Bối cảnh và vấn đề nghiên cứu

Trong bối cảnh cuộc Cách mạng Công nghiệp 4.0 và sự phát triển của công nghệ Mạng lưới vạn vật kết nối Internet (IoT), nhu cầu ứng dụng công nghệ số vào việc theo dõi và giám sát sức khỏe con người ngày càng trở nên cấp thiết. Tại Việt Nam – một quốc gia đang phát triển, đa số người dân chịu áp lực lớn từ công việc mưu sinh hàng ngày nên thường ít có điều kiện kiểm tra sức khỏe định kỳ. Thống kê y tế năm 2015 cho thấy mỗi năm Việt Nam ghi nhận hơn 200.000 ca đột quỵ (tai biến mạch máu não), trong đó trên 50% trường hợp tử vong và 90% người sống sót phải chịu các di chứng nặng nề về vận động hoặc thần kinh. Trong giai đoạn ba năm gần đây, tỷ lệ bệnh nhân nhập viện do đột quỵ tăng từ 1,7% đến 2,5%, tỷ lệ mắc ở nam giới cao gấp 4 lần nữ giới và độ tuổi mắc bệnh đang trẻ hóa rõ rệt (từ 40–45 tuổi so với mức 50–60 tuổi trước đây).

Đột quỵ và các tai biến tim mạch thường diễn biến âm thầm nhưng để lại hậu quả nghiêm trọng nếu không được phát hiện kịp thời, đặc biệt là các sự cố xảy ra vào ban đêm như ngưng thở đột ngột, loạn nhịp tim hoặc huyết áp tăng giảm bất thường. Đề tài tập trung giải quyết bài toán thiết kế một thiết bị đeo tay thông minh phục vụ hai nhóm đối tượng chính: người cao tuổi cần theo dõi sức khỏe thường xuyên tại nhà và người luyện tập thể thao cần kiểm soát cường độ vận động.

Mục tiêu và nhiệm vụ nghiên cứu của đồ án bao gồm:

  1. Thiết kế và chế tạo thiết bị đo dạng đồng hồ đeo tay tích hợp các chức năng: đo nhịp tim, đo độ bão hòa oxy trong máu ($SpO_2$), đếm số bước chân và tính toán lượng calories tiêu thụ.
  2. Đảm bảo thiết bị đạt các tiêu chuẩn kỹ thuật: hoạt động tức thời, kích thước nhỏ gọn, tiêu thụ năng lượng thấp, khả năng hoạt động liên tục 24/7 và độ chính xác đo lường đạt trên 95%.
  3. Xây dựng hệ thống phần cứng hoàn chỉnh với giá thành mục tiêu hợp lý (khoảng 600.000 VNĐ), có khả năng sạc lại pin và hiển thị trực quan thông tin thời gian thực qua màn hình OLED.

Đối tượng nghiên cứu của đề tài là các linh kiện điện tử chuyên dụng, vi điều khiển xử lý tín hiệu, cảm biến quang học đo nhịp tim/$SpO_2$ (MAX30102) và cảm biến quán tính đo chuyển động (MPU-6050). Phạm vi nghiên cứu giới hạn trong việc xây dựng mô hình phần cứng nhúng hoàn chỉnh dạng thiết bị đeo tay cá nhân, thử nghiệm thu thập dữ liệu sinh học và đánh giá các thông số tiêu thụ năng lượng thực tế.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp

Đồ án xây dựng dựa trên nền tảng lý thuyết y sinh, cơ học chuyển động và kỹ thuật điện tử - viễn thông:

  • Lý thuyết tín hiệu nhịp tim: Nhịp tim (Heart Rate - HR) biểu thị số lần co bóp của tim trong một phút (BPM). Nhịp tim nghỉ ngơi (Resting Heart Rate - RHR) ở người trưởng thành khỏe mạnh dao động từ 60 đến 100 BPM, chịu tác động bởi nhiệt độ môi trường, trạng thái thể chất, cảm xúc và thuốc điều trị. Nhịp tim mục tiêu (Target Heart Rate - THR) được ứng dụng để định lượng cường độ vận động. Phương pháp đo quang thể tích (Photoplethysmography - PPG) ứng dụng trên cảm biến MAX30102 dựa trên nguyên lý hấp thụ ánh sáng của máu: khi tim co bóp đẩy máu qua động mạch, thể tích máu tăng làm tăng mức độ hấp thụ ánh sáng; ngược lại khi tim giãn, lượng máu giảm làm tăng cường độ ánh sáng phản xạ truyền tới cảm biến quang (photodiode).
  • Lý thuyết nồng độ oxy trong máu ngoại vi ($SpO_2$): $SpO_2$ là tỷ lệ phần trăm giữa hemoglobin gắn oxy ($HbO_2$) trên tổng lượng hemoglobin trong máu. Chỉ số $SpO_2 \ge 94%$ là mức bình thường an toàn (97%–99% là tối ưu; 94%–96% là trung bình; 90%–93% là mức thấp cần theo dõi y tế; dưới 90% là tình trạng cấp cứu lâm sàng). Phương pháp đo quang phổ của MAX30102 sử dụng hai bước sóng ánh sáng phát ra từ LED đỏ (Red) và LED hồng ngoại (IR). Tín hiệu sau khi phản xạ được photodiode thu nhận, chuyển đổi sang dòng điện, đi qua bộ lọc khử nhiễu tần số 50/60Hz, bộ bù nhiệt độ môi trường và bộ chuyển đổi tương tự - số (ADC).
  • Lý thuyết đo chuyển động quán tính: Gia tốc kế (accelerometer) 3 trục đo lực gia tốc tác dụng lên vật thể trong không gian ba chiều ($x, y, z$). Con quay hồi chuyển (gyroscope) 3 trục đo tốc độ góc và định hướng dựa trên nguyên lý bảo toàn mô-men động lượng. Module MPU-6050 tích hợp công nghệ vi cơ điện tử (MEMS) kết hợp cả hai thành phần giúp nhận diện chính xác các chuyển động ngang và thẳng đứng của cơ thể.
  • Mô hình tính toán năng lượng tiêu thụ: Lượng calories tiêu hao trong hoạt động thể chất được xác định dựa trên tỷ lệ trao đổi chất tương đương (Metabolic Equivalent of Task - MET) theo công thức:

$$\text{Lượng Calories tiêu thụ trong 1 phút} = 0.0175 \times \text{MET} \times M$$

Trong đó: $\text{MET}$ là hệ số tiêu hao năng lượng đặc trưng cho từng hoạt động (đối với đi bộ và chạy bộ vừa phải trên địa hình bằng phẳng, $\text{MET} \ge 2.0$); $M$ là khối lượng cơ thể tính bằng kilôgam (kg).

  • Lý thuyết vi điều khiển và chuẩn truyền thông $I^2C$: Hệ thống sử dụng vi điều khiển kiến trúc 8-bit ATmega328P kết hợp giao thức truyền thông nối tiếp hai dây $I^2C$ (Inter-Integrated Circuit) bao gồm đường truyền dữ liệu nối tiếp (SDA) và đường xung nhịp nối tiếp (SCL). Chuẩn $I^2C$ vận hành theo mô hình Master-Slave với cơ chế định địa chỉ vật lý 7-bit, điều kiện khởi tạo (START), điều kiện kết thúc (STOP), bit xác nhận (ACK/NACK) và tốc độ truyền chuẩn 100 kbit/s.

Phương pháp nghiên cứu kết hợp giữa phân tích lý thuyết, thiết kế kỹ thuật phần cứng (schematic, layout mạch in PCB), lập trình firmware nhúng trên nền tảng C/C++ và phương pháp thực nghiệm đo kiểm đối chứng các chỉ số thực tế trên người dùng.

Thiết kế và triển khai

Hệ thống được thiết kế theo cấu trúc module phân tầng, kết nối đồng bộ qua bus giao tiếp $I^2C$:

Khối chức năng Linh kiện / IC chính Thông số kỹ thuật & Giao tiếp Chức năng chi tiết
Xử lý trung tâm ATmega328P-AU Gói SMD TQFP-32, Thạch anh 16 MHz CSTCE16M, nguồn 3.7V Đọc dữ liệu từ cảm biến qua chân PC4 (SDA), PC5 (SCL), thực thi thuật toán lọc, tính toán bước chân, calories và gửi dữ liệu hiển thị
Cảm biến sinh học MAX30102 Tích hợp LED Red, LED IR, photodiode, ADC, bù nhiệt độ, nguồn 3.7V, giao tiếp $I^2C$ Đo tín hiệu xung mạch máu để tính nhịp tim (HR) và độ bão hòa oxy trong máu ($SpO_2$)
Cảm biến chuyển động MPU-6050 Gia tốc kế 3 trục + Con quay hồi chuyển 3 trục MEMS, nguồn 3.7V, giao tiếp $I^2C$ Thu thập gia tốc dao động của cổ tay phục vụ thuật toán nhận diện và đếm số bước chân
Thời gian thực DS3231 + AT24C32 IC RTC chính xác cao + EEPROM 32K, Pin dự phòng CR1220 3V, giao tiếp $I^2C$ Cung cấp thông tin ngày, tháng, năm, giờ, phút, giây; lưu trữ tham số cấu hình
Hiển thị Màn hình OLED 0.96 inch Giao tiếp $I^2C$, độ phân giải cao, nguồn 3.7V Hiển thị đồng thời nhịp tim, $SpO_2$, số bước chân, calo tiêu thụ và đồng hồ thời gian
Nguồn & Mạch sạc Pin Li-Po 3.7V + TP4056 Pin Lithium-Polymer dung lượng cao, IC quản lý sạc Micro-USB TP4056 Cung cấp nguồn nuôi 3.7V cho toàn hệ thống và hỗ trợ sạc lại an toàn qua cổng USB
Nút ấn điều khiển Nút bấm cơ học Nối chân I/O vi điều khiển Chuyển đổi các chế độ hiển thị và thiết lập lại thông số đo

Hệ thống phần cứng được thiết kế nguyên lý (Schematic) và định tuyến mạch in (Layout PCB) hai lớp sử dụng phần mềm Altium Designer 20. Quá trình gia công áp dụng công nghệ dán bề mặt (SMT/SMD) nhằm tối ưu hóa diện tích bo mạch theo kích thước đồng hồ đeo tay.

Firmware hệ thống được phát triển bằng ngôn ngữ C/C++ trên môi trường Arduino IDE. Luồng thực thi chính bao gồm: khởi tạo các ngoại vi trên bus $I^2C$, định kỳ đọc giá trị cường độ ánh sáng từ MAX30102 để trích xuất đỉnh xung nhịp tim và tính tỷ số hấp thụ quang cho $SpO_2$; liên tục đọc dữ liệu gia tốc 3 trục từ MPU-6050, đưa qua bộ lọc ngưỡng để xác định các bước di chuyển thực tế; áp dụng công thức MET để chuyển đổi số bước và thời gian vận động thành lượng calories tiêu hao; đồng thời cập nhật dữ liệu lên màn hình OLED theo thời gian thực.

Nội dung chính theo từng chương

Chương 1. Phần mở đầu

Chương 1 trình bày tổng quan về cuộc Cách mạng Công nghiệp 4.0 và vai trò của IoT trong đời sống hiện đại. Tác giả nêu bật tính cấp thiết của việc bảo vệ sức khỏe thông qua các số liệu dịch tễ học về bệnh đột quỵ tại Việt Nam (hơn 200.000 ca/năm, tỷ lệ tử vong >50%, di chứng 90%, tỷ lệ nam/nữ là 4:1, độ tuổi trẻ hóa 40–45 tuổi). Từ thực trạng thiếu thời gian và điều kiện chăm sóc y tế thường xuyên tại các hộ gia đình, chương này xác định rõ mục tiêu chế tạo thiết bị giám sát sức khỏe đeo tay tự động, xác lập đối tượng nghiên cứu (linh kiện phần cứng, cảm biến, vi xử lý) và phạm vi ứng dụng trong khuôn khổ mô hình thiết bị cá nhân nhỏ gọn, tiện lợi.

Chương 2. Cơ sở lý thuyết

Chương 2 cung cấp nền tảng khoa học chi tiết cho toàn bộ đề tài:

  • Trình bày định nghĩa nhịp tim (HR), nhịp tim nghỉ ngơi (RHR: 60–100 BPM), nhịp tim mục tiêu (THR), các nguyên nhân sinh lý và bệnh lý ảnh hưởng đến nhịp tim, cùng nguyên lý đo quang học PPG qua động mạch cổ tay của module MAX30102.
  • Trình bày định nghĩa độ bão hòa oxy trong máu ($SpO_2$), bảng phân loại mức độ an toàn ($SpO_2 \ge 94%$), các triệu chứng thiếu oxy máu (thay đổi sắc tố da, tím tái, khó thở, tụt huyết áp), hiện tượng ngộ độc khí CO và phương pháp đo quang phổ hai bước sóng (Red/IR) của MAX30102.
  • Phân tích nguyên lý hoạt động của gia tốc kế 3 trục và con quay hồi chuyển 3 trục dựa trên hệ thống vi cơ điện tử (MEMS) tích hợp trong MPU-6050.
  • Trình bày cơ chế chuyển hóa năng lượng cơ thể, tỷ lệ trao đổi chất cơ bản, định nghĩa hệ số MET và công thức tính toán lượng calories tiêu thụ ($0.0175 \times \text{MET} \times M$).
  • Khái quát kiến trúc vi điều khiển, các khối chức năng (CPU, Bộ nhớ RAM/ROM/Flash, I/O, Timer/Counter, ADC, DAC, ngắt) và phân tích sâu giao thức $I^2C$ (cấu trúc Master-Slave, đường SDA/SCL, khung truyền 7-bit địa chỉ, bit R/W, bit ACK/NACK, tốc độ 100 kbit/s). Giới thiệu ngôn ngữ lập trình nhúng C/C++.

Chương 3. Phân tích thiết kế

Chương 3 xây dựng chi tiết các yêu cầu kỹ thuật và cấu trúc hệ thống:

  • Yêu cầu chức năng: Đo chính xác nhịp tim, $SpO_2$, số bước chân, tính calories tiêu thụ; hiển thị màn hình trực quan; hoạt động tự động 24/7; tiêu thụ năng lượng thấp và sạc lại pin được.
  • Yêu cầu phi chức năng: Tích hợp 3 cảm biến/chức năng đo lường chính; kích thước nhỏ gọn đeo tay; nhiệt độ hoạt động và bảo quản 0–70°C; độ ẩm tối đa 95%; áp suất 1 atm; độ chính xác đo lường >95%; giá thành chế tạo ước tính 600.000 VNĐ; hạn chế va đập, không sử dụng dưới nước; kết cấu cơ khí dễ tháo lắp, sửa chữa.
  • Thiết kế sơ đồ khối: Phân chia hệ thống thành 6 khối chức năng gồm Khối nguồn nuôi (Pin Li-Po 3.7V), Khối cảm biến (MAX30102, MPU-6050), Khối xử lý trung tâm (ATmega328P-AU), Khối thời gian thực (DS3231 + AT24C32 kèm pin CR1220 3V), Khối hiển thị (OLED 0.96 inch) và Khối nút ấn.
  • Lựa chọn linh kiện & Thuật toán: Thuyết minh thông số kỹ thuật chi tiết của từng linh kiện; xây dựng lưu đồ thuật toán tổng thể toàn hệ thống, lưu đồ thuật toán lọc đỉnh đếm bước chân và lưu đồ tính toán năng lượng calories.

Chương 4. Triển khai, kết quả và đánh giá

Chương 4 mô tả toàn bộ quá trình hiện thực hóa và thử nghiệm sản phẩm:

  • Thiết kế sơ đồ nguyên lý (Schematic) và layout bo mạch in PCB hai lớp trên Altium Designer 20, tiến hành hàn lắp ráp linh kiện thực tế.
  • Lập trình và nạp firmware nhúng sử dụng môi trường Arduino IDE trên nền tảng ngôn ngữ C/C++.
  • Xây dựng kịch bản thực nghiệm đo lường thực tế trên người dùng ở các trạng thái tĩnh và động.
  • Trình bày kết quả đo đạc thực nghiệm, biểu đồ biến thiên dòng điện, điện áp làm việc và biểu đồ công suất tiêu thụ của hệ thống.
  • Đánh giá độ chính xác của các chỉ số sinh học so với thiết bị đo chuẩn và kiểm chứng mức độ đáp ứng các chỉ tiêu kỹ thuật đã đề ra.

Kết quả và đóng góp

Đồ án đã hoàn thành việc chế tạo mẫu thiết bị đồng hồ thông minh với các kết quả cụ thể:

  1. Hiện thực hóa phần cứng: Thiết kế và chế tạo thành công mạch in PCB nhỏ gọn dạng đồng hồ đeo tay hai lớp, tích hợp vi điều khiển ATmega328P-AU, cảm biến nhịp tim và $SpO_2$ MAX30102, cảm biến gia tốc MPU-6050, module thời gian thực DS3231, màn hình OLED 0.96 inch và mạch sạc pin Li-Po TP4056.
  2. Hiện thực hóa phần mềm nhúng: Xây dựng chương trình điều khiển hoàn chỉnh bằng C/C++, quản lý đồng thời nhiều thiết bị ngoại vi trên cùng một bus $I^2C$, thực thi chính xác thuật toán đếm bước chân và tính toán calories theo công thức MET.
  3. Kết quả thực nghiệm & Đo lường năng lượng: Hệ thống vận hành ổn định trên nguồn pin Li-Po 3.7V, đạt độ chính xác đo lường trên 95% theo yêu cầu thiết kế, hiển thị dữ liệu sinh học và thời gian liên tục. Mạch sạc TP4056 cho phép nạp lại pin thuận tiện qua cổng Micro-USB chuẩn.
Tiêu chí đánh giá Chỉ tiêu thiết kế đề ra Kết quả thực tế đạt được
Chức năng đo lường Đo HR, $SpO_2$, đếm bước chân, tính calo Hoạt động đầy đủ 4 chức năng đo lường
Độ chính xác $> 95%$ Đạt yêu cầu thực nghiệm ($> 95%$)
Giao tiếp phần cứng Chuẩn nối tiếp $I^2C$ Giao tiếp đồng bộ ATmega328P với MAX30102, MPU-6050, DS3231, OLED
Nguồn điện & Tiêu thụ Pin Li-Po 3.7V, sạc lại được Hoạt động ổn định với pin 3.7V, tích hợp sạc TP4056, pin nuôi RTC CR1220 3V
Môi trường hoạt động 0 – 70°C, độ ẩm $\le 95%$, 1 atm Đảm bảo hoạt động trong điều kiện tiêu chuẩn
Giá thành phần cứng $\approx 600.000$ VNĐ Tối ưu hóa linh kiện đạt ngưỡng chi phí mục tiêu

Đóng góp của đồ án thể hiện ở việc làm chủ quy trình phát triển một thiết bị y tế cá nhân dạng nhúng từ khâu phân tích lý thuyết, thiết kế phần cứng, layout PCB chuyên nghiệp trên Altium Designer đến lập trình thuật toán xử lý tín hiệu thực tế trên vi điều khiển 8-bit với giá thành rẻ.

Hạn chế và hướng nghiên cứu tiếp

Dựa trên các phân tích kỹ thuật và phạm vi nghiên cứu của đồ án, các điểm hạn chế và hướng mở rộng được xác định như sau:

  • Hạn chế: Mẫu thử nghiệm phần cứng chưa có kết cấu vỏ bọc chống nước chuyên dụng (yêu cầu không sử dụng dưới nước và tránh nơi có độ ẩm cao kéo dài để bảo vệ linh kiện); cảm biến quang học MAX30102 dễ bị nhiễu tín hiệu khi người dùng cử động mạnh hoặc do ánh sáng môi trường lọt vào khe hở tiếp xúc da; hệ thống chưa tích hợp module truyền thông không dây (Bluetooth Low Energy hoặc Wi-Fi) để đồng bộ dữ liệu tự động lên điện thoại hay máy chủ lưu trữ.
  • Hướng nghiên cứu tiếp: Thiết kế vỏ hộp bảo vệ đạt chuẩn kháng nước/kháng bụi; nghiên cứu tích hợp vi điều khiển có kết nối không dây (như BLE) để truyền dữ liệu sinh học theo thời gian thực về ứng dụng di động; phát triển thuật toán lọc thích nghi nâng cao nhằm triệt tiêu triệt để nhiễu do chuyển động (Motion Artifacts) trên cảm biến quang PPG.

Giá trị tham khảo

Đồ án là tài liệu tham khảo có giá trị chuyên môn cho:

  • Sinh viên và học viên chuyên ngành Kỹ thuật Điện tử, Điện tử - Viễn thông, Kỹ thuật Y sinh, Hệ thống Nhúng và IoT đang thực hiện các đồ án thiết kế thiết bị đeo tay (Wearable Devices) hoặc thiết bị đo lường sinh học.
  • Phần đáng tham khảo nhất bao gồm: phương pháp ghép nối phần cứng đa thiết bị trên cùng một bus $I^2C$ (ATmega328P kết hợp MAX30102, MPU-6050, DS3231, OLED); nguyên lý kỹ thuật đo tín hiệu $SpO_2$/PPG và thuật toán tính toán năng lượng tiêu thụ dựa trên hệ số MET; quy trình thiết kế mạch in PCB hoàn chỉnh trên phần mềm Altium Designer 20.

Câu hỏi thường gặp

1. Cảm biến MAX30102 trong đồ án sử dụng nguyên lý nào để đo đồng thời nhịp tim và nồng độ $SpO_2$?
MAX30102 phát ra hai bước sóng ánh sáng thông qua LED đỏ và LED hồng ngoại (IR) chiếu vào mạch máu dưới da. Khi tim đập, sự thay đổi lượng máu trong động mạch làm biến thiên cường độ ánh sáng phản xạ tới photodiode (nguyên lý PPG để đo nhịp tim). Đồng thời, do hemoglobin có oxy ($HbO_2$) và hemoglobin khử oxy ($Hb$) có mức độ hấp thụ khác nhau đối với hai bước sóng đỏ và hồng ngoại, vi điều khiển tính tỷ lệ hấp thụ giữa hai ánh sáng này sau khi qua bộ lọc và ADC để xác định nồng độ $SpO_2$.

2. Công thức và các tham số được đồ án sử dụng để tính toán lượng calories tiêu thụ là gì?
Đồ án sử dụng công thức tính lượng calories tiêu thụ trong một phút: $\text{Calories/phút} = 0.0175 \times \text{MET} \times M$. Trong đó, $\text{MET}$ (Metabolic Equivalent of Task) là hệ số trao đổi chất theo hoạt động (đối với đi bộ/chạy bộ trên địa hình bằng phẳng, $\text{MET} \ge 2.0$) và $M$ là khối lượng cơ thể của người đeo tính bằng đơn vị kilôgam (kg).

3. Bus giao tiếp $I^2C$ được tổ chức và kết nối như thế nào giữa vi điều khiển ATmega328P với các ngoại vi?
Tất cả các khối ngoại vi (cảm biến MAX30102, cảm biến MPU-6050, IC thời gian thực DS3231, EEPROM AT24C32 và màn hình OLED 0.96 inch) đều kết nối chung vào 2 đường dây tín hiệu của ATmega328P-AU là PC4 (SDA - dữ liệu nối tiếp) và PC5 (SCL - xung nhịp nối tiếp). ATmega328P đóng vai trò Master phát địa chỉ vật lý 7-bit để điều khiển và đọc/ghi dữ liệu từ từng Slave ở tốc độ truyền chuẩn 100 kbit/s.

4. Thiết bị xử lý vấn đề duy trì thời gian thực khi bị mất nguồn điện chính như thế nào?
Khối thời gian thực sử dụng IC DS3231 kết hợp bộ nhớ EEPROM AT24C32. Khi hệ thống hoạt động bình thường, khối này dùng nguồn 3.7V từ pin Li-Po chính. Khi ngắt nguồn chính hoặc khi pin chính hết điện, hệ thống tự động chuyển sang sử dụng nguồn pin cúc áo CR1220 3V dự phòng để duy trì dao động đếm thời gian liên tục mà không bị sai lệch giờ.

5. Các thông số kỹ thuật phi chức năng về môi trường và nguồn điện của sản phẩm gồm những gì?
Thiết bị sử dụng nguồn pin Lithium-Polymer 3.7V tích hợp mạch sạc TP4056; hoạt động trong dải nhiệt độ từ 0 đến 70°C; độ ẩm không khí tối đa 95%; áp suất 1 atm; yêu cầu độ chính xác đo lường đạt trên 95%; giá thành sản xuất ước tính 600.000 VNĐ; thiết bị không chống nước nên không được sử dụng ngập trong môi trường nước.

Kết luận

Đồ án tốt nghiệp "Thiết kế đồng hồ đo nhịp tim, nồng độ oxy trong máu, đếm số bước chân và calories tiêu thụ" của sinh viên Lê Ngọc Toàn đã giải quyết trọn vẹn bài toán xây dựng một thiết bị điện tử y tế cá nhân nhỏ gọn, đáp ứng nhu cầu giám sát sức khỏe tại nhà cho người cao tuổi và người vận động thể thao. Bằng việc kết hợp vi điều khiển ATmega328P, cảm biến quang học MAX30102, cảm biến quán tính MPU-6050 và màn hình OLED trên nền giao tiếp $I^2C$, tác giả đã hoàn thiện từ bản vẽ thiết kế nguyên lý, layout PCB trên Altium Designer đến lập trình firmware nhúng trên Arduino IDE. Kết quả thực nghiệm khẳng định thiết bị vận hành ổn định, đạt độ chính xác trên 95% với mức chi phí chế tạo hợp lý, mở ra tiềm năng ứng dụng thực tiễn trong lĩnh vực thiết bị y tế thông minh.