Thiết kế và thi công máy đo thân nhiệt tự động không tiếp xúc

Để giải quyết được vấn đề trên và thuận tiện cho người sử dụng kiểm tra nhiệt độ cơ thể của bản thân, nhóm đã lên ý tưởng thiết kế máy đo thân nhiệt không tiếp xúc.. Module cảm biến này

MỤC LỤC

TÓM TẮT 12

Chương 1 TỔNG QUAN 13

1.1 ĐẶT VẤN ĐỀ 13

1.2 MỤC TIÊU 13

1.3 NỘi DUNG NGHIÊN CỨU 13

1.4 GIỚI HẠN 13

1.5 BỐ CỤC 14

Chương 2 CƠ SỞ LÝ THUYẾT 15

2.1 NHIỆT ĐỘ CƠ THỂ QUA CÁC GIAI ĐOẠN SỐT 15

2.2 GIỚI THIỆU CẢM BIẾN NHIỆT ĐỘ 15

2.2.1 Giới thiệu cảm biến nhiệt độ MLX90614 15

2.2.2 Giới thiệu cảm biến nhiệt độ ZTEMP TL901 16

2.2.3 Giới thiệu cảm biến nhiệt độ PC151MT-0 17

2.3 GIỚI THIỆU MÁY ĐO NHIỆT ĐỘ 18

2.3.1 Giới thiệu máy đo Infrared Counter K-3S 18

2.3.2 Giới thiệu máy đo K3 PRO Infrared Thermometer 20

2.3.3 Giới thiệu hệ thống camera đo thân nhiệt HIKVISION 22

a) Camera thân nhiệt 24

b) Thiết bị Blackbody hỗ trợ camera thân nhiệt 25

2.4 GIỚI THIỆU MODULE ESP32 26

2.4.1 Giới thiệu ESP32-WROOM-32 26

2.4.2 Giới thiệu module Esp32-Camera 28

2.5 GIỚI THIỆU MODULE PHÁT ÂM THANH DFPLAYER MINI 30

2.6 GIỚI THIỆU MODULE CHUYỂN MỨC LOGIC TTL 33

Chương 3 TÍNH TOÁN VÀ THIẾT KẾ 34

3.1 GIỚI THIỆU 34

3.2 TÍNH TOÁN THIẾT KẾ HỆ THỐNG 34

3.2.1 Thiết kế sơ đồ khối hệ thống 34

3.2.2 Tính toán mạch điện 35

a Khối xử lý điều khiển trung tâm 35

b Khối hiển thị led 7 đoạn 36

c Khối cảm biến 39

d Khối nút nhấn 41

e Khối âm thanh 41

3.2.3 Sơ đồ nguyên lí toàn mạch 43

Chương 4 THI CÔNG HỆ THỐNG 44

4.1 GIỚI THIỆU 44

4.2 THI CÔNG HỆ THỐNG 44

4.2.1 Thi công board mạch 44

4.2.2 Lắp ráp và kiểm tra 47

4.2.3 Thi công lắp ráp mô hình 49

4.2.4 Bảng linh kiện và công suất tiêu thụ tương ứng 50

4.3 LẬP TRÌNH HỆ THỐNG 51

4.3.1 Lưu đồ giải thuật 51

4.3.2 Giới thiệu về Arduino IDE 52

4.3.3 Giới thiệu app Blynk 56

Chương 5: KẾT QUẢ _NHẬN XÉT_ĐÁNH GIÁ 59

5.1 GIỚI THIỆU 59

5.2 KẾT QUẢ ĐẠT ĐƯỢC 59

5.3 KẾT QUẢ THỰC NGHIỆM 60

5.3.1 Trạng thái hoạt động của máy đo 60

5.3.2 Đăng nhập điện thoại và giám sát 66

5.4 NHẬN XÉT_ĐÁNH GIÁ 68

5.4.1 Nhận xét 68

5.4.2 Đánh giá 69

Chương 6 KẾT LUẬN_HƯỚNG PHÁT TRIỂN 70

6.1 KẾT LUẬN 70

6.2 HƯỚNG PHÁT TRIỂN 71

TÀI LIỆU THAM KHẢO 72

PHỤ LỤC 73

DANH SÁCH HÌNH ẢNH

Hình 2.1: Cảm biến nhiệt độ MLX90614 15

Hình 2.2: Cảm biến nhiệt độ ZTEMP TL901 16

Hình 2.3: Cảm biến nhiệt độ PC151MT-0 17

Hình 2.4: Hình ảnh bên ngoài máy đo thân nhiệt K – 3S 19

Hình 2.5: Hình ảnh bên trong của máy đo thân nhiệt K – 3S 19

Hình 2.6: Hình ảnh bên ngoài của máy đo K3 PRO Infrared Thermometer 21

Hình 2.7: Hình ảnh bên trong của máy đo K3 PRO Infrared Thermometer 21

Hình 2.8: Hình ảnh bên trong của máy đo K3 PRO Infrared Thermometer 22

Hình 2.9: Hệ thống máy đo camera thân nhiệt 23

Hình 2.10: Hình ảnh camera thân nhiệt Dahua DSS 24

Hình 2.11: Hình ảnh gửi về từ camera thân nhiệt 25

Hình 2.12: Thiết bị phụ trợ giúp tăng độ chính xác Blackbody 26

Hình 2.13: Module Esp-Wroom-32 27

Hình 2.14: Sơ đồ chân của module Esp32 27

Hình 2.15: Hình ảnh module Esp32-Camera 29

Hình 2.16: Sơ đồ chân Esp32-Camera 29

Hình 2.17: Module DFPlayer Mini 30

Hình 2.18: Sơ đồ chân DFPayer Mini 31

Hình 2.19: Sơ đồ kết nối với loa 32

Hình 2.20: Module chuyển mức logic TTL 33

Hình 3.1: Sơ đồ khối hệ thống 34

Hình 3.2: Sơ đồ chân Arduino Nano 36

Hình 3.3: Hình ảnh led 7 đoạn 37

Hình 3.4: Sơ đồ chân led 7 đoạn Anode chung 37

Hình 3.5: Sơ đồ kết nối led 7 đoạn với IC 74HC595 38

Hình 3.6: Sơ đồ kết nối 4 led 7 đoạn với 4 IC 74HC595 38

Hình 3.7: Sơ đồ kết nối Arduino với Led 7 đoạn 39

Hình 3.8: Cảm biến siêu âm HY-SRF05 39

Hình 3.9: Sơ đồ kết nối giữa cảm biến siêu âm với Arduino Nano 40

Hình 3.10: Sơ đồ kết nối giữa MLX90614 với Arduino Nano 40

Hình 3.11: Sơ đồ kết nối nút nhấn với Arduino Nano 41

Hình 3.12: Sơ đồ kết nối loa với Arduino Nano 42

Hình 3.13: Sơ đồ kết nối Esp32-Camera với Arduino Nano 42

Hình 3.14: Sơ đồ nguyên lí toàn mạch 43

Hình 4.1: Bố trí linh kiện mặt trên của mạch điều khiển 44

Hình 4.2: Bố trí linh kiện mặt sau của mạch điều khiển 45

Hình 4.3: Sơ đồ bố trí linh kiện mặt trước của mạch hiển thị 45

Hình 4.4: Sơ đồ bố trí kinh kiện mặt sau của mạch hiển thị 46

Hình 4.5: Sơ đồ bố trí linh kiện mặt trước của mạch cảm biến 46

Hình 4.6: Sơ đồ bố trí linh kiện mặt sau của mạch cảm biến 47

Hình 4.7: Hình ảnh mạch điều khiển sau khi gắn linh kiện 47

Hình 4.8: Hình ảnh mạch cảm biến sau khi gắn linh kiện 48

Hình 4.9: Hình ảnh mạch hiển thị sau khi gắn linh kiện 48

Hình 4.10: Hình ảnh tấm Mica 49

Hình 4 11: Hình mặt trước của máy đo 49

Hình 4.12: Lưu đồ chương trình chính 51

Hình 4.13: Giao diện khi lập trình trên Arduino 53

Hình 4.14: Quy trình hoạt động của Arduino 53

Hình 4.15: Thanh menu lệnh trong Arduino 53

Hình 4.16: Lệnh menu file trong Arduino 54

Hình 4.17: Giao diện Examples menu 54

Hình 4.18: lệnh menu tool trong Arduino 55

Hình 4.19: Chọn board Arduino Nano sử dụng 55

Hình 4.20: Arduino Toolbar 56

Hình 4.21: Hình ảnh báo chương trình nạp thành công 56

Hình 4.22: Thêm thư viện Blynk vào Arduino IDE 57

Hình 4.23: Giao diện khởi tạo blynk 57

Hình 5.1: Hình khởi động của máy đo 60

Hình 5.2: Hình cảm biến của máy đo 60

Hình 5.3: Máy hiển thị chữ Hold 61

Hình 5.4: Máy hiển thị nhiệt độ người đo 61

Hình 5.5: Hình hiển thị khi người có nhiệt độ cao 62

Hình 5.6: hình khi đổi qua hiển thị độ C 62

Hình 5.7: Hình khi đổi qua hiển thị độ F 63

Hình 5.8: Hình máy cảnh báo có nhiệt độ quá cao 63

Hình 5.9: Hình máy cảnh báo khi có nhiệt độ quá thấp 64

Hình 5.10: Hình điều chỉnh âm lượng của máy 64

Hình 5.11: Mức âm lượng lớn nhất của máy 65

Hình 5.12: Mức âm lượng nhỏ nhất của máy 65

Hình 5.13: Hình biểu tượng app Blynk 66

Hình 5.14: Giao diện hiển thị của app Blynk 66

Hình 5.15: App cảnh báo có người bị sốt 67

Hình 5.16: Ứng dụng nhắn tin khi có nhiệt độ cao 67

TÓM TẮT

Với tình hình của dịch bệnh Covid-19 đang diễn biến hết sức phức tạp ở trong nước cũng như trên toàn thế giới hiện nay thì việc phòng tránh dịch là hết sức cần thiết đặc biệt là trong những môi trường đông người như trường học, công ty Nhưng việc ý thức phòng tránh dịch của người dân còn chưa cao, các biện pháp phòng ngừa khi trong khu vực đông người chỉ có thể là đeo khẩu trang Một trong những dấu hiệu của người đã bị nhiễm bệnh là sốt, nếu người đó có nhiệt độ cơ thể cao, có biểu hiện sốt thì phải ngăn không cho vào khu vực dễ lây nhiễm Nhưng việc kiểm tra người có nhiệt độ cao hay không thì phải cần dùng đến máy đo thân nhiệt và phải trách đi sự tiếp xúc của người đo với máy đo và người đo với người giám sát khu vực đó để tránh nhiễm chéo dịch bệnh

Để giải quyết được vấn đề trên và thuận tiện cho người sử dụng kiểm tra nhiệt

độ cơ thể của bản thân, nhóm đã lên ý tưởng thiết kế máy đo thân nhiệt không tiếp xúc Khi người đo có nhiệt độ cao thì máy sẽ báo động bằng âm thanh và chụp hình người đó gửi về cho người giám sát Ngoài ra người giám sát có thể xem nhiệt độ người mới đo qua điện thoại có kết nối internet

Chương 1 TỔNG QUAN

1.1 ĐẶT VẤN ĐỀ

Hiện nay, do dịch bệnh Covid-19 đang diễn biến phức tạp trên toàn thế giới

Đo đó nhu cầu sử dụng thiết bị đo nhiệt độ tự động không tiếp xúc là rất lớn, đặc biệt là những nơi như bệnh viện, trường học, công ty Hiện tại ngoài thị trường đã

có những thiết bị đo thân nhiệt từ xa như: K3 Series[1], Infrared Counter K3S[2]

Từ đó, cho thấy rằng sự cần thiết của các thiết bị đo thân nhiệt trong tình hình dịch bệnh như hiện nay Tuy nhiên, các máy đo thân nhiệt vẫn có nhiều hạn chế nên chúng ta cần nghiên cứu để ứng dụng thêm nhiều công dụng khác, cũng như chức năng đa dạng cho thiết bị

Từ những khảo sát trên, cùng với các kiến thức đã được trang bị, nhóm làm đề tài kiến nghị thực hiện việc thiết kế và thi công một thiết bị đo thân nhiệt Thiết bị có

tên là “Thiết bị đo thân nhiệt tự động không tiếp xúc” Có chức năng đo thân nhiệt

của những người trước khi vào một khu vực đông người nào đó

1.2 MỤC TIÊU

Thiết kế và thi công được máy đo thân nhiệt tự động hiển thị trên led 7 đoạn và trên app Blynk Máy có phát âm thanh ra loa đọc nhiệt độ, lưu trữ được thông tin người đo có nhiệt độ không bình thường

1.3 NỘi DUNG NGHIÊN CỨU

 NỘI DUNG 1: Kết nối Arduino Nano với cảm biến nhiệt độ

 NỘI DUNG 2: Kết nối hiển thị nhiệt độ trên led 7 đoạn và app Blynk

 NỘI DUNG 3: Kết nối Arduino Nano với loa

 NỘI DUNG 4: Thiết kế mô hình

 NỘI DUNG 5: Thi công phần cứng, chạy thử nghiệm và hiệu chỉnh

 NỘI DUNG 6: Viết báo cáo đề tài

 Máy chỉ gửi hình ảnh của người có nhiệt độ cao về điện thoại

 Gửi dữ liệu và giám sát trên app Blynk khi có kết nối internet

1.5 BỐ CỤC

Trong bài báo cáo này nhóm nghiên cứu đã cố gắng trình bày một cách thật logic để người đọc có thể dễ dàng nắm rõ được kiến thức, phương thức cũng như cách thức hoạt động của hệ thống Bố cục của bài báo cáo được nhóm chia làm 6 chương như sau:

Chương 1 Tổng Quan

Chương này trình bày đặt vấn đề dẫn nhập lý do chọn đề tài, mục tiêu, nội dung ̣nghiên cứu, các giới hạn thông số và bố cục đồ án

Chương 2: Cơ Sở Lý Thuyết

Chương này trình bày các lý thuyết có liên quan đến các vấn đề mà đề tài sẽ dùng để thực hiện thiết kế, thi công cho sản phẩm

Chương 3: Thiết Kế và Tính Toán

Chương này giới thiệu tổng quan về các yêu cầu của đề tài về thiết kế và các tính toán liên quan đến đề tài

Chương 4: Thi công hê ̣thống

Chương này có thể gồm kết quả thi công phần cứng và những kết quả hiển thị trên led 7 đoạn hay giao diện điện thoại

Chương 5: Kết quả_Nhận xét_Đánh giá

Chương này đưa ra nhận xét và đánh giá sản phẩm mô hình đã hoàn thành

Chương 6: Kết Luận và Hướng Phát Triển

Chương này trình bày ngắn gọn những kết quả đã thu được dựa vào những phương pháp, thuật toán đã kiến nghị ban đầu

Chương 2 CƠ SỞ LÝ THUYẾT

2.1 NHIỆT ĐỘ CƠ THỂ QUA CÁC GIAI ĐOẠN SỐT

Nhiệt độ cơ thể người có thể thay đổi do nhiều nguyên nhân khác nhau như

do môi trường xung quanh, đặc biệt khi nhiễm bệnh nhiệt độ cơ thể sẽ tăng cao theo các mức độ sau đây:

- Nhiệt độ trung bình của cơ thể là 33.50C

- Sốt nhẹ khi nhiệt độ cơ thể từ 37 – 380C

- Sốt vừa khi nhiệt độ cơ thể từ 38 – 390C

- Sốt cao khi nhiệt độ cơ thể từ 39 – 400C

- Sốt quá cao khi nhiệt độ cơ thể trên 400C

Do những thông tin trên nên nhóm chọn giới hạn của máy đo là từ 20 đến 450C

2.2

GIỚI THIỆU CẢM BIẾN NHIỆT ĐỘ

2.2.1 Giới thiệu cảm biến nhiệt độ MLX90614

Cảm biến nhiệt độ không tiếp xúc MLX90614 là cảm biến nhiệt độ hồng ngoại

để đo nhiệt độ trên bề mặt vật thể Không phải tiếp xúc với bề mặt vật thể nên rất an toàn khi sử dung Module cảm biến này thiết kế để sử dụng với Arduino hoặc bất kỳ

bộ vi điều khiển nào có thể giao tiếp với chuẩn I2C

Module cảm biến giao tiếp với vi điều khiển qua 4 chân: VCC, GND, SCL, SDA

Sơ đồ chân của cảm biến được phân bố như hình 2.1

 Chế độ ngủ để giảm tiêu thụ điện năng

2.2.2 Giới thiệu cảm biến nhiệt độ ZTEMP TL901

Cảm biến thân nhiệt không tiếp xúc ZTEMP TL901 là loại cảm biến đo nhiệt

độ của vật thể thông qua tia hồng ngoại cảm biến có độ chính xác và độ nhạy cao Cảm biến có thể được sử dụng máy đo nhiệt độ cầm tay, trạm đo nhiệt độ không tiếp xúc,…

Cảm biến này có được thiết kế nhỏ gọn với nhiều tính năng sau:

- Cảm biến này có thể bù nhiệt độ môi trường giúp tăng độ chính xác khi đo nhiệt độ trên con người

- Cảm biến tích hợp tính năng SOC (System One Chip) để tối ưu hóa thiết kế khiến cảm biến trở nên nhỏ gọn và tiết kiệm chi phí thấp nhất

- Dữ liệu đo được của loại cảm biến đo nhiệt độ này có thể được lưu vào trong EFROM

Hình 2.2: Cảm biến nhiệt độ ZTEMP TL901

 Kích thước: 18*130mm (đường kính * chiều dài)

 Lắp đặt: sử dụng giá lắp đặt

 Chất liệu: thép không gỉ 304

 Chiều dài cáp: 1m

 Độ chính xác: ±2%,10C

2.3 GIỚI THIỆU MÁY ĐO NHIỆT ĐỘ

2.3.1 Giới thiệu máy đo Infrared Counter K-3S

Máy đo thân nhiệt K–3S là máy đo thân nhiệt tự động không cần tiếp xúc với máy nên rất an toàn khi sử dụng Sản phẩm đo có độ chính xác cao có chế độ cảnh báo khi người đo có nhiệt độ cao Máy có thể được lắp đặt bằng cách treo tường hoặc dùng giá đỡ

Hướng dẫn sử dụng

- Đứng trước máy đo từ 1 đến 10cm

- Điều chỉnh độ lớn âm thanh bằng cách ấn phím count the key ( phím số 2 ) để giảm âm lượng, phím C0/F0 switch ( phím số 4) để tăng âm lượng

- Ấn phím C0/F0 switch để chuyển đổi độ C sang độ F sau đó ấn nút Power key

để quay về chế độ đo

Chú ý khi sử dụng máy

- Khi nhiệt độ phòng thay đổi lớn sản phẩm nên đặt ở trong phòng 20 phút trước khi sử dụng

- Không sử dụng thiết bị ở nơi có ánh sáng mạnh

- Không giữ đầu trước của thiết bị đo

- Vị trí đo không được che phủ bằng tóc Nếu trán bị ướt thì phải lấy khăn lau khô trước khi đo

Trạng thái hoạt động

- “Lo” được hiển thị trên màn hình khi nhiệt độ thấp hơn 32°C

- 32°C <= nhiệt độ < 37.2°C còi phát âm thanh “ nhiệt độ bình thường “

- 37.2°C <= nhiệt độ < 37.9°C còi kêu hai lần và phát âm thanh “ nhiệt độ cao”

- 37.9°C <= nhiệt độ < 42.9°C còi kêu ba lần và phát âm thanh “ nhiệt độ quá

cao “

- “Hi” được hiển thị trên màn hình khi nhiệt độ trên 42.9°C

Hình 2.4: Hình ảnh bên ngoài máy đo thân nhiệt K – 3S

Hình 2.5: Hình ảnh bên trong của máy đo thân nhiệt K – 3S

 Thông số kỹ thuật

 Khoảng cách đo: 1 – 10 cm

 Dải đo: 34.0°C – 43.0°C

 Thời gian đáp ứng: 0.5s

 Môi trường hoạt động: 16°C - 35°C, độ ẩm <= 80%

 Bảo quản, vận chuyển trong môi trường: 0°C - 50°C, độ ẩm <= 93%

 Nguồn cung cấp: 3VDC ( pin 3AAA) / USB

 Đơn vị đo: độ C, độ F

 Kích thước: 100*60*150mm

 Cân nặng: 200g

 Lắp đặt: treo tường, dán băng dính 2 mặt, giá đỡ cố định

2.3.2 Giới thiệu máy đo K3 PRO Infrared Thermometer

Máy đo thân nhiệt tự dộng K-3 là nhiệt kế đo thân nhiệt hồng ngoại sử dụng

để kiểm tra nhiệt độ cơ thể sốt hay bình thường Nhiệt kế hồng ngoại K3 có thể đo nhiệt độ chính xác cao, hoàn toàn tự động và không cần tiếp xúc với cơ thể nên rất an toàn cho người đo Sản phẩm này rất phù hợp đặt ngay tại lối ra vào của các cơ quan,

xí nghiệp, trường học… Sản phẩm này không chỉ hỗ trợ treo tường mà còn hỗ trợ đặt trên máy tính để bàn hoặc gắn lên chân máy Máy đo có thể sử dụng cáp dữ liệu USB của máy tính để ghi lại dữ liệu nhiệt độ đo và thời gian đo

Hướng dẫn hoạt động

- Đứng trước máy đo và tiến đến trong khoảng 5 đến 10cm

- Chuyển mode: có một lỗ nhỏ phía sau thiết bị ta có thể dùng tua vít 3mm để gài vào lỗ và nhấn nút

- Sử dụng nút nhấn để chuyển đổi ngôn ngữ của máy ( có 5 loại ngôn ngữ )

- Chuyển độ C sang độ F bằng cách nhấn giữ nút nhấn trong 3 giây rồi thả ra Tương tự cho việc chuyển từ độ F sang độ C

Trạng thái hoạt động

- Nhiệt độ bình thường: đèn xanh sáng và báo bằng giọng nói “ Normal temperature “

- Nhiệt độ bất thường: đèn đỏ sáng và báo bằng giọng nói “ Abnormal temperature “

- Lo : cảnh báo nhiệt độ quá thấp

- Hi : cảnh báo nhiệt độ quá cao

Chú ý khi sử dụng máy

- Khi thay đổi môi trường hoạt động phải cho máy nghỉ hơn 30 phút

- Đứng trước máy và sử dụng trán để đo nhiệt độ

- Không khuyến khích sử dụng ngoài trời và nơi có ánh sáng mạnh

- Không để thiết bị gần máy quạt, máy lạnh

- Sử dụng pin có đủ điều kiện chứng nhận an toàn, sử dụng pin không đủ điều kiện hoặc pin không thể sạc có thể gây cháy nổ

Hình 2.6: Hình ảnh bên ngoài của máy đo K3 PRO Infrared Thermometer

Hình 2.8: Hình ảnh bên trong của máy đo K3 PRO Infrared Thermometer

 Thông số kỹ thuật

 Sai số: ±0.20C

 Dải đo: 32 – 420

 Nhiệt độ hoạt động: 10 – 400C (tốt nhất trong khoảng 15 – 350C)

 Dải đo hồng ngoại: 0 – 500C

 Thời gian phản hồi: 5s

 Nguồn: 5VDC

 Khoảng cách đo: 5 – 10cm

 Hiển thị: 3 led 7 đoạn

 Lắp đặt: treo tường hoặc giá đỡ

 Khối lượng: 280g

 Kích thước: 114.8*90*159.8mm

2.3.3 Giới thiệu hệ thống camera đo thân nhiệt HIKVISION

Hệ thống camera thân nhiệt là dòng thiết bị cho phép đo thân nhiệt của 1 nhóm người ở khoảng cách xa mà không ảnh hưởng tới hoạt động của họ sản phẩm được

sử dụng trong các khu vực đông người như là sân bay, bến tàu … Sản phẩm còn cho phép đưa ra cảnh báo bằng đèn và còi hú một cách tự động khi phát hiện những người

có nguy cơ nhiễm bệnh mà bị sốt từ 380C trở lên Đây là bước quan trọng trong việc phát hiện sớm người bị sốt để cánh li trong tình trạng dịch bệnh như hiện nay

Hệ thống có những tính năng gồm:

- Công nghệ AI khóa vùng khuôn mặt, đo nhiệt độ chính xác

- Đo nhiệt độ với độ chính xác 0.30C cho người có các tư thế đi trong đám đông thoải mái, đeo khẩu trang, đội mũ, cuối xuống vẫn đo chính xác nhiệt độ cơ thể

- Đo cùng lúc nhiều người, chỉ tốn vài giây

- Không cần tiếp xúc, an toàn khi vận hành

- Dễ lắp đặt

Hệ thống camera thân nhiệt gồm các phần như sau:

- Camera thân nhiệt

- Chân đế tripod cho camera thân nhiệt

- Đế camera thân nhiệt (dạng thân)

- Thiết bị Black body hỗ trợ camera thân nhiệt

- Phần mền quản lí

a) Camera thân nhiệt

Camera nhiệt là một camera chụp ảnh bức xạ hồng ngoại để thấy và đo năng lượng bức xạ nhiệt từ một vật thể Không giống với mắt thường, trong thế giới hồng ngoại, mọi vật có nhiệt độ trên nhiệt độ tuyệt đối (-2730C) đều phát xạ nhiệt, thậm chí những vật rất lạnh như băng đá cũng phát ra nhiệt Nhiệt độ càng cao thì bức xạ nhiệt hồng ngoại càng lớn Công nghệ hồng ngoại cho ta thấy cái mà mắt thường chúng ta không nhìn thấy được

Camera cảm biến nhiệt thường được sử dụng để đo nhiệt độ các vật thể từ xa, trong một môi trường khắc nghiệt, nguy hiểm và khó tiếp cận đối với người dùng Nhờ khả năng này, camera phát hiện thân nhiệt hay đo nhiệt độ được ứng dụng trong rất nhiều các trường hợp khác nhau như:

- Trong các ngành công nghiệp nó được sử dụng để tìm ra những nguồn nhiệt vượt quá tầm kiểm soát và có thể gây hư hại cho máy móc thiết bị Các tủ điện,

hệ thống linh kiện, hệ thống điện,… được định kỳ kiểm tra bằng camera nhiệt

để theo dõi và nhanh chóng phát hiện được các bất thường xảy ra Điều này giúp các nhà máy, công xưởng tránh được các nguy cơ tiềm ẩn, bảo đảm an toàn cho tính mạng và tài sản

- Trong xây dựng Camera đo nhiệt cũng được sử dụng để kiểm tra hệ thống điện năng trong các tòa nhà và phát hiện những thiếu sót nếu có Những thiếu sót này có thể là: thiếu khả năng cách điện, độ ẩm quá mức cho phép, rò rỉ điện,

hư hỏng trong hệ thống sưởi ngầm,… Kiểm tra hệ thống ống nước Camera ảnh nhiệt có thể dựa trên hình ảnh nhiệt để tìm ra vị trí bị rò rỉ nước một cách

dễ dàng

Hình 2.10: Hình ảnh camera thân nhiệt Dahua DSS

Hình 2.12: Thiết bị phụ trợ giúp tăng độ chính xác Blackbody

 Nhiệt độ, độ ẩm môi trường: 0 – 400C/<=80%RH

2.4 GIỚI THIỆU MODULE ESP32

2.4.1 Giới thiệu ESP32-WROOM-32

Esp32-Wroom-32 là một module với nhiều tính năng cải tiến hơn các module dòng ESP8266 khi hỗ trợ thêm các tính năng Bluetooth và Bluetooth Low Energy (BLE) bên cạnh tính năng WiFi Sản phẩm sử dụng chip ESP32-D0WDQ6 với 2 CPU

có thể được điều khiển độc lập với tần số xung clock lên đến 240 MHz Nó là sự kế thừa của vi điều khiển ESP8266

Module hỗ trợ các chuẩn giao tiếp SPI, UART, I2C và I2S và có khả năng kết nối với nhiều ngoại vi như cảm biến các bộ khuếch đại, thẻ nhớ (SD card),… Module còn hỗ trợ cập nhật firmware từ xa (OTA) do đó người dùng vẫn có thể có những bản cập nhật mới nhất của sản phẩm Nó được dùng nhiều trong các ứng dụng thu thập

dữ liệu và điều khiển thiết bị qua WiFi, Bluetooth Sử dụng cho các ứng dụng tiết kiệm năng lượng, điều khiển mạng lưới cảm biến, mã hóa hoặc xử lý tiếng nói, xử lý Analog-Digital trong các ứng dụng phát nhạc hoặc với các file MP3…

Hình 2.13: Module Esp-Wroom-32

 Sơ đồ chân Esp32-Wroom-32

Sơ đồ chi tiết các chân của Esp32-Wroom-32 được làm rõ trong hình 2.14

Hình 2.14: Sơ đồ chân của module Esp32

 Thông số kỹ thuật

 Kích thước: 18*20*3mm

 CPU: Xtensa Dual-Core 32-bit LX6 với tần số hoạt động lên đến

240 MHz

 448 KBytes ROM cho booting và các tính năng của lõi chip

 520 KBytes SRAM trên chip dùng cho dữ liệu và các lệnh

instruction

 8 KBytes SRAM trong RTC (gọi là RTC SLOW Memory) để truy

xuất bởi các bộ co-processor

 8 KBytes SRAM trong RTC (gọi là RTC FAST Memory) dùng cho lữu dữ liệu, truy xuất bởi CPU khi RTC đang boot từ chế độ Deep-

 Bluetooth: BR/EDR phiên bản v4.2 và BLE

 Bus hỗ trợ mạng CAN 2.0

 Giao tiếp ngoại vi gồm:

Bộ chuyển đổi ADC 12 bit, 16 kênh, bộ chuyển đổi 8-bits DAC: 2 kênh, 10 chân để giao tiếp với cảm biến chạm (touch sensor),IR (TX/RX), Ngõ ra PWM cho điều khiển Motor, LED PWM: 16 kênh, Cảm biến Hall, Cảm biến nhiệt độ, 4 x SPI, 2 x I2S, 2 X I2C, 3 X UART

giám sát không dây, nhận dạng không dây QR, tín hiệu hệ thống định vị không dây

và các ứng dụng IoT khác Đây là một giải pháp lý tưởng cho các ứng dụng IoT

Hình 2.15: Hình ảnh module Esp32-Camera

 Sơ đồ chân Esp 322 camera

Sơ đồ chân Esp 32 camera được thể hiện rõ trong hình 2.16

Hình 2.16: Sơ đồ chân Esp32-Camera

 Bluetooth: Chuẩn Bluetooth 4.2 BR/EDR và BLE

có thể điều khiển chơi MP3 bằng Arduino Module hỗ trợ giải mã MP3, WAV, WMA

DFPlayer Mini MP3 là mạch phát tập tin âm thanh kiểu máy chơi nhạc MP3 Mạch

có thể được sử dụng riêng lẻ chỉ cần pin, loa và nút nhấn hoặc kết hợp với vi điều khiển có giao tiếp chuẩn UART

Hình 2.17: Module DFPlayer Mini

 Thông số kỹ thuật

 Tốc độ lấy mẫu (Khz) ; 8 / 11.025 / 12 / 16 / 22.05 / 24 / 32 / 44.1 /

48 với ngõ ra 24 bit

 Hỗ trợ đầy đủ FAT16, FAT32, thẻ TF hỗ trợ tối đa 32Gb

 Có thể điều khiển qua các chân IO hay chuẩn nối tiếp

 Các file âm thanh có thể sắp xếp theo thư mục ( tối đa 100 mục ) , mỗi mục chứa tối đa 255 bài hát

 Nguồn: 3.3VDC – 5VDC

 Sơ đồ chân và chức năng

Sơ đồ chân của DFPlayer Mini được thể hiện rõ trong hình 2.18

Hình 2.18: Sơ đồ chân DFPayer Mini

Chi tiết các chân và chức năng của DFPlayer Mini trong bảng 2.1

Bảng 2.1: thông số các chân của DFPlayer Mini STT TÊN

CHÂN

CHỨC NĂNG GHI CHÚ

2 RX Tín hiệu vào nối tiếp UART

3 TX Tín hiệu ra nối tiếp UART

4 DAC_R Đầu ra âm thanh kênh bên

6 SPK2 Nối với chân âm của loa

8 SPK1 Nối với chân dương của loa

9 IO1 Cổng port 1 Nhấn để phát bài trước

đó (nhấn giữ để giảm âm

lượng)

theo (nhấn giữ để tăng

âm lượng)

tiên

16 BUSY Trạng thái chơi nhạc 0 : phát nhạc

1: tắt nhạc

 Sơ đồ kết nối với loa

Hướng dẫn kết nối với loa được thể hiện trong hình 2.19

Hình 2.19: Sơ đồ kết nối với loa

2.6 GIỚI THIỆU MODULE CHUYỂN MỨC LOGIC TTL

Hình 2.20: Module chuyển mức logic TTL

Đây là mạch chuyển mức tín hiệu logic 3.3V <=> 5V 2 chiều 4 kênh Mạch chuyển đổi tốc độ cao nên có thể dùng với giao tiếp UART, SPI, I2C

 Thông số kỹ thuật

 Điện áp: 3.3V và 5V

 Dòng tiêu thụ: 150mA

Chương 3 TÍNH TOÁN VÀ THIẾT KẾ

3.1 GIỚI THIỆU

Trong chương này, trình bày về cách tính toán, sơ đồ khối, sơ đồ nguyên lý của các board mạch của hệ thống: mạch điều khiển các thiết bị ngõ ra có sử dụng, mạch nguồn cung cấp điện áp – dòng điện cho cả hệ thống

3.2 TÍNH TOÁN THIẾT KẾ HỆ THỐNG

3.2.1 Thiết kế sơ đồ khối hệ thống

Với các yêu cầu đã đưa ra nhóm thực hiện đã hình thành sơ đồ khối cho hệ thống như sau:

Hình 3.1: Sơ đồ khối hệ thống

Chức năng các khối:

- Khối xử lí – điều khiển trung tâm: Là khối điều khiển trung tâm cho toàn hệ

thống, có nhiệm vụ kết nối với các khối trong hệ thống để nhận dữ liệu từ các

khối cảm biến, nút nhấn để xử lý tín hiệu theo yêu cầu của người sử dụng sau

đó đưa ra hiển thị và thực hiện thông qua các khối hiển thị và âm thanh Ngoài

ra nó còn kết nối Blynk Sever thông qua Esp32-camera để người giám sát có thể theo dõi trực tiếp trên app điện thoại

- Khối hiển thị led 7 đoạn: là khối có nhiệm vụ hiển thị ra thông số nhiệt độ

của người đo khi họ thực hiện việc đo nhiệt độ Ngoài ra nó còn hiển thị các thông số điều khiển như âm lượng của loa

- Khối cảm biến: gồm cảm biến thân nhiệt và cảm biến khoảng cách Khối này

có nhiệm vụ xác nhận có người đang thực hiện quá trình đo thân nhiệt trong khoảng cách nhất định và đo nhiệt độ của người đó rồi gửi về khối trung tâm

để xử lý

- Khối điều khiển hiển thị Camera: là khối có chức năng ghi lại hình ảnh của

người đo khi họ có nhiệt độ cao sau đó gửi về khối trung tâm để xử lý Ngoài

ra khối này còn kết nối với khối Blynk Sever để làm trung gian kết nối giữa khối Sever với khối xử lí trung tâm

- Khối nút nhấn: khối này có nhiệm vụ gửi tín hiệu điều khiển của người dùng

sau đó gửi về khối điều khiển trung tâm để xử lý

- Khối âm thanh: khối này nhận tín hiệu từ khối xử lí trung tâm sau đó phát

âm thanh đọc số nhiệt độ của người đo và phát ra âm cảnh báo khi quá nhiệt

- Khối lưu trữ dữ liệu đo: khối này có nhiệm vụ lưu lại thông tin của người đo khi đối tượng có thân nhiệt cao

- Khối nguồn: khối này có nhiệm vụ cấp nguồn cho toàn bộ hệ thống hoạt động 3.2.2 Tính toán mạch điện

a Khối xử lý điều khiển trung tâm

Hiện nay trên thị trường có rất nhiều dòng vi diều khiển khác nhau như PIC, AVR, Arduino,… Tất cả các dòng trên đều đáp ứng được nhu cầu trong đề tài của nhóm và trong những dòng đó nhóm đã chọn Arduino và cụ thể hơn là Arduino Nano

để làm mạch điều khiển trung tâm vì nó có những đặc điểm như sau:

 Giá thành rẻ, dễ sử dụng, là module hoàn chỉnh sử dụng vi điều khiển

 Kích thước nhỏ gọn

 Là dòng vi điều khiển mã nguồn mở, có nhiều thư viện hỗ trợ

 Có thể giao tiếp các ngoại vi theo nhiều chuẩn giao tiếp như I2C, UART,…

Sơ đồ chân Arduino Nano:

Hình 3.2: Sơ đồ chân Arduino Nano

b Khối hiển thị led 7 đoạn

Trên thị trường hiện nay có rất nhiều thiết bị dùng cho việc hiển thị như led đơn, lcd, oled, led matrix,… Nhưng nhóm đã chọn hiển thị bằng led 7 đoạn vì nó có những điểm sau:

- Giá thành rẻ, dễ dàng tìm kiếm trên thị trường

- Dễ lập trình và điều khiển

- Dữ liệu hiển thị to, rõ ràng

Hình 3.3: Hình ảnh led 7 đoạn

Led 7 đoạn được cấu tạo từ 7 led đơn được xếp theo dạng số 8 và có thêm 1 led đơn hình trong làm dấu chấm như trong hình 3.3 Led nhóm dùng là loại led 7 đoạn Anode chung có nghĩa là các chân Anode của các led được nối chung với nhau

và nối với nguồn 5VDC, còn 8 chân còn lại thì được nối ra ngoài thành các chân cắm của led và dùng để điều khiển led sáng theo yêu cầu của người dùng

Hình 3.4: Sơ đồ chân led 7 đoạn Anode chung

Để điều khiển led 7 đoạn từ vi điều khiển thì ta chỉ cần nối các chân của led với vi điều khiển nhưng làm như vậy thì vi điều khiển sẽ không đủ chân IO để kết nối với nhiều led 7 đoạn Để giải quyết vấn dề này thì ta phải cần thêm IC dịch 74HC595 làm trung gian và chỉ cần 3 chân của vi điều khiển thì đã có thể điều khiển được nhiều led 7 đọan

Vì led 7 đoạn được cấu tạo từ nhiều led đơn nên ta không thể kết nối trực tiếp led với IC dịch được mà phải thông qua điện trở để hạn dòng tránh cho led bị hư hỏng Led thường hoạt động ở nguồn là 3VDC và dòng là 10mA mà nguồn cung cấp cho mạch lại là 5VDC nên ta phải dùng thêm điện trở theo cách tính:

U R

Do trên thị trường không có trở 300Ω nên nhóm chọn điện trở gần nhất là 330Ω

Sơ đồ kết nối giữa IC 74HC595 và led 7 đoạn

Hình 3.5: Sơ đồ kết nối led 7 đoạn với IC 74HC595

Vì mạch sử dụng 4 led 7 đoạn để hiển thị nên cần 4 IC 74HC595 kết nối lại với nhau Sơ đồ kết nối được hiển thị rõ như trong hình 3.6

Hình 3.6: Sơ đồ kết nối 4 led 7 đoạn với 4 IC 74HC595

Arduino Nano kết nối với IC 74HC595 thông qua 3 chân D2,D3,D4 lần lượt kết nối với các chân ST_CP, SH_CP, DS của IC 74HC595 Sơ đồ kết nối được hiển thị rõ như trong hình 3.7

Hình 3.7: Sơ đồ kết nối Arduino với Led 7 đoạn

c Khối cảm biến

Khối cảm biến gồm 2 cảm biến là:

- Cảm biến siêu âm HY-SRF05

- Cảm biến đo thân nhiệt MLX90614

Cảm biến siêu âm là cảm biến dùng sóng siêu âm để đo khoảng cách từ cảm biến đến vật thể

Hình 3.8: Cảm biến siêu âm HY-SRF05

Cảm biến siêu âm kết nối với Arduino Nano thông qua chân Trig và chân Echo đồng thời cũng phải cấp nguồn cho cảm biến hoạt động chân Trig và chân Echo lần lượt kết nối với chân D6 và D5 của Arduino Nano

Hình 3.9: Sơ đồ kết nối giữa cảm biến siêu âm với Arduino Nano

Cảm biến thân nhiệt MLX90614 giao tiếp với Arduino Nano theo chuẩn I2C gồm 2 chân SCL và SDA Hai chân SCL và SDA của cảm biến lần lượt được nối với chân A4 và A5 của Arduino Nano

Hình 3.10: Sơ đồ kết nối giữa MLX90614 với Arduino Nano

d Khối nút nhấn

Thiết bị đo có 4 nút nhấn để điều khiển với các chức năng như sau:

- Tăng âm lượng của loa

- Giảm âm lượng của loa

- Chuyển đổi tiếng anh và tiếng việt

- Chuyển đổi hiển thị 0C và 0F

Hình 3.11: Sơ đồ kết nối nút nhấn với Arduino Nano

e Khối âm thanh

Để loa có thể phát được âm thanh đọc nhiệt độ của người đo thì Arduino Nano phải thông qua module Dfplayer Mini gửi tín hiệu để loa phát âm thanh Arduino Nano đã sử dụng 2 chân D10 và D9 để giao tiếp với module Dfplayer Mini thông qua

2 chân TX và RX của module Sau đó module sử dụng tiếp 2 chân SPK_1 và SPK_2 kết nối với loa

Hình 3.12: Sơ đồ kết nối loa với Arduino Nano

f Khối điều khiển - hiển thị camera

Với khối điều khiển - hiển thị camera thì nhóm đã sử dụng module camera Với module này thì ta có thể lập trình để điều khiển camera có thể chụp ảnh những người đo có nhiệt độ cao rồi gửi về để lưu trữ Module Esp32-camera kết nối với Arduino Nano thông qua mạch chuyển đổi mức logic nhằm để tín hiệu truyền được ổn định Sơ đồ kết nối được thể hiện rõ trong hình 3.13

Esp32-Hình 3.13: Sơ đồ kết nối Esp32-Camera với Arduino Nano

3.2.3 Sơ đồ nguyên lí toàn mạch

Hình 3.14: Sơ đồ nguyên lí toàn mạch

Cảm biến siêu âm phát hiện người trong khoảng cách đo nhiệt độ ( 5 – 10cm), cảm biến nhiệt độ hồng ngoại sẽ lấy nhiệt độ từ người đo trong vòng 1 giây và hiển thị giá trị ra 4 led 7 đoạn thông qua 4 ic giải mã 74HC595 Giá trị nhiệt độ cũng sẽ được phát ra loa nhờ module giải mã âm thanh Nếu nhiệt độ bình thường thì led xanh sẽ sáng, nếu nhiệt độ bất thường thì led đỏ sẽ sáng, loa phát ra âm thanh cảnh báo và chụp hình người đo gửi về điện thoại thông qua ESP32-CAMERA Các nút nhấn kết nối với Arduino Nano để điều khiển âm lượng, đơn vị nhiệt độ và ngôn ngữ

Chương 4 THI CÔNG HỆ THỐNG

4.1 GIỚI THIỆU

Trong chương này là quá trình sắp xếp linh kiện để thi công PCB, lập trình, lắp ráp phần cứng và kiểm tra mạch Bên cạnh đó là hình vẽ được chụp từ mô hình thực tế của hệ thống, hình chụp các kết quả chạy của hệ thống

4.2 THI CÔNG HỆ THỐNG

4.2.1 Thi công board mạch

Trong thiết kế board mạch nhóm đã chia mạch lớn ra làm 3 mạch nhỏ gồm:

- Mạch điều khiển: mạch này gồm có Arduino Nano, Dfplayer Mini và mạch chuyển mức tính hiệu 4 kênh 2 chiều

- Mạch hiển thị: mạch này gồm mạch giải mã 4 led 7 đoạn và Esp32-camera

- Mạch cảm biến: mạch này gồm cảm biến siêu âm, cảm biến nhiệt độ và 1 led đơn 2 màu

Hình 4.1: Bố trí linh kiện mặt trên của mạch điều khiển

Hình 4.2: Bố trí linh kiện mặt sau của mạch điều khiển

Hình 4.3: Sơ đồ bố trí linh kiện mặt trước của mạch hiển thị