Bối cảnh và vấn đề nghiên cứu

Trong bối cảnh phát triển của công nghệ số, việc ứng dụng các giải pháp kỹ thuật vào lĩnh vực y tế và chăm sóc sức khỏe ngày càng trở nên phổ biến. Đối với người cao tuổi hoặc người dân sinh sống tại các khu vực xa trung tâm y tế, việc di chuyển định kỳ đến bệnh viện để kiểm tra sức khỏe gặp nhiều trở ngại về thời gian và chi phí. Ba chỉ số sinh lý cơ bản gồm nhịp tim (Beats Per Minute - BPM), nồng độ oxy trong máu ($SpO_2$) và nhiệt độ cơ thể đóng vai trò then chốt trong việc đánh giá trạng thái thể chất:

  • Nhịp tim: Phản ánh ngưỡng hoạt động khi vận động cũng như trạng thái nghỉ ngơi của tim; các biến thiên bất thường là dấu hiệu cảnh báo bệnh lý tim mạch như rối loạn nhịp tim hoặc suy tim.
  • Nồng độ oxy trong máu ($SpO_2$): Cho biết mức độ bão hòa oxy trong hệ tuần hoàn và chức năng trao đổi khí của phổi; tình trạng thiếu oxy kéo dài có thể dẫn đến tổn thương cơ quan nghiêm trọng.
  • Nhiệt độ cơ thể: Phản ánh sự cân bằng thân nhiệt; việc tăng hoặc giảm nhiệt độ đột ngột ảnh hưởng trực tiếp đến hoạt động của các cơ quan nội tạng.

Kế thừa hướng nghiên cứu từ đề tài "Thiết bị đeo chăm sóc sức khỏe cho người cao tuổi" của tác giả Nguyễn Minh Đức và cộng sự (sử dụng vi điều khiển Atmega2560 và truyền thông Bluetooth), đồ án tốt nghiệp ngành Công nghệ Kỹ thuật Máy tính (Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật TP. Hồ Chí Minh) của nhóm tác giả Bùi Quang Huy và Huỳnh Bá Tường Vi đã đề xuất giải pháp thay thế bằng công nghệ truyền thông không dây LoRa (Long Range Radio) nhằm khắc phục hạn chế về khoảng cách truyền và tối ưu hóa mức tiêu thụ năng lượng.

Mục tiêu nghiên cứu của đề tài được xác định gồm 6 nhiệm vụ cụ thể:

  1. Thiết kế hệ thống hỗ trợ 2 Node đo kết nối đồng thời về 1 Gateway trung tâm (mỗi Node phục vụ giám sát 1 bệnh nhân).
  2. Thu thập chính xác ba thông số sinh thái: nhịp tim, nồng độ oxy máu ($SpO_2$) và nhiệt độ cơ thể thông qua các cảm biến chuyên dụng.
  3. Đóng gói và truyền dữ liệu qua mạng không dây LoRa từ các Node về Gateway, sau đó đồng bộ lên cơ sở dữ liệu đám mây trực tuyến.
  4. Tích hợp cơ chế cảnh báo tại chỗ bằng còi báo (Buzzer) khi phát hiện các chỉ số vượt ngưỡng an toàn.
  5. Tích hợp nút nhấn khẩn cấp kết hợp module SIM để tự động thực hiện cuộc gọi/tin nhắn đến số điện thoại người giám sát.
  6. Xây dựng giao diện giám sát từ xa đa nền tảng gồm ứng dụng di động Android và trang web quản trị.

Đối tượng và phạm vi nghiên cứu:

  • Đối tượng nghiên cứu: Công nghệ truyền thông không dây LoRa; chuẩn giao tiếp và tập lệnh của module SIM; cảm biến đo nhịp tim/nồng độ oxy máu MAX30100; cảm biến nhiệt độ hồng ngoại không tiếp xúc GY-906 MLX90614; nền tảng cơ sở dữ liệu thời gian thực Firebase; môi trường phát triển ứng dụng di động Android Studio.
  • Phạm vi giới hạn thực nghiệm:
    • Khoảng cách truyền sóng LoRa ở độ cao anten 4m: đạt cự ly 200m trong điều kiện ít vật cản và 500m trong điều kiện có nhiều vật cản (theo ghi nhận khảo sát thực nghiệm của nhóm tác giả).
    • Module SIM thực hiện cảnh báo cuộc gọi một lần và không tự động quay số lại nếu người giám sát không bắt máy.
    • Hệ thống phần mềm (Web và App) tập trung vào chức năng giám sát, hiển thị dữ liệu một chiều và chưa hỗ trợ gửi lệnh điều khiển cấu hình ngược lại thiết bị phần cứng từ xa.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp

Khung lý thuyết và công nghệ nền tảng

  • Công nghệ LoRa (Long Range Radio): Công nghệ truyền thông không dây dựa trên kỹ thuật điều chế trải phổ Chirp (Chirp Spread Spectrum - CSS), sử dụng tín hiệu dạng sin có tần số biến thiên theo thời gian (up-chirp và down-chirp). LoRa hoạt động tại dải tần Sub-GHz (410–441 MHz), hỗ trợ truyền các gói dữ liệu kích thước nhỏ (tải trọng tối đa khoảng 100 bytes) trên khoảng cách xa (đạt tới 15 km trong môi trường mở lý tưởng), khả năng kháng nhiễu cao, mức tiêu thụ năng lượng thấp và tích hợp mã hóa bảo mật AES128.
  • Nền tảng Firebase (Google Cloud):
    • Firebase Realtime Database: Cơ sở dữ liệu NoSQL lưu trữ dưới dạng cây JSON, hỗ trợ đồng bộ dữ liệu thời gian thực hai chiều giữa thiết bị nhúng và ứng dụng khách.
    • Firebase Authentication: Dịch vụ quản lý định danh và xác thực người dùng thông qua email, mật khẩu hoặc liên kết với các nhà cung cấp bên thứ ba (Google, Facebook, Twitter, GitHub).
  • Môi trường Android Studio: Môi trường phát triển tích hợp (IDE) chính thức của Google, tích hợp hệ thống đóng gói Gradle, hỗ trợ lập trình bằng ngôn ngữ Java/Kotlin và các thư viện kết nối cơ sở dữ liệu đám mây.

Phương pháp nghiên cứu

Tác giả áp dụng kết hợp ba phương pháp nghiên cứu kỹ thuật:

  1. Phương pháp tổng hợp tài liệu lý thuyết: Khảo sát các tài liệu chuyên ngành về giao thức truyền thông mạng cảm biến không dây (WSN), kiến trúc vi điều khiển 32-bit, nguyên lý quang phổ kế đo $SpO_2$ và bức xạ nhiệt hồng ngoại.
  2. Phương pháp mô phỏng: Thiết kế sơ đồ nguyên lý, layout mạch in (PCB) 2 lớp và mô hình hóa vỏ hộp 3D cho thiết bị phần cứng.
  3. Phương pháp khảo sát thực nghiệm: Đo kiểm thực tế các chỉ số sinh lý trên người dùng ở hai trạng thái (nghỉ ngơi bình thường và sau vận động), kiểm tra độ suy hao tín hiệu và tỷ lệ mất gói tin (Packet Loss Rate) của mạng LoRa theo khoảng cách và môi trường.

Thiết kế và triển khai hệ thống kỹ thuật

Hệ thống được thiết kế theo cấu trúc mạng hình sao phân tán, bao gồm 5 khối chức năng chính: Khối Node cảm biến, Khối Gateway, Khối Cơ sở dữ liệu Firebase, Khối Ứng dụng Android và Khối Website giám sát.

Thiết kế phần cứng và lựa chọn linh kiện

Nhóm tác giả đã tiến hành phân tích, so sánh các linh kiện phần cứng để lựa chọn cấu hình tối ưu:

Hạng mục linh kiện Phương án so sánh Phương án được chọn Đặc tính kỹ thuật của phương án chọn
Cảm biến nhịp tim & $SpO_2$ MAX30102 vs MAX30100 MAX30100 Tích hợp LED kép và cảm biến quang điện, giao tiếp I2C (mức TTL), dòng tắt máy 0,7 $\mu$A, SNR cao, tích hợp bộ khử ánh sáng môi trường.
Cảm biến nhiệt độ GY-906 BCC vs GY-906 BAA GY-906 BAA (MLX90614) Cảm biến hồng ngoại không tiếp xúc, dải đo vật thể -70°C đến 380°C, môi trường -40°C đến 125°C, độ phân giải 0,02°C, độ chính xác ±0,5°C, ADC 17-bit.
Vi điều khiển xử lý ESP8266 vs ESP32 ESP32 (NodeMCU-32S) CPU Xtensa Dual-Core 32-bit 160 MHz, 34 GPIOs, tích hợp Wi-Fi 802.11 b/g/n và Bluetooth 4.2 BLE, hỗ trợ giao tiếp phần cứng I2C, SPI, UART, ADC 12-bit.
Khối cảnh báo âm thanh Buzzer 3V vs SFM27 vs Buzzer 5V Buzzer 5VDC Kích thước nhỏ gọn (12mm x 9.5mm), cường độ âm thanh >80 dB, tần số cộng hưởng 2300 Hz ± 500 Hz, dòng tiêu thụ <25 mA.
Mạch thu phát LoRa Mạch LoRa SPI vs LoRa E32 UART LoRa E32-TTL-100 (SX1278) IC Semtech SX1278, dải tần 410–441 MHz, công suất phát 20 dBm (100 mW), chuyển đổi giao tiếp sang UART (tốc độ 1200–115200 bps), kết hợp anten 433 MHz 3dBi.
Module di động Module SIM 2G vs SIMCOM A7680C SIMCOM A7680C Hỗ trợ 4G-LTE Cat.1 kết hợp thoại và SMS, dải điện áp 3.4V–4.2V, giao tiếp UART với tập lệnh AT, tích hợp mạch chuyển mức logic.
Màn hình hiển thị tại chỗ Màn hình LCD 1602 vs OLED 0.96 inch OLED 0.96 inch (SSD1306) Độ phân giải 128x64 pixels, chuẩn giao tiếp I2C, góc nhìn >160°, công suất tiêu thụ cực thấp 0,04W.
Khối quản lý nguồn Nguồn cắm trực tiếp vs Pin sạc Pin Li-Po 3.7V 3000mAh Kết hợp mạch sạc bảo vệ TP4056 Type-C (ngắt sạc ở 4.25V, bảo vệ tụt áp 2.5V) và mạch giảm áp DC-DC LM2596 điều chỉnh hạ áp xuống 3.3V cho ESP32.

Thiết kế sơ đồ nguyên lý và liên kết tín hiệu

  • Tại Node cảm biến: Cảm biến MAX30100 và MLX90614 cùng màn hình OLED chia sẻ bus I2C của ESP32 qua chân SDA (GPIO 21) và SCL (GPIO 22). Module LoRa E32 kết nối với ESP32 qua cổng UART2 (chân RX2 và TX2), hai chân cấu hình chế độ M0 và M1 kết nối với GPIO 19 và GPIO 18. Module SIMCOM A7680C kết nối qua cổng UART (TX-GPIO 4, RX-GPIO 2) và nhận tín hiệu kích hoạt cuộc gọi khẩn cấp từ nút nhấn tại GPIO 14 (giữ nút 3 giây). Module SIM được cấp nguồn trực tiếp từ pin Li-Po 3.7V để đáp ứng dòng đỉnh khi phát sóng, trong khi ESP32 và các cảm biến nhận nguồn 3.3V ổn định từ LM2596.
  • Tại Gateway trung tâm: ESP32 đóng vai trò điều phối mạng, kết nối với module LoRa E32 qua UART để thu nhận dữ liệu từ các Node, xuất tín hiệu điều khiển đèn LED báo trạng thái (GPIO 2) và còi Buzzer 5V (GPIO 4), đồng thời sử dụng kết nối Wi-Fi tích hợp để đẩy dữ liệu lên Firebase.

Thiết kế phần mềm và luồng xử lý dữ liệu

  • Cơ sở dữ liệu Firebase: Lưu trữ dữ liệu phân cấp gồm nhánh quản lý thông tin định danh bệnh nhân (tên, tuổi, số điện thoại khẩn cấp) và nhánh dữ liệu đo thời gian thực (nhịp tim, $SpO_2$, nhiệt độ, trạng thái nút khẩn cấp, nhãn thời gian theo từng Node ID).
  • Ứng dụng Android: Được xây dựng qua 14 giao diện thành phần: Đăng nhập/Đăng ký xác thực; Màn hình trang chủ tổng quan; Màn hình hiển thị chi tiết 3 thông số sinh lý; Màn hình cảnh báo khẩn cấp dạng thông báo đẩy (Push Notification); Giao diện cài đặt ngưỡng đo; Giao diện thông tin cá nhân; Giao diện tra cứu lịch sử đo (phân loại theo nhịp tim, oxy máu, nhiệt độ); Đổi mật khẩu; Đổi số điện thoại liên lạc; Xóa tài khoản; Tin tức y tế; Đăng xuất và Quên mật khẩu.
  • Website giám sát: Cung cấp giao diện đăng nhập bảo mật, bảng điều khiển (Dashboard) theo dõi trực quan và biểu đồ trực quan hóa dữ liệu đo lịch sử theo chuỗi thời gian.

Nội dung chính theo từng chương

Chương 1: Giới thiệu

Chương 1 thiết lập cơ sở khoa học và tính cấp thiết của đề tài trong việc giám sát sức khỏe từ xa cho người cao tuổi và cư dân vùng xa. Tác giả phân tích ý nghĩa sinh lý của ba chỉ số nhịp tim, $SpO_2$, nhiệt độ cơ thể; tổng hợp các hạn chế về tầm phủ sóng của các công trình tiền nhiệm sử dụng Bluetooth/Wi-Fi; từ đó xác định rõ 6 mục tiêu thiết kế, phạm vi nghiên cứu, phương pháp tiếp cận và cấu trúc toàn văn của quyển báo cáo.

Chương 2: Cơ sở lý thuyết

Chương 2 trình bày tổng quan các nền tảng công nghệ sử dụng trong đồ án:

  • Phân tích nguyên lý điều chế trải phổ Chirp (CSS), dải tần hoạt động, ưu điểm tiêu thụ năng lượng thấp và cự ly truyền xa của LoRa; đánh giá mô hình ứng dụng LoRa trong các hệ thống Tòa nhà thông minh (Smart Building).
  • Giới thiệu cấu trúc IDE Android Studio, hệ thống build Gradle, các tính năng quản lý mã nguồn Java/Kotlin và cơ chế tích hợp SDK.
  • Trình bày kiến trúc dịch vụ đám mây Firebase gồm Firebase Realtime Database, Authentication, Cloud Storage, Test Lab và Analytics.

Chương 3: Thiết kế hệ thống

Chương 3 chi tiết hóa toàn bộ quy trình thiết kế phần cứng và phần mềm:

  • Xây dựng sơ đồ khối tổng thể và xác định chức năng của từng khối trong hệ thống phân tán.
  • Lập bảng so sánh kỹ thuật để lựa chọn linh kiện: MAX30100, MLX90614 GY-906 BAA, ESP32, Buzzer 5V, LoRa E32-TTL-100, SIMCOM A7680C, OLED 0.96 inch, pin Li-Po 3.7V kết hợp TP4056 và LM2596.
  • Thiết kế sơ đồ nguyên lý mạch điện, sơ đồ kết nối chân ngoại vi cho Node cảm biến và Gateway.
  • Xây dựng lưu đồ giải thuật cho chương trình nhúng (firmware) trên Node và Gateway, lưu đồ xử lý cảnh báo, cơ chế gửi gói tin LoRa và cấu trúc cơ sở dữ liệu trên Firebase.
  • Thiết kế kiến trúc phần mềm cho trang web và ứng dụng di động Android.

Chương 4: Kết quả

Chương 4 phản ánh toàn diện kết quả thực nghiệm sau quá trình thi công:

  • Chế tạo phần cứng: Thiết kế layout mạch in PCB 2 lớp, gia công hàn linh kiện hoàn thiện cho bo mạch Node cảm biến và bo mạch Gateway; thiết kế và in 3D vỏ hộp bảo vệ cho các thiết bị.
  • Triển khai phần mềm: Hoàn thiện hệ thống giao diện website và 14 màn hình chức năng của ứng dụng Android, đảm bảo đồng bộ dữ liệu thời gian thực từ Firebase.
  • Đo kiểm thực tế: Thực hiện các bài kiểm tra đo lường các chỉ số nhịp tim, $SpO_2$, nhiệt độ cơ thể trên 2 Node ở cả hai trạng thái nghỉ ngơi và sau vận động; kiểm tra chức năng kích hoạt còi báo, gửi tin nhắn SMS, thực hiện cuộc gọi khẩn cấp qua module SIM và khảo sát tỷ lệ mất gói tin LoRa.

Chương 5: Kết luận và hướng phát triển

Chương 5 tổng kết mức độ hoàn thành các mục tiêu đề ra ban đầu, chỉ ra những mặt hạn chế tồn tại của hệ thống (về tính tương tác hai chiều, cự ly thực tế, khả năng tự động quay số lại của module SIM) và đề xuất các giải pháp kỹ thuật nhằm nâng cấp, hoàn thiện đề tài trong tương lai.

Kết quả và đóng góp

Kết quả thực nghiệm và các chỉ số kỹ thuật

  • Về mặt chế tạo phần cứng: Nhóm tác giả đã thi công hoàn chỉnh 02 Node đo cảm biến đeo tay/cầm tay và 01 trạm Gateway trung tâm có vỏ hộp in 3D bảo vệ, hoạt động độc lập bằng nguồn pin sạc Li-Po 3000mAh.
  • Về mặt kết nối và cảnh báo: Hệ thống thực hiện truyền nhận dữ liệu ổn định giữa các Node và Gateway qua giao thức LoRa, cập nhật dữ liệu liên tục lên Firebase Realtime Database. Khi phát hiện chỉ số bất thường hoặc người dùng giữ nút khẩn cấp trong 3 giây, còi Buzzer 5V (>80 dB) tại chỗ được kích hoạt, đồng thời module SIMCOM A7680C thực hiện cuộc gọi khẩn cấp và gửi tin nhắn SMS cảnh báo đến số điện thoại cấu hình sẵn.
  • Dữ liệu kiểm nghiệm thực tế: Đồ án đã tiến hành đo đạc và ghi nhận kết quả thực tế qua các bảng dữ liệu cụ thể trong Chương 4:
    • Bảng 4.2 & 4.3: So sánh kết quả đo nhịp tim và $SpO_2$ ở trạng thái bình thường trên Node 1 và Node 2 với thiết bị y tế chuẩn.
    • Bảng 4.4 & 4.5: So sánh kết quả đo nhịp tim và $SpO_2$ ở trạng thái sau vận động trên Node 1 và Node 2.
    • Bảng 4.6 & 4.7: Kết quả đo nhiệt độ cơ thể không tiếp xúc bằng cảm biến GY-906 BAA MLX90614 trên cả 2 Node.
    • Bảng 4.8: Đánh giá tỷ lệ mất gói tin (Packet Loss Rate) giữa các Node và Gateway theo khoảng cách truyền sóng LoRa.

Đóng góp kỹ thuật của đề tài

  1. Giải quyết triệt để hạn chế về cự ly truyền thông ngắn của công nghệ Bluetooth trong các nghiên cứu trước đây bằng việc ứng dụng thành công công nghệ LoRa, mở rộng bán kính giám sát trong môi trường thực tế từ 200m đến 500m (ở độ cao anten 4m).
  2. Tích hợp giải pháp cảnh báo đa kênh phân tầng: hiển thị trực quan tại chỗ qua màn hình OLED 0.96 inch, phát âm thanh cảnh báo qua Buzzer, gọi điện/nhắn tin SMS qua mạng di động 4G-LTE (module SIMCOM A7680C), và gửi thông báo đẩy (Push Notification) đến ứng dụng di động Android và Web Dashboard qua Internet.
  3. Thiết kế tối ưu hóa phần cứng và quản lý nguồn năng lượng, kết hợp sạc bảo vệ TP4056 Type-C giúp thiết bị Node hoạt động bền bỉ, thích hợp làm thiết bị theo dõi sức khỏe cá nhân di động.

Hạn chế và hướng nghiên cứu tiếp

Hạn chế của hệ thống

  • Cơ chế cuộc gọi khẩn cấp: Module SIMCOM A7680C chỉ thực hiện quay số một lần; trong trường hợp người giám sát không nhấc máy, hệ thống không có cơ chế tự động gọi lại hoặc chuyển tiếp sang số điện thoại dự phòng dù tình trạng cảnh báo vẫn đang diễn ra.
  • Tính năng phần mềm: Ứng dụng Android và Website hiện mới chỉ thực hiện chức năng giám sát dữ liệu một chiều (nhận dữ liệu từ Firebase), chưa hỗ trợ người giám sát gửi lệnh cấu hình ngưỡng đo hoặc điều khiển thiết bị từ xa qua Internet.
  • Băng thông truyền thông: Tải trọng gói tin của công nghệ LoRa bị giới hạn (khoảng 100 bytes), tốc độ truyền dữ liệu thấp nên không phù hợp để truyền tải các dạng tín hiệu sóng sinh học liên tục (như đồ thị điện tâm đồ ECG thời gian thực).
  • Quy mô mạng: Hệ thống thực nghiệm mới chỉ triển khai và kiểm thử trên cấu hình 2 Node và 1 Gateway.

Hướng nghiên cứu tiếp

  • Nâng cấp thuật toán điều khiển trên Gateway và module SIM để thiết lập cơ chế tự động gọi lại định kỳ (Redial Loop) hoặc quay số đa địa chỉ khẩn cấp cho đến khi có xác nhận từ người giám sát.
  • Phát triển tính năng điều khiển hai chiều trên ứng dụng di động và website, cho phép người quản lý tùy chỉnh ngưỡng cảnh báo (nhịp tim tối đa/tối thiểu, nhiệt độ, $SpO_2$) và đồng bộ ngược về thiết bị Node.
  • Mở rộng quy mô mạng cảm biến, nghiên cứu triển khai giao thức LoRaWAN hoặc LoRa Mesh để kết nối hàng chục đến hàng trăm Node đo trong các bệnh viện, viện dưỡng lão hoặc khu dân cư quy mô lớn.
  • Tích hợp thêm các cảm biến sinh trắc học chuyên sâu (như điện tâm đồ ECG, huyết áp) và ứng dụng thuật toán học máy (Machine Learning) để phân tích, dự báo sớm các nguy cơ đột quỵ hoặc suy tim.

Giá trị tham khảo

Đồ án tốt nghiệp là tài liệu tham khảo có giá trị chuyên môn cao đối với sinh viên, học viên và kỹ sư thuộc các ngành: Công nghệ Kỹ thuật Máy tính, Điện tử - Viễn thông, Công nghệ Thông tin, Kỹ thuật Y sinh và Hệ thống Nhúng & IoT.

Các nội dung kỹ thuật có thể kế thừa và tham khảo trực tiếp:

  • Phương pháp lựa chọn, tính toán thông số và thiết kế giao tiếp bus I2C giữa vi điều khiển ESP32 với các cảm biến y sinh (MAX30100, MLX90614) và màn hình hiển thị OLED SSD1306.
  • Kỹ thuật cấu hình, đóng gói dữ liệu và truyền thông UART giữa vi điều khiển với module thu phát không dây LoRa E32-TTL-100 (SX1278).
  • Phương pháp tích hợp module 4G-LTE SIMCOM A7680C vào hệ thống nhúng để thực hiện cuộc gọi khẩn cấp và gửi tin nhắn SMS qua tập lệnh AT.
  • Thiết kế hệ thống nguồn pin Li-Po hoàn chỉnh với mạch sạc bảo vệ TP4056 Type-C và mạch hạ áp xung LM2596.
  • Quy trình tích hợp cơ sở dữ liệu thời gian thực Firebase Realtime Database với phần cứng IoT và xây dựng ứng dụng di động Android đa tính năng bằng Android Studio.

Câu hỏi thường gặp

1. Tại sao nhóm tác giả lựa chọn công nghệ LoRa thay vì Wi-Fi hoặc Bluetooth để truyền dữ liệu sinh lý?
Công nghệ LoRa có khả năng truyền tải dữ liệu ở khoảng cách xa (đạt từ vài trăm mét đến hàng kilômét), mức tiêu thụ năng lượng cực thấp giúp kéo dài tuổi thọ pin cho các thiết bị đeo, khả năng kháng nhiễu và xuyên vật cản tốt nhờ kỹ thuật điều chế Chirp (CSS), đồng thời không phụ thuộc vào hạ tầng mạng Wi-Fi cục bộ tại từng phòng của bệnh nhân.

2. Module SIMCOM A7680C trong hệ thống đảm nhiệm vai trò gì và được kích hoạt bằng cách nào?
Module SIMCOM A7680C có chức năng thực hiện cuộc gọi khẩn cấp hoặc gửi tin nhắn SMS đến số điện thoại của người giám sát khi bệnh nhân gặp sự cố sức khỏe hoặc cần hỗ trợ. Module được kích hoạt trực tiếp khi người dùng nhấn giữ nút nhấn khẩn cấp (kết nối tại chân GPIO 14 của ESP32) trong thời gian 3 giây.

3. Khối nguồn của Node cảm biến được thiết kế như thế nào để đảm bảo điện áp cho các linh kiện có mức điện áp hoạt động khác nhau?
Hệ thống sử dụng pin Li-Po 3.7V 3000mAh kết hợp mạch sạc bảo vệ TP4056 Type-C. Nguồn pin sau đó đi qua mạch giảm áp DC LM2596 để hạ xuống mức 3.3V ổn định cung cấp cho vi điều khiển ESP32, màn hình OLED và các cảm biến MAX30100, MLX90614. Riêng module SIMCOM A7680C (hoạt động trong dải 3.4V–4.2V) được cấp nguồn trực tiếp từ pin Li-Po để đảm bảo đủ dòng đỉnh khi phát sóng mạng 4G-LTE.

4. Dữ liệu từ các Node đo được chuyển tiếp lên ứng dụng di động và website qua quy trình trung gian nào?
Các Node cảm biến thu thập chỉ số nhịp tim, $SpO_2$ và nhiệt độ cơ thể, đóng gói thành bản tin và truyền không dây qua sóng LoRa (433 MHz) về khối Gateway. Gateway sau khi giải mã và xử lý gói tin sẽ sử dụng kết nối Wi-Fi tích hợp trên chip ESP32 để đẩy dữ liệu lên Firebase Realtime Database. Từ đây, ứng dụng Android và Website sẽ tự động đồng bộ dữ liệu thời gian thực từ đám mây để hiển thị cho người giám sát.

5. Phạm vi cự ly truyền sóng LoRa của hệ thống đạt được trong thử nghiệm thực tế là bao nhiêu?
Theo khảo sát thực nghiệm của đề tài với anten lắp ở độ cao 4m, hệ thống đạt khoảng cách truyền ổn định 200m trong điều kiện ít vật cản và 500m trong điều kiện có nhiều vật cản.

Kết luận

Đồ án tốt nghiệp "Thiết kế hệ thống giám sát nhịp tim và nồng độ oxy máu ứng dụng công nghệ LoRa" của nhóm tác giả Bùi Quang Huy và Huỳnh Bá Tường Vi (Khoa Điện - Điện tử, Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật TP.HCM) đã hoàn thành toàn diện việc nghiên cứu, thiết kế và chế tạo mô hình thiết bị giám sát sức khỏe phân tán từ xa. Hệ thống kết hợp hài hòa giữa phần cứng nhúng năng lượng thấp (ESP32, MAX30100, MLX90614, LoRa E32, SIMCOM A7680C) với nền tảng phần mềm đa kênh (Firebase, Web Dashboard, Android App), giải quyết hiệu quả bài toán theo dõi sinh hiệu liên tục và cảnh báo khẩn cấp cho người cao tuổi. Mặc dù còn một số hạn chế về tính năng tương tác hai chiều và thuật toán gọi lại của module SIM, đề tài là một công trình kỹ thuật có tính thực tiễn cao, đóng vai trò là tài liệu tham khảo mẫu mực cho các nghiên cứu phát triển thiết bị IoT y tế trong tương lai.