Tài liệu Thiết kế máy đo huyết áp

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸỸ THUẬT THÀNH PHỐỐ HỐỒ CHÍ MINH KHOA LÝ ĐIỆN – ĐIỆN TỬ ---------------------- ĐẾỒ TÀI THIẾỐT KẾỐ MÁỸ ĐO HUỸẾỐT ÁP GVHD: Thầầy Nguyễễn Thanh Tầm Tp. Hồồ Chí Minh, tháng 5 năm 2018 Ý KIẾỐN NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIẾN .............................................................................................................................. .............................................................................................................................. ............................................................................................................... .............. .............................................................................................................................. .............................................................................................................................. ................................................................................................. ............................ .............................................................................................................................. .............................................................................................................................. ................................................................................... .......................................... .............................................................................................................................. .............................................................................................................................. ..................................................................... ........................................................ .............................................................................................................................. .............................................................................................................................. ....................................................... ...................................................................... .............................................................................................................................. .............................................................................................................................. ......................................... .................................................................................... .............................................................................................................................. .............................................................................................................................. ........................... .................................................................................................. .............................................................................................................................. .............................................................................................................................. ............. ................................................................................................................ .............................................................................................................................. ............................................................................................................................. .............................................................................................................................. .............................................................................................................................. ............................................................................................................... .............. .............................................................................................................................. .............................................................................................................................. ................................................................................................. ............................ .............................................................................................................................. .............................................................................................................................. ................................................................................... .......................................... .............................................................................................................................. 2 Ý KIẾỐN NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIẾN .............................................................................................................................. ..................................................................... ........................................................ ................................................................. 3 Ý KIẾỐN NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIẾN MỤC LỤC 1. GIỚI THIỆU..................................................................................................5 2. CƠ SỞ LÝ THUỸẾỐT VÀ THỰC NGHIỆM........................................................6 3. GIẢI PHÁP...................................................................................................8 4. KẾỐT QUẢ....................................................................................................18 5. KẾỐT LUẬN..................................................................................................21 TÀI LIỆU THAM KHẢO.....................................................................................23 DANH MỤC HÌNH ẢNH...................................................................................24 DANH MỤC BẢNG...........................................................................................25 4 MỤC LỤC NỘI DUNG 1. GIỚI THIỆU 2. CƠ SỞ LÝ THUỸẾỐT 3. GIẢI PHÁP 4. KẾỐT QUẢ 5. KẾỐT LUẬN 5 NỘI DUNG 1. GIỚI THIỆU Mục têu: Dự án của nhóm em là thiễết kễế một thiễết bị theo dõi huyễết áp di động có thể đo huyễết áp và nhịp tm của người dùng thông qua m ột vòng tay bơm hơi. Thiễết bị này bao gôầm ba phầần chính: phầần cứng bễn ngoài (như vòng tay, motor, van và màn hình LCD), m ạch analog và vi điễầu khi ển. Mạch analog chuyển đổi giá trị áp suầết bễn trong vòng tay thành d ạng sóng tương tự có thể đọc và sử dụng được. Thiễết bị seễ lầếy mầễu dạng sóng và thực hiện biễến đổi ADC để có thể tnh toán. Vì đầy là một thiễết bị di động nễn chắếc chắến tầết cả các thành phầần đễầu được gói g ọn trong m ột thiễết b ị và cho phép người dùng mang nó đễến bầết cứ đầu, sử dụng bầết cứ khi nào và bầết c ứ nơi nào họ muôến. Không thể phủ nhận rắầng ngày nay mọi người ý thức hơn vễầ tnh trạng sức khỏe của mình. Một trong những phương pháp được sử dụng rộng rãi nhầết để kiểm tra tnh trạng sức khỏe của một cá nhần là đo huyễết áp và nhịp tm của họ. Vì nhóm em là những người thật s ự quan tầm đễến vầến đễầ sức khỏe nễn đã quyễết định thực hiện đễầ tài này bởi vì chúng em muôến xầy dựng một thiễết bị gì đó hữu ích cho cuộc sôếng, và h ơn hễết là làm quen với công việc trong tương lai. Do phầần kiễến thức còn giới hạn, nễn m ục tễu thiễết bị của nhóm chúng em chỉ dừng lại ở việc đo huyễết áp và nh ịp tm. Ba thông sôế seễ được hiển thị trễn màn hình LCD: huyễết áp tầm thu, huyễết áp tầm trương và nhịp tm. Kễết quả của thiễết bị chỉ phản ánh đúng phầần nào thông sôế thực của người dùng. Chúng em seễ côế gắếng c ải thi ệt kễết qu ả này trong tương lai khi đã tch lũy đủ phầần kiễến thức. Do gi ới h ạn c ủa thiễết b ị nễn việc ứng dụng chỉ được thực hiện trong phạm vi phòng thí nghi ệm, trường học, gia đình, nơi chưa cầần có sự chính xác cao. 6 1. GIỚI THIỆU 2. CƠ SỞ LÝ THUỸẾỐT VÀ THỰC NGHIỆM Trình bày nhanh qua lí thuyêết đo huyêết áp: Thông thường khi bác sĩ đo huyễết áp của bệnh nhần, ông ầếy seễ b ơm không khí vào vòng tay và sử dụng ôếng nghe để nghe những ầm thanh của máu trong động mạch cánh tay của bệnh nhần. Lúc đầầu, áp suầết seễ đ ược bơm cao hơn giá trị huyễết áp tầm thu. Tại thời điểm này, bác sĩ seễ không nghe thầếy gì qua ôếng nghe. Sau khi áp lực được hạ xuôếng từ t ừ, tại m ột sôế điểm, bác sĩ seễ bắết đầầu nghe thầếy ầm thanh của trái tm đ ập. Tại th ời đi ểm này, áp suầết trong vòng tay tương ứng với áp suầết tầm thu. Sau khi áp l ực giảm thễm nữa, bác sĩ seễ tễếp tục nghe ầm thanh (với các đ ặc đi ểm khác nhau). Và tại điểm cuôếi cùng, ầm thanh seễ bắết đầầu biễến mầết. Tại th ời đi ểm này, áp suầết trong vòng tay tương ứng với áp suầết tầm trương. Để thực hiện phép đo, chúng tôi sử dụng phương pháp đ ược gọi là oscillometric (đo giao động). Không khí seễ đ ược b ơm vào vòng tay đ ể có áp suầết cao hơn huyễết áp tầm thu trung bình kho ảng 20 mmHg (trung bình khoảng 120 mmHg). Sau đó, không khí seễ được từ từ giải phóng khỏi vòng tay làm cho áp suầết trong vòng tay giảm. Khi vòng tay t ừ t ừ gi ảm áp l ực, chúng ta seễ đo dao động rầết của áp suầết của vòng tay. Huyễết áp tầm thu seễ là áp lực mà khi xung bắết đầầu xảy ra. Chúng tôi seễ sử dụng thiễết b ị đ ể phát hiện điểm mà tại đó dao động này xảy ra và sau đó ghi l ại áp suầết trong vòng tay. Sau đó, áp lực trong vòng tay seễ gi ảm h ơn n ữa. Huyễết áp tầm trương seễ được thực hiện tại điểm mà dao động bắết đầầu biễến mầết. Thiêết bị đo ngoài thị trường: Hiện nay ngoài thị trường đã có rầết nhiễầu sản phẩm máy đo huyễết áp đễến từ nhiễầu thương hiệu như: Omron, Beurer, Microlife, Citzen, medilife,.. Nhưng thật ra chỉ có 4 loại cơ bản là máy đo huyễết áp cơ, máy đo huyễết áp điện tử, máy đo huyễết áp tự động và máy đo huyễết áp thủy ngần. Vễầ giá thành So với các dòng sản phẩm khác thì máy đo huyễết áp có giá thành ổn 7 2. CƠ SỞ LÝ THUỸẾỐT VÀ THỰC NGHIỆM định hơn, dao động từ mức giá vài trắm ngàn cho đễến vài triệu, m ột sôế dòng đo huyễết máy của hãng Berurer thường giá thành cao hơn. Nhưng phổ biễến và được nhiễầu người ưa chuộng nhầết là các dòng máy có m ức giá t ừ 500k - 1 triệu, các dòng máy này vừa đảm bảo đáp ứng đầầy đ ủ nhu cầầu v ừa đảm bảo giá cả phải chắng. Vễầ cơ bản các loại máy chỉ dùng để thực hiện các chức nắng chính như đo huyễết áp, theo dõi nhịp tm, còn nễếu bạn muôến thễm nhiễầu tnh nắng hiện đại hơn thì có thể lựa chọn các dòng cao cầếp h ơn nhưng giá thành sản phẩm seễ cao hơn đôi chút. 8 2. CƠ SỞ LÝ THUỸẾỐT VÀ THỰC NGHIỆM 3. GIẢI PHÁP Giải pháp giải quyêết mục têu: Phương pháp không xầm lầến Ỹêu cầầu thiêết kêế  Máy có khả nắng chạy độc lập, không cầần kễết nôếi máy tnh  Dùng pin 9V để giúp thiễết bị gọn nhẹ nhưng vầễn đủ đáp ứng nhu cầầu đi ện áp  Có màn hình LCD để dễễ dành hiển thị kễết quả đo  Sử dụng nút nhầến cơ học  Có khả nắng kễết nôếi máy tnh khi cầần thiễết (suầết kễết quả ra PC) Sơ đồầ khồếi tổng quát Hình 3.1 9 3. GIẢI PHÁP Chi têết thiêết kêế:  Bộ khuyễết đại DC: Hình 3.2 Vì điện áp đầầu ra của bộ chuyển đổi áp suầết rầết nhỏ nễn ta ph ải khuyễếch đ ại tn hiệu để xử lý. Chúng em sử dụng bộ khuễếch đại IC AD620. Điện tr ở RG được sử dụng để xác định độ lợi của bộ khuễếch đại theo phương trình RG = 49.4 k Ω . Do G−1 chúng ta cầần độ lợi đạt được là khoảng 105, chúng ta ch ọn đi ện tr ở RG là 470Ω . Điễầu này seễ cho chúng ta đạt được độ lợi là 105 theo ph ương trình. Tuy nhiễn, nhóm em đã đo được độ lợi toàn mạch, và độ lợi đo được là 110. Sơ đôầ của bộ khuễếch đại như hình veễ. 10 4. GIẢI PHÁP  Bộ lọc bắng tầần Hình 3.3 Bộ lọc bắng tầần được thiễết kễế gôầm hai tầầng. Lý do cho việc s ử d ụng hai tầầng là tổng thể bộ lọc seễ cung cầếp một tắng l ớn và đáp ứng tầần sôế c ủa bộ lọc seễ được thực hiện tôết hơn việc chỉ sử dụng một tầầng duy nhầết. Phương pháp này seễ cải thiện tỷ sôế tn hiệu nhiễễu ở đầầu ra. S ơ đôầ cho c ả hai bộ lọc được thể hiện trong hình trễn. Bộ lọc tầầng 1 : Tầần sôế cắết thầếp: Tầần sôế cắết cao: Độ lợi của tầầng 1: Bộ lọc tầầng 2 : 11 5. GIẢI PHÁP Tầần sôế cắết thầếp: Tầần sôế cắết cao Độ lợi của tầầng 2: Độ lợi sau cùng là 399.6. Bao gôầm đ ộ l ợi t ừ b ộ khuễếch đ ại DC, đ ộ l ợi AC của mạch là 4,395∗105. Sử dụng tầần sôế cắết cao và tầần sôế cắết thầếp seễ ta có dạng sóng AC rõ ràng hơn.  AC coupling AC coupling được sử dụng để cung cầếp một lượng DC. Nhóm em muôến mức DC của dạng sóng để xác định v ị trí ở khoảng một nửa Vdd = 2,5 V. Với điện áp này seễ giúp chúng ta dễễ dàng xử lý tn hiệu AC trễn bộ ADC trong bộ vi điễầu khi ển hơn. Đầầu ra AC từ giai đoạn này seễ được chuyển sang bộ chuyển đổi ADC trong bộ vi điễầu khiển Arduino Nano. Hình 3.4 Mạch tổng hợp: 12 5. GIẢI PHÁP Hình 3.5 13 5. GIẢI PHÁP FlowChart: Hình 3.6 14 5. GIẢI PHÁP Lựa chọn linh kiện 1. Vi điêầu khiển mạch kêết hợp:  Độ chính xác khá cao  Nhỏ gọn  Có giao tễếp với máy tnh qua cổng USB  Có bộ chuyển đổi ADC  Dùng nguôần 1 chiễầu 9-24V Loại mạch Arduino Uno R3 Hình ảnh Giá thành 135.000vnđ Vietduino Uno 135.000vnđ Arduino nano FT232RL 145.000vnđ Đặc điểm nổi bật - Là loại phổ biễến và dễễ sử dụng nhầết trong các dòng Arduino hiện nay - Sử dụng 5VDC từ cổng USB hoặc nguôần ngoài cắếm từ giắếc tròn DC -Chip điễầu khiển chính: ATmega328 -Chip nạp và giao tễếp UART: ATmega16U2 -Có bộ chuyển đôầi ADC - Có dòng đầầu ra thầếp và rầết nóng khi cầếp điện áp đầầu vào cao - Sử dụng mạch nguôần xung với dải điện áp đầầu vào linh hoạt 4.5~24VDC - Sử dụng Vi điễầu khiển ATmega16U2 giả lập chức nắng USB UART - Kích thước nhỏ gọn, thiễết kễế và chuẩn chần giao tễếp tương đương với Arduino Nano - Một ưu điểm của Arduino Nano là vì sử dụng phiễn bản IC dán nễn seễ có thễm 2 chần Analog A6, A7 15 6. GIẢI PHÁP WeMos D1 R2 165.000vnđ - Thích hợp và dễễ dàng thực hiện các ứng dụng thu thập dữ liệu và điễầu khiển qua Wif. 16F877 65.000vnđ 16F887 60.000vnđ - 368 bytes bộ nhớ dữ liệu RAM. 8K Words bộ nhớ chương trình FLASH - Có khả nắng xử lý ngắết từ nhiễầu nguôần ngắết khác nhau như ngắết ngoài, ngắết tràn Timer, ngắết ngoại vi như ngắết ADC… - Có 3 bộ định thời Timer0, Timer1, Timer2 -368 bytes bộ nhớ dữ liệu RAM. 8K Words bộ nhớ chương trình FLASH - Có ngắết, ngắết ngoại vi - Có 3 bộ định thời Timer0, Timer1, Timer2 Bảng 3.1 Nhóm chúng em chọn Arduino nano FT232RL vì các lí do sau:  Khích thức nhỏ gọn  Độ bễần cao  Dễễ dàng giao tễếp với máy tnh 2. Cảm biêến áp suầết: Tiễu chí chọn cảm biễến áp suầết  Đo được áp suầết chính xác từ 0 – 40Kpa  Có giao tễếp với Arduino  Giá thành hợp lí 16 6. GIẢI PHÁP Tễn Dải đo (Kpa) Độ chính xác Giá thành (VND) MPX2202GP 0– 200 Cao 320.000 MPX10DP 0 – 10 Cao 200.000 4 BAR PTL-4-V 0– 100 Cao 2.150.000 MPS20N0040D 0 – 40 Cao 60.000 Hình ảnh Bảng 3.2 17 7. GIẢI PHÁP Trong ứng dụng đo huyễết áp huyễết áp tôếi đa cầần dùng đễến là 300mHg tương đương 40 Kpa kễết hợp với yễếu tôế giá thành của cảm biễến nhóm đ ưa ra phương án chọn cảm biễến MPS20N0040D có giá r ẻ nhầết thang đo v ừa đ ủ cho việc đo huyễết áp và độ chính xác cao. 18 8. GIẢI PHÁP 4. KẾỐT QUẢ Một sôế hình ảnh vễầ sản phẩm: Hình 4.1 Sản phẩm hoàn chỉnh Hình 4.2 Bên trong 19 9. KẾỐT QUẢ Hình 4.3 Lúc đo Sồế liệu thồếng kê: Tễn người được đo Phúc Bảo Gia Bách Việt Hùng Thị Hậu Ngọc Phú Kễết quả đo (tầm thu – tầm trương – nhịp tm) 119 - 90 – 72 114 – 87 – 10 108 – 83 – 72 110 – 85 – 73 123 – 88 – 10 125 – 93 – 82 115 – 89 – 12 132 – 100 – 10 127 – 85 – 85 110 – 76 – 10 126 – 93 – 70 130 – 71 – 71 131 – 80 – 69 121 – 70 – 10 128 – 78 – 10 132 – 104 – 70 125 – 97 – 10 123 – 95 – 72 116 – 88 – 74 130 – 100 – 10 121 – 88 – 10 110 – 70 – 10 115 – 80 – 75 20 9. KẾỐT QUẢ