Đồ án HCMUTE: Thiết kế và thi công thiết bị đo nhịp tim, nồng độ oxy trong máu và nhiệt độ

• Tác giả: Đinh Ngọc Vĩnh An
• Người hướng dẫn: PGS. Nguyễn Thanh Hải
• Trường học: Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật Thành Phố Hồ Chí Minh
• Chuyên ngành: Kỹ Thuật Y Sinh
• Đề tài: Thiết Kế Và Thi Công Thiết Bị Đo Nhịp Tim, Nồng Độ Oxy Trong Máu Và Nhiệt Độ
• Loại tài liệu: Đồ Án Tốt Nghiệp
• Năm xuất bản: 2020
• Địa điểm: Tp. Hồ Chí Minh

• LỜI CAM ĐOAN
• LỜI CẢM ƠN
• 1. CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN
• 1.1. ĐẶT VẤN ĐỀ
• 1.2. MỤC TIÊU
• 1.3. NỘI DUNG THỰC HIỆN
• 1.4. GIỚI HẠN
• 1.5. BỐ CỤC ĐỀ TÀI
• 2. CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT
• 2.1. TỔNG QUAN VỀ CÁC PHƯƠNG PHÁP ĐO
• 2.1.1. Phương pháp đo nhịp tim
• 2.1.2. Phương pháp đo Sp02 dựa vào hấp thụ quang học
• 2.1.3. Phương pháp đo nhiệt độ
• 2.2. GIỚI THIỆU PHẦN CỨNG
• 2.2.1. Cảm biến nhịp tim và nồng độ oxy trong máu MAX30100
• 2.2.2. Cảm biến đo nhiệt độ hồng ngoại MXL90614
• 2.2.3. Tổng quan về module Arduino Mega 2560
• 2.2.4. Tổng quan công nghệ Bluetooth
• 2.2.5. Tổng quan về màn hình OLED
• 2.3. GIỚI THIỆU PHẦN MỀM
• 2.3.1. MIT App Inventor
• 2.3.2. Phần mềm lập trình Arduino IDE
• 3. CHƯƠNG 3: TÍNH TOÁN VÀ THIẾT KẾ
• 3.1. GIỚI THIỆU HỆ THỐNG
• 3.2. TÍNH TOÁN VÀ THIẾT KẾ HỆ THỐNG
• 3.2.1. Thiết kế sơ đồ khối hệ thống
• 3.2.2. Tính toán và thiết kế các khối
• 3.2.3. Sơ đồ nguyên lý toàn mạch
• 4. CHƯƠNG 4: THI CÔNG HỆ THỐNG
• 4.1. THI CÔNG HỆ THỐNG
• 4.1.1. Thi công bo mạch
• 4.1.2. Đóng gói và thi công mô hình
• 4.1.3. Lập trình hệ thống
• 4.2. PHẦN MỀM LẬP TRÌNH
• 4.2.1. Phần mềm lập trình cho vi điều khiển
• 4.2.2. Phần mềm lập trình cho điện thoại
• 4.2.3. Tài liệu hướng dẫn sử dụng và thao tác
• 4.2.3.1. Tài liệu hướng dẫn sử dụng
• 4.2.3.2. Quy trình thao tác
• 5. CHƯƠNG 5: KẾT QUẢ NHẬN XÉT ĐÁNH GIÁ
• 5.1. Tổng quan kết quả đạt được
• 5.2. Kết quả thi công phần cứng
• 5.3. Kết quả thi công phần mềm
• 5.4. Kết quả chạy thực tế trên thiết bị
• 6. CHƯƠNG 6: KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN
• 6.1. Kết luận
• 6.2. Hướng phát triển
• TÀI LIỆU THAM KHẢO

I. Thiết kế thiết bị đo nhịp tim nồng độ oxy và nhiệt độ

Đề tài tập trung vào thiết kế thiết bị y tế đo ba thông số sinh tồn quan trọng: nhịp tim, nồng độ oxy máu và nhiệt độ cơ thể. Thiết bị được thiết kế để phục vụ mục đích theo dõi sức khỏe cá nhân, mang tính ứng dụng thực tiễn cao. Việc sử dụng Arduino Mega 2560 như vi điều khiển trung tâm điều khiển là một lựa chọn tối ưu, đảm bảo khả năng xử lý dữ liệu hiệu quả từ các cảm biến. Thiết bị tích hợp cảm biến nhịp tim và Spo2 Max30100, cảm biến nhiệt độ hồng ngoại MLX90614, kết hợp với màn hình OLED hiển thị dữ liệu trực quan. Giao tiếp không dây Bluetooth cho phép truyền dữ liệu đến ứng dụng di động, mở rộng tính năng sử dụng.

1.1. Thiết kế mạch điện tử và lựa chọn linh kiện

Phần này tập trung vào thiết kế mạch điện tử của thiết bị. Thiết kế mạch điện tử bao gồm việc lựa chọn các linh kiện phù hợp với yêu cầu kỹ thuật của từng phần. Arduino Mega 2560, với khả năng xử lý mạnh mẽ, đảm nhiệm vai trò trung tâm điều khiển. Việc lựa chọn cảm biến nhịp tim và Spo2 Max30100 và cảm biến nhiệt độ hồng ngoại MLX90614 dựa trên độ chính xác, tính ổn định và khả năng tích hợp. Thiết kế này tối ưu hóa hiệu quả hoạt động của thiết bị, giảm thiểu tiêu thụ điện năng. Quá trình tính toán chọn giá trị linh kiện được thực hiện cẩn thận, đảm bảo tính chính xác và an toàn của thiết bị. PCB được thiết kế để tích hợp tất cả các linh kiện, đảm bảo tính gọn nhẹ và thẩm mỹ của sản phẩm. Mạch in được thiết kế bằng phần mềm chuyên dụng, đảm bảo chất lượng và độ tin cậy. Kiểm tra hoạt động của mạch được thực hiện để đảm bảo hiệu quả hoạt động của thiết bị trước khi tiến hành giai đoạn sản xuất. Các cảm biến được kết nối với Arduino Mega 2560 thông qua các giao tiếp tương ứng. Hệ thống đảm bảo sự an toàn thiết bị y tế, tuân thủ các tiêu chuẩn cần thiết.

1.2. Phát triển phần mềm nhúng và ứng dụng di động

Phần mềm nhúng trên Arduino được lập trình bằng Arduino IDE. Phần mềm này xử lý dữ liệu thô từ các cảm biến, thực hiện các thuật toán tính toán và điều khiển hiển thị trên màn hình OLED. Việc xử lý tín hiệu đảm bảo độ chính xác của dữ liệu đo được. Phát triển phần mềm nhúng đòi hỏi kỹ năng lập trình nhúng và khả năng tối ưu hóa code để đảm bảo hiệu suất hoạt động của thiết bị. Ứng dụng di động được phát triển trên nền tảng MIT App Inventor, cho phép người dùng theo dõi dữ liệu từ xa thông qua giao tiếp không dây Bluetooth. Ứng dụng cung cấp giao diện trực quan, dễ sử dụng cho người dùng. Thu thập dữ liệu từ ứng dụng được lưu trữ để tiện theo dõi dài hạn. Hiển thị dữ liệu được thiết kế rõ ràng, dễ đọc, giúp người dùng dễ dàng theo dõi thông số sức khỏe. Phần mềm tích hợp các tính năng cảnh báo khi giá trị đo được vượt quá ngưỡng an toàn. Kiểm thử phần mềm được thực hiện kỹ lưỡng để đảm bảo độ chính xác và ổn định của hệ thống. Hiệu chuẩn thiết bị được thực hiện để đảm bảo độ chính xác của thiết bị. Độ tin cậy thiết bị y tế là yếu tố được đặt lên hàng đầu trong suốt quá trình phát triển.

1.3. Thử nghiệm và đánh giá hệ thống

Giai đoạn thử nghiệm hệ thống bao gồm việc kiểm tra hoạt động của từng module riêng lẻ và toàn bộ hệ thống. Kiểm thử được tiến hành với nhiều điều kiện khác nhau để đánh giá độ ổn định và chính xác của thiết bị. Kết quả đo được so sánh với các thiết bị chuẩn để đánh giá độ chính xác của thiết bị. Phân tích dữ liệu được thực hiện để đánh giá hiệu suất hoạt động của thiết bị. Mục tiêu là đảm bảo độ chính xác và độ tin cậy của thiết bị. Kiểm tra độ bền của thiết bị được tiến hành để đảm bảo thiết bị hoạt động ổn định trong thời gian dài. Đánh giá độ an toàn của thiết bị được thực hiện để đảm bảo thiết bị an toàn cho người sử dụng. Báo cáo thử nghiệm được biên soạn chi tiết, bao gồm các kết quả đo, phân tích và đánh giá. HCMUTE, với cơ sở vật chất và đội ngũ giảng viên chuyên môn cao, đã tạo điều kiện thuận lợi cho việc thực hiện đề tài nghiên cứu này. Nghiên cứu khoa học này mang lại giá trị thực tiễn cao cho cộng đồng.