BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP NGÀNH CNKT ĐIỀU KHIỂN VÀ TỰ ĐỘNG HÓA THIẾT KẾ THIẾT BỊ ĐO NHỊP TIM, ĐIỆN TIM ĐEO QUANH NGỰC THEO DÕI SỨC KHỎE QUA ĐIỆN THOẠI THÔNG MINH CHO NGƯỜI MẮC BỆNH TIM MẠCH GVHD: TS. NGUYỄN VĂN THÁI SVTH:TRƯƠNG MINH KHOA S K L 0 0 9 4 6 8 Tp.Hồ Chí Minh, tháng 8/2022
BỘ GIÁO DỤC & ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP. HỒ CHÍ MINH KHOA ĐIỆN – ĐIỆN TỬ BỘ MÔN TỰ ĐỘNG ĐIỀU KHIỂN -----------------⸙∆⸙----------------- ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP THIẾT KẾ THIẾT BỊ ĐO NHỊP TIM, ĐIỆN TIM ĐEO QUANH NGỰC THEO DÕI SỨC KHỎE QUA ĐIỆN THOẠI THÔNG MINH CHO NGƯỜI MẮC BỆNH TIM MẠCH GVHD: TS. Nguyễn Văn Thái SVTH: Trương Minh Khoa MSSV: 17151216 Tp. Hồ Chí Minh tháng 8 năm 2022
BỘ GIÁO DỤC & ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP. HỒ CHÍ MINH KHOA ĐIỆN – ĐIỆN TỬ BỘ MÔN TỰ ĐỘNG ĐIỀU KHIỂN -----------------⸙∆⸙----------------- ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP THIẾT KẾ THIẾT BỊ ĐO NHỊP TIM, ĐIỆN TIM ĐEO QUANH NGỰC THEO DÕI SỨC KHỎE QUA ĐIỆN THOẠI THÔNG MINH CHO NGƯỜI MẮC BỆNH TIM MẠCH GVHD: TS. Nguyễn Văn Thái SVTH: Trương Minh Khoa MSSV: 17151216 Tp. Hồ Chí Minh tháng 8 năm 2022
LỜI CẢM ƠN Trong quá trình thực hiện đồ án tốt nghiệp, em xin chân thành gửi lời cảm ơn đến Thầy – Tiến sĩ Nguyễn Văn Thái, giảng viên hướng dẫn trực tiếp đã tạo điều kiện cho em thực hiện đề tài, tận tình giúp đỡ, đề xuất các ý tưởng trong quá trình em gặp khó khăn khi thực hiện đề tài. Em cũng chân thành gửi lời cảm ơn đến tập thể thành viên phòng thí nghiệm 3DVisionLab hỗ trợ em hoàn thành tốt đồ án. Em xin cảm ơn gia đình đã giúp đỡ về cơ sở vật chất và động viên tinh thần trong lúc khó khăn, tạo điều kiện cho em được hoàn thành đồ án tốt nghiệp. Em xin cảm ơn chị Nguyễn Thị Nhật Quỳnh – Phó phòng R&D, Trưởng phòng Viện Vật lý và khoa học ứng dụng đã tư vấn giúp em có định hướng đúng đắn trong nghiên cứu khoa học, bổ sung và chỉnh sửa các thông tin cần thiết trong quá trình viết báo cáo. Em chân thành cám ơn những người bạn cùng khóa đã ở bên cạnh giúp đỡ trong những ngày tháng khó khăn khi làm đồ án tốt nghiệp. Xin cảm ơn các thầy cô Khoa Điện – Điện tử, đặc biệt là Bộ môn Tự động và Điều khiển giảng dạy chúng em kiến thức cơ sở ngành và các môn chuyên ngành, là kiến thức nền tảng để em thực hiện tốt đồ án. -i-
LỜI CAM ĐOAN Em xin cam đoan đề tài “Thiết kế thiết bị đo nhịp tim, điện tim đeo quanh ngực theo dõi sức khỏe qua điện thoại thông minh cho người mắc bệnh tim mạch” là em tự thực hiện, dựa vào tham khảo một số tài liệu trước đó, dưới sự hỗ trợ giúp đỡ của Thầy - TS Nguyễn Văn Thái và không sao chép từ tài liệu hay công trình nào khác. Tp. Hồ Chí Minh, ngày.... tháng.... năm 2022 Sinh viên thực hiện (Ký và ghi rõ họ tên) Trương Minh Khoa -ii-
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO CỘNG HÓA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM TRƯỜNG ĐẠI HỌC SPKT TP.HỒ CHÍ MINH ĐỘC LẬP – TỰ DO – HẠNH PHÚC KHOA ĐIỆN-ĐIỆN TỬ BỘ MÔN TỰ ĐỘNG ĐIỀU KHIỂN ----o0o---- NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Họ và tên sinh viên: Trương Minh Khoa. MSSV: 17151216 Ngành: Công nghệ kỹ thuật Điều khiển và Tự động hóa. Lớp: 17151B Hệ đào tạo: Đại học chính quy Khóa: 2017 Giảng viên hướng dẫn: TS. Nguyễn Văn Thái. Ngày nhận đề tài: 5/3/2022 Ngày nộp đề tài: 1/8/2022 1. Tên đề tài: Thiết kế thiết bị đo nhịp tim, điện tim đeo quanh ngực theo dõi sức khỏe qua điện thoại thông minh cho người mắc bệnh tim mạch. Nội dung thực hiện đề tài: Thiết kế, thi công board mạch phần cứng. Thiết kế app Android sử dụng MIT App Inventor nhận dữ liệu do thiết bị gửi lên. Hiển thị đồ thị nhịp tim và giá trị mức pin lên giao diện màn hình. Thiết kế phần mềm cho vi điều khiển ESP32-C3 giao tiếp với cảm biến điện tim, nhịp tim MAX30003 lấy dữ liệu nhịp tim và điện tâm đồ. Thiết kế giao thức BLE trên thiết bị giao tiếp với app. GIẢNG VIÊN HƯỚNG DẪN BỘ MÔN ĐIỀU KHIỂN TỰ ĐỘNG -iii-
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO CỘNG HÓA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM TRƯỜNG ĐẠI HỌC SPKT TP.HỒ CHÍ MINH ĐỘC LẬP – TỰ DO – HẠNH PHÚC KHOA ĐIỆN-ĐIỆN TỬ BỘ MÔN TỰ ĐỘNG ĐIỀU KHIỂN ----o0o---- NHẬN XÉT CỦA GIẢNG VIÊN HƯỚNG DẪN Họ và tên sinh viên: Trương Minh Khoa MSSV: 17151216 Ngành: Công nghệ kỹ thuật Điều khiển và Tự động hóa. Lớp: 17151B Giáo viên hướng dẫn: TS. Nguyễn Văn Thái Tên đề tài: Thiết kế thiết bị đo nhịp tim, điện tim đeo quanh ngực theo dõi sức khỏe qua điện thoại thông minh cho người mắc bệnh tim mạch. 1. Nội dung đề tài và khối lượng công việc thực hiện : Hoàn thành các nội dung đặt ra của đề tài. Cụ thể là: Thiết kế được phần cứng thiết bị thu thập dữ liệu điện tâm đồ và nhịp tim. Hiển thị dữ liệu thô đồ thị điện tâm đồ theo thời gian thực. Thiết kế được app Android hiển thị biểu đồ nhịp tim và giá trị mức pin theo thời gian thực. Thiết kế được giao thức BLE trên thiết bị và trên app Android. 2. Hạn chế: mô hình cần cải thiện thời gian sử dụng và xử lý dữ liệu điện tâm đồ để thu được mẫu gần giống với điện tâm đồ ghi được từ thiết bị y tế chuẩn. 3. Đề nghị bảo vệ hay không: Được bảo vệ. 4. Đánh giá loại: Giỏi. 5. Điểm: ..........Bằng chữ: ................................................................................................ Tp. Hồ Chí Minh, ngày 3 tháng 8 năm 2022 Giảng viên hướng dẫn (Ký và ghi rõ họ và tên) -iv-
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO CỘNG HÓA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM TRƯỜNG ĐẠI HỌC SPKT TP.HỒ CHÍ MINH ĐỘC LẬP – TỰ DO – HẠNH PHÚC KHOA ĐIỆN-ĐIỆN TỬ BỘ MÔN TỰ ĐỘNG ĐIỀU KHIỂN ----o0o---- LỊCH TRÌNH THỰC HIỆN ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Họ và tên sinh viên: Trương Minh Khoa MSSV: 17151216 Tên đề tài: Thiết kế thiết bị đo nhịp tim, điện tim đeo quanh ngực theo dõi sức khỏe qua điện thoại thông minh cho người mắc bệnh tim mạch. XÁC STT NGÀY/TUẦN NỘI DUNG SV THỰC HIỆN NHẬN GV Thực hiện chọn đề tài. Gặp GVHD để được phổ Tuần 1 biến quy định và xác nhận đề tài. Lên ý tưởng 1 thiết kế, lựa chọn linh kiện, đặt hàng linh kiện tại 21/2 – 25/2 Digikey. Nhận linh kiện đặt hàng, thực hiện kết nối phần Tuần 2 cứng giữa kit ESP32-C3 và kit cảm biến nhịp tim 2 28/2 – 4/3 MAX30003. Nghiên cứu tổng quan về hệ thống. Nghiên cứu cơ bản nguyên lý hoạt động hệ điều hành RTOS Tuần 3, 4 trên vi điều khiển ESP32-C3, đọc tài liệu về cảm 3 biến MAX30003, nguyên lý đo điện tâm đồ, tìm 7/3 – 18/3 hiểu cách giao tiếp giữa vi điều khiển và cảm biến. Tuần 5 Lên ý tưởng thiết kế mạch PCB version 1, vẽ sơ 4 đồ nguyên lý, layout PCB, đặt board PCB. 21/3 – 25/3 Tuần 6 Bước đầu lập trình kit vi điều khiển ESP32-C3 5 giao tiếp SPI với kit cảm biến. 28/3 – 1/4 Tuần 7, 8 Viết thư viện giao tiếp với cảm biến MAX30003, 6 viết driver để sử dụng cảm biến. 28/3 – 8/4 -v-
Nhận board PCB, thực hiện hàn board, test mạch, 7 Tuần 9, 10 kiểm tra lỗi, sửa lỗi mạch, nghiên cứu tổng quan 11/4 – 22/4 công nghệ BLE. Thêm tính năng đọc điện áp pin cho vi điều khiển, Tuần 11 nghiên cứu về nguyên lý hệ điều hành RTOS trên 8 25/4 – 29/4 vi điều khiển ESP32-C3. Tuần 12 Hiệu chỉnh lại sơ đồ phần cứng. 9 2/5 – 6/5 Đặt mạch PCB, sửa lỗi phần mềm, thêm tính năng Tuần 13 cho mạch, hoàn thiện thư viện giao tiếp cảm biến 10 9/5 – 13/5 MAX30003. Hàn linh kiện lên mạch PCB, kiểm tra lỗi, sửa lỗi Tuần 14 phát sinh. Thử nghiệm chương trình mẫu kết nối 11 16/5 – 20/5 giao thức BLE của mô hình với app điện thoại. Nghiên cứu giao thức BLE trên vi điều khiển Tuần 15, 16, ESP32-C3. Liên kết thư viện module BLE vào 12 17 chương trình chính, sửa lỗi và hoàn thiện phần 23/5 – 10/6 cứng. Tuần 18, 19 Hiển thị được đồ thị điện tâm đồ lên Serial Plotter 13 của Arduino. 13/6 – 24/6 Tuần 20, 21 Sửa lỗi phần cứng, phần mềm, hiển thị được nhịp 14 tim lên app mẫu. 27/6 – 8/7 Tuần 22, 23 Viết app Android sử dụng MIT App Inventor. 15 11/7– 22/7 Tuần 24, 25 Viết báo cáo đồ án. 16 25/7– 6/7 Giảng viên hướng dẫn (Ký và ghi rõ họ và tên) -vi-
MỤC LỤC CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN ..................................................................................1 1.1. Đặt vấn đề....................................................................................................1 1.2. Mục tiêu đề tài .............................................................................................1 1.3. Phạm vi nghiên cứu .....................................................................................1 1.4. Giới hạn .......................................................................................................2 1.5. Nội dung nghiên cứu....................................................................................2 1.6. Bố cục báo cáo.............................................................................................3 CHƯƠNG 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT.......................................................................4 2.1. Điện tâm đồ ECG (Electrocardiogram) và hoạt động của tim ....................4 Khái niệm điện tâm đồ..........................................................................4 Cơ chế hoạt động tim............................................................................5 Chu kỳ hoạt động của tim.....................................................................5 Nhịp tim................................................................................................7 2.2. Công nghệ BLE (Bluetooth Low Enegy) ....................................................8 Giới thiệu..............................................................................................8 a. Khái quát chung ......................................................................................8 b. Các thành phần chính của một thiết bị Bluetooth...................................9 c. Giới hạn của công nghệ BLE................................................................10 2.3. Hệ điều hành RTOS (Real Time Operating System) ................................10 Các khái niệm cơ bản của RTOS sử dụng trong đề tài.......................11 a. Kernel – Nhân .......................................................................................11 b. Task – Tác vụ........................................................................................12 c. Task States – Trạng thái Task...............................................................12 d. Scheduler – Lập lịch.............................................................................13 e. Event Group – Nhóm sự kiện ...............................................................14 -vii-
2.4. Chuẩn giao tiếp SPI ...................................................................................15 Giới thiệu tổng quan ...........................................................................15 Hoạt động............................................................................................16 Ưu nhược điểm của chuẩn giao tiếp SPI ............................................17 a. Ưu điểm.................................................................................................17 b. Nhược điểm ..........................................................................................17 2.5. Module ESP32-C3-WROOM-02...............................................................18 Giới thiệu............................................................................................18 Thông số phần cứng............................................................................19 Sơ đồ chân module ESP32-C3-WROOM-02.....................................21 2.6. Cảm biến MAX30003................................................................................22 Tổng quan...........................................................................................22 Ưu điểm và các chức năng..................................................................25 2.7. Các phần mềm sử dụng trong đề tài ..........................................................26 Altium Designer..................................................................................26 Visual Studio Code.............................................................................27 ESP-IDF..............................................................................................27 MIT App Inventor...............................................................................27 CHƯƠNG 3. THIẾT KẾ, THI CÔNG HỆ THỐNG............................................29 3.1. Thiết kế hệ thống .......................................................................................29 Yêu cầu thiết kế phần cứng và phần mềm..........................................29 a. Phần cứng..............................................................................................29 b. Phần mềm .............................................................................................30 Thiết kế khối nguồn............................................................................30 a. Sơ đồ khối nguồn tổng quát..................................................................30 b. Lựa chọn nguồn pin..............................................................................30 c. Mạch sạc pin. ........................................................................................31 -viii-
d. Mạch bảo vệ pin....................................................................................32 e. Mạch ổn áp 3.3V...................................................................................34 f. Mạch ổn áp 1.8V. ..................................................................................35 g. Danh sách linh kiện chính.....................................................................36 Khối ESP32-C3 ..................................................................................37 Khối cảm biến MAX30003 ................................................................39 Mạch giao tiếp giữa ESP32-C3 và cảm biến MAX30003..................39 a. Giao tiếp SPI.........................................................................................40 b. Đọc tín hiệu ngắt từ cảm biến MAX30003. .........................................40 Mạch đọc điện áp của pin...................................................................41 Thiết kế cấu trúc dữ liệu BLE cho thiết bị..........................................42 3.2. Thi công hệ thống ......................................................................................43 Vẽ mạch PCB .....................................................................................43 Sản phẩm sau khi thi công..................................................................46 Giao tiếp cảm biến MAX30003..........................................................48 Thiết kế chương trình cho MCU.........................................................49 a. Tổng quát ý tưởng.................................................................................49 b. Khởi tạo chương trình...........................................................................50 c. Các bit sự kiện trong Event Group .......................................................50 d. Chương trình lấy mẫu mức điện áp pin................................................53 e. Chương trình ngắt và xử lý tín hiệu nút nhấn.......................................54 f. Chương trình xử lý tín hiệu ngắt từ cảm biến .......................................56 g. Hàm cập nhật mức pin và nhịp tim lên app Android............................59 h. Chương trình chính...............................................................................59 App Android BLE...............................................................................63 CHƯƠNG 4. KẾT QUẢ, NHẬN XÉT VÀ ĐÁNH GIÁ....................................66 4.1. Giao tiếp SPI với cảm biến MAX30003....................................................66 -ix-
最初の12ページを表示しています。全文を見るには資料をダウンロードしてください。
まだコメントはありません。最初のコメントを書きましょう！
コメント (0)
まだコメントはありません。最初のコメントを書きましょう！