Bối cảnh và vấn đề nghiên cứu

Sự phát triển của công nghệ mạng vạn vật kết nối (IoT) đã tạo ra những bước tiến quan trọng trong lĩnh vực y tế và chăm sóc sức khỏe, hỗ trợ việc thu thập dữ liệu y sinh từ xa một cách tự động và liên tục. Theo số liệu thống kê tại Việt Nam, tuổi thọ trung bình của người dân đã tăng từ 73,5 tuổi vào năm 2018 lên 73,8 tuổi vào năm 2023. Mặc dù tuổi thọ tăng, số năm sống khỏe mạnh trung bình chỉ đạt 68,8 tuổi, đồng nghĩa với việc người cao tuổi phải sống chung với các bệnh lý mãn tính trong khoảng thời gian trung bình 5 năm. Các bệnh lý tim mạch và suy giảm hô hấp là nguyên nhân hàng đầu dẫn đến nguy cơ tử vong cao nếu không được phát hiện và cấp cứu kịp thời. Thực tế cho thấy người cao tuổi hoặc người có bệnh nền thường xuyên ở trong tình trạng không có người thân túc trực bên cạnh.

Từ bối cảnh thực tiễn trên, đồ án tốt nghiệp ngành Công nghệ Kỹ thuật Máy tính tại Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật TP. Hồ Chí Minh đã thực hiện đề tài nhằm xây dựng một thiết bị di động có khả năng đo đạc các chỉ số sinh tồn cơ bản và phát tín hiệu cảnh báo khẩn cấp tức thời đến người thân khi người dùng gặp nguy hiểm.

Mục tiêu nghiên cứu của đề tài bao gồm:

  1. Thiết kế và thi công thiết bị phần cứng di động nhỏ gọn, có khả năng đo liên tục hai chỉ số sinh tồn gồm nhịp tim và độ bão hòa oxy trong máu ($SpO_2$).
  2. Xây dựng cơ chế cảnh báo tức thời tại chỗ bằng âm thanh qua còi buzzer và phát cảnh báo từ xa thông qua mạng di động (gọi điện thoại và gửi tin nhắn SMS) đến các số điện thoại của người thân được cài đặt trước khi chỉ số $SpO_2$ xuống dưới ngưỡng an toàn.
  3. Lưu trữ dữ liệu đo lường theo thời gian vào bộ nhớ Flash nội của vi điều khiển và tự động đồng bộ định kỳ hàng ngày lên cơ sở dữ liệu đám mây Firebase.
  4. Tích hợp tính năng đồng hồ thời gian thực để hiển thị thời gian, phục vụ nhắc nhở lịch uống thuốc và theo dõi trạng thái vận hành của thiết bị.

Nhiệm vụ nghiên cứu được phân chia thành các nội dung cụ thể:

  1. Nghiên cứu hệ thống mạng viễn thông di động GSM/GPRS, 4G LTE và cấu trúc tập lệnh AT (Hayes command).
  2. Khảo sát các đặc tính sinh lý của tim, các bệnh lý tim mạch thường gặp và cơ chế biến thiên của chỉ số bão hòa oxy trong máu ($SpO_2$).
  3. Nghiên cứu cấu trúc phần cứng và tập lệnh của vi điều khiển ESP32-WROOM-32, cảm biến nhịp tim và $SpO_2$ MAX30100, module truyền thông SIMCOM A7680C, module thời gian thực RTC DS3231, màn hình OLED SSD1306 và mạch quản lý nguồn sạc xả pin Lithium.
  4. Thiết kế sơ đồ nguyên lý, bố trí linh kiện và thi công mạch in (PCB).
  5. Xây dựng phần mềm nhúng trên môi trường Arduino IDE, tích hợp thư viện điều khiển các module ngoại vi và thiết lập giao tiếp với dịch vụ lưu trữ đám mây Firebase.
  6. Thử nghiệm thực tế, đo đạc thông số điện năng tiêu thụ, kiểm tra độ ổn định và cân chỉnh sai số của hệ thống.

Đối tượng nghiên cứu: Người có tình trạng sức khỏe không ổn định, người cao tuổi có bệnh nền tim mạch và hô hấp cần được theo dõi liên tục.

Phạm vi nghiên cứu:

  • Không gian: Thiết bị hoạt động trong phạm vi có phủ sóng mạng di động viễn thông để thực hiện cuộc gọi/SMS và trong vùng phủ sóng của mạng Wi-Fi đã được cấu hình trước để truyền dữ liệu lên máy chủ đám mây.
  • Thời gian thực hiện: Từ ngày 19/02/2024 đến ngày 21/06/2024 (bảo vệ ngày 01/07/2024).
  • Giới hạn kỹ thuật: Hệ thống thiết lập gửi tin nhắn và gọi điện cố định đến 02 số điện thoại của người thân; kết nối với 01 mạng Wi-Fi định sẵn; thiết bị tạm ngừng tính năng truyền dữ liệu đám mây khi mất sóng Wi-Fi và không gửi được cảnh báo viễn thông nếu nằm ngoài vùng phủ sóng di động.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp

Khóa luận được xây dựng dựa trên các cơ sở lý thuyết y sinh học, công nghệ cảm biến quang học, chuẩn truyền thông nối tiếp và hệ thống truyền thông viễn thông di động.

Cơ sở sinh lý học và y tế:

  • Hoạt động của hệ tuần hoàn: Tim có chức năng bơm máu giàu oxy đi nuôi các mô và cơ quan trong cơ thể với tần suất trung bình 100.000 lần/ngày, tương đương thể tích bơm 7.200 lít máu mỗi ngày. Nhịp tim được xác định bằng số lần co bóp của cơ tim trong một đơn vị thời gian (nhịp/phút - bpm).
  • Chỉ số bão hòa oxy trong máu ngoại vi ($SpO_2$): Là tỷ lệ phần trăm giữa Hemoglobin đã gắn kết với oxy ($HbO_2$) trên tổng lượng Hemoglobin trong máu ($Hb$ khử oxy và $HbO_2$). Công thức tính toán được biểu diễn: $$SpO_2 = \frac{HbO_2}{Hb + HbO_2} \times 100%$$
  • Mức $SpO_2$ tiêu chuẩn ở người bình thường dao động từ 97% đến 100%; ở người cao tuổi dao động từ 92% đến 96%. Khi chỉ số giảm xuống khoảng 94% - 96%, bệnh nhân cần được bổ sung oxy; mức dưới 93% là dấu hiệu suy hô hấp nghiêm trọng cần sự can thiệp y tế.

Nguyên lý đo quang học thể tích (Photoplethysmography - PPG): Cảm biến MAX30100 sử dụng hai đèn LED phát bức xạ quang học ở hai bước sóng chuyên biệt: ánh sáng đỏ (bước sóng 660 nm) và ánh sáng hồng ngoại (bước sóng 940 nm). Do Hemoglobin có oxy và Hemoglobin khử oxy có hệ số hấp thụ quang học khác nhau tại hai bước sóng này, bộ thu quang (photodetector) trên module sẽ thu nhận lượng ánh sáng phản xạ/xuyên thấu qua mao mạch đầu ngón tay để xử lý tín hiệu analog và chuyển đổi sang dạng số qua bộ ADC tích hợp.

Chuẩn truyền thông và công nghệ mạng:

  • Chuẩn giao tiếp I2C (Inter-Integrated Circuit): Giao tiếp nối tiếp 2 dây (SDA cho dữ liệu và SCL cho xung nhịp đồng bộ), vận hành theo mô hình Master-Slave với địa chỉ định danh 7-bit, kết nối vi điều khiển trung tâm với màn hình SSD1306, RTC DS3231 và cảm biến MAX30100.
  • Chuẩn giao tiếp UART (Universal Asynchronous Receiver-Transmitter): Giao tiếp nối tiếp bất đồng bộ điểm - điểm giữa ESP32 và module SIMCOM A7680C, sử dụng 2 đường truyền RX/TX với tốc độ truyền (baud rate) được đồng bộ hóa, khung truyền gồm Start bit, Data bits (8-bit), Parity bit và Stop bit.
  • Hệ thống mạng GSM/GPRS và 4G LTE: Sử dụng giao thức chuyển mạch gói và chuyển mạch kênh trên mạng viễn thông. Module SIMCOM A7680C nhận lệnh điều khiển thông qua tập lệnh AT tiêu chuẩn để thiết lập cuộc gọi thoại, gửi tin nhắn SMS chế độ Text (AT+CMGF=1), đọc bộ nhớ tin nhắn và kiểm tra trạng thái mạng.
  • Nền tảng Firebase: Dịch vụ đám mây Backend-as-a-Service (BaaS) của Google, cung cấp hạ tầng Realtime Database và Storage để lưu trữ các tệp tin dữ liệu nhịp tim và $SpO_2$ được gửi từ vi điều khiển.

Phương pháp nghiên cứu được áp dụng:

  • Phương pháp phân tích và tổng hợp tài liệu: Thu thập và hệ thống hóa tài liệu kỹ thuật về kiến trúc vi điều khiển ESP32, tập lệnh AT của module LTE Cat-1, datasheet của các IC cảm biến và các công trình nghiên cứu tiền nhiệm.
  • Phương pháp thiết kế kỹ thuật phần cứng và phần mềm: Thiết kế sơ đồ nguyên lý mạch điện tử, tính toán dòng tải nguồn, layout mạch in PCB và lập trình nhúng theo luồng giải thuật chức năng.
  • Phương pháp khảo nghiệm thực nghiệm: Đo kiểm các thông số hoạt động thực tế của phần cứng, kiểm tra độ trễ kích hoạt cảnh báo, đánh giá mức tiêu thụ dòng điện và kiểm tra tính chính xác của dữ liệu đo sinh tồn.

Thiết kế và triển khai

Hệ thống được thiết kế theo cấu trúc khối mô-đun, tích hợp trên một bo mạch phần cứng duy nhất với sự phối hợp của 5 khối chức năng chính:

Khối chức năng Linh kiện chính Giao tiếp / Vai trò kỹ thuật
Khối điều khiển trung tâm ESP32-WROOM-32 (Xtensa Dual-Core 32-bit LX6, 80–240 MHz) Xử lý trung tâm, quản lý luồng dữ liệu cảm biến, điều khiển giao tiếp ngoại vi, kết nối mạng Wi-Fi và đồng bộ dữ liệu lên Firebase.
Khối cảm biến GY-MAX30100 Thu thập tín hiệu PPG qua bước sóng đỏ (660 nm) và hồng ngoại (940 nm), tính toán giá trị nhịp tim (bpm) và $SpO_2$ (%), giao tiếp I2C.
Khối cảnh báo SIMCOM A7680C & Còi Buzzer Thực hiện cuộc gọi thoại khẩn cấp, gửi tin nhắn SMS cảnh báo qua mạng 4G LTE bằng tập lệnh AT qua UART; phát tín hiệu âm thanh cảnh báo tại chỗ.
Khối hiển thị & Cấu hình OLED SSD1306 0.96 inch & Hệ thống nút nhấn Hiển thị thông số $SpO_2$, nhịp tim, thời gian thực, trạng thái kết nối Online/Offline; cho phép người dùng điều chỉnh ngưỡng $SpO_2$ và đặt báo thức.
Khối thời gian thực RTC DS3231 Cung cấp thông tin ngày, tháng, năm, giờ, phút, giây với bộ dao động thạch anh bù nhiệt độ, duy trì nguồn bằng pin cúc CR2032 qua giao tiếp I2C.
Khối nguồn Pin Lithium Li-Po (1 cell) & Mạch sạc xả Type-C 5V-2A Quản lý quá trình sạc qua cổng Type-C, nâng áp ổn định lên 5V cấp nguồn toàn mạch; tự ngắt khi dòng tải < 50 mA trong 30 giây hoặc quá dòng > 2A.

Quy trình vận hành phần mềm và truyền thông hệ thống:

  • Thuật toán đọc cảm biến và xử lý lỗi timeout: Cảm biến MAX30100 có giới hạn thời gian timeout là 180 ms. Khi các tác vụ mạng hoặc xử lý logic chiếm dụng thời gian vượt quá ngưỡng này, cảm biến sẽ rơi vào trạng thái treo (freeze) và giữ nguyên giá trị đo cuối cùng. Để khắc phục, phần mềm nhúng phải liên tục thực thi hàm pox.update() trong vòng lặp chính hoặc gọi lại hàm khởi tạo pox.begin() để tái thiết lập kết nối khi phát hiện mất tín hiệu.
  • Quy trình cảnh báo khẩn cấp: Khi giá trị $SpO_2$ thu được thấp hơn ngưỡng cảnh báo đã cài đặt (hoặc khi người dùng nhấn nút báo động khẩn cấp), vi điều khiển lập tức kích hoạt khối cảnh báo. Còi buzzer phát âm thanh liên tục, đồng thời ESP32 gửi tập lệnh AT qua UART tới SIMCOM A7680C để gửi SMS với nội dung "SpO2 qua thap" hoặc "Canh bao khan cap" và thực hiện cuộc gọi khẩn cấp lần lượt đến 02 số điện thoại đã lưu trong bộ nhớ.
  • Cơ chế quản lý lưu trữ và đồng bộ hóa: Trong quá trình hoạt động, các bản ghi dữ liệu nhịp tim và $SpO_2$ được ghi liên tục vào tệp dữ liệu trong bộ nhớ Flash nội của ESP32. Định kỳ mỗi ngày một lần, thiết bị đóng gói tệp tin và đẩy lên dịch vụ Firebase Storage qua kết nối Wi-Fi. Trường hợp thiết bị mất kết nối mạng (chế độ Offline), hệ thống sẽ duy trì lưu trữ cục bộ và kích hoạt tiến trình quét thử kết nối lại Wi-Fi sau mỗi chu kỳ 15 phút.

Nội dung chính theo từng chương

Chương 1: TỔNG QUAN ĐỀ TÀI

Chương 1 trình bày lý do lựa chọn đề tài xuất phát từ nhu cầu thực tiễn trong việc chăm sóc sức khỏe người cao tuổi và người có tiền sử bệnh lý tim mạch, hô hấp. Tác giả tổng thuật các công trình nghiên cứu liên quan trong và ngoài nước, bao gồm hệ thống theo dõi sức khỏe qua smartphone kết nối cảm biến nhịp tim (2022), thiết bị báo cấp cứu cho người già sử dụng module SIM908 của tác giả Trần Trọng Huy (2015), và nghiên cứu đo nhịp tim - $SpO_2$ qua cảm biến MAX30100 kết nối vi điều khiển ATmega328P của Mehmet Temi (2021). Từ các phân tích đó, chương này xác định rõ mục đích, nhiệm vụ, đối tượng, phạm vi nghiên cứu và giới hạn kỹ thuật của đề tài.

Chương 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT

Chương 2 cung cấp toàn bộ nền tảng lý thuyết phục vụ cho việc thiết kế hệ thống. Nội dung bao gồm: cấu tạo sinh lý và chức năng co bóp của tim; định nghĩa và ý nghĩa lâm sàng của độ bão hòa oxy trong máu ($SpO_2$); tổng quan kiến trúc mạng thông tin di động GSM/GPRS, các phân hệ BSS, NSS, OMS và danh mục tập lệnh AT (ATZ, ATE0, AT+CLIP, AT+CMGF, AT+CMGS, ATD, ATH...); cơ sở lý thuyết về nền tảng đám mây Firebase; nguyên lý hoạt động, cấu trúc khung truyền và ưu nhược điểm của hai chuẩn truyền thông nối tiếp UART và I2C; thông số kỹ thuật chi tiết của các linh kiện phần cứng (ESP32-WROOM-32, GY-MAX30100, OLED SSD1306, RTC DS3231, SIMCOM A7680C và mạch sạc xả pin Type-C 5V-2A).

Chương 3: THIẾT KẾ VÀ XÂY DỰNG HỆ THỐNG

Chương 3 chi tiết hóa quy trình thiết kế phần cứng và giải thuật phần mềm cho từng khối chức năng. Tác giả trình bày sơ đồ tổng quát của hệ thống, sơ đồ nguyên lý (schematic) và lưu đồ giải thuật chi tiết của từng khối: khối điều khiển trung tâm (kết nối chân GPIO, bộ nhớ Flash, giao tiếp mạng), khối cảm biến (kết nối I2C, thuật toán bù thời gian timeout 180 ms), khối cảnh báo (giao tiếp UART với SIMCOM A7680C, điều khiển còi buzzer), khối hiển thị (giao tiếp OLED và quét phím cấu hình menu), khối thời gian thực RTC và khối quản lý nguồn cấp điện áp.

Chương 4: KẾT QUẢ THI CÔNG

Chương 4 phản ánh toàn bộ sản phẩm thực tế sau quá trình thi công và thử nghiệm. Nội dung bao gồm: bản vẽ thiết kế mạch in PCB (mặt trên, mặt dưới và mô hình 3D), hình ảnh bo mạch thực tế hoàn thiện sau khi hàn linh kiện, giao diện hiển thị trên màn hình OLED (giao diện chính, màn hình cài đặt ngưỡng $SpO_2$, màn hình thiết lập báo thức), kết quả các tệp dữ liệu lưu trữ trong Flash được truyền tải thành công lên Firebase, cùng các bảng số liệu đo kiểm thực tế về độ chính xác đo lường và mức độ tiêu thụ điện năng của toàn hệ thống.

Chương 5: KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN

Chương 5 đúc kết các kết quả đạt được đối chiếu với mục tiêu ban đầu, đưa ra đánh giá tổng quan về tính khả thi, độ tin cậy và sự ổn định của thiết bị. Đồng thời, tác giả chỉ rõ các mặt hạn chế còn tồn đọng về mặt phần cứng lẫn phần mềm và đề xuất các phương hướng cải tiến, mở rộng đề tài trong tương lai.

Kết quả và đóng góp

Kết quả thực nghiệm chính của đề tài:

  • Chế tạo thành công thiết bị theo dõi sức khỏe di động hoàn chỉnh trên một bo mạch PCB tích hợp, kích thước nhỏ gọn, hoạt động độc lập bằng pin sạc Lithium qua cổng USB Type-C.
  • Hệ thống đo đạc và hiển thị trực tiếp các thông số nhịp tim (nằm trong dải đo 60 – 120 bpm) và nồng độ $SpO_2$ (nằm trong dải đo 70 – 100%).
  • Khối cảnh báo hoạt động chính xác theo kịch bản: khi chỉ số $SpO_2$ tụt xuống dưới ngưỡng thiết lập, hệ thống phát chuông cảnh báo qua còi buzzer, đồng thời gửi tin nhắn SMS có nội dung "SpO2 qua thap" hoặc "Canh bao khan cap" và thực hiện cuộc gọi khẩn cấp tức thời qua mạng 4G đến 02 số điện thoại người thân.
  • Triển khai thành công tính năng lưu trữ cục bộ các bản ghi đo lường vào bộ nhớ Flash nội của ESP32 và tự động truyền tải tệp dữ liệu lên máy chủ Firebase hàng ngày khi có kết nối Wi-Fi.
  • Module SIMCOM A7680C được đo kiểm dòng tiêu thụ thực tế ở các chế độ: dòng tĩnh dưới 0,2A và dòng đỉnh đạt xấp xỉ 1,4A trong giai đoạn kết nối quay số cuộc gọi; mạch sạc xả đáp ứng tải ổn định với dòng xả tối đa 2A.

Đóng góp của đồ án:

  • Ứng dụng thành công module truyền thông 4G LTE (SIMCOM A7680C) thay thế cho các dòng module 2G truyền thống (như SIM800L, SIM908) trong các thiết bị y tế cá nhân, thích ứng với lộ trình tắt sóng 2G của các nhà mạng viễn thông.
  • Giải quyết bài toán lưu trữ dữ liệu y sinh phân tầng: kết hợp lưu trữ an toàn trong bộ nhớ Flash cục bộ để tránh mất mát dữ liệu khi mất kết nối mạng và đồng bộ hóa lên đám mây Firebase phục vụ việc trích xuất bệnh án từ xa.
  • Tích hợp thêm khối thời gian thực độc lập RTC DS3231 giúp thiết bị duy trì tính năng nhắc lịch uống thuốc/báo thức cố định, mở rộng giá trị sử dụng cho người cao tuổi.

Hạn chế và hướng nghiên cứu tiếp

Các hạn chế được nhóm tác giả ghi nhận trong văn bản:

  • Cảm biến MAX30100 có độ ổn định chưa cao khi hoạt động trong một hệ thống phức hợp; kết quả đo dễ bị dao động mạnh khi người đeo cử động ngón tay.
  • Giới hạn thời gian timeout 180 ms của module MAX30100 gây khó khăn cho việc xử lý đa tác vụ thời gian thực và cản trở việc truyền dữ liệu trực tiếp liên tục lên đám mây.
  • Thiết bị chưa tích hợp mạch đo dung lượng pin và thuật toán cảnh báo khi mức pin sắp cạn.
  • Màn hình OLED kích thước 0.96 inch nhỏ, giới hạn số lượng thông số và ký tự có thể hiển thị cùng lúc.
  • Hệ thống bị giới hạn trong việc chỉ lưu được 02 số điện thoại khẩn cấp, kết nối với 01 mạng Wi-Fi cấu hình sẵn và hoàn toàn mất khả năng cảnh báo từ xa nếu người dùng di chuyển ra ngoài vùng phủ sóng di động.

Hướng phát triển tiếp theo:

  • Nâng cấp cảm biến sinh học chuyên dụng hơn có thuật toán lọc nhiễu chuyển động quang học để tăng độ chính xác của nhịp tim và $SpO_2$.
  • Bổ sung module định vị toàn cầu GPS để gửi kèm tọa độ vị trí của người bệnh trong tin nhắn SMS cấp cứu.
  • Xây dựng ứng dụng di động chuyên biệt (trên nền tảng Android/iOS) để người thân theo dõi biểu đồ sức khỏe trực quan thay vì quản lý qua giao diện Firebase Console.
  • Thiết kế mạch đo điện áp pin và bổ sung cảnh báo pin yếu; tối ưu hóa thuật toán tiết kiệm năng lượng (chế độ Deep Sleep cho ESP32 và chế độ ngủ cho module SIM) nhằm kéo dài thời lượng sử dụng pin.

Giá trị tham khảo

Đồ án tốt nghiệp là tài liệu tham khảo kỹ thuật hữu ích cho:

  • Sinh viên chuyên ngành Kỹ thuật Máy tính, Điện tử - Viễn thông, Kỹ thuật Y sinh và Hệ thống Nhúng đang thực hiện các đề tài về thiết bị IoT y tế cá nhân hoặc hệ thống giám sát từ xa.
  • Các kỹ sư và người nghiên cứu cần tài liệu tham khảo thực tế về quy trình tích hợp và điều khiển module 4G LTE SIMCOM A7680C bằng tập lệnh AT trên vi điều khiển ESP32.
  • Người làm đề tài có thể tham khảo trực tiếp giải pháp thiết kế sơ đồ nguyên lý mạch nguồn sạc xả pin Lithium, cách khắc phục lỗi tràn bộ đệm/timeout của cảm biến quang học I2C và cơ chế ghi nhận tệp tin lên bộ nhớ Flash nội để đồng bộ hóa lên Firebase.

Câu hỏi thường gặp

1. Tại sao nhóm tác giả lựa chọn module SIMCOM A7680C thay cho module SIM800L thường dùng trong các đề tài IoT trước đây? Nhóm nghiên cứu chọn SIMCOM A7680C vì module này hỗ trợ băng thông mạng di động 4G LTE (LTE-Cat 1), khắc phục được tình trạng các mạng viễn thông đang tiến hành cắt giảm và tắt hoàn toàn sóng di động 2G – vốn là hạ tầng kết nối bắt buộc của các dòng module cũ như SIM800L. Ngoài ra, module A7680C có kích thước nhỏ gọn (25 mm x 22 mm), phù hợp cho thiết bị đeo di động.

2. Cảm biến MAX30100 gặp vấn đề kỹ thuật gì trong quá trình vận hành và nhóm tác giả xử lý như thế nào? Cảm biến MAX30100 có thời gian timeout rất ngắn, chỉ 180 ms. Khi hệ thống thực thi các tác vụ mạng hoặc xử lý logic vượt quá 180 ms, cảm biến sẽ bị treo và liên tục trả về số đo cuối cùng. Nhóm tác giả khắc phục bằng cách liên tục gọi hàm pox.update() trong vòng lặp chương trình để duy trì hoạt động trước khi hết timeout, hoặc sử dụng lệnh khởi tạo lại pox.begin() khi phát hiện cảm biến bị treo.

3. Kịch bản cảnh báo khẩn cấp của thiết bị được kích hoạt trong những điều kiện nào? Thiết bị kích hoạt cảnh báo khẩn cấp khi xảy ra một trong hai trường hợp: (1) Chỉ số nồng độ oxy trong máu ($SpO_2$) của người dùng tụt xuống dưới ngưỡng an toàn đã cài đặt; (2) Người dùng tự kích hoạt chức năng Emergency Call thông qua nút nhấn khẩn cấp trên thiết bị.

4. Thiết bị xử lý như thế nào khi rơi vào trạng thái mất kết nối Wi-Fi (Offline)? Khi mất kết nối Wi-Fi, thiết bị chuyển sang trạng thái Offline nhưng vẫn duy trì đo đạc và lưu trữ dữ liệu nhịp tim, $SpO_2$ vào tệp tin trong bộ nhớ Flash nội của ESP32. Cứ sau mỗi chu kỳ 15 phút ở trạng thái Offline, thiết bị sẽ tự động kích hoạt tiến trình quét và cố gắng kết nối lại Wi-Fi một lần để chuyển về trạng thái Online và gửi dữ liệu lên Firebase.

5. Nguồn điện của thiết bị được thiết kế như thế nào để đảm bảo cấp dòng cho module SIM hoạt động? Hệ thống sử dụng pin Lithium Li-Po (1 cell) kết hợp với module mạch sạc xả Type-C tích hợp mạch tăng áp tự động lên 5V với dòng tải tối đa 2A. Thiết kế này giúp đáp ứng yêu cầu cung cấp mức dòng điện đỉnh có thể tăng vọt lên tới 1,4A của module SIMCOM A7680C trong quá trình thực hiện kết nối quay số cuộc gọi.

Kết luận

Đồ án tốt nghiệp "Thiết kế và thi công thiết bị theo dõi sức khỏe di động" đã hoàn thành việc xây dựng một hệ thống phần cứng và phần mềm nhúng hoàn chỉnh, tích hợp vi điều khiển ESP32 với cảm biến MAX30100, module 4G SIMCOM A7680C, màn hình OLED và thời gian thực RTC. Thiết bị đáp ứng tốt các mục tiêu đo đạc nhịp tim, $SpO_2$, lưu trữ dữ liệu vào Flash để gửi lên Firebase, đồng thời phát tín hiệu cảnh báo tại chỗ và gọi điện/nhắn tin khẩn cấp qua mạng viễn thông khi phát hiện chỉ số bất thường. Kết quả nghiên cứu có tính ứng dụng thực tiễn cao trong việc hỗ trợ giám sát an toàn cho người cao tuổi và là tài liệu tham khảo giá trị cho các nghiên cứu phát triển thiết bị y tế IoT tiếp theo.