Iot cảm biến đeo tay (Cảnh báo sốc nhiệt_ CÓ KÈM CODE)

Nhóm 08_Mơ hình IOT cảnh báo sốc nhiệt ngồi trời

HỌC VIỆN CƠNG NGHỆ BƯU CHÍNH VIỄN THƠNG
KHOA VIỄN THƠNG

ĐỀ TÀI TIỂU LUẬN
PHÁT TRIỂN HỆ THỐNG VÀ ỨNG DỤNG IOT
(CÓ CODE ĐI KÈM)
Chủ đề: Mơ hình IOT cảnh báo sốc nhiệt ngoài trời

1


Nhóm 08_Mơ hình IOT cảnh báo sốc nhiệt ngồi trời

Hà Nội – 11/2023

LỜI NĨI ĐẦU
Trong một thời đại mà cơng 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 mơi trường q 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
cơng nghệ IoT trong lĩnh vực y tế và sức khỏe.

2


Nhóm 08_Mơ hình IOT cảnh báo sốc nhiệt ngồi trời

MỤC LỤC
1

Giới Thiệu Chung.......................................................................................................6

1.1 Nguồn Gốc Và Tính Thực Tiễn Của Bài Tốn.............................................................6
1.2 Đánh Giá Các Nghiên Cứu Có Sẵn..............................................................................8
2

Thành Phần Thiết Bị Hệ Thống..............................................................................10

2.1 Phần Cứng..................................................................................................................10
2.1.1
Cảm Biến Nhịp Tim Max30100.....................................................................11
2.1.2
Cảm Biến DHT11...........................................................................................11
2.1.3
Cảm Biến Nhiệt Độ DS18B20........................................................................12
2.1.4
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
3

Cơ Sở Lý Thuyết......................................................................................................19

3.1 Mục Tiêu Hệ Thống...................................................................................................19
3.2 Nguyên Lý Hoạt Động...............................................................................................19
3.3 Chỉ Số Heat Index......................................................................................................20
3.4 Thuật Toán Fuzzy Logic............................................................................................22
3.4.1
Khái Niệm......................................................................................................22
3.4.2
Hàm Thành Viên............................................................................................23
3.4.3
Hoạt Động Logic............................................................................................25
3.4.4
If_Then Logic.................................................................................................26
3.4.5
Suy Luận Mờ..................................................................................................26
3.4.6
Khử Fuzzify_Df..............................................................................................28
3.5 Kết Luận Bộ Điều Khiển............................................................................................30
3.6 Xây Dựng Chương Trình Hệ Thống...........................................................................32

3.7 Xây Dựng App...........................................................................................................36
4

Thực Nghiệm Và Kết Quả.......................................................................................38

5

Tổng Kết Và Thảo Luận..........................................................................................45

6

Tài Liệu Tham Khảo................................................................................................46

3


Nhóm 08_Mơ hình IOT cảnh báo sốc nhiệt ngồi trời

DANH MỤC HÌNH ẢN
Hình 1.1 - 1: Giới thiệu Iot trong y tế.................................................................................6
Hình 1.1 - 2: Giới thiệu phát triển thiết bị đeo tay..............................................................7
Y

Hình 2 - 1: Quá trình phát triển và hồn thành thiết bị......................................................10
Hình 2.1.1 - 1: Cảm biến nhịp tim Max30100..................................................................11
Hình 2.1.2 - 1: Cảm biến DHT11......................................................................................12
Hình 2.1.3 - 1: Cảm biến nhiệt độ DS18B20....................................................................13
Hình 2.1.4 - 1: Vi xử lý ESP8266.....................................................................................14
Hình 2.2.1 - 1: Arduino IDE.............................................................................................16

Hình 2.2.2 - 1: ThingSpeak...............................................................................................17
Hình 2.2.3 - 1: MIT App Inventor.....................................................................................17
Hình 2.2.4 - 1: Giao thức MQTT......................................................................................18
Hình 3.2 - 1: Sơ đồ nguyên lý hệ thống............................................................................20
Hình 3.3 - 1: Bảng chỉ số Heat Index................................................................................21
Hình 3.4.1 - 1: Ranh giới các ngày cuối tuần....................................................................23
Hình 3.4.2 - 1: Chức năng thành viên ngày cuối tuần.......................................................24
Hình 3.4.2 - 2: Chức năng thành viên đối tập hợp người cao-thấp........................................
Hình 3.4.5 - 1: Mơ hình tổng quan Logic mờ...................................................................26

4


Nhóm 08_Mơ hình IOT cảnh báo sốc nhiệt ngồi trời

Hình 3.4.5 - 2: Hoạt động suy luận mờ.............................................................................27
Hình 3.4.5 - 3: Góc nhìn trực quan suy luận mờ...............................................................28
Y

Hình 3.4.6 - 1: Phương pháp Centroid..............................................................................29
Hình 3.6 - 1: Mơ tả Logic phía sau app.............................................................................33
Hình 4 - 1: Kết quả đầu ra của ứng dụng Android cho 4 mức độ nguy hiểm tổn thương do
nắng nóng khác nhau........................................................................................................36
Hình 4 - 2: Các dữ liệu được đẩy lên ThingSpeak............................................................37
Hình 4 - 3: Biểu đồ nhiệt độ cơ thể của người dùng.........................................................38
Hình 4 - 4: Biểu đồ HI của người dùng.............................................................................39
Hình 4 - 5: Biểu đồ chỉ số sốc nhiệt của người dùng........................................................39

5

Nhóm 08_Mơ hình IOT cảnh báo sốc nhiệt ngồi trời

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 1.1 - 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.

6

Nhóm 08_Mơ hình IOT cảnh báo sốc nhiệt ngồi trời

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 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 sốt 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 cơng 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.

7


Nhóm 08_Mơ hình IOT cảnh báo sốc nhiệt ngồi trời

Hình 1.1 - 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 phòng ngừa và điều trị các bệnh liên
quan đến tình trạng nhiệt độ cơ thể. Thiết bị đeo tay phát hiện đột quỵ 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 thông 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 toàn và đưa ra các biện pháp
phòng ngừa và điều trị kịp thời.
Tuy nhiên, việc phát triển một thiết bị đeo tay phát hiện đột quỵ nhiệt địi 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 tôi 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 CĨ 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 mơ-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) [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
8


Nhóm 08_Mơ hình IOT cảnh báo sốc nhiệt ngồi trời

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, 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 thơng qua một ứng dụng được phát triển trên nền tảng
Android.

9

Nhóm 08_Mơ hình IOT cảnh báo sốc nhiệt ngồi trời

2 THÀNH PHẦN THIẾT BỊ HỆ THỐNG
Việc phát triển và hoàn thiện thiết bị sẽ trải qua ba giai đoạn được đề cập qua Hình 2 - 1:

Hình 2 - 1: Q trình phát triển và hồn thành thiết bị

2.1

PHẦN CỨNG

Các phần cứng được sử dụng trong báo cáo đã được giới thiệu qua sơ đồ dưới. 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.

10


Nhóm 08_Mơ hình IOT cảnh báo sốc nhiệt ngồi trời

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 2.1.1 - 1: Cảm biến nhịp tim Max30100
Đặc tính kỹ thuật MAX03100
- Điện áp hoạt động từ 1,8V đến 3,3V
- Dòng 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.
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.
11


Nhóm 08_Mơ hình IOT cảnh báo sốc nhiệt ngồi trời

Hình 2.1.2 - 1: 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.
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).

12


Nhóm 08_Mơ hình IOT cảnh báo sốc nhiệt ngồi trời

Hình 2.1.3 - 1: 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 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 08_Mơ hình IOT cảnh báo sốc nhiệt ngồi trời

Hình 1:
Hình 2.1.4 - 1: Vi xử lý ESP8266
Đặc tính kỹ thuật vi xử lý ESP8266









Điện áp hoạt động: 3.0 ~ 3.6VDC.
Dịng 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 WiFi 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 thơng 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 08_Mơ hình IOT cảnh báo sốc nhiệt ngồi trời

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 thông điệp theo mơ
hình cung cấp/th 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 thông
điệp nhẹ và tối ưu hóa đường truyền mạng. Điều này giúp tiết kiệm băng thơng
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 08_Mơ hình IOT cảnh báo sốc nhiệt ngồi trời

Hình 2.2.1 - 1: Arduino IDE
Arduino IDE hỗ trợ nhiều ngôn 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 08_Mơ hình IOT cảnh báo sốc nhiệt ngồi trời

Hình 2.2.2 - 1: 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 cơng 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 2.2.3 - 1: MIT App Inventor
App Inventor sử dụng một giao diện kéo và thả để giúp người dùng thiết kế các mô-đun
khác nhau của ứng dụng, bao gồm các mô-đun giao diện người dùng, các mô-đun xử lý và
17


Nhóm 08_Mơ hình IOT cảnh báo sốc nhiệt ngồi trời

các mơ-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 2.2.4 - 1: 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
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

18


Nhóm 08_Mơ hình IOT cảnh báo sốc nhiệt ngồi trời

3 CƠ SỞ LÝ THUYẾT
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

NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG

Hệ thống được thiết kế bao gồm một bộ mô đun cảm biến, điều khiển logic mờ và

nguồn ni. 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
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
19


Nhóm 08_Mơ hình IOT cảnh báo sốc nhiệt ngồi trời

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 3.2 - 1: Sơ đồ nguyên lý hệ thống

3.3

CHỈ SỐ HEAT INDEX

Để hệ thống 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. Ta sẽ áp dụng 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.
Đầu tiên, với DHT11 được sử dụng để đo đạc nhiệt độ và độ ẩm môi trường xung
quanh. Tuy nhiên, để kiểm tra độ sốc nhiệt của một người dùng, ta cần suy xét đến chỉ số
Heat Index.

Chỉ số Heat Index (Chỉ số nóng bức) [6] là một chỉ số dựa trên nhiệt độ và độ ẩm khơng
khí để đo lường cảm giác nóng bức của con người. Chỉ số này càng cao thì càng dễ gặp
phải các vấn đề về sức khỏe liên quan đến nhiệt độ, chẳng hạn như trầm cảm, đau đầu,
hoa mắt, chóng mặt và đau tim. Chỉ số Heat Index cũng là một chỉ số quan trọng để đánh
giá nguy cơ đột quỵ nhiệt.
- Nó được tính dựa trên cảm giác của con người khi kết hợp giữa nhiệt độ và độ ẩm
khơng khí, dựa trên mức độ thoải mái và khó chịu của cơ thể.
20