HD6 phạm tiến hùng nghiên cứu, thiết kế mô hình máy trợ thở

BỘ CÔNG THƯƠNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI KHOA CƠ KHÍ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC NGÀNH: CÔNG NGHỆ KỸ THUẬT CƠ ĐIỆN TỬ TÊN ĐỀ TÀI Nghiên cứu, thiết kế mơ hình máy trợ thở Giáo viên hướng dẫn : ThS Phạm Tiến Hùng Sinh viên thực Lớp - khóa : Hồng Văn Chiến 2018605238 Phạm Tiến Đạt 2018605525 Trần Quang Dự 2018605794 : Cơ điện tử 03 – K13 Hà Nội - 2022 NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN PHẢN BIỆN GIÁO VIÊN PHẢN BIỆN I MỤC LỤC Mục lục I Danh Mục Bảng Biểu II Danh mục hình ảnh III Lời nói đầu CHƯƠNG TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG MÁY TRỢ THỞ 1.1 Lịch sử nghiên cứu phát triển 1.2 Yêu cầu y tế máy thở 1.3 Phương pháp nghiên cứu 1.4 Giới hạn, phạm vi nghiên cứu 1.5 Ý nghĩa thực tiễn CHƯƠNG CƠ SỞ LÝ THUYẾT 2.1 Tổng quan máy thở máy thở không xâm lấn 2.2 Nghiên cứu nguyên lý bóp bóng thở 10 2.3 Hệ thống điều khiển 13 CHƯƠNG TÍNH TỐN, THIẾT KẾ MƠ HÌNH HỆ THỐNG 14 3.1 Tổng quan hệ thống 14 3.2 Tính tốn, thiết kế hệ thống khí 18 3.3 Thiết kế phần điện 25 3.4 Thiết kế điều khiển 35 3.5 Mô hệ thống 40 CHƯƠNG KẾT LUẬN VÀ ĐỊNH HƯỚNG PHÁT TRIỂN 42 4.1 Đánh giá hệ thống 42 4.2 Định hướng phát triển 43 4.3 Kết luận 43 Tài liệu tham khảo 44 Phụ lục 45 II DANH MỤC BẢNG BIỂU Bảng 3.1: Bảng thông số giới hạn mica 20 Bảng 3.2: Bảng thông số thiết kế bánh 22 III DANH MỤC HÌNH ẢNH Hình 1.1: Máy thở nhóm nghiên cứu MIT Hình 1.2: Máy thở ApolloBVM trường đại học Rice Hình 1.3: Máy thở EPU đại học Điện Lực Hình 1.4: Máy trợ thở trường ĐH Bách Khoa TP.HCM Hình 1.5: Máy trợ thở đại học Thái Nguyên Hình 2.1: Tỷ lệ I:E bệnh nhân bình thường 12 Hình 2.2: Sơ đồ khối hệ thống điều khiển 13 Hình 3.1: Hình ảnh minh họa cho tay kẹp 15 Hình 3.2: Cơ cấu bóp bóng Ambu sử dụng tay kẹp 16 Hình 3.3: Tay kẹp liền với bánh 17 Hình 3.4: Cơ cấu truyền động bánh cho hai tay kẹp 17 Hình 3.5: Sơ đồ phân tích momen xoắn tác dụng lên cấu kẹp 18 Hình 3.6: Bóng thở ambu 19 Hình 3.7: Phân tích lực tác dụng lên 20 Hình 3.8: Thơng số thiết kế bánh inventor 21 Hình 3.9: Kết tính tốn Inventor 21 Hình 3.10: Hình ảnh thiết kế tay bánh tay kẹp 23 Hình 3.11: Hình ảnh thực tế tay kẹp 23 Hình 3.12: Hình ảnh thực tế bánh tay kẹp 24 Hình 3.13 Mạch Arduino Uno 25 Hình 3.14: Động bước 57HS7630B6D8 26 Hình 3.15: Hộp giảm tốc hành tinh PX57N005S0 27 Hình 3.16: Cấu tạo hộp giảm tốc hành tinh 27 IV Hình 3.17: Mạch điều khiển TB6560 28 Hình 3.18: Cảm biến áp suất BMP280 30 Hình 3.19: LCD 20x4 31 Hình 3.20: Module I2C 32 Hình 3.21: Biến trở đầu vào 32 Hình 3.22: Cịi Buzzer 32 Hình 3.23: Nguồn tổ ong 33 Hình 3.24: Thiết kế mạch PCB ALTIUM 34 Hình 3.25: Mạch PCB thực tế 34 Hình 3.26: Sơ đồ kết nối 35 Hình 3.27: Hình ảnh sơ đồ khối hệ thống điều khiển 35 Hình 3.28: Lưu đồ thuật tốn chương trình 38 Hình 3.29: Lưu đồ thuật tốn hàm SETHOME 39 Hình 3.30: Lưu đồ thuật tốn hàm DOCBIENTRO 39 Hình 3.31: Mơ hình hệ thống Solidwork 40 Hình 3.32: Mơ hình hệ thống Solidwork 40 Hình 3.33: Mơ hình cụm tay kẹp 41 Hình 3.34: Mơ hình cụm tay kẹp 41 Hình 4.1: Hình ảnh thực tế hệ thống 42 47 #define BMP_SCL 13 Adafruit_BMP280 bmp2(SCB_2,BMP_SDA,BMP_SDO,BMP_SCL); //const int rs = 11, en = 10, d4 = 4, d5 = 5, d6 = 6, d7 = 7; //LiquidCrystal lcd(rs, en, d4, d5, d6, d7); //#define quay_thuan //#define quay_nghich float tIn, tOut, the_tich,bpm, IE, chuky, vIn, vOut; //Giá trị thực float the_tich1,bpm1, IE1; // Giá trị biến trở int i, soxung ; int demStart; int ctht = 0, dem = 0, dem1 =0, a; float apsuatcb, giatribmp; float ambientPressure, offset2; unsigned long time1; unsigned long time2; unsigned long time3; // thiết lập float PES_MIN = 10; //cmH2O float PES_MAX = 40; //cmH2O float BPM_MIN = 10; float BPM_MAX = 40; 48 float IE_MIN = 1; float IE_MAX = 4; float VOL_MIN = 200;//ml float VOL_MAX = 800;//ml int ANALOG_PIN_MAX = 1023; void setup() { Serial.begin(9600); lcd.init(); lcd.backlight(); pinMode(start, INPUT_PULLUP); pinMode(stopp, INPUT_PULLUP); pinMode(limithome, INPUT_PULLUP); pinMode(man_ac, INPUT_PULLUP); pinMode(CLK, OUTPUT); pinMode(CW, OUTPUT); pinMode(buzzer, OUTPUT); unsigned status; Serial.println("bmp180 read value"); Serial.println("beginning"); if (!bmp2.begin()) { Serial.println("cannot find -1"); while (1) {} 49 } Serial.println("found 1"); //if (!bmp3.begin()) { //Serial.println("cannot find -3"); // while (1) {} //} // status = bmp.begin(); /* Default settings from datasheet */ //bmp.setSampling(Adafruit_BMP280::MODE_NORMAL, /* Operating Mode */ // Adafruit_BMP280::SAMPLING_X2, /* Temp oversampling */ // Adafruit_BMP280::SAMPLING_X16, /* Pressure oversampling */ // // Adafruit_BMP280::FILTER_X16, /* Filtering */ Adafruit_BMP280::STANDBY_MS_500); /* Standby time */ lcd.setCursor(0,0);lcd.print("MAY TRO THO MINI"); lcd.setCursor(0,2);lcd.print("Thiet ke: lcd.setCursor(0,3);lcd.print(" "); NHOM 9"); delay(1000); lcd.clear(); //time1 = millis(); //time2 = millis(); ambientPressure=bmp2.readPressure(); 50 offset2=0; } void doccambien() { Serial.print("P2 = "); Serial.print(bmp2.readPressure() + offset2); Serial.print("|"); Serial.print(ambientPressure-(bmp2.readPressure()+ offset2)); Serial.print(" Pa"); Serial.print(" "); if (ambientPressure-bmp2.readPressure() > 100){ Serial.println(" inhale!"); } else if (ambientPressure-bmp2.readPressure() < -100){ Serial.println(" exhale!"); } else{ Serial.println("not breathing!"); } } void docbientro() { // Đọc biến trở thể tích áp suất if(digitalRead(man_ac)== 0) { lcd.setCursor(0,0); 51 lcd.print("The tich: "); lcd.setCursor(15,0);lcd.print(" "); the_tich1 = map(analogRead(pin_the_tich),0,ANALOG_PIN_MAX,VOL_MIN,VOL_M AX); lcd.setCursor(9,0);lcd.print(the_tich1); lcd.setCursor(5,3);lcd.print("Assist mode"); soxung = map(the_tich,VOL_MIN,VOL_MAX,500,2000); } else { lcd.setCursor(0,0); lcd.print("The tich:"); lcd.setCursor(15,0);lcd.print(" "); the_tich1 = map(analogRead(pin_the_tich),0,ANALOG_PIN_MAX,VOL_MIN,VOL_M AX); lcd.setCursor(9,0);lcd.print(the_tich1); soxung = map(the_tich,VOL_MIN,VOL_MAX,500,2000); lcd.setCursor(5,3);lcd.print("Manual mode"); } // đọc biến trở BPM lcd.setCursor(0,1); lcd.print("BPM:"); lcd.setCursor(15,1); lcd.print("n/p"); 52 bpm1 = map(analogRead(pin_bpm),0,ANALOG_PIN_MAX,BPM_MIN,BPM_MAX ); lcd.setCursor(9,1); lcd.print(bpm1); // Đọc biến trở I:E lcd.setCursor(0,2); lcd.print("I:E:"); lcd.setCursor(15,2); lcd.print(" "); IE1 = map(analogRead(pin_IE),0,ANALOG_PIN_MAX,IE_MIN*10, IE_MAX*10)/10.0; lcd.setCursor(9,2); lcd.print(IE1); // tính tốn //soxung = map(the_tich,VOL_MIN,VOL_MAX,0,100); chuky = 60.0/bpm;//thời gian chu kỳ tIn = chuky/(1 + IE); tOut = chuky - tIn; vIn = the_tich/tIn; vOut = the_tich/tOut; } void loop() { button(); 53 setHome(); doccambien(); docbientro(); if(digitalRead(man_ac)==1) { canhbao(); } if(digitalRead(man_ac)==0) { canhbao1(); canhbao2(); } if(demStart == & digitalRead(man_ac)== 1) { //button(); quay_thuan(); delayMicroseconds(100); quay_nghich(); delayMicroseconds(100); //button(); } if(digitalRead(man_ac)== 0) { if( ambientPressure-bmp2.readPressure() > 100) { 54 a=1; dem1=0; lcd.setCursor(0,3); lcd.print(a); quay_thuan(); delayMicroseconds(100); quay_nghich(); delayMicroseconds(100); } else { a=0; } } } void quay_thuan() { digitalWrite(CW, HIGH); for(i = 0; i 30000) { digitalWrite(buzzer, HIGH); } else if(a==1) { 61 digitalWrite(buzzer, LOW); } } else { digitalWrite(buzzer, LOW); } } ... số thiết kế bánh 22 III DANH MỤC HÌNH ẢNH Hình 1.1: Máy thở nhóm nghiên cứu MIT Hình 1.2: Máy thở ApolloBVM trường đại học Rice Hình 1.3: Máy thở EPU đại học Điện Lực Hình. .. Massachusetts (MIT) Hình 1.3: Máy thở EPU đại học Điện Lực Hình 1.4: Máy trợ thở trường ĐH Bách Khoa TP.HCM Hình 1.5: Máy trợ thở đại học Thái Nguyên 1.2 Yêu cầu y tế máy thở Tidal Volume (TV):... tài nghiên cứu, thiết kế mơ hình máy trợ thở đơn giản Nhóm đưa nghiên cứu vấn đề sau đây: - Nghiên cứu xây dựng mơ hình hệ thống - Tìm hiểu thở khơng xâm nhập - Tính tốn thơng số tần số thở BMP,