Thiết kế chế tạo cân trẻ em tích hợp trên giường bệnh nhân

MỤC LỤC LỜI CẢM ƠN LỜI CAM ĐOAN THUẬT NGỮ TIẾNG ANH VÀ TỪ VIẾT TẮT DANH MỤC BẢNG BIỂU DANH MỤC HÌNH VẼ LỜI NÓI ĐẦU CHƢƠNG 1: ĐẶT VẤN ĐỀ 10 1.1 Nhu cầu thực trạng sử dụng cân tích hợp vào giƣờng bệnh bệnh nhân bệnh viện Nhi Trung Ƣơng 10 1.1.1 Công thức tính lƣợng dịch truyền ( Áp dụng điều trị bỏng ) 10 1.1.2 Công thức tính thể tích máu bị xuất huyết 12 1.1.3 Nhu cầu thực tế 14 1.2 Khảo sát thực tế xây dựng yêu cầu thiết kế 18 CHƢƠNG 2: PHÂN TÍCH HỆ THỐNG CÂN ĐIỆN TỬ 24 2.1 Các phƣơng pháp đo khối lƣợng 24 2.1.1 Nguyên lý đo khối lƣợng 24 2.1.2 Các phƣơng pháp đo khối lƣợng 24 2.2 Tìm hiểu chung Loadcell 29 2.2.1 Khái niệm Loadcell 29 2.2.2 Cấu tạo 30 2.2.3 Nguyên lý hoạt động 30 2.2.4 Thông số kĩ thuật 31 2.2.5 Phân loại 32 2.2.6 Ứng dụng Loadcell 32 2.2.7 Các loại Loadcell 33 2.2.8 Kết nối Loadcell 38 2.2.9 Chống tải Loadcell 39 2.2.10 Cách lựa chọn Loadcell phụ kiện 39 2.3 Hệ thống cân sử dụng loadcell ứng dụng 41 2.3.1 Khối cảm biến trọng lƣợng 41 2.3.2 Bộ phận khuếch đại 42 2.3.3 Bộ hiển thị 43 2.3.4 Bộ Xử Lý 44 CHƢƠNG 3: THIẾT KẾ HỆ THỐNG 47 3.1 Thiết kế khí 47 3.1.1 Yêu cầu chung 47 3.1.2 Quy trình thiết kế 48 3.1.3 Bộ điều khiển 51 3.1.4 Thông tin thiết kế 54 3.2 Thiết kế điện tử 54 3.2.1 Mục tiêu đặt 54 3.2.2 Sơ đồ khối cân điện tử 55 3.2.3 Lựa chọn linh kiện 56 3.2.4 Thiết kê mạch nguyên lý 65 3.2.5 Bản layout mạch in: 69 3.2.6 Mạch in thực tế: 71 3.3 Viết chƣơng trình cho Vi điều khiển ATmega32A 71 3.4 Calib kết 72 CHƢƠNG 4: KẾT QUẢ VÀ PHƢƠNG HƢỚNG PHÁT TRIỂN 75 4.1 Kết 75 4.2 Phƣơng hƣớng phát triển 76 KẾT LUẬN 77 Phụ lục 1: Bảng calib kết 78 Phụ lục 2: Code Atmega32A 81 TÀI LIỆU THAM KHẢO………………………………………………………… 100 LỜI CẢM ƠN Để hoàn thành chương trình cao học làm Luận văn này, em xin gửi lời cảm ơn chân thành tới thầy, cô giáo, cán bộ, nhân viên Ban giám hiệu, Viện Đào tạo sau đại học, Viện Điện tử - Viễn thông, môn công nghệ điện tử & Kỹ thuật điện tử y sinh trường Đại học Bách khoa Hà Nội nhiệt tình truyền đạt kiến thức quý báu giúp đỡ, tạo điều kiện cho em suốt trình học tập hoàn thành Luận văn Thạc sĩ Em xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc gửi lời cảm ơn chân thành tới TS Nguyễn Phan Kiên, người trực tiếp bảo, tận tâm hướng dẫn, định hướng cho em suốt trình nghiên cứu hoàn thành Luận văn Thạc sĩ Em c ng xin chân thành cảm ơn thầy cô hội đ ng chấm luận văn cho em đ ng g p quý báu để hoàn chỉnh luận văn Em xin chân thành cảm ơn! Hà Nội, tháng 08 năm 2014 Học viên Nhâm Quý Linh LỜI CAM ĐOAN Ngoài giúp đỡ hƣớng dẫn giảng viên TS Nguyễn Phan Kiên, luận văn sản phẩm trình tìm tòi, nghiên cứu tác giả vấn đề đƣợc đặt luận văn Mọi số liệu, quan điểm, kết cấu khí, thiết kế mạch, phân tích, đánh giá, kết luận tài liệu nhà nghiên cứu khác đƣợc trích dẫn theo quy định Vì vậy, tác giả xin cam đoan công trình nghiên cứu thiết kế chế tạo cân trẻ em tích hợp giƣờng bệnh nhân công trình nghiên cứu riêng Hà nội, tháng 08 năm 2014 Tác giả Nhâm Quý Linh THUẬT NGỮ TIẾNG ANH VÀ TỪ VIẾT TẮT Viết tắt Tiếng Anh Tiếng Việt VBL Volume of Blood Lost Thể tích máu PBL Percentage of Blood Loss Phần trăm thể tích máu TBV Total Blood Volume Tổng thể tích máu Loadcell Cảm biến trọng lƣợng Load Điện trở tải Strain gauge Điện trở biến dạng ADC Analog to Digital Converter Bộ chuyển đổi tƣơng tự - số PLC Programmable Logic Controller Thiết bị điều khiển lập trình đƣợc Excitation Điện áp kích thích Output Tín hiệu Sense Dây dẫn đƣợc nối trực tiếp với Excitation LCD Màn hình tinh thể lỏng Liquid Crystal Display DANH MỤC BẢNG BIỂU Bảng 1 Tính cho % diện tích bỏng số ml dịch cần thiết theo mức độ nhẹ, vừa, nặng nặng (trên 50% diện tích thể tính 50) 11 Bảng Phân loại mức độ xuất huyết 13 Bảng Đặc trưng vật lý số vật liệu áp điện 26 Bảng 2 Bảng so sánh tính năng, hiệu suất loại cảm biến 29 Bảng Dải điện áp vào giá trị ADS1234 59 DANH MỤC HÌNH VẼ Hình 1 Hậu bỏng gây 10 Hình Một số loại cân bệnh nhân bệnh viện Nhi 14 Hình Một số hình ảnh trẻ em trình điều trị bệnh viện Nhi 15 Hình Giường Hill-Rom Care Assist 15 Hình Giường h i sức KA-896E 16 Hình Giường Inox 18 Hình Giường Việt Thái 18 Hình Giường h i sức Lullaby 19 Hình Giường h i sức Fisher & Paykel 20 Hình 10 L ng ấp Ohmeda 20 Hình 2 Cách ghép phần tử áp điện a Hai phần tử song song b Hai phần tử nối tiếp c Nhiều phần tử song song 26 Hình Các biến dạng a Theo chiều dọc b Theo chiều ngang c Cắt theo bề dày d.Cắt theo bề mặt 26 Hình Cảm biến từ thẩm biến thiên 27 Hình Cảm biến áp suất sen-3391 28 Hình Sơ đ khối cảm biến áp suất 28 Hình Một số lọai Loadcell thông dụng 30 Hình Nguyên lý hoạt động Loadcell 30 Hình Cấu tạo Loadcell 30 Hình Mạch cầu Wheatstone 31 Hình 10 Sơ đ khối cân điện tử sử dụng Loadcell 41 Hình L ng ấp Ohmeda 48 Hình Bộ phận gá, đỡ, tiếp nhận lực tác động bệnh nhân 49 Hình 3 Mặt gắn với ba Loadcell 50 Hình Loadcell gắn vào phần mặt 50 Hình Vị trí đặt điều khiển l ng ấp 52 Hình Bộ điểu khiển 53 Hình Sơ đ khối cân điện tử 55 Hình Loadcell dạng uốn thực tế 56 Hình Sơ đ kết nối ADC với Loadcell Vi điều khiển 57 Hình 10 Sơ đ khối ADC 24 bits ADS1234 58 Hình 11 Sơ đ khối khuếch đại ADS1234 59 Hình 12 Text LCD 16x2 59 Hình 13 ATmega32A dạng PDIP 60 Hình 14 Atmega32A dạng SMD 60 Hình 15 Máy in nhiệt khổ giấy 58mm 62 Hình 16 Chân DS1307 63 Hình 17 Chân EEPROM AT24C04 64 Hình 18 Nút nhấn 64 Hình 19 IC 78M05 dạng chân dán 65 Hình 20 Sơ đ khối mạch cân điện tử 65 Hình 21 Sơ đ mạch khối ngu n 65 Hình 22 Sơ đ mạch khối ADC 66 Hình 23 Sơ đ nguyên lý khối Vi xử lý 66 Hình 24 Sơ đ nguyên lý khối hiển 67 Hình 25 Sơ đ nguyên lý khối nút bấm 68 Hình 26 Sơ đ mạch khối UART 68 Hình 27 Sơ đ mạch khối thời gian thực RTC 69 Hình 28 Sơ đ mạch khối EPROM 69 Hình 29 Layout lớp TOP 70 Hình 30 Layout lớp BOTTOM 70 Hình 31 Mạch in thực tế 71 Hình 32 Lưu đ thuật toán cho Atmega32A 72 Hình 33 Sơ đ thuật toán trình calib 73 Hình 34 Đ thị cho kết calib 74 Hình 35 Hình ảnh cân điện tử hoàn thành 75 Hình 36 Thông số cân nặng, ngày in giấy nhiệt 76 LỜI NÓI ĐẦU Hiện nay, giới – đặc biệt nƣớc phát triển, việc sử dụng cân tích hợp giƣờng bệnh nhân bệnh viện đƣợc dùng phổ biến Loại giƣờng thuận tiện cho bác sĩ, điều dƣỡng việc lấy thông tin cân nặng bệnh nhân cách thƣờng xuyên, liên tục Các bệnh viện lớn nƣớc ta có bệnh viện Nhi Trung Ƣơng bệnh viện có nhu cầu sử dụng giƣờng tích hợp hệ thống cân lớn Tuy nhiên loại giƣờng giá thành nhập cao, bệnh viện nƣớc chƣa thể đáp ứng đƣợc Một câu hỏi cần đặt với số giƣờng sẵn có bệnh viện Nhi Trung Ƣơng, làm để tích hợp hệ thống cân vào đó? Để trả lời cho câu hỏi trên, em xin ý kiến thầy hƣớng dẫn, tập trung nghiên cứu đƣa giải pháp: “Thiết kế chế tạo cân trẻ em tích hợp giường bệnh nhân” Sau hoàn thành, hệ thống đƣợc tích hợp vào lồng ấp trẻ sơ sinh bệnh viện Nhi Trung Ƣơng Do thời gian có hạn, em cố gắng nhƣng luận văn tốt nghiệp em không tránh khỏi thiếu sót Em mong nhận đƣợc dẫn thầy giáo hƣớng dẫn thầy cô trƣờng để em hoàn thành luận văn làm đƣợc sản phẩm tốt hình dáng, mẫu mã giá Qua đây, em xin đƣợc gửi lời cám ơn tới thầy giáo TS Nguyễn Phan Kiên thầy cô Viện Điện tử viễn thông trƣờng Đại học Bách Khoa Hà Nội, toàn thể kĩ sƣ công ty TNHH Công nghệ Ứng dụng Bách Khoa BKAT nhƣ cán bệnh viện Nhi Trung Ƣơng tận tình hƣớng dẫn tạo điều kiện cho em hoàn thành luận văn CHƢƠNG 1: ĐẶT VẤN ĐỀ 1.1 Nhu cầu thực trạng sử dụng cân tích hợp vào giƣờng bệnh bệnh nhân bệnh viện Nhi Trung Ƣơng Nhƣ biết, trọng lƣợng bệnh nhân – đặc biệt bệnh nhân nặng ( ví dụ nhƣ bệnh nhân thuộc khoa hồi sức cấp cứu, khoa cấp cứu chống độc, khoa sơ sinh, khoa thận nhân tạo ) thông số quan trọng cho bác sĩ công tác khám bệnh điều trị Thông qua cân nặng bệnh nhân bác sĩ tính toán đƣợc lƣợng máu, lƣợng dịch cần truyền, lƣợng thuốc cần tiêm, truyền cho bệnh nhân, áp lực thông khí thở v.v cho phù hợp Dƣới số ví dụ yêu cầu cần thiết phải có cân trình điều trị mà cụ thể tính toán lƣợng dịch cần truyền điều trị bỏng tính thể tích máu điều trị xuất huyết bệnh nhân 1.1.1 Công thức tính lƣợng dịch truyền ( Áp dụng điều trị bỏng ) Có nhiều lý khác dẫn đến bỏng, tác động nhiệt, điện, hóa chất tác nhân khác tác động cách trực tiếp gián tiếp lên vùng da gây mức độ tổn thƣơng khác Qua cho thấy việc cấp cứu, điều trị dự phòng điều trị bỏng phải đƣợc tiến hành khẩn trƣơng, đầy đủ từ tuyến sở đến bệnh viện Hình 1 Hậu bỏng gây chuyên khoa đặc biệt bệnh nhân bị sốc bỏng Sau sơ cứu xong bác sĩ tiến hành truyền dịch cho bênh nhân Đây vấn đề quan trọng để bù đắp khối lƣợng máu lƣu hành, giữ đƣợc huyết áp, chống thiểu niệu, vô niệu, chống đƣợc rối loạn chuyển hoá, cân kiềm toan (tức cân pH máu, pC02, dự trữ kiềm, kiềm dƣ) Có nhiều công thức để tính lƣợng dịch truyền Một số công thức chính: - Công thức Evans: 10 if(!(PIND&(1