Thiết kế chế tạo mô đun khống chế nhiệt ứng dụng trong các thiết bị lưu trữ sinh phẩm

Thiết kế chế tạo mô đun khống chế nhiệt ứng dụng thiết bị lƣu trữ sinh phẩm LỜI NĨI ĐẦU Hiện nay, đại hóa thiết bị y tế chủ đề đƣợc quan tâm nhiều ngành quan chức nƣớc Việc khám chữa bệnh truyền thống với trang thiết bị đơn giản dần đáp ứng đƣợc nhu cầu nƣớc nhƣ không theo kịp đƣợc phát triển y học giới Song song với khám điều trị bệnh, việc bảo quản lƣu trữ sinh phẩm khâu quan trọng Các sinh phẩm, kể đến nhƣ vắc – xin, máu chế phẩm, … thành phần thiếu trình điều trị chữa bệnh y bác sỹ Mỗi ngày, có hàng triệu ngƣời đƣợc tiêm vắc – xin truyền máu Đặc biệt với máu chế phẩm, thành phần ngƣời không tự tổng hợp đƣợc, truyền từ ngƣời sang ngƣời khác Máu chế phẩm máu bị suy giảm chất lƣợng khỏi thể ngƣời, đồng thời cần phải đảm bảo an toàn truyền máu, cần quy trình bảo quản, lƣu trữ nghiêm ngặt Nhiều tủ lƣu trữ sinh phẩm đời, với dải nhiệt độ thích hợp cho việc bảo quản máu, nhiên giá thành cao chƣa đáp ứng đƣợc nhiều yếu tố Chính lý đó, tơi đề xuất nghiên cứu: “Thiết kế chế tạo mô đun khống chế nhiệt ứng dụng thiết bị lưu trữ sinh phẩm” Ý tƣởng ban đầu thiết kế mạch điều khiển ổn định nhiệt độ dùng cơng đoạn bảo quản sinh phẩm, tập trung vào bảo quản máu chế phẩm Sau hồn thành tơi tích hợp vào thiết bị lƣu trữ máu chế phẩm để hoạt động, đồng thời mở rộng thiết bị lƣu trữ sinh phẩm khác Trong thời gian qua, nhờ hƣớng dẫn, giám sát TS Nguyễn Nam Quân thày, cô giáo Bộ môn Điện tử y sinh - Viện Điện tử Viễn thông nhƣ cán Viện Huyết học Truyền máu Trung Ƣơng Bệnh viện Hữu nghị Việt Nam – Cu Ba, tơi hồn thành đƣa vào sử dụng sản phẩm Tôi xin gửi lời cảm ơn tới thày, cô nhƣ bạn bè, đồng nghiệp giúp tơi q trình thực hi vọng nhận đƣợc góp ý nhiều để sản phẩm đƣợc hồn thiện Thiết kế chế tạo mơ đun khống chế nhiệt ứng dụng thiết bị lƣu trữ sinh phẩm TÓM TẮT LUẬN VĂN Máu chế phẩm máu loạt chất lỏng thiết yếu thể ngƣời động vật, có nhiệm vụ mang chất dinh dƣỡng Oxy cho tế bào, đồng thời vận chuyển sản phẩm thừa trình trao đổi chất khỏi tế bào Hàng năm, nhu cầu truyền máu cho bệnh nhân lớn Phẫu thuật, chấn thƣơng bệnh ung thƣ có nhu cầu truyền máu Mặc dù nhu cầu lớn, nhƣng máu lại tổng hợp nhân tạo, mà có đƣợc nhờ truyền máu Mỗi ngày, có 2000 đơn vị máu đƣợc chuyển tới bệnh viện Một phần số đƣợc sử dụng Phần lại đƣợc lƣu trữ số bệnh viện lớn nhƣ Viện Huyết học Truyền máu TW, Bệnh viện Hữu nghị Việt Nam – Cuba,… Để bảo quản máu cách tốt nhất, bệnh viện đƣợc trang bị số tử lƣu trữ sinh phẩm Các tủ đƣợc nhập từ nƣớc ngồi, giá thành cao, khó khăn việc sửa chữa xảy cố kinh phí sửa chữa lớn Trƣớc thực tế đó, em tiến hành nghiên cứu chế tạo, thử nghiệm mô đun thay cho tử lƣu trữ sinh phẩm Việc tự chế tạo mô đun giúp giảm bớt chi phí nhƣ thời gian sửa chữa cho tủ lƣu trữ sinh phẩm Từ nghiên cứu chế tạo tủ lƣu trữ sinh phẩm nƣớc, thay cho tủ nhập Sau 10 tháng tiến hành nghiên cứu, từ tháng 9/2013 đến tháng 7/2014, thử nghiệm thành công mô đun thay tủ lƣu trữ sinh phẩm dùng bảo quản máu chế phẩm máu, với đầy đủ chức năng: đo hiển thị nhiệt độ, tự động điều chỉnh nhiệt độ, cảnh báo, Thiết kế chế tạo mô đun khống chế nhiệt ứng dụng thiết bị lƣu trữ sinh phẩm MỤC LỤC LỜI NÓI ĐẦU TÓM TẮT LUẬN VĂN MỤC LỤC CÁC HÌNH VẼ SỬ DỤNG TRONG LUẬN VĂN ………………………………5 CÁC BẢNG BIỂU SỬ DỤNG TRONG LUẬN VĂN .8 CÁC TỪ VIẾT TẮT SỬ DỤNG TRONG LUẬN VĂN 10 PHẦN MỞ ĐẦU 11 CHƢƠNG ĐẶT VẤN ĐỀ 12 1.1 Tại cần phải lƣu trữ máu sinh phẩm: .12 1.2 Quy trình yêu cầu bảo quản máu sinh phẩm .12 1.2.1 Yêu cầu bảo quản máu sinh phẩm 12 1.2.2 Yêu cầu thiết bị lạnh bảo quản máu chế phẩm máu 17 1.3 Khảo sát tình hình thực tế: 18 1.4 Yêu cầu thiết kế: 21 CHƢƠNG PHÂN TÍCH HỆ THỐNG 24 2.1 Sơ đồ khối chức năng: .24 2.2 Khối cảm biến: 25 2.3 Khối xử lý tín hiệu đầu vào: 32 2.4 Khối xử lý trung tâm 34 2.4.1 Khối chuyển đổi tƣơng tự - số: 34 2.4.2 Bộ xử lý trung tâm: 38 2.5 Khối điều khiển 39 2.6 Khối giao tiếp với ngƣời sử dụng .41 2.7 Khối nguồn: 42 Thiết kế chế tạo mô đun khống chế nhiệt ứng dụng thiết bị lƣu trữ sinh phẩm 2.7.1 Sơ đồ khối 43 2.7.2 Biến áp nguồn chỉnh lƣu 43 2.7.3 Lọc thành phần xoay chiều dòng điện tải 46 2.7.4 Ổn định điện áp 49 CHƢƠNG THIẾT KẾ SẢN PHẨM 53 3.1 Khối cảm biến: 53 3.2 Khối xử lý tín hiệu: 54 3.3 Khối xử lý trung tâm (Vi điều khiển) 57 3.3.1 Vài nét vi điều khiển PIC 16F877A 57 3.3.2 Khối ADC PIC 16F877A 63 3.3.3 Bộ nhớ EEPROM Flash: .668 3.4 Khối điều khiển 73 3.5 Khối giao tiếp với ngƣời sử dụng .75 3.5.1 Khối hiển thị LED thanh: 75 3.5.2 Khối nút bấm cảnh báo: 81 3.6 Khối nguồn dự phòng 82 CHƢƠNG HOÀN THIỆN SẢN PHẨM VÀ KIỂM THỬ 84 4.6.1 Phƣơng án kiểm thử 85 4.6.2 Kết 86 KẾT LUẬN 88 TÀI LIỆU THAM KHẢO .89 BẢNG ĐỐI CHIẾU THUẬT NGỮ VIỆT – ANH 91 PHỤ LỤC 92 Thiết kế chế tạo mô đun khống chế nhiệt ứng dụng thiết bị lƣu trữ sinh phẩm CÁC HÌNH VẼ SỬ DỤNG TRONG LUẬN VĂN Hình 1.1: Mạch điều khiển tủ lưu trữ Dometic 19 Hình 1.2: Cảm biến sử dụng tủ lưu trữ Dometic 19 Hình 1.3: Bảng điều khiển tủ lưu trữ sinh phẩm Dometic .20 Hình 2.1: Sơ đồ khối chức hệ thống 24 Hình 2.2: Mơ hình mạch cảm biến 25 Hình 2.3: Cảm biến cặp nhiệt điện 26 Hình 2.4: Cảm biến RTD 27 Hình 2.5: Cảm biến Thermistor .28 Hình 2.6: Cảm biến DS 18B20 thực tế 29 Hình 2.7: Cảm biến NTC sử dụng tủ lưu trữ sinh phẩm Dometic 31 Hình 2.8: Vị trí đặt cảm biến khoang lạnh 31 Hình 2.9: IC khuếch đại thuật toán 32 Hình 2.10: Sơ đồ chân hình dạng OPAMPs điển hình .33 Hình 2.11: Đặc tuyến điện trở biến đổi theo nhiệt độ tuyến tính hóa việc mắc điện trở song song [2] 34 Hình 2.12: Quá trình làm việc ADC 34 Hình 2.13: Sơ đồ chuyển đổi ADC nhanh với độ phân giải bit [6] 36 Hình 2.14: Sơ đồ khối chuyển đổi Sigma – Delta [6] 37 Hình 2.15: Bộ chuyển đổi ADC xấp xỉ gần 37 Hình 2.16: Lưu đồ thuật toán điều khiển Compressor 39 Hình 2.17: Cấu tạo Rơ le 41 Hình 2.22: Sơ đồ khối nguồn 43 Hình 2.23: Biến áp 44 Hình 2.24: Sơ đồ cân 44 Hình 2.25: Mạch chỉnh lưu cầu .45 Hình 2.26: Chỉnh lưu điện áp hai cực tính 46 Hình 2.27: Lọc tụ điện 47 Hình 2.28: Lọc cuộn cảm 47 Hình 2.29: Lọc hình L ngược 48 Hình 2.30: Lọc hình  48 Thiết kế chế tạo mô đun khống chế nhiệt ứng dụng thiết bị lƣu trữ sinh phẩm Hình 2.31: Các lọc cộng hưởng 49 Hình 2.32: Sơ đồ khối minh họa nguyên tắc làm việc mạch ổn định có hồi tiếp 50 Hình 2.33: Cách lấy tín hiệu đưa so sánh 49 Hình 2.34: a Sơ đồ khối ổn áp mắc song song 51 Hình 3.1: Đồ thị điện trở phụ thuộc vào nhiệt độ NTC 54 Hình 3.2: Đồ thị phụ thuộc vào nhiệt độ điện trở nhiệt sau tuyến tính hóa55 Hình 3.3: Mạch tạo nguồn dòng sử dụng LM334 [3] .55 Hình 3.4: Đồ thị điện áp, dịng điện công suất NTC theo nhiệt độ .56 Hình 3.5: Sơ đồ chân PIC 16F877A 58 Hình 3.6: Sơ đồ chức PIC 16F 877A 58 Hình 3.7: Sơ đồ khối PIC 16F887A 59 Hình 3.8: Thiết lập chân chuyển đổi A/D 65 Hình 3.9: Sơ đồ chuyển đổi A/D 66 Hình 3.10: Tần số dao động tối đa vi điều khiển tương ứng với thời gian chuyển đổi A/D 67 Hình 3.11: Lưu đồ thuật tốn lưu lại giá trị nhiệt độ cao thấp khoảng nhiệt độ không cho phép 72 Hình 3.12: ULN 2803 thực tế 74 Hình 3.13: Sơ đồ chân ULN 2803 74 Hình 3.14: Sơ đồ thiết kế khối điều khiển 75 Hình 3.15: Khối hiển thị LED .76 Hình 3.16: LED HSPD – 3903 77 Hình 3.17: Sơ đồ chân HSDP – 3903 77 Hình 3.18: IC ghi dịch 74HC595 thực tế .77 Hình 3.19: Sơ đồ mức logic IC 74HC595 78 Hình 3.20: Bảng chức IC 74HC595 78 Hình 3.21: Biểu đồ thời gian mô tả hoạt động IC 74HC595 79 Hình 3.22: Biều đồ thời gian mô tả quét LED 81 Hình 3.23: Sơ đồ thiết kế khối hiển thị LED .81 Hình 3.24: Sơ đồ thiết kế khối nút bấm cảnh báo .82 Hình 3.45: Sơ đồ khối LM 2576 .83 Thiết kế chế tạo mô đun khống chế nhiệt ứng dụng thiết bị lƣu trữ sinh phẩm Hình 3.46: Sơ đồ thiết kế khối nguồn 83 Hình 4.1: Mạch sản phẩm 84 Hình 4.2: Cảm biến đưa vào dung dịch để đảm bảo đo xác nhiệt độ sinh phẩm .84 Hình 4.3: Thiết bị DataLogger 85 Hình 4.4: Phần mềm thiết lập thơng số DataLogger .86 Hình 4.5: Giá trị nhiệt độ trung bình đo logger thời gian kiểm thử, trường hợp chạy tủ có đặt tải 86 Hình 4.6: Giá trị nhiệt độ trung bình đo logger thời gian kiểm thử, trường hợp chạy tủ không đặt tải 87 Hình 4.7: Thời gian bật/tắt block tủ thời gian kiểm thử trường hợp chạy tủ có tải 86 Thiết kế chế tạo mô đun khống chế nhiệt ứng dụng thiết bị lƣu trữ sinh phẩm CÁC BẢNG BIỂU SỬ DỤNG TRONG LUẬN VĂN Bảng 1.1: Tính tủ lưu trữ sinh phẩm Dometic 20 Bảng 1.2: Yêu cầu thiết kế mạch sản phẩm 22 Bảng 2.1: Lựa chọn cảm biến ngành nghề 29 Bảng 3.1: Các thông số cảm biến Vishay NTC 10k 2% 53 Bảng 3.2: So sánh tính dịng sản phẩm PIC 16 F87XA 57 Bảng 3.3: Thứ tự chân mô tả hoạt động chân PIC 16F877A .61 Bảng 3.4: Tần số chuyển đổi ứng với giá trị bit 64 Bảng 3.5: Thanh ghi ADCON1 65 Bảng 3.6: Cấu tạo EECON1 69 Bảng 3.7: Bảng mã LED Cathode chung 77 Bảng 3.12: Thông số LM 2576 83 Bảng 4.1: Bảng thông số DataLogger .85 Thiết kế chế tạo mô đun khống chế nhiệt ứng dụng thiết bị lƣu trữ sinh phẩm CÁC BẢNG BIỂU SỬ DỤNG TRONG LUẬN VĂN Bảng 1.1: Tính tủ lưu trữ sinh phẩm Dometic 20 Bảng 1.2: Yêu cầu thiết kế mạch sản phẩm 22 Bảng 2.1: Lựa chọn cảm biến ngành nghề 29 Bảng 3.1: Các thông số cảm biến Vishay NTC 10k 2% 53 Bảng 3.2: So sánh tính dòng sản phẩm PIC 16 F87XA 57 Bảng 3.3: Thứ tự chân mô tả hoạt động chân PIC 16F877A .61 Bảng 3.4: Tần số chuyển đổi ứng với giá trị bit 64 Bảng 3.5: Thanh ghi ADCON1 65 Bảng 3.6: Cấu tạo EECON1 70 Bảng 3.7: Bảng mã LED Cathode chung 77 Bảng 3.12: Thông số LM 2576 83 Bảng 4.1: Bảng thông số DataLogger .85 Thiết kế chế tạo mô đun khống chế nhiệt ứng dụng thiết bị lƣu trữ sinh phẩm CÁC TỪ VIẾT TẮT SỬ DỤNG TRONG LUẬN VĂN  CPDA: Dung dịch bảo quản máu, bao gồm Citrate, Phosphat, đƣờng Dextrose, Adenin  HTT: Huyết tƣơng tƣơi  HTTĐL: Huyết tƣơng tƣơi đông lạnh  LED: Light Emitting Diode – Diode phát quang  RTD: Resistance Temperature Detectors – Phát thay đổi nhiệt độ dựa giá trị điện trở  NTC: Negative Temperature Coefficent – Hiệu ứng điện trở thay đổi nghịch với nhiệt độ bên  PTC: Positive Temperatrue Coefficent – Hiệu ứng điện trở thay đổi thuận với nhiệt độ bên ngồi  IC: Intergrated Circuit – Mạch tích hợp  Op Amp: Operated Amplifier – Khuếch đại thuật toán  I2C: Inter – Intergrated Circuit  ADC: Analog to Digital Converter – Bộ chuyển đổi tƣơng tự - số  RISC: Reduced Instructions Set Computer - Tập lệnh đơn giản hóa  ROM: Read Only Memory – Bộ nhớ đọc  RAM: Random Access Memory – Bộ nhớ truy cập ngẫu nhiên  EEPROM: Erasable Programmable Read-Only Memory– Bộ nhớ cho phép ghi xóa điện  USART: Universal Synchronous Asynchronous Receiver Transmitter – Truyền nhận liệu đối xứng/ bất đối xứng  PWM: Pulse Width Modulation – Điều chế độ rộng xung 10 Thiết kế chế tạo mô đun khống chế nhiệt ứng dụng thiết bị lƣu trữ sinh phẩm Hình 3.19: Sơ đồ mức logic IC 74HC595 Hình 3.20: Bảng chức IC 74HC595 79 Thiết kế chế tạo mô đun khống chế nhiệt ứng dụng thiết bị lƣu trữ sinh phẩm Hình 3.21: Biểu đồ thời gian mô tả hoạt động IC 74HC595  Phƣơng án quét LED: Cơ cấu hiển thị bao gồm LED để hiển thị chữ số hàng chục, hàng đơn vị, phần thập phân Ta sử dụng IC 74HC595 để quét chung LED Mỗi LED có chân để điều khiển thứ tự hiển thị Tín hiệu đƣợc đƣa lần lƣợt vào IC 74HC595 qua chân RLCK chuyển đến đầu theo thứ tự từ Q0 – Q7 Khi đủ tín hiệu, chân SRCLK xuất xung tích cực sƣờn dƣơng, xuất đầu LED Tại thời điểm, có LED mà liệu đƣợc xuất đƣợc cấp nguồn sáng LED sáng chân LED1, LED2, LED3 vi điều khiển định Đến đây, thấy nhƣ thời điểm hiển thị LED hiển thị đầy đủ LED theo ý muốn Tuy nhiên, dựa tƣợng lƣu ảnh mắt để giải vấn đề Sự lƣu ảnh “khuyết điểm” quan trọng mắt đƣợc sử dụng công nghiệp điện ảnh truyền hình Mắt ngƣời khơng phản ứng tức thời với thay đổi ánh sáng Có độ trễ khoảng vài miligiây trình não nhận thông tin vật thể quan sát Độ trễ tăng lên theo độ rọi vật thể Không phải tất phần võng mạc có lƣu ảnh giống Vùng trung tâm quanh hố thị giác có độ lƣu ảnh dài Sự lƣu ảnh mắt cịn phụ thuộc vào đặc tính quang phổ nguồn sáng, tức phụ thuộc vào màu sắc độ sáng 80 Thiết kế chế tạo mô đun khống chế nhiệt ứng dụng thiết bị lƣu trữ sinh phẩm Khi hình ảnh đƣợc xắp xếp liên tục cách hợp lý đƣợc cho chạy qua trƣớc mắt ngƣời với tốc độ nhanh lƣu ảnh mắt, não tổng hợp thành hình ảnh chuyển động thực chất hình ảnh tĩnh riêng biệt Vậy nhƣ bật tắt LED theo tần số lớn, mắt ngƣời không phân biệt đƣợc thay đổi nhìn thấy LED sáng lúc Trong đề tài này, lựa chọn tần số quét LED cỡ 1kHz Hình 3.22: Biều đồ thời gian mơ tả quét LED Sơ đồ khối hiển thị LED nhƣ hình sau: Hình 3.23: Sơ đồ thiết kế khối hiển thị LED 3.5.2 Khối nút bấm cảnh báo: Khối nút bấm cảnh báo thơng qua LED đƣợc thiết kế nhƣ hình sau Mạch thiết kế cảnh báo thông qua hệ thống đèn LED báo hiệu còi báo 81 Thiết kế chế tạo mô đun khống chế nhiệt ứng dụng thiết bị lƣu trữ sinh phẩm Hình 3.24: Sơ đồ thiết kế khối nút bấm cảnh báo Sở dĩ nút bấm đƣợc nối nhƣ sơ đồ khơng bấm nút, vi điều khiển cần phải có điện áp tham chiếu 5V, sau bấm nút điện áp 0V, mức logic đƣợc thực Một điện trở đƣợc mắc chân nút bấm chân vi điều khiển để hạn dòng đảm bảo an toàn cho vi điều khiển Khi nhiệt độ tủ nằm dải cho phép, vi điều khiển xuất tín hiệu mức thấp, tạo hiệu điện chân LED đèn sáng, đồng thời còi đƣợc bật 3.6 Khối nguồn dự phòng Để cung cấp điện áp cho tồn mạch, chúng tơi lựa chọn phƣơng án sử dụng IC LM2576 Dòng sản phẩm LM 2576 mạch tích hợp cung cấp chức chuyển đổ i điê ̣n áp xuố ng các mƣ́c 3.3V, 5V, 12V, 15V hay mô ̣t mƣ́c điê ̣n áp đầ u có thể điề u chin ̉ h với dòng tải an toàn lên tới 3A Khi sƣ̉ du ̣ng IC này , ta sẽ giảm thiể u đáng kể kích thƣớc của tản nhiê ̣t , có thể không cầ n sƣ̉ du ̣ng đế n tản nhiê ̣t Bên ca ̣nh đó, LM2576 rấ t đáng tin câ ̣y với sai số chỉ ± 4% điê ̣n áp ở đầ u điê ̣n áp đầ u vào cố đinh ̣ và đầ u chiụ tải , ± 10% với tầ n số dao đô ̣ng IC này còn có khả ngắ t để bảo vệ tốt điều kiện lỗi Một số đặc điểm IC này, bao gồm: - Gồ m các phiên bản : điện áp 3.3V, 5V, 12V, 15V và ện áp có thể điề u chỉnh đầu - Phiên bản đầ u điề u chin ̉ h có điê ̣n áp tƣ̀ 1.23V đế n 37V (lên tới 57V với phiên bản HV) với sai sớ tớ i đa ± 4% - Dịng ổn định 3A - Dải điện áp đầu vào rộng, tƣ̀ 40V đế n 60V với phiên bản HV - Tầ n số dao đô ̣ng nô ̣i 52 kHz 82 Thiết kế chế tạo mô đun khống chế nhiệt ứng dụng thiết bị lƣu trữ sinh phẩm - Có khả ngắt TTL chế độ chờ tiêu thụ lƣợng - Bảo vệ ngắt nhiệt q dịng - Hiê ̣u ś t cao Hình 3.25: Sơ đồ khối LM 2576 Các thông số IC LM 2576 đƣợc cho bảng dƣới đây: Bảng 3.8: Thông số LM 2576 Thông số Điề u kiêṇ Giá trị VOUT VIN = 12V, ILOAD = 0.5A 5.0V 4.9V (Min) 5.1V (Max) VOUT 0.5A ≤ ILOAD ≤ 3A 5.0V 8V ≤ VIN ≤ 40V 4.8V (Min) 5.2V (Max) Hiê ̣u suấ t ɳ VIN = 12V, ILOAD = 3A Hình 3.26: Sơ đồ thiết kế khối nguồn 83 77% Thiết kế chế tạo mô đun khống chế nhiệt ứng dụng thiết bị lƣu trữ sinh phẩm CHƢƠNG HOÀN THIỆN SẢN PHẨM VÀ KIỂM THỬ Sản phẩm hồn thiện bao gồm mạch: Mạch mạch hiển thị Sau q trình kiểm tra tính hoạt động, sản phẩm đƣợc đƣa vào thay mạch điều khiển tủ lƣu trữ sinh phẩm Viện Huyết học & Truyền máu Trung ƣơng Bệnh viện Hữu nghị VIệt Nam – Cu Ba Sản phẩm đƣợc kiểm thử tủ thực tế nhiều ngày, lấy liệu đối chiếu với liệu chuẩn tài liệu tủ lƣu trữ sinh phẩm Hình 4.1: Mạch sản phẩm Hình 4.2: Cảm biến đưa vào dung dịch để đảm bảo đo xác nhiệt độ sinh phẩm 84 Thiết kế chế tạo mô đun khống chế nhiệt ứng dụng thiết bị lƣu trữ sinh phẩm 4.6.1 Phƣơng án kiểm thử Sau tích hợp mạch thiết kế vào tủ lƣu trữ sinh phẩm Dometic, sử dụng thiết bị DataLogger để lấy mẫu nhiệt độ thời gian ngày Đây thiết bị hãng Extech, có khả lƣu lại mẫu đo nhiệt độ độ ẩm môi trƣờng với số mẫu tối đa lên tới 16.000 mẫu, thời gian lấy mẫu tùy chỉnh tối đa 12 mẫu tối thiểu giây mẫu Thiết bị giao tiếp vơi máy tính thơng qua cổng RS 232, sau thiết lập thông số thiết bị tự ghi nhớ cài đặt ghi lại mẫu cách tự động Hình 4.3: Thiết bị DataLogger Một số thông số thiết bị nhƣ sau: Bảng 4.1: Bảng thông số DataLogger Thông số Giá trị Nhiệt độ đo đƣợc -400C đến 850C Độ xác 0.60C / 100C Khoảng thời gian mẫu Từ giây đến 12 Bộ nhớ Tối đa 16000 mẫu Kích thƣớc 76 x 57.2 x 22.3 mm Nguồn Pin lithium 3.6V 85 Thiết kế chế tạo mô đun khống chế nhiệt ứng dụng thiết bị lƣu trữ sinh phẩm Hình 4.4: Phần mềm thiết lập thông số DataLogger 4.6.2 Kết Trong khuôn khổ luận văn, tiến hành lấy mẫu nhiệt độ so sánh với đồ thị yêu cầu Tôi tiến hành lấy mẫu nhiệt độ cảm biến tủ khoảng thời gian 12 liên tục, lấy mẫu 30 giây/lần Phƣơng án lấy mẫu bao gồm trƣờng hợp: - Chạy tủ không tải: Không đặt sinh phẩm sản phẩm vào tủ - Chạy tủ có tải: Đặt sinh phẩm sản phẩm bảo quản vào tủ Kết nhƣ sau: Hình 4.5: Giá trị nhiệt độ trung bình đo logger thời gian kiểm thử, trường hợp chạy tủ có đặt tải 86 Thiết kế chế tạo mơ đun khống chế nhiệt ứng dụng thiết bị lƣu trữ sinh phẩm Hình 4.6: Giá trị nhiệt độ trung bình đo logger thời gian kiểm thử, trường hợp chạy tủ khơng đặt tải Nhìn vào kết quả, ta Ngồi ra, tơi tiến hành đo thời gian bật/tắt block tủ Kết nhƣ sau: 160 140 120 100 80 60 40 20 146 62 66 29 60 33 63 30 67 30 68 Thời gian bật (phút) 29 Hình 4.7: Thời gian bật/tắt block tủ thời gian kiểm thử trường hợp chạy tủ có tải 87 Thiết kế chế tạo mô đun khống chế nhiệt ứng dụng thiết bị lƣu trữ sinh phẩm Nhìn vào đồ thị, ta thấy để đạt đƣợc nhiệt độ yêu cầu nhiệt độ tủ nhiệt độ môi trƣờng, block cần phải chạy khoảng thời gian gần 1,5 Sau đạt đƣợc nhiệt độ yêu cầu, tủ giữ ổn định thời gian trung bình 50 phút trƣớc bật block trở lại, thời gian bật block trung bình 30 phút 88 Thiết kế chế tạo mô đun khống chế nhiệt ứng dụng thiết bị lƣu trữ sinh phẩm KẾT LUẬN Trong khoảng thời gian 10 tháng thực hiện, nhờ hƣớng dẫn TS Nguyễn Nam Quân, trợ giúp cán Viện Huyết học Truyền máu Trung ƣơng, bệnh viện Hữu nghị Việt Nam – Cu Ba bạn đồng nghiệp, tơi hồn thành đề tài “Thiết kế chế tạo mô đunkhống chế nhiệt ứng dụng thiết bị lƣu trữ sinh phẩm” Trong q trình thực hiện, tơi nhận thấy có ƣu điểm thiếu sót sản phẩm nhƣ sau: Ưu điểm  Mạch thiết kế đảm bảo đầy đủ tính thiết bị lƣu trữ sinh phẩm, thiết kế đẹp mắt, gọn nhẹ  Quy trình thiết kế tn theo trình tự, từ khâu phân tích, tính tốn đến thiết kế, kiểm thử Nhược điểm  Thời gian thiết kế tƣơng đối lâu, trình kiểm thử tốn nhiều thời gian  Chƣa tối ƣu hoạt động chƣa tính tốn yếu tố kinh tế sản phẩm Trong thời gian tới, dự kiến phát triển sản phẩm nhƣ sau:  Bổ sung tính dự phịng điện thơng qua nguồn pin dự trữ  Bổ sung tính kiểm tra tủ mở, chống đọng sƣơng, …  Bổ sung tính lƣu trữ liệu thông qua giao tiếp máy tính  Tính tốn yếu tố kinh tế hoàn thiện phiên thƣơng mại sản phẩm Một lần nữa, xin trân trọng cảm ơn hƣớng dẫn TS Nguyễn Nam Quân, giúp đỡ bạn đồng nghiệp cán nghiên cứu Viện Huyết học Truyền máu Trung ƣơng, bệnh viện Hữu nghị Việt Nam – Cu Ba hi vọng sản phẩm đƣa vào ứng dụng rộng rãi bƣớc khởi đầu cho phát triển sản phẩm điện tử y sinh thiết kế Việt Nam sau 89 Thiết kế chế tạo mô đun khống chế nhiệt ứng dụng thiết bị lƣu trữ sinh phẩm TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Phạm Văn Tuân, Hán Trọng Thanh, Đỗ Quang Ngọc, Phạm Văn Biên, Kỹ thuật Đo lường Tự động Điều khiển, NXB Bách Khoa – Hà Nội, 10/2008 [2] EPCOS, NTC Thermistor Application Notes, 2/2009 [3] Texas Instruments, LM134/LM234/ LM334 – Terminal Adjustable Current Source, 3/2000 [4]Microchip Technology Inc, PIC 16F 87XA Datasheet – 28/40/44 Pin Enhanced Microcontroller, 2003 [5] Unisonic Technologies Co., Ltd, S8550: Low voltage high current small signal PNP Transistor, 2013 [6] Georgia Institute of Technology, Analog to Digital Converter, Denis Bissieres, Ian Campbell, Yohan Lesperat, 2014 [7] CCS Inc, CCS C Compiler Manual PCB/PCM/PCH, 5/2014 [8] Khoa Huyết học - Bệnh viện Bạch Mai, Sử dụng máu chế phẩm máu phù hợp, PGS TS Trần Quang Vinh, 5/2013 [9] Bộ Y tế, Thông tư số 26/2013/TT – BYT việc hướng dẫn hoạt động truyền máu, 9/2013 [10] Dometic Technology, Viện Huyết học Truyền máu Trung ƣơng, Tài liệu hướng dẫn tiêu chuẩn vàng (Gold Standard) tủ lưu trữ sinh phẩm Dometic, 2008 [11] Ngô Diên Tập, Vi xử lý đo lường điều khiển, NXB Khoa học Kỹ thuật, 2000 [12]TOSHIBA, ULN2803APG, ULN2803AFWG, ULN2804APG, ULN2804AFWG, 11/2012 [13] Surya Research Labs, RF Remote Control using PT 2262 and PT 2272, 4/2012 [14] Philips Semiconductors, 74HC595, 74HCT595, bit serial in, serial or parallel out shift register with output latches, 6/2003 90 Thiết kế chế tạo mô đun khống chế nhiệt ứng dụng thiết bị lƣu trữ sinh phẩm BẢNG ĐỐI CHIẾU THUẬT NGỮ VIỆT – ANH  Compressor: Máy nén khí, dùng hệ thống làm lạnh  Thermostat: Thiết bị đóng ngắt tiếp điểm khí, dựa thay đổi nhiệt độ  Themoresistivity: Loại cảm biến nhiệt độ dựa thay đổi điện trở  Themorelectricity: Loại cảm biến nhiệt độ dựa thay đổi thông số điện (dòng điện, điện áp, …)  Themistor: Cảm biến nhiệt độ dựa thay đổi điện trở, với vật liệu làm ocid kim loại bán dẫn  Operational Amplifier: Khuếch đại thuật toán  Exponential: Hàm mũ exp  Analog to digital converter: Chuyển đổi tƣơng tự - số 91 Thiết kế chế tạo mô đun khống chế nhiệt ứng dụng thiết bị lƣu trữ sinh phẩm PHỤ LỤC Dữ liệu cảm biến NTC: Nhiệt độ (độ C) -1 -0.5 0.5 1.5 2.5 3.5 4.5 5.5 6.5 7.5 8.5 9.5 10 Nhiệt độ (Độ K) 272 272.5 273 273.5 274 274.5 275 275.5 276 276.5 277 277.5 278 278.5 279 279.5 280 280.5 281 281.5 282 282.5 283 Giá trị điện trở nhiệt (Ω) 35321 34396 33498 32627 31782 30962 30165 29392 28642 27913 27205 26518 25850 25202 24572 23960 23365 22787 22226 21680 21149 20633 20132 Mắc song song điện trở10k 7794 7748 7701 7654 7607 7559 7510 7461 7412 7362 7312 7262 7211 7159 7107 7055 7003 6950 6897 6843 6790 6736 6681 92 Mắc song song điện trở 20k 12769 12647 12523 12399 12275 12151 12026 11902 11777 11652 11526 11401 11276 11151 11026 10901 10776 10651 10527 10403 10279 10156 10033 Mắc song song điện trở 30K 16222 16024 15826 15629 15433 15237 15041 14847 14653 14459 14267 14076 13885 13696 13508 13321 13135 12950 12767 12585 12404 12225 12047 Thiết kế chế tạo mô đun khống chế nhiệt ứng dụng thiết bị lƣu trữ sinh phẩm Dữ liệu điện áp vào ADC sau trình xử lý tín hiệu đầu vào: Nhiệt độ (độ C) -1 -0.5 0.5 1.5 2.5 3.5 4.5 5.5 6.5 7.5 8.5 9.5 10 Nhiệt độ (Độ K) 272 272.5 273 273.5 274 274.5 275 275.5 276 276.5 277 277.5 278 278.5 279 279.5 280 280.5 281 281.5 282 282.5 283 Giá trị điện trở nhiệt 35321 34396 33498 32627 31782 30962 30165 29392 28642 27913 27205 26518 25850 25202 24572 23960 23365 22787 22226 21680 21149 20633 20132 Điện trở mắc song song 7794 7748 7701 7654 7607 7559 7510 7461 7412 7362 7312 7262 7211 7159 7107 7055 7003 6950 6897 6843 6790 6736 6681 93 Giá trị ADC 798 793 789 784 779 774 769 764 759 754 749 744 738 733 728 722 717 712 706 701 695 690 684 Dòng điện qua NTC (mA) 0.110 0.113 0.115 0.117 0.120 0.122 0.124 0.127 0.129 0.132 0.134 0.137 0.139 0.142 0.145 0.147 0.150 0.152 0.155 0.158 0.161 0.163 0.166 Công suất NTC (mW) 0.430 0.436 0.443 0.449 0.455 0.461 0.467 0.474 0.480 0.485 0.491 0.497 0.503 0.508 0.514 0.519 0.525 0.530 0.535 0.540 0.545 0.550 0.554 ... 86 Thiết kế chế tạo mô đun khống chế nhiệt ứng dụng thiết bị lƣu trữ sinh phẩm CÁC BẢNG BIỂU SỬ DỤNG TRONG LUẬN VĂN Bảng 1.1: Tính tủ lưu trữ sinh phẩm Dometic 20 Bảng 1.2: Yêu cầu thiết kế. .. .85 Thiết kế chế tạo mô đun khống chế nhiệt ứng dụng thiết bị lƣu trữ sinh phẩm CÁC BẢNG BIỂU SỬ DỤNG TRONG LUẬN VĂN Bảng 1.1: Tính tủ lưu trữ sinh phẩm Dometic 20 Bảng 1.2: Yêu cầu thiết kế. .. 16 Thiết kế chế tạo mô đun khống chế nhiệt ứng dụng thiết bị lƣu trữ sinh phẩm 1.2.2 Yêu cầu thiết bị lạnh bảo quản máu chế phẩm máu  Yêu cầu chung thiết bị lạnh bảo quản đơn vị máu chế phẩm