LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP www.bme.vn
Huỳnh Thế Hoàng : Email :
19
CHƯƠNG 3
PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN C ỨU
LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP www.bme.vn
Huỳnh Thế Hoàng : Email :
20
3.1 Giới thiệu thực trạng các thiết bị trị bệnh v àng da ở trẻ sơ sinh ở các
Bệnh viện hiện nay .
Như đã trình bày ở trên, hầu hết các thiết bị y tế ở thị tr ường Việt Nam đều nhập ngoại,
những máy mà Việt Nam sản xuất chiếm một thị phần rất nhỏ, v à các thiết bị y tế có trình
độ công nghệ cao th ì nước ta chưa sản xuất được. Chính vì vậy những thiết bị y tế nhập
khẩu hầu hết là mắc tiền so với thu nhập trung b ình của nước ta, ngoài ra chính vì nhập
khẩu nên các thiết bị y tế đều mang một đặc th ù là độc quyền dẩn tới thực tế là khi mà
thiết bị không may gặp sự cố th ì việc bảo trì rất khó khăn. Đa số các tr ường hợp là phải
thay linh kiện chính hãng, mà mỗi lần thay thường tốn rất nhiều tiền v à khó khăn, bởi vì
nếu trục trặc những linh kiện m à hảng không có sẵn ở Việt Nam th ì cần phải chờ đặt hàng
ở nước ngoài nên rất mất thời gian và phát sinh chi phí.
Ngoài ra trong quá trình kh ảo sát các thiết bị đ èn chiếu trị bệnh vàng da trước đây và hiện
đang sử dụng tại các bệnh viện th ì tôi thấy có một số hạn chế, đây cũng l à nguyên nhân
nảy ra một số ý tưởng trong quá trình thiết kế.
Các thiết bị đèn chiếu trị bệnh vàng da ở trẻ sơ sinh thường dùng các bóng đèn huỳnh
quang, các thiết bì này thông thường thì chỉ có một hệ thống đèn và một giường cho em
bé nằm.
DÀN ĐÈN
GIƯỜNG EM BÉ NẰM
LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP www.bme.vn
Huỳnh Thế Hoàng : Email :
21
LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP www.bme.vn
cường độ sáng đi kèm với thiết bị đèn chiếu trị bệnh vàng da ở trẻ sơ sinh. Để đảm bảo
rằng việc theo dõi cường độ sáng trên da em bé là chính xác và đáng tin cậy.
Nhưng thế là chưa đủ cần phải có thêm một phần điều khiển tự động để điều chỉnh c ường
độ sáng trên da em bé dựa trên cường độ sáng mà Sensor thu nhận về để đảm bảo rằng
ánh sáng trên da em bé luôn ở trong một khoảng mong muốn. V à cuối cùng một điều cần
lưu ý nữa đó là cần phải tận dụng những linh kiện điện tử sẵn có ở Việt Nam, nhưng vẫn
đảm bảo những thông số kỹ thuật cho thiết bị nh ư:
+ Thiết bị phải phát ra ánh sáng có khoả ng bước sóng đúng với yêu cầu, nhằm
đảm bảo cho quá tr ình điều trị có hiệu quả .
+ Phát ra cường độ sáng đúng với y êu cầu đề chắc chắn rằng c ường độ sáng
trên da em bé đúng v ới yêu cầu điều trị đặt ra .
+ Đảm bào an toàn cho em bé trong quá trình điều trị .
LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP www.bme.vn
Huỳnh Thế Hoàng : Email :
24
+ Ứng dụng vi xử lý để điều khiển thiết bị , tự động điều chỉnh cường độ sáng
theo một giá trị cài đặt trước .
+ Dể sử dụng .
+ Rẻ hơn các thiết bị ngoại nhập .
Ngoài ra việc sử dụng đèn LED super bright thay thế các bóng đèn huỳnh quang chuyên
dụng cũng là một cải tiến trong quá tr ình thiết kế thiết bị đèn chiếu trị bệnh vàng da cho
trẻ sơ sinh .
Như trình bày ở trên, trước đây các thiết bị đ èn chiếu trị bệnh vàng da cho trẻ sơ sinh
thường dùng bóng đèn huỳnh quang chuyên dụng. Các bóng đèn huỳnh quang này được
phủ một lớp huỳnh quang đặc biệt nhằm phát ra ánh sáng xanh có b ước sóng thích hợp.
Chính vì thế nên ánh sáng phát ra c ủa những bóng đèn này là không liên t ục (nhấp nháy).
So với việc thay đổi bóng huỳnh quang bằng đèn LED thì có những ưu điểm sau đây :
+ Hiệu quả điều trị cao h ơn do ánh sáng của đèn LED phát ra là ánh sáng liên t ục,
còn ánh sáng phát ra c ủa bóng đèn huỳnh quang là không liên tục nên hiệu quả
điều trị của LED cao h ơn so với bóng đèn Huỳnh quang .
Huỳnh Thế Hoàng : Email :
26
Hình 3.2 Sơ đồ khối thiết bị đèn chiếu trị bệnh vàng da cho trẻ sơ sinh
*) Giải thích sơ đồ khối.
Sơ đồ khối trên gốm có 9 khối
Khối 1: Là dàn đèn, khối này sẻ bao gồm 1 ma trận các đén LED super bright,
cách sắp sếp các đèn LED super bright này c ũng như số đèn LED
super bright này đư ợc tính toán cụ thể nhằm đảm bảo công xuất v à
phân bố trên gường em bé nằm .
Khối 2: Là Sensor quang thu nh ận tín hiệu, có bước sóng thu nhận thíc h hợp
trong khoảng tần số mà dàn đèn LED super bright phát ra .
Khối 3: Là khối khuếch đại, nhằm mục đích khuếch đại tín hiệu lên ở một giá
trị thích hợp để sau đó tín hiệu n ày sẽ tiếp tục đưa vào khối ADC .
Khối 4: Đây là khối chuyển tín hiệu analog sang digital để tiếp tục đưa vào
khối kế tiếp xử lý .
Dàn đèn
Sensor Khuếch đại ADC Vi xử lý
Hiển thị
thông số hiện
thời
Phím nhấn
cài đặt
Khối điều khiển cường độ dàn đèn
Hiển thị
thông số cài
đặt
LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP www.bme.vn
Huỳnh Thế Hoàng : Email :
27
Khối 5: Khối vi xử lý, đây là khối điểu khiển trung tâm, điều khiển các bộ
phát ra là ánh sáng mà ta mong mu ốn, và từ các thông số này ta có thể dễ dàng tính
ra số LED mà ta sử dụng nhằm đảm bảo phát ra c ường độ sáng như mong muốn .
Sau một thời gian tìm thông tin trên internet thì tôi đã tìm được bóng đèn LED phát ra ánh
sáng mong muốn với cường độ sáng tương đố lớn và giá thành chấp nhận được. Sau đây
là các thông số của bóng đèn LED super bright mà tôi đã tìm đuợc trên internet có mã s ố
RL5-B2545 .
Các thông số cơ bản:
Hình 3.3 Các thông số cơ bản của Super bright LED RL5 -B2545 [2].
Các thông số về kích thước:
LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP www.bme.vn
Huỳnh Thế Hoàng : Email :
29
Hình 3.4 Các thông số về kích thước của super bright LED RL5 -
b2545 [2].
Các thông số về dòng và áp và cường độ sáng:
Hình 3.5 Các thông số về dòng và áp và cường độ sáng [2].
Các thông số ảnh hưởng của nhiệt độ:
LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP www.bme.vn
Huỳnh Thế Hoàng : Email :
30
Hình 3.6 Ảnh hưởng của nhiệt độ. [2]
Các thông số về bước sóng:
Hình 3.7 Phổ bước sóng phát ra. [2]
Bảng giá của LED RL5 -B2545:
LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP www.bme.vn
Huỳnh Thế Hoàng : Email :
31
MÃ SỐ
LINH
KIỆN
Huỳnh Thế Hoàng : Email :
33
LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP www.bme.vn
Huỳnh Thế Hoàng : Email :
34
Hinh 3.10 Các thông số đặc trưng của sensor photodiode BPW21R [3]
Từ các thông số trên ta có thể thấy đáp ứng b ước sóng của photodiode BPW21R l à hoàn
toàn phù hợp với yêu cầu thiết kế, khoảng b ước sóng đáp ứng l à từ 420 nm 675 nm,
sensor này có độ nhạy cao nhất ở b ước sóng 565 nm, trong khi đó d àn đèn LED super
bright phát ra ánh sáng có bư ớc sóng trong khoảng từ 420 nm 550 nm với cường độ
phát mạnh nhất ở bước sóng 460 nm ( là bước sóng mà Bilirubine hấp thụ nhiều nhất ) .
Như vậy ta có thể nhận thấy rằng to àn bộ phổ ánh sáng của LED super bright đều nằm
trong khoảng bước sóng thu nhận của sensor, h ơn nửa ánh sáng do LED super bright phát
ra nằm trong khoảng gần nh ư tuyến tính với độ nhạy của sensor, N ên có thể kết luận là
sensor của ta có đáp ứng thu nhận rất tốt với b ước sóng mà LED super bright phát ra .
3.4.3 Lựa chọn linh kiện cho khối ADC .
Ngày nay hầu hết việc truyền đạt tín hiệu cũng nh ư quá trình điều khiển và chỉ thị đều
thực hiện theo phương pháp số, vì vậy khối vi xử lý chỉ xử lý được các tín hiệu số đ ược
mã dưới dạng các bit nhị phân, m à tín hiệu của ta thu nhận l à tín hiệu Analog nên cần
phải có thiết bị mã hóa tín hiệu này sang các bít nhị phân. Đây là thiết bị trung gian kết
LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP www.bme.vn
Huỳnh Thế Hoàng : Email :
35
nối giữa khối khuếch đại và khối xử lý trung tâm. Trong phần này tôi dùng IC ADC 0809,
IC này rất thông dụng trong thực tế v à thường thấy trong các hệ thống điều khiển ở Việt
Nam. Ngoài ra IC ADC 0809 có m ột số ưu điểm sau:
3.4.3.1 Giới thiệu về IC ADC 0809 .
Bộ ADC 0809 là một thiết bị CMOS đơn tinh thể có bộ chuyển đổi t ương tự sang số A/D,
mạch đa hợp 8 kênh và mạch logic điều khiển t ương thích với bộ vi xử lý. Mạch A/D 8
bit dùng phép xấp xỉ liên tiếp làm kỹ thuật biến đổi. Mạch biến đổi đ ược đặt trưng bằng
LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP www.bme.vn
Huỳnh Thế Hoàng : Email :
37
- OE ( output enable ): xung cho biết được phép lấy tín hiệu ra .
- EOC (end of convert ): chân cho bi ềt kết thúc chuyển đổi .
- V
REF +
: chân cấp điện áp tham chiếu + .
- V
REF -
: chân cấp điện áp tham chiếu - .
- VCC, GND : lần lượt chân cấp nguồn và chân nối mass .
3.4.3.2 Đặc điểm và nguyên tắc hoạt động của IC ADC 0809.
+ Độ phân giải 8 bit
+ Sai số tổng không hiệu chỉnh : ± ½ LSB và ± 1LSB
+ Nguồn cung cấp điện đ ơn: 5 VDC
+ Công xuất thấp : 15 mW
+ Thời gian biến đổi: 100 µs
+ Nguyên tắc chọn kênh Analog:
Hình 3.12 Nguyên tắc chọn kênh của ADC 0809 .
LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP www.bme.vn
Huỳnh Thế Hoàng : Email :
38
+ Nguyên tắc hoạt động của IC ADC 0809: muốn IC ADC 0809 hoạt động th ì cần
nối các châm điều khiển của IC ADC 0809 v ào hệ thống vi xử lý, và dùng hệ thống
vi xử lý này để điều khiển hoạt động của IC ADC 0809, cụ thể theo những bước
sau:
Bước 1: Chọn một kênh analog ngõ vào b ằng cách chốt các chân theo nh ư
bảng trên .
Bước 2: Kích hoạt xung ALE (chân cho phép chốt địa chỉ của IC ADC
0809 phụ thuộc vào tần số xung clock, nh ưng thời gian biến đổi n ày không nhanh
hơn 100 ms. Tần số chuẩn của cung clock cấp cho IC ADC 0809 l à 640 khz .
3.4.4 Lựa chọn linh kiện cho khối Vi xử lý .
3.4.4.1 Vai trò của khối vi xử lý trong hệ thống .
Khối vi xử lý là khối điều khiển trung tâm của hệ thống, có thể ví khối vi xử lý l à bộ óc
của 1 thiết bị hoặc 1 hệ thống. ng ày nay hầu hết các thiết bị điện tử đều có các hệ thống
điều khiển tự động, các thiết bị n ày tự đông hoạt động theo một ch ương trình đã cài đặt
sẵn. Các hệ thống tự động không chỉ đi v ào các lĩnh vực công nghiệp, y tế… m à còn đi
xâu vào các thiết bị sinh hoạt hàng ngày như Tivi, lò vi sóng, máy giặt... Có thể nói rằng
điều khiển tự động ng ày càng làm cho cu ộc sống con người ngày dể chịu và tiện nghi
hơn.
LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP www.bme.vn
Huỳnh Thế Hoàng : Email :
40
Có thể nói rằng thiết bị càng thông minh thì vài trò c ủa khối vi xử lý c àng thể hiện vai trò
quan trọng của chúng, trong thiết kế thiết bị đèn chiếu vàng da dành cho tr ẻ sơ sinh thì
không chỉ điểu chỉnh cường độ sáng của d àn đèn mà nó còn điều khiển quá trình thu nhận
tín hiệu (IC ADC), ngoài ra còn thực hiện quá trình hiển thị lên LED 7 đoạn. Nếu hệ
thống có kết nối với các thiết bị khác nh ư máy tính thì việc điều khiển tín hiệu cần phải
phối hợp đồng bộ giữa bộ phận nhận v à phát và muốn làm được điều này cũng cần có vi
xử lý để điều khiển tín hiệu theo các chuẩn giao tiếp . Chính vì vậy cần phải có một quá
trình điều khiển nhịp nhàng giữa các khâu để cho hệ thống điều khiển hoạ t động ổn định
và hiệu quả nhất. Trong hệ thống điều khiển của thiết bị đ èn chiếu vàng da dành cho trẻ
sơ sinh tôi dùng IC 89C52 thu ộc họ 8051 bởi v ì những lý do sau:
+ Là một họ vi điều khiển rất thông dụng và phổ biến nhất nhất thế giới v à ứng
dụng trong nhiều lĩnh lực.
+ Có điểm mạnh trong cách sử lý ngắt.
+ Họ vi xử lý 8051 có bán rất nhiều trên thị trường Việt Nam.
+ Dung lượng Ram và Rom nội khá lớn ( Ram 128 byte, Rom 8Kb ) , thích hợp với
đồ án điều khiển, khi cần có thể mở rộng dung l ượng Rom nội.
hoặc là byte cao của bus địa chỉ đối vớ i các thiết kế dùng bộ nhớ mở rộng.
- Port 3: là cổng công dụng kép tr ên các chân 10-17. Các chân của port này có nhiều chức
năng, các công dụng chuyển đổi có li ên hệ với các đặt tính đặt biệt của 8051 nh ư sau:
.P3.0 : Dữ liệu nhận cho port nối tiếp
.P3.1 : Dữ liệu phát cho port nối tiếp
.P3.2 : Ngắt 0 bên ngoài.
.P3.3 : Ngắt 1 bên ngoài.
.P3.4 : Ngõ vào của timer/counter 0
.P3.5 : Ngõ vào của timer/counter 1.
.P3.6 : Xung ghi bộ nhớ dữ liệu ngoài.
.P3.7 : Xung đọc bộ nhớ dữ liệu ngo ài.
-PSEN: là chân số 29, tích cực mức thấp, nó l à tín hiệu điều khiển để cho phép bộ nhớ
chương trình mở rộng và thường được nối đến nhân OE (output enable ) của một
EPROM để cho phép đọc các byte m ã lệnh. Chú ý khi thi h ành chương trình trong rom
nội PSEN sẽ ở mức tích cực cao.
-ALE : là chân số 30, tích cực mức cao, cho phép chốt địa chỉ.
Copyright: Tài liệu đại học ©