IoT thiết bị đeo tay (CHƯA BAO GỒM CODE)

HỌC VIỆN CƠNG NGHỆ BƯU CHÍNH VIỄN THƠNG
KHOA VIỄN THƠNG

BÀI TẬP LỚN MÔN GIẢI PHÁP VÀ HỆ THỐNG IOT
TIÊN TIẾN
Chủ đề: Mô phỏng hệ thống chống sốc nhiệt trong y tế thông minh
dựa trên nền tảng IoT

Hà Nội – 2023


Nhóm 05_Mơ phỏng hệ thống chống sốc nhiệt

LỜI NĨI ĐẦU
Trong một thời đại mà công nghệ đang phát triển với tốc độ chóng mặt, Internet of
Things (IoT) là một lĩnh vực đang được quan tâm đặc biệt. IoT cung cấp một cơ chế để
kết nối các thiết bị thông minh với nhau để giải quyết các vấn đề khác nhau trong đời
sống.

Trong những năm gần đây, tình trạng sốc nhiệt đã trở thành một vấn đề đáng lo ngại.
Sốc nhiệt có thể xảy ra khi cơ thể của con người không thể điều tiết được nhiệt độ bên
trong, do môi trường quá nóng hoặc do hoạt động thể chất quá mức. Điều này có thể
dẫn đến các vấn đề sức khỏe nghiêm trọng và thậm chí gây tử vong.

Trong bối cảnh đó, chúng tơi đã quyết định nghiên cứu và phát triển một thiết bị đeo
trên cơ thể có khả năng phát hiện sốc nhiệt, trên nền tảng IoT. Thiết bị này sẽ đo nhiệt
độ cơ thể, nhiệt độ môi trường và độ ẩm, và phát hiện nguy cơ sốc nhiệt dựa trên các
thông số này. Chúng tôi tin rằng thiết bị đeo trên cơ thể này sẽ giúp giảm thiểu các
trường hợp sốc nhiệt và nâng cao chất lượng cuộc sống của người sử dụng.

Với những lý do trên, chúng tôi đã quyết định chọn đề tài " Mô phỏng hệ thống chống

sốc nhiệt trong y tế thông minh dựa trên nền tảng IoT ". Việc nghiên cứu và phát
triển thiết bị này không chỉ đáp ứng nhu cầu của xã hội mà cịn đóng góp vào sự phát
triển của công nghệ IoT trong lĩnh vực y tế và sức khỏe.

2


Nhóm 05_Mơ phỏng hệ thống chống sốc nhiệt

Mục lục
LỜI NĨI ĐẦU..............................................................................................................2
DANH MỤC HÌNH ẢNH............................................................................................4
CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU CHUNG..........................................................................5
1.1 Nguồn gốc và tính thực tiễn của bài tốn..............................................................5
1.2 Đánh giá các nghiên cứu có sẵn............................................................................7
CHƯƠNG 2: CÁC THÀNH PHẦN CƠ BẢN CỦA HỆ THỐNG............................9
2.1 Phần cứng.............................................................................................................. 9
2.1.1 Cảm biến nhịp tim Max30100.......................................................................10
2.1.2 Cảm biến DHT11..........................................................................................11
2.1.3 Cảm biến nhiệt độ DS18B20........................................................................12
2.1.4 Vi xử lý Arduino Uno R3.............................................................................12
2.1.5 Vi xử lý ESP8266.........................................................................................13
2.2 Phần mềm............................................................................................................ 15
2.2.1 Arduino IDE.................................................................................................15
2.2.2 ThingSpeak...................................................................................................16
2.2.3 MIT App Inventor.........................................................................................17
2.2.4 HiveMQ........................................................................................................18
CHƯƠNG 3: THIẾT KẾ HỆ THỐNG.....................................................................19
3.1 Mục tiêu hệ thống................................................................................................19
3.2 Nguyên lý hoạt động...........................................................................................19

3.3 Cơ sở lý thuyết....................................................................................................21
3.3.1 Giá trị cảm biến.............................................................................................21
3.3.2 Giá trị Heat Stroke Risk Level......................................................................23
3.4 Xây dựng app......................................................................................................26
CHƯƠNG 4: THỰC NGHIỆM VÀ KẾT QUẢ.......................................................27
CHƯƠNG 5: TỔNG KẾT VÀ THẢO LUẬN..........................................................33
TÀI LIỆU THAM KHẢO..........................................................................................34

3


Nhóm 05_Mơ phỏng hệ thống chống sốc nhiệt

DANH MỤC HÌNH ẢNH
Hình 1: Giới thiệu Iot trong y tế.....................................................................................5
Hình 2: Giới thiệu phát triển thiết bị đeo tay..................................................................6
Hình 3: Quá trình phát triển và hồn thành thiết bị.........................................................9
Hình 4: Sơ đồ mơ hình mạch kết nối..............................................................................9
Hình 5: Cảm biến nhịp tim Max30100.........................................................................10
Hình 6: Cảm biến DHT11............................................................................................11
Hình 7: Cảm biến nhiệt độ DS18B20...........................................................................12
Hình 8: Vi xử lý Arduino Uno R3................................................................................13
Hình 9: Vi xử lý ESP8266............................................................................................14
Hình 10: Arduino IDE..................................................................................................16
Hình 11: ThingSpeak....................................................................................................17
Hình 12: MIT App Inventor.........................................................................................17
Hình 13: Giao thức MQTT...........................................................................................18
Hình 14: Sơ đồ nguyên lý hệ thống..............................................................................20
Hình 15: Bảng chỉ số Heat Index..................................................................................21
Hình 16: Kết quả đầu ra của ứng dụng Androi cho 4 mức độ nguy hiểm tổn thương do

nắng nóng khác nhau....................................................................................................28
Hình 17: Các dữ liệu được đẩy lên ThingSpeak...........................................................29
Hình 18: Biểu đồ nhịp tim của người dùng...................................................................30
Hình 19: Biểu đồ nhiệt độ cơ thể người dùng...............................................................30
Hình 20: Biểu đồ HI của người dùng............................................................................31
Hình 21: Biểu đồ chỉ số sốc nhiệt của người dùng.......................................................31

4


Nhóm 05_Mơ phỏng hệ thống chống sốc nhiệt

CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU CHUNG
1.1 Nguồn gốc và tính thực tiễn của bài toán
Ngày nay, IoT đang dần được sử dụng nhiều hơn trong lĩnh vực y tế, cung cấp
nhiều giải pháp và sản phẩm kết nối với mạng IoT để cải thiện chất lượng chăm sóc,
giảm thiểu chi phí và tăng tính hiệu quả của các dịch vụ y tế. Việc áp dụng IoT trong
lĩnh vực chăm sóc sức khỏe đã mang lại lợi ích khơng chỉ cho bệnh nhân mà cịn cho
các nhà cung cấp dịch vụ y tế, bằng cách tạo ra sự hiện diện lớn hơn và tăng tính hiệu
quả trong việc cung cấp dịch vụ chăm sóc sức khỏe. Một số ứng dụng của IoT chăm
sóc sức khỏe là các ứng dụng y tế di động hoặc thiết bị đeo được cho phép bệnh nhân
thu thập dữ liệu sức khỏe của họ. Các bệnh viện sử dụng IoT để theo dõi vị trí của các
thiết bị y tế, nhân viên và bệnh nhân.

Hình 1: Giới thiệu Iot trong y tế
Theo Báo cáo Khí hậu Tồn cầu tháng 1 năm 2020 do Trung tâm Thông tin Môi
trường Quốc gia (NCEI) công bố, nhiệt độ bề mặt đại dương và đất liền tồn cầu trung
bình vào tháng 1 năm 2020 đạt nhiệt độ cao nhất được ghi nhận kể từ khi các kỷ lục
toàn cầu bắt đầu được ghi nhận vào năm 1880 [1]. Hơn nữa, nhiệt độ bề mặt đại dương
và đất liền tồn cầu trung bình đã tăng 0,54 độ C so với nhiệt độ 10 năm trước [2].

Những phát hiện này chỉ ra rằng nhiệt độ toàn cầu đang tăng lên đáng kể trong những
thập kỷ gần đây. Nhiệt độ cao sẽ dẫn đến một nhóm các bệnh rối loạn chức năng cơ thể
từ bệnh nhẹ như nhiệt miệng đến bệnh nặng (say nóng), thậm chí trong trường hợp
nguy kịch sẽ dẫn đến đột quỵ nhiệt.
Đột quỵ nhiệt được định nghĩa là tình trạng nhiệt độ cơ thể hơn 40,5 độ C kèm
theo rối loạn chức năng hệ thần kinh trung ương (CNS). Đột quỵ nhiệt là một tình trạng
nguy hiểm cho sức khỏe, đặc biệt là đối với những người ở độ tuổi cao và những người
có bệnh lý nền. Tình trạng nhiệt độ cơ thể vượt q ngưỡng an tồn có thể gây ra rối
5


Nhóm 05_Mơ phỏng hệ thống chống sốc nhiệt

loạn chức năng hệ thần kinh trung ương, ảnh hưởng đến quá trình trao đổi chất và dẫn
đến các hậu quả nghiêm trọng như suy tim, suy thận, đột tử...Tuy nhiên, nếu được phát
hiện và điều trị kịp thời, đột quỵ nhiệt có thể được kiểm soát và ngăn chặn được các
hậu quả nghiêm trọng. Vì thế, việc phát hiện sớm và cung cấp các biện pháp điều trị
kịp thời là vô cùng quan trọng trong việc ngăn chặn các hậu quả nghiêm trọng của đột
quỵ nhiệt. Việc sử dụng thiết bị đeo tay phát hiện đột quỵ nhiệt có thể giúp giám sát
nhiệt độ cơ thể và cung cấp cảnh báo nếu có bất thường, từ đó giúp người sử dụng và
nhà y tế có thể đưa ra các biện pháp phịng ngừa và điều trị kịp thời.
Khi công nghệ ngày càng phát triển nhanh chóng, cơng nghệ Internet vạn vật
(IoT) ngày càng được nhiều nhà nghiên cứu chú ý hơn. Nó đã được triển khai trong
nhiều dự án thuộc các lĩnh vực khác nhau, đặc biệt là trong lĩnh vực chăm sóc sức khỏe
như IoT cho thiết bị chăm sóc sức khỏe cá nhân và hệ thống Y tế điện tử (E-Health) .
Điều này chứng tỏ rằng công nghệ IoT rất quan trọng trong việc cải thiện hiệu suất,
hiệu lực và hiệu quả của hệ thống chăm sóc sức khỏe. Vì thế, việc phát triển một thiết
bị đeo phù hợp với môi trường dựa trên IoT để phát hiện đột quỵ nhiệt tiềm ẩn một
cách chính xác và hiệu quả là điều hoàn toàn phù hợp và thiết yếu trong nhu cầu sống
hiện nay.

Hình 2: Giới thiệu phát triển thiết bị đeo tay
Đúng vậy, việc phát triển một thiết bị đeo phù hợp với môi trường dựa trên IoT
để phát hiện đột quỵ nhiệt là một giải pháp tiềm năng để phịng ngừa và điều trị các
bệnh liên quan đến tình trạng nhiệt độ cơ thể. Thiết bị đeo tay phát hiện đột quỵ nhiệt
6


Nhóm 05_Mơ phỏng hệ thống chống sốc nhiệt

sẽ tích hợp các cảm biến nhiệt độ để đo lường nhiệt độ cơ thể. Dữ liệu đo được sẽ được
truyền tải đến hệ thống thơng qua kết nối Internet để phân tích và xử lý. Hệ thống sẽ
đưa ra cảnh báo nếu nhiệt độ cơ thể của người dùng vượt quá giới hạn an tồn và đưa
ra các biện pháp phịng ngừa và điều trị kịp thời.
Tuy nhiên, việc phát triển một thiết bị đeo tay phát hiện đột quỵ nhiệt đòi hỏi độ
chính xác và tin cậy cao. Các cảm biến nhiệt độ phải được chọn lọc và đảm bảo tính ổn
định để đo lường chính xác nhiệt độ cơ thể. Thiết bị đeo tay cũng cần được thiết kế để
có tính di động cao, dễ dàng sử dụng và phù hợp với nhiều loại người dùng khác nhau.
Ngoài ra, hệ thống kết nối Internet cũng cần được đảm bảo tính đáng tin cậy và an toàn
để truyền tải dữ liệu đo được. Để đảm bảo tính đáng tin cậy của thiết bị, cần phải có
các tiêu chuẩn và quy định về yêu cầu kỹ thuật và an toàn để giúp đảm bảo an toàn cho
người sử dụng. Từ các nhu cầu sẵn có, các nghiên cứu và phát triển thiết bị phát hiện
sốc nhiệt đã và đang được triển khai, song cách thức thực hiện và dữ liệu đều chưa có
độ chính xác và tin cậy. Tuy nhiên, từ những sai số và các điểm hạn chế từ các nghiên
cứu đi trước, chúng tơi có thể đưa ra các phương pháp đo lường, tính tốn và đưa ra kết
luận cuối cùng một cách hiệu quả và chính xác hơn. Phần này sẽ được nhóm chúng tơi
phân tích chi tiết hơn trong phần “1.2 Đánh giá các nghiên cứu có sẵn”
1.2 Đánh giá các nghiên cứu có sẵn
Đã có một số các thiết bị phát hiện sốc nhiệt được phát triển và đưa vào thực
tiễn trong nhiều năm trở lại đây. Một trong những dự án phát triển đầu tiên dựa trên

công nghệ IoT đầu tiên thực hiện bởi Iksan Jaya và cộng sự, hệ thống phát hiện đột quỵ
nhiệt sử dụng Wemos D1 Mini làm vi xử lý và nó chỉ phát hiện đột quỵ nhiệt dựa trên
nhiệt độ cơ thể bằng cách sử dụng cảm biến DS18B20. Nó sử dụng mô-đun Wi-Fi
ESP8266 để truyền dữ liệu đến cơ sở dữ liệu MySQL và hiển thị dữ liệu trên trang web
được phát triển bằng phần mềm Bootstrap thông qua máy tính cá nhân (PC) [3]. Tuy
nhiên, việc phát hiện đột quỵ nhiệt của hệ thống này khơng chính xác vì nó khơng xem
xét các yếu tố quan trọng khác như nhịp tim và nhiệt độ xung quanh
Các nghiên cứu khác như của P. O. Antonio và công sự đã phát triển hệ thống
phát hiện đột quỵ nhiệt dựa theo công nghệ IoT bằng cách đo đạc nhịp tim và nhiệt độ
cơ thể bằng cảm biến nhịp tim Pulse Sensor và cảm biến nhiệt độ DS18B20. Hệ thống
sử dụng vi xử lý Arduino Mini 05 và mô-đun Wi-Fi ESP8266 để truyền dữ liệu đến cơ
sở dữ liệu MySQL và hiển thị dữ liệu trên trang web được phát triển bằng phần mềm
Bootstrap thơng qua máy tính cá nhân (PC) [4] [5]. Khi các chỉ số được lấy thành cơng,
nó sẽ được chuyển dưới dạng tin nhắn nhanh (SMS) cho người dùng thông qua giao
thức HTTPS để cảnh báo sốc nhiệt. Tuy các chỉ số có phần khả quan, song vẫn có thể
được cải thiện hơn qua việc đo thêm các chỉ số như nhiệt độ và độ ẩm xung quanh
cũng như sử dụng logic mờ để tính tốn.
Qua việc đánh giá các nghiên cứu có sẵn, chúng tơi đã thống nhất và đưa ra một
giải pháp tối ưu: Thiết kế một thiết bị phát hiện đột quỵ nhiệt qua việc đo nhịp tim,
7


Nhóm 05_Mơ phỏng hệ thống chống sốc nhiệt

nhiệt độ cơ thể, nhiệt độ và độ ẩm xung quanh từ đó đưa ra một chỉ số có tên “Chỉ số
sốc nhiệt” (Heat Stroke Risk Level) thông qua các bộ đo lường và điều khiển phù hợp.
Các chỉ số và thông báo sẽ được áp dụng công nghệ IoT bằng cách đưa chúng lên một
hệ thống máy chủ phù hợp sau đó báo cho người dùng thông qua một ứng dụng được
phát triển trên nền tảng Android.

8


Nhóm 05_Mơ phỏng hệ thống chống sốc nhiệt

CHƯƠNG 2: CÁC THÀNH PHẦN CƠ BẢN CỦA HỆ THỐNG
Việc phát triển và hoàn thiện thiết bị sẽ trải qua ba giai đoạn được đề cập qua Hình 1:

Hình 3: Quá trình phát triển và hoàn thành thiết bị
2.1 Phần cứng
Các phần cứng được sử dụng trong báo cáo đã được giới thiệu qua Hình 3. Thiết
bị bao gồm cảm biến nhịp tim Max30100, cảm biến nhiệt độ và độ ẩm khơng khí
DHT11, cảm biến nhiệt độ cơ thể DS18B20 và vi xử lý ESP8266, vi xử lý Arduino
Uno R3.

Hình 4: Sơ đồ mơ hình mạch kết nối
9


Nhóm 05_Mơ phỏng hệ thống chống sốc nhiệt

2.1.1 Cảm biến nhịp tim Max30100
Cảm biến nhịp tim Max30100 có chức năng đo nhịp tim của cơ thể, nó có kích
thước nhỏ gọn và độ chuẩn xác cao.

Hình 5: Cảm biến nhịp tim Max30100
Đặc tính kỹ thuật MAX03100
-

Điện áp hoạt động từ 1,8V đến 3,3V

Dịng điện đầu vào 20mA
Tích hợp loại bỏ nhiễu từ ánh sáng xung quanh
Tốc độ lấy mẫu tín hiệu cao
Xuất đầu ra dữ liệu nhanh

Max30100 là một cảm biến ánh sáng được sử dụng để đo lường nhịp tim và nồng độ
oxy trong máu. Cảm biến này được phát triển bởi hãng Maxim Integrated, và được tích
hợp sẵn các linh kiện điện tử đo ánh sáng, xử lý tín hiệu và giao tiếp, cho phép dễ dàng
tích hợp vào các dự án điện tử.
Max30100 sử dụng công nghệ đo ánh sáng không tiếp xúc (non-invasive) để đo lường
thông qua da của người sử dụng, bằng cách chiếu sáng hai tia ánh sáng LED (đỏ và
xanh lá cây) lên da và đo lường mức độ hấp thu của ánh sáng bởi huyết quản trong da.
Từ đó, cảm biến này có thể tính tốn được nhịp tim và nồng độ oxy huyết.
Cảm biến Max30100 có kích thước nhỏ gọn, dễ dàng sử dụng và tích hợp vào các dự
án điện tử khác nhau, như các thiết bị đeo tay thông minh, thiết bị y tế, hoặc các dự án
IoT. Ngoài ra, cảm biến này cũng có khả năng tiết kiệm năng lượng và độ chính xác
cao trong đo lường.

10


Nhóm 05_Mơ phỏng hệ thống chống sốc nhiệt

2.1.2 Cảm biến DHT11
Cùng với đó là cảm biến DHT11 có chức năng đo nhiệt độ và độ ẩm khơng khí
xung quanh.

Hình 6: Cảm biến DHT11
Đặc tính kỹ thuật DHT11
-

Nguồn: 3 -> 5 VDC.
Dòng sử dụng: 2.5mA max (khi truyền dữ liệu).
Khoảng đo độ ẩm: 20%-90% RH (sai số 5%RH)
Khoảng đo nhiệt độ: 0-50°C (sai số 2°C)
Tần số lấy mẫu tối đa: 1Hz (1 giây / lần)
Kích thước 15mm x 12mm x 5.5mm.

Cảm biến độ ẩm và nhiệt độ DHT11 Temperature Humidity Sensor là cảm biến rất
thơng dụng hiện nay vì chi phí rẻ và rất dễ lấy dữ liệu thông qua giao tiếp 1 wire (giao
tiếp digital 1 dây truyền dữ liệu duy nhất). Bộ tiền xử lý tín hiệu tích hợp trong cảm
biến giúp bạn có được dữ liệu chính xác mà khơng phải qua bất kỳ tính tốn nào. Nó
được sản xuất bởi hãng công nghệ Trung Quốc Aosong Electronics và được sử dụng
phổ biến trong các ứng dụng đo lường và giám sát mơi trường.
Cảm biến DHT11 có thể đo nhiệt độ với độ chính xác ±2 độ C và độ ẩm với độ chính
xác ±5%. Cảm biến này hoạt động bằng cách sử dụng một cặp điện cực để đo điện trở
và điện dung của khơng khí trong một khu vực nhất định. Sau đó, các giá trị điện trở và
điện dung này được chuyển đổi thành giá trị nhiệt độ và độ ẩm tương ứng.
Cảm biến DHT11 có kích thước nhỏ gọn, dễ sử dụng và tích hợp vào các dự án điện tử.
Nó có thể được kết nối với các loại vi điều khiển thông dụng như Arduino, Raspberry
Pi hoặc các thiết bị khác để đọc và xử lý dữ liệu đo được từ cảm biến.

11


Nhóm 05_Mơ phỏng hệ thống chống sốc nhiệt

2.1.3 Cảm biến nhiệt độ DS18B20
Tiếp theo là cảm biến nhiệt độ DS18B20 đo nhiệt độ lõi của cơ thể với sai số
thấp (± 0.5°C).

Hình 7: Cảm biến nhiệt độ DS18B20
Đặc tính kỹ thuật DS18B20







Điện áp hoạt động từ 3V đến 5V
Phạm vi nhiệt độ: -55 ° C đến + 125 ° C
Độ chính xác: ± 0,5 ° C
Độ phân giải đầu ra: 9-bit đến 12-bit (có thể lập trình)
Địa chỉ 64-bit duy nhất cho phép ghép kênh
Thời gian chuyển đổi: 750ms ở 12 bit

DS18B20 là IC cảm biến nhiệt độ kỹ thuật số tuân theo giao thức 1 dây và có thể đo
nhiệt độ từ -55oC đến + 125oC với độ chính xác + -5%.
Dữ liệu nhận được từ 1 dây nằm trong khoảng từ 9 bit đến 12 bit.
Vì IC cảm biến nhiệt độ DS18B20 tuân theo giao thức 1 dây nên có thể điều khiển cảm
biến này thơng qua một chân duy nhất của vi điều khiển. (cũng phải cấp GND).
Giao thức 1 dây là giao thức cấp cao và mỗi DS18B20 được có một mã nối tiếp 64 bit
giúp điều khiển nhiều cảm biến thông qua một chân duy nhất của vi điều khiển.
2.1.4 Vi xử lý Arduino Uno R3
Arduino Uno R3 là dòng Arduino thế hệ thứ 3 giúp người dùng dễ dàng tiếp cận với
lập trình để tạo ra phần cứng có những tính năng mong muốn một cách nhanh chóng
với chi phí hợp lý.
12

Nhóm 05_Mơ phỏng hệ thống chống sốc nhiệt

Hình 8: Vi xử lý Arduino Uno R3
Đặc tính kỹ thuật Arduino Uno R3







Điện áp hoạt động 5V
Cường độ dòng điện trên mỗi I/O pin 20mA
Tốc độ hoạt động 16MHz
Chiều dài, chiều rộng: 68.6 mm , 53.4 mm
Số chân digital I/O: 14
Số chân Analog : 6

Arduino Uno được xây dựng với phần nhân là vi điều khiển ATmega328P, sử dụng
thạch anh có chu kì dao động là 16 MHz.Với vi điều khiển này, tổng cộng có 14 pin
(ngõ) ra / vào được đánh số từ 0 tới 13 (trong đó có 6 pin PWM, được đánh dấu ~
trước mã số của pin)
Arduino UNO khơng có bảo vệ cắm ngược nguồn vào. Do đó bạn phải hết sức cẩn
thận, kiểm tra các cực âm – dương của nguồn trước khi cấp cho Arduino UNO.
Các chân 3.3V và 5V trên Arduino là các chân dùng để cấp nguồn ra cho các thiết
bị khác, không phải là các chân cấp nguồn vào. Việc cấp nguồn sai vị trí có thể làm
hỏng board. Điều này khơng được nhà sản xuất khuyến khích.
2.1.5 Vi xử lý ESP8266
Cuối cùng là vi xử lý ESP8266, được thiết kế sẵn một bộ mơ đun wifi, có bộ nhớ lớn,

tốc độ xử lý nhanh. ESP8266 có thể dễ dàng lập trình qua trình phát triển của Arduino
(Arduino IDE) .
13


Nhóm 05_Mơ phỏng hệ thống chống sốc nhiệt

Hình 9: Vi xử lý ESP8266
Đặc tính kỹ thuật vi xử lý ESP8266








Điện áp hoạt động: 3.0 ~ 3.6VDC.
Dòng điện hoạt động: trung bình ~80mA.
Giao tiếp: UART/ADC/GPIO/PWM.
SPI Flash: 32Mbit.
Chân IO: 9.
Cổng nối tiếp: 300 ~ 4608000 bps.
Wifi protocles: 802.11 b/g/n.

ESP8266 là một chip tích hợp cao, được thiết kế cho nhu cầu của Internet of thing
(IOT). Nó cung cấp một giải pháp kết nối mạng Wi-Fi đầy đủ và khép kín, cho
phép nó có thể lưu trữ các ứng dụng hoặc để giảm tải tất cả các chức năng kết nối
mạng Wi-Fi từ một bộ xử lý ứng dụng.
ESP8266 có xử lý và khả năng lưu trữ mạnh mẽ cho phép nó được tích hợp với các

bộ cảm biến, vi điều khiển và các thiết bị ứng dụng cụ thể khác thông qua GPIOs
với một chi phí và một PCB nhỏ.
Mạch có kích thước nhỏ gọn, ra chân đầy đủ của IC ESP8266, mạch được thiết kế
và gia công chất lượng tốt với vỏ bọc kim loại chống nhiễu và anten Wifi PCB tích
hợp cho khoảng các truyền xa và ổn định.

14


Nhóm 05_Mơ phỏng hệ thống chống sốc nhiệt

2.2 Phần mềm
Các phần mềm được sử dụng trong báo cáo là Arduino IDE, ThingSpeak, MIT
App Inventor được sử dụng để lập trình cho vi xử lý ESP8266 .
Phần mềm tiếp theo được lựa chọn dựa trên việc so sánh 2 giao thức IoT được sử dụng
hiện nay: HTTP (HyperText Transfer Protocol - Giao thức truyền tải siêu văn bản) và
MQTT (Message Queuing Telemetry Transport – Giao thức truyền thơng điệp theo mơ
hình cung cấp/thuê bao) .
HTTP (HyperText Transfer Protocol) và MQTT (Message Queuing Telemetry
Transport) đều là hai giao thức IoT phổ biến được sử dụng để truyền tải dữ liệu giữa
các thiết bị thông minh. Tuy nhiên, MQTT là một giao thức IoT được ưu tiên hơn so
với HTTP trong nhiều trường hợp vì nó có nhiều ưu điểm vượt trội.
-

-

-

-

Tiết kiệm băng thơng và tối ưu hóa mạng: MQTT sử dụng một kiểu truyền
thơng điệp nhẹ và tối ưu hóa đường truyền mạng. Điều này giúp tiết kiệm băng
thông mạng và giảm thiểu tình trạng tràn đường truyền.
Tính linh hoạt và khả năng mở rộng: MQTT cho phép các thiết bị được kết nối
linh hoạt và có khả năng mở rộng. Các thiết bị có thể kết nối với broker MQTT
một cách linh hoạt và dễ dàng hơn với HTTP.
Độ tin cậy và độ trễ thấp: MQTT có tính năng đảm bảo độ tin cậy cao hơn so
với HTTP. Nó sử dụng một giao thức đảm bảo chất lượng dịch vụ (Quality of
Service - QoS) để đảm bảo rằng các thông điệp đã được gửi được nhận đúng và
đủ. Điều này giúp giảm thiểu lỗi và độ trễ thấp hơn so với HTTP.
Tiêu thụ ít năng lượng: MQTT tiêu thụ ít năng lượng hơn so với HTTP, điều
này rất quan trọng đối với các ứng dụng IoT hoạt động trên các thiết bị có dung
lượng pin thấp.

HiveMQ là một nền tảng truyền nhận dữ liệu miễn phí dựa trên giao thức MQTT, được
thiết kế với đặc tính nhanh, hiệu quả, độ tin cậy cao.

2.2.1 Arduino IDE
Arduino IDE là một phần mềm với một mã nguồn mở, được sử dụng chủ yếu để
viết và biên dịch mã vào module Arduino. Nó bao gồm phần cứng và phần mềm. Phần
cứng chứa đến 300,000 board mạch được thiết kế sẵn với các cảm biến, linh kiện. Phần
mềm giúp bạn có thể sử dụng các cảm biến, linh kiện ấy của Arduino một cách linh
hoạt phù hợp với mục đích sử dụng.

15


Nhóm 05_Mơ phỏng hệ thống chống sốc nhiệt

Hình 10: Arduino IDE

Arduino IDE hỗ trợ nhiều ngơn ngữ lập trình, bao gồm C và C++. Nó cũng cung cấp
cho người dùng một thư viện lập trình phong phú, bao gồm các hàm và chức năng để
thực hiện các chức năng như điều khiển động cơ, giao tiếp với các cảm biến và kết nối
mạng.
Các tính năng chính của Arduino IDE bao gồm:
-

Trình soạn thảo mã nguồn được tích hợp với các tính năng như tơ sáng mã,
kiểm tra cú pháp và đánh dấu cú pháp.
Trình biên dịch được tích hợp để biên dịch mã nguồn thành mã máy.
Trình tải chương trình để nạp chương trình lên board Arduino.
Thư viện lập trình phong phú để giúp người dùng thực hiện các chức năng như
điều khiển động cơ, giao tiếp với các cảm biến và kết nối mạng.
Hỗ trợ nhiều loại board Arduino khác nhau và có thể được mở rộng để hỗ trợ
các board khác.

2.2.2 ThingSpeak
ThingSpeak là một nền tảng phát triển IoT được phát triển bởi MathWorks,
được sử dụng để thu thập, phân tích và lưu trữ dữ liệu từ các thiết bị IoT. Nền tảng này
cung cấp các công cụ để thiết lập các chương trình cảm biến và các tác vụ tự động dựa
trên dữ liệu thu thập được từ các thiết bị IoT.
ThingSpeak được thiết kế để tương thích với các thiết bị IoT phổ biến như
Arduino, Raspberry Pi và các thiết bị khác. Nó có thể được sử dụng để thu thập dữ liệu
từ các loại cảm biến khác nhau, bao gồm cảm biến nhiệt độ, độ ẩm, ánh sáng, độ ồn, độ
rung, áp suất, độ bụi và nhiều loại cảm biến khác.

16


Nhóm 05_Mơ phỏng hệ thống chống sốc nhiệt

Hình 11: ThingSpeak
Các thiết bị có thể dễ dàng định cấu hình và gửi dữ liệu tới Thingspeak bằng cách sử
dụng các giao thức truyền thơng như HTTP.
-

Có thể xem dữ liệu trong thời gian thực
Nó có thể nhận dữ liệu từ phần mềm của bên thứ ba.
Có thể sử dụng với Matlab để phân tích dữ liệu

Khi dữ liệu được gửi lên ThingSpeak, nó cung cấp các cơng cụ để phân tích dữ liệu thu
thập được từ các thiết bị IoT, bao gồm các tính năng như biểu đồ, đồ thị, bản đồ và các
báo cáo thống kê. Nền tảng này cũng hỗ trợ tích hợp với các dịch vụ web khác, cho
phép người dùng tạo các ứng dụng IoT phức tạp hơn.

2.2.3 MIT App Inventor
MIT App Inventor là một công cụ lập trình miễn phí được phát triển bởi Viện
Cơng nghệ Massachusetts (MIT) để giúp người dùng thiết kế và phát triển các ứng
dụng di động Android một cách dễ dàng. Điều đặc biệt của App Inventor là nó cho
phép người dùng thiết kế ứng dụng di động mà không yêu cầu kiến thức lập trình
nhiều.

Hình 12: MIT App Inventor
17


Nhóm 05_Mơ phỏng hệ thống chống sốc nhiệt

App Inventor sử dụng một giao diện kéo và thả để giúp người dùng thiết kế các môđun khác nhau của ứng dụng, bao gồm các mô-đun giao diện người dùng, các mô-đun
xử lý và các mô-đun kết nối mạng. Người dùng cũng có thể sử dụng các khối lập trình

với các chức năng khác nhau để tạo ra các chương trình phức tạp hơn.
-

Nó phép người dùng tạo ra các ứng dụng đa dạng, từ các ứng dụng đơn giản đến
các ứng dụng phức tạp.
Nó cũng cho phép người dùng tương tác với các thiết bị phần cứng của Android,
chẳng hạn như máy ảnh, cảnh báo v.v.

Với MIT App Inventor, người dùng có thể tạo ra các ứng dụng di động đơn giản và
phức tạp mà khơng cần có kiến thức chun sâu về lập trình. Nó là một cơng cụ mạnh
mẽ cho việc phát triển các ứng dụng di động cho các dự án IoT và nhiều loại dự án
khác.
2.2.4 HiveMQ
MQTT là một giao thức nhắn tin dựa trên các tiêu chuẩn hoặc một bộ các quy tắc
được sử dụng cho việc giao tiếp máy với máy. Cảm biến thông minh, thiết bị đeo trên
người và các thiết bị Internet vạn vật (IoT)
-

Gọn nhẹ và hiệu quả
Quy mô linh hoạt
Bảo mật
Hỗ trợ tốt

Hình 13: Giao thức MQTT
Để kết nối giao tiếp giữa APP, Website và hệ thống ta cần sử dụng một broker làm cầu
nối:
broker.hivemq.com

18

Nhóm 05_Mơ phỏng hệ thống chống sốc nhiệt

HiveMQ là một nền tảng truyền nhận dữ liệu miễn phí dựa trên giao thức MQTT, được
thiết kế với đặc tính nhanh, hiệu quả, độ tin cậy cao

CHƯƠNG 3: THIẾT KẾ HỆ THỐNG
3.1 Mục tiêu hệ thống
Hệ thống IoT (Internet of Things) là một hệ thống được thiết kế để kết nối các
thiết bị thông minh và thu thập dữ liệu từ chúng. Để triển khai một hệ thống IoT hiệu
quả, cần phải đáp ứng các tiêu chí dự án như độ chính xác khi được kết hợp với các
công thức dựa trên y học, dễ dàng sử dụng, giao diện dễ tiếp cận để có thể tiếp cận với
mọi lứa tuổi người dùng và hơn hết là xử lý nhanh chóng đưa ra kết quả thu thập dữ
liệu trong thời gian ngắn nhất có thể để đảm bảo tính an tồn cho sức khỏe người dùng.
Độ chính xác là yếu tố quan trọng trong việc triển khai hệ thống IoT. Hệ thống cần sử
dụng các công thức dựa trên y học để đưa ra kết quả phán đoán tốt nhất cho người
dùng và đảm bảo tính chính xác của dữ liệu thu thập từ các cảm biến. Việc kết hợp các
giá trị cảm biến với các công thức y học sẽ giúp đưa ra kết quả phân tích chính xác hơn
và đáng tin cậy hơn, đặc biệt là trong các ứng dụng y tế và y học.
Tính dễ dàng sử dụng là một yếu tố quan trọng trong việc thiết kế hệ thống IoT. Giao
diện người dùng cần được thiết kế đơn giản và dễ sử dụng để giúp người dùng có thể
tương tác với hệ thống một cách dễ dàng và thuận tiện. Điều này đặc biệt quan trọng
trong việc triển khai các hệ thống IoT cho người cao tuổi và người khuyết tật, khi họ
cần một giao diện đơn giản và dễ sử dụng.
Cuối cùng, hệ thống IoT cần đáp ứng yêu cầu về xử lý nhanh chóng để đưa ra kết quả
thu thập dữ liệu trong thời gian ngắn nhất có thể. Việc thu thập và phân tích dữ liệu cần
được thực hiện một cách nhanh chóng để đưa ra kết quả chính xác và đáng tin cậy.
Điều này đặc biệt quan trọng trong các ứng dụng y tế và y học, khi việc thu thập và
phân tích dữ liệu cần được thực hiện một cách nhanh chóng để đưa ra phương án điều
trị phù hợp và đảm bảo tính an tồn cho sức khỏe người dùng.

3.2 Ngun lý hoạt động
Hệ thống được thiết kế bao gồm một bộ mô đun cảm biến, điều khiển logic mờ
và nguồn nuôi. Bộ mơ đun cảm biến được tích hợp với cảm biến Max30100, DHT11
và DS18B20 để đo thông tin của người dùng. Dữ liệu từ các cảm biến được gửi lên
Esp8266 để chờ xử lý bằng logic mờ.
Sau khi xử lý xong, thông tin được gửi lên App mobile để hiển thị thông tin cho người
dùng giám sát qua giao thức MQTT, đảm bảo cập nhật thông tin liên tục và thời gian

19


Nhóm 05_Mơ phỏng hệ thống chống sốc nhiệt

thực. App cung cấp cảnh báo người dùng khi đặt độ nguy hiểm cao và cho phép lựa
chọn để ghi lại các thông tin đo bất thường lên cơ sở dữ liệu Thingspeak.
Với dữ liệu ghi lại trên Thingspeak, người dùng có thể giám sát và đưa ra giải pháp cho
sức khỏe cơ thể của mình. Tổng thể, hệ thống này là một giải pháp giám sát sức khỏe
cơ thể thông minh và tiện lợi, giúp người dùng theo dõi tình trạng sức khỏe cơ thể của
mình và đưa ra các biện pháp phịng ngừa kịp thời.

Hình 14: Sơ đồ ngun lý hệ thống

20