Raksha - Vitals Monitor za radnike na prvoj liniji: 6 koraka (sa slikama)

2024 Autor: John Day | [email protected]. Zadnja izmjena: 2024-01-30 08:05

Nosive tehnologije za praćenje zdravlja, uključujući pametne satove i uređaje za praćenje fitnesa, privukle su značajno zanimanje potrošača u posljednjih nekoliko godina. Ne samo da je ovo zanimanje uglavnom potaknuto brzim rastom potražnje na tržištu nosive tehnologije za sveprisutnim, kontinuiranim i sveprisutnim praćenjem vitalnih znakova, već su ga iskoristili i najnoviji tehnološki razvoj senzora tehnologije i bežične komunikacije. Tržište nosive tehnologije procijenjeno je na više od 13,2 milijarde dolara do kraja 2016. godine, a predviđa se da će njegova vrijednost doseći 34 milijarde dolara do kraja 2020. godine.

Postoji mnogo senzora za mjerenje vitalnih vrijednosti ljudskog tijela koji su neophodni za liječnika ili ljekara da znaju zdravstvene probleme. Svi znamo da liječnik prvo provjerava otkucaje srca kako bi saznao varijabilnost otkucaja srca (HRV) i tjelesnu temperaturu. No, trenutni nosivi pojasevi i uređaji ne uspijevaju u točnosti i ponovljivosti izmjerenih podataka. To se uglavnom događa zbog pogrešnog poravnanja fitness trackera i pogrešnog očitanja itd. Većina koristi LED i Photodiode senzore za foto pletizmografiju (PPG) za mjerenje otkucaja srca.

Karakteristike:

• Nosivi na baterije
• Mjeri puls u stvarnom vremenu i interval između otkucaja (IBI)
• Mjeri tjelesnu temperaturu u stvarnom vremenu
• Prikazuje grafikon u realnom vremenu na ekranu
• Šalje podatke preko Bluetooth -a na mobilni telefon
• Podaci se mogu snimiti i poslati liječniku direktno na daljnju analizu.
• Dobro upravljanje baterijom sa uključenim režimom spavanja.
• Slanjem podataka u oblak stvara ogromnu bazu podataka za istraživače koji rade na medicinskim rješenjima za COVID-19.

Supplies

Potreban hardver:

• SparkFun Arduino Pro Mini 328 - 5V/16MHz × 1
• senzor pulsa × 1
• termistor 10k × 1
• Punjiva baterija, 3,7 V × 1
• HC-05 Bluetooth modul × 1

Softverske aplikacije i mrežne usluge

Arduino IDE

Ručni alati i mašine za izradu

• 3D štampač (generički)
• Lemilica (generičko)

Korak 1: Počnimo

Trenutno se moderni nosivi uređaji više ne fokusiraju samo na jednostavna mjerenja praćenja kondicije, kao što je broj koraka napravljenih u jednom danu, već prate i važna fiziološka razmatranja, poput varijabilnosti otkucaja srca (HRV), mjera glukoze, očitanja krvnog tlaka i mnogo dodatnih zdravstvenih informacija. Među brojnim izmjerenim vitalnim znakovima, izračunavanje brzine otkucaja srca (HR) jedan je od najvrjednijih parametara. Elektrokardiogram (EKG) se godinama koristi kao dominantna tehnika praćenja srca za identifikaciju kardiovaskularnih abnormalnosti i za otkrivanje nepravilnosti u srčanim ritmovima. EKG je snimak električne aktivnosti srca. Prikazuje varijacije amplitude EKG signala u odnosu na vrijeme. Ova zabilježena električna aktivnost potječe od depolarizacije provodnog puta srca i tkiva srčanog mišića tokom svakog srčanog ciklusa. Iako su tradicionalne tehnologije praćenja srca koje koriste EKG signale kroz desetljeća neprestano napredovale kako bi odgovorile na stalno promjenjive zahtjeve svojih korisnika, posebno u pogledu točnosti mjerenja.

Ove tehnike do sada nisu poboljšane do te mjere da korisnicima nude fleksibilnost, prenosivost i praktičnost. Na primjer, da bi EKG djelovao učinkovito, nekoliko bio-elektroda mora biti postavljeno na određene lokacije tijela; ovaj postupak uvelike ograničava fleksibilnost kretanja i mobilnost korisnika. Osim toga, PPG se pokazao kao alternativna tehnika praćenja ljudskih resursa. Korištenjem detaljne analize signala, PPG signal nudi odličan potencijal da zamijeni snimke EKG -a za ekstrakciju HRV signala, posebno u praćenju zdravih osoba. Stoga se za prevladavanje ograničenja EKG -a može koristiti alternativno rješenje zasnovano na PPG tehnologiji. Prema svim ovim podacima možemo zaključiti da će mjerenje brzine otkucaja srca i tjelesne temperature te njihova analiza kako bi se provjerilo postoji li nenormalno povećanje tjelesne temperature i niži nivo kisika SpO2 u hemoglobinu pomoći u ranom otkrivanju COVID-19. Budući da je ovaj uređaj nosiv, može pomoći radnicima na prvoj liniji, poput liječnika, medicinskih sestara, policajaca i sanitarnih radnika koji danonoćno rade u borbi protiv COVID-19.

Nabavite potrebne dijelove, možemo promijeniti zaslone i tip senzora na osnovu zahtjeva. Postoji još jedan dobar senzor MAX30100 ili MAX30102 za mjerenje brzine otkucaja srca pomoću PPG tehnike. Koristim 10k termistor za mjerenje temperature, može se koristiti bilo koji temperaturni senzor poput LM35 ili DS1280 itd

Korak 2: Dizajniranje kućišta

Da biste nosili gadget koji se može nositi, trebao bi biti zatvoren u odgovarajuću kutiju kako bi se zaštitio od oštećenja, pa sam nastavio i dizajnirao kućište koje može stati na sve moje senzore i MCU -ove.

Korak 3: Sklapanje elektronike

Sada moramo spojiti sve potrebne komponente, ranije sam imao plan odabrati ESP12E za MCU, ali budući da ima samo jedan ADC pin i htio sam spojiti 2 analogna uređaja, vratio sam se na Arduino s Bluetooth konfiguracijom.

Skoro sam izabrao ESP 12E

Pomoću ESP -a podaci se mogu direktno poslati u oblak, a može biti i lični server ili web stranica, na primjer thingspeak, i podijeliti se direktno dotičnom osoblju s tog mjesta.

Shematski

Ranija veza zasnovana na kablu imala je mnogo problema sa pucanjem žice zbog uvrtanja i okretanja u ograničenom prostoru, kasnije sam prešao na izoliranu bakrenu žicu s armature istosmjernog motora. Što je prilično robusno, moram reći.

Korak 4: Kodiranje

Osnovna ideja je ovakva.

Princip rada PPG senzora je u osnovi osvjetljavanje svjetla na vrhu prsta i mjerenje intenziteta svjetla pomoću foto-diode. Ovdje koristim senzor pulsa na polici sa www.pulsesensor.com. Spomenuo sam druge alternative u odjeljku dijelova. Mjerit ćemo varijaciju analognog napona na analognom pinu 0, što je, zauzvrat, mjerenje protoka krvi na vrhu prsta ili na ručnom zglobu pomoću kojeg možemo mjeriti broj otkucaja srca i IBI. Za mjerenje temperature koristimo 10k NTC termistor, moj je izvučen iz baterije prenosnog računara. Ovdje se koristi termistor tipa NTC od 10 kΩ. NTC od 10 kΩ znači da ovaj termistor ima otpor od 10 kΩ pri 25 ° C. Napon preko 10kΩ otpornika daje se ADC-u pro-mini ploče.

Temperatura se može saznati iz otpora termistora pomoću Steinhart-Hartove jednadžbe. Temperatura u Kelvinima = 1 / (A + B [ln (R)] + C [ln (R)]^3) gdje je A = 0,001129148, B = 0.000234125 i C = 8.76741*10^-8, a R je otpor termistora. Imajte na umu da je funkcija log () u Arduinu zapravo prirodni dnevnik.

int thermistor_adc_val;

dvostruki izlazni_napon, otpor_termistora, temperaturni_rez_ln, temperatura, tempf; thermistor_adc_val = analogRead (izlaz termistatora);

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

otpor otpornika = ((3.301 * (10 / izlazni_napon)) - 10);

/ * Otpor u kilo ohmima */

otpor termistora = otpor otpornika termistora * 1000;

/ * Otpor u ohmima */

therm_res_ln = log (otpor termistora);

/* Steinhart-Hart-ova jednadžba termistora:* / /* Temperatura u Kelvinima = 1 / (A + B [ln (R)] + C [ln (R)]^3)* / /* gdje je A = 0,001129148, B = 0.000234125 i C = 8.76741 * 10^-8 * / temperatura = (1 / (0.001129148 + (0.000234125 * therm_res_ln) + (0.0000000876741 * therm_res_ln * therm_res_ln * therm_res_ln))); / * Temperatura u Kelvinima */ temperatura = temperatura - 273,15; / * Temperatura u stepenima Celzijusa */

Serial.print ("Temperatura u stepenima Celzijusa =");

Serial.println (temperatura);

Kompletan kod možete pronaći ovdje.

Korak 5: Testiranje i rad

Korak 6: Buduća poboljšanja i zaključci

Buduća poboljšanja:

• Želim dodati sljedeće karakteristike:
• Korištenje Tiny ML i Tensorflow lite za otkrivanje anomalije.
• Optimiziranje baterije pomoću BLE -a
• Android aplikacija za personalizirana obavještenja i prijedloge u vezi sa zdravljem
• Dodavanje vibracionog motora za upozorenje

Zaključak:

Uz pomoć senzora otvorenog izvora i elektronike, zaista možemo unijeti promjene u živote radnika na prvoj liniji otkrivanjem simptoma COVID-19, tj. Varijacije u HRV-u i tjelesnoj temperaturi mogu se otkriti promjene i predložiti im da idu u karantenu kako bi zaustavili širenje bolesti. Najbolji dio ovog uređaja je to što je ispod 15 USD što je mnogo jeftinije od bilo kojeg dostupnog fitnes tracker -a itd., Pa stoga vlada može to napraviti i zaštititi radnike na prvoj liniji.