Đồ án Thiết kế và thi công hệ thống điều khiển và giám sát giường y tế

 NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP 
 TRƯỜNG ĐH SPKT TP. HỒ CHÍ MINH CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM 
 KHOA ĐIỆN-ĐIỆN TỬ ĐỘC LẬP - TỰ DO - HẠNH PHÚC 
 BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH ----o0o---- 
 Tp. HCM, ngày tháng 12 năm 2019 
 NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP 
Họ tên sinh viên: Nguyễn Văn Phương MSSV: 14141239 
 Lớp: 14141DT1A 
 Vũ Thành Nam MSSV: 13141195 
 Lớp: 13141DT1A 
Chuyên ngành: Điện tử Công Nghiệp – Y Sinh Mã ngành: 41 
Hệ đào tạo: Đại học chính quy Mã hệ: 1 
Khóa: 2014 
I. TÊN ĐỀ TÀI: THIẾT KẾ VÀ THI CÔNG HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN VÀ 
GIÁM SÁT GIƯỜNG Y TẾ 
II. NHIỆM VỤ 
1. Các số liệu ban đầu: 
 - Sử dụng module ESP32 và các linh kiện cần thiết liên quan đến đề tài. 
2. Nội dung thực hiện: 
 - NỘI DUNG 1: Tìm hiểu cách thức hoạt động của giường y tế truyền thống và 
 giường y tế tự động. 
 - NỘI DUNG 2: Thiết kế, thi công mạch điều khiển sử dụng ESP32S và các thiết 
 bị ngoại vi. 
 - NỘI DUNG 3: Viết chương trình cho mạch điều khiển. 
 - NỘI DUNG 4: Lắp đặt thiết bị và các module ngoại vi. 
 - NỘI DUNG 5: Chạy thử nghiệm hệ thống. 
 - NỘI DUNG 6: Thiết kế, lập trình và điều khiển thiết bị qua điện thoạt. 
BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP- Y SINH ii 
 NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP 
 - NỘI DUNG 7: Cân chỉnh hệ thống. 
 - NỘI DUNG 8: Viết sách luận văn. 
 - NỘI DUNG 9: Báo cáo đề tài tốt nghiệp. 
III. NGÀY GIAO NHIỆM VỤ: / /2019 
IV. NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ: / /2019 
V. HỌ VÀ TÊN CÁN BỘ HƯỚNG DẪN: ThS. Nguyễn Thanh Nghĩa 
CÁN BỘ HƯỚNG DẪN BM. ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH 
BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP- Y SINH iii 
 LỊCH TRÌNH THỰC HIỆN ĐỒ ÁN 
 TRƯỜNG ĐH SPKT TP. HỒ CHÍ MINH CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM 
 KHOA ĐIỆN-ĐIỆN TỬ ĐỘC LẬP - TỰ DO - HẠNH PHÚC 
BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH ----o0o---- 
 Tp. HCM, ngày 30 tháng 12 năm 2019 
 LỊCH TRÌNH THỰC HIỆN ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP 
Họ và tên sinh viên 1: NGUYỄN VĂN PHƯƠNG 
Lớp: 14141DT1A MSSV:14141239 
Họ và tên sinh viên 2:VŨ THÀNH NAM 
Lớp: 13141DT1A MSSV:13141195 
Tên đề tài: THIẾT KẾ VÀ THI CÔNG HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN VÀ GIÁM 
SÁT GIƯỜNG Y TẾ 
 Xác 
 Tuần/ngày Nội dung nhận 
 GVHD 
 Tuần 1 
 - Gặp GVHD để nghe phổ biến yêu cầu 
 (01/10 - 
 làm đồ án, tiến hành chọn đồ án. 
 07/10) 
 Tuần 2 
 (08/10 - - GVHD tiến hành xét duyệt đề tài 
 14/10) 
 Tuần 3 
 (15/10 - - Viết đề cương tóm tắt nội dung đồ án. 
 21/10) 
 Tuần 4 - Tiến hành thiết kế sơ đồ khối, giải thích 
 (22/10 - chức năng các khối. 
 28/10) - Lựa chọn linh kiện chính cho các khối. 
 - Thiết kế sơ đồ nguyên lý và giải thích 
 Tuần 5 
 hoạt động của mạch. 
BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP- Y SINH iv 
 LỊCH TRÌNH THỰC HIỆN ĐỒ ÁN 
 (29/10 - 
 04/11) 
 Tuần 6 - Lựa chọn và mua linh kiện. Kiểm tra 
 (05/11 - các linh kiện. 
 11/11) - Vẽ mạch in PCB. 
 Tuần 7 
 - Tiến hành thi công mạch. 
 (12/11 - 
 - Kiểm tra mạch thi công. 
 18/11) 
 Tuần 8 - Kiểm tra mạch thi công. 
 (19/11 - - Viết chương trình và thử nghiệm kiểm 
 25/11) tra hoạt động của mạch điều khiển. 
 Tuần 9 
 - Kết nối các module lại với nhau 
 (26/11 - 
 - Viết chương trình điều khiển 
 02/12) 
 - Viết chương trình điều khiển. 
 Tuần 10 
 - Thiết kế app trên điện thoại 
 (03/12 - 
 - Chạy thử nghiệm, kiểm tra lỗi và tối ưu 
 09/12) 
 hệ thống. 
 - Thiết kế, lắp ráp động cơ vào giường 
 Tuần 11 thật 
 (10/12 - - Chạy thử nghiệm và chỉnh sửa hệ 
 16/12) thống. 
 - Viết báo cáo. 
 Tuần 12 
 - Chỉnh sửa hệ thống chạy tối ưu. 
 (17/12 - 
 - Viết báo cáo 
 23/12) 
 Tuần 13 
 - Hoàn thiện báo cáo và gửi cho GVHD 
 (24/12 - 
 để xem xét và góp ý. 
 31/12) 
BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP- Y SINH v 
 LỊCH TRÌNH THỰC HIỆN ĐỒ ÁN 
 Tuần 14 - Hoàn thiện báo cáo lần cuối trước khi in 
 (01/01 - và tiến hành nộp cuốn báo cáo cho GVHD 
 06/01) để xác nhận và ký tên. 
 - Nộp báo cáo về Bộ môn Điện tử Công 
 Tuần 15 
 nghiệp-y sinh. 
 (07/01– 
 - Làm slide Power Point để bảo vệ đồ án 
 13/01) 
 tốt nghiệp. 
 GV HƯỚNG DẪN 
 (Ký và ghi rõ họ và tên)
BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP- Y SINH vi 
 LỜI CAM ĐOAN 
 LỜI CAM ĐOAN 
Chúng tôi cam đoan đề tài đồ án tốt nghiệp do chính chúng tôi thực hiện dưới sự 
hướng dẫn của Ths. Nguyễn Thanh Nghĩa, có tham khảo một số tài liệu liên quan và 
không sao chép từ tài liệu hay công trình đã có trước đó, nội dung - kết quả trong đề 
tài đồ án tốt nghiệp hoàn toàn trung thực. 
Nếu có bất kỳ sự gian lận nào, chúng tôi xin chịu trách nhiệm hoàn toàn về nội dung 
đề tài của mình. 
 Người thực hiện đề tài 
 Nguyễn Văn Phương Vũ Thành Nam 
BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP- Y SINH vii 
 LỜI CẢM ƠN 
 LỜI CẢM ƠN 
  
Lời đầu tiên, chúng em xin chân thành cảm ơn các Thầy/Cô trong trường Đại học Sư 
phạm Kỹ thuật TPHCM nói chung và các Thầy/Cô trong khoa Điện-Điện tử nói riêng 
đã truyền đạt những kiến thức quý báu về các môn đại cương cũng như các môn 
chuyên ngành, những buổi thực hành nhiệt tình của các Thầy/Cô giúp chúng em có 
được những kiến thức vững vàng để có tiền đề hoàn thành đề tài cũng như trong sự 
nghiệp sau này. 
Lời tiếp theo, chúng em xin được phép gửi đến thầy Nguyễn Thanh Nghĩa lòng biết 
ơn và lời cảm ơn chân thành sâu sắc nhất, người đã tận tình hướng dẫn, giúp đỡ, tạo 
điều kiện tốt nhất trong suốt thời gian hoàn thành Đồ Án Tốt Nghiệp. 
Cuối cùng, nhóm em cũng xin cảm ơn đến gia đình và bạn bè, những người cũng đã 
hỗ trợ, quan tâm, giúp đỡ và động viên trong suốt quá trình học tập cũng như hoàn 
thành Đồ Án Tốt nghiệp. Mặc dù đã cố gắng hoàn thành mục tiêu đề tài đặt ra nhưng 
do kiến thức còn hạn chế nên chắc chắn không tránh khỏi những thiếu sót, mong quý 
Thầy/Cô thông cảm, mong nhận được những ý kiến chân thật và nhóm sẽ luôn học 
hỏi và khắc phục để có được kết quả tốt nhất. 
Nhóm em xin chân thành cảm ơn! 
 Sinh viên thực hiện 
 Nguyễn Văn Phương Vũ Thành Nam 
BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP- Y SINH viii 
 MỤC LỤC 
 MỤC LỤC 
NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ------------------------------------------------------- II 
LỊCH TRÌNH THỰC HIỆN ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ----------------------------------- IV 
LỜI CAM ĐOAN -------------------------------------------------------------------------- VII 
LỜI CẢM ƠN ----------------------------------------------------------------------------- VIII 
MỤC LỤC ------------------------------------------------------------------------------------ IX 
DANH MỤC HÌNH ------------------------------------------------------------------------- XI 
DANH MỤC BẢNG --------------------------------------------------------------------- XIII 
CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN ---------------------------------------------------------------- 1 
 1.1. Đặt vấn đề ------------------------------------------------------------------------------- 1 
 1.2. Mục tiêu --------------------------------------------------------------------------------- 1 
 1.3. Nội dung nghiên cứu ------------------------------------------------------------------- 2 
 1.4. Giới hạn --------------------------------------------------------------------------------- 2 
 1.5. Bố cục ------------------------------------------------------------------------------------ 2 
CHƯƠNG 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT ------------------------------------------------------ 4 
 2.1 Cấu tạo giường y tế ------------------------------------------------------------------- 4 
 2.1.1 Cấu tạo và cách hoạt động của giường y tế --------------------------------------- 4 
 2.1.2 Cấu tạo giường y tế tự động -------------------------------------------------------- 5 
 2.2 Tổng quan về Wifi --------------------------------------------------------------------- 6 
 2.3 Tổng quan về hệ điều hành android ------------------------------------------------- 6 
 2.4 Giới thiệu phần cứng. ------------------------------------------------------------------ 7 
 2.4.1 Xi lanh điện --------------------------------------------------------------------------- 7 
 2.4.2 Relay SRD12VDC ----------------------------------------------------------------- 10 
 2.4.2 Module cầu H. ---------------------------------------------------------------------- 11 
 2.4.3 Module relay ------------------------------------------------------------------------ 14 
 2.4.4 Kit ESP32. -------------------------------------------------------------------------- 14 
 2.4.5 Module thu phát sóng RF 315MHz ---------------------------------------------- 16 
 2.4.6 Module giảm áp LM2596 --------------------------------------------------------- 18 
 2.4.7 Chuông điện------------------------------------------------------------------------- 19 
CHƯƠNG 3.TÍNH TOÁN VÀ THIẾT KẾ ------------------------------------------- 21 
 3.1 Giới thiệu ------------------------------------------------------------------------------- 21 
 3.2 Tính toán và thiết kế hệ thống ------------------------------------------------------- 21 
 3.2.1 Thiết kế sơ đồ khối hệ thống ----------------------------------------------------- 21 
 3.2.2 Tính toán và thiết kế mạch.------------------------------------------------------ 22 
 3.2.3 Sơ đồ nguyên lý của toàn mạch ------------------------------------------------- 28 
CHƯƠNG 4. THI CÔNG HỆ THỐNG ------------------------------------------------ 30 
 4.1 Giới thiệu ----------------------------------------------------------------------------- 30 
 4.2 Thi công hộp điều khiển ------------------------------------------------------------ 30 
 4.2.1 Mạch in PCB ------------------------------------------------------------------------ 30 
 4.2.2 Thi công bo mạch ------------------------------------------------------------------ 33 
 4.2.3 Lắp ráp và kiểm tra ---------------------------------------------------------------- 33 
 4.3 Thi công hệ thống -------------------------------------------------------------------- 35 
 4.3.1 Hệ thống phần điện ---------------------------------------------------------------- 35 
 4.3.2 Mô hình hệ thống phần cơ khí -------------------------------------------------- 36 
BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP- Y SINH ix 
 MỤC LỤC 
 4.4 Lập trình hệ thống -------------------------------------------------------------------- 38 
 4.4.1 Lưu đồ chương trình điều khiển. ------------------------------------------------- 38 
 4.4.2 Lưu đồ chương trình con ---------------------------------------------------------- 40 
 4.4.3 Lưu đồ giải thuật trên APP-------------------------------------------------------- 41 
 4.5 Giới thiệu và phần mềm lập trình ---------------------------------------------- 42 
 4.5.1 Giới thiệu về Arduino IDE ------------------------------------------------------ 42 
 4.5.2 Giới thiệu App Inventor---------------------------------------------------------- 46 
 4.5.3 Tiến hành thiết kế giao diện ------------------------------------------------------ 50 
CHƯƠNG 5. KẾT QUẢ_NHẬN XÉT_ĐÁNH GIÁ -------------------------------- 52 
 5.1 Kết quả đạt được --------------------------------------------------------------------- 52 
 5.2 Kết quả thử nghiệm hệ thống ------------------------------------------------------- 52 
 5.2.1 Quá trình điều khiển trên remote RF -------------------------------------------- 52 
 5.2.2 Quá trình điều khiển trên bàn phím dây ----------------------------------------- 53 
 5.2.3 Quá trình điều khiển trên APP điện thoạt. -------------------------------------- 54 
 5.3 Kết quả hình ảnh mô hình ----------------------------------------------------------- 55 
 5.4 Nhận xét và đánh giá ---------------------------------------------------------------- 58 
 5.4.1 Ưu điểm ----------------------------------------------------------------------------- 59 
 5.4.2 Nhược điểm ------------------------------------------------------------------------ 59 
CHƯƠNG 6. KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN ---------------------------- 60 
 6.1 Kết luận -------------------------------------------------------------------------------- 60 
 6.2 Hướng phát triển ---------------------------------------------------------------------- 60 
PHỤ LỤC ------------------------------------------------------------------------------------- 62 
BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP- Y SINH x 
 DANH MỤC HÌNH 
 DANH MỤC HÌNH 
Hình 2.1. Giường y tế truyền thống............................................................................ 4 
Hình 2.2. Giường y tế tự động. ................................................................................... 5 
Hình 2.3. Xy lanh điện lx100 ..................................................................................... 7 
Hình 2.4. Xy lanh điện model lx600 .......................................................................... 9 
Hình 2.5. Cấu tạo relay SRD12VDC ....................................................................... 10 
Hình 2.6. Cấu tạo mạch cầu H .................................................................................. 11 
Hình 2.7. Động cơ quay thuận .................................................................................. 12 
Hình 2.8. Động cơ quay nghịch ............................................................................... 12 
Hình 2.9. Mạch cầu H sử dụng relay ........................................................................ 13 
Hình 2.10. Module mạch cầu H tích hợp module sóng RF ...................................... 13 
Hình 2.11. Module relay ........................................................................................... 14 
Hình 2.12. Module ESP32 ........................................................................................ 15 
Hình 2.13. Sơ đồ chân của ESP32S ......................................................................... 15 
Hình 2.14. Module thu sóng RF 315Mhz ................................................................. 17 
Hình 2.15. Module phát sóng RF 315MHz .............................................................. 17 
Hình 2.16. Module giảm áp ...................................................................................... 18 
Hình 2.17. Chuông điện ............................................................................................ 19 
Hình 3.1. Sơ đồ khối hệ thống. ................................................................................. 21 
Hình 3.2. Sơ đồ nguyên lí mạch điều khiển ngoại vi ............................................... 23 
Hình 3.3. Sơ đồ nguyên lí bàn phím ......................................................................... 24 
Hình 3.4. Sơ đồ nguyên lí mạch thu sóng RF .......................................................... 25 
Hình 3.5. Module phát sóng RF 315MHz ................................................................ 25 
Hình 3.6. Module giảm áp DC LM2596 3A. ........................................................... 26 
Hình 3.7. Nguồn xung. ............................................................................................. 27 
Hình 3.8. Sơ đồ nguyên lí toàn mạch ....................................................................... 29 
Hình 4.1. Mạch in 2 lớp trên proteus ........................................................................ 30 
Hình 4.2. Sơ đồ mạch in lớp dưới ............................................................................ 31 
Hình 4.3 .Sơ đồ mạch in lớp trên.............................................................................. 31 
Hình 4.4. Sơ đồ bố trí linh kiện 3D. ......................................................................... 32 
Hình 4.5. Bo mạch sau khi in và rửa. ....................................................................... 33 
Hình 4.6. Hộp điều khiển khi lắp tất cả các module. ............................................... 34 
Hình 4.7.Tổng quan mô hình hộp điều khiển ........................................................... 35 
Hình 4.8.Tổng quan sản phẩm giường y tế. ............................................................. 36 
Hình 4.9. Động cơ DC2 nâng hạ Panen tựa lưng. .................................................... 37 
Hình 4.10. Động cơ DC1 nâng hạ chiều cao. ........................................................... 37 
Hình 4.11. Động cơ DC3 nâng hạ Panen chân. ........................................................ 38 
Hình 4.12. Lưu đồ chương trình điều khiển. ............................................................ 39 
Hình 4.13. Lưu đồ chương trình điều khiển. ............................................................ 40 
BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP- Y SINH xi