Khóa luận Tìm hiểu hệ thống ổn định nhiệt độ - Độ ẩm trong các lồng ấp ở bệnh viện

...........11 1.2.2.6 Khối nguồn nuôi……………………………………………………………………...11 1.3 Đặc điểm của hệ thống đo và điều khiển nhiệt độ……………………………………...12 Chương 2: Đo độ ẩm trong lồng ấp….…..…………………….…………………….............13 2.1 Cảm biến độ ẩm…………………………………………………………………………13 2.2 Đo độ ẩm trong lồng ấp………………………………………………………………….18 Chương 3 Một số lồng ấp hiện đang được sử dụng…………………………………..............19 3.1 Lồng ấp V – 85…………………………………………………………………………20 3.1.1 Đặc điểm kĩ thuật……………………………………………………………..…….20 3.1.2 Cấu tạo của lồng ấp V – 85…………………………………………………………21 3.1.2.1 Chức năng của các cảm biến………………………………………………..............21 3.1.2.2 Chức năng chủ yếu của các bo mạch………………………………………………..21 3.1.2.3 Các bộ phận khác…………………………………………………………………...22 3.1.2.4 Miêu tả chi tiết cách vận hành lồng ấp…………………………………………...23 3.1.2.4.1 Điện áp vào chuẩn………………………………………………………...............23 3.1.2.4.2 Dòng điện báo tăng quá nhiệt độ………………………………………………….24 3.1.2.4.3 Mạch chuyển đổi AD……………………………………………………..............25 3.1.2.4.4 Mạch khoá lối vào………………………………………………………. ……….26 3.1.2..4.5 Dòng nạp điện…………………………………………………………………….26 3.1.2.4.6 Mạch báo CPU ngừng hoạt động………………………………………………....27 3.1.2.4.7 Bộ phận hiển thị…………………………………………………………………..27 3.1.2.4.8 Sao lưu dữ liệu với EEPROM…………………………………………………….27 3.1.2.4.9 Mạch điện điều khiển lò sưỡi……………………………………………………..28 3.1.2.4.10 Khởi động quá trình lưu thông không khí………………………………………...29 3.1.2.4.11 Điều chỉnh sự tăng nhiệt độ………………………………………….....................30 3.2 Lồng ấp AGA…………………………………………………………………...............31 3.3 Lồng ấp AR300-2750…………………………………………………………...............32 3.4 Lồng ấp H-1000………………………………………………………………................32 Kết luận...……………………………………………………………………………………..36 Phụ lục…...…………………………………………………………………………...............38 Khoá luận tốt nghiệp Lê Kim Tuyến MỞ ĐẦU Lồng ấp nuôi dưỡng trẻ sơ sinh là một hệ thống máy móc hết sức tinh vi và được thiết kế khá đặc biệt, với đối tượng phục vụ là trẻ sơ sinh nên yêu cầu về độ tin cậy và chính xác về kĩ thuật phải rất cao. Đặc điểm của trẻ sơ sinh là yếu ớt, mà đa phần là trẻ bị bệnh hoặc sinh thiếu tháng mới phải nằm trong lồng ấp. Do đó môi trường trong lồng ấp phải gần với môi trường của trẻ khi chưa lọt lòng mẹ. Với yêu cầu đó, hệ thống điều khiển nhiệt độ và độ ẩm của lồng ấp phải làm việc rất chính xác và có độ tin cậy cao. Hiện nay, tại nhiều bệnh viện ở nước ta đã sử dụng lồng ấp để chăm sóc các trẻ sơ sinh. Do cần độ tin cậy và chính xác cao của lồng ấp nên giá thành của nó khá cao và chỉ có một số nước có nền khoa học kĩ thuật tiên tiến mới sản xuất được lồng ấp. Với đề tài “Tìm hiểu hệ thống ổn định nhiệt độ và độ ẩm bên trong lồng ấp ở bệnh viện” tôi muốn giới thiệu các nội dung sau: ¾ Chương 1: Đo nhiệt độ trong lồng ấp Trình bày các cảm biến đo nhiệt độ và phương pháp đo nhiệt độ trong lồng ấp. ¾ Chương 2: Đo độ ẩm trong lồng ấp Trình bày phương pháp đo độ ẩm và đo độ ẩm trong lồng ấp. ¾ Chương 3: Một số lồng ấp hiện đang dược sử dụng Giới thiệu các loại lồng ấp hiện đang dược sử dụng tại các bệnh viện như AGA của Italia, AR300 – 2750 của Pháp, H-1000 của Nhật Bản và đặc biệt tìm hiểu kĩ về loại lồng ấp V – 85 cũng do Nhật Bản sản xuất. Trường Đại học Công Nghệ 1 Khoa Điện Tử - Viễn thông Khoá luận tốt nghiệp Lê Kim Tuyến CHƯƠNG 1 ĐO NHIỆT ĐỘ TRONG LỒNG ẤP 1.1 CẢM BIẾN NHIỆT ĐỘ 1.1.1 Giới thiệu chung Từ thời xưa, người ta đã biết đến tính chất của vật chất là có quan hệ mật thiết với mức độ nóng lạnh của vật chất đó. Nóng hay lạnh là thể hiện mức độ giữ nhiệt của vật. Mức độ nóng lạnh đó gọi là nhiệt độ. Khái niệm này dựa vào quan niệm về hiện tượng truyền nhiệt và cân bằng nhiệt (các vật có nhiệt độ như nhau thì không có hiện tượng truyền nhiệt cho nhau và lúc đó thì nó đã đạt đến trạng thái cân bằng nhiệt). Theo thuyết động học phân tử, nhiệt độ là tham số vật lý biểu thị động năng trung bình của chuyển động tịnh tiến của các phân tử tạo thành vật thể. Khi hai vật tiếp xúc với nhau thì giữa chúng có hiện tượng trao đổi năng lượng giữa các phân tử cho đến khi động năng của các phân tử trong hai vật bằng nhau mới thôi. Đó chính là hiện tượng truyền nhiệt giữa hai vật có nhiệt độ khác nhau, hiện tượng đó diễn ra cho tới khi xảy ra sự cân bằng nhiệt. Tham số nhiệt độ thể hiện khả năng giữ nhiệt và có mối quan hệ với các tính chất khác của vật. Việc đo nhiệt độ được tiến hành nhờ các đầu đo hay còn gọi là các cảm biến đo nhiệt độ. Các cảm biến làm nhiệm vụ chuyển đổi thông tin nhiệt độ của đối tượng thành tín hiệu điện (dòng điện hoặc điện áp) thuận lợi cho việc xử lý. các cảm biến đo nhiệt độ có thể kể ra như: nhiệt điện trở, cặp nhiệt điện, IC cảm biến nhiệt độ, điốt và tranzitor… Tuỳ theo từng khoảng nhiệt độ cần đo có thể dùng các phương pháp khác nhau. Thông thường nhiệt độ cần đo được chia thành ba dải: nhiệt độ thấp, nhiệt độ trung bình và nhiệt độ cao. Ở nhiệt độ trung bình và thấp thì phương pháp đo là phương pháp tiếp xúc nghĩa là các chuyển đổi được đặt trực tiếp ở ngay môi trường cần đo. Đối với nhiệt độ cao thì đo bằng phương pháp không tiếp xúc, dụng cụ đặt ở ngoài môi trường đo. Căn cứ vào khoảng nhiệt độ cần đo và sai số của phép đo mà ta quyết định lựa chọn cảm biến và phương pháp đo thích hợp. ™ Khoảng nhiệt độ đo bằng phương pháp tiếp xúc và dùng cặp nhiệt là từ -270˚C đến 2500˚C, độ chính xác có thể đặt tới ± 1% đến 0,1%. ™ Khoảng đo nhiệt độ bằng phương pháp tiếp xúc và dùng cảm biến có tiếp xúc P-N (nhiệt điện trở, điốt và tranzitor, IC) là từ -200˚C đến 200˚C, sai số đến ± 1%. Trường Đại học Công Nghệ - 2 - Khoa Điện tử – Viễn thông Khoá luận tốt nghiệp Lê Kim Tuyến ™ Phương pháp đo không tiếp xúc như bức xạ quang phổ… có khoảng đo từ 1000˚C đến vài nghìn ˚C với sai số ± 1% đến 0,1%. Trên thực tế có nhiều loại thang được sử dụng để đo nhiệt độ. Các thang đo nhiệt độ gồm: thang đo Celeius (˚C), thang đo Kelvin (˚K), thang đo Fahrenheit (˚F), thang đo Rankine (˚R). Sau đây là công thức chuyển đổi giữa các thang đo: T(˚C) = T(˚K) – 273,15 T(˚F) = T(˚R) – 459,67 T(˚C) = (T(˚F) – 32)* 5/9 T(˚F) = T(˚C) * 9/5 + 32 Bảng 1: Các thang nhiệt độ Kelvin(˚K) Celeius(˚C) Rankime(˚R) Fahrenteit(˚F) 0,00 -273,15 0,00 -459,67 273,15 0,00 491,67 32,00 273,16 0,01 491,69 32,02 373,15 100,00 671,67 212,00 1.1.2 Đo nhiệt độ dùng điốt và tranzitor Có thể đo nhiệt độ bằng cách sử dụng kinh kiện nhạy cảm là điốt và tranzitor mắc theo kiểu điốt (nối cực base và colector) phân cực thuận với dòng điện không đổi. Điện áp giữa hai cực sẽ là hàm của nhiệt độ. Các linh kiện được sử dụng làm cảm biến đo nhiệt độ : - Điốt - Tranzitor mắc thành điốt - Hai tranzitor giống nhau được mắc như điốt Trường Đại học Công Nghệ - 3 - Khoa Điện tử – Viễn thông Khoá luận tốt nghiệp Lê Kim Tuyến Người ta lợi dụng sự thay đổi tuyến tính của chuyển tiếp P-N đối với nhiệt độ để chế tạo ra các điốt và tranzitor chuyên dùng làm cầu cảm biến nhiệt trong đo lường và khống chế nhiệt độ. Các hình dạng cảm biến dùng điốt và tranzitor: V I V V1 V2 Vd a) b) c) I1 I2 - Hình 1: a) Điốt b) Tranzitor mắc thành điốt c) Hai tranzitor mắc thành điốt 1.1.3 Cảm biến đo nhiệt độ bằng nhiệt điện trở N iệt điện trở được dùng để đo nhiệt độ của hơi nước, khí than trong các đường ống các lò phản ứng hoá học, các lò hơi, không khí trong phòng, lồng ấp trẻ sơ sinh,.. Nhi N nhiệt độ: R dụng mà v ™ Đ độ theo hà Trường Đh , ệt điện trở thích hợp đo nhiệt độ trong khoảng -50˚C đến 300˚C. guyên lý làm việc của nhiệt điện trở là dựa vào sự thay đổi điện trở theo = f(t). Cuộn dây điện trở thường nằm trong ống bảo vệ và tuỳ theo công ỏ ngoài có thể là kim loại, thuỷ tinh hoặc gốm. ối với hầu hết các vật liệu dẫn điện thì giá trị điện trở R phụ thuộc vào nhiệt m số sau : R(T) = R0 * f(T – T0) Với : ại học Công Nghệ - 4 - Khoa Điện tử – Viễn thông Khoá luận tốt nghiệp Lê Kim Tuyến - Ro là điện trở ở nhiệt độ T0. - f(T – T0) là hàm phụ thuộc đặc tính của vật liệu. - f(T – T0) = 1 khi T = T0. ™ Đối với điện trở bằng kim loại : R(T) = R0 * ( 1 + aT + bT² + cT³) Trong đó : - T tính bằng độ ˚C - T0 = T(0˚C) ™ Đối với điện trở bằng oxit bán dẫn : R(T) = R0 * exp[ β ( T 1 - 0 1 T )] Trong đó : - T là nhiệt độ tuyệt đối (˚K). - T0 = 273,15˚K Đây là loại cảm biến nhạy cảm với sự thay đổi của nhiệt độ, được chế tạo bằng chất bán dẫn và được gọi là thermistor. Đặc điểm của thermistor là điện trở của nó biến đổi rất lớn theo nhiệt độ. Thành phần chính là oxit kim loại như Mangan, Nikel, Sắt,… hoặc hỗn hợp tinh thể Aluminate Mangan (MnAl2O), Titante kẽm (Zn2TiO4). Nhiệt kế thermistor được chế tạo bằng cách ép định hình, sau đó nung nóng đón 100˚C trong môi trường oxy hoá. Việc lựa chọn tỷ lệ hỗn hợp giữa các oxit hoặc hỗn hợp tinh thể và môi trường nung đóng vai trò quan trọng quyết định đến chất lượng của thermistor. Trong những năm gần đây, các nhiệt kế thermistor được sử dụng nhiều vì có ưu điểm: độ nhạy cao, đặc tính nhiệt ổn định, kích thước nhỏ, hình dáng dễ thay đổi khi chế tạo. Nhiệt điện trở bán dẫn chia làm hai loại : ™ Nhiệt điện trở có hệ số nhiệt dương PT (Positive Thermistor): Trường Đại học Công Nghệ - 5 - Khoa Điện tử – Viễn thông Khoá luận tốt nghiệp Lê Kim Tuyến Loại này làm việc trên nguyên tắc: Khi nhiệt độ tăng thì điện trở tăng và thường được cấu tạo từ các hợp chất như Ceramic, Sắt, Titan, Bari. ™ Nhiệt điện trở có hệ số nhiệt âm NT (Negative Thermistor) Loại này làm việc trên nguyên tắc: khi nhiệt độ tăng thì điện trở giảm. Loại này được cấu tạo từ bột oxit kim loại Mangan, Sắt, Nikel hoặc các hỗn hợp tinh thể Aluminate Mangan (MnAl2O), Titante Kẽm (ZnAl2O4). Nguyên lý và đặc tuyến làm việc: ™ Đặc tuyến nhiệt độ của nhiệt điện trở bán dẫn loại PT: Đặc tuyến này được giải thích như sau: Vùng A là vùng có hệ số nhiệt âm; B là vùng có hệ số nhiệt dương rất lớn; C là vùng có hệ số nhiệt âm sâu. Vùng này rất nguy hiểm và nhiệt điện trở dễ bị phá huỷ. Điểm M: là điểm làm việc của nhiệt điện trở. Đáp ứng nhiệt độ tức thời khi cường độ dòng tăng vọt. Hệ số nhiệt và điểm làm việc thay đổi theo thành phần các hợp chất cấu tạo thermistor. R A B C M 0 T Hình 2: Đặc tuyến nhiệt độ của nhiệt điện trở bán dẫn loại PT ™ Đặc tuyến nhiệt độ của nhiệt điện trở bán dẫn loại NT: Trị số của điện trở nhiệt giảm rất nhanh khi nhiệt độ tăng. Quan hệ này được biểu diễn bởi hàm: R(T) = A*expB/T A: Hệ số điện trở phụ thuộc vào điện trở suất của chất bán dẫn. Trường Đại học Công Nghệ - 6 - Khoa Điện tử – Viễn thông Khoá luận tốt nghiệp Lê Kim Tuyến B: Hệ số nhiệt phụ thuộc vào tính chất vật lý của vật liệu làm chất bán dẫn và loại thermistor; B (3000 5000) : Thermistor đo nhiệt độ thấp. ÷ B (6000 13000) : Thermistor đo nhiệt độ cao. ÷ Khi nhiệt độ càng giảm thì độ nhạy càng tăng. Đó là ưu điểm của nhiệt kế này. Phạm vi sử dụng của thermistor là từ -50˚C đến 300˚C. Hình 3:Đặc tuyến nhiệt độ của nhiệt điện trở bán dẫn loại NT R 0 T 1.1.4 Cảm biến dưới dạng IC Kĩ thuật vi cơ điện tử cho phép chế tạo được những mạch kết nối gồm nhiều transistor giống nhau được sử dụng để làm cảm biến hoàn hảo. Việc đo nhiệt độ dựa vào việc đo sự khác biệt điện áp Vbc dưới tác dụng của nhiệt độ. Các cảm biến này tạo ra các dòng điện hoặc điện áp tỷ lệ với nhiệt độ tuyệt đối với độ tuyến tính cao. Ưu điểm của nó là vận hành đơn giản, tuy nhiên phạm vi hoạt động chỉ giới hạn trong khoảng 50˚C 150˚C. ÷ ™ Nguyên lý chung của IC đo nhiệt độ IC đo nhiệt độ là mạch tích hợp nhận tín hiệu nhiệt độ chuyển thành tín hiệu dưới dạng điện áp hoặc dòng điện. Dựa vào tính chất rất nhạy của bán dẫn với nhiệt độ, tạo ra điện áp hoặc dòng điện tỷ lệ thuận với nhiệt độ tuyệt đối. Khi đó tín hiệu sẽ biết được giá trị của nhiệt độ cần đo. Khi nhiệt độ thay đổi sẽ xảy ra hiện tượng ion hoá các nguyên tử nút mạng và tạo ra các cặp hạt dẫn tự do: điện tích và lỗ trống. Các electron bứt ra khỏi các liên kết Trường Đại học Công Nghệ - 7 - Khoa Điện tử – Viễn thông Khoá luận tốt nghiệp Lê Kim Tuyến ghép đôi thành điện tích tự do di chuyển qua các mạng cấu trúc tinh thể, tạo ra sự xuất hiện các lỗ trống tăng theo qui luật hàm mũ với nhiệt độ. Kết quả của hiện tượng này là khi phân cực thuận, dòng thuận của tiếp giáp P – N sẽ tăng theo theo hàm mũ của nhiệt độ. ™ Một số IC đo nhiệt độ thường dùng - AD 590 : Phạm vi sử dụng - 55˚C ÷ 150˚C - LX 5400 : Phạm vi sử dụng - 55˚C ÷ 150˚C - LM 135 : Phạm vi sử dụng - 55˚C ÷ 200˚C - LM 235 : Phạm vi sử dụng - 55˚C ÷ 140˚C - LM 335 : Phạm vi sử dụng -10˚C ÷ 125˚C - LM 134 - 3; LM 134 - 6 : Phạm vi sử dụng - 50˚C ÷ 125˚C - LM 234 - 3; LM 234 - 6 : Phạm vi sử dụng - 25˚C ÷ 100˚C 1.1.5 Đo nhiệt độ bằng cặp nhiệt điện Ở đây nhiệt độ cần đo được cặp nhiệt điện chuyển đổi thành sức điện động để đưa vào các vôn kế chỉ thị bằng kim, bằng vạch sáng hoặc các con số. • Cấu tạo: Một cặp nhiệt điện bởi hai dây dẫn A và b làm từ các loại vật liệu khác nhau. Tại hai diểm tiếp xúc của chúng có nhiệt độ T1 và T2 sẽ tạo ra một sức điện động ET1T2A/B. Thông thường nhiệt độ của một trong hai mối hàn cố định và được dùng làm chuẩn (T = Tref). T2 là nhiệt độ của mối hàn thứ hai, khi được đặt trong môi trường nghiên cứu nó sẽ đặt tới giá trị TC chưa biết.Nhiệt độ TC là hàm của nhiệt độ TX (TX: T2) và của các quá trình trao đổi nhiệt khác. Cặp nhiệt điện được cấu tạo với kích thước rất bé cho phép việc đo nhiệt độvới cấp chính xác cao, cho phép một vận tốc đáp ứng nhanh do điện dung nhỏ. Ngoài ra, nó còn có ưu điểm khác nữa là tín hiệu được tạo ra chính là sức điện động mà không cần tạo ra một dòng điện chạy qua cảm biến. Như vậy sẽ tránh được hiện tượng đốt nóng cảm biến. Trường Đại học Công Nghệ - 8 - Khoa Điện tử – Viễn thông Khoá luận tốt nghiệp Lê Kim Tuyến Tuy nhiên nhược điểm của cặp nhiệt điện là trong quá trình đo nhiệt độ thì nhiệt độ của đầu nối chuẩn (Tref) phải biết rõ. Độ chính xác của Tref quyết định độ chính xác của TC. • Nguyên lý làm việc: Nhằm tránh những tiếp xúc khác ngoài mối nối, hai dây dẫn được đặt trong vỏ cách điện bằng sứ. Cặp nhiệt điện với vỏ cách điện thường được che bằng lớp vỏ để chống sự xâm phạm của các khí cũng như đột biến nhiệt lớp vỏ bằng sứ hoặc thép. Trong trường hợp lớp vỏ bằng thép, mối nối có thể được cách với vỏ hay tiếp xúc với vỏ. Điều này có lợi là vận tốc đáp ứng nhanh nhưng nguy hiểm hơn. Phương pháp hàn đầu mối nối của cặp nhiệt điện thông thường là hàn điện, hàn hồ quang hay hàn hoá chất. Bảng 2: Một số cặp nhiệt điện thông dụng Cặp nhiệt điện Nhiệt độ làm việc (T˚) Sức điện động E (mV) Độ chính xác Platin-Rodi(10%)/Platin mm51,0=Φ -50 ÷ 1500 -0,236÷15,576 (0 ÷ 600˚C ):± 2,5% (600 ÷ 1500˚C):±0,4% Platin-Rodi(10%)/Platin mm51,0=Φ -50 ÷ 1500 -2,226 ÷ 17,445 (0 ÷ 538˚C):±1,4% (538 ÷1500)˚C:±0,2% Platin-Rodi(30%)/Platin- Rodi(6%) mm510=Φ 0 ÷ 1700 0 ÷ 12,426 (870 ÷ 1700˚C):± 0,5% Wonfram-Reni(5%) Wonfram-Reni(26%) 0 ÷ 2700 0 ÷ 38,45 Chromel/Alumel mm25,3=Φ -270 ÷ 1250 -5,354 ÷ 50,633 (0 ÷ 400˚C):± 3% (400 ÷ 1250˚C):± 0,7% Chromel/Constantan mm25,3=Φ -270 ÷ 870 -9,835 ÷ 66,473 (0 ÷ 400˚C):± 3% (400 ÷ 1250˚C):± 0,7% Sắt/Constantan mm25,3=Φ -210 ÷ 800 -8,096 ÷ 45,498 (0 ÷ 400˚C):± 3% (400÷ 800˚C):± 0,7% Trường Đại học Công Nghệ - 9 - Khoa Điện tử – Viễn thông Khoá luận tốt nghiệp Lê Kim Tuyến 1.2 ĐO NHIỆT ĐỘ TRONG LỒNG ẤP 1.2.1 Giới thiệu chung Lồng ấp trẻ sơ sinh là một thiết bị y tế hiện đại, có độ tin cậy và chính xác cao. Thiết bị này dùng để nuôi dưỡng những trẻ sơ sinh có sức khoẻ yếu hoặc là những trẻ sơ sinh non tháng. Do phải chăm sóc một đối tượng bệnh nhân đặc biệt như vậy nên lồng ấp đòi hỏi hoạt động phải tuyệt đối an toàn. Nhiệt độ của lồng ấp khi hoạt động phải gần với nhiệt độ trong bụng của mẹ đứa trẻ. Nhiệt độ của lồng ấp quá cao hoặc quá thấp đều có thể gây ảnh hưởng xấu trực tiếp đến đứa trẻ. Nhiều khi có thể nguy hiểm đến tính mạng đứa trẻ. Vì việc đo và điều khiể hiệt độ trong lồng ấp là một công việc khó khăn, đòi hỏi có hính xác cao. Hiện nay, tại các bệnh viện t hệ thống y tế nước ó rất n iều loại lồng ấp được sử dụng. Nhưng nhìn chung, nguyên tắc đo và điều khiển nhiệ độ có chung một sơ đồ khối như sau: CHUYỂN ĐỔI t˚ CH HÀ HIỂN THỊ ĐỊNH TÍN UT NGUỒN NUÔI Hinh 4: Trường Đại học Công Nghệ ẤP NH Đ TƯ DẠNG HIỆU YT Sơ đồ khối - 10 - Khon n ta cvậy sự c rong ỐI ỢNG a Điện tử h t t˚ – Viễn thông Khoá luận tốt nghiệp Lê Kim Tuyến 1.2.2 Giải thích sơ đồ khối 1.2.2.1 Khối chuyển đổi Có nhiệm vụ chuyển đổi đại lượng nhiệt độ sang tín hiệu điện hoặc dịch chuyển cơ học. • Để chuyển đổi từ nhiệt độ sang tín hiệu điện có thể dùng các loại cảm biến đo nhiệt độ như: nhiệt điện trở, cặp nhiệt điện (thermocouple), đo nhiệt độ dùng diode và transistor, cảm biến dưới dạng vi mach IC… và tuỳ theo cách dùng mà mạch điện phối hợp có thể khác nhau. • Để chuyển đổi nhiệt độ sang dịch chuyển cơ học có thể dùng phần tử lưỡng kim (bimetal), thuỷ ngân, hợp kim, …Phương pháp này dựa trên nguyên tắc dãn nở vì nhiệt. 1.2.2.2 Khối định dạng tín hiệu Nhiệm vụ của khối định dạng tín hiệu là khuếch đại tín hiệu UT từ cảm biến, so sánh với tín hiệu “đặt chuẩn” để đưa ra tín hiệu điều khiển YT thích hợp tới khối chấp hành. Khối này có thể gồm các mạch khuếch đại, so sánh, phối hợp trở kháng… nếu UT là tín hiệu điện. Nếu UT là dịch chuyển cơ học thì khối này đơn thuần là một hệ đòn bẫy. 1.2.2.3 Khối chấp hành Khối này có nhiệm vụ làm thay đổi trạng thái làm việc của đối tượng. Thực chất là đóng và ngắt công suất cho tải. Khối này có thể là role, thyristor. 1.2.2.4 Khối đối tượng Đối tượng ở đây là các dây điện trở công suất từ vài trăm đến vài nghìn oát. Cung cấp cho nó thường là nguồn điện lưới 220V-50Hz. 1.2.2.5 Khối hiển thị Khối hiển thị đưa ra số liệu về nhiệt độ đo được nhờ góc quay của kim, đeng chỉ thị, đèn decactron, LED 7 thanh hay màn hình hiển thị. Trường Đại học Công Nghệ - 11 - Khoa Điện tử – Viễn thông Khoá luận tốt nghiệp Lê Kim Tuyến 1.2.2.6 Khối nguồn nuôi Khối này có chức năng duy trì và ổn định chế độ làm việc của các khối và cung cấp công suất cho tải. 1.3. ĐẶC ĐIỂM CỦA HỆ THỐNG ĐO VÀ ĐIỀU KHIỂN NHIỆT ĐỘ Luôn xảy ra quá trình thông tin đầy đủ (2 chiều) với sự tham gia của một hoặc nhiều vòng phản hồi để luôn theo dõi đối tượng, ổn định một vài thông số của nó trong giới hạn đã được vạch sẵn. ¾ Mức độ chính xác của quá trình tuỳ thuộc chặt chẽ vào khả năng phân giải của phần tử so sánh và độ chính xác của nguồn tín hiệu chuẩn cũng như khả năng biến đổi chính xác của phần tử đầu vào. Ở đây thấy rõ vai trò quyết định của đường thông tin ngược tới chất lượng của hệ thống. ¾ Tuỳ theo phương pháp xử lý, việc điều chỉnh có thể xảy ra liên tục theo thời gian (hệ analog) hay gián đoạn theo thời gian (hệ digital) miễn sao đạt được một giá trị trung bình mong muốn. Phương pháp điều chỉnh digital tỏ ra có nhiều ưu điểm do tiết kiệm được năng lượng và phối ghép thuận lợi với các hệ xử lý tín hiệu. Tuy nhiên với một hệ thống trong phạm vi nhỏ thì phương pháp điều chỉnh analog là dễ thực hiện bởi mạch điện đơn giản và có tính kinh tế cao. Trường Đại học Công Nghệ - 12 - Khoa Điện tử – Viễn thông Khoá luận tốt nghiệp Lê Kim Tuyến CHƯƠNG 2 ĐO ĐỘ ẨM TRONG LỒNG ẤP 2.1 CẢM BIẾN ĐỘ ẨM Cảm biến độ ẩm hoạt động dựa trên hiện ứng trường nhạy điện tích. Hiệu ứng trường nhạy điện tích là một hiệu ứng của vi cảm biến silic. Hiệu ứng này được áp dụng chủ yếu cho cảm biến hoá để đo mật độ vật chất trong không khí và dung dịch. Quá trình hình thành điện tích được dùng làm nguyên tắc cảm biến. Quá trình đo phụ thuộc vào độ ion hoá của đối tượng cần đo, hiệu ứng phân cực và quá trình phân cực chọn lọc. Để đo mật độ khí ta còn cần đến quá trình hấp thụ và hấp giải phân tử khí. Mật độ phân tử mang điện tích trong silic dưới lớp cách điện phụ thuộc vào lớp kép trong chi tiết nhạy ion. Hiệu điện thế ∆V của lớp kép này phụ thuộc vào mật độ vật chất cần đo. Hình 5 miêu tả hệ thống lớp tiêu biểu. Quá trình trao đổi chất xảy ra trong lớp nhạy. Lớp nhạy sẽ không cần thiết đến nếu ta dùng một lớp cách điện nhạy với môi trường đo (SiO2, S3N4, Al2O3). Hiệu điện thế V hình thành tại ranh giới giữa môi trường và lớp nhạy hấp thụ hay tại ranh giới giữa lớp nhạy hấp thụ và lớp cách điện. Hiệu điện thế này tạo trong silic dưới lớp cách điện một lượng điện tích tỷ lệ với mật độ chất cần đo Ci. ∆ Hiệu điện thế trên lớp nhạy ∆VIS là hàm của hoạt tĩnh ion ai (tỷ lệ thuận với Ci): ∆VIS = ∆V˚IS + zF RT ln(ai + Kijaj ) Trong đó : ∆V˚IS là hiệu điện thế tại hoạt tĩnh ion ai = 1 và hằng số chọn Kij = 0. Đại lượng đo là hoạt tĩnh ai. Quá trình phân ly khác nhau tại mật độ khác nhau cững như thành phần phức tạp của môi trường cần đo khiến số ion linh hoạt không tương đương với mật độ Ci. Hai đại lượng này phân biệt nhau bởi hệ số linh hoạt fi : ai = fi * Ci Trường Đại học Công Nghệ - 13 - Khoa Điện tử – Viễn thông Khoá luận tốt nghiệp Lê Kim Tuyến Dung dịch đo Lớp cách điện Lớp nhạy + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + V∆ V∆ V∆ a) b) c) Hinh 5: Quá trình hình thành điện tích trong silic được tạo bởi điện thế lớp kép . V∆ a,b) Tại ranh giới dung dịch đo - lớp nhạy. c) Giữa lớp nhạy và lớp cách điện Độ nhạy cảm biến được tính như sau : ) (ln )sV ( I aid d ∆ = 0,4343 ) (log ) V ( IS aid d ∆ = zF RT Nguyên tắc cảm biến nêu trên chỉ dùng cho chất lỏng và chất khí. Chất lỏng dẫn điện tạo điều kiện đo thuận lợi vì thành phần cần đo tự phân ly tạo nên chuỗi điện phân kín. Để đo và khuếch đại hiệu điện thế ta thường dùng tranzitor hiệu ứng trường MOS. Cấu tạo một tranzitor hiệu ứng trường ISFET như hình vẽ : Trường Đại học Công Nghệ - 14 - Khoa Điện tử – Viễn thông Khoá luận tốt nghiệp Lê Kim Tuyến Dung dịch điện phân Màng nhạy Lớp cách điện S D Cực so sánh n+n+ UD UC P - Si Hình 6: Cảm ứng ion ISFET Trong ISFET, cực cổng kim loại G được thay thế bởi màng nhạy ion, dung dịch điện phân và điện cực so sánh. Chuỗi điện phân kín được tạo nên bởi những thành phần kể trên. Hiệu điện thế ∆VIS ảnh hưởng trực tiếp đến điện dẫn điện của kênh dẫn giữa cực nguồn S và cực thoát D. Dòng cực tụ ID là đại lượng đo. Hàm cảm biến ISFET được xác định từ quan hệ dòng điện – hiệu điện thế của MOS-FET với cực cổng G được cách điện. Đối với hoạt động tâm cực UD << (UG - UT) ta có: ID = Ldi iUb D n εµ [const + UG - zF RT ln (ai + Kij ai) - ∆Vref - z UD ] Trong vùng bão hoà UD >> (UG - UT) thì ngược lại: ID = Ldi iUb D n εµ [const + UG - zF RT ln (ai + Kij ai) - ∆Vref ] Trường Đại học Công Nghệ - 15 - Khoa Điện tử – Viễn thông Khoá luận tốt nghiệp Lê Kim Tuyến Trong đó: - UT là hiệu điện thế giới hạn của ISFET. - ∆Vref là hiệu điện thế tại ranh giới điện môi / cực so sánh. - UG là hiệu điện thế cực cổng G. V’C ∆ ∆VIS ∆Vref UC Hình 7: Mô hình chuỗi điện phân Như vậy, với hiệu điện thế ực thoát D, UD không đổi thì dòng thoát chỉ thay đổi theo điện thế cực cổng G và hiệu điện thế ∆VIS . dID = Ldi ib n εµ [dUG + d(∆VIS)] Mật độ ion trong dung dịch điện môi có thể được xác định theo 3 phương pháp : * Hiệu điện thế chắn không đổi (dUG = 0) : dID = Ldi ib n εµ d(∆VIS) * Dòng thoát không đổi (dID = 0) : dUD= - d(∆VIS) * Cực cổng G với điện thế không xác định. Trường Đại học Công Nghệ - 16 - Khoa Điện tử – Viễn thông Khoá luận tốt nghiệp Lê Kim Tuyến Phương pháp đo thuận tiện nhất là phương pháp dòng thoát không đổi vì với phương pháp hàm đặc trưng không phụ thuộc vào tham số chi tiết (b, L, di, ε i, nµ ). Một lợi điểm nữa của phương pháp này là điện thế cực cổng G không đổi. Hiệu điện thế cực góp C, UG là hiệu điện thế giữa cực so sánh và cực nguồn S. Ngược lại với phương pháp đo hiệu điện thế, phương pháp đo dòng điện ∆ IG tại hiệu điện thế cực cổng G không đổi (UG = const) cần có hàm hiệu chỉnh. Hàm này phụ thuộc vào tham số chi tiết cảm biến. Trong trường hợp cực cổng G với điện thế không xác định, ta bỏ qua cực so sánh. Đại lượng đo là dòng cực thoát ID. Hoạt động của ISFET chủ yếu phụ thuộc vào đặc điểm điện hoá của vật liệu cực cổng G. Vật liệu thường dùng có thể sản xuất là : * SiO2 * Si3O4 / SiO2 * Al2O3 / SiO2 * Ta2O5 / SiO2 Những lớp kể trên có thể nhạy hoá tuỳ theo loại ion cần đo bằng cách cấy tạp dẫn trong khi kết tủa hay cấy ion sau khi kết tủa. Lớp vô cơ như silicat nhôm, silcat Bo hay hữu cơ như Poly Vinyl Chliorit (PVC) cóng có thể dùng làm lớp nhạy cho ISFET. Lớp nhạy bằng SiO2 được dùng cho các loại ion khác (H+,N+,K+,…). Nhược điểm của lớp này là độ linh động cao do tạp chất (N+) gây ra. Ta cũng có thể dùng những lớp kép như Si3O4/SiO2; Al2O3/SiO2; hay Ta2O5/SiO2. Một vấn đó còn tồn tại là cực so sánh phải chế tạo rời. Từ cách đo trên ta có nhiều nguyên tắc để đo độ ẩm : - Thay đổi điện trở khi hấp thụ H2O hay hấp giải H2O những lớp cách điện như SiO2 xốp, Al2O3 xốp trên vật liệu nền silic. - Thay đổi điện dung giữa điện cực trên lớp cách điện (SiO2) khi phân tử nước từ môi trường đọng trên vật liệu nền được làm lạnh. - Thay đổi điện dung của polyme khi hấp thụ hơi nước, polyme này được dùng làm lớp cách điện cực cổng G. Điện tích thay đổi điều biến điện dẫn điện của kênh tranzitor hiệu ứng trường. Trường Đại học Công Nghệ - 17 - Khoa Điện tử – Viễn thông Khoá luận tốt nghiệp Lê Kim Tuyến 2.2 ĐO ĐỘ ẨM TRONG LỒNG ẤP Cảm biến độ ẩm được dùng nhiều nhất trong lồng ấp là loại cảm biến thay đổi điện dung của polyme khi hấp thụ hơi nước. Trong lồng ấp, có một ngăn chứa nước. Để điều chỉnh độ ẩm trong lồng ấp, người ta điều chỉnh diện tích bề mặt bốc hơi nước của ngăn nước trên. Khi cần độ ẩm lớn thì cho diện tích bề mặt bốc hơi nước lớn, còn ngược lại , nếu yêu cầu độ ẩm bé thì ta điều chỉnh cho diện tích bề mặt bốc hơi nước bé đi. Các mức đo của cảm biến độ ẩm được đồng bộ với diện tích bề mặt bốc hơi nước. Vì thế khi điều chỉnh núm đặt độ ẩm cho lồng ấp thì một hệ cơ sẽ điều chỉnh diện tích bề mặt bốc hơi nước tương ứng. Đó chính là cách đặt độ ẩm cho lồng ấp. Trường Đại học Công Nghệ - 18 - Khoa Điện tử – Viễn thông Khoá luận tốt nghiệp Lê Kim Tuyến CHƯƠNG 3 MỘT SỐ LỒNG ẤP HIỆN ĐANG ĐƯỢC SỬ DỤNG Trong các bệnh viện ở nước ta hiện nay, có rất nhiều loại lồng ấp được sử dụng. Các lồng ấp có thể là rất hiện đại như V– 85, H– 1000 của Nhật Bản đón loại thô sơ, có kĩ của Italia như lồng ấp AGA… Nhưng chúng đều có chung một đặc điểm là yêu cầu độ tin cậy, độ chính xác cao. Sau đây trong khuôn khổ khoá luận tốt nghiệp này chúng ta sẽ tìm hiểu kĩ loại lồng ấp hiện đại nhất hiện nay, đó là loại lồng ấp V–85 của Nhật Bản. Các loại lồng ấp khác ta chỉ dừng lại ở mức giới thiệu và tham khảo các thông số kĩ thuật mà thôi. Hình 8: Lồng ấp V- 85 Trường Đại học Công Nghệ - 19 - Khoa Điện tử – Viễn thông Khoá luận tốt nghiệp Lê Kim Tuyến 3.1 LỒNG ẤP V–85: 3.1.1 Đặc điểm kĩ thuật ¾ Yêu cầu về điện: Xác định theo yêu cầu ¾ Điều khiển nhiệt bên ngoài và trong lồng ấp: Hệ thống SC/MC ¾ Cài đặt nhiệt độ bên ngoài: 34,0÷38,0˚C chính xác đến 0,1˚C. ¾ Chỉ thế nhiệt độ bên ngoài: 30,0÷42,0˚C chính xác đến 0,1˚C. ¾ Điều chỉnh nhiệt độ lồng ấp: 25,0÷38,0˚C chính xác đến 0,1˚C. ¾ Chỉ thế nhiệt độ lồng ấp: 20,0 ÷ 42,0˚C chính xác đến 0,1˚C. ¾ Chỉ thế về độ ẩm : Ấn nút chọn Độ ẩm 20 99% chính xác đến 1% ÷ ¾ Công suất lò sưởi : 0 - full, được chỉ thế bởi 12 cấp độ. ¾ Báo động: * Báo động về sự quá nhiệt độ: Nếu giá trị hiển thị của nhiệt độ không khí lồng ấp vượt quá 39,0˚C hoặc nhiệt độ của cảm biến nhiệt vượt quá 39,5 ± 0,5˚C , đèn báo quá nhiệt độ sẽ phát sáng, còi báo động sẽ kêu và nhiệt lượng sẽ bị ngắt. * Báo động về sự lưu thông không khí bên trong: Nếu bất cứ trở ngại nào phát sinh trong hệ thống lưu thông không khí, đèn báo sẽ phát sáng, còi báo động sẽ kêu và nhiệt lượng sẽ bị ngắt. * Báo động về nhiệt độ cao thấp: Nếu nhiệt độ không khí lồng ấp vượt quá nhiệt độ chọn trước 1,5˚C hoặc giảm xuống thấp hơn nhiệt độ ban đầu 3˚C, đèn báo nhiệt độ lựa chọn sẽ phát sáng và còi báo động kêu. (Điều khiển của MC) Nếu nhiệt độ da trẻ em chênh lệch với nhiệt độ đặt trước khoảng hơn ± 1˚C, đèn báo nhiệt độ lựa chọn sẽ phát sáng và còi báo động kêu. (Điều khiển của SC) * Báo động về cảm biến bên trong: Trường Đại học Công Nghệ - 20 - Khoa Điện tử – Viễn thông Khoá luận tốt nghiệp Lê Kim Tuyến Nếu có bất cứ sự cố nào phát sinh với các cảm biến về nhiệt độ không khí lồng ấp, độ ẩm, sự quá nhiệt độ và sự lưu thông không khí bên trong, đèn báo cảm biến bên trong sẽ phát sáng và còi báo động kêu. * Báo động đầu đo nhiệt độ ngoài da: Nếu có bất cứ rắc rối nào phát sinh với đầu đo nhiệt độ ngoài da, đèn báo sẽ phát sáng, còi báo động kêu và nhiệt lượng bị ngắt. * Báo động về sự thiếu hụt năng lượng: Nếu sự cung cấp năng lượng bị gián đoạn vì thiếu hụt năng lượng hoặc do các nguyên nhân khác. Đèn báo thiếu năng lượng sẽ phát sáng và còi báo động kêu. 3.1.2 Cấu tạo của lồng ấp V– 85 Lồng ấp V-85 được tạo thành bởi 6 cảm biến để điều khiển nhiệt độ, độ ẩm, và lưu lượng không khí tương ứng, một lò sưởi để làm ấm không khí lồng ấp, một cái quạt để lưu thông không khí bên trong và sáu bảng PC để điều khiển và hiển thị các đặc điểm hoặc đặc tính. 3.1.2.1 Chức năng của các cảm biến - Cảm biến nhiệt độ không khí lồng ấp: Chỉ ra nhiệt độ không khí trong lồng ấp. - Cảm biến độ ẩm tương đối: Chỉ ra nhiệt độ bị tác động bởi sự bốc hơi nước. Cảm biến này được bao bọc bởi một tấm vải dệt ướt. - Cảm biến về sự quá nhiệt độ: Chỉ ra sự tăng quá nhiệt độ không khí lồng ấp bằng cách sử dụng một dòng điện độc lập. - Cảm biến về lưu thông không khí: Chỉ ra sự thay đổi trong việc lưu thông không khí. - Cảm biến về nhiệt độ ngoài da: Chỉ ra nhiệt độ ngoài da trẻ sơ sinh. Cảm biến được dán vào da trẻ sơ sinh. 3.1.2.2 Chức năng chủ yếu của các bo mạch 8302A: Là bo mạch chính, trang bị cho CPU, có vai trò điều khiển tất cả. 8302B : Là bo mạch ngắt, được trang bị dùng cho ngắt hoạt động vào báo động thiếu năng lượng. 8302G: Được trang bị một role điều khiển nhiệt lượng và một cuộn dây điện. Trường Đại học Công Nghệ - 21 - Khoa Điện tử – Viễn thông Khoá luận tốt nghiệp Lê Kim Tuyến 8302D: Được trang bị cho EEPROM, nơi mà dữ liệu về sự biến đổi nhiệt độ trên da trẻ sơ sinh được lưu giữ. 8302E: Dùng đồng thời cho các việc xử lý biến đổi nhiệt độ không khí của lồng ấp, RH và EEPROM là nơi các giá trị chuẩn hoá được lưu giữ. 8302 D AC POWER INPUT +5V ±12V 8302 B SWITCH BOARD LED UNIT 8302 E 8302 A CPU BOARD 8302 G HEATER BOARD RH SENSOR INCUBATOR AIR TEMP SENSOR AIR FLOW SENSOR OVER TEMP SENSOR FAN HEATER SKIN TEMP SENSOR Hinh 9: Sơ đồ khối của các bo mạch 3.1.2.3 Các bộ phận khác Nguồn năng lượng: +5V(3A), +12V(1,2A), -12V(0,3A) Công suất lò sưởi : 260VA (W) Quạt : Giúp không khí lưu thông trong lồng ấp. Thiết bị LED: Hiển thị các dữ liệu điều khiển khác nhau và các trạng thái của lồng ấp V- 85. Trường Đại học Công Nghệ - 22 - Khoa Điện tử – Viễn thông Khoá luận tốt nghiệp Lê Kim Tuyến 3.1.2.4 Miêu tả chi tiết hệ thống mạch điện 3.1.2.4.1 Điện áp vào chuẩn Là thiết bị phải được đo nhiệt độ chính xác, được cung cấp nguồn 2,5V ± 25mV bởi một IC được thiết kế để truyền dẫn điện áp tương ứng có độ chính xác cao. Đầu ra cân xứng với sự thay đổi nhiệt độ chỉ ra bởi cảm biến được truyền dẫn tới CH0 - 4. Điểm kiểm tra thử: • a … 2,5V 25mV ± • b … 0,15V 5mV ± • Nếu dòng điện trở chính (1k ÷ 2kΩ ) được dẫn vào phần cảm biến, điện áp riêng biệt được phân chia thành R17~ 20 hoặc R23 và R27 được truyền đến cho CH0- 4. Hình 10: Mạch dòng điện áp chuẩn Trường Đại học Công Nghệ - 23 - Khoa Điện tử – Viễn thông Khoá luận tốt nghiệp Lê Kim Tuyến 3.1.2.4.2 Dòng điện báo tăng quá nhiệt độ: Sự tăng quá nhiệt độ thể hiện qua hai phương pháp sau : ™ Khi cảm biến báo nhiệt độ không khí trong lồng ấp là 39˚C hoặc cao hơn, cảm biến nhiệt độ không khí trong lồng ấp cảnh báo rằng có sự tăng quá nhiệt độ và làm cho chuông báo động kêu. ™ Cảm biến báo tăng quá nhiệt độ là một bộ phận không phụ thuộc vào dòng điện đo nhiệt độ do CPU điều khiển. Cảm biến này làm chuông báo động sự tăng quá nhiệt độ kêu khi nhiệt độ là 39,5± 0,5˚C. Trong trường hợp này cả báo động nhìn thấy và nghe thấy sẽ được điều chỉnh tự động. Khi cảm biến báo rằng nhiệt độ giảm xuống khoảng 2÷3˚C so với mức nhiệt độ báo động. Thông tin về nhiệt độ chứa trong cảm biến về sự tăng quá nhiệt độ sẽ được dẫn tới CPU và CH5 cùng với thông tin về điện áp. Khi cảm biến báo sự tăng quá nhiệt độ hoạt động, role (K2) trên bo mạch 8302G sẽ tắt và nguồn toả nhiệt sẽ bị ngắt. Mức báo sự tăng quá nhiệt độ được gắn vào VR1. Điều chỉnh sự tăng nhiệt cho quá trình hoạt động. Hình 11: Mạch dòng điện báo tăng quá nhiệt độ Trường Đại học Công Nghệ - 24 - Khoa Điện tử – Viễn thông Khoá luận tốt nghiệp Lê Kim Tuyến 3.1.2.4.3 Mạch chuyển đổi AD Dữ liệu về nhiệt được nạp vào bởi mỗi cảm biến nhiệt được chuyển đổi bởi 8CH (U14) và được nạp theo dữ liệu số tới CPU với 10 bit chuyển đổi (U13). Điện áp tương tự được nạp vào bởi một cảm biến sẽ thay đổi từ 0,15 ÷1,15V trong những điều kiện bình thường. Nếu cảm biến bị ngắt, điện áp 2,5V sẽ được nạp vào hoặc nếu nó bị chập (đoản mạch) điện áp 0V sẽ được nạp vào (Trong trường hợp CH4, điện áp 0V được nạp vào vì bị ngắt còn điện áp 2,5V bị đoản mạch). U15 sẽ thoát ra điện áp 0V trong trường hợp ngắt cảm biến. Trong khi CPU sẽ nhận biết một cảm biến bị đoản mạch và nó sẽ báo động. Hình 12: Mạch điện dòng chuyển đổi AD Trường Đại học Công Nghệ - 25 - Khoa Điện tử – Viễn thông Khoá luận tốt nghiệp Lê Kim Tuyến 3.1.2.4.4 Mach khóa lối vào Khi ấn vào công tắc khóa mạch trên bảng 8302B, 8 bit chốt (U4) sẽ đưa vào những thông tin khóa tới CPU với AD 0 – 7 Hình 13: Mạch khóa lối vào 3.1.2.4.5 Dòng nạp điện Bộ phận này có ắc quy Ni - Cd bên trong để phát làm cho còi báo động kêu và đón LED hiển thị khi thiếu năng lượng. Báo động thiếu năng lượng sẽ được phát ra nếu nguồn AC không được cung cấp cho dù chúng ta ấn công tắc nguồn. Hình14 : Mạch nạp điện Trường Đại học Công Nghệ - 26 - Khoa Điện tử – Viễn thông Khoá luận tốt nghiệp Lê Kim Tuyến 3.1.2.4.6 Mạch báo CPU ngừng hoạt động Nếu có bất cứ vấn đó nào phát sinh ở CPU và chương trình ngừng hoạt động thì ngay lập tức báo động phát ra và nhiệt lượng bị ngắt. Hình 15: Mạch báo CPU ngừng hoạt động 3.1.2.4.7 Bộ phận hiển thị Thông tin về nhiệt độ, tình trạng điều khiển và các dữ liệu khác được CPU xử lý và hiển thị trên LED mặt trước. 3.1.2.4.8 Sao lưu dữ liệu với EEPROM Khi tắt bộ phận này, chức năng sao lưu dữ liệu và sửa lỗi cho các cảm biến tương ứng sẽ được giữ nguyên. Trường Đại học Công Nghệ - 27 - Khoa Điện tử – Viễn thông Khoá luận tốt nghiệp Lê Kim Tuyến Chú ý: Khi dữ liệu chứa trong EEPROM trên bảng 8302A (CPU); Bảng 8302D; Bảng 8302E tương ứng với mỗi thiết bị hoặc cảm biến, các cảm biến hoặc EEPROM không thể bị thay thế. 3.1.2.4.9 Mạch điện điều khiển lò sưỡi CPU truyền tín hiệu điều khiển lò sưỡi với U6 (81C55) để điều khiển K1 (SSR) trên bảng 8302G. Lò sưỡi gửi tín hiệu trở lại CPU thông qua các cảm biến đang hoạt động (L1) để điều chỉnh các vấn đề phát sinh trên SSR, lò sưỡi,..vv. Hình 16 : Mạch điều khiển lò sưỡi Trường Đại học Công Nghệ - 28 - Khoa Điện tử – Viễn thông Khoá luận tốt nghiệp Lê Kim Tuyến 3.12.4.10 Khởi động quá trình lưu không không khí Để chỉ ra những điều khác thường trong quá trình lưu thông không khí trong lồng ấp. Điều kiện của việc lưu thông không khí bên trong ổn định ở nhiệt độ tương đối bao quanh (300C, 340C, 370C) phải được lưu giữ trong bộ phận điều khiển. Nếu quạt ngừng hoạt động hoặc nếu bất cứ điều bất thường nào phát sinh tại cửa thoát khí hoặc cửa dẫn khí của hệ thống lưu thông không khí bên trong, sự lưu thông không khí sẽ bị gián đoạn, báo động sẽ xuất hiện. Tín hiệu không chính xác về sự lưu thông không khí bên trong lồng ấp có thể làm cho nhứng điều bất thường trong quá trình lưu thông không khí không được thể hiện chính xác. Trong trường hợp đó cần thiết phải khởi động lại. Kỹ thuật khởi động: Việc vận hành bàn phím giúp bạn có thể thực hiện cài đặt ban đầu cho hệ thống lưu thông không khí trong lồng ấp. Chúng ta cần chú ý cẩn thận vì sự vận hành sai có chủ định này có thể phá huỷ chức năng bên trong của lồng ấp. Các bước cài đặt: + Bước 1: Lắp đặt các bộ phận như cổng tiếp nhận một cách an toàn. Đổ đầy nước vào bể chứa độ ẩm tới mức riêng biệt và đặt mức trung hoà tới mức độ ẩm cao. Chú ý các bộ phận khi đã được lắp đặt thì không thể bị điều chỉnh cho đến khi lắp đặt ban đầu của hệ thống lưu thông không khí bên trong lồng ấp kết thúc. Nếu bất cứ tiến trình nào diễn ra trên thiết bị trong khoảng thời gian đó, cài đặt ban đầu không thể thực hiên một cách chính xác. + Bước 2: Bật công tắc nguồn đồng thời ấn công tắc 2 & 5. Giữ công tắc 2 & 5 cho đón khi chương trình tự dự đoán kết thúc. Cài đặt ban đầu cho sự lưu thông không khí bên trong được bắt đầu khi màn hình hiện ra F30. + Bước 3: Trong quá trình cài đặt, nhiệt độ không khí lồng ấp thay đổi tự động từ 30 ÷370C. Điều kiện ổn định của sự lưu thông không khí bên trong tại mỗi mức nhiệt độ được ghi nhớ lại. + Bước 4: Cài đạt ban đầu của sự lưu thông không khí bên trong hoàn thành khi màn hiển thế nhiệt độ cài đặt hiện ra END. Nhiệt độ không khí lồng ấp sẽ được lắp đặt và điều chỉnh từ 340C trở lên. Trường Đại học Công Nghệ - 29 - Khoa Điện tử – Viễn thông Khoá luận tốt nghiệp Lê Kim Tuyến Chú ý: Nếu cài đặt ban đầu bị gián đoạn, những điều kiện trước lúc cài đật sẽ được giữ nguyên. Nếu cài đặt ban đầu hoàn thành và dừng lại tự động, chúng ta không thể chắc chắn rắng những giá trị cài đặt ban đầu như thế được chấp nhận bởi các bộ phận điều khiển. Vì vậy, hãy cài đặt lại. 3.1.2.4.11 Điều chỉnh tự tăng nhiệt Điều chỉnh VR1 trên dòng điện báo tăng nhiệt độ. VR1 được tiếp nhận tại khoá bộ phận tiếp nguồn cảm biến trên công tắc nguồn lắp bên cạnh bộ phận nguồn. Khi cần tăng nhiệt độ thì vặn VR1 theo chiều kim đồng hồ để cho báo động tăng quá nhiệt độ không hoạt động, khi nhiệt độ không khí trong lồng ấp tăng lên tới 39,50C. Khi nhiệt độ không khí ổn định ở 39,50C, từ từ bật VR1 ngược theo chiều kim đồng hồ cho đến khi có báo động quá nhiệt độ. Hình 17: Lồng ấp V- 85 Trường Đại học Công Nghệ - 30 - Khoa Điện tử – Viễn thông Khoá luận tốt nghiệp Lê Kim Tuyến 3.2 LỒNG ẤP AGA Đây là loại lồng ấp do Italia sản xuất. Loại lồng ấp này thuộc thế hệ đầu tiên của lồng ấp nên khá thô sơ trong cấu tạo và hoạt động. Hiện nay, loại lồng ấp này ít được sử dụng trong các bệnh viện. Hình16 : Lồng ấp AGA Lồng ấp AGA hoạt động theo chế độ ON-OFF. Các thông số kỹ thuật của lồng ấp AGA: - Điện áp tiêu thụ: 220V – 50Hz - Lồng ấp dùng đón chiếu sáng để sưởi ấm. Nó sử dụng bóng đèn OSRAM 260W. - AGA có quạt gió giúp điều chỉnh lượng oxy cho lồng ấp. - Hệ thống điều chỉnh độ ẩm Humidyty rất đơn giản. Tuỳ theo yêu cầu sử dụng mà ta đặt độ ẩm là bao nhiêu phần trăm. - AGA có các loại báo động: + Báo động đèn chiếu sáng không sáng ALARM LAMP. Trường Đại học Công Nghệ - 31 - Khoa Điện tử – Viễn thông Khoá luận tốt nghiệp Lê Kim Tuyến + Báo động không có oxy ALARM O2 + Báo động quạt không hoạt động ALARM VENTILATOR 3.3 LỒNG ẤP AR300- 2750 Lồng ấp loại này do Pháp chế tạo. Cấu trúc của máy khá phức tạp, có nhiều chức năng như đo, khống chế nhiệt độ, báo động, chỉ thị, … Các thông số kỹ thuật: - Dải điều chỉnh nhiệt độ không khí 28 ÷380C. - Thời gian quá độ < 45 phút - Sai lệch nhiệt độ khi xác lập 0,20C - Sự quá điều khiển: 0,50C max - Sự sai lệch nhiệt độ không khí thực tế và chỉ thế ± 10C. - Sự sai lệch nhiệt độ không khí và nhiệt độ đặt ± 0,50C - Điện áp tiêu thụ 220V, 50Hz - Công suất sợi nung 260W. - Nhiệt độ trung bình trong lồng ấp là 36,40C. Lồng ấp AR300- 2750 có 2 ch? độ làm việc: Air mode và Baby mode. + Air mode là chế độ làm việc dựa vào nhiệt độ không khí mà ta đặt trước trong lồng ấp. + Baby mode là chế độ làm việc dựa vào thân nhiệt của trẻ. Trong chế độ này, máy vào trẻ giao tiếp thông qua một đầu đo dán trên da của trẻ. Đầu đo này hoạt động trên miền nhiệt độ 36,6 37,2÷ 0C. Các loại báo động của lồng ấp AR300- 2750 được nhận biết bằng đèn và âm thanh: - Báo động quạt không quay. - Báo động mất nguồn. - Báo động quá nhiệt độ. - Báo động nhiệt độ thấp. Trường Đại học Công Nghệ - 32 - Khoa Điện tử – Viễn thông Khoá luận tốt nghiệp Lê Kim Tuyến Hình 17: Lồng ấp AR300- 2750 Độ ẩm của lồng ấp được điều chỉnh theo yêu cầu. Độ ẩm được điều chỉnh theo diện tích bề mặt bốc hơi nước. Loại lồng ấp AR300- 2750 hiện nay được dùng phổ biến tại các bệnh viện nước ta. Loại lồng ấp này do quốc tế viện trợ. Tại bệnh viện Phụ sản Hà Nội có khoảng 30 máy nhãn hiệu AR300- 2750 đang được sử dụng. 3.4 LỒNG ẤP H- 1000 Lồng ấp nhãn hiệu H- 1000 là loại lồng ấp hiện đại do Nhật Bản sản xuất. Lồng ấp loại này hiện tại được rất nhiều bệnh viện tin dùng bởi vì lồng ấp này cũng tương tự lồng ấp V - 85 mà ta đã tìm hiểu ở phía trước. Nó có cấu tạo rất phức tạp bao gồm nhiều chức năng hiển thị và báo động. ™ Các thông số kỹ thuật của H- 1000: - Dải điều chỉnh nhiệt độ không khí: 28 ÷380C - Thời gian quá độ: < 45 phút - Sai lệch nhiệt độ khi xác lập: 0,20C Trường Đại học Công Nghệ - 33 - Khoa Điện tử – Viễn thông Khoá luận tốt nghiệp Lê Kim Tuyến - Điện áp tiêu thụ: 220V, 50Hz - Công suất sợi nung: 260W Hình 18 : Lồng ấp H-1000 ™ Một số loại báo động: - Báo động quạt không hoạt động. - Báo động quá nhiệt độ. - Báo động nhiệt độ thấp. - Báo động mất nguồn. - Báo động của đầu đo nhiệt độ ngoài da. - Báo động quá công suất lò nung………. Lồng ấp H- 1000 khác lồng ấp V- 85 ở chỗ H- 1000 có đón 0 - 1/2 - Max heater output. Chức năng của đèn này là báo chế độ kháng đốt của máy. Khi cần làm ấm lồng ấp thì kháng đốt mở tối đa còn khi chỉ cần duy trì nhiệt độ bình thường trong lồng ấp thì đèn này hoạt động ở chế độ duy trì. Trường Đại học Công Nghệ - 34 - Khoa Điện tử – Viễn thông Khoá luận tốt nghiệp Lê Kim Tuyến H- 1000 có chế độ điều khiển bằng tay và có chế độ điều khiển nhiệt độ thông qua nhiệt độ trên bề mặt da của trẻ. Việc sử dụng chế độ làm việc nào là do yêu cầu điều trị của trẻ. Độ ẩm trong lồng ấp của lồng ấp loại này cũng được điều chỉnh như các loại lồng ấp khác. Nghĩa là độ ẩm được đặt theo yêu cầu và điều chỉnh theo diện tích bề mặt bốc hơi nước. Có điều khác ở loại lồng ấp này là nó có một bảng đối chiếu nhiệt độ và độ ẩm. Tức là có sự đồng bộ giữa nhiệt độ và độ ẩm trong lồng ấp. Trường Đại học Công Nghệ - 35 - Khoa Điện tử – Viễn thông Khoá luận tốt nghiệp Lê Kim Tuyến KẾT LUẬN Sau một thời gian nghiên cứu và tìm hiểu với sự giúp đỡ của thầy hướng dẫn và các anh chị ở phòng kỹ thuật bệnh viện Phụ sản Hà Nội tôi đã hoàn thành đó tài khoá luận “ Tìm hiểu hệ thống ổn định nhiệt độ và độ ẩm dùng trong các lồng ấp ở bệnh viện”. Trong khoá luận này tôi đã thực hiện được các nội dung: - Tìm hiểu hệ thống đo và ổn định nhiệt độ trong lồng ấp. Trong phần này, tôi đã tìm hiểu một số cảm biến được dùng để đo nhiệt độ như cảm biến nhiệt điện trở, cảm biến dưới dạng IC, cảm biến dùng Diode và Transistor. Thông qua việc tìm hiểu các loại cảm biến này, cho thấy ta chúng ta có thể đo nhiệt độ bằng nhiều cách khác nhau. Và tuỳ vào từng trường hợp mà ta sử dụng các loại cảm biến ấy cho thích hợp. Việc tìm hiểu hệ thống ổn định nhiệt độ trong lồng ấp cho tôi thấy có thể ứng dụng hệ thống này vào nhiều việc khác như là các Tủ ấm, tủ sấy…dùng trong y tế và công nghiệp chế biến thực phẩm. Hệ thống này cũng có thể ứng dụng trong sản xuất công nghiệp như dùng để khống chế, điều chỉnh nhiệt độ trong các lò nung công nghiệp. - Tìm hiểu hệ thống đo và ổn định độ ẩm trong lồng ấp. Trong phần này tôi đã giới thiệu cách cảm biến đo độ ẩm dùng để đo độ ẩm. Đó là việc áp dụng hiệu ứng trường nhạy điện tích vào việc đo mật độ vật chất trong khí và dung dịch. Từ đó, ta có thể sử dụng cảm biến trong ngành Hoá học để đo mật độ các chất trong dung dịch. - Giới thiệu một số loại lồng ấp hiện đang sử dụng. Phần này tôi giới thiệu các loại lồng ấp đang được sử dụng tại các bệnh, mà cụ thể lồng ấp bệnh viện Phụ sản Hà Nội. Bệnh viện Phụ sản Hà Nội hiện nay dùng rất nhiềulồng ấp, và chúng có nhiều loại như AGA của Italia, AR300– 2750 của Pháp, H– 1000 của Nhật và đặc biệt là loại V– 85 cũng do Nhật sản xuất. Có thể nói đây là loại lồng ấp hiện đại nhất hiện nay. Thông qua việc giới thiệu các loại lồng ấp nêu trên tôi muốn trình bày hệ thống ổn định nhiệt độ và độ ẩm của lồng ấp nuôi dưỡng trẻ sơ sinh và cũng qua đó muốn nhấn mạnh đến khía cạnh là Việt Nam chưa có cơ sỏ nào sản xuất được lồng ấp. Do có yêu cầu độ tin cậy và chính xác cao nên giá thành của lồng ấp cũng khá cao, đó cũng là một ghánh nặng cho nhà nước khi phải nhập khẩu thiết bị này. Hiện nay có nhiều lồng ấp bị hỏng song do cấu tạo phức tạp khó sữa chữa, hơn nữa lại không có thiết bị, phụ tùng thay thế. Vì vậy các lồng ấp bị hỏng thường là không dùng được nữa. Đây là một sự lãng phí lớn. Vấn đề cấp thiết đặt ra là nước ta cần sớm sản xuất được thiết bị phụ tùng thay Trường Đại học Công Nghệ - 36 - Khoa Điện tử – Viễn thông Khoá luận tốt nghiệp Lê Kim Tuyến thế và tiến tới sản xuất được lồng ấp thì lúc ấy mới đảm bảo cung cấp đủ cho hệ thống y tế còn nhiều thiếu thốn. Mặc dù đã cố gắng rất nhiều nhưng do thời gian và trình độ còn hạn chế nên khoá luận không thể tránh khỏi những thiếu sót và khiếm khuyết. Kính mong nhận được sự chỉ bảo, đóng góp ý kiến của các thầy cô giáo và bạn bè để khoá luận này được hoàn chỉnh hơn. Một lần nữa, xin chân thành cảm ơn các thầy cô giáo trong khoa Điện tử - Viễn thông, bạn bè và đặc biệt là thầy giáo T.S Ngô Diên Tập đã trực tiếp hướng dẫn tôi hoàn thành khoá luận này. Hà nội tháng 6 năm 2005 Trường Đại học Công Nghệ - 37 - Khoa Điện tử – Viễn thông DANH SÁCH CÁC LOẠI BÁO ĐỘNG Chức năng báo động (1) Điều kiện báo động (2) Thời gian trì hoãn (3) Nhiệt toả ra (4) Chớp sáng/ âm thanh liên tục (5) Chớp sáng/ âm thanh ngắt quãng (6) Phát sáng/ âm thanh liên tục (7) Điều chỉnh tự động (8) Điều chỉnh bằng tay (9) 15 phút yên lặng (10) Sự lưu thông không khí bên trong Động cơ ngừng hoạt động, quạt không được gắn vào cửa dẫn khí hoặc thoát khí bị khoá hay bất cứ trở ngại nào phát sinh trong hệ thống lưu thông không khí (trừ quá trình làm ấm) Trong 15 phút Tắt 0 -- -- -- Điều chỉnh có thể không có điều kiện. Báo động lưu thông không khí bên trong sẽ ngừng lại 15 phút sau khi được điều chỉnh -- Sự tăng quá nhiệt độ Nhiệt độ không khí trong lồng ấp là 39,5 ± 0,5˚C Ngay lập tức Tắt 0 (Con số trên màn hình hiển thị nhiệt độ lồng ấp phát sáng) -- -- Trong khoảng 34 ÷ 37˚C -- -- Thiếu năng lượng Thiếu năng lượng, phích điện không tiếp điện, dây điện bị đứt, hoạt động của các thiết bị ngắt mạch điện Ngay lập tức -- -- -- 0 -- -- -- DANH SÁCH CÁC LOẠI BÁO ĐỘNG (Tiếp theo) (1) (2) (3) (4) (5) (6) (7) (8) (9) (10) Nhiệt độ ngoài da cao hơn nhiệt độ lựa chọn ban đầu là 10C Khoảng 12 giây Tắt -- 0 -- 0 -- 0Nhiệt độ ngoài da Nhiệt độ ngoài da thấp hơn nhiệt độ lựa chọn ban đầu là 10C Khoảng 12 giây Không thay đổi 0 -- -- 0 -- 0 Nhiệt độ không khí lồng ấp cao hơn nhiệt độ lựa chọn ban đầu là 1,50C Khoảng 12 giây Tắt -- 0 -- 0 -- 0 Nhiệt độ lựa chọn ban đầu (chức năng báo động có thể thực hiện khi có phạm vi thông thường. Báo động sẽ hoạt động nếu vượt quá 50 phút trước khi có phạm vi thông thường) Nhiệt độ không khí lồng ấp Nhiệt độ không khí lồng ấp thấp hơn nhiệt độ lựa chọn ban đầu là 30C Khoảng 12 giây Không thay đổi 0 -- -- 0 -- 0 > 370C Nhiệt độ không khí lồng ấp cao hơn 370C Ngay lập tức Không thay đổi -- -- 0 0 -- -- DANH SÁCH CÁC LOẠI BÁO ĐỘNG (Tiếp theo) (1) (2) (3) (4) (5) (6) (7) (8) (9) (10) Các cảm biến nhiệt độ bị đoản mạch Ngay lập tức Tắt -- 0 -- -- Khi bộ phận trở lại điều kiện bình thường -- Cảm biến nhiệt độ Các cảm biến nhiệt độ bị ngắt hoặc bộ phận tiếp nguồn không tiếp nguồn chính xác. Ngay lập tức Tắt 0 -- -- -- Khi bộ phận trở lại điều kiện bình thường -- Chập, đoản mạch. Ngay lập tức Tắt -- 0 -- -- Khi bộ phận trở lại điều kiện bình thường -- Đầu đo nhiệt độ ngoài da Bị ngắt hoặc bộ phận tiếp nguồn không tiếp nguồn chính xác. Ngay lập tức Tắt 0 -- -- -- Khi bộ phận trở lại điều kiện bình thường -- Lò sưởi không tiếp nguồn Lò sưởi không tiếp nguồn, rơ le không hoàn thiện, bộ phận tiếp nguồn không tiếp nguồn chính xác. Ngay lập tức Tắt Đèn lò sưởi phát sáng -- -- -- Khi bộ phận trở lại điều kiện bình thường -- TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Phạm Quốc Phô (chủ biên), Nguyễn Đức Chính, “Giáo trình cảm biến”, NXB KHKT 2001. [2] Nguyễn Nam Trung, “Cơ sở công nghệ vi điện tử và vi hệ thống”, NXB KHKT 2001. [3] Joseph J. Carr, “Sensor and circuits”, PTR Prentice Hall, Englewood Cliffs, New Jerse 1993. [4] Model V- 85, Atom infant incubator, Service manual, 1995