3.8: Sơ đồ nguyên lý kết nối giữa Arduino Nano và DS18B20................................. 37
Hình 3.9: Mơ-đun cảm biến MPU6050.......................................................................................... 37
Hình 3.10: Sơ đồ nguyên lý kết nối giữa Arduino Nano và MPU6050.............................. 38
Hình 3.11: Mơ-đun cảm biến MAX30102..................................................................................... 38
Hình 3.12: Sơ đồ nguyên lý kết nối giữa Arduino Nano và MAX30102...........................39
Hình 3.13: Sơ đồ nguyên lý kết nối giữa Arduino Nano và LCD I2C................................ 40
vi


Hình 3.14: Nguồn pin sạc dự phịng 5V-2A.................................................................................. 41
Hình 3.15: Sợ đồ ngun lý tồn hệ thống.................................................................................... 42
Hình 3.16: Hệ thống sau khi đƣợc thi cơng.................................................................................. 43
Hình 3.17: Lƣu đồ chƣơng trình chính.......................................................................................... 44
Hình 3.18: Lƣu đồ truyền và nhận dữ liệu của ESP8266........................................................ 45
Hình 3.19: Lƣu đồ của giao diện đăng nhập................................................................................. 46

Hình 3.20: Lƣu đồ giải thuật của giao diện ngƣời dùng app................................................. 48
Hình 3.21: Lƣu đồ giải thuật của giao diện ngƣời dùng web................................................ 50
Hình 4.1: Mơ hình hệ thống trên xe lăn thực tế........................................................................... 52
Hình 4.2a: Giao diện hiển thi khi ở trạng thái bình thƣờng.................................................... 53
Hình 4.2b: Giao diện hiển thị khi ở trạng thái té ngã................................................................. 53
Hình 4.2c: Giao diện hiển thị khi ở nhiệt độ cao......................................................................... 53
Hình 4.2d: Giao diện hiển thị khi ở trạng thái nhịp tim cao.................................................... 53
Hình 4.2: Giao diện LCD hiển thị các trạng thái......................................................................... 53
Hình 4.6: Giao diện đăng nhập........................................................................................................... 54
Hình 4.7: Giao diện đăng kí................................................................................................................. 54
Hình 4.8: Giao diện lấy lại mật khẩu............................................................................................... 55
Hình 4.9: Giao diện khi đắng nhập thành cơng............................................................................ 55
Hình 4.10: Giao hiện hiển thị dữ liệu thống kê trong một ngày............................................ 56
Hình 4.11a: Trạng thái bình thƣờng................................................................................................. 56
Hình 4.11b: Trạng thái té ngã.............................................................................................................. 56
Hình 4.11c: Trạng thái nhịp tim cao................................................................................................. 57
Hình 4.11d: Trạng thái nhiệt độ cao................................................................................................. 57
Hình 4.11: Giao hiện hiển thị các trạng thái.................................................................................. 57
Hình 4.12: Giao diện web đăng nhập tài khoản........................................................................... 57
Hình 4.13: Giao diện web đăng kí tài khoản................................................................................. 58
Hình 4.14: Giao diện trang web chính............................................................................................. 58
Hình 4.15a: Trạng thái té ngã.............................................................................................................. 59
Hình 4.15b: Trạng thái nhịp tim cao................................................................................................. 59
Hình 4.15c: Trạng thái nhiệt độ cao................................................................................................. 59
Hình 4.15d: Trạng thái bình thƣờng................................................................................................ 59
Hình 4.15: Các trạng thái thể hiện trên giao diện trang web................................................... 59
vii


Hình 4.16: Chức năng “Autoscale” dùng trong biểu đồ đƣờng............................................ 59

Hình 4.17: Chức năng “Pan” dùng trong biểu đồ đƣờng......................................................... 59
Hình 4.18: Kết quả sau khi sử dụng chức năng “Pan” trong biểu đồ đƣờng..................60

viii


DANH MỤC BẢNG
Bảng 3.1: Số lƣợng chân sử dụng các linh kiện.......................................................................... 31
Bảng 3.2: Thông số kỹ thuật của Arduino Nano.......................................................................... 32
Bảng 3.3: Thông số kỹ thuật của ESP............................................................................................. 34
Bảng 3.4: Kết nối chân giữa Arduino Nano và mô-đun ESP 8266....................................... 35
Bảng 3.5: Thông số kỹ thuật cảm biến DS18B20....................................................................... 36
Bảng 3.6: Kết nối chân giữa Arduino Nano và DS18B20....................................................... 36
Bảng 3.7: Thông số kỹ thuật mô-đun cảm biến DS18B20...................................................... 37
Bảng 3.8: Kết nối chân giữa Arduino Nano và MPU6050...................................................... 37
Bảng 3.9: Thông số kỹ thuật mô-đun cảm biến MAX30102.................................................. 38
Bảng 3.10: Kết nối chân giữa Arduino Nano và MAX30102................................................ 39
Bảng 3.11: Kết nối chân giữa Arduino Mega và Mô-đun I2C LCD 20x4......................... 40
Bảng 3.12: Thông số của các linh kiện đƣợc sử dụng.............................................................. 40
Bảng 3.13: Thông số kỹ thuật của pin dự phòng......................................................................... 41
Bảng 4.1: Đánh giá mức độ chính xác của cám cảm biến trong hệ thống.........................61

ix


Viết tắt
AFIS
APP
CDN
CMOS

CSS
FAR
FRR
HTML
ID
IDE
IoT
RTC
SRAM
SSL
UART
USB
XML

x


CHƢƠNG 1:TỔNG QUAN
1.1 GIỚI THIỆU TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU HIỆN NAY
Trong thời gian sự nghiệp cơng nghiệp hóa hiện đại hóa đất nƣớc gần đây, sự
bùng nổ cách mạng cơng nghệ 4.0 đã hình thành những bƣớc nhảy vƣợt bậc và tạo
sự đột phá về khoa học kỹ thuật, điều này đã nâng cao mức sống và giúp cuộc sống
con ngƣời thuận tiện hơn rất nhiều trong sinh hoạt.
Vì thế, hệ thống giám sát ra đời cùng sự phát triển mạnh mẽ trong nhiều lĩnh
vực nhằm mục đích chính phục vụ cho đời sống của con ngƣời. Theo tình hình các
nƣớc trên thế giới luôn tồn tại những ngƣời già, bệnh tật và khuyết tật chiếm một
phần dân số của đất nƣớc, đặc biệt cao nhất là Nhật Bản với nhu cầu sử dụng xe lăn
tăng cao. Điều này khiến cho việc mong muốn sử dụng những công nghệ hữu ích hỗ
trợ cho ngành y tế đƣợc đề cao và thông qua sự kết hợp giữa xe lăn sử dụng hệ
thống giám sát ngƣời dùng. Đồng thời tích hợp khả năng đo nhịp tim và nồng độ

oxy có trong máu sẽ giúp ngƣời thân cũng nhƣ là các y bác sĩ có thể giám sát bệnh
nhân từ khoảng cách xa, nhận đƣợc các thông tin cần thiết và phát hiện khi có xảy
ra hiện té ngã ở bệnh nhân.
Nhƣ chúng ta đều biết tim là một bộ phận quan trọng hàng đầu trong cơ thể mỗi
con ngƣời, việc giám sát các thông số của tim mạch nhƣ nồng độ oxi trong máu và
nhịp tim là vơ cùng quan trọng. Vì thế, các thông số trên cần đƣợc giám sát liên tục,
đây cũng là yêu cầu và là lý do thiết yếu để phát triển các hệ thống nhằm giám sát
thông số của các bệnh nhân đang không nằm trên giƣờng bệnh mà cả những bệnh
nhân khác. Đặc biệt là các bệnh nhân đang phải sử dụng xe lăn đang bị hạn chế rất
nhiều trong việc di chuyển.
Thông qua việc tham khảo, thừa kế và phát triển đề tài “Thiết kế và thi công hệ
thống hỗ trợ công tác thi tập trung tại trƣờng ĐHSPKT TP.HCM” của nhóm sinh
viên Phạm Thị Dung và Hà Lƣu Phƣơng Lê với mơ hình sử dụng kit Arduino Mega
2560 làm vi điều khiển trung tâm để điều khiển các mô-đun mở rộng nhƣ cảm biến
vân tay R305, Sim800 và ma trận bàn phím để vận hành hệ thống giám sát và cảnh
báo ngƣời dùng thông qua mạng Internet. Từ nền tảng đó, nhóm quyết định thực
hiện phát triển với tên đề tài “THIẾT KẾ VÀ THI CÔNG HỆ THỐNG GIÁM SÁT
NGƢỜI SỬ DỤNG XE LĂN” với mục đích hỗ trợ các bác sĩ cũng nhƣ ngƣời thân

11


của bệnh nhân trong việc giám sát các bệnh nhân đang phải sử dụng xe lăn một các
toàn diện hơn thông quá ứng dụng điện thoại và web server. [1]

1.2 MỤC TIÊU ĐỀ TÀI
Tìm hiểu về kit ArduinoNano, mơ-đun MPU6050, cảm biến nhịp tim
MAX30100, các thiết bị điện tử khác và việc liên kết giữa các thiết bị để tạo thành
một hệ thống hồn thiện.
Thiết kế đƣợc phần cứng có các chức năng nhƣ đo nhịp tim, nồng độ oxi trong

máu và phát hiện té ngã, các thông số bất thƣờng cũng nhƣ là cung cấp quyền giám
sát của ngƣời thân của bệnh nhân.
Xây dựng đƣợc phần mềm có các chức năng dành cho ngƣời thân bệnh nhân
nhƣ xem các thông số đo đƣợc từ cảm biến, giám sát lịch trình hằng ngày của bệnh
nhân và phát hiện khi có chuyện bất thƣờng xảy ra với bệnh nhân. Đối với bác sĩ có
thể tồn quyền truy cập vào các thơng tin của bệnh nhân ngồi ra thơng qua web
trên máy tính có thể đặt ra lịch trình hằng ngày cho bệnh nhân cũng nhƣ giám sát
các hoạt động khác.

1.3 GIỚI HẠN ĐỀ TÀI
-Đề tài chỉ tập trung mô phỏng với một bệnh nhân, một thân nhân và một bác sĩ.
-Các thông số đo đƣợc từ bệnh nhân chỉ dừng lại ở các thông số cơ bản nhƣ
nhịp tim, nồng độ oxi trong máu.
-Web quản lý thông tin của các bệnh nhân chỉ dừng lại ở trang web tĩnh.

1.4 PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
-Phân tích và tìm hiểu các phƣơng pháp về theo dõi bệnh nhân để lựa chọn
ra phƣơng pháp phù hợp nhất cho đề tài.
-Tham khảo và lựa chọn các đề tài đã đƣợc thực hiển để tìm hiểu những điểm
nổi bật và hạn chế, lên ý tƣởng để tinh chỉnh và hồn thiện hệ thống nhất có thể
dựa trên nền tảng hiện đã có.
-Tìm hiểu về cơ sở dữ liệu và các phƣơng pháp hoạt động, phân tích và lựa chọn
ra phƣơng pháp để thiết kế hệ thống phù hợp.

1.5 ĐỐI TƢỢNG VÀ PHẠM VI NGHIÊN CỨU
-

Đối tƣợng nghiên cứu:



Tìm hiểu nguyên lý hoạt động của phần cứng kit Arduino Nano, mô-đun
ESP

12


node MCU 8266, LCD, MPU6050,…


Nghiên cứu và tìm hiểu về cách lập trình ứng dụng điện thoại cũng nhƣ

các ngơn ngữ lập trình liên quan.


Lập trình quản lý và thao tác online trên web tĩnh.



Nghiên cứu các giao thức truyền thông giữa các mô-đun với nhau.

-

Phạm vi: Nghiên cứu dựa trên các mơ-đun đã có sẵn, tích hợp và

ứng dụng những tính năng mới để tối ƣu và phù hợp với đề tài.

1.6 BỐ CỤC QUYỂN BÁO CÁO
Nội dung chính của đề tài đƣợc trình bày với 6 chƣơng:
-

Chƣơng 1: Tổng quan

Chƣơng 1 sẽ đƣợc trình bày hiện trạng nghiên cứu hiện nay, tính cấp thiết của đề
tài, nhiệm vụ, mục tiêu, phạm vi, phƣơng pháp nghiên cứu, bố cục đồ án
-

Chƣơng 2: Cơ sở lý thuyết

Chƣơng 2 sẽ đƣợc trình bày các lý thuyết quan trọng nhát về hệ thống ngƣời sử
dụng.
-

Chƣơng 3: Thiết kế và thi công hệ thống

Chƣơng 3 sẽ đƣợc trình bày các phƣơng pháp tính toán thiết kế hệ thống, thiết kế

sơ đồ khối, sơ đồ nguyên lý, thiết lập lƣu đồ thuật toán, thiết kế và lập trình ứng
dụng Android, thiết kế trang web.
-

Chƣơng 4: Kết quả thực hiện

Chƣơng 4 sẽ đƣợc giới thiệu kết quả thiết kế phần cứng của hệ thống giám sát
ngƣời ngồi trên xe lăn, kết quả hình ảnh thực tế và sự đánh giá về sản phẩm.
-

Chƣơng 5: Kết luận và hƣớng phát triển

Chƣơng cuối cùng sẽ đƣợc trình bày về việc nhận xét về sản phẩm, hạn chế và đề

xuất hƣớng phát triển của đề tài.

13


CHƢƠNG 2:CƠ SỞ L THUYẾT
2.1 GIỚI THIỆU VỀ CẢM BIẾN NHỊP TIM QUANG
HỌC(MAX30102)
2.1.1 Khái niệm về cảm biến nhịp tim quang học
Photoplethysmography (PPG) đƣợc biết đến là một kỹ thuật sử dụng quang
học để đo những thay đổi nhỏ trong mạch máu. Khi ánh sáng đƣợc chiếu vào da và
lƣợng ánh sáng đƣợc hấp thụ trở lại đƣợc theo dõi, các cảm biến sẽ phân tích
những thay đổi trong lƣu lƣợng máu qua nó. Từ đó, ghi lại các phép đo và phân
tích đầu ra nhƣ nhịp tim, số nhịp tim theo thời gian. [2]

2.1.2 Nguyên lý hoạt ộng
Khi mặt cảm biến đƣợc ép chặt vào da nơi mạch máu lƣu thơng, máy phát sẽ
phát ra ánh sáng về phía da. Luồng ánh sáng này sẽ lan truyền ra xung quanh và một
phần của nó sẽ đi vào một điện trở quang đặt gần bộ phát. [2] Do áp suất, thể tích
máu ở phần cảm biến sẽ thay đổi, đặc biệt khi tim đập khơng có áp suất, máu sẽ thu
xung quanh, và lƣợng ánh sáng từ máy phát đến máy thu sẽ nhiều hơn lúc phát ra.
Nhịp tim, máu chảy qua nơi có cảm biến áp suất. Vì sự thay đổi rất là nhỏ, cảm biến
ánh sáng thƣờng có một mạch IC khuếch đại tín hiệu thay đổi này và chuyển nó đến
một bộ lọc và một bộ chuyển đổi ADC (Analog to Digital Converter: bộ chuyển đổi
tín hiệu tƣơng tự sáng số) từ đó có thể tính tốn đƣợc nhịp tim. [2]

2.1.3 Thông tin về nhịp tim theo ộ tuổi
Đối với từng độ tuổi và từng giới tính khác nhau sẽ có những thơng số về nhịp
tim khác nhau.[12]

Hình 2.1: Thơng tin về nhịp tim theo từng độ tuổi, giới tính[12]
14


Với hình ảnh ở trên đã đƣợc phân ra rõ rang giữa nam và nữ theo từng độ tuổi
với nhau. Vùng nhịp tim nghỉ là vùng nhịp tim bình thƣờng khi đƣợc nghỉ ngơi và
không vận động mạnh.

2.2 GIỚI THIỆU VỀ CẢM BIẾN GIA TỐC 6 TRỤC (MPU6050)
2.2.1 Khái niệm về công nghệ cảm biến gia tốc 6 trục
MPU-6050 là một trong những giải pháp cảm biến chuyển động đầu tiên trên
thế giới với tối đa 6 (có thể mở rộng thành 9) trục cảm biến đƣợc tích hợp vào một
chip duy nhất.MPU-6050 sử dụng công nghệ MotionFusion độc quyền của
InvenSense có thể chạy trên thiết bị di động, bộ điều khiển, v.v. [3]

2.2.2 Nguyên lý hoạt ộng
a.

Gia tốc kế (Acceleronmeter)

Hình 2.2: Mơ phỏng một gia tốc kế đơn giản [3]
Trong hình trên, chúng ta có thể thấy một khoang hình trụ có chứa một quả
cầu lị xo. Đây là một mơ hình gia tốc kế cơ bản. Hộp hình trụ này đƣợc gắn với vật
có gia tốc cần đo và viên bi là vật có thể chuyển động theo một hƣớng bên trong
khoang làm cho lò xo co lại hoặc nở ra. Nếu chúng ta sử dụng ba gia tốc kế đơn
giản đặt trong không gian ba chiều, chúng ta có thể dễ dàng đo các vật thể trong
khơng gian[3]
b. Con quay hồi tiếp (Gyroscope)

Hình 2.3: Con quay hồi chuyển[3]

Con quay hồi chuyển là một thiết bị đƣợc sử dụng để thu hoặc duy trì định
15


hƣớng. Khi đĩa quay với tốc độ cao, sự dịch chuyển của mơ-men bên ngồi giảm đi
rất nhiều để con quay hầu nhƣ có thể duy trì chuyển động quay của nó. Hiện tƣợng
này đƣợc sử dụng để theo dõi độ nghiêng. Gia tốc kế chỉ có thể đo gia tốc tuyến
tính của thiết bị, trong khi con quay hồi chuyển có thể hiển thị hƣớng của thiết bị,
hệ thống có thể dễ dàng nhận chuyển động theo hƣớng ngang hoặc dọc.
c.

Cảm biến MPU6050

Chức năng của cảm biến MPU6050 đƣợc tổng hợp từ chức năng của con quay
hồi tiếp và cảm biến gia tốc khiến cho việc sử dụng MPU6050 trở nên đa dạng về
tính năng và giúp cho ngƣời dùng có thể sử dụng dễ dàng[3]
Dựa vào thơng số lấy đƣợc từ 6 trục gồm có 3 trục góc quay hồi tiếp
(Gyroscope) và 3 trục cảm biến gia tốc (Accelerometer) và thông qua việc sử dụng
công thức euler từ đó có thể tính tốn chính xác đƣợc góc nghiêng.

Hình 2.4: Hình minh họa về gốc đo của cảm biến MPU6050[3]

2.3 GIỚI THIỆU VỀ CẢM BIẾN NHIỆT ĐỘ DS18B20
2.3.1 Giới thiệu
Cảm biến nhiệt độ DS18B20 là cảm biến đo nhiệt độ có độ phân giải cao
(12bit) của MAXIM. IC sử dụng chuẩn 1-Wire rất gọn gàng, dễ lập trình. IC cịn có
chức năng cảnh báo nhiệt độ khi vƣợt ngƣỡng cho phép và đặc biệt hơn là có thể
đƣa nguồn vào từ chân dữ liệu. [4]

16

Hình 2.5 : Cảm biến DS18B20

2.3.2 Ngun lí hoạt ộng
Cảm biến nhiệt độ đƣợc hoạt động với phƣơng thức giao tiếp 1 dây. Chân dữ
liệu chỉ cần đƣợc kết nối với bộ vi điều khiển bằng một điện trở kéo lên và hai chân
còn lại đƣợc sử dụng để cấp nguồn. Điện trở kéo lên đƣợc sử dụng để giữ dây cao
khi bus không đƣợc sử dụng. Nhiệt độ cảm biến đo đƣợc sẽ đƣợc lƣu trong một
thanh ghi 2 byte bên trong cảm biến. [4]

2.3.3 Thông tin nhiệt ộ cơ thể ngƣời
Theo nhƣng thống kê từ các phòng khám trong bệnh viện, chúng ta có đƣợc
hình ảnh nhƣ bênh dƣỡi hiển thị đƣợc nhiệt độ theo từng độ tuổi và vị trí đo.[13]

Hình 2.6: Thơng tin nhiệt độ cơ thể ngƣời theo từng giai đoạn[13]

2.4 GIỚI THIỆU VỀ HỆ THỐNG IOT
2.4.1 Giới thiệu
IoT, viết tắt của Internet of Things, đang là xu hƣớng đƣợc mọi ngƣời quan
tâm hiện nay bởi những ứng dụng đa dạng đã mang đến những đột phá trong cuộc
cách mạng khoa học công nghệ. [5] Thuật ngữ IoT thực sự đã đƣợc biết đến trong
nhiều thập kỷ, nhƣng chỉ có một cuộc bùng nổ cơng nghiệp hóa tồn diện vào năm
1999 đã tạo nhiều điều kiện thuận lợi cho IoT tiếp tục phát triển ngày nay. [5]
17


Hệ thống IoT là một hệ thống kết nối internet kết hợp nhiều thành phần với
các tiêu chuẩn giao tiếp không dây nhƣ Wifi, Lora, Zigbee và Bluetooth. Thiết bị
điện tử, phần mềm và cảm biến giúp chúng ta cả hai. Nó thu thập dữ liệu và kết nối

với mạng máy tính để dữ liệu có thể đƣợc truyền và trao đổi. [5]

2.4.2 Cấu trúc của hệ thống IoT
Cấu trúc của hệ thống IoT gồm 4 phần chính: Thiết bị (Things), trạm kết nối
(Gateways), cơ sở hạ tầng mạng (Network and Cloud), dịch vụ (Services).

Hình 2.7: Cấu trúc của hệ thống IoT
Thiết bị: Hiện nay trên thị trƣờng các thiết bị công nghệ thông minh đƣợc sử
dụng rất rộng rãi thƣờng là các thiết bị điều khiển, cảm biến, đồng hồ và điện thoại
thông minh với đặc điểm chung là chúng đều đƣợc kết nối thông qua Internet. Đối
với các thiết bị thơng minh có cơ sở hạ tầng đƣợc tích hợp sẵn sẽ đƣợc sàng lọc kết
nối và quản lý dữ liệu một cách cục bộ. Đối với các thiết bị chƣa đƣợc tích hợp
thơng minh có thể kết nối đƣợc thông qua các trạm kết nối. [5]
Trạm kết nối: Các trạm kết nối ở đây hoạt động nhƣ một ngƣời trung gian để
kết nối các thiết bị với điện tốn đám mây một cách an tồn và dễ dàng hơn trong
việc quản lý. [5]
Cơ sở hạ tầng mạng và iện toán ám mây: Cơ sở hạ tầng mạng bao gồm các
thiết bị tổng hợp, trạm kết nối và các bộ định tuyến,… để có thể kiểm sốt đƣợc lƣu
lƣợng dữ liệu lƣu thơng bên cạnh đó việc kết nối với mạng cũng đƣợc kết nối với
mạng lƣới viễn thơng triển khai bởi các nhà cung cấp. Điện tốn đám mây sẽ bao
gồm một hệ thống các máy chủ, hệ thống mạng, lƣu trữ ảo sẽ đƣợc kết nối với
nhau. [5]

18


Dịch vụ: Giúp đƣa các sản phẩm công nghệ IoT ra thị trƣờng và hiện thực
hóa những giá trị của việc phân tích dữ liệu hệ thống. [5]

2.4.3 Ƣu iểm và nhƣợc iểm

-

Ƣu iểm



Có thể kiểm sốt truy cập mọi lúc mọi nơi điều khiển thông qua mạng

Internet một cách tiện lợi.


Dữ liệu đƣợc lƣu trữ trong cơ sở dữ liệu giúp tiếp kiệm thời gian tiền bạc

và tăng tính linh hoạt cho dữ liệu.

IoT là giải pháp giúp tự động hóa mọi thứ và nâng cao chất lƣợng cuộc
sống.
-

Khuyết iểm



Với sự tiện lợi của việc kết nối và chia sẻ thông tin qua Internet khi nhiều

thiết bị đƣợc kết nối với nhau, tình trạng lấy cắp thơng tin có thể đƣợc diễn ra.


Do cấu trúc của hệ thống luôn gắn liền nhau nên khi hệ thống gặp sự cố, rất

có thể các thiết bị kết nối sẽ bị hỏng.


Hệ thống IoT khơng có tiêu chuẩn quốc tế hoặc khả năng tƣơng thích, điều

này sẽ gây khó khăn cho các nhà phát triển trong việc phát triển các thiết bị giao
tiếp với nhau.

2.5 TỔNG QUAN VỀ PHẦN MỀM LẬP TRÌNH ANDROID STUDIO
2.5.1 Giới thiệu về hệ iều hành Android

Hình 2.8: Logo hệ điều hành Android
Android là hệ điều hành dựa trên Linux đƣợc thiết kế cho các thiết bị di động
nhƣ điện thoại thơng minh và máy tính bảng. [6] Với giấy phép của Google
(Apache), một loại giấy phép ít hạn chế hơn, Android đã nhanh chóng đƣợc các nhà
phát triển tiếp cận và tự do phân phối sản phẩm của họ trên tất cả các nền tảng. Các
ngôn ngữ phổ biến đƣợc sử dụng trong phát triển ứng dụng Android bao gồm: Java,
Kotlin, AngularJS, C#, HTML và CSS.[6]

19