Dự án vòng tay giám sát sức khỏe thời gian thực sử dụng ESP32-C3 Mini-1 và ESP-IDF v5.5, kết hợp:

• Đo nhịp tim & SpO2 bằng MAX30100
• Đo gia tốc 3 trục & con quay hồi chuyển 3 trục bằng MPU6050
• Hiển thị tức thời trên OLED SSD1306
• Còi buzzer (GPIO10) cảnh báo té ngã/chấn động/rung tay
• Truy cập web dashboard (Chart.js + Three.js) để xem:
  • Biểu đồ nhịp tim & SpO2 theo thời gian
  • Trạng thái kết nối & thông tin thiết bị
  • Mô phỏng 3D hướng cổ tay dựa trên dữ liệu MPU6050
• Truy cập App được xây dựng từ dự án Health_monitor_app để xem:
  • Biểu đồ nhịp tim & SpO2 theo thời gian
  • Trạng thái kết nối & thông tin thiết bị

• ESP32-C3 Mini-1
• MAX30100 – Cảm biến SpO2 và nhịp tim
• MPU6050 – IMU 6 trục (Accelerometer + Gyroscope) + nhiệt độ
• SSD1306 – Màn hình OLED 128x64 I2C
• Buzzer – điều khiển bởi GPIO10 (nên qua transistor/driver nếu là còi tiêu thụ dòng lớn)

Tất cả module dùng chung bus I2C:

Lưu ý:

• Cần 2 điện trở pull-up ~4.7kΩ trên SDA và SCL.
• Nếu MPU6050 nối chân AD0 = HIGH thì địa chỉ có thể là 0x69 (được xử lý tự động trong mpu6050.c).
• Buzzer: chân tín hiệu nối GPIO10, chân còn lại qua transistor + nguồn; thêm diode bảo vệ nếu là loa từ.

health_monitoring_wristband/
├── CMakeLists.txt
├── sdkconfig
├── sdkconfig.defaults
├── README.MD                     # Tài liệu này
│
├── main/
│   ├── CMakeLists.txt
│   ├── health_monitoring_wristband.c  # Logic chính, FreeRTOS tasks
│   └── index.html                # Web dashboard (Chart.js + Three.js)
│
└── components/
    ├── i2c_bus/                  # Abstraction cho I2C
    │   ├── i2c_bus.c
    │   └── include/i2c_bus.h
    │
    ├── max30100/                 # Driver & xử lý tín hiệu MAX30100
    │   ├── max30100.c
    │   └── include/max30100.h
    │
    ├── mpu6050/                  # Driver MPU6050 (IMU)
    │   ├── mpu6050.c
    │   └── include/mpu6050.h
    │
    ├── ssd1306/                  # Driver màn hình OLED
    │   ├── ssd1306.c
    │   └── include/ssd1306.h
    │
    ├── esp32c3_wifi/             # Kết nối WiFi Station (Event Group)
    │   ├── esp32c3_wifi.c
    │   └── include/esp32c3_wifi.h
    │
    └── http_server_app/          # HTTP server + REST API /sensor
        ├── http_server_app.c
        └── include/http_server_app.h

• Tasks:

  • max30100_task – đọc nhịp tim & SpO2, xử lý tín hiệu, ghi vào shared_data.
  • mpu6050_task – đọc gia tốc/gyro/nhiệt độ, ghi vào shared_data, xTaskNotifyGive() cho buzzer_task.
  • display_task – đọc shared_data và vẽ thông tin lên OLED SSD1306.
  • buzzer_task – nhận notify từ mpu6050_task, chạy thuật toán phát hiện té ngã/chấn động/rung tay và điều khiển buzzer GPIO10.
  • http_server_task – khởi động HTTP server, kiểm tra định kỳ và log trạng thái web server + dữ liệu sensor.

• Mutex / Semaphore:

  • data_mutex – bảo vệ struct shared_data (dùng chung giữa tất cả tasks + HTTP server).
  • i2c_mutex (trong i2c_bus.c) – bảo vệ truy cập bus I2C cho MAX30100, MPU6050, SSD1306.

• Event Group (WiFi):

  • s_wifi_event_group (trong esp32c3_wifi.c) – bit:
    • WIFI_CONNECTED_BIT – đã kết nối WiFi & có IP.
    • WIFI_FAIL_BIT – kết nối thất bại sau số lần retry.

• Task Notification:

  • buzzer_task_handle – handle task của buzzer.
  • mpu6050_task gọi xTaskNotifyGive(buzzer_task_handle) mỗi khi có dữ liệu motion mới hợp lệ.
  • buzzer_task dùng ulTaskNotifyTake(pdTRUE, timeout) để ngủ và chỉ thức khi có notify (giảm polling CPU).

Định nghĩa tại main/health_monitoring_wristband.c:

typedef struct {
    float heart_rate;
    float spo2;
    bool valid;
    uint32_t last_update;
    // MPU6050 data
    float accel_x, accel_y, accel_z;
    float gyro_x, gyro_y, gyro_z;
    float mpu_temp;
    bool mpu_valid;
} shared_sensor_data_t;

Được cập nhật bởi:

• max30100_task: heart_rate, spo2, valid, last_update.
• mpu6050_task: accel_*, gyro_*, mpu_temp, mpu_valid.

Được đọc bởi:

• display_task, buzzer_task, http_server_task.
• HTTP handler /sensor trong components/http_server_app/http_server_app.c.

Frontend single-page:

• Chart.js: vẽ biểu đồ:
  • Heart Rate (BPM)
  • SpO2 (%)
• Three.js: mô phỏng 3D một “hộp” đại diện cổ tay, xoay theo vector gia tốc (ước lượng pitch/roll).
• UI:
  • Card Health Monitor: giá trị số HR, SpO2, trạng thái dữ liệu.
  • Card Performance: điều chỉnh tốc độ cập nhật (ms) và số điểm data trên chart.
  • Device Info: IP, thời gian cập nhật cuối.
  • Card Motion Monitor:
    • Bảng giá trị accel/gyro/temp.
    • Trạng thái MPU6050 (online/offline).
    • Khung 3D hiển thị orientation.

Được cung cấp bởi http_server_app.c, trả về JSON tương ứng với shared_sensor_data_t:

{
  "heart_rate": 75.0,
  "spo2": 98.5,
  "valid": true,
  "last_update": 1234567,
  "accel": { "x": 0.01, "y": 0.02, "z": 0.98 },
  "gyro":  { "x": 0.1,  "y": -0.2, "z": 0.0  },
  "mpu_temp": 36.8,
  "mpu_valid": true
}

Trang web định kỳ gọi fetch('/sensor'):

• Cập nhật số HR, SpO2, trạng thái sensor.
• Push dữ liệu vào heartRateData, spo2Data, timeLabels để vẽ chart.
• Cập nhật accel/gyro/temp và xoay cube 3D tương ứng.
• Dùng maxDataPoints để giới hạn độ dài buffer trên trình duyệt (không lưu vĩnh viễn).

Được cung cấp bởi http_server_app.c, trả về JSON tương ứng với alert_event_t:

{
  "alerts": [
    {
      "t": 89284,
      "msg": "VA ĐẬP - Chấn động mạnh!"
    },
    {
      "t": 100041,
      "msg": "VA ĐẬP - Chấn động mạnh!"
    },
    {
      "t": 110273,
      "msg": "ĐANG CHẠY - Hoạt động mạnh"
    },
    {
      "t": 122717,
      "msg": "VA ĐẬP - Chấn động mạnh!"
    }
  ]
}

Trang web định kỳ gọi fetch('/alerts'):

• Hiển thị danh sách số lần va đập, ngã,....

• ESP-IDF v5.5 (hoặc tương đương).
• Python 3.8+.
• USB driver cho ESP32-C3.

# 1. Thiết lập môi trường ESP-IDF
. $HOME/esp/esp-idf/export.sh

# 2. Chọn target & cấu hình
idf.py set-target esp32c3
idf.py menuconfig

# 3. Build
idf.py build

# 4. Flash (thay /dev/ttyUSB0 bằng cổng tương ứng)
idf.py -p /dev/ttyUSB0 flash

# 5. Monitor log serial
idf.py -p /dev/ttyUSB0 monitor

1. ESP32-C3 kết nối WiFi theo cấu hình trong esp32c3_wifi.c
   (SSID/password có thể hard-code hoặc cấu hình qua menuconfig).
2. Khi đã nhận IP, serial log sẽ in dạng got ip: 192.168.x.y.
3. Trên máy/điện thoại cùng mạng:
   • Mở trình duyệt tới: http://<IP_ESP32_C3>/
4. Dashboard sẽ tự động fetch /sensor và cập nhật theo thời gian thực.

• Khởi tạo I2C master.
• API:
  • i2c_bus_init()
  • i2c_bus_read_bytes(), i2c_bus_write_bytes()
  • i2c_bus_write_raw() (dùng cho SSD1306)
  • i2c_bus_scan()
• Dùng i2c_mutex để thread-safe giữa nhiều task.

• API:
  • max30100_init()
  • max30100_get_reading(max30100_reading_t *r)
  • max30100_set_mode()
  • max30100_reset_fifo()
• Xử lý:
  • Lọc DC/AC, phát hiện đỉnh, tính BPM.
  • Tính SpO2 từ tỷ lệ AC/DC theo đường cong thực nghiệm.

Ví dụ:

max30100_reading_t reading;
if (max30100_get_reading(&reading) == ESP_OK && reading.valid) {
    printf("SpO2: %.1f%%, HR: %.0f BPM\n",
           reading.spo2, reading.heart_rate);
}

• Tự dò địa chỉ (0x68/0x69) qua WHO_AM_I.
• API:
  • mpu6050_init()
  • mpu6050_read_data(mpu6050_data_t *data)
  • mpu6050_set_gyro_range()
  • mpu6050_set_accel_range()
• Trả về:
  • accel_x/y/z (g)
  • gyro_x/y/z (°/s)
  • temperature (°C)

Ví dụ:

mpu6050_data_t data;
if (mpu6050_read_data(&data) == ESP_OK) {
    printf("Accel: [%.2f, %.2f, %.2f] g\n",
           data.accel_x, data.accel_y, data.accel_z);
}

• Frame buffer 1024 bytes, vẽ xong gọi ssd1306_display() để đẩy lên màn hình.
• API:
  • ssd1306_init(), ssd1306_clear(), ssd1306_display()
  • ssd1306_draw_pixel(), ssd1306_draw_line(), ssd1306_draw_rect(), ssd1306_fill_rect()
  • ssd1306_draw_string() – text font 5x7, nhiều kích thước.

• Kết nối WiFi chế độ station.
• Dùng Event Group để chờ kết quả kết nối.
• Đăng ký event cho WIFI_EVENT và IP_EVENT, log IP khi nhận được.

• Dựa trên esp_http_server.
• URI:
  • GET / → trả về nội dung index.html nhúng trong flash.
  • GET /sensor → đọc shared_data (qua data_mutex) và trả JSON.
  • GET /alerts → đọc alert_data và trả JSON.

• I2C Communication Failed

  • Kiểm tra SDA/SCL, điện trở pull-up, nguồn 3.3V.
  • Gọi i2c_bus_scan() để xem thiết bị có xuất hiện trên bus hay không.

• MAX30100 không có dữ liệu hợp lệ

  • Đảm bảo ngón tay đặt đúng, chờ vài giây để ổn định.
  • Kiểm tra nguồn và mức sáng LED IR/Red.

• MPU6050 WHO_AM_I sai

  • Kiểm tra lại địa chỉ (0x68/0x69).
  • Kiểm tra wiring, đặc biệt chân AD0.

• SSD1306 không hiển thị

  • Kiểm tra kích thước (128x64 vs 128x32).
  • Xem lại init sequence trong ssd1306_init().
  • Thử tăng contrast: ssd1306_set_contrast(255).

• License: MIT – Tự do sử dụng cho dự án cá nhân và thương mại.
• Thiết kế cho ESP32-C3 Mini-1 + ESP-IDF v5.5, kiến trúc chia component rõ ràng, dễ mở rộng và tái sử dụng.