đồ án tốt nghiệp ỨNG DỤNG INTERNET TRONG VIỆC THEO DÕI SỨC KHỎE BỆNH NHÂN TIM MẠCH

Ngành: Kỹ thuật máy tính

Khoa: Điện tử viễn thông

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA
KHOA ĐIỆN TỬ-VIỄN THÔNG

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
Đề tài:

ỨNG DỤNG INTERNET TRONG VIỆC
THEO DÕI SỨC KHỎE BỆNH NHÂN TIM MẠCH

`

Người thực hiện: Hồ Sỹ Kiên
Lớp: 10DT3
Người hướng dẫn: TS Ngô Minh Trí

Đà nẵng – 2016


Ngành: Kỹ thuật máy tính

Khoa: Điện tử viễn thông

PHẦN MỞ ĐẦU
Phần này trình bày ý tưởng, nội dung, phương pháp nghiên cứu và kết quả đạt được
của đồ án xuất phát từ các nhu cầu thực tiễn trong cuộc sống.
Việt Nam đang bước vào giai đoạn già hóa dân số với những thách thức lớn. Số người
cao tuổi tăng nhanh đòi hỏi sự chăm sóc cả về thể xác lẫn tinh thần. Hơn nữa, xu

hướng bệnh tật thế giới cũng như Việt Nam đang thay đổi. Nếu trước đây những bệnh
cấp tính lây nhiễm như dịch hạch, sốt rét, nhiễm khuẩn các loại hay gặp thì hiện nay
các bệnh không lây nhiễm như bệnh tim mạch, đái tháo đường, ung thư ngày càng
nhiều. Theo số liệu của Bộ Y tế công bố năm 2012, tỷ lệ người cao tuổi có sức khỏe tốt
chỉ chiếm khoảng 5%. 95% còn lại mắc các bệnh khác, trong đó bệnh tăng huyết áp
chiếm gần 40%. Cũng theo một thống kê khác của Bộ Y Tế Việt Nam, tỷ lệ mắc và
chết do bệnh lý không lây nhiễm năm 1976 lần lượt là 43%, 45% thì đến năm 2003 các
tỷ lệ này là 61%, 59%. (1)
Vì vậy, việc giám sát sức khỏe, đưa ra những cảnh báo kịp thời có ý nghĩa vô cùng to
lớn.
Trên cơ sở đó, ý tưởng thiết kế một hệ thống để theo dõi và đưa ra cảnh báo về tình
trạng sức khỏe của bệnh nhân tim mạch đã được nhóm hình thành. Đối tượng mà hệ
thống này hướng đến là bệnh nhân tim mạch cần được theo dõi tình trạng hoạt động
của tim một cách sát sao.
Bệnh tim mạch là một nhóm bệnh mãn tính gồm có các bệnh sau: tăng huyết áp, suy
tim, bệnh tim thiếu máu cục bộ, bệnh mạch máu não…Điểm nổi bật trong phương
pháp điều trị bệnh mãn tính là áp dụng những chế độ kiểm soát bệnh lâu dài, kết hợp
chặt chẽ giữa thầy thuốc và người bệnh trong việc áp dụng các chế độ điều trị: theo dõi
bệnh, chế độ sinh hoạt, tập luyện, điều chỉnh thuốc. Chính vì vậy, nhóm chúng em đã
nghĩ đến việc đưa ứng dụng của internet vào hệ thống nhằm mục đích giúp bác sĩ theo
dõi bệnh nhân được thuận tiện hơn.

SVTH: Hồ Sỹ Kiên

Trang 2


Ngành: Kỹ thuật máy tính

Khoa: Điện tử viễn thông

LỜI CAM ĐOAN
Em xin cam đoan nội dung của đồ án “Ứng dụng internet trong việc theo dõi sức khỏe
bệnh nhân tim mạch” không phải là bản sao chép của bất cứ đồ án hoặc công trình đã
có từ trước.
Sinh viên thực hiện

Hồ Sỹ Kiên

PHÂN CHIA CÔNG VIỆC

SVTH: Hồ Sỹ Kiên

Trang 3


Ngành: Kỹ thuật máy tính
Thành viên
Nguyễn Trí Bằng

Khoa: Điện tử viễn thông

Nội dung công việc
- Thiết kế thiết bị đo nhịp tim
- Thiết kế giao diện website, tìm hiểu ngôn
ngữ HTML và CSS

Hồ Sỹ Kiên

-

Tìm hiểu giao thức truyền nhận dữ liệu giữa

-

Arduino và server
Làm việc với cơ sở dữ liệu, tìm hiểu ngôn
ngữ PHP và Javascript

SVTH: Hồ Sỹ Kiên

Trang 4


Ngành: Kỹ thuật máy tính

Khoa: Điện tử viễn thông

MỤC LỤC

SVTH: Hồ Sỹ Kiên

Trang 5


Ngành: Kỹ thuật máy tính

Khoa: Điện tử viễn thông

DANH MỤC HÌNH

SVTH: Hồ Sỹ Kiên

Trang 6


Ngành: Kỹ thuật máy tính

Khoa: Điện tử viễn thông

DANH MỤC SƠ ĐỒ

SVTH: Hồ Sỹ Kiên

Trang 7


Ngành: Kỹ thuật máy tính

Khoa: Điện tử viễn thông

DANH MỤC BẢNG

SVTH: Hồ Sỹ Kiên

Trang 8


Ngành: Kỹ thuật máy tính

Khoa: Điện tử viễn thông

DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT
Từ viết tắt
ADC
BPM
CSDL
CSS
EEPROM
HTML
HTTP
I2C
IBI
IDE
ISR
LAN
LCD
LED
MAC
MISO
MOSI
PHP
PWM
QS
SCK, SCL
SDA
SPI
SRAM
SS
SQL

TCP
TTL
UART
UDP
URL
URI
USB
SVTH: Hồ Sỹ Kiên

Nội dung
Analog to Digital Converter
Beats Per Minute
Cơ Sở Dữ Liệu
Cascading Style Sheets
Electrically Eraseble Programmable Read Only
Memory
HyperText Markup Language
HyperText Transfer Protocol

Inter-Integrated Circuit
Inter Beat Interval
Integrated Development Environment
Interrupt Service Routine
Local Area Connection
Liquid Crystal Display
Light Emitting Diode
Media Access Control
Master Input Slave Output
Master Ouput Slave Input
Hypertext Preprocessor

Pulse-width modulation
Quantified Self
Serial Clock
Serial Data
Serial Peripheral Interface
Static Random Access Memory
Slave Select
Structured Query Language
Transmission Control Protocol
Transistor-Transistor Logic
Universal Asynchronous Receiver – Transmitter
User Datagram Protocol
Uniform Resource Locator
Uniform Resource Identifier
Universal Serial Bus
Trang 9


Ngành: Kỹ thuật máy tính

SVTH: Hồ Sỹ Kiên

Khoa: Điện tử viễn thông

Trang 10


Ngành: Kỹ thuật máy tính

Khoa: Điện tử viễn thông

NỘI DUNG ĐỒ ÁN
Nội dung của đồ án này là cách thức xây dựng một hệ thống theo dõi sức khỏe trên nền
Internet of Things. Cụ thể, đồ án này sẽ trình bày các bước thiết kế một thiết bị đo nhịp
tim có kết nối với internet. Đồng thời, đồ án này cũng giới thiệu các giao thức truyền
nhận dữ liệu trong hệ thống cũng như các ngôn ngữ để lập trình một website phục vụ
cho việc theo dõi tình trạng sức khỏe của bệnh nhân.
Nhờ vào internet, mọi giao tiếp giữa bệnh nhân và bác sĩ trở nên khá dễ dàng. Thay vì
phải gặp trực tiếp để bác sĩ theo dõi diễn biến của tim mạch, bệnh nhân chỉ cần ở nhà
tự kiểm tra bằng máy đo nhịp tim. Dữ liệu đo đạc sau đó sẽ được gửi lên và lưu lại ở
server. Qua đó, bác sĩ có thể đưa ra các lời khuyên cho người bệnh một cách hợp lí
nhất. Ngoài ra, khi có biến cố thì thiết bị đo sẽ đưa ra cảnh báo trực tiếp đến bệnh nhân
hoặc bác sĩ.

TRÌNH BÀY ĐỒ ÁN
Nội dung đồ án gồm 4 chương:
Chương 1: Tổng quan về hệ thống
Chương 2: Thiết kế thiết bị đo tim mạch
Chương 3: Xây dựng hệ thống theo dõi ở server
Chương 4: Thiết kế và sử dụng website theo dõi bệnh nhân

PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
Phương pháp nghiên cứu của đồ án là tìm hiểu các tài liệu kĩ thuật liên quan đến các
thành phần trong hệ thống

SVTH: Hồ Sỹ Kiên

Trang 11

Ngành: Kỹ thuật máy tính

Khoa: Điện tử viễn thông

KẾT QUẢ ĐẠT ĐƯỢC
Sau quá trình nghiên cứu và thi công, nhóm em đã phát triển được hệ thống với những
kết quả đat được như sau:
•
•
•
•

Thiết bị đo nhịp tim hoạt động ổn định và cho kết quả tương đối chính xác.
Giao tiếp giữa thiết bị đo nhịp tim và server ổn định.
Cảnh báo kịp thời khi có biến cố xảy ra.
Thiết kế giao diện website dễ sử dụng, hiển thị dữ liệu trực quan, rõ ràng.

SVTH: Hồ Sỹ Kiên

Trang 12


Ngành: Kỹ thuật máy tính

Khoa: Điện tử viễn thông

CHƯƠNG 1:TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG
1.1 Giới thiệu chương
Chương này trình bày tổng quan về hệ thống. Hệ thống gồm hai phần chủ đạo: server –
nơi lưu trữ thông tin và là cầu nối giao tiếp giữa bác sĩ và người bệnh; và thiết bị kiểm

tra nhịp tim đặt tại nhà có giao tiếp qua internet.
1.2. Mô hình hệ thống trên nền IoT
Server
Thiết bị kiểm tra
tim mạch
Bệnh nhân tim mạch
Bác sĩ gia đình
Thiết bị giám sát
đầu cuối

TCP/IP

Hình 1.: Mô hình tổng quan của hệ thống

SVTH: Hồ Sỹ Kiên

Trang 13

TCP/IP


Ngành: Kỹ thuật máy tính

Khoa: Điện tử viễn thông

1.2.1 Bệnh nhân tim mạch
Hệ thống được thiết kế để phục vụ cho việc giám sát sức khỏe bệnh nhân tim mạch
được thuận tiện hơn. Những đối tượng bệnh nhân này cần được bác sĩ giám sát định kì,
đặc biệt là những bệnh nhân có triệu chứng về bệnh tim trong thời kì đầu.
Tùy theo tình trạng bệnh lí và yêu cầu từ phía bác sĩ, chu kì đo và kiểm tra sẽ thay đổi.

Có thể bệnh nhân sẽ phải đo nhịp tim của mình hàng giờ hoặc có thể sát sao hơn.
1.2.2 Thiết bị kiểm tra tim mạch
Chức năng của thiết bị là để đo và hiển thị nhịp tim của bệnh nhân lên màn hình, gửi
tin nhắn văn bản hoặc gọi điện đến người thân khi có biến cố.
Thiết bị gồm có các thành phần chính sau:
•
•
•
•
•
•

Arduino Uno R3
Ethernet shield kết nối internet
Cảm biến nhịp tim Pulse Sensor Amped
Màn hình hiển thị LCD 20 x 4
Module gọi điện, gửi tin nhắn: Sim900A
Còi cảnh báo

Để mang lại những kết quả đo tin cậy và chính xác thì bệnh nhân sẽ được hướng dẫn sử
dụng sản phẩm một cách kĩ càng. Đối với thiết bị này, bệnh nhân sẽ tiến hành đo nhịp
tim của mình bằng cách áp phần đầu của ngón tay (bất kì) vào mặt trên của cảm biến
trong một khoảng thời gian nhất định. Kết quả sẽ được hiển thị lên màn hình thiết bị
đo.
1.2.3 Thiết bị giám sát đầu cuối
Trên một giao diện website đã được thiết kế, bác sĩ có thể theo dõi, quan sát thông tin
trên thiết bị giám sát của mình. Thiết bị giám sát đầu cuối có thể là máy tính văn phòng
hoặc máy tính cá nhân.
1.2.4 Bác sĩ gia đình
Bệnh nhân cần được theo dõi sát sao bởi một bác sĩ giám sát nào đó. Bác sĩ sẽ được

cung cấp một tài khoản để đăng nhập và quản lí cơ sở dữ liệu. Từ những thông tin số

SVTH: Hồ Sỹ Kiên

Trang 14


Ngành: Kỹ thuật máy tính

Khoa: Điện tử viễn thông

liệu thu thập được, với trình độ chuyên môn của mình thì bác sĩ có thể đánh giá tình
trạng sức khỏe của bệnh nhân và đưa ra những điều chỉnh kịp thời. Với internet và thiết
bị giám sát của mình, bác sĩ có thể truy cập vào website để theo dõi thông tin tình trạng
sức khỏe của bệnh nhân ở mọi lúc mọi nơi.
1.2.5 Server
Server là nơi nơi lưu trữ dữ liệu về tất cả lịch sử bệnh án của bệnh nhân theo thời gian.
Ngoài ra server còn có chức năng quản lí quyền đăng nhập và truy cập dữ liệu từ phía
người dùng. Cả bệnh nhân và bác sĩ đều có thể truy cập vào website để theo dõi thông
tin dữ liệu của mình. Riêng phía bác sĩ sẽ được cấp thêm quyền truy cập vào cơ sở dữ
liệu.
Ở trong hệ thống này, server sẽ là cầu nối quan trọng giữa bệnh nhân và bác sĩ. Giao
thức truyền gừi dữ liệu được sử dụng trong hệ thống là TCP/IP. Chi tiết về TCP/IP sẽ
được trình bày ở chương sau.
1.3. Chức năng của hệ thống

Hình 1. : chức năng của hệ thống
Chức năng quan trọng đầu tiên của hệ thống là đo và hiển thị nhịp tim lên màn hình
LCD cỡ nhỏ. Thông tin sẽ được hiển thị như sau:
Khi bệnh nhân chưa đo: hiển thị các thông số đo của lần đo ngay trước đó.

SVTH: Hồ Sỹ Kiên

Trang 15


Ngành: Kỹ thuật máy tính

Khoa: Điện tử viễn thông

Khi đang tiến hành đo: hiển thị liên tục 10 giá trị tức thời (số nhịp đập trong 1 phút,
BPM) , số nhịp tim trung bình trong 1 phút, và giá trị lớn nhất, nhỏ nhất trong 10 giá trị
đó.
Một chức năng quan trọng khác của hệ thống đó là truyền dữ liệu đo được lên server,
dữ liệu được lưu lại thành một cơ sở dữ liệu theo ngày giờ đo, đồng thời hiển thị thông
số đo dưới dạng đồ thị lên trang web. Bác sĩ có thể theo dõi những thông tin này ở
màn hình thiết bị giám sát đầu cuối.
Ở phía người giám sát, hệ thống sẽ quản lí quyền đăng nhập vào cơ sở dữ liệu. Sau khi
đăng nhập vào hệ thống với tài khoản được cấp trước, bác sĩ có thể bắt đầu quá trình
theo dõi tình trạng tim mạch của bệnh nhân. Khi cần thiết, người giám sát có thể gửi
thông tin (lời khuyên, lời nhắn, lịch khám…) đến người bệnh. Thông tin sẽ được hiển
thị lên màn hình ở máy đo của bệnh nhân.
Ngoài ra, hệ thống còn được phát triển chức năng cảnh báo. Nó sẽ tự động cảnh báo
khi nhịp tim có diễn biến bất thường. Thiết bị kiểm tra nhịp tim sẽ gửi tin nhắn đến số
điện thoại cá nhân của bác sĩ, người than, đồng thời sẽ phát ra chuông cảnh báo.
1.4 Kết luận chương
Với việc phát triển hệ thống theo dõi sức khỏe từ xa thông qua internet, việc thăm
khám chữa bệnh đã trở nên thuận tiện hơn nhiều. Tuy nhiên phạm vi đối tượng mà hệ
thống này hướng đến còn hạn hẹp.
Dữ liệu gửi từ thiết bị kiểm tra tim mạch lên server là tương đối nhẹ trong khi giao

thức TCP/IP lại có các header dung lượng lớn dẫn đến tốn băng thông.

SVTH: Hồ Sỹ Kiên

Trang 16


Ngành: Kỹ thuật máy tính

Khoa: Điện tử viễn thông

CHƯƠNG 2: THIẾT KẾ THIẾT BỊ ĐO TIM MẠCH
2.1. Giới thiệu chương
Chương này sẽ trình bày các thông số kĩ thuật của từng thiết bị cũng như sơ đồ kết nối
các linh kiện trong thiết bị kiểm tra tim mạch.
2.2. Các thành phần chính trong hệ thống

Hình 2.: Sơ đồ khối các thành phần chính trong thiết bị kiểm tra tim mạch
2.2.1 Ethernet Shield

Hình 2.: module Ethernet Shield

SVTH: Hồ Sỹ Kiên

Trang 17


Ngành: Kỹ thuật máy tính

Khoa: Điện tử viễn thông

Arduino Ethernet Shield giúp kết nối bo Arduino với internet một cách nhanh chóng.
Chỉ cần cắm Arduino Ethernet Shield lên bo Arduino, kết nối nó vào mạng thông qua
một cáp RJ45 và thêm vài bước đơn giản là ta đã có thể kết nối với thế giới thông qua
internet.
Arduino Ethernet Shield được thiết kế dựa trên chip Wiznet W5100, hỗ trợ cả hai
chuẩn Ethernet là TCP và UDP. Nó sử dụng thư viện Ethernet có sẵn để kết nối với
internet thông qua một Jack RJ45.
Arduino Ethernet Shield có tích hợp khe cắm thẻ micro SD, có thể được sử dụng để mở
rộng bộ nhớ cho Arduino, lưu trữ các tập tin phục vụ qua mạng. Arduino Ethernet
Shield tương thích với Arduino Uno và Mega (sử dụng thư viện Ethernet có sẵn trong
Arduino IDE). Thư viện SD cũng có sẵn trong Arduino IDE.
Khai báo thư viện:
#include <Ethernet.h>

Lưu ý rằng vì W5100 và thẻ SD đều sử dụng SPI bus, nên chỉ có một trong hai có thể
được hoạt động tại một thời điểm. Nút reset trên Enthernet Shield hoạt động reset trên
cả sW5100 và board Arduino.
Enthernet Shield chứa một số đèn LED thông báo:
PWR: chỉ ra enthernet shield và board adruino uno đang hoạt động
LINK: chỉ ra sự hiện diện của một network link và nhấp nháy khi shield truyền tải
hoặc nhận dữ liệu.
FULLD: cho biết kết nối mạng là full duplex
RX: nhấp nháy khi Shield nhận dữ liệu
TX: nhấp nháy khi Shield gửi dữ liệu
COLL: nhấp nháy khi network collisions được phát hiện

SVTH: Hồ Sỹ Kiên

Trang 18

Ngành: Kỹ thuật máy tính

Khoa: Điện tử viễn thông

2.2.2 Arduino UNO R3

Hình 2.: Arduino uno R3
2.2.2.1 Vai trò trong hệ thống
Ở trong hệ thống này, Arduino UNO R3 có vai trò lấy dữ liệu từ cảm biến nhịp tim, xử
lí dữ liệu và giao tiếp với Ethernet Shield, qua đó giao tiếp với server.
2.2.2.2 Tìm hiểu tổng quan về Arduino
Arduino UNO có thể sử dụng 3 vi điều khiển họ 8bit AVR là ATmega8, ATmega168,
ATmega328. Bộ não này có thể xử lí những tác vụ đơn giản như điều khiển đèn LED
nhấp nháy, xử lí tín hiệu cho xe điều khiển từ xa, làm một trạm đo nhiệt độ, độ ẩm và
hiển thị lên màn hình LCD, hay những ứng dụng khác. Ở đây nhóm sử dụng vi điều
khiển ATmega328.
Arduino UNO có thể được cấp nguồn 5V thông qua cổng USB hoặc cấp nguồn ngoài
với điện áp khuyên dùng là 7-12V DC và giới hạn là 6-20V.
Vi điều khiển Atmega328 tiêu chuẩn cung cấp cho người dùng các chức năng sau:
•

32KB bộ nhớ Flash: những đoạn lệnh lập trình sẽ được lưu trữ trong bộ nhớ
Flash của vi điều khiển.

SVTH: Hồ Sỹ Kiên

Trang 19

Ngành: Kỹ thuật máy tính

•

Khoa: Điện tử viễn thông

2KB cho SRAM (Static Random Access Memory): giá trị các biến khai báo khi
lập trình sẽ lưu ở đây. Nếu khai báo càng nhiều biến thì càng cần nhiều bộ nhớ
RAM. Tuy vậy, thực sự thì cũng hiếm khi nào bộ nhớ RAM lại trở thành thứ

phải bận tâm. Khi mất điện, dữ liệu trên SRAM sẽ bị mất.
• 1KB cho EEPROM (Electrically Eraseble Programmable Read Only Memory):
đây giống như một chiếc ổ cứng mini – nơi đọc và ghi dữ liệu vào mà không
phải lo bị mất khi cắt điện giống như dữ liệu trên SRAM.
• Arduino UNO có 14 chân digital dùng để đọc hoặc xuất tín hiệu. Chúng chỉ có 2
mức điện áp là 0V và 5V với dòng vào/ra tối đa trên mỗi chân là 40mA. Ở mỗi
chân đều có các điện trở pull-up từ được cài đặt ngay trong vi điều khiển
ATmega328 (mặc định thì các điện trở này không được kết nối).
•

Một số chân digital có các chức năng đặc biệt như sau:

•

2 chân Serial: 0 (RX) và 1 (TX): dùng để gửi (transmit – TX) và nhận (receive –
RX) dữ liệu TTL Serial. Arduino Uno có thể giao tiếp với thiết bị khác thông

•

qua 2 chân này.
Chân PWM (~): 3, 5, 6, 9, 10, và 11: cho phép xuất ra xung PWM với độ phân
giải 8bit (giá trị từ 0 → 28-1 tương ứng với 0V → 5V) bằng hàm analogWrite().
Nói một cách đơn giản, ta có thể điều chỉnh được điện áp ra ở chân này từ mức

0V đến 5V thay vì chỉ cố định ở mức 0V và 5V như những chân khác.
• Chân giao tiếp SPI: 10 (SS), 11 (MOSI), 12 (MISO), 13 (SCK). Ngoài các chức
năng thông thường, 4 chân này còn dùng để truyền phát dữ liệu bằng giao thức
SPI với các thiết bị khác.
• LED 13: trên Arduino UNO có 1 đèn led màu cam (kí hiệu chữ L). Khi bấm nút
Reset sẽ thấy đèn này nhấp nháy để báo hiệu. Nó được nối với chân số 13. Khi
chân này được người dùng sử dụng, LED sẽ sáng.
•

Arduino UNO có 6 chân analog (A0 → A5) cung cấp độ phân giải tín hiệu 10bit
(0 → 210-1) để đọc giá trị điện áp trong khoảng 0V → 5V. Với chân AREF trên
board, ta có thể để đưa vào điện áp tham chiếu khi sử dụng các chân analog. Tức

SVTH: Hồ Sỹ Kiên

Trang 20


Ngành: Kỹ thuật máy tính

Khoa: Điện tử viễn thông

là nếu ta cấp điện áp 2.5V vào chân này thì đã có thể dùng các chân analog để
đo điện áp trong khoảng từ 0V → 2.5V với độ phân giải vẫn là 10bit.
Đặc biệt, Arduino UNO có 2 chân A4 (SDA) và A5 (SCL) hỗ trợ giao tiếp I2C/TWI

với các thiết bị khác.
2.2.2.3 Các chế độ hoạt động
Theo bảng Waveform Generation Mode bit, T/C2 có Normal Mode 0 và CTC mode 2.
Ở Normal Mode, chỉ cần set các bit CS20, CS21, CS22 trong thanh ghi TCCR2B để
chọn prescaler.
Ở CTC Mode: ngoài set các bit trong thanh ghi TCCR2B để chọn prescaler, cần set bit
WGM21 lên 1 bằng dòng: TCCR2A |= (1 << WGM21);
Cách set thanh ghi TIMSK2 tương tự như TIMSK1: OCIE2A (Output Compare
Interrupt Enable 2 Channel A), OCIE2B, TOIE2 (Timer Overflow Interrupt 2 Enable).

2.2.3 Cảm biến vật thể OMKQN E3F-DS10P2

Hình 2.: cảm biến vật thể OMKQM E3F-DS10P2
2.2.3.1 Vai trò
Cảm biến này thực ra có vai trò như một chuyển mạch. Nó được đặt phía dưới ngay
trước cảm biến nhịp tim. Vì thế, khi bệnh nhân đặt tay vào cảm biến cũng là lúc tác

SVTH: Hồ Sỹ Kiên

Trang 21


Ngành: Kỹ thuật máy tính

Khoa: Điện tử viễn thông

động để mạch chuyển sang trạng thái “ON” và hệ thống sẽ bắt đầu đo. Khi bệnh nhân
rút tay ra khỏi cảm biến thì hệ thống cũng sẽ ngừng đo.
2.2.3.2 Nguyên lí hoạt động
Đầu dò quang điện cảm biến chuyển E3F-DS10P2 DC có đường kính 18mm và khoảng

cách phát hiện tối đa 10 cm. Nó thuộc loại cảm biến 3 dây (Vcc, Gnd, Signal), đầu ra
PNP. Tức là, khi nó phát hiện thấy vật thể, ngõ ra sẽ ở mức 0; ngược lại cho ra mức 1.

Hình 2.: nguyên lý hoạt động của cảm biến vật thể
Nguyên lí làm việc của đầu dò này dựa vào hiện tượng phản xạ khuếch tán. Cảm biến
dạng này truyền ánh sáng từ bộ phát tới vật thể. Vật này sẽ phản xạ lại một phần ánh
sáng (phản xạ khuếch tán) ngược trở lại bộ thu của cảm biến, kích hoạt tín hiệu ra.
Nhược điểm của cảm biến loại này là phụ thuộc nhiều vào màu sắc, tính chất và kích
thước của bề mặt của vật thể. Tuy nhiên với mục đích sử dụng trong đồ án này thì đây
là một sự lựa chọn tương đối phù hợp.

2.2.4 Cảm biến nhịp tim Pulse Sensor
2.2.4.1 Giới thiệu
Pulse Sensor là một loại cảm biến đo nhịp tim được thiết kế dùng với Arduino. Bằng
cách kết nối cảm biến này với Arduino, nạp một chương trình đơn giản và đặt cảm biến
vào đầu ngón tay hoặc dái tai, bất cứ ai cũng có thể theo dõi nhịp tim của mình thông
qua ứng dụng theo dõi có sẵn.

SVTH: Hồ Sỹ Kiên

Trang 22


Ngành: Kỹ thuật máy tính

Khoa: Điện tử viễn thông

2.2.4.2 Nguyên lý hoạt động
Cảm biến nhịp tim hoạt động dựa vào nguyên lí của quang điện tử học. Đèn LED sẽ
chiếu ánh sáng vào bên trong ngón tay, dái tai, hoặc các mô có chức mạch máu khác.

Cảm biến sẽ đọc lượng ánh sáng quay ngược trở lại.

Hình 2.: nguyên lý hoạt động của cảm biến nhịp tim
Mạch sử dụng bộ cảm biến ánh sáng Avago (APDS-9008), và ánh sang phản chiếu lại
từ led siêu sáng xanh lá cây Kingbright (AM2520ZGC09). Ngoài ra còn có sử dụng bộ
lọc tích cực để làm các dạng sóng rõ hơn và dễ dàng cho Arduino xử lý.
Khi Pulse Sensor Amped không tiếp xúc với bất kỳ ngón tay (dái tai hoặc các bộ phận
khác) thì các tín hiệu analog dao động quanh điểm giữa của điện áp cung cấp, Vcc / 2.
Khi cảm biến tiếp xúc trực tiếp ngón tay hoặc dái tai, sự thay đổi trong ánh sáng phản
xạ khi máu bơm qua các mô làm cho các tín hiệu dao động xung quanh đó để tham
chiếu. Trong hình bên dưới đường ngang là Vcc / 2.

Hình 2.: tín hiệu cảm biến dao động khi gặp vật thể

SVTH: Hồ Sỹ Kiên

Trang 23


Ngành: Kỹ thuật máy tính

Khoa: Điện tử viễn thông

Arduino phát hiện tín hiệu analog từ cảm biến. Một xung được tìm thấy khi các tín
hiệu có giá trị tăng lên trên điểm giữa. Đó là thời điểm khi các mô mao mạch được
bơm máu khi tim đập tạo áp lực bơm máu. Sau đó, khi tín hiệu giảm xuống dưới điểm
giữa, Arduino sẽ tìm các xung kế tiếp.
Khi tim bơm máu đến các cơ quan, các tế bào trong cơ quan sẽ hấp thu lượng ánh sáng
mà LED phát ra nhiều hơn. Vì thế cảm biến sẽ nhận được lượng ánh sáng phản xạ lại ít
hơn. Điều này có nghĩa giá trị trở kháng của cảm biến quang tăng lên. Sự thay đổi các

giá trị trở kháng này được tính toán, chuyển đổi và khuếch đại thành các tín hiệu đủ lớn
nhờ op-amp rồi sau đó xử lí.
Vi điều khiển được lập trình xử lí các chương trình ngắt ngoài mỗi khi phát hiện xung
và đếm số xung mỗi phút. Giá trị tính được chính là số nhịp tim mỗi phút cần hiển
thị(Beat per Minute - BPM)
Mặt sau của cảm biến là các thành phần khác như tụ điện, biến trở, op amp…

Hình 2.: cảm biến nhịp tim
Dây đỏ kết nối với nguồn cung cấp từ +3V đến +5V. Dây đen nối với GND và dây tím
là dây tín hiệu.
Nếu để tay chạm vào 2 mặt sẽ làm ngắn mạch, đặc biệt là mặt sau. Ta cần bảo vệ mặt
sau bằng keo nến trong để có thể thu và xử lí tín hiệu một cách chính xác nhất. Khi đo
tuyệt đối không để mặt sau chạm vào bất cứ vật gì ẩm ướt hoặc có thể dẫn điện.

SVTH: Hồ Sỹ Kiên

Trang 24


Ngành: Kỹ thuật máy tính

Khoa: Điện tử viễn thông

Sơ đồ 2.: Sơ đồ mạch trong cảm biến nhịp tim Pulse Sensor Ampled (3)
2.2.4.3 Tìm hiểu chương trình ISR đo nhịp tim
2.2.4.3.1 Giới thiệu
Ánh sáng từ LED xanh lá cây được phản chiếu lại cảm biến thay đổi trong mỗi nhịp
xung. Nếu lượng ánh sáng mà cảm biến nhận được không đổi, giá trị tín hiệu sẽ duy trì
ở mức 512 (điểm giữa của phạm vi giá trị ADC). Nếu nhiều ánh sáng hơn thì tín hiệu
sẽ đi lên, và ngược lại, tín hiệu đi xuống.

Mục đích của chương trình này là tìm những nhịp tim tức thời và đo đạc khoảng thời
gian ở giữa các nhịp (Inter Beat Interval, IBI). Từ đó tính toán đưa ra số nhịp tim trong
một phút (Beat Per Minute, BPM)
2.2.4.3.2 Tìm hiểu chi tiết
Trước hết, việc chọn tần số lấy mẫu thích hợp để cho ra các kết quả đo tin cậy là vô
cùng quan trọng. Để làm điều này, nhà sản xuất đã chọn Timer2 8bit (2), đảm bảo việc
lấy mẫu với tần số 500Hz (độ phân giải thời gian 2mS mỗi nhịp). Việc cài đặt Timer2
sẽ tắt chức năng PWM output trên chân số 3 và 11 của Arduino.

SVTH: Hồ Sỹ Kiên

Trang 25