Raksha - Vitals Monitor for Frontline Workers: 6 шагов (с изображениями)

2024 Автор: John Day | [email protected]. Последнее изменение: 2024-01-30 11:50

Носимые технологии мониторинга здоровья, в том числе умные часы и фитнес-трекеры, вызвали значительный интерес потребителей за последние несколько лет. Этот интерес не только в основном стимулировался быстрым ростом спроса на рынке носимых технологий для повсеместного, непрерывного и всестороннего мониторинга показателей жизнедеятельности, но и благодаря новейшим технологическим разработкам в области сенсоров. технологии и беспроводная связь. К концу 2016 года рынок носимых технологий оценивался в более чем 13,2 миллиарда долларов, а к концу 2020 года его стоимость, по прогнозам, достигнет 34 миллиардов долларов.

Существует множество датчиков для измерения жизненно важных функций человеческого тела, которые необходимы врачу для определения проблем со здоровьем. Все мы знаем, что врач сначала проверяет частоту сердечных сокращений, чтобы узнать вариабельность сердечного ритма (ВСР) и температуру тела. Но нынешние носимые браслеты и устройства не обеспечивают точность и воспроизводимость измеренных данных. В основном это происходит из-за неправильного выравнивания фитнес-трекера и ошибочных показаний и т. Д. Большинство из них используют датчики фотоплетизмографии (PPG) на основе светодиодов и фотодиодов для измерения пульса.

Функции:

• Носимый аккумулятор с питанием от аккумулятора
• Измеряет частоту сердечных сокращений в реальном времени и интервал между ударами (IBI)
• Измеряет температуру тела в реальном времени
• Отображает график в реальном времени на дисплее
• Отправляет данные по Bluetooth на мобильный телефон
• Данные могут быть записаны и отправлены непосредственно врачу для дальнейшего анализа.
• Хорошее управление батареей с включенным режимом сна.
• Отправляя данные в облако, он создает огромную базу данных для исследователей, работающих над медицинскими решениями для COVID-19.

Запасы

Необходимое оборудование:

• SparkFun Arduino Pro Mini 328 - 5 В / 16 МГц × 1
• датчик пульса × 1
• термистор 10к × 1
• Перезаряжаемый аккумулятор, 3,7 В × 1
• Модуль Bluetooth HC-05 × 1

Программные приложения и онлайн-сервисы

IDE Arduino

Ручные инструменты и производственные машины

• 3D-принтер (общий)
• Паяльник (универсальный)

Шаг 1. Начнем

В настоящее время современные носимые устройства больше не ориентированы только на простые измерения фитнес-отслеживания, такие как количество шагов, сделанных за день, они также отслеживают важные физиологические факторы, такие как вариабельность сердечного ритма (ВСР), показатели глюкозы, показания артериального давления и много дополнительной информации, связанной со здоровьем. Среди множества измеряемых показателей жизнедеятельности расчет частоты сердечных сокращений (ЧСС) был одним из наиболее ценных параметров. В течение многих лет файловая электрокардиограмма (ЭКГ) использовалась в качестве основного метода сердечного мониторинга для выявления сердечно-сосудистых нарушений и выявления нарушений сердечного ритма. ЭКГ - это запись электрической активности сердца. Он показывает изменения амплитуды сигнала ЭКГ в зависимости от времени. Эта зарегистрированная электрическая активность возникает из-за деполяризации проводящих путей сердца и тканей сердечной мышцы во время каждого сердечного цикла. Несмотря на то, что традиционные технологии кардиомониторинга с использованием сигналов ЭКГ на протяжении десятилетий непрерывно совершенствовались с целью удовлетворения постоянно меняющихся требований пользователей, особенно в отношении точности измерений.

Эти методы до сих пор не были усовершенствованы до такой степени, чтобы предложить пользователю гибкость, портативность и удобство. Например, для эффективной работы ЭКГ необходимо разместить несколько биоэлектродов в определенных местах тела; эта процедура значительно ограничивает подвижность и мобильность пользователей. Кроме того, PPG зарекомендовал себя как альтернативный метод мониторинга ЧСС. Используя подробный анализ сигналов, сигнал PPG предлагает отличный потенциал для замены записей ЭКГ для извлечения сигналов ВСР, особенно при наблюдении за здоровыми людьми. Поэтому для преодоления ограничений ЭКГ можно использовать альтернативное решение, основанное на технологии PPG. По всем этим данным мы можем заключить, что измерение частоты сердечных сокращений и температуры тела и их анализ, чтобы узнать, есть ли аномальные повышения температуры тела и снижение уровня кислорода SpO2 в гемоглобине, помогут в раннем обнаружении COVID-19. Поскольку это устройство является носимым, оно может помочь рядовым работникам, таким как врачи, медсестры, полицейские и санитарные работники, которые несут круглосуточную службу по борьбе с COVID-19.

Получив необходимые детали, мы можем изменить дисплеи и тип датчика в зависимости от требований. Есть еще один хороший датчик MAX30100 или MAX30102 для измерения пульса методом PPG. Я использую термистор 10k для измерения температуры, можно использовать любой датчик температуры, например LM35 или DS1280 и т. Д.

Шаг 2: Разработка корпуса

Чтобы носить носимый гаджет, он должен быть заключен в соответствующий футляр для защиты от повреждений, поэтому я пошел дальше и разработал футляр, в который поместятся все мои датчики и микроконтроллеры.

Шаг 3: Сборка электроники

Теперь нам нужно подключить все необходимые компоненты, раньше у меня был план выбрать ESP12E в качестве MCU, но поскольку он имеет только один вывод АЦП, и я хотел связать 2 аналоговых устройства, я вернулся к Arduino с конфигурацией Bluetooth.

Я почти выбрал ESP 12E

С помощью ESP можно напрямую отправлять данные в облако, это может быть личный сервер или веб-сайт, например Thingspeak, и оттуда напрямую передаваться заинтересованному персоналу.

Схема

В более раннем кабельном соединении было много проблем с разрывом провода из-за скручивания и поворота в ограниченном пространстве, позже я перешел на изолированный медный провод от якоря двигателя постоянного тока. Что, я бы сказал, довольно надежно.

Шаг 4: кодирование

Основная идея такая.

Принцип работы датчиков PPG заключается в освещении света на кончике пальца и измерении интенсивности света с помощью фотодиода. Здесь я использую полочный датчик импульсов с сайта www.pulsesensor.com. Я упомянул другие альтернативы в разделе деталей. Мы будем измерять изменение аналогового напряжения на аналоговом выводе 0, которое, в свою очередь, является измерением кровотока на кончике пальца или на запястье, с помощью которого мы можем измерить частоту сердечных сокращений и IBI. Термистор 10k NTC, мой извлекается из аккумуляторной батареи ноутбука. Здесь используется термистор типа NTC на 10 кОм. NTC 10 кОм означает, что этот термистор имеет сопротивление 10 кОм при 25 ° C. Напряжение на резисторе 10 кОм подается на АЦП платы pro-mini.

Температуру можно определить по сопротивлению термистора с помощью уравнения Стейнхарта-Харта. Температура в Кельвинах = 1 / (A + B [ln (R)] + C [ln (R)] ^ 3), где A = 0,001129148, B = 0,000234125 и C = 8,76741 * 10 ^ -8, а R - сопротивление термистора. Обратите внимание, что функция log () в Arduino на самом деле является натуральным логарифмом.

int thermistor_adc_val;

двойное output_voltage, термистор_сопротивление, therm_res_ln, температура, tempf; термистор_adc_val = аналоговое чтение (выход_ термистора);

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

термистор_сопротивление = ((3.301 * (10 / output_voltage)) - 10);

/ * Сопротивление в килоомах * /

термистор_сопротивление = термистор_сопротивление * 1000;

/ * Сопротивление в Ом * /

therm_res_ln = журнал (сопротивление термистора);

/ * Уравнение термистора Стейнхарта-Харта: * / / * Температура в Кельвинах = 1 / (A + B [ln (R)] + C [ln (R)] ^ 3) * / / * где A = 0,001129148, B = 0,000234125 и C = 8,76741 * 10 ^ -8 * / temperature = (1 / (0,001129148 + (0,000234125 * therm_res_ln) + (0,0000000876741 * therm_res_ln * therm_res_ln * therm_res_ln))); / * Температура в Кельвинах * / temperature = temperature - 273,15; / * Температура в градусах Цельсия * /

Serial.print («Температура в градусах Цельсия =»);

Serial.println (температура);

Полный код можно найти здесь.

Шаг 5: Тестирование и работа

Шаг 6: Будущие улучшения и заключение

Будущие улучшения:

• Хочу добавить следующие функции:
• Использование Tiny ML и Tensorflow lite для обнаружения аномалии.
• Оптимизация батареи с помощью BLE
• Android-приложение для персонализированных уведомлений и предложений по здоровью.
• Добавление вибромотора для оповещения

Заключение:

С помощью датчиков и электроники с открытым исходным кодом мы действительно можем внести изменения в жизнь передовых рабочих, обнаружив симптомы COVID-19, то есть колебания ВСР и температуры тела, можно обнаружить изменения и предложить им пройти карантин, чтобы остановить распространение. болезни. Лучшая часть этого устройства заключается в том, что оно стоит менее 15 долларов, что намного дешевле, чем любой доступный фитнес-трекер и т. Д., И, следовательно, правительство может изготавливать их и защищать передовых рабочих.