Thiết kế chế tạo mạch điều khiển tủ sấy

NGUYỄN VÂN KHOA

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI
---------------------------------------

NGUYỄN VÂN KHOA

KỸ THUẬT Y SINH

THIẾT KẾ CHẾ TẠO MẠCH ĐIỀU KHIỂN TỦ SẤY

LUẬN VĂN THẠC SĨ
KỸ THUẬT Y SINH

2014
Hà Nội – Năm 2017


BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI
--------------------------------------Nguyễn Vân Khoa

THIẾT KẾ CHẾ TẠO MẠCH ĐIỀU KHIỂN TỦ SẤY

Chuyên ngành : Kỹ thuật Y sinh

LUẬN VĂN THẠC SĨ
KỸ THUẬT Y SINH
NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC :
TS. Nguyễn Phan Kiên

Hà Nội – Năm 2017


LỜI CAM ĐOAN
Tơi xin cam đoan đây là cơng trình nghiên cứu của riêng tôi và được sự
hướng dẫn khoa học của TS. Nguyễn Phan Kiên. Các nội dung nghiên cứu, kết quả
trong luận văn này là trung thực. Những số liệu trong các bảng biểu phục vụ cho
việc phân tích, nhận xét, đánh giá được thu thập từ các nguồn khác nhau có ghi rõ
trong phần tài liệu tham khảo.
Ngồi ra, trong luận văn cịn sử dụng một số nhận xét, đánh giá cũng như số liệu
của các tác giả khác, cơ quan tổ chức khác đều có trích dẫn và chú thích nguồn gốc
rõ ràng.
Nếu phát hiện có bất kỳ sự gian lận nào tơi xin hồn tồn chịu trách nhiệm về
nội dung luận văn của mình.
Hà Nội, ngày 01 tháng 03 năm 2017

Nguyễn Vân Khoa

i


LỜI NÓI ĐẦU
Như chúng ta đã biết, trong bệnh viện, khơng phải các bác sỹ, y tá có tay nghề
cao là có thể đảm bảo việc khám, chữa bệnh cho bệnh nhân, rất nhiều loại vật tư
tiêu hao cùng các trang thiết bị y tế đóng góp đắc lực cho cơng tác khám và chữa
bệnh, trong đó có tủ sấy. Đặc biệt trong nhiều năm gần đây, khi đời sống của xã hội
ngày càng được nâng cao, việc chú trọng tới đảm bảo an toàn vệ sinh, chống nhiễm
khuẩn trong bệnh viện ngày càng được quan tâm, các tủ sấy trở nên hữu ích hơn và
phổ thơng hơn, hầu hết các khoa cận lâm sàng và các khoa lâm sàng trong bệnh viện

đều có ít nhất một chiếc tủ sấy tại đơn vị của mình để phục vụ cơng tác chống
nhiễm khuẩn.
Trên thị trường nước ta hiện nay có rất nhiều chủng loại tủ sấy, đa dạng về dung
tích, cơng suất cũng như xuất xứ. Có thể kể một vài thương hiệu lớn đang cung ứng
tủ sấy ở Việt Nam như GALY, ALP, LENTON, MEMMERT, SELLAB, MMM…
Tuy nhiên, đặc điểm của các tủ sấy là nhiệt độ hoạt động cao( từ 110oC tới
300oC) và hoạt động trong thời gian dài liên tục, có như vậy mới đảm bảo tiệt trùng
cho các thiết bị, các dụng cụ sử dụng cho bệnh nhân. Do vậy mà các tủ sấy tiệt
trùng sau một thời gian hoạt động sẽ dễ bị hư hỏng. Một trong những hư hỏng
thường gặp chính là cháy bo mạch điều khiển trung tâm, việc đặt hàng bo mạch của
các hãng sản xuất ở ngoài nước tốn kém và mất thời gian. Vì vậy, tơi đã chọn đề tài:
“ Thiết kế chế tạo mạch điều khiển tủ sấy”, với mục đích thiết kế ra một bo mạch
có thể thay thế mạch điều khiển trung tâm của các tủ sấy của các hãng, để có thể thể
tiết kiệm được chi phí mà vẫn đảm bảo chất lượng cũng như tính năng sử dụng của
thiết bị và đặc biệt sẽ rất dễ dàng sửa chữa khi bảng mạch bị hỏng trong quá trình sử
dụng.
Trong thời gian vừa qua, nhờ sự chỉ bảo và hướng dẫn của thầy TS. Nguyễn
Phan Kiên, cùng với sự cộng tác, giúp đỡ của các cán bộ, nhân viên Khoa Trang bị,
Khoa Vi sinh Bệnh viện Quân Y 103 đã giúp tơi hồn thành đề tài này. Tơi xin gửi
lời cảm ơn tới các thầy cô và các bạn bè đồng nghiệp đã giúp đỡ trong quá trình
thực hiện và hy vọng nhận được góp ý nhiều hơn để sản phẩm này có thể ngày càng
hồn thiện hơn.

ii


TÓM TẮT LUẬN VĂN
Khi đời sống của người dân ngày càng cao, các kỹ thuật sử dụng trong y tế ngày
càng phát triển, cơng tác an tồn sinh học, tiệt trùng, chống nhiễm khuẩn trong các
phòng khám, bệnh viện ngày càng được chú trọng. Các loại tủ ấm, tủ sấy ngày càng

thể hiện rõ vai trị đắc lực trong cơng tác đảm bảo chất lượng chống nhiễm khuẩn.
Tủ ấm, tủ sấy được sử dụng với mục đích tái sử dụng một vài vật tư tiêu hao, tiệt
khuẩn các dụng cụ y tế, tiệt khuẩn các mẫu bệnh phẩm do cấy vi sinh và tiệt khuẩn
các dụng cụ đinh nẹp vít trước khi can thiệp vào bệnh nhân. Ngày càng có nhiều
loại tủ ấm, tủ sấy với đa dạng về dung tích, cơng suất cũng như xuất xứ để các
phịng khám, bệnh viện lựa chọn, phục vụ tích cực cho việc đảm bảo công tác
khám, chữa bệnh cho người bệnh.
Công suất của tủ sấy được thể hiện qua các thanh kháng đốt nhiệt, nhiệt độ suy
trì trong tủ sấy trong giải từ 110oC cho tới 300 oC tùy thuộc vào dụng cụ cần hấp
sấy. Nhiệt độ trong tủ được ổn định bằng quạt đảo gió đặt phía trong tủ, quạt này sẽ
giúp cho nhiệt độ tại mọi vị trí trong tủ có giá trị đồng đều nhau. Việc giám sát nhiệt
độ được thực hiện bởi một cảm biến nhiệt, ngoài ra cịn có các cảm biến an tồn
điện như cơng tắc cửa, cắt nhiệt cưỡng bức và công tắc tắt khẩn cấp khi nhiệt độ
trong tủ tăng khơng kiểm sốt được. Hoạt động của toàn hệ thống sấy được điều
khiển bởi một bảng mạch điều khiển trung tâm, chịu trách nhiệm điều khiển và
giám sát tủ trong quá trình làm việc. Yêu cầu của thiết kế là phải đảm bảo kết nối
một cách linh hoạt tới các bộ phận chính của tủ sấy, có màn hình theo dõi nhiệt độ
thực tế trong tủ và có cảnh báo khi bắt đầu hoặc kết thúc phiên làm việc, cũng như
khi có sự cố khơng mong muốn trong q trình tủ làm việc.
Sau 5 tháng nghiên cứu, chế tạo và thử nghiệm tôi đã chế tạo thành công mạch
điều khiển dùng cho tủ sấy. Người sử dụng có thể dễ dàng kết nối, cài đặt nhiệt độ
và thời gian sấy, dễ dàng quan sát được nhiệt độ hiện tại trong tủ và dễ dàng nhận
biết khi kết thúc quá trình sấy, sản phẩn được thử nghiệm tại Khoa Trang bị, Khoa
Vi sinh - Bệnh viện Quân y 103 và nhận được nhiều phản hồi tích cực.

iii


MỤC LỤC
LỜI CAM ĐOAN ............................................................................................................................... i

TÓM TẮT LUẬN VĂN ................................................................................................................... iii
MỤC LỤC......................................................................................................................................... iv
CÁC HÌNH VẼ SỬ DỤNG TRONG LUẬN VĂN .......................................................................... vi
CÁC BẢNG BIỂU SỬ DỤNG TRONG LUẬN VĂN ................................................................... viii
CÁC TỪ NGỮ VIẾT TẮT DUNG TRONG LUẬN VĂN .............................................................. ix
PHẦN MỞ ĐẦU ................................................................................................................................ 1
CHƯƠNG 1. TÔNG QUAN VỀ ĐỀ TÀI.......................................................................................... 2
1.1.

Giới thiệu yêu cầu bài toán................................................................................................. 2

1.2.

Yêu cầu thiết kế của sản phẩm ........................................................................................... 3

1.3.

Tổng quan về một số tủ sấy trong bệnh viện ...................................................................... 5

1.3.1.

Tủ sấy phổ dụng Memert (UN/UF) ............................................................................ 5

1.3.2.

Tủ sấy phổ dụng France Etuves ................................................................................. 7

1.3.3.

Tủ sấy tiệt trùng của Viettronics Medda .................................................................... 8

1.4.

Tình hình nghiên cứu trong và ngoài nước ........................................................................ 9

1.5.

Kết luận chương ............................................................................................................... 11

CHƯƠNG 2. LÝ THUYẾT CƠ SỞ................................................................................................. 12
2.1. Lý thuyết về vi sinh vật ......................................................................................................... 12
2.1.1 Khái niệm về vi sinh vật .................................................................................................. 12
2.1.2. Các loại vi sinh vật ......................................................................................................... 12
2.1.3. Tác động của yếu tố nhiệt độ lên vi sinh vật .................................................................. 15
2.2. Lý thuyết về ngắt trong VĐK ................................................................................................ 16
2.2.1 Lý thuyết về ngắt ............................................................................................................. 16
2.2.2. Ngắt ngoài ...................................................................................................................... 19
2.3. Lý thuyết về Timer/Couter trong VĐK ................................................................................. 21
2.3.1. Timer/Counter 0 ............................................................................................................. 22
2.3.2. Timer/Counter 1 ............................................................................................................. 24
2.3.3. Timer/Counter2 .............................................................................................................. 27
2.4. Kết luận chương .................................................................................................................... 28
CHƯƠNG 3. PHÂN TÍCH HỆ THỐNG ......................................................................................... 29
3.1. Nguyên lý hoạt động của tủ sấy ............................................................................................ 29
3.1.1. Cấu tạo của tủ sấy........................................................................................................... 29
3.1.2. Nguyên lý hoạt đọng của tủ sấy ..................................................................................... 30
iv


3.2. Phân tích sản phẩm................................................................................................................ 31

3.2.1. Khối cảm biến ................................................................................................................ 33
3.2.2. Khối cài đặt .................................................................................................................... 37
3.2.3. Khối hiển thị ................................................................................................................... 39
3.2.4. Khối điều khiển .............................................................................................................. 43
3.2.5. Khối xử lý....................................................................................................................... 45
3.2.6. Khối nguồn cấp .............................................................................................................. 50
3.3 Kết luận chương ..................................................................................................................... 52
CHƯƠNG 4. THIẾT KẾ VÀ THỰC NGHIỆM SẢN PHẨM ....................................................... 53
4.1. Thiết kế sản phẩm ................................................................................................................. 53
4.1.1. Khối cảm biến ................................................................................................................ 53
4.1.2. Khối cài đặt .................................................................................................................... 56
4.1.3. Khối hiển thị ................................................................................................................... 57
4.1.4. Khối điều khiển .............................................................................................................. 58
4.1.5. Khối nguồn ..................................................................................................................... 61
4.1.6 Sản phẩm mạch hoàn tất.................................................................................................. 61
4.2. Thực nghiệm ......................................................................................................................... 64
4.2.1 Kiểm thử sản phẩm ......................................................................................................... 64
4.2.2. Chạy thực nghiệm sản phẩm .......................................................................................... 67
KẾT LUẬN ...................................................................................................................................... 70
TÀI LIỆU THAM KHẢO ................................................................................................................ 71

v


CÁC HÌNH VẼ SỬ DỤNG TRONG LUẬN VĂN
Hình 1. 1. Tủ sấy phổ dụng Memert ..................................................................... 5
Hình 1. 2. Tủ sấy phổ dụng France Etuves ........................................................... 7
Hình 1. 3. Phím điều khiển của tủ sấy France etuves ........................................... 8
Hình 1. 4. Tủ sấy Viettronics Medda .................................................................... 8
Hình 2. 1. Cấu tạo của vi khuẩn .......................................................................... 13

Hình 2. 2. Cấu trúc khơng gian của một loại virus ............................................. 14
Hình 2. 3. Hoạt động của ngắt [4] ....................................................................... 17
Hình 2. 4. Cấu trúc thanh ghi MCUCR [2] ......................................................... 20
Hình 2. 5. Cấu trúc thanh ghi GICR[2] ............................................................... 21
Hình 2. 6. Cấu trúc thanh ghi GIFR[2] ............................................................... 21
Hình 2. 7. Cấu trúc thanh ghi TCCR0[2] ............................................................ 23
Hình 2. 8. Cấu trúc thanh ghi TIMSK [2] ........................................................... 23
Hình 2. 9. Cấu trúc thanh ghi TCNT1 ................................................................ 24
Hình 2. 10. Cấu trúc thanh ghi TCCR1[2] .......................................................... 25
Hình 2. 11. Cấu trúc của thanh ghi OCR1 .......................................................... 26
Hình 2. 12. Cấu trúc thanh ghi TIMSK .............................................................. 26
Hình 2. 13. Cấu trúc thanh ghi TIFR [2]............................................................. 27
Hình 2. 14. Cấu trúc thanh ghi TCCR2 .............................................................. 27
Hình 2. 15. Cấu trúc thanh ghi TIMSK .............................................................. 28
Hình 3. 1. Cấu tạo của tủ sấy thơng thường[5] ................................................... 29
Hình 3. 2. Quy trình làm việc cơ bản của tủ sấy ................................................. 30
Hình 3. 3. Nguyên lý hoạt động cơ bản của tủ sấy[5] ........................................ 31
Hình 3. 4. Sơ đồ khối tổng quát của mạch điều khiển ........................................ 32
Hình 3. 5. Nguyên lý hoạt động của khối cảm biến............................................ 33
Hình 3. 6. Cấu tạo cảm biến cặp nhiệt độ ........................................................... 33
Hình 3. 7. Cấu tạo cảm biến bán dẫn .................................................................. 34
Hình 3. 8. Cảm biến Thermistor ......................................................................... 35
Hình 3. 9. Cấu tạo của loại cảm biến RTD ......................................................... 36
Hình 3.10. Sơ đồ ngun lý các phím điều khiển ............................................... 37
Hình 3.11. Ngun lý hoạt động của phím bấm ................................................. 38
Hình 3.12. Các xung dội phím bấm .................................................................... 38
Hình 3. 13. Cấu tạo của LED 7 thanh [6] ........................................................... 39
Hình 3. 15. Nguyên lý hoạt động của LED 7 thanh............................................ 39
Hình 3. 14. Hình ảnh của LED 7 thanh............................................................... 40
Hình 3. 16. Hình ảnh thực tế của LCD [6].......................................................... 40

Hình 3. 17. Các mắc mạch nguyên lý của LCD 16x2 [4] ................................... 41
vi


Hình 3. 18. Lưu đồ thuật tốn điều khiển bộ gia nhiệt ....................................... 43
Hình 3. 19. Cấu tạo Relay ................................................................................... 44
Hình 3. 20. Nguyên tắc hoạt động của Relay ..................................................... 44
Hình 3. 21. Sơ đồ hoạt động của khối xử lý ....................................................... 45
Hình 3. 22. Hình ảnh thực tế của VDK atmega16 .............................................. 46
Hình 3. 23. Sơ đồ chân cho VDK atmega16[2] .................................................. 47
Hình 3. 24. Sơ đồ khối chức năng của vi điều khiển atmega16[2] ..................... 48
Hình 3. 25. Vi điều khiển 16F877A .................................................................... 50
Hình 3. 26. Nguồn xung 15V/1A ........................................................................ 51
Hình 3. 27. Sơ đồ khối nguồn cấp....................................................................... 51

Hình 4. 1. Mạch nguyên lý của khối cảm biến. .................................................. 53
Hình 4. 2. Hình ảnh thực tế của linh kiện LM334 .............................................. 54
Hình 4. 3. Sơ đồ khối của LM334[8] .................................................................. 54
Hình 4. 4. Sơ đồ cách mắc LM334 [8]................................................................ 55
Hình 4. 5. Sơ đồ khuếch đại thuận ...................................................................... 55
Hình 4. 6. Sơ đồ cách mắc của ICL 7660 ........................................................... 56
Hình 4. 7. Thiết kế của khối cài đặt .................................................................... 56
Hình 4. 8. Mạch nguyên lý của khối hiển thị ...................................................... 57
Hình 4. 9. Mạch nguyên lý khối điều khiển........................................................ 58
Hình 4. 10. Cấu tạo của ULN2003[10] ............................................................... 59
Hình 4. 11. Cấu tạo OPTO .................................................................................. 60
Hình 4. 12. Sơ đồ khối nguồn cho mạch điều khiển ........................................... 61
Hình 4. 13. Sơ đồ mạch nguyên lý cho tủ sấy .................................................... 61
Hình 4. 14. Sơ đồ layout cho mạch điều khiển ................................................... 62
Hình 4. 15. Hình ảnh sản phẩm mạch thật sau khi đã hồn thiện ....................... 63

Hình 4. 16. Thiết bị Themor manager HDT-1 .................................................... 64
Hình 4. 17. Kiểm thử cho thiết bị ....................................................................... 65
Hình 4. 18. Kết quả trên sản phẩm...................................................................... 65
Hình 4. 19. Kết quả thu được trên thiết bị HDT-1 Themor Manager ................ 66
Hình 4. 20. Tủ ấm Hengz sản phẩm chạy thử. .................................................... 67
Hình 4. 21. Cảm biến của mạch sau khi thay cảm biến ban đầu của tủ sấy. ...... 68
Hình 4. 22. Mạch điều khiển sau khi kết nối hoàn chỉnh với tủ sấy ................... 68

vii


CÁC BẢNG BIỂU SỬ DỤNG TRONG LUẬN VĂN
Bảng 1. 1. Bảng các yêu cầu chức năng của tủ sấy .............................................. 4
Bảng 2. 1. Các phương pháp khử trùng nhiệt độ cao.......................................... 16
Bảng 2. 2. Bảng thứ tự ưu tiên của các vecto ngăt ............................................. 18
Bảng 2. 3. Bảng vecto ngắt dùng trong CodeVision AVR ................................. 19
Bảng 2. 4. Bảng điều khiển của MCUCR ........................................................... 20
Bảng 2. 5. Chức năng các bit CS0x .................................................................... 23
Bảng 2. 6. Chức năng các bit CS1x .................................................................... 25
Bảng 2. 7. Chức năng các bit CS2x .................................................................... 27
Bảng 3. 1. Bảng so sánh đặc điểm các loại cảm biến ......................................... 36
Bảng 3. 2. Chức năng của các nút bấm trong bộ cài đặt ..................................... 39
Bảng 3. 3. Bảng chân chức năng của LCD ......................................................... 41
Bảng 3. 4. Đặc điểm các loại hiển thị ................................................................. 42
Bảng 3. 5. Bảng chức của các bộ điêu khiển ...................................................... 43
Bảng 4. 1. Bảng thông số kỹ thuật của LM334 .................................................. 55
Bảng 4. 2. Thông số kỹ thuật ULN2003 [10] ..................................................... 59
Bảng 4. 3. Bảng dữ liệu kiểm chuẩn ................................................................... 66

viii

CÁC TỪ NGỮ VIẾT TẮT SỬ DỤNG TRONG LUẬN VĂN

STT

TÊN VIẾT TẮT

TÊN ĐẦY ĐỦ

1

VĐK

VI ĐIỀU KHIỂN

2

PIC

Programmable Intelligent Computer

3

AVR

Advanced Virtual RISC

4

ADC

Analog digital convert

5

V

Volt

6

A

Ampe

7

C

Celsius

8

CPU

Central Processing Unit

9

PWM

Pulse-width modulation

10

ADC

Analog digital convert

11

UART

Universal Asinchonus Receiver Transmitter

12

SPI

Serial Peripheral Interface

13

I/O

Inpu/output

14

ALU

Arithmetic and logic unit

15

RAM

Random Access Memory

16

DRAM

Dynamic RAM

17

ROM

Read-only memory

18

EEPROM

19

R

20

RTD

Regional Transportation District

21

JTAG

Joint Test Action Group

22

R/W

Read/Write

23

RS

Register Select

24

EN

Enable

25

ms

Mili second

26

W

Watt

27

PCB

Printed circuit board

28

I2C

Inter-Intergrated Circuit

Electrically Erasable
Memory
Resistor

ix

Programmable Read-Only


29

NTC

National Telecommunications Conference

30

LCD

Liquid Crystal Display

31

ASCII

32

LED

33

VCC

Voltage Controlled Clock

34

GND

Ground

35

PD1

PortD 1

36

MHZ

Megahertz

37

K

Kilo

38

IEEE

Institute of Electrical and Electronics Engineers

39

ADN

Axit Deoxiribo Nucleic

40

ARN

Axit ribonucleic

41

GIFR

General Interrupt Flag Register

42

MCUCR

MCU Control Register

43

GICR

General Interrupt Control Register

44

NO

Nomal open

45

NC

Normal close

46

C

Common

47
48

TIMSK
TCNT

Timer/Counter Interrupt Mask Register
Timer/Counter Register

50

PID

Proportional Integral Derivative

American Standard
Interchange
Light Emitting Diode

x

Code

for

Information


PHẦN MỞ ĐẦU
Luận văn có nhiệm vụ thiết kế, chế tạo ra bo mạch điều khiển chính của tủ sấy, để
duy trì nhiệt độ trong tủ ln ổn định trong khoảng nhiệt độ người dùng đã cài đặt,
thường là từ 110oC cho tới 300oC, nhiệt độ dao động cho phép là 2oC. Hiển thị nhiệt
độ thực tại trong tủ sấy bằng màn hình hiển thị và dễ dàng chuyển qua hiển thị nhiệt
độ đã cài đặt. Dễ dàng cài đặt nhiệt độ cũng như thời gian sấy và dễ dàng bật tắt tủ sấy
khi sử dụng. Ngoài ra, bảng điều khiển cịn có khả năng thơng báo khi kết thúc q
trình sấy tiệt khuẩn, cảnh báo khi có sự cố quá nhiệt, hay cảnh báo khi có sự cố thiếu
nhiệt.
Hiện nay, các tủ sấy đang sử dụng ngoài thị trường đều có phương pháp tăng nhiệt
bằng cách sử dụng các kháng đốt, tùy dung tích tủ mà cơng suất của kháng đốt khác
nhau, thường sử dụng là các kháng đốt 2KW, 3KW. Nhiệt độ này được giám sát thông
qua các cảm biến nhiệt đặt phía bên trong tủ. Ngồi ra mạch cịn có hệ thống báo động
khi tủ gặp phải các sự cố, bộ phận xả khí khi q trình làm việc hoàn tất, bo mạch điều
khiển luận văn đang thiết kế dựa trên các phản hồi của các cảm biến nhiệt, của các

cảnh báo mà điều khiển kháng đốt, duy trì nhiệt độ trong tủ ổn định theo nhiệt độ và
thời gian đã được người sử dụng cài đặt. Dựa trên các yêu cầu trên, luận văn của tôi sẽ
được trình bày theo các phần sau:
 Chương 1: Đặt vấn đề. Phần này giới thiệu về yêu cầu của bài toán đã đặt
ra, giới thiệu các tủ sấy tiệt khuẩn hiện đang có trên thị trường Việt Nam.
 Chương 2: Lý thuyết cơ sở. Chương này sẽ đưa ra các lý thuyết liên quan
đến tủ sấy, các lý thuyết về vi sinh và ảnh hưởng của chúng tại nhiệt độ cao,
lý thuyết về ngắt và timer của vi điều khiển trong lập trình bộ đếm thời gian
để đặt thời gian cho tủ sấy.
 Chương 3: Phân tích hệ thống. Chương này đưa ra sơ đồ khối chi tiết cho
mạch điều khiển của tủ sấy, lựa chọn loại linh kiện….
 Chương 4: Thiết kế và thực nghiệm. Đưa ra thiết kế chi tiết và sản phẩm
hoàn thiện và kết quả chạy kiểm thử..

1


CHƯƠNG 1. TÔNG QUAN VỀ ĐỀ TÀI
Chương này sẽ giới thiệu về yêu cầu bài toán, tổng quan các tủ sấy hiện nay trên
thị trường, yêu cầu thiết kế và tình hình nghiên cứu trong và ngồi nước.
1.1.
Giới thiệu u cầu bài tốn
Việc đưa các thiết bị cơng nghệ vào hỗ trợ trong quá trình khám chữa bệnh và
phục vụ tại các bệnh viện ở nước ta hiện nay là vấn đề vơ cùng cần thiết. Với tình hình
điều kiện nước ta trong các năm gần đây đã có nhiều chuyển biến tích cực cụ thể là:
GDP năm 2015 đạt 6,68%, là mức tăng cao nhất trong 5 năm qua (năm 2011 tăng
6,24%; năm 2012 tăng 5,52%; năm 2013 tăng 5,42% và năm 2014 tăng 5,98%). Bình
quân 5 năm 2011-2015 tăng 5,9%/năm. GDP/người năm 2015 đạt 2.228 USD.
Chỉ số sản xuất công nghiệp (IIP) tăng 10% (năm 2014 tăng 5,8%); tổng mức bán
lẻ hàng hóa và doanh thu dịch vụ, nếu trừ yếu tố giá, tăng 8,7% (cùng kỳ năm trước

tăng 5,7%); chỉ số CPI cả năm ước chỉ tăng khoảng 1% so với tháng 12-2014, là mức
thấp nhất trong 10 năm qua; xuất khẩu tăng 10%, nếu tính cả giai đoạn 2011-2015 tăng
bình quân 18%/năm; nhập siêu đã giảm, xuống cịn 3,6% kim ngạch xuất khẩu.[1]
Tình hình kinh tế đã ngày được cải thiện hơn, kéo theo điều kiện sống của nhân
dân ngày càng được nâng cao. Việc tăng cường đầu tư vào lĩnh vực y tế ngày càng
được quan tâm và chú trọng hơn. Việc trang bị thêm các thiết bị công nghệ vào trong
việc khám chữa bệnh sẽ làm cho hiệu quả của công tác khám chữa bệnh tăng lên đáng
kể chữa trị được bệnh trước chưa chữa được, giúp giảm thời gian khám chữa bệnh cho
người bệnh, giúp làm giảm chi phí thực hiện. Ta thấy, hiệu quả từ việc đầu tư nâng
cấp, cải thiện trang thiết bị y tế hiện nay là nhìn thấy rõ lợi ích của nó. Nhưng thực tế
nước ta cịn gặp nhiều khó khăn, nhiều vấn đề chưa được giải quyết, nguồn ngân sách
hàng năm nhà nước cung câp để cải thiện trang thiết bị y tế hiện tại chưa thể đáp ứng
đầy đủ nhu cầu thực tế hiện nay tại các bệnh viện. Để có thể giải quyết vấn đề này thì
việc sử dụng hiệu quả các trang thiết bị sẵn có hiện nay là vơ cùng cần thiết. Việc cải
tiến nâng, sửa chữa lại các thiết bị sử dụng cũng như việc giữ gìn bảo quản sử dụng tốt
các thiết bị đó cũng là giải pháp tốt để có thể sử dụng hiệu quả mà không phải đầu tư
mua mới sản phẩm thiết bị này.
Tủ sấy một trong những thiết bị được sử dụng phổ biến trong các bện viện tại nước
ta hiện nay. Thiết bị này được sử dụng trong hầu hết các khoa phòng tại bệnh viện. Nó
có tác dụng sấy khơ hoặc tiệt trùng các thiết bị, dụng cụ hay các vật tư can thiệp vào
con người. Có nhiều phương pháp tiệt trùng khác nhau như hấp tiệt trùng, tiệt trùng
bằng tia UV và tiệt trùng bằng phương pháp sấy, đối với ứng dụng tiệt trùng dụng cụ y
tế thì tủ sấy cần phải có nhiệt độ sấy tối đa lên đến 300oC và cần có quạt lùa gió nằm
bên trong tủ để duy trì nhiệt độ đồng đều trong tủ, bên cạnh đó để giữ vai trị làm mát
bộ điều khiển thì cần có thêm quạt làm mát bộ điều khiển. Thường thì sau mỗi lần sử
dụng các dụng cụ phịng thí nghiệm, người ta phải rửa và sấy khô để tiếp tục sử dụng
2


lần sau, nhưng nếu để khơ tự nhiên thì tốn thời gian rất lâu cho nên người ta có thể cho

tất cả vào tủ sấy và tiến hành sấy trong thời gian ngắn là có thể sấy khơ dụng cụ phịng
thí nghiệm để sử dụng cho lần sau.
Tủ sấy phải làm việc trong mơi trương có nhiệt độ cao trong thời gian dài, cơng
với việc điều kiện khí hậu nước ta nồm ẩm nên làm cho các thiết bị tủ sấy thường hay
hỏng hóc các bo mạch làm tủ khơng hoạt động được gây ra đình trệ trong cơng tác.
Việc sửa chữa các tủ này tốn khá nhiều chi phí cả thời gian và tiền bạc. Chính từ các lý
do đó tơi đã đề xuất ý tưởng thiết kế mạch điều khiển cho tủ sấy để có thể đảm bảo tủ
sấy có thể hoạt động vận hành ổn định, chi phí hợp lý, sản phẩm dễ sử dụng, dễ dàng
thay thế linh kiện và sửa chữa khi gặp sự cố.
Các tủ sấy dùng trong các bệnh viện hiện nay có nguyên lý chung dùng điều khiển
giữ nhiệt độ ổn định trong khoảng 110oC - 300oC, trong khoảng thời gian nhất định do
người dùng điều chỉnh sao cho phù hợp với thiết bị, dụng cụ, sản phẩm cần sấy. Ngoài
ra thiết bị cịn có các bộ báo động khi tủ sấy gặp phải các sự cố khi sử dụng.
1.2.
Yêu cầu thiết kế của sản phẩm
Sau khi tìm hiểu về các loại tủ sấy qua thực tế trong bệnh viện 103 cũng như tìm
hiểu cụ thể chi tiết tài liều kỹ thuật của các nhà sản xuất, tôi xin đưa ra yêu cầu thiết kế
về sản phẩm như sau:
 Bộ đo và giám sát nhiệt độ
Mạch điều khiển sẽ đo và điều khiển nhiệt độ theo thơng số chính qua một cảm
biến nhiệt độ đặt bên trong tủ sấy tại vị trí thích hợp tùy các cách bố trí của nhà sản
xuất theo từng các hãng khác nhau. Để có thể đảm bảo đo được nhiệt độ trung bình
của tủ sấy. Nhiệt độ cần đo được của cảm biến từ 0 – 300oC, độ sai lệch không quá
2%, độ phân giải 1oC.
 Bộ đo và đếm thời gian
Bộ đo và đếm thời gian sẽ là bộ đếm thời gian làm việc của tủ sấy. Bộ đếm thời
gian này sẽ sử dụng bộ timer/counter bên trong VĐK được dùng để đo đếm thời gian
cho mạch điều khiển của tủ sấy. Giá trị thời gian đếm của tủ trong khoảng vài giờ
đồng hồ. Độ chính xác bộ đếm thời gian là 1s. Đếm thời gian bắt đầu đếm khi tủ bắt
đầu được hoạt động.

 Điều khiển nhiệt độ cho tủ
Mạch điều khiển sẽ dựa vào thông số đo được của nhiệt độ bên trong tủ và thời
gian sấy của tủ. Bộ gia nhệt sẽ được điều khiển hoạt động khi nhiệt độ bên trong tủ
nhỏ hơn dải nhiệt độ cài đặt và trong khoảng thời gian sấy. Bộ gia nhiệt được điều
khiển ngắt hoạt động khi nhiệt độ bên trong tủ lớn hơn nhiệt độ cài đặt hoặc thời gian
3


hoạt động của tủ lớn hơn so với thời gian cài đặt ban đầu. Dải nhiệt độ làm việc có độ
rộng khoảng 50C.
 Phím bấm và hiển thị
Mạch điều khiển có màn hình hiển thị bằng LCD 16x2. Hiện thị được các giá trị
nhiệt độ hiện tại bên trong tủ, thời gian đã hoạt động của tủ. Các giá trị cài đặt của tủ là
thời gian cài đặt gồm có số ngày, số giờ, số phút và nhiệt độ cài của tủ. Độ phân giải
thời gian là 1s, độ phân giải nhiệt độ là 10C.
Mạch điều khiển có các nút điều khiển là MODE, UP, DOWN, START, STOP.
+ MODE: dùng để chọn giá trị cài đặt cho tủ là nhiệt độ và thời gian
+ UP: là phím điều khiển để tăng các giá trị cài đặt
+ DOWN: là phím điều khiển dùng để giảm các giá trị cài đặt
+ START: là phím điều khiển dùng để khởi động tủ sấy
+ STOP: là phím điều khiển dùng để dừng q trình hoạt động của tủ.
 Cảnh báo
Hệ thống có chức năng cảnh báo bằng còi và đèn. Hệ thống đưa ra cảnh báo khi tủ
sấy gặp phải các sự cố như hiện tượng quá nhiệt hay hiệt tượng thiếu nhiệt. Báo động
cho người dùng biết để tìm cách khắc phục và sửa chữa
 Yêu cầu khác
. Ngoài ra thiết kế hệ thống cần ổn định và nội địa hóa, linh kiện dễ dàng tìm kiếm
và thay thế khi gặp sự cố.
Bảng 1. 1. Bảng các yêu cầu chức năng của tủ sấy
Yêu cầu chức năng

1
2

3
4

Đo và giám sát nhiệt độ tủ trong khoảng từ 0 đến 3000C, Dải hoạt
động của nhiệt độ tủ khoảng 50C trong khoảng nhiệt độ cài
Màn hình LCD hiển thị giúp người sử dụng theo dõi được thống số
hoạt động của tủ sấy hiển thị thời gian sấy và nhiệt độ hiện tại khi đang
sấy và hiển thị được các trạng thái hoạt động của tủ
Có các phím điều khiển để người dùng có thể cài đặt thời gian và
nhiệt độ sấy của tủ để có thể phù hợp với từng loại dụng cụ và vật liệu
cần sấy.
Điều khiển các bộ gia nhiệt sao cho nhiệt độ của buồng sấy luôn ổn
định tại giá trị cài đặt
4


Yêu cầu chức năng
5
6

Có hệ thống điều khiển quạt đảo nhiệt để nhiệt bộ có thể phân bố đều
trong tủ
Có hệ thống cảnh báo, báo động khi tủ gặp phải sự cố để người dùng
biết.

Yêu cầu phi chức năng
1

Phù hợp với nhiệt độ và độ ẩm trong phòng

2

Thiết kế nhỏ gọn, đơn giản, giá thành hợp lý

3

Hoạt động phải có độ chính xác và độ ổn định cao

4

Nội địa hóa, linh kiện dễ dàng tìm kiếm và thay thế khi gặp các sự cố
hỏng hóc

1.3.
Tổng quan về một số tủ sấy trong bệnh viện
Trên các bệnh viện hiện nay thì sử dụng rất nhiều các sản phẩm tủ sấy với rất nhiều
các loại mẫu mã và chủng loại đa dạng. Có một số hãng nước ngồi nổi tiếng về các
loại tủ sấy như Memmert của Đức, France Etuves của Pháp, Lenton của Anh, ngồi ra
có khá nhiều hãng có xuất xứ từ Trung Quốc và một số hãng trong nước. Đặc điểm sản
phẩm của các hãng nổi tiếng nước ngoài có chất lượng và mẫu mã tốt, có nhiều tính
năng nổi bật và đảm bảo an toàn ổn định, đạt các chứng chỉ chất lượng có uy tín như
CE, ISO… nhưng đổi lại thì chúng lại có giá thành khá cao. Một số sản phẩm có xuất
xứ từ Trung Quốc có đặc điểm nổi bật
giá thành tốt hơn nhiều các sản phẩm
nổi tiếng, có nhiều tính năng tốt nhưng
chất lượng và đảm bảo an tồn thì
khơng được như các hãng uy tín trên.

Dưới đây là một số sản phẩm tủ sấy
hay được dùng trong bệnh viện:
1.3.1.
Tủ sấy phổ
Memert (UN/UF)
Các ứng dụng của tủ sấy

dụng

 Trong nghành công nghiệp dược
phẩm, công nghiệp thực phẩm mà cịn
trong cơng nghệ mơi trường để xác
định hàm lượng khô và ẩm bằng việc
sử dụng thiết bị cân.

Hình 1. 1. Tủ sấy phổ dụng Memert

5







Sấy khơ các bộ phận trong điện tử, khử khí trong nhựa epoxy.
Chuẩn bị mẫu trong lĩnh vực nghiên cứu.
Trong cơng nghiệp cho việc lão hóa nhựa.
Làm ấm các chăn trong bệnh viện, các dung dịch rửa . .

Thông số kỹ thuật
 Thể tích: 32 lít.
 Kích thước trong: rộng 400 x cao 320 x sâu 250mm( nhỏ hơn 39 mm dành cho
quạt).
 Kích thước ngồi: rộng 585 x cao 704 x sâu 434mm.
 Số khay cung cấp: 01
 Khoảng nhiệt độ hoạt động: +100C trên nhiệt độ môi trường đến 3000C
 Đối lưu khơng khí bằng quạt gió, bước điều chỉnh 10%.
 Bộ điều khiển bằng vi xử lý PID đa chức năng với màn hình hiển thị màu bằng
cảm ứng điện dung (TFT)
 Bảng điều khiển nhiệt độ ControlCOCKPIT điều khiển các thông số: nhiệt độ
0
( C hoặc 0F), vị trí cửa đối lưu khí, chương trình thời gian
 Sử dụng đầu dò nhiệt độ Pt100 DIN Class A
 Điều chỉnh hỗn hợp khơng khí tiền gia nhiệt bằng cách điều chỉnh nắp lấy khí
10%
 Tự chẩn đốn để phân tích lỗi
 Cổng kết nối qua mạng Ethernet
 Chức năng bảo vệ quá nhiệt: kiểm soát quá nhiệt bằng điện tử và bộ giới hạn
nhiệt độ dạng cơ TB, cấp bảo vệ class 1 theo tiêu chuẩn DIN 12 880 tự ngắt khi nhiệt
độ vượt quá khoảng 200C trên nhiệt độ cài đặt
 Cấu trúc lớp vỏ bằng thép khơng gỉ, chống trầy, cứng và bền, phía sau bằng
thép mạ kẽm.
 Bộ nhớ trong có khả năng lưu trữ ít nhất 10 năm
 Cài đặt ngơn ngữ trên bảng điều khiển ControlCOCKPIT: Đức, Anh, Pháp, Tây
Ban Nha
 Chế độ hoạt động: chạy liên tục và chạy theo thời gian từ 1 phút đến 99 ngày
 Chức năng setpointWAIT đảm bảo chương trình thời gian khơng được bắt đầu
cho đến khi đạt đến nhiệt độ cài đặt tại tất cả các điểm đo.
 Báo alarm bằng hình ảnh

 Khả năng hiệu chuẩn trực tiếp trên bảng điều khiển ControlCOCKPIT cho 3 giá
trị nhiệt độ lựa chọn tự do
 Chương trình được lưu trữ trong trường hợp mất điện
 Bao gồm giấy chứng nhận hiệu chuẩn tại 1600C
 Đạt 100% độ an tồn cho khơng khí (100% AtmoSAFE)
 Nguồn điện: 230V ± 10%, 50/60Hz, 1600W
6


Ta thấy tủ sấy loại này, hoạt động khá tốt, khả năng cách nhệt của tủ rất tốt vỏ
ngoài tủ khi làm việc nhiệt khơng cao q 40oC, tủ có thể sinh nhiệt ra đều toàn tủ với
hệ thống thanh gia nhiệt được được bố trí quanh 4 mặt tủ, dải nhiệt độ làm việc khá
rộng từ 10 – 3000C. Tủ được điều khiển bởi bộ điều khiển PID với cảm biến PT100,
hình thức tủ trơng đẹp, sử dụng quạt đối lưu để nhiệt có thể phân bố đều hơn, chế độ
cài đạt điều chỉnh khá dễ dàng và thuận tiện, tủ sấy có chế độ bảo vệ quá nhiệt tự ngắt
khi nhiệt quá cao so với nhiệt cài đặt, có khả năng lưu chương trình làm việc khi đột
ngột mất điện.

1.3.2.
Tủ sấy phổ dụng
France Etuves
Các ứng dụng của tủ sấy
 Sấy tiệt trùng các dung cụ y
tế
 Chúng rấ t thích hơ ̣p cho
nhiề u ứng du ̣ng như sấ y nhe ̣ các
sản phẩ m mỏng manh dễ vỡ, xử lý
nhiê ̣t các vâ ̣t liê ̣u bi ̣ oxy hóa, sấ y
tố c đô ̣ các loại bô ̣t và ha ̣t, dùng cho
trong phòng thí nghiêm và cả trong

công nghiê ̣p hóa chấ t, thực phẩ m
nơng nghiê ̣p, điê ̣n tử, nhựa, mỹ Hình 1. 2. Tủ sấy phổ dụng France Etuves
phẩ m và ngành dươ ̣c ho ̣c .
Thông số kỹ thuật:
 Dải nhiệt độ hoạt động : 20 – 3000C
 Bên ngoài bằng thép sơn tĩnh điện, bên trong thép không gỉ dễ làm sạch nhờ các
góc trịn.
 Đối lưu bằng quạt, đảm bảo độ đồng nhất cao.
 Tốc độ gia nhiệt nhanh : 80C/ pht
 Độ đồng nhất : +/- 1,20C tại 1050C
 Độ chính xác : < +/-0.20C
 Điều khiển bằng kỷ thuật số PID, hệ C3000.Thời gian làm việc được cài đặt tự
động từ : 0 – 99h59min.
 Thời gian cài đặt độ trễ : 1 – 99h59min
 Tốc độ đối lưu khí : 400M3/giờ
 Cung cấp kèm theo hai khay bằng thép không rỉ
 Nguồn điện : 220/240V – 50/60Hz

7


Hình 1. 3. Phím điều khiển của tủ sấy France etuves
Ta thấy lọai tủ sấy, hoạt động với dải nhiệt khá rộng tử 10 – 3000C, tủ sấy cũng
dùng hệ thống đơi lưu có sử dụng quạt, tốc độ quạt có thể điều chỉnh, tủ có dùng bộ
điều khiển C3000 với cảm biến PT100 rất chính xác, có đèn sáng phía bên trong tủ. Tủ
có hệ thống bảo vệ khi quá nhiệt, được làm bằng thép tấm phủ bằng sơn màu trắng và
màu xanh đẹp.Bên trong bằng thép không rỉ. Các bức tường và cánh cửa được cách
điện với len thủy tinh cách nhiệt hiệu quả, đảm bảo nhiệt độ thấp tại bề mặt và ổn định.
1.3.3.
Tủ sấy tiệt trùng của Viettronics

Medda
Ứng dung của loại tủ sấy này :
 Dùng tiệt trùng các dụng cụ y tế
 Làm khô dụng cụ y tế
Thông số kỹ thuật:
 Công suất lớn nhất 1.4 KW, cơng suất
trung bình 0.9 KW
 Buồng sấy được cấu tạo bằng Inox SUS
304. Được giữ nhiệt bằng lớp bơng khống
dầy.Có quạt đảo nhiệt
 Nguồn cấp 1 pha 220V AC, 50-60 Hz
Hình 1. 4. Tủ sấy Viettronics Medda
 Tủ sấy đối lưu cưỡng bức, dịng khí được
điều chỉnh liên tục bằng hệ thống quạt khuấy chuyên dụng
 Điều khiển bằng bộ vi xử lý trung tâm, phương thức điều khiển P.I.D.
 Dải nhiệt độ sấy 20 – 3000C
 Có các chế độ làm việc; hẹn giờ cho thiết bị hoạt động, chế độ gia nhiệt làm
nóng để sấy, chế độ giữ nhiệt độ khi nhiệt độ đạt đến giá trị cài đặt, chế độ làm mát khi
nhệt độ trong buồng <= 800C
 Có cửa thơng khí để thốt hơi ẩm từ buồng sấy.

8


 Có chức năng điều khiển vịng LOOP giúp cho người sử dụng có thể cài đặt
chạy lặp lại liên tục
 Bộ nhớ lưu trữ lên tới 1024 kB cho phép lưu trữ đầy đủ dữ liệu phục vụ việc
theo dõi trong nhiều ngày liền
 Có thể kết nối với RS 232 cho phép lập trình và thu thập các dữ liệu
 Cảm biến nhệt độ PT100

 Có hai đồng hồ: một hiển thị thời gian thực, một hiển thị thời gian sấy
Tủ sấy của Viettronic Medda, được cấu tạo với lớp cách nhiệt bằng bơng khống
có quạt đảo nhiệt, nhiệt đọ hoạt động của tủ sấy tử 20 – 3000C, tủ cũng dùng bộ điều
khiển PID với cảm biến nhiệt độ PT100 nhưng các dòng tủ của các hãng nước ngoài
trên, tủ cũng sử dụng nguyên tắc sấy dùng đối lưu cưỡng bức có sự dụng quạt đảo
nhiệt. Ngồi ra tủ có một số chế độ khi làm việc như : Chế độ hẹn giờ hoạt động cho
thiết bị, chế độ gia nhiệt làm nóng để sấy, chế độ giữ nhiệt độ khi đạt đến nhiệt độ cài
đặt, chế độ làm nguội khi nhiệt độ trong buống sấy nhỏ hơn 800C.
1.4.
Tình hình nghiên cứu trong và ngồi nước
Trong nước ta nghiên cứu về các mạch điều khiển cho các loại tủ sấy thì khơng
phải là mới. Hiện nay trên thế giới có các phương pháp điều khiển nhiệt độ là: Phương
pháp ON/OFF, phương pháp PID, phương pháp FUZZY.
Phương pháp ON/OFF là phương pháp điều khiển đơn giản dễ thiết kế và giá
thành rẻ, nhưng điều khiển sẽ bị dao động quanh nhiệt độ đặt chứ không ổn định.
Phương pháp này thường dùng trong những đối tượng cho phép khoảng nhiệt rộng.
Phương pháp PID là phương pháp điều khiển kết hợp vi phân, tích phân, tỷ lệ
(Proportional Integral Derivative).Tích phân loại bỏ sai lệch tĩnh, vi phân giảm khuynh
hướng dao động và tính trước giá trị tương lai của sai lệch đặc biệt hữu dụng khi tải
thay đổi bất ngờ.
Phương trình trong miền thời gian : [11]
𝑡

y(t) = KP.e(t)+KI.∫0 𝑒(𝑡 )𝑑(𝑡) +Kd

𝑑
𝑑(𝑡)

𝑒(𝑡)

Trong đó KP, KI, KD lần lượt là các hằng số của khâu tỷ lệ, tích phân và vi phân.
Đáp ứng của bộ điều khiển có thể được mơ tả dưới dạng độ nhạy sai số của bộ điều
khiển, giá trị mà bộ điều khiển vọt lố điểm đặt và giá trị dao động của hệ thống. Bằng
cách điều chỉnh 3 hằng số trong giải thuật của bộ điều khiển PID có thể làm triệt tiêu
sai số xác lập, tăng tốc độ đáp ứng, giảm độ chênh lệch.Lưu ý là công dụng của giải
thuật PID trong điều khiển không đảm bảo tính tối ưu hoặc ổn định cho hệ thống.
Bộ điều khiển mờ (FUZZY) hiện đang được nghiên cứu ứng dụng rộng rãi nhờ các
ưu điểm của nó. Hệ điều khiển mờ đảm bảo khơng cần khối lượng tính toán lớn và
9


phức tạp như các bộ điều khiển khác và có thể tổng hợp bộ điều khiển mờ với hàm
truyền đạt phi tuyến bất kỳ. Bộ điều khiển mờ có nhiều ưu điểm, đặc biệt khi điều
khiển đối tượng mà ta chưa biết nhiều về đối tượng, thiếu thông tin, thông tin không
tin cậy
Tuy nhiên trong thực tế ứng dụng của kỹ thuật điều khiển mờ cho thấy rằng không
phải cứ thay thế một bộ điều khiển kinh điển bằng một bộ điều khiển mờ thì sẽ có một
hệ thống tốt hơn. Trong nhiều trường hợp, để hệ thống có đặc tính động học tốt và bền
vững cần phải thiết kế thiết bị điều khiển lai giữa bộ điều khiển mờ và bộ điều khiển
kinh điển. Từ đó dẫn đến khái niệm "hệ mờ lai" và lĩnh vực thiết kế, ứng dụng bộ điều
khiển mờ lai để nâng cao chất lượng điều khiển của hệ thống. Hệ điều khiển mờ lai sẽ
phát huy hết các ưu điểm của bộ điều khiển mờ và bộ điều khiển thơng thường.
Có một số đề tài của các nhà khoa học trong nước cũng đã có một số nghiên cứu
về mạch điều khiển nhiệt độ dùng để sấy trong nông sản như đề tài thạc sĩ kỹ thuật
“Nghiên cứu xây dựng hệ điều khiển nhiệt độ lị sấy nơng sản “ của Triệu Sỹ Trường
tại trường đại học Kỹ thuật Công nghiệp – Đại học Thái Nguyên năm 2014. Đề tài đề
cập đến phương pháp Ziegler - Nichols để xác định tham số cho bộ điều khiển PID
truyền thống [12]. Hay có một số nghiên cứu về các phương pháp điều khiển nhiệt độ
như “Nghiên cứu ba chế độ điều khiển on/off, pid, fuzzy và ứng dụng trong điều khiển
mơ hình lị nhiệt” trong bài báo khoa học của Lê Tiến Lộc, Lâm Thành Hiển, Khoa

Điện tử, Trường Đại học Lạc Hồng được tại hội thảo Một số vấn đề chọn lọc của Công
nghệ thông tin và truyền thông, Hưng Yên, 19-20 tháng 8 năm 2010 đưa ra kết quả quá
trình nghiên cứu về 3 bộ điều khiển on/off, pid, fuzzy trong điều khiển nhiệt độ của
mơ hình lị nhiệt.
Các cơng nghệ điều khiển trên thế giới đã được nghiên cứu tư rất lâu như logic mờ
(fuzzy) được đề cập nghiên cứu bắt đầu từ những năm 1965 trong bài báo của trường
đại học California tại Berkeley của Lotfi A. Zadeh. Các bộ điều khiển PID trong các
thiết kế bộ điều tốc xuất hiện từ những năm 1890. Ngày nay các bộ điều khiển này vẫn
tiếp tục được nghiên cứu phát triển để cải tiến hơn nưa để phù hợp với hoàn cảnh hiện
tại. Mới đây vào 15/2/ 2015 Sun Jun*, Zhang Meixia, Li Zhengming, Wu Xiaohong đã
công bố bài báo với đề tài “ Mô phỏng cho điều khiển nhiệt độ PID mờ Smith trong
phát hiện enzym của dư lượng thuốc trừ sâu” của trường đại học Giang Tô, Trấn
Giang, Trung Quốc[13]. Trong bài viết đã so sánh 3 phương pháp điều khiển nhiệt độ
là: Điều khiển nhiệt độ PID, điều khiển bằng PID mờ, điều khiển PID mờ Smith. Kết
quả được đưa ra là điều khiển bằng PID mờ Smith cho kết quả điều khiển nhiệt độ tốt
nhất để phát hiện các enzym. Tháng 7/2015 trên tạp chí The Open Automation and
Control Systems các tác giả Dan Xie, Xuefeng Chang, Xiayun Shu, Li Li, Jian Wang,
Lifang Mei and Yangxue Liu với đề tài “High Precision Temperature Control System
for an Oven-Controlled Crystal Oscillato ” bài báo với đề tài nghiên cứu thiết kế lại bộ
10


điều khiển PID có độ chính xác là ±0.010C[14]. Tháng 5/2013 tại International Journal
of Engineering Research and Applications (IJERA) các nhà khoa học Michael David,
Vwamdem Kwoopnaan I.T., Bukola Ademola, W. M. Audu có bài báo “A
Microcontroller Based Electric Cooker/Oven with Temperature and Time Control for
the Developing Countries. ” trong bài báo giới thiệu về dùng VĐK atmega8 với cảm
biến nhiệt độ LM35 dùng để điều khiển thời gian, nhiệt đọ cho tủ sấy và nồi nấu dùng
cho các nước đang phát triển.[15]
1.5.

Kết luận
Trong chương 1 này đã trình bày về phấn giới thiệu tổng quan về yêu cầu bài toán,
các yêu cầu thiết kế của tủ sấy, tổng quan các loại tủ sấy được sử dụng trong các bệnh
viện hiện nay, tình hình nghiên của sản phẩm trong và ngồi nước.
Ta sẽ đi vào tìm hiểu các vấn về lý thuyết cơ sở của sản phẩm, các lý thuyết cần sử
dụng có liên qua đến nguyên lý về các hoạt động của sản phẩm trong chương tiếp theo
là chương 2. LÝ THUYẾT CƠ SỞ.

11


CHƯƠNG 2. LÝ THUYẾT CƠ SỞ
Trong chương này sẽ nêu rõ các phần lý thuyết dùng làm cơ sở để xây dựng đồ án
bao gồm các phần lý thuyết về các loại vi sinh vật, lý thuyết dùng ngắt( Interrupts)
trong VĐK và lý thuyết dùng bộ đếm thời gian(TIMER/COUNTER) để có thể đặt thời
gian, cách dùng bộ đếm thời gian đếm sự kiện.
2.1. Lý thuyết về vi sinh vật
2.1.1 Khái niệm về vi sinh vật
Vi sinh vật (microbiology) là khái niệm chung dùng để chỉ những sinh vật nhỏ bé,
con người khơng thể nhìn thấy được bằng mắt thường mà phải dùng kính hiển vi
phóng đại nhiều lần mới quan sát được.
Trong tự nhiên, vi sinh vật có số lượng rất lớn góp mặt ở mọi nơi. Chúng có
trong đất nước khơng khí, trên bề mặt đồ dung dụng cụ cả trong cơ thể người, động vật
và thực vật. Toàn bộ bầu sinh quyển mà chúng ta đang sinh sống được bao phủ bởi thế
giới sinh vật. Đa số chúng khơng gây bệnh, nhiều loại sinh vật cịn có lợi cho con
người và môi trường như cac loại sinh vật hoại sinh giúp hồn thành các chu trình các
bon và nito duy trì tuần hồn trên Trái đất, các vi sinh vật cố định đạm làm giàu dinh
dưỡng cho đất, các vi sinh vật lên men dùng trong chế biến rượu bia, chế biến thực
phẩm và nhiều nghành công nghiệp khác. Ngay chính trong cơ thể người và động vật
có các vi sinh vật sống cộng sinh chúng chẳng những khơng gây bệnh mà cịn tổng

hợp các vitamin, chống vi sinh vật gây bệnh xâm nhập. chỉ có một số ít vi sinh vật gây
bệnh cho con người và chúng là đối tượng nghiên cứu của Y học.[3]
2.1.2. Các loại vi sinh vật
Trong phạm vi của đề tài tôi xin chỉ đề cập đến một số loại vi sinh nhất định, sẽ
giới thiệu về khái niệm cấu tạo của chúng và biện pháp để tiêu diệt các vi sinh vật gây
hại cho con người.
2.1.2.1. Vi khuẩn
Vi khuẩn (bacteria) là sinh vật tiền nhân (Procaryote) có cấu tạo tế bào rất nhỏ chỉ
nhìn thấy qua kính hiển vi phóng đại từ vài trăm đến vài nghìn lần.
Cấu tạo
 Nhân
Nhân của vi khuẩn khơng có màng nhân bao bọc và khơng có nhiều nhiễm sắc thể
như các tế bào bặc cao. Nhân của vi khuẩn chỉ là một phân tử AND hình sợi, uốn vịng
kín và là nhiễm sắc thể duy nhất của vi khuẩn chứa đưnh tồn bộ thơng tin di truyền
thiết yếu. Nhân của vi khuẩn bắt màu thuốc nhuộm kiềm như bào tương nên khó phân
biệt được khi dùng thuốc nhuộm thông thường.
12


Hình 2. 1. Cấu tạo của vi khuẩn
 Bào tương
Bào tương ở trạng thái gel, chứa nước và các chất hòa tan, nhiều hạt vùi là nơi xảy
ra các hoạt động chuyển hóa của vi khuẩn
- Chất hịa tan: Protid, glucid, lipid, ARN thông tin, ARN vân chuyển, một số
enzym sắc tố, muối khống….
- Hạt vùi: hạt volutin, khơng bào chứa glycogen, plasmid, ribosom.
 Màng bào tương
Màng bào tương day khoảng 10-20 nm có những nếp gấp gọi là mesosom. Vi
khuẩn Gram dương có nhiều mesosom hơn các vi khuẩn Gram âm.
 Vách tế bào

Vách hay thành tế bào bao bọc bên ngoài màng tế bào vi khuẩn vách tế bào dày
khoảng 15nm ở vi khuẩn Gram dương và 8-12 nm ở vi khuẩn Gram âm. Vách tế bào
có chung chất cơ bản là glycopepit, gọi là peptidoglycan, là một phân tử lớn, trong
lượng phân tử hàng nghìn dalton.
Vách tế bào vi khuẩn có chức năng : bảo vệ vi khuẩn, tạo nên hình thể cố định của
vi khuẩn và mang tính kháng nguyên của vi khuẩn.

13