Raksha - Vitals Monitor for Frontline Workers: 6 Langkah (dengan Gambar)

2024 Pengarang: John Day | [email protected]. Terakhir diubah: 2024-01-30 09:54

Teknologi pemantauan kesehatan yang dapat dikenakan, termasuk jam tangan pintar dan pelacak kebugaran, telah menarik minat konsumen yang cukup besar selama beberapa tahun terakhir. Minat ini tidak hanya didorong oleh pertumbuhan permintaan yang cepat di pasar teknologi yang dapat dikenakan untuk pemantauan tanda-tanda vital yang ada di mana-mana, terus-menerus, dan meresap, tetapi juga telah dimanfaatkan oleh perkembangan teknologi tercanggih dalam sensor. teknologi dan komunikasi nirkabel. Pasar teknologi yang dapat dikenakan bernilai lebih dari $ 13,2 miliar pada akhir 2016 dan nilainya diperkirakan mencapai $ 34 miliar pada akhir 2020.

Ada banyak sensor untuk mengukur tanda vital tubuh manusia yang penting bagi dokter atau tenaga medis untuk mengetahui masalah kesehatan. Kita semua tahu bahwa dokter terlebih dahulu memeriksa Denyut Jantung untuk mengetahui Variabilitas Denyut Jantung (HRV) dan suhu tubuh. Tetapi pita dan perangkat yang dapat dikenakan saat ini gagal dalam akurasi dan pengulangan data yang diukur. Ini sebagian besar terjadi karena kesalahan penyelarasan pelacak kebugaran dan pembacaan yang salah, dll. Sebagian besar menggunakan sensor Photo Plethysmography (PPG) berbasis LED dan Photodiode untuk pengukuran detak jantung.

Fitur:

• Perangkat yang dapat dipakai dengan baterai
• Mengukur detak jantung real-time dan Inter-beat Interval (IBI)
• Mengukur suhu tubuh secara real-time
• Plot grafik real-time di layar
• Mengirim data melalui Bluetooth ke ponsel
• Data dapat direkam dan dikirim langsung ke dokter untuk dianalisis lebih lanjut.
• Manajemen baterai yang baik dengan tidur yang disertakan.
• Dengan mengirimkan data ke cloud, itu menciptakan database besar bagi para peneliti yang mengerjakan solusi medis untuk COVID-19.

Perlengkapan

Perangkat Keras yang Dibutuhkan:

• SparkFun Arduino Pro Mini 328 - 5V/16MHz×1
• sensor pulsa × 1
• termistor 10k × 1
• Baterai Isi Ulang, 3,7 V×1
• Modul Bluetooth HC-05×1

Aplikasi perangkat lunak dan layanan online

Arduino IDE

Perkakas tangan dan mesin fabrikasi

• Pencetak 3D (umum)
• Besi solder (generik)

Langkah 1: Mari Mulai

Saat ini, perangkat wearable modern tidak lagi hanya berfokus pada pengukuran pelacakan kebugaran sederhana seperti jumlah langkah yang dilakukan dalam sehari, tetapi juga memantau pertimbangan fisiologis penting, seperti Variabilitas Denyut Jantung (HRV), pengukuran glukosa, pembacaan tekanan darah, dan banyak informasi tambahan terkait kesehatan. Di antara banyak tanda vital yang diukur, perhitungan detak jantung (HR) telah menjadi salah satu parameter yang paling berharga. Selama bertahun-tahun, file Elektrokardiogram (EKG) telah digunakan sebagai teknik pemantauan jantung yang dominan untuk mengidentifikasi kelainan kardiovaskular dan untuk mendeteksi ketidakteraturan irama jantung. EKG adalah rekaman aktivitas listrik jantung. Ini menunjukkan variasi amplitudo sinyal EKG terhadap waktu. Aktivitas listrik yang terekam ini berasal dari depolarisasi jalur konduktif jantung dan jaringan otot jantung selama setiap siklus jantung. Meskipun teknologi pemantauan jantung tradisional menggunakan sinyal EKG telah mengalami perbaikan terus-menerus selama beberapa dekade untuk mengatasi kebutuhan pengguna yang selalu berubah, khususnya dalam hal akurasi pengukuran.

Teknik-teknik ini, hingga saat ini, belum ditingkatkan hingga menawarkan fleksibilitas, portabilitas, dan kenyamanan pengguna. Misalnya, agar EKG dapat beroperasi secara efektif, beberapa bio-elektroda harus ditempatkan di lokasi tubuh tertentu; prosedur ini sangat membatasi fleksibilitas bergerak dan mobilitas pengguna. Selain itu, PPG telah menunjukkan dirinya sebagai teknik pemantauan SDM alternatif. Dengan menggunakan analisis sinyal rinci, sinyal PPG menawarkan potensi yang sangat baik untuk menggantikan rekaman EKG untuk ekstraksi sinyal HRV, terutama dalam memantau individu yang sehat. Oleh karena itu, untuk mengatasi keterbatasan EKG, dapat digunakan solusi alternatif berbasis teknologi PPG. Dengan semua data ini kita dapat menyimpulkan bahwa mengukur detak jantung dan suhu tubuh dan menganalisisnya untuk mengetahui apakah ada peningkatan suhu tubuh abnormal dan penurunan kadar oksigen SpO2 dalam hemoglobin akan membantu dalam deteksi dini COVID-19. Karena perangkat ini bersifat wearable maka dapat membantu para pekerja garda terdepan seperti dokter, perawat, petugas kepolisian dan petugas kebersihan yang melakukan pelayanan siang malam untuk melawan COVID-19.

Dapatkan suku cadang yang diperlukan, kami dapat mengubah tampilan dan jenis sensor berdasarkan kebutuhan. Ada satu lagi sensor MAX30100 atau MAX30102 yang bagus untuk pengukuran detak jantung menggunakan teknik PPG. Saya menggunakan termistor 10k untuk pengukuran suhu, seseorang dapat menggunakan sensor suhu apa pun seperti LM35 atau DS1280 dll

Langkah 2: Merancang Kasing

Untuk memakai gadget yang dapat dikenakan, itu harus ditutup dalam wadah yang tepat untuk melindungi dari kerusakan, jadi saya melanjutkan dan merancang kasing yang dapat memuat semua sensor dan MCU saya.

Langkah 3: Merakit Elektronik

Sekarang kita perlu menghubungkan semua komponen yang diperlukan, sebelumnya saya memiliki rencana untuk memilih ESP12E sebagai MCU tetapi karena hanya memiliki satu pin ADC dan saya ingin menghubungkan 2 perangkat analog, saya kembali ke Arduino dengan konfigurasi Bluetooth.

Saya hampir memilih ESP 12E

Dengan ESP seseorang bisa langsung mengirim data ke cloud mungkin server pribadi atau website seperti thingspeak dan langsung dibagikan ke personel yang bersangkutan dari sana.

Skema

Sambungan berbasis kabel sebelumnya memiliki banyak masalah dengan kawat putus karena memutar dan berbelok di ruang terbatas, kemudian saya pindah ke kawat tembaga terisolasi dari angker motor DC. Yang cukup kuat harus saya katakan.

Langkah 4: Pengkodean

Ide dasarnya seperti ini.

Prinsip kerja sensor PPG pada dasarnya adalah dengan menyinari Cahaya di ujung jari dan mengukur intensitas cahaya dengan menggunakan fotodioda. Disini saya menggunakan sensor pulse pulse dari www.pulsesensor.com. Saya telah menyebutkan alternatif lain di bagian bagian. Kami akan mengukur variasi tegangan analog pada pin analog 0 yang, pada gilirannya, pengukuran aliran darah di ujung jari atau di pergelangan tangan yang dengannya kami dapat mengukur detak jantung dan IBI. Untuk pengukuran suhu kami menggunakan a 10k termistor NTC, milik saya diekstraksi dari baterai laptop. Di sini, termistor tipe NTC 10kΩ digunakan. NTC 10kΩ berarti termistor ini memiliki resistansi 10kΩ pada 25 °C. Tegangan melintasi resistor 10kΩ diberikan ke ADC pro-mini-board.

Suhu dapat diketahui dari resistansi termistor menggunakan persamaan Steinhart-Hart. Suhu dalam Kelvin = 1 / (A + B[ln(R)] + C[ln(R)]^3) di mana A = 0,001129148, B = 0,000234125 dan C = 8,76741*10^-8 dan R adalah resistansi termistor. Perhatikan bahwa fungsi log() di Arduino sebenarnya adalah log alami.

int termistor_adc_val;

tegangan_keluaran ganda, resistansi_termistor, suhu_res_ln, suhu, suhu; thermistor_adc_val = analogRead(thermistor_output);

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

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

/* Resistansi dalam kilo ohm */

resistansi_termistor = resistansi_termistor * 1000;

/* Resistansi dalam ohm */

therm_res_ln = log(perlawanan_termistor);

/* Persamaan Termistor Steinhart-Hart: */ /* Suhu dalam Kelvin = 1 / (A + B[ln(R)] + C[ln(R)]^3) */ /* di mana A = 0,001129148, B = 0,000234125 dan C = 8.76741*10^-8 */ suhu = (1 / (0.001129148 + (0.000234125 * therm_res_ln) + (0,0000000876741 * therm_res_ln * therm_res_ln * therm_res_ln))); /* Suhu dalam Kelvin */ suhu = suhu - 273,15; /* Suhu dalam derajat Celcius */

Serial.print("Suhu dalam derajat Celcius = ");

Serial.println(suhu);

Kode lengkap dapat ditemukan di sini.

Langkah 5: Menguji dan Bekerja

Langkah 6: Penyempurnaan dan Kesimpulan di Masa Depan

Peningkatan di masa mendatang:

• Saya ingin menambahkan fitur berikut:
• Menggunakan Tiny ML dan Tensorflow lite untuk mendeteksi anomali.
• Mengoptimalkan baterai dengan menggunakan BLE
• Aplikasi Android untuk pemberitahuan dan saran yang dipersonalisasi mengenai kesehatan
• Menambahkan motor getaran untuk memperingatkan

Kesimpulan:

Dengan bantuan sensor dan elektronik opensource, kami benar-benar dapat membuat perubahan dalam kehidupan pekerja garis depan dengan mendeteksi gejala COVID-19 yaitu, variasi HRV dan suhu tubuh seseorang dapat mendeteksi perubahan dan menyarankan mereka untuk dikarantina untuk menghentikan penyebaran dari penyakit. Bagian terbaik dari perangkat ini adalah, harganya di bawah $ 15 yang jauh lebih murah daripada pelacak kebugaran yang tersedia, dll. Oleh karena itu, pemerintah dapat membuat ini dan melindungi pekerja garis depan.