I. Thiết kế máy đo nhịp tim Tổng quan hệ thống
Đồ án tốt nghiệp Thiết kế và thi công máy đo nhịp tim giao tiếp với máy tính tại HCMUTE tập trung vào việc tạo ra một thiết bị đo nhịp tim nhỏ gọn, hiệu quả, và tiết kiệm chi phí. Thiết kế máy đo nhịp tim này sử dụng Arduino Uno R3 làm bộ xử lý trung tâm. Cảm biến nhịp tim AD8232 được tích hợp để thu thập tín hiệu điện tim. Hệ thống giao tiếp với máy tính thông qua giao thức serial, cho phép hiển thị và phân tích dữ liệu trên giao diện phần mềm được phát triển bằng Visual C#. Thiết kế mạch điện tử tối ưu hoá việc xử lý tín hiệu và đảm bảo độ chính xác của phép đo. Vi điều khiển Arduino đóng vai trò quan trọng trong việc thu thập, xử lý và truyền dữ liệu. Phát triển phần mềm tập trung vào việc tạo ra giao diện người dùng thân thiện và trực quan, giúp người dùng dễ dàng theo dõi nhịp tim của mình. Giải pháp đo nhịp tim này hướng đến việc hỗ trợ theo dõi sức khỏe tại nhà, đặc biệt hữu ích cho bệnh nhân tim mạch.
1.1. Lựa chọn phần cứng và phần mềm
Việc lựa chọn phần cứng phù hợp là yếu tố then chốt để đảm bảo hiệu quả của hệ thống. Arduino Uno R3, với tính năng mạnh mẽ, khả năng lập trình dễ dàng và chi phí hợp lý, trở thành sự lựa chọn tối ưu cho vi điều khiển. Module cảm biến AD8232, chuyên dụng cho việc đo tín hiệu điện tim, đảm bảo độ chính xác cao và ổn định. Giao tiếp UART được sử dụng để truyền dữ liệu từ Arduino đến máy tính. Visual C# được lựa chọn để phát triển giao diện người dùng (GUI) do khả năng tạo giao diện đồ họa mạnh mẽ và khả năng tích hợp với các hệ thống khác. Sự lựa chọn này thể hiện sự cân nhắc kỹ lưỡng giữa hiệu quả, chi phí và khả năng tích hợp. Thiết kế đồ án tốt nghiệp HCMUTE này chú trọng đến tính thực tiễn và khả năng ứng dụng rộng rãi.
1.2. Thiết kế mạch điện và nguyên lý hoạt động
Thiết kế mạch điện tử dựa trên nguyên lý hoạt động của cảm biến nhịp tim AD8232. Mạch được thiết kế để khuếch đại tín hiệu điện tim yếu, loại bỏ nhiễu và chuyển đổi tín hiệu thành dạng số để xử lý trên Arduino. Arduino thực hiện việc lấy mẫu, lọc và xử lý tín hiệu, sau đó truyền dữ liệu đến máy tính thông qua giao tiếp UART. Xử lý tín hiệu bao gồm việc lọc nhiễu, phát hiện biên độ sóng R để xác định nhịp tim. Lập trình nhúng trên Arduino sử dụng ngôn ngữ C++, đảm bảo hiệu quả xử lý tín hiệu. Thiết kế mạch được mô phỏng và tối ưu hóa trước khi chế tạo để đảm bảo tính ổn định và chính xác của hệ thống. Máy đo nhịp tim hoạt động dựa trên các nguyên tắc điện tử cơ bản, đảm bảo tính đơn giản, dễ hiểu và dễ bảo trì.
II. Phát triển phần mềm và giao diện người dùng
Phần mềm điều khiển được phát triển trên nền tảng Visual C#, tạo ra một giao diện người dùng trực quan và thân thiện. Giao diện hiển thị thông tin nhịp tim một cách rõ ràng, dễ đọc. Phần mềm cho phép người dùng theo dõi nhịp tim theo thời gian thực. Phần mềm xử lý dữ liệu nhịp tim giúp phân tích các chỉ số quan trọng liên quan đến sức khỏe tim mạch. Giao diện phần mềm được thiết kế để đơn giản, dễ sử dụng, phù hợp với nhiều đối tượng người dùng, kể cả những người không có kiến thức chuyên môn về công nghệ. Phần mềm tích hợp khả năng lưu trữ và xuất dữ liệu, cho phép người dùng theo dõi sự thay đổi nhịp tim theo thời gian và chia sẻ dữ liệu với bác sĩ nếu cần. Giao tiếp USB được sử dụng để kết nối giữa máy đo nhịp tim và máy tính.
2.1. Thiết kế giao diện người dùng
Giao diện người dùng được thiết kế tối giản nhưng vẫn đảm bảo hiển thị đầy đủ thông tin cần thiết. Dữ liệu nhịp tim được hiển thị trực quan, dễ đọc, bao gồm nhịp tim hiện tại, biểu đồ nhịp tim theo thời gian thực. Giao diện cung cấp các tùy chọn cấu hình, như thời gian lấy mẫu, cài đặt cảnh báo ngưỡng nhịp tim. Thiết kế tập trung vào tính dễ sử dụng và khả năng tiếp cận của người dùng. Ứng dụng máy đo nhịp tim hướng đến sự đơn giản, dễ thao tác, phù hợp với người già và người bệnh. Phát triển phần mềm tuân thủ các nguyên tắc thiết kế giao diện người dùng hiện đại, nhằm tăng trải nghiệm người dùng. Giao diện hỗ trợ nhiều ngôn ngữ, giúp mở rộng khả năng tiếp cận.
2.2. Xử lý và phân tích dữ liệu
Phần mềm thực hiện việc xử lý và phân tích dữ liệu nhịp tim thu thập được từ Arduino. Dữ liệu được hiển thị dưới dạng đồ thị, giúp người dùng dễ dàng theo dõi sự thay đổi nhịp tim theo thời gian. Phần mềm có khả năng tính toán các thông số trung bình, tối đa, tối thiểu của nhịp tim. Phần mềm cung cấp chức năng cảnh báo khi nhịp tim vượt quá ngưỡng cho phép, giúp người dùng phát hiện sớm các bất thường về tim mạch. Phân tích dữ liệu cung cấp thông tin hữu ích cho việc theo dõi sức khỏe tim mạch. Phần mềm có khả năng xuất dữ liệu ra các định dạng phổ biến, cho phép người dùng chia sẻ dữ liệu với bác sĩ. Phần mềm được thiết kế để đảm bảo tính bảo mật và an toàn dữ liệu.
III. Kết luận và hướng phát triển
Đồ án đã hoàn thành mục tiêu thiết kế và thi công máy đo nhịp tim giao tiếp với máy tính. Hệ thống hoạt động ổn định, chính xác, và có giao diện người dùng thân thiện. Máy đo nhịp tim này có tiềm năng ứng dụng rộng rãi trong việc theo dõi sức khỏe tại nhà. Thiết kế đồ án tốt nghiệp HCMUTE này đóng góp vào việc phát triển các thiết bị y tế thông minh, giúp cải thiện chất lượng chăm sóc sức khỏe cộng đồng. Máy đo nhịp tim giá rẻ này phù hợp với điều kiện kinh tế của nhiều người. Công nghệ đo nhịp tim còn có thể được phát triển thêm nhiều tính năng, ví dụ: kết nối không dây qua Bluetooth hoặc Wifi, tích hợp các tính năng cảnh báo thông minh, tích hợp với các hệ thống theo dõi sức khỏe khác. Hệ thống giám sát sức khỏe này có thể được mở rộng để theo dõi nhiều chỉ số sinh trắc học khác.
3.1. Đánh giá kết quả
Hệ thống hoạt động ổn định và đáp ứng được các yêu cầu đề ra. Máy đo nhịp tim đạt độ chính xác cao trong điều kiện thử nghiệm. Giao diện người dùng thân thiện và dễ sử dụng. Phần mềm hoạt động hiệu quả và đáp ứng tốt các chức năng đã được thiết kế. Thiết kế mạch điện tử đảm bảo tính ổn định và độ tin cậy. Đồ án tốt nghiệp đạt chất lượng cao, thể hiện sự thành công trong việc ứng dụng kiến thức đã học vào thực tiễn. Kết quả nghiên cứu có ý nghĩa thực tiễn cao trong việc hỗ trợ theo dõi sức khỏe tim mạch. Máy đo nhịp tim y tế này đóng góp vào việc nâng cao chất lượng chăm sóc sức khỏe.
3.2. Hướng phát triển trong tương lai
Tích hợp giao tiếp không dây như Bluetooth hoặc Wifi để tăng tính linh hoạt và tiện dụng. Phát triển phần mềm có khả năng phân tích dữ liệu phức tạp hơn và cung cấp các cảnh báo thông minh hơn. Tích hợp các cảm biến khác để theo dõi thêm các chỉ số sinh trắc học khác, tạo thành một hệ thống giám sát sức khỏe toàn diện. Phát triển ứng dụng di động để người dùng có thể theo dõi nhịp tim mọi lúc mọi nơi. Nâng cao độ chính xác của phép đo bằng việc áp dụng các thuật toán xử lý tín hiệu tiên tiến. Máy đo nhịp tim thể thao là một hướng phát triển tiềm năng. Dữ liệu sinh trắc học thu thập được có thể được sử dụng để nghiên cứu và phát triển các giải pháp chăm sóc sức khỏe cá nhân hóa.
