Thiết kế và thi công thiết bị đo tín hiệu điện tim 12 đạo trình gửi dữ liệu lên web server

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

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
NGÀNH KỸ THUẬT Y SINH

THIẾT KẾ VÀ THI CÔNG THIẾT BỊ ĐO TÍN HIỆU ĐIỆN
TIM 12 ĐẠO TRÌNH GỬI DỮ LIỆU LÊN WEB SERVER

GVHD: TS. NGUYỄN THANH NGHĨA
SVTH: NGUYỄN HÙNG CƯỜNG
LÊ NHÃ TRÚC

SKL009704

Tp.Hồ Chí Minh, tháng 9/2022


BỘ GIÁO DỤC & ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP. HỒ CHÍ MINH
KHOA ĐIỆN – ĐIỆN TỬ
BỘ MƠN ĐIỆN TỬ CƠNG NGHIỆP – Y SINH
---------------------------------

KHĨA LUẬN TỐT NGHIỆP
NGÀNH KỸ THUẬT Y SINH

ĐỀ TÀI:

THIẾT KẾ VÀ THI CÔNG THIẾT BỊ

ĐO TÍN HIỆU ĐIỆN TIM 12 ĐẠO
TRÌNH GỬI DỮ LIỆU LÊN WEB
SERVER
GVHD: TS. Nguyễn Thanh Nghĩa
SVTH:

MSSV:

Nguyễn Hùng Cường

18129007

Lê Nhã Trúc

18129061

Tp. Hồ Chí Minh – 09/2022


BỘ GIÁO DỤC & ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP. HỒ CHÍ MINH
KHOA ĐIỆN – ĐIỆN TỬ
BỘ MƠN ĐIỆN TỬ CƠNG NGHIỆP – Y SINH
---------------------------------

KHĨA LUẬN TỐT NGHIỆP
NGÀNH KỸ THUẬT Y SINH

ĐỀ TÀI:

THIẾT KẾ VÀ THI CÔNG THIẾT BỊ
ĐO TÍN HIỆU ĐIỆN TIM 12 ĐẠO
TRÌNH GỬI DỮ LIỆU LÊN WEB
SERVER
GVHD: TS. Nguyễn Thanh Nghĩa

SVTH:

MSSV:

Nguyễn Hùng Cường

18129007

Lê Nhã Trúc

18129061

Tp. Hồ Chí Minh – 09/2022


TRƯỜNG ĐH SPKT TP. HỒ CHÍ MINH
CỘNG HỊA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM
KHOA ĐIỆN-ĐIỆN TỬ
ĐỘC LẬP – TỰ DO – HẠNH PHÚC
BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH
----o0o---Tp. HCM, ngày tháng năm 2022

NHIỆM VỤ KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP
Nguyễn Hùng Cường

MSSV: 18129007

Lê Nhã Trúc

MSSV: 18129061

Chuyên ngành:

Kỹ thuật Y Sinh

Mã ngành:

7520212D

Hệ đào tạo:

Đại học chính quy

Mã hệ:

1

Khóa:

2018

Lớp:

181290

Họ tên sinh viên:

I. TÊN ĐỀ TÀI: THIẾT KẾ VÀ THI CÔNG THIẾT BỊ ĐO TÍN HIỆU ĐIỆN TIM 12
ĐẠO TRÌNH GỬI DỮ LIỆU LÊN WEB SERVER
II. NHIỆM VỤ
1. Các số liệu ban đầu:
• Tài liệu về lập trình vi điều khiển ESP32.
• Tài liệu về lập trình Web server.
• Tài liệu về tim và điện tim.
• Sử dụng các module và linh kiện có sẵn trên thị trường để phục vụ thi cơng đề tài.
2. Nội dung thực hiện:
• Tìm hiểu ngun lý hoạt động của tim và điện tim.
• Tìm hiểu các phương pháp thu nhận dữ liệu điện tim.
• Tìm hiểu cách thức hoạt động của các thiết bị đo điện tim.
• Nghiên cứu và xây dựng Web server để gửi dữ liệu và hiển thị dạng sóng thơng qua
Web.
• Thiết kế mạch thu tín hiệu điện tim 12 đạo trình sử dụng vi mạch tích hợp ADS1293.
• Nghiên cứu lập trình cho ESP32 lấy dữ liệu ECG từ cảm biến điện tim và gửi dữ
liệu lên Webserver.
• Thi cơng phần cứng, xây dựng phần mềm chạy thử nghiệm và hiệu chỉnh.
• Thực hiện viết báo cáo.
• Bảo vệ luận văn.
III. NGÀY GIAO NHIỆM VỤ:

13/09/2022

IV. NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ: 30/12/2022
V. HỌ VÀ TÊN CÁN BỘ HƯỚNG DẪN:
CÁN BỘ HƯỚNG DẪN

TS. Nguyễn Thanh Nghĩa

BM. ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH

ii


TRƯỜNG ĐH SPKT TP. HỒ CHÍ MINH
KHOA ĐIỆN-ĐIỆN TỬ
BỘ MƠN ĐIỆN TỬ CƠNG NGHIỆP – Y SINH

CỘNG HỊA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM
ĐỘC LẬP – TỰ DO – HẠNH PHÚC
----o0o---Tp. HCM, ngày tháng năm 2022

LỊCH TRÌNH THỰC HIỆN KHĨA LUẬN TỐT NGHIỆP
Họ tên sinh viên 1: Nguyễn Hùng Cường
Lớp: 181290B

MSSV: 18129007

Họ tên sinh viên 2: Lê Nhã Trúc
Lớp: 181290A

MSSV: 18129061

Tên đề tài: Thiết kế và thi công thiết bị đo tín hiệu điện tim 12 đạo trình gửi dữ liệu lên
Web server.
Tuần/ngày

Nội dung

Tuần 1

Gặp GVHD để nghe phổ biến yêu cầu làm đồ án,
tiến hành chọn đề tài

(13/9 – 18/9)
Tuần 2
(19/9 – 25/9)
Tuần 3

Xác nhận
GVHD

Tìm tài liệu phục vụ cho nghiên cứu và thực hiện
đề tài, viết đề cương đồ án tốt nghiệp
Tìm hiểu về Vi điều khiển ESP32 và ADS1293

(26/9 – 2/10)
Tuần 4

Tìm hiểu về Web server

(3/10 – 9/10)
Tuần 5
(10/10 – 16/10)
Tuần 6, 7
(17/10 – 30/10)

Tuần 8, 9
(31/10 – 13/11)
Tuần 10, 11
(14/11 – 27/11)
Tuần 12

Tìm hiểu về các giao thức truyền nhận dữ liệu giữa
vi điều khiển, mạch thu tín hiệu và Web server
Tiến hành thiết kế sơ đồ khối và sơ đồ tồn mạch,
giải thích ngun lý hoạt động của mạch. Mô phỏng
mạch.
Thiết kế lưu đồ giải thuật và viết chương trình cho
vi điều khiển
Thiết kế lưu đồ giải thuật và viết chương trình cho
Web server
Thiết kế - Thi cơng phần cứng, chỉnh sửa và hồn
thiện mơ hình của thiết bị
iii


(28/11 – 4/12)
Tuần 13
(5/12 – 11/12)
Tuần 14

Chạy thử nghiệm, hiệu chỉnh – kiểm tra, khắc phục
lỗi và viết báo cáo những nội dung đã làm
Hoàn chỉnh mạch và viết báo cáo

(12/12 – 18/12)

Tuần 15
(19/12 – 25/12)
Tuần 16

Hoàn thiện báo cáo và gửi cho GVHD xem xét, góp
ý
Hồn thành nhiệm vụ đồ án

(26/12 – 30/12)
GV HƯỚNG DẪN
(Ký và ghi rõ họ và tên)

iv


LỜI CAM ĐOAN
Đề tài này là do nhóm 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.
Người thực hiện đề tài
Nguyễn Hùng Cường – Lê Nhã Trúc

v


LỜI CẢM ƠN
Để hoàn thành đồ án tốt nghiệp này, lời đầu tiên nhóm thực hiện xin chân thành cảm
ơn thầy Nguyễn Thanh Nghĩa trong suốt thời gian qua đã tận tình giúp đỡ, hướng dẫn nhóm
thực hiện đề tài này. Trong q trình làm việc với thầy nhóm khơng những tiếp thu những
kiến thức bổ ích, mà cịn rèn luyện được thêm nhiều kĩ năng hay, thái độ nghiêm túc trong
quá trình nghiên cứu khoa học, điều này là rất cần thiết trong quá trình học tập và đặc biệt

hơn nó sẽ là hành trang lớn cho con đường sự nghiệp sau này.
Bên cạnh đó nhóm thực hiện cũng xin cảm ơn đến tất cả các giảng viên đã đứng trên
bục giảng truyền đạt những kiến thức nền tảng trong các học kỳ trước, nhờ những kiến thức
nền tảng đó nhóm mới có thể hồn thành tốt đề tài này.
Sau cùng, nhóm sinh viên thực hiện xin gửi lời cảm ơn đến gia đình và bạn bè đã ln
quan tâm, giúp đỡ, hỗ trợ trong quá trình học tập tại trường cũng như quá trình thực hiện
đồ án tốt nghiệp này.
Xin chân thành cảm ơn!
Người thực hiện đề tài
Nguyễn Hùng Cường – Lê Nhã Trúc

vi


MỤC LỤC
NHIỆM VỤ KHĨA LUẬN TỐT NGHIỆP .........................................................................ii
LỊCH TRÌNH THỰC HIỆN KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP .............................................. iii
LỜI CAM ĐOAN ................................................................................................................. v
LỜI CẢM ƠN ...................................................................................................................... vi
MỤC LỤC ..........................................................................................................................vii
DANH MỤC HÌNH ẢNH ................................................................................................... xi
DANH MỤC BẢNG ........................................................................................................... xi
TÓM TẮT.......................................................................................................................... xiv
Chương 1. TỔNG QUAN..................................................................................................... 1
1.1. ĐẶT VẤN ĐỀ............................................................................................................ 1
1.2. MỤC TIÊU................................................................................................................. 2
1.3. NỘI DUNG NGHIÊN CỨU ...................................................................................... 2
1.4. GIỚI HẠN .................................................................................................................. 3
1.5. BỐ CỤC ..................................................................................................................... 3
Chương 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT ......................................................................................... 5

2.1. MƠ HÌNH ĐO TÍN HIỆU ĐIỆN TIM ...................................................................... 5
2.1.1. Mơ hình đo tín hiệu ECG, hiển thị trên Smartphone và lưu trữ dữ liệu về Server
....................................................................................................................................... 5
2.1.2. Mơ hình đo tín hiệu điện tim 12 đạo trình giao tiếp với máy tính....................... 5
2.1.3. Mơ hình theo dõi nhịp tim và tín hiệu ECG từ xa bằng ESP32 .......................... 6
2.2. TỔNG QUAN VỀ HOẠT ĐỘNG CỦA TIM VÀ ĐIỆN TIM ................................. 6
2.2.1. Phân tích hình dạng sóng điện tim ....................................................................... 6
2.2.2. Cách đặt các điện cực .......................................................................................... 7
vii


2.3. GIỚI THIỆU PHẦN CỨNG .................................................................................... 10
2.3.1. Giới thiệu ........................................................................................................... 10
2.3.2. Module ESP32 ................................................................................................... 10
2.3.3. Vi mạch tích hợp ADS1293............................................................................... 11
2.3.4. Mạch Ổn Áp DC-DC Buck Boost B6289U....................................................... 12
2.3.5. Mạch Sạc Pin TP4056 ....................................................................................... 12
2.4. WEB SERVER......................................................................................................... 13
2.4.1. Khái niệm ........................................................................................................... 13
2.4.2. Nguyên lí hoạt động........................................................................................... 13
2.4.3. Các yêu cầu tối thiểu của một trang Web .......................................................... 14
2.4.4. Công cụ hỗ trợ cho việc khởi tạo giao diện Web server.................................... 14
Chương 3. TÍNH TỐN VÀ THIẾT KẾ ........................................................................... 16
3.1. GIỚI THIỆU ............................................................................................................ 16
3.2. TÍNH TỐN VÀ THIẾT KẾ HỆ THỐNG ............................................................. 16
3.2.1. Sơ đồ khối hệ thống ........................................................................................... 16
3.2.2. Tính toán và thiết kế mạch................................................................................. 17
3.2.3. Sơ đồ nguyên lý của tồn mạch ......................................................................... 25
Chương 4. THI CƠNG HỆ THỐNG .................................................................................. 28
4.1. GIỚI THIỆU ............................................................................................................ 28

4.2. THI CÔNG HỆ THỐNG ......................................................................................... 28
4.2.1. Thi công bo mạch .............................................................................................. 28
4.2.2. Lắp ráp và kiểm tra ............................................................................................ 31
4.3. ĐÓNG GÓI BỘ ĐIỀU KHIỂN ............................................................................... 32
4.4. LẬP TRÌNH HỆ THỐNG........................................................................................ 35
viii


4.4.1. Địa chỉ thanh ghi để cấu hình cho ADS1293 .................................................... 35
4.4.2. Lưu đồ giải thuật ................................................................................................ 38
4.4.3. Phần mềm lập trình cho vi điều khiển ............................................................... 39
4.4.4. Giao diện người dùng (GUIDE) trong Matlab .................................................. 42
4.5.

LẬP TRÌNH WEB SERVER................................................................................ 43

4.5.1. Lưu đồ giải thuật ................................................................................................ 43
4.5.2. Chức năng của hệ thống..................................................................................... 45
4.5.3. Phân tích thiết kế hệ thống................................................................................. 45
4.5.4. Đặc tả ca (use case) sử dụng .............................................................................. 47
4.5.5. Biểu đồ lớp tham gia ca sử dụng ....................................................................... 47
4.5.6. Biểu đồ tuần tự ................................................................................................... 48
4.5.7. Thiết kế cơ sở dữ liệu ........................................................................................ 50
4.5.8. Tổng quan về Spring Boot + SQL Server.......................................................... 50
4.6. VIẾT TÀI LIỆU HƯỚNG DẪN SỬ DỤNG, THAO TÁC .................................... 52
4.6.1. Viết tài liệu hướng dẫn sử dụng......................................................................... 52
4.6.2. Quy trình thao tác .............................................................................................. 52
4.7. DỰ TỐN CHI PHÍ ................................................................................................ 53
Chương 5. KẾT QUẢ, NHẬN XÉT VÀ ĐÁNH GIÁ ....................................................... 55
5.1. KIẾN THỨC ĐẠT ĐƯỢC ...................................................................................... 55

5.2. KẾT QUẢ PHẦN CỨNG ........................................................................................ 55
5.2.1. Thi công phần cứng ........................................................................................... 55
5.2.2. Lập trình phần cứng ........................................................................................... 57
5.3. KẾT QUẢ PHẦN MỀM .......................................................................................... 58
5.3.1. Giao diện Web server ........................................................................................ 58
ix


5.4. ĐÁNH GIÁ KẾT QUẢ............................................................................................ 60
Chương 6. KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN ....................................................... 64
6.1. KẾT LUẬN .............................................................................................................. 64
6.2. HƯỚNG PHÁT TRIỂN ........................................................................................... 64
TÀI LIỆU THAM KHẢO .................................................................................................. 65
PHỤ LỤC ........................................................................................................................... 66

x


DANH MỤC HÌNH ẢNH
Hình 2. 1: Các thành phần sóng của điện tâm đồ [4] .......................................................... 7
Hình 2. 2: Các điện cực đo chuyển đạo ngoại biên [5] ....................................................... 8
Hình 2. 3: Hướng trục của các chuyển đạo song cực chi [5]............................................... 8
Hình 2. 4: Hướng trục của các chuyển đạo đơn cực chi [5] ................................................ 9
Hình 2. 5: Vị trí đặt điện cực 6 chuyển đạo trước tim [5] ................................................. 10
Hình 2. 6: Mặt trước của Module ESP32 [6]..................................................................... 10
Hình 2. 7: Vi mạch tích hợp ADS1293 [7]........................................................................ 11
Hình 2. 8: Mạch Buck Boost B6289U [8] ......................................................................... 12
Hình 2. 9: Mạch sạc Pin TP4056 [9] ................................................................................. 12
Hình 2. 10: Mơ tả hoạt động của Web server [10] ............................................................ 14
Hình 3. 1: Mơ tả các khối chính của hệ thống ................................................................... 16

Hình 3. 2: Sơ đồ kết nối ADS1293 thu đạo trình I và II ................................................... 18
Hình 3. 3: Sơ đồ kết nối ADS1293 thu đạo trình V1, V2, V3........................................... 19
Hình 3. 4: Sơ đồ kết nối ADS1293 thu đạo trình V4, V5, V6........................................... 19
Hình 3. 5: Sơ đồ mạch ổn áp kết nối với mạch sạc ........................................................... 25
Hình 3. 6: Sơ đồ nguyên lý mạch thứ nhất là khối thu tín hiệu ......................................... 26
Hình 3. 7: Sơ đồ ngun lý mạch thứ hai là khối điều khiển ............................................ 27
Hình 4. 1: Mạch in lớp trên mạch thu tín hiệu (a), Lớp dưới mạch thu tín hiệu (b) [2] .... 29
Hình 4. 2: Mạch in của mạch điều khiển ........................................................................... 29
Hình 4. 3: Mạch thu tín hiệu .............................................................................................. 31
Hình 4. 4: Mạch điều khiển ............................................................................................... 31
Hình 4. 5: Lắp ráp mạch thu tín hiệu, mạch điều khiển .................................................... 32
Hình 4. 6: Nắp hộp ............................................................................................................ 32
Hình 4. 7: Thân hộp ........................................................................................................... 33
Hình 4. 8: Hộp hồn chỉnh................................................................................................. 33
Hình 4. 9: Chi tiết bên trong hộp ....................................................................................... 34
Hình 4. 10: Chi tiết bên ngồi hộp..................................................................................... 34
Hình 4. 11: Hộp đựng hồn thiện ...................................................................................... 35
xi


Hình 4. 12: Lưu đồ giải thuật chương trình chính của ESP32 .......................................... 38
Hình 4. 13: Chương trình con nhận dữ liệu ECG .............................................................. 39
Hình 4. 14: Các vùng làm việc của phần mềm .................................................................. 40
Hình 4. 15: Thêm đường dẫn cho Board ........................................................................... 41
Hình 4. 16: Thêm Board để lập trình ................................................................................. 42
Hình 4. 17: Giao diện tạo GUI .......................................................................................... 42
Hình 4. 18: Giao diện GUI ................................................................................................ 43
Hình 4. 19: Lưu đồ quản lý tải file .................................................................................... 44
Hình 4. 20: Lưu đồ quản lý lịch sử .................................................................................... 45
Hình 4. 21: Sơ đồ use case tổng quát................................................................................. 46

Hình 4. 22: Sơ đồ use case chi tiết quản lý ECG............................................................... 46
Hình 4. 23: Sơ đồ use case chi tiết quản lý lịch sử ............................................................ 46
Hình 4. 24: Quản lý tải file ................................................................................................ 47
Hình 4. 25: Quản lý lịch sử ................................................................................................ 48
Hình 4. 26: Biểu đồ tuần tự quản lý tải file ....................................................................... 49
Hình 4. 27: Biểu đồ tuần tự quản lý lịch sử ....................................................................... 49
Hình 4. 28: Quy trình thao tác sử dụng của hệ thống đo ECG .......................................... 52
Hình 5. 1: Tồn bộ thiết bị và điện cực ............................................................................. 56
Hình 5. 2: Tổng thể bên ngồi sản phẩm ........................................................................... 56
Hình 5. 3: Chi tiết bên trong hộp ....................................................................................... 57
Hình 5. 4: Giao diện GUI vẽ đồ thị và lưu dữ liệu ............................................................ 57
Hình 5. 5: 12 đạo trình tim ghi lại từ mạch được vẽ trên phần mềm Matlab .................... 58
Hình 5. 6: Giao diện lúc mới mở Web .............................................................................. 58
Hình 5. 7: Trang chủ hệ thống ........................................................................................... 59
Hình 5. 8: Giao diện mục “ECG” ...................................................................................... 59
Hình 5. 9: Tệp Excel lưu lại từ Matlab .............................................................................. 60
Hình 5. 10: Kết quả hiển thị trên Web ............................................................................... 62
Hình 5. 11: Tín hiệu thơ..................................................................................................... 63
Hình 5. 12: Tín hiệu sau khi gửi qua Matlab ..................................................................... 63
xii


DANH MỤC BẢNG
Bảng 3. 1: Thông số thiết kế mạch thu tín hiệu điện tim từ ADS1293 ............................. 20
Bảng 3. 2: Các chân chức năng sử dụng giao tiếp SPI ...................................................... 21
Bảng 3. 3: Dòng tiêu thụ ở mỗi chế độ truyền nhận dữ liệu .............................................. 23
Bảng 4. 1: Danh sách các linh kiện .................................................................................... 30
Bảng 4. 2: Cấu hình cho ADS1293 (Master) ..................................................................... 35
Bảng 4. 3: Cấu hình cho 2 ADS1293 (Slave) .................................................................... 36
Bảng 4. 4: Dự toán chi phí ................................................................................................. 52

xiii


TÓM TẮT
Hiện nay cuộc sống ngày càng phát triển nên nhu cầu theo dõi sức khỏe cũng ngày
càng cao. Để tạo ra sản phẩm có tính ứng dụng cao trong lĩnh vực y tế, nhóm đã tìm hiểu
về các đặc trưng tín hiệu ECG cũng như ý nghĩa thơng số của nhịp tim nhằm tìm ra các
phương pháp thích hợp để lọc nhiễu cũng như các sai số đo đạc. Ngồi ra, nhóm cịn tìm
hiểu về nơi lưu trữ và hiển thị dữ liệu để từ đó xây dựng đề tài: “Thiết kế và thi cơng thiết
bị đo tín hiệu điện tim 12 đạo trình gửi dữ liệu lên Webserver” nhằm tạo ra một hệ
thống giúp bác sĩ theo dõi và giám sát liên tục các tín hiệu điện của tim. Hệ thống sử dụng
module ESP32 làm vi điều khiển trung tâm để nhận tín hiệu ECG từ module cảm biến
ADS1293. Hệ thống có thể đo tín hiệu ECG từ 10 điện cực, hiển thị dữ liệu trên Web. Tuy
nhiên, kết quả thực hiện vẫn chưa đạt được như mục tiêu ban đầu đã đề ra. Dữ liệu hiển thị
trên Web thông qua tệp excel được lưu từ phần mềm Matlab thay vì được gửi trực tiếp lên

Web từ ESP32.

xiv


CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN

Chương 1. TỔNG QUAN
1.1. ĐẶT VẤN ĐỀ
Trong cuộc sống hiện nay, nhu cầu khám sức khỏe định kỳ của mọi người ngày một
tăng cao. Với sự phát triển của khoa học công nghệ và những phát minh mới trong lĩnh vực
điện tử đã tạo động lực giúp con người tạo ra những sản phẩm thông minh tiện lợi hơn vì
lợi ích của con người. Trên thế giới, các sản phẩm kiểm tra sức khỏe được phân phối rộng

rãi. Ở các nước phát triển, mọi người đều ý thức được tầm quan trọng của việc khám sức
khỏe định kỳ đối với cuộc sống của mỗi người. Ở nước ta hiện nay mọi người cũng dần
hiểu được sự quan trọng của việc kiểm tra sức khỏe định kỳ. Tuy nhiên, trong nước chưa
có nhiều sản phẩm kiểm tra sức khỏe, một số sản phẩm của nước ngoài đã du nhập vào thị
trường nước ta nhưng giá thành vẫn còn cao.
Trong đó, thiết bị điện tâm đồ là lựa chọn hàng đầu để kiểm tra sức khỏe định kỳ và
chẩn đoán các bệnh tim mạch. Các thiết bị điện tâm đồ truyền thống để bàn phổ biến hiện
nay vẫn có những hạn chế nhất định về giá thành, kích thước và trọng lượng. Ngồi ra, cịn
có những hạn chế khác về thời gian thu nhận tín hiệu và dung lượng lưu trữ dữ liệu. Để
khắc phục được những hạn chế trên, các vi mạch tích hợp như ADS1298, ADS1293 (Texas
Instruments, Hoa Kỳ); AD8232 (Analog Devices, Hoa Kỳ), ra đời nhằm thay thế các mạch
truyền thống giúp cho thiết bị trở nên nhỏ gọn và chính xác hơn.
Năm 2020, Đồ án Tốt nghiệp của nhóm Trần Trung Đức - Phạm Chí Nghị, đã thực
hiện đề tài: “Thiết kế và thi công thiết bị đo tín hiệu ECG, hiển thị trên Smartphone và lưu
dữ liệu về Server”, sử dụng ESP8266 node MCU để thu nhận tín hiệu điện tim từ cảm biến
ADS1292 và lưu dữ liệu lên Server. Hơn nữa nhóm sử dụng một điện thoại chạy hệ điều
hành Android để hiển thị tín hiệu điện tim thu thập được [1].
Năm 2021, Đồ án Tốt nghiệp của nhóm Nguyễn Thị Kim Ngân – Nguyễn Huỳnh
Tài, đã thực hiện đề tài: “Thiết kế và thi cơng thiết bị đo tín hiệu điện tim 12 đạo trình giao
tiếp với máy tính”, sử dụng cổng tiếp nối (Serial Port) giao tiếp với máy tính [2]. Hệ thống
này lấy tín hiệu điện tim từ ADS1293 với 10 điện cực gắn trên cơ thể. Sử dụng Arduino
BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH

1


CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN
Nano để giao tiếp mạch thu tín hiệu điện tim với máy tính và lưu dữ liệu trên phần mềm tự
tạo bằng ngơn ngữ lập trình C Sharp kết hợp cơ sở quản lý dữ liệu SQL trên máy tính, ngồi
ra cịn tích hợp chuẩn hóa dữ liệu giữa hồ sơ bệnh án điện tử với phần mềm theo tiêu chuẩn

HL7 FHIR.
Từ những gì đã thấy ở trên, kết hợp với những kiến thức đã tích lũy được qua các
năm học, nhóm quyết định thực hiện đề tài “Thiết kế và thi cơng thiết bị đo tín hiệu điện
tim 12 đạo trình gửi dữ liệu lên Webserver”. Hệ thống sử dụng module wifi ESP32 để
làm vi điều khiển trung tâm với tín hiệu điện tim được thu từ module cảm biến ADS1293.
Hệ thống có thể đo được tín hiệu điện tim từ 10 điện cực, gửi dữ liệu lên Webserver. Ngồi
ra hệ thống có thể hiển thị được dạng sóng lên Web.

1.2. MỤC TIÊU
Thiết kế và thi cơng thiết bị đo tín hiệu điện tim 12 đạo trình, trong đó bốn điện cực
đặt ở bốn chi và sáu điện cực đặt trước ngực. Hơn nữa, thiết bị có khả năng gửi dữ liệu lên
Webserver và hiển thị dạng sóng thơng qua Web.

1.3. NỘI DUNG NGHIÊN CỨU
Trong q trình thực hiện Khóa luận tốt nghiệp với đề tài “Thiết kế và thi cơng thiết
bị đo tín hiệu điện tim 12 đạo trình gửi dữ liệu lên Webserver” nhóm tập trung giải quyết
và hoàn thành được những nội dung sau:
•

Nội dung 1: Nghiên cứu, tìm hiểu về tim và tín hiệu điện của tim.

•

Nội dung 2: Tìm hiểu các chuẩn truyền thơng như SPI, Webserver.

•

Nội dung 3: Tìm hiểu về cách thức hoạt động của thiết bị đo điện tim.

•

Nội dung 4: Nghiên cứu và xây dựng Webserver để gửi dữ liệu và hiển thị dạng sóng
thơng qua Web.

•

Nội dung 5: Thiết kế mạch thu tín hiệu điện tim 12 đạo trình sử dụng vi mạch tích
hợp ADS1293.

•

Nội dung 6: Nghiên cứu lập trình cho ESP32 lấy dữ liệu ECG từ cảm biến điện tim
và gửi dữ liệu lên Webserver.

BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH

2


CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN
•

Nội dung 7: Thi cơng phần cứng, xây dựng phần mềm chạy thử nghiệm và hiệu
chỉnh.

•

Nội dung 8: Thực hiện viết báo cáo.

•

Nội dung 9: Bảo vệ luận văn.

1.4. GIỚI HẠN
•

Tần số lấy mẫu 200Hz

•

Mạch sử dụng Pin Lithium Polymer 2000mAh 3.7V 50375

•

Phần cứng hoạt động chỉ hiển thị được trên Web mà nhóm đã thiết kế.

1.5. BỐ CỤC
Đề tài “Thiết kế và thi công thiết bị đo tín hiệu điện tim 12 đạo trình gửi dữ liệu lên
Webserver” được trình bày với bố cục như sau:
•

Chương 1: Tổng Quan
Chương này trình bày tổng quan về tình hình nghiên cứu, đặt vấn đề về lý do chọn

đề tài, mục tiêu, nội dung nghiên cứu, giới hạn các thơng số và bố cục đồ án.
•

Chương 2: Cơ Sở Lý Thuyết
Chương này trình bày khái quát về các khái niệm và lý thuyết cơ bản về tim và điện

tâm đồ, Webserver, các thơng số và các linh kiện chính sử dụng để thiết kế mạch thu tín
hiệu (cảm biến ADS1293) và mạch điều khiển (module ESP32, B6289U, TP4056).
•

Chương 3: Thiết Kế và Tính Tốn
Chương này trình bày sơ đồ khối của hệ thống đo tín hiệu điện tim, đưa ra các yêu

cầu khi thiết kế, phương án thực hiện và lựa chọn phương án tối ưu nhất để thực hiện. Ngồi
ra cịn trình bày phần u cầu đối với phần mềm điều khiển của vi điều khiển và lưu đồ
hoạt động của chương trình.
•

Chương 4: Thi Cơng Hệ Thống
Chương này gồm các nội dung sau: Xây dựng và thi cơng mơ hình phần cứng của

thiết bị, thiết kế Web, lưu đồ giải thuật phần mềm và quy trình thao tác.
BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH

3


CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN
•

Chương 5: Kết Quả, Nhận Xét và Đánh Giá
Chương này sẽ trình bày các kết quả đạt được sau thời gian thực hiện đề tài gồm các

hình ảnh về sản phẩm (mơ hình thiết bị và Web Server), đánh giá sai số, tính ổn định của
thiết bị, thời gian đáp ứng của sản phẩm, tính dễ sử dụng.
•

Chương 6: Kết Luận Và Hướng Phát Triển
Chương này sẽ đưa ra những kết luận sau khi hoàn thành sản phẩm, các hướng phát

triển của đề tài có thể phát triển và ứng dụng sản phẩm tốt hơn trong tương lai.

BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH

4


CHƯƠNG 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT

Chương 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT
2.1. MƠ HÌNH ĐO TÍN HIỆU ĐIỆN TIM
2.1.1. Mơ hình đo tín hiệu ECG, hiển thị trên Smartphone và lưu trữ dữ liệu về Server
Thế giới ngày nay đang có sự phát triển mạnh mẽ, đặc biệt là trong lĩnh vực khoa
học và công nghệ. Với yêu cầu cao hơn về sự tiện lợi và an toàn, các thiết bị điện tim còn
cho phép ghi lại các dữ liệu trong quá trình vận động, điển hình là các ứng dụng theo dõi
nhịp tim của các vận động viên.
Hệ thống sử dụng module NodeMCU ESP8266 để làm vi điểu khiền trung tâm để
thu tín hiệu ECG từ module cảm biến ADS129R và module nguồn TP4056 để sạc pin. Hệ
thống có thể đo được tín hiệu ECG từ 3 điện cực, hiển thị được dữ liệu trên Oled và
Smartphone. Đồng thời lưu dữ liệu lên Server thông qua Internet và Wifi. Trong đó, ưu
điểm chính là mơ hình hiển thị dữ liệu ECG đo được lên ứng dụng điện thoại Android cho
phép giám sát, theo dõi sức khỏe người dùng từ xa và có thể xem lại dữ liệu đã được lưu
trước đó trên Database Server. Tuy nhiên, nhược điểm là độ ổn định của hệ thống phụ thuộc
vào chất lượng wifi sử dụng [1].
2.1.2. Mơ hình đo tín hiệu điện tim 12 đạo trình giao tiếp với máy tính
Việc chẩn đốn để phát hiện bệnh tim là vấn đề đang được quan tâm hàng đầu và có

nhiều thiết bị được sử dụng để hỗ trợ cho bác sĩ đưa ra quyết định. Trong đó, thiết bị đo tín
hiệu điện tim là thiết bị quan trọng, khơng thể thiếu trong q trình chẩn đoán bệnh tim.
Tuy nhiên, các thiết bị đo điện tim phổ biến hiện nay vẫn còn một số hạn chế, khơng chỉ
giá thành cao, kích thước lớn mà thời gian ghi nhận tín hiệu ngắn và khơng có khả năng
lưu trữ dữ liệu.
Để tạo ra một hệ thống giúp ích cho bác sĩ trong việc giám sát, theo dõi tín hiệu điện
tim liên tục với thiết kế nhỏ gọn, dễ sử dụng và có thể kết nối với các hệ thống y tế khác.
Hệ thống sử dụng module Arduino Nano để làm vi điểu khiền trung tâm để thu tín hiệu
ECG từ module cảm biến ADS1293 và module nguồn TP4056 để sạc pin. Hệ thống có thể
đo được tín hiệu ECG từ 10 điện cực và sử dụng cổng tiếp nối (Serial Port) giao tiếp với
BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH

5


CHƯƠNG 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT
máy tính. Đồng thời hiển thị dữ liệu ECG đo được lên phần mềm tự tạo trên máy tính, lưu
trữ dữ liệu thành file Excel và Json để dễ dàng quản lý và liên kết với hệ thống y tế khác để
lấy thông tin bệnh nhân thơng qua tiêu chuẩn HL7 FHIR. Trong đó, ưu điểm chính là phần
mềm truy xuất dữ liệu bệnh nhân từ bệnh án điện tử theo tiêu chuẩn HL7 FHIR. Tuy nhiên,
nhược điểm là do đo cùng lúc 12 đạo trình tim nên số đạo trình hiển thị cùng lúc bị hạn chế
[2].
2.1.3. Mơ hình theo dõi nhịp tim và tín hiệu ECG từ xa bằng ESP32
Hệ thống chăm sóc sức khỏe từ xa là một ý tưởng mới cho phép bác sĩ hoặc chuyên
gia y tế theo dõi các thông số sức khỏe của bệnh nhân mọi lúc, mọi nơi thông qua các thiết
bị y tế hỗ trợ internet. Thiết bị có thể là máy tính xách tay, điện thoại di động hoặc đồng hồ
thơng minh. Thơng báo có thể được gửi đến bác sĩ nếu phát hiện bất kỳ tình trạng bất thường
nào trong cơ thể bệnh nhân.
Hệ thống sử dụng cảm biến nhịp tim đơn dẫn AD8232 để trích xuất tín hiệu ECG và
cảm biến nhịp tim Pulse Sensor để lấy BPM. Dữ liệu cảm biến thu được được truyền đến

internet máy chủ đám mây bằng bộ vi điều khiển ESP32 có khả năng kết nối Wi-Fi để
chuyên gia y tế giám sát từ xa. Nền tảng Ubidots và Thingspeak được sử dụng làm máy chủ
đám mây. Do đó, ưu điểm là bất kỳ chuyên gia y tế nào cũng có thể kiểm tra tình trạng tim
của bệnh nhân mọi lúc, mọi nơi. Tuy nhiên, nhược điểm là hệ thống sử dụng hai cảm biến
nhịp tim [3].
2.2. TỔNG QUAN VỀ HOẠT ĐỘNG CỦA TIM VÀ ĐIỆN TIM
2.2.1. Phân tích hình dạng sóng điện tim
Điện tâm đồ (ECG) là đồ thị ghi những thay đổi của dòng điện trong tim. ECG là
biểu đồ điện áp so với thời gian hoạt động điện của tim sử dụng các điện cực đặt trên da,
thường được hiển thị bằng milivôn (mV) so với giây. ECG bình thường bao gồm một sóng
P, một phức bộ QRS và một sóng T, sóng U (có thể xuất hiện trong một số bệnh lý). Đặc
điểm cơ bản của mỗi dạng sóng được mơ tả như ở Hình 2.1.

BỘ MƠN ĐIỆN TỬ CƠNG NGHIỆP – Y SINH

6


CHƯƠNG 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT

Hình 2. 1: Các thành phần sóng của điện tâm đồ [4]
Các dạng sóng ECG chuẩn được trình bày chi tiết hơn ở dưới đây:
• Sóng P: được tạo ra bởi sự khử cực của tâm nhĩ, sóng P có dạng một đường cong
điện thế dương, điện thế 0,15 - 0,20 mV kéo dài 0,08 - 0,10s (có thể gặp từ 0,06 0,11s).
• Khoảng PR: khoảng thời gian từ khi bắt đầu sóng P đến khi bắt đầu phức bộ QRS
(0.12-0.22s).
• Phức hợp QRS: thời gian khử cực của 2 tâm thất, được đo từ điểm cuối của khoảng
PR đến hết sóng S (0.07 - 0.1s).
• Khoảng QT: khoảng thời gian cho thấy hoạt động khử cực và tái khử cực của tâm
thất, là khoảng từ điểm đầu QRS đến cuối sóng T (0.35 - 0.44s).

• Khoảng ST: Thời gian 2 tâm thất hồn tồn bị khử cực và bắt đầu ở điểm cuối QRS
đến điểm đầu sóng T (0.05 - 0.15s).
• Sóng T: sóng tái cực 2 tâm thất, điện thế trong khoảng 0.1 - 0.5 mV, đỉnh trịn.
• Sóng U: là 1 sóng nhỏ sau sóng T, biên độ sóng U thường thấp hơn 0.1mm (V2-V3),
có thể có hoặc khơng tùy cơ địa người.
2.2.2. Cách đặt các điện cực
Có 12 chuyển đạo thơng dụng: 6 chuyển đạo ngoại biên, 6 chuyển đạo trước tim.
BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH

7


CHƯƠNG 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT
a. Chuyển đạo ngoại biên (các chi)

Hình 2. 2: Các điện cực đo chuyển đạo ngoại biên [5]
D1, D2, D3, aVR, aVL, aVF được gọi chung là các chuyển đạo ngoại biên vì đều có điện
cực thăm dò đặt ở các chi.
Ba chuyển đạo song cực chi

Hình 2. 3: Hướng trục của các chuyển đạo song cực chi [5]
Tín hiệu ECG của các đạo trình song cực chi (I, II, III) được xác định như sau:
VI = VLA − VRA

BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH

(2.1)
8

CHƯƠNG 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT
VII = VLL − VRA

(2.2)

VIII = VLL − VLA

(2.3)

Ba chuyển đạo đơn cực chi tăng cường

Hình 2. 4: Hướng trục của các chuyển đạo đơn cực chi [5]
Tín hiệu ECG của các đạo trình gia tốc aVR, aVL, aVF được xác định như sau:

VaVR = VRA −

VLL + VLA
2

(2.4)

VaVL = VLA −

VLL + VRA
2

(2.5)

VaVF = VLL −

VLA + VRA
2

(2.6)

b. Chuyển đạo trước tim
•

V1: khoang liên sườn thứ tư trên xương ức phải.

•

V2: khoang liên sườn thứ tư ở xương ức trái.

•

V3: khoảng giữa vị trí của V2 và V4.

•

V4: khoang liên sườn thứ năm ở đường giữa xương ức.

•

V5: đường nách trước trên cùng một phương nằm ngang ngang với V4.

•

V6: đường giữa nách ngang với V4 và V5.

BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH

9