XÂY DỰNG HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN, GIÁM SÁT PHÒNG BỆNH TRÊN NỀN TẢNG ANDROID

Bạn đang xem bản rút gọn của tài liệu. Xem và tải ngay bản đầy đủ của tài liệu tại đây (630.95 KB, 7 trang )

(1)<div class='page_container' data-page=1>

XÂY DỰNG HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN, GIÁM SÁT PHỊNG BỆNH

TRÊN NỀN TẢNG ANDROID

Trần Đức Hồng*, Đoàn Mạnh Cường, Lê Hoàng Hiệp, Nguyễn Thị Dung 
Trường Đại học Công nghệ thông tin và Truyền thông - ĐH Thái Nguyên

TÓM TẮT

Bài báo nhằm giới thiệu việc xây dựng một hệ thống phần mềm ứng dụng chạy trên nền tảng
Android sử dụng công nghệ truyền thông Bluetooth được thiết kế thơng qua q trình khảo sát, tìm
hiểu những yêu cầu trong thực tế như theo dõi hệ thống điều khiển ánh sáng, hệ thống điều hòa
khơng khí, hệ thống cảnh báo cháy nổ đối với phòng điều trị bệnh cho bệnh nhân tại các cơ sở y
tế. Hệ thống có khả năng tương tác, điều khiển phòng bệnh điều trị của bệnh nhân từ xa với những
chức năng như sau:

- Giám sát thông số về nhiệt độ, độ ẩm, cảm biến khói (khí) trong phịng bệnh.

- Tự động gửi cảnh báo tới bác sỹ trong trường hợp các thông số nằm ngoài ngưỡng cho phép.
- Điều khiển thiết bị điện sử dụng trong phòng như: đèn, quạt...

- Gửi yêu cầu chăm sóc điều trị tới số điện thoại của bác sỹ.

Từ khóa: Ứng dụng điều khiển từ xa, Điều khiển thiết bị trên Android, Giám sát thông số trong

phòng bệnh, Hệ thống điều khiển trên nền Mobile

GIỚI THIỆU*

Nâng cao chất lượng khám và điều trị bệnh là
một trong những mục tiêu đã và đang được
các cơ sở y tế, bênh viện và cả các phòng

khám tư nhân quan tâm chú trọng. Trong đó
việc trang bị cho phòng điều trị những thiết
bị, công nghệ giúp bệnh nhân thuận tiện sử
dụng, kiểm soát được các yếu tố trong phịng
mà khơng làm ảnh hưởng tới bệnh nhân, từ đó
có một khơng gian thoải mái và giúp bệnh
nhân hồi phục nhanh, tốt hơn đang là một
mục tiêu hướng tới.

Ưu điểm của hệ thống thông minh này so với
các phương pháp thủ công truyền thống là
người sử dụng như bác sĩ điều trị, bệnh nhân
và người nhà bệnh nhân có thể giám sát và
điều khiển các thiết bị trong phòng từ xa, sau
khi biết được các thông số như nhiệt độ, độ
ẩm, khí gas tại phòng bằng điện thoại sử dụng
hệ điều hành android. Hệ thống cũng gửi các
thông số, những cảnh báo về số điện thoại của
bác sĩ điều trị hoặc người nhà bệnh nhân và
bệnh nhân trong trường hợp vượt mức yêu
cầu y tế cho phép. Từ đó có thể can thiệp kịp
thời để không làm ảnh hưởng tới bệnh nhân
trong quá trình điều trị [1],[2].

Tel: 0976 262145; Email:

ỨNG DỤNG CÔNG NGHỆ TRUYỀN
THÔNG KHÔNG DÂY BLUETOOTH KẾT
HỢP NỀN TẢNG ANDROID TRÊN
MOBILE TRONG XÂY DỰNG ỨNG DỤNG
Bluetooth là một công nghệ truyền thông không
dây cho phép các thiết bị điện, điện tử giao tiếp
với nhau bằng sóng vơ tuyến qua băng tần
chung ISM (Industrial, Scientific, Medical).
Bluetooth được thiết kế nhằm mục đích thay
thế dây cable giữa máy tính và các thiết bị
truyền thông cá nhân, kết nối vô tuyến giữa
các thiết bị điện tử lại với nhau một cách
thuận lợi với giá thành rẻ.

Khi được kích hoạt, Bluetooth có thể tự động
định vị những thiết bị khác có chung công
nghệ trong vùng xung quanh và bắt đầu kết
nối với chúng. Nó được định hướng sử dụng
cho việc truyền dữ liệu lẫn tiếng nói.

Tầng giao thức Bluetooth Radio

</div>
(2)<div class='page_container' data-page=2>

tiếp bằng sóng radio mà dữ liệu Bluetooth có
thể xuyên qua các vật thể rắn và phi kim.

Hình 1.Các tầng giao thức của Bluetooth 
Sóng radio của Bluetooth được truyền đi bằng
cách nhảy tần số (Frequency Hopping), có
nghĩa là mọi gói tin (Packet) được truyền trên
những tần số khác nhau. Tốc độ nhảy nhanh

giúp tránh nhiễu tốt. Hầu hết các nước dùng
79 bước nhảy, mỗi bước nhảy cách nhau
1MHz, bắt đầu ở 2,402GHz và kết thúc ở
2,480GHz. Ở một vài nước, chẳng hạn như
Pháp, Nhật, phạm vi của dải băng tần này
được giảm đi còn 23 bước nhảy.

Các đặc điểm của công nghệ Bluetooth 
- Tiêu thụ năng lượng thấp, cho phép ứng
dụng được trong nhiều loại thiết bị bao gồm
cả thiết bị cầm tay và điện thoại di động.
- Khoảng cách giao tiếp cho phép:

 Khoảng cách giữa hai thiết bị đầu cuối có thể
lên đến 10m ngồi trời và 5m trong tòa nhà.
 Khoảng cách thiết bị đầu cuối và Access
point có thể lên tới 100 m ngồi trời và 30 m
trong tịa nhà.

- Bluetooth sử dụng băng tần khơng đăng kí
2,4Ghz trên dãy băng tần IMS. Tốc độ truyền
dữ liệu có thể đạt tới mức tối đa 1Mbps (do
sử dụng tần số cao) mà các thiết bị không dây
cần phải thấy trực tiếp nhau.

- Dễ dàng trong việc phát triển ứng dụng:
Bluetooth kết nối một ứng dụng này với một
ứng dụng khác thông qua các chuẩn
“Bluetooth Profiles”, do đó có thể độc lập về
phần cứng cũng như hệ điều hành sử dụng.

- Bluetooth được dùng trong giao tiếp dữ liệu
tiếng nói: có 3 kênh để truyền tiếng nói và 7
kênh để truyền dữ liệu trong một mạng cá nhân.
- An toàn và bảo mật được tích hợp với sự
xác nhận và mã hóa.

- Tính tương thích với thiết bị phần cứng cao.
Phát huy ưu điểm của hệ điều hành Android 
Android là một hệ điều hành di động dựa trên
nền tảng Linux phiên bản 2.6 dành cho các
dòng điện thoại SmartPhone. Đầu tiên
Android được ra đời bởi công ty liên hợp
Android, sau đó được Google mua lại và phát
triển từ năm 2005 và trở thành một hệ điều
hành di động mã nguồn mở, miễn phí, mạnh
mẽ và được ưa chuộng cao trên thế giới.
Hệ điều hành android một hệ điều hành rất
mạnh, có khả năng bảo mật cao, hỗ trợ được
nhiều công nghệ tiên tiến như 3G, GPS,
EDGE, Wifi.. tương thích với nhiều phần
cứng, hỗ trợ nhiều loại bộ nhập dữ liệu như
Keyboard, Touch và Trackball. Android là hệ
điều hành di động nên có khả năng kết nối cao
với các mạng không dây. Hỗ trợ công nghệ
OpenGL nên có khả năng chơi các phương tiện
media, hoạt hình cũng như trình diễn các khả
năng đồ họa khác cực tốt, là tiền đề để phát
triển các ứng dụng có giao diện phức tạp chẳng
hạn như là các trò chơi [1], [2], [3].

PHÂN TÍCH THIẾT KẾ HỆ THỐNG
CHƯƠNG TRÌNH ỨNG DỤNG

</div>
(3)<div class='page_container' data-page=3>

Việc sử dụng các tín hiệu không dây như
Bluetooth cho phép hệ thống được triển khai
và áp dụng linh hoạt vào thực tế. Vì vậy hệ
thống cho phép người dùng có thể tự do thiết
kế vị trí đặt các khối thành phần tùy theo thực
tế phòng bệnh. Tùy vào từng loại thiết bị RF
sử dụng, khoảng cách làm việc khả dụng của
hệ thống có thể dao động từ vài chục mét [4].

Hình 2. Sơ đồ ngữ cảnh hệ thống 
Từ u cầu xây dựng mơ hình hệ thống phịng
bệnh thơng minh của bệnh nhân sẽ có những
tính năng cụ thể như sau:

- Giám sát thơng số nhiệt độ, độ ẩm, cảm biến
khói trong trường hợp xảy ra hỏa hoạn.
- Tự động gửi cảnh báo tới bác sỹ trong
trường hợp các thơng số nằm ngồi ngưỡng
cho phép.

- Điều khiển thiết bị điện từ xa sử dụng trong
phòng như: Đèn, quạt...

- Gửi yêu cầu chăm sóc điều trị tới số điện
thoại của bác sỹ.

Sơ đồ khối hệ thống

Sơ đồ khối hệ thống gồm những khối thành
phần như sau:

 Giao diện chương trình điều khiển trên
điện thoại di động

 Trung tâm điều khiển:

o Khối thu tín hiệu Bluetooth
o Khối xử lý trung tâm
o Khối phát tín hiệu RF
 Các khối điều khiển thiết bị:

o Khối thu tín hiệu RF

o Khối điều khiển thiết bị (đèn, quạt)
 Các khối cảm biến thông số môi trường:
o Khối cảm biến nhiệt độ, độ ẩm

o

Khối cảm biến khói (cháy)

Hình 3. Sơ đồ khối thiết kế hệ thống 
Trong đó, nhiệm vụ chức năng của các khối
như sau:

 Giao diện chương trình điều khiển trên
điện thoại di động: Được thiết kế trên nền
tảng Android. Giao diện chương trình thân
thiện, dễ dàng sử dụng.

 Trung tâm điều khiển:

- Khối thu tín hiệu Bluetooth: Làm nhiệm vụ
thu nhận tín hiệu điều khiển từ điện thoại
người dùng.

- Khối xử lý trung tâm: Thu nhận và giải mã
tín hiệu điều khiển Bluetooth từ điện thoại,
sau đó gửi tín hiệu điều khiển đến khối chấp
hành thông qua khối phát RF; Khối xử lý
trung tâm cũng có nhiệm vụ thu thập thơng số
mơi trường, phát hiện khói khi có hỏa hoạn và
gửi cảnh báo đến người dùng.

- Khối phát tín hiệu RF: Truyền tín hiệu RF
đến các khối điều khiển thiết bị độc lập.
 Các khối điều khiển thiết bị: Gồm 02 thiết
bị độc lập.

- Khối thu tín hiệu RF: Làm nhiệm vụ thu
nhận tín hiệu điều khiển các thiết bị từ trung
tâm điều khiển.

</div>
(4)<div class='page_container' data-page=4>

 Các khối cảm biến thông số môi trường:
- Khối cảm biến nhiệt độ, độ ẩm: Thu thập
thông số nhiệt độ, độ ẩm gửi về trung tâm
điều khiển và hiển thị trên thiết bị điện thoại
di động người dùng.

- Khối cảm biến khói (cháy): Thu thập thơng
số nồng độ khí và gửi về trung tâm điều khiển
và được hiển thị trên thiết bị điện thoại di
động người dùng.

XÂY DỰNG CHƯƠNG TRÌNH MƠ PHỎNG
Lưu đồ thuật tốn kết nối Bluetooth

Hình 4. Lưu đồ thuật tốn hệ thống

Khi kích hoạt hệ thống, q trình kết nối giữa
điện thoại và hệ thống thông qua Bluetooth sẽ
được thực hiện. Khối kiểm tra mật khẩu sẽ
kiểm tra mật khẩu để kết nối hệ thống. Nếu
nhập sai mật khẩu, kết nối Bluetooth sẽ không
được thực hiện và quá trình này phải thực
hiện lại từ đầu.

Nếu cú pháp đúng, người dùng sẽ tiếp tục
thao tác trên giao diện chương trình để thực
hiện các chức năng như: Hiển thị thông số
môi trường, điều khiển thiết bị...

Lưu đồ thuật toán chương trình thu thập 
thơng số mơi trường

Hình 5. Lưu đồ thuật tốn thu thập thơng số môi trường 
Khi hệ thống hoạt động, những thông số môi
trường như nhiệt độ, độ ẩm sẽ được gửi về
trung tâm điều khiển. Nếu những thông số

này nằm trong ngưỡng cho phép, kết quả sẽ
được hiển thị trên giao diện điện thoại người
dùng. Trong trường hợp thơng số nằm ngồi
ngưỡng cho phép, ngồi việc hiển thị kết quả
thì thiết bị sẽ gửi thông tin cảnh báo đến
người dùng [4],[5].

Lưu đồ thuật tốn chương trình điều khiển 
thiết bị

Hình 6. Lưu đồ thuật tốn chương trình con điều

khiển thiết bị

Sau khi module thu RF nhận tín hiệu điều
khiển sẽ được vi điều khiển tiến hành giải mã
tín hiệu điều khiển. Lúc này mã điều khiển sẽ
được kiểm tra, nếu mã điều khiển là "1", "2",
thì sẽ bật tắt relay tương ứng với thiết bị quạt
hoặc đèn.

Thiết kế, xây dựng chương trình ứng dụng 
Thiết kế, xây dựng chương trình điều khiển
hệ thống có các chức năng [5]:

- Đăng nhập cho người sử dụng

</div>
(5)<div class='page_container' data-page=5>

- Các chức năng điều khiển
+ Bật/tắt đèn

+ Bật/tắt quạt

- Các chức năng thu thập thông số môi trường
+ Thu thập và hiển thị thông số nhiệt độ, độ ẩm
+ Thu thập thơng số khí gas

+ Chức năng gửi yêu cầu bác sỹ chăm sóc
điều trị

+ Gửi thơng tin yêu cầu đến bác sỹ thông qua
tin nhắn SMS

Mơ hình hoạt động của Client-Server 
Biểu đồ Use Case:

Biểu đồ Use Case thể hiện số lượng chức
năng mà người dùng có thể tương tác:

Hình 7. Chức năng dành cho người dùng 
Biểu đồ Use Case có chức năng hiển thị số
liệu người dùng. Khi người dùng truy cập vào
hệ thống sẽ xuất hiện những thông tin giới
thiệu như: Tên thiết bị, người thực hiện…Sau
đó sẽ đăng nhập vào hệ thống để sử dụng
phần mềm bằng các thao tác như lựa chọn tài
khoản Bluetooth, nhập mật khẩu, ấn đăng
nhập. Lúc này hệ thống sẽ kiểm tra kết nối
xem có tồn tại tài khoản đăng nhập khơng,
mật khẩu đã chính xác chưa nếu đúng sẽ hiển
thị danh mục thiết bị và cho người dùng kết

nối với hệ thống để sử dụng phần mềm. Còn
nếu sai người dùng sẽ phải đăng nhập lại.

Hình 8. Chức năng dành cho người đăng nhập

Đối với chức năng dành cho người đăng nhập.
Khi người dùng đã đăng nhập thành công vào
hệ thống. Phần mềm trên điện thoại di động
sẽ có các chức năng cho phép người dùng sử
dụng hệ thống như:

- Chức năng điều khiển với từng thiết bị độc
lập hoặc tất cả các thiết bị trong hệ thống
(gồm quạt, đèn); Điều khiển hệ thống cảnh
báo khi có những thơng số mơi trường nằm
ngồi ngưỡng cho phép.

- Chức năng thu thập thông số môi trường
gồm (nhiệt độ, độ ẩm, khí gas) và hiển thị trên
thiết bị điện thoại di động.

- Gửi yêu cầu phục vụ đến thiết bị điện thoại
của bác sỹ.

Khi đã sử dụng xong phần mềm cho phép
đăng xuất khỏi hệ thống.

Biểu đồ xử lý:

Server nhận yêu cầu từ client, xử lý và sau đó

trả lại kết quả cho client. Client gửi yêu cầu
lên server, sau đó nhận kết quả. Một số mơ
hình xử lý:

Xử lý đăng nhập

- Bước 1: Người dùng gửi tên thiết bị truy
cập, mật khẩu đến hệ thống. Nếu lỗi hệ thống
hay bluetooth lỗi thì hiển thị thơng báo.
- Bước 2: Hệ thống nhận dữ liệu từ người
dùng, xử lý và gửi trả lại kết quả.

- Bước 3: Nếu mật khẩu khơng đúng thì hiển
thị lỗi và quay lại bước 1.

- Bước 4: Đăng nhập thành công tiếp tục sử
dụng chương trình.

Hình 9. Mơ hình xử lý đăng nhập

</div>
(6)<div class='page_container' data-page=6>

Hình 10. Mơ hình xử lý điều khiển 
KẾT QUẢ TRIỂN KHAI THỬ NGHIỆM
Hệ thống điều khiển thiết bị điện bằng điện
thoại di động Android có các tính năng như sau:

- Giám sát thông số nhiệt độ, độ ẩm, cảm biến
khói (khí) trong phịng bệnh.

- Tự động gửi cảnh báo tới bác sỹ trong
trường hợp các thơng số nằm ngồi ngưỡng

cho phép.

- Điều khiển thiết bị điện sử dụng trong
phòng như: Đèn, quạt...

- Gửi yêu cầu chăm sóc điều trị tới số điện
thoại của bác sỹ.

- Chương trình xây dựng trên nền tảng
Android của điện thoại di động có giao diện
thân thiện, dễ sử dụng đối với người dùng.
- Hệ thống có tính bảo mật, đơn giản dễ sử
dụng và tương thích với điện thoại hệ điều
hành Android.

Một số hình ảnh mơ hình thực tế (Hình 11, 
12, 13 và 14)

KẾT LUẬN

Qua thời gian chạy thử nghiệm hệ thống cho
thấy hệ thống hoạt động tốt và ổn định. Kết
quả sản phẩm đã hoàn thiện và giải quyết
được yêu cầu bài toán đặt ra:

- Kết nối, truyền nhận tín hiệu từ phần cứng
(khối xử lý trung tâm) qua môi trường không
dây như RF, Bluetooth, mạng thơng tin di động.

Hình 11. Thơng số nhiệt độ, độ ẩm, khí gas được

hiển thị trên giao diện điện thoại của người dùng

Hình 12. Giao diện chương trình điều khiển trên

điện thoại Android

Hình 13. Kết nối thành cơng giữa điện thoại

</div>
(7)<div class='page_container' data-page=7>

Hình 14. Giao diện chương trình trên điện thoại

Android

- Thực hiện việc giao tiếp hai chiều với hệ
thống thông qua điện thoại di động.

- Với việc thông tin trực tiếp tới điện thoại
bác sỹ sẽ góp phần hỗ trợ bệnh nhân trong
những trường hợp đặc biệt.

Với mục tiêu đặt ra trong quá trình thực hiện
thiết kế và qua quá trình làm việc, đề tài đã
đạt được một số kết quả nghiên cứu sau:
- Hệ thống hoạt động tốt, chất lượng ổn định.
- Người dùng dễ dàng thao tác sử dụng.
- Có giá trị thực tiễn cao trong thực tế và có
khả năng triển khai tại bệnh viện các tuyến
trên cả nước.

- Đẩy mạnh xu hướng vừa học vừa nghiên

cứu khoa học trong sinh viên.

Cơ sở y tế áp dụng, triển khai hệ thống trên 
thực tế:

- Triển khai và xin góp ý kiến tại phịng vật tư
bênh viên Đa khoa trung ương Thái Nguyên.

TÀI LIỆU THAM KHẢO

1. Sundararajan T. V. P., Sumithra M. G.,
Maheswar R., (2014), “A Novel Smart Routing
Protocol for Remote Health Monitoring in
Medical Wireless Networks”, Journal of 
healthcare engineering, pp. 95–122.

2. Konstantas D, Herzog R., 2003, Continuous 
monitoring of vital constants for mobile users: the 
MobileHealth approach. Proc. 25th Annual 
International Conference of the IEEE Engineering
in Medicine and Biology Society, Cancun, MEX,
Sep., 3728–3731.

3. Lin M, Qiao ZZ., 2010, The demand and 
development thinking of mobile medical. Mobile 
Communications, 31–35.

4. Baig M M, Gholamhosseini H., 2013, Smart 
health monitoring systems: an overview of design 
and modeling, Journal of medical systems, 1–14.

5. Arcelus, A., Jones, M. H., Goubran, R., and
Knoefel, F., 2007, Integration of smart home 
technologies in a health monitoring system for the 
elderly. Proc. 21st International Conference on 
Advanced Information Networking and
Applications Workshops(AINAW’07), 820–825.

ABSTRACT

REMOTE MOBILE PATIENT'S ROOM CONTROL AND MONITORING 
SYSTEM BASED ON ANDROID PLATFORM

Tran Duc Hoang*, Doan Manh Cuong, Le Hoang Hiep, Nguyen Thi Dung

University of Information and Communication Technology - TNU

This paper aims to introduce about building a software application system running on the Android
platform using Bluetooth communication technology which was designed through the process of
surveying, inquire into the requirements in fact such as monitoring system lighting control, air
conditioning system, fire alarm system of the patient's room at the medical facilities. The system
has the ability to interact, control the patient's room from remote with the following functions:
- Monitoring the temperature, humidity, smoke in the patient's room.

- Automatically send a warning to the doctor in case the parameters are outside the allowed threshold.
- Controlling electrical equipment in rooms such as lights, fans ...

- Send care request to doctor's phone number.

Keywords: Remote Control Application, Device Control on Android, Parameters Monitoring in

Patient's Room , Control System based on Mobile Platform

Ngày nhận bài: 22/8/2018; Ngày hoàn thiện: 18/9/2018; Ngày duyệt đăng: 30/11/2018

</div>