Thiết kế hệ thống đo nhiệt độ và xác định vị trí bệnh nhân qua mạng internet.

- HỒ MẬU VIỆT THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐO NHIỆT ĐỘ VÀ XÁC ĐỊNH VỊ TRÍ BỆNH NHÂN QUA MẠNG INTERNET LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT NGÀNH KỸ THUẬT Y SINH GIÁO VIÊN HƢỚNG DẪN: PGS.TS.
- Hệ thống phần cứng và chƣơng trình phần mềm do tôi thiết kế và xây dựng.
- Yêu cầu hệ thống.
- Giới thiệu về hệ thống định vị toàn cầu GPS.
- Phân loại các hệ thống định vị.
- 16 2.3 Cấu trúc của hệ thống định vị toàn cầu.
- Hệ thống vệ tinh GPS.
- GPS Hệ thống định vị toàn cầu.
- 57 CHƢƠNG 5: THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐO NHIỆT ĐỘ VÀ XÁC ĐỊNH VỊ TRÍ BỆNH NHÂN.
- Sơ đồ khôi hệ thống.
- Sơ đồ nguyên lý tổng thể hệ thống.
- Lƣu đồ thuật toán điều khiển hệ thống.
- Thiết kế hệ thống phần mềm giám sát.
- Yêu cầu và mục đích của hệ thống phần mềm.
- 87 4 DANH MỤC HÌNH ẢNH Hình 2.1: Hệ thống vệ tinh cho GPS.
- 53 Hình 5.1: Sơ đồ khối hệ thống.
- 67 Hình 5.8: Sơ đồ mạch nguyên lý hệ thống.
- 68 Hình 5.9: Lƣu đồ thuật toán điều khiển hệ thống.
- 79 Hình 5.18: Các thiết bị trong hệ thống.
- 80 Hình 5.19: Hệ thống ghép nối hoàn chỉnh.
- 80 Hình 5.20: Hệ thống hoàn thanh cuối cùng.
- Hệ thống có thể tích hợp nhiều chức năng nhƣ đo nhịp tim, đo nhiệt độ, huyết áp, có thể gắn camera để truyền hình ảnh, tuy nhiên vì thời gian có hạn cho nên trong đề tài luận văn này tác giải chỉ tích hợp một số chức năng nhƣ đo nhiệt độ và xác định vị trí bệnh nhân.
- Hệ thống có sử dụng module SIM548 có tích hợp chức năng GPS và GSM kết hợp với kít vi điều khiển Arduimo Mega 2560 là bộ xử lý trung tâm.
- Hệ thống này có thể áp dụng vào trong lĩnh vực y tế nhƣ quản lý giám sát các chỉ số quan trọng của bệnh nhân và có thể xây dựng mô hình khám và chẩn đoán bệnh từ xa qua mạng intennet.
- Chƣơng I: Tổng quan Chƣơng II: Công nghệ định vị GPS Chƣơng III: KIT vi điều khiển Arduino Mega 2560 Chƣơng IV: Thiết bị định vị GPS SIM548 Chƣơng IV: Thiết kế hệ thống đo nhiệt độ và xác định vị trí bệnh nhân 10 CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN 1.1.
- Mở đầu Trong các bệnh viện lớn hiện nay ngƣời ta đang đầu tƣ xây dựng các hệ thống giám sát để quản lý các hoạt động trong bệnh viện.
- Điển hình đó là hệ thống camera giám sát trong bệnh viện.
- Hệ thống camera giám sát bệnh viện với mục tiêu đảm bảo an toàn, an ninh bệnh viện.
- Ngoài ra còn có các hệ thống nhƣ.
- Hệ thống giám sát SPO2 từ xa, có chức năng kiểm tra nồng độ oxy trong máu.
- Hệ thống giám sát mức độ nhiệm khuẩn ở bệnh viện.
- Hệ thống kết nối bệnh nhân với bác sĩ từ xa qua mạng internet.
- Ý tƣởng thiết kế Hệ thống đo nhiệt độ và xác định vị trí bệnh nhân qua mạng internet xuất phát từ ý tƣởng thiết kế một hệ thống giám sát bệnh nhân khi đang điều trị tại bệnh viện hoặc là thăm khám bệnh từ xa qua mạng.
- Hệ thống giúp cho các bác sỹ chẩn đoán bệnh từ xa mà không cần gặp trƣợc tiếp bệnh nhân vẫn có thể biết đƣợc tình trạng của bệnh nhân thông qua các thông số hệ thống thu thập đƣợc từ hệ thống gửi về.
- Một trong những ƣu điểm lớn nhất của thiết bị là có thể di chuyển đi tất cả mọi nơi vì hệ thống bắt tín hiệu qua vệ tinh và truyền tín hiệu thông qua mạng điện thoại di động đang phủ sóng trên toàn bộ lãnh thổ Việt Nam.
- Hệ thống có thể tích hợp nhiều chức năng nhƣ đo nhịp tim, huyết áp, nhiệt độ bệnh nhân, xác định vị trí bệnh nhân, camera để quan sát hình ảnh, chuông báo động khi cần thiết tuy nhiên vì thời 11 gian có hạn nên em chỉ thiết kệ thí điểm hệ thống xác định hai thông số đó là xác định vị trí và đo nhiệt độ bệnh nhân.
- Đối với bản thân em thì đề tài luận văn là cơ hội để em tìm hiểu, nghiên cứu và thiết kế hệ thống đo nhiệt độ và xác định vị có ứng dụng chức năng định vị GPS thông qua mạng điện thoại di động GPRS đây là một lĩnh vực mới đang đƣợc nhiều ngƣời quan tâm tuy nhiên cũng chƣa có nhiều đề tài nghiên cứu sâu về lĩnh vực này.
- Về mặt ứng dụng thực tiễn hệ thống đƣợc ứng dụng vào lĩnh vực ý tế đó là hệ thống giám sát bệnh nhân từ xa qua mạng internet.
- Yêu cầu hệ thống Thiết kế hệ thống đo nhiệt độ và xác định ví trí bệnh nhân thông qua mạng internet bằng kit vi điều khiển Arduino Mega 2560 và module SIM548 cần phải đáp ứng đƣợc các yêu cầu sau: 12  Hệ thống kết nối đƣợc với mạng Ethernet  Hệ thống xác định đƣợc vị trí bệnh nhân  Hệ thống đo đƣợc nhiệt độ bệnh nhân  Hệ thống có thể tích hợp thêm các chức năng khác nhƣ camera, đo huyết áp, nhịp tim, vv.
- Giá thành và chi phí thiết kế hệ thống thấp  Ngôn ngữ lập trình đơn giản dễ hiểu và có khả năng mở rộng cao  Hệ thống hoạt động ổn định chính xác  Hệ thống dễ vận hành sử dụng  Yêu cầu độ chính xác về nhiệt độ cho phép sai số 0.5 độ  Yêu cầu độ chính xác vị trí cho phép sai số 10-15 m 1.5.
- Giải pháp thiết kế Nhƣ vậy các thành phần cơ bản của hệ thống đo nhiệt độ và giám sát vi trí bệnh nhân gồm 2 phần.
- Đây là một phần quan trọng trong cả hệ thống.
- Từ các phân tích trên, mô hình đề xuất của hệ thống đo nhiệt độ và giám sát vị trí bệnh nhân qua mạng Internet đƣợc mô tả trong (Hình 1.1).
- Group of namesGPSPTSDATA GPRSBỆNH NHÂNArduino Mega 2560Module SIM548 Hình 1.1: Sơ đồ tổng quan hệ thống 14 KẾT LUẬN CHƢƠNG Trong chƣơng tác giả đã đƣa ra ý tƣởng thiết kế hệ thống phù hợp với yêu cầu đề tài.
- Từ đó xác định các yêu cầu, mục đích của hệ thống để làm cơ sở cho việc thiết kế hệ thống sau nay.
- Xuất phát từ yêu cầu và mục đích của đề tài tác giả đã đƣa ra đƣợc mô hình tổng quan của cả hệ thống để từ đó lám cơ sở cho việc chọn lựa thiết bị và thiết kế và đánh giá hệ thống .
- Giới thiệu về hệ thống định vị toàn cầu GPS Hệ thống định vị toàn cầu là hệ thống xác định vị trí dựa trên vị trí của các vệ tinh nhân tạo [1][2].
- Hệ thống định vị toàn cầu của Mỹ là hệ dẫn đƣờng dựa trên một mạng lƣới 24 vệ tinh đƣợc Bộ Quốc phòng Hoa Kỳ đặt trên quỹ đạo không gian (tổng cộng tất cả có 27 quả vệ tinh, 3 quả đƣợc dùng làm dự phòng)[1][2].
- Hình 2.1: Hệ thống vệ tinh cho GPS GPS đƣợc thiết kế và quản lý bởi Bộ Quốc phòng Hoa Kỳ, nhƣng chính phủ Hoa Kỳ cho phép mọi ngƣời sử dụng nó miễn phí, bất kể quốc tịch, vị trí, chỉ cần ngƣời dùng có thiết bị thu tín hiệu GPS mà vệ tinh phát thì có thể định vị đƣợc vị trí.
- Những năm gần đây, các nƣớc trong Liên minh châu Âu đang xây dựng Hệ thống định vị Galileo, có tính năng giống nhƣ GPS của Hoa Kỳ, nó bắt đầu hoạt động vào năm .
- Phân loại các hệ thống định vị Các hệ thống định vị, dẫn đƣờng truyền thống hoạt động dựa trên các trạm phát tín hiệu vô tuyến điện.
- Chỉ có hệ thống dẫn đƣờng vệ tinh châu Âu GALILEO (đang đƣợc xây dựng) ngay từ đầu đã đáp ứng các yêu cầu nghiêm ngặt của dẫn đƣờng và định vị dân sự.[1] GPS ban đầu chỉ dành cho các mục đích quân sự, nhƣng từ năm 1980 chính phủ Mỹ cho phép sử dụng dân sự.
- [1][2] 2.3 Cấu trúc của hệ thống định vị toàn cầu Hệ thống định vị toàn cầu GPS bao gồm 3 phần[1][2.
- Máy tính, phần mềm xử lý số liệu: Hệ thống GPS có kèm theo phần mềm thu thập số liệu.
- Hệ thống bao gồm một mạng các đài thu tín hiệu GPS và phát tín hiệu đã sửa lỗi bằng các máy phát hiệu.
- Hệ thống vệ tinh GPS Hai mƣơi tƣ quả vệ tinh làm nên vùng không gian GPS trên quỹ đạo 12 nghìn dặm cách bề mặt trái đất.
- Mỗi quả vệ tinh phát dữ liệu thiên văn chỉ ra thông tin quỹ đạo cho vệ tinh đó và mỗi vệ tinh khác trong hệ thống.
- Với công nghệ ngày càng hiện đại, các máy thu GPS cho độ chính xác ngày càng cao, vì thế các máy thu GPS này ngày càng đƣợc ứng dụng rộng rãi trong các thiết bị hỗ trợ cho việc định vị hay các hệ thống dẫn đƣờng.
- Nhƣ vậy chung ta thấy đƣợc tầm quan trọng của việc nghiên cứu hệ thống định vị GPS.
- Công nghệ định vị GPS đƣợc ứng dụng rất rỗng rãi trong các lĩnh vực nhƣ ,giao thông, quân sự, hàng hải, hàng không, ....Nhƣ vậy việc nghiên cứu hệ thống định vị GPS là rất cần thiết và phù hợp với nhu cầu phát triển.
- Hệ thống vi điều khiển có thể hoạt động bằng một nguồn cung cấp bên ngoài từ 6V đến 20V.
- Tuy nhiên, nếu cung cấp với ít hơn 7V, chân 5V có thể cung cấp ít hơn 5V và hệ thống vi 25 điều khiển có thể không ổn định.
- GPS Hệ thống định vị toàn cầu GPS (Global Positioning System) là hệ thống xác định vị trí dựa trên vị trí của các vệ tinh nhân tạo.
- GPS là hệ thống định vị toàn cầu của Mỹ dựa trên một mạng lƣới 24 quả vệ tinh đƣợc Bộ Quốc phòng Hoa Kỳ đặt trên quỹ đạo không gian.[1][2] Hình 4.12: Vệ tinh GPS Các vệ tinh bay vòng quanh trái đất hai lần trong một ngày theo một quỹ đạo chính xác và phát tín hiệu thông tin xuống Trái Đất.
- Tín hiệu truyền trực thị, có nghĩa là chúng sẽ xuyên qua mây, thủy tinh và nhựa nhƣng không qua phần lớn các đối tƣợng cứng nhƣ núi và nhà.[1][2] Về độ chính xác của hệ thống GPS, các máy thu GPS ngày nay có thể định vị vị trí chính xác nhờ vào thiết kế nhiều kênh hoạt động song song.
- Chức năng định vị GPS có nhiệm vụ xác định vị trí của bệnh nhân trong hệ thống.
- 61 CHƢƠNG 5: THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐO NHIỆT ĐỘ VÀ XÁC ĐỊNH VỊ TRÍ BỆNH NHÂN 5.1.
- Giới thiệu Hệ thống đƣợc thiết kế thực hiện đƣợc đồng thời hai nhiệm vụ chính là vừa đo nhiệt độ, xác định vị trí bênh nhân và truyền dữ liệu bằng công nghệ GPRS lên mạng internet.
- Do vậy, em đã lựa chọn kit Arduino Mega 2560 và SIM548 sử dụng làm các thiết bị thiết kế hệ thống đo nhiệt độ và xác định vị trí bệnh nhân qua mạng internet.
- Trong chƣơng này đƣa ra phƣơng pháp thiết kế mạch phần cứng cho hệ thống và lựa chọn giải pháp xây dựng phần mềm quản lý và điều khiển.
- Sơ đồ khôi hệ thống .
- SIM548GPSARDUINO MEGA 2560SIM548GPRSCẢM BIẾT NHIỆT ĐỘNGUỒNAntenGPSAntenGPSUART1UART0 Hình 5.1: Sơ đồ khối hệ thống 62 Từ sơ đồ khối ta thấy kit Arduino Mega 2560 giao tiếp với khối GPS thông qua cổng UART1 và giao tiếp với khối GSM thông qua cổng UART0.
- Khối cảm biến có chức năng thu thập giá trị nhiệt độ bệnh nhân để gửi về hệ thống.
- Khối giao chức năng GSM và GPS Vì hệ thống cần thiết kế có chức năng xác định các thông số của bệnh nhân nhƣ: nhiệt độ, nhịp tim, huyết áp… và xác định đƣợc cả vị trí.
- Từ các yêu cầu trên em đã chọn module SIM548 đáp ứng đƣợc các yêu cầu trên của hệ thống.
- Khi kết nối đƣợc với mạng internet hệ thống sẽ kết nối đƣợc với hệ thống bản đồ trên google.
- SIM là phải đăng ký thông tin cá nhân để có thể sử dụng đƣợc hệ thống thông tin di động.
- Lƣu đồ thuật toán điều khiển hệ thống Sau khi phân tích các yêu cầu của đề tài, vi điều khiển phải thực hiện các công việc: nhận và xử lý dữ liệu GPS, gửi dữ liệu qua GPRS về server, xử lý các thông tin phản hồi từ server.
- Thiết kế hệ thống phần mềm giám sát 5.4.1.
- Yêu cầu và mục đích của hệ thống phần mềm • Chức năng giám sát - Hiển thị chính xác vị trí và các chỉ số đo đƣợc từ bệnh nhân.
- Câu trúc và sơ đồ giải thuật Phần mềm xây dựng trên sơ đồ 3 lớp: Lớp dữ liệuLớp hiện thịLớp điều khiển Hình 5.10: Sơ đồ phần mềm theo lớp - Lớp dữ liệu: Lớp này có chức năng thu thập các thông tin thu đƣợc từ bệnh nhân nhƣ nhiệt độ, vị trí xử lý và đóng thành các gói thông tin có kích thƣớc, định dạng phù hợp để truyền lên mạng internet qua công nghệ chuyển mạch gói GPRS và đƣa về máy chủ quản lý hệ thống trong mạng.
- Lớp điều khiển: Lớp điều khiển có chức năng quản lý mọi hoạt động của hệ thống trên mạng.
- Chƣơng trình phần mềm điều khiển phải đƣợc cài đặt trên máy chủ để cho phép hệ thống kết nối với mạng internet.
- Bản tin GPRMC sau khi nhận đƣợc, hệ thống thực hiện quá trình phân tách thông tin.
- Các bản tin GPRMC đƣợc lƣu lại làm các cơ sở dữ liệu trong hệ thống.
- Vì thế nhóm chọn giao thức TCP để kết nối trong hệ thống.
- Do số lƣợng socket có hạn (65535 socket), bên cạnh đó số lƣợng client trong hệ thống là rất lớn, do đó cần quản lí thật chặt các liên kết, hủy bỏ các kết nối không hiệu quả không truyền nhận dữ liệu sau một khoảng thời gian ngắn.
- Thao tác này giúp giảm bớt rủi ro của các liên kết truyền nhận dữ liệu trong quá trình vận hành hệ thống.
- Để có thể duy trì hệ thống thì cần có kế hoạch trong việc truyền và nhận dữ liệu.
- Giải pháp GPRS Ứng dụng GPRS trong truyền nhận dữ liệu mang lại nhiều ƣu thế hơn so với SMS: Chi phí duy trì hệ thống thấp hơn rất nhiều lần so với SMS tốc độ nhanh.
- 76 Hình 5.12: Giao diện phần mềm lập trình Java Netbeans Việc thiết kế phần mềm quản lý webserver tùy theo yêu cầu của hệ thống cũng nhƣ yêu cầu của ngƣời dùng mà ngƣời ta xây dựng giao diện phù hợp.
- Mở cổng modem cho máy chủ webserver Để hệ thống hoạt động đƣợc thì chúng ta phải thực hiện việc mở cổng cho máy chủ trên modem.
- Hệ thống hoàn chỉnh nhƣ sau: Hình 5.19: Hệ thống ghép nối hoàn chỉnh 81 Hình 5.20: Hệ thống hoàn thanh cuối cùng Sau khi thiết kế hệ thống hoàn thiện chúng ta tiến hành kiểm tra hoạt động của hệ thống đã theo trình tự các bƣớc sau: Bƣớc 1: Kết nối hệ thống với máy tính và kiểm tra kết nối.
- Sau khi đã kết nối thành công ta bắt đầu nạp chƣơng trình theo phụ lục 1 cho hệ thống.
- Hình 5.22: Thông tin về nhiệt độ Thông tin về tọa độ bệnh nhân đó là kinh độ và vị độ, thông qua tọa độ thu đƣợc hệ thống sẽ kết nối tới máy chủ sever để hiển thị ra vị trí của bệnh nhân.
- Từ kết quả thu đƣợc thông qua một số lần thử nghiệm tôi đánh giá hoạt động của hệ thống nhƣ sau: a) Ƣu điểm của hệ thống - Hệ thống hoạt động ổn định đáp ứng theo yêu cầu thiết kế - Hệ thống phần cứng cấu trúc nhỏ gọn, đẹp mắt - Hệ thống đã xác định chính xác vị trí bệnh nhân có độ sai số nhỏ - Hệ thống đã xác định đƣợc nhiệt độ và truyên đƣợc qua mạng internet 85 - Tốc độ đáp ứng của hệ thống nhanh, thời gian trẽ truyền dẫn nhỏ.
- Kết luận Sau một khoảng thời gian nghiên cứu và xây dựng hệ thống đo nhiệt độ và xác định vị trí bệnh nhân qua mang internet đến nay đã hoàn thành.
- Hệ thống đo đƣợc nhiệt độ bệnh nhân, xác định vị trí bệnh nhân và truyền qua mạng internet.
- Tuy nhiên hệ thống vẫn còn hạn chế đó, chỉ mới phát triển đƣợc hai chức năng là đo nhiệt độ và xác định vị trí bệnh nhân, còn thiếu các chức năng nhƣ truyền hình ảnh, đo huyết áp, nhịp tim.
- Trong thời gian tới tác giả tiếp tục nghiên cứu để tích hợp thêm nhiều chức năng để hệ thống ngày càng hoàn thiện hơn

Xem thử không khả dụng, vui lòng xem tại trang nguồn
hoặc xem Tóm tắt