- Vật Lý Y Sinh

ỨNG DỤNG MODULE SIM THEO DÕI THIẾT BỊ XE ĐẠP VẬN ĐỘNG

 

Tóm tắt: Để đẩy mạnh xu hướng cách mạng công nghệ toàn cầu 4.0, giải pháp cho công tác quản lý theo dõi tình trạng, chỉ số kỹ thuật trong các thiết bị y tế nói chung và thiết bị vật lý trị liệu là sử dụng dữ liệu di động nhằm khắc phục được những rào cản hạ tầng mạng công nghệ thông tin cũng như độ tin cậy và khả năng đáp ứng nhanh. Trong bài báo này, chúng tôi tập trung nghiên cứu ứng dụng mạch tích hợp sim di động và kết hợp với công nghệ IOT – Internet Of Thing ứng dụng theo dõi các thông số thiết bị xe đạp vận động nâng cao sức bền trị liệu do Viện Vật Lý Y sinh học sản xuất.

Từ khóa: Module Sim, IOT, Xe Đạp vận động, Theo dõi trạng thái thiết bị y tế.

1. GIỚI THIỆU

Cuộc cách mạng công nghệ 4.0 đang dần phát triển, nhu cầu quản lý các thiết bị theo công nghệ IOT ngày càng được đẩy mạnh. Ứng dụng công nghệ nền tảng Internet Of Things sử dụng công nghệ giao thức MQTT (Message Queue Telemetry Transport) và  nền tảng SMS di động tích hợp mạch module SIM quản lý từ xa các thiết bị y tế nói chung là việc tất yếu của thời đại công nghệ, đảm bảo độ tin cậy, khả năng đáp ứng nhanh và không phụ thuộc vào hạ tầng mạng công nghệ thông tin. 

Trong bài báo này chúng tôi tập trung nghiên cứu xây dựng ứng dụng phần mềm trên Moduel SIM A9G áp dụng giao thức MQTT và SMS di động quản lý theo dõi từ xa các thông số của thiết bị xe đạp vận động trị liệu.

Thiết bị xe đạp luyện tập trị liệu là thiết bị đặc biệt là một trong nhóm thiết bị MTT (Medical Training Therapy).

Hình 1. Thiết bị xe đạp luyện tập vận động trị liệu CardioTrain19

Đây là thiết bị luyện tập sức bền tim , giữ vai trò trung tâm trong các quá trình phục hồi tim mạch, đặc biệt là bệnh mạch vành, một bệnh khá phổ biến ở nước ta hiện nay.

Việc thu thập thông số của thiết thiết bị như: trạng thái bật tắt thiết bị, thiết bị có đang hoạt động giúp người quản lý thu thập được số liệu về thiết bị nhằm đánh giá hiệu quả cũng như thời gian hoạt động thiết bị .

Thu thập từ xa các số liệu nhịp tim và nồng độ oxy trong máu của bệnh nhân trên thiết bị từ xa giúp cho bác sỹ tổng hợp cho mục đích nghiên cứu và chẩn đoán.

2. PHƯƠNG PHÁP TIẾP CẬN

            Giao thức truyền thông MQTT

MQTT là một giao thức truyền thông điệp (message) theo mô hình publish /subscribe (xuất bản – theo dõi ), sử dụng băng thông thấp, thích hợp cho các ứng dụng IOT điều khiển và giám sát thiết bị thời gian thực, độ tin cậy và có khả năng hoạt động trong môi trường truyền dữ liệu không ổn định [1].

Kiến trúc của giao thức MQTT gồm 2 phần chính là Broker và Clients. Broker là trung tâm điều phối tất cả các thông điệp đến các Clients, Broker nhận các thông điệp từ publisher, điều phối thông điệp đó đến địa chỉ cụ thể , địa chỉ được subscriber định nghĩa bởi một chủ đề (topic)

Hình 2. Mô hình truyền thông điệp trong giao thức MQTT

Trong bài báo này mặc định đã có một broker làm trung tâm, nhiệm vụ của  chúng tôi như một Publisher gửi các thông số thiết bị đến broker và phân phối thông điệp đến các clients đã subscriber.

Phần cứng ứng dụng và sơ đồ kết nối

Mạch Sim A9G [2] là phiên bản nâng cấp của Module Sim A7 từ nhà sản xuất Ai-Thinker với nhiều cải tiến vượt trội cho khả năng hoạt động ổn định và tiết kiệm năng lượng, mạch có thiết kế nhỏ gọn, tích hợp đầy đủ các tính năng như GSM, GPRS,GPS như các module Sim hiện có trên thị trường như Sim900, Sim800,..., ngoài ra mạch còn được tích hợp thêm khe cắm thẻ nhớ Micro SD và Microphone cho tính năng Voice.

Hình 3. Module Sim A9G

            Mạch Sim A9G giao tiếp qua UART với bộ tập lệnh AT, hoặc có thể lập trình bằng ngôn ngữ C [2] và kết nối với Vi điều khiển hoặc kết nối trực tiếp với máy tính qua mạch chuyển USB – UART, Bộ chuyển đổi USB UART làm trung gian giao đổi dữ liệu từ thiết bị xe đạp với Moduel Sim A9G.

Hình 4. Mạch kết nối Module SIM A9G truyền dữ liệu và lưu đồ kết nối

Bảng thông số đề xuất quản lý thiết bị xe đạp và mã lệnh truy vấn

Thuật toán chương trình

Sơ đồ kết nối MQTT trong Node-Red [3]

Kết nối phần cứng ứng dụng module sim với phần mềm trên thiết bị xe đạp, Máy chủ MQTT Broker được cài đặt trên hệ thống máy chủ Linux , Để thiết kế giao diện chúng tôi sử dụng phần mềm Node-Red.

Hình 5. Sơ đồ kết nối MQTT trong Node-Red

3. KẾT QUẢ THỰC NGHIỆM

Trong thực nghiệm, giao diện người dùng như sau:

Hình 6. Giao diện (B)

Dữ liệu Module Sim gửi lên thông qua dữ liệu GPRS, Public dữ liệu theo topic dựa trên các thông số bảng sau.  Topic là tên tuỳ chọn.

Dữ liệu nhận được các thông số dữ liệu thông qua các Topic đã xác định trước MQTT broker kiểm tra và hiển thị dữ liệu lên giao diện người dùng thông qua trình duyệt web trên bất kỳ thiết bị nào hổ trợ.

Trên điện thoại soạn tin nhắn với cú pháp và kết quả phản hồi theo như hình:


Hình 7. Demo cú pháp SMS và kết quả trả về

4. KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN

Theo dõi giám sát các thông số thiết bị vật lý trị liệu nói chung và các thiết bị xe đạp thời gian thực ứng dụng công nghệ IOT thông qua giao diện web hoặc truy vấn thông qua tin nhắn SMS, Code chương trình được phát triển trên nền tảng mã nguồn mở, do sử dụng các câu lệnh giao tiếp chuẩn UART nên khả năng thích nghi với nhiều hệ thống cao, để thực hiện được việc sử dụng module sim của bài báo này, chương trình của thiết bị phải thực hiện các truy vấn trên bảng 1. Trên cơ sở các thông số, người dùng có thể dễ dàng theo dõi thiết bị từ xa.

       Do thời gian thực hiện hạn chế, chúng tôi chỉ thực một số thông số cơ bản, hướng phát triển thêm nhiều thông số tuỳ biến theo thiết bị, giao diện người dùng giám sát trực quan hơn.

Nguyễn Ngọc Đức1*,  Đỗ Khoa Bình1, Phan Hùng Sỹ1

TÀI LIỆU THAM KHẢO

[1]. Peter R. Egli et al, An Introduction To Mqtt, A Protocol For M2M And IOT Applications,  indigoo.com (2016)

[2]. https://ai-thinker-open.github.io/GPRS_C_SDK_DOC/en/

          [3]. https://flows.nodered.org/node/node-red-contrib-mqtt-broker.

ABSTRACT

APPLICATIONS MODULE SIM

MONITORING BICYCLE EQUIPMENT ADVANCED STRENGTH

THERAPY

To accelerate the trend of global technology revolution 4.0, the solution for the management of status monitoring, technical indicators in general medical devices and physiotherapy equipment is the use of mobile data. It aims to overcome Information Teachnology network infrastructure barriers as well as reliability and quick response. In this paper, we focus on the application of mobile sim integrated circuit and combine with IoT technology - Internet Of Thing application to track motor bike equipment parameters to improve the durability of measurement therapy Institute of Biomedical Physics production.

Keywords: Module Sim, IoT, Bicycle movement, the status of medical equipment.