Đồ án tốt nghiệp Kỹ thuật điện tử truyền thông: Thiết kế và thi công thiết bị giám sát nhịp tim và nồng độ oxy trong máu

TRƯỜNG ĐH SPKT TP. HỒ CHÍ MINH
CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM
KHOA ĐIỆN-ĐIỆN TỬ
ĐỘC LẬP - TỰ DO - HẠNH PHÚC
BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH
----o0o---Tp. HCM, ngày 18 tháng 12 năm 2019

NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
Họ tên sinh viên: Nguyễn Phi Lân
MSSV: 15141195
Kim Thanh Huy
MSSV: 15141171
Chuyên ngành:
Công Nghệ Kĩ Thuât Điện tử Truyền Thông Mã ngành: 11
Hệ đào tạo:
Đại học chính quy-Sư phạm
Mã hệ:
1
Khóa:
2015
Lớp: 159410DT
I. TÊN ĐỀ TÀI: THIẾT KẾ VÀ THI CÔNG THIẾT BỊ GIÁM SÁT NHỊP
TIM VÀ NỒNG ĐỘ OXY TRONG MÁU
II. NHIỆM VỤ
1. Các số liệu ban đầu:
- Nguyễn Đình Phú, “Giáo trình vi xử lý ”, NXB ĐH Quốc Gia Tp.HCM, 2014
- Nguyễn Hữu Phương, “Xử lí tín hiệu số”, NXB ĐH Quốc Gia Tp.HCM, 2015
- Khoa Y,“ Kĩ thuật đo và phân tích điện tâm đồ bình thường”, NXB ĐH Quốc Gia
Tp.HCM, 2015.
- Nguyễn Thanh Hoàng, Nguyễn Khoa Nam, “THIẾT KẾ VÀ THI CÔNG VÒNG

TAY ĐO NHỊP TIM SỬ DỤNG CÔNG NGHỆ IoTs”, Đồ Án Tốt Nghiệp ĐH,
Trường ĐH Sư Phạm Kỹ Thuật Tp.HCM, 2019.
2. Nội dung thực hiện:
- NỘI DUNG 1: Tiến hành nguyên cứu về nhịp tim và đồ thị điện tim .
- NỘI DUNG 2: Đọc cảm biến thu được giá trị và cho đi qua 3 bộ lọc bằng vi xử lí truyền giá trị thu được qua chuẩn truyền không dây.
- NỘI DUNG 3:Nhận dữ liệu từ chuẩn truyền không giao tiếp với vi điều khiển chính qua
chuẩn truyền UART.
- NỘI DUNG 4 : Thiết kế board mạch điều khiển màn hình chuẩn FSMC và khối nhận dữ
liệu
- NỘI DUNG 5: Xử lí và xuất dữ liệu lên màn hình LCD dạng số và dạng điện tim.
- NỘI DUNG 6: Viết ứng dụng Android hiển thị các dữ liệu trên màn hình LCD
ii


- NỘI DUNG 7: Thiết kế và thi công mô hình hệ thống hoàn chỉnh
- NỘI DUNG 8: Đánh giá kết quả thực hiện và so sánh với các thiết bị đang có trên thị
trường.
- NỘI DUNG 9: Viết báo cáo đề tài.
III. NGÀY GIAO NHIỆM VỤ:

28/08/2019

IV. NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ: 28/12/2019
V. HỌ VÀ TÊN CÁN BỘ HƯỚNG DẪN:
CÁN BỘ HƯỚNG DẪN

ThS. Phan Vân Hoàn

BM. ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH

iii


TRƯỜNG ĐH SPKT TP. HỒ CHÍ MINH
KHOA ĐIỆN-ĐIỆN TỬ
BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH

CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM
ĐỘC LẬP - TỰ DO - HẠNH PHÚC
----o0o---Tp. HCM, ngày 15 tháng 12 năm 2019

LỊCH TRÌNH THỰC HIỆN ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
Họ tên sinh viên 1: Nguyễn Phi Lân
Lớp:
159410DT
MSSV:15141195
Họ tên sinh viên 2: Kim Thanh Huy
Lớp:
159410DT
MSSV:15141171
Tên đề tài:
THIẾT KẾ VÀ THI CÔNG THIẾT BỊ GIÁM SÁT NHỊP TIM VÀ
NỒNG ĐỘ OXY TRONG MÁU

Tuần/ngày

Nội dung

Tuần 1

- Gặp GVHD để nghe phổ biến yêu cầu làm đồ án,
tiến hành chọn đề tài, GVHD tiến hành xét duyệt đề
tài.

(26/8 - 2/9)

Xác nhận
GVHD

Tuần 2
(3/9 - 10/3)
Tuần 3
(11/9 - 18/9)
Tuần 4
(19/9 - 26/9)

- Viết đề cương tóm tắt nội dung đồ án.
- Tìm hiểu nhịp tim và đồ thị điện tim.
- Tìm hiểu về công nghệ truyền không dây của
NodeMCU ESP8266.
-Tìm hiểu về màn hình TFT 7 inch.
- Hiển thị thông số, đồ thị trên màn hình LCD TFT
- Tiến hành vẽ mạch nguyên lí và mạch PCB trên
Altium cho board STM32F407 điều khiển màn hình

Tuần 5
(27/9 - 4/10)
Tuần 6
(5/10 - 12/10)
Tuần 7

(13/10 - 20/10)

- Tìm hiểu và nghiên cứu hiển thị dạng sóng điện tim
trên màn hình LCD, và điện thoại Android.
- Tiến hành hàn linh kiện mạch in và kiểm tra.
- Tìm hiểu cách lập trình trên app Inventer
- Thiết kế board đo nhịp tim với vi điều khiển
- Lập trình điều khiển hiển thị trên STM32F4

iv


Tuần 8

- Lập trình trên ESP8266 Node MCU giao tiếp với
cảm biến nhịp tim MAX30100.

(21/10 - 28/10)
- Tiến hành truyền và nhận dữ liệu giữa 2 module
ESP8266.
Tuần 9 - 10
- Hoàn thiện app Android hiển thị nhịp tim và tín
(29/11 - 12/11) hiệu điện tim.
Tuần 11
(13/11 - 20/11)

- Hiển thị giá trị nhịp tim và đồ thị điện tim trên màn
hình LCD TFT

Tuần 12 - 13

(21/11 - 5/12)
Tuần 14
(6/5- 12/5)
Tuần 15
(6/12 – 13/12)
Tuần 16-17

- Hoàn thiện và cải tiến chương trình.
- Tiến hành đóng gói mô hình và hoàn thiện sản
phẩm
- Tiến hành viết báo cáo cho đề tài
- Chỉnh sửa báo cáo theo yêu cầu GVHD
- Nộp quyển báo cáo và báo cáo đề tài.

(14/12 - 28/12) - Thiết kế Slide báo cáo.

GV HƯỚNG DẪN
(Ký và ghi rõ họ và tên)

v


LỜI CAM ĐOAN
Đề tài này là công trình do bản thân nhóm tự thực hiện dựa vào một số tài liệu
trước đó và dưới sự hướng dẫn của ThS.Phan Vân Hoàn. Các số liệu trong đề tài được
nhóm thu thập và không sao chép từ tài liệu hay công trình nào khác.

Người thực hiện đề tài
NGUYỄN PHI LÂN
KIM THANH HUY

LỜI CẢM ƠN

Em xin gởi lời cảm ơn sâu sắc đến Thầy Phan Vân Hoàn _ Giảng viên bộ môn
Điện tử công nghiệp – y sinh đã trực tiếp hướng dẫn và tận tình giúp đỡ tạo điều
kiện để hoàn thành tốt đề tài.
Em xin gửi lời chân thành cảm ơn các thầy cô trong Khoa Điện-Điện Tử và
các anh chị khóa trước đã tạo những điều kiện tốt nhất cho em hoàn thành đề tài.
Em cũng gửi lời đồng cảm ơn đến các bạn lớp 159410 đã chia sẻ trao đổi kiến
thức cũng như những kinh nghiệm quý báu trong thời gian thực hiện đề tài.
Cảm ơn đến cha mẹ, người thân đã ở bên cạnh động viên trong suốt quá trình
thực hiện đề tài này
Xin chân thành cảm ơn!

Người thực hiện đề tài
NGUYỄN PHI LÂN
KIM THANH HUY

vi


LỜI CẢM ƠN

Em xin gởi lời cảm ơn sâu sắc đến Thầy Phan Vân Hoàn _ Giảng viên bộ môn
Điện tử công nghiệp – y sinh đã trực tiếp hướng dẫn và tận tình giúp đỡ tạo điều
kiện để hoàn thành tốt đề tài.
Em xin gửi lời chân thành cảm ơn các thầy cô trong Khoa Điện-Điện Tử và
các anh chị khóa trước đã tạo những điều kiện tốt nhất cho em hoàn thành đề tài.
Em cũng gửi lời đồng cảm ơn đến các bạn lớp 159410 đã chia sẻ trao đổi kiến
thức cũng như những kinh nghiệm quý báu trong thời gian thực hiện đề tài.
Cảm ơn đến cha mẹ, người thân đã ở bên cạnh động viên trong suốt quá trình

thực hiện đề tài này
Xin chân thành cảm ơn!

Người thực hiện đề tài
NGUYỄN PHI LÂN
KIM THANH HUY

vii


MỤC LỤC
Trang bìa .................................................................................................................. i
Nhiệm vụ đồ án ....................................................................................................... ii
Lịch trình ............................................................................................................... iv
Cam đoan ............................................................................................................... vi
Lời cảm ơn ............................................................................................................ vii
Mục lục................................................................................................................. viii
Liệt kê hình vẽ ....................................................................................................... xii
Liệt kê bảng vẽ ………………………………………………… ...... …………...xv
Tóm tắt ................................................................................................................. xii
Chương 1. TỔNG QUAN ................................. Error! Bookmark not defined.
1.1. ĐẶT VẤN ĐỀ ........................................ Error! Bookmark not defined.
1.2. MỤC TIÊU ............................................. Error! Bookmark not defined.
1.2.1 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu ........ Error! Bookmark not defined.
1.2.2 Phương pháp nghiên cứu ...................... Error! Bookmark not defined.
1.3. NỘI DUNG NGHIÊN CỨU .................. Error! Bookmark not defined.
1.4. GIỚI HẠN .............................................. Error! Bookmark not defined.
1.5. BỐ CỤC ................................................. Error! Bookmark not defined.
Chương 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT .................... Error! Bookmark not defined.
2.1 LÍ THUYẾT VỀ NHỊP TIM VÀ PHƯƠNG PHÁP ĐO ĐIỆN TIM . Error!

Bookmark not defined.
2.1.1 Khái niệm nhịp tim ................................ Error! Bookmark not defined.
2.1.2 Nồng độ oxy trong máu ......................... Error! Bookmark not defined.
2.1.3 Quá trình điện học của tim. .................... Error! Bookmark not defined.
2.1.4 Đo nhịp tim bằng phương pháp hấp thụ quang họcError! Bookmark not
defined.

viii


2.2 CÁC CHUẨN GIAO TIẾP GIỮA CÁC MODULE Error! Bookmark not
defined.
2.2.1 Chuẩn giao tiếp I2C giữa MAX30100 và ESP8266 Node MCU. Error!
Bookmark not defined.

ix


2.2.2 Chuẩn giao tiếp UART giữa STM32F407 và ESP8266 Node MCUError!
Bookmark not defined.
2.2.3 Chuẩn truyền không dây theo giao thức UDP ..... Error! Bookmark not
defined.
Chương 3. TÍNH TOÁN VÀ THIẾT KẾ ................................................... 19
3.1 GIỚI THIỆU .............................................. Error! Bookmark not defined.
3.2 THIẾT KẾ SƠ ĐỒ KHỐI HỆ THỐNG .... Error! Bookmark not defined.
3.3 TÍNH TOÁN VÀ THIẾT KẾ HỆ THỐNGError! Bookmark not defined.
3.3.1 Thiết kế khối cảm biến đô nhịp tim ........ Error! Bookmark not defined.
a. Chức năng ............................................ Error! Bookmark not defined.
b. Lựa chọn linh kiện ............................... Error! Bookmark not defined.
c. Thông số kỹ thuật ................................ Error! Bookmark not defined.

d. Sơ đồ nguyên lý ................................... Error! Bookmark not defined.
e. Giải thích sơ đồ nguyên lí ................... Error! Bookmark not defined.
3.3.2

Thiết kế khối vi điều khiển đọc cảm biến và giao tiếp wifi ....... Error!

Bookmark not defined.
a. Chức năng ............................................ Error! Bookmark not defined.
b. Lưa chọn linh kiện ............................... Error! Bookmark not defined.
c. Thông số kỹ thuật ................................ Error! Bookmark not defined.
d. Sơ đồ nguyên lý ................................... Error! Bookmark not defined.
e. Giải thích nguyên lí ............................. Error! Bookmark not defined.
3.3.3

Thiết kế khối giao tiếp wifi ................. Error! Bookmark not defined.

a. Chức năng ............................................ Error! Bookmark not defined.
b. Lựa chọn linh kiện ............................... Error! Bookmark not defined.
c. Thông số kĩ thuật ................................. Error! Bookmark not defined.
x


d. Sơ đồ nguyên lí .................................................................................... 29
e. Giải thích sơ đồ nguyên lí ................................................................... 29
3.3.4

Thiết kế khối xử lý trung tâm điều khiển hiển thị………………Error!

Bookmark not defined.
a. Chức năng ............................................ Error! Bookmark not defined.

b. Lựa chọn linh kiện ............................... Error! Bookmark not defined.
c. Thông số kĩ thuật ................................................................................. 31
d. Sơ đồ nguyên lý ................................... Error! Bookmark not defined.
e. Giải thích sơ đồ nguyên lí ................... Error! Bookmark not defined.
3.3.5

Thiết kế khối hiển thị giao diện người dùng .... Error! Bookmark not

defined.
a. Chức năng ............................................ Error! Bookmark not defined.
b. Lựa chọn linh kiện ............................... Error! Bookmark not defined.
c. Thông số kỹ thuật ................................ Error! Bookmark not defined.
d. Sơ đồ nguyên lí .................................... Error! Bookmark not defined.
e. Giải thích sơ đồ nguyên lí ................... Error! Bookmark not defined.
3.3.6

Thiết kế khối nguồn ............................ Error! Bookmark not defined.

a. Chức năng ............................................ Error! Bookmark not defined.
b. Lựa chọn linh kiện ............................... Error! Bookmark not defined.
c. Thông số kỹ thuật ................................ Error! Bookmark not defined.
d. Sơ đồ nguyên lí .................................................................................... 40
e. Giải thích sơ đồ nguyên lí ................................................................... 40
3.4 SƠ ĐỒ NGUYÊN LÍ TOÀN MẠCH ........ Error! Bookmark not defined.
3.4.1 Sơ đồ nguyên lí....................................... Error! Bookmark not defined.
3.4.2 Giải thích sơ đồ nguyên lí ...................... Error! Bookmark not defined.
xi


Chương 4. THI CÔNG HỆ THỐNG .............. Error! Bookmark not defined.

4.1

GIỚI THIỆU ........................................... Error! Bookmark not defined.

4.2

THI CÔNG HỆ THỐNG ........................ Error! Bookmark not defined.

4.2.1

Thi công bo mạch ............................... Error! Bookmark not defined.

a. Liệt kê linh kiện ................................... Error! Bookmark not defined.
b. Tiến hành vẽ PCB................................ Error! Bookmark not defined.
4.2.2

Lắp ráp và kiểm tra ............................ Error! Bookmark not defined.

4.3

ĐÓNG GÓI MÔ HÌNH .......................... Error! Bookmark not defined.

4.4

LẬP TRÌNH HỆ THỐNG ...................................................................... 51

4.4.1

Lưu đồ giải thuật .............................................................................. 51

4.4.2

Phần mềm lập trình cho vi điều khiển.............................................. 54

a. Phần mềm lập trình ESP8266.............. Error! Bookmark not defined.
b. Phần mềm STM32CubeMX và Keil C V5 ........ Error! Bookmark not
defined.
4.4.3
4.5

Phần mềm lập trình Android ............................................................ 63

VIẾT TÀI LIỆU HƯỚNG DẪN SỬ DỤNG, THAO TÁC ............ Error!

Bookmark not defined.
Chương 5. KẾT QUẢ - NHẬN XÉT - ĐÁNH GIÁ ................................... 70
5.1 KẾT QUẢ .................................................................................................. 70
5.1.1 Giao diện App Android ........................................................................ 70
5.1.2 Mô hình chạy thực tế ............................. Error! Bookmark not defined.
5.1.3 Kết quả so với đồng hồ fitbit. ................. Error! Bookmark not defined.
5.2 NHẬN XÉT ............................................................................................... 80
5.3 ĐÁNH GIÁ ................................................................................................ 81
Chương 6. KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN ............................... 80
xii


6.1

KẾT LUẬN ............................................................................................ 82

6.2

HƯỚNG PHÁT TRIỂN ......................................................................... 82

TÀI LIỆU THAM KHẢO ............................................................................ 84
PHỤ LỤC....................................................................................................... 85

xiii


LIỆT KÊ HÌNH VẼ
Hình

Trang

Hình 2.1: Các thể Hemoglobin tác động qua màng ............................................ 8
Hình 2.2: Quá trình điện học của tim .................................................................. 10
Hình 2.3: Đo nhịp tim bằng phương pháp hấp thụ quang học ............................ 11
Hình 2.4: Chuẩn giao tiếp I2C ............................................................................ 13
Hình 2.5: Truyền UART ..................................................................................... 15
Hình 2.6: So sánh giao thức truyền TCP và UDP............................................... 17
Hình 3.1: Sơ đồ khối hệ thống ............................................................................ 19
Hình 3.2: Nguyên lí hoạt động LED hồng ngoại ................................................ 21
Hình 3.3: Hình ảnh cảm biến MAX30100 .......................................................... 22
Hình 3.4: Sơ đồ nguyên lý cảm biến MAX30100 .............................................. 22
Hình 3.5: Sơ đồ chân ESP8266 NodeMCU CP2102 .......................................... 25
Hình 3.6: Sơ đồ nguyên lý ESP_8266 và MAX30100 ....................................... 26
Hình 3.7: Sơ đồ nguyên lý ESP_8266 Node MCU CH340 ................................ 28
Hình 3.8 Mạch giao tiếp esp8266 với vi điều khiển chuẩn UART..................... 29
Hình 3.9 Ứng dụng ARM trong kĩ thuật điện tử................................................. 30

Hình 3.10: Hình ảnh chip STM32F407VET6 kiểu đóng gói LQF1000 ............. 32
Hình 3.11: Sơ đồ nguyên lí STM32F407VET6 giao tiếp ngoại vi ..................... 33
Hình 3.12: Mạch Reset vi điều khiển mức thấp.................................................. 34
Hình 3.13: Mạch tạo dao động và thời gian thực................................................ 34
Hình 3.14: Hình ảnh LCD TFT mặt trước .......................................................... 37
Hình 3.15: Hình ảnh LCD TFT mặt sau ............................................................. 37
Hình 3.16: Giao tiếp LCD TFT với vi điều khiển chuẩn FSMC ........................ 38
Hình 3.17: Mạch hạ áp LM2596 ......................................................................... 40
Hình 3.18: Sơ đồ nguyên lí mạch hạ áp .............................................................. 40
Hình 3.19 Sơ đồ nguyên lí board đọc cảm biến và truyền dữ liệu ..................... 42
Hình 3.20 Sơ đồ nguyên lí board nhận dữ liệu và hiển thị ................................. 43
Hình 4.1: PCB lớp trên Board STM điều khiển màn hình.................................. 47
Hình 4.2: PCB lớp dưới Board STM điều khiển màn hình ................................ 48
Hình 4.3: PCB định vị SMD Board STM điều khiển màn hình ......................... 48
Hình 4.4: Mô phỏng mạch giao tiếp màn hình ................................................... 49
xiv


CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN

Hình 4.5: Mạch cảm biến đo nhịp tim ................................................................ 50
Hình 4.6: Mặt trước màn hình hiển thị kết quả ................................................... 51
Hình 4.7: Mặt cấp nguồn và nút nhấn reset ........................................................ 51
Hình 4.8: Lưu đồ thuật toán chương trình đọc cảm biến và truyền dữ liệu........ 52
Hình 4.9 Lưu đồ thuật toán chương trình con ghép chuỗi dữ liệu nhịp tim ....... 53
Hình 4.10 Lưu đồ thuật toán chương trình con ghép chuỗi tín hiệu điện tim .... 54
Hình 4.11 Lưu đồ thuật toán nhận dữ liệu và hiển thị ........................................ 55
Hình 4.12 Giao diện Aduino IDE mới khởi động............................................... 56
Hình 4.13 Giao diện Aduino IDE lập trình ......................................................... 57
Hình 4.14 Tiến hành tổng hợp và nạp chương trình ........................................... 58

Hình 4.15 Giao diện khởi động chương trình STM32CubeMX ......................... 58
Hình 4.16 Tạo 1 Project mới ............................................................................... 59
Hình 4.17 Giao diện cấu hình vi điều khiển ....................................................... 60
Hình 4.18 Cấu hình xung clock cho mạch .......................................................... 61
Hình 4.19 Lưu thông tin project và sinh code..................................................... 61
Hình 4.20 Cấu hình cho mạch nạp ...................................................................... 62
Hình 4.21 Cấu hình cho mạch reset .................................................................... 63
Hình 4.22 Tiến hành compile và nạp chương trình ............................................ 64
Hình 4.23 Giao diện tạo project MIT INVENTER............................................. 65
Hình 4.24 Thiết kế giao diện người dùng ........................................................... 66
Hình 4.25 Các lệnh lập trình cơ bản ................................................................... 67
Hình 4.26 Màn hình thiết bị khi cấp nguồn khởi động ....................................... 68
Hình 4.27 Cách đặt tay trên cảm biến như hình.................................................. 68
Hình 4.28 Màn hình hiển thị kết quả LCD ......................................................... 69
Hình 5.1 Giao diện màn hình khởi động của App .............................................. 70
Hình 5.2 Giao diện màn hình chính của App...................................................... 71
Hình 5.3 Giao diện đo ID1 của App ................................................................... 72
Hình 5.4 Giao diện đo ID2 của App ................................................................... 73
Hình 5.5 Giao diện đo Dual của App .................................................................. 74
Hình 5.6 Giao diện thông tin liên hệ ................................................................... 75
Hình 5.7 Giao diện khi hệ thống được cấp nguồn .............................................. 76
xiii


Hình 5.8 Giao diện đo khi chỉ có 1 cảm biến hoạt động..................................... 76
Hình 5.9 Giao diện đo khi cả 2 cảm biến cùng hoạt động .................................. 77
Hình 5.10 Đồng hồ thể thao Fitbit theo dõi tình trạng sức khỏe ........................ 78
Hình 5.11 Vị trí đeo đồng hồ ở cổ tay................................................................. 79

xiv

LIỆT KÊ BẢNG
Bảng

Trang

Bảng 2.1: Chỉ số HR phụ thuộc vào giới tính và độ tuổi .................................................. 6
Bảng 2.2: Chỉ số HR đối với trạng thái hoạt động cơ thể………………………………. 7
Bảng 3.1: Bảng sơ đồ kết nối chân vi điều khiển……………………………………… 35
Bảng 3.2: Bảng dòng điện tiêu thụ của các thiết bị sử dụng……………………… ....... 39
Bảng 4.1. Danh sách các linh kiện.……………………………………………… ......... 45
Bảng 5.1. Bảnh so sánh mô hình với đồng hồ thể thao…………………………………79

xv


TÓM TẮT

Chúng ta có thể thấy, những sự cố ảnh hưởng đến sức khỏe có thể xảy ra bất
cứ lúc nào với chúng ta cũng như sự quan tâm chưa đúng về tim mạch thường xuyên
trong đời sống thường ngày. Vì thế, chúng em đã đưa ra ý tưởng làm một thiết bị đo
điện tim nhỏ gọn. Mục đích giúp chúng ta có thể theo dõi sức khỏe của người sử
dụng một cách linh hoạt nhất. Ở thiết bị sẽ có chức năng đo nhịp tim và nồng độ oxy
trong máu kết hợp với dạng điện tim.
Vì vậy chúng em thực hiện đề tài “THIẾT KẾ VÀ THI CÔNG MÁY ĐO
ĐIỆN TIM” mang lại những chức năng rất cần thiết để đảm bảo tính mạng và sức
khỏe cho mọi người. Cũng như chức năng theo dõi nhịp tim giúp chúng ta biết và
điều chỉnh các hoạt động tối ưu, có lợi cho sức khỏe, không gây hại hoặc chấn
thương.

Hệ thống gồm mạch đo sử dụng cảm biến MAX30100 giao tiếp với vi điều
khiển ESP8266 Node MCU. Dữ liệu được truyền và nhận không dây qua wifi. Bộ
hiển thị gồm có LCD TFT inch đủ để người dùng có thể theo dõi tình trạng sức khỏe
của mình. Trên màn hình gồm có các chỉ số nhịp tim, SPO2 và dạng đồ thị điện tim
theo thời gian. Ngoài ra, ứng dụng Android còn lấy dữ liệu không dây từ wifi hiển
thị trên app giúp người thân có thể theo dõi người bệnh.

xvi


CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN

Chương 1. TỔNG QUAN
1.1.

ĐẶT VẤN ĐỀ
Ngày nay với sự phát triển của ngành điện tử và ứng dụng điện tử đã giúp sự

sáng tạo của con người trở thành hiện thực. Ngành điện tử và ứng dụng điện tử vào
lĩnh vực y sinh đã tạo chỗ đứng và khẳng định được tầm quan trọng của mình đối
với nhu cầu của con người. Nhưng sự cố ảnh hưởng đến sức khỏe có thể xảy ra bất cứ
lúc nào với chúng ta nếu như chúng ta chưa có sự quan tâm chưa đúng về vấn đề tim mạch
trong đời sống thường ngày.
Mặc dù trình độ khoa học kỹ thuật trong nước về lĩnh vực y tế đang có những bước
tiến lớn, tuy nhiên do là một nước đang phát triển, việc chăm lo đảm bảo cho sức khỏe
người dân cũng có nhiều hạn chế và chưa được thật sự chú trọng. Với những nước phát
triển như Mỹ, Anh, Úc, … việc theo dõi chăm sóc sức khỏe là cần thiết và rất được chú
trọng. Có rất nhiều phần mềm theo dõi sức khỏe được lập trình với giao diện thân thiện
người dùng, rất dễ sử dụng trên smartphone hay tablet, PC, laptop, vv kết hợp với các bệnh
viện. Các tập đoàn, công ty lớn cũng rất chú trọng đến mảng y sinh với các sản phẩm phần

cứng theo dõi sức khỏe như Apple Watch, Xiaomi Band, Samsung Gear Fit Wearables, vv
đi kèm với phần mềm hỗ trợ tích hợp trên smartphone, tablet.
Các thông số để có thể đánh giá được gần đúng tình trạng sức khỏe bao gồm: nhịp
tim, huyết áp, nhiệt độ cơ thể. Tuy nhiên, với những hạn chế như trình độ, thời gian của
thực hiện đồ án, yếu tố về công nghệ, đồ án sẽ chỉ tập trung vào giá trị nhịp tim để nghiên
cứu và xử lý đồ thị điện tim, ngoài ra còn nguyên cứu nồng độ Oxi trong máu.
Đối tượng chúng em chọn để theo dõi ở đây là người cao tuổi và người có tiền sử
về tim mạch nên việc di chuyển đến bệnh viện để kiểm tra thường xuyên là rất khó khăn.
Vì vậy chúng em đã đưa ra ý tưởng làm một thiết bị đo điện tim nhỏ gọn. Mục đích giúp
chúng ta có thể theo dõi sức khỏe của người cao tuổi hoặc người có tiểu sử về tim mạch sử
dụng tại gia đình một cách linh hoạt nhất. Thiết bị sẽ có chức năng đo nhịp tim và được
hiển thị dạng số kết hợp với dạng điện tim (dạng sóng). Ngoài ra, còn có thể hiển thị nhịp
tim và đồ thị điện tim trên ứng dụng điện thoại android để người nhà có thể theo dõi được
mọi nơi. Nêu nhóm chúng em đã quyết định chọn đề tài: “Thiết kế và thi công thiết bị
giám sát nhịp tim và nồng độ oxy trong máu” để thực hiện làm khóa luận tốt nghiệp.
1


CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN

1.2.

MỤC TIÊU
Thiết kế và thi công mô hình hệ thống theo dõi, giám sát nhịp tim, nồng độ

oxy trong máu và đồ thị điện tim, tức thời và có thể hoạt động liên tục, đồng thời
gửi các thông số dữ liệu đo được qua mạng wifi hiển thị trên ứng dụng di động để
nâng cao khả năng giám sát, theo dõi.
1.2.1 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu
Đối tượng nghiên cứu về phần mềm là các giải thuật để đo được nhịp tim,

nồng độ oxi trong máu từ cảm biến MAX30100 chính xác, tức thời, đảm bảo hệ
thống hoạt động đúng chức năng và thông tin tới người dùng qua mạng wifi, mạng
di động. Cách thức lập trình ESP8266 Node MCU. Giao tiếp giữa board ESP8266
Node MCU và ARM. Lập trình STM32F407VET6 xuất màn hình FSMC.
Phạm vi nghiên cứu trong khuôn khổ mô hình nhỏ áp dụng cho một hoặc hai
người dùng, tuy nhiên có khả năng mở rộng thành hệ thống lớn. Ngoài ra, do kiến
thức về lập trình ứng dụng android còn rất nhiều hạn chế nên nhóm sử dụng app
inventor để lập trình.
1.2.2 Phương pháp nghiên cứu
Tìm hiểu các thông số chính của tín hiệu nhịp tim, từ đó xây dựng được giải
thuật phù hợp nhằm giảm thiểu sai số đo đạc. Kiểm tra tính chính xác của phép đo
bằng các thiết bị đang được sử dụng trên thị trường. Tiến hành thiết kế, xây dựng và
thi công mô hình hệ thống giám sát nhịp tim.
1.3.

NỘI DUNG NGHIÊN CỨU

 NỘI DUNG 1: Tiến hành nguyên cứu về nhịp tim và đồ thị điện tim .
 NỘI DUNG 2: Đọc cảm biến thu được giá trị và cho đi qua 3 bộ lọc bằng vi xử lí,
truyền giá trị thu được qua chuẩn truyền không dây.
 NỘI DUNG 3: Nhận dữ liệu từ chuẩn truyền không dây và giao tiếp với vi điều khiển
chính qua chuẩn truyền UART.
 NỘI DUNG 4: Thiết kế board mạch điều khiển màn hình chuẩn FSMC và khối nhận
dữ liệu.
2


CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN
 NỘI DUNG 5: Xử lí và xuất dữ liệu lên màn hình LCD dạng số và dạng điện tim.
 NỘI DUNG 6: Viết ứng dụng Android hiển thị các dữ liệu trên màn hình điện thoại.

 NỘI DUNG 7: Thiết kế và thi công mô hình hệ thống hoàn chỉnh.
 NỘI DUNG 8: Đánh giá kết quả thực hiện và so sánh với các thiết bị đang có trên thị
trường.
 NỘI DUNG 9: Viết báo cáo đề tài.

1.4.

GIỚI HẠN
- Thiết bị phù hợp sử dụng ở hộ gia đình, phòng khám nhỏ,… yêu cầu cần phải có

1 modem wifi để hoạt động.
- Kết quả đo được phụ thuộc vào chất lượng của cảm biến MAX30100 và cách đặt
ngón tay lên cảm biến nên yêu cầu phải đặt ngón tay chính xác.
- Cảm biến MAX30100 được sử dụng trong đề tài này đo kết quả chính xác nhất là
ở đầu ngón tay trỏ.

1.5.

BỐ CỤC

 Chương 1: Tổng quan.
Trong chương này, nhóm thực hiện đề tài trình bày tổng quan về tình hình nghiên
cứu, thông tin liên quan đến đề tài trước đây. Mục tiêu, đối tượng và phạm vi nghiên
cứu của đề tài.
 Chương 2: Cơ Sở Lý Thuyết.
Giới thiệu về sơ lược về cấu tạo của tim, tín hiệu nhịp tim, đồ thị điện tim,, phương
pháp đo điện tim bằng phương pháp hấp thụ quang học chuẩn giao tiếp I2C ,UART,
UDP… và các chuẩn giao tiếp khác trong đề tài.
 Chương 3: Tính toán và thiết kế
Trong chương này, nhóm thực hiện thiết kế sơ đồ khối cho đề tài.

Thực hiện giới thiệu chức năng, lựa chọn linh kiện, thông số kĩ thuật của linh kiện,
thiết kế sơ đồ nguyên lí và giải thích sơ đồ nguyên lí cho từng khối.
 Chương 4: Thi công hệ thống
Tiến hành thi công mô hình.
 Chương 5: Kết Quả, Nhận Xét và Đánh Giá
3


CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN
Đưa ra kết quả mà nhóm đạt được, số liệu, hình ảnh hệ thống sau khi thi công, so
sánh ưu điểm có cải tiến sao với các đề tài trước và so với máy đo thực tiếp của các sản
phẩm đang có trên thị trường.
 Chương 6: Kết Luận và Hướng Phát Triển
Đưa ra kết luận và hướng phát triển của đề tài.

4


CHƯƠNG 2. CƠ SỞ LÝ THUÝET

Chương 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT
2.1 LÍ THUYẾT VỀ NHỊP TIM VÀ PHƯƠNG PHÁP ĐO ĐIỆN TIM
2.1.1 Khái niệm nhịp tim
Nhịp tim là tốc độ nhịp tim đo bằng số lần co thắt (nhịp đập) của tim mỗi phút
(BPM - beat per minute). Nhịp tim có thể thay đổi theo nhu cầu thể chất của cơ thể,
bao gồm cả nhu cầu hấp thu oxy và bài tiết carbon dioxit. Các hoạt động có thể tạo
ra thay đổi bao gồm tập thể dục, ngủ , lo lắng, căng thẳng, bệnh tật và khi uống
thuốc. Chỉ số nhịp tim bình thường là khác nhau giữa các cá thể, phụ thuộc vào giới
tính, độ tuổi, tình trạng sức khỏe, …. Sự thay đổi của chỉ số nhịp tim có thể là dấu
hiệu cho thấy một sự thay đổi của trạng thái tim, qua đó có thể phản ánh tình trạng

sức khỏe cơ thể.
Trong khi nhịp tim được điều hòa hoàn toàn bởi nút xoang nhĩ trong điều kiện
bình thường, nhịp tim được điều chỉnh bởi đầu vào giao cảm và giao cảm với nút
xoang nhĩ. Các dây thần kinh gia tốc cung cấp đầu vào thông cảm cho tim bằng cách
giải phóng norepinephrine lên các tế bào của nút xoang nhĩ (nút SA), và dây thần
kinh phế vị cung cấp đầu vào giao cảm với tim bằng cách giải phóng acetylcholine
vào các tế bào nút xoang nhĩ. Do đó, kích thích thần kinh gia tốc tăng nhịp tim, trong
khi kích thích dây thần kinh phế vị làm giảm nhịp tim. Nhịp tim được đo theo đơn
vị nhịp/phút.

Bảng 2.1 Chỉ số HR phụ thuộc vào giới tính và độ tuổi
5


CHƯƠNG 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT

Thời điểm tốt nhất để bạn xác định nhịp tim nghỉ ngơi là buổi sáng, sau khi
thức dậy. Bạn có thể đặt ngón trỏ và ngón giữa lên cổ tay hoặc một bên cổ để đếm
nhịp tim trong vòng 60 giây. Như đã trình bày ở trên, nhịp tim thông thường ở người
trưởng thành là 60-100 nhịp/phút. Tuy nhiên, nhịp tim nghỉ ngơi thấp hơn mức này
không có nghĩa là bạn đang mắc bệnh tim mạch. Ngược lại, nó cho thấy tim bạn hoạt
động hiệu quả hơn mức thông thường và trên thực tế, các vận động viên chuyên
nghiệp đều có nhịp tim nghỉ ngơi quanh ngưỡng 40 nhịp/phút.
Ngoài ra nhịp tim còn chịu tác động từ 4 yếu tố:


Nhiệt độ không khí: nhiệt độ tăng cao thường sẽ khiến tim bơm máu mạnh
hơn và nhịp tim của bạn tăng 5-10 nhịp/phút.



Tư thế khi đo: yếu tố này chỉ ảnh hưởng đáng kể trong 15-20 giây đầu tiên.
Vậy nên, bạn hãy luôn đợi một vài phút trước khi tiến hành đo nhịp tim.

6


CHƯƠNG 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT


Cân nặng: những người bị bệnh béo phì, thừa cân thường có nhịp tim cao hơn
mức thông thường.



Sử dụng thuốc: các loại thuốc có chứa chất ức chế beta sẽ khiến nhịp tim của
bạn chậm lại, trong khi thuốc chữa trị tuyến giáp lại khiến nhịp tim tăng lên.
Bảng 2.2 Chỉ số nhịp tim đối với trạng thái hoạt động cơ thể

Chỉ số nhịp tim nhắm đến khi cơ thể ở trạng thái hoạt động như làm việc, tập thể dục,
vận động cơ thể, vv, do đó tim cần hoạt động co bóp mạnh để cung cấp đủ lượng máu nuôi
các cơ quan. Chỉ số nhịp tim thường được sử dụng để theo dõi trong quá trình luyện tập,
bảo đảm các bài tập không quá sức. Vì vậy, theo dõi chỉ số nhịp tim của một người trong
thời gian dài sẽ cho ta biết được phần nào tình trạng sức khỏe, thói quen hàng ngày, chất
lượng cuộc sống của họ, qua đó có những biện pháp cải thiện kịp thời.

2.1.2 Nồng độ oxy trong máu
Một phân tử Hemoglobin (Hb) có thể kết hợp với 4 phân tử oxy, khi đã gắn đủ 4 phân
tử oxy được gọi là bão hòa oxy. Độ bão hòa oxy trong máu còn được gọi là chỉ số SpO2,
biểu thị cho tỷ lệ Hemoglobin có oxy trên tổng lượng Hemoglobin trong máu. Nếu tất cả

các phân tử Hemoglobin trong máu đều gắn với oxy thì độ bão hòa oxy là 100%. Chỉ số
SpO2 được xem là một trong những dấu hiệu sinh tồn của cơ thể, bên cạnh các dấu hiệu
như: nhiệt độ, mạch, nhịp thở và huyết áp. Khi bị thiếu oxy máu, các cơ quan như tim, gan,

7