Ракша - майдандағы жұмысшыларға арналған Vitals мониторы: 6 қадам (суреттермен)

2024 Автор: John Day | [email protected]. Соңғы өзгертілген: 2024-01-30 10:23

Ақылды сағаттар мен фитнес -трекерлерді қоса алғанда, денсаулықты бақылайтын технологиялар соңғы бірнеше жыл ішінде тұтынушылардың қызығушылығын тудырды. Бұл қызығушылық тек қана тозатын технологиялар нарығында өмірлік белгілерді үнемі, үнемі және кеңінен бақылауға сұраныстың тез өсуімен ғана емес, сонымен қатар сенсордағы соңғы технологиялық жетістіктермен де қамтамасыз етілді. технология мен сымсыз байланыс. Тозатын технологиялар нарығы 2016 жылдың соңына қарай 13.2 миллиард доллардан асады, ал оның бағасы 2020 жылдың аяғында 34 миллиард долларға жетеді деп болжануда.

Адам денсаулығының проблемаларын білу үшін дәрігерге немесе дәрігерге қажет адам ағзасының тіршілік етуін өлшеуге арналған көптеген сенсорлар бар. Біз бәріміз білеміз, дәрігер жүрек соғу жиілігін (HRV) және дене температурасын білу үшін алдымен жүрек соғу жиілігін тексереді. Бірақ қолданыстағы тағылатын жолақтар мен құрылғылар өлшенетін мәліметтердің дәлдігі мен қайталануында сәтсіздікке ұшырайды. Бұл көбінесе фитнес -трекердің қате реттелуіне және қате оқуға байланысты болады. Көбісі жүрек соғу жиілігін өлшеу үшін жарықдиодты және фотодиодты фототлетография (PPG) сенсорларын пайдаланады.

Ерекше өзгешеліктері:

• Батареямен жұмыс істейтін киілетін
• Нақты уақыттағы жүрек соғу жиілігін және аралық аралықты өлшейді (IBI)
• Нақты уақыттағы дене температурасын өлшейді
• Нақты уақыттағы графикті дисплейге салады
• Bluetooth арқылы деректерді ұялы телефонға жібереді
• Деректер жазылып, әрі қарай талдау үшін дәрігерге тікелей жіберілуі мүмкін.
• Ұйқы қосылған батареяны жақсы басқару.
• Деректерді бұлтқа жіберу арқылы ол COVID-19 медициналық шешімдерімен айналысатын зерттеушілер үшін үлкен мәліметтер базасын жасайды.

Жабдықтар

Қажетті жабдықтар:

• SparkFun Arduino Pro Mini 328 - 5В/16МГц × 1
• импульстік сенсор × 1
• термистор 10k × 1
• Қайта зарядталатын батарея, 3,7 В × 1
• HC-05 Bluetooth модулі × 1

Бағдарламалық жасақтама және онлайн қызметтері

Arduino IDE

Қолмен жұмыс жасайтын машиналар мен машиналар

• 3D принтері (жалпы)
• Пісіру үтігі (жалпы)

1 -қадам: бастайық

Қазіргі уақытта киюге болатын қондырғылар фитнес бақылаудың қарапайым өлшемдеріне ғана бағдарланбайды, мысалы, бір күндегі қадамдар саны, сонымен қатар жүрек соғу жиілігінің өзгергіштігі (HRV), глюкоза өлшемдері, қан қысымының көрсеткіштері және денсаулыққа қатысты көптеген қосымша ақпарат. Көптеген маңызды көрсеткіштердің ішінде жүрек соғу жиілігін (ЖСЖ) есептеу ең құнды көрсеткіштердің бірі болды. Көптеген жылдар бойы электрокардиограмма (ЭКГ) жүрек -қантамырлық бұзылыстарды анықтау және жүрек ырғағының бұзылуын анықтау үшін жүректі бақылаудың басым әдісі ретінде қолданылады. ЭКГ - бұл жүректің электрлік белсенділігін тіркеу. Ол ЭКГ сигналының уақыт амплитудасының өзгеруін көрсетеді. Бұл тіркелген электрлік белсенділік әр жүрек циклінде жүректің өткізгіш жолының және жүрек бұлшық ет тіндерінің деполяризациясынан туындайды. ЭКГ сигналдарын қолданатын дәстүрлі жүрек мониторингі технологиялары қолданушылардың үнемі өзгеріп отыратын талаптарын қанағаттандыру үшін ондаған жылдар бойы үздіксіз жетілдірулерден өтті, әсіресе өлшеу дәлдігі тұрғысынан.

Бұл әдістер қазіргі уақытқа дейін пайдаланушыға икемділікті, портативтілікті және ыңғайлылықты қамтамасыз ететін деңгейге дейін жетілдірілмеген. Мысалы, ЭКГ тиімді жұмыс істеуі үшін дененің белгілі бір жерлерінде бірнеше биоэлектродтарды орналастыру қажет; бұл процедура пайдаланушылардың қозғалғыштығы мен икемділігін айтарлықтай шектейді. Сонымен қатар, PPG өзін кадрлық бақылаудың балама әдісі ретінде көрсетті. Сигналды егжей -тегжейлі талдауды қолдана отырып, PPG сигналы HRV сигналдарын алу үшін ЭКГ жазбаларын алмастырудың тамаша әлеуетін ұсынады, әсіресе сау адамдарды бақылауда. Сондықтан ЭКГ шектеулерін жою үшін PPG технологиясына негізделген балама шешімді қолдануға болады. Барлық осы мәліметтер бойынша біз жүрек соғу жиілігін және дене температурасын өлшеу және гемоглобин құрамындағы оттегінің SpO2 деңгейінің төмендеуі бар-жоғын білу үшін оларды талдау COVID-19 ерте анықтауға көмектеседі деп қорытынды жасай аламыз. Бұл құрылғы киюге болатын болғандықтан, бұл дәрігерлер, медбикелер, полиция қызметкерлері мен санитарлық қызметкерлер сияқты алдыңғы қатардағы жұмысшыларға көмектесе алады, олар күндіз-түні COVID-19-мен күресуде.

Қажетті бөлшектерді алыңыз, біз талапқа сәйкес дисплей мен сенсор түрін өзгерте аламыз. PPG техникасының көмегімен жүрек соғу жиілігін өлшеу үшін тағы бір жақсы MAX30100 немесе MAX30102 сенсоры бар, мен температураны өлшеу үшін 10 к термисторды қолданамын, LM35 немесе DS1280 сияқты температура сенсорларын қолдануға болады.

2 -қадам: Корпусты жобалау

Тозатын гаджетті кию үшін оны зақымданудан қорғау үшін тиісті корпуста қоршау керек, сондықтан мен барлық сенсорлар мен MCU -лерге сәйкес келетін корпусты жасадым.

3 -қадам: электрониканы жинау

Енді бізге барлық қажетті компоненттерді қосу керек, бұрын мен ESP12E -ді MCU ретінде таңдауды жоспарлап едім, бірақ оның тек 1 ADC түйреуіші болғандықтан мен 2 аналогты құрылғыны интерфейске қосқым келді, мен Bluetooth конфигурациясымен Arduino -ға қайта оралдым.

Мен ESP 12E дерлік таңдадым

ESP көмегімен деректерді бұлтқа тікелей жіберуге болады, бұл жеке сервер немесе веб -сайт болуы мүмкін және сол жерден мүдделі қызметкерлерге тікелей жіберіледі.

Схемалық

Бұрынғы кабельдік қосылымда сымның бұрылуынан және тар кеңістікте бұрылуынан үзілуіне байланысты көптеген мәселелер туындады, кейін мен тұрақты ток қозғалтқышының якорынан оқшауланған мыс сымға көштім. Бұл өте күшті деп айтуым керек.

4 -қадам: кодтау

Негізгі идея келесідей.

PPG датчиктерінің жұмыс принципі негізінен саусақ ұшындағы Жарықты жарықтандыру және фотодиодты қолдану арқылы жарық қарқындылығын өлшеу. Мұнда мен www.pulsesensor.com сайтынан импульстік сөренің сенсорын қолданамын. Мен бөліктер бөлімінде басқа баламаларды айттым. Біз аналогтық кернеудің өзгеруін 0 аналогтық түйреуіште өлшейміз, бұл өз кезегінде саусақ ұшында немесе білекте қан ағымын өлшеу, ол арқылы жүрек соғу жиілігін және ИБИ-ді өлшеуге болады. 10k NTC термисторы, менікі ноутбуктің аккумуляторлық жинағынан алынады. Мұнда NTC типті 10 кОм термистор қолданылады. NTC 10kΩ бұл термистордың 25 ° C температурада 10 кОм кедергісі бар екенін білдіреді. 10 кОм резистордағы кернеу мини-тақтаның ADC-ге беріледі.

Температураны Steinhart-Hart теңдеуінің көмегімен термистордың кедергісінен білуге болады. Келвин температурасы = 1 / (A + B [ln (R)] + C [ln (R)]^3) мұнда A = 0.001129148, B = 0.000234125 және С = 8.76741*10^-8 және R-термистордың кедергісі. Ардуинодағы log () функциясы шын мәнінде табиғи журнал екенін ескеріңіз.

int thermistor_adc_val;

қосарланған шығыс_көрсеткіші, термисторлық қарсылық, therm_res_ln, температура, tempf; thermistor_adc_val = analogRead (thermistor_output);

output_voltage = ((thermistor_adc_val * 3.301) / 1023.0);

thermistor_resistance = ((3.301 * (10 / шығыс_ кернеуі)) - 10);

/ * Килограмм Омдағы қарсылық */

thermistor_resistance = thermistor_resistance * 1000;

/ * Ом кедергісі */

therm_res_ln = журнал (терморезисторлық қарсылық);

/* Стейнхарт-Харт термисторлық теңдеу:* / /* Кельвиндегі температура = 1 / (A + B [ln (R)] + C [ln (R)]^3)* / /* мұнда A = 0.001129148, В = 0.000234125 және С = 8.76741 * 10^-8 * / температура = (1 / (0.001129148 + (0.000234125 * therm_res_ln) + (0.0000000876741 * therm_res_ln * therm_res_ln * therm_res_ln)))); / * Температура Кельвинде */ температура = температура - 273,15; / * Цельсий градусындағы температура */

Serial.print («Цельсий градусындағы температура =»);

Serial.println (температура);

Толық кодты мына жерден табуға болады.

5 -қадам: тестілеу және жұмыс

6 -қадам: Болашақ жақсартулар мен қорытынды

Болашақ жақсартулар:

• Мен келесі мүмкіндіктерді қосқым келеді:
• Аномалияны анықтау үшін Tiny ML және Tensorflow lite қолдану.
• BLE көмегімен батареяны оңтайландыру
• Денсаулыққа қатысты жеке хабарландырулар мен ұсыныстарға арналған Android қосымшасы
• Ескерту үшін діріл қозғалтқышын қосу

Қорытынды:

Ашық ресурс сенсорлары мен электрониканың көмегімен біз COVID-19 белгілерін анықтау арқылы майдандағы жұмысшылардың өміріне шынымен де өзгерістер жасай аламыз, яғни HRV мен дене температурасының өзгеруі өзгерістерді анықтап, оларды таралуды тоқтату үшін карантинге қоюды ұсына алады. ауру туралы. Бұл құрылғының ең жақсы жағы - бұл 15 доллардан төмен, бұл кез -келген фитнес -трекерге қарағанда әлдеқайда арзан, сондықтан үкімет оларды жасай алады және алдыңғы қатардағы жұмысшыларды қорғай алады.