Thiết kế và thi công máy đo điện tâm đồ

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

CỘNG HỊA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM
ĐỘC LẬP - TỰ DO - HẠNH PHÚC ----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 Thơng Mã ngành:
11
Hệ đào tạo:
Đại học chính quy-Sư phạm
Mã hệ:
1
Khóa:

Lớp: 159410DT
I. TÊN ĐỀ TÀI: 2015
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 CƠNG

VỊNG 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 hồn 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:ThS. Phan Vân Hồn
CÁN BỘ HƯỚNG DẪN

BM. ĐIỆN TỬ CƠNG NGHIỆP – Y SINH

iii


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

CỘNG HỊA 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
Tuần 1
(26/8 - 2/9)
Tuần 2
(3/9 - 10/3)

Nội dung

Xác nhận
GVHD

- Gặp GVHD để nghe phổ biến yêu cầu làm đồ án,
tiến hành chọn đề tài, GVHD tiến hành xét duyệt đề
tài.
- Viết đề cương tóm tắt nội dung đồ án.

Tuần 3
(11/9 - 18/9)

- Tìm hiểu nhịp tim và đồ thị điện tim.

Tuần 4
(19/9 - 26/9)

-Tìm hiểu về màn hình TFT 7 inch.
- Hiển thị thơng số, đồ thị trên màn hình LCD TFT

- Tìm hiểu về công nghệ truyền không dây của
NodeMCU ESP8266.

- Tiến hành vẽ mạch nguyên lí và mạch PCB trên
Altium cho board STM32F407 điều khiển màn hình

Tuần 5
- Tìm hiểu và nghiên cứu hiển thị dạng sóng điện
tim (27/9 - 4/10) trên màn hình LCD, và điện thoại Android.

Tuần 6
(5/10 - 12/10)
Tuần 7

- 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

(13/10 - 20/10)

- Lập trình điều khiển hiển thị trên STM32F4

iv


- Lập trình trên ESP8266 Node MCU giao tiếp với
Tuần 8cảm biến nhịp tim MAX30100.
(21/10 - 28/10)

(29/11 - 12/11)

- Tiến hành truyền và nhận dữ liệu giữa 2 module
ESP8266.
- Hoàn thiện app Android hiển thị nhịp tim và tín
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)

- Hoàn thiện và cải tiến chương trình.

Tuần 9 - 10

Tuần 14
(6/5- 12/5)
Tuần 15
(6/12 – 13/12)
Tuần 16-17
(14/12 - 28/12)

- Tiến hành đóng gói mơ hình và hồn 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.
- Thiết kế Slide báo cáo.

GV HƯỚNG DẪN
(Ký và ghi rõ họ và tên)

v


LỜI CAM ĐOAN

Đề tài này là cơng 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 Hồn. Các số liệu trong
đề tài được nhóm thu thập và khơng sao chép từ tài liệu hay cơng 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 Hồn _ Giảng
viên bộ mơn Điện tử công nghiệp – y sinh đã trực tiếp hướng dẫn và
tận tình giúp đỡ tạo điều kiện để hồn 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 Hồn _ Giảng
viên bộ mơn Điện tử công nghiệp – y sinh đã trực tiếp hướng dẫn và
tận tình giúp đỡ tạo điều kiện để hồn 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 TỐN 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 TỐN 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 NGUN LÍ TỒN 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 ĐĨNG GĨI MƠ 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 Phần mềm lập trình Android....................................................................... 63
4.5 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 Mơ 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: Ngun 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 ngun 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 ngun lí mạch hạ áp..................................................................... 40
Hình 3.19 Sơ đồ ngun 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: Mơ 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 tốn chương trình đọc cảm biến và truyền dữ liệu
........................................................................................................................................................................ 52

Hình 4.9 Lưu đồ thuật tốn chương trình con ghép chuỗi dữ liệu nhịp tim
........................................................................................................................................................................ 53

Hình 4.10 Lưu đồ thuật tốn chương trình con ghép chuỗi tín hiệu điện tim
........................................................................................................................................................................ 54

Hình 4.11 Lưu đồ thuật tốn 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 thơng 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 thơng 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 mơ hình với đồng hồ thể thao…………………………………79

xv


TĨM 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 khơng 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 cịn lấy dữ liệu khơng 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 đồn, cơng 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 thơng 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, ngồi ra cịn 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). Ngồi ra, cịn 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 mơ 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 khn khổ mơ 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 cịn
rất nhiều hạn chế nên nhóm sử dụng app inventor để lập trình.
1.2.2 Phương pháp nghiên cứu
Tìm hiểu các thơng 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 cơng mơ 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 khơng 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 cơng mơ hình hệ thống hồn 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, phịng 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 u 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 tốn 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 cơng hệ thống
Tiến hành thi cơng mơ 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 cơng, 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 hịa hồn tồn 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