Hệ thống chăm sóc sức khỏe đeo trên người sử dụng IOT: 8 bước

2024 Tác giả: John Day | [email protected]. Sửa đổi lần cuối: 2024-01-30 13:32

Trong công việc hiện tại, các cảm biến được bao bọc trong

áo khoác có thể mặc được và nó đo nhiệt độ, điện tâm đồ, vị trí, huyết áp và BPM của người dùng và gửi qua máy chủ ThingSpeak. Nó hiển thị một biểu diễn đồ họa của dữ liệu được đo. Việc chuyển đổi dữ liệu được thực hiện bởi bộ điều khiển lõi chính của Arduino. Khi các cảm biến đo được Arduino sẽ chạy chương trình và khóa API ThingSpeak cũng được đưa vào chương trình.

Bước 1: Các thành phần được kiểm tra lại

1. Arduino UNO

2. LM75 (Cảm biến nhiệt độ)

3. AD8232 (Cảm biến điện tâm đồ)

4. HW01 (Cảm biến xung)

5. ESP8266 (Mô-đun Wi-Fi)

6. Dây nhị phân

7. Cáp USB để gỡ lỗi

8. Bộ pin Lithium ion 4 (9v)

9. Áo mưa

10. Hộp bông (25X25cm)

11. Súng bắn keo 2 que.

Bước 2: Kết nối LM75 và Arduino

LM75 liên quan đến giao thức I2C với Arduino. Vì vậy, nhiệt độ là cảm nhận và nó sẽ được chuyển đổi thành dữ liệu kỹ thuật số bằng cách sử dụng bộ chuyển đổi tín hiệu tương tự sang kỹ thuật số 9 bit delta sigma inbuild. Do độ chính xác của LM75, nó được sử dụng để đo nhiệt độ của người dùng. Độ phân giải của cảm biến là 9 bit và nó có địa chỉ phụ 7 bit. vì vậy, định dạng dữ liệu là phần bổ sung của hai định dạng với địa chỉ phụ. Tần số hoạt động của cảm biến LM75 là 400KHz. LM75 có bộ lọc thông thấp để tăng độ tin cậy của giao tiếp trong môi trường nhiễu.

Chân Arduino A4 và A5 liên quan đến giao tiếp giao diện hai dây, vì vậy nó sẽ được kết nối với chân SDA và SCL của LM75.

LM75 ------ ARDUINO

SCL ---- A5 (Analog IN)

SDA ---- A4 (Analog IN)

VCC ---- 3.3V

GND ---- GND

Bước 3: Kết nối giữa mô-đun xung và Arduino

Trong công việc này, cảm biến xung được sử dụng. Cảm biến xung là một cảm biến Cắm và Chạy được thiết kế tốt, qua đó người dùng có thể lấy dữ liệu nhịp tim hoặc nhịp tim trực tiếp và có thể cung cấp cho nó bất cứ nơi nào họ muốn.

Kết nối Cảm biến Xung với Bảng Arduino Uno như sau: + đến + 5V và - với GND S tO A0. Kết nối LCD với Arduino Uno Board như sau: VSS đến + 5V và VDD với GND và RS đến 12 và RW với GND và E với D11 và D4 đến D5 và D5 với D4 và D6 đến D3 và D7 đến D2 và A / VSS đến + 5V và K / VDD tới GND. Kết nối chiết áp 10K với LCD như sau: Dữ liệu đến v0 và VCC đến + 5V. Kết nối LED với Arduino như sau: LED1 (ĐỎ, nhấp nháy Pin) đến D13 và LED2 (XANH, Tốc độ mờ dần) đến D8.

Cảm biến PULSE ------ Arduino

VSS ------ + 5V

GND ------ GND

S ----- A0

Khi cảm biến được chạm vào da, đèn LED trên cảm biến sẽ nhấp nháy.

Bước 4: Kết nối giữa Cảm biến ECG và Arduino

Cảm biến ECG AD8232 được giao tiếp với Arduino và các điện cực được đặt ở Cánh tay trái, Cánh tay phải và Chân phải. Trong điều này, ổ đĩa chân phải hoạt động như phản hồi cho mạch. Có ba đầu vào từ các điện cực, nó đo hoạt động điện của tim và nó sẽ được chỉ báo bằng đèn LED. Để giảm tiếng ồn, bộ khuếch đại thiết bị đo (BW: 2KHz) được sử dụng và hai bộ lọc thông cao được sử dụng để giảm hiện tượng chuyển động và điện thế nửa tế bào điện cực. AD8232 được cấu hình là cấu hình ba điện cực.

KẾT NỐI: Điện cực cánh tay trái được kết nối + chân IN của AD8232 và điện cực cánh tay phải được kết nối với chân -IN của AD8232 và phản hồi chân phải được kết nối với chân RLDFB của AD8232. Ngắt phát hiện trong cảm biến này là AC hoặc DC. Đối với AC này được sử dụng. Chân LO- được kết nối với chân Analog (11) của Arduino và chân LO + được kết nối với chân Analog (10) của Arduino và Đầu ra từ các điện cực được kết nối với chân A1 của Arduino.

Cảm biến điện tâm đồ ------ Arduino

LO- ------ Chân tương tự (11)

LO + ------ Chân tương tự (10)

Đầu ra ------ A1

Điện cực được đặt ở cơ thể bệnh nhân phát hiện những thay đổi nhỏ của điện thế trên da phát sinh từ cơ tim khử cực trong nhịp tim tiếp cận không giống như trong một máy điện tâm đồ thông thường gấp ba lần trong đó các điện cực được đặt trên tay chân và ngực của bệnh nhân. Trong việc đo tín hiệu ECG, khoảng PR và khoảng thời gian QR và khoảng thời gian biên độ là khác nhau trong các điều kiện bất thường. Các bất thường được xác định trong lập trình Arduino.

Thông số điện tâm đồ bình thường Các thông số điện tâm đồ bất thường

P Sóng 0,06-0,11 <0,25 ------------------------------------------- --------- Sóng T phẳng hoặc đảo ngược Thiếu máu cục bộ vành

Phức hợp QRS <0,12 0,8-1,2 ---------------------------------------------- ------- Tăng QRS bó nhánh block

Sóng T 0,16 <0,5 --------------------------------------------- ------------------ Tăng khối PR AV

Khoảng thời gian QT 0,36-0,44 -------------------------------------------------- --------------- Tăng calci huyết khoảng QT ngắn

Khoảng thời gian PR 0,12-0,20 -------------------------------------------------- ------ PR dài, QRS rộng, QT tăng kali máu ngắn

hiển thị các bất thường trong tín hiệu điện tâm đồ. Nó sẽ được bao gồm trong mã hóa Arduino và khi các bất thường xảy ra, nó sẽ được gửi dưới dạng thông báo cảnh báo đến các số điện thoại di động cụ thể. Chúng tôi có tệp thư viện riêng biệt được bao gồm trong Chương trình

Bước 5: Giao tiếp giữa Mô-đun Wi-Fi và Arduino

Mô-đun Wi-Fi ESP8266 là bộ thu phát không dây độc lập chi phí thấp có thể được sử dụng cho các phát triển IoT điểm cuối. Mô-đun Wi-Fi ESP8266 cho phép kết nối internet với các ứng dụng nhúng. Nó sử dụng giao thức truyền thông TCP / UDP để kết nối với máy chủ / máy khách. Để giao tiếp với mô-đun Wi-Fi ESP8266, bộ vi điều khiển cần sử dụng tập hợp các lệnh AT. Bộ vi điều khiển giao tiếp với mô-đun Wi-Fi ESP8266-01 bằng UART có tốc độ truyền được chỉ định (Mặc định 115200).

LƯU Ý:

1. Mô-đun Wi-Fi ESP8266 có thể được lập trình bằng Arduino IDE và để làm được điều đó, bạn cần thực hiện một vài thay đổi đối với Arduino IDE. Đầu tiên, đi tới Tệp -> Tùy chọn trong IDE Arduino và trong Phần URL trình quản lý bảng bổ sung. Bây giờ, đi tới Công cụ -> Bảng -> Trình quản lý Bảng và tìm kiếm ESP8266 trong trường tìm kiếm. Chọn ESP8266 của Cộng đồng ESP8266 và nhấp vào Cài đặt.

2.. Mô-đun ESP8266 hoạt động trên Nguồn cung cấp 3,3V và bất kỳ thứ gì lớn hơn thế, như 5V chẳng hạn, sẽ giết chết SoC. Vì vậy, Chân VCC và Chân CH_PD của Mô-đun ESP8266 ESP-01 được kết nối với Nguồn cung cấp 3,3V.

3. Mô-đun Wi-Fi có hai chế độ hoạt động: Chế độ lập trình và Chế độ bình thường. Trong Chế độ lập trình, bạn có thể tải chương trình hoặc phần sụn lên Mô-đun ESP8266 và ở Chế độ Bình thường, chương trình hoặc phần sụn đã tải lên sẽ chạy bình thường.

4. Để bật Chế độ lập trình, chân GPIO0 phải được kết nối với GND. Trong sơ đồ mạch, chúng tôi đã kết nối một công tắc SPDT với chân GPIO0. Việc chuyển đổi cần gạt của SPDT sẽ chuyển ESP8266 giữa chế độ Lập trình (GPIO0 được kết nối với GND) và chế độ bình thường (GPIO0 hoạt động như một Chân GPIO). Ngoài ra, RST (Reset) sẽ đóng một vai trò quan trọng trong việc kích hoạt Chế độ lập trình. Chân RST là chân THẤP đang hoạt động và do đó, nó được kết nối với GND thông qua một Nút nhấn. Vì vậy, bất cứ khi nào nút được nhấn, Mô-đun ESP8266 sẽ đặt lại.

Sự liên quan:

Các chân RX và TX của Mô-đun ESP8266 được kết nối với các Chân RX và TX trên bảng Arduino. Vì SoC ESP8266 không thể chịu được 5V, nên Chân RX của Arduino được kết nối thông qua bộ chuyển đổi mức bao gồm Điện trở 1KΩ và Điện trở 2,2KΩ.

Mô-đun Wi-Fi ------ Arduino

VCC ---------------- 3.3V

GND ---------------- GND

CH_PD ---------------- 3.3V

RST ---------------- GND (Thường mở)

GPIO0 ---------------- GND

TX ---------------- TX của Arduino

RX ----------------- RX của Arduino (Thông qua bộ chuyển đổi mức)

Sau khi kết nối và cấu hình:

ESP8266 ở Chế độ lập trình (GPIO0 được kết nối với GND), kết nối Arduino với hệ thống. Khi Mô-đun ESP8266 được BẬT nguồn, Nhấn nút RST và mở Arduino IDE. Trong tùy chọn Bảng (Công cụ -> Bảng), chọn Bảng “Chung ESP8266”. Chọn số cổng thích hợp trong IDE. Bây giờ, mở Blink Sketch và thay đổi Pin LED thành 2. Ở đây, 2 có nghĩa là chân GPIO2 của Mô-đun ESP8266. Trước khi tải lên, hãy đảm bảo rằng GPIO0 được kết nối với GND trước rồi nhấn nút RST. Nhấn nút tải lên và mã sẽ mất một lúc để biên dịch và tải lên. Bạn có thể xem tiến trình ở cuối IDE. Sau khi chương trình được tải lên thành công, bạn có thể xóa GPIO0 khỏi GND. Đèn LED được kết nối với GPIO2 sẽ nhấp nháy.

Bước 6: Chương trình

Chương trình dành cho giao tiếp LM75, mô-đun Xung, cảm biến ECG và mô-đun Wi-Fi với Arduino

Bước 7: Thiết lập máy chủ ThingSpeak

ThingSpeak là một nền tảng ứng dụng dành cho. Internet of Things. Nó là một nền tảng mở với phân tích MATLAB. ThingSpeak cho phép bạn xây dựng một ứng dụng xung quanh dữ liệu được thu thập bởi các cảm biến. Các tính năng của ThingSpeak bao gồm: thu thập dữ liệu thời gian thực, xử lý dữ liệu, trực quan hóa, ứng dụng và plugin

Trung tâm của ThingSpeak là Kênh ThingSpeak. Một kênh được sử dụng để lưu trữ dữ liệu. Mỗi kênh bao gồm 8 trường cho bất kỳ loại dữ liệu nào, 3 trường vị trí và 1 trường trạng thái. Sau khi có kênh ThingSpeak, bạn có thể xuất bản dữ liệu lên kênh, yêu cầu ThingSpeak xử lý dữ liệu, sau đó yêu cầu ứng dụng của bạn truy xuất dữ liệu.

CÁC BƯỚC:

1. Tạo một tài khoản trong ThingSpeak.

2. Tạo Kênh mới và đặt tên cho nó.

3. Và tạo 3 hồ sơ và chỉ định tên của nó cho mỗi hồ sơ.

4. Lưu ý ID kênh của ThingSpeak.

5. Lưu ý khóa API.

6. Và đề cập đến nó trong Chương trình để chuyển dữ liệu từ ESP8266.

7. Bây giờ thu được dữ liệu trực quan.

Bước 8: Kết luận thiết lập (Phần cứng)

Thiết lập phần cứng của dự án của chúng tôi Nó chứa tất cả các thành phần phần cứng của dự án và nó sẽ được đóng gói và nhét trong một chiếc áo khoác có thể mặc được để bệnh nhân thoải mái. Áo khoác với các cảm biến được sản xuất bởi chúng tôi và nó cung cấp phép đo miễn phí cho người dùng. Dữ liệu sinh học của người dùng, Thông tin được lưu trữ trong máy chủ ThingSpeak để phân tích và theo dõi lâu dài. Đó là những gì dự án liên quan đến hệ thống chăm sóc sức khỏe

CÀI ĐẶT:

1. Đặt các mạch bên trong hộp bông.

2. Sử dụng súng bắn keo làm cho nó có thể cố định vào hộp.

3. Kết nối pin với VIN của Arduino với cực dương của pin và GND của Arduino với cực âm của pin

4. sau đó cố định hộp vào bên trong áo bằng súng bắn keo.

Khi mã hóa không có lỗi được thiết lập thì chương trình sẽ được thực thi và người ta sẽ sẵn sàng xem đầu ra của Senor trên một nền tảng như màn hình đầu ra của Arduino và sau đó thông tin được chuyển đến ThingSpeak Cloud qua web và chúng tôi sẽ sẵn sàng để trực quan hóa nó trên thế giới nền tảng. Giao diện web có thể được phát triển để triển khai nhiều chức năng hơn trong trực quan hóa, quản lý và phân tích dữ liệu nhằm cung cấp giao diện và trải nghiệm tốt hơn cho người dùng. Bằng cách sử dụng thiết lập công việc được đề xuất, Bác sĩ có thể sàng lọc tình trạng của bệnh nhân 24 * 7 và bất kỳ thay đổi đột ngột nào về tình trạng của bệnh nhân đều được thông báo cho Bác sĩ hoặc nhân viên y tế thông qua một thông báo nâng ly. Hơn nữa, vì thông tin có thể truy cập được trong máy chủ Thingspeak, tình trạng của bệnh nhân có thể được kiểm tra từ xa từ bất kỳ nơi nào trên hành tinh. Ngoài việc chỉ đơn giản là nhìn thấy thông tin liên quan của bệnh nhân, chúng tôi có thể sử dụng thông tin này để hiểu nhanh và chữa trị sức khỏe của bệnh nhân bởi các chuyên gia tương ứng.