Thiết kế và thi công bơm tiêm điện đa chức năng

MỤC LỤC NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP i LỊCH TRÌNH THỰC HIỆN ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ii LỜI CAM ĐOAN iv LỜI CẢM ƠN v MỤC LỤC vi LIỆT KÊ HÌNH VẼ viii LIỆT KÊ BẢNG xi TÓM TẮT xii Chương TỔNG QUAN 1.1 ĐẶT VẤN ĐỀ 1.2 MỤC TIÊU 1.3 NỘI DUNG NGHIÊN CỨU 1.4 GIỚI HẠN 1.5 BỐ CỤC Chương CƠ SỞ LÝ THUYẾT 2.1 TỔNG QUAN QUY TRÌNH TIÊM THUỐC 2.2 GIỚI THIỆU PHẦN CỨNG 2.2.1 Vi điều khiển 2.2.2 LCD hiển thị 2.2.3 Motor bước Chương TÍNH TOÁN VÀ THIẾT KẾ 3.1 GIỚI THIỆU 3.2 TÍNH TỐN VÀ THIẾT KẾ HỆ THỐNG 3.2.1 Thiết kế sơ đồ khối hệ thống 3.2.2 Tính tốn lựa chọn linh kiện 3.2.3 Tính tốn, xử lý giá trị thời gian thể tích nhập vào 21 vi 3.2.4 Sơ đồ nguyên lý toàn mạch 23 Chương THI CÔNG HỆ THỐNG 25 4.1 THI CÔNG HỆ THỐNG 25 4.1.1 Thi công board mạch 25 4.1.2 Q trình thi cơng khối kiểm tra 25 4.2 THI CƠNG MƠ HÌNH 30 4.2.1 Cố định điều khiển với mơ hình 30 4.2.2 Thi công mô hình 31 4.3 LƯU ĐỒ VÀ THUẬT TOÁN CHƯƠNG TRÌNH 35 4.3.1 Tóm tắt chức hệ thống bơm tiêm điện 35 4.3.2 Lưu đồ giải thuật chương trình 37 4.4 PHẦN MỀM SỬ DỤNG LẬP TRÌNH 42 Chương KẾT QUẢ, NHẬN XÉT, ĐÁNH GIÁ 43 5.1 ĐÁNH GIÁ CHỨC NĂNG TỪNG KHỐI 43 5.1.1 Khối nguồn 43 5.1.2 Khối vi điều khiển 44 5.1.3 LCD 44 5.1.4 Motor bước, driver thiết bị ngoại vi 45 5.2 KẾT QUẢ VÀ ĐÁNH GIÁ CHỨC NĂNG HỆ THỐNG 46 5.2.1 Kết đánh giá chức bơm tiêm thông thường 46 5.2.2 Kết đánh giá chức kiểm soát đau 51 5.2.3 Kết đánh giá chức sử dụng thư viện thuốc 52 5.3 HƯỚNG DẪN SỬ DỤNG, THAO TÁC 53 Chương KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN 61 6.1 KẾT LUẬN 61 6.2 HƯỚNG PHÁT TRIỂN 61 TÀI LIỆU THAM KHẢO 62 PHỤ LỤC Error! Bookmark not defined vii LIỆT KÊ HÌNH VẼ Hình Trang Hình 2.1 Cấu trúc timer Hình 2.2 Cấu tạo động bước Hình 2.3 Nguyên lý hoạt động động bước Hình 3.1 Sơ đồ khối bơm tiêm điện Hình 3.2 PIC 16f877A 10 Hình 3.3 Loại nút nhấn sử dụng đề tài 11 Hình 3.4 Sơ đồ kết nối chân nút nhấn với vi điều khiển 16f877a phần mềm mô Proteus 11 Hình 3.5 Sơ đồ nguyên lý nút nhấn tích cực mức thấp 12 Hình 3.6 Sơ đồ kết nối chân LCD với vi điều khiển 16f877a phần mềm mô Proteus 14 Hình 3.7 Động bước Nema 17 15 Hình 3.8 Vitme đai ốc 16 Hình 3.9 Khớp nối kết nối vitme trục motor bước 16 Hình 3.10 Kim tiêm 5ml 17 Hình 3.11 Khối kết nối giá đỡ kim tiêm, motor bước vitme 17 Hình 3.12 a, Khung khí chưa lắp mặt trên; b, Khung khí đậy mặt 18 Hình 3.13 a, Vị trí đặt giá đỡ kim tiêm lên khung nhôm mặt dưới; b, Vị trí đặt giá đỡ kim tiêm có mặt bên 18 Hình 3.14 Mặt bơm tiêm điện 19 Hình 3.15 Mặt sau bơm tiêm điện 19 Hình 3.16 Mơ hình bơm tiêm điện hồn chỉnh 20 Hình 3.17 Thiết kế khối nguồn nuôi cho hệ thống 21 Hình 3.18 Sơ đồ nguyên lý tổng quát hệ thống 24 Hình 4.1 Mặt (a) mặt (b) khối nguồn sau hàn xong 25 Hình 4.2 Kết đo điện áp ngõ vào (a) điện áp ngõ (b) khối nguồn 27 Hình 4.3 Mặt (a) mặt (b) vi điều khiển sau hàn 28 Hình 4.4 Mặt (a) mặt (b) khối ngõ vào sau hàn 28 viii Hình 4.5 Mặt (a) mặt (b) khối output sau hàn, vị trí số chân cắm LCD, vị trí số chân cắm driver 29 Hình 4.6 Mặt (a) mặt (b) board mạch sau hàn 30 Hình 4.7 Board mạch driver sau kết nối với mặt mica 30 Hình 4.8 Mặt (a) mặt (b) khung khí hệ thống 31 Hình 4.9 Mặt (a) chưa nối dây mặt (b) kết nối dây dẫn 32 Hình 4.10 Mặt sau hệ thống 32 Hình 4.11 Hệ thống sau cố định mặt bên 33 Hình 4.12 Motor bước sau kết nối với vitme 34 Hình 4.13 phần giá đỡ kim tiêm 34 Hình 4.14 Bơm tiêm đặt khối giá đỡ 34 Hình 4.15 Hệ thống sau thi cơng hồn chỉnh 35 Hình 4.16 Vị trí nút nhấn, nút nhấn số 1: dịch chuyển bơm tiêm sang trái, nút nhấn số 2: dịch chuyển bơm tiêm sang phải 37 Hình 4.17 Lưu đồ cho đề tài 38 Hình 4.18 Lưu đồ chương trình nhập thể tích 39 Hình 4.19 Lưu đồ chương trình tính tốn giá trị 41 Hình 4.20 Lưu đồ chương trình điều khiển motor bước 40 Hình 5.1 Đế tản nhiệt cho IC LM7805 43 Hình 5.2 Lỗi thị LCD mà nhóm gặp phải 44 Hình 5.3 Nội dung LCD sau khắc phục lỗi 45 Hình 5.4 Các giá trị thời gian thể tích nhóm kiểm tra 50 Hình 5.5 Vị trí cắm nguồn cơng tắc 53 Hình 5.6 Chức điều chỉnh vị trí 54 Hình 5.7 Vị trí lắp bơm tiêm (1 vị trí tịnh tiến dùng để truyền thuốc; vị trí gáng cố định thân bơm tiêm) 54 Hình 5.8 Chọn loại bơm tiêm 55 Hình 5.9 Màn hình chọn chức số 56 Hình 5.10 Màn hình nhập thể tích 56 Hình 5.11 Màn hình nhập thời gian 57 Hình 5.12 Màn hình xác nhận bơm thuốc 57 ix Hình 5.13 Màn hình chọn chức số 58 Hình 5.14 Màn hình nhập thể tích, thời gian thời gian lần bơm thuốc 59 Hình 5.15 Màn hình chọn chức Thư viện thuốc 59 Hình 5.16 Màn hình nhập cân nặng 60 x LIỆT KÊ BẢNG Bảng Trang Bảng 3.1 Bảng so sánh loại LCD thông dụng thị trường 13 Bảng 3.2 So sánh tính kỹ thuật số loại Driver phổ biến 14 Bảng 3.3 Tổng hợp công suất linh kiện sử dụng cho đề tài 20 Bảng 4.1 Danh sách linh kiện sử dụng mạch 26 Bảng 4.2 Kết điện áp ngõ vào ngõ khối nguồn 27 Bảng 5.1 Giá trị thời gian, thể tích nhập vào giá trị thực tế đo kim tiêm 5ml 46 Bảng 5.2 Kết tính tổng số bước thời gian bước theo lý thuyết 48 Bảng 5.3 So sánh chênh lệch thời gian đơn vị tổng số bước 48 Bảng 5.4 Kết thời gian thể tích thu sau đổi thuật toán bơm tiêm 5ml 49 Bảng 5.5 Kết thời gian thể tích thực tế kiểm tra bơm tiêm 10ml 50 Bảng 5.6 Kết thời gian thể tích thực tế kiểm tra bơm tiêm 50ml 50 Bảng 5.7 Kết thời gian thể tích thực tế kiểm tra bơm tiêm 10ml cho chức kiểm soát đau 51 Bảng 5.8 Kết thời gian cài đặt lần tiêm cho chức kiểm soát đau 52 Bảng 5.9 Kết kiểm thể tích bơm thuốc Propofol 1% 53 xi TÓM TẮT Với đề tài “Thiết kế thi cơng bơm tiêm điện đa chức năng”, nhóm lập trình cho chức năng: Chức bơm tiêm thơng thường, chức kiểm sốt đau chức sử dụng ngân hàng thuốc giá trị đầu vào nhập thời gian truyền thể tích truyền, sau bơm tiêm truyền lượng thuốc với thể tích thời gian mong muốn Để đáp ứng yêu cầu trên, thay xử lý giá trị thời gian thể tích nhập vào, nhóm xử lý giá trị tương ứng tổng số bước quay motor bước thời gian quay bước Kết kiểm tra giá trị thời gian có sai số, từ 2-5%, cịn thể tích sai số nằm khoảng 2% Nhìn chung, kết thu có sai số, nhiên nằm mức cho phép xii CHƯƠNG TỔNG QUAN Chương TỔNG QUAN 1.1 ĐẶT VẤN ĐỀ Hiện nay, song song với phát triển vượt bậc kinh tế vấn đề mơi trường, xã hội, trị cịn tồn mặt yếu kém, mà quan trọng sức khỏe người bị ảnh hưởng Thế giới ngày đại, công nghệ 4.0 len lỏi tới nhà góc phố Khoa học kỹ thuật áp dụng rộng rãi đời sống, có sức khỏe người Có nhiều nghiên cứu, phát minh mang tính đột phá, tất mục đích chung cải thiện sức khỏe người Theo nghiên cứu tổ chức nghiên cứu thị trường Polaris, tính đến năm 2017 thị trường ống tiêm tồn cầu định giá 6,88 tỷ USD dự kiến đến năm 2026 số 11,19 tỷ USD [1] Từ số liệu thống kê trên, ta thấy số lượng bệnh nhân sử dụng kim tiêm lớn Có nhiều vấn đề sử dụng kim tiêm: sử dụng không loại, sử dụng không phù hợp với loại thuốc đặc thù, khả tự bơm thuốc thời gian dài, độ xác lấy thuốc khơng cao, …những điều ảnh hưởng trực tiếp lên thể bệnh nhân, thuốc khơng có tác dụng tiêm khơng đủ liều lượng, sốc thuốc tiêm q liều, chí ảnh hưởng đến tính mạng bệnh nhân [2] Hiện nay, Việt Nam chưa có nghiên cứu rõ ràng để tăng khả xác lúc tiêm thuốc: khả xác thời gian tiêm thuốc, khả xác liều lượng thuốc tiêm vào thể người Trên giới có nhiều quốc gia đưa công nghệ vào để cải thiện vấn đề trên, tiêu biểu công ty cho mắt sản phẩm bơm tiêm điện như: Bbraun Đức, Medima Ba Lan, Terumo Nhật Bản Ưu điểm lớn sản phẩm bơm tiêm điện bơm thuốc với liều lượng thời gian xác, có hỗ trợ chức tự kiểm soát đau cho bệnh nhân [3] Tuy nhiên, nhược điểm lớn giá thành sản phẩm cao, từ vài chục triệu đến hàng trăm triệu, …Nhìn chung, tất bơm tiêm điện có đặc điểm chung kết nối khối vi điều khiển, động bước bơm tiêm [4] Điều khiển động bước việc lập trình động quay theo chiều tốc độ mong muốn người sử dụng [5] Tốc độ bơm tiêm BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH CHƯƠNG TỔNG QUAN điều khiển thông qua việc điều khiển tốc độ động bước [6] Với tất lý nêu trên, nhóm chúng em kiến nghị thực việc thiết kế thi công bơm tiêm điện đa chức 1.2 MỤC TIÊU Thiết kế thi cơng bơm tiêm điện có chức chính: chức bơm thơng thường, chức kiểm soát đau chức sử dụng ngân hàng thuốc 1.3 NỘI DUNG NGHIÊN CỨU Trong trình thực Đồ án tốt nghiệp với đề tài Thiết kế thi công bơm tiêm điện đa chức năng, nhóm chúng em tập trung giải hồn thành nội dung sau: - Nội dung 1: Nghiên cứu chức bơm tiêm điện - Nội dung 2: Thiết lập lưu đồ giải thuật cho chức - Nội dung 3: Thiết kế mô hình kết nối VĐK, motor bước kim tiêm - Nội dung 4: Viết code cho chức - Nội dung 5: Thi công phần cứng, - Nội dung 6: Chạy thử nghiệm, kiểm tra hiệu chỉnh - Nội dung 7: Viết báo cáo thực - Nội dung 8: Bảo vệ luận văn 1.4 GIỚI HẠN Các vấn đề giới hạn đề tài bao gồm: - Khơng có khả lưu kết trường hợp điện - Không thay đổi thông số q trình hoạt động - Khơng có khả hoạt động tiếp nhấn nút tạm dừng hoạt động - Khơng giải tình trạng có khơng khí bơm 1.5 BỐ CỤC BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH CHƯƠNG TỔNG QUAN Đối với đề tài thiết kế thi công bơm tiêm điện đa chức bố cục đồ án có phần sau:  Chương 1: Tổng quan Chương trình bày đặt vấn đề dẫn nhập lý chọn đề tài, mục tiêu, nội dung nghiên cứu, giới hạn thông số bố cục đồ án  Chương 2: Cơ sở lý thuyết Chương trình bày tổng quan bơm tiêm điện, phần cứng yêu cầu sơ đề tài khối phần cứng  Chương 3: Thiết Kế Tính Tốn Chương trình bày thiết kế, tính tốn sơ đồ khối hệ thống, sơ đồ nguyên lý toàn mạch Đồng thời lựa chọn linh kiện sử dụng cho đề tài  Chương 4: Thi công hệ thống Chương thể phần thi công khối, thi cơng tồn mạch Đồng thời thể phần lưu đồ giải thuật chức đề tài  Chương 5: Kết Quả, Nhận Xét Đánh Giá Chương nêu lên kết đạt sau hoàn thiện hệ thống, nhận xét kết đạt đề tài này, đồng thời đánh giá đề tài có đạt mục tiêu, yêu cầu đưa không  Chương 6: Kết Luận Hướng Phát Triển Chương kết luận kết đạt được, chưa đạt gì, đồng thời đưa hướng phát triển đề tài  Chương 7: Tài liệu tham khảo Liệt kê tất tài liệu tham khảo để hoàn thành đề tài BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH CHƯƠNG KẾT QUẢ, NHẬN XÉT, ĐÁNH GIÁ Nhìn vàng bảng 5.3 trên, ta thấy khoảng chênh lệch thời gian tổng số bước nhiều, đồng thời giải thích ta lại thu kết thực tế từ bảng 5.1 Giá trị -3.58s có nghĩa quay nhanh 3.58s, thay khoảng 20s bơm tiêm bơm xong 1ml cần khoảng 16,42s bơm tiêm bơm xong; giá trị 15,65s, 8,46s, 31,28s, 24,1s thời gian bơm thực tế bị trễ tương ứng với giá trị thời gian Mất khoảng tuần nhóm tìm ngun nhân bơm tiêm hoạt động bị lỗi thời gian thuật tốn làm trịn Cách giải vấn đề phải xử lý số thập phân giá trị thời gian quay bước motor, cách giải nhóm trình bày chương Như vậy, sau sử dụng thuật tốn mới, kết nhóm kiểm tra thể bảng 5.4 sau: Bảng 5.4 Kết thời gian thể tích thu sau đổi thuật toán bơm tiêm 5ml STT Thời gian nhập vào Thể tích nhập vào Thời gian thực tế Thể tích thực tế 01 20s 1ml 19.9s 0.95ml 02 40s 2ml 39.95s 2.05ml 03 60s 3ml 59.9s 3ml 04 80s 4ml 80s 4.04ml 05 100s 5ml 99.9s 4.95ml Như kết luận, sau đổi thuật toán cho đề tài, kết thể tích thời gian nhập từ bàn phím tương đồng với kết thời gian thể tích thực tế đo được, phần trăm sai số lớn giá trị thời gian 0.5% phần trăm sai số lớn thể tích 5% (tuy nhiên 5% 1ml nên nằm mức cho phép) Nhóm tiến hành cho bơm tiêm hoạt động nhiều lần để kiểm tra độ ổn định chức bơm tiêm thơng thường kết tương đồng Mất khoảng thời gian tuần kể từ lúc phát lỗi khắc phục thành công lỗi cho đề tài Một số hình ảnh nhóm ghi lại q trình kiểm tra: BỘ MƠN ĐIỆN TỬ CƠNG NGHIỆP – Y SINH 49 CHƯƠNG KẾT QUẢ, NHẬN XÉT, ĐÁNH GIÁ Hình 5.4 Các giá trị thời gian thể tích nhóm kiểm tra Các giá trị thời gian thể tích bảng 5.4 kiểm tra hình 5.4 Bảng 5.5 Kết thời gian thể tích thực tế kiểm tra bơm tiêm 10ml STT Thời gian nhập vào Thể tích nhập vào Thời gian thực tế Thể tích thực tế 01 20s 2ml 19.8s 2ml 02 40s 4ml 39.9s 4,05ml 03 60s 6ml 60,1s 6,02ml 04 80s 8ml 81s 8ml 05 100s 10ml 99.9s 9,9ml Bảng 5.6 Kết thời gian thể tích thực tế kiểm tra bơm tiêm 50ml STT Thời gian nhập vào Thể tích nhập vào Thời gian thực tế Thể tích thực tế 01 60s 10ml 60.2s 10,5ml 02 90s 20ml 92.9s 20,2ml 03 120s 30ml 122,1s 30,1ml 04 150s 40ml 152s 40,18ml 05 180s 50ml 183.9s 50ml Từ bảng 5.5 5.6 trên, ta thấy giá trị thời gian thực tế thể tích thực tế thu nằm mức cho phép tương đồng với giá trị nhập vào, giá trị sai số thời gian lớn 1%, giá trị sai số thể tích lớn 1,25% Nhóm tiến hành cho bơm tiêm thực nhiều lần để kiểm tra tính ổn định, kết thu nằm BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH 50 CHƯƠNG KẾT QUẢ, NHẬN XÉT, ĐÁNH GIÁ mức cho phép Như vậy, khẳng định, sau thay đổi thuật tốn bơm tiêm dường hoạt động ổn định, có độ xác khơng gặp lỗi chức bơm tiêm thông thường 5.2.2 Kết đánh giá chức kiểm soát đau Đối với chức kiểm soát đau, ngồi giá trị thời gian tiêm thể tích tiêm cịn có thêm giá trị thời gian cài đặt lần tiêm Nhóm tiến hành kiểm tra giá trị thời gian nhập vào thể thích nhập vào Bảng 5.7 Kết thời gian thể tích thực tế kiểm tra bơm tiêm 10ml cho chức kiểm soát đau STT Thời gian nhập vào Thể tích nhập vào Thời gian thực tế Thể tích thực tế 01 20s 2ml 19.9s 1.95ml 02 40s 4ml 40s 4.1ml 03 60s 6ml 60s 6ml 04 80s 8ml 80s 8ml 05 100s 10ml 99.93s 9.95ml Từ bảng 5.7, ta thấy giá trị thời gian nhập vào thể tích nhập vào tương đồng với giá trị kiểm tra được, sai số nằm mức cho phép (tương tự chức bơm tiêm thơng thường) Nhóm tiến hành thực nhiều lần để kiểm tra độ ổn định hệ thống, kết thu nằm mức cho phép Đối với giá trị thời gian lần tiêm, nhóm tiến hành cài đặt giá trị 120s, 180s, 240s, 300s, 360s, qua kiểm tra, sau khoảng thời gian tương ứng nhấn nút bơm tiêm hoạt động cho lần Kết kiểm tra thể bảng 5.8 Dựa vào bảng 5.8 dưới, ta thấy bơm tiêm đáp ứng thời gian cài đặt lần tiêm Nhóm tiến hành thay đổi giá trị cài đặt, lần thay đổi lớn 999s kết đáp ứng yêu cầu BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH 51 CHƯƠNG KẾT QUẢ, NHẬN XÉT, ĐÁNH GIÁ Bảng 5.8 Kết thời gian cài đặt lần tiêm cho chức kiểm soát đau STT Thời gian cài đặt Khoảng thời gian trước Nhấn nút tiêm cho chức lần tiêm sau giá trị cài đặt kiểm soát đau