Chương 1: Tổng quan Chương này trình bày vấn đề dẫn nhập, lý do chọn đề tài, mục tiêu, nội dung nghiên cứu, các giới hạn và bố cục của đề tài. - Chương 2: Cơ sở lý thuyết Chương này giới thiệu các lý thuyết liên quan, tìm hiểu về thân nhiệt, các phương pháp đo nhiệt độ, giới thiệu linh kiện, công nghệ thực hiện trong đề tài. - Chương 3: Tính toán thiết kế Trình bày sơ đồ khối hệ thống, chức năng từng khối, tính toán thiết kế từng khối, lựa chọn linh kiện, đưa ra sơ đồ nguyên lý toàn mạch. - Chương 4: Thi công hệ thống Thi công hệ thống, lưu đồ, đưa ra giải thuật, thiết kế giao diện màn hình, thiết kế giao diện Web, viết chương trình.
Sau đó viết tài liệu hướng dẫn và thao tác. - Chương 5: Kết quả, Nhận xét và Đánh giá Chương này trình bày kết quả của quá trình nghiên cứu và thi công, nêu ra những khó khăn trong quá trình làm và khắc phục, một số hình ảnh từ hệ thống. Đồng thời, đưa ra nhận xét và đánh giá cho toàn bộ hệ thống. - Chương 6: Kết luận và hướng phát triển Đưa ra những kết luận sau khi hoàn thiện sản phẩm, các hướng phát triển nâng cấp hệ thống trong tương lai.
BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP - Y SINH 3 do an CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT Chương 2.1 TÌM HIỂU VỀ THÂN NHIỆT Thân nhiệt là nhiệt độ cơ thể được giải phóng trong quá trình hoạt động của con người. Cơ thể con người là một bộ máy không ngừng hoạt động. Dù có cho ngồi nghỉ, nằm yên, các hoạt động sinh lý vẫn liên tục diễn ra, tạo năng lượng cung cấp cho các tế bào và sinh ra nhiệt hoặc cho dù nhiệt độ môi trường bên ngoài có thay đổi như thế nào thì thân nhiệt cơ thể người cũng ổn định ngưỡng gần 37˚C do sự cân bằng giữa sinh nhiệt và tỏa nhiệt [1]. Nhiệt do hoạt động của cơ thể sinh ra được máu phân phối khắp cơ thể và tỏa ra môi trường để đảm bảo cho thân nhiệt ổn định.
Khi sốt, nhiệt độ tăng cao cũng là một phản xạ tự nhiên của cơ thể nhằm tiêu diệt vi khuẩn và đào thải những tế bào đã bị nhiễm khuẩn. Trong cơ thể người có một cơ chế nhằm điều hòa nhiệt độ cơ thể ổn định để chống lại những yếu tố tác động bên ngoài như: toát mồ hôi khi nóng và co, run khi lạnh. Thực tế nhiệt độ cơ thể không cố định. Thân nhiệt và thể trạng có mối quan hệ mật thiết.
Thân nhiệt thường có sự dao động, thay đổi theo đặc trưng sinh lý của mỗi cá thể. Trạng thái và khả năng miễn dịch của cơ thể được biểu hiện trực tiếp qua nhiệt độ của chính cơ thể bạn. Các nghiên cứu khoa học đã chứng minh, nếu nhiệt độ cơ thể giảm xuống 1˚C, khả năng miễn dịch tăng 5 - 6 lần. Cơ thể con người chính là thực thể sản sinh ra nhiệt năng.
Vì vậy chỉ cần một chút thay đổi trong nhiệt độ cơ thể cũng có thể ảnh hưởng tới trạng thái sức khỏe. Các yếu tố ảnh hưởng lên thân nhiệt Có nhiều yếu tố ảnh hưởng tới thân nhiệt: - Tuổi càng cao thì thân nhiệt càng giảm, tuy nhiên càng về sau thì mức độ giảm càng ít hơn. - Nhịp ngày - đêm: Thân nhiệt thấp nhất vào lúc 1 đến 4 giờ sáng và cao nhất vào lúc 14 đến 17 giờ. BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP - Y SINH 4 do an CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT - Trong nửa sau của chu kỳ kinh nguyệt, thân nhiệt tăng lên 0,3 – 0,5° C và trong tháng cuối của thời kỳ có thai, thân nhiệt có thể tăng thêm 0,5 – 0,8° C.
- Vận cơ cũng làm tăng thân nhiệt, cường độ vận cơ càng lớn thì thân nhiệt càng cao. - Trong môi trường quá nóng hoặc quá lạnh, thân nhiệt ngoại vi cũng tăng lên hoặc giảm đi. Tuy nhiên, sự thay đổi không nhiều. Trong một số bệnh lý: Nhìn chung, trong các bệnh nhiễm khuẩn, thân nhiệt tăng lên; trong bệnh tả thì thân nhiệt giảm; ưu năng tuyến giáp thì thân nhiệt tăng; nhược năng tuyến giáp thì thân nhiệt giảm.
Nhiệt độ chuẩn của cơ thể Cơ thể con người có khả năng điều hòa thân nhiệt và thích nghi với môi trường sống. Tuy vào việc hoạt động của từng các nhân hoặc thời gian khác nhau trong ngày mà nhiệt độ cơ thể có sự thay đổi. Người trẻ tuổi thường có thân nhiệt cao hơn so với người cao tuổi. Nhiệt độ trung tâm hay nhiệt độ phần lõi của cơ thể con người nằm trong khoảng từ 36,5°C đến 37,1°C và nhiệt độ trung bình khoảng 36,8 độ C.
Nhiệt độ trung tâm là nhiệt độ các phần sâu trong cơ thể như não, gan, não và các tạng. Có 3 cách đo nhiệt độ trung tâm: - Đo ở trực tràng: Với độ sâu chuẩn là 5-10cm. Nhiệt độ đo ở vị trí này được xem là tiêu biểu cho nhiệt độ trung tâm. - Đo ở miệng (dưới lưỡi): Nhiệt độ đo ở vị trí này thấp hơn ở trực tràng khoảng 0,4-0,6°C.
- Đo ở hõm nách: Nhiệt độ đo ở vị trí này thấp hơn nhiệt độ trực tràng khoảng 0,65°C. Nhiệt độ cơ thể khác nhau ở mỗi người. Tùy theo từng độ tuổi và từng vị trí đo khác nhau sẽ cho ra kết quả khác nhau.1 mô tả nhiệt độ bình thường của cơ thể ở độ tuổi và từng vị trí khác nhau. Tuy nhiên, đây chỉ là bảng khảo sát khách quan, khi đoc thực tế có thể có sự chênh lệch so với nhiệt độ chuẩn.
BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP - Y SINH 5 do an CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT Bảng 2. Nhiệt độ cơ thể ở từng vị trí đo và độ tuổi khác nhau Nhiệt độ (°C) 0 - 2 tuổi 3 - 10 tuổi 11 - 65 tuổi Trên 65 tuổi Miệng 36.2 CÁC PHƯƠNG PHÁP ĐO NHIỆT ĐỘ - Đo nhiệt độ bằng phương pháp không tiếp xúc: Trao đổi nhiệt xảy ra nhờ vào bức xạ, năng lượng nhiệt ở dạng ánh sáng hồng ngoại Cảm biến bị tác động của môi trường đo, gây ra sai số khi đo nhiệt độ. Yêu cầu: cực tiểu sai số - Đo nhiệt độ bằng phương pháp tiếp xúc: Trao đổi nhiệt xảy ra ở chỗ tiếp xúc giữa đối tượng và cảm biến.3 LÝ THUYẾT VỀ NHIỆT ĐIỆN TRỞ 2.1 Lý thuyết về nhiệt điện trở Thermistor (biến trở nhiệt độ), ở trạng thái rắn, là thiết bị điện để phát hiện sự thay đổi nhiệt độ dựa trên điện trở vật liệu thay đổi, nó được sử dụng trong nhiệt kế, điện trở nhiệt, chức năng điều khiển dòng, … Điện trở nhiệt cũng là một điện trở nhạy cảm với nhiệt độ. Thermistor được cấu tạo từ hỗn hợp các bột ocid.
Các bột này được hòa trộn theo tỉ lệ và khối lượng nhất định sau đó được nén chặt và nung ở nhiệt độ cao. Và mức độ dẫn điện của hỗn hợp này sẽ thay đổi khi nhiệt độ thay đổi. Nhiệt điện trở được sử dụng nhiều trong mạch điện tử. Nhiệt điện trở được dùng làm cảm biến nhiệt trong các máy móc thiết bị, kiểm soát nhiệt độ và kiểm tra thiết bị gia đình, chẳng hạn như bếp cảm ứng, điện áp nồi hơi, nồi cơm điện, lò điện, bể khử trùng, lò vi sóng, lò nướng, ấm điện.
BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP - Y SINH 6 do an CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT 2.2 Phân loại nhiệt điện trở a. Nhiệt điện trở bán dẫn Nhiệt điện trở bán dẫn (thermistor, ghép từ hai chữ thermal resistor) là một loại linh kiện bằng vật liệu bán dẫn có giá trị điện trở thay đổi theo nhiệt độ. Ưu điểm là độ nhạy theo nhiệt độ của nhiệt điện trở bán dẫn rất cao so với nhiệt điện trở kim loại vì được làm bằng chất bán dẫn. Nhược điểm là độ tuyến tính, khả năng chịu nhiệt độ cao và phạm vi đo kém.
Trong công nghiệp thường sử dụng cảm biến đo nhiệt độ trong phạm vi từ -600C đến 3000C. Có hai dạng nhiệt điện trở bán dẫn thông dụng là: - Nhiệt điện trở bán dẫn hệ số nhiệt âm (NTC – Negative Temperature Coofficient) có giá trị điện trở giảm khi nhiệt độ tăng - Nhiệt điện trở bán dẫn hệ số nhiệt dương (PTC – Positive Temperature Coofficient) có giá trị điện trở tăng khi nhiệt độ tăng. - Trong NTC còn có một loại nhiệt điện trở gọi là CTR (Critical Temperature Resistor). Loại này có đặc tính điện trở giảm đột ngột tại một nhiệt độ xác định nên thường được dùng trong các ứng dụng chuyển mạch, công tắc nhiệt độ.
Phân loại nhiệt điện trở Nguyên lý hoạt động của nhiệt điện trở Giả sử, quan hệ giữa độ lớn của trở kháng và nhiệt độ là tuyến tính, khi đó: ∆R = k*∆T (2.1) BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP - Y SINH 7 do an CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT Trong đó: ∆R: lượng thay đổi trở kháng ∆T: lượng thay đổi của nhiệt độ Đặc tuyến nhiệt điện trở Quan hệ giữa nhiệt độ và điện trở của NTC thường được biểu diễn dưới 2 công thức phổ biến là: công thức Steinhart-Hart và công thức hệ số B. Công thức Steinhart-Hart được hai nhà khoa học John S.Steinhart và Stanley R.Hart công bố năm 1968: - Công thức mô tả mối quan hệ giữa điện trở và nhiệt độ rất gần với giá trị thực tế - Công thức này có độ chính xác cao - Có thể dùng cho toàn bộ dãy đo của cảm biến. - Công thức tổng quát có đến bậc n nhưng thông dụng người ta sử dụng công thức bậc 3 1 = 𝐴 + 𝐵𝑙𝑛(𝑅 ) + 𝐶𝑙𝑛3 (𝑅) (2.2) 𝑇 Trong đó: - Với A, B, C là những hệ số Steinhart-Hart được xác định riêng cho từng thiết bị (tùy theo nhà sản xuất) - T là nhiệt độ (oK) - R là điện trở () - Trong trường hợp A, B, C không được cung cấp, chúng ta có thể xác định bằng cách đo thực tế ba giá trị điện trở của cảm biến ứng với 3 giá trị nhiệt độ trong điều kiện không có nguồn cung cấp, rồi từ đó giải hệ 3 phương trình 3 ẩn như công thức 2.2 để tìm ra giá trị A, B, C. Mô hình đơn giản xấp xỉ đặc tuyến điện trở 1 1 𝐵(𝑇 − 𝑇 ) 𝑅𝑇 = 𝑅0 ⅇ 0 (2.3) Trong đó: - T: nhiệt độ thermistor (K) BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP - Y SINH 8 do an CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT - RT: điện trở thermistor () tại T - Ro: điện trở thermistor () tại To - B: hằng số phụ thuộc vật liệu thermistor (thường ký hiệu BT1/T2 ví dụ B25/85 = 3540K) c.