Xây dựng hệ thống điều khiển, giám sát phòng bệnh trên nền tảng android

Trần Đức Hoàng và Đtg

Tạp chí KHOA HỌC & CÔNG NGHỆ

189(13): 15 - 21

XÂY DỰNG HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN, GIÁM SÁT PHÒNG BỆNH
TRÊN NỀN TẢNG ANDROID
Trần Đức Hoàng*, Đoàn Mạnh Cường, Lê Hoàng Hiệp, Nguyễn Thị Dung
Trường Đại học Công nghệ thông tin và Truyền thông - ĐH Thái Nguyên

TÓM TẮT
Bài báo nhằm giới thiệu việc xây dựng một hệ thống phần mềm ứng dụng chạy trên nền tảng
Android sử dụng công nghệ truyền thông Bluetooth được thiết kế thông qua quá trình khảo sát, tìm
hiểu những yêu cầu trong thực tế như theo dõi hệ thống điều khiển ánh sáng, hệ thống điều hòa
không khí, hệ thống cảnh báo cháy nổ đối với phòng điều trị bệnh cho bệnh nhân tại các cơ sở y
tế. Hệ thống có khả năng tương tác, điều khiển phòng bệnh điều trị của bệnh nhân từ xa với những
chức năng như sau:
- Giám sát thông số về nhiệt độ, độ ẩm, cảm biến khói (khí) trong phòng bệnh.
- Tự động gửi cảnh báo tới bác sỹ trong trường hợp các thông số nằm ngoài ngưỡng cho phép.
- Điều khiển thiết bị điện sử dụng trong phòng như: đèn, quạt...
- Gửi yêu cầu chăm sóc điều trị tới số điện thoại của bác sỹ.
Từ khóa: Ứng dụng điều khiển từ xa, Điều khiển thiết bị trên Android, Giám sát thông số trong
phòng bệnh, Hệ thống điều khiển trên nền Mobile

GIỚI THIỆU*
Nâng cao chất lượng khám và điều trị bệnh là
một trong những mục tiêu đã và đang được
các cơ sở y tế, bênh viện và cả các phòng
khám tư nhân quan tâm chú trọng. Trong đó
việc trang bị cho phòng điều trị những thiết

bị, công nghệ giúp bệnh nhân thuận tiện sử
dụng, kiểm soát được các yếu tố trong phòng
mà không làm ảnh hưởng tới bệnh nhân, từ đó
có một không gian thoải mái và giúp bệnh
nhân hồi phục nhanh, tốt hơn đang là một
mục tiêu hướng tới.
Ưu điểm của hệ thống thông minh này so với
các phương pháp thủ công truyền thống là
người sử dụng như bác sĩ điều trị, bệnh nhân
và người nhà bệnh nhân có thể giám sát và
điều khiển các thiết bị trong phòng từ xa, sau
khi biết được các thông số như nhiệt độ, độ
ẩm, khí gas tại phòng bằng điện thoại sử dụng
hệ điều hành android. Hệ thống cũng gửi các
thông số, những cảnh báo về số điện thoại của
bác sĩ điều trị hoặc người nhà bệnh nhân và
bệnh nhân trong trường hợp vượt mức yêu
cầu y tế cho phép. Từ đó có thể can thiệp kịp
thời để không làm ảnh hưởng tới bệnh nhân
trong quá trình điều trị [1],[2].
*

Tel: 0976 262145; Email:

ỨNG DỤNG CÔNG NGHỆ TRUYỀN
THÔNG KHÔNG DÂY BLUETOOTH KẾT
HỢP NỀN TẢNG ANDROID TRÊN
MOBILE TRONG XÂY DỰNG ỨNG DỤNG
Bluetooth là một công nghệ truyền thông không
dây cho phép các thiết bị điện, điện tử giao tiếp

với nhau bằng sóng vô tuyến qua băng tần
chung ISM (Industrial, Scientific, Medical).
Bluetooth được thiết kế nhằm mục đích thay
thế dây cable giữa máy tính và các thiết bị
truyền thông cá nhân, kết nối vô tuyến giữa
các thiết bị điện tử lại với nhau một cách
thuận lợi với giá thành rẻ.
Khi được kích hoạt, Bluetooth có thể tự động
định vị những thiết bị khác có chung công
nghệ trong vùng xung quanh và bắt đầu kết
nối với chúng. Nó được định hướng sử dụng
cho việc truyền dữ liệu lẫn tiếng nói.
Tầng giao thức Bluetooth Radio
Tầng Bluetooth Radio là tầng thấp nhất được
định nghĩa trong đặc tả Bluetooth. Nó định
nghĩa những yêu cầu cho bộ phận thu phát
sóng hoạt động ở tần số 2,4GHz ISM
(Industrial, Scientific, and Medical). Băng tần
ISM là băng tần không cần đăng kí được dành
riêng để dùng cho các thiết bị không dây
trong công nghiệp, khoa học và y tế. Nhờ giao
15


Trần Đức Hoàng và Đtg

Tạp chí KHOA HỌC & CÔNG NGHỆ

tiếp bằng sóng radio mà dữ liệu Bluetooth có
thể xuyên qua các vật thể rắn và phi kim.

189(13): 15 - 21

- Bluetooth được dùng trong giao tiếp dữ liệu
tiếng nói: có 3 kênh để truyền tiếng nói và 7
kênh để truyền dữ liệu trong một mạng cá nhân.
- An toàn và bảo mật được tích hợp với sự
xác nhận và mã hóa.
- Tính tương thích với thiết bị phần cứng cao.
Phát huy ưu điểm của hệ điều hành Android

Hình 1.Các tầng giao thức của Bluetooth

Sóng radio của Bluetooth được truyền đi bằng
cách nhảy tần số (Frequency Hopping), có
nghĩa là mọi gói tin (Packet) được truyền trên
những tần số khác nhau. Tốc độ nhảy nhanh
giúp tránh nhiễu tốt. Hầu hết các nước dùng
79 bước nhảy, mỗi bước nhảy cách nhau
1MHz, bắt đầu ở 2,402GHz và kết thúc ở
2,480GHz. Ở một vài nước, chẳng hạn như
Pháp, Nhật, phạm vi của dải băng tần này
được giảm đi còn 23 bước nhảy.
Các đặc điểm của công nghệ Bluetooth
- Tiêu thụ năng lượng thấp, cho phép ứng
dụng được trong nhiều loại thiết bị bao gồm
cả thiết bị cầm tay và điện thoại di động.
- Khoảng cách giao tiếp cho phép:
 Khoảng cách giữa hai thiết bị đầu cuối có thể
lên đến 10m ngoài trời và 5m trong tòa nhà.

 Khoảng cách thiết bị đầu cuối và Access
point có thể lên tới 100 m ngoài trời và 30 m
trong tòa nhà.
- Bluetooth sử dụng băng tần không đăng kí
2,4Ghz trên dãy băng tần IMS. Tốc độ truyền
dữ liệu có thể đạt tới mức tối đa 1Mbps (do
sử dụng tần số cao) mà các thiết bị không dây
cần phải thấy trực tiếp nhau.
- Dễ dàng trong việc phát triển ứng dụng:
Bluetooth kết nối một ứng dụng này với một
ứng dụng khác thông qua các chuẩn
“Bluetooth Profiles”, do đó có thể độc lập về
phần cứng cũng như hệ điều hành sử dụng.
16

Android là một hệ điều hành di động dựa trên
nền tảng Linux phiên bản 2.6 dành cho các
dòng điện thoại SmartPhone. Đầu tiên
Android được ra đời bởi công ty liên hợp
Android, sau đó được Google mua lại và phát
triển từ năm 2005 và trở thành một hệ điều
hành di động mã nguồn mở, miễn phí, mạnh
mẽ và được ưa chuộng cao trên thế giới.
Hệ điều hành android một hệ điều hành rất
mạnh, có khả năng bảo mật cao, hỗ trợ được
nhiều công nghệ tiên tiến như 3G, GPS,
EDGE, Wifi.. tương thích với nhiều phần
cứng, hỗ trợ nhiều loại bộ nhập dữ liệu như
Keyboard, Touch và Trackball. Android là hệ
điều hành di động nên có khả năng kết nối cao

với các mạng không dây. Hỗ trợ công nghệ
OpenGL nên có khả năng chơi các phương tiện
media, hoạt hình cũng như trình diễn các khả
năng đồ họa khác cực tốt, là tiền đề để phát
triển các ứng dụng có giao diện phức tạp chẳng
hạn như là các trò chơi [1], [2], [3].
PHÂN TÍCH THIẾT KẾ HỆ THỐNG
CHƯƠNG TRÌNH ỨNG DỤNG
Thiết kế hệ thống tập trung vào xây dựng mô
hình phòng bệnh thông minh để phục vụ bệnh
nhân trong quá trình khám chữa bệnh. Hệ
thống được điều khiển bởi điện thoại di động
của bệnh nhân thông qua công nghệ truyền
thông Bluetooth kết hợp nền tảng Android
trên mobile. Sau khi bật chương trình điều
khiển trên điện thoại di động, người dùng
phải nhập chuỗi mật khẩu để kết nối giữa điện
thoại và hệ thống xử lý trung tâm. Thông qua
giao diện chương trình, người dùng có thể
điều khiển các thiết bị điện trong phòng cũng
như giám sát một số thông số môi trường
trong phòng điều trị.


Trần Đức Hoàng và Đtg

Tạp chí KHOA HỌC & CÔNG NGHỆ

Việc sử dụng các tín hiệu không dây như
Bluetooth cho phép hệ thống được triển khai

và áp dụng linh hoạt vào thực tế. Vì vậy hệ
thống cho phép người dùng có thể tự do thiết
kế vị trí đặt các khối thành phần tùy theo thực
tế phòng bệnh. Tùy vào từng loại thiết bị RF
sử dụng, khoảng cách làm việc khả dụng của
hệ thống có thể dao động từ vài chục mét [4].

189(13): 15 - 21

o

Khối thu tín hiệu RF

o

Khối điều khiển thiết bị (đèn, quạt)

 Các khối cảm biến thông số môi trường:
o

Khối cảm biến nhiệt độ, độ ẩm

o

Khối cảm biến khói (cháy)

Hình 3. Sơ đồ khối thiết kế hệ thống

Trong đó, nhiệm vụ chức năng của các khối
như sau:

Hình 2. Sơ đồ ngữ cảnh hệ thống

Từ yêu cầu xây dựng mô hình hệ thống phòng
bệnh thông minh của bệnh nhân sẽ có những
tính năng cụ thể như sau:
- Giám sát thông số nhiệt độ, độ ẩm, cảm biến
khói trong trường hợp xảy ra hỏa hoạn.
- Tự động gửi cảnh báo tới bác sỹ trong
trường hợp các thông số nằm ngoài ngưỡng
cho phép.
- Điều khiển thiết bị điện từ xa sử dụng trong
phòng như: Đèn, quạt...
- Gửi yêu cầu chăm sóc điều trị tới số điện
thoại của bác sỹ.
Sơ đồ khối hệ thống
Sơ đồ khối hệ thống gồm những khối thành
phần như sau:
 Giao diện chương trình điều khiển trên
điện thoại di động
 Trung tâm điều khiển:
o

Khối thu tín hiệu Bluetooth

o

Khối xử lý trung tâm

o

Khối phát tín hiệu RF

 Các khối điều khiển thiết bị:

 Giao diện chương trình điều khiển trên
điện thoại di động: Được thiết kế trên nền
tảng Android. Giao diện chương trình thân
thiện, dễ dàng sử dụng.
 Trung tâm điều khiển:
- Khối thu tín hiệu Bluetooth: Làm nhiệm vụ
thu nhận tín hiệu điều khiển từ điện thoại
người dùng.
- Khối xử lý trung tâm: Thu nhận và giải mã
tín hiệu điều khiển Bluetooth từ điện thoại,
sau đó gửi tín hiệu điều khiển đến khối chấp
hành thông qua khối phát RF; Khối xử lý
trung tâm cũng có nhiệm vụ thu thập thông số
môi trường, phát hiện khói khi có hỏa hoạn và
gửi cảnh báo đến người dùng.
- Khối phát tín hiệu RF: Truyền tín hiệu RF
đến các khối điều khiển thiết bị độc lập.
 Các khối điều khiển thiết bị: Gồm 02 thiết
bị độc lập.
- Khối thu tín hiệu RF: Làm nhiệm vụ thu
nhận tín hiệu điều khiển các thiết bị từ trung
tâm điều khiển.
- Khối điều khiển thiết bị: Sử dụng vi điều
khiển làm nhiệm vụ giải mã tín hiệu RF. Sau
đó gửi tín hiệu điều khiển bật/tắt thiết bị đèn,

quạt tương ứng.
17


Trần Đức Hoàng và Đtg

Tạp chí KHOA HỌC & CÔNG NGHỆ

189(13): 15 - 21

 Các khối cảm biến thông số môi trường:
- Khối cảm biến nhiệt độ, độ ẩm: Thu thập
thông số nhiệt độ, độ ẩm gửi về trung tâm
điều khiển và hiển thị trên thiết bị điện thoại
di động người dùng.
- Khối cảm biến khói (cháy): Thu thập thông
số nồng độ khí và gửi về trung tâm điều khiển
và được hiển thị trên thiết bị điện thoại di
động người dùng.
XÂY DỰNG CHƯƠNG TRÌNH MÔ PHỎNG

Hình 5. Lưu đồ thuật toán thu thập thông số môi trường

Lưu đồ thuật toán kết nối Bluetooth

Khi hệ thống hoạt động, những thông số môi
trường như nhiệt độ, độ ẩm sẽ được gửi về
trung tâm điều khiển. Nếu những thông số
này nằm trong ngưỡng cho phép, kết quả sẽ
được hiển thị trên giao diện điện thoại người

dùng. Trong trường hợp thông số nằm ngoài
ngưỡng cho phép, ngoài việc hiển thị kết quả
thì thiết bị sẽ gửi thông tin cảnh báo đến
người dùng [4],[5].
Lưu đồ thuật toán chương trình điều khiển
thiết bị

Hình 4. Lưu đồ thuật toán hệ thống

Khi kích hoạt hệ thống, quá trình kết nối giữa
điện thoại và hệ thống thông qua Bluetooth sẽ
được thực hiện. Khối kiểm tra mật khẩu sẽ
kiểm tra mật khẩu để kết nối hệ thống. Nếu
nhập sai mật khẩu, kết nối Bluetooth sẽ không
được thực hiện và quá trình này phải thực
hiện lại từ đầu.
Nếu cú pháp đúng, người dùng sẽ tiếp tục
thao tác trên giao diện chương trình để thực
hiện các chức năng như: Hiển thị thông số
môi trường, điều khiển thiết bị...
Lưu đồ thuật toán chương trình thu thập
thông số môi trường
18

Hình 6. Lưu đồ thuật toán chương trình con điều
khiển thiết bị

Sau khi module thu RF nhận tín hiệu điều
khiển sẽ được vi điều khiển tiến hành giải mã
tín hiệu điều khiển. Lúc này mã điều khiển sẽ

được kiểm tra, nếu mã điều khiển là "1", "2",
thì sẽ bật tắt relay tương ứng với thiết bị quạt
hoặc đèn.
Thiết kế, xây dựng chương trình ứng dụng
Thiết kế, xây dựng chương trình điều khiển
hệ thống có các chức năng [5]:
- Đăng nhập cho người sử dụng
- Thông tin về phần mềm điều khiển


Trần Đức Hoàng và Đtg

Tạp chí KHOA HỌC & CÔNG NGHỆ

- Các chức năng điều khiển
+ Bật/tắt đèn
+ Bật/tắt quạt
- Các chức năng thu thập thông số môi trường
+ Thu thập và hiển thị thông số nhiệt độ, độ ẩm
+ Thu thập thông số khí gas
+ Chức năng gửi yêu cầu bác sỹ chăm sóc
điều trị
+ Gửi thông tin yêu cầu đến bác sỹ thông qua
tin nhắn SMS
Mô hình hoạt động của Client-Server
Biểu đồ Use Case:
Biểu đồ Use Case thể hiện số lượng chức
năng mà người dùng có thể tương tác:

Hình 7. Chức năng dành cho người dùng

Biểu đồ Use Case có chức năng hiển thị số
liệu người dùng. Khi người dùng truy cập vào
hệ thống sẽ xuất hiện những thông tin giới
thiệu như: Tên thiết bị, người thực hiện…Sau
đó sẽ đăng nhập vào hệ thống để sử dụng
phần mềm bằng các thao tác như lựa chọn tài
khoản Bluetooth, nhập mật khẩu, ấn đăng
nhập. Lúc này hệ thống sẽ kiểm tra kết nối
xem có tồn tại tài khoản đăng nhập không,
mật khẩu đã chính xác chưa nếu đúng sẽ hiển
thị danh mục thiết bị và cho người dùng kết
nối với hệ thống để sử dụng phần mềm. Còn
nếu sai người dùng sẽ phải đăng nhập lại.

189(13): 15 - 21

Đối với chức năng dành cho người đăng nhập.
Khi người dùng đã đăng nhập thành công vào
hệ thống. Phần mềm trên điện thoại di động
sẽ có các chức năng cho phép người dùng sử
dụng hệ thống như:
- Chức năng điều khiển với từng thiết bị độc
lập hoặc tất cả các thiết bị trong hệ thống
(gồm quạt, đèn); Điều khiển hệ thống cảnh
báo khi có những thông số môi trường nằm
ngoài ngưỡng cho phép.
- Chức năng thu thập thông số môi trường
gồm (nhiệt độ, độ ẩm, khí gas) và hiển thị trên
thiết bị điện thoại di động.

- Gửi yêu cầu phục vụ đến thiết bị điện thoại
của bác sỹ.
Khi đã sử dụng xong phần mềm cho phép
đăng xuất khỏi hệ thống.
Biểu đồ xử lý:
Server nhận yêu cầu từ client, xử lý và sau đó
trả lại kết quả cho client. Client gửi yêu cầu
lên server, sau đó nhận kết quả. Một số mô
hình xử lý:
Xử lý đăng nhập
- Bước 1: Người dùng gửi tên thiết bị truy
cập, mật khẩu đến hệ thống. Nếu lỗi hệ thống
hay bluetooth lỗi thì hiển thị thông báo.
- Bước 2: Hệ thống nhận dữ liệu từ người
dùng, xử lý và gửi trả lại kết quả.
- Bước 3: Nếu mật khẩu không đúng thì hiển
thị lỗi và quay lại bước 1.
- Bước 4: Đăng nhập thành công tiếp tục sử
dụng chương trình.

Hình 9. Mô hình xử lý đăng nhập
Hình 8. Chức năng dành cho người đăng nhập

Xử lý điều khiển hệ thống
19


Trần Đức Hoàng và Đtg

Tạp chí KHOA HỌC & CÔNG NGHỆ

189(13): 15 - 21

- Kết nối, truyền nhận tín hiệu từ phần cứng
(khối xử lý trung tâm) qua môi trường không
dây như RF, Bluetooth, mạng thông tin di động.

Hình 10. Mô hình xử lý điều khiển

KẾT QUẢ TRIỂN KHAI THỬ NGHIỆM

Hình 11. Thông số nhiệt độ, độ ẩm, khí gas được
hiển thị trên giao diện điện thoại của người dùng

Hệ thống điều khiển thiết bị điện bằng điện
thoại di động Android có các tính năng như sau:
- Giám sát thông số nhiệt độ, độ ẩm, cảm biến
khói (khí) trong phòng bệnh.
- Tự động gửi cảnh báo tới bác sỹ trong
trường hợp các thông số nằm ngoài ngưỡng
cho phép.
- Điều khiển thiết bị điện sử dụng trong
phòng như: Đèn, quạt...
- Gửi yêu cầu chăm sóc điều trị tới số điện
thoại của bác sỹ.
- Chương trình xây dựng trên nền tảng
Android của điện thoại di động có giao diện
thân thiện, dễ sử dụng đối với người dùng.
- Hệ thống có tính bảo mật, đơn giản dễ sử
dụng và tương thích với điện thoại hệ điều

hành Android.
Một số hình ảnh mô hình thực tế (Hình 11,
12, 13 và 14)
KẾT LUẬN
Qua thời gian chạy thử nghiệm hệ thống cho
thấy hệ thống hoạt động tốt và ổn định. Kết
quả sản phẩm đã hoàn thiện và giải quyết
được yêu cầu bài toán đặt ra:
20

Hình 12. Giao diện chương trình điều khiển trên
điện thoại Android

Hình 13. Kết nối thành công giữa điện thoại
Android và hệ thống


Trần Đức Hoàng và Đtg

Tạp chí KHOA HỌC & CÔNG NGHỆ

189(13): 15 - 21

- Đẩy mạnh xu hướng vừa học vừa nghiên
cứu khoa học trong sinh viên.
Cơ sở y tế áp dụng, triển khai hệ thống trên
thực tế:
- Triển khai và xin góp ý kiến tại phòng vật tư
bênh viên Đa khoa trung ương Thái Nguyên.
TÀI LIỆU THAM KHẢO

Hình 14. Giao diện chương trình trên điện thoại
Android

- Thực hiện việc giao tiếp hai chiều với hệ
thống thông qua điện thoại di động.
- Với việc thông tin trực tiếp tới điện thoại
bác sỹ sẽ góp phần hỗ trợ bệnh nhân trong
những trường hợp đặc biệt.
Với mục tiêu đặt ra trong quá trình thực hiện
thiết kế và qua quá trình làm việc, đề tài đã
đạt được một số kết quả nghiên cứu sau:
- Hệ thống hoạt động tốt, chất lượng ổn định.
- Người dùng dễ dàng thao tác sử dụng.
- Có giá trị thực tiễn cao trong thực tế và có
khả năng triển khai tại bệnh viện các tuyến
trên cả nước.

1. Sundararajan T. V. P., Sumithra M. G.,
Maheswar R., (2014), “A Novel Smart Routing
Protocol for Remote Health Monitoring in
Medical Wireless Networks”, Journal of
healthcare engineering, pp. 95–122.
2. Konstantas D, Herzog R., 2003, Continuous
monitoring of vital constants for mobile users: the
MobileHealth approach. Proc. 25th Annual
International Conference of the IEEE Engineering
in Medicine and Biology Society, Cancun, MEX,
Sep., 3728–3731.
3. Lin M, Qiao ZZ., 2010, The demand and

development thinking of mobile medical. Mobile
Communications, 31–35.
4. Baig M M, Gholamhosseini H., 2013, Smart
health monitoring systems: an overview of design
and modeling, Journal of medical systems, 1–14.
5. Arcelus, A., Jones, M. H., Goubran, R., and
Knoefel, F., 2007, Integration of smart home
technologies in a health monitoring system for the
elderly. Proc. 21st International Conference on
Advanced
Information
Networking
and
Applications Workshops(AINAW’07), 820–825.

ABSTRACT
REMOTE MOBILE PATIENT'S ROOM CONTROL AND MONITORING
SYSTEM BASED ON ANDROID PLATFORM
Tran Duc Hoang*, Doan Manh Cuong, Le Hoang Hiep, Nguyen Thi Dung
University of Information and Communication Technology - TNU

This paper aims to introduce about building a software application system running on the Android
platform using Bluetooth communication technology which was designed through the process of
surveying, inquire into the requirements in fact such as monitoring system lighting control, air
conditioning system, fire alarm system of the patient's room at the medical facilities. The system
has the ability to interact, control the patient's room from remote with the following functions:
- Monitoring the temperature, humidity, smoke in the patient's room.
- Automatically send a warning to the doctor in case the parameters are outside the allowed threshold.
- Controlling electrical equipment in rooms such as lights, fans ...
- Send care request to doctor's phone number.

Keywords: Remote Control Application, Device Control on Android, Parameters Monitoring in
Patient's Room , Control System based on Mobile Platform
Ngày nhận bài: 22/8/2018; Ngày hoàn thiện: 18/9/2018; Ngày duyệt đăng: 30/11/2018
*

Tel: 0976 262145; Email:

21