نظام رعاية صحية يمكن ارتداؤه باستخدام إنترنت الأشياء: 8 خطوات

2024 مؤلف: John Day | [email protected]. آخر تعديل: 2024-01-30 07:38

في العمل الحالي ، يتم تغليف المستشعرات

المعطف القابل للارتداء ويقيس درجة حرارة المستخدم ، وتخطيط القلب ، والوضع ، وضغط الدم ، و BPM ويرسلها عبر خادم ThingSpeak. يعرض تمثيل رسومي للبيانات المقاسة. يتم إجراء تحويل البيانات بواسطة وحدة التحكم الأساسية الرئيسية في Arduino. عندما تكون المستشعرات عبارة عن مقاييس ، سيقوم Arduino بتشغيل البرنامج وأيضًا يتم إدخال مفتاح ThingSpeak API في البرنامج.

الخطوة 1: المكونات Recquried

1. Arduino UNO

2. LM75 (مستشعر درجة الحرارة)

3. AD8232 (مستشعر ECG)

4. HW01 (مستشعر النبض)

5. ESP8266 (وحدة Wi-Fi)

6. الأسلاك الثنائية

7. كابل USB للتصحيح

8. حزمة بطارية ليثيوم أيون من 4 (9 فولت)

9. معطف المطر

10. صندوق قطن (25 × 25 سم)

11. مسدس غراء بعصي 2.

الخطوة 2: توصيل LM75 و Arduino

يتضمن LM75 بروتوكول I2C مع Arduino. لذلك ، درجة الحرارة هي الحواس وسيتم تحويلها إلى بيانات رقمية باستخدام محول دلتا سيجما التناظري إلى رقمي. نظرًا لدقة LM75 ، يتم استخدامه لقياس درجة حرارة المستخدم. دقة المستشعر 9 بت وله عنوان تابع 7 بت. لذلك ، تنسيق البيانات مكمل مع العنوان التابع. تردد التشغيل لجهاز الاستشعار LM75 هو 400 كيلو هرتز. يحتوي LM75 على مرشح تمرير منخفض لزيادة موثوقية الاتصال في بيئة الضوضاء.

يتضمن Arduino pin A4 و A5 اتصالاً بواجهة سلكية بحيث يتم توصيله بـ SDA و SCL pin من LM75.

LM75 ------ أردوينو

SCL ---- A5 (دخل تناظري)

SDA ---- A4 (دخل تناظري)

VCC ---- 3.3 فولت

GND ---- GND

الخطوة 3: التوصيل بين وحدة Pulse و Arduino

في هذا العمل ، يتم استخدام مستشعر النبض. مستشعر النبض هو مستشعر التوصيل والتشغيل المصمم جيدًا والذي يمكن للمستخدم من خلاله أخذ بيانات معدل ضربات القلب الحية أو معدل النبض ويمكنه إطعامه أينما يريد.

قم بتوصيل مستشعر النبض بلوحة Arduino Uno على النحو التالي: + إلى + 5V و- بـ GND S tO A0. قم بتوصيل LCD بلوحة Arduino Uno على النحو التالي: VSS إلى + 5V و VDD إلى GND و RS إلى 12 و RW إلى GND و E إلى D11 و D4 إلى D5 و D5 إلى D4 و D6 إلى D3 و D7 إلى D2 و A / VSS إلى + 5V و K / VDD إلى GND. قم بتوصيل مقياس جهد 10K بشاشة LCD على النحو التالي: البيانات بـ v0 و VCC بـ + 5V. قم بتوصيل LED بـ Arduino على النحو التالي: LED1 (RED ، طرف وميض) بـ D13 و LED2 (أخضر ، معدل التلاشي) بـ D8.

مستشعر النبض ------ اردوينو

VSS ------ + 5 فولت

GND ------ GND

S ----- A0

عندما يلمس المستشعر الجلد ، يومض مؤشر LED الموجود على المستشعر.

الخطوة 4: التوصيل بين مستشعر مخطط كهربية القلب واردوينو

يتم توصيل مستشعر تخطيط القلب AD8232 مع Arduino ويتم وضع الأقطاب الكهربائية في الذراع اليسرى والذراع الأيمن والساق اليمنى. في هذا ، يكون محرك الساق اليمنى بمثابة رد فعل للدائرة. هناك ثلاثة مدخلات من الأقطاب الكهربائية التي تقيس النشاط الكهربائي للقلب وسيتم الإشارة إليها بواسطة LED. لتقليل الضوضاء ، يتم استخدام مضخم الأجهزة (BW: 2KHz) ويتم استخدام مرشحين تمرير عاليين لتقليل آثار الحركة وإمكانات نصف خلية قطب كهربائي. تم تكوين AD8232 على شكل تكوين ثلاثة قطب كهربائي.

التوصيل: تم توصيل القطب الكهربائي للذراع الأيسر + دبوس IN من AD8232 والقطب الكهربي للذراع الأيمن متصل بـ -IN pin من AD8232 وملاحظات الساق اليمنى متصلة بدبوس RLDFB من AD8232. يؤدي الكشف في هذا المستشعر إلى التيار المتردد أو التيار المستمر. لهذا يتم استخدام التيار المتردد. يتم توصيل LO- pin بالدبوس التناظري (11) من Arduino ويتم توصيل دبوس LO + بالدبوس التناظري (10) من Arduino ويتم توصيل الإخراج من الأقطاب الكهربائية بدبوس A1 من Arduino.

مستشعر تخطيط القلب ------ اردوينو

لو- ------ دبوس تناظري (11)

LO + ------ دبوس تناظري (10)

الإخراج ------ A1

تكتشف الأقطاب الكهربائية الموضوعة على جسم المريض التغيرات الطفيفة في الجهد الكهربائي على الجلد التي تنشأ من إزالة استقطاب عضلة القلب أثناء الوصول إلى ضربات القلب على عكس مخطط كهربية القلب التقليدي الثلاثي حيث يتم وضع أقطاب كهربائية على أطراف المريض وصدره. عند قياس إشارة مخطط كهربية القلب ، يختلف الفاصل الزمني للعلاقات العامة وطور فترة الاستجابة السريعة ومدة السعة في ظروف غير طبيعية. يتم تعريف العيوب في برمجة Arduino.

معلمات تخطيط القلب الطبيعي معلمات غير طبيعية لتخطيط القلب

P Wave 0.06-0.11 <0.25 ------------------------------------------- --------- موجات T المسطحة أو المقلوبة نقص التروية التاجية

مجمع QRS <0.12 0.8-1.2 ------------------------------------------- ------- زيادة كتلة فرع حزمة QRS

T موجة 0.16 <0.5 --------------------------------------------- ------------------ زيادة كتلة PR AV

فترة QT 0.36-0.44 --------------------------------------------- --------------- فرط كالسيوم الدم بفاصل QT قصير

فاصل العلاقات العامة 0.12-0.20 --------------------------------------------- ------ العلاقات العامة الطويلة ، عرض QRS ، فرط بوتاسيوم الدم القصير كيو تي

يُظهر الشذوذ في إشارة ECG التي سيتم تضمينها في ترميز Arduino وعندما تحدث التشوهات ، سيتم إرسالها كرسالة تنبيه إلى أرقام هواتف محمولة معينة. لدينا ملف مكتبة منفصل مدرج في البرنامج

الخطوة 5: ربط وحدة Wi-Fi و Arduino

وحدة ESP8266 Wi-Fi عبارة عن جهاز إرسال واستقبال لاسلكي مستقل منخفض التكلفة يمكن استخدامه لتطوير إنترنت الأشياء في نقطة النهاية. تتيح وحدة Wi-Fi ESP8266 اتصال الإنترنت بالتطبيقات المضمنة. يستخدم بروتوكول اتصال TCP / UDP للاتصال بالخادم / العميل. للتواصل مع وحدة Wi-Fi ESP8266 ، يحتاج المتحكم الدقيق إلى استخدام مجموعة من أوامر AT. يتصل متحكم دقيق بوحدة Wi-Fi ESP8266-01 باستخدام UART مع تحديد معدل الباود (الافتراضي 115200).

ملحوظات:

1. يمكن برمجة وحدة ESP8266 Wi-Fi باستخدام Arduino IDE ومن أجل القيام بذلك تحتاج إلى إجراء بعض التغييرات على Arduino IDE. أولاً ، انتقل إلى File -> Preferences في Arduino IDE وفي قسم عناوين URL لمدير اللوحات الإضافية. الآن ، انتقل إلى Tools -> Board -> Boards Manager وابحث عن ESP8266 في حقل البحث. حدد ESP8266 بواسطة مجتمع ESP8266 وانقر فوق تثبيت.

2.. تعمل وحدة ESP8266 على مصدر طاقة 3.3 فولت وأي شيء أكبر من ذلك ، مثل 5 فولت على سبيل المثال ، سوف يقتل شركة نفط الجنوب. لذلك ، فإن VCC Pin و CH_PD Pin لوحدة ESP8266 ESP-01 متصلان بمصدر 3.3 فولت.

3. تحتوي وحدة Wi-Fi على وضعين للتشغيل: وضع البرمجة والوضع العادي. في وضع البرمجة ، يمكنك تحميل البرنامج أو البرنامج الثابت إلى وحدة ESP8266 وفي الوضع العادي ، سيعمل البرنامج أو البرنامج الثابت الذي تم تحميله بشكل طبيعي.

4. لتمكين وضع البرمجة ، يجب توصيل دبوس GPIO0 بـ GND. في مخطط الدائرة ، قمنا بتوصيل مفتاح SPDT بدبوس GPIO0. سيؤدي تبديل ذراع SPDT إلى تبديل ESP8266 بين وضع البرمجة (يتم توصيل GPIO0 بـ GND) والوضع العادي (يعمل GPIO0 كطرف GPIO). أيضًا ، ستلعب RST (إعادة التعيين) دورًا مهمًا في تمكين وضع البرمجة. دبوس RST هو دبوس LOW نشط ، وبالتالي ، فهو متصل بـ GND من خلال زر ضغط. لذلك ، عند الضغط على الزر ، ستتم إعادة تعيين وحدة ESP8266.

اتصال:

يتم توصيل دبابيس RX و TX للوحدة النمطية ESP8266 بدبابيس RX و TX على لوحة Arduino. نظرًا لأن ESP8266 SoC لا يمكنه تحمل 5V ، فإن RX Pin of Arduino متصل من خلال محول مستوى يتكون من 1KΩ ومقاوم 2.2KΩ.

وحدة Wi-Fi ------ Arduino

VCC ---------------- 3.3 فولت

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

CH_PD ---------------- 3.3 فولت

RST ---------------- GND (مفتوح عادة)

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

TX ---------------- TX من Arduino

RX ----------------- RX لـ Arduino (من خلال محول المستوى)

بعد الاتصال والتكوين:

ESP8266 في وضع البرمجة (GPIO0 متصل بـ GND) ، قم بتوصيل Arduino بالنظام. بمجرد تشغيل وحدة ESP8266 ، اضغط على الزر RST وافتح Arduino IDE. في خيارات اللوحة (أدوات -> لوحة) ، حدد لوحة "عامة ESP8266". حدد رقم المنفذ المناسب في IDE. الآن ، افتح Blink Sketch وقم بتغيير LED Pin إلى 2. هنا ، 2 يعني دبوس GPIO2 من وحدة ESP8266. قبل أن تضغط على التحميل ، تأكد من توصيل GPIO0 بـ GND أولاً ثم اضغط على زر RST. اضغط على زر التحميل وسيستغرق الرمز بعض الوقت للترجمة والتحميل. يمكنك رؤية التقدم في الجزء السفلي من IDE. بمجرد تحميل البرنامج بنجاح ، يمكنك إزالة GPIO0 من GND. سيومض مؤشر LED المتصل بـ GPIO2.

الخطوة 6: البرنامج

البرنامج مخصص لتوصيل LM75 ووحدة النبض ومستشعر ECG ووحدة Wi-Fi إلى Arduino

الخطوة 7: إعداد خادم ThingSpeak

ThingSpeak عبارة عن منصة تطبيق لـ. إنترنت الأشياء. إنها منصة مفتوحة مع تحليلات MATLAB. يتيح لك ThingSpeak إنشاء تطبيق حول البيانات التي تم جمعها بواسطة أجهزة الاستشعار. تتضمن ميزات ThingSpeak ما يلي: جمع البيانات في الوقت الفعلي ، ومعالجة البيانات ، والتصورات ، والتطبيقات ، والمكونات الإضافية

في قلب ThingSpeak توجد قناة ThingSpeak. تُستخدم القناة لتخزين البيانات. تتضمن كل قناة 8 حقول لأي نوع من البيانات و 3 حقول موقع وحقل حالة واحد. بمجرد أن يكون لديك قناة ThingSpeak ، يمكنك نشر البيانات على القناة ، وجعل ThingSpeak يقوم بمعالجة البيانات ، ومن ثم يقوم التطبيق الخاص بك باسترداد البيانات.

خطوات:

1. قم بإنشاء حساب في ThingSpeak.

2. إنشاء قناة جديدة وتسميتها.

3. وإنشاء 3 حقول وتحديد اسمها لكل حقل.

4. لاحظ معرف قناة ThingSpeak.

5. لاحظ مفتاح API.

6. واذكرها في البرنامج لتمرير البيانات من ESP8266.

7. الآن يتم الحصول على تصور البيانات.

الخطوة 8: إعداد الخاتمة (الأجهزة)

إعداد الأجهزة في مشروعنا يحتوي على جميع مكونات الأجهزة الخاصة بالمشروع وسيتم تعبئته وإدخاله في معطف يمكن ارتداؤه للمرضى المريحين. يتم تصنيع الغلاف المزود بأجهزة استشعار من قبلنا ويوفر قياسًا خالٍ من الأخطاء للمستخدمين. البيانات البيولوجية للمستخدم ، يتم تخزين المعلومات في خادم ThingSpeak للتحليل والمراقبة على المدى الطويل. هذا هو ما يدخله المشروع في نظام الرعاية الصحية

اقامة:

1.ضع الدوائر داخل الصندوق القطني.

2. استخدام مسدس الغراء جعله قابل للتثبيت في الصندوق.

3- قم بتوصيل البطارية بـ VIN الخاص بـ Arduino إلى الطرف الإيجابي للبطارية و GND لـ Arduino إلى الطرف السلبي للبطارية

4 ثم ثبت الصندوق بداخل الغلاف باستخدام مسدس الغراء.

بمجرد إنشاء الترميز الخالي من الأخطاء ، يتم تنفيذ البرنامج وسيكون المرء جاهزًا لرؤية إخراج Senor على منصة مثل عرض إخراج Arduino وبعد ذلك يتم نقل المعلومات إلى ThingSpeak Cloud عبر الويب وسنكون مستعدين لتصور ذلك على العالم برنامج. يمكن تطوير واجهة الويب لتنفيذ المزيد من الوظائف في تصور البيانات وإدارتها وتحليلها لتوفير واجهة وتجربة أفضل للمستخدم. باستخدام إعداد العمل المقترح ، يمكن للطبيب فحص حالة المريض على مدار الساعة طوال أيام الأسبوع وأي تغييرات مفاجئة في حالة المريض يتم إخطارها إلى الطبيب أو الطاقم الطبي من خلال إشعار نخب. علاوة على ذلك ، نظرًا لأنه يمكن الوصول إلى المعلومات في خادم Thingspeak ، يمكن التحقق من حالة المريض عن بُعد من أي مكان على هذا الكوكب. بصرف النظر عن مجرد رؤية المعلومات السابقة للمريض ، يمكننا استخدام هذه المعلومات لفهم سريع وعلاج صحة المريض من قبل الخبراء المعنيين.