đề tài chế tạo máy rửa tay tự động tích hợp âm thanh

Ý NGHĨA KHOA HỌC VÀ THỰC TIỄN CỦA ĐỀ TÀI * Ý nghĩa khoa học Nghiên cứu được cách pha chế dung dịch sát khuẩn, chế tạo máy rửa tay cảm ứng, biết được cách lắp đặt các mạch điệ

BÁO CÁO TÓM TẮT PHẦN 1 MỞ ĐẦU 1.1 ĐẶT VẤN ĐỀ

Từ cuối năm 2019, Trung Quốc ghi nhận những ca mắc Covid-19 đầu tiên trên thế giới tại thành phố Vũ Hán Sau đó, lây nhiễm từ người sang người với các ca phát hiện ngoài Trung Quốc gồm Thái Lan và Nhật Bản Tỷ lệ bùng phát tăng đột biến khoảng một tháng sau đó Đây được xem là "Đại dịch toàn cầu" Các dòng di truyền của SARS-CoV-2 đã xuất hiện và lưu hành trên khắp thế giới kể từ khi bắt đầu đại dịch COVID-19 Các biến chủng Covid -19 càng ngày càng nguy hiểm như: Eta, Iota, Kappa, Mu, đặc biệt là Zeta và Delta Với sự lây lan nhanh chóng và nguy hiểm của các biến chủng Covid-19 đã cướp đi sinh mạng của hàng triệu người dân trên thế giới Hàng ngàn gia đình mất đi người thân, con cái mất đi bố mẹ, vô số gia đình lâm vào hoàn cảnh khó khăn

Bộ Y tế kêu gọi người dân Việt Nam cùng thực hiện và lan tỏa nghiêm túc thông điệp “5K+Vắc xin” gồm Khẩu trang – Khử khuẩn – Khoảng cách – Không tụ tập – Khai báo y tế + Vắc xin

May mắn hơn những địa phương khác khi trường THPT Nguyễn Huệ - Di Linh được học tập trực tiếp tại trường Đến trường thực hiện đúng thông điệp 5K, là một trong những việc làm cần thiết cần sự chủ động của các bạn học sinh

là “Khử khuẩn” Để tránh tiếp xúc khi chạm vào tay cầm, chai đựng dung dịch rửa tay cần thiết có máy rửa tay tự động Tuy nhiên, giá thị trường của một máy rửa tay cảm ứng khá cao Chi phí để bố trí máy rửa tay tại các phòng học rất lớn nên chúng em mong muốn có thể tạo ra một máy rửa tay nhỏ, gọn, giá rẻ phù hợp với điều kiện của trường, lớp Mặc dù đây không phải là một ý tưởng mới, nhưng bản thân chúng em hi vọng có thể tạo ra sản phẩm phù hợp với môi trường học tập của bản thân

Vì những lí do trên, chúng em tiến hành thực hiện đề tài: “Chế tạo máy rửa tay

tự động tích hợp âm thanh” để có thể chế tạo ra được một sản phẩm phù hợp với

điều kiện, môi trường học tập

1.2 MỤC TIÊU NGHIÊN CỨU

- Pha chế dung dịch nước rửa tay khử khuẩn đảm đảo an toàn theo tiêu chuẩn của Bộ y tế

- Chế tạo máy rửa tay khử khuẩn cảm biến tích hợp âm thanh nhắc nhở gắn tại các địa điểm, phòng học trong trường THPT Nguyễn Huệ

1.3 ĐỐI TƯỢNG NGHIÊN CỨU

- Thành phần và cách pha chế dung dịch nước rửa tay

- Máy rửa tay khử khuẩn cảm biến có âm thanh dùng trong gia đình, trường học gồm các phần cứng vỏ máy, các linh kiện và bộ cảm ứng

1.4 PHẠM VI NGHIÊN CỨU

Máy rửa tay khử khuẩn cảm biến âm thanh mini

1.5 Ý NGHĨA KHOA HỌC VÀ THỰC TIỄN CỦA ĐỀ TÀI

* Ý nghĩa khoa học

Nghiên cứu được cách pha chế dung dịch sát khuẩn, chế tạo máy rửa tay cảm ứng, biết được cách lắp đặt các mạch điện tử

* Ý nghĩa thực tiễn

Giải quyết được vấn đề khử khuẩn trong Thông điệp 5K, tránh tiếp xúc trực tiếp với lọ đựng dung dịch rửa tay, đảm bảo phòng chống dịch bệnh tại trường học

PHẦN 2 TỔNG QUAN 2.1 TỔNG QUAN VỀ ĐẠI DỊCH COVID-19

Từ tháng 12 năm 2019, thành phố Vũ Hán – Trung Quốc xuất hiện một nhóm người mắc bệnh viêm phổi không rõ nguyên nhân Các nhà khoa học Trung Quốc đã tiến hành nghiên cứu và phân lập được một chủng coronavirus mà Tổ chức Y tế Thế giới lúc đó tạm gọi là 2019-nCoV, có trình tự gen giống với SARS-CoV trước đây với mức tương đồng lên tới 79,5% Các ca nhiễm virus đầu tiên được xác nhận bên ngoài Trung Quốc bao gồm hai người phụ nữ

ở Thái Lan và một người đàn ông ở Nhật Bản Sự lây nhiễm virus từ người sang người đã được xác nhận cùng với tỷ lệ bùng phát dịch tăng vào giữa tháng 1 năm 2020 Ngày 11 tháng 3 năm 2020, Tổ chức Y tế Thế giới (WHO) ra tuyên

bố gọi "COVID-19" là "Đại dịch toàn cầu"

Virus corona chủng mới chủ yếu lây lan qua các giọt bắn trong không khí khi một cá nhân bị nhiễm bệnh ho hoặc hắt hơi trong phạm vi khoảng 3 foot (0,91 m) đến 6 foot (1,8 m).[1]

Để chủ động phòng, chống dịch COVID-19, Bộ Y tế kêu gọi người dân Việt Nam cùng thực hiện và lan tỏa nghiêm túc thông điệp “5K+Vắc xin” gồm Khẩu trang – Khử khuẩn – Khoảng cách – Không tụ tập – Khai báo y tế + Vắc xin và thông điệp 5T gồm “Tuân thủ nghiêm 5K – Thực phẩm đủ tại nhà – Thầy, thuốc đến tại gia – Test COVID tất cả – Tiêm chủng tại phường, xã” Đặc biệt, khi có dấu hiệu sốt, ho, khó thở… người dân cần liên hệ ngay với cơ sở y tế để được tư vấn, hỗ trợ, hướng dẫn đi khám bệnh đảm bảo an toàn

2.2 PHÒNG, CHỐNG DỊCH COVID-19

Để chủ động phòng, chống dịch Covid-19 trong trạng thái “bình thường mới”, ngày 31/8/2020, Bộ Y tế đã chính thức khuyến cáo Thông điệp 5K: Khẩu trang – Khử khuẩn – Khoảng cách – Không tụ tập – Khai báo y tế [2] kêu gọi mỗi người dân cùng nhau thực hiện Chung sống an toàn với đại dịch Covid-19

Bên cạnh đó bộ Y tế cũng đã đưa ra một số biện pháp phòng chống dịch bệnh như:

- Thường xuyên rửa tay đúng cách bằng xà phòng dưới vòi nước sạch, hoặc bằng dung dịch sát khuẩn có cồn (ít nhất 60% cồn).[3] Nên rửa tay nhiều lần trong ngày, đặc biệt là sau khi chạm vào đồ vật, kể cả điện thoại và máy tính xách tay

- Đeo khẩu trang nơi công cộng, trên phương tiện giao thông công cộng và đến

cơ sở y tế.[4] Để tránh lây nhiễm cần tránh đưa tay lên mắt, mũi, miệng Che miệng và mũi khi ho hoặc hắt hơi bằng khăn giấy, khăn vải, khuỷu tay áo…

- Tăng cường vận động, rèn luyện thể lực, dinh dưỡng hợp lý xây dựng lối sống lành mạnh.[3]

- Vệ sinh thông thoáng nhà cửa, lau rửa các bề mặt hay tiếp xúc như tay nắm cửa, công tắc đèn, các đồ gia dụng thông thường…

- Nếu có dấu hiệu sốt, ho, hắt hơi, và khó thở, hãy tự cách ly tại nhà, đeo khẩu trang và gọi cho cơ sở y tế gần nhất để được tư vấn, khám và điều trị.[3]

- Tự cách ly, theo dõi sức khỏe, khai báo y tế đầy đủ nếu trở về từ vùng dịch.[3]

Khi có tiếp xúc gần với một người được biết hoặc nghi ngờ mắc bệnh Covid-19, cần phải chủ động khai báo y tế, tự cách ly tại nhà để hạn chế nguy cơ lây lan

- Bộ Y tế đã khuyến cáo người dân không nên tụ tập nơi đông người khi không thật sự cần thiết Giữ khoảng cách 2m tối thiểu giữa người với người, gia đình với gia đình, cộng đồng với cộng đồng

- Thực hiện khai báo y tế trực tuyến và cài đặt các phần mềm: NCOVI hoặc PC Covid để được cảnh báo nguy cơ lây nhiễm COVID-19

2.3 DUNG DỊCH NƯỚC RỬA TAY

Mỗi ngày chúng ta đều phải tiếp xúc, với những đồ vật có nguy cơ chứa các tác nhân gây bệnh (virus, vi khuẩn, nấm…) mà không hề hay biết như tay nắm cửa, nút điều khiển thang máy, công tắc đèn hoặc bắt tay người khác… Virus

gây bệnh có thể theo dịch tiết lan rộng ngoài cộng đồng khi chúng ta vô tình đưa tay lên mắt, mũi, miệng hay chạm vào người hoặc vật khác.[5]

Trong tình hình dịch bệnh phức tạp, một trong những biện pháp đơn giản, dễ thực hiện mà hiệu quả trong phòng chống dịch là rửa tay sát khuẩn bằng xà phòng hoặc dung dịch sát khuẩn có chứa ít nhất 60% cồn Theo Trung tâm Phòng ngừa và kiểm soát bệnh tật Mỹ (CDC), sau 20 giây rửa tay với nước và

xà bông hoặc dung dịch rửa tay chứa cồn, chúng ta có thể ngăn ngừa được tới

200 bệnh Vệ sinh đôi tay là hàng rào bảo vệ đầu tiên ngăn ngừa khoảng 30% bệnh tật liên quan đến tiêu chảy và khoảng 20% các bệnh nhiễm trùng đường hô hấp (như cảm lạnh).[5]

Để phòng ngừa dịch bệnh, cần thiết rửa tay sau khi trở về từ nơi công cộng, trước và sau khi ăn, sau khi đi vệ sinh, sau khi hắt hơi hoặc chạm nhiều vào đồ vật, động vật…

Ngày nay, trên thị trường có rất nhiều loại dung dịch dùng rửa tay, ví dụ như:

xà phòng, nước rửa tay, nước rửa tay khô, gel rửa tay, gel rửa tay khô hoặc dung dịch sát khuẩn… Có thể dùng bất cứ loại rửa tay nào, tuy nhiên cần đảm bảo dung dịch rửa tay có chứa ít nhất 60% cồn và rửa tay trong khoảng thời gian

20-30 giây Xoa tay nhanh không thể loại bỏ được vi khuẩn nên cần chà 2 bàn tay vào nhau, mặt trong, mặt ngoài – miết mạnh các ngón tay và các kẽ ngón, móng tay để rửa tay đúng cách, đảm bảo rửa thật sạch

2.4 MÁY RỬA TAY CẢM BIẾN

Có thể sử dụng chai đựng dung dịch rửa tay sát khuẩn có dạng ấn xuống, tuy nhiên khi nhiều người chạm trực tiếp vào chai dễ gây lây nhiễm chéo Do đó cần thiết có máy rửa tay tự động Rất nhiều công ty đã sản xuất cá loại máy rửa tay phát hiện tay người sử dụng thông qua cảm biến hồng ngoại Sau đó máy rửa tay

sẽ phun một lượng dung dịch có thể điều chỉnh định lượng vừa đủ, giúp tiết kiệm dung dịch Người sử dụng chỉ cần mất 5s đã có thể sát khẩn tay mình mà không cần chạm vào bất cứ đồ vật hay thiết bị nào khác Còn đối với các bình chứa dung dịch sát khuẩn để ở nơi cộng cộng rất có thể khiến bạn nhiễm khẩn

chéo khi bạn tiếp xúc với nó Bên cạnh đó, khi sử dụng máy rửa tay có thể góp phần hạn chế xả những rác thải nhựa ra môi trường từ những bình dung dích sát khẩn truyền thống

PHẦN 3 THỰC NGHIỆM 3.1 CHẾ TẠO MÁY RỬA TAY

3.1.1 Thiết kế

Vỏ ngoài máy rửa tay làm bằng nhựa mica trong suốt dày 2mm

Kích thước: 25cmx20cmx17cm

Dán các miếng nhựa mica tạo thành hình hộp chắc chắn bằng keo dán 502 để đựng được đầy đủ các thiết bị trên trong Bao ngoài bằng giấy dán decal để tránh bụi bặm và che các thiết bị cần dùng

Thiết bị dùng để chế tạo máy rửa tay gồm: mạch cảm biến vật cản hồng ngoại, mạch tại trễ theo chu kì, máy bơm nước mini, ống tio dẻo đường kính 6mm, mạch giải mã âm thanh mp3, loa toàn dải 5W, vòi phun, dung dịch nước rửa tay…

3.1.1.1 Mạch cảm biến hồng ngoại

Cảm biến vật cản hồng ngoại dùng ánh sáng hồng ngoại để xác định khoảng

cách tới vật cản cho độ phản hồi nhanh và rất ít nhiễu do sử dụng mắt nhận và phát tia hồng ngoại theo tần số riêng biệt Cảm biến hồng ngoại có thể chỉnh khoảng cách báo mong muốn thông qua biến trở

Thông số kỹ thuật cảm biến vật cản hồng ngoại: [6]

- Nguồn điện cung cấp: 5VDC

- Khoảng cách phát hiện: 3 ~ 80cm.

- Dòng kích ngõ ra: 300mA

- Chất liệu sản phẩm: nhựa

- Có đèn led hiển thị ngõ ra màu đỏ

- Kích thước: 1.8cm (D) x 7.0cm (L)

* Nguyên tắc hoạt động của cảm biến hồng ngoại: Cảm biến hồng ngoại sẽ hoạt động bằng cách sử dụng một cảm biến ánh sáng cụ thể để phát hiện bước sóng ánh sáng chọn trong phổ hồng ngoại (IR) Khi một vật ở gần cảm biến, ánh sáng

từ đèn LED bật ra khỏi vật thể và đi vào cảm biến ánh sáng Điều này dẫn đến một bước nhảy lớn về cường độ, mà chúng ta đã biết có thể được phát hiện bằng cách sử dụng một ngưỡng.[7]

3.1.1.2 Mạch tạo trễ đóng ngắt theo chu kì

Mạch tạo trễ đóng ngắt theo chu kì có chức năng cài đặt thời gian hoạt động theo chu kì với thời gian có thể cài đặt cho máy từ 0,5 giây đến 2 giây cho 1 lần

ON, từ 0.5 giây đến 2 giây cho 1 lần OFF và cài đặt vòng lặp vô hạn

Thông số kỹ thuật mạch tạo trễ: [8]

- Điện áp hoạt động: 5–36VDC

- Điện áp kích (Trigger): 3–24VDC

- Điện áp ngõ ra: Bằng điện áp ngõ vào

- Dòng tải: có thể duy trì tải liên tục 15A và dòng tải tối đa lên đến 30A

- Nhiệt độ hoạt động: -45 – 80°C

- Thời gian mở (OP): Có thể cài đặt từ 0.1 giây đến 999 phút

- C-P: Sau 5 phút nếu không có bất kì hoạt động nào, màn hình led sẽ tắt và mạch ở chế độ ngủ đông, nhấn bất kì nút nào để mạch hoạt động lại bình thường

* Chức năng hoạt động của mạch tạo trễ theo chu kì:[9]

Trong một số trường hợp khi điện áp mức ngưỡng (Threshold) và điện áp kích (Trigger) lần lượt là ⅔ và ⅓ so với điện áp nguồn Vcc Với các mức độ điện áp này thì có thể sẽ bị thay đổi bằng chân điều khiển áp (CONT)

Khi điện áp ở chân TRIG ở trên mức kích và đồng thời chân ngưỡng (THRES – chân 6) ở trên mức ngưỡng thì tự động mạch Flip – Flop sẽ bị reset về mức 0

và từ đó sẽ làm cho đầu ra output xuống mức 0

Ngoài ra, khi chân RESET (chân 4) xuống mức thấp thì mạch Flip – Flop cũng sẽ bị reset khiến cho đầu ra (OUT) xuống mức 0

Các chức năng của mạch thường được sử dụng để tạo xung, điều chế độ rộng xung (PWM), điều chế vị trí của xung (PPM) hay được sử dụng trong thu phát hồng ngoại

3.1.1.3 Máy bơm nước mini

Động cơ bơm nước tự mồi không cần phải mồi nước cho nó sau mỗi lần khởi động lại sau khi đã lắp đặt và hoạt động ổn định ở lần thứ nhất Vì vậy, chọm sản phẩm dùng làm máy bơm nước rửa tay

Thông số kỹ thuật: [10]

- Điện áp định mức: 12VDC

- Dải điện áp hoạt động: 6-12VDC

- Dòng điện không tải: ~0.18A (ở 12V)

- Dòng điện khi nén: ~0.6A (ở 12V)

- Độ ồn: <60dB

- Lưu lượng: Bơm: 0.3 ~ 1.6L/MIN, hút vào: 1 ~ 1.5LPM

- Nhiệt độ hoạt động: 5 – 100 độ C

3.1.1.4 Nguồn adapter 12V

Có vai trò chuyển đổi điện áp xoay chiều AC thành điện áp 1 chiều DC Nguồn adapter 12V là một nguồn xung, có thể chuyển đổi từ 220VAC sang 12VDC

Thông số kĩ thuật:

- Điện áp đầu vào: 100VAC-240VAC

- Tần số: 50/60Hz

- Điện áp đầu ra: 12VDC

- Dòng điện tối đa đầu ra: 1A

3.1.1.5 Nguồn pin 2S

Giúp cho máy rửa tay có thể hoạt động không cần điện lưới trong vòng tối

thiểu 3-4 ngày Phục vụ cho khu vực mất điện, khu vực ngoài trời không cắm được điện lưới

Thời gian sạc: 3 tiếng

Thông số kỹ thuật:[18]

- Dung lượng: 2200mah

- Dòng xả liên tục: 20C

- Điện áp sạc: 4.2V

- Dòng sạc: < 2A

- Trọng lượng: 82g

- Kích thước: 65 * 36 * 18mm

3.1.1.6 Mạch giải mã âm thanh Mp3

Mạch Giải Mã Âm Thanh DAC 24Bit Cổng USB - Optical là thiết bị chuyển đổi từ tín hiệu số sang tín hiệu tương tự (Digital to Analog) Tín hiệu âm thanh được giải mã dưới dạng tín hiệu hóa như: USB, coxial, optical (Cổng quang), Nguồn được cấp trực tiếp từ cổng Micro SD cung cấp nguồn từ pin lithium Mạch phát MP3 tích hợp Amply hỗ trợ đọc định dạnh MP3 từ thẻ nhớ

và tư động phát âm thanh nhắc nhở rửa tay, đo thân nhiệt

Thông số kỹ thuật:[11]

- Điện áp cung cấp: 5VDC qua giắc Micro USB

- Hỗ trợ ngõ ra giắc 3.5 li, công suất 2W cho loa ngoài

3.1.2 Sơ đồ mạch điện

Khi cho tay vào trước máy, cảm biến vật cản hồng ngoại phát hiện sẽ kích đến mạch tạo trễ tác động đến máy bơm, lúc này máy bơm sẽ hút dung dịch rửa tay

và phun ra một lượng vừa đủ để cho người dùng rửa và xoa đều hai bàn tay Thời gian phun dung dịch rửa tay cho mỗi lần rửa là 1 giây, thời gian delay giữa

2 lần rửa liên tiếp là 4 giây Thời gian vừa đủ để người dùng vừa rửa tay vừa di chuyển để tránh tụ tập một chỗ chờ đợi

Đối với mạch phát âm thanh, sẽ luôn có âm thanh nhắc nhở các biện pháp phòng chống dịch Covid-19 Nếu có người đi ngang qua máy mà chưa rửa tay, lúc này máy sẽ phát âm thanh nhắc nhở “Mời các bạn rửa tay trước khi vào” Trong quá trình phát âm thanh, nếu có người đi ngang lần 2 máy sẽ phát lại âm thanh nhắc nhở từ đầu Thời gian phát lại trễ sau 1 giây

3.2 PHA CHẾ DUNG DỊCH NƯỚC RỬA TAY

3.2.1 Thành phần

Dựa theo tiêu chuẩn của Cơ quan Quản lý Thực phẩm và Dược phẩm Mỹ (FDA), dung dịch sát khuẩn tay nhanh thường bao gồm những hóa chất như Ethanol, Deionized, Sodium Lactate, Benzalkonium Chloride, Fragrance, , đặc biệt trong đó có Ethanol là thành phần cơ bản của rượu, bia cũng như các loại nước giải khát có cồn, có khả năng giết chết vi sinh vật bằng cơ chế làm biến đổi tính chất của lớp vỏ bọc protein bảo vệ virus, khiến cho chúng tê liệt và không thể phát triển nữa Cùng với Sodium Lactate là chất hút ẩm, Benzalkonium Chloride là chất diệt khuẩn, Fragrance là hương liệu tạo mùi hay tinh dầu làm thơm, giúp tiêu diệt các vi khuẩn có hại bám vào tay và đồng thời tạo thêm mùi hương dễ chịu cho người sử dụng.[12]

Nguyên liệu dùng pha chế nước rửa tay:

- 1000ml cồn y tế Ethanol, 45ml oxi già, 70ml glycerin

- 150ml nước

- Hương liệu: tinh dầu trà xanh, tinh dầu bưởi

3.2.2 Quy trình pha chế nước rửa tay

- Cho 1000ml dung dịch cồn y tế vào cốc lớn Tiếp theo cho 45ml oxi già 3% vào

- Cho thêm 70ml dung dịch Glycerin vào hỗn hợp dung dịch trên (Glycerin là dung dịch sánh nên cần sửa sạch ống đong và sấy khô trước khi sử dụng)

- Thêm 150ml nước vào Sau đó cho thêm 1 lượng tinh dầu vào để giảm mùi cồn

và dung dịch nước rửa tay có mùi thơm dễ chịu

- Khuấy đều hỗn hợp các dung dịch trên

- Chiết sang chai nhỏ có thể tích phù hợp với mục đích sử dụng

3.3 KẾT QUẢ THỰC NGHIỆM

3.3.1 Dung dịch nước rửa tay