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

2024 Autor: John Day | [email protected]. Zadnja promjena: 2024-01-30 09:33

Nosive tehnologije za praćenje zdravlja, uključujući pametne satove i tragače za fitnes, privukle su značajno zanimanje potrošača u posljednjih nekoliko godina. Ne samo da je taj interes uglavnom potaknut 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.

Postoje mnogi senzori za mjerenje vitalnih vrijednosti ljudskog tijela koji su neophodni da liječnik ili medicinar 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 pogrešnih očitanja itd. Većina koristi LED i senzore za foto pletizmografiju (PPG) za mjerenje otkucaja srca.

Značajke:

• Nosivi na baterije
• Mjeri puls u stvarnom vremenu i interval između otkucaja (IBI)
• Mjeri tjelesnu temperaturu u stvarnom vremenu
• Na ekranu prikazuje grafikon u stvarnom vremenu
• Šalje podatke putem Bluetootha na mobilni telefon
• Podaci se mogu snimiti i poslati izravno liječniku na daljnju analizu.
• Dobro upravljanje baterijom s uključenim načinom spavanja.
• Slanjem podataka u oblak stvara ogromnu bazu podataka za istraživače koji rade na medicinskim rješenjima za COVID-19.

Pribor

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 strojevi za izradu

• 3D pisač (općenito)
• Lemilo (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, kao što su varijabilnost otkucaja srca (HRV), mjere glukoze, očitanja krvnog tlaka i mnogo dodatnih zdravstvenih informacija. Među brojnim izmjerenim vitalnim znakovima, izračun brzine otkucaja srca (HR) bio je jedan od najvrjednijih parametara. Datoteka Elektrokardiogram (EKG) koristi se kao dominantna tehnika praćenja srca za identifikaciju kardiovaskularnih abnormalnosti i za otkrivanje nepravilnosti u srčanim ritmovima. EKG je snimka električne aktivnosti srca. Prikazuje varijacije amplitude EKG signala u odnosu na vrijeme. Ova zabilježena električna aktivnost potječe od depolarizacije vodljivog puta srca i srčanog mišićnog tkiva tijekom svakog srčanog ciklusa. Iako su tradicionalne tehnologije nadzora srca koje koriste EKG signale kroz desetljeća neprestano napredovale kako bi odgovorile na stalno promjenjive zahtjeve svojih korisnika, posebno u smislu 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 određena mjesta tijela; ovaj postupak uvelike ograničava pokretljivost i fleksibilnost korisnika. Osim toga, PPG se pokazao kao alternativna tehnika praćenja HR -a. Korištenjem detaljne analize signala, PPG signal nudi izvrstan potencijal zamijeniti snimke EKG -a za ekstrakciju HRV signala, osobito u praćenju zdravih osoba. Stoga se za prevladavanje ograničenja EKG -a može koristiti alternativno rješenje temeljeno na PPG tehnologiji. Prema svim tim 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 niža razina 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 vrstu senzora na temelju 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

Kako bi nosio gadget koji se može nositi, trebao bi biti zatvoren u odgovarajuću kutiju kako bi se zaštitio od oštećenja, pa sam krenuo s radom 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 izravno poslati u oblak, a to može biti osobni poslužitelj ili web stranica, na primjer thingspeak, te se s njih izravno dijeliti dotičnom osoblju.

Shematski

Ranija veza temeljena na kabelu imala je mnogo problema s prekidom žice zbog uvijanja i zavoja u ograničenom prostoru, kasnije sam prešao na izoliranu bakrenu žicu s armature istosmjernog motora. Što je prilično robusno, trebao bih 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 s www.pulsesensor.com. Spomenuo sam druge alternative u odjeljku dijelova. Mjerit ćemo varijaciju analognog napona na analognom pinu 0, što je, pak, mjerenje protoka krvi na vrhu prsta ili na zapešću pomoću kojeg možemo mjeriti broj otkucaja srca i IBI. Za mjerenje temperature koristimo 10k NTC termistor, moj je izvučen iz baterije prijenosnog računala. 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 na otporniku od 10 kΩ 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 zapisnik.

int termistor_adc_val;

dvostruki izlazni napon, otpor otpornika na termistoru, temperaturni otpor_ln, temperatura, tempf; termistor_adc_val = analogRead (izlaz termistor_);

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

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

/ * Otpor u kilo ohmima */

otpor_otpornika = otpor_otpornika * 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 stupnjevima Celzijusa */

Serial.print ("Temperatura u stupnjevima 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 značajke:
• Korištenje Tiny ML i Tensorflow lite za otkrivanje anomalije.
• Optimiziranje baterije pomoću BLE -a
• Android aplikacija za prilagođene obavijesti i prijedloge u vezi sa zdravljem
• Dodavanje vibracijskog motora za upozorenje

Zaključak:

Uz pomoć senzora otvorenog izvora i elektronike doista 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 se stave u karantenu kako bi zaustavili širenje bolesti. Najbolji dio ovog uređaja je to što je ispod 15 USD što je puno jeftinije od bilo kojeg dostupnog fitnes trackera itd., Pa stoga vlada to može napraviti i zaštititi radnike prve linije.