سیستم مراقبت های بهداشتی پوشیدنی با استفاده از IOT: 8 مرحله

2024 نویسنده: John Day | [email protected]. آخرین اصلاح شده: 2024-01-30 08:53

در کار حاضر ، سنسورها به هم پیچیده شده اند

کت پوشیدنی و دمای کاربر ، ECG ، موقعیت ، فشار خون و BPM را اندازه گیری می کند و آن را از طریق سرور ThingSpeak ارسال می کند. این نمایش گرافیکی از داده های اندازه گیری شده را نشان می دهد. تبدیل داده ها توسط کنترل کننده اصلی اصلی آردوینو انجام می شود. وقتی سنسورها اندازه گیری شوند ، آردوینو برنامه را اجرا می کند و همچنین کلید API ThingSpeak در برنامه قرار می گیرد.

مرحله 1: قطعات مورد نیاز

1. آردوینو UNO

2. LM75 (سنسور دما)

3. AD8232 (سنسور نوار قلب)

4. HW01 (سنسور نبض)

5. ESP8266 (ماژول Wi-Fi)

6. سیمهای دودویی

7. کابل USB برای اشکال زدایی

8. بسته باتری لیتیوم یون 4 (9 ولت)

9. کت بارانی

10. جعبه پنبه (25X25cm)

11. تفنگ چسب دار با 2 چوب.

مرحله 2: اتصال LM75 و آردوینو

LM75 شامل پروتکل I2C با آردوینو است. بنابراین ، دما حس است و با استفاده از مبدل آنالوگ به دیجیتال داخلی 9 بیتی دلتا سیگما به داده های دیجیتالی تبدیل می شود. به دلیل دقت LM75 برای اندازه گیری دمای کاربر استفاده می شود. وضوح سنسور 9 بیت است و دارای آدرس بریت 7bit است. بنابراین ، قالب داده مکمل دو با آدرس برده است. فرکانس کار سنسور LM75 400 کیلوهرتز است. LM75 دارای فیلتر کم گذر است تا قابلیت اطمینان ارتباط را در محیط سر و صدا افزایش دهد.

پین Arduino A4 و A5 شامل دو رابط سیم مخابراتی می شود بنابراین به پین SDA و SCL LM75 متصل می شود.

LM75 ------ ARDUINO

SCL ---- A5 (آنالوگ IN)

SDA ---- A4 (آنالوگ IN)

VCC ---- 3.3V

GND ---- GND

مرحله 3: اتصال بین پالس ماژول و آردوینو

در این کار از سنسور پالس استفاده می شود. سنسور پالس یک سنسور Plug and Play است که به خوبی طراحی شده است و از طریق آن کاربر می تواند داده های ضربان قلب یا ضربان قلب زنده را گرفته و هرجا که می خواهد آن را تغذیه کند.

سنسور پالس را به برد Arduino Uno به صورت زیر وصل کنید: + تا + 5V و - به GND S tO A0. LCD را به Arduino Uno Board وصل کنید: VSS به +5V و VDD به GND و RS به 12 و RW به GND و E به D11 و D4 به D5 و D5 به D4 و D6 به D3 و D7 به D2 و A/VSS به +5V و K/VDD به GND. پتانسیومتر 10K را به صورت زیر به LCD وصل کنید: داده ها به v0 و VCC به +5V. LED را به آردوینو به صورت زیر وصل کنید: LED1 (قرمز ، پین چشمک زن) به D13 و LED2 (سبز ، نرخ محو شدن) به D8.

سنسور PULSE ------ آردوینو

VSS ------ +5 ولت

GND ------ GND

S ----- A0

وقتی سنسور پوست را لمس می کند ، LED روی سنسور چشمک می زند.

مرحله 4: ارتباط بین سنسور نوار قلب و آردوینو

سنسور EC8 AD8232 با آردوینو ارتباط دارد و الکترودها در بازوی چپ ، بازوی راست و پای راست قرار می گیرند. در این حالت رانش پای راست به عنوان بازخورد به مدار عمل می کند. سه ورودی از الکترودها وجود دارد که فعالیت الکتریکی قلب را اندازه گیری می کند و با LED نشان داده می شود. برای کاهش نویز از تقویت کننده ابزار (BW: 2KHz) و دو فیلتر بالا گذر برای کاهش مصنوعات حرکتی و الکترود پتانسیل نیم سلولی استفاده می شود. AD8232 به صورت پیکربندی سه الکترود پیکربندی شده است.

اتصال: الکترود بازوی چپ +پین AD8232 +و الکترود بازوی راست به پین -IN AD8232 و بازخورد پای راست به پین RLDFB AD8232 متصل است. تشخیص خاموش در این سنسور AC یا DC است. برای این AC استفاده می شود. LO-pin به پین آنالوگ (11) آردوینو و پین LO+ به پین آنالوگ (10) آردوینو و خروجی از الکترودها به پین A1 آردوینو متصل است.

سنسور نوار قلب ------ آردوینو

LO- ------ پین آنالوگ (11)

LO+ ------ پین آنالوگ (10)

خروجی ------ A1

الکترودهایی که در بدن بیمار قرار می گیرند ، تغییرات کوچکی در پتانسیل الکترو الکتریکی روی پوست را ایجاد می کنند که ناشی از دپلاریزاسیون عضله قلب در حین ضربان قلب بر خلاف ECG سه گانه معمولی است که در آن الکترودها روی اندام و قفسه سینه بیماران قرار می گیرند. در اندازه گیری سیگنال نوار قلب ، فاصله PR و فاز فاصله QR و طول دامنه در شرایط غیر طبیعی متفاوت است. ناهنجاری ها در برنامه نویسی آردوینو تعریف شده است.

پارامترهای طبیعی ECG پارامترهای ECG غیر طبیعی

موج P 0.06-0.11 <0.25 ------------------------------------------- --------- امواج T صاف یا معکوس ایسکمی کرونر

مجتمع QRS <0.12 0.8-1.2 ------------------------------------------- ------- افزایش بلوک شاخه بسته QRS

موج T 0.16 <0.5 ------------------------------------------------- ------------------ افزایش بلوک AV AV

فاصله QT 0.36-0.44 ------------------------------------------------ --------------- هایپرکلسمی کوتاه مدت QT Interval

فاصله PR 0.12-0.20 ------------------------------------------------ ------ روابط عمومی طولانی ، QRS گسترده ، QT کوتاه هیپرکالمی

ناهنجاری های سیگنال ECG را نشان می دهد که در کدگذاری آردوینو گنجانده می شود و در صورت بروز ناهنجاری ها به عنوان پیام هشدار به شماره های تلفن همراه خاص ارسال می شود. ما فایل کتابخانه جداگانه ای داریم که در برنامه گنجانده شده است

مرحله 5: رابط ماژول Wi-Fi و آردوینو

ماژول Wi-Fi ESP8266 یک فرستنده بی سیم مستقل کم هزینه است که می تواند برای توسعه نهایی IoT مورد استفاده قرار گیرد. ماژول Wi-Fi ESP8266 اتصال به اینترنت را برای برنامه های تعبیه شده امکان پذیر می کند. از پروتکل ارتباطی TCP/UDP برای ارتباط با سرور/سرویس گیرنده استفاده می کند. برای ارتباط با ماژول Wi-Fi ESP8266 ، میکروکنترلر باید از مجموعه ای از دستورات AT استفاده کند. میکروکنترلر با ماژول Wi-Fi ESP8266-01 با استفاده از UART با نرخ Baud مشخص شده (پیش فرض 115200) ارتباط برقرار می کند.

یادداشت:

1. ماژول Wi-Fi ESP8266 را می توان با استفاده از Arduino IDE برنامه ریزی کرد و برای انجام این کار باید چند تغییر در Arduino IDE ایجاد کنید. ابتدا به File -> Preferences در Arduino IDE و در بخش URL های Additional Boards Manager بروید. اکنون ، به Tools -> Board -> Boards Manager بروید و ESP8266 را در قسمت جستجو جستجو کنید. ESP8266 by ESP8266 Community را انتخاب کرده و بر روی Install کلیک کنید.

2. ماژول ESP8266 روی منبع تغذیه 3.3 ولت کار می کند و هر چیزی بزرگتر از آن ، به عنوان مثال 5 ولت ، SoC را از بین می برد. بنابراین ، پین VCC و پین CH_PD ماژول ESP8266 ESP-01 به منبع تغذیه 3.3 ولت متصل هستند.

3. ماژول Wi-Fi دارای دو حالت عملکرد است: حالت برنامه نویسی و حالت عادی. در حالت برنامه نویسی ، می توانید برنامه یا سیستم عامل را در ماژول ESP8266 بارگذاری کنید و در حالت عادی ، برنامه یا سیستم عامل بارگذاری شده به طور معمول اجرا می شود.

4. برای فعال کردن حالت برنامه نویسی ، پین GPIO0 باید به GND متصل شود. در نمودار مدار ، ما یک سوئیچ SPDT را به پین GPIO0 متصل کرده ایم. با تغییر دادن اهرم SPDT ، ESP8266 بین حالت برنامه نویسی (GPIO0 به GND متصل است) و حالت عادی (GPIO0 به عنوان پین GPIO عمل می کند) تغییر می کند. همچنین ، RST (بازنشانی) نقش مهمی در فعال کردن حالت برنامه نویسی ایفا می کند. پین RST یک پین LOW فعال است و از این رو ، از طریق یک دکمه فشار به GND متصل می شود. بنابراین ، هر زمان که دکمه فشار داده شود ، ماژول ESP8266 بازنشانی می شود.

ارتباط:

پین های RX و TX ماژول ESP8266 به پین های RX و TX در برد آردوینو متصل می شوند. از آنجا که ESP8266 SoC نمی تواند 5 ولت را تحمل کند ، پین RX آردوینو از طریق مبدل سطح متشکل از 1KΩ و مقاومت 2.2KΩ به هم متصل می شود.

ماژول Wi-Fi ------ آردوینو

VCC ---------------- 3.3 ولت

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

CH_PD ---------------- 3.3 ولت

RST ---------------- GND (معمولاً باز است)

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

TX ---------------- TX آردوینو

RX ----------------- RX آردوینو (از طریق مبدل سطح)

پس از اتصال و پیکربندی:

ESP8266 در حالت برنامه نویسی (GPIO0 به GND متصل است) ، Arduino را به سیستم وصل کنید. پس از روشن شدن ماژول ESP8266 ، دکمه RST را فشار دهید و Arduino IDE را باز کنید. در گزینه های Board (Tools -> Board) ، برد “Generic ESP8266” را انتخاب کنید. شماره پورت مناسب را در IDE انتخاب کنید. اکنون ، Blink Sketch را باز کرده و LED LED را به 2 تغییر دهید. در اینجا منظور 2 پین GPIO2 ماژول ESP8266 است. قبل از ضربه زدن به آپلود ، مطمئن شوید که GPIO0 ابتدا به GND متصل است و سپس دکمه RST را فشار دهید. روی دکمه بارگذاری ضربه بزنید تا کامپایل و بارگذاری کد مدتی طول بکشد. می توانید پیشرفت را در پایین IDE مشاهده کنید. هنگامی که برنامه با موفقیت بارگذاری شد ، می توانید GPIO0 را از GND حذف کنید. LED متصل به GPIO2 چشمک می زند.

مرحله ششم: برنامه

این برنامه برای اتصال LM75 ، ماژول پالس ، سنسور ECG و ماژول Wi-Fi به آردوینو است.

مرحله 7: راه اندازی ThingSpeak Server

ThingSpeak یک پلت فرم برنامه کاربردی برای است. اینترنت اشیا این یک پلت فرم باز با تجزیه و تحلیل MATLAB است. ThingSpeak به شما امکان می دهد یک برنامه کاربردی در مورد داده های جمع آوری شده توسط حسگرها بسازید. ویژگی های ThingSpeak عبارتند از: جمع آوری داده ها در زمان واقعی ، پردازش داده ها ، تجسم ، برنامه ها و افزونه ها

در مرکز ThingSpeak یک کانال ThingSpeak قرار دارد. برای ذخیره داده ها از یک کانال استفاده می شود. هر کانال شامل 8 فیلد برای هر نوع داده ، 3 فیلد موقعیت مکانی و 1 فیلد وضعیت است. هنگامی که یک کانال ThingSpeak دارید ، می توانید داده ها را در کانال منتشر کنید ، ThingSpeak را مجبور به پردازش داده ها کنید ، و سپس از برنامه خود بخواهید داده ها را بازیابی کند.

مراحل:

1. یک حساب کاربری در ThingSpeak ایجاد کنید.

2. ایجاد کانال جدید و نامگذاری آن.

3. و 3 file ایجاد کرده و نام آن را برای هر پرونده مشخص کنید.

4. به شناسه کانال ThingSpeak توجه کنید.

5. به کلید API توجه کنید.

6. و در برنامه برای انتقال داده ها از ESP8266 ذکر کنید.

7. در حال حاضر تجسم داده ها به دست آمده است.

مرحله 8: تنظیم نتیجه گیری (سخت افزار)

تنظیمات سخت افزاری پروژه ما شامل تمام اجزای سخت افزاری پروژه است و برای راحتی بیماران بسته بندی شده و در یک کت پوشیده قرار می گیرد. کت با سنسورها توسط ما ساخته شده است و اندازه گیری بدون خطا را در اختیار کاربران قرار می دهد. اطلاعات بیولوژیکی کاربر ، اطلاعات در سرور ThingSpeak برای تجزیه و تحلیل و نظارت طولانی مدت ذخیره می شود. این همان چیزی است که پروژه در سیستم مراقبت های بهداشتی شامل می شود

برپایی:

1. مدارها را داخل جعبه پنبه قرار دهید.

2. با استفاده از اسلحه چسب ، آن را بر روی جعبه ثابت کنید.

3. باتری را به VIN آردوینو به پایانه مثبت باتری و GND آردوینو را به پایانه منفی باتری وصل کنید

4. سپس جعبه را با استفاده از تفنگ چسب به داخل کت ثابت کنید.

هنگامی که برنامه نویسی بدون خطا برقرار شد ، برنامه اجرا می شود و یکی آماده می شود خروجی Senor را روی پلتفرمی مانند صفحه نمایش خروجی آردوینو ببیند و بعداً اطلاعات از طریق وب به ThingSpeak Cloud منتقل می شود و ما آماده ایم تا آن را در جهان تجسم کنیم. سکو. رابط وب می تواند برای پیاده سازی قابلیت های بیشتر در تجسم ، مدیریت و تجزیه و تحلیل داده ها ایجاد شود تا رابط و تجربه بهتری را برای کاربر فراهم کند. با استفاده از تنظیمات کار پیشنهادی ، پزشک می تواند وضعیت بیمار را 24*7 بررسی کند و هرگونه تغییر ناگهانی در وضعیت بیمار از طریق اطلاع از نان تست به پزشک یا کارکنان پیراپزشکی اطلاع داده می شود. علاوه بر این ، با دسترسی به اطلاعات در سرور Thingspeak ، وضعیت بیمار را می توان از راه دور از هر نقطه روی کره زمین بررسی کرد. گذشته از مشاهده اطلاعات قبلی یک بیمار ، ما می توانیم از این اطلاعات برای درک سریع و بهبود سلامت بیمار توسط متخصصان مربوطه استفاده کنیم.