Đồ án tốt nghiệp Kỹ thuật điện tử truyền thông: Thiết kế và thi công hệ thống điều khiển và giám sát giường y tế

NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

TRƯỜNG ĐH SPKT TP. HỒ CHÍ MINH

CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM

KHOA ĐIỆN-ĐIỆN TỬ

ĐỘC LẬP - TỰ DO - HẠNH PHÚC

BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH

----o0o----

Tp. HCM, ngày… tháng 12 năm 2019

NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
Họ tên sinh viên: Nguyễn Văn Phương

MSSV: 14141239
Lớp:

Vũ Thành Nam

14141DT1A

MSSV: 13141195
Lớp:

13141DT1A

Chuyên ngành: Điện tử Công Nghiệp – Y Sinh

Mã ngành:

41

Hệ đào tạo:

Mã hệ:

1

Khóa:

Đại học chính quy

2014

I. TÊN ĐỀ TÀI: THIẾT KẾ VÀ THI CÔNG HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN VÀ
GIÁM SÁT GIƯỜNG Y TẾ
II. NHIỆM VỤ
1. Các số liệu ban đầu:
- Sử dụng module ESP32 và các linh kiện cần thiết liên quan đến đề tài.
2. Nội dung thực hiện:
- NỘI DUNG 1: Tìm hiểu cách thức hoạt động của giường y tế truyền thống và
giường y tế tự động.
- NỘI DUNG 2: Thiết kế, thi công mạch điều khiển sử dụng ESP32S và các thiết
bị ngoại vi.
- NỘI DUNG 3: Viết chương trình cho mạch điều khiển.
- NỘI DUNG 4: Lắp đặt thiết bị và các module ngoại vi.

- NỘI DUNG 5: Chạy thử nghiệm hệ thống.
- NỘI DUNG 6: Thiết kế, lập trình và điều khiển thiết bị qua điện thoạt.

BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP- Y SINH

ii


NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

- NỘI DUNG 7: Cân chỉnh hệ thống.
- NỘI DUNG 8: Viết sách luận văn.
- NỘI DUNG 9: Báo cáo đề tài tốt nghiệp.
III. NGÀY GIAO NHIỆM VỤ:

/

/2019

IV. NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ:

/

/2019

V. HỌ VÀ TÊN CÁN BỘ HƯỚNG DẪN:

ThS. Nguyễn Thanh Nghĩa

CÁN BỘ HƯỚNG DẪN

BM. ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH

BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP- Y SINH

iii


LỊCH TRÌNH THỰC HIỆN ĐỒ ÁN

TRƯỜNG ĐH SPKT TP. HỒ CHÍ MINH

CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM

KHOA ĐIỆN-ĐIỆN TỬ

ĐỘC LẬP - TỰ DO - HẠNH PHÚC

BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH

----o0o----

Tp. HCM, ngày 30 tháng 12 năm 2019

LỊCH TRÌNH THỰC HIỆN ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
Họ và tên sinh viên 1: NGUYỄN VĂN PHƯƠNG
Lớp: 14141DT1A

MSSV:14141239

Họ và tên sinh viên 2:VŨ THÀNH NAM
Lớp: 13141DT1A

MSSV:13141195

Tên đề tài: THIẾT KẾ VÀ THI CÔNG HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN VÀ GIÁM

SÁT GIƯỜNG Y TẾ
Xác
Tuần/ngày

Nội dung

nhận
GVHD

Tuần 1
(01/10 07/10)

- Gặp GVHD để nghe phổ biến yêu cầu
làm đồ án, tiến hành chọn đồ án.

Tuần 2
(08/10 -

- GVHD tiến hành xét duyệt đề tài

14/10)
Tuần 3
(15/10 -

- Viết đề cương tóm tắt nội dung đồ án.

21/10)
Tuần 4

- Tiến hành thiết kế sơ đồ khối, giải thích

(22/10 -

chức năng các khối.

28/10)

- Lựa chọn linh kiện chính cho các khối.

Tuần 5

- Thiết kế sơ đồ nguyên lý và giải thích
hoạt động của mạch.

BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP- Y SINH

iv


LỊCH TRÌNH THỰC HIỆN ĐỒ ÁN

(29/10 04/11)
Tuần 6

- Lựa chọn và mua linh kiện. Kiểm tra

(05/11 -

các linh kiện.

11/11)

- Vẽ mạch in PCB.

Tuần 7
(12/11 18/11)

- Tiến hành thi công mạch.
- Kiểm tra mạch thi công.

Tuần 8

- Kiểm tra mạch thi công.

(19/11 -

- Viết chương trình và thử nghiệm kiểm

25/11)

tra hoạt động của mạch điều khiển.

Tuần 9

(26/11 02/12)
Tuần 10
(03/12 09/12)

- Kết nối các module lại với nhau
- Viết chương trình điều khiển
- Viết chương trình điều khiển.
- Thiết kế app trên điện thoại
- Chạy thử nghiệm, kiểm tra lỗi và tối ưu
hệ thống.
- Thiết kế, lắp ráp động cơ vào giường

Tuần 11

thật

(10/12 -

- Chạy thử nghiệm và chỉnh sửa hệ

16/12)

thống.
- Viết báo cáo.

Tuần 12
(17/12 23/12)
Tuần 13
(24/12 31/12)

- Chỉnh sửa hệ thống chạy tối ưu.
- Viết báo cáo
- Hoàn thiện báo cáo và gửi cho GVHD
để xem xét và góp ý.

BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP- Y SINH

v


LỊCH TRÌNH THỰC HIỆN ĐỒ ÁN

Tuần 14

- Hoàn thiện báo cáo lần cuối trước khi in

(01/01 -

và tiến hành nộp cuốn báo cáo cho GVHD

06/01)

để xác nhận và ký tên.

Tuần 15
(07/01–
13/01)

- Nộp báo cáo về Bộ môn Điện tử Công
nghiệp-y sinh.

- Làm slide Power Point để bảo vệ đồ án
tốt nghiệp.
GV HƯỚNG DẪN
(Ký và ghi rõ họ và tên)

BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP- Y SINH

vi


LỜI CAM ĐOAN

LỜI CAM ĐOAN
Chúng tôi cam đoan đề tài đồ án tốt nghiệp do chính chúng tôi thực hiện dưới sự
hướng dẫn của Ths. Nguyễn Thanh Nghĩa, có tham khảo một số tài liệu liên quan và
không sao chép từ tài liệu hay công trình đã có trước đó, nội dung - kết quả trong đề
tài đồ án tốt nghiệp hoàn toàn trung thực.
Nếu có bất kỳ sự gian lận nào, chúng tôi xin chịu trách nhiệm hoàn toàn về nội dung
đề tài của mình.

Người thực hiện đề tài
Nguyễn Văn Phương

BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP- Y SINH

Vũ Thành Nam

vii

LỜI CẢM ƠN

LỜI CẢM ƠN

Lời đầu tiên, chúng em xin chân thành cảm ơn các Thầy/Cô trong trường Đại học Sư
phạm Kỹ thuật TPHCM nói chung và các Thầy/Cô trong khoa Điện-Điện tử nói riêng
đã truyền đạt những kiến thức quý báu về các môn đại cương cũng như các môn
chuyên ngành, những buổi thực hành nhiệt tình của các Thầy/Cô giúp chúng em có
được những kiến thức vững vàng để có tiền đề hoàn thành đề tài cũng như trong sự
nghiệp sau này.
Lời tiếp theo, chúng em xin được phép gửi đến thầy Nguyễn Thanh Nghĩa lòng biết
ơn và lời cảm ơn chân thành sâu sắc nhất, người đã tận tình hướng dẫn, giúp đỡ, tạo
điều kiện tốt nhất trong suốt thời gian hoàn thành Đồ Án Tốt Nghiệp.
Cuối cùng, nhóm em cũng xin cảm ơn đến gia đình và bạn bè, những người cũng đã
hỗ trợ, quan tâm, giúp đỡ và động viên trong suốt quá trình học tập cũng như hoàn
thành Đồ Án Tốt nghiệp. Mặc dù đã cố gắng hoàn thành mục tiêu đề tài đặt ra nhưng
do kiến thức còn hạn chế nên chắc chắn không tránh khỏi những thiếu sót, mong quý
Thầy/Cô thông cảm, mong nhận được những ý kiến chân thật và nhóm sẽ luôn học
hỏi và khắc phục để có được kết quả tốt nhất.
Nhóm em xin chân thành cảm ơn!

Sinh viên thực hiện
Nguyễn Văn Phương

BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP- Y SINH

Vũ Thành Nam

viii

MỤC LỤC

MỤC LỤC
NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ------------------------------------------------------- II
LỊCH TRÌNH THỰC HIỆN ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ----------------------------------- IV
LỜI CAM ĐOAN --------------------------------------------------------------------------VII
LỜI CẢM ƠN ----------------------------------------------------------------------------- VIII
MỤC LỤC ------------------------------------------------------------------------------------ IX
DANH MỤC HÌNH ------------------------------------------------------------------------- XI
DANH MỤC BẢNG --------------------------------------------------------------------- XIII
CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN----------------------------------------------------------------1
1.1. Đặt vấn đề -------------------------------------------------------------------------------1
1.2. Mục tiêu ---------------------------------------------------------------------------------1
1.3. Nội dung nghiên cứu-------------------------------------------------------------------2
1.4. Giới hạn ---------------------------------------------------------------------------------2
1.5. Bố cục------------------------------------------------------------------------------------2
CHƯƠNG 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT ------------------------------------------------------4
2.1 Cấu tạo giường y tế -------------------------------------------------------------------4
2.1.1 Cấu tạo và cách hoạt động của giường y tế ---------------------------------------4
2.1.2 Cấu tạo giường y tế tự động --------------------------------------------------------5
2.2 Tổng quan về Wifi ---------------------------------------------------------------------6
2.3 Tổng quan về hệ điều hành android -------------------------------------------------6
2.4 Giới thiệu phần cứng. ------------------------------------------------------------------7
2.4.1 Xi lanh điện ---------------------------------------------------------------------------7
2.4.2 Relay SRD12VDC ----------------------------------------------------------------- 10
2.4.2 Module cầu H. ---------------------------------------------------------------------- 11
2.4.3 Module relay ------------------------------------------------------------------------ 14
2.4.4 Kit ESP32. -------------------------------------------------------------------------- 14
2.4.5 Module thu phát sóng RF 315MHz ---------------------------------------------- 16

2.4.6 Module giảm áp LM2596 --------------------------------------------------------- 18
2.4.7 Chuông điện------------------------------------------------------------------------- 19
CHƯƠNG 3.TÍNH TOÁN VÀ THIẾT KẾ ------------------------------------------- 21
3.1 Giới thiệu ------------------------------------------------------------------------------- 21
3.2 Tính toán và thiết kế hệ thống ------------------------------------------------------- 21
3.2.1 Thiết kế sơ đồ khối hệ thống ----------------------------------------------------- 21
3.2.2 Tính toán và thiết kế mạch.------------------------------------------------------ 22
3.2.3 Sơ đồ nguyên lý của toàn mạch ------------------------------------------------- 28
CHƯƠNG 4. THI CÔNG HỆ THỐNG ------------------------------------------------ 30
4.1 Giới thiệu ----------------------------------------------------------------------------- 30
4.2 Thi công hộp điều khiển ------------------------------------------------------------ 30
4.2.1 Mạch in PCB ------------------------------------------------------------------------ 30
4.2.2 Thi công bo mạch ------------------------------------------------------------------ 33
4.2.3 Lắp ráp và kiểm tra ---------------------------------------------------------------- 33
4.3 Thi công hệ thống -------------------------------------------------------------------- 35
4.3.1 Hệ thống phần điện ---------------------------------------------------------------- 35
4.3.2 Mô hình hệ thống phần cơ khí -------------------------------------------------- 36
BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP- Y SINH

ix


MỤC LỤC

4.4 Lập trình hệ thống -------------------------------------------------------------------- 38
4.4.1 Lưu đồ chương trình điều khiển. ------------------------------------------------- 38
4.4.2 Lưu đồ chương trình con ---------------------------------------------------------- 40
4.4.3 Lưu đồ giải thuật trên APP-------------------------------------------------------- 41
4.5 Giới thiệu và phần mềm lập trình ---------------------------------------------- 42
4.5.1 Giới thiệu về Arduino IDE ------------------------------------------------------ 42

4.5.2 Giới thiệu App Inventor---------------------------------------------------------- 46
4.5.3 Tiến hành thiết kế giao diện ------------------------------------------------------ 50
CHƯƠNG 5. KẾT QUẢ_NHẬN XÉT_ĐÁNH GIÁ -------------------------------- 52
5.1 Kết quả đạt được --------------------------------------------------------------------- 52
5.2 Kết quả thử nghiệm hệ thống ------------------------------------------------------- 52
5.2.1 Quá trình điều khiển trên remote RF -------------------------------------------- 52
5.2.2 Quá trình điều khiển trên bàn phím dây ----------------------------------------- 53
5.2.3 Quá trình điều khiển trên APP điện thoạt. -------------------------------------- 54
5.3 Kết quả hình ảnh mô hình ----------------------------------------------------------- 55
5.4 Nhận xét và đánh giá ---------------------------------------------------------------- 58
5.4.1 Ưu điểm ----------------------------------------------------------------------------- 59
5.4.2 Nhược điểm ------------------------------------------------------------------------ 59
CHƯƠNG 6. KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN---------------------------- 60
6.1 Kết luận -------------------------------------------------------------------------------- 60
6.2 Hướng phát triển ---------------------------------------------------------------------- 60
PHỤ LỤC ------------------------------------------------------------------------------------- 62

BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP- Y SINH

x


DANH MỤC HÌNH

DANH MỤC HÌNH
Hình 2.1. Giường y tế truyền thống............................................................................ 4
Hình 2.2. Giường y tế tự động. ................................................................................... 5
Hình 2.3. Xy lanh điện lx100 ..................................................................................... 7
Hình 2.4. Xy lanh điện model lx600 .......................................................................... 9
Hình 2.5. Cấu tạo relay SRD12VDC ....................................................................... 10

Hình 2.6. Cấu tạo mạch cầu H .................................................................................. 11
Hình 2.7. Động cơ quay thuận .................................................................................. 12
Hình 2.8. Động cơ quay nghịch ............................................................................... 12
Hình 2.9. Mạch cầu H sử dụng relay ........................................................................ 13
Hình 2.10. Module mạch cầu H tích hợp module sóng RF ...................................... 13
Hình 2.11. Module relay ........................................................................................... 14
Hình 2.12. Module ESP32 ........................................................................................ 15
Hình 2.13. Sơ đồ chân của ESP32S ......................................................................... 15
Hình 2.14. Module thu sóng RF 315Mhz ................................................................. 17
Hình 2.15. Module phát sóng RF 315MHz .............................................................. 17
Hình 2.16. Module giảm áp ...................................................................................... 18
Hình 2.17. Chuông điện............................................................................................ 19
Hình 3.1. Sơ đồ khối hệ thống. ................................................................................. 21
Hình 3.2. Sơ đồ nguyên lí mạch điều khiển ngoại vi ............................................... 23
Hình 3.3. Sơ đồ nguyên lí bàn phím ......................................................................... 24
Hình 3.4. Sơ đồ nguyên lí mạch thu sóng RF .......................................................... 25
Hình 3.5. Module phát sóng RF 315MHz ................................................................ 25
Hình 3.6. Module giảm áp DC LM2596 3A. ........................................................... 26
Hình 3.7. Nguồn xung. ............................................................................................. 27
Hình 3.8. Sơ đồ nguyên lí toàn mạch ....................................................................... 29
Hình 4.1. Mạch in 2 lớp trên proteus ........................................................................ 30
Hình 4.2. Sơ đồ mạch in lớp dưới ............................................................................ 31
Hình 4.3 .Sơ đồ mạch in lớp trên.............................................................................. 31
Hình 4.4. Sơ đồ bố trí linh kiện 3D. ......................................................................... 32
Hình 4.5. Bo mạch sau khi in và rửa. ....................................................................... 33
Hình 4.6. Hộp điều khiển khi lắp tất cả các module. ............................................... 34
Hình 4.7.Tổng quan mô hình hộp điều khiển ........................................................... 35
Hình 4.8.Tổng quan sản phẩm giường y tế. ............................................................. 36
Hình 4.9. Động cơ DC2 nâng hạ Panen tựa lưng. .................................................... 37
Hình 4.10. Động cơ DC1 nâng hạ chiều cao. ........................................................... 37

Hình 4.11. Động cơ DC3 nâng hạ Panen chân. ........................................................ 38
Hình 4.12. Lưu đồ chương trình điều khiển. ............................................................ 39
Hình 4.13. Lưu đồ chương trình điều khiển. ............................................................ 40

BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP- Y SINH

xi


DANH MỤC HÌNH

Hình 4.14. Lưu đồ chương trình con. ....................................................................... 41
Hình 4.15. Lưu đồ điều khiển trên App.................................................................... 42
Hình 4.16. Các bước cài phần mềm Arduino IDE trên website. .............................. 43
Hình 4.17. Các bước cài đặt IDE khi hoàn tất tải về máy. ....................................... 43
Hình 4.18 .Giao diện lập trình arduino. .................................................................... 44
Hình 4. 19. Giao diện Examples menu. .................................................................... 44
Hình 4.20. Giao diện Sketch Menu Arduino IDE .................................................... 45
Hình 4.21. Board Arduino sử dụng ......................................................................... 45
Hình 4.22. Giao diện phần mềm Inventor. .............................................................. 46
Hình 4.23. Giao diện thiết kế................................................................................... 47
Hình 4.24 Chọn chế độ làm việc. ............................................................................. 47
Hình 4.25.Code Blocks............................................................................................. 48
Hình 4.26. Vùng làm việc........................................................................................ 48
Hình 4.27. Danh sách lệnh. ..................................................................................... 49
Hình 4.28. Kéo thả các khối lệnh ............................................................................. 50
Hình 4.29. Kéo thả Web1 ......................................................................................... 50
Hình 4.30. Khối lệnh điều khiển động cơ ĐC1 ........................................................ 51
Hình 4.31. Giao diện sau khi thiết kế. ...................................................................... 51
Hình 5.1. Bàn phím dây.

Hình 5. 2. Khi điều khiển trên APP
Hình 5.3. Mạch điều khiển hệ thống
Hình 5.4. Vị trí đặt nguồn và hộp điều khiển hệ thống.
Hình 5.5. Động cơ panen đầu

BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP- Y SINH

53
55
56
57
57

xii


DANH MỤC BẢNG

DANH MỤC BẢNG
Bảng 2.1. Thông số xy lanh điện lx100 ................................................................. 8
Bảng 2.2. Thông số kỹ thuật xy lanh model lx600. ............................................... 9
Bảng 4.1.Danh sách các linh kiện ........................................................................ 32
Bảng 5.1. Kết quả chạy trên remote RF .............................................................. 52
Bảng 5.2. Kết quả chạy trên remote có dây ......................................................... 53

BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP- Y SINH

xiii

CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN

Chương 1. TỔNG QUAN
1.1. Đặt vấn đề
Thế giới đang trong làn sóng của cuộc cách mạng công nghiệp 4.0. Công nghệ
về điều khiển thông minh và điều khiển tự động cũng phát triển theo, chúng được ứng
dụng trong nhiều lĩnh vực trong công nghiệp và đời sống. Đặc biệt,trong lĩnh vực y
tế, khoa học kỹ thuật đã giúp phát triển vượt bậc, để phục vụ con người tốt nhất .
Nhận thấy đa số các giường y tế truyền thống ở các bệnh viện hiện nay khi muốn
thay đổi các tư thế đều phải điều chỉnh thủ công gây mất thời gian và bất tiện cho
bệnh nhân cũng như cho các Bác sỹ chăm sóc. Chính vì những chiếc giường có chức
năng điều chỉnh tự động hiện nay ngoài thị trường thì giá lại rất cao, khoảng trên 10
triệu đồng mới có 1 chiếc giường điều chỉnh tự động. Nắm bắt được điều này, nhóm
em quyết định nghiên cứu và thiết kế một module để cải tiến chiếc giường y tế truyền
thống thành chiếc giường tự động thông minh hơn giúp người bệnh thoải mái trong
thời gian điều trị, với chi phí rẻ hơn. Qua đó người thân bệnh nhân yên tâm hơn còn
phòng trực quản lý được bệnh nhân tốt hơn.
Qua tóm tắt trên, chúng em quyết định làm đề tài “Thiết kế và thi công hệ
thống điều khiển và giám sát giường y tế”. Hệ thống này sử dụng vi điều khiển
trung tâm là module WiFi ESP32 Node MCU. Ứng dụng cơ điện vào trong lĩnh vực
y tế, thay sức người bằng sức máy. Tăng hiệu năng làm việc đối với nhân viên chăm
sóc bệnh nhân. Bệnh nhận củng chủ động hơn trong việc thay đổi tư thế để máu được
lưu thông tốt hơn trong thời gian phục hồi và điều trị [1-4].

1.2. Mục tiêu
Thiết kế và thi công hộp điều khiển giường y tế bằng nút nhấn và ứng dụng chạy
trên hệ điều hành Android thông qua Wifi. Ngoài ra hệ thống còn có chức năng thông
báo cấp cứu cho bác sỹ. Khi nhấn nút thì hệ thống sẽ phát tín hiệu cảnh báo để y tá
trực hoặc bác sĩ có thể nghe và kịp thời cấp cứu.

BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP- Y SINH

1


CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN

1.3. Nội dung nghiên cứu
- NỘI DUNG 1: Tìm hiểu cách thức hoạt động của giường y tế truyền thống và
giường y tế tự động.
- NỘI DUNG 2: Thiết kế, thi công mạch điều khiển sử dụng ESP32S và các thiết
bị ngoại vi.
- NỘI DUNG 3: Viết chương trình cho mạch điều khiển.
- NỘI DUNG 4: Lắp đặt thiết bị và các module ngoại vi.
- NỘI DUNG 5: Chạy thử nghiệm hệ thống.
- NỘI DUNG 6: Thiết kế, lập trình và điều khiển thiết bị qua điện thoạt.
- NỘI DUNG 7: Cân chỉnh hệ thống.
- NỘI DUNG 8: Viết sách luận văn.
- NỘI DUNG 9: Báo cáo đề tài tốt nghiệp.

1.4. Giới hạn
- Mạch điều khiển sử dụng module wifi ESP32.
- 3 Xi lanh điện sử dụng 3 động cơ DC 24V:
•

Hành trình 250mm, tốc độ 7mm/s, lực đẩy 8000N.

•

Hành trình 200mm, tốc độ 5mm/s, lực đẩy 6000N.

•

Hành trình 50mm, tốc độ 5mm/s, lực đẩy 6000N.

- Mạch điều khiển xi lanh sử dụng 3 module cầu H.
- Hộp điều khiển giường có kích thước 170x130x55 ( chiều dài x chiều rộng x
chiều cao).
- Ứng dụng điều khiển chỉ sử dụng được trên hệ điều hành android.

1.5. Bố cục
• Chương 1: Tổng Quan
Chương này đặt vấn đề dẫn nhập lí do chọn đề tài, mục tiêu đạt được sau khi
thực hiện đề tài, nội dung nghiên cứu, giới hạn của đề tài và bố cục trình bày đồ
án.
• Chương 2: Cơ Sở Lý Thuyết.
BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP- Y SINH

2


CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN
Chương này giới thiệu các linh kiện cần thiết để sử dụng trong đề tài, giới thiệu chức
năng, thông số kỹ thuật của linh kiện và khái quát các lí thuyết cơ bản liên quan đến
đề tài, tạo cơ sở để thực hiện đề tài.
• Chương 3: Thiết Kế và Tính Toán
Chương này trình bày, giải thích sơ đồ khối của hệ thống, quy trình hoạt động
của và tính toán các thông số cần thiết của hệ thống. Tiếp theo là trình bày nội
dung tiến hành thi công hệ thống, viết chương trình cho ứng dụng điều khiển
trên điện thoại.

• Chương 4: Thi công hệ thống
Là một chương quan trọng trong bài báo cáo, ta tiến hành thiết kế mạch in PCB,
sau đó thi công mạch và lắp đặt các linh kiện vào board. Ngoài ra, viết chương
trình hệ thống bằng Arduino IDE và thiết kế trang điều khiển – giám sát trên
Website.
• Chương 5: Kết Quả, Nhận Xét và Đánh Giá
Chương này trình bày kết quả đạt được, nhận xét, đánh giá hệ thống và cách
hoạt động của hệ thống. Trình bày giao diện của ứng dụng và cách hoạt động
của ứng dụng.
• Chương 6: Kết Luận và Hướng Phát Triển
Trong chương cuối này ta trình bày những kết luận rút ra được sau quá trình tìm
hiểu và thực hiện đề tài, kết luận về khả năng hoạt động của thiết bị trong thực
tế. Qua đó đưa ra những kiến nghị và đề xuất hướng phát triển của đề tài.

BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP- Y SINH

3


CHƯƠNG 3. TÍNH TOÁN THIẾT KẾ

Chương 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT
2.1

Cấu tạo giường y tế

2.1.1 Cấu tạo và cách hoạt động của giường y tế.

Hình 2.1. Giường y tế truyền thống

- Giường y tế truyền thống được cấu tạo với phần đầu và chân có thể nâng hạ
được độ cao.
- Phần trục nâng được kết nối với trục khuỷu và tay quay. Khi tay quay quay
làm cho trục khuỷu quay và kéo trục nâng các phần đầu và chân.
- Tóm lại giường y tế truyền thống có nhiều hạn chế, không thuận để thay đổi
tư thế cho bệnh nhân. Bệnh nhân không tự mình để thay đổi tư thế nằm được
mà phải cần đến sự hỗ trợ của người thân hoặc nhân viên chắm sóc.

BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP- Y SINH

4


CHƯƠNG 3. TÍNH TOÁN THIẾT KẾ

2.1.2

Cấu tạo giường y tế tự động

Hình 2.2. Giường y tế tự động.

- Giường y tế tự động cấu tạo gần giống với giường y tế truyền thống, khác biệt
là phần điều khiển độ cao phần đầu, chân và độ cao của giường bằng động cơ
xy lanh điện.
- Khắc biệt lớn nhất của giường y tế tự động là khả năng thay đổi tư thế rất thuận
lợi, nhưng bệnh nhân khả năng hoạt động hạn chế vẫn tự mình thay đổi tư thế
được.
- Phần lớn dùng giường sản xuất trong nước loại 2 tay quay với 5 chức năng, hoặc
loại 3 tay quay 6 chức năng, nhưng chủ yếu vẫn là điều chỉnh nâng, hạ, trong
khi những bệnh nhân nặng điều trị dài ngày rất cần được thay đổi nhiều tư thế

mới nhanh hồi phục.
- Giường y tế tự động gồm có 3 phần được nâng bởi động cơ gồm đầu, chân và
độ cao của giường. 3 phần này được gắn với trục khuỷu và trục này được gắn
với động cơ.
- Thông số kỹ thuật:

BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP- Y SINH

5


CHƯƠNG 3. TÍNH TOÁN THIẾT KẾ
• Chiều dài : 2100cm
• Chiều rộng: 1025cm
• Chiều cao: 0 ~ 620cm
• Góc nâng của đầu: 80°
• Góc nâng của chân: 40°
2.2 Tổng quan về Wifi
Wifi là từ viết tắt của Wireless Fidelity, nó là một hệ thống hoạt động dựa trên
sóng vô tuyến không dây, hay còn được gọi là mạng IEEE 802.11. Wifi cho phép truy
cập mạng internet ở một khoảng cách xác định mà không cần kết nối vật lý. Có 6
chuẩn Wifi thông dụng hiện nay đó là a, b, g, n, ac, … Trong đó chuẩn ac được sử
dụng rộng rãi nhất trên điện thoại, máy tính và những thiết bị thông minh khác.
Sóng Wifi có đặc điểm là thu phát ở tần số từ 2.4GHz đến 5GHz cao hơn so với sóng
vô tuyến truyền hình, sóng điện thoại và radio nên khá an toàn trong vấn đề bảo mật
thông tin khi truyền nhận dữ liệu.
2.3 Tổng quan về hệ điều hành android
Android là một hệ điều hành dựa trên nền tảng Linux được thiết kế dành cho
các thiết bị di động có màn hình cảm ứng như điện thoại thông minh và máy tính
bảng. Ban đầu, Android được phát triển bởi Android Inc với sự hỗ trợ tài chính từ

Google và sau này được chính Google mua lại vào năm 2005.
Android có mã nguồn mở và Google phát hành mã nguồn theo giấy phép Apache.
Chính mã nguồn mở cùng với một giấy phép không có nhiều ràng buộc đã cho phép
các nhà phát triển thiết bị, mạng di động và các lập trình viên nhiệt huyết được điều
chỉnh và phân phối Android một cách tự do. Ngoài ra, Android còn có một cộng đồng
lập trình viên đông đảo chuyên viết các ứng dụng để mở rộng chức năng của thiết bị,
bằng một loại ngôn ngữ lập trình Java có sửa đổi. Tháng 10 năm 2012, có khoảng
700.000 ứng dụng trên Android, và số lượt tải ứng dụng từ Google Play, cửa hàng
ứng dụng chính của Android, ước tính khoảng 25 tỷ lượt.
Những yếu tố này đã giúp Android trở thành nền tảng điện thoại thông minh phổ biến
nhất trên thế giới. Android chiếm 87.7% thị phần điện thoại thông minh trên toàn thế
BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP- Y SINH

6


CHƯƠNG 3. TÍNH TOÁN THIẾT KẾ
giới vào thời điểm quý 2 năm 2017, với tổng cộng 2 tỷ thiết bị đã được kích hoạt và
1.3 triệu lượt kích hoạt mỗi ngày. Chính vì sự phổ biến của Android nên nhóm chúng
em mới chọn hệ điều hành này để viết ứng dụng điều khiển cho thiết bị giường y tế.

2.4

Giới thiệu phần cứng

2.4.1 Xi lanh điện
a. Tổng quan
Xi lanh điện là loại xi lanh có cơ cấu dẫn động tuyến tính. Cấu tạo xi lanh điện được
sử dụng để chuyển đổi năng lượng điện thành mô-men xoắn. Một động cơ điện sẽ
được kết nối với máy móc sẽ làm quay vít dẫn. Khi vít dẫn xoay, đai ốc di chuyển

dọc theo trục vít dẫn, hướng đi của đai ốc tùy thuộc vào chiều quay của vít dẫn.
b. Thông số của xy lanh điện

Hình 2.3. Xy lanh điện lx100

+ Thông số kỹ thuật của xi lanh điện model lx100:
- Xy lanh điện sử dụng động cơ DC có công suất ~70W, có thể cấp điện áp
12VDC hoặc 24VDC.
- Đề tài sử dụng 1 xy lanh có hành trình 250mm.
- Tốc độ 7mm/s khi chịu tải 8000N, 14mm/s khi chịu tải 4000N…
- Chiều dài tối thiểu của xy lanh 425mm.
- Chiều dài tối đa của xy lanh 675mm.
BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP- Y SINH

7


CHƯƠNG 3. TÍNH TOÁN THIẾT KẾ
- Công tắc hành trình tích hợp trong thân xy lanh, khi hết hành trình thì tự động
ngắt điện.
- Nhiệt độ hoạt động trong khoảng -25 ~ 65 °C.
- Tần số hoạt động trong khoảng 10% ~ 20%.
- Độ ồn nhỏ hơn 45dB.
- Cấp bảo vệ IP54.
Bảng 2.1. Thông số xy lanh điện lx100

Lx100 technical data
Công suất

<=70W

Điện áp (V)

12/24VDC

Hành trình (mm)

250

Tốc độ (mm/s)

7

14

28

36

Chịu tải tối đa (N)

8000

4000

2000

1000

Khoảng cách tối thiểu

(mm)

175 + 250

Khoảng cách tối đa (mm)

175 + 250 + 250

Công tắc hành trình

Tích hợp bên trong

Nhiệt độ hoạt động (°C )

-25 ~+65

Tần số hoạt động

10% - 20%

Độ ồn

<45dB

Cấp bảo vệ

IP54

+ Thông số kỹ thuật xy lanh model lx600:
- Xy lanh điện sử dụng động cơ DC có công suất ~55W, có thể cấp điện áp

12VDC hoặc 24VDC.
- Đề tài sử dụng 2 xy lanh loại lx600 có hành trình là 50mm và 200mm.
BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP- Y SINH

8


CHƯƠNG 3. TÍNH TOÁN THIẾT KẾ
- Tốc độ 7mm/s khi chịu tải 8000N, 14mm/s khi chịu tải 4000N…
- Chiều dài tối thiểu của xy lanh 2 và 3 lần lượt là: 225mm và 375mm.
- Chiều dài tối đa của xy lanh 2 và 3 lần lượt là: 275mm và 575mm.
- Công tắc hành trình tích hợp trong xy lanh, khi hết hành trình tự động ngắt điện.
- Nhiệt độ hoạt động trong khoảng -25 ~ 65 °C.
- Tần số hoạt động trong khoảng 10% ~ 20%.
- Độ ồn nhỏ hơn 45dB.
- Cấp bảo vệ IP54.

Hình 2.4. Xy lanh điện model lx600
Bảng 2.2. Thông số kỹ thuật xy lanh model lx600.

Lx600 technical data
Công suất(W)

55W

Điện áp (V)

24VDC

Hành trình [s]

50,200
(mm)
Tốc độ khi không tải (mm/s)

5

9

BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP- Y SINH

8

25

2

50

100

9


CHƯƠNG 3. TÍNH TOÁN THIẾT KẾ
Lực đẩy tương ứng lúc không tải(N) 6000 3000 2000 1000 800 600 200
Khoảng cách tối thiểu (mm)

175 + S

Khoảng cách tối đa (mm)

175 + S + S

Công tắc hành trình

Tích hợp bên trong

Nhiệt độ hoạt động ( C )

-25 ~+65

Tần số hoạt động

10% - 20%

Độ ồn

<45dB

Cấp bảo vệ

IP54

2.4.2 Relay SRD12VDC
a. Tổng quan
Rơ-le (relay) là một chuyển mạch hoạt động bằng điện. Dòng điện chạy qua
cuộn dây của rơ-le tạo ra một từ trường hút lõi sắt non làm thay đổi công tắc chuyển
mạch. Dòng điện qua cuộn dây có thể được bật hoặc tắt vì thế rơ-le có hai vị trí
chuyển mạch qua lại.

Hình 2.5. Cấu tạo relay SRD12VDC

BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP- Y SINH

10


CHƯƠNG 3. TÍNH TOÁN THIẾT KẾ
b. Thông số kỹ thuật
- Điện áp điều khiển: 12V.
- Dòng điện tối đa của tải: 10A.
- Thời gian tác động: 10mS.
- Nhiệt độ hoạt động: -45°C ~ 75°C.
Chân 1 và chân 2 được nối vào cuộn dây, khi có điện vào dây tạo ra từ trường sẽ hút
tiếp điểm từ vị trí 4 xuống vị trí 5, các chân 3,4,5 được ký hiệu là COM, NO và NC:
- COM là chân chung, nơi cấp nguồn đưa ra ngoài.
- NC là chân thường đóng, luôn kết nối với chân COM khi cuộn dây chưa có từ
trường .
- NO là chân thường hở, sẽ kết nối với chân COM khi cuộn dây có từ trường.
2.4.2 Module cầu H.
a. Tổng quan
Mạch cầu H là mạch dùng để điều khiển chiều quay và tốc độ của động cơ DC.
Trong thực tế có rất nhiều kiểu mạch cầu H khác nhau tùy vào mục đích chúng lựa
chọn linh kiện có dòng điện , áp điếu khiển lớn hay nhỏ , tần số xung PWM… và
chúng sẽ quyết định đến khả năng điều khiển động cơ của mạch cầu H.
Mạch cầu H cấu tạo chính gồm bốn công tắc điều khiển động cơ mắc như hình:

S3

S1

+

M

S2

S4

Hình 2.6. Cấu tạo mạch cầu H

BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP- Y SINH

11


CHƯƠNG 3. TÍNH TOÁN THIẾT KẾ
Ở điều kiện bình thường 4 khóa đều mở, động cơ không hoạt động,để động cơ quay
thuận S1 và S4 đóng mạch, S2 và S3 hở mạch, chiều dòng điện đi từ cực dương “+”
sang cực “-” của động cơ :

S1
S3

+

M

S2
S4

Hình 2.7. Động cơ quay thuận

Để động cơ quay nghịch S1 và S4 hở mạch, S2 và S3 đóng mạch, chiều dòng điện đi
từ cực âm “-” sang cực dương “+” của động cơ.

S3

S1

+

M

S2

S4

Hình 2.8. Động cơ quay nghịch

Trong mạch cầu H, thành phần chính là các khóa, việc chọn linh kiện phù hợp cho
các khóa phụ thuộc vào mục đích sử dụng của mạch cầu, loại động cơ cần điều khiển,

BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP- Y SINH

12


CHƯƠNG 3. TÍNH TOÁN THIẾT KẾ
công suất tiêu thụ của động cơ. Chính vì vậy trên thị trường có đa dạng các mạch cầu

H.

-

+

M

V-

V+

Hình 2.9. Mạch cầu H sử dụng relay

Các khóa của mạch cầu H thường được chế tạo bằng relay, BJT ( Bipolar Juntion
Transitor) hay MOSFET ( Metal Oxide Semiconductor Field-Effect). Do yêu cầu của
mạch chỉ cần điều khiển đảo chiều và không cần điều khiển tốc độ nên chúng ta sử
dụng mạch cầu H bằng relay. Mạch này có ưu điểm là tránh được hiện tượng trùng
dẫn dẫn ở hai nửa mạch cầu H gây ngắn mạch.
b. Thông số kỹ thuật mạch cầu H

Hình 2.10. Module mạch cầu H tích hợp module sóng RF
• Điện áp cung cấp : 24VDC
• Dòng tiêu thụ: 0.5A
• Công suất chịu tải: 10A/250VAC; 10A/30VDC
• Tần số điều khiển: 315MHz

BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP- Y SINH

13