Керимбаев Н.Н., Агимова Ж.К.
КазНУ имени Аль-Фараби, Казахстан, Алматы
Модуль Arduino Uno
& GSM в системе мониторинга
здравоохранения
Аннотация
Технологические инновации в области поддержания здоровья и профилактики
заболеваний пациентов обусловлены эволюцией таких областей, как системы
мониторинга. Системы мониторинга необходимы медицинским работникам для
правильного и своевременного отслеживания состояния пациента.
Сердцебиение является очень важным параметром здоровья, который напрямую связан с сердечно-сосудистой системой человека.
Сердцебиение - это количество ударов сердца в минуту, отражающее различные
физиологические состояния, такие как стресс на работе, рабочая нагрузка и концентрация на различных задачах, сонливость
и активное состояние вегетативной нервной системы. Его можно измерить либо с
помощью кривой ЭКГ, либо путем восприятия импульса - ритмического расширения и
сокращение артерии, так как кровь вытесняется через нее регулярными
сокращениями сердца. Пульс можно почувствовать в тех областях, где артерия
близко расположена к коже. Эта статья описывает методику измерения частоты
сердечных сокращений с помошью кончика
пальца и модуля Arduino Uno & GSM.
Ключевые слова: GSM модуль, датчик пульса, Arduino uno, системы
мониторинга, медицинские устройства.
Датчик пульса - это персональное устройство контроля, которое позволяет пациенту измерять частоту сердечных
сокращений в реальном времени и отправлять измеренные данные непосредственно
лечащему врачу через SMS .
Актуальность данной системы обусловлена тем, что для правильного слежения
за состоянием пациента необходимо присутствие врача, однако, он не может быть в
любом месте в удобное для пациента время, чтобы обеспечить ему медицинскую
помощь и необходимое лечение. Таким образом, удаленный мониторинг пациента
является правильным решением, для этого мы использовали GSM-модуль, поскольку
телекоммуникационная сеть широко распространена в сельской и городской
местности Казахстана. Поставлена цель – изготовить миниатюрный программируемый
пульсометр, который смог бы определить снижение пульса и дать сигнал тревоги. Система состоит из ИК-базового датчика пульса,
модуля Arduino Uno & GSM (рисунок 1). Это устройство будет иметь
возможность измерять сердцебиение от младенца до пожилого человека. Низкая
стоимость устройства поможет обеспечить эффективную систему мониторинга.
Рисунок 1. Блок –схема - Система мониторинга сердечных сокращений «Датчик
пульса»
Частоту сердечных сокращений измеряют просто помещая большой палец над
сенсором, измеряющим артериальную пульсацию пациента. Значение пульса в
пределах нормы свидетельствует о хорошем состоянии здоровья пациента. Частота
сердечных сокращений ниже нормы обычно указывает на условие, известное как
брадикардия, в то время как более высокое известно, как тахикардия. Частота
сердечных сокращений здорового взрослого в состоянии покоя составляет около 72
ударов в минуту, у младенцев в пределах 120 ударов в минуту, в то время как
более старшие дети имеют сердечный ритм около 90 уд / минуту, также повышается
постепенно во время упражнений и медленно возвращается к остальным значениям
после тренировки.
Рисунок 2. Аппаратная реализация системы мониторинга
сердечных сокращений «Датчик пульса»
На датчике установлены светодиод и фотоприемник (рисунок 2), расположенные
так, что луч света излучаемый светодиодом, попадает на фотоприёмник только
отразившись от препятствия, которым должна выступать подушечка пальца. Сосуды,
наполняясь кровью, меняют свою оптическую плотность, что влияет на изменение
количества отражённого света. Следовательно, при постоянном уровне светового
потока, излучаемого светодиодом, интенсивность света регистрируемая
фотоприемником, будет зависеть от наполняемости сосудов кровью. Электрическая
схема датчика устроена так, чтобы регистрировать только динамическое изменение
интенсивности принимаемого светового потока. При неизменном световом потоке
(независимо от его интенсивности), напряжение на выходе датчика находится в
районе половины напряжения питания. При изменении интенсивности светового
потока, напряжение на выходе датчика отклоняется от среднего значения, в
сторону уменьшения или увеличения, пропорционально изменению светового потока.
Таким образом датчик не нуждается в подстройке под каждого человека.
Arduino —
это небольшая плата с собственным процессором и памятью. На плате также есть
пара десятков контактов, к которым можно подключать всевозможные компоненты:
лампочки, датчики, моторы, чайники, роутеры, магнитные дверные замки и вообще
всё, что работает от электричества. Arduino
Uno представляет собой плату микроконтроллера, которая в основном связывается с
ПК с помощью USB-канала или запускается с помощью аккумулятора. Arduino GSM
Shield / Module Arduino GSM Shield позволяет плате Arduino отправлять или получать
SMS-сообщения и отправлять / принимать вызовы. С помощью ATcommands можно
связываться с платой. В библиотеке GSM имеется большое количество способов
связи со щитом. Экран использует цифровые контакты 2 и 3 для последовательной
связи программного обеспечения с M10. M10 - четырехдиапазонный GSM / GPRS
модем, работающий на частотах GSM900MHz, DCS1800MHz GSM850MHz и PCS1900MHz. Он
также поддерживает протоколы TCP / UDP и HTTP через GPRS-соединение. Модем GSM,
собранный модулем GSM с интерфейсами стандартной связи, такими как RS-232
(последовательный порт), USB и т. д., так что его можно легко связать с
компьютером или микропроцессором или микроконтроллером.
Модуль GSM / GPRS предназначен для обеспечения связи между
микроконтроллером RAND и сетью GMS. Модем GSM / GPRS может выполнять следующие
операции:
1. Получать, отправлять или стирать SMS-сообщения на SIM-карте.
2. Прослушайте, включите, просмотрите записи телефонной книги SIM-карты.
3. Выполнение, получение или отклонение голосового вызова.
Предполагается, что плата будет управляться с помощью внешнего источника
силы, который может дать где-то около 700 мА и 1000 мА. Управление Arduino и
экраном GSM из ассоциации USB не предлагается, так как USB не может выдавать
обязательный ток, когда модем находится в чрезмерном использовании. Модем может
вытягивать ток до 2А при использовании гребня, что может случиться при передаче
информации.
Список использованной
литературы:
1. http://microcontrollerslab.com
4. Модуль RC039. «Модуль
ЭКГ на базе микросхемы AD8232» для Arduino. https://arduino-kit.ru
5. Робот в каждый дом: как
«Амперка» зарабатывает на любителях электроники. http://www.rbc.ru/own_business/20/11/2014/544a47f8cbb20f148df15b6c
6. Пульсометр с Bluetooth
или устройство фотоплетизмографа. https://habrahabr.ru