Thiết Kế, Chế Tạo Xe Tự Động Đưa Thuốc Đến Cho Từng Bệnh Nhân.docx

Đề tài Thiết kế, chế tạo xe tự động đưa thuốc đến cho từng bệnh nhân MỤC LỤC LỜI MỞ ĐẦU5 DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ 6 Chương 1 8 CƠ SỞ LÝ LUẬN 8 1 1 Lý di chọn đề tài 8 1 2 Mục đích nghiên cứu 11 1 3 Đối tư[.]

MỤC LỤC

LỜI MỞ ĐẦU 5 DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ 6

Chương 1 8

CƠ SỞ LÝ LUẬN 8

1.1 Lý di chọn đề tài 8

1.2 Mục đích nghiên cứu 11

1.3 Đối tượng nghiên cứu 11

1.4 Phạm vi nghiên cứu 12

1.5 Bố cục đề tài 12

Chương 2: THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO 13

2.1 Arduino mega 2560 13

2.1.1 Lý do chọn Arduino Mega 2560 13

2.1.2 Thông số kỹ thuật 13

2.1.3 Chân điều khiển 15

2.1.4 Các chân Digital (70) 15

2.1.5 Chân tương tự (16) 16

2.1.6 Chân có chức năng thay thế 16

2.1.7 Chân PWM 17

2.1.8 Chân USART 17

2.1.9 Chân ngắt 18

2.1.10 Chân ngắt phần cứng 18

2.2 L298N 19

2.2.1 Lý do chọn L298N 19

2.2.2 Thông số kỹ thuật 19

2.2.3 Các chân của L298N 19

2.2.4 Kết nối nguồn và Arduino với module L298 20

2.3 BFD-1000 Cảm Biến Dò Line Vật Cản Thanh 5 Led .21

2.3.1 Lý do chọn BFD-1000 21

2.3.2 Thông số kỹ thuật 21

2.3.3 Các linh kiện sử dụng 22

2.4 Sơ đồ khối 25

2.5 Sơ đồ giải thuật 25

2.6 Sơ đồ nguyên lý mạch 26

2.6.1 Sơ đồ toàn mạch 26

2.6.2 Sơ đồ khối điều khiển 27

2.6.3 Sơ đồ khối tải 27

2.7 Mô phỏng qua phần mềm EASYEDA 28

2.8 Nguyên lý hoạt động của mạch 28

Chương 3: KẾT QUẢ 29

3.1 Mô hình sản phẩm 29

3.2 Kết quả 29

KẾT LUẬN VÀ PHƯƠNG HƯỚNG PHÁT TRIỂN CỦA ĐỀ TÀI 29

- Kết luận 30

- Phương hướng phát triển của đề tài 30

TÀI LIỆU THAM KHẢO 30

LỜI MỞ ĐẦUTrước tình hình dịch covid-19 diễn ra hết sức phức tạp trên thế giới nóichung và Việt Nam nói riêng Đảng và nhà nước đã thực hiện các biện pháp cách lyngười bệnh bị nhiễm hoặc nghi nhiễm covid-19 Nhưng để đáp ứng nhu cầu cungcấp thức ăn, nước uống, thuốc men cho bệnh nhân được cách ly trong khu cách lytập chung chúng ta cần có hướng giải quyết cụ thể giúp việc cách ly được hiệu quảhơn và tránh những ca lây lan ngoài ý muốn Dựa trên thực tế đó, bằng những kiếnthức đã được học về vi điều khiển, vi xử lý nhóm chúng em đã đề xuất thực hiện đề

tài: “Thiết kế, chế tạo xe tự động đưa thuốc đến cho từng bệnh nhân” và mong

muốn sản phẩm của nhóm đóng góp một phần nhỏ bé trong công cuộc phòng chốngđại dịch Covid-19 đang bùng phát như hiện nay

Mặc dù chúng em đã rất nỗ lực và cố gắng làm việc với tinh thầnhọc hỏi và quyết tâm cao nhất và đặc biệt do trình độ hiểu biếtcủa chúng em còn nhiều hạn chế nên chúng em không thể tránhkhỏi những sai sót, chúng em mong nhận được sự phê bình góp ýcủa các thầy để giúp chúng em hiểu rõ hơn các vấn đề trong đồ áncũng như những ứng dụng thực tế của nó để bản đồ án của chúng

em được hoàn thiện hơn Và chúng em hi vọng trong một tương laikhông xa, chúng em có thể áp dụng những kiến thức và hiểu biếtthu được từ chính đồ án đầu tiên trong cuộc đời sinh viên củachúng em vào thực tế cũng như sẽ phát triển hơn nó trong các đồ

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼHình 1.1 Robot khử khuẩn CD 1.0 (Covid Defender 1.0)

Hình 1.2 Robot tự khử khuẩn kết hợp lau sàn nhà tránh trơn trượtHình 2.1 Động cơ giảm tốc

Hình 2.8 Sơ đồ khối điều khiển

Hình 2.9 Sơ đồ khối tải

Hình 2.10 Mô phỏng qua phần mềm

Hình 3.1 Mô hình sản phẩm đồ án

NHẬN XÉT, ĐÁNH GIÁ CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN:

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

Chương 1

CƠ SỞ LÝ LUẬN1.1 Lý do chọn đề tài

Năm 2020 đã trở thành một mốc lịch sử khi toàn thế giới phảichống chọi với đại dịch COVID-19, một thảm họa lớn nhất củanhân loại kể từ chiến tranh thế giới thứ 2 Từ những nước đangphát triển cho đến các quốc gia giàu mạnh nhất thế giới, tất cảđều đang gồng hết sức mình để ngăn chặn đại dịch, huy động toàn

bộ các tiềm lực kinh tế, quốc phòng, y tế… cùng sự đóng góp củatoàn cộng đồng, trong đó các hoạt động nghiên cứu khoa học

Ngay từ đầu thế kỷ XXI, nhân loại đã liên tục chứng kiến vàphải chống chọi với hàng loạt dịch bệnh truyền nhiễm nguy hiểmgây bởi virus Đó là dịch viêm đường hô hấp cấp SARS năm 2003hoành hành tại 29 quốc gia với 8.422 ca nhiễm và 774 ca tử vong,đại dịch cúm A/H1N1 năm 2009 lây lan toàn thế giới với hơn 200triệu ca nhiễm và gần 600 ca tử vong, hội chứng viêm đường hôhấp cấp Trung Đông MERS năm 2012 tại 26 nước với 1.218 canhiễm bệnh và 450 ca tử vong, dịch Ebola năm 2014 ở châu Phivới hơn 28 nghìn ca nhiễm và hơn 11 nghìn ca tử vong, dịch virusZika năm 2015-2016 gây bệnh đầu nhỏ ở trẻ em với hơn 1,5 triệu

ca nhiễm Và từ đầu năm 2020 đến nay, cả thế giới thực sự bị chấnđộng vì đại dịch COVID-19 do virus SARS-CoV-2, một chủng viruscorona tương tự như chủng virus đã gây dịch SARS và MERS trướcđây, gây ra Kể từ sau đại dịch cúm Tây Ban Nha năm 1918-1920,chưa bao giờ số liệu về ca nhiễm và tử vong vì một đại dịch lại

tăng nhanh đến chóng mặt như vậy ở quy mô toàn cầu

Trước tình hình đó, chúng ta phải có thay đổi tư duy trongquy hoạch và định hướng nghiên cứu khoa học trong những nămtới, sao cho nền khoa học nước nhà được phát triển mạnh mẽ vàtoàn diện hơn, có được hạ tầng cơ sở hiện đại và nhân lực giỏi đểsẵn sàng đối phó với những thách thức mới trong tương lai pháttriển của đất nước.

Bài toán của đại dịch covid 19 khiến cho sinh viên khối khoahọc kỹ thuật không thể khoanh tay ngồi yên Thay vào đó là hàngloạt các ý tưởng, các dự án được sinh viên kỹ thuật trong nướccũng như nước ngoài triển khai thực hiện

Sản phẩm Robot khử khuẩn tại khu vực cách ly do TS Dương

Thị Thùy Vân, thành viên Nhóm nghiên cứu Robotics (Trung tâmCông nghệ thông tin ứng dụng và Khoa điện- Điện tử) trường Đạihọc Tôn Đức Thắng (TDTU) chế tạo

Hình 1.1 Robot khử khuẩn CD 1.0 (Covid Defender 1.0)

Sản phẩm có khả năng điều khiển từ xa để hỗ trợ phun dungdịch khử khuẩn khu cách ly, đó là một ý tưởng tương đối hay.Nhưng bên cạnh đó nó cũng có những nhược điểm nhất định như:kích thước robot nhỏ và chiều rộng xe mỏng, không phù hợp vậnchuyển khối lượng dung dịch nhiều và tốc độ di chuyển thấp Dungdịch không được lau khô sau khi khử khuẩn Cũng trùng với ýtưởng đó, sản phẩm sáng tạo của "Vườn ươm sáng tạo" thuộcTrung tâm công nghệ Công nghệ thông tin của Bệnh viện QuânDân Y miền Đông được ra đời Ngoài việc điều khiển từ xa và tựkhử khuẩn cho khu cách ly, sản phẩm của Bệnh viện Quân Dân Ymiền Đông còn có tính năng lau nhà sau khi khử khuẩn, giúp khắcphục vấn đề sàn nhà trơn trượt mà Robot của Đại học Tôn ĐứcThắng chưa giải quyết được.

Hình 1.2 Robot tự khử khuẩn kết hợp lau sàn nhà tránh trơn

trượt

Bằng những kiến thức về Robot điều khiển nhóm chúng em

đã bắt tay vào thiết kế,chế tạo xe giúp vận chuyển thuốc mencũng như các nhu yếu phẩm cần thiết cho người bệnh trong khucách ly tập trung vừa có thể vận dụng những kiến thức tiếp thuđược trên giảng đường vừa giúp một phần nhỏ vào việc đẩy lùi đạidịch

1.2 Mục đích nghiên cứu

- Nghiên cứu đặc điểm, ứng dụng của xe tham gia vận

chuyển thuốc phục vụ khu cách ly

- Kiểm tra và đánh giá chất lượng xe

- Nghiên cứu lập trình arduino

1.3 Đối tượng nghiên cứu

- Tìm hiểu về arduino phần cứng và các tập lệnh điều khiển

- Tìm hiểu về phần mềm vẽ mạch và mô phỏng: EASYEDA

KẾT LUẬN VÀ PHƯƠNG HƯỚNG PHÁT TRIỂN CỦA ĐỀ TÀI

TÀI LIỆU THAM KHẢO

PHỤ LỤC

Chương 2: THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO

2.1 Giới thiệu về động cơ điện một chiều

Hình 2.1 Động cơ một chiều giảm tốc

Động cơ điện một chiều là động cơ điện hoạt động với dòng điện một chiều

Stator của động cơ DC thường là 1 hay nhiều cặp nam châm vĩnh cữu hay nam châm điện, Rotor có các cuộn dây quấn và được nối với nguồn 1 chiều thành phần quan trọng khác trong động cơ

DC là bộ chỉnh lưu có nhiệm vụ đổi chiều dòng điện khi chuyển động quay của Rotor là liên tục

Hình 2.1.2 Chuyển động quay của động cơ

Động cơ giảm tốc là động cơ có gắn với hộp giảm tốc Có tácdụng giảm vòng quay, tăng mô-men xoắn (lực xoắn)

Hộp giảm tốc là một thiết bị cơ học, bên trong hộp giảm tốc

có chứa nhiều bánh răng, trục vít,… giúp truyền động nhằm giảmtốc độ vòng quay của động cơ điện Hộp giảm tốc hoạt động trênnguyên lý cơ cấu truyền động ăn khớp trực tiếp, có tỷ số truyềnkhông đổi nhằm giảm vận tốc góc, tăng mô-men xoắn Hộp giảmtốc được đặt nằm giữa động cơ điện và tải, tức là cốt của động cơđiện sẽ gắn với hộp giảm tốc, và cốt của hộp giảm tốc sẽ gắn vớitải (xích, đai, nối cứng)

2.1.1 Điều khiển động cơ điện một chiều

Khi được cấp điện thì động cơ DC sẽ quay, mức điện áp cấpcho động cơ DC càng cao thì quay

càng nhanh và ngược lại

Khi dùng đông cơ DC cần chú ý các điểm sau:

- Đảo chiều điện áp cấp điện chiều quay của động cơ

cuộn dây để lọc nhiễu

- Không để động cơ DC bị kẹt không quay, điều này sẽ khiếncho dòng chạy qua động cơ DC rất

Mắc nối tiếp Rp vào phần ứng, Rư tăng lên ⟹ β giảm ⟹

ω giảm đồng thời dòng ngắn mạch và momen ngắn mạch cũnggiảm Cho nên người ta thường dùng phương pháp này để hạn chếdòng và điều chỉnh tốc độ động cơ ở phía dưới tốc độ cơ bản

B, Điểu chỉnh tốc độ bằng cách điều chỉnh từ thông (Φ) Muốn thay đổi Φ ta thay đổi dòng kích từ I kt, khi từ thônggiảm ⟹ tốc độ quay của động cơ tăng trong phạm vi giới hạn củaviệc thay đổi của từ thông Có thể sử dụng phương pháp này để

điều khiển tốc độ động cơ theo hướng tăng tốc so với tốc độ cơbản Nó thích hợp với trường hợp M c =const hoặcM c tỉ lệ nghịch vớitốc độ quay nhưng ở một phạm vi thay đổi tốc độ và momen hẹp.khi từ thông thay đổi thì momen và dòng điện cũng thay đổi nênkhó tinh được chinh xác dòng điều khiển và momen tải nênphương pháp này ít dùng.

C, Điều chỉnh tốc độ bằng cách thay đổi điện áp phần ứng (Uư)

Khi thay đổi điện áp phần ứng thì tốc độ động cơ điệnthay đổi theo phương trình sau:

D, Kết luận

Từ việc phân tích các phương pháp điều chỉnh tốc độ

động cơ điện một chiều kích từ độc lập em thấy phương pháp điềuchỉnh tốc độ bằng các thay đổi điện áp phần ứng có nhiều ưu điểm

(nổi bật nhất là độ cứng đặc tính cơ không thay đổi) phù hợpvới động cơ công suất nhỏ điều chỉnh tốc độ động cơ vùng dưới tốc

độ định mức, momen tải không đổi trong toàn dải điều chỉnh

Vậy trong mô hình thực em chọn phương pháp thay đổi điện

áp phần ứng để điều chỉnh tốc độ động cơ

2.1.3 Phương pháp điều chế độ rộng xung PWM

Tốc độ của động cơ DC có thể được điều khiển bằng cách thay đổi điện áp đầu vào của nó Một kỹ thuật phổ biến để thực hiện việc

này là sử dụng PWM (Pulse Width Modulation – Điều chế độ rộng xung).

PWM là một kỹ thuật trong đó giá trị trung bình của điện ápđầu vào được điều chỉnh bằng cách gửi một loạt các xung ON-OFF Điện áp trung bình tỷ lệ thuận với chiều rộng của các xung được gọi là chu kỳ làm việc (Duty Cycle)

Chu kỳ làm việc càng cao, điện áp trung bình cung cấp chođộng cơ DC càng lớn (Động cơ quay nhanh) và chu kỳ làm việc càng thấp, điện áp trung bình cung cấp cho động cơ DC càng ít (Động cơ quay chậm)

Dưới đây hình ảnh minh họa kỹ thuật PWM với các chu kỳ làm việc khác nhau và điện áp trung bình

Hình 2.1.3 Các chu kỳ làm việc

Các tính năng khác bao gồm hỗ trợ JTAG để lập trình, gỡ lỗi và xử lý sự cố. Với bộnhớ FLASH lớn và SRAM, bo này có thể xử lý chương trình hệ thống lớn một cách

dễ dàng. Nó cũng tương thích với các loại bo mạch khác nhau như tín hiệu mức cao (5V) hoặc tín hiệu mức thấp (3.3V) với chân nạp I / O

Brownout và watchdog giúp hệ thống đáng tin cậy và mạnh mẽ hơn. Nó hỗ trợ ICSP cũng như lập trình vi điều khiển USB với PC

Arduino Mega 2560 là một sự thay thế của Arduino Mega cũ. Nó thường được sử dụng cho các dự án rất phức tạp

2.2.2 Thông số kỹ thuật

Nguồn cung cấp 7-12V (Bộ điều chỉnh sẵn có

cho bộ điều khiển

Số chân I/O tương tự 16

Arduino Mega 2560 cũng được tích hợp các tính năng bổ sung như bộ so sánh, ngắt, chế độ tiết kiệm điện, cảm biến nhiệt độ, RTC và nhiều tính năng khác

phần cứng bên ngoài

áp thấp bên ngoài

2.2.3 Chân điều khiển

RESET: Arduino Mega Mega 2560 có sẵn mạch reset với nút ấn để thiết lập lại hệ thống và chân này có thể được sử dụng khi kết nối các thiết bị khác để thiết lập lại

2.2.4 Các chân Digital (70)

Chân số: Từ 0-53 (số) và 0-15 (tương tự) có thể được sử dụng làm đầu vào hoặc đầu

ra cho thiết bị được thiết lập bằng các hàm Mode (), digtalWrite (), digitalRead ().Ứng dụng:

Thiết bị đầu ra: Relay, LED, buzzer, LCD và các thiết bị khác

Thiết bị đầu vào: Nút ấn, cảm biến siêu âm, cần điều khiển và các thiết bị khácThí dụ:

Đầu ra tín hiệu thấp trên Arduino mega

2.2.5 Chân tương tự (16)

Từ 0-15 (analog) có thể được sử dụng như chân đầu vào tương tự cho bộ ADC, nếu không sử dụng nó hoạt động như chân digital bình thường Nó được thiết lập bởi các hàm pinMode () khai báo chân, analogRead () để đọc trạng thái chân và nhận giá trị kỹ thuật số cho tín hiệu analog Lưu ý phải cẩn thận để lựa chọn điện áp thamchiếu bên trong hoặc bên ngoài và chân Aref

2.2.6 Chân có chức năng thay thế

Chân SPI: Chân 22-SS, 23_SCK, 24-MOSI, 25-MISO

Các chân này được sử dụng cho giao tiếp nối tiếp với giao thức SPI để liên lạc giữa

2 thiết bị trở lên. SPI cho phép bit phải được thiết lập để bắt đầu giao tiếp với các thiết bị khác

Ứng dụng: Lập trình điều khiển AVR, giao tiếp với những người khác ngoại vi như LCD và thẻ SD

Chân I2C:

Chân 20 cho SDA và 21 cho SCK (Tốc độ 400khz) để cho phép liên lạc hai dây với các thiết bị khác. Hàm được sử dụng là wire.begin () để bắt đầu chuyển đổi I2C, vớiwire.Read () để đọc dữ liệu i2c và wire.Write () để ghi dữ liệu i2c

Ứng dụng:

Thiết bị đầu ra: LCD và liên lạc giữa nhiều thiết bị với hai dây

Thiết bị đầu vào: RTC và các thiết bị khác

Thí dụ:

Nhấn nút cho chương trình ISR, đánh thức bộ điều khiển bằng thiết bị bên ngoài như cảm biến siêu âm và các thiết bị khác.

Driver: L298N tích hợp hai mạch cầu H.

Điện áp điều khiển: +5 V ~ +12 V

Dòng tối đa cho mỗi cầu H là: 2A (=>2A cho mỗi motor)

Điện áp của tín hiệu điều khiển: +5 V ~ +7 V

Dòng của tín hiệu điều khiển: 0 ~ 36mA (Arduino có thể đến 40mA)

Công suất hao phí: 20W (khi nhiệt độ T = 75 )℃

Nhiệt độ bảo quản: -25 ~ +130 ℃ ℃

2.3.3 Các chân của L298N

12V power, 5V power Đây là 2 chân cấp nguồn trực tiếp đến động cơ

Có thể cấp nguồn 9-12V ở 12V

Bên cạnh đó có jumper 5V

Power GND chân này là GND của nguồn cấp cho Động cơ.

2 Jump A enable và B enable

Gồm có 4 chân Input IN1, IN2, IN3, IN4

Output A: nối với động cơ A chú ý chân +, - Nếu nối ngược thì động cơ sẽ chạyngược

Board gồm 2 phần điều khiển động cơ Và có thể điều khiển cho 1 động cơ bước 6dây hoặc 4 dây

2.3.4 Kết nối nguồn và Arduino với module L298

Chân VCC của module L298 nối với cực dương của hộp pin (6VDC)

GND của module L298 nối với cực âm của hộp pin (0VDC)

OUT1, OUT2  kết nối với động cơ B bên phải của xe mô hình

OUT3, OUT4  kết nối với động cơ A bên trái của xe mô hình

IN1 nối với chân số  2  của Arduino (Tín hiệu logic cấp đến IN1, IN2 dùng để điều khiển hướng quay của động cơ B)

IN2 nối với chân số  3  của Arduino

IN3 nối với chân số  4  của Arduino  (Tín hiệu logic cấp đến  IN3, IN4 dùng để điềukhiển hướng quay của động cơ A)

IN4 nối với chân số  5  của Arduino

ENA nối với chân số 9 của Arduino  (ENA, ENB lấy tín hiệu PWM từ chân số 9 và

số 10 của Arduino để điều khiển tốc độ động cơ)

ENB nối với chân số 10 của Arduino

Để cấp nguồn cho Arduino, sau khi đã nạp chương trình xong ta có thể lấy nguồn từchân '5V' và 'GND' trên module L298 cấp cho Arduino Cấn lưu ý không được cắm ngược nguồn