Mạch đo lực-nhóm Long-Thảo-Tùng.ĐTYS

Từ Thư viện Khoa học VLOS
Bước tới: chuyển hướng, tìm kiếm
Chia sẻ lên facebook Chia sẻ lên twitter Chia sẻ lên google-plus In trang này

Bài tập lớn môn CƠ SỞ ĐIỆN SINH HỌC

Giảng viên hướng dẫn: Ts.Nguyễn Phan Kiên

Thực hiện: Nguyễn Viết Thảo, Nguyễn Hữu Long, Nguyễn Viết Thanh Long

Download

Tập tin:Mach do luc-nhom Thao-Long-Tung.rar

Tên đề tài Thiết kế mạch đo lực
Tên môn học Cơ sở điện sinh học
Giảng viên hướng dẫn Ts.Nguyễn Phan Kiên
Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội
Khoa Điện tử viễn thông
Chuyên ngành Điện tử y sinh
Tên môn học Cơ sở điện sinh học
Sinh viên thực hiện Nguyễn Viết Thảo,Nguyễn Hữu Long,Nguyễn Viết Thanh Tùng
Địa chỉ Lớp Điện tử y sinh-K51
Email liên hệ Nhom4dtys@gmail.com


Đề tài:thiết kế mạch đo lực I.Lời giới thiệu.

Ngày nay việc đo lường và điều khiển các ứng dụng trong các ngành công nghiệp là rất cần thiết. Các ứng dụng cần đo lường rất đa dạng và phong phú như : đo lực , biến dạng, trọng lượng, áp suất, đo nồng độ, đo nhiệt độ v.v…. Lực là một đại lượng đo rất cần thiết trong rất nhiều các lĩnh vực . Trong các ngành Điện tử y tế, nhu cầu phục vụ đo lực co cơ là rất cần thiết. Đề tài này chúng tôi thiết kế hệ thống đo lực co cơ ngón tay . Hệ thống có khả nằng hiển thị lên màn hình LCD,led 7 thanh và kết nối máy tính hiển thị kết quả lực co cơ. II.Giới thiệu đề tài

A.Đề tài được giao:”Thiết kế mạch đo lực”

Đây là một đề tài khá phổ biến,mạch đo lực sử dụng nhiều trong cuộc sống nói chung và trong lĩnh vực điên tử y sinh nói riêng.Nếu như trong điện tử dân dụng thì mạch đo lực sử dụng vô cùng rộng rãi như đo lực tác động của pittong,áp lực của nước,lực tác động của các hệ thống máy móc…hay đơn giản như là 1 cái cân có ghi giá trị lực đo hiển thị dạng số.Còn trong lĩnh vực điện tử y sinh thì mạch đo lực được sử dụng trong các trường hợp như:Đo lực căng cơ,lực trương cơ,đo lực căng cơ mắt,đo lực căng cơ gân dây chằng,hay như đo lực co cơ tim..vv Và như vậy rõ ràng đối với mục đích đo lực ở đâu thì ta lại có cách chế tạo máy đo lực ở đó sao cho phù hợp

Yêu cầu cần thực hiện:Đo được lực tác động và hiển thị lên LCD hoặc hiển thị lên máy tính với phần mềm chuyên dụng

=B.Các giải pháp đặt ra cho đề tài

=Giải pháp

Để thực hiện đề tài này,nhóm chúng em đã đưa ra 4 giải pháp như sau:

1.Sử dụng IC cảm biến đo lực chuyên dụng thu nhận tín hiệu và khuếch đại thuật toán để khuếch đại tín hiệu,xử lí và hiển thị.

2.Dùng đòn cân bằng, nhận biết bằng cảm kháng.

3.Sử dụng lò xo làm chuẩn đầu vào tác dụng lực và biến trở thay đổi giá trị điện áp tương ứng với thay đổi lực tác dụng vào lò xo.

4. Dùng phương pháp quang nhận biết độ võng của đòn hoặc độ biến thiên của loxo.

Đánh giá các phương pháp và đưa ra phương án lựa chọn

1.Đối với phương án thứ nhất sử dụng IC cảm biến đo lực chuyên dụng:

  • Ưu điểm:

+Tín hiệu thu nhận và xử lí một cách chính xác,tương ứng chuẩn với giá trị lực tác dụng +Được sử dụng trong các máy móc thiết bị hiện đại cần độ chính xác cao

  • Nhược điểm:

-Giá thành cao 2. Đối với phương án 2 . Sử dụng đòn cân bằng nhận biết cảm kháng

  • Ưu điểm :

+ Tín hiệu thu được khá chính xác vì sử dụng tinh thể thạch anh nhận biết sự thay đổi của lực tác dụng.

  • Nhược điểm :

+ Chế tạo khá phức tạp do phải sủ dụng các phiến ghép bản cực tụ điện. Nếu chỉ sử dụng 1 bản tụ thì đơn giản hơn nhưng độ chính xác lại giảm rất nhiều.

3. Dùng phương pháp quang nhận biết độ võng của đòn hoặc độ biến thiên của loxo.

  • Ưu điểm :

+ Kết quả nhận được có độ chính xác ở mức trung bình .

  • Nhược điểm :

+ Chế tạo rất phức tạp vì cần các cơ cấu vi cơ. Chế tạo khó khăn. 4.Sử dụng lò xo làm chuẩn đầu vào tác dụng lực và biến trở thay đổi giá trị điện áp tương ứng với thay đổi lực tác dụng vào lò xo +Ưu điểm: -Thiết kế đơn giản,rẻ -Được ứng dụng nhiều trên thực tế với hình thức cái cân

+Khuyết điểm: - Độ chính xác ở mức trung bình .

Qua việc xem xét và đánh giá các phương án trên,nhóm chúng tôi quyết định chọn phương án thứ 4 :Dùng lò xo tác dụng lực làm đầu vào chuẩn để thực hiện đề tài này


III.Hệ thống đo lực

Hệ thống gồm 2 khối cơ bản: + Khối cảm biến đo lực . + Khối xủ lí và hiển thị tín hiệu số. III.1. Cơ sở lí thuyết. Bộ xương người được cấu tạo nên từ các xương nhỏ và được khớp với nhau nhờ các điểm nối , các điểm nối này đóng vai trò là các điểm trục xoay. Các cơ xương được nối trực tiếp với xương hoặc thông qua các dây chằng rất khoẻ. Hai hay nhiều sợi cơ thường làm việc trái ngược nhau do vậy sự co của cơ này là sự giãn của sợi kia . Cơ xương là cơ vân, được cấu tạo bởi một lượng lớn các tế bào đa nhân gọi là các sợi. Cơ xương hoạt động khi nhận được tín hiệu đặc biệt từ hệ thần kinh trung ương. Dưới tác nhân kích thích của hệ thần kinh vận động , cơ co gây ra các động tác vận động hoặc thay đổi tư thế. Cơ là cơ quan sinh công , tuy vậy chỉ 20% năng lượng được đưa và cơ tạo ra công , số còn lại tạo ra nhiệt. Do đó hiệu suất co cơ thấp. Khi cơ co sẽ sinh ra một lực , lực này chúng ta có thể đo được bằng cảm biến lực. Đơn giản nhất là sử dụng loxo . Khi thay đổi lực tác dụng vào lò xo thì lò xo thay đổi độ giãn ,nén theo phương tác dụng lực. Tuỳ vào độ cứng K của lò xo được sử dụng thì ta sẽ tính được lực tác dụng của cơ.

So do khoi.JPG

III.2. Sơ đồ khối tổng quát của hệ thống. II.3. Khối cảm biến đo lực. Nguyên Lí : Dùng Lò xo và được nhận biết lực bằng biến trở. Khối cảm biến bao gồm 1 lò xo và kết nối với một biến trở. Khi tác dụng lực lên lò xo thì kéo theo biến trở thay đổi . Lực tác dụng : F = K.


Một số hình ảnh loxo được xử dụng:

Hình minh họa

hình ảnh lò xo thât

Hình minh họa

- Độ cứng của loxo được đo bằng : Treo loxo thẳng đứng , sau đó treo 1 vật nặng vào đầu dưới của loxo. vật nặng có khối lượng m . Sau khi treo loxo giãn 1 đoạn . Tứ đó ta suy ra độ cứng của loxo là K = mg/ . Với thiết kế đo độ cứng này thì chúng em đã đo được các kết quả như sau: +Khi đo 5N thì độ giãn là 26 cm. + Khi đo 2 N thì độ giãn là 10 cm. +Khi đo 1N thì độ giãn là 5cm. Với những số liệu trên ta có được độ cứng K của loxo là : K = 0.2(N/cm) 0.0077(N/cm).


- Biến trở có độ biến thiên từ 0 Ohm tới 10kOhm. Biến trở được kết nối qua hệ thống ròng rọc để chuyển từ chuyển động quay sang chuyển động thẳng. + Độ dài lớn nhất mà hệ thống có thể giãn được là 10cm. Tương ứng với việc đo dải lực lớn nhất là 2N. Vì vậy ta có mối liên hệ giữa dải biến thiên điện trở với dải lực đo được là 10kOhm/2N = 5 (kOhm/N). Tương đương theo độ giãn lớn nhất là 5(kOhm/N ) * 0.2(N/cm) = 1(kOhm/cm).


- Khi cấp nguồn áp 5v vào biến trở , và thay đổi biến trở thì điện áp ra sẽ thay đổi trong khoảng từ 0 tới 5v. Tương ứng với lực thay đổi từ 0 tới 2N( sai số là 0.077N). Vì vậy giả sử điện áp ra ADC là X(v) (0<X<5v) thì lực tương ứng là:

F = X*2/5 ( N). II.4. Khối xử lí tín hiệu .

Khối xử lí tín hiệu gồm Vi điều khiển atmega 16, màn hình LCD, Cổng com kết nối máy tính. Và các linh kiện như tụ điện ,điện trở , thạch anh v.v…. Mô phỏng proteus

Hình minh họa

Giao diện kết nối máy tính

Hình minh họa

VII.Hướng phát triển và lời kết

Rõ ràng việc thiết kế mạch đo lực trên chỉ mang tính chất mô phỏng và tương đối còn nhiều sai sót.Nhưng khi nắm bắt được cơ chết hoạt động của các mạch đo lực và các hệ thống thu nhận tín hiệu cũng như xử lí và hiển thị tín hiệu thì chúng tôi hoàn toàn có thể phát triển đề tài này lên ở mức cao hơn,nghiên cứu sâu hơn về các loại máy đo lực tinh vi khác sử dụng cho các bộ phận trên cơ thể người.Đây thật sự là một ứng dụng quan trọng trong chuyên ngành điện tử y sinh. Trong quá trình thiết kế mạch này chúng tôi cũng còn gặp rất nhiều khó khăn trong việc cân đối thời gian và thiết kế mô hình cơ khí cũng như việc thiết kế và lắp ráp mạch in còn nhiều hạn chế.do vậy mạch còn chưa chạy được tốt.Nhưng đây cũng là 1 bài học quý báu cho chúng tôi có kinh nghiệm thiết kế sau này. Một lần nữa thay mặt cả nhóm tôi xin trân trọng cảm ơn thầy giáo đã hướng dẫn chúng em hoàn thành bài tập này.

Xin cảm ơn các bạn đã đọc bài của chúng tôi

Chia sẻ lên facebook Chia sẻ lên twitter Chia sẻ lên google-plus In trang này