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

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

..

LỜI NÓI ĐẦU

Hiện nay, hiện đại hóa thiết bị y tế đang là chủ đề đƣợc sự quan tâm của nhiều
ngành và các cơ quan chức năng trong cả nƣớc. Việc khám chữa bệnh truyền thống
với các trang thiết bị đơn giản dần không thể đáp ứng đƣợc nhu cầu trong nƣớc cũng
nhƣ không theo kịp đƣợc sự phát triển của y học trên thế giới.
Song song với khám và điều trị bệnh, việc bảo quản và lƣu trữ sinh phẩm là một
khâu hết sức quan trọng. Các sinh phẩm, trong đó có thể kể đến nhƣ vắc – xin, máu và
các chế phẩm, … là thành phần không thể thiếu trong quá trình điều trị và chữa bệnh
của y bác sỹ. Mỗi ngày, có hàng triệu ngƣời đƣợc tiêm vắc – xin và truyền máu. Đặc
biệt với máu và các chế phẩm, đây là thành phần ngƣời không tự tổng hợp đƣợc, chỉ
có thể truyền từ ngƣời này sang ngƣời khác. Máu và các chế phẩm về máu bị suy giảm
chất lƣợng khi ra khỏi cơ thể ngƣời, đồng thời cần phải đảm bảo an tồn truyền máu,
chính vì thế cần một quy trình bảo quản, lƣu trữ rất nghiêm ngặt. Nhiều tủ lƣu trữ sinh
phẩm đã ra đời, với dải nhiệt độ thích hợp cho việc bảo quản máu, tuy nhiên giá thành
còn cao và chƣa đáp ứng đƣợc nhiều yếu tố.
Chính vì những lý do đó, tơi đã đề xuất và nghiên cứu: “Thiết kế chế tạo mô đun
khống chế nhiệt ứng dụng trong các thiết bị lưu trữ sinh phẩm”. Ý tƣởng ban đầu là
sẽ thiết kế một mạch điều khiển có thể ổn định nhiệt độ dùng trong cơng đoạn bảo
quản sinh phẩm, trong đó tập trung vào bảo quản máu và các chế phẩm. Sau khi hồn
thành tơi sẽ tích hợp vào các thiết bị lƣu trữ máu và chế phẩm để hoạt động, đồng thời
mở rộng ra đối với các thiết bị lƣu trữ sinh phẩm khác.
Trong thời gian qua, nhờ sự hƣớng dẫn, giám sát của TS. Nguyễn Nam Quân và
các thày, cô giáo ở Bộ môn Điện tử y sinh - Viện Điện tử Viễn thông cũng nhƣ các cán
bộ của Viện Huyết học Truyền máu Trung Ƣơng và Bệnh viện Hữu nghị Việt Nam –
Cu Ba, tơi đã hồn thành và đƣa vào sử dụng sản phẩm trên. Tôi xin gửi lời cảm ơn tới
các thày, cô cũng nhƣ bạn bè, đồng nghiệp đã giúp tơi trong q trình thực hiện và hi

vọng sẽ nhận đƣợc sự góp ý nhiều hơn nữa để sản phẩm đƣợc hoàn thiện.

1


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

TÓM TẮT LUẬN VĂN
Máu và chế phẩm máu là một loạt chất lỏng thiết yếu trong cơ thể ngƣời và động
vật, có nhiệm vụ mang các chất dinh dƣỡng và Oxy cho các tế bào, đồng thời vận
chuyển các sản phẩm thừa của quá trình trao đổi chất ra khỏi tế bào. Hàng năm, nhu
cầu truyền máu cho các bệnh nhân là rất lớn. Phẫu thuật, chấn thƣơng và các bệnh ung
thƣ đều có nhu cầu truyền máu.
Mặc dù nhu cầu rất lớn, nhƣng máu lại không thể tổng hợp nhân tạo, mà chỉ có
đƣợc nhờ truyền máu. Mỗi ngày, có hơn 2000 đơn vị máu đƣợc chuyển tới bệnh viện.
Một phần trong số này sẽ đƣợc sử dụng ngay. Phần còn lại sẽ đƣợc lƣu trữ trong một
số bệnh viện lớn nhƣ Viện Huyết học và Truyền máu TW, Bệnh viện Hữu nghị Việt
Nam – Cuba,…
Để bảo quản máu một cách tốt nhất, mỗi bệnh viện đều đƣợc trang bị một số tử lƣu
trữ sinh phẩm. Các tủ này đƣợc nhập khẩu từ nƣớc ngồi, do đó giá thành rất cao, khó
khăn trong việc sửa chữa khi xảy ra sự cố và kinh phí sửa chữa lớn. Trƣớc thực tế đó,
em đã tiến hành nghiên cứu chế tạo, thử nghiệm mô đun thay thế cho tử lƣu trữ sinh
phẩm. Việc tự chế tạo mơ đun sẽ giúp giảm bớt chi phí cũng nhƣ thời gian sửa chữa
cho tủ lƣu trữ sinh phẩm. Từ đó nghiên cứu chế tạo tủ lƣu trữ sinh phẩm trong nƣớc,
thay thế cho tủ nhập khẩu.
Sau 10 tháng tiến hành nghiên cứu, từ tháng 9/2013 đến tháng 7/2014, tôi đã thử
nghiệm thành công mô đun thay thế trên tủ lƣu trữ sinh phẩm dùng trong bảo quản
máu và chế phẩm máu, với đầy đủ các chức năng: đo và hiển thị nhiệt độ, tự động điều
chỉnh nhiệt độ, cảnh báo,...

2


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

MỤC LỤC
LỜI NĨI ĐẦU ...........................................................................................................1
TĨM TẮT LUẬN VĂN ............................................................................................2
MỤC LỤC..................................................................................................................3
CÁC HÌNH VẼ SỬ DỤNG TRONG LUẬN VĂN ………………………………5
CÁC BẢNG BIỂU SỬ DỤNG TRONG LUẬN VĂN .............................................8
CÁC TỪ VIẾT TẮT SỬ DỤNG TRONG LUẬN VĂN ........................................10
PHẦN MỞ ĐẦU ......................................................................................................11
CHƢƠNG 1. ĐẶT VẤN ĐỀ .................................................................................12
1.1

Tại sao cần phải lƣu trữ máu và sinh phẩm: .............................................12

1.2

Quy trình và yêu cầu đối với bảo quản máu và sinh phẩm .......................12

1.2.1.

Yêu cầu đối với bảo quản máu và sinh phẩm.....................................12

1.2.2.

Yêu cầu đối với thiết bị lạnh bảo quản máu và các chế phẩm máu ...17

1.3

Khảo sát tình hình thực tế: ........................................................................18

1.4

u cầu thiết kế:........................................................................................21

CHƢƠNG 2. PHÂN TÍCH HỆ THỐNG .............................................................. 24
2.1

Sơ đồ khối chức năng: ...............................................................................24

2.2

Khối cảm biến: ..........................................................................................25

2.3

Khối xử lý tín hiệu đầu vào: ......................................................................32

2.4

Khối xử lý trung tâm .................................................................................34

2.4.1.

Khối chuyển đổi tƣơng tự - số:...........................................................34

2.4.2.

Bộ xử lý trung tâm:.............................................................................38

2.5

Khối điều khiển .........................................................................................39

2.6

Khối giao tiếp với ngƣời sử dụng .............................................................41

2.7

Khối nguồn: ............................................................................................... 42
3


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

2.7.1.

Sơ đồ khối...........................................................................................43

2.7.2.

Biến áp nguồn và chỉnh lƣu ................................................................ 43

2.7.3.

Lọc các thành phần xoay chiều của dòng điện ra tải ..........................46

2.7.4.

Ổn định điện áp ..................................................................................49

CHƢƠNG 3. THIẾT KẾ SẢN PHẨM .................................................................53
3.1

Khối cảm biến: ..........................................................................................53

3.2

Khối xử lý tín hiệu: ...................................................................................54

3.3

Khối xử lý trung tâm (Vi điều khiển)........................................................57

3.3.1.

Vài nét về vi điều khiển PIC 16F877A ..............................................57

3.3.2.

Khối ADC trong PIC 16F877A ..........................................................63

3.3.3.

Bộ nhớ EEPROM và Flash: .............................................................668

3.4

Khối điều khiển .........................................................................................73

3.5

Khối giao tiếp với ngƣời sử dụng .............................................................75

3.5.1.

Khối hiển thị LED 7 thanh: ................................................................ 75

3.5.2.

Khối nút bấm và cảnh báo: .................................................................81

3.6

Khối nguồn và dự phòng ...........................................................................82

CHƢƠNG 4. HOÀN THIỆN SẢN PHẨM VÀ KIỂM THỬ ............................... 84
4.6.1.

Phƣơng án kiểm thử ...........................................................................85

4.6.2.

Kết quả................................................................................................ 86

KẾT LUẬN ..............................................................................................................88

TÀI LIỆU THAM KHẢO .......................................................................................89
BẢNG ĐỐI CHIẾU THUẬT NGỮ VIỆT – ANH..................................................91
PHỤ LỤC .................................................................................................................92

4


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

CÁC HÌNH VẼ SỬ DỤNG TRONG LUẬN VĂN
Hình 1.1: Mạch điều khiển tủ lưu trữ Dometic ........................................................19
Hình 1.2: Cảm biến sử dụng trong tủ lưu trữ Dometic ...........................................19
Hình 1.3: Bảng điều khiển tủ lưu trữ sinh phẩm Dometic .......................................20
Hình 2.1: Sơ đồ khối chức năng hệ thống................................................................ 24
Hình 2.2: Mơ hình mạch của bộ cảm biến ............................................................... 25
Hình 2.3: Cảm biến cặp nhiệt điện ..........................................................................26
Hình 2.4: Cảm biến RTD .........................................................................................27
Hình 2.5: Cảm biến Thermistor ...............................................................................28
Hình 2.6: Cảm biến DS 18B20 ngồi thực tế ..........................................................29
Hình 2.7: Cảm biến NTC sử dụng trong tủ lưu trữ sinh phẩm Dometic .................31
Hình 2.8: Vị trí đặt cảm biến trong khoang lạnh.....................................................31
Hình 2.9: IC khuếch đại thuật tốn .........................................................................32
Hình 2.10: Sơ đồ chân và hình dạng OPAMPs điển hình .......................................33
Hình 2.11: Đặc tuyến điện trở biến đổi theo nhiệt độ được tuyến tính hóa bởi việc
mắc điện trở song song [2]............................................................................................34
Hình 2.12: Quá trình làm việc của bộ ADC ............................................................34
Hình 2.13: Sơ đồ chuyển đổi ADC nhanh với độ phân giải 3 bit [6] ......................36
Hình 2.14: Sơ đồ khối bộ chuyển đổi Sigma – Delta [6] .........................................37
Hình 2.15: Bộ chuyển đổi ADC xấp xỉ gần đúng.....................................................37
Hình 2.16: Lưu đồ thuật tốn điều khiển Compressor ............................................39

Hình 2.17: Cấu tạo Rơ le .........................................................................................41
Hình 2.22: Sơ đồ khối nguồn ...................................................................................43
Hình 2.23: Biến áp ...................................................................................................44
Hình 2.24: Sơ đồ cân bằng ......................................................................................44
Hình 2.25: Mạch chỉnh lưu cầu ...............................................................................45
Hình 2.26: Chỉnh lưu điện áp ra hai cực tính..........................................................46
Hình 2.27: Lọc bằng tụ điện ....................................................................................47
Hình 2.28: Lọc bằng cuộn cảm ................................................................................47
Hình 2.29: Lọc hình L ngược ...................................................................................48
Hình 2.30: Lọc hình  ............................................................................................48
5


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

Hình 2.31: Các bộ lọc cộng hưởng ..........................................................................49
Hình 2.32: Sơ đồ khối minh họa nguyên tắc làm việc của các mạch ổn định có hồi
tiếp .................................................................................................................................50
Hình 2.33: Cách lấy tín hiệu đưa về bộ so sánh ......................................................49
Hình 2.34: a. Sơ đồ khối bộ ổn áp mắc song song ..................................................51
Hình 3.1: Đồ thị điện trở phụ thuộc vào nhiệt độ của NTC ....................................54
Hình 3.2: Đồ thị phụ thuộc vào nhiệt độ của điện trở nhiệt sau khi tuyến tính hóa55
Hình 3.3: Mạch tạo nguồn dịng sử dụng LM334 [3] .............................................55
Hình 3.4: Đồ thị điện áp, dịng điện và cơng suất trên NTC theo nhiệt độ .............56
Hình 3.5: Sơ đồ chân của PIC 16F877A .................................................................58
Hình 3.6: Sơ đồ chức năng PIC 16F 877A .............................................................. 58
Hình 3.7: Sơ đồ khối PIC 16F887A .........................................................................59
Hình 3.8: Thiết lập các chân chuyển đổi A/D..........................................................65
Hình 3.9: Sơ đồ chuyển đổi A/D ..............................................................................66
Hình 3.10: Tần số dao động tối đa của vi điều khiển tương ứng với thời gian

chuyển đổi A/D ..............................................................................................................67
Hình 3.11: Lưu đồ thuật tốn lưu lại giá trị nhiệt độ cao nhất và thấp nhất trong
các khoảng nhiệt độ khơng cho phép ............................................................................72
Hình 3.12: ULN 2803 trong thực tế .........................................................................74
Hình 3.13: Sơ đồ chân ULN 2803 ...........................................................................74
Hình 3.14: Sơ đồ thiết kế khối điều khiển ................................................................ 75
Hình 3.15: Khối hiển thị LED 7 thanh .....................................................................76
Hình 3.16: LED 7 thanh HSPD – 3903 ...................................................................77
Hình 3.17: Sơ đồ chân HSDP – 3903 ......................................................................77
Hình 3.18: IC ghi dịch 74HC595 trong thực tế .......................................................77
Hình 3.19: Sơ đồ mức logic của IC 74HC595 .........................................................78
Hình 3.20: Bảng chức năng IC 74HC595 ............................................................... 78
Hình 3.21: Biểu đồ thời gian mô tả hoạt động của IC 74HC595 ............................79
Hình 3.22: Biều đồ thời gian mơ tả quét LED 7 thanh ............................................81
Hình 3.23: Sơ đồ thiết kế khối hiển thị LED 7 thanh ...............................................81
Hình 3.24: Sơ đồ thiết kế khối nút bấm và cảnh báo ...............................................82
Hình 3.45: Sơ đồ khối LM 2576 ...............................................................................83
6


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

Hình 3.46: Sơ đồ thiết kế khối nguồn ......................................................................83
Hình 4.1: Mạch sản phẩm ........................................................................................84
Hình 4.2: Cảm biến được đưa vào dung dịch để đảm bảo đo chính xác nhiệt độ
sinh phẩm .......................................................................................................................84
Hình 4.3: Thiết bị DataLogger ................................................................................85
Hình 4.4: Phần mềm thiết lập thơng số DataLogger ...............................................86
Hình 4.5: Giá trị nhiệt độ trung bình đo được của logger trong thời gian kiểm thử,
trường hợp chạy tủ có đặt tải ........................................................................................86

Hình 4.6: Giá trị nhiệt độ trung bình đo được của logger trong thời gian kiểm thử,
trường hợp chạy tủ khơng đặt tải ..................................................................................87
Hình 4.7: Thời gian bật/tắt block của tủ trong thời gian kiểm thử đối với trường
hợp chạy tủ có tải ..........................................................................................................86

7


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

CÁC BẢNG BIỂU SỬ DỤNG TRONG LUẬN VĂN
Bảng 1.1: Tính năng của tủ lưu trữ sinh phẩm Dometic .........................................20
Bảng 1.2: Yêu cầu thiết kế của mạch sản phẩm ......................................................22
Bảng 2.1: Lựa chọn cảm biến trong các ngành nghề ..............................................29
Bảng 3.1: Các thông số cảm biến Vishay NTC 10k 2% ..........................................53
Bảng 3.2: So sánh tính năng các dịng sản phẩm PIC 16 F87XA ...........................57
Bảng 3.3: Thứ tự chân và mô tả hoạt động các chân PIC 16F877A.......................61
Bảng 3.4: Tần số chuyển đổi ứng với giá trị các bit................................................64
Bảng 3.5: Thanh ghi ADCON1 ................................................................................65
Bảng 3.6: Cấu tạo thanh EECON1 ..........................................................................69
Bảng 3.7: Bảng mã LED 7 thanh Cathode chung ...................................................77
Bảng 3.12: Thông số LM 2576 ................................................................................83
Bảng 4.1: Bảng thông số DataLogger .....................................................................85

8


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

CÁC BẢNG BIỂU SỬ DỤNG TRONG LUẬN VĂN

Bảng 1.1: Tính năng của tủ lưu trữ sinh phẩm Dometic .........................................20
Bảng 1.2: Yêu cầu thiết kế của mạch sản phẩm ......................................................22
Bảng 2.1: Lựa chọn cảm biến trong các ngành nghề ..............................................29
Bảng 3.1: Các thông số cảm biến Vishay NTC 10k 2% ..........................................53
Bảng 3.2: So sánh tính năng các dịng sản phẩm PIC 16 F87XA ...........................57
Bảng 3.3: Thứ tự chân và mô tả hoạt động các chân PIC 16F877A.......................61
Bảng 3.4: Tần số chuyển đổi ứng với giá trị các bit................................................64
Bảng 3.5: Thanh ghi ADCON1 ................................................................................65
Bảng 3.6: Cấu tạo thanh EECON1 ..........................................................................70
Bảng 3.7: Bảng mã LED 7 thanh Cathode chung ...................................................77
Bảng 3.12: Thông số LM 2576 ................................................................................83
Bảng 4.1: Bảng thông số DataLogger .....................................................................85

9


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

CÁC TỪ VIẾT TẮT SỬ DỤNG TRONG LUẬN VĂN
 CPDA: Dung dịch bảo quản máu, bao gồm Citrate, Phosphat, đƣờng
Dextrose, Adenin
 HTT: Huyết tƣơng tƣơi
 HTTĐL: Huyết tƣơng tƣơi đông lạnh
 LED: Light Emitting Diode – Diode phát quang
 RTD: Resistance Temperature Detectors – Phát hiện thay đổi nhiệt độ dựa
trên giá trị điện trở
 NTC: Negative Temperature Coefficent – Hiệu ứng điện trở thay đổi nghịch
với nhiệt độ bên ngoài
 PTC: Positive Temperatrue Coefficent – Hiệu ứng điện trở thay đổi thuận
với nhiệt độ bên ngoài

 IC: Intergrated Circuit – Mạch tích hợp
 Op Amp: Operated Amplifier – Khuếch đại thuật toán
 I2C: Inter – Intergrated Circuit
 ADC: Analog to Digital Converter – Bộ chuyển đổi tƣơng tự - số
 RISC: Reduced Instructions Set Computer - Tập lệnh đơn giản hóa
 ROM: Read Only Memory – Bộ nhớ chỉ đọc
 RAM: Random Access Memory – Bộ nhớ truy cập ngẫu nhiên
 EEPROM: Erasable Programmable Read-Only Memory– Bộ nhớ cho phép
ghi và xóa bằng điện
 USART: Universal Synchronous Asynchronous Receiver Transmitter –
Truyền và nhận dữ liệu đối xứng/ bất đối xứng
 PWM: Pulse Width Modulation – Điều chế độ rộng xung

10


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

PHẦN MỞ ĐẦU
Luận văn tập trung vào giải quyết bài toán ổn định nhiệt độ tủ lƣu trữ sinh phẩm
trong nhiệt độ cho phép ở 4 độ C, dao động cho phép so với nhiệt độ chuẩn là 2 độ C.
Ngoài ra mạch thiết kế cũng cần phải bổ sung các tính năng cảnh báo trong các trƣờng
hợp nhiệt độ không thuộc dải cho phép, xảy ra sự cố, … , đƣa ra các tùy chỉnh cho
ngƣời sử dụng, đồng thời đƣa ra phƣơng án dự phòng khi xuất hiện lỗi hệ thống.
Hiện nay, các tủ lƣu trữ sinh phẩm trong các bệnh viện nói chung và tại Viện
Huyết học & Truyền máu Trung ƣơng, bệnh viện Hữu nghị Việt Nam – Cu Ba Hà Nội
đều điều khiển nhiệt độ dựa trên việc điều khiển tốc độ làm lạnh của Compressor,
nhận biết thay đổi của nhiệt độ và đƣa ra phƣơng án xử lý thơng qua Thermostat. Một
số dịng cao cấp hơn sử dụng các mạch điện tử, bổ sung các tính năng giao tiếp với
ngƣời sử dụng và đảm bảo an tồn khi sử dụng. Mục đích chính của luận văn là thiết

kế mạch điện tử đủ khả năng điều khiển Compressor, qua đó có thể điều khiển nhiệt độ
trong tủ lƣu trữ sinh phẩm trong khoảng ổn định. Ngoài ra mạch điện tử cần bổ sung
các cơ chế cảnh báo và dự phịng khi có sự cố xảy ra. Dựa trên các u cầu trên, luận
văn của tơi sẽ trình bày theo các phần sau:
 Chƣơng 1: Đặt vấn đề. Phần này sẽ đề cập về tình hình thực tế của hệ thống
lƣu trữ máu và chế phẩm máu tại Viện Huyết học & Truyền máu Trung
ƣơng và bệnh viện Hữu nghị Việt Nam – Cu Ba Hà Nội, sự cần thiết phải
đƣa ra các mô đun thay thế cũng nhƣ yêu cầu thiết kế cụ thể.
 Chƣơng 2: Phân tích hệ thống. Phần này sẽ đƣa ra các phân tích u cầu bài
tốn, đƣa ra các sơ đồ khối, cơ sở lý thuyết, thuật toán để giải quyết các yêu
cầu trên.
 Chƣơng 3: Thiết kế hệ thống. Phần này đƣa ra các thiết kế dựa trên các phân
tích ở chƣơng 2, lựa chọn linh kiện, sơ đồ thiết kế, …
 Chƣơng 4: Đƣa ra sản phẩm hoàn thiện, các phƣơng án kiểm thử và đƣa vào
hoạt động của sản phẩm.

11


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

CHƢƠNG 1.

ĐẶT VẤN ĐỀ

Phần này trình bày các khảo sát tình hình thực tế của tủ lƣu trữ sinh phẩm tại Viện
Huyết học & Truyền máu Trung Ƣơng và bệnh viện Hữu nghị Việt Nam – Cu Ba Hà
Nội, từ đó đƣa ra các yêu cầu thiết kế đối với mô đun thay thế. Mô đun thay thế trƣớc
hết phải đáp ứng đủ các yêu cầu của mạch điều khiển cũ, đồng thời phải có tính ổn
định và an tồn.

1.1

Tại sao cần phải lƣu trữ máu và sinh phẩm:

Theo ƣớc tính của các chuyên gia, mỗi năm ngành Y tế Việt Nam cần gần 5 triệu
đơn vị máu để phục vụ công tác điều trị và cấp cứu. Tuy nhiên theo số liệu từ Ban chỉ
đạo Quốc Gia Vận động Hiến máu tình nguyện, thì năm 2014 cả nƣớc huy động chƣa
đƣợc 1 triệu đơn vị máu (số liệu chính xác là 769.702 đơn vị), trong đó tỉ lệ hiến máu
tình nguyện đạt 59%, chỉ mới đáp ứng đƣợc khoảng 30% nhu cầu điều trị của ngƣời
bệnh. Đến nay trên thế giới cũng nhƣ ở Việt Nam, khoa học vẫn chƣa tìm ra máu nhân
tạo để thay thế nguồn máu lấy từ con ngƣời, chính vì thế tất cả nguồn máu để điều trị
cho bệnh nhân đều bắt buộc phải đƣợc con ngƣời hiến tặng. Nhiều ca bệnh trầm trọng
hơn hoặc tử vong do khơng có máu để truyền kịp thời.
Nhƣ chúng ta đã biết, máu và các chế phẩm máu là các loại thuốc điều trị đặc biệt,
chỉ có thể lấy từ ngƣời. Hàng ngày có rất nhiều ngƣời bệnh cần truyền máu và đƣợc
cứu chữa nhờ truyền máu. Số lƣợng đơn vị máu và các chế phẩm thu đƣợc từ những
ngƣời hiến máu là chƣa đủ để phục vụ nhu cầu điều trị. Ngoài ra, máu khi đến đƣợc
với ngƣời bệnh cần phải trải qua quá trình sàng lọc, tách ghép vô cùng khắt khe và
phức tạp, bởi khi máu đi ra khỏi cơ thể sẽ rất dễ bị hỏng do các tác nhân bên ngoài.
Việc bảo quản máu phải tuân theo một dây chuyền với những yêu cầu nghiêm ngặt.
1.2

Quy trình và yêu cầu đối với bảo quản máu và sinh phẩm
1.2.1. Yêu cầu đối với bảo quản máu và sinh phẩm

 Máu toàn phần:
Là máu lấy từ mạch máu ngƣời cho máu đƣợc bảo quản trong túi (chai) có chất
chống đơng và bảo quản máu. Hiện nay dung dịch bảo quản máu thông thƣờng là
CPDA gồm citrate, phosphat, đƣờng dextrose, adenin. Mỗi đơn vị máu tồn phần
250ml có khoảng 30 – 40g huyết sắc tố. Ở Việt Nam có các loại đơn vị máu 250ml,

12


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

350ml, 450ml. Ngồi ra cịn một số đơn vị có dung tích ít hơn (50, 100, 150ml) cho trẻ
em.
Bảo quản máu toàn phần ở 2 đến 60C, thời gian bảo quản tối đa là 42 ngày (với
dung dịch bảo quản là CPDA). Máu tồn phần lƣu trữ chứa thành phần chính là hồng
cầu, nếu mới thu nhận cịn có tiểu cầu và một số yếu tố đơng máu. Bạch cầu đoạn
nhanh chóng bị huỷ và giải phóng ra các chất trung gian. Ngồi ra trong đơn vị máu
tồn phần cịn chứa các tế bào lympho và yếu tố huyết tƣơng.
Chỉ định: Trƣờng hợp bệnh nhân mất nhiều máu (mất ≥1/3 lƣợng máu cơ thể)
Không nên dùng: Bệnh nhân suy thận, suy tim, chỉ thiếu máu đơn thuần.
 Khối hồng cầu:
Là máu toàn phần đã đƣợc ly tâm và tách phần huyết tƣơng ở trên sang 1 túi khác.
Tuỳ cách sản xuất mà có các loại khối hồng cầu sau:
Khối hồng cầu đậm đặc:
Sản xuất đơn giản bằng cách ly tâm, tách phần lớn huyết tương trên sang 1 túi
khác, để lại trong túi là khối hồng cầu có Hematocrit khoảng 75%.
Thành phần: Hồng cầu, bạch cầu, tiểu cầu, một ít huyết tƣơng.
Bảo quản: 2 – 6°C
Chỉ định: Các trƣờng hợp thiếu máu
Một số bất lợi: Vì đậm đặc nên truyền chậm, nhất là lúc mới bắt đầu truyền cho
ngƣời bệnh, còn nhiều bạch cầu nên có thể gây phản ứng truyền máu và gây tan
másớm do các chất giải phóng từ bạch cầu, cịn huyết tƣơng chứa kháng thể.
Khối hồng cầu có dung dịch bảo quản:
Sau khi tách huyết tương khỏi hồng cầu, trả lại dung dịch bảo quản.
Thành phần: hồng cầu và dung dịch bảo quản, cịn ít bạch cầu, lƣợng huyết sắc tố
tƣơng tự máu toàn phần.

Bảo quản: 2 – 6°C thời gian 42 ngày.
Chỉ định: Các trƣờng hợp thiếu máu: thiếu máu do suy tim, suy thận...
Khối hồng cầu nghèo bạch cầu
Là máu toàn phần được tách huyết tương và tách thành phần Buffy coast (lớp giữa
huyết tương và hồng cầu)
Thành phần:
* Hồng cầu.
13


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

* Bạch cầu đã đƣợc loại bỏ hầu hết, chỉ còn lại khoảng 10% so với khối hồng cầu
thông thƣờng.
Ƣu điểm:
* Giảm phản ứng do bạch cầu (kháng thể kháng bạch cầu, bạch cầu lympho, chất
trung gian)
* Giảm nguy cơ lây bệnh mà tác nhân cƣ trú trong bạch cầu
Chỉ định: Những trƣờng hợp thiếu máu đơn thuần.
Khối hồng cầu rửa:
Máu toàn phần hoặc khối hồng cầu được ly tâm bỏ hết huyết tương rồi thay thế
nước muối trộn đều ly tâm tiếp để rửa 3 lần.
Thành phần: hồng cầu + nƣớc muối
Bảo quản:

ở 2 đến 6 °C : dƣới 24 giờ
ở 22 °C

: dƣới 6 giờ

Chỉ định: Truyền cho bệnh nhân thiếu máu tan máu tự miễn
Khối hồng cầu lọc bạch cầu và khối hồng cầu chiếu xạ:
Là khối hồng cầu đã được dùng màng lọc bạch cầu hay tia xạ hoặc cả hai.
Bảo quản: 2 – 6 °C dƣới 2 tuần từ khi chiếu xạ, nếu dùng màng lọc rời (hở) thì sau
lọc khơng để q 24 giờ.
Thành phần: Hồng cầu, Bạch cầu cịn lại rất ít (lọc bạch cầu), Bạch cầu bị bất hoạt
(chiếu xạ)
Chỉ định: Cho bệnh nhân thiếu máu có giảm nặng miễn dịch, đặc biệt bệnh nhân
ghép tạng, bệnh nhân chuẩn bị ghép
Thông thƣờng để đảm bảo an toàn, ngƣời ta sử dụng cả chiếu xạ và lọc bạch cầu
cho đơn vị máu sẽ truyền cho bệnh nhân ghép.
 Khối tiểu cầu: Bao gồm 2 loại sau
Khối tiểu cầu tách từ máu toàn phần:
Bằng ly tâm các túi máu toàn phần, gạn lấy lớp Buffy coast rồi ly tâm tách lấy tiểu
cầu. Thường từ 3-4 đơn vị máu tồn phần cùng nhóm ABO có thể chuẩn bị (sản xuất)
được 1 đơn vị pool tiểu cầu (tập hợp tiểu cầu từ nhiều người cho máu).
Bảo quản: Nếu chƣa pool (chƣa trộn) để 22°C, lắc liên tục 3-5 ngày. Nếu đã pool
(trộn) qua hệ thống hở để dƣới 24 giờ
Thành phần: Số lƣợng tiểu cầu/ pool khoảng 1,5 x 1011.
14


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

Chỉ định : Các bệnh gây giảm tiểu cầu đặc biệt giảm tiểu cầu sau điều trị bệnh ác
tính.
Khối tiểu cầu tách chiết (apheresis)
Dùng máy tách tế bào với bộ kit (dụng cụ) chuyên dụng để lấy tiểu cầu từ một
người cho
Thành phần : có ≥ 3,0 x 1011 tiểu cầu/ đơn vị, có ít bạch cầu

Bảo quản : 22°C trong máy lắc liên tục, tối đa đƣợc 5 ngày
Chỉ định: Các bệnh giẩm tiểu cầu nặng; sốt xuất huyết có giảm tiểu cầu nặng, giảm
tiểu cầu sau điều trị hóa chất, trong các bệnh suy tủy, rối loạn sinh tủy.
Đối với xuất huyết giảm tiểu cầu miễn dịch, chỉ định khối tiểu cầu khi xuất huyết,
nguy cơ xuất huyết nặng, hoặc số lƣợng tiểu cầu thấp (< 20.109/l).
 Huyết tƣơng tƣơi đơng lạnh
Phần huyết tương tách ra từ máu tồn phần trong thời hạn 6 giờ kể từ lúc lấy máu
gọi là huyết tương tươi (HTT). Huyết tương tươi bảo quản đông lạnh gọi là huyết
tương tươi đông lạnh (HHTĐL).
Thành phần:
+ Các yếu tố huyết tƣơng: Albumin, globulin miễn dịch
+ Yếu tố đơng máu bền vững
+ Yếu tố VIII, cịn khoảng 70%
Lƣợng huyết tƣơng tách từ một đơn vị máu hiện nay có dung tích khoảng 125 –
150ml. Ngƣời ta thƣờng pool (gộp) lƣợng HTT của hai đơn vị máu toàn phần cùng
nhóm và nhƣ vậy dung tích khoảng 250-300ml.
Bảo quản: - 25°C, thời hạn 1 năm, nếu để dƣới - 25°C có thể đƣợc 2 năm
Chỉ định:
+ Thay thế huyết tƣơng
+ Rối loạn đông máu
+ Bệnh Hemophilia A & B
+ Tai biến dùng quá liều kháng vitamin K.
+ Bù các thành phần và thể tích huyết tƣơng, shock do bỏng.
+ Mất nhiều máu do chấn thƣơng, phẫu thuật (phối hợp truyền khối hồng cầu và
khối tiểu cầu)

15


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

Lƣu ý: Huyết tƣơng cũng chứa các yếu tố lây nhiễm nên có thể dùng hóa chất hoặc
tia cực tím ức chế virus.
 Tủa (cryo)
Để HTTĐL ở 4°C, huyết tương tan ra có 1 phần tủa, li tâm thu nhận các tủa này đó
là cryo (tủa VIII)
Thành phần: Nồng độ VIII khoảng 2-3 đơn vị/ml, Yếu tố V, Fibrinogen.
Bảo quản nhƣ HHTĐL
Chỉ định: + Bệnh nhân rối loạn đông máu: (mất fibrinogen, DIC)
+ Bệnh nhân Hemophilia A.
 Huyết tƣơng tƣơi đã tách tủa:
Phần huyết tương tách ra sau khi lấy tủa ở HTTĐL có thể bảo quản lại - 25°C.
Thành phần: Albumin, một số globulin, một số yếu tố đông máu (yếu tố IX).
Bảo quản: Nhƣ HHTĐL
Chỉ định: Mất huyết tƣơng, hemophilia B, Tai biến quá liều kháng vitamin K.
 Huyết tƣơng đông lạnh:
Thành phần: Các yếu tố huyết tƣơng, các yếu tố đông máu không bền vững Là
huyết tương tách từ máu toàn phần nhưng tách sau 6 giờ kể từ khi lấy máu và để 25°C.g (nhƣ yếu tố VIII) cịn lại ít.
Bảo quản: Nhƣ HHTĐL
Chỉ định: Mất huyết tƣơng, thiếu thể tích máu.
 Các chế phẩm khác:
Khối bạch cầu hạt:
Tách từ phần Buffy Coast và tập hợp (pool) của nhiều người cho máu.
Thành phần: Chứa nhiều bạch cầu hạt, hồng cầu và một số tế bào lympho, các chất
bạch cầu giải phóng, tập hợp từ nhiều ngƣời cho nên nguy cơ nhiễm virus rất cao.
Bảo quản: 22°C, dƣới 24 giờ
Chỉ định: bệnh nhân nhiễm trùng nặng, khơng cịn bạch cầu hạt, điều trị bằng
kháng sinh không kết quả.
Chế phẩm huyết tương bất hoạt virus
Dùng các hóa chất, hoặc tia cực tím chiếu bất hoạt virus

- Yếu tố VIII cơ đặc: bất hoạt virus và cô đặc từ nhiều ngƣời cho
- Các chất chiết từ huyết tƣơng: Albumin, globulin.
16


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

1.2.2. Yêu cầu đối với thiết bị lạnh bảo quản máu và các chế phẩm
máu
 Yêu cầu chung về thiết bị lạnh bảo quản đơn vị máu và chế phẩm máu
Phòng đặt thiết bị lạnh bảo quản máu phải đƣợc bảo đảm có điện áp ổn định và
thơng khí tốt;
Thiết bị lạnh có đủ khoảng trống trong khoang bảo quản để bảo đảm lƣu thơng
dịng khí, dễ kiểm tra và quan sát;
Nhiệt độ đồng đều ở mọi vị trí bên trong khoang bảo quản;
Thiết bị lạnh phải có hệ thống theo dõi nhiệt độ đáp ứng các yêu cầu sau:
- Có khả năng giám sát nhiệt độ đồng thời bằng hai phƣơng pháp độc lập, liên tục
và lƣu lại đƣợc thông số theo thời gian thực tế bằng hệ thống ghi nhiệt độ tự động hoặc
ghi thủ cơng ít nhất 4 giờ một lần;
- Hệ thống giám sát nhiệt độ của thiết bị lạnh phải hoạt động đƣợc trong trƣờng
hợp mất điện nguồn;
- Có hệ thống cảnh báo nhiệt độ bất thƣờng bằng âm thanh, ánh sáng.
Thiết bị lạnh bảo quản đơn vị máu, chế phẩm máu không đƣợc dùng để bảo quản
các thuốc thử, sinh phẩm xét nghiệm, thực phẩm;
Có chỗ bảo quản riêng, có nhãn phân biệt cho từng loại máu, chế phẩm máu nhƣ
sau:
- Loại đã xét nghiệm an toàn sẵn sàng cấp phát;
- Loại chƣa xét nghiệm;
- Loại đã xét nghiệm và có kết quả bất thƣờng.
 Yêu cầu đối với tủ lạnh bảo quản đơn vị máu, chế phẩm máu

Nhiệt độ bên trong khoang bảo quản luôn từ 2oC đến 6oC;
Bảo đảm sự đồng đều nhiệt của khoang bảo quản bằng thơng gió cƣỡng bức với
quạt thơng gió;
Cho phép quan sát đƣợc các túi máu lƣu trữ bên trong khoang bảo quản, mà không
cần mở cánh tủ.
 Yêu cầu đối với quầy đông lạnh bảo quản đơn vị máu, chế phẩm máu
Nhiệt độ bên trong khoang bảo quản ln có nhiệt độ từ âm 18oC (-18oC) trở xuống
tuỳ theo yêu cầu bảo quản của loại chế phẩm máu và quy trình đƣợc phê duyệt;
17


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

Có khả năng định kỳ tự phá đông dàn lạnh hoặc phải định kỳ phá đơng thủ cơng đá
bám dính dàn lạnh.
 Yêu cầu đối với máy lắc và tủ bảo quản tiểu cầu
Nhiệt độ bên trong khoang bảo quản luôn từ 20oC đến 24oC;
Bảo đảm sự đồng đều nhiệt độ trong tủ bằng thơng gió cƣỡng bức với quạt thơng
gió;
Quan sát đƣợc các túi tiểu cầu lƣu trữ bên trong khoang bảo quản, mà không cần
mở cánh tủ;
Máy lắc theo chiều ngang;
Có hệ thống báo động khi máy lắc dừng hoạt động hoặc có những bất thƣờng.
1.3

Khảo sát tình hình thực tế:

Viện Huyết học và Truyền máu Trung ƣơng là cơ quan chủ quản trong việc thu
thập, xử lý và bảo quản các đơn vị máu từ rất nhiều nguồn trong cả nƣớc. Hiểu rõ đƣợc
vai trò của khâu bảo quản máu và chế phẩm từ máu, tại đây đã sử dụng hệ thống tủ

chuyên dụng dùng để lƣu trữ máu. Các tủ lƣu trữ máu và sinh phẩm tại đây phần lớn là
các tủ nhập ngoại theo dự án nƣớc ngoài, đảm bảo các tiêu chuẩn đối với thiết bị lƣu
trữ và bảo quản máu và các chế phẩm máu. Tuy nhiên sau một thời gian, một số tủ vì
nhiều nguyên nhân mà bộ phận điều khiển đã gặp sự cố gây lỗi hệ thống hoặc ngừng
hoạt động. Theo thông tin cung cấp của Viện Huyết học và Truyền máu Trung ƣơng,
chi phí cho mỗi lần mời chuyên gia nƣớc ngoài bảo dƣỡng, sửa chữa các thiết bị trên là
rất cao. Đồng thời với mỗi chuyến đi nhƣ vậy thời gian thƣờng kéo dài, ảnh hƣởng đến
quá trình lƣu trữ và bảo quản máu và chế phẩm máu, bởi mỗi ngày Viện Huyết học và
Truyền máu Trung ƣơng phải tiếp nhận hàng nghìn đơn vị máu để bảo quản, chiết tách
và sàng lọc. Nhƣ đã trình bày ở phần trƣớc, máu là thành phẩn không tự điều chế đƣợc
mà chỉ có thể đƣợc cung cấp từ ngƣời hiến máu, ngồi ra q trình lƣu trữ, bảo quản
máu địi hỏi quy trình khắt khe và tuyệt đối an tồn. Chính từ các lý do trên mà các kỹ
sƣ tại Viện Huyết học và Truyền máu Trung ƣơng đã đề xuất với nghiên cứu thiết kế
mạch thay thế đảm bảo hoạt động của tủ, đồng thời dễ dàng lắp đặt, bảo trì khi có sự
cố.
Tủ lƣu trữ máu và sinh phẩm đang đƣợc sử dụng ở Viện Huyết học và Truyền máu
Trung ƣơng và bệnh viện Hữu nghị Việt Nam – Cu Ba Hà Nội…, đƣợc sản xuất bởi
18


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

hãng Dometic – Luxembourg. Tủ đảm bảo nhiệt độ trung bình trong khoảng 2 đến 6
độ C, phù hợp với việc bảo quản máu và các chế phẩm máu. Tủ bao gồm 2 cảm biến,
đặt ở khoang trên và khoang dƣới của tủ, dùng để đo nhiệt độ trên và dƣới, đảm bảo
chính xác nhiệt độ trong tủ. Ngồi ra, tủ lƣu trữ máu và sinh phẩm Dometic cịn có chế
độ hiển thị nhiệt độ trong tủ, đồng thời cảnh báo khi hệ thống bị lỗi. Mạch điều khiển
ngoài nhiệm vụ thu thập, lƣu trữ dữ liệu nhiệt độ đo đƣợc và hiển thị, cịn điều khiển
hệ thống máy nén khí lạnh và quạt đối lƣu trong tủ. Các nút bấm giúp hiệu chỉnh dải
nhiệt độ cảnh báo trong tủ. Ngoài ra, tủ cịn có nút bấm dùng để bật tắt đèn huỳnh

quang và bật chế độ rung chống đọng hơi nƣớc ở mặt kính của tủ.

Hình 1.1: Mạch điều khiển tủ lưu trữ Dometic

Hình 1.2: Cảm biến sử dụng trong tủ lưu trữ Dometic

19


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

Hình 1.3: Bảng điều khiển tủ lưu trữ sinh phẩmDometic
Một số tính năng và đặc điểm của tủ đƣợc trình bày trong bảng sau:
Bảng 1.1: Tính năng của tủ lưu trữ sinh phẩm Dometic
Cảm biến
 Cảm biến đƣợc bọc trong một hộp vng, bên trong đặt dung dịch có tính
chất hóa lý tƣơng tự dung dịch máu để đảm bảo đo chính xác nhiệt độ dung
dịch máu trong tủ.
 Sử dụng 2 cảm biến trên và dƣới để xác định nhiệt độ trên và dƣới của tủ.
Hiển thị và nút bấm
 Hiển thị nhiệt độ trung bình cộng trên và dƣới của dung dịch máu trong tủ qua
LED 7 thanh, nhiệt độ hiển thị đến 0.1 độ C.
 Nút bấm giúp hiệu chỉnh nhiệt độ trung bình, nhiệt độ ngƣỡng trên và ngƣỡng
dƣới của tủ, với bƣớc tăng 0.2 độ C, đồng thời thiết lập chế độ hiển thị.
 Các đèn LED hiển thị chế độ làm việc và trạng thái hiện tại của tủ:
-

Đèn SET: báo hiệu đang ở chế độ hiệu chỉnh nhiệt độ ngƣỡng trên và
ngƣỡng dƣới.

-

Đèn ALARM: cảnh báo khi nhiệt độ quá ngƣỡng cho phép, gồm 2 đèn
WARM ALARM và COLD ALARM.

-

Đèn MEMORY: báo hiệu đã lƣu lại nhiệt độ ngƣỡng hiệu chỉnh, gồm 2
đèn MEMORY WARM và MEMORY COLD.

-

Đèn AC: báo hiệu điện áp vào ổn định hay bị lỗi, gồm 2 đèn AC FAIL và
AC OK.
Điều khiển máy nén làm lạnh và quạt đối lƣu
20


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

 Sử dụng tín hiệu điều khiển để điều khiển hệ thống làm lạnh và quạt đối lƣu
trong tủ
 Khi nhiệt độ trong dải cho phép sẽ để máy nén làm lạnh ở chế độ bình thƣờng
 Khi nhiệt độ đo đƣợc ở cảm biến khoang trên quá nhiệt độ ngƣỡng trên sẽ
tăng tốc độ hệ thống làm lạnh
Cảnh báo và bảo vệ
 Khi nhiệt độ vƣợt quá ngƣỡng sẽ cảnh báo qua đèn LED và còi báo
 Khi điện áp đầu vào bị lỗi (quá tải, sụt áp,…), tủ sẽ cảnh báo qua đèn LED và
còi báo
 Khi xảy ra lỗi hệ thống sẽ có thơng báo thơng qua mạch ngồi cảnh báo từ xa

 Khóa an tồn
Các tính năng khác
 Lƣu lại giá trị nhiệt độ cao nhất và thấp nhất trong mỗi lần lỗi hệ thống
 Bật/ tắt đèn huỳnh quang trong tủ qua nút bấm ngoài
 Chống đọng hơi nƣớc ở mặt kính của tủ bằng nút bấm bật/ tắt chế độ rung
Theo khảo sát tình trạng của tủ lƣu trữ sinh phẩm trong Viện Huyết học & Truyền
máu Trung ƣơng và Bệnh viện Hữu nghị Việt Nam – Cu Ba, hiện tại có 10 tủ đang
trong tình trạng không hoạt động đƣợc, do nhiều nguyên nhân. Với yêu cầu của dây
chuyền lƣu trữ và bảo quản máu, địi hỏi cần phải có sản phẩm ổn định và có thể nội
địa hóa, thay thế khi gặp sự cố. Với các tính năng và đặc điểm trên, cần phải đƣa ra
các yêu cầu chức năng và phi chức năng cho sản phẩm thiết kế.
1.4

Yêu cầu thiết kế:

Sau khi tìm hiểu về tủ lƣu trữ sinh phẩm tại Viện Huyết học và Truyền máu Trung
ƣơng, luận văn đƣa ra các yêu cầu về thiết kế sản phẩm nhƣ sau:
 Đo và giám sát nhiệt độ:
Mạch điều khiển sẽ đo và giám sát nhiệt độ dựa trên 3 thơng số chính: nhiệt độ
buồng trên, buồng dƣới, và nhiệt độ trung bình của tủ lƣu trữ sinh phẩm. Hệ thống sử
dụng 2 cảm biến đặt ở buồng trên và buồng dƣới của tủ, nhiệt độ đo đƣợc sẽ đƣợc

21


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

cộng trung bình và so sánh với nhiệt độ chuẩn để điều khiển Compressor. Nhiệt độ đo
đƣợc từ - 15độ đến 20 độ C, độ phân giải 0.1 độ C, sai số không quá 2%.
 Điều khiển nhiệt độ trong tủ:

Khi nhiệt độ đo đƣợc quá nhiệt độ cho phép của tủ, mạch điều khiển sẽ đƣa tín hiệu
điều khiển Compressor hoạt động để làm lạnh tủ. Khi nhiệt độ nằm trong dải cho phép,
mạch điều khiển sẽ ngƣng hoạt động Compressor.
 Hiển thị và hiệu chỉnh:
Nhiệt độ hiển thị qua LED 7 thanh để dễ dàng quan sát, hiển thị độ phân giải đến
0.1 độ C. Có các nút bấm: SET, WARM, COLD, MEM, RES để hiển thị và hiệu chỉnh
các giá trị cảnh báo.
 Cảnh báo:
Hệ thống có chức năng cảnh báo qua đèn và còi. Khi hệ thống gặp sự cố, đèn cảnh
báo sẽ bật, đồng thời còi sẽ kêu để cảnh báo ngƣời sử dụng khởi động lại hệ thống
hoặc xem xét sự cố để khắc phục. Ngoài ra hệ thống có thể cảnh báo từ xa khi xảy ra
lỗi.
 Tính năng khác:
Hệ thống có khả năng lƣu lại giá trị nhiệt độ cao nhất và thấp nhất của tủ trong các
khoảng thời gian báo động.
 Yêu cầu khác:
Hệ thống hoạt động trong điều kiện nhiệt độ và độ ẩm của phịng. Ngồi ra thiết kế
hệ thống cần ổn định và nội địa hóa, linh kiện dễ dàng thay thế khi gặp sự cố.
Bảng 1.2: Yêu cầu thiết kế của mạch sản phẩm
Yêu cầu chức năng
1

Giám sát nhiệt độ buồng vùng trên và vùng dƣới trong khoảng từ 2đến
6 độ C

2

LED hiển thị giúp cho ngƣời sử dụng theo dõi nhiệt độ trong buồng.

3

Có thể hiệu chỉnh nhiệt độ yêu cầu trong buồng phù hợp với từng loại
22


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

máu và từng loại chế phẩm bảo quản.
4

Điều khiển block của buồng sao cho nhiệt độ ln ổn định

5

Có hệ thống cảnh báo khi nhiệt độ nằm ngoài khoảng quy định

6

Cảnh báo từ xa khi xảy ra lỗi hệ thống

7

Lƣu lại giá trị nhiệt độ cao nhất và thấp nhất của tủ trong các khoảng
thời gian báo động
Yêu cầu phi chức năng

1

Phù hợp với nhiệt độ và độ ẩm trong phòng

2

Thiết kế hệ thống ổn định và nội địa hóa, linh kiện dễ dàng thay thế khi
gặp sự cố

23


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

CHƢƠNG 2.

PHÂN TÍCH HỆ THỐNG

Phần này, sẽ đƣa ra phƣơng án giải quyết bài toán xử lý từng yêu cầu, đồng thời
đƣa ra thuật toán và các sơ đồ khối chức năng cho mạch sản phẩm
2.1

Sơ đồ khối chức năng:

Chúng ta có thể tóm tắt chức năng của mạch điều khiển nhƣ sau: Mạch điều khiển
có chức năng nhận biết, xử lý các thông tin về nhiệt độ thu đƣợc từ bên ngồi thơng
qua cảm biến, sau đó đƣa ra thơng tin điều khiển và giao tiếp với ngƣời sử dụng. Yêu
cầu thiết kế có thể giải quyết dựa trên sơ đồ khối chức năng sau:

Hình 2.1: Sơ đồ khối chức năng hệ thống
 Khối cảm biến: có nhiệm vụ chuyển đổi giá trị nhiệt độ thành giá trị điện,
cảm nhận và đáp ứng với các tín hiệu và kích thích, ở đây là nhiệt độ.
 Khối xử lý tín hiệu đầu vào: biến đổi giá điện từ khối cảm biến thành các giá
trị có thể xử lý đƣợc bởi khối xử lý trung tâm.

 Khối xử lý trung tâm: khối chức năng chính, tiếp nhận và đƣa ra các đáp
ứng đối với các tín hiệu vào, đồng thời đƣa ra thơng tin cần thiết tới bộ giao
tiếp với ngƣời sử dụng.
 Khối giao tiếp với ngƣời sử dụng: thực hiện chức năng giao tiếp giữa ngƣời
sử dụng và sản phẩm, nhận các thông tin từ ngƣời sử dụng và đƣa ra các
thông tin, cảnh báo từ sản phẩm.
 Khối điều khiển: Khối trung gian giữa khối xử lý trung tâm và cơ cấu chấp
hành, ở đây là Compressor, có nhiệm vụ tiếp nhận tín hiệu từ khối xử lý
trung tâm, xử lý và điều khiển cơ cấu chấp hành hoạt động.
 Khối nguồn: Có chức năng cung cấp tồn bộ điện áp cho mạch hoạt động,
đồng thời đƣa ra cơ chế báo động khi xuất hiện sự cố điện áp.
24


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

Qua toàn bộ nội dung phần 2.1, chúng ta có thể hình dung cơ bản về chức năng của
sản phẩm, thông qua việc nhận biết, xử lý các thông tin về nhiệt độ bên ngoài để điều
khiển, giao tiếp với ngƣời sử dụng. Các phần tiếp theo sẽ đi vào phân tích chi tiết từng
khối chức năng để có thể đƣa ra giải pháp thiết kế cho sản phẩm.
2.2

Khối cảm biến:

Các bộ cảm biến thƣờng đƣợc định nghĩa theo nghĩa rộng là “thiết bị cảm nhận và
đáp ứng với các tín hiệu và kích thích” [1]. Theo mơ hình mạch ta có thể coi bộ cảm
biến nhƣ là một mạng hai cửa, trong đó cửa vào là biến trạng thái cần đo x và cửa ra là
đáp ứng y của bộ cảm biến với kích thích đầu vào x. Kích thích x thƣờng ở dạng phi
điện (nhiệt độ, áp suất, …) trong khi đáp ứng y ở dạng điện (điện áp, cƣờng độ dịng
điện, …)

Hình 2.2: Mơ hình mạch của bộ cảm biến
Quan hệ giữa đáp ứng và kích thích của bộ cảm biến có thể cho dƣới dạng bảng giá
trị, đồ thị hoặc biểu thức toán học (hàm truyền). Hàm truyền có thể đƣợc biểu diễn
dƣới dạng tuyến tính hoặc phi tuyến (hàm logarit, hàm lũy thừa hoặc hàm mũ).
Với yêu cầu của bài toán, chúng ta cần phải làm các phép đo liên quan tới nhiệt độ.
Theo cảm quan, nhiệt độ là thƣớc đo dùng để chỉ trạng thái nóng hay lạnh của một vật.
Còn theo phƣơng diện vật lý, nhiệt độ là kết quả của phép đo động năng trung bình của
các phân tử trong một vật chất, hay nói cách khác, nó đặc trƣng cho nội năng của vật
chất. Trong thực tế, q trình truyền nhiệt có thể theo ba cách: đối lưu, dẫn nhiệt và
bức xạ nhiệt. Cảm biến nhiệt độ, dựa trên các hình thức truyền nhiệt trên, có thể thiết
kế theo dạng tiếp xúc dựa trên quá trình truyền nhiệt hoặc đối lƣu, hoặc thiết kế theo
dạng đo nhiệt độ từ xa thơng qua hình thức bức xạ nhiệt.
Một số cảm biến nhiệt độ đƣợc thiết kế dựa trên đặc tính thay đổi của vật liệu khi
có sự thay đổi về nhiệt độ, nhƣ sự dãn nở do nhiệt của kim loại, đặc tính phát sáng của
một số vật liệu đặc biệt khi gặp nhiệt độ cao, … Trong thực tế, việc chế tạo và thiết kế
các cảm biến nhiệt độ yêu cầu rất nhiều khâu đo kiểm và xử lý, đồng thời trong phần
25