Thiết kế chế tạo máy lắc máu có cân ứng dụng trong y tế

Mục đích nghiên cứu của luận văn, đối tượng, phạm vi nghiên cứu: - Đối tượng nghiên cứu Đối tượng nghiên cứu của luận văn là thiết bị máy lắc máukèm cân, đưa ra các thông số kỹ thuật,t

1

MỤC LỤC

LỜI CẢM ƠN 3

LỜI CAM ĐOAN 4

MỤC LỤC HÌNH ẢNH 5

DANH MỤC VIẾT TẮT 7

MỞ ĐẦU 9

CHƯƠNG 1: ĐẶT VẤN ĐỀ 12

1.1 Vai trò lắc máu và định lượng lượng máu lấy từ người cho máu 12

1.2 Phương pháp giải quyết: 14

1.3 Nhu cầu máu cho điều trị tại Việt nam 14

CHƯƠNG 2 GIỚI THIỆU MỘT SỐ MÁY LẮC MÁU KÈM CÂN 17

2.1 Giới thiệu một số máy lắc máu kèm cân hiện nay 17

2.2 Giới thiệu một số thiết bị đặc trưng 18

2.2.1 Model MEDDA9802 – LM – Việt Nam 19

2.2.2 Model HEMOMIX 2 - Ý 20

CHƯƠNG 3: THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO THIẾT BỊ 21

3.1 Phân tích và xây dựng yêu cầu thiết kế 21

3.2 Sơ đồ nguyên lý thiết kế 25

3.2.1 Khối giao tiếp (bàn phím và hiển thị) 26

3.2.2 Khối lắc máu 32

3.2.3 Khối van kẹp 37

3.2.4 Khối cân 40

3.2.5 Vi điều khiển 50

3.2.5 Khối nguồn 59

3.2.7 Thiết kế vỏ máy 63

CHƯƠNG 4: HOÀN THIỆN SẢN PHẨM VÀ ĐÁNH GIÁ 65

4.1 Mạch nguyên lý tổng hợp và mạch in của sản phẩm 65

4.2 Kiểm chuẩn chất lượng 67

2

4.2.1 Xác lập cơ sở dữ liệu (hàm quan hệ) của phép cân 67

4.2.2 Thử nghiệm thực tế với quá trình truyền dịch 69

PHỤ LỤC Các phần mềm sử dụng trong đề tài 72

Phần mềm mô phỏng proteus 72

Phần mềm vẽ mạch Altium 73

Phần mềm viết code Code vision AVR 74

Phần mềm nạp code IC Prog 75

Phụ lục Nguyên tắc lấy máu 76

TÀI LIỆU THAM KHẢO 83

3

LỜI CẢM ƠN

Trước tiên tôi xin cảm ơn TS Nguyễn Phan Kiên đã tận tâm chỉ dẫn cho tôi những kiến thức nghiên cứu khoa học quý báu để tôi hoàn thiện luận văn.Tôi xin cảm ơn Bộ môn Công nghệ Điện tử và kỹ thuật Y sinh, Viện Điện

tử Viễn thông, Viện sau đại học, Trường Đại học Bách khoa Hà nội đã tạo mọi điều kiện giúp đỡ tôi trong quá trình học tập

Xin cảm ơn Phòng Vật tư Thiết bị Y tế, Phòng Tổ chức cán bộ, Viện Huyết học Truyền máu Trung ương, đã cho tôi tham dự khóa học này Hơn hết tôi xin cảm ơn Giáo sư Anh hùng lao động Nguyễn Anh Trí Viện trưởng Viện Huyết học Truyền máu Trung ương đã tạo động lực và tinh thần say mê khoa học để tôi có được ý tưởng tốt tạo ra được sản phẩm có thể đưa vào ứng dụng hữu ích cho ngành Huyết học Truyền máu

Sau cùng tôi xin cảm gia đình tôi, bạn bè và các bạn đồng nghiệp đã động viên giúp đỡ tạo điều kiện cho về thời gian, cũng như các ý kiến đóng góp quý báu để tôi hoàn thành khóa cao học này

4

LỜI CAM ĐOAN

Ngoài sự giúpđỡ và hướng dẫn của giảng viên TS Nguyễn Phan Kiên, luận văn này

là sản phẩm của quá trình tìm tòi, nghiên cứu của tác giả về các vấn đề được đặt ra trong luận văn Mọi số liệu, quan điểm, kết cấu cơ khí, thiết kế mạch, phân tích, đánh giá, kết luận của các tài liệu và các nhà nghiên cứu khác được trích dẫn theo đúng quy định Vì vậy, tác giả xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu thiết kế chế tạo máy lắc máu kèm cân là công trình nghiên cứu của riêng mình

Hà nội, tháng 08 năm 2014

Tác giả

Cù Tiến Dũng

5

MỤC LỤC HÌNH ẢNH

Hình 1 1 Một quy trình sản xuất chế phẩm máu tại Viện huyết học 13

Hình 1 2 Nhu cầu máu cho điều trị củaViệt nam 15

Hình 2 1 Model MEDDA9802 - LM 17

Hình 2 2 Delcon Hemomix 2 17

Hình 2 3 Model Hemolight Plus 18

Hình 2 4 Model Biomixer 330 18

Hình 3 1 Quy trình giảm thiểu sai số đối với phương pháp dừng lắc và cân 22 Hình 3 2 Sơ đồ khối 25

Hình 3 3 Khởi tạo cho LCD Nokia 5110 31

Hình 3 4 Mạch nguyên lý khối hiển thị LCD 32

Hình 3 5 Cơ cấu cam 33

Hình 3 6 Cơ cấu lệch trục 33

Hình 3 7 Cách lắp động cơ với kết cấu lắc 34

Hình 3 8 Nguyên lý của encoder 35

Hình 3 9 Cảm biến Hall 36

Hình 3 10 Vị trí lắp cảm biến Hall 36

Hình 3 11 Mạch và vị trí lắp mạch của cảm biến Hall 37

Hình 3 12 Cấu trúc 38

Hình 3 13 Nguyên lý chặn sử dụng động cơ RC 39

Hình 3 14 Kết cấu khối van kẹp 39

Hình 3 15 Mạch nguyên lý điều khiển động cơ và van kẹp 40

Hình 3 16 Nguyên lý đo sử dụng cảm biến áp suất 41

Hình 3 17 Một số lọai Loadcell thông dụng 43

Hình 3 18 Cấu tạo của Loadcell 44

Hình 3 19 Loadcell dạng uốn trong thực tế 47

Hình 3 20 CS5530 kết nối với nguồn 47

Hình 3 21 Cấu tạo bên trong của CS5530 48

6

Hình 3 22 Sơ đồ của khối khuếch đại trong CS5530 49

Hình 3 23 Mạch nguyên lý khối loadcell 50

Hình 3 24 ATMEGA 32 51

Hình 3 25 Sơ đồ chân vi điều khiển ATMEGA32 53

Hình 3 26 Kết cấu bên trong vi xử lý 54

Hình 3 27 Sơ đồ cấu trúc vi điều khiển Atmega16 54

Hình 3 28 Mạch nguyên lý khối vi điều khiển Atmega8 56

Hình 3 29 Mạch nguyên lý khối vi điều khiển Atmega32 57

Hình 3 30 Lưu đồ thuật toán điều khiển 58

Hình 3 31 Sơ đồ khối khối nguồn 59

Hình 3 32 LM2596 60

Hình 3 33 Sơ đồ cấu tạo của LM2596 60

Hình 3 34 Sơ đồ nguyên lý của LM2596 61

Hình 3 35 LM7806 62

Hình 3 36 Mạch nguyên lý khối nguồn 63

Hình 3 37 Bản vẽ thiết kế chi tiết vỏ máy 64

Hình 4 1 Nguyên lý tổng hợp 65

Hình 4 2 Mạch in hoàn thiện 66

Hình 4 3 Mạch in sản phẩm 66

Hình 4 4 Sản phẩm hoàn thiện cuối cùng 67

Hình 4 5 Thí nghiệm thực nghiệm kết quả đo 69

Phụ lục 1 Phần mềm proteus 72

Phụ lục 2 Phần mềm altium 73

Phụ lục 3 Phần mềm Code vision AVR 74

Phụ lục 4 Phần mềm IC Prog 75

3 ADC Analog digital convert

4 ALU Arithmetic and logic unit

5 ASCII American Standard Code for Information Interchange

8 CPU Central Processing Unit

11 EEPROM Electrically Erasable Programmable Read-Only Memory

15 I2C Inter-Intergrated Circuit

16 IEEE Institute of Electrical and Electronics Engineers

17 INVDK Đầu vào vi điều khiển

18 JTAG Joint Test Action Group

20 LCD Liquid Crystal Display

21 LED Light Emitting Diode

24 NTC National Telecommunications Conference

25 OUTVDK Đầu ra vi điều khiển

32 RISC Reduced Instructions Set Computer

35 RTD Regional Transportation District

36 SPI Serial Peripheral Interface

37 UART Universal asinchonus Receiver Transmitter

39 VCC Voltage Controlled Clock

41 WHO Tổ chức y tế thế giới

Nhận thức được tầm quan trọng của quá trình truyền máu, Thủ tướng chính phủ đã ra Quyết định số 198/2001/QĐ-TTG về việc phê duyệt Chương trình an toàn truyền máu trong đó có các yêu cầu về xây dựng các tiêu chuẩn và quy trình truyền máu quốc gia cũng như thành lập các trung tâm truyền máu quốc gia nhằm đảm bảo chiết tách các chế phẩm máu trong quá trình phục vụ thăm khám và chữa trị bệnh cho nhân dân

Với các yêu cầu trên có thể thấy, việc đảm bảo quy trình sản xuất chế phẩm máu mang tính quyết định trong việc đảm báo chất lượng máu phục vụ việc khám chữa bệnh trong đó có vai trò của các thiết bị phục vụ nghiên cứu và sản xuất chế phẩm máu

Cho tới hiện nay, các thiết bị phục vụ cho nghiên cứu và sản xuất chiết tách

và lưu trữ các sản phẩm máu cũng ngày càng hiện đại và chính xác Các thiết bị này phần lớn đều nhập từ nước ngoài và với giá thành thường rất cao Trong khi đó, với mục tiêu ưu tiên trong việc ứng dụng KHCN của Việt Nam vào trong việc sản xuất

và nội địa hóa các sản phẩm đã được Đảng và Nhà nước nhắc đến nhiều trong các nghị quyết đã ra những năm gần đây nhưng số lượng sản phẩm được đưa vào ứng dụng trong y tế là chưa nhiều

Chính vì thế, trong luận văn này chúng tôi đề xuất nghiên cứu chế tạo sản xuất máy lắc máu kèm cân một thiết bị quan trọng trong dây truyền sản xuất và

10

chiết tách các thành phần máu nhằm góp phần chủ động trong việc tạo ra các sản phẩm ứng dụng trong lĩnh vực y tế, chuẩn bị cho việc đáp ứng yêu cầu phát triển của ngành y tế nói chúng và Viện huyết học nói riêng

2 Mục đích nghiên cứu của luận văn, đối tượng, phạm vi nghiên cứu:

- Đối tượng nghiên cứu

Đối tượng nghiên cứu của luận văn là thiết bị máy lắc máukèm cân, đưa ra các thông số kỹ thuật,tính năng,tác dụng của máy lắc máu nhập khẩu hiện đang sử dụng tại Viện Huyết Học Truyền Máu Trung Ương, từ đó lên phương án nghiên cứu,thiết kế và chế tạo thiết bị có tính năng tương đương phù hợp với thiết bị nhập khẩu và các tiêu chuẩn của ngành Truyền máu

- Phạm vi nghiên cứu

Nghiên cứu tổng quan về các máy lắc máu kèm cân hiện đang được sử dụng tại Viện Huyết Học Truyền Máu Trung Ương cũng như các thiết bị hiện có trên thị trường, đánh giá, phân tích để chọn lựa giải pháp kỹ thuật phù hợp với bài toán kinh

tế đặt ra nhằm đảm bảo thiết bị nghiên cứu sản xuất ra đáp ứng được yêu cầu thị trường về mặt giá cả cũng như các chỉ tiêu kỹ thuật

Nghiên cứu, ứng dụng KHCN vào trong quá trình thiết kế sản phẩm nhằm đảm bảo tính khoa học cũng như tính chính xác của sản phẩm

3 Tóm tắt cô đọng các nội dung chính và đóng góp mới của tác giả:

Nội dung chính của luận văn là nghiên cứu, đánh giá tính năng kỹ thuật của một số dòng máy lắc máu kèm cân nhập khẩu đang được sử dụng tại Viện Huyết Học Truyền Máu Trung Ương.Từ đó đưa ra phương án thiết kế chế tạo thiết bị sử dụng vi điều khiển Atemaga32 để điều khiển cơ cấu lắc, kiểm soát lượng máu lấy được và hiển thị lên trên màn hình LCD Kết quả nghiên cứu cuối cùng của đề tài là

11

một sản phẩm có khả năng ứng dụng thực tế, có độ chính xác tương đương thiết bị ngoại nhập về chức năng, đồng thời đảm bảo yêu cầu thực tiễn trong ứng dụng cho ngành Huyết học Truyền máu Việt nam

4 Phương pháp nghiên cứu:

Phân tích các mô hình sản phẩm sẵn có trên thực tế đối chiếu với nhu cầu sử dụng tại Việt nam từ đó lực chọn bộ thông số kỹ thuật phù hợp và tiến hành thiết kế

mô hình thử nghiệm Chỉ tiêu chất lượng của máy sẽ được xác định thông qua các phép đo lường thí nghiệm

2 Bạch cầu là các tế bào có nhân, không mầu, có chứa chức năng bảo vệ

cơ thể chống lại các vi sinh vật xâm nhập cơ thể

a Tế bào thực bào ăn các tổ chức bị bệnh hoặc các vật lạ, tế bào thực bào có thể nhận diện bằng phương pháp nhuộm hạt (bạch cầu hạt trung tính,

ưa acid, ưa bazơ) hoặc đặc trưng về nhân: monocyte

b Tế bào miễn dịch liên quan đến các phản ứng miễn dịch thực thể cũng như phản ứng miễn dịch qua trung gian tế bào

2 Tiểu cầu: là các mảnh bào tương hình đĩa không nhân Tiểu cầu được phóng thích vào tuần hoàn để ngăn chặn các lỗ rò rỉ hoặc chảy máu

do các thương tổn

Tỷ trọng trung bình Tiểu cầu 1,058g/ml

Thể tích trung bình Tiểu cầu 16 x 10-15

lit

Các yếu tố thể dịch

Huyết tương là phần dịch trong máu mà các yếu tố tế bào được truyền dịch và lưu hành khắp cơ thể, gồm 3 thành phần chính: Nước, chất điện giải protein, các chất chống đông máu, …

13 Hình 1 1 Một quy trình sản xuất chế phẩm máu tại Viện huyết học

1.1.2 Chu trình thu gom, sản xuất chế phẩm máu và các thiết bị trong chu trình:

Ngày nay trong truyền máu hiện đại người ta không truyền máu toàn phần nữa mà truyền máu từng phần cần gì truyền nấy Do vậy máu thu nhận được từ người cho phải được chiết tách và sản xuất ra các thành phần riêng biệt nhằm đáp ứng nhu cầu điều trị Máu thu nhận được sản xuất và chiết tách ra các thành phần riêng biệt trong 24 giờ hoặc ngắn hơn tùy theo từng thành phần máu kể từ khi máu được lấy ra khỏi người cho máu.Các thành phần máu được chiết tách sản xuất ra từng thành phần riêng biệt dựa trên sự khác nhau về tính chất vật lý của chúng (trọng lượng, sự kết tủa trong những điều kiện nhiệt độ nhất định,….)

Với quy trình sản xuất chế phẩm máu hiện nay, các túi máu sau khi được lấy

sẽ được đưa vào máy ly tâm để phân lớp các thành phần máu.Có thế nói, song hành với một lịch sử phát triển khá lâu đời của ngành truyên máu thế giới, viện Huyết học Truyền máu Trung ương cũng đã có được nhiều thành tựu đáng khích lệ trong

suốt quá trình hình thành và phát triển Để đạt được điều đó, quy trình sản xuất chế phẩm máu của Viện cũng đã được hoàn thiện một cách đầy đủ nhằm đảm bảo chất lượng của quá trình chăm sóc và điều trị bệnh

Trong hình trên, có thể thấy, quy trình lấy máu từ người hiến tặng là việc đầu tiên thực hiện trong chuỗi sản xuất chế phẩm máu Việc cân máu, xác định chính

14

xác lượng máu được lấy sẽ liên quan trực tiếp tới chất lượng các sản phẩm chiết tách và các thành phần máu tương ứng Khi ly tâm để phân lớp các thành phần máu đòi hỏi độ cân bằng tuyệt đối, do đó nếu cân chính xác được khối lượng máu lấy ngay từ ban đầu sẽ làm giảm thiểu việc cân thăng bằng trước khi đưa máu vào ly tâm

1.1.3 Các vấn đề đặt ra khi thu nhận máu từ người cho:

- Đo lường chính xác thể tích máu thu nhận

- Ngừng chính xác khi lượng máu đã thu nhận đủ

- Kiểm soát dòng chảy của máu từ người cho

- Trộn đều các thành phần máu và chất chống đông không để máu đông và tiểu cầu ngưng kết

1.2 Phương pháp giải quyết:

1.2.1 Phương pháp đo lường và trộn tách rời:

Dùng một cân trọng lượng máu riêng biệt và lắc máu bằng tay Phương pháp này gây cho nhân viên y tế rất nhiều khó khăn nhân viên y tế phải theo dõi liên tục, thời gian thu nhận máu từ người cho chậm, sai số về thể tích máu thu nhận lớn, khó kiểm soát được dòng máu chảy từ người cho…

1.2.2Kết hợp trộn đều và định lượng:

Việc kết hợp trộn đều và định lượng trên cùng một thiết bị sẽ giải quyết được toàn bộ các khó khăn của phương pháp trên, sự kết hợp này sẽ giải quyết được tất cả các vấn đề được đặt ra

1.3 Nhu cầu máu cho điều trị tại Việt nam

Nhu cầu sử dụng máu trong cấp cứu và điều trị rất lớn, theo WHO thì cần phải có 2% dân số của một nước cho máu 1 lần/năm để đáp ứng nhu cầu máu của quốc gia, trong khi đó tỷ lệ này tại Việt nam hiện tại mới có khoảng 1% tương đương với 900.000 lượt người Máu còn thiếu rất nhiều để đáp ứng yêu cầu điều trị, nguyên nhân gây ra thiếu máu để điều trị phần lớn do nhận thức của người dân còn hạn hẹp dẫn tới thiếu nguồn người cho máu

15

Năm 2013 Viện Huyết học Truyền máu Trung ương thu nhận được 180.000 đơn vị máu (180.000 lượt người tham gia hiến máu), có ngày thu nhận được 7000 đơn vị máu tại lễ hội hiến máu Xuân hồng

Với số lượng đơn vị máu thu gom được tại Việt nam càng ngày càng tăng và

để rút ngắn thời gian sản xuất chiết tách các thành phần máu, đảm bảo chất lượng của chế phẩm máu thì lắc và cân đo được chính xác lượng máu lấy ban đầu ban đầu

Hình 1 2 Nhu cầu máu cho điều trị củaViệt nam

Hình 2.3 Ảnh hiến máu tại bộ giao thông vận tải năm

2014(nguồn website bộ giao thông vận tải )

16

là rất quan trọng Hiện tại Ngành Huyết học Truyền máu nói chung Viện Huyết học Truyền máu nói riêng vẫn còn đang sử dụng khá lớn các cân máu bằng các cân thô

sơ độ chính xác không cao (cân đĩa 1kg)

Với số lượng máu thu nhận cho điều trị ngày càng tăng, thì số lượng các thiết

bị cho ngành truyền máu cũng tăng theo, trong nhóm các thiết bị nêu trên có rất nhiều thiết bị có thể chế tạo và sản xuất được tại Việt nam trong điều kiện nghiên cứu và công nghệ của nước ta hiện nay Ví dụ như : Máy lắc máu kèm cân, Bể ổn nhiệt +40C, Tủ lạnh lưu trữ máu, các dụng cụ phụ trợ cho quá trình lấy máu và bảo quản máu như Ghế cho người lấy máu, thùng đựng máu khi vân chuyển máu từ nơi này đến nơi khác,

Chính vì thế, việc cần thiết chế tạo một thiết bịgiá thành hạ cụ thể trong luận văn này là Máy lắc máu kèm cân, có độ chính xác cao để đáp ứng yêu cầu sản xuất chế phẩm máu quốc gia hiện đang là một vấn đề được quan tâm hàng đầu đối với ngành y tế Việt nam nói chung và ngành huyết học nói riêng

17

CHƯƠNG 2 GIỚI THIỆU MỘT SỐ MÁY LẮC

MÁU KÈM CÂN

2.1 Giới thiệu một số máy lắc máu kèm cân hiện nay

Tại Việt Nam, đa số các máy lắc máu điện tử kèm cân được nhập khẩu Một

số doanh nghiệp trong nước đã chế tạo được máy này, nhưng vẫn chưa phổ biến nhiều trên thị trường Dưới đây là bảng tổng hợp một số loại máy lắc máu điện tử

kèm cân trên thị trường Việt Nam:

1 Máy lắc với túi máu (Model: MEDDA9802 -

LM) (Việt Nam)

Công ty TNHH MTV Viettronics Medda

3 Máy lắc túi máu Delcon Hemomix 2 (Ý) - Công ty Cổ phần Khoa học

18

5 Máy cân lắc túi máu, Biomixer

330,LJUNGBERG & KÖGEL AB,Thụy điển

Công ty TNHH Thiết bị y tế Thu Thủy

Thông qua quá trình sử dụng thực tế, có thể chỉ ra được một vài điểm khác biệt của các dòng máy lắc máu kèm cân như sau:

- Đối với các dòng máy của nước ngoài:

o Ưu điểm: Chất lượng tốt, độ bền cao

o Nhược điểm: Giá thành cao, khả năng bảo dưỡng gần như không có

- Đối với các dòng máy đã được sản xuất tại việt nam

o Ưu điểm: Giá thành hợp lý, bả dưỡng và sửa chữa dễ dàng

o Nhược điểm: Độ thẩm mĩ chưa được cao

2.2 Giới thiệu một số thiết bị đặc trưng

Để hiểu rõ hơn, trong phần này sẽ giới thiệu về 2 dòng máy đặc trưng trên thị trường hiện nay để làm cơ sở tham khảo, trong đó bao gồm:

Hình 2 4 Model Biomixer 330 Hình 2 3 Model Hemolight Plus

19

- Máy lắc máu không kèm cân Model MEDDA9802 – LM do Việt Nam sản xuất

- Máy lắc máu kèm cân Model HEMOMIX 2 do Ý sản xuất

2.2.1 Model MEDDA9802 – LM – Việt Nam

Đây là máy lắc máu do Công ty TNHH MTV Viettronics Medda thiết kế và sản xuất trên ý tưởng của Viện Huyết học Truyền máu Trung ương vào khoảng năm

- Phần kiểm soát thể tích máu: dùng phương pháp kiểm soát độ dầy túi máu bằng phương pháp quang học với các thể tích khác nhau nên độ chính xác không cao, phụ thuộc rất nhiều vào các yếu tố như vị trí đặt túi máu, … chính điều này làm cho khi

sử dụng các túi máu 4 thì gây thêm khó khăn cho người sử dụng

Hiện nay máy lắc máu này gần như không còn được sử dụng nữa

Một số thông số kỹ thuật chính như sau:

o Dải đo lường: 3 mức 250ml, 350ml, 450ml

o Lắc trộn khoảng 30 – 50 vòng phút

o Không theo dõi được dòng máu chảy từ người cho máu

o Điện áp nguồn: 01 pha x 220VAC 50/60Hz ±10%

o Máy lắc máy có chế độ báo vệ khi lấy máu như còi kêu, kẹp túi máu

o Vỏ máy được làm bằng thép sơn tĩnh điện

Như vậy, có thể nói, cho tới thời điểm hiện nay, các thiết bị sản xuất trong nước vẫn chưa đáp ứng được yêu cầu thực tế của công tác thu nhận máu cũng như các yêu cầu cao trong quy trình sản xuất chế phẩm máu Do đó, sản phẩm trong nước làm ra khó có cơ hội cạnh tranh với các sản phẩm nước ngoài, chưa tính về giá thành Chính vì thế, yêu cầu cấp bách đặt ra trong luận văn là chế tạo thành công máy lắc máu kèm cân có tính năng kỹ thuật tương đương với thiết bị nước ngoài, giá thành

hạ nhằm đảm bảo khả năng chủ động trong cung cấp trang thiết bị cũng như đảm bảo được mức đầu tư hiệu quả đối với các trang thiết bị y tế Mặt khác, việc làm chủ công nghệ chế tạo sản phẩm cho phép đơn vị cung cấp sản phẩm trong nước có khả

20

năng hỗ trợ bảo dưỡng, sửa chữa thiết bị trong trường hợp hỏng hóc và đây cũng là vấn đề lớn đối với các sản phẩm nước ngoài hiện nay chưa đáp ứng được hoặc đáp ứng chậm hay giá thành sửa chữa còn quá lớn

2.2.2Model HEMOMIX 2 - Ý

Hemomix 2 là thiết bị lắc và cân điện, nó được thiết kế để có thể thu nhận máu được

dễ dàng nhất Hemomix 2 có thể nhận máu liên tục với chất chống đông trong túi đựng máu, người sử dụng có thể thu nhận máu theo thể tích, thời gian và tỉ lệ lưu lượng trung bình, máy sẽ tiến hành kiểm tra liên tục để đảm bảo cho lưu lượng nằm trong khoảng giá trị lớn nhất và nhỏ nhất, đồng thời luôn theo dõi điểm kết thúc quá trình, nằm trong khoảng thời gian đặt và dừng qua trình lại khi thể tích đã đạt được (hoặc khi đã vượt quá thời gian tối đa) Tuy nhiên người sử dụng có thể tiếp tục quá trình nhận máu khi Hemomix 2 dừng lại do vượt quá thời gian giới hạn Quá trình thu nhận máu sẽ được quản lý bằng chương trình trên vi điều khiển Khi thể tích thu nhận máu đạt tới, van kẹp sẽ tự động đóng lại, kẹp chặt ống và người sử dụng được cảnh báo với báo động âm thanh và hình ảnh

Một số thông số kỹ thuật của Hemomix 2

o Dải cân đo 10 đến 990 ml sai số ≤±3 ml hoặc gram

o Kiểu lắc trộn 3D

o Cảnh báo khi lưu lượng dòng không đủ hoặc quá cao

o Làm việc với dòng điện một pha, điện áp 115/230 VAC hoặc với pin

có thể sạc lại được

o Hiển thị thời gian đã trôi qua của quá trình nhận máu

o Hiển thị lưu lượng dòng trung bình và thể tích máu thu nhận được

o Tín hiệu âm thanh và hình ảnh khi kết thúc quá trình

o Bộ nhớ trong có khả năng lưu tới 2048 quá trình thu nhận

o Khay lấy máu chuyển động 3D giúp lắc máu với chất chống đông

21

CHƯƠNG 3: THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO THIẾT BỊ

3.1 Phân tích và xây dựng yêu cầu thiết kế

Để xây dựng yêu cầu thiết kế chế tạo thiết bị, việc đầu tiên đó chính là việc phân tích các nguyên lý hoạt động của các thiết bị lắc máu kèm cân hiện nay

3.1.1 Lựa chọn phương pháp kết hợp lắc cân:

Nguyên lý chung của các thiết bị lắc máu kèm cân được thực hiện bởi 02 nguyên lý

cơ bản:

- Cân động: Quá trình lắc và cân được thực hiện liên tục đồng thời

Với việc cân động, quá trình lắc được thực hiện liên tục, đồng thời máy sẽ liên tục thu nhận giá trị cân nặng và sử dụng hệ thống phần mềm thông minh để lựa chọn đánh giá thời điểm cân đạt độ chính xác Độ chính xác phép cân buộc phải loại

bỏ các lượng dao động nhiễu do máu di chuyển trên khay lắc hoặc bản thân túi máu

di chuyển hay nằm trong hay ngoài trọng tâm khay cân Tuy nhiên, để làm được việc này, buộc phải sử dụng một phần mềm nhúng với khả năng lựa chọn thông minh và cần phải thực hiện quá trình thống kê tương đối lâu để đạt một cơ sở dữ liệu đủ lớn và tin cậy, trước khi xây dựng được hàm cân của hệ thống Giải pháp này cũng buộc phải thực hiện cân đối khác nhau đối với cấu trúc cơ khí khác nhau

- Dừng lắc và cân: Quá trình cân được thực hiện trong khoảng ngắt dừng lắc

Trong khi đó, với phương pháp dừng lắc và cân thì quá trình cân và lắc được coi là hai quá trình độc lập Việc dừng lắc và cân cho phép phép cân được thực hiện chính xác Tuy nhiên, trong phương án này, việc xác định thời gian dừng để cân là bài toán cần phải thực hiện vì nếu thời gian này không hợp lý sẽ gây ra sai số trong quá trình cân Ví dụ thời gian lắc quá lâu mới dừng cân thì có khả năng lượng máu vào túi đã vượt quá mức cho phép

- Nguyên lý lựa chọn thiết kế: So sánh giữa 2 phương pháp trêncó thể thấy

rằng, việc xác định thời gian là tương đối đơn giản so với phương pháp cân động

Do đó, với thời gian có hạn của luận văn, phương pháp dừng lắc và cân được lựa

chọn để thực hiện thiết kế theo hướng đó

22

Phương pháp dừng lắc và cân

Để phân tích kỹ hơn quá trình dừng lắc và cân, phần dưới đây chỉ ra các điểm cần quan tâm trong quá trình dừng lắc và cân, việc lựa chọn thời gian và phương pháp rút ngắn khoảng sai số bằng quá trình dừng lắc và cân

Hình 3 1 Quy trình giảm thiểu sai số đối với phương pháp dừng lắc và cân

Với phương pháp dự kiến trong hình 3.1, có thể thấy, với việc cân đối thời gian lắc lúc đầu dài và giảm dần thời gian dừng lắc để tăng cường cân nhằm đảm bảo độ chính xác của phép cân là tương đối khả thi Do đó, trong luận văn này, việc lựa chọn phương án này là khả thi cả về mặt thời gian cũng như về độ chính xác của thiết bị

3.1.2 Lựa chọn thông số kỹ thuật

Việc định lượng được chính xác kết hợp lắc trộn đềulượng máu lấytừ người cho là yếu tố quan trọng của máy lắc máu kèm cân Theo WHO để không ảnh hưởng đến sức khỏe người cho máu thì số lượng máu thu nhận không được vượt quá 10% tổng thể tích máu cơ thể, cứ 1 Kg cân nặng có từ 70 đến 80ml máu, do đó

số lượng máu lấy từ người cho có 3 mức 250ml, 350ml, 450ml và sai số không quá 1% thể tích máu thu được

Thông số lắc trộn đối với máy lắc máu thì không cần kiểm soát chính xác bởi

vì máu lấy ra khỏi cơ thể người sau 7 phút sẽ ngưng kết ( đối với người bình thường theo phương pháp đo thời gian máu chảy Buke) Từ đó chúng tôi lựa chọn các

thông số này như sau:

Tải trọng 1000g sai số ± 2g cho toàn dải

Rút ngắn thời gian dừng lắc

23

Như tiêu chí đề ra đối với máy lắc máu kèm cân, việc thực hiện thiết kế chế tạo các thiết bị phải đảm bảo có thông số kỹ thuật tương đương so với thiết bị nước ngoài Do đó, phần dưới đây sẽ thống kê một số đặc điểm chung và yêu cầu thông

số kỹ thuật chung của các thiết bị nước ngoài đang có tại Việt nam để làm cơ sở và tiêu chuẩn kỹ thuật của thiết bị sẽ được nghiên cứu, thiết kế và chế tạo Đảm bảo được các thông số và tiêu chuẩn kỹ thuật này về cơ bản sẽ đáp ứng được các yêu cầu về độ chính xác cũng như đáp ứng được các yêu cầu ứng dụng trong thực tế của thiết bị

Các thông số kỹ thuật lựa chọn cho máy lắc máu của đề tài và so sánh với thông số kỹ thuật như sau :

Mẫu tương tự (theo

các tiêu chuẩn mới

nhất)

Trong nước Thế giới

0 - 1000

3 mức 250ml, 350ml, 450ml

10ml – 990ml

Độ chính xác cân nặng Gam

± 2 của trọng lượng thực

5% tổng thể tích thu nhận

≤ ± 3ml hoặc g

Nguồn điện dự trữ trong

24

Điện áp sử dụng

220VAC 50/60Hz (± 10%)

220VAC 50/60Hz (± 10%)

220VAC 50/60Hz (± 10%) Thiết bị bảo vệ: Còi, kẹp

Tính năng báo động, báo

hiệu khi máu chảy chậm,

không chảy máu, không

có khay đựng túi máu…

báo vệ khi lấy máu như

còi kêu, kẹp túi máu

Bảng 3 1 Bảng thông số kỹ thuật của máy dự kiến so với máy nước ngoài

Thiết kế chi tiết

Theo các yêu cầu thiết kế trên, phần dưới sẽ chỉ ra chi tiết các thiết kế khối riêng biệt nằm trong sơ đồ khối chung tổng thể của máy Các thiết kế chi tiết này sẽ được

sử dụng tổng hợp thành thiết bị nhằm đạt được các yêu cầu kỹ thuật đã đề ra

25

3.2 Sơ đồ nguyên lý thiết kế

Đối với các máy lắc máu kèm cân phục vụ việc thu nhận máu từ người hiến tặng, việc đầu tiên cần làm đó là người sử dụng sẽ cài đặt lượng máu cần lấy (đơn vị

là ml) Việc cài đặt được thực hiện nhờ hệ thống bàn phím, các thông số được hiển thị lên màn hình LCD

Sau khi thiết lập xong các thông số đối với quá trình lấy máu, máy sẽ bắt đầu chạy mà cụ thể là quá trình lắc được thực hiện Quá trình dừng lắc và cân như đã được phân tích ở trên đã được một số hãng nước ngoài thực hiện và áp dụng Để việc cân được chính xác, máy sẽ lắc 4 vòng, rồi dừng lại cân 1 lần Chu kỳ lắc khoảng 1 vòng/s, trong 1 phút máy lắc được khoảng 45 vòng, thời gian dừng cân khoảng 1 giây Lượng máu lấy được sau mỗi cân khoảng 6 đến 7 ml/lần

Khi lượng máu lấy được gần bằng lượng cài đặt (cách khoảng 10 đến 15 ml), máy sẽ dừng lắc và cân liên tục Đến khi lượng máu lấy đã đủ, máy sẽ báo chuông

để người sử dụng biết, đồng thời có 1 cơ cấu van kẹp sẽ ngắt dây truyền máu, sau

đó máy sẽ tiếp tục lắc với chu kỳ như trên

Như vậy, với phương pháp dừng lắc và cân sau khi thống kê từ các chỉ tiêu

kỹ thuật của các thiết bị lắc máu tiên tiến đang sử dụng phương pháp này cho thấy

Hình 3 2 Sơ đồ khối

- Khối cân thực hiện nhiệmvụ cân trọng lượng của túi máu

- Khối lắc máu bao gồm cả phần kết cấu cơ khí cho phép thực hiện lắc máu

- Khối van kẹp cho phép thực hiện các thao tác dừng khi máu lấy đủ hoặc các trường hợp điều khiển bằng tay cho phép người sử dụng điều chỉnh theo các yêu cầu cụ thể

- Khối giao tiếp cho phép hiển thị các thông tin, giao tiếp với người sử dụng như hiển thị giá trị lượng máu hiện tại, thiết lập các thông số ban đầu.Đi kèm với chức năng hiển thị, khối giao tiếp cũng có hệ thống bàn phím nhằm thực hiện các thao tác tương tác giữa người sử dụng với máy

- Khối nguồn được thiết kế nhằm cung cấp đủ nguồn điện cho toàn bộ máy hoạt động

Sau đây, chúng ta sẽ lần lượt đi vào thiết kế chi tiết các khối trong máy nhằm đạt được các yêu cầu kỹ thuật đã đề ra ở trên.

3.2.1 Khối giao tiếp (bàn phím và hiển thị)

Thông thường, khi chuẩn bị sử dụng máy, sau khi đặt túi lấy máu, … người

sử dụng cần thiết phải thực hiện thiết lập thông số ban đầu cho máy mà cụ thể bao gồm:

- Bật tắt máy (cần 01 phím bật tắt nguồn)

- Chọn lựa thông số như chọn lựa dải máu muốn lấy (150ml, 250ml, 500ml, 1000ml,…) Do đó với việc chọn lựa dải máu muốn lấy, tối thiểu cần 1 phím chọn lựa (nếu điều khiển theo vòng) Tuy nhiên để thuận tiện, thường người ta sử dụng 02 phím cho việc điều khiển chọn mức lên xuống nhằm tạo sự thuận lợi cho người sử dụng

- Trên thực tế, khi cân, việc cân ở đây được thực hiện là cân máu chứ không cân cả các thành phần khác như túi đựng máu Do đó, trước khi

27

thực hiện cân cần phải có thao tác để loại bỏ cân nặng của túi đựng máu Từ đây chỉ ra rằng máy cần thêm 01 phím thực hiện chức năng loại bỏ cân túi máu trước khi cân

- Sau khi loại bỏ, sẽ cần 01 phím để chọn lựa chạy hay cơ bản là bắt đầu thực hiện cân hoặc đang cân thì dừng Đồng thời cũng cần thêm 01 phím để thực hiện chức năng dừng hẳn, khi kết thúc quá trình lấy máu

- Để việc chọn lựa lượng máu cần lấy đơn giản, ta sẽ cài 1 số lượng máu

cố định hay lấy ( ví dụ như 350ml, 400ml, 500ml ) Vì thế sẽ có 1 phúm preset để cài đặt lượng máu này

Tổng hợp lại, khối giao tiếp cần có tối thiểu 7 phím Thực hiện chức năng hiển thị, để thuận tiện cho người sử dụng, trong phần này chúng ta lựa chọn

sử dụng LCD để tạo sự thuận tiện cho quá trình giao tiếp người-máy

Như đã đề cập, hiển thị sẽ sử dụng LCD nhằm tạo thuận lợi trong quá trình giao tiếp người-máy do đó ở đây chỉ cần chọn lựa LCD nào sao cho loại LCD

đó có thể hiển thị đầy đủ các thông tin Ngoài ra, để đảm bảo mẫu mã đẹp cho máy, các loại LCD có kiểu dáng đẹp, màn hình sáng, dễ nhìn cũng sẽ được sử dụng để đưa vào thiết kế chi tiết

Dưới đây là một số loại LCD có trên thị trường

kế mạch) Nhược

Đối với hệ thống bàn phím Hiện nay cũng có rất nhiều các loại phím bấm khác nhau cho phép thực hiện các chức năng giao tiếp Dưới bảng dưới

kế

- Thiết kế chi tiết

Để thiết kế mạch hiển thị sử dụng LCD Nokia 5110, dưới đây sẽ chỉ ra sơ bộ chức năng, sơ đồ chân, cách giao tiếp, các lệnh điều khiển và phương pháp khởi tạo cho LCD

a Chức năng các chân

- RST : Chân reset LCD

- CE: Chân cho phép hoặc không cho phép LCD hoạt động

- DC: Chân chọn dữ liệu gửi đến LCD là lệnh hoặc là dữ liệu hiển thị ra màn hình

- DIN: Chân truyền dữ liệu

- CLK: Chân truyền xung nhịp

- VCC: Chân cấp nguồn cho LCD

- BL: Chân cấp nguồn cho led nền màn hình LCD

- GND: Chân mass

b Giao tiếp với LCD NOKIA 5110

Việc gửi dữ liệu từ vi điều khiển đến LCD NOKIA 5110 được chia làm chế độ Chế

độ gửi lệnh điiều khiển LCD và chế độ gửi dữ liệu hiển thị ra LCD Chân DC được

+ Cách thứ nhất: Gửi mỗi lần 1 byte đến LCD

Khi chân CE ở mức cao (CE=1), bất kỳ một sự thay đổi tín hiệu nào trên chân CLK cũng không ảnh hưởng đến LCD Người dùng chỉ có thể gửi dữ liệu đến LCD khi chân CE ở mức thấp(CE=0)

Sau mỗi chu kì của xung clock (xung cạnh lên) thì 1 bit dữ liệu được dịch vào LCD trên chân DIN

Chân CE sẽ được giữ ở mức thấp(CE=0) cho tới khi việc gửi dữ liệu hoàn tất

Tín hiệu reset LCD được tạo ra khi chân RST được kéo xuống mức thâp (RST=0) Khi đang truyền 8 bit dữ liệu (1 byte), nếu có tín hiệu reset LCD thì quá trình truyền

sẽ bị hủy Cho đến khi chân RST ở mức cao (RST=1), trong chu kì xung clock tiếp theo, quá trinh truyền dữ liệu (của byte vừa

bị hủy) sẽ được thực hiện lại

o V=0: Giá trị của địa chỉ tăng theochiều ngang

o V=1: Giá trị của địa chỉ tăng theo chiều dọc

o D=0, E=0: Không hiển thị

o D=0, E=1: Hiển thị tất cả các điểm ảnh của màn hình LCD

31

o D=1, E=0: Chế độ hiển thị thông thường

o D=1, E=1: Chế độ hiển thị ngược (nềnđen, chữ trắng)

- Lệnh thiết lập địa chỉ

dòng (set Y address)

LCD Nokia 5110 có thể hiển

thị 6 dòng (0 ->5), vì vậy chỉ

cần 3 bit Y2, Y1, Y0, để

chứa giá trị này

- Lệnh thiết lập điện áp hoạt động cho LCD (Set Vop)

o Người dùng có thể

thiết lập các bit từ Vop6 ->Vop0 để chọn điện áp hoạt động cho LCD, dựa vào công thức sau: Vlcd=a+(Vop6 ->Vop0)*b với giá trị của a, b

là: a=3.06, b=0.06

o Ví dụ: Để chọn điện áp hoạt động của LCD là 5V, ta làm như sau: Theo công thức ta sẽ có:5=3.06 +(Vop6 ->Vop0)*0.06từ đó suy ra: (Vop6 ->Vop0) =32,33 Ta sẽ chọn số nguyên là 32 hay bằng 20H=0100000B

Vậy, giá trị đưa vào LCD để set giá trị điên áp cho LCD là: 11000000B hayC0h.Ngoài ra còn 1 số lệnh khác trong chế độ (H=1),

có thể tham khảo thêm trên datasheet của LCD Nokia 5110

d Cài đặt (khởi tạo) cho LCD

Thường khi giao tiếp LCD với vi điều khiển, chúng ta có 1 hàm gọi là hàm "khởi

Hình 3 3 Khởi tạo cho LCD Nokia 5110

32

tạo" cho LCD, và chúng ta gọi hàm này trước khi muốn hiển thị cái gì đó ra LCD Trong hình 3.3 chỉ ra các bước khởi tạo đối với LCD dòng Nokia 5110 thông qua các bước cụ thể

e Mạch nguyên lý cho khối giao tiếp

Sau khi lựa chọn linh kiện, các phím bấm, mạch nguyên lý cho khối giao tiếp được chỉ ra trong hình 3.4

Như vậy, có thể nói, với mạch

nguyên lý này, cho phép

người sử dụng có thể lựa chọn

đầy đủ các tính năng đòi hỏi

như yêu cầu giao tiếp giữa

người và máy như đã phẫn

tích ở trên

3.2.2Khối lắc máu

Như đã nói, thông thường túi

máu được đặt trên khay Khi

máy chạy cơ cấu lắc cho phép

lắc túi máu theo kiểu bập

bênh Bằng cách này máu sẽ

không bị đông trong quá trình lấy máu ra khỏi cơ thể người hiến tặng

Thực tế, khối lắc máu sẽ sử dụng một động cơ một chiều thực hiện việc điều khiển quá trình lắc Do đó, để đảm bảo tính thống nhất trong quá trình thiết kế, tại phần này sẽ nói sơ bộ về việc lựa chọn động cơ phục vụ cơ cấu lắc máu

Hình 3 4 Mạch nguyên lý khối hiển thị LCD

33

Việc sử dụng động cơ một chiều này cho phép tiết giảm được một lượng năng lượng lớn cho thiết bị, đặc biệt với các máy lắc máu hiện nay Đối với các động cơ một chiều, có khá nhiều loại khác nhau có thể sử dụng cho máy lắc máu Tuy nhiên,

để thuận tiện cho quá trình thiết kế thiết bị, động cơ một chiều 12V, tốc độ vòng đạt khoảng 58 vòng phủt là phù hợp với quá trình tạo lắc máu Do đó, các động cơ một chiều hiện có thường phải có hộp giảm tốc với tỷ lệ tương ứng Động cơ loại 12 V thường có tốc độ khoảng 5210 vòng phút tiêu chuẩn nên với tỷ lệ chuyển đổi của hộp giảm tốc đạt 1/100 là phù hợp với quá trình tạo lắc

Kết cấu cơ khỉ lắc

Xét về bài toán cơ khí để tạo ra các dao động lắc kiểu bập bênh, lại sử dụng động cơ

để điều khiển điện tử như vậy về cơ bản kết cấu cơ khí sẽ thuộc dạng các kết cấu chuyển từ chuyển động quay tròn sang chuyển động 2 chiều Các cơ cấu có thể lựa chọn ở đây bao gồm:

- Thiết kế theo cơ cấu Cam

- Thiết kế theo cơ cấu lệch tâm

Thiết kế theo cơ cấu Cam

Cam là cơ cấu dẫn, cần là cơ cấu bị dẫn Khi

cam và cần ở trong cùng 1 mặt phẳng,hoặc ở

trên các mặt phẳng song song ta có cơ cấu

cam phẳng, khi cam và cần không cùng nằm

trên 1 mặt phẳng hoặc 2 mặt phẳng không

song song ta có cơ cấu cam không gian

Trong cơ cấu cam, cam và cần được nối với

giá bằng khớp thấp(khớp trượt, khớp quay), và

nối với nhau bằng khớp cao Thông thường

cam nối với giá bằng khớp quay; khi cần nối

với giá bằng khớp trượt ta được cơ cấu cam

cần đẩy, cần khi đó sẽ chuyển động tịnh tiến

qua lại; khi cần nối với giá bằng khớp quay ta

được cơ cấu cam cần lắc, cần khi đó chuyển

động lắc qua lắc lại Thành phần khớp cao trên

cam nối cam với cần là 1 đường cong kín gọi

là biên dạng cam.Các thông số cơ bản của cam

gồm có các đường kính lớn nhất và nhỏ nhất

Hình 3 5 Cơ cấu cam

Hình 3 6 Cơ cấu lệch trục

34

của cam,các góc công nghệ, độ lệch tâm và các góc định kì

Thiết kế theo cơ cấu lệch trục

Trục quay của động cơ sẽ được đặt lệch so với tâm của nó Sẽ có 2 thanh kẹp giữa trục quay, và gắn vào giá lắc máu Vì thế khi động cơ quay, trục quay sẽ quay 1 vòng quanh tâm của động cơ, từ đó giá lắc máu sẽ chuyển động theo 2 chiều lên và xuống ở 2 bên

Ta sẽ so sánh 2 phương án trên để đưa ra được ưu, nhược điểm của 2 phương án này

Nguyên lý Sử dụng tâm của động cơ Sử dụng bất kỳ 1 điểm nào trừ

tâm của động cơ

Phương pháp thiết kế: Từ bảng so sánh trên, trong thiết kế này sử dụng cơ cấu lệch

tâm để đạt được những hiệu quả tốt nhất Dưới đây là cơ cấu đã được gia công

Như đã lựa chọn phương án dừng lắc và cân, do đó, việc xác định chính xác vị trí cân bằng của khay đựng túi máu

là vô cùng quan trọng Nó cho phép lấy được chính xác trọng tâm của túi máu Do đó, một yêu cầu cần thiết là phải xác định được vị trí cân bằng của khay đựng túi máu Đồng thời, để đảm bảo tốc độ lắc của túi máu đạt được các yêu cầu như tiêu chuẩn kỹ thuật

đề ra, do đó, ngoài việc xác định vị trí cân bằng khi dừng

Hình 3 7 Cách lắp động cơ với kết cấu lắc

1,2 Khối gắn khay lắc, kết cấu lắc 3 Đế đỡ gắn

mô tơ, 4 cơ cấu lệch tâm, 5 mô tơ, 6 Load cell, 7

cảm biến Hall

35

lắc để cân cũng cần xác định được tốc độ của động cơ

Ở đây, ta có 2 phương án để lựa chọn đó là :

- Sử dụng bộ encoder đo tốc độ động cơ

- Sử dụng cảm biến từ (cảm biến Hall)

Bộ Encoder

Bộ Encoder thực chất là 1 bộ cảm biến quang Tín hiệu từ encoder tạo ra các dạng xung vuông có tần số thay đổi vào tốc độ động cơ Do đó các xung vuông này được đưa vào bộ vi xử lý để đếm số xung trong khoảng thời gian cho phép từ đó ta có thể tính được giá trị vận tốc của động cơ Đây cũng là phương pháp mà người ta sử dụng để ổn định tốc độ động cơ hay điều khiển nhanh chậm

Bộ encoder gồm một tấm tròn có khắc lỗ, một hệ thông LED phát và thu.Nguyên lý

cơ bản của encoder, đó là một đĩa tròn xoay, quay quanh trục Trên đĩa có các lỗ (rãnh) Người ta dùng một đèn led để chiếu lên mặt đĩa Khi đĩa quay, chỗ không có

lỗ (rãnh), đèn led không chiếu xuyên qua được, chỗ có lỗ (rãnh), đèn led sẽ chiếu

xuyên qua Khi đó, phía mặt bên kia của đĩa, người ta đặt một con mắt thu Với các tín hiệu có, hoặc không có ánh sáng chiếu qua, người ta ghi nhận được đèn led có chiếu qua lỗ hay không.Số xung đếm được và tăng lên nó tính bằng số lần ánh sáng

36

tốc độ quay của tấm tròn đó Đối với encoder mình đang dùng thì nó có 2 tín hiệu ra lệch pha nhau 90 Hai tín hiệu này có thể xác định được chiều quay của động cơ

Cảm biến Hall

Cảm biến Hall làm việc dựa trên hiệu ứng Hall Khi

từ trường tác dụng vào dòng điện trong vật dẫn theo

những góc phù hợp, sẽ xuất hiện một hiệu điện thế

Vh, được gọi là hiệu điện thế Hall Hiệu điện thế

này vuông góc với cả từ trường và dòng điện trong

vật dẫn

Hình 3.9 chỉ ra cấu tạo cảm biến trong đó:

- Chân 1: Điện áp vào

- Chân 2: Đất

- Chân 3: Điện áp ra

Nguyên lý hoạt động của cảm biến Hall được chỉ ra

như sau:

- Sẽ có 1 miếng nam châm nhỏ gắn vào đĩa ở đầu trục quay của động cơ Khi

đó, mỗi lần động cơ quay 1 vòng, miếng nam châm sẽ đi qua cảm biến Hall 1

Hình 3 10 Vị trí lắp cảm biến Hall

Hình 3 9 Cảm biến Hall

37

lần Từ số vòng quay được trong 1 giây, ta sẽ xác định được tốc độ của động

cơ bằng các thuật toán xử lý trong code

- Ngoài tác dụng đo tốc độ động cơ, cảm biến từ Hall còn có tác dụng điều chỉnh vị trí dừng của động cơ Khi động cơ có tín hiệu dừng, nó sẽ chỉ dừng lại khi miếng nam châm nằm thẳng với cảm biến từ Hall, tức là khi đó mức tín hiệu sẽ là 1 Vì thế khay lắc máu luôn ở vị trí cân bằng khi ngừng lắc

Để lựa chọn phương án, dưới đây là bảng so sánh giữa 02 phương án chọn lựa cho thiết kế

Cấu tạo Khá phức tạp vì sử dụng cả

đĩa tròn đục lỗ và led phát

thu-Khá đơn giản, chi cần sử dụng

1 cảm biến Hall 3 chân và 1 miếng nam châm nhỏ

Độ nhạy Khá cao, tuy nhiên dễ bị ảnh

hưởng bởi ánh sáng từ bên ngoài

Khá cao, không bị ảnh hưởng bởi ánh sáng bên ngoài vì sử dụng tương tác từ

Chức năng đi kèm Không có Thêm chức năng xác định vị

trí dừng

Như vậy có thể thấy, với việc sử dụng cảm biến Hall, các yêu cầu kỹ thuật của thiết

bị đều được giải quyết Chưa kể, việc thiết kế và chế tạo mạch tương đối đơn giản

và dễ dàng

3.2.3 Khối van kẹp

Để đảm bảo việc cung cấp máu, dừng quá trình lấy máu vào túi đựng máu sau khi đầy, cần thiết phải có một khối van kẹp dùng để kẹp dây dẫn máu Khối này sẽ sử dụng 1 thanh chặn đường dây lấy máu, khi lượng máu lấy đã đủ theo yêu cầu, thanh

Hình 3 11 Mạch và vị trí lắp mạch của cảm biến Hall

38

chặn sẽ được nâng lên để kẹp chặt dây dẫn máu Để làm điều này, sẽ có nhiều phương án để lựa chọn trong đề tài này tôi đưa ra 2 giải pháp đều có thể thực hiện được

- Sử dụng cuộn hút (solenoid)

- Sử dụng động cơ RC

a) Sử dụng cuộn hút:

- Solenoid có chức năng chuyển đổi

năng lượng điện từ của cuộn dây

thành 1 chuyển động thẳng

- Solenoid có hai loại: có lõi di động và

có lõi cố định

- Trongthiết kế này sử dụng Solenoid

lõi di động: lực hút điện từ của cuộn

dây kết hợp với 1 lò xo trả về sẽ điều

khiển lõi cuộn dây dịch chuyển qua lại

Một động cơ RC servo bất kỳ đều bao gồm các phần:

- Một động cơ DC nhỏ có hộp giảm tốc

- Một cảm biến góc quay(Nó hoạt động như là một biến trở)

- Mạch công suất và hồi tiếp

Cũng như các servo khác ,servo RC được thiết kế cho các ứng dụng hồi tiếp vòng kín.Có nghĩa là nếu trong trong quá trình chuyển động của RC servo có lý do gì đó làm nó không tới được vị trí mong muốn thì mạch điều khiển tích hợp bên trong sẽ tiếp tục đưa ra tín hiệu điều khiển cho đến khi động cơ đạt được vị trí chính xác

Hình 3 12 Cấu trúc

39

Mạch điều khiển của servo RC có thể là mạch analog hay digital.Các mạch điều khiển bằng digital cho phép servo RC có tốc độ đáp ứng cao hơn,nhạy hơn,chính xác hơn các servo dùng mạch analog Thậm chí có những servo RC còn được tích hợp sẵn mạch giao tiếp với các thiết bị khác (như là máy tính …)

Do động cơ RC có thể điều chỉnh được

góc quay nhất định, vì thế ta sẽ cài 1 góc

quay cho động cơ như hình bên Trục

quay sẽ chỉ quay từ điểm A đến điểm B

và ngược lại

- Khi trục tại vị trí điểm A: Thanh

chặn sẽ thấp, vì thế không kẹp

được dây dẫn máu

- Khi trục tại vị trí B: Thanh chặn

sẽ được đẩy lên, khi đó sẽ chặn

dây dẫn máu

So sánh 02 phương án để đảm bảo yêu cầu chặn và kẹp dây máu ta thấy

Sử dụng solenoid Sử dụng động cơ RC Cấu tạo Đơn giản Đơn giản ( chỉ cần 1 động cơ)

chức năng điều khiển

động cơ nên mạch thiết kế

40

Hình 3 15 Mạch nguyên lý điều khiển động cơ và van kẹp

Hình 3.15 chỉ ra sơ đồ nguyên lý điều khiển động cơ và van kẹp

3.2.4 Khối cân

Để xác định được lượng máu lấy được, chúng ta sẽ dùng 1 hệ thống cân Hệ thống cân bao gồm:

- Cảm biến trọng lượng: Cân lượng máu lấy được

- Khối chuyển đổi A-D: Chuyển tín hiệu analog từ cảm biến trọng lượng thành tín hiệu digital, và đưa vào vi xử lý

Để thực hiện cân, có nhiều nguyên lý có thể cho phép xác định cân nặng Các phương pháp có thể chỉ ra dưới đây như:

- Sử dụng hệ lò xo, trọng lượng có thể xác định thông qua khoảng cách nén dãn của lò xo theo công thức F=k.x2=mg Tuy nhiên phương án này thường không bền do lò xo thường bị dãn nở theo điều kiện thời tiết và sau một thời gian sử dụng, độ đàn hồi của lò xo không còn tốt

- Thông qua cảm biến áp suất từ đấy để xác định trọng lượng cần cân

- Cảm biến điện trở lực căng (loadcell)

- …