Giới thiệu dự án

Thị trường thiết bị y tế truyền dịch toàn cầu theo báo cáo từ Polaris Market Research đạt quy mô 6,88 tỷ USD vào năm 2017 và dự báo chạm mốc 11,19 tỷ USD vào năm 2026. Sự tăng trưởng này phản ánh nhu cầu cấp thiết về độ chính xác và an toàn trong quy trình tiêm truyền dược chất cho bệnh nhân nội trú, hồi sức cấp cứu (ICU) và chăm sóc hậu phẫu.

Tại các cơ sở y tế Việt Nam, phương pháp tiêm truyền thủ công bằng tay vẫn còn phổ biến ở một số tuyến cơ sở. Phương pháp này bộc lộ nhiều nhược điểm chí mạng: không kiểm soát được lưu lượng dòng chảy theo thời gian thực, thời gian tiêm bị giới hạn dưới 10 giây do mỏi cơ, dễ gây sốc thuốc do tiêm quá nhanh hoặc mất hoạt lực điều trị khi liều lượng không đủ chuẩn xác. Trong khi đó, các dòng máy bơm tiêm điện nhập khẩu từ các thương hiệu như B. Braun (Đức), Terumo (Nhật Bản), Medima (Ba Lan) có giá thành rất cao (từ 30 triệu đến hàng trăm triệu đồng), tạo rào cản tài chính lớn cho việc phổ cập thiết bị tự động hóa y tế tuyến cơ sở.

Đồ án tốt nghiệp chuyên ngành Kỹ thuật Y Sinh (Đại học Sư phạm Kỹ thuật TP.HCM) giải quyết bài toán trên thông qua đề tài "Thiết kế và thi công bơm tiêm điện đa chức năng".

                           +------------------------+
                           |  Khối Nguồn Hệ Thống   |
                           | (Adapter 12V + LM7805) |
                           +-----------+------------+
                                       |
                 +---------------------+---------------------+
                 |                                           |
                 v                                           v
+--------------------------------+          +--------------------------------+
|          Khối Ngõ Vào          |          |        Khối Điều Khiển         |
|  - 8 nút nhấn điều hướng       | -------->|  - Vi điều khiển PIC16F877A    |
|  - Cụm phím chức năng & PCA    |          |  - Thạch anh định thời 20MHz   |
+--------------------------------+          +----------------+---------------+
                                                             |
                 +-------------------------------------------+
                 |
                 v
+--------------------------------+          +--------------------------------+
|          Khối Ngõ Ra           |          |          Khối Cơ Khí           |
|  - Màn hình LCD 20x4 ký tự     |          |  - Động cơ bước Nema 17        |
|  - Driver điều khiển TB6600    | -------->|  - Trục Vitme bi T8 x 200mm    |
|  - Còi báo buzzer & LED chỉ thị|          |  - Khung gá đỡ Syringe 5/10/50ml|
+--------------------------------+          +--------------------------------+

Mục tiêu dự án

  1. Thiết kế phần cứng hoàn chỉnh: Tích hợp thành công khối vi điều khiển PIC16F877A, vi bước driver TB6600, động cơ bước Nema 17 và trục truyền động vitme dẫn hướng.
  2. Hiện thực hóa 3 chế độ vận hành y khoa:
    • Chế độ 1 - Bơm tiêm thông thường: Cài đặt linh hoạt thể tích và thời gian tiêm theo thông số chỉ định.
    • Chế độ 2 - Tự kiểm soát giảm đau (PCA - Patient-Controlled Analgesia): Bệnh nhân chủ động kích hoạt tiêm ngắt quãng có khóa thời gian an toàn (lockout time).
    • Chế độ 3 - Ngân hàng thuốc (Drug Library): Tích hợp cơ sở dữ liệu thuốc mẫu (như Propofol 1%) tính toán liều tự động theo cân nặng.
  3. Phát triển thuật toán định thời bù trễ: Tối ưu hóa chu kỳ xung vi bước bằng Timer 1 nhằm bù trừ sai số phần thập phân của thời gian quay.
  4. Đạt chuẩn độ chính xác: Sai số thể tích kiểm soát chặt chẽ $\le 2%$, sai số thời gian duy trì trong khoảng $2% - 5%$.

Phạm vi và giới hạn đề tài

  • Tương thích cơ khí: Tương thích 3 loại dung tích ống tiêm chuẩn y tế: 5ml, 10ml và 50ml.
  • Giới hạn hệ thống: Chưa hỗ trợ lưu trữ trạng thái khi mất điện đột ngột (EEPROM resume); không tự động can thiệp nếu xuất hiện bọt khí trong lòng ống tiêm; chưa cho phép hiệu chỉnh thông số động khi chu trình đang chạy.

Phân tích và thiết kế giải pháp

Phân tích hiện trạng

Tiêu chí so sánh Tiêm thủ công truyền thống Bơm tiêm điện nhập ngoại cao cấp Bơm tiêm điện đề tài nghiên cứu
Độ chính xác thể tích Thấp (sai số $>15%$, phụ thuộc mắt người) Rất cao (sai số $<1%$) Cao (sai số $\le 2%$)
Độ ổn định lưu lượng Kém, không duy trì được tốc độ đều Tuyệt đối ổn định qua vi bước Rất ổn định qua vi bước Driver TB6600
Khả năng tiêm kéo dài Không thể ($< 1$ phút) Liên tục hàng giờ/hàng ngày Hoạt động liên tục, định thời linh hoạt
Chức năng giảm đau PCA Không hỗ trợ Có hỗ trợ, tích hợp cảm biến áp suất Có hỗ trợ qua ngắt nút nhấn chuyên dụng
Chi phí đầu tư Gần như bằng 0 30.000.000 - 120.000.000 VNĐ ~ 1.500.000 - 2.000.000 VNĐ

Phân loại yêu cầu hệ thống theo mô hình MoSCoW

  • Must-have: Khả năng định lượng chính xác thể tích tiêm qua vi bước động cơ; thuật toán chia thời gian không tích lũy sai số; màn hình hiển thị LCD 20x4; mạch bảo vệ quá áp và chống đấu ngược cực nguồn.
  • Should-have: 3 chế độ vận hành (Tiêm thông thường, Chế độ PCA kiểm soát khoảng cách giữa 2 lần tiêm, Thư viện thuốc cơ bản tính toán theo thể trọng).
  • Could-have: Cơ chế điều chỉnh gá tịnh tiến lùi/tiến nhanh qua nút bấm vật lý chuyên dụng.
  • Won't-have: Cảm biến áp lực phát hiện tắc nghẽn tĩnh mạch (Occlusion detection), cảm biến siêu âm phát hiện bọt khí (Air-in-line sensor).

Thiết kế hệ thống

+-----------------------------------------------------------------------------------+
|                            HỆ THỐNG BƠM TIÊM ĐIỆN                                 |
+-----------------------------------------------------------------------------------+
|  [Adapter 12V 5A] ---> [Cầu Diode KBP307] ---> [LM7805] ---> [VCC 5V Logic]       |
|                                            ---> [12V Motor Power]                 |
+-----------------------------------------------------------------------------------+
|  [Khối Đầu Vào: 8 Phím Bấm Tích Cực Mức Thấp]                                    |
|   - Port B: RB0 - RB7 (Kéo điện trở thanh Pull-up 1k Ohm)                         |
+-----------------------------------------------------------------------------------+
|  [Khối Xử Lý Trung Tâm: Microchip PIC16F877A @ 20MHz]                             |
|   - Timer 1: 16-bit Timer ngắt định thời 1ms                                      |
|   - Thuật toán nội suy bước và bù vi giây (Delay-compensation)                   |
+-----------------------------------------------------------------------------------+
|  [Khối Giao Tiếp & Hiển Thị]                                                      |
|   - Port D (RD0-RD7) & Port E (RE0-RE2) ---> Màn hình LCD 20x4 ký tự (Chế độ 8-bit)|
|   - Port A (RA0-RA3) ---> Còi Buzzer cảnh báo + LED trạng thái                    |
+-----------------------------------------------------------------------------------+
|  [Khối Chấp Hành Truyền Động]                                                     |
|   - Port C (RC0-RC5) ---> Driver điều khiển động cơ bước TB6600 (Chế độ 1/2 Step) |
|   - Driver TB6600 ---> Động cơ bước Nema 17 (1.8 deg/step, 12V, 2.5A)            |
|   - Trục Nema 17 ---> Khớp nối mềm D19L25 ---> Trục Vitme bi T8 (Bước ren 8mm)    |
|   - Đai ốc tịnh tiến ---> Gá đẩy Piston ống tiêm (5ml / 10ml / 50ml)              |
+-----------------------------------------------------------------------------------+

Technology Stack và Phần cứng lựa chọn

  1. Bộ vi điều khiển trung tâm (MCU): Microchip PIC16F877A (Kiến trúc RISC 8-bit, xung nhịp thạch anh ngoài 20MHz, tích hợp Timer 1 16-bit hỗ trợ ngắt chính xác).
  2. Cơ cấu chấp hành chuyển động: Động cơ bước lưỡng cực Nema 17 (Góc bước $1.8^\circ/\text{bước} \leftrightarrow 200\text{ bước/vòng}$, dòng định mức 2.5A).
  3. Mạch điều khiển công suất (Driver): TB6600 (Điện áp hoạt động 9–40V, dòng đỉnh 4A, cài đặt chế độ nửa bước $1/2\text{ microstepping} \rightarrow 400\text{ xung/vòng}$).
  4. Cơ cấu truyền động cơ khí: Vitme T8 bước ren 8mm, đường kính $\varnothing 8\text{mm}$, chiều dài 200mm, đi kèm đai ốc đồng và khớp nối nhôm $5\times8\text{mm}$.
  5. Giao diện người dùng (HMI): Màn hình tinh thể lỏng LCD 20x4 (Giao tiếp dữ liệu song song 8-bit) kết hợp 8 nút nhấn nhả chống dội.
  6. Khối nguồn nuôi: Mạch chỉnh lưu lọc cầu Diode KBP307 kết hợp IC ổn áp tuyến tính LM7805 gắn tấm tản nhiệt nhôm, cung cấp đường nguồn $12\text{V}$ (công suất motor) và $5\text{V}$ (vi điều khiển, logic, LCD).

Implementation và kết quả

Development Process và Tính toán kỹ thuật

Chuyển động quay của động cơ bước được biến đổi thành chuyển động tịnh tiến của piston thông qua trục vitme T8. Khi vận hành ở chế độ $1/2$ vi bước (half-stepping), số bước trên một vòng quay được tính toán:

$$N_{\text{rev}} = 200 \times 2 = 400 \text{ (bước/vòng)}$$

Thực nghiệm đo đạc độ dịch chuyển thể tích của piston trên từng loại ống tiêm cho thấy:

  • Ống tiêm dung tích 5ml: 1 vòng quay ($400\text{ bước}$) tương ứng $0.195\text{ ml}$.
  • Ống tiêm dung tích 10ml: 1 vòng quay tương ứng $0.350\text{ ml}$.
  • Ống tiêm dung tích 50ml: 1 vòng quay tương ứng $1.200\text{ ml}$.

Để truyền lượng thể tích $V\text{ (ml)}$ bằng ống tiêm 5ml, tổng số bước lý thuyết $N_{\text{theory}}$ là:

$$N_{\text{theory}} = \frac{V}{0.195} \times 400 \approx V \times 2051.28 \text{ (bước)}$$

Do vi điều khiển điều khiển động cơ bằng cách đảo trạng thái chân logic ngõ ra (mỗi bước chuyển dịch đòi hỏi 1 xung hoàn chỉnh gồm 1 bán kỳ High và 1 bán kỳ Low $\rightarrow$ 2 lần ngắt đảo trạng thái), tổng số lần đảo trạng thái chân điều khiển thực tế $N_{\text{total}}$ là:

$$N_{\text{total}} = N_{\text{theory}} \times 2 = V \times 4102 \text{ (xung đảo)}$$

Thời gian giữa mỗi lần xuất xung $t_{\text{mb}}$ để hoàn thành chu trình tiêm trong thời gian $T\text{ (giây)}$:

$$t_{\text{mb}} = \frac{T \times 1000}{N_{\text{total}}} \text{ (ms/bước)}$$

// Thuat toan xu ly bu sai so phan thap phan trong ngat Timer 1 (PIC16F877A)
#include <16F877A.h>
#use delay(clock=20000000)

unsigned int32 total_steps = 0;
unsigned int32 step_counter = 0;
unsigned int16 t_mb_integer = 0;    // Phan nguyen thoi gian quay 1 buoc (ms)
unsigned int16 t_mb_remainder = 0;  // Phan du thoi gian can bu (microsecond)
unsigned int16 timer_tick = 0;

#INT_TIMER1
void timer1_isr() {
    // Thiet lap lai gia tri Timer 1 de tran dung 1ms (Voi Fosc = 20MHz, Prescaler 1:8)
    set_timer1(65536 - 625); 
    
    timer_tick++;
    
    // Bu sai so microsecond truoc moi chu ky
    if (t_mb_remainder > 0) {
        delay_us(t_mb_remainder / 2);
    }
    
    if (timer_tick >= t_mb_integer) {
        timer_tick = 0;
        
        // Dao trang thai chan RC1 de kich xung buoc cho Driver TB6600
        output_toggle(PIN_C1);
        step_counter++;
        
        if (step_counter >= total_steps) {
            disable_interrupts(INT_TIMER1); // Ket thuc qua trinh bom thuoc
            output_low(PIN_C1);
            output_high(PIN_A0);            // Kich hoat chuong bao buzzer hoan tat
        }
    }
}

void calculate_parameters(float volume_ml, unsigned int32 time_seconds) {
    // Ap dung cho kim tiem 5ml
    total_steps = (unsigned int32)(volume_ml * 4102.0);
    
    // Tinh toan thoi gian 1 buoc voi do phan giai microsecond
    float t_step_ms = ((float)time_seconds * 1000.0) / (float)total_steps;
    
    t_mb_integer = (unsigned int16)t_step_ms;
    t_mb_remainder = (unsigned int16)((t_step_ms - t_mb_integer) * 1000.0);
    
    step_counter = 0;
    timer_tick = 0;
}

Testing và Validation

Hệ thống được thử nghiệm qua nhiều chu kỳ thực tế sử dụng dung dịch nước cất y tế và ống tiêm chuẩn của hãng Vinahankook.

1. Kiểm chuẩn khối nguồn LM7805

  • Điện áp vào danh định: $12.14\text{ V} \pm 0.05\text{ V}$
  • Điện áp logic ra vi điều khiển: $4.97\text{ V} \pm 0.02\text{ V}$ (Độ gợn sóng $< 1%$, đảm bảo độ ổn định logic cho vi điều khiển hoạt động không bị reset ngoài ý muốn).

2. Kiểm thử độ chính xác tiêm trên các loại kim tiêm

Loại kim tiêm Thể tích cài đặt ($V_{\text{set}}$) Thời gian cài đặt ($T_{\text{set}}$) Thể tích thực tế ($V_{\text{act}}$) Thời gian thực tế ($T_{\text{act}}$) Sai số thể tích ($%$) Sai số thời gian ($%$)
5 ml 2.0 ml 30 s 1.98 ml 30.8 s $-1.00%$ $+2.67%$
5 ml 5.0 ml 60 s 4.95 ml 61.5 s $-1.00%$ $+2.50%$
10 ml 5.0 ml 45 s 4.92 ml 46.2 s $-1.60%$ $+2.67%$
10 ml 10.0 ml 120 s 9.85 ml 123.1 s $-1.50%$ $+2.58%$
50 ml 20.0 ml 180 s 19.70 ml 185.4 s $-1.50%$ $+3.00%$
50 ml 50.0 ml 300 s 49.10 ml 311.2 s $-1.80%$ $+3.73%$

3. Kiểm thử chức năng kiểm soát đau PCA và Thư viện thuốc

  • Chức năng PCA: Cài đặt thể tích mỗi lần bấm $1.0\text{ ml}$, thời gian khóa an toàn giữa 2 lần bấm là $15\text{ phút}$. Kết quả ghi nhận máy chặn toàn bộ các lệnh nhấn phím trong suốt thời gian khóa và chỉ cho phép kích hoạt khi hết chu kỳ khóa với sai số thời gian $< 1.5%$.
  • Chức năng Ngân hàng thuốc: Thực nghiệm truyền hoạt chất mô phỏng Propofol 1% ($10\text{ mg/ml}$) với thể trọng bệnh nhân $50\text{ kg}$, liều duy trì $3\text{ mg/kg/h} \rightarrow 150\text{ mg/h} \leftrightarrow 15\text{ ml/h}$. Lượng thể tích xả ra sau 1 giờ đo được là $14.75\text{ ml}$ (đạt độ chính xác $98.3%$).

Đổi mới và đóng góp

  1. Thuật toán bù vi bước thời gian thực (Microsecond Delay Compensation): Khắc phục triệt để bài toán làm tròn số nguyên trong ngôn ngữ C trên nền tảng vi điều khiển 8-bit. Việc trích xuất phần thập phân nhân với $1000$ và bù trễ vi giây giữa các chu kỳ ngắt Timer 1 giúp triệt tiêu hiện tượng tích lũy sai số thời gian trong các ca truyền kéo dài.
  2. Cơ cấu gá đặt ống tiêm đa hình học: Giá đỡ cơ khí được phay CNC kết hợp in 3D với thiết kế rãnh tam giác tự định tâm ở đầu kẹp và rãnh bán nguyệt khóa tai piston, cho phép tương thích linh hoạt 3 cỡ ống tiêm (5ml, 10ml, 50ml) mà không cần thay đổi phụ kiện chuyển tiếp.
  3. Hiệu quả kinh tế vượt bậc: Giá thành chế tạo mẫu thử hoàn thiện nằm trong khoảng 1,5 - 2 triệu VNĐ, giảm hơn 90% chi phí so với các máy bơm tiêm điện y tế nhập khẩu có cùng tính năng cơ bản.
                             SO SÁNH CHI PHÍ VÀ HIỆU QUẢ
                             
  100M +-------------------------------------------------------+ [BBraun Perfusor Space]
       |                                                       |  ~ 85.000.000 VNĐ
   80M +                                                       +
       |                                                       |
   60M +                                                       +
       |                                                       |
   40M +                           [Terumo TE-331]             +
       |                            ~ 45.000.000 VNĐ           |
   20M +                                                       +
       |                                                       |
    0M +---+-------------------------------+-------------------+ [Đồ án Bơm tiêm điện]
                                                                  ~ 1.800.000 VNĐ

Ứng dụng thực tế và triển khai

Kịch bản ứng dụng lâm sàng

  • Khoa Hồi sức tích cực & Cấp cứu (ICU): Truyền liên tục các thuốc vận mạch liều lượng nhỏ (Adrenaline, Noradrenaline, Dopamine) đòi hỏi lưu lượng chính xác từng micro-lít/giờ.
  • Phòng mổ và Chăm sóc hậu phẫu: Vận hành chế độ PCA cho phép bệnh nhân tự giảm đau có kiểm soát sau phẫu thuật chấn thương chỉnh hình hoặc mổ lấy thai.
  • Phòng thí nghiệm Dược lý & Động vật thí nghiệm: Bơm dung dịch hóa chất, chiết xuất hợp chất vào mẫu thử liên tục với tốc độ dòng cực thấp và ổn định.
+-----------------------------------------------------------------------------------+
|                           LỘ TRÌNH TRIỂN KHAI DỰ ÁN                               |
+-----------------------------------------------------------------------------------+
|  [Giai đoạn 1: Q1/2026]                                                           |
|   - Tái thiết kế PCB 2 lớp SMD chuẩn công nghiệp; tích hợp nguồn xung cách ly y tế.|
|   - Tối ưu hóa kích thước khung cơ khí bằng hợp kim nhôm định hình anode hóa.     |
+-----------------------------------------------------------------------------------+
|  [Giai đoạn 2: Q2/2026]                                                           |
|   - Tích hợp cảm biến áp lực piezo phát hiện nghẽn tĩnh mạch (Occlusion Alert).   |
|   - Bổ sung pin sạc dự phòng Li-ion 12V 3000mAh lưu nguồn tự động 4-6 giờ.        |
+-----------------------------------------------------------------------------------+
|  [Giai đoạn 3: Q3-Q4/2026]                                                        |
|   - Nâng cấp MCU sang STM32/ESP32 tích hợp giao tiếp không dây Wi-Fi/Bluetooth.    |
|   - Kết nối hệ thống quản lý bệnh viện (HIS) theo chuẩn giao thức HL7 / DICOM.    |
+-----------------------------------------------------------------------------------+

Hạn chế và hướng phát triển

Hạn chế kỹ thuật

  • Khả năng dự phòng nguồn: Hệ thống chưa trang bị khối pin sạc dự phòng (UPS nội bộ); việc mất nguồn điện lưới 220V sẽ làm máy ngừng lập tức.
  • Cảm biến an toàn chuyên dụng: Chưa có cảm biến quang học phát hiện bọt khí trong dây truyền và cảm biến lực đo áp lực nội lòng ống tiêm để tự động ngắt khi tắc ven.
  • Giao diện điều khiển: Hệ thống nút nhấn vật lý đòi hỏi nhiều thao tác; chưa có chức năng lưu lại cấu hình tiêm trước đó vào bộ nhớ tĩnh EEPROM/Flash.

Hướng phát triển tiếp theo

  • Nâng cấp lên vi điều khiển ARM Cortex-M4 (STM32F4) nhằm xử lý đồ họa trên màn hình cảm ứng TFT màu Touchscreen, đồng thời tăng tần số xung vi bước lên mức $1/128$ hoặc $1/256$ để triệt tiêu hoàn toàn rung động cơ khí.
  • Bổ sung cảm biến đo biến dạng (Loadcell/Strain Gauge) tại vị trí gá đẩy piston để phát hiện quá áp do nghẽn mạch máu, kích hoạt dừng khẩn cấp trong thời gian $< 100\text{ms}$.
  • Triển khai giao thức truyền thông IoT y tế (MQTT qua Wi-Fi) để gửi cảnh báo hết thuốc, trạng thái pin và nhật ký tiêm về trung tâm điều dưỡng (Central Nurse Station).

Đối tượng hưởng lợi

  • Sinh viên ngành Kỹ thuật Y Sinh & Điện - Điện tử: Nắm vững tài liệu mẫu hoàn chỉnh về quy trình phân tích động học vitme, thuật toán điều khiển động cơ bước kết hợp ngắt timer chính xác và kỹ thuật chống dội phím.
  • Kỹ sư nhúng và Nhà phát triển: Tham khảo mã nguồn C tối ưu cho dòng PIC16F, cấu trúc phần cứng phân khối mô-đun và giải pháp thiết kế mạch công suất điều khiển cơ điện tử y sinh.
  • Cơ sở y tế & Trung tâm thú y tuyến cơ sở: Có giải pháp tiếp cận thiết bị bơm tiêm điện tự động hóa với chi phí đầu tư linh kiện chỉ bằng $5%$ so với thiết bị thương mại.
  • Nhà nghiên cứu Y sinh: Phương pháp luận và số liệu thực nghiệm làm nền tảng phát triển các dòng máy truyền dịch thể tích lớn (Infusion Pump) hoặc máy tiêm tự động trong phòng thí nghiệm.

Câu hỏi thường gặp

1. Yêu cầu kỹ thuật cốt lõi để triển khai và chế tạo mạch điều khiển là gì?

Hệ thống yêu cầu nguồn cấp ổn định Adapter 12V DC tối thiểu 5A. Vi điều khiển PIC16F877A cần kết nối mạch dao động thạch anh 20MHz có hai tụ gốm 22pF lọc nhiễu. Driver TB6600 cần được cấu hình công tắc gạt DIP-switch ở chế độ 1/2 bước (half-step) và giới hạn dòng đỉnh ở mức 2.5A để tương thích tối ưu với động cơ Nema 17.

2. Thuật toán bù trễ xử lý sai số phần thập phân hoạt động như thế nào?

Khi thời gian một bước là một số thực (ví dụ $2.49\text{ ms}$), phép chia số nguyên thông thường trên vi điều khiển sẽ làm tròn xuống $2\text{ ms}$, gây thiếu hụt $0.49\text{ ms}$ trên mỗi bước. Thuật toán của đồ án nhân giá trị này với 1000 để lấy phần dư ($490\text{ }\mu\text{s}$), sau đó gọi hàm delay_us(490/2) chèn vào giữa các chu kỳ tràn Timer 1 (1ms), đảm bảo tổng thời gian thực tế đạt chính xác $2.49\text{ ms/bước}$.

3. Hệ thống có thể tích hợp với các loại kim tiêm kích thước khác ngoài 5ml, 10ml, 50ml không?

Có. Về mặt phần mềm, chỉ cần đo thực nghiệm độ dịch chuyển thể tích trên một vòng quay của loại ống tiêm mới ($V_{\text{rev}}$), sau đó cập nhật hệ số xung vào công thức:

$$N_{\text{total}} = \frac{V}{V_{\text{rev}}} \times 400 \times 2$$

Về mặt cơ khí, gá kẹp chữ V tự định tâm cho phép đặt vừa các loại kim tiêm có đường kính thân từ $10\text{mm}$ đến $35\text{mm}$.

4. Tại sao hệ thống sử dụng Driver TB6600 thay vì các module nhỏ hơn như A4988 hay DRV8825?

Động cơ bước Nema 17 trong ứng dụng đẩy piston ống tiêm chịu tải mô-men xoắn lớn khi ép các chất lỏng có độ nhớt cao, đòi hỏi dòng điện làm việc liên tục từ $1.5\text{A} - 2.2\text{A}$. Module A4988 và DRV8825 bị quá nhiệt nhanh và ngắt bảo vệ khi hoạt động kéo dài trên 1.5A. TB6600 sở hữu vỏ nhôm tản nhiệt nguyên khối, chịu dòng tối đa lên đến 4.0A, đảm bảo độ tin cậy vận hành liên tục trong môi trường y tế.

5. Dự toán chi phí và khả năng thu hồi vốn khi thương mại hóa như thế nào?

Tổng chi phí linh kiện phần cứng (MCU, Driver TB6600, Nema 17, Vitme bi T8, LCD 20x4, Khung nhôm, Mica, Nguồn) vào khoảng 1.800.000 VNĐ. Khi sản xuất quy mô công nghiệp từ 100 đơn vị, giá thành sản xuất ước tính giảm xuống dưới 1.200.000 VNĐ. Với mức giá thương mại dự kiến khoảng 4.500.000 VNĐ (chỉ bằng $10%$ máy nhập khẩu rẻ nhất), thời gian hoàn vốn đầu tư dây chuyền sản xuất ước tính dưới 12 tháng.

Kết luận

Đồ án tốt nghiệp "Thiết kế và thi công bơm tiêm điện đa chức năng" đã hoàn thành toàn diện các mục tiêu nghiên cứu và thực nghiệm:

  • Làm chủ quy trình thiết kế hệ thống nhúng điều khiển cơ điện tử y sinh từ sơ đồ nguyên lý mạch, thi công PCB, gia công cơ khí chính xác đến lập trình firmware điều khiển thời gian thực trên PIC16F877A.
  • Xây dựng thành công 3 chế độ tiêm chuyên dụng (Tiêm thông thường, Chế độ tự kiểm soát giảm đau PCA, Chế độ Thư viện thuốc tính liều theo cân nặng).
  • Đạt kết quả thực nghiệm với độ chuẩn xác cao (sai số thể tích $\le 2%$, sai số thời gian từ $2% - 5%$), đáp ứng các tiêu chuẩn cơ bản cho thiết bị hỗ trợ tiêm truyền tự động.

Đề tài là tài liệu tham khảo kỹ thuật giá trị, mở ra hướng nghiên cứu ứng dụng thực tiễn trong việc nội địa hóa thiết bị y tế kỹ thuật cao tại Việt Nam.