Bối cảnh và vấn đề nghiên cứu
Trong bối cảnh phát triển của xã hội hiện đại, mô hình bệnh tật có sự dịch chuyển rõ rệt khi tỷ lệ mắc và tử vong do các bệnh mãn tính không lây nhiễm (như đái tháo đường, tăng huyết áp, xơ vữa động mạch) ngày càng gia tăng. Trong đó, các biến chứng liên quan đến hệ tim mạch chiếm tỷ lệ hàng đầu. Việc theo dõi thường xuyên các chỉ số sinh hiệu căn bản gồm nhiệt độ cơ thể, nhịp tim và độ bão hòa oxy trong máu ($SpO_2$) đóng vai trò quyết định trong việc phát hiện sớm các dấu hiệu nguy hiểm (ngừng tim, rối loạn nhịp tim, suy hô hấp), hỗ trợ đánh giá đáp ứng điều trị thuốc và giúp người cao tuổi, người có tiền sử bệnh tim mạch chủ động kiểm soát sức khỏe tại nhà, giảm bớt chi phí và tần suất di chuyển đến bệnh viện.
Mục tiêu tổng quát của đồ án là thiết kế và thi công hoàn chỉnh một thiết bị đo nhiệt độ, nhịp tim và nồng độ oxy trong máu tích hợp công nghệ kết nối Internet vạn vật (IoT), cho phép cảnh báo bất thường, lưu trữ dữ liệu tập trung và hiển thị trực quan trên ứng dụng điện thoại thông minh để hỗ trợ tương tác giữa người bệnh và bác sĩ.
Nhiệm vụ nghiên cứu được xác định qua 10 nội dung thực hiện cụ thể:
- Tìm hiểu về ngôn ngữ lập trình C/C++.
- Tìm hiểu nguyên lý hoạt động của các cảm biến y sinh.
- Tìm hiểu phương thức truyền dữ liệu từ module ESP8266 lên môi trường mạng.
- Thiết kế sơ đồ khối hệ thống và lựa chọn linh kiện phần cứng phù hợp.
- Lập trình module nhận dữ liệu từ cơ sở dữ liệu đám mây về ứng dụng di động.
- Xây dựng ứng dụng theo dõi trên hệ điều hành Android.
- Thi công phần cứng và đóng gói mô hình thiết bị.
- Vận hành thử nghiệm hệ thống, phát hiện lỗi, hiệu chỉnh và khắc phục.
- Đánh giá kết quả đo đạc thực tế và đề xuất hướng phát triển.
- Tổng hợp dữ liệu và hoàn thiện báo cáo đồ án tốt nghiệp.
Đối tượng nghiên cứu của đề tài là hệ thống đo lường và giám sát 3 thông số sinh hiệu cá nhân ($SpO_2$, nhịp tim, thân nhiệt). Phạm vi nghiên cứu giới hạn ở việc hỗ trợ phát hiện các bệnh lý thông thường (sốt, cảm, rối loạn nhịp tim), mô hình phần cứng được đóng gói trong kích thước $20 \times 10 \times 5\text{ cm}$, sử dụng ứng dụng di động Android kết nối với nền tảng Firebase Realtime Database. Đồ án được thực hiện tại Bộ môn Điện tử Công nghiệp – Y sinh, Khoa Điện – Điện tử, Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật TP. Hồ Chí Minh trong thời gian từ ngày 10/03/2020 đến ngày 15/07/2020.
Cơ sở lý thuyết và phương pháp
Đồ án ứng dụng các nguyên lý vật lý quang học và bức xạ nhiệt hồng ngoại để thực hiện đo lường không xâm lấn:
- Đo nhiệt độ không tiếp xúc: Dựa trên các định luật bức xạ điện từ gồm Định luật Kirchhoff, Định luật Stefan-Boltzmann, Định luật dịch chuyển Wien và Phương trình Planck, trong đó mọi vật thể có nhiệt độ trên $0\text{ K}$ đều phát ra bức xạ hồng ngoại. Năng lượng này được hội tụ qua thấu kính vào cụm cảm biến nhiệt điện (thermopile) để chuyển đổi thành tín hiệu điện thế tương ứng với nhiệt độ bề mặt.
- Đo nhịp tim và $SpO_2$ bằng quang học (PPG - Photoplethysmography): Dựa trên đặc tính hấp thụ ánh sáng khác nhau của Hemoglobin bão hòa oxy ($HbO_2$) và Hemoglobin khử ($RHb$). Mạch máu ngoại vi co giãn theo từng chu kỳ co bóp của tim làm thay đổi lượng máu và mức độ hấp thụ ánh sáng qua ngón tay. Hệ thống sử dụng hai bước sóng phát quang: ánh sáng đỏ ($660\text{ nm}$) và ánh sáng hồng ngoại ($880\text{ nm}$) để tính toán tỷ lệ hấp thụ và suy ra nồng độ bão hòa oxy cùng tần số tim đập.
- Chuẩn giao tiếp phần cứng: Giao tiếp $I^2C$ (Inter-Integrated Circuit) hai dây ($SDA$, $SCL$) với cấu trúc cực máng hở (open-drain) và điện trở kéo lên nguồn để kết nối các cảm biến và màn hình hiển thị; chuẩn giao tiếp nối tiếp $UART$ bất đồng bộ ($TX$, $RX$) để truyền nhận dữ liệu giữa hai vi điều khiển.
- Nền tảng truyền dữ liệu và phần mềm: Nền tảng Google Firebase Realtime Database lưu trữ dữ liệu dưới định dạng JSON và đồng bộ thời gian thực; môi trường MIT App Inventor hỗ trợ xây dựng giao diện ứng dụng Android; môi trường Arduino IDE sử dụng ngôn ngữ lập trình C/C++ (Wiring).
Phương pháp nghiên cứu kết hợp giữa thiết kế kỹ thuật phần cứng, lập trình hệ thống nhúng, phát triển ứng dụng di động và thực nghiệm so sánh đối chứng số liệu đo được với các thiết bị y tế tiêu chuẩn thương mại.
Thiết kế và triển khai hệ thống
Hệ thống được thiết kế theo cấu trúc module hóa phân tầng, gồm 6 khối chức năng chính: Khối nguồn, Khối cảm biến, Khối xử lý trung tâm, Khối hiển thị tại chỗ, Khối giao diện người dùng - lưu trữ đám mây và Khối cảnh báo/nhắc nhở.
+-------------------------------------------------------------+
| KHỐI NGUỒN |
| (2 Pin 18650 3.7V mắc nối tiếp -> 7.4V -> Hạ áp) |
+------------------------------+------------------------------+
|
v
+-------------------------------------------------------------+
| KHỐI CẢM BIẾN |
| +--------------------------+ +----------------------+ |
| | MAX30100 (Nhịp tim, SpO2)| | MLX90614 (Thân nhiệt)| |
| +------------+-------------+ +-----------+----------+ |
+----------------|-----------------------------|--------------+
| (I2C) | (I2C)
v |
+-------------------------------+ |
| KHỐI XỬ LÝ SƠ BỘ: | |
| Arduino Nano (ATmega328P) | |
+-------------------------------+ |
| |
| (UART: TX/RX) |
v v
+-------------------------------------------------------------+
| KHỐI TRUNG TÂM XỬ LÝ & IOT |
| NodeMCU ESP8266 (ESP-12E) |
+----------------+-----------------------------+--------------+
| |
| (I2C) | (Wi-Fi 2.4GHz)
v v
+-------------------------------+ +-------------------------+
| KHỐI HIỂN THỊ | | KHỐI LƯU TRỮ VÀ |
| Màn hình OLED 0.96 inch | | GIAO DIỆN NGƯỜI DÙNG |
| (SSD1306 128x64) | | - Firebase Realtime DB |
+-------------------------------+ | - App Android |
^ +-------------------------+
|
+----------------+--------------+
| KHỐI CẢNH BÁO / NHẮC NHỞ |
| - 2 LED chỉ báo trạng thái |
| - 2 Nút nhấn nhả kiểm tra |
+-------------------------------+
Thiết kế phần cứng
| Thành phần linh kiện |
Thông số kỹ thuật chính |
Vai trò trong hệ thống |
| NodeMCU ESP8266 |
Vi điều khiển 32-bit, Wi-Fi 2.4 GHz ($802.11\text{ b/g/n}$), Flash 4MB, điện áp hoạt động 3.3V/5V. |
Khối xử lý trung tâm, đọc dữ liệu MLX90614, nhận chuỗi UART, xuất màn hình OLED, đồng bộ dữ liệu lên Firebase. |
| Arduino Nano |
Vi điều khiển ATmega328P, tần số 16MHz, Flash 32KB, SRAM 2KB, 8 chân Analog, 14 chân Digital. |
Đọc và xử lý tín hiệu quang học thô từ MAX30100 qua $I^2C$, tính toán nhịp tim/$SpO_2$ và gửi qua UART. |
| Module MLX90614 |
Cảm biến hồng ngoại không tiếp xúc, ADC 17-bit, DSP, giao tiếp $I^2C$/SMBus, dải đo $-70^\circ\text{C}$ đến $+380^\circ\text{C}$, độ phân giải $0.02^\circ\text{C}$, độ chính xác y tế $0.5^\circ\text{C}$. |
Thu nhận bức xạ nhiệt hồng ngoại từ trán/cơ thể người, truyền giá trị số về ESP8266. |
| Module MAX30100 |
Cảm biến nhịp tim và $SpO_2$, tích hợp LED đỏ ($660\text{ nm}$) và LED hồng ngoại ($880\text{ nm}$), photodiode, giao tiếp $I^2C$. |
Thu thập biến thiên lưu lượng máu động mạch qua đầu ngón tay. |
| Màn hình OLED |
Kích thước 0.96 inch, độ phân giải $128 \times 64\text{ pixel}$, IC điều khiển SSD1306, giao tiếp $I^2C$, công suất tiêu thụ $0.04\text{ W}$. |
Hiển thị trực tiếp các thông số nhiệt độ, nhịp tim, $SpO_2$ và trạng thái kết nối tại thiết bị. |
| Khối nguồn & Cảnh báo |
2 Cell pin sạc Li-ion 18650 ($3.7\text{V} - 4200\text{ mAh}$ nối tiếp), 2 nút nhấn nhả, 2 LED đơn. |
Cung cấp nguồn tổng (công suất tiêu thụ hệ thống tính toán là $0.736\text{ W}$); cảnh báo và phản hồi trạng thái uống thuốc. |
Tính toán công suất và nguồn điện
Tổng dòng điện tiêu thụ tối đa của các khối chức năng được xác định như sau:
- NodeMCU ESP8266: $5\text{V} - 70\text{ mA}$
- Arduino Nano: $5\text{V} - 40\text{ mA}$
- Cảm biến MAX30100: $3.3\text{V} - <4\text{ mA}$
- Cảm biến MLX90614: $3.3\text{V} - 2\text{ mA}$
- Màn hình OLED SSD1306: $3.3\text{V} - 12\text{ mA}$
- 2 LED cảnh báo: $5\text{V} - 25\text{ mA}$
Tổng công suất tiêu thụ của mạch:
$$P = 5\text{V} \times (70\text{mA} + 40\text{mA} + 25\text{mA}) + 3.3\text{V} \times (4\text{mA} + 2\text{mA} + 12\text{mA}) \approx 0.736\text{ W}$$
Hệ thống sử dụng 2 cell pin 18650 ($3.7\text{V}$ mỗi cell, dung lượng lý thuyết $4200\text{ mAh}$) mắc nối tiếp tạo điện áp $7.4\text{V}$, cấp qua mạch ổn áp để duy trì hoạt động ổn định lâu dài.
Triển khai phần mềm và giao thức truyền thông
- Phần mềm nhúng: Arduino Nano thực hiện thu nhận tín hiệu liên tục từ MAX30100 qua bus $I^2C$ (địa chỉ mặc định), tính toán các đỉnh xung sóng thể tích để quy đổi ra nhịp tim (BPM) và tính tỷ số hấp thụ quang để suy ra $SpO_2$ (%), sau đó đóng gói dữ liệu truyền qua cổng nối tiếp UART ($TX/RX$) sang ESP8266. ESP8266 đồng thời đọc giá trị nhiệt độ từ MLX90614 qua các chân D1 (SCL) và D2 (SDA), tổng hợp toàn bộ 3 thông số, hiển thị lên OLED 0.96 inch qua giao diện $I^2C$, đồng thời kích hoạt module Wi-Fi kết nối Internet để đẩy dữ liệu dạng JSON lên Firebase.
- Ứng dụng di động: Viết trên nền tảng MIT App Inventor, ứng dụng liên tục lắng nghe thay đổi dữ liệu từ Firebase Realtime Database để cập nhật tức thì lên màn hình theo dõi, cho phép truy xuất lịch sử đo theo từng ngày và quản lý trạng thái hộp thuốc thông qua cơ chế phản hồi từ các nút bấm trên mạch.
Nội dung chính theo từng chương
Chương 1: Tổng quan
Trình bày tính cấp thiết của việc theo dõi sức khỏe chủ động đối với bệnh nhân tim mạch và người cao tuổi. Xác định mục tiêu thiết kế hệ thống giám sát 3 thông số sinh hiệu ($SpO_2$, nhịp tim, thân nhiệt) kết hợp IoT. Phân tích 10 nội dung nghiên cứu thực hiện, xác định giới hạn kích thước mô hình ($20 \times 10 \times 5\text{ cm}$) và phạm vi chẩn đoán các bệnh lý cơ bản (sốt, cảm, loạn nhịp tim).
Chương 2: Cơ sở lý thuyết
Khảo sát các thiết bị thương mại hiện có (máy đo huyết áp/nhịp tim/nhiệt độ iHealth Xiaomi Version 2, máy đo $SpO_2$/nhịp tim Beurer PO40). Trình bày cơ sở vật lý của tia hồng ngoại (vùng bước sóng gần NIR, trung MIR, xa FIR) và các định luật bức xạ nhiệt (Kirchhoff, Stefan-Boltzmann, Wien, Planck). Phân tích nguyên lý đo nhịp tim bằng phương pháp thủ công, điện cực và quang học PPG; nguyên lý đo độ bão hòa oxy trong máu dựa trên mức hấp thụ của $HbO_2$ và $RHb$. Giới thiệu chi tiết cấu trúc phần cứng (MLX90614, PulseSensor, MAX30100, ESP8266 NodeMCU, Arduino Nano, OLED SSD1306, pin 18650, pin Ansmann 9V), các chuẩn giao tiếp $I^2C$, UART và nền tảng phần mềm (Arduino IDE, MIT App Inventor, Google Firebase).
Chương 3: Tính toán và thiết kế hệ thống
Xây dựng sơ đồ khối tổng thể của thiết bị. Trình bày chi tiết tính toán mạch nguyên lý và ghép nối cho từng khối chức năng:
- Mạch cảm biến MLX90614 kết hợp IC ổn áp 662K, tụ lọc C1, C2 và trở kéo lên bus $I^2C$.
- Mạch cảm biến MAX30100 với điện trở kéo lên $4.7\text{ k}\Omega$ cho các đường tín hiệu open-drain.
- Phối ghép truyền thông giữa Arduino Nano và NodeMCU ESP8266 qua các chân UART.
- Mạch hiển thị OLED 0.96 inch qua giao thức $I^2C$.
- Tính toán cân bằng công suất tiêu thụ toàn mạch ($0.736\text{ W}$) và lựa chọn cấu hình pin nguồn 18650.
Chương 4: Thi công hệ thống
Lập danh mục linh kiện chi tiết phục vụ chế tạo. Thực hiện quy trình thiết kế mạch in (PCB), gia công bo mạch, khoan lỗ, hàn linh kiện và kiểm tra thông mạch. Thi công vỏ hộp bảo vệ và lắp ráp các cụm module vào mô hình. Xây dựng các lưu đồ thuật toán điều khiển: đo nhịp tim và $SpO_2$, đo nhiệt độ, hiển thị màn hình OLED, truyền dữ liệu lên Firebase, kiểm tra nút nhấn và điều khiển LED cảnh báo hộp thuốc. Lập trình ứng dụng Android trên MIT App Inventor và soạn thảo tài liệu hướng dẫn vận hành thiết bị.
Chương 5: Kết quả, nhận xét, đánh giá
Hoàn thiện giao diện ứng dụng theo dõi trên hệ điều hành Android (hiển thị thông số thời gian thực, xem lịch sử theo ngày, trạng thái hộp thuốc). Đóng gói mô hình thiết bị phần cứng hoàn chỉnh. Thực hiện đo đạc thực nghiệm trên các thành viên nhóm nghiên cứu. Lập bảng số liệu thống kê so sánh kết quả đo nhiệt độ với nhiệt kế điện tử Omron MC-720; so sánh kết quả đo nhịp tim và $SpO_2$ với máy theo dõi bệnh nhân chuyên dụng Infinium Omni II (đánh giá qua các chỉ số giá trị trung bình và độ lệch chuẩn).
Chương 6: Kết luận và hướng phát triển
Đánh giá mức độ hoàn thành so với mục tiêu ban đầu của đề tài (đo lường chính xác 3 thông số, truyền dữ liệu ổn định lên Firebase và ứng dụng Android, tích hợp cảnh báo uống thuốc). Nêu rõ các mặt còn hạn chế trong quá trình thi công và đề xuất các giải pháp kỹ thuật mở rộng cho đề tài trong tương lai.
Kết quả và đóng góp
Kết quả đo lường và kiểm nghiệm thực tế
Hệ thống đã được chế tạo hoàn chỉnh, vận hành ổn định trên nguồn pin sạc và truyền tải dữ liệu thời gian thực lên ứng dụng di động. Tác giả đã tiến hành kiểm nghiệm đối chứng thiết bị tự chế tạo với các thiết bị y tế chuẩn:
| Thông số đo kiểm |
Thiết bị đối chứng tiêu chuẩn |
Phương pháp đánh giá thực nghiệm |
Kết quả ghi nhận trong đồ án |
| Nhiệt độ cơ thể |
Nhiệt kế điện tử Omron MC-720 |
Đo đối chứng nhiệt độ bề mặt không tiếp xúc trên cùng đối tượng thử nghiệm. |
Bảng so sánh giá trị nhiệt độ và giá trị nhiệt độ trung bình cho thấy sự tương quan sát với thiết bị Omron. |
| Nhịp tim (BPM) |
Máy theo dõi bệnh nhân Infinium Omni II |
Đo đồng thời trên ngón tay của các thành viên thử nghiệm, thu thập nhiều mẫu đo. |
So sánh nhịp tim trung bình và độ lệch chuẩn nhịp tim giữa hai thiết bị; kết quả đo bám sát thiết bị chuẩn Infinium. |
| Độ bão hòa $SpO_2$ (%) |
Máy theo dõi bệnh nhân Infinium Omni II |
Đo đồng thời nồng độ oxy trong máu động mạch ở trạng thái tĩnh. |
So sánh nồng độ $SpO_2$ trung bình và độ lệch chuẩn $SpO_2$; sai số nằm trong giới hạn cho phép của cảm biến quang học. |
Giải pháp kỹ thuật và đóng góp mới của đề tài
- Kiến trúc xử lý phân tầng hai vi điều khiển: Tác giả sử dụng Arduino Nano chuyên biệt cho việc đọc dữ liệu xung quang tốc độ cao từ MAX30100, sau đó truyền kết quả đã qua xử lý sang ESP8266 qua UART. Giải pháp này giúp khắc phục hiện tượng nghẽn tài nguyên trên vi điều khiển đơn khi vừa xử lý tín hiệu analog/quang học vừa duy trì kết nối mạng Wi-Fi.
- Tích hợp hệ sinh thái IoT hoàn chỉnh: Không chỉ hiển thị tại chỗ qua màn hình OLED 0.96 inch, thiết bị đồng bộ toàn bộ dữ liệu lên cơ sở dữ liệu thời gian thực Google Firebase và ứng dụng di động Android, tạo điều kiện cho người thân hoặc nhân viên y tế giám sát từ xa mà không cần thao tác thủ công.
- Tính năng hỗ trợ tuân thủ điều trị: Thiết kế thêm khối nút bấm và LED báo trạng thái hộp thuốc, tạo chu trình kiểm tra sinh hiệu kết hợp nhắc nhở uống thuốc theo toa ngay trên cùng một thiết bị.
Hạn chế và hướng nghiên cứu tiếp
Hạn chế được ghi nhận trong văn bản
- Kích thước thiết bị sau đóng gói còn tương đối lớn ($20 \times 10 \times 5\text{ cm}$), chưa đạt mức độ tối ưu hóa không gian cho các ứng dụng mang theo bên người thường xuyên.
- Phạm vi chẩn đoán của hệ thống chỉ giới hạn ở việc phát hiện các bệnh lý cơ bản thông qua 3 thông số (sốt, cảm, loạn nhịp tim), chưa tích hợp thêm các kênh sinh hiệu quan trọng khác như huyết áp hay điện tâm đồ (ECG).
- Ứng dụng di động phát triển trên nền tảng MIT App Inventor bị giới hạn dung lượng dự án tối đa ($5\text{MB}$), giao diện đồ họa chưa đạt mức chuyên nghiệp như các ứng dụng thương mại viết trên Android Studio.
- Quá trình đo nhịp tim và $SpO_2$ bằng cảm biến quang học dễ bị ảnh hưởng bởi cử động ngón tay hoặc ánh sáng môi trường nếu tiếp xúc không chặt.
Hướng phát triển tiếp theo
- Thiết kế lại mạch in PCB đa lớp và sử dụng linh kiện dán (SMD) để thu nhỏ kích thước vỏ hộp, hướng tới việc tích hợp thành thiết bị đeo tay thông minh (Wearable Device).
- Lập trình lại ứng dụng di động trên nền tảng Android Studio bằng ngôn ngữ Java/Kotlin hoặc Flutter nhằm mở rộng dung lượng, tối ưu hóa giao diện người dùng và tăng tính bảo mật dữ liệu.
- Nâng cấp thuật toán lọc nhiễu số để hạn chế ảnh hưởng của chuyển động (Motion Artifacts) trong quá trình đo nhịp tim và $SpO_2$.
- Nghiên cứu tích hợp thêm module đo huyết áp và các kênh thu nhận điện tâm đồ (ECG) nhằm nâng cao giá trị chẩn đoán lâm sàng cho hệ thống.
Giá trị tham khảo
Đồ án là tài liệu kỹ thuật có giá trị tham khảo thiết thực cho sinh viên, học viên cao học và kỹ sư thuộc các chuyên ngành Kỹ thuật Y sinh (Điện tử Y sinh), Kỹ thuật Điện tử - Viễn thông, Kỹ thuật Máy tính và Hệ thống IoT.
Các nội dung cụ thể có giá trị ứng dụng cao gồm:
- Sơ đồ nguyên lý và phương pháp ghép nối phần cứng chuẩn giao tiếp $I^2C$ giữa cảm biến nhiệt độ không tiếp xúc MLX90614, cảm biến quang MAX30100 và màn hình OLED SSD1306 với các dòng vi điều khiển phổ biến.
- Kỹ thuật phân chia nhiệm vụ và truyền thông nối tiếp UART liên vi điều khiển giữa Arduino Nano và NodeMCU ESP8266.
- Quy trình kết nối vi điều khiển ESP8266 với Google Firebase Realtime Database để đồng bộ hóa dữ liệu dạng JSON.
- Phương pháp xây dựng ứng dụng di động nhận dữ liệu thời gian thực trên MIT App Inventor và phương pháp luận đo đạc, lập bảng thống kê so sánh đối chứng độ lệch chuẩn với các thiết bị y tế chuẩn (Omron, Infinium Omni II).
Câu hỏi thường gặp
1. Thiết bị trong đồ án sử dụng những cảm biến nào để đo các chỉ số sinh hiệu của cơ thể?
Thiết bị sử dụng module cảm biến nhiệt độ hồng ngoại không tiếp xúc MLX90614 (giao tiếp $I^2C$, dải đo $-70^\circ\text{C}$ đến $+380^\circ\text{C}$, độ phân giải $0.02^\circ\text{C}$) để đo thân nhiệt, và module cảm biến quang học MAX30100 (tích hợp LED đỏ $660\text{ nm}$, LED hồng ngoại $880\text{ nm}$ và photodiode) để đo nhịp tim cùng nồng độ oxy bão hòa trong máu ($SpO_2$).
2. Tại sao thiết bị lại phối hợp cả hai vi điều khiển Arduino Nano và ESP8266 NodeMCU?
Arduino Nano được giao nhiệm vụ chuyên trách thu nhận và xử lý các thuật toán tính toán tín hiệu quang học phức tạp từ cảm biến MAX30100 qua giao tiếp $I^2C$. Sau đó, dữ liệu nhịp tim và $SpO_2$ được truyền qua giao tiếp UART ($TX/RX$) sang NodeMCU ESP8266 để ESP8266 tiếp tục đọc cảm biến MLX90614, xuất dữ liệu ra màn hình OLED và phát sóng Wi-Fi đẩy dữ liệu lên Firebase, tránh tình trạng quá tải hoặc trễ tín hiệu trên một vi điều khiển đơn.
3. Dữ liệu đo đạc được lưu trữ và hiển thị trên ứng dụng di động qua cơ chế nào?
Dữ liệu sau khi xử lý tại ESP8266 được gửi qua kết nối Wi-Fi 2.4 GHz lên cơ sở dữ liệu đám mây Google Firebase Realtime Database dưới định dạng JSON. Ứng dụng di động xây dựng trên nền tảng MIT App Inventor sẽ liên tục đồng bộ thời gian thực từ Firebase để hiển thị chỉ số hiện tại, lưu trữ lịch sử theo ngày và cập nhật trạng thái nhắc nhở dùng thuốc.
4. Thiết bị được so sánh và đánh giá độ chính xác với những thiết bị y tế tiêu chuẩn nào?
Kết quả đo nhiệt độ của thiết bị được so sánh đối chứng với nhiệt kế điện tử Omron MC-720. Kết quả đo nhịp tim và độ bão hòa oxy trong máu ($SpO_2$) được so sánh đối chứng với máy theo dõi bệnh nhân đa thông số chuyên dụng Infinium Omni II thông qua việc tính toán giá trị trung bình và độ lệch chuẩn của các lần đo.
5. Cơ chế cảnh báo và nhắc nhở uống thuốc trên thiết bị hoạt động ra sao?
Hệ thống tích hợp 2 đèn LED đơn và 2 nút nhấn nhả kết nối với vi điều khiển. Sau mỗi lần thực hiện đo kiểm tra sức khỏe, hệ thống sẽ kích hoạt đèn LED cảnh báo nhắc nhở người dùng uống thuốc theo toa; khi người dùng đã uống thuốc và ấn nút phản hồi, đèn LED tương ứng sẽ tắt và trạng thái hộp thuốc sẽ được cập nhật đồng bộ lên ứng dụng di động.
Kết luận
Đồ án tốt nghiệp của sinh viên Hồ Tuấn An và Nguyễn Duy Nam đã hoàn thành trọn vẹn việc thiết kế và chế tạo phần cứng thiết bị đo nhiệt độ, nhịp tim và $SpO_2$ tích hợp công nghệ IoT. Thiết bị thể hiện khả năng hoạt động ổn định nhờ cơ chế phối hợp hai vi điều khiển Arduino Nano và NodeMCU ESP8266, cho phép hiển thị tại chỗ qua màn hình OLED đồng thời truyền dữ liệu lên Firebase và ứng dụng Android. Các kết quả đo đạc thực nghiệm khi đối chứng với thiết bị chuẩn Omron MC-720 và Infinium Omni II cho thấy độ tin cậy tốt, tạo nền tảng vững chắc cho việc phát triển các dòng thiết bị y tế gia đình và giải pháp theo dõi sức khỏe từ xa trong tương lai.
