Thiết kế và thi công bơm tiêm điện đa chức năng

TỔNG QUAN

ĐẶT VẤN ĐỀ

Hiện nay, mặc dù nền kinh tế phát triển mạnh mẽ, nhưng vấn đề môi trường, xã hội và chính trị vẫn còn nhiều yếu kém, đặc biệt là sức khỏe con người bị ảnh hưởng Công nghệ 4.0 đã thâm nhập vào từng ngóc ngách của cuộc sống, và khoa học kỹ thuật ngày càng được áp dụng rộng rãi để cải thiện sức khỏe Nhiều nghiên cứu và phát minh đột phá đã được thực hiện nhằm nâng cao chất lượng sức khỏe Theo nghiên cứu của tổ chức Polaris, thị trường ống tiêm toàn cầu đã đạt giá trị 6,88 tỷ USD vào năm 2017 và dự kiến sẽ tăng lên 11,19 tỷ USD vào năm 2026, cho thấy nhu cầu sử dụng kim tiêm của bệnh nhân là rất lớn.

Việc sử dụng kim tiêm gặp nhiều vấn đề như chọn loại không phù hợp, không tương thích với thuốc, khả năng tự bơm thuốc kém, và độ chính xác trong việc lấy thuốc thấp Những vấn đề này ảnh hưởng trực tiếp đến sức khỏe bệnh nhân, dẫn đến việc thuốc không phát huy tác dụng do tiêm thiếu liều, hoặc gây sốc thuốc khi tiêm quá liều, thậm chí đe dọa tính mạng Hiện tại, ở Việt Nam chưa có nghiên cứu rõ ràng nào nhằm nâng cao độ chính xác trong tiêm thuốc, bao gồm thời gian và liều lượng thuốc được tiêm vào cơ thể.

Trên thế giới, nhiều quốc gia đã áp dụng công nghệ để cải thiện việc tiêm thuốc, nổi bật là các sản phẩm bơm tiêm điện từ các công ty như Bbraun (Đức), Medima (Ba Lan) và Terumo (Nhật Bản) Những sản phẩm này có ưu điểm lớn nhất là khả năng bơm thuốc với liều lượng và thời gian chính xác, đồng thời hỗ trợ chức năng tự kiểm soát đau cho bệnh nhân Tuy nhiên, nhược điểm lớn nhất là giá thành cao, dao động từ vài chục triệu đến hàng trăm triệu đồng Tất cả các bơm tiêm điện đều có đặc điểm chung là sự kết nối giữa vi điều khiển, động cơ bước và bơm tiêm, trong đó việc điều khiển động cơ bước cho phép lập trình quay theo chiều và tốc độ theo yêu cầu của người sử dụng.

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN được điều khiển thông qua việc điều khiển tốc độ động cơ bước [6] Với tất cả những lý do nêu trên, nhóm chúng em kiến nghị thực hiện việc thiết kế và thi công bơm tiêm điện đa chức năng.

MỤC TIÊU

Thiết kế và thi công bơm tiêm điện bao gồm ba chức năng chính: bơm thông thường, kiểm soát đau và sử dụng ngân hàng thuốc.

NỘI DUNG NGHIÊN CỨU

Trong quá trình thực hiện Đồ án tốt nghiệp về Thiết kế và thi công bơm tiêm điện đa chức năng, nhóm chúng em sẽ tập trung vào việc giải quyết và hoàn thành các nội dung chính như thiết kế cấu trúc, lựa chọn linh kiện phù hợp, và tối ưu hóa hiệu suất hoạt động của bơm tiêm.

- Nội dung 1: Nghiên cứu những chức năng của bơm tiêm điện

- Nội dung 2: Thiết lập lưu đồ giải thuật cho từng chức năng

- Nội dung 3: Thiết kế mô hình kết nối giữa VĐK, motor bước và kim tiêm

- Nội dung 4: Viết code cho từng chức năng

- Nội dung 5: Thi công phần cứng,

- Nội dung 6: Chạy thử nghiệm, kiểm tra và hiệu chỉnh

- Nội dung 7: Viết báo cáo thực hiện

- Nội dung 8: Bảo vệ luận văn.

GIỚI HẠN

Các vấn đề giới hạn của đề tài bao gồm:

- Không có khả năng lưu kết quả trong trường hợp mất điện

- Không thay đổi các thông số trong quá trình hoạt động

- Không có khả năng hoạt động tiếp khi nhấn nút tạm dừng hoạt động

- Không giải quyết được tình trạng có không khí trong khi bơm

BỐ CỤC

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN Đối với đề tài thiết kế và thi công bơm tiêm điện đa chức năng thì bố cục đồ án sẽ có những phần như sau:

Chương này giới thiệu lý do chọn đề tài, mục tiêu và nội dung nghiên cứu, đồng thời nêu rõ các giới hạn thông số và cấu trúc của đồ án.

 Chương 2: Cơ sở lý thuyết

Chương này trình bày tổng quan về bơm tiêm điện, phần cứng và yêu cầu sơ bộ của đề tài đối với từng khối trong phần cứng

 Chương 3: Thiết Kế và Tính Toán

Chương này tập trung vào việc thiết kế và tính toán sơ đồ khối của hệ thống, cùng với sơ đồ nguyên lý toàn mạch Bên cạnh đó, nó cũng sẽ đề xuất các linh kiện phù hợp cho đề tài nghiên cứu.

 Chương 4: Thi công hệ thống

Chương này mô tả quy trình thi công cho từng khối và toàn bộ mạch, đồng thời trình bày lưu đồ giải thuật cho từng chức năng trong đề tài.

 Chương 5: Kết Quả, Nhận Xét và Đánh Giá

Chương này trình bày kết quả đạt được sau khi hoàn thiện hệ thống, đánh giá những thành tựu trong đề tài và xem xét liệu mục tiêu, yêu cầu đã đề ra có được đáp ứng hay không.

 Chương 6: Kết Luận và Hướng Phát Triển

Chương này kết luận về kết quả đạt được, chưa đạt được những gì, đồng thời đưa ra hướng phát triển của đề tài

 Chương 7: Tài liệu tham khảo

Liệt kê tất cả các tài liệu đã tham khảo để hoàn thành đề tài này.

CƠ SỞ LÝ THUYẾT

TỔNG QUAN QUY TRÌNH TIÊM THUỐC

Tiêm thuốc là quá trình đưa thuốc dạng dung dịch vào cơ thể qua da hoặc tĩnh mạch Quy trình tiêm thuốc yêu cầu phải kiểm tra đúng bệnh nhân, đúng thuốc, đúng liều lượng, đúng thời gian và đúng kỹ thuật Trong bài viết này, chúng tôi sẽ tập trung vào việc xác định đúng liều lượng và thời gian tiêm, dựa vào thể trạng của bệnh nhân, nhằm đảm bảo tốc độ tiêm truyền được kiểm soát hiệu quả.

Hiện nay, có hai phương pháp tiêm thuốc chính: tiêm thuốc thủ công và tiêm thuốc bằng bơm tiêm điện Tiêm thuốc thủ công được thực hiện bởi y tá hoặc bác sĩ, trong đó thuốc được hút vào kim tiêm và tiêm vào cơ thể bệnh nhân Tuy nhiên, độ chính xác về thể tích thuốc phụ thuộc vào kỹ năng của người thực hiện Ngược lại, tiêm thuốc bằng bơm tiêm điện cho phép quản lý chặt chẽ thể tích và thời gian truyền Người dùng chỉ cần nhập thông số, và bơm tiêm điện sẽ tự động thực hiện việc tiêm theo đúng yêu cầu Sự khác biệt lớn giữa hai phương pháp này là thời gian tiêm; tiêm thủ công không thể kiểm soát lưu lượng thuốc và thường chỉ diễn ra trong khoảng 10 giây, trong khi bơm tiêm điện cho phép truyền thuốc ổn định và kéo dài hơn.

GIỚI THIỆU PHẦN CỨNG

Bơm tiêm điện hoạt động nhờ vào khối vi điều khiển điều khiển motor bước quay, giúp đẩy thuốc qua bơm tiêm Nhờ vào cơ chế này, thuốc được truyền đi một cách chính xác và hiệu quả.

CHƯƠNG 2 CƠ SỞ LÝ THUYẾT tài tốt nghiệp hệ thống bơm tiêm điện bao gồm các linh kiện như sau: vi điều khiển, motor bước, driver, lcd, nút nhấn

Cấu trúc chung của vi điều khiển bao gồm bộ vi xử lý (CPU), bộ nhớ và thiết bị xuất nhập IO tích hợp trên một chip Tùy thuộc vào loại vi điều khiển, có thể có thêm các phần cứng như bộ định thời (timer), bộ biến đổi tương tự-số (ADC), bộ biến đổi số-tương tự (DAC) và bộ điều chế độ rộng xung (PWM) Đối với bơm tiêm điện, vi điều khiển kết hợp bộ định thời và PWM sẽ được sử dụng để điều khiển động cơ bước với thời gian chính xác Nhiều nghiên cứu đã ứng dụng vi điều khiển, trong đó có việc sử dụng vi điều khiển 16f877a để phát triển hồ cá thông minh với khả năng kiểm soát nhiệt độ, độ ẩm và thời gian.

Timer là bộ đếm thời gian quan trọng, giúp tính toán chính xác thời gian thực hiện công việc bằng cách sử dụng xung clock từ chip thạch anh Vi điều khiển PIC 16F877 bao gồm ba loại timer: T0, T1 và T2, trong đó T0 là timer 8 bit, T1 là timer 16 bit với bộ chia trước, và T2 được thiết kế cho các ứng dụng đặc biệt.

Theo sơ đồ, khi timer 1 hoạt động ở chế độ định thời sử dụng xung nội (OSC), bit TMR1CS sẽ ở mức 0 Tần số từ OSC được chia qua bộ chia 4, với 2 bit T1CKPS0.

CHƯƠNG 2 CƠ SỞ LÝ THUYẾT

T1CKPS1 là tỉ lệ chia trước của tần số sau khi qua bộ chia 4, với các tỉ lệ chia là 1:1, 1:2, 1:4 và 1:8 Timer 1, là timer 16 bit, có khả năng đếm tới 65536 xung, và thời gian của mỗi xung phụ thuộc vào tần số thạch anh (OSC) cùng bộ chia Ví dụ, khi sử dụng thạch anh 20MHz, qua bộ chia 4 sẽ cho tần số 5MHz Nếu sử dụng bộ chia 1:8, tần số còn lại sẽ là 625000Hz, dẫn đến thời gian của mỗi xung được tính toán tương ứng.

Thời gian tràn lớn nhất của timer1 là 65536 x 1,65ms, tương đương với 1,6 giây So với timer0, thời gian tràn lớn nhất là 26ms Đối với thuật toán mà nhóm sử dụng, thời gian xung tràn được cài đặt là 1ms, do đó, việc lựa chọn giữa timer0 và timer1 không có sự khác biệt lớn Vì vậy, nhóm đã quyết định sử dụng timer1 cho đề tài.

Màn hình tinh thể lỏng (LCD) là thiết bị hiển thị đa dạng các ký tự như chữ, số và ký tự đồ họa, với hai chế độ hoạt động chính là chế độ đọc và chế độ ghi Trong chế độ đọc, người dùng có thể nhận thông tin từ LCD, trong khi chế độ ghi cho phép xuất thông tin điều khiển Các loại LCD phổ biến khi kết hợp với vi điều khiển bao gồm LCD 16x2 và LCD 16x4 Đặc biệt, trong ứng dụng bơm tiêm điện, LCD đóng vai trò quan trọng trong việc hiển thị quá trình bơm và chức năng, giúp người sử dụng dễ dàng giao tiếp và theo dõi.

2.2.3 Motor bước Động cơ bước là động cơ điện có nguyên lý hoạt động khác biệt so với những động cơ thông thường Chúng hoạt động dựa trên dùng các xung tín hiệu rời rạc kế tiếp nhau tạo thành chuyển động góc quay [13] Nếu cấp một xung điện thì motor sẽ quay một góc nhất định, góc này được gọi là góc quay của động cơ (Step angle) Giả sử góc quay của động cơ là a 0 (độ) thì motor này sẽ có số bước là: 360 0 /a (bước) Số lượng bước của động cơ sẽ phụ thuộc vào từng loại motor, số bước càng lớn, đồng nghĩa với việc motor chạy càng êm và độ chính xác càng cao

Động cơ bước được cấu tạo từ một rotor, bao gồm hai cặp cuộn nam châm vĩnh cửu Rotor này là một dãy các lá nam châm vĩnh cửu được xếp chồng lên nhau, và trên các lá nam châm này lại được chia thành các phần khác nhau.

CHƯƠNG 2 CƠ SỞ LÝ THUYẾT thành các cặp cực xếp đối xứng nhau Stator được tạo bằng sắt từ được chia thành các rãnh để đặt cuộn dây

Hình 2.2 Cấu tạo của động cơ bước

Nguyên lý hoạt động của động cơ như sau: ban đầu rotor và stator đang ở vị trí pha

A, khi cấp điện cho 2 cuộn dây B và B’ trong 2 cuộn sẽ xuất hiện cực tính Do cực tính của cuộn dây pha và rotor ngược nhau nên dẫn đến rotor chuyển động đến vị trí B, cứ như vậy lặp đi lặp lại cho các cặp cuộn dây khác và vị trí của rotor sẽ quay theo thứ tự

B, A’ và B’ như hình bên dưới [14]

Đối với bơm tiêm điện, việc lựa chọn động cơ bước có độ chính xác cao là rất quan trọng, điều này đồng nghĩa với việc động cơ cần có độ phân giải cao và góc quay thấp để đảm bảo hiệu suất hoạt động tốt nhất.

TÍNH TOÁN VÀ THIẾT KẾ

GIỚI THIỆU

Trong chương này, chúng tôi sẽ trình bày quy trình tính toán, lựa chọn và thiết kế các thành phần quan trọng của bơm tiêm điện, bao gồm khung cơ khí, board mạch điều khiển và bộ phận truyền động kết nối giữa motor bước và kim tiêm.

TÍNH TOÁN VÀ THIẾT KẾ HỆ THỐNG

3.2.1 Thiết kế sơ đồ khối hệ thống

Hệ thống bơm tiêm điện được thiết kế thành các khối như được mô tả ở hình 3.1

Hình 3.1 Sơ đồ khối của bơm tiêm điện

Hệ thống bơm tiêm điện bao gồm các thành phần chính như khối nguồn, khối ngõ vào, khối điều khiển, khối ngõ ra và khối cơ khí kết nối giữa bơm tiêm và motor bước, như được thể hiện trong hình 3.1.

Khối nguồn cung cấp nguồn cho khối vi điều khiển, khối ngõ vào và khối ngõ ra hoạt động

CHƯƠNG 3 TÍNH TOÁN VÀ THIẾT KẾ

Khối ngõ vào bao gồm 8 nút nhấn chức năng: nút UP và DOWN để tăng hoặc giảm giá trị thể tích và thời gian; nút LEFT-RIGHT để chọn vị trí điều chỉnh giá trị (hàng trăm, hàng chục hoặc hàng đơn vị); nút OK để thực hiện các tác vụ tiếp theo; nút EXIT để quay về màn hình chính; nút tiêm dùng cho chức năng kiểm soát đau, cho phép bơm tiêm hoạt động với các thông số đã cài đặt; và hai nút LEFT và RIGHT để điều chỉnh bệ đỡ ống tiêm.

Khối điều khiển bao gồm vi điều khiển có nhiệm vụ điều khiển bơm tiêm Vi điều khiển nhận hai giá trị thể tích và thời gian từ bàn phím, sau đó sử dụng thuật toán để điều chỉnh động cơ bước quay phù hợp Chẳng hạn, khi nhập thể tích cần tiêm là 3ml trong 20 giây, vi điều khiển sẽ tính toán để động cơ bước quay với tốc độ thích hợp, đảm bảo tiêm đúng 3ml trong khoảng thời gian 20 giây.

Khối ngõ ra của hệ thống bao gồm LCD, motor bước và driver LCD hiển thị thông số và trình tự của chu trình bơm tiêm điện Motor bước quay theo tốc độ và thời gian được yêu cầu từ khối điều khiển Để motor bước hoạt động ở chế độ vi bước, cần có driver, giúp chia nhỏ số bước của motor Thay vì quay 200 bước cho một vòng, driver cho phép motor thực hiện 1600 bước, giúp giảm nhiệt độ hoạt động và nâng cao độ phân giải, mang lại chuyển động mượt mà và êm ái hơn.

Khối cơ khí kết nối giữa bơm tiêm và motor bước bao gồm motor bước, kim tiêm và các kết nối cơ khí Chức năng của khối này là khi nhận tín hiệu từ vi điều khiển, motor bước sẽ quay, qua các kết nối cơ khí, đẩy bơm tiêm Thời gian và tốc độ đẩy của bơm tiêm được điều chỉnh theo hai giá trị thể tích và thời gian bơm được nhập từ bàn phím.

3.2.2 Tính toán và lựa chọn linh kiện a Lựa chọn và thiết kế khối vi điều khiển Đối với khối vi điều khiển, chức năng chính là dùng để điều khiển động cơ bước Mục tiêu cốt lõi là điều khiển động cơ bước đáp ứng được thời gian và thể tích đưa ra Đối với vấn đề thời gian, trong vi điều khiển có bộ định thời (timer); bộ định thời này

CHƯƠNG 3 TÍNH TOÁN VÀ THIẾT KẾ cho phép tính toán thời gian chính xác để thực hiện một công việc nào đó Ngoài ra, vi điều khiển có bộ điều chế độ rộng xung (PWM), PWM cho phép điều khiển tốc độ động cơ theo ý muốn [16]

Theo yêu cầu của đề tài về chức năng bơm tiêm thông thường, người sử dụng có thể nhập hai giá trị thể tích và thời gian bơm để kích hoạt bơm Trong trường hợp muốn motor bước quay 2 vòng trong 10 giây, quá trình kiểm soát bằng Timer sẽ hiệu quả hơn so với PWM Trong khoảng thời gian 10 giây, một ngõ ra của vi điều khiển sẽ đảo trạng thái liên tục, đảm bảo số xung xuất ra đủ để motor bước quay đúng 2 vòng, vì motor bước chỉ quay khi nhận được kích xung cạnh lên Do đó, nhóm quyết định chọn Timer để điều khiển theo yêu cầu của đề tài.

Hiện nay, sinh viên thường sử dụng các loại vi điều khiển như PIC, Arduino và ARM Trong số đó, PIC là lựa chọn phù hợp nhất cho việc sử dụng timer trong đề tài, mặc dù không đa nhiệm như Arduino hay ARM PIC vẫn đáp ứng tốt các yêu cầu sử dụng Timer và có nhiều ưu điểm như giá thành rẻ, dễ lập trình và dễ sử dụng Nhóm đã chọn vi điều khiển PIC16f877A để thực hiện dự án.

Một số tính năng kỹ thuật của PIC16f877A như: Điện áp hoạt động 5V, tần số hoạt động 20MHz, nhân 8 bit, … [18] PIC 16f877A có 3 bộ định thời timer: timer 0, timer

Nhóm sử dụng Timer1 để ràng buộc giá trị thời gian nhập từ bàn phím Đối với khối ngõ vào, chức năng chính là hỗ trợ nhập các giá trị thể tích và thời gian Khối ngõ vào bao gồm 8 nút nhấn, không có sự khác biệt rõ rệt trong việc lựa chọn nút, mà chủ yếu dựa vào tính thẩm mỹ hoặc giá thành.

Hình 3.3 Loại nút nhấn được sử dụng trong đề tài

Loại nút nhấn nhóm sử dụng là loại nhấn nhả kích thước 10mm, tối đa 1A 250V

Hình 3.4 Sơ đồ kết nối chân 8 nút nhấn với vi điều khiển 16f877a trên phần mềm mô phỏng Proteus

8 nút nhấn được kết nối vào port B của vi điều khiển, sử dụng thanh trở 1K kéo lên để cấp xung tích cực mức thấp cho nút nhấn

Hình 3.5 Sơ đồ nguyên lý nút nhấn tích cực mức thấp

Từ hình 3.5, nguồn cung cấp là 5V, qua điện trở 1K còn 5

Khi nhấn nút, nguồn điện tạo ra một vòng kín, dẫn đến tín hiệu vào vi điều khiển ở mức LOW Ngược lại, khi không nhấn nút, mạch hở tại vị trí nút nhấn khiến tín hiệu không được truyền đến vi điều khiển Do đó, để kiểm tra trạng thái nút nhấn, chỉ cần xem ngõ vào tương ứng của vi điều khiển có ở mức LOW hay không; nếu có, nút được nhấn, nếu không thì không nhấn Bước tiếp theo là lựa chọn và thiết kế khối ngõ ra.

Khối ngõ ra bao gồm LCD, motor bước và driver Các loại LCD hiện nay chủ yếu là 16x2 và 20x4, với kích thước là điểm khác biệt chính Đối với đề tài của nhóm, cần chú trọng vào việc chọn chức năng cho bơm tiêm, nhập thông tin thể tích và thời gian, cũng như hiển thị trạng thái của bơm tiêm.

Bảng 3.1 Bảng so sánh 2 loại LCD thông dụng trên thị trường

Tính năng kỹ thuật Hình ảnh

Hoạt động ở mức điện áp 5V, kích thước 80 x 36 x 12.5mm, có 2 chế độ truyền 4 bit và 8 bit [19]

Màn hình LCD hoạt động ở mức điện áp 5V, có kích thước 98 x 60 x 13.5mm, cho phép hiển thị 4 dòng với mỗi dòng 20 ký tự và hỗ trợ hai chế độ truyền 4 bit và 8 bit Để đảm bảo người sử dụng dễ dàng tiếp nhận thông tin, nhóm đã quyết định chọn loại LCD 20x4 với kích thước lớn hơn, nhằm truyền tải rõ ràng các giá trị và thông số cần thiết.

LCD hoạt động ở chế độ truyền 8 bit, với 8 chân từ D0 đến D7 được kết nối vào port D của vi điều khiển Chân số 1 và chân số 2 của LCD cũng đóng vai trò quan trọng trong quá trình hoạt động.

Chân số 16 được kết nối với GND, trong khi chân số 2 và chân số 15 được nối vào nguồn cung cấp cho LCD hoạt động Chân số 3 kết nối với biến trở để điều chỉnh độ sáng của nền LCD, với dòng vào chân này có thể thay đổi bằng cách điều chỉnh biến trở Thông thường, biến trở được đặt ở mức 50%, nghĩa là nếu sử dụng loại biến trở 1k, giá trị sau điều chỉnh sẽ là 500Ω, dẫn đến nguồn vào sẽ là 5V.

THI CÔNG HỆ THỐNG

4.1.1 Thi công board mạch Để tránh những thiếu sót trong quá trình thi công board mạch nên sẽ liệt kê tất cả các linh kiện được sử dụng trong mạch và các bước để tiến hành thi công mạch như trong bảng 4.1

Sau khi đã liệt kê tất cả các linh kiện cần thiết cho mạch, chúng ta sẽ tiến hành giai đoạn thi công mạch Dưới đây là quy trình chi tiết để thực hiện việc thi công mạch một cách hiệu quả.

1 Liệt kê các linh kiện, sắp xếp trên phần mềm mô phỏng Protues

2 Vẽ mạch in, sắp xếp các linh kiện trên mạch in, xuất file pdf

3 Tiến hành in mạch, ủi mạch trên board đồng và rửa mạch (bằng dung dịch rửa mạch chuyên dùng)

4 Kiểm tra hở mạch tại tại đường đi dây của từng linh kiện (Sử dụng VOM để kiểm tra)

5 Tiến hành khoan, hàn linh kiện và kiểm tra kỹ lưỡng các linh kiện sau quá trình hàn

4.1.2 Quá trình thi công các khối và kiểm tra a Lắp ráp và kiểm tra khối nguồn

Hình 4.1 Mặt dưới (a) và mặt trên (b) của khối nguồn sau khi hàn xong

Hình 4.1 minh họa các linh kiện và vị trí của chúng trong khối nguồn sau khi hàn, với hình 4.1a thể hiện mặt dưới và hình 4.1b thể hiện mặt trên của khối nguồn.

CHƯƠNG 4 THI CÔNG HỆ THỐNG

Bảng 4.1 Danh sách các linh kiện được sử dụng trong mạch

STT Tên linh kiện Giá trị Số lượng Chú thích

1 IC ổn áp 7805 1A 1 Có tản nhiệt

12 Domino 2 - 2 Dùng cho Driver và nguồn vào

13 Domino 3 - 1 Dùng để kết nối đất

15 Domino 8 - 1 Dùng cho 8 nhút nhấn

16 Hàng rào 16 - 1 Dùng kết nối LCD

Kết quả kiểm tra nguồn vào và nguồn ra được thể hiện trong hình 4.2, với nguồn vào đo được là 12.14V và nguồn ra là 4.97V.

Cả 2 giá trị đều nằm ở mức cho phép

Hình 4.2 Kết quả đo điện áp ngõ vào (a) và điện áp ngõ ra (b) của khối nguồn

Kết quả đo điện áp ngõ ra của khối nguồn đạt khoảng 5V, phù hợp với mục tiêu đề ra Để kiểm tra độ ổn định, nhóm đã thực hiện nhiều lần đo lường và kết quả điện áp thu được được trình bày trong bảng 4.2.

Bảng 4.2 Kết quả điện áp ngõ vào và ngõ ra của khối nguồn

STT đo Giá trị điện áp ngõ vào (V) Giá trị điện áp ngõ ra (V)

Độ ổn định của khối nguồn được đánh giá là tương đối cao, với kết quả nằm trong mức cho phép, mặc dù không hoàn toàn chính xác 100% Bên cạnh đó, quá trình lắp ráp và kiểm tra khối vi điều khiển PIC16F877A cũng được thực hiện.

Hình 4.3 Mặt dưới (a) và mặt trên (b) của vi điều khiển sau khi hàn

Hình 4.3 minh họa vi điều khiển sau khi đã được hàn Trong quá trình hàn, cần hàn các chân đế của vi điều khiển, tránh hàn trực tiếp các chân của vi điều khiển lên board mạch để ngăn ngừa sự phát sinh nhiệt có thể gây hỏng hóc.

Nhóm tiến hành kiểm tra các chân của PIC bằng VOM để đo kiểm tra hở mạch từ vị trí các chân đến linh kiện Qua quá trình này, nhóm xác định tất cả các chân đều đúng vị trí và không có chân nào bị hở mạch trong quá trình thi công Tiếp theo, nhóm thực hiện lắp ráp và kiểm tra khối ngõ vào.

Hình 4.4 Mặt dưới (a) và mặt trên (b) của khối ngõ vào sau khi hàn

Hình 4.4 mô tả vị trí các nút nhấn, cần đặt chúng ở mặt trên của hệ thống để người dùng dễ dàng thao tác Thay vì hàn trực tiếp lên board mạch, sử dụng domino 8 ngõ ra để kết nối 8 nút nhấn với vi điều khiển.

Trong quá trình hàn và kiểm tra, nhóm đã xác định đúng các chân kết nối của nút nhấn với chân của PIC, đồng thời đảm bảo không có hiện tượng hở mạch xảy ra Sau đó, nhóm tiến hành lắp ráp và kiểm tra khối ngõ ra bao gồm LCD và Driver.

Hình 4.5 Mặt dưới (a) và mặt trên (b) của khối output sau khi hàn, vị trí số 1 là chân cắm LCD, vị trí số 2 là chân cắm driver

Hình 4.5 minh họa vị trí của LCD và driver, trong đó LCD được kết nối với hàng rào 16 chân qua dây bus tín hiệu, yêu cầu LCD phải đặt ở mặt trên của hệ thống Đồng thời, hai domino được sử dụng: một domino với 4 ngõ ra và một domino với 2 ngõ ra để kết nối với driver thông qua dây tín hiệu.

Nhóm đã thực hiện kiểm tra tương tự như ở hai khối trước để xác định rằng khối LCD và Driver không có lỗi Sau khi hàn các khối lại với nhau, một board mạch hoàn chỉnh đã được tạo ra, như mô tả trong hình 4.6 Trong hình 4.6 b, vị trí số 1 là khối nguồn, số 2 là khối ngõ vào với 8 nút nhấn, số 3 là vi điều khiển PIC16F877A, số 4 là driver, số 5 dùng để nối đất, và số 6 là thanh rào kết nối với LCD Sau khi hoàn thiện và kiểm tra board mạch, nhóm không phát hiện bất kỳ lỗi nào trong quá trình thi công.

Hình 4.6 Mặt dưới (a) và mặt trên (b) của board mạch sau khi hàn.

THI CÔNG MÔ HÌNH

4.2.1 Cố định bộ điều khiển với mô hình

Board mạch sau khi hoàn thành và kiểm tra xong thì được cố định bởi các trụ đồng lên trên tấm mica, đồng thời driver cũng được cố định

Hình 4.7 Board mạch và driver sau khi kết nối với mặt dưới của tấm mica

Vị trí số 1 là board mạch sau khi được cố định, vị trí số 2 là driver

4.2.2 Thi công mô hình a Thi công khung cơ khí của hệ thống

Nhóm tiến hành lắp ráp và cố định khung cơ khí mặt trên và dưới cho hệ thống

Hình 4.8 Mặt dưới (a) và mặt trên (b) khung cơ khí hệ thống

Khung cơ khí được sử dụng để cố định các mặt của hệ thống, với kích thước cụ thể: khung dưới có kích thước 28cm x 24cm (hình 4.8 a) và khung trên có kích thước 28cm x 17cm (hình 4.8 b).

Sau khi hoàn tất việc cố định khung cơ khí, nhóm bắt đầu thi công các mặt bên của hệ thống, bao gồm một mặt sau, một mặt trên và hai mặt bên Mặt trên được thiết kế để cố định màn hình LCD và các nút nhấn, trong khi mặt sau bao gồm một chân cắm adapter nguồn, một ngõ ra cho chức năng số 2 và một công tắc nguồn.

Hình 4.9 Mặt trên (a) chưa khi nối dây và mặt trên (b) khi đã kết nối các dây dẫn

Hình 4.9 a mô tả mặt trên của hệ thống, trong đó vị trí số 1 là LCD được gắn chắc chắn bằng 4 con ốc, và vị trí số 2 là 7 nút nhấn được cố định bằng con tán để hỗ trợ các chức năng của hệ thống Hình 4.9 b thể hiện mặt dưới của hệ thống, với vị trí số 1 là mặt dưới của LCD và vị trí số 2 cho thấy quá trình hàn dây dẫn vào 7 nút nhấn.

Hình 4.10 Mặt sau của hệ thống

Mặt sau của hệ thống có một công tắc nguồn (vị trí số 1) và một ngõ cắm nguồn Adapter (vị trí số 3) Ngoài ra, còn có một vị trí cắm dây tín hiệu để thực hiện chức năng kiểm soát đau.

2) Sau khi thi công xong 4 mặt bên của hệ thống, nhóm tiến hành cố định lên 2 khung cơ khí

Hệ thống được mô tả trong hình 4.11 bao gồm ba góc nhìn khác nhau: hình 4.11 a thể hiện góc nhìn thẳng đứng từ trên xuống, cho thấy khung cơ khí, board mạch và các mặt bên; hình 4.11 b tương tự như hình 4.11 a nhưng có thêm mặt trên được cố định; hình 4.11 c là góc chụp nghiêng của hệ thống, sau khi đã cố định tất cả các mặt bên, board mạch và driver.

Hình 4.11 Hệ thống sau khi được cố định các mặt bên

Nhóm sử dụng giấy màu dán lên các mặt bên để tăng tính thẩm mĩ cho hệ thống b Thi công giá đỡ kim tiêm và motor bước

Kết nối motor bước với vitme thông qua khớp nối là một phần quan trọng trong hệ thống cơ khí của bơm tiêm điện Hệ thống này bao gồm hai thanh bu lông dài 22cm với đường kính 5mm để cố định, vitme để điều khiển chuyển động, khớp nối để kết nối vitme với motor bước, và motor bước để cung cấp lực chuyển động.

Hình 4.12 Motor bước sau khi kết nối với vitme

Kết nối giá đỡ kim tiêm: Giá đỡ kim tiêm được chia thành 3 phần (như đã trình bày ở chương 3)

Hình 4.13 3 phần của giá đỡ kim tiêm

Hệ thống bơm tiêm hoạt động nhờ vào phần chuyển động tịnh tiến được cố định với đai ốc, cho phép đai ốc di chuyển khi vít me xoay Hình 4.14 mô tả chi tiết các vị trí quan trọng: vị trí số 1 là giá đỡ kim tiêm, vị trí số 2 cố định kim tiêm trong quá trình truyền dịch, và vị trí số 3 giúp chuyển động tịnh tiến để truyền thuốc Sau khi cố định khối giá đỡ, nó sẽ được gắn lên khung cơ khí, hoàn thiện toàn bộ hệ thống như thể hiện trong hình 4.15.

Hình 4.14 Bơm tiêm đặt trên khối giá đỡ

Hình 4.15 Hệ thống sau khi thi công hoàn chỉnh.

LƯU ĐỒ VÀ THUẬT TOÁN CHƯƠNG TRÌNH

4.3.1 Tóm tắt các chức năng của hệ thống bơm tiêm điện Để phục vụ cho việc viết lưu đồ và lập trình, cần phải tóm tắt các chức năng của hệ thống bơm tiêm điện Hệ thống bơm tiêm điện của đề tài 3 chức năng chính:

Chức năng bơm tiêm thông thường cho phép người dùng nhập hai giá trị: thể tích muốn truyền và thời gian truyền Ví dụ, nếu người dùng muốn truyền 5ml trong 30 giây, họ chỉ cần nhập 30 giây và 5ml, sau đó nhấn OK để bơm tiêm bắt đầu hoạt động Bơm tiêm sẽ tự động dừng lại khi đạt đủ thời gian và thể tích đã định Để đáp ứng nhu cầu đa dạng về thể tích truyền, có ba loại bơm tiêm được sử dụng: 5ml, 10ml và 50ml.

Chức năng kiểm soát đau giúp bệnh nhân tự quản lý cơn đau sau phẫu thuật bằng cách cho phép họ truyền thuốc giảm đau khi cần thiết Sau khi thuốc giảm đau hết tác dụng, bệnh nhân thường cảm thấy đau tại vết mổ Để giảm thiểu cảm giác đau, bác sĩ sẽ thiết lập liều lượng thuốc cho phép bệnh nhân nhấn nút truyền thuốc khi cảm thấy đau Chức năng này tương tự như bơm tiêm liên tục, với hai giá trị được nhập vào để điều chỉnh thời gian truyền thuốc.

CHƯƠNG 4 THI CÔNG HỆ THỐNG truyền và thể tích truyền Tuy nhiên, tâm lý của bệnh nhân là mỗi lần thấy đau sẽ nhấn nút để tiêm, điều này sẽ gây nguy hiểm khi bệnh nhân truyền một lượng lớn thuốc giảm đau vào cơ thể trong một thời gian ngắn Vì vậy, để bảo vệ bệnh nhân, giá trị thời gian giữa 2 lần truyền liên tiếp được cài đặt, nói cách khác, khi bác sĩ cài đặt khoảng thời gian này thì cho dù bệnh nhân có nhấn nút truyền bơm tiêm cũng sẽ không hoạt động (bị khoá chức năng truyền) Sau khi đủ thời gian thì chức năng truyền mới hoạt động trở lại Ví dụ, người dùng muốn truyền một lượng 5ml thuốc giảm đau trong thời gian 100s, và giá trị cài đặt giữa 2 lần truyền là 10 phút, như vậy kể từ khi nhấn nút truyền thì trong khoảng 10 phút đó, cho dù đã truyền xong 5ml trong thời gian 100s thì người dùng muốn truyền lần nữa cũng không được, phải đợi đủ 10 phút thì mới truyền được lần tiếp theo Giá trị 10 phút được tính từ thời điểm nhấn nút truyền của lần truyền trước Đối với chức năng này, nhóm sử dụng 1 loại kim tiêm 10ml

Chức năng sử dụng ngân hàng thuốc rất quan trọng trong việc quản lý liều lượng thuốc cho từng bệnh nhân, đặc biệt với những thuốc như Propofol 1% (10mg/ml), một loại thuốc phổ biến trong gây mê Việc nhập cân nặng và loại thuốc sẽ giúp bơm tiêm tự động tính toán liều lượng chính xác, giảm nguy cơ sai sót có thể gây nguy hiểm cho bệnh nhân Propofol được sử dụng trong hai giai đoạn: khởi mê và duy trì mê, trong đó liều lượng duy trì là 8mg/kg thể trọng/giờ (hoặc 0,8ml/kg thể trọng/giờ) Để đáp ứng nhu cầu truyền dịch lớn trong giai đoạn duy trì, nhóm đã lựa chọn kim tiêm 30ml cho quá trình này.

Hệ thống bơm tiêm điện hoạt động dựa trên các chức năng chính đã được nêu, và để dễ dàng cho việc lập trình, cần tóm tắt quy trình hoạt động của nó Sau khi được cấp

CHƯƠNG 4 THI CÔNG HỆ THỐNG nguồn hoạt động, cần 2 nút nhấn để điều chỉnh tới hoặc lùi vị trí giá đỡ của bơm tiêm điện Sỡ dĩ phải cần tới 2 nút nhấn này là vì giúp cố định kim tiêm lên giá đỡ

Hình 4.16 Vị trí 2 nút nhấn, nút nhấn số 1: dịch chuyển bơm tiêm sang trái, nút nhấn số 2: dịch chuyển bơm tiêm sang phải

Vị trí số 1 và số 2 trên thiết bị là hai nút điều chỉnh để cố định kim tiêm Sau khi cố định kim tiêm, người dùng cần lựa chọn loại kim tiêm phù hợp, có thể là 5ml, 10ml hoặc 50ml Tiếp theo, cần chọn chức năng của hệ thống bơm tiêm điện và nhập các giá trị cần thiết cho từng chức năng Cuối cùng, sau khi hoàn tất các bước, nhấn nút OK để bắt đầu quá trình truyền.

4.3.2 Lưu đồ giải thuật chính của chương trình

Sau khi giới thiệu các chức năng của bơm tiêm điện và tóm tắt quá trình hoạt động cùng thuật toán, chúng tôi sẽ tiến hành vẽ lưu đồ giải thuật chính Lưu đồ này sẽ tập trung vào việc lựa chọn loại chức năng và các công thức tính toán tổng số bước cũng như thời gian quay một bước.

Hình 4.17 Lưu đồ chính cho đề tài

Sau khi điều chỉnh vị trí và chọn loại kim tiêm, bước tiếp theo là xác định chức năng cho đề tài Hệ thống cung cấp ba chức năng khác nhau và sẽ kiểm tra sự lựa chọn của người sử dụng.

Khi chọn chức năng tiêm bình thường, chương trình sẽ khởi động các chương trình con để nhập thể tích và thời gian tiêm Sau khi nhận dữ liệu, chương trình sẽ tính toán để chuyển đổi thành tổng số bước và thời gian quay một bước Cuối cùng, motor bước sẽ được điều khiển hoạt động để thực hiện việc tiêm thuốc theo các giá trị đã nhập.

Khi chọn chức năng kiểm soát đau, chương trình sẽ yêu cầu người dùng nhập thể tích, thời gian tiêm và thời gian giữa hai lần tiêm để tính toán các giá trị cần thiết Sau đó, chương trình kiểm tra xem phím TIÊM có được nhấn hay không; nếu có, motor bước sẽ được điều khiển để thực hiện tiêm thuốc Sau khi tiêm xong, chương trình sẽ thực hiện thời gian trì hoãn giữa hai lần tiêm và quay lại kiểm tra phím TIÊM một lần nữa.

Khi chọn chức năng số 3, chương trình sẽ khởi động các chương trình con để nhập cân nặng, tính toán các giá trị cần thiết và cuối cùng điều khiển motor bước hoạt động nhằm tiêm thuốc.

Sau khi thực hiện xong một trong ba chức năng thì ta nhấn nút quay về màn hình chính và thực hiện các công việc tiếp theo

 Lưu đồ chương trình con nhập thể tích

Hình 4.18 Lưu đồ chương trình con nhập thể tích

Chương trình kiểm tra ba phím nhấn: phím UP, phím DW và phím RI Khi nhấn phím UP, chương trình xác định vị trí của biến cột; nếu ở vị trí biến chục, nó sẽ tăng biến chục lên một đơn vị, nếu ở vị trí đơn vị, tăng biến đơn vị, và nếu ở vị trí thập phân, tăng biến thập phân Sau đó, chương trình gán giá trị P_UP = 0 để kiểm tra xem có nhấn phím nữa hay không.

Khi sử dụng phím DW, giá trị của biến tại cột hiện tại sẽ giảm xuống 1 đơn vị Nhấn phím RI sẽ thay đổi giá trị biến cột, làm cho vị trí của biến thay đổi khi nhấn UP hoặc DW Cụ thể, nếu đang điều chỉnh giá trị ở hàng chục, nhấn phím RI một lần sẽ chuyển sang điều chỉnh hàng đơn vị, và lần nhấn tiếp theo sẽ chuyển sang hàng thập phân Các giá trị chục, đơn vị và thập phân sẽ được hiển thị trên màn hình LCD dưới dạng số lớn, và thể tích được tính theo công thức T_TICH = CHUC * 100 + DV * 10 + TP, với hệ số gấp 10 lần để dễ dàng tính toán các thông số.

PHẦN MỀM SỬ DỤNG LẬP TRÌNH

Trong quá trình thực hiện đề tài, nhóm đã sử dụng phần mềm CCS để lập trình mã nguồn C cho vi điều khiển PIC của Microchip Để nạp mã cho vi điều khiển, nhóm cũng sử dụng phần mềm PICkit2.

Sau khi hoàn thành việc viết code, bạn cần chuyển đổi file code sang định dạng có đuôi hex File hex này sẽ được sử dụng với phần mềm PICkit2 để nạp code vào vi điều khiển PIC.

KẾT QUẢ, NHẬN XÉT, ĐÁNH GIÁ

Định dạng
Số trang	80
Dung lượng	5,24 MB