Đang tải... (xem toàn văn)
Phát triển ứng dụng đo stress trên android
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI VIỆN ĐIỆN TỬ - VIỄN THÔNG ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC Đề tài: PHÁT TRIỂN ỨNG DỤNG ĐO STRESS TRÊN ANDROID Giảng viên hướng dẫn: Lớp ĐTVT 03– K55 TS VÕ LÊ CƯỜNG Hà nội, – 2016 TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI VIỆN ĐIỆN TỬ - VIỄN THÔNG ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC Đề tài: PHÁT TRIỂN ỨNG DỤNG ĐO STRESS TRÊN ANDROID Giảng viên hướng dẫn: Cán phản biện: Lớp ĐTVT03 – K55 TS VÕ LÊ CƯỜNG Hà nội, – 2016 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Đánh giá đồ án tốt nghiệp (Dùng cho giảng viên hướng dẫn) Giảng viên đánh giá: Họ tên Sinh viên: MSSV:………………… Tên đồ án: ………………………………………………………………………………… Chọn mức điểm phù hợp cho sinh viên trình bày theo tiêu chí đây: Rất (1); Kém (2); Đạt (3); Giỏi (4); Xuất sắc (5) Có kết hợp lý thuyết thực hành (20) Nêu rõ tính cấp thiết quan trọng đề tài, vấn đề giả thuyết (bao gồm mục đích tính phù hợp) phạm vi ứng dụng đồ án Cập nhật kết nghiên cứu gần (trong nước/quốc tế) Nêu rõ chi tiết phương pháp nghiên cứu/giải vấn đề Có kết mô phỏng/thực nghiệm trình bày rõ ràng kết đạt 5 5 Có khả phân tích đánh giá kết (15) Kế hoạch làm việc rõ ràng bao gồm mục tiêu phương pháp thực dựa kết nghiên cứu lý thuyết cách có hệ thống Kết trình bày cách logic dễ hiểu, tất kết phân tích đánh giá thỏa đáng Trong phần kết luận, tác giả rõ khác biệt (nếu có) kết đạt mục tiêu ban đầu đề đồng thời cung cấp lập luận để đề xuất hướng giải thực tương lai Kỹ viết (10) Đồ án trình bày mẫu quy định với cấu trúc chương logic đẹp mắt (bảng biểu, hình ảnh rõ ràng, có tiêu đề, đánh số thứ tự giải thích hay đề cập đến đồ án, có lề, dấu cách sau dấu chấm, dấu phẩy v.v), có mở đầu chương kết luận chương, có liệt kê tài liệu tham khảo có trích dẫn quy định ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Kỹ viết xuất sắc (cấu trúc câu chuẩn, văn phong khoa học, lập luận logic có sở, từ vựng sử dụng phù hợp v.v.) Thành tựu nghiên cứu khoa học (5) (chọn trường hợp) Có báo khoa học đăng chấp nhận đăng/đạt giải SVNC khoa học giải cấp Viện trở lên/các giải thưởng khoa học (quốc tế/trong nước) từ giải trở lên/ Có đăng ký phát minh sáng chế Được báo cáo hội đồng cấp Viện hội nghị sinh viên nghiên cứu khoa học không đạt giải 10b từ giải trở lên/Đạt giải khuyến khích kỳ thi quốc gia quốc tế khác chuyên ngành TI contest 10c Không có thành tích nghiên cứu khoa học 10a Điểm tổng /50 Điểm tổng quy đổi thang 10 Nhận xét thêm thầy/cô (giảng viên hướng dẫn nhận xét thái độ tinh thần làm việc sinh viên) Ngày….tháng….năm 2016 Người nhận xét (Ký ghi rõ họ tên) ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Đánh giá đồ án tốt nghiệp (Dùng cho cán phản biện) Giảng viên đánh giá: Họ tên Sinh viên: MSSV:…………………… Tên đồ án: ………………………………………………………………………………… Chọn mức điểm phù hợp cho sinh viên trình bày theo tiêu chí đây: Rất (1); Kém (2); Đạt (3); Giỏi (4); Xuất sắc (5) Có kết hợp lý thuyết thực hành (20) Nêu rõ tính cấp thiết quan trọng đề tài, vấn đề giả thuyết (bao gồm mục đích tính phù hợp) phạm vi ứng dụng đồ án Cập nhật kết nghiên cứu gần (trong nước/quốc tế) Nêu rõ chi tiết phương pháp nghiên cứu/giải vấn đề Có kết mô phỏng/thực nghiệm trình bày rõ ràng kết đạt 5 Kế hoạch làm việc rõ ràng bao gồm mục tiêu phương pháp thực dựa kết nghiên cứu lý thuyết cách có hệ thống Kết trình bày cách logic dễ hiểu, tất kết phân tích đánh giá thỏa đáng Trong phần kết luận, tác giả rõ khác biệt (nếu có) kết đạt mục tiêu ban đầu đề đồng thời cung cấp lập luận để đề xuất hướng giải thực tương lai 5 Có khả phân tích đánh giá kết (15) Kỹ viết (10) Đồ án trình bày mẫu quy định với cấu trúc chương logic đẹp mắt (bảng biểu, hình ảnh rõ ràng, có tiêu đề, đánh số thứ tự giải thích hay đề cập đến đồ án, có lề, dấu cách sau dấu chấm, dấu phẩy v.v), có mở đầu chương kết luận chương, có liệt kê tài liệu tham khảo có trích dẫn quy định ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Kỹ viết xuất sắc (cấu trúc câu chuẩn, văn phong khoa học, lập luận logic có sở, từ vựng sử dụng phù hợp v.v.) Thành tựu nghiên cứu khoa học (5) (chọn trường hợp) 10 a 10 b 10 c Có báo khoa học đăng chấp nhận đăng/đạt giải SVNC khoa học giải cấp Viện trở lên/các giải thưởng khoa học (quốc tế/trong nước) từ giải trở lên/ Có đăng ký phát minh sáng chế Được báo cáo hội đồng cấp Viện hội nghị sinh viên nghiên cứu khoa học không đạt giải từ giải trở lên/Đạt giải khuyến khích kỳ thi quốc gia quốc tế khác chuyên ngành TI contest Không có thành tích nghiên cứu khoa học Điểm tổng /50 Điểm tổng quy đổi thang 10 Nhận xét thêm thầy/cô … Ngày….tháng….năm 2016 Người nhận xét (Ký ghi rõ họ tên) ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP LỜI NÓI ĐẦU Thời gian trước đây, việc kiểm tra sức khỏe đo huyết áp, nhịp tim, nồng độ oxy máu… phải tiến hành trung tâm y tế với trang thiết bị đại Tuy nhiên với phát triển khoa học kỹ thuật, đo đạc kiểm tra sức khỏe trở nên dễ dàng với thiết bị cầm tay nhỏ gọn độ xác cao Đặc biệt, phát triển hệ điều hành Android đem đến môi trường phát triển thuận lợi cho ứng dụng sức khỏe Cuộc sống đại, người phải chịu áp lực công việc, học tập, sinh hoạt hàng ngày có thời gian lo cho sức khỏe nên dễ dẫn đến bệnh thần kinh, đặc biệt stress Do đó, việc tích hợp ứng dụng giúp quản lý, kiểm tra stress đem lại nhiều tiện ích cho người dùng Xuất phát từ nhu cầu trên, đồ án xây dựng ứng dụng đánh giá stress điện thoại Android Nội dung đồ án trình bày kiến thức stress, đưa hệ thống đánh giá stress dựa vào kỹ thuật Photoplethysmogram (PPG) cuối phát triển ứng dụng mẫu thử Android Để đạt kết ngày hôm nay, xin gửi lời cảm ơn đến thầy cô môn Điện tử máy tính, Viện điện tử viễn thông, trường Đại học Bách Khoa Hà Nội, đặc biệt TS Võ Lê Cường nhiệt tình dẫn bước, hướng nghiên cứu, thực yêu cầu cần có đề tài Cuối cùng, xin bày tỏ lòng cảm ơn chân thành đến anh, chị thành viên lab AICS-618 bạn bè người thân hết lòng ủng hộ vật chất lẫn tinh thần cho suốt khoảng thời gian làm đồ án tốt nghiệp Trong trình thực đề tài, với kết đạt bước đầu, dù cố gắng nhiên đồ án không tránh khỏi thiếu sót hạn chế định Vì vậy, mong nhận góp ý, bổ sung thầy cô để đề tài tối ưu hoàn thiện Tôi xin chân thành cảm ơn! ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP TÓM TẮT NỘI DUNG Đồ án phát triển ứng dụng đo stress Android dựa sở lý thuyết kỹ thuật Photoplethysmogram (PPG) Đầu tiên, đồ án giới thiệu stress phương pháp đánh giá stress có, sở xác định phương pháp phù hợp với yêu cầu phát triển Phương pháp xác định dựa PPG Tiếp theo, hệ thống thiết kế với thuật toán xử lý phân tích: lọc nhiễu, làm mịn, phát đỉnh, tính toán biến thiên nhịp tim (HRV) biến đổi FFT, ước lượng PSD để đưa tham số cần thiết cho việc đánh giá stress như: HR, meanRR, LF/HF v.v Tất thuật toán thử nghiệm Matlab sau thực Android Sau cùng, ứng dụng thực nghiệm đánh giá Đầu tiên thử nghiệm đánh giá stress khoảng thời gian 0.5, phút Mặc dù có sai số nhiên thời gian phút đưa kết tốt so với thời gian phút 0.5 phút Kết qủa đánh giá stress nhóm người từ 20 - 29 tuổi bao gồm sinh viên người làm văn phòng đạt độ xác 53.17% so với kết bảng trắc nghiệm tâm lý 63.49% so với kết đánh giá Stress check – Azumio Sai số 10% kết qủa đo Ứng dụng tiếp tục hoàn thiện phát triển tương lai ABSTRACT In the thesis I have built applications on Android stress measurement based on the technical theory Photoplethysmogram (PPG) First, the thesis introduced stress assessment methods available and determine the appropriate method for developing requirements The method is based on PPG's determination Next, the system was designed with the processing algorithms and analysis: noise filtering and smoothing, peak detection, calculate heart rate variability (HRV) and transform FFT to provide the parameters necessary for assessing stress as: HR, meanRR, LF / HF etc All algorithms were tested in Matlab and then executed on Android Finally, the experimental application and evaluation Applications assess stress during minutes Although there is uncertainty, however, within minutes still give better results than time minute and 0.5 minutes Evaluation results on 126 students of Hanoi University of Science and Technology, Android applications evaluated with an uncertainty of about 10% was 53.17% (67/126 samples) compared to the results table psychological test and 63.49% (80 / 126 samples) compared to the results measured by Stress check - Azumio The results compare quite accurate compared to the stress level of the person being assessed The assessment of stress levels by age group were conducted to guide development in the future ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP MỤC LỤC ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP DANH SÁCH HÌNH VẼ DANH SÁCH CÁC BẢNG BIỂU 10 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Ứng dụng Stress Check phát triển Azumio [18] thiết kế cho hai hệ điều hành iOS Android Bằng cách tận dụng máy ảnh đèn flash thiết bị, Stress Check cho biết mức độ stress bạn Ứng dụng dựa vào độ tuổi giới tính mà bạn khai báo để đưa mức độ stress dựa vào nhịp tim đo Không phiên dành cho iOS có giá 1$, phiên Stress Check Android cung cấp hoàn toàn miễn phí GooglePlay Hình 5.1 Ứng dụng Stress check GooglePlay Giới thiệu chung Azumio: Azumio [19] công ty lĩnh vực ứng dụng y tế thiết bị di động với 15 triệu lượt tải ứng dụng Azumio tập trung cải thiện sức khỏe chăm sóc sức khỏe thông qua việc sử dụng ứng dụng di động Azumio tập trung phát triển ứng dụng y tế di động với dự kiến tác động phần ba số người sử dụng điện thoại thông minh vào năm 2015 Giới thiệu chung Stress check: Stress Check - Azumio ứng dụng để định lượng mức độ căng thẳng tâm lý thể chất Bằng cách đo nhịp tim bạn thông qua tính camra flash Android, Stress Check by Azumio ước tính mức độ stress bạn thời gian thực Các thuật toán sử dụng để phân tích HRV dựa theo khuyến cáo Hội Tim mạch châu Âu (ESC) Hội điện sinh học Bắc Mỹ (NASPE) Stress Check by Azumio sử dụng phương pháp đánh giá mức độ căng thẳng định lượng phát triển Biocom Technologies, nhà phát triển tiếng đánh giá sức 57 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP khỏe chuyên nghiệp Độ xác ứng dụng cần phải quan tâm, nhiên thời điểm khảo sát ứng dụng đạt xếp hạng với 1.000.000 lượt tải Đánh giá kết 6.4 6.4.1 Khảo sát thời gian đánh giá stress Một thông số để đánh giá stress tỷ số LF/HF Tùy theo điều kiện thời gian đánh LF/HF có thay đổi Để nắm bắt thay đổi, khảo sát tiến hành đánh giá thời gian phút, phút 0.5 phút với ba trạng thái bình thường, stress nhẹ stress vừa Trên sở kết xác định khả giảm thời gian đánh giá ứng dụng xuống phút - Trạng thái bình thường Kết so sánh 45 mẫu trạng thái bình thường minh họa Hình 5.2 Hình 5.2 Biểu đồ biến đổi LF/HF với điều kiện bình thường Thời gian 0.5 phút đưa kết LF/HF miền thấp, tập trung khoảng giá trị 0.15 – 0.8 Thời gian phút đưa kết LF/HF cao so với 0.5 phút nhiên thấp so với phút, cụ thể khoảng giá trị từ 0.2 đến 1.5 Chính khác làm cho kết đánh giá stress có sai khác Thời gian phút 58 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP đánh giá mức độ stress bình thường, thời gian phút chủ yếu đưa kết mức độ stress nhẹ 0.5 phút đưa kết stress vừa Cụ thể sai lệch thể Bảng 5.2 Bảng 5.2 Kết so sánh điều kiện bình thường phút phút Độ lệch trung bình LF/HF 0.3405 0.4867 Kết đánh giá mức độ stress bình thường 95.56% (43/45 mẫu) 40.00% (18/45 mẫu) 0.5 phút 0.7171 4.44% (2/45 mẫu) Thời gian đánh giá Độ lệch trung bình LF/HF phút nhỏ khoảng thời gian đánh giá Vì mà kết đánh giá mức độ stress sai lệch nhiều Thời gian đánh giá giảm độ lệch trung bình LF/HF tăng làm kết đánh giá stress không xác Cụ thể, thời gian phút đánh giá 18/45 mẫu thời gian 0.5 phút đánh giá 2/45 - Trạng thái stress nhẹ Kết so sánh 30 mẫu trạng thái stress nhẹ minh họa Hình 5.3 Hình 5.3 Biểu đồ biến đổi LF/HF điều kiện stress nhẹ 59 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Cũng giống điều kiệ bình thường, điều kiện stress nhẹ thời gian 0.5 phút đưa kết LF/HF mức thấp tập trung khoảng giá trị từ 0.18 – 0.8 Thời gian phút đưa kết LF/HF cao so với 0.5 phút có xu hướng tăng cao so với phút, cụ thể khoảng giá trị từ 0.3 đến 0.9 Chính khác làm cho kết đánh giá stress có sai khác Thời gian phút đánh giá mức độ stress nhẹ (LF/HF = 0.4 - 0.6), thời gian phút đưa kết mức độ stress mức bình thường, stress nhẹ, stress vừa 0.5 phút đưa kết stress vừa (LF/HF [...]... thế hơn về mặt kỹ thuật và khả năng áp dụng trên thiết bị di động Vì vậy, đồ án sẽ áp dụng kỹ thuật PPG vào phát triển ứng dụng trên Android Phương pháp và công việc cụ thể được định hướng rõ ràng tạo cơ sở cho quá trình phát triển ứng dụng 17 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP CHƯƠNG 2 STRESS VÀ PHƯƠNG PHÁP ĐÁNH GIÁ Trước khi xây dựng hệ thống đánh giá stress, lý thuyết cơ bản về stress và ảnh hưởng của nó với đời sống... sẵn ngay trên chiếc điện thoại Android giúp người dùng theo dõi stress một cách tương đối thì sẽ rất tiện lợi Vấn đề đặt ra là xây dựng một ứng dụng trên điện thoại Android có thể giúp người dùng đo và quản lý mức độ stress của mình mà không cần sử dụng đến một thiết bị đi kèm 1.2 Mục tiêu đồ án 14 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Mục tiêu của đồ án là xây dựng ứng dụng đánh giá mức độ stress trên điện thoại Android. .. hợp ứng dụng đánh giá stress trên hệ điều hành Android giúp người dùng kiểm tra stress một cách thuận tiện nhất Tiếp theo, đồ án trình bày tổng quan về phương pháp phân tích và xử lý tín hiệu PPG, các thuật toán được thử nghiệm trên Matlab và sau đó thực hiện trên Android Tiêu chí của đồ án là xây dựng ứng dụng đánh giá stress trên cơ sở phân tích và xử lý PPG với các kỹ thuật: lọc nhiễu, làm mịn, phát. .. giao diện ứng dụng cũng cần được thiết kế sao cho vừa đơn giản, dễ sử dụng và tiện lợi nhất Đề tài tập trung vào bốn mục chính: 1 Tìm hiểu về các phương pháp đánh giá stress: trắc nghiệm tâm lý, phỏng vấn và sinh lý Từ nhu cầu xây dựng ứng dụng đánh giá stress đơn giản, chính xác trên điện thoại Android, phương pháp sử dụng kỹ thuật Photoplethysmogram (PPG) là một phương pháp khả quan 2 Áp dụng kỹ thuật... dựng hệ thống đánh giá stress: thu video từ điện thoại, các bước lọc nhiễu, làm mượt và xử lý tín hiệu trong miền thời gian và tần số Từ đó, hệ thống dựa trên các tham số cơ bản để đánh giá về mức độ stress 3 Triển khai, xây dựng ứng dụng trên Android với các yêu cầu: Yêu cầu chức năng: - Xây dựng hoàn thiện đánh giá mức độ stress từ tín hiệu thu bằng - camera điện thoại trên Android Camera có tốc độ... bản về stress và ảnh hưởng đến đời sống con người Hai phương pháp đánh giá mức độ stress truyền thống được xem xét là phương pháp sinh lý và trắc nghiệm tâm lý Tiếp theo, phương pháp đánh giá stress dựa trên PPG được trình bày làm cơ sở phát triển ứng dụng Android Chương 1 – Thiết kế hệ thống đánh giá stress: hệ thống được thiết kế với các thuật toán xử lý và phân tích: lọc nhiễu và làm mịn, phát hiện... một phương pháp được nghiên cứu và sử dụng nhằm xác định thể tích máu trong động mạch chảy dưới da bằng việc sử dụng ánh sáng [1] Phân tích tín hiệu PPG đã và đang được ứng dụng rộng rãi trong lĩnh vực đánh giá các chỉ số sức khỏe của cơ thể như nồng độ oxy trong máu (SPO2), huyết áp, nhịp tim, mức độ stress [2] v.v Đồ án xây dựng ứng dụng đánh giá stress trên Android, dựa vào lý thuyết về PPG Trước... tiết phương pháp đánh giá stress dựa trên tín hiệu PPG, hai phương pháp đánh giá mức độ stress truyền thống được xem xét là trắc nghiệm tâm lý và biện pháp sinh lý Phương pháp trắc nghiệm tâm lý đánh giá stress dựa trên sự pháp triển trong lĩnh vực tâm lý học Để thực hiện, nhà tâm lý học đã phát triển hệ thống câu hỏi bao gồm các triệu chứng tâm lý gây ra do tác động của stress Trong khi đó, biện pháp... 2.2.1.2 Đo lường stress dựa trên trắc nghiệm tâm lý Các lĩnh vực tâm lý tập trung vào việc xác định các khái niệm trừu tượng như ngôn ngữ, nhận thức, tính cách, cảm xúc Stress cũng là một trong những khái niệm tâm lý cũng có thể do lường được Nhờ sự phát triển trong lĩnh vực tâm lý, các bảng trắc nghiệm tâm lý được phát triển nhằm đánh giá mức độ stress Bảng câu hỏi được các nhà tâm lý học đưa ra dựa trên. .. giá stress dựa trên PPG và HRV [7] Hệ thống đánh giá stress bao gồm phần cứng và phần mềm Phần cứng bao gồm các cảm biến PPG gồm hai photodiode và một bộ tách sóng quang, trong khi các thuật toán phát hiện đỉnh, tính khoảng cách đỉnh, biến đổi Fourier (FFT) và phân tích HRV được thực hiện trên Labview (Laboratory Virtual Instrument Engineering Workbench) Các nghiên cứu đã xem xét mức độ stress trên