Raksha - Vitals Monitor за работници от първа линия: 6 стъпки (със снимки)

2024 Автор: John Day | [email protected]. Последно модифициран: 2024-01-30 07:51

Носимите технологии за мониторинг на здравето, включително интелигентни часовници и фитнес тракери, привлякоха значителен потребителски интерес през последните няколко години. Този интерес не само се насърчава главно от бързия растеж на търсенето на пазара на носими технологии за вездесъщия, непрекъснат и всеобхватен мониторинг на жизнените показатели, но той се използва от най-съвременните технологични разработки в сензорите технологии и безжични комуникации. Пазарът на носими технологии беше оценен на над 13,2 милиарда долара до края на 2016 г. и се очаква стойността му да достигне 34 милиарда долара до края на 2020 г.

Има много сензори за измерване на жизнените показатели на човешкото тяло, които са от съществено значение за лекаря или лекаря, за да познава здравословните проблеми. Всички знаем, че лекарят първо проверява сърдечната честота, за да знае вариабилността на сърдечната честота (HRV) и телесната температура. Но настоящите носими ленти и устройства се провалят в точността и повторяемостта на измерените данни. Това се случва най -вече поради пропуснато подравняване на фитнес тракера и погрешно отчитане и др. Повечето използват LED и фотодиодни фотоплемографични сензори (PPG) за измерване на сърдечната честота.

Характеристика:

• Носещ се с батерии
• Измерва пулса в реално време и интервала между ударите (IBI)
• Измерва телесната температура в реално време
• Начертава графика в реално време на дисплея
• Изпраща данни през Bluetooth към мобилен телефон
• Данните могат да бъдат записани и изпратени директно на лекаря за по -нататъшен анализ.
• Добро управление на батерията с включен режим на заспиване.
• Изпращайки данните в облака, той създава огромна база данни за изследователи, работещи по медицински решения за COVID-19.

Консумативи

Необходим хардуер:

• SparkFun Arduino Pro Mini 328 - 5V/16MHz × 1
• пулсов сензор × 1
• термистор 10k × 1
• Акумулаторна батерия, 3,7 V × 1
• HC-05 Bluetooth модул × 1

Софтуерни приложения и онлайн услуги

Arduino IDE

Ръчни инструменти и машини за производство

• 3D принтер (общ)
• Поялник (общ)

Стъпка 1: Да започнем

Понастоящем съвременните носими устройства вече не са фокусирани само върху прости измервания за проследяване на фитнес, като например броя на стъпките, направени за един ден, те също така следят важни физиологични съображения, като например променливост на сърдечната честота (HRV), измервания на глюкозата, показанията на кръвното налягане и много допълнителна информация, свързана със здравето. Сред многото измерени жизнени показатели изчислението на сърдечната честота (HR) е един от най -ценните параметри. В продължение на много години файловата електрокардиограма (ЕКГ) се използва като доминираща техника за сърдечен мониторинг за идентифициране на сърдечно -съдови аномалии и за откриване на нарушения в сърдечния ритъм. ЕКГ е запис на електрическата активност на сърцето. Той показва вариациите в амплитудата на ЕКГ сигнала спрямо времето. Тази записана електрическа активност произтича от деполяризацията на проводимия път на сърцето и сърдечните мускулни тъкани по време на всеки сърдечен цикъл. Въпреки че традиционните технологии за сърдечен мониторинг, използващи ЕКГ сигнали, непрекъснато се подобряват в продължение на десетилетия, за да отговорят на постоянно променящите се изисквания на техните потребители, по-специално по отношение на точността на измерване.

Тези техники досега не са усъвършенствани до степен да предлагат на потребителя гъвкавост, преносимост и удобство. Например, за да работи ЕКГ ефективно, няколко биоелектрода трябва да бъдат поставени на определени места на тялото; тази процедура значително ограничава гъвкавостта и мобилността на потребителите. В допълнение, PPG се показа като алтернативна техника за мониторинг на човешките ресурси. Използвайки подробен анализ на сигнала, PPG сигналът предлага отличен потенциал да замени ЕКГ записите за извличане на HRV сигнали, особено при наблюдение на здрави индивиди. Следователно, за да се преодолеят ограниченията на ЕКГ, може да се използва алтернативно решение, основано на PPG технология. По всички тези данни можем да заключим, че измерването на сърдечната честота и телесната температура и анализирането им, за да се провери дали има необичайно повишаване на телесната температура и по-ниски нива на кислород SpO2 в хемоглобина, ще помогне за ранното откриване на COVID-19. Тъй като това устройство е подходящо за носене, това може да помогне на работниците от първа линия, като лекари, медицински сестри, полицейски служители и санитарни работници, които извършват денонощна служба за борба с COVID-19.

Вземете необходимите части, можем да променим дисплеите и типа на сензора според изискванията. Има още един добър сензор MAX30100 или MAX30102 за измерване на сърдечната честота чрез PPG техника. Използвам 10k термистор за измерване на температурата, може да се използва всеки температурен сензор като LM35 или DS1280 и т.н.

Стъпка 2: Проектиране на калъфа

За да нося приспособление за носене, то трябва да бъде затворено в подходящ калъф, за да се предпази от повреди, затова продължих и проектирах калъф, който може да побере всички мои сензори и MCU.

Стъпка 3: Сглобяване на електроника

Сега трябва да свържем всички необходими компоненти, по -рано имах план да избера ESP12E като MCU, но тъй като той има само един ADC щифт и исках да свържа 2 аналогови устройства, върнах се обратно към Arduino с Bluetooth конфигурация.

Почти избрах ESP 12E

С ESP човек може директно да изпраща данните в облака, може да бъде личен сървър или уебсайт, подобно на Thingspeak, и да се споделя директно на съответния персонал от там.

Схематично

По-ранната кабелна връзка имаше много проблеми с прекъсването на проводника поради усукване и завъртане в ограничено пространство, по-късно преминах към изолиран меден проводник от котвата на DC двигател. Което е доста стабилно, трябва да кажа.

Стъпка 4: Кодиране

Основната идея е такава.

Принципът на работа на PPG сензорите е основно чрез осветяване на Светлината на върха на пръста и измерване на интензитета на светлината с помощта на фотодиод. Тук използвам сензора за пулс на рафта от www.pulsesensor.com. Споменах други алтернативи в раздела за части. Ще измерим аналоговото изменение на напрежението на аналоговия щифт 0, което от своя страна е измерване на кръвния поток на върха на пръста или на китката, чрез което можем да измерим сърдечната честота и IBI. За измерване на температурата използваме 10k NTC термистор, моят се извлича от батерия на лаптоп. Тук се използва термистор тип NTC от 10 kΩ. NTC от 10 kΩ означава, че този термистор има съпротивление 10 kΩ при 25 ° C. Напрежението на 10kΩ резистора се дава на ADC на про-мини платката.

Температурата може да бъде определена от съпротивлението на термистора с помощта на уравнението на Steinhart-Hart. Температура в Kelvin = 1 / (A + B [ln (R)] + C [ln (R)]^3) където A = 0.001129148, B = 0,000234125 и C = 8,76741*10^-8 и R е съпротивлението на термистора. Обърнете внимание, че функцията log () в Arduino всъщност е естествен дневник.

int термистор_adc_val;

двойно изходно напрежение, термисторско съпротивление, термични стойности, температура, tempf; термистор_adc_val = analogRead (термистор_изход);

изходно напрежение = ((термистор_adc_val * 3.301) / 1023.0);

съпротивление на термистор = ((3.301 * (10 / изходно напрежение)) - 10);

/ * Съпротивление в килооми */

съпротивление на термистор = съпротивление на термистор * 1000;

/ * Съпротивление в ома */

therm_res_ln = log (термистор_съпротивление);

/* Уравнение на термистора на Steinhart-Hart:* / /* Температура в Келвин = 1 / (A + B [ln (R)] + C [ln (R)]^3)* / /* където A = 0.001129148, B = 0.000234125 и C = 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 в Келвин */ температура = температура - 273,15; / * Температура в градуси по Целзий */

Serial.print ("Температура в градуси по Целзий =");

Serial.println (температура);

Пълен код можете да намерите тук.

Стъпка 5: Тестване и работа

Стъпка 6: Бъдещи подобрения и заключения

Бъдещи подобрения:

• Бих искал да добавя следните функции:
• Използване на Tiny ML и Tensorflow lite за откриване на аномалията.
• Оптимизиране на батерията с помощта на BLE
• Приложение за Android за персонализираните известия и предложения относно здравето
• Добавяне на вибрационен двигател за предупреждение

Заключение:

С помощта на сензори с отворен код и електроника наистина можем да направим промени в живота на работниците на първа линия, като открием симптомите на COVID-19, т.е. промяната в HRV и телесната температура може да открие промените и да им предложи да бъдат поставени под карантина, за да спрат разпространението на болестта. Най -добрата част от това устройство е, че е под 15 $, което е много по -евтино от всеки наличен фитнес тракер и т.н. и следователно правителството може да ги направи и да защити работниците на първа линия.