Bối cảnh và vấn đề nghiên cứu

Quá trình già hóa dân số đang diễn ra nhanh chóng trên phạm vi toàn cầu và tại Việt Nam. Theo các số liệu thống kê được tác giả trích dẫn trong đồ án, số lượng người trên 65 tuổi trên thế giới dự kiến tăng từ 524 triệu người năm 2010 lên gần 1,5 tỷ người vào năm 2025. Tại Việt Nam, người cao tuổi chiếm 11,9% tổng dân số vào năm 2017 và theo dự báo của Tổng cục Thống kê, tỷ lệ này sẽ đạt khoảng 20% vào năm 2038. Thực trạng đời sống của người cao tuổi trong nước còn nhiều khó khăn, đặc biệt là ở khu vực nông thôn với tỷ lệ nghèo là 23,5%, chỉ khoảng 60% có thẻ bảo hiểm y tế, tuổi thọ khỏe mạnh trung bình chỉ đạt 64 tuổi, trong đó 67,2% có tình trạng sức khỏe yếu hoặc rất yếu và 70% gặp khó khăn về vật chất.

Té ngã là một trong những nguyên nhân hàng đầu gây chấn thương nghiêm trọng ở người cao tuổi. Hàng năm có hơn 35% người cao tuổi bị ngã, và nguy cơ té ngã dẫn đến chấn thương tăng gần 45% ở nhóm người trên 70 tuổi. Các nguyên nhân dẫn đến té ngã gồm ba nhóm: yếu tố nội tại (suy giảm chức năng, rối loạn thăng bằng, tác dụng phụ của thuốc, suy giảm khối lượng cơ bắp, mất lớp mỡ đệm và giảm thị lực); yếu tố bên ngoài (môi trường trơn trượt, chướng ngại vật); và yếu tố tình huống (hoạt động di chuyển như đi vào nhà tắm, đổi hướng đột ngột). Hậu quả của té ngã có thể gây chấn thương sọ não, gãy xương, tăng nguy cơ tử vong và để lại chấn thương tâm lý sợ ngã kéo dài.

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

  1. Nghiên cứu tổng quan về thực trạng té ngã ở người cao tuổi và các giải pháp cảnh báo hiện nay.
  2. Phân tích, so sánh và lựa chọn phương án thiết kế phần cứng, vi điều khiển xử lý, module truyền thông vô tuyến và nền tảng hiển thị.
  3. Thiết kế, chế tạo phần cứng vòng tay đeo tay và bộ thu trung tâm (gateway); xây dựng chương trình điều khiển đo nhịp tim, nồng độ oxy trong máu (SpO2) và phát hiện té ngã.
  4. Thử nghiệm thực tế khả năng vận hành của hệ thống, truyền dữ liệu cảnh báo qua Internet lên ứng dụng và thông báo đến người thân.

Đối tượng nghiên cứu là thiết bị đeo tay thông minh phát hiện té ngã kết hợp giám sát sinh hiệu cho người cao tuổi. Phạm vi nghiên cứu về mặt không gian tập trung vào khu vực sinh hoạt gia đình có hỗ trợ kết nối mạng không dây; phạm vi thời gian hoàn thành đồ án tốt nghiệp vào tháng 06 năm 2024 tại Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật – Đại học Đà Nẵng.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp

Đồ án tiếp cận vấn đề phát hiện té ngã qua việc phân loại và đối sánh hai nhóm phương pháp kỹ thuật chính:

Tiêu chí Phương pháp quấy rầy Phương pháp không quấy rầy
Thiết bị áp dụng Hệ thống camera giám sát, micro ghi âm, phần mềm xử lý hình ảnh (ví dụ: AI-SOFTWARE People Collapsing). Cảm biến gắn trên người, thiết bị đeo tay (ví dụ: Garmin Venu SQ, Garmin Forerunner 55).
Ưu điểm Độ chính xác cao, ghi lại được hình ảnh dữ liệu thực tế, phát cảnh báo nhanh chóng. Di động, tiện lợi, theo dõi liên tục, cảnh báo tức thì, dễ sử dụng, bảo đảm quyền riêng tư cá nhân.
Nhược điểm Người dùng cảm thấy bị giám sát mất riêng tư, giới hạn không gian góc quay, phụ thuộc đường truyền Internet và ánh sáng. Khả năng nhận diện có thể bị nhiễu do rung động tay, độ chính xác thuật toán phụ thuộc ngưỡng, yêu cầu sạc pin định kỳ.

Tác giả lựa chọn phương pháp không quấy rầy dưới dạng thiết bị đeo tay kết hợp trạm thu trung gian (gateway).

Về mặt lý thuyết phần cứng và truyền thông, đề tài sử dụng các chuẩn giao tiếp công nghiệp và nhúng:

  • Chuẩn giao tiếp I2C: Giao tiếp nối tiếp 2 dây (SDA, SCL), cơ chế Master – Slave với hệ thống địa chỉ 7-bit cho phép quản lý tối đa 128 thiết bị (112 địa chỉ khả dụng kết nối ngoại vi), dùng để đọc dữ liệu từ cảm biến gia tốc MPU6050 và cảm biến nhịp tim MAX30100.
  • Chuẩn giao tiếp UART: Giao tiếp truyền nhận nối tiếp dị bộ sử dụng các thanh ghi dịch, thanh ghi đệm và bộ tạo tốc độ baud (thông dụng từ 9600 đến 115200 bps) để truyền thông giữa các module vi xử lý.
  • Chuẩn giao tiếp SPI: Giao tiếp đồng bộ tốc độ cao Master – Slave giữa vi điều khiển và các ngoại vi mở rộng.
  • Truyền thông không dây LoRa: Sử dụng module vô tuyến LoRa AS32 để truyền dữ liệu gói tầm xa từ vòng tay đến gateway với mức tiêu thụ năng lượng tối ưu.

Về nền tảng IoT, đồ án ứng dụng hệ thống Blynk gồm ba thành phần:

  • Blynk App: Xây dựng giao diện hiển thị đồ họa trên hệ điều hành Android và iOS bằng các widget trực quan.
  • Blynk Server: Đóng vai trò máy chủ định tuyến trung gian giữa phần cứng và ứng dụng di động qua mạng đám mây (Blynk Cloud).
  • Blynk Library: Thư viện điều khiển nhúng hỗ trợ vi điều khiển kết nối mạng thông qua cơ chế ghim ảo (Virtual Pins) và biểu đồ lịch sử (SuperChart).

Phương pháp nghiên cứu thực nghiệm được tác giả triển khai bao gồm: phân tích lựa chọn linh kiện dựa trên bảng thông số kỹ thuật; tính toán cân bằng công suất tiêu thụ điện năng; thiết kế mạch in 2D; lập trình mã nguồn điều khiển trên môi trường Arduino IDE; và lắp ráp, thử nghiệm vận hành trên mô hình vật lý thực tế.

Thiết kế và triển khai

Hệ thống được thiết kế theo cấu trúc phân tán hai khối độc lập: Vòng tay đeo tay (khối phát) và Trạm thu Gateway (khối nhận).

Trong quá trình phân tích lựa chọn phương án thiết kế:

  • Dạng thiết bị: Thiết bị đeo tay được chọn thay vì khung tập đi bộ hay bộ đồ bảo hộ (mũ, thảm, găng tay) nhờ tính cơ động, khả năng phát hiện tức thời và không gây vướng víu cho người già.
  • Chip xử lý vòng tay: Bo mạch Arduino Nano (sử dụng vi điều khiển ATmega328P của Microchip Technology, bộ nhớ Flash 32KB, 8 chân Analog, điện áp hoạt động 5V) được lựa chọn thay thế Arduino Uno R3 và Mega2560 do kích thước nhỏ gọn phù hợp với thiết kế đeo tay.
  • Chip xử lý Gateway: Module ESP32 NodeMCU (vi xử lý 32-bit Tensilica L106 xung nhịp 80–160MHz, tích hợp sẵn Wi-Fi và Bluetooth) được chọn thay vì Raspberry Pi 4 Model B (tiêu thụ điện lớn, tỏa nhiệt cao, chi phí đắt) và Arduino MKR.
  • Môi trường lập trình: Sử dụng Arduino IDE để biên dịch và nạp chương trình qua cổng COM với cấu hình vi xử lý ATmega328P (Old Bootloader).

Cấu tạo chi tiết phần cứng vòng tay bao gồm:

  • Vi điều khiển ATmega328P: Thực thi chương trình đọc dữ liệu cảm biến và điều khiển module truyền thông.
  • Cảm biến gia tốc MPU6050: Tích hợp cảm biến gia tốc đo gia tốc tuyến tính 3 trục (X, Y, Z) và con quay hồi chuyển (gyroscope) đo tốc độ góc, dải đo gia tốc lựa chọn trong các mức ±2g, ±4g, ±8g, ±16g, dải con quay từ ±250 đến ±2000 độ/giây, giao tiếp qua bus I2C.
  • Cảm biến MAX30100: Tích hợp hai đèn LED (đỏ và hồng ngoại) cùng bộ tách sóng quang, bộ chuyển đổi ADC 16-bit sigma-delta để đo độ bão hòa oxy trong máu (SpO2) và nhịp tim dựa trên nguyên lý quang thể tích (PPG).
  • Mạch cảm ứng điện dung TTP223: Hoạt động ở dải điện áp 3–5V, dùng làm điểm tiếp xúc chạm trên da để kích hoạt chức năng đo sinh hiệu.
  • Còi Buzzer báo động: Hoạt động ở điện áp 3–24VDC, tần số 2300Hz ± 500Hz, cường độ âm thanh >85dB, kích hoạt cảnh báo tức thì khi gia tốc vượt ngưỡng cho phép.
  • Module truyền thông LoRa AS32: Chịu trách nhiệm truyền dữ liệu nhịp tim, SpO2 và trạng thái té ngã về trạm gateway.
  • Mạch sạc và quản lý pin TP4056: Sử dụng cổng sạc MicroUSB, điện áp vào 5VDC, dòng sạc tối đa 1A, tích hợp chức năng bảo vệ xả quá dòng 3A và ngắt khi đầy pin.
  • Pin nguồn: Pin Lithium-Polymer (Li-Po) điện áp 3,7V, dung lượng 300mAh.

Bảng tính toán mức tiêu thụ dòng điện cực đại của vòng tay đeo tay được tác giả xác lập như sau:

STT Khối chức năng Hoạt động tiêu thụ Dòng điện lớn nhất
1 ATmega328P Đọc dữ liệu từ cảm biến và gửi dữ liệu lên gateway 30 mA
2 Cảm biến MAX30100 Đo nhịp tim, nồng độ oxy trong máu 20 mA
3 Cảm biến MPU6050 Phát hiện ngã 3,9 mA
4 Module LoRa Truyền thông vô tuyến giữa vòng tay và gateway ≈ 104 mA
Tổng Toàn bộ vòng tay -- ≈ 155 mA

Cấu tạo trạm Gateway bao gồm:

  • Module ESP32 NodeMCU nhận tín hiệu từ module LoRa và kết nối Wi-Fi để đưa dữ liệu lên máy chủ Blynk.
  • Khối cảnh báo sử dụng còi chíp phát âm thanh tại chỗ trong nhà.
  • Khối nguồn sử dụng adapter 5V – 2A cung cấp nguồn điện liên tục cho hệ thống.

Quy trình hoạt động của phần mềm: Vòng tay liên tục lấy mẫu dữ liệu từ MPU6050; khi các giá trị gia tốc 3 trục X, Y, Z vượt ngưỡng cài đặt (xác định trạng thái rơi tự do và va chạm), vòng tay kích hoạt còi buzzer tại chỗ đồng thời gửi tín hiệu khẩn cấp qua LoRa đến Gateway. Khi người dùng chạm vào cảm biến TTP223, MAX30100 thực hiện đo nhịp tim và SpO2 rồi đóng gói gửi về Gateway. Tại Gateway, ESP32 tiếp nhận bản tin LoRa, xử lý và đẩy dữ liệu lên Blynk Cloud qua mạng Wi-Fi. Ứng dụng Blynk trên điện thoại và máy tính cập nhật số liệu hiển thị trên biểu đồ và gửi thông báo cảnh báo tức thời đến người thân.

Nội dung chính theo từng chương

Chương I: Tổng quan về thiết bị cảnh báo té ngã cho người cao tuổi

Chương này tập trung trình bày tính cấp thiết của việc bảo vệ sức khỏe người già trước nguy cơ té ngã trong bối cảnh tốc độ già hóa dân số tăng cao tại Việt Nam và trên thế giới. Tác giả phân tích cụ thể các nguyên nhân dẫn đến té ngã gồm yếu tố sức khỏe nội tại, suy giảm thị lực, teo cơ bắp và tác động môi trường sống. Chương 1 đi sâu phân tích hai trường phái kỹ thuật phát hiện ngã: phương pháp quấy rầy (camera, thị giác máy tính) và phương pháp không quấy rầy (cảm biến đeo người). Dựa trên bảng so sánh ưu nhược điểm về chi phí, quyền riêng tư và tính di động, tác giả đưa ra quyết định lựa chọn phương pháp không quấy rầy dưới dạng thiết bị đeo tay kết hợp cảm biến gia tốc và nhịp tim.

Chương II: Phân tích, lựa chọn các phương án thiết kế và các thành phần trong thiết bị cảnh báo té ngã cho người cao tuổi

Chương 2 cung cấp toàn bộ luận cứ kỹ thuật để lựa chọn cấu hình phần cứng và nền tảng phát triển cho hệ thống:

  • Đánh giá ba phương án thiết bị hỗ trợ (khung tập đi, đồ bảo hộ, thiết bị đeo tay) và khẳng định tính tối ưu của thiết bị đeo tay.
  • So sánh các dòng vi điều khiển: Arduino Uno R3, Arduino Mega2560 và Arduino Nano, đi đến lựa chọn Arduino Nano cho vòng tay nhằm tối ưu diện tích mạch in.
  • So sánh các thiết bị làm gateway: Module ESP32, Raspberry Pi 4 Model B và Arduino MKR, quyết định chọn ESP32 NodeMCU nhờ tích hợp sẵn kết nối Wi-Fi, tiết kiệm điện năng và chi phí thấp.
  • So sánh môi trường lập trình giữa LabVIEW, Python và Arduino IDE, lựa chọn Arduino IDE.
  • Trình bày chi tiết thông số kỹ thuật, cấu tạo chân và nguyên lý hoạt động của từng linh kiện: ESP32 NodeMCU, vi điều khiển ATmega328P, cảm biến gia tốc MPU6050, cảm biến đo nhịp tim/SpO2 MAX30100, cảm biến chạm TTP223, còi Buzzer, mạch sạc TP4056 và pin Li-Po.
  • Phân tích nguyên lý truyền nhận của ba chuẩn giao tiếp phần cứng I2C, UART và SPI.
  • Nêu rõ quy trình 5 bước nạp chương trình cho vòng tay qua Arduino IDE (từ bước chọn board, chọn bộ xử lý Atmega328P Old Bootloader, chọn cổng COM đến upload mã nguồn).
  • Giới thiệu cấu trúc hoạt động 3 phần và các tính năng của nền tảng IoT Blynk.

Chương III: Thiết kế và chế tạo thiết bị cảnh báo té ngã cho người cao tuổi, kết quả thực nghiệm của đồ án

Chương 3 trình bày toàn bộ quá trình thiết kế chi tiết phần cứng và phần mềm:

  • Thiết lập sơ đồ khối chức năng và thiết kế mạch in 2D cho vòng tay đeo tay và gateway.
  • Lập bảng tính toán công suất tiêu thụ điện năng cho vòng tay (dòng tiêu thụ tối đa đạt ≈155mA) và lựa chọn pin Li-Po 300mAh cùng nguồn Adapter 5V – 2A cho Gateway.
  • Tiến hành gia công mạch in, lắp ráp linh kiện và đóng hộp cơ khí cho vòng tay (bố trí hở anten LoRa ngoài, nút bấm, công tắc gạt, mặt tiếp xúc cảm biến chạm TTP223 và khe cắm sạc MicroUSB).
  • Xây dựng lưu đồ thuật toán điều khiển độc lập cho vi điều khiển ATmega328P của vòng tay và ESP32 NodeMCU của gateway.
  • Thiết kế giao diện giám sát trên ứng dụng Blynk, bố trí các widget hiển thị đồ thị nhịp tim, thông số nồng độ oxy trong máu và đèn cảnh báo té ngã trên cả nền tảng máy tính và điện thoại thông minh.

Chương IV: Kết luận và hướng phát triển

Chương này tổng kết toàn bộ các kết quả đạt được của đồ án tốt nghiệp, chỉ ra những hạn chế kỹ thuật còn tồn tại trên mô hình thử nghiệm và đề xuất các giải pháp nâng cấp, hoàn thiện thiết bị trong tương lai.

Kết quả và đóng góp

Về kết quả kỹ thuật, đồ án đã chế tạo thành công mô hình vật lý hoàn chỉnh gồm hai bộ phận:

  • Vòng tay đeo tay hoàn thiện sau đóng hộp có tích hợp vi điều khiển ATmega328P, cảm biến gia tốc MPU6050, cảm biến đo nhịp tim MAX30100, cảm ứng chạm TTP223, module truyền thông LoRa AS32 với anten ngoài, còi buzzer báo động, pin Li-Po 300mAh và mạch sạc bảo vệ TP4056 qua cổng MicroUSB.
  • Bộ thu Gateway cố định sử dụng module ESP32 NodeMCU, tích hợp module thu LoRa, còi chíp báo động tại chỗ và cấp nguồn liên tục qua adapter 5V – 2A.
  • Hệ thống thực hiện được việc thu thập gia tốc chuyển động 3 trục để nhận diện té ngã; đo chỉ số nhịp tim và SpO2 khi chạm tay; kích hoạt còi báo động tại chỗ; truyền dữ liệu qua LoRa về Gateway và đẩy dữ liệu qua mạng Wi-Fi lên nền tảng đám mây Blynk.
  • Ứng dụng Blynk trên điện thoại và máy tính hiển thị trực quan thông tin sinh hiệu và phát cảnh báo khi có sự cố té ngã xảy ra.

Về đóng góp của đề tài:

  • Xây dựng thành công một giải pháp giám sát an toàn cho người cao tuổi theo phương pháp không quấy rầy, khắc phục được nhược điểm xâm phạm không gian riêng tư của các hệ thống camera giám sát truyền thống.
  • Kết hợp đồng thời hai tính năng quan trọng trên một thiết bị đeo nhỏ gọn: phát hiện tai nạn té ngã khẩn cấp và theo dõi định kỳ các chỉ số sinh hiệu cơ bản (nhịp tim, nồng độ oxy trong máu).
  • Thiết lập giải pháp truyền thông không dây hai cấp (kết hợp LoRa tầm xa và Wi-Fi Internet), giúp người cao tuổi không bắt buộc phải luôn mang theo điện thoại thông minh bên mình mà thiết bị vẫn có thể gửi dữ liệu cảnh báo về trạm thu trong nhà để đẩy lên Internet.

Hạn chế và hướng nghiên cứu tiếp

Các hạn chế được rút ra từ phạm vi và kết quả nghiên cứu trong văn bản:

  • Thời lượng pin của vòng tay còn thấp: Với việc sử dụng pin dung lượng 300mAh trong khi tổng dòng điện tiêu thụ lớn nhất của các khối lên tới khoảng 155mA (riêng module LoRa tiêu thụ ≈104mA), thiết bị đòi hỏi phải được sạc lại thường xuyên, gây bất tiện trong quá trình sử dụng liên tục hàng ngày.
  • Kích thước phần cứng của vòng tay sau đóng hộp còn tương đối lớn đối với cổ tay của người cao tuổi do sử dụng các module rời ghép nối thay vì thiết kế vi mạch tích hợp nhiều lớp chuyên dụng.
  • Hệ thống cảnh báo từ xa phụ thuộc hoàn toàn vào kết nối Wi-Fi tại trạm Gateway; khi mất mạng Internet, hệ thống chỉ phát được âm thanh còi báo tại chỗ mà không thể gửi thông báo tới ứng dụng trên điện thoại của người thân.
  • Thiết bị chưa có chức năng xác định vị trí địa lý của người đeo khi di chuyển ra bên ngoài khu vực nhà ở.

Hướng nghiên cứu và phát triển tiếp theo được tác giả đề xuất:

  • Cải tiến thuật toán xử lý dữ liệu cảm biến MPU6050 nhằm phân biệt chính xác hơn giữa các hành vi sinh hoạt thường ngày với sự cố té ngã thật, giảm thiểu tối đa các cảnh báo sai lệch.
  • Thiết kế lại mạch in PCB dưới dạng module dán (SMD) nhiều lớp để thu nhỏ kích thước vỏ hộp, đồng thời lập trình các chế độ ngủ tiết kiệm điện (Sleep mode) cho vi điều khiển để kéo dài thời gian hoạt động của pin.
  • Tích hợp thêm module định vị GPS nhằm xác định chính xác vị trí của người cao tuổi khi gặp sự cố ngoài trời.
  • Tích hợp thêm module mạng di động (GSM/SIM) trên Gateway hoặc trực tiếp trên vòng tay để có thể thực hiện cuộc gọi khẩn cấp và gửi tin nhắn SMS đến số điện thoại người thân khi không có mạng Wi-Fi.

Giá trị tham khảo

Báo cáo đồ án tốt nghiệp là tài liệu tham khảo hữu ích cho sinh viên, giảng viên và kỹ sư thuộc các chuyên ngành Công nghệ Kỹ thuật Điều khiển và Tự động hóa, Kỹ thuật Điện tử - Viễn thông, Hệ thống Nhúng và IoT, cũng như ngành Kỹ thuật Y sinh.

Những nội dung có giá trị tham khảo chuyên môn cao bao gồm:

  • Bảng tổng hợp so sánh phương pháp giám sát té ngã và bảng đối sánh kỹ thuật giữa các dòng bo mạch vi điều khiển (Uno, Mega, Nano) cùng các module IoT (ESP32, Raspberry Pi 4, Arduino MKR).
  • Phương pháp tính toán công suất và lập bảng tiêu thụ dòng điện chi tiết cho một thiết bị nhúng đeo tay vận hành bằng nguồn pin.
  • Bản vẽ sơ đồ khối, sơ đồ nguyên lý và quy trình thiết kế mạch in 2D cho cả thiết bị đeo và trạm thu gateway.
  • Cấu hình thực tế kết nối các cảm biến I2C (MPU6050, MAX30100) với vi điều khiển kiến trúc AVR và cách thức tích hợp giao tiếp vô tuyến tầm xa LoRa với nền tảng đám mây IoT Blynk.

Câu hỏi thường gặp

Tại sao tác giả lại lựa chọn phương pháp phát hiện té ngã dạng thiết bị đeo tay thay vì sử dụng hệ thống camera trí tuệ nhân tạo?

Theo phân tích trong Chương 1, hệ thống camera (phương pháp quấy rầy) tuy có độ chính xác cao nhưng khiến người cao tuổi cảm thấy luôn bị theo dõi, mất quyền riêng tư, bị giới hạn trong không gian đặt camera và hoạt động kém khi ánh sáng yếu. Phương pháp thiết bị đeo tay (không quấy rầy) mang lại tính tiện lợi, cơ động cao, theo dõi liên tục mọi lúc mọi nơi mà không gây phiền toái hay xâm phạm đời sống riêng tư của người sử dụng.

Vòng tay đeo tay của hệ thống gồm những khối chức năng chính nào và tiêu thụ dòng điện tối đa là bao nhiêu?

Theo tính toán tại Bảng 3.1 của đồ án, vòng tay gồm 5 khối: Khối xử lý trung tâm ATmega328P (30mA), Khối cảm biến MAX30100 (20mA), Khối cảm biến MPU6050 (3,9mA), Khối truyền thông LoRa (≈104mA), cùng các linh kiện phụ trợ như mạch chạm TTP223, còi Buzzer và mạch sạc TP4056. Tổng dòng điện tiêu thụ lớn nhất của toàn bộ vòng tay được tính toán là khoảng 155mA, sử dụng nguồn cấp từ pin Li-Po 3,7V dung lượng 300mAh.

Hệ thống sử dụng phương thức truyền thông nào để chuyển tiếp dữ liệu từ người đeo đến ứng dụng của người thân?

Hệ thống sử dụng cơ chế truyền thông hai chặng: Dữ liệu từ vòng tay được truyền về trạm Gateway thông qua sóng vô tuyến LoRa (sử dụng module AS32); tại Gateway, vi điều khiển ESP32 NodeMCU tiếp nhận tín hiệu và sử dụng kết nối mạng Wi-Fi để đồng bộ dữ liệu lên máy chủ Blynk Cloud, từ đó hiển thị lên ứng dụng Blynk trên máy tính hoặc điện thoại thông minh của người thân.

Cảm biến MAX30100 và MPU6050 trên thiết bị hoạt động dựa trên nguyên lý nào?

Cảm biến MPU6050 kết hợp gia tốc kế và con quay hồi chuyển MEMS để đo gia tốc tuyến tính 3 trục (X, Y, Z) và tốc độ góc, dữ liệu sau khi lọc nhiễu được truyền qua bus I2C để xác định sự thay đổi đột ngột khi xảy ra ngã. Cảm biến MAX30100 sử dụng hai đèn LED (đỏ và hồng ngoại) chiếu qua ngón tay hoặc mao mạch da; lượng ánh sáng hấp thụ bởi oxy và hemoglobin được cảm biến quang điện ghi nhận và chuyển đổi qua bộ ADC 16-bit sigma-delta để tính toán chỉ số nhịp tim và nồng độ SpO2.

Vì sao tác giả lựa chọn Arduino Nano cho vòng tay và ESP32 NodeMCU cho bộ Gateway?

Arduino Nano (chạy chip ATmega328P) được chọn cho vòng tay nhờ kích thước nhỏ gọn, tiêu thụ ít điện năng, giá thành thấp và đầy đủ các chuẩn giao tiếp cần thiết (I2C, UART) để kết nối cảm biến và module LoRa. ESP32 NodeMCU được chọn cho Gateway nhờ tích hợp sẵn vi xử lý 32-bit mạnh mẽ cùng module Wi-Fi, hỗ trợ kết nối trực tiếp với nền tảng Blynk Cloud mà không cần gắn thêm shield mạng ngoài.

Kết luận

Đồ án tốt nghiệp "Thiết kế thiết bị đeo tay phát hiện té ngã ở người cao tuổi" của sinh viên Trần Duy Tân đã hoàn thành việc thiết kế và chế tạo thực nghiệm một hệ thống giám sát an toàn nhúng hoàn chỉnh. Bằng việc kết hợp các cảm biến gia tốc MPU6050, cảm biến quang học MAX30100 cùng công nghệ truyền thông không dây LoRa và nền tảng IoT Blynk, thiết bị đáp ứng tốt các yêu cầu phát hiện té ngã, đo sinh hiệu và cảnh báo khẩn cấp từ xa. Kết quả nghiên cứu mang tính ứng dụng thực tiễn cao đối với lĩnh vực điều khiển tự động và chăm sóc sức khỏe gia đình, đồng thời tạo cơ sở dữ liệu kỹ thuật rõ ràng cho các nghiên cứu tối ưu hóa kích thước và thời lượng pin tiếp theo.