thiết kế và thi công máy ép tim hỗ trợ bác sĩ trong trường hợp ép tim bệnh nhân

Bạn đang xem bản rút gọn của tài liệu. Xem và tải ngay bản đầy đủ của tài liệu tại đây (6.22 MB, 74 trang )

Trang 1<div class="page_container" data-page="1">

THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT

S K L 0 1 2 3 4 8

KHĨA LUẬN TỐT NGHIỆP

NGÀNH CƠNG NGHỆ KỸ THUẬT ĐIỆN, ĐIỆN TỬ; ĐIỆN CÔNG NGHIỆP

</div>Trang 2<div class="page_container" data-page="2">

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH KHOA ĐIỆN – ĐIỆN TỬ

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

NGÀNH CÔNG NGHỆ KỸ THUẬT ĐIỆN TỬ - VIỄN THÔNG (CLC) Đề tài:

TP. HỒ CHÍ MINH - 01/2024

BÁC SĨ TRONG TRƯỜNG HỢP ÉP TIM BỆNH NHÂN

GVHD: TS. NGUYỄN THANH NGHĨA SVTH: NGUYỄN PHƯỚC NGUYÊN MSSV: 19142077

SVTH: VŨ ANH QUANG MSSV: 19161155

</div>Trang 3<div class="page_container" data-page="3">

NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

Họ và tên sinh viên 1: Nguyễn Phước Nguyên MSSV: 19142077 Họ và tên sinh viên 2: Vũ Anh Quang MSSV: 19161155 Ngành: Công nghệ kỹ thuật Điện tử-Viễn Thông (CLC)

Lớp: 19161CLĐT2B

Giảng viên hướng dẫn: TS.Nguyễn Thanh Nghĩa

Ngày nhận đề tài: 11/9/2023 Ngày nộp đề tài: 5/01/2024 1. Tên đề tài: Thiết kế và thi công máy ép tim hỗ trợ bác sĩ trong trường hợp ép tim

bệnh nhân.

2. Nội dung thực hiện đề tài.

- Tham khảo tài liệu, đọc và tóm tắt tài liệu đưa ra hướng đề tài. - Tìm hiểu về vi điều khiển Arduino nano.

- Tìm hiểu về các module và linh kiện cần thiết trong hệ thống.

- Thiết kế sơ đồ khối, sơ đồ ngun lý, tính tốn thi cơng hệ thống , mơ hình. - Sử dụng phần mềm Arduino để lập trình và điều khiển.

- Sử dụng phần mềm solidwork để vẽ phần cơ khí. - Kiểm tra, chạy thử, chỉnh sửa mơ hình.

- Viết báo cáo thực hiện. - Bảo vệ luận văn.

3. Sản phẩm: Mơ hình máy ép tim hỗ trợ bác sĩ trong trường hợp ép tim bệnh nhân, có thể điều khiển ép tim bằng hai phương pháp ép liên tục và ép 30:2, dễ dàng theo dõi thơng qua màn hình lcd.

TRƯỞNG NGÀNH GIẢNG VIÊN HƯỚNG DẪN

</div>Trang 4<div class="page_container" data-page="4">

PHIẾU NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN

Họ và tên sinh viên 1: Nguyễn Phước Nguyên MSSV: 19142077 Họ và tên sinh viên 2: Vũ Anh Quang MSSV: 19161155 Ngành: Công nghệ kỹ thuật Điện tử-Viễn Thông (CLC)

Tên đề tài: Thiết kế và thi công máy ép tim hỗ trợ bác sĩ trong trường hợp ép tim bệnh nhân.

Họ và tên Giáo viên hướng dẫn: TS. Nguyễn Thanh Nghĩa

NHẬN XÉT

1. Về nội dung đề tài & khối lượng thực hiện

Thiết kế thi công được hệ thống máy ép tim hỗ trợ bác sĩ trong trường hợp ép tim bệnh nhân đáp ứng được yêu cầu đã đề ra của đề tài. Hệ thống hoạt động tương đối ổn định và có đủ chức năng. Có thể hoạt động ở 2 chế độ ép liên tục và 30:2 ép 30 nhịp nghỉ 3 giây. Sinh viên đã hoàn thành tất cả các mục tiêu đề ra trong đề cương

chi tiết, nội dung phù hợp với thực tế và mang tính ứng dụng. 2. Ưu điểm

Hệ thống hoạt động với đủ các chức năng, giao diện màn hình đơn giản, trực quan, dễ dàng cho người dùng theo dõi.

6. Điểm: ……….(Bằng chữ: )

Tp. Hồ Chí Minh, ngày 03 tháng 01 năm 2024

Giáo viên hướng dẫn

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

KHOA ĐIỆN-ĐIỆN TỬ

CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc lập – Tự do – Hạnh phúc

</div>Trang 5<div class="page_container" data-page="5">

PHIẾU NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN PHẢN BIỆN

Họ và tên sinh viên 1: Nguyễn Phước Nguyên MSSV: 19142077 Họ và tên sinh viên 2: Vũ Anh Quang MSSV: 19161155 Ngành: Công nghệ kỹ thuật Điện tử-Viễn Thông (CLC)

Tên đề tài: Thiết kế và thi công thi công máy ép tim hỗ trợ bác sĩ trong trường hợp ép tim bệnh nhân

Họ và tên Giáo viên phản biện: ...

NHẬN XÉT

1. Về nội dung đề tài & khối lượng thực hiện:

... ... ... 2. Ưu điểm:

... ... ... 3. Khuyết điểm:

... ... 4. Đề nghị cho bảo vệ hay khơng?

... 5. Đánh giá loại:

... 6.Điểm:……….(Bằngchữ:...)

Tp. Hồ Chí Minh, ngày tháng năm 2024

Giáo viên phản biện

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

KHOA ĐIỆN-ĐIỆN TỬ

CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM

Độc lập – Tự do – Hạnh phúc

</div>Trang 6<div class="page_container" data-page="6">

LỜI CẢM ƠN

Trong quá trình thực hiện đề tài, chúng em đã nhận được rất nhiều sự hỗ trợ, góp ý và hướng dẫn của rất nhiều người. Đầu tiên, nhóm em muốn gửi lời

cảm ơn chân thành đến TS. Nguyễn Thanh Nghĩa giảng viên của khoa Điện -

điện tử Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật Thành phố Hồ Chí Minh đã hướng dẫn, giúp đỡ tận tình trong suốt q trình thực hiện đề tài.

Ngồi ra, nhóm em cũng muốn cảm ơn các thầy cô trong Khoa Đào Tạo Chất Lượng Cao đã tạo điều kiện thuận lợi để nhóm em thực hiện đồ án tốt nghiệp này.

Xin cảm ơn tất cả các bạn thành viên trong lớp, những người đồng hành và gắn bó với nhóm trong suốt 4 năm học, đã có những góp ý và giúp đỡ nhóm em trong những thời điểm khó khăn khi làm đề tài.

Nhóm em xin chân thành cảm ơn gia đình và bạn bè đã ln tạo điều kiện và giúp đỡ nhóm em trong q trình thực hiện đồ án.

Cuối cùng, nhóm em xin cảm ơn giáo viên phản biện và các thầy cô trong hội đồng bảo vệ đồ án đã dành thời gian nhận xét, đánh giá và giúp đỡ nhóm em trong q trình bảo vệ đồ án.

Đồ án này sẽ khơng được hồn thành tốt đẹp nếu khơng có sự giúp đỡ đó của tất cả mọi người. Một lần nữa nhóm xin chân thành cảm ơn.

Tp. Hồ Chí Minh, ngày 03 tháng 01 năm 2024

Người thực hiện đề tài

Nguyễn Phước Nguyên Vũ Anh Quang

</div>Trang 7<div class="page_container" data-page="7">

LỜI CAM ĐOAN

Nhóm xin cam kết rằng đề tài này nhóm thực hiện hồn tồn dựa trên những kiến thức đã được học và một số nghiên cứu, tài liệu trước đó dưới sự hướng dẫn của Thầy TS. Nguyễn Thanh Nghĩa. Không sao chép bất kỳ tài liệu hoặc cơng trình nào đã có trước đó.

Tp. Hồ Chí Minh, ngày 03 tháng 01 năm 2024

Người thực hiện đề tài

Nguyễn Phước Nguyên Vũ Anh Quang

</div>Trang 8<div class="page_container" data-page="8">

TÓM TẮT

Ngừng tuần hồn là tình huống cấp cứu thường gặp cả trong (In-Hospital

Cardiac Arrest-IHCA) và ngoài (Out-Of hospital Cardiac Arrest-OHCA) bệnh viện.

Tỷ lệ sống sót của việc ngưng tim thường rất thấp, việc ép tim phải tiến hành càng sớm càng tốt điều này giúp cải thiện khả năng cứu sống bệnh nhân hơn bất kỳ một biện pháp nào. Mặc dù vậy, kết quả ép tim lại phụ thuộc nhiều vào kỹ thuật của người thực hiện và chịu ảnh hưởng bởi nhiều yếu tố: ép không đúng, ép không đủ biên độ/tần số …, vì vậy nhóm lựa chọn thực hiện đề tài “ Thiết kế và thi công máy ép tim hỗ trợ bác sĩ trong trường hợp ép tim bệnh nhân ” nhằm tạo ra sự thuận tiện và không gián đoạn góp phần tăng tỷ lệ sống sót cho bệnh nhân.

Hệ thống sử dụng vi điều khiển trung tâm là board Arduino Nano, động cơ giảm tốc DS400, và màn hình LCD 20x4. Vì để thuận tiện cho việc sơ cứu bệnh nhân đề tài sử dụng hai phương pháp ép tim là phương pháp ép tim liên tục với số lần vào khoảng 80 đến 120 nhịp trên phút với độ sâu khoảng 4-5 cm và phương pháp ép 30:2 với 30 nhịp liên tục và nghỉ 3 giây để thực hiện thổi ngạt 2 lần. Thiết kế màn hình hiển thị thơng tin chế độ cũng như tốc độ ép để người dùng có dễ dàng theo dõi.

Kết quả nhóm đã thực hiện nghiên cứu và thiết kế thi công được hệ thống máy ép tim hỗ trợ bác sĩ trong trường hợp ép tim bệnh nhân đáp ứng được yêu cầu đã đề ra của đề tài. Hệ thống hoạt động tương đối ổn định và có đủ chức năng. Có thể hoạt động ở 2 chế độ ép liên tục và 30:2 ép 30 nhịp nghỉ 3 giây để thực hiện thổi ngạt 2 lần giao diện hiển thị trên LCD dễ dàng cho người dùng theo dõi.

</div>Trang 9<div class="page_container" data-page="9">

ABSTRACT

Circulatory arrest is a common emergency situation both inside (In-Hospital Cardiac Arrest-IHCA) and outside (Out-Of hospital Cardiac Arrest-OHCA) hospitals. The survival rate of cardiac arrest is usually very low (about 2%-11%), chest compressions must be performed as soon as possible, this helps improve the ability to save the patient's life more than any other measure. However, the results of chest compressions depend heavily on the technique of the person performing them and are affected by many factors: incorrect compressions, insufficient compression amplitude/frequency...so the group chose to carry out this project. “Design and construction of a chest compression machine to support doctors in the case of patient chest compressions” to create convenience and uninterruptedness, contributing to increasing the patient's survival rate.

The system uses a central microcontroller called Arduino Nano board, DS400 deceleration motor, and 20x4 LCD screen. To facilitate first aid for patients, the project uses two methods of chest compression: chest compression method. continuously with a frequency of about 80 to 120 beats per minute with a depth of about 4-5 cm and 30:2 compression method with 30 continuous beats and 3 seconds rest to perform 2 breaths. The screen design displays mode information as well as pressing speed so that users can easily follow.

As a result, the group has conducted research and designed and constructed a heart compression machine system to support doctors in the case of patient chest compressions, meeting the proposed requirements of the project. The system operates relatively stably and has full functionality. Can operate in 2 modes of continuous compression and 30:2 compression with 30 beats and 3 seconds rest to perform 2 breaths with LCD display interface easy for users to monitor.

</div>Trang 10<div class="page_container" data-page="10">

MỤC LỤC

NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ... i

PHIẾU NHẬN XÉT CỦA GIAO VIÊN HƯỚNG DẪN... ii

PHIẾU NHẬN XÉT CỦA GIAO VIÊN PHẢN BIỆN ... iii

DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT ... xii

DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU ... xiii

DANH MỤC HÌNH ẢNH ... xiv

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN ... 1

1.1. Giới thiệu tình hình nghiên cứu hiện nay ... 1

1.2. Mục tiêu của đề tài ... 2

1.3. Nhiệm vụ và giới hạn của đề tài ... 2

1.3.1. Nhiệm vụ của đề tài ... 2

1.3.2. Giới hạn của đề tài ... 2

1.4. Đối tượng và phương pháp nghiên cứu ... 3

1.4.1. Đối tượng nghiên cứu ... 3

1.4.2. Phương pháp nghiên cứu ... 3

1.5. Bố cục của đồ án ... 3

CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT ... 5

</div>Trang 11<div class="page_container" data-page="11">

2.1. Kỹ thuật hồi sức tim phổi ... 5

2.1.1. Nguyên tắc ... 5

2.1.2. Quy trình ... 7

2.1.3. Lợi ích ... 8

2.2. Kỹ thuật ép tim ngoài lồng ngực ... 9

2.2.1. Ép tim ngoài lồng ngực bằng tay ... 9

2.2.2. Ép tim ngoài lồng ngực bằng máy ... 10

2.2.2.1. Máy ép tim tự động Lift Stat 1008 MII ... 10

2.2.2.2. Máy ép tim tự động EASY PULSE ... 11

2.2.2.3. Máy ép tim tự động ROSC-U ... 12

3.2.1. Yêu cầu của hệ thống ... 16

3.2.2. Sơ đồ khối và chức năng của mỗi khối ... 17

3.2.3. Tính tốn thiết kế sơ đồ mạch ... 18

3.2.3.1. Thiết kế khối xử lý trung tâm ... 18

3.2.3.2. Thiết kế khối hiển thị ... 19

3.2.3.3. Thiết kế khối điều khiển ... 20

3.2.3.4. Thiết kế khối động cơ ... 21

</div>Trang 12<div class="page_container" data-page="12">

3.2.3.5. Thiết kế khối nguồn ... 25

3.2.3.6. Nguyên lý hoạt động của toàn mạch ... 25

3.2.3.7. Sơ đồ nguyên lý toàn hệ thống ... 26

3.3. Thiết kế phần mềm ... 29

3.3.1 Lưu đồ giải thuật chương trình chính ... 29

3.3.2 Lưu đồ giải thuật chương trình chế độ 1 và chế độ 2 ... 30

CHƯƠNG 4: THI CÔNG HỆ THỐNG ... 33

CHƯƠNG 5: KẾT QUẢ NHẬN XÉT ĐÁNH GIÁ ... 40

5.1. Kết quả thực hiện mơ hình ... 40

5.1.1. Mơ hình phần cứng của hệ thống ... 40

5.1.2. Giao diện điều khiển hệ thống ... 41

5.1.2.1. Giao diện của màn hình khởi động hệ thống ... 41

5.1.2.2. Chế độ 1 của hệ thống ... 42

5.1.2.3. Chế độ 2 của hệ thống ... 43

5.1.2.4. Trạng thái stop của hệ thống ... 44

5.2. Nhận xét và đánh giá ... 44

5.3. Tài liệu hướng dẫn sử dụng ... 48

5.4. Dự tốn chi phí thi công ... 49

</div>Trang 13<div class="page_container" data-page="13">

CHƯƠNG 6: KẾT LUẬN HƯỚNG PHÁT TRIỂN ... 53

6.1. Kết luận ... 53

6.2. Hướng phát triển ... 53

TÀI LIỆU THAM KHẢO ... 55

PHỤ LỤC ... 56

</div>Trang 14<div class="page_container" data-page="14">

DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT

CPR cardiopulmonary resuscitation hồi sức tim phổi

CI Confidence Interval Khoảng tin cậy SCL Serial Clock Đường truyền dữ liệu SDA Serial Data Đường truyền xung

I2C Inter-Integrated Circuit Mạch tích hợp PWM Pulse-width modulation Điều chế độ rộng xung

</div>Trang 15<div class="page_container" data-page="15">

DANH MỤC BẢNG BIỂU

Bảng 3.1. Thông số giá trị dòng điện của các linh kiện sử dụng ... 25

Bảng 4.1. Danh sách linh kiện sử dụng làm board mạch ... 33

Bảng 4.2. Danh sách linh kiện sử dụng làm phần cơ khí ... 36

Bảng 5.1. Số liệu thực nghiệm vận hành chế độ 1 với cấp độ 1 ... 46

Bảng 5.2. Số liệu thực nghiệm vận hành chế độ 1 với cấp độ 2 ... 47

Bảng 5.3. Số liệu thực nghiệm vận hành chế độ 2 với cấp độ 2 ... 48

Bảng 5.4. Số liệu và chi phí cho từng linh kiện vật liệu ... 46

</div>Trang 16<div class="page_container" data-page="16">

DANH MỤC HÌNH ẢNH

Hình 2.1. Quy trình hồi sức tim phổi [2] ... 7

Hình 2.2. Quy trình ép tim ngồi lồng ngực ... 9

Hình 2.3. Máy ép tim tự động Life Stat 1008 M II [4] ... 11

Hình 2.4. Máy ép tim tự động EASY PULSE [5] ... 12

Hình 2.5. Máy ép tim tự động ROSC-U [6] ... 13

Hình 3.1. Sơ đồ khối của hệ thống ... 17

Hình 3.2. Sơ đồ kết nối khối xử lý trung tâm ... 18

Hình 3.3. Sơ đồ kết nối khối hiển thị với khối xử lý trung tâm ... 19

Hình 3.4. Module I2C và LCD 20X4 ... 20

Hình 3.5. Sơ đồ kết nối khối điều khiển với khối xử lý trung tâm ... 21

Hình 3.6. Sơ đồ kết nối khối động cơ với khối xử lý trung tâm ... 22

Hình 3.7. Điều chế độ rộng xung pwm [10] ... 24

Hình 3.8. Nguồn xung tổ ong và mạch giảm áp ... 25

Hình 3.9. Sơ đồ kết nối khối nguồn ... 26

Hình 3.10. Sơ đồ ngun lý tồn hệ thống ... 27

Hình 3.11. Lưu đồ chương trình chính ... 30

Hình 3.12. Lưu đồ “chế độ 1” ... 31

Hình 3.13. Lưu đồ “chế độ 2” ... 32

Hình 4.1. Sơ đồ mạch in lớp trên của board mạch ... 34

Hình 4.2. Sơ đồ mạch in lớp dưới của board mạch ... 34

Hình 4.3. Mặt trươc của board mạch ... 36

</div>Trang 17<div class="page_container" data-page="17">

Hình 4.4. Mặt sau của board mạch ... 36

Hình 4.5. Bảng vẽ phần cơ khí ... 37

Hình 4.6. Tầm mica ... 37

Hình 4.7. Bảng vẽ mặt dưới của hộp ... 38

Hình 4.8. Bảng vẽ mặt sau của hộp ... 38

Hình 4.9. Bảng vẽ các mặt bên và trước của hộp ... 38

Hình 4.10. Hình ảnh thực tế phần thi cơng mơ hình ... 39

Hình 5.1. Mặt trước của mơ hình ... 40

Hình 5.2. Mặt sau của mơ hình ... 40

Hình 5.3. Mạch điều khiển và nguồn tổ ong ... 41

Hình 5.4. Giao diện màn hình khởi động của hệ thống ... 42

Hình 5.10. Động cơ hoạt động ở chế độ không tải ... 45

Hình 5.11. Động cơ hoạt động ở chế độ có tải ... 46

</div>Trang 18<div class="page_container" data-page="18">

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN

1.1. Giới thiệu tình hình nghiên cứu hiện nay

Khoa học công nghệ ngày càng phát triển, việc áp dụng khoa học công nghệ vào kinh tế, xã hội, đời sống là điều khơng cịn xa lạ với chúng ta, và y tế cũng khơng nằm ngồi số đó. Một trong những vấn đề đang nhận được sự quan tâm là phục hồi

ngưng tim bằng cách áp dụng công nghệ giúp tăng hiệu quả và năng xuất.

Trong thực tế khi người nào đó gặp vấn đề về tim khiến ngưng tim chúng ta có thể ép tim ngoài lồng ngực bằng tay nhưng sau một thời gian ép sẽ khiến người ép bị mỏi dẫn đến ép sai kỹ thuật và việc ép tim bằng tay cũng khơng thuận tiện trong q trình vận chuyển bệnh nhân, nên việc áp dụng công nghệ để tạo ra một máy ép tim tự

động là cần thiết và mang lại sự tiện lợi cho bệnh nhân cũng các y bác sĩ.

Máy ép tim là một công cụ cơ học có thể thay thế người ép tim bởi ưu điểm làm việc liên tục nhiều giờ không mệt mỏi và không phải thay ra giữa chừng. Trong suốt chu trình ép, các nhịp ép cũng tỏ ra đồng đều và chuẩn xác hơn so với ép bằng tay. Hiệu quả này đã được chứng minh qua nhiều nghiên cứu: Chengjin Gao (2014) và cộng sự trên 133 bệnh nhân ngừng tim ngoại viện cho tỷ lệ hồi sinh tim phổi tự nhiên ở nhóm dùng máy ép tim là 44,9% so với nhóm ép tim bằng tay là 23,4%; tỷ lệ sống sót đạt 39,1% (dùng máy) so với 21,9% (bằng tay). Rudolph W Koster và cộng sự (2017) trên 337 bệnh nhân với biến kết cục là tử vong hoặc phải hồi sức với chức năng tạng suy giảm nghiêm trọng cho thấy tỷ lệ chênh lệch là 5,3% giữa nhóm dùng máy và nhóm ép tim bằng tay Safi U Khan và cộng sự (2019) so sánh trong một phân tích tổng hợp trên 12.908 bệnh nhân ngừng tim được can thiệp ép tim bằng máy (5.916 bệnh nhân) với ép tim bằng tay (6.992 bệnh nhân) cho thấy khả năng sống sót sau hồi sức thành cơng tương đương (OR=1,40; 95%CI 1,09-1,94), phục hồi thần kinh tương đương (OR=1,51; 95%CI 1,06-2,39) và tái lập tuần hoàn tự nhiên tương đương. Huyn Tea Kim và cộng sự (2019) trên 820 bệnh nhân ngừng tim ngoài bệnh viện được hồi sinh tim phổi bằng máy (20 phút) sau khi được ép tim bằng tay trong quá trình di chuyển đến bệnh viện bởi các bác sĩ cấp cứu nhận thấy có sự gia tăng

đáng kể khả năng hồi phục tuần hoàn tự nhiên [1].

</div>Trang 19<div class="page_container" data-page="19">

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN

Nhằm mục đích giúp cho việc phục hồi nhịp tim bằng cách ép tim ngoài lộng ngực một cách tự động dễ dàng và tiện lợi trong quá trình đi lại và vận chuyển bệnh nhân nhóm chúng em xin chọn đề tài “Thiết kế và thi công máy ép tim hỗ trợ bác sĩ

trong trường hợp ép tim bệnh nhân”. 1.2. Mục tiêu của đề tài

Thiết kế và thi công máy ép tim hỗ trợ bác sĩ trong trường hợp ép tim bệnh nhân sử dụng vi điều khiển Arduino nano làm bộ xử lý trung tâm thực hiện ép tim bệnh nhân bằng hai phương pháp: ép tim liên tục với số lần vào khoảng 80 đến 120 nhịp trên phút với độ sâu khoảng 4-5 cm và ép 30:2 với 30 nhịp liên tục và nghỉ 3 giây để thực hiện thổi ngạt 2 lần.

1.3. Nhiệm vụ và giới hạn của đề tài 1.3.1. Nhiệm vụ

- Tìm hiểu về phương pháp hồi sức tim thủ cơng, tìm hiểu về các sản phẩm máy ép tim.

- Tìm hiểu về vi điều khiển Arduino nano.

- Tìm hiểu về các module và linh kiện cần thiết trong hệ thống.

- Thiết kế sơ đồ khối, sơ đồ ngun lý, tính tốn thi cơng hệ thống, mơ hình. - Sử dụng phần mềm Arduino để lập trình và điều khiển.

- Sử dụng phần mềm solidwork để vẽ phần cơ khí. - Kiểm tra, chạy thử, chỉnh sửa mơ hình.

- Viết báo cáo thực hiện. - Bảo vệ luận văn.

1.3.2. Giới hạn của đề tài

- Hoạt động và hiệu suất của hệ thống có thể khơng được ổn định ở tốc độ 1, lực ép chưa đáp ứng được yêu cầu thực tế.

</div>Trang 20<div class="page_container" data-page="20">

- Các module và linh kiện như: nguồn tổ ông 24V 10A để cấp nguồn cho động cơ, động cơ giảm tốc DS400 để điều khiển bộ phận cơ khí tịnh tiến lên xuống, relay 5V để điều khiển bật tắt động cơ, module I2C và LCD20x4 hiển thị tốc độ động cơ, module giảm áp LM2596 để biến đổi điện áp 24V thành 5V cấp cho Arduino. - Phần mềm: Nhóm sử dụng Arduino IDE để lập trình, Solidwork để thiết kế vẽ linh

kiện cơ khí.

1.4.2. Phương pháp nghiên cứu

Để hồn thành đề tài nhóm đã sử dụng các phương pháp sau để nghiên cứu và thiết kế máy ép tim

- Phương pháp nghiên cứu lý thuyết : nhóm đã tham khảo các tài liệu về y tế lĩnh vực tim mạch , tổng hợp các tài liệu giáo trình lý thuyết đã học ở các bộ môn kỹ thuật số , vi xử lý .Và các trang web về thiết bị y tế , ép tim đồng thời là các đồ án thực hiện trong các lĩnh vực tương tự để bổ sung kiến thức.

- pháp nghiên cứu thực tiễn : Nhóm đã tiến hành quan sát các thiết bị ép tim trên thị trường để nắm bắt chức năng và linh kiện từ đó phân tích tổng hợp để có được kinh nghiệm.

Chương 2: Cơ sở lý thuyết

Chương này trình bày cơ sở lý thuyết các kiến thức cần thiết để áp dụng vào đề tài.

Chương 3: Tính Tốn Thiết kế hệ thống

</div>Trang 21<div class="page_container" data-page="21">

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN

Trình bày chi tiết về nguyên lý hoạt động cũng như tính tốn chọn linh kiện để thiết kế hệ thống.

Chương 4: Thi công mô hình

Chương này trình bày q trình thi cơng hệ thống, bao gồm q trình thi cơng mạch và thi cơng mơ hình.

Chương 5: Kết Quả Nhận xét Đánh giá

Đưa ra kết quả của quá trình thử nghiệm và đánh giá nhận xét mơ hình..

Chương 6: Kết luận và hướng phát triển

Đưa ra kết luận sau khi thực hiên đồ án và hướng phát triển của đề tài

</div>Trang 22<div class="page_container" data-page="22">

CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT

CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT

Trong những năm gần đây việc áp dụng khoa học kỹ thuật cụ thể là sử dụng máy móc để thay thế con người đã trở thành một việc rất phổ biến và đồng thời với sự ra đời cải tiến của các thế hệ vi điều khiển càng khiến viêc áp dụng chúng vào các lĩnh vực kỹ thuật, khoa học, nghiên cứu, y tế dễ dàng hơn.

2.1 Kỹ thuật hồi sức tim phổi

Hồi sức tim phổi hay hồi sinh tim phổi (cardiopulmonary resuscitation – CPR) là một quy trình cấp cứu kết hợp giữa ép tim trong lồng ngực và thơng khí nhân tạo (thổi ngạt), được sử dụng để cứu sống một người đã ngừng thở hoặc tim ngừng đập. Đây là một kỹ năng được khuyến cáo cho tất cả mọi người, từ nhân viên y tế chưa được đào tạo chuyên nghiệp đến những người dân bình thường đều biết cách thực hiện hơ hấp nhân tạo bằng cách ép ngực ngay tại hiện trường.

Phần quan trọng của CPR là ép tim trong lồng ngực, giữ cho máu lưu thông đến các cơ quan quan trọng trong cơ thể cho đến khi nhịp tim trở lại bình thường hoặc khi có các phương tiện hỗ trợ tim mạch chuyên biệt đến nơi. Thông khí nhân tạo (hay đưa khơng khí có oxy vào phổi) đảm bảo cung cấp nhiều oxy hơn cho người bị ngừng tim, hoặc khi bệnh nhân bị suy hô hấp. Hồi sức tim phổi thành công nhất khi được thực hiện càng sớm càng tốt. Trong tình huống khẩn cấp, sức khỏe của một người nào đó có thể tiến triển xấu nhanh chóng và CPR hồi sức tim phổi cần được thực hiện ngay khi phát hiện bệnh nhân bất tỉnh, khơng thở bình thường hoặc ngừng thở. Người bệnh lúc này có thể có biểu hiện tím tái, thở gắng sức, thở nâng cằm (thở ngáp cá), mạch cảnh, mạch bẹn không bắt được.

Lưu ý, các bước hô hấp nhân tạo ở người lớn và trẻ lớn là giống nhau, còn kỹ thuật cho trẻ sơ sinh và trẻ nhỏ (0 – 5 tuổi) có sự khác biệt [2].

2.1.1 Nguyên tắc

Nguyên tắc DRSCAB là các bước liên quan đến hồi sinh tim phổi. Trong mọi tình huống cấp cứu hồi sức tim phổi, hãy luôn áp dụng và thực hiện nguyên tắc DRSCAB.

- Danger: Sự nguy hiểm

</div>Trang 23<div class="page_container" data-page="23">

CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT

- Send: Gọi cấp cứu

Gọi ngay cho Cấp cứu 115 để được giúp đỡ (tại Việt Nam). Miêu tả đầy đủ thông tin người bệnh, thông tin hiện trường, mức độ nghiêm trọng… và không quên trả lời các câu hỏi của tổng đài viên. Tuyệt đối không rời bỏ người bệnh.

- Circulation: Tuần hoàn

Đánh giá tuần hoàn dựa trên mạch đập ở cánh tay, cổ hoặc vùng bẹn. Nếu khó hoặc khơng bắt được thì người bệnh có thể đang trong tình trạng sốc nặng và nguy cơ ngừng tim. Nếu người bệnh có các vết thương đang chảy máu, lập tức dùng các biện pháp cầm máu như dùng băng gạc hoặc quần áo để ấn vào chỗ chảy máu, giữ nguyên cho đến khi nhân viên y tế đến.

- Airways: Kiểm tra đường thở

Nếu người bệnh không phản ứng và bất tỉnh, bạn cần kiểm tra đường thở của họ bằng cách mở miệng, quan sát bên trong. Nếu miệng khơng có gì, hãy nghiêng nhẹ đầu về phía sau (bằng cách nâng cằm lên) và kiểm tra nhịp thở. Nếu miệng có đồ ăn hoặc chất nhầy, hãy đặt người bệnh nằm nghiêng, mở miệng và làm sạch bên trong, sau đó ngửa đầu ra sau và kiểm tra nhịp thở.

- Breathing: Kiểm tra nhịp thở

Kiểm tra nhịp thở bằng cách tìm chuyển động của lồng ngực (lên và xuống). Lắng nghe bằng cách đặt tai của bạn gần miệng và mũi của người bệnh. Đặt tay lên phần dưới ngực để cảm nhận hơi thở. Nếu người bệnh bất tỉnh nhưng còn thở, hãy xoay họ nằm nghiêng, cẩn thận đảm bảo rằng bạn giữ cho đầu, cổ và cột sống thẳng hàng. Theo dõi nhịp thở của người bệnh cho đến khi bạn bàn giao cho nhân viên cứu thương [2].

</div>Trang 24<div class="page_container" data-page="24">

CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT

2.1.2 Quy trình

Hồi sức tim phổi giúp duy trì cho máu lưu thông và cung cấp oxy cho cơ thể, đảm bảo lượng oxy cho não và các cơ quan quan trọng cho đến khi có phương pháp điều trị chuyên khoa.

Hình 2.1. Quy trình hồi sức tim phổi [2] - Ép tim ngoài lồng ngực:

Ngồi quỳ bên cạnh người bệnh và đặt cườm bàn tay ở trên một phần ba dưới chênh sang trái của xương ức người bệnh. Đặt lòng bàn tay còn lại của bạn lên trên bàn tay đặt trên ngực của họ và đan các ngón tay vào nhau.

Vị trí của bạn ngang với vai của người bệnh.

Sử dụng sức nặng của cơ thể (không chỉ cánh tay), ấn thẳng xuống ngực người bệnh từ 5 – 6cm.

Giữ tay của bạn trên ngực người bệnh, giải phóng lực ép và để cho ngực của họ trở lại vị trí ban đầu.

Lặp lại các lần ép này với tốc độ 100-120 lần/phút cho đến khi xe cấp cứu đến hoặc càng lâu càng tốt.

- Khai thơng đường thở:

Duy trì đường thở thơng thống ln là ưu tiên hàng đầu để đảm bảo người bệnh có thể tiếp tục thở. Bạn có thể phải đặt họ nằm nghiêng nhưng cần lưu ý thực hiện nhẹ nhàng để không gây chấn thương cột sống.

Với người nằm ngửa, bạn nâng đầu họ hơi ngửa ra sau để nâng cằm.

Lắng nghe cẩn thận tiếng thở, không quá 10 giây (đôi khi tiếng thở hổn hển không giống như tiếng thở). Nếu khơng cịn thở, bạn hãy bắt đầu hô hấp nhân tạo.

</div>Trang 25<div class="page_container" data-page="25">

CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT

- Hô hấp nhân tạo (thổi ngạt):

Bắt đầu quá trình ép tim như hướng dẫn ở trên (nếu bệnh nhân ngưng tim, hoặc khi bắt khơng có mạch cảnh hoặc mạch bẹn).

Sau thực hiện mỗi 30 lần ép tim thì thổi ngạt 2 lần.

Nhẹ nhàng nghiêng đầu của người bệnh và dùng 2 ngón tay nâng cằm lên. Bịt mũi của người bệnh. Đặt miệng của bạn lên miệng họ và thổi đều đặn vào trong khoảng 1 giây, rồi quan sát xem ngực của họ có phồng lên khơng. Sau đó thổi ngạt 2 lần.

Tiến hành các động tác 30 lần ép ngực và 2 lần thổi ngạt cho đến khi họ bắt đầu hồi phục hoặc có sự trợ giúp khẩn cấp [2].

2.1.3 Lợi ích

Ngừng tim khiến các cơ quan quan trọng của cơ thể, bao gồm não, không nhận được máu giàu oxy. Với ngừng tim, thời gian là sống còn. Người bệnh có khả năng tử vong trong vịng vài phút nếu không được điều trị kịp thời. Cơ hội sống sót giảm từ 7-10% cho mỗi phút khi tim của người bệnh khơng đập bình thường. Kỹ thuật hồi sức tim phổi giúp phòng ngừa mối nguy hiểm tử vong và kéo dài sự sống khi nạn nhân bị ngừng tim và ngừng thở.

Hồi sức tim phổi có thể giúp một người sống sót sau khi ngừng tim. Ngay cả khi không biết cách hô hấp nhân tạo, bạn cũng có thể giúp ai đó bằng cách sử dụng phương pháp chỉ dùng tay ép ngực. Và để mang lại cho người bệnh cơ hội sống sót tốt nhất, điều cần làm là phải hành động ngay lập tức.

Mỗi năm, ở Mỹ có 475.000 người chết vì ngừng tim và đây là nguyên nhân gây tử vong hàng đầu. Trong số những người bị ngừng tim ngoài bệnh viện, khoảng 90% là khơng qua khỏi. Do đó, hồi sức tim phổi có thể cải thiện được đáng kể tỷ lệ sống sót. Bằng cách giữ cho máu di chuyển trong cơ thể của một người, hồi sức tim phổi ngăn ngừa tổn thương cơ quan ở người bị ngừng tim [2].

2.2. Kỹ thuật ép tim ngoài lồng ngực 2.2.1. Ép tim ngoài lồng ngực bằng tay

Kỹ thuật ép tim ngoài lồng ngực được thực hiện như sau:

Người thực hiện đặt hai tay lên nhau, gốc bàn tay dưới tại vị trí ép tim, khuỷu tay để

</div>Trang 26<div class="page_container" data-page="26">

CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT

thẳng, ấn vng góc sao cho lồng ngực nạn nhân lún xuống khoảng 5-6cm ở người lớn. Sau mỗi nhịp ép, cần nhấc tay lên để cho ngực nạn nhân trở lại vị trí ban đầu rồi mới thực hiện lần ép tim tiếp theo.

Tần số: 30 lần ép tim/2 lần thổi ngạt; tần số ép tim 100-120 lần/phút đối với người lớn; trẻ em tùy theo tuổi, tần số tăng dần. Lưu ý, ép tim cần được thực hiện liên tục cho tới khi có nhân viên y tế/ máy sốc điện tự động.

Với mỗi nhịp ép tim đúng kỹ thuật sẽ bắt được động mạch bẹn hoặc động mạch cảnh nảy. Ép tim đúng giúp máu được đưa lên vịng tuần hồn, đưa máu từ thất phải lên trao đổi khí ở phổi, máu từ thất trái lên tuần hoàn vành và tuần hoàn não. Máu sẽ thụ động trở về nhĩ khi ngừng ép khiến tim giãn ra và áp lực trong lồng ngực giảm xuống [3].

Hình 2.2. Quy trình ép tim ngồi lồng ngực

2.2.2. Ép tim ngoài lồng ngực bằng máy

2.2.2.1. Máy ép tim tự động Life Stat 1008 M II:

- Máy cho phép thực hiện các thao tác hồi sức cấp cứu bằng cách ép ngực theo phương thức 30:2 (30 lần ép ngực, 2 lần giúp thở oxy) hoặc ép ngực liên tục (CCV mode – ép ngực liên tục với tần số 100 lần trên phút và giúp thở 9 lần trên phút). Life-stat là một chuẩn mực trong việc cung cấp sự hô hấp nhân tạo (hay còn gọi là hồi sức tim phổi) hiệu quả.

- Life-stat là một thiết bị hồi sức tim phổi cơ khí tự động cung cấp việc ép ngực liên tục và có tích hợp thêm bộ phận giúp thở (cung cấp khí thở).

- Chức năng hơ hấp nhân tạo theo chế độ 30:2 (30 lần ép ngực và 2 lần giúp thở).

</div>Trang 27<div class="page_container" data-page="27">

CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT

- Chức năng hô hấp nhân tạo theo chế độ CCV (ép ngực liên tục và giúp thở 9 lần trên phút).

- Có thể điều chỉnh biên độ ép ngực (độ võng ngực) từ 0 ~ 8 cm.

- Cho phép lồng ngực phục hồi hoàn toàn sau mỗi lần ép với chế độ 50:50.

- Dể dàng và nhanh chóng chuyển đổi nguồn khí oxy cung cấp với dây cấp khí và adaptor trang bị theo máy, không làm gián đoạn quá trình ép ngực.

- Tần số ép ngực ở mức 100 lần trên phút.

- Cài đặt nhanh và khơng làm gián đoạn q trình hơ hấp nhân tạo.

- Thiết kế cho phép chuyển từ HHNT bằng tay sang máy hô hấp nhân tạo Life-stat nhanh chóng.

- Trọng lượng nhẹ 8,8 kg - Hoạt động bằng khí oxy nén.

- Bảng điều khiển điện tử chạy bằng 2 pin 9v.

- Danh mục phụ kiện: 1 Máy chính, 1 tấm đở lưng, 2 pin 9v, 1 túi mang, 1 dây dẫn

khí oxy kèm theo adaptor, 3 dây giúp thở oxi, 3 vale NRV [4].

Hình 2.3. Máy ép tim Life Stat 1008 M II [4]

</div>Trang 28<div class="page_container" data-page="28">

CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT

2.2.2.2 . Máy ép tim tự động EASY PULSE:

- EASY PULSE của SCHILLER là giải pháp để hồi sức hiệu quả hơn: thiết bị cầm tay nhỏ gọn, độc lập tự động điều chỉnh ép ngực với tốc độ và độ sâu phù hợp. Nó được gắn trực tiếp vào thân trên của bệnh nhân và do đó có thể được sử dụng trong mọi tình huống, mọi điều kiện mơi trường xung quanh. Đặc biệt trong q trình di chuyển bệnh nhân, có thể đảm bảo việc ép ngực không bị gián đoạn và có chất lượng cao.

- EASY PULSE là một thiết bị đơn giản và chỉ cần một người vận hành. Kích thước và trọng lượng của nó rất hồn hảo: khối lượng dưới 3,5 kg, thích hợp dùng trong cứu hộ trên không trên Biển và trên bờ.

- Sự kết hợp độc đáo giữa tem và băng tần cho phép nén 3D và do đó đạt hiệu quả tối đa.

- Dễ dàng định vị, dễ vận hành.

- Nhờ hệ thống trượt và khóa, một người có thể dễ dàng gắn thiết bị. - Có thể sử dụng ở tư thế ngẩng cao đầu.

- Chu kỳ liên tục hoặc 30:2, tần số 100 lần nén mỗi phút.

- Pin có thể thay thế với chỉ báo mức sạc (thiết bị được cung cấp kèm theo hai pin). - Hoạt động tự động trong 45 phút (chỉ với một pin).

- Lý tưởng cho không gian hạn chế [5].

Hình 2.4. Máy ép tim tự động EASY PULSE [5]

</div>Trang 29<div class="page_container" data-page="29">

CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT

2.2.2.3. Máy ép tim tự động ROSC-U:

Máy ép tim tự động ROSC-U là một thiết bị ép tim nhỏ gọn được gắn trên bệnh nhân bằng một đai quấn quanh ngực, mang lại khả năng ép ngực phù hợp về cả tốc độ và biên độ Máy ép tim tự động ROSC-U giúp cải thiện hiệu quả huyết động, tăng sự thành cơng của CPR. Thiết bị ROSC-U cũng ít gây tổn thương cho nạn nhân hơn các phương pháp CPR khác. Máy ép tim tự động ROSC-U là một phương án hợp lý thay thế cho CPR truyền thống trong những trường hợp đặc biệt, việc nhấn ngực bằng tay khó khăn hoặc nguy hiểm với người thực hiện như: – Trong quá trình vận chuyển bệnh nhân – Trong xe di chuyển – Trong phòng Cath Lab.

Cho phép lựa chọn độ sâu ép ngực giúp giảm tổn thương cho ngực bệnh nhân hơn so với các phương pháp CPR khác Tăng thời gian sử dụng (mỗi lần sạc) bằng cách giảm năng lượng cần thiết.

- Biên độ nhấn ngược (có thể điều chỉnh) 1.38 in / 1.69 in /2.0 in (3.5 cm / 4.3 cm / 5.1 cm).

- Tần số 100/ phút +- 1. - Chu kỳ làm việc 50 +- 5%.

- Ngắt máy nén thủ công 10 giây hoặc ít hơn.

- Kích cỡ nạn nhân (vòng ngực) 30.7 in - 51.1 in (78.0 cm - 129.8 cm). - Thời lượng pin 3 giờ khi sạc đầy.

- Chế độ hoạt động 2 lựa chọn ép : Ép liên tục và 30:2 (30 lần ép nghỉ 3 giây để thơng khí ).

- Có thể được sử dụng với hầu như bất kỳ thiết bị vận chuyển nào. Không yêu cầu cáng cứng.

- Dễ dàng lắp đặt, thao tác sử dụng đơn giản [6].

</div>Trang 30<div class="page_container" data-page="30">

CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT

Với nhiều ưu điểm như [7]:

- Hỗ trợ đa nền tảng windows, MacOs, Linux. - Có dung lượng thấp chỉ khoảng 500MB.

- Arduino IDE là phần mềm mã nguồn mở ( phần mềm miễn phí về phần tải và bản quyền ) người dùng có quyền sửa, cải tiến, phát triển nâng cấp theo một số nguyên tắc chung được nhà phát hành cho phép mà không cần xin phép.

- Arduino ide sử dụng ngơn ngữ lập trình C/C++ một ngôn ngữ rất phổ biến và thông dụng.

- Giao diện đơn giản, dễ sử dụng.

- Kho thư viện hỗ trợ phong phú được viết và chia sẻ bởi nhà phát hành và các thành viên trong cộng đồng Arduino, mọi người có thể tải và sử dụng miễn phí.

</div>Trang 31<div class="page_container" data-page="31">

CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT

Các tính năng cơ bản [9].

- Thiết kế mơ hình chi tiết nổi bật trong số các giải pháp phần mềm thiết kế 3D CAD bởi tính trực quan, phương pháp xây dựng mơ hình 3D tham số, nhanh chóng, dễ dàng và tiện lợi cho người sử dụng. Khả năng tái sử dụng dữ liệu 2D cho phép dễ dàng chuyển đổi từ các bản vẽ, phác thảo 2D thành mơ hình hình học 3D.

- Thiết kế lắp ghép và cụm lắp ghép : các chi tiết 3D sau khi được thiết kế xong bởi tính năng thiết kế có thể lắp ráp lại với nhau tạo thành một bộ phận máy hoặc một máy hồn chỉnh. Tính năng này giúp bạn dễ dàng chỉnh sửa, thỏa sức sáng tạo và nghiên cứu dễ dàng cho những sản phẩm mới.

</div>Trang 32<div class="page_container" data-page="32">

CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT

- Xuất bản vẽ dễ dàng : cho phép ta tạo các hình chiếu vng góc các chi tiết hoặc các bản lắp với tỉ lệ và vị trí do người sử dụng quy định mà khơng ảnh hưởng đến kích thước. Cơng cụ tạo kích thước tự động và kích thước theo quy định của người sử dụng. Sau đó nhanh chóng tạo ra các chú thích cho các lỗ một cách nhanh chóng. Chức năng ghi độ nhám bề mặt, dung sai kích thước và hình học được sử dụng dễ dàng.

- Tính năng Tab và Slot : cho phép người dùng tự động tạo ra các tính năng tab và slot được sử dụng để tự lắp ghép các bộ phận hàn.

</div>Trang 33<div class="page_container" data-page="33">

CHƯƠNG 3: TÍNH TỐN THIẾT KẾ HỆ THỐNG

3.2.1. u cầu của hệ thống

- Với mục tiêu thiết kế của nhóm hệ thống cần phải đáp ứng những yêu cầu sau: - Nút nhấn: Phải có khả năng bật tắt tốt chính xác khơng bị delay trục trặc đảm bảo

việc gửi tiến hiểu on off hệ thống chính xác.

- Biến trở: Phải hoạt động tốt điều khiển tốc độ động cơ chính xác.

- Vi điều khiển trung tâm: Phải nhận biết được tín hiệu điều khiển được gửi từ của nút nhấn và biến trở và sau đó gửi tín hiệu tới relay để đóng ngắt relay điều khiển

on off động cơ dc cũng như là điều khiển tốc độ động cơ.

- Relay: Phải đảm bảo hoạt động mượt mà không bị trễ điều này sẽ giúp cho hệ

thống hoạt động 1 cách trơn tru và nhanh chóng khi on off hệ thống.

- Động cơ dc: Phải đảm bảo hoạt động tốt quay đúng số vòng quy định trong 1 phút,

</div>Trang 34<div class="page_container" data-page="34">

CHƯƠNG 3: TÍNH TỐN THIẾT KẾ HỆ THỐNG

- Nguồn tổ ong: Phải đảm bảo cung cấp nguồn cho tồn bộ hệ thống, trong q trình hệ thống vận hành thì nguồn cung cấp cho từng thiết bị phải ổn định.

3.2.2. Sơ đồ khối và chức năng của mỗi khối

Sau khi xem xét và phân tích hiểu rỏ về cách thực hoạt động của hệ thống nhóm em đã tạo ra sơ đồ khối của hệ thống như sau:

Chức năng của từng khối được nêu ra chi tiết như sau :

- Khối điều khiển: Khối này thực hiện chức năng điều khiển hoạt động của hệ

thống, khối này bao gồm 2 kinh kiện nút nhấn start kích hoạt hệ thống hoạt động, nút nhấn stop ngưng hệ thống và biến trở điều khiển tốc độ động cơ.

- Khối xử lý trung tâm: Khối này thực hiện chức năng tiếp nhận dữ liệu từ khối

điều khiển sử dụng arduino nano phân tích dữ liệu và dựa vào dữ liệu đó để tương tác điều khiển khối động cơ và cũng như là khối hiển thị.

- Khối hiển thị: Khối này thực hiện chức năng tiếp nhận dữ liệu được gửi từ khối

xử lý trung tâm và sử dụng modelu I2C cùng với LCD để hiển thị thông tin theo yêu cầu, module I2C sẽ chuyển đổi dữ liệu nhận được để giao tiếp I2C với LCD.

- Khối động cơ: Khối này được hợp thành từ nhiều linh kiện như động cơ dc, điện

trở mosfet, diode, relay, led trong số đó relay sẽ làm nhiệm vụ đóng ngắt động cơ dc và mosfet, điện trở sẽ làm nhiệm vụ điều khiển tốc độ động cơ dc, diode dùng để đảm bảo mosfet và các port i/o của vi điều khiển không bị hư hỏng.

- Khối nguồn: Khối này thực hiện chức năng cung cấp nguồn 12V cho động cơ dc

Hình 3.1. Sơ đồ khối của hệ thống

</div>Trang 35<div class="page_container" data-page="35">

CHƯƠNG 3: TÍNH TỐN THIẾT KẾ HỆ THỐNG

và nguồn 5V cho vi điều khiển, LCD, relay. 3.2.3. Tính tốn và thiết kế sơ đồ mạch 3.2.3.1. Thiết kế khối xử lý trung tâm

Hình 3.2. Sơ đồ kết nối khối xử lý trung tâm

Khối xử lý trung tâm là phần quan trọng nhất của hệ thống, có chức năng nhận dữ liệu từ nút nhấn biến trở, xử lý các tín hiệu điều khiển, truyền nhận dữ liệu từ khối động cơ để xử lý và hiển thị để người dùng theo dõi. Toàn bộ hoạt động của hệ thống được thông qua khối xử lý trung tâm này.

Bộ xử lý trung tâm phải đảm bảo khả năng thực thi mơ hình điều khiển các hoạt động đóng mở động cơ một cách chính xác. Để đáp ứng các tiêu chí trên nhóm chỉ sử dụng vi điều khiển Arduino nano làm bộ xử lý trung tâm.

Sơ đồ kết nối của Arduino Nano với các ngoại vi được thể hiện trong hình 3.2: - Hai chân A4 A5 kết nối với 2 chân SDA và SCL của module I2C

- Chân A0 của Arduino nối với biến trở.

- Chân D4, D6 của Arduino nối với hai nút nhấn start, stop. - Chân D8 của Arduino nối với relay.

- Chân D10 của Arduino nối với mosfet.

3.2.3.2. Thiết kế khối hiển thị

</div>Trang 36<div class="page_container" data-page="36">

CHƯƠNG 3: TÍNH TỐN THIẾT KẾ HỆ THỐNG

Hình 3.3. Sơ đồ kết nối khối hiển thị với khối xử lý trung tâm

Khối điều khiển và hiển thị sử dụng màn hình LCD 20x4 để hiện thị thơng tin và các chế độ hệ thống. Màn lcd giao tiếp với Arduino qua module I2C sử dụng giao thức nối tiếp đồng bộ như sơ đồ hình 3.3.

Nhóm lựa chọn sử dụng I2C vì việc sử dụng I2C sẽ chỉ tốn 2 đường tín hiệu giúp tiết kiệm port cho arduino, đây cũng là giao thức phổ biến và sử dụng rộng rãi tương thích hầu hết các vi điều khiển hiện nay ,giúp ích cho q trình tìm kiếm thư viện để sử dụng.

</div>Trang 37<div class="page_container" data-page="37">

CHƯƠNG 3: TÍNH TỐN THIẾT KẾ HỆ THỐNG

Hình 3.4. Module I2C (trái) và LCD 20X4 (phải)

Sơ đồ các chân kết nối của LCD với I2C:

- Các chân VSS, VDD, VO, RS, RW, E, D0, D1, D2, D3, D4, D5, D6, D7, A, K của màn hình LCD nối với 16 chân của module I2C.

- Chân VCC GND của module I2C lần lượt nối với out+ và out- của mạch giảm áp để cấp nguồn cho Module I2C sau đó cấp nguồn cho LCD.

Sơ đồ các chân kết nối của I2C với Arduino:

- Chân SDA và SCL của module I2C lần lượt nối với 2 chân A4 A5 của Arduino . Trong đó chân SDA dùng để truyền nhận dữ liệu còn chân SCL là chân mang tín hiệu xung clock.

- Ngồi ra trên module I2c cịn có :

- Điều chỉnh đèn nền của LCD bằng cách vặn biến trở trên module I2C. - Chân A0, A1, A2 dùng để thay đổi địa chỉ.

3.2.3.3. Thiết kế khối điều khiển

Khối nút nhấn gồm hai nút nhấn, 1 nút có chức năng bắt đầu và chuyển chế độ được nối với chân D4, 1 nút để dừng được nối với chân D6, cả 2 nút điều dùng điện trở kéo lên và một biến trở có chức năng điều khiển tốc độ động cơ được nối với chân D10 theo sơ đồ hình 3.5.

</div>