Thiết kế mạch giám sát nhịp tim, thân nhiệt

LỜI CAM ĐOAN
Tôi Nguyễn Đình Dũng xin cam đoan:
1. Những nội dung trong đồ án này là do tôi nghiên cứu, thực hiện dưới sự hướng
dẫn của thầy Lê Hồng Nam.
2. Mọi nội dung trong đồ án này đều được trích dẫn rõ ràng tên tác giả, tên công
trình, tài liệu tham khảo.
3. Mọi nội dung của đồ án này không phải là bản sao chép của bất cứ đồ án hoặc
công trình đã có từ trước. Nếu vi phạm tôi xin chịu mọi hình thức kỷ luật của
Khoa.
Sinh viên kí tên

Nguyễn Đình Dũng


MỤC LỤC
PHẦN MỞ ĐẦU
CHƯƠNG 1: TÌM HIỂU VỀ CÁC THIẾT BỊ ĐO NHỊP TIM, THÂN NHIỆT
HIỆN NAY ............................................................................................................. 1
1.1 Giới thiệu chương .............................................................................................. 1
1.2 Tìm hiểu về thân nhiệt và các thiết bị đo hiện nay.............................................. 1
1.2.1 Tìm hiểu về thân nhiệt .................................................................................... 1
1.2.2 Cơ sở lý thuyết về phương pháp đo ................................................................. 2
1.3 Tìm hiểu về nhịp tim và các thiết bị đo .............................................................. 4
1.3.1 Tìm hiểu về tim của con người........................................................................ 4
1.3.2 Đo nhịp tim bằng phương pháp hấp thụ quang học ......................................... 7
1.3.3 Các thiết bị đo nhịp tim hiện nay .................................................................... 9
1.4 Kết luận chương .............................................................................................. 11
CHƯƠNG 2: THIẾT KẾ, TÍNH TOÁN THIẾT BỊ ĐO NHỊP TIM VÀ THÂN
NHIỆT ................................................................................................................. 13
2.1 Giới thiệu chương ............................................................................................ 13
2.2 Sơ đồ khối và mạch nguyên lý tổng quan ......................................................... 14

2.3 Chức năng, thiết kế và tính toán cho từng khối ................................................ 17
2.3.1 Khối cảm biến nhịp tim................................................................................. 17
2.3.2 Khối khuếch đại và lọc nhiễu tín hiệu ........................................................... 18
2.3.3 Khối hiển thị LCD ........................................................................................ 21
2.3.4 Khối xử lý trung tâm ..................................................................................... 23
2.3.5 Khối giao tiếp máy tính................................................................................. 25
2.3.6 Khối báo động .............................................................................................. 26
2.3.7 Khối lưu trữ dữ liệu ...................................................................................... 28
2.3.8 Khối truyền phát dữ liệu ............................................................................... 28
2.3.9 Khối mô phỏng báo động .............................................................................. 31
2.3.10 Khối đo thân nhiệt ...................................................................................... 32


2.3.11 Khối nguồn ................................................................................................. 32
2.4 Lưu đồ thuật toán............................................................................................. 35
2.4.1 Lưu đồ thuật toán cho chương trình chính ..................................................... 36
2.4.2 Lưu đồ thuật toán đo nhịp tim ....................................................................... 37
2.4.3 Lưu đồ thuật toán đo nhiệt độ ....................................................................... 38
2.4.4 Lưu đồ thuật toán giao tiếp LCD................................................................... 39
2.4.5 Lưu đồ thuật toán giao tiếp máy tính và module Sim900 .............................. 40
2.5 Kết luận chương .............................................................................................. 41
CHƯƠNG 3: MÔ PHỎNG, THI CÔNG VÀ KIỂM TRA MẠCH ................... 42
1.2 Giới thiệu chương ............................................................................................ 42
1.3 Mô phỏng ........................................................................................................ 42
1.3.2 Mô phỏng phần hiển thị LCD ....................................................................... 42
1.3.3 Mô phỏng và đo đạc thực tế phần cảm biến nhịp tim .................................... 43
1.3.4 Mô phỏng phần giao tiếp máy tính ................................................................ 44
1.3.5 Phần mô phỏng giao tiếp với module Sim900 ............................................... 47
1.4 Thi công mạch ................................................................................................. 47
1.4.2 Sơ đồ mạch layout ........................................................................................ 48

1.5 Lắp ráp và kiểm tra mạch................................................................................. 50
1.5.2 Lắp ráp và kiểm tra khối nguồn .................................................................... 50
1.5.3 Lắp ráp và kiểm tra khối cảm biến nhịp tim .................................................. 50
1.6 Kết luận chương .............................................................................................. 50
KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN CỦA ĐỀ TÀI ................................... 51
TÀI LIỆU THAM KHẢO ................................................................................... 54
PHẦN PHỤ LỤC................................................................................................. 55


PHẦN MỞ ĐẦU
Thấy rõ được tầm quan trọng và vai trò của điện tử ngày càng lớn trong cuộc sống
con người nói chung và trong lĩnh vực y tế nói riêng, đồ án tốt nghiệp này của tôi đã
dần hoàn thiện được và mang tên: Thiết kế mạch giám sát nhịp tim, thân nhiệt.
Với việc thiết kế, thi công và hoàn thiện hệ thống theo dõi sức khỏe bệnh nhân
thành công, tôi hy vọng đồ án này sẽ góp phần vào lĩnh vực điện tử y sinh còn khá
mới mẻ ở nước ta và tạo niềm tin thúc đẩy cho tôi tiếp tục theo đuổi tạo dựng cho
mình sự nghiệp tương lai theo hướng đề tài đồ án này.
Tôi xin chân thành cảm ơn thầy giáo Lê Hồng Nam, các thầy cô giáo trong khoa
cùng các bạn đã tận tình giúp đỡ tôi hoàn thành tốt nhất đồ án của mình. Mặc dù đã
cố gắng hết sức nhưng do kinh nghiệm, thời gian cũng như khả năng có hạn nên
không tránh khỏi sai sót, rất mong sự đóng góp chân thành của các thầy cô giáo
cũng như các bạn để đồ án của tôi càng được hoàn thiện hơn.


Tìm hiểu về các thiết bị đo nhịp tim, thân nhiệt hiện nay

CHƯƠNG 1
TÌM HIỂU VỀ CÁC THIẾT BỊ ĐO NHỊP TIM, THÂN NHIỆT
HIỆN NAY

1.1 Giới thiệu chương
Cùng với các thông số như: huyết áp, chỉ số đường huyết, nồng độ oxi trong
máu…thân nhiệt và nhịp tim của con người là những thông số quan trọng khác biễu
diễn tình trạng sức khỏe của con người.
Nhanh, hiệu quả và đạt độ chính xác cao là những ưu điểm mà các thiệt bị đo nhịp
tim và thân nhiệt với ứng dụng của các thiệt bị điện tử có được so với những thiệt bị
đo truyền thống.
1.2 Tìm hiểu về thân nhiệt và các thiết bị đo hiện nay
1.2.1 Tìm hiểu về thân nhiệt
1.2.1.1 Định nghĩa
Thân nhiệt: là nhiệt độ cơ thể được giải phóng trong quá trình hoạt động của con
người.
1.2.1.2 Đặc tính
- Cho dù nhiệt độ môi trường bên ngoài có thay đổi như thế nào thì thân nhiệt cơ thể
người cũng ổn định ngưỡng gần 37 độ C do sự cân bằng giữa sinh nhiệt và tỏa
nhiệt.
- Nhiệt do hoạt động của cơ thể sinh ra được máu phân phối khắp cơ thể và tỏa ra
môi trường để đảm bảo cho thân nhiệt ổn định.
- Khi sốt nhiệt độ tăng cao cũng là một phản xạ tự nhiên của cơ thể nhằm tiêu diệt
vi khuẩn và đào thải những tế bào yếu đã bị nhiễm khuẩn.
- Trong cơ thể người có một cơ chế nhằm điều hòa nhiệt độ cơ thể ổn định để chống
lại những yếu tố tác động bên ngoài như: toát mồ hôi khi nóng và co, run khi lạnh.

Trang 1


Tìm hiểu về các thiết bị đo nhịp tim, thân nhiệt hiện nay

1.2.2. Cơ sở lý thuyết về phương pháp đo
Đo nhiệt độ bằng phương pháp không tiếp xúc

- Với sự phát triển của khoa học kỹ thuật ngày nay, có rất nhiều phương pháp đo
nhiệt độ nói chung và nhiệt độ cơ thể người nói chung với nhiều phương pháp khác
nhau, ví dụ: đo bằng hồng ngoại, đo bằng tiếp xúc...
- Dựa vào đặc tính của con người, ở mỗi người, mỗi vùng trên cơ thể con người đều
phát xạ hồng ngoại khác nhau. Mỗi khi nhiệt độ trong người tăng cao thì đồng nghĩa
mức độ phát xạ hồng ngoại cũng tăng cao hơn. Trong thực tế đo nhiệt độ bằng
phương pháp không tiếp xúc đã được ứng dụng rộng rãi ở các nhà ga, sân bay nhằm
phát hiện ra các hành khách có thân nhiệt cao, sốt…nhằm có các biện pháp cách ly
điều trị tránh trường hợp đem theo nguồn gốc của bệnh vào vùng lãnh thổ mà họ
tới.

Hình 1.1. Nhiệt kế hồng ngoại

Trang 2


Tìm hiểu về các thiết bị đo nhịp tim, thân nhiệt hiện nay

Đo nhiệt độ bằng phương pháp tiếp xúc
Ở trong giới hạn khuôn khổ của đồ án tôi xin giới thiệu phương pháp đo nhiệt độ
bằng phương pháp đo tiếp xúc trực tiếp với cơ thể người, đây là cách đo phổ biến và
cũng như được biết đến như một phương pháp đo truyền thống. Ta dùng cảm biến
nhiệt độ LM35 để đo thân nhiệt, với độ chính xác 0,2 độ C (trong điều kiện không
khí tĩnh).
- Nhiệt kế điện tử: Ra đời tuy muộn hơn so với nhiệt kế thủy ngân, nhưng giờ đây
nhiệt kế điện tử đã dần thay thế nhiệt kế truyền thống, với sự tiện ích dễ sử dụng, độ
chính xác cao và thời gian đọc nhiệt độ nhanh.

Hình 1.2. Nhiệt kế điện tử

Trang 3


Tìm hiểu về các thiết bị đo nhịp tim, thân nhiệt hiện nay

1.3. Tìm hiểu về nhịp tim và các thiết bị đo
1.3.1. Tìm hiểu về tim của con người
1.3.1.1.

Định nghĩa và cấu tạo

Tim là bộ phận quan trọng trong hệ tuần hoàn của động vật, với chức vụ bơm đều
đặn để đẩy máu theo các động mạch và đem dưỡng khí và các chất dinh dưỡng đến
toàn bộ cơ thể; hút máu từ tĩnh mạch về tim sau đó đẩy máu đến phổi để trao đổi khí
CO2 lấy khí O2.

Hình 1.3: Cấu tạo tim người
1. Tâm nhĩ phải;
2. Tâm nhĩ trái;
4. Động mạch chủ;
5. Động mạch phổi;
7. Van hai lá;
8. Van động mạch chủ;
10. Tâm thất phải;
11. Tĩnh mạch chủ dưới;
13. Van động mạch phổi

3. Tĩnh mạch chủ trên;
6. Tĩnh mạch phổi;
9. Tâm thất trái;

12. Van ba lá;

Trang 4


Tìm hiểu về các thiết bị đo nhịp tim, thân nhiệt hiện nay

1.3.1.2.

Tìm hiểu về nhịp tim và các bệnh liên quan đến nhịp tim

Khái niệm: Nhịp tim là số nhịp đập của tim trên một đơn vị thời gian, thường được
tính là nhịp/phút. Nhịp tim có thể thay đổi theo nhu cầu hấp thụ Oxi và bài tiết CO2
của cơ thể, ví dụ như lúc tập thể dục và lúc ngủ.
- Bảng thông số đánh giá nhịp tim người ở trạng thái nghỉ ngơi:

Bảng 1.1. Thông số đánh giá nhịp tim người ở trạng thái nghỉ ngơi

Các bệnh liên quan đến nhịp tim
* Nhịp tim bình thường
Đối với người độ tuổi từ 18 trở lên, nhịp tim bình thường khi nghỉ ngơi từ 60
đến 100 nhịp mỗi phút. Thông thường người càng khỏe mạnh, nhịp tim càng thấp.
Một vận động viên chuyên nghiệp khi ở chế độ xả hơi, nhịp tim của họ chỉ khoảng
40 nhịp một phút. Ví như nhà vô địch đua xe đạp Lance Armstrong, nhịp tim bình
thường của anh là 32 nhịp mỗi phút.
Theo cơ quan y tế quốc gia vương quốc Anh, dưới đây là tiêu chuẩn nhịp tim
lý tưởng của từng lứa tuổi: Bé sơ sinh: 120-160 nhịp / phút; Bé có tuổi từ 1 tháng 12 tháng: 80-140 nhịp / phút; Trẻ từ 1 đến 2 năm: 80-130 nhịp / phút; Trẻ từ 2 đến 6
tuổi: 75-120 nhịp / phút; Trẻ từ 7 đến 12 tuổi: 75-110 nhịp / phút; Người lớn từ 18
tuổi trở lên: 60-100 nhịp / phút; Vận động viên: 40-60 nhịp / phút.
Trang 5

Tìm hiểu về các thiết bị đo nhịp tim, thân nhiệt hiện nay

Nhịp tim của chúng ta có thể bị ảnh hưởng bởi một số yếu tố, chẳng hạn như: Mức
độ hoạt động thể chất vào thời điểm đó; Tình trạng sức khỏe; Nhiệt độ môi trường
xung quanh; Tư thế (đứng, ngồi, nằm); Trạng thái tinh thần hoặc cảm xúc (ví như
sự phấn khích, giận dữ, sợ hãi, lo lắng, và các yếu tố khác đều có thể làm tăng nhịp
tim); ảnh hưởng của một số loại thuốc…
*Nhịp tim chậm
Có được nhịp tim bình thường là điều ai cũng mong muốn. Nhưng có những
người mắc hội chứng nhịp tim chậm, cụ thể là dưới 60 nhịp mỗi phút đối với người
không phải là vận động viên. Bình thường, nếu nhịp tim chậm không gây triệu
chứng không cần điều trị nhưng một khi gặp phải triệu chứng nặng (hay ngất) thì
cần phải dùng thuốc, thậm chí bệnh nhân cần được cấy máy tạo nhịp tim vĩnh viễn.
Trường hợp xấu nhất khi nhịp tim quá chậm (dưới 30 lần/ phút), ôxy não bị thiếu
trầm trọng dẫn tới ngất, nếu các biện pháp làm tăng nhịp tim không được thực hiện
kịp thời có thể dẫn đến tử vong.
*Nhịp tim nhanh
Trong khi đó, lại có người gặp hội chứng nhịp tim nhanh, lúc nghỉ ngơi mà
người lớn tim đập hơn 100 nhịp mỗi phút. Khi tim đập nhanh, nó sẽ bơm máu kém
hiệu quả và lưu lượng máu được cung cấp sẽ ít hơn so với các phần còn lại của cơ
thể, bao gồm cả chính trái tim. Nhịp tim tăng cũng dẫn đến nhu cầu ôxy cần cho cơ
tim cao hơn, việc này có thể dẫn đến thiếu máu cục bộ, xấu hơn là một cơn nhồi
máu cơ tim.
*Rối loạn nhịp tim
Không chỉ có 2 dạng nhịp tim bất thường đó, rất nhiều người bị rối loạn nhịp
tim, tim đập lúc nhanh, lúc chậm, nhịp tim non, loạn nhịp… Vì thế, nếu thấy khó
thở, chóng mặt, đau thắt ngực… cùng với nhịp tim bất thường, cần sớm xét nghiệm
và chẩn đoán để ngăn ngừa biến chứng.

Trang 6


Tìm hiểu về các thiết bị đo nhịp tim, thân nhiệt hiện nay

1.3.2. Đo nhịp tim bằng phương pháp hấp thụ quang học
* Cơ sở lý thuyết:
- Khi tim đập, máu sẽ được dồn đi khắp cơ thể qua động mạch, tạo ra sự thay đổi về
áp suất trên thành động mạch và lượng máu chảy qua động mạch. Vì vậy, ta có thể
đo nhịp tim bằng cách đo những sự thay đổi đó.

Hình 1.4. Dạng tín hiệu nhịp tim

- Khi lượng máu trong thành động mạch thay đổi sẽ làm thay đổi mức độ hấp thụ
ánh sáng của động mạch, do đó khi một tia sáng được truyền qua động mạch thì
cường độ ánh sáng sau khi truyền qua sẽ biến thiên đồng bộ với nhịp tim.
- Khi tim giãn ra, lượng máu qua động mạch nhỏ nên hấp thụ ít ánh sáng, ánh sáng
sau khi truyền qua động mạch có cường độ lớn, ngược lại khi tim co vào, lượng
máu qua động mạch lớn hơn, ánh sáng sau khi truyền qua động mạch sẽ có cường
độ nhỏ hơn.

Hình 1.5. Sự hấp thụ ánh sáng của động mạch khi truyền qua ngón tay

Trang 7


Tìm hiểu về các thiết bị đo nhịp tim, thân nhiệt hiện nay

- Ánh sáng sau khi truyền qua ngón tay gồm 2 thành phần: DC và AC.

+ Thành phần DC đặc trưng cho cường độ ánh sáng cố định truyền qua mô, xương
và tĩnh mạch.
+ Thành phần AC đặc trưng cho cường độ ánh sáng thay đổi khi lượng máu thay
đổi truyền qua động mạch, tần số của tín hiệu này đồng bộ với tần số nhịp tim.
=> Nếu ta lọc bỏ thành phần DC sẽ thu được tín hiệu AC đồng bộ với tín hiệu nhịp
tim.
* Vị trí đặt cảm biến:
+ Yêu cầu:
- Phải đặt nguồn phát và nguồn thu để thu được kết quả tốt nhất.
- Vị trí dễ dàng đặt cảm biến, khoảng cách thu phát không quá gần cũng không quá
xa.
=> Chọn ngón tay là nơi đặt cảm biến.

Hình 1.6. Vị trí đặt cảm biến

Trang 8


Tìm hiểu về các thiết bị đo nhịp tim, thân nhiệt hiện nay

1.3.3. Các thiết bị đo nhịp tim hiện nay
1.3.3.1. Đồng hồ đo nhịp tim HRM-M10

Hình 1.7. Thiết bị đo nhịp tim cầm tay
Đồng hồ đo nhịp tim HRM-M10 là thiết bị theo dõi nhịp tim với dây đeo ngực rất
thiết thực cho những người ưa vận động, có thể được sử dụng như dụng cụ hỗ trợ
tập thể thao, các công cụ khuyến khích, phân tích dữ liệu và là thiết bị an
toàn. Đồng hồ đo nhịp tim HRM-M10 sẽ cho bạn biết tim bạn đang làm việc trong
nhịp đập mỗi phút và tỷ lệ phần trăm của nhịp tim tối đa của bạn khi tập thể thao để
đảm bảo rằng bạn đang tập thể dục trong phạm vi nhịp tim cho phép.

Chức năng:
- Đo nhịp tim, chiều dài của phiên tập luyện
- Đo lượng calories bị đốt cháy
- Đo nhịp tim tối đa và tối thiểu trong phiên tập luyện
- Tỉ lệ phần trăm của nhịp tim tối đa, nhịp tim trung bình trong buổi tập thể dục, thời
gian và ngày tháng..
- Với chỉ số đèn LED trên đồng hồ, đi kèm với các chức năng tiện dụng
- Hoàn toàn có thể chịu được nước nên có thể sử dụng khi bơi lội
- Có chế độ đồng hồ bấm giờ, đồng hồ báo thức

Trang 9


Tìm hiểu về các thiết bị đo nhịp tim, thân nhiệt hiện nay

- Hiển thị ngày, giờ
- Tiết kiệm năng lượng
- Có bộ nhớ lưu dữ liệu cá nhân
- Có âm báo và đèn hiển thị khi nhịp tim vượt hoặc thấp hơn vùng cân đối
Chức năng đèn Led:
- Đỏ: “chậm lại” - nhịp tim vượt quá vùng mục tiêu cho phép.
- Xanh: “tập luyện tốt” - bạn đang kiểm soát đúng nhịp tim của mình.
- Vàng: “cố lên” - chỉ một bước nữa sẽ đến đích.

1.3.3.2.

Thiết bị đo nồng độ oxi trong máu và nhịp tim MAX-108

Hình 1.8. Thiết bị đo nồng độ oxi trong máu và đo nhịp tim
Max-108 là thiết bị được dùng để đo độ bão hoà oxy trong máu kết hợp đo nhịp tim

thông qua đầu ngón tay. Sản phẩm được ứng dụng công nghệ cảm biến quang
học đo độ hấp thụ quang tại hai bước sóng 660nm và 940nm để tính độ bão hoà
hemoglobin, cho độ chính xác cao hơn.

Trang 10


Tìm hiểu về các thiết bị đo nhịp tim, thân nhiệt hiện nay

Đặc điểm:
- Màn hình hiển thị: LED
- Dải đo SpO2: 35 – 99%
- Dải đo nhịp tim: 35 – 235BPM
- Đèn báo pin yếu
- Pin chuẩn: 02 pin AAA 1.5V
- Điện năng tiêu thụ: ít hơn 40mA
- Độ phân giải: ±1% với SpO2 và ±1BPM với nhịp tim
- Sai số đo SpO2: 80 - 99%, ±2%; 70 – 80%, ±3%; ≤70%, không rõ ràng.
- Sai số đo nhịp tim: 30 – 235BPM, ±2%
- Kiểm tra độ nhạy: tự động khuếch đại khi phát hiện biên độ tín hiệu thu được
không đủ
- Lọc nhiễu ánh sáng ngoài - Tự động tắt nguồn sau 8s không sử dụng.
1.4. Kết luận chương
- Đặc điểm chung của các thiết bị điện tử y sinh:
* Có các thiết bị đầu vào cảm biến như:
+ Cảm biến hồng ngoại, đo nhiệt độ trong nhiệt kế
+ Cảm biến áp suất trong đo huyết áp
+ Cảm biến đo nồng độ oxi trong máy đo nồng độ oxi bão hòa
+ Cảm biến đo nồng độ cồn trong thiết bị đo nồng đồ cồn…
*Có thiết bị lọc nhiễu và khối khuếch đại.

Không giống như những lĩnh vực điện tử công nghiệp hay điện tử ứng dụng trong
gia dụng và truyền thông. Điện tử y sinh có đặc thù riêng của mình. Con người tùy
thuộc vào lứa tuổi, giới tính, tình trạng sức khỏe mà có sự khác nhau về tín hiệu đầu
vào. Hơn nữa, để thật sự giúp ích phục vụ trong quá trình chuẩn đoán bệnh cũng
như điều trị thì các thiệt bị điện tử y sinh đòi hỏi phải có độ chính xác cao, an toàn
cho người sử dụng.
* Thiết bị xử lý tín hiệu:

Trang 11


Tìm hiểu về các thiết bị đo nhịp tim, thân nhiệt hiện nay

Tùy thuộc vào các mục đích đo khác nhau trong lĩnh vực y sinh mà có nhiều cách
thức xử lý tín hiệu khác nhau nhưng tất cả đòi hỏi độ chính xác cao, an toàn và tin
cậy.
*Thiết bị hiển thị: hiển thị kết quả
*Thiết bị báo động: giúp báo động đến bác sỹ hoặc người nhà khi có sự cố xảy ra
đối với bệnh nhân
*Thiết bị giao tiếp: giúp dễ dàng hơn trong quá trình lưu trữ thông tin, kết quả cũng
như tiện lợi trong việc khám chữa bệnh.
Qua giới thiệu về chương một, chúng ta đã thấy rõ tầm quan trọng cũng như tính
thiết thực của các thiết bị điện tử trong lĩnh vực y học.
Ở chương sau tôi xin tiếp tục giới thiệu tiếp ứng dụng trong y học đời sống.

Trang 12


Thiết kế, tính toán thiết bị đo nhịp tim và thân nhiệt

CHƯƠNG 2
THIẾT KẾ, TÍNH TOÁN THIẾT BỊ ĐO NHỊP TIM VÀ THÂN NHIỆT

2.1. Giới thiệu chương
Từ lý thuyết về nhịp tim và thân nhiệt cơ thể con người đã được tìm hiểu ở Chương
1, cùng với những sản phẩm thương mại đã được ứng dụng bày bán trên thị trường,
ở chương này chúng ta tiếp tục tìm hiểu về nguyên lý thiết kế để có được sản phẩm
thực tế tương tự.
Sản phẩm yêu cầu trong đồ án được đưa ra của mình cũng phải có những yêu cầu
chức năng tương tự như những sản phẩm đã được bày bán trên thị trường như:
+ Có chức năng đo chính xác nhịp tim và thân nhiệt cơ thể
+ Có chức năng hiển thị kết quả, dễ đọc, dễ hiểu
+ Có cách sử dụng dễ dàng, thân thiện với người sử dụng
+ An toàn, hiệu quả và tiện lợi
+ Ngoài ra trong đồ án của tôi, sản phẩm có khả năng chuyển phát dữ liệu đến bác
sỹ hoặc người nhà của bệnh nhân qua hệ thống GMS, với chức năng giám sát sức
khỏe từ xa có thể khiến người nhà hoặc bệnh nhân yên tâm hơn khi sẽ có được sự
hướng dẫn kịp thời của các bác sỹ khi có sự cố xảy ra để có thể có hướng giải quyết
tối ưu nhất.

Trang 13


Thiết kế, tính toán thiết bị đo nhịp tim và thân nhiệt

2.2.

Sơ đồ khối và mạch nguyên lý tổng quan

Khối giao tiếp

Khối truyền phát
dữ liệu(GMS)

Khối hiển thị
Khối báo động

Khối xử lý
trung tâm

Khối lọc và
khuếch đại
Khối mô phỏng

Khối cảm
biến nhịp tim

Khối đo nhiệt độ

Khối nguồn

Hình 2.1. Sơ đồ khối tổng quan

Trang 14


Thiết kế, tính toán thiết bị đo nhịp tim và thân nhiệt

Hình 2.2a. Sơ đồ mạch tổng quan

Trang 15

Thiết kế, tính toán thiết bị đo nhịp tim và thân nhiệt

Hình 2.2b. Sơ đồ mạch tổng quan

Trang 16


Thiết kế, tính toán thiết bị đo nhịp tim và thân nhiệt

2.3. Chức năng, thiết kế và tính toán cho từng khối
2.3.1. Khối cảm biến nhịp tim
* Là bộ phận cảm biến đầu vào, nhiệm vụ thu nhận sai lệch tín hiệu nhỏ (cỡ
vài mV) để đưa đến khối khuếch đại ở tầng sau.
* Đặc điểm của thu phát hồng ngoại là ít bị nhiễu, tín hiệu thu phát tốt hơn so với
dùng led siêu sáng. Giá thành rẻ, dễ mua, dễ sử dụng.
- Led phát: chọn led phát hồng ngoại 5mm.
- Led thu: photo diode 5mm.
* Cấu tạo: khối gồm 1 led phát hồng ngoại và 1 led thu hồng ngoại, với sơ đồ đấu
nối như sau:

Hình 2.3. Sơ đồ mạch khối cảm biến
* Tính toán linh kiện:
- Chọn Vcc = 5v
- Chọn dòng phân cực cho led = 20mA
- Điện áp rơi trên D21 là 2,5V
- Điện áp trên R21: VR11= Vcc-VD21
= 5- 2,5 =2,5 V


R21=VR21/IR21 = 2,5/ (20 * 10^-3) = 125Ω

Trang 17


Thiết kế, tính toán thiết bị đo nhịp tim và thân nhiệt

Chọn R21= 150 Ω
Led thu hồng ngoại thực chất là 1 BJT để hở cực B.
+ Chọn điện áp Vcontrol = 5V
VR22 = Vcontrol - VCE/Q1
= 5 – 0.2 = 4.8V


R22 = VR22 /IR22 = 4,8 / (10.10^-3/75) = 36 k Ω

Chọn R22 = 33 kΩ

2.3.2.

Khối khuếch đại và lọc nhiễu tín hiệu

* Khối khuếch đại tín hiệu nhằm khuếch đại tín hiệu lên nhiều lần đủ lớn để đưa
vào vi điều khiển xử lý. Ngoài khuếch đại tín hiệu, khối còn có nhiệm vụ lọc nhiễu,
cắt tần số ở dải tín hiệu mong muốn.
* Đặc điểm: ta sẽ khuếch đại dùng opamp, với opamp có nhiều bộ khuếch đại bên
trong. Với những yêu cầu trên ta chọn linh kiện: LM324, với những ưu điểm: dễ
mua, giá thành rẻ, có 4 opamp ở bên trong, nguồn nuôi là nguồn đơn dễ ứng dụng.

Trang 18


Thiết kế, tính toán thiết bị đo nhịp tim và thân nhiệt

* Sơ đồ mạch như hình sau:

Hình 2.4. Sơ đồ mạch khối lọc và khuếch đại
* Tính chọn linh kiện:
- Để khuếch đại lên nhiều lần ta sử dụng các bộ khuếch đại. Ta mắc các opamp nối
tiếp nhau.
- Sử dụng 2 bộ lọc RC để khuếch đại và lọc tín hiệu và 1 bộ đệm để ổn định tín
hiệu và nâng dòng.
+ Nhịp tim con người ở trạng thái bình thường từ 60 – 100 nhịp. Tuy nhiên với các
vận động viên thì nhịp tim từ 40- 60 nhịp, đối với những người có bệnh về tim
mạch thì nhịp tim dao động từ 40- 160 nhịp.
Do vậy ta thiết kế bộ lọc có thể đo được tần số
40/60 < f tim < 160/60
 0,7 < ftim < 2,67 hz
+ (R23, C21) tạo thành bộ lọc thông cao với tần số cắt f1 = 0,7 hz
F1 =

= 0,7 hz

Trang 19


Thiết kế, tính toán thiết bị đo nhịp tim và thân nhiệt

 R3*C1 =0,23

Chọn C21 = 4,7 uF suy ra R23 = 48 K
Chọn R23 = 47K
+ (R25, C22) tạo thành bộ lọc thông thấp với tần số cắt f2 = 2,67 hz
F2=
R25*C22 =

= 2,6 hz
= 0,061

Chọn C22= 100nF suy ra R25= 680K
Vì tín hiệu vào ở đầu vào cảm biến là rất nhỏ, cỡ vài mV nên ta cần có một bộ
khuếch đại đủ lớn để vi điều khiển có thể xử lý được.
+ Chọn hệ số khuếch đại của tầng khuếch đại opamp là 101 lần
K1 =

+1 = 101 lần

Suy ra R25 = 100 R24
Chọn R24 = 6,8 k suy ra R25 = 680k
- Sử dụng tầng khuếch đại OPAMP2 tương tự.
Vậy hệ số khuếch đại của 2 tầng khuếch đại sẽ là tích của mỗi tầng.
K=K1 * K2 = 101 * 101 = 10201 lần.
Để thuận tiện cho việc quan sát được nhịp tim cũng như trong vấn đề kiểm tra ta
thiết kế thêm mạch nhận biết tín hiệu nhịp tim trước khi đưa vào vi điều khiển nhờ
vào một led phát sáng thông thường.
Ta có tín hiệu ra xấp xỉ bằng Vcc= 5V
chọn dòng phân cực cho led là 10mA, áp rơi trên led là 1.7V
Suy ra: R29 =

=

= 330 Ω

Vậy ta chọn R10 = 330 Ω để phân cực cho Led D1.

Trang 20


Thiết kế, tính toán thiết bị đo nhịp tim và thân nhiệt

2.3.3. Khối hiển thị LCD
* Chọn LCD hiển thị kết quả:

Hình 2.5. Hình ảnh LCD

Hình 2.6. Sơ đồ mạch đấu nối thực tế
 Chọn LCD loại 16x2
Đặc điểm:
- Là loại LCD dễ kiếm
- Dễ sử dụng

Trang 21