Lấy ý tưởng xuất phát từ những vấn đề trên, nhóm chúng em tiến hành thực hiện đề tài “Thiết kế và thi công hệ thống hỗ trợ sức khỏe cộng đồng trong dịch Covid 19” Hệ thống gồm hộp khử k
Thực trạng hiện nay
Dịch Covid-19, còn gọi là dịch viêm phổi cấp do chủng mới của Virus Corona (SARS-CoV-2) hoặc dịch Virus Corona Vũ Hán, là một đại dịch truyền nhiễm toàn cầu gây ra các bệnh lý đường hô hấp nghiêm trọng.
Dịch bắt đầu bùng phát từ tháng 12/2019 tại thành phố Vũ Hán, tỉnh Hồ Bắc, Trung Quốc, rồi nhanh chóng lây lan ra nhiều quốc gia và vùng lãnh thổ trên thế giới Vào ngày 11/2/2020, Ủy ban Quốc tế về Phân loại Virus chính thức đặt tên cho chủng virus mới là SARS-CoV-2, giúp xác định rõ nguồn gốc của dịch bệnh Đến ngày 11/3/2020, Tổ chức Y tế Thế giới (WHO) đã tuyên bố dịch COVID-19 là đại dịch toàn cầu, cảnh báo sự nghiêm trọng của dịch bệnh trên quy mô quốc tế.
Vào ngày 1/4/2020, Thủ tướng Chính phủ Việt Nam công bố dịch COVID-19 là bệnh truyền nhiễm nhóm A trên phạm vi toàn quốc Dịch bệnh bắt đầu xuất hiện từ ngày 23/01/2020, khi có ca mắc COVID-19 đầu tiên tại Việt Nam, đánh dấu bước ngoặt quan trọng trong công tác phòng chống dịch của quốc gia.
Hình 1.1: Virus SARS CoV-2 (Corona Virus)
Dịch bệnh Covid-19 xuất hiện trong gần 2 năm qua đã gây ra nhiều tổn thất nặng nề cho đất nước và xã hội, đặc biệt làm thiệt hại nghiêm trọng đến nền kinh tế, làm giảm ngân sách nhà nước, tăng tỷ lệ thất nghiệp và gây mất thu nhập cho các ngành dịch vụ, kinh doanh Bên cạnh đó, dịch bệnh còn ảnh hưởng tiêu cực đến sức khỏe, tính mạng của người dân và gây mất an ninh, trật tự xã hội.
Dù đã áp dụng các biện pháp phòng chống dịch như quy định 5K, cách ly tại nhà và giới nghiêm hoạt động, tình hình dịch bệnh vẫn tiếp tục diễn biến phức tạp Điều này gây ra nhiều khó khăn cho các hoạt động trong nước và ảnh hưởng đến đời sống hàng ngày của người dân.
Trong thời đại phát triển hiện nay với công nghệ 4.0, việc sử dụng các thiết bị chẩn đoán nhanh như xét nghiệm PCR và Kit Test nhanh là cực kỳ cần thiết để phát hiện vi khuẩn, virus một cách tức thì Các giải pháp này giúp ngăn chặn sự lây lan của dịch bệnh hiệu quả, đáp ứng kịp thời nhu cầu kiểm tra và kiểm soát dịch bệnh trong cộng đồng.
Hình 1.2: Phương pháp xét nghiệm RT-PCR và Kit Test nhanh
Ngoài việc chẩn đoán và điều trị bệnh nhân, việc sử dụng các thiết bị phòng ngừa tại những nơi có nguy cơ lây nhiễm cao đóng vai trò quan trọng trong việc ngăn chặn sự lây lan của dịch bệnh Những thiết bị này không những giúp hạn chế sự phát tán của vi khuẩn và virus mà còn hỗ trợ hiệu quả trong công tác phòng chống dịch Hiện nay, có rất nhiều phương pháp phòng ngừa khác nhau nhằm bảo vệ cộng đồng, đảm bảo an toàn sức khỏe cho tất cả mọi người.
Để đảm bảo vệ sinh và diệt khuẩn hiệu quả, có thể sử dụng các phương pháp như sát khuẩn tay bằng dung dịch cồn hoặc tia cực tím, đặc biệt là bóng đèn UVC trong các môi trường dễ phát sinh vi khuẩn Ngoài ra, việc sử dụng máy hấp khử trùng và máy lọc không khí còn giúp loại bỏ vi khuẩn, nâng cao mức độ sạch sẽ trong không gian sống và làm việc.
Chúng tôi đã quyết định thiết kế hệ thống hỗ trợ sức khỏe cộng đồng trong dịch COVID-19 bằng cách chế tạo hộp khử khuẩn vật dụng sử dụng tia UVC để diệt khuẩn hiệu quả Hệ thống còn tích hợp thiết bị sát khuẩn tay bằng dung dịch cồn 70 độ nhằm nâng cao khả năng phòng chống lây nhiễm Ngoài ra, sản phẩm còn có các chức năng bổ sung như đo thân nhiệt, đo nhiệt độ môi trường và hiển thị độ ẩm, giúp người dùng kiểm soát tốt hơn tình hình dịch bệnh và bảo vệ sức khỏe cộng đồng.
Nhu cầu sử dụng sát khuẩn và đo thân nhiệt
Các nhà khoa học khuyên bạn nên rửa tay bằng xà phòng và nước bất cứ khi nào có thể để loại bỏ vi khuẩn và chất bẩn trên bàn tay, bảo vệ sức khỏe của chính mình và cộng đồng Trong trường hợp không có sẵn xà phòng và nước, sử dụng dung dịch rửa tay sát khuẩn có ít nhất 60% cồn là biện pháp hiệu quả để ngăn ngừa bệnh tật và lây truyền mầm bệnh, đặc biệt trong thời kỳ đại dịch Covid-19.
Hình 1.3: Dung dịch sát khuẩn tay nhanh
Sát khuẩn đồ dùng, vật dụng cá nhân
Để bảo vệ sức khỏe, bên cạnh việc đeo khẩu trang và giữ vệ sinh tay thường xuyên, chúng ta cần khử khuẩn các vật dụng cá nhân như ví, mắt kính, điện thoại và đồng hồ đeo tay Phương pháp khử khuẩn này đã trở nên phổ biến, đặc biệt trong các bệnh viện, nơi các bác sĩ phải đảm bảo vô trùng dụng cụ trước và sau thực hiện ca mổ để tránh nguy cơ nhiễm trùng.
Hình 1.4: Nồi hấp tiệt trùng autoclave
Do ảnh hưởng của đại dịch Covid-19, nhu cầu khử khuẩn các vật dụng không còn giới hạn trong môi trường bệnh viện mà đã trở thành vấn đề chung của cộng đồng Tuy nhiên, việc sở hữu một máy hấp khử trùng toàn diện phù hợp cho mỗi cá nhân và gia đình vẫn còn là thách thức lớn.
Dựa vào các triệu chứng chính do virus Corona gây ra, như ho, mất vị giác và đặc biệt là sốt, việc đo thân nhiệt là phương pháp dễ dàng và hiệu quả để phát hiện người có khả năng nhiễm bệnh.
Trong tình hình hiện nay, đo thân nhiệt là nhu cầu thiết yếu để phòng ngừa dịch bệnh Sử dụng cảm biến hồng ngoại đo thân nhiệt không tiếp xúc giúp kiểm tra nhiệt độ cơ thể một cách nhanh chóng và an toàn Các thiết bị hỗ trợ đo nhiệt độ đã có mặt trên thị trường, dễ dàng xác định chính xác nhiệt độ cơ thể Điều này góp phần chẩn đoán sớm các dấu hiệu nhiễm bệnh, nâng cao hiệu quả phòng chống dịch bệnh cộng đồng.
Hình 1.5: Máy đo thân nhiệt cầm tay
Dựa trên các khảo sát hiện nay, việc sát khuẩn tay, sát khuẩn vật dụng và đo thân nhiệt đã trở thành những nhu cầu thiết yếu của mỗi người Các biện pháp phòng chống dịch bệnh đóng vai trò quan trọng trong việc bảo vệ sức khỏe cộng đồng Việc duy trì vệ sinh cá nhân và môi trường giúp giảm thiểu nguy cơ lây nhiễm virus một cách hiệu quả Nhận thức về khả năng phòng tránh bệnh qua việc sát khuẩn và kiểm tra nhiệt độ ngày càng được nâng cao giúp cộng đồng chủ động hơn trong việc bảo vệ bản thân và người thân.
Nhiệm vụ nghiên cứu
Khảo sát các phương pháp hiện có trên thị trường về sát khuẩn, đo thân nhiệt, vô trùng nhằm xác định các giải pháp phù hợp cho dự án Tiến hành thi công và lắp ráp mô hình để tạo ra sản phẩm hoàn chỉnh, đáp ứng các yêu cầu về an toàn và hiệu quả Đánh giá tiềm năng của đồ án hiện tại dựa trên khả năng ứng dụng và tính khả thi của các phương pháp đã khảo sát.
Đáp ứng được nhu cầu sử dụng trong việc hỗ trợ sức khỏe cộng đồng trong dịch Covid 19
Đạt tiêu chuẩn về việc sử dụng tia UVC
Đảm bảo an toàn khi sử dụng
Có khả năng sát khuẩn tay bằng cách sử dụng dung dịch cồn 70 o C
Có khả năng đo thân nhiệt, nhiệt độ và hiển thị thông số đo được
Thiết kế mô hình chắc chắn
Lựa chọn các vi điều khiển phù hợp: Arduino Uno R3, Arduino Nano,…
Viết chương trình (code) cho từng chức năng trong Đồ Án.
Giới hạn phạm vi nghiên cứu
Sử dụng các vi điều khiển phổ biến dễ lập trình
Thiết bị chỉ được mô phỏng để sử dụng
Sử dụng những cảm biến bình thường ngoài thị trường nên sẽ không có mức độ chính xác tuyệt đối
Tính bảo mật của sản phẩm không cao.
Thời gian nghiên cứu
Tuần Ngày Nội dung thực hiện
- Tìm hiểu về thực trạng và nhu cầu sử dụng những thiết bị sát khuẩn hiện nay
- Nghiên cứu các sản phẩm, mô hình hiện tại đang có trên thị trường
2 09/05 – 15/05 - Tìm hướng nghiên cứu và bắt đầu lên ý tưởng thực hiện
- Tham khảo những nguồn tài liệu cần thiết trước khi bắt đầu xây dựng hệ thống
- Vẽ bản thảo sơ đồ hệ thống mạch điều khiển tia UVC
- Tiến hành mua linh kiện cho mạch UVC
- Tiến hành kiểm tra mạch thực tế trên Breadboard
- Vẽ bản thảo sơ đồ hệ thống mạch sát khuẩn tay bằng cồn 70%
- Tiến hành mua linh kiện cho mạch sát khuẩn tay
- Tiến hành kiểm tra mạch thực tế trên Breadboard
- Vẽ bản thảo sơ đồ hệ thống mạch điều khiển đo thân nhiệt, nhiệt độ và độ ẩm
- Tiến hành mua linh kiện cho mạch đo thân nhiệt, nhiệt độ và độ ẩm
- Tiến hành kiểm tra mạch thực tế trên Breadboard
- Thiết kế mạch in cho toàn bộ hệ thống (gồm 3 phần: UVC, Sát khuẩn tay, Đo thân nhiệt)
- Tiến hành rửa mạch, khoan mạch và hàn mạch
- Khắc phục sự cố sau khi đã ra mạch in
- Kiểm tra lại hoạt động của mạch trước khi tiến hành lắp ráp vào mô hình
- Thiết kế mô hình sản phẩm
- Tiến hành làm mô hình
- Lắp ráp hệ thống vào mô hình
- Phân công thực hiện báo cáo Đồ Án Tốt Nghiệp
- Kiểm tra và quay lại video quá trình hoạt động của sản phẩm
- Tiếp tục thực hiện làm báo cáo Đồ Án Tốt Nghiệp theo phần đã được phân công
- Hoàn thành báo cáo Đồ Án Tốt Nghiệp
- In báo cáo Đồ Án Tốt Nghiệp
- Kiểm tra quá trình hoạt động của sản phẩm
- Đọc lại chương trình (code) của từng mạch để chuẩn bị nộp Đồ Án Tốt Nghiệp
- Nghiên cứu về hướng phát triển, ưu điểm, nhược điểm sau khi hoàn thành
- Kiểm tra hoạt động của sản phẩm
12 18/07 – 24/07 - Chính thức hoàn thành và kết thúc Đồ Án Tốt Nghiệp
Bảng 1: Báo cáo thời gian nghiên cứu
Arduino Uno R3
Arduino là nền tảng tạo mẫu điện tử mã nguồn mở, giúp xây dựng các ứng dụng điện tử tương tác dễ dàng và thuận tiện hơn Nền tảng này giống như một máy tính thu nhỏ, cho phép người dùng lập trình và thực hiện dự án điện tử mà không cần dụng cụ chuyên dụng để nạp code Mạch Arduino tích hợp khả năng cảm nhận và điều khiển đa dạng các đối tượng, từ cảm biến đến đèn, động cơ và nhiều thiết bị khác Bên cạnh đó, Arduino có thể liên kết với nhiều module mở rộng như module đọc thẻ từ, Ethernet shield, sim 900A để nâng cao khả năng ứng dụng của mạch [2].
Phần cứng Arduino là bảng mạch nguồn mở tích hợp bộ vi xử lý và các chân I/O giúp điều khiển và liên lạc với các thiết bị vật lý như LED, servo, nút nhấn, và cảm biến Bảng mạch Arduino thường được cấp nguồn qua USB hoặc nguồn điện bên ngoài, đảm bảo cung cấp năng lượng phù hợp cho các phần cứng và cảm biến kết nối.
Hình 2.1: Arduino Uno R3 sử dụng chip Mega2560
Arduino Uno R3 là bảng mạch vi điều khiển nguồn mở dựa trên vi điều khiển Microchip ATmega328, phát triển bởi Arduino.cc, phù hợp với dự án DIY và electronics học tập Bảng mạch tích hợp các chân digital và analog để kết nối dễ dàng với các bộ mở rộng khác, nâng cao khả năng tùy biến cho người dùng Đây là thế hệ thứ 3 của dòng Arduino Uno, mang lại hiệu suất và tính năng cải tiến Tên gọi Arduino Uno R3 còn ám chỉ khả năng tương thích với các vi điều khiển họ 8bit AVR như ATmega8, ATmega168, và ATmega328, mở rộng phạm vi sử dụng và phù hợp với nhiều ứng dụng khác nhau trong lĩnh vực điện tử.
2.1.2 Cấu tạo và thông số kỹ thuật
Cổng USB là chân cắm để tải mã lập trình từ máy tính lên chip điều khiển, đồng thời còn đóng vai trò là cổng giao tiếp serial giúp truyền dữ liệu từ chip điều khiển vào máy tính.
Jack nguồn của Arduino Cho phép bạn cấp nguồn trực tiếp qua cổng USB, thuận tiện cho các dự án trong nhà hoặc khi kết nối với máy tính Tuy nhiên, không phải lúc nào cũng phù hợp để dùng nguồn từ máy tính, đặc biệt khi thực hiện các dự án ngoài trời hoặc di động Trong những trường hợp này, bạn cần sử dụng nguồn điện bên ngoài với mức điện áp từ 9V đến 12V để đảm bảo Arduino hoạt động ổn định và hiệu quả.
Các chân đánh số từ 0 đến 12 trên hàng header là chân digital pin, có chức năng truyền và nhận các tín hiệu số Bên cạnh đó, hàng còn có pin đất (GND) và pin điện áp tham chiếu (AREF), giúp ổn định và chuẩn xác trong quá trình hoạt động của mạch.
Hàng header thứ 2: chủ yếu liên quan tới điện áp đất, nguồn
Hàng header thứ 3: đây là các chân để nhập – xuất các tín hiệu analog (đọc thông tin của các thiết bị cảm biến)
Chip điều khiển AVR là bộ xử lý trung tâm của toàn bộ bo mạch Arduino, đảm nhận nhiệm vụ xử lý và điều khiển các thành phần khác Mỗi mẫu Arduino sẽ sử dụng loại chip AVR phù hợp, ví dụ như Arduino Uno sử dụng chip ATMega328 Việc lựa chọn chip AVR phù hợp rất quan trọng để đảm bảo hiệu suất hoạt động tối ưu của bảng mạch.
Phần mềm Arduino là phần mềm nguồn mở giống như C++, cung cấp môi trường phát triển tích hợp (IDE) dễ sử dụng để soạn thảo, biên dịch mã và nạp chương trình vào board Arduino.
Hình 2.2: Vi điều khiển Atmega328
Arduino UNO R3 sử dụng 3 vi điều khiển họ 8bit AVR là ATmega8, ATmega168 và ATmega328, giúp xử lý các tác vụ đơn giản như điều khiển đèn LED nhấp nháy, điều khiển xe từ xa, đo nhiệt độ và độ ẩm, cũng như hiển thị dữ liệu lên màn hình LCD một cách hiệu quả.
Vi điều khiển Atmega328 (họ 8 bit) Điện áp hoạt động 5V – DC (cấp qua cổng USB)
Tần số hoạt động 16 MHz
Dòng tiêu thụ 30mA Điện áp vào khuyên dùng 7 – 12V – DC Điện áp vào giới hạn 6 – 20V – DC
Số chân Digital I/O 14 (6 chân PWM)
Số chân Analog 6 (độ phân giải 10 bit)
Dòng tối đa trên mỗi chân I/O 30 mA
Dòng ra tối đa (5V) 500 mA
Dòng ra tối đa (3.3V) 50 mA
Bộ nhớ flash 32 KB (Atmega328) với 0.5KB dùng bởi bootloader
Bảng 2.1: Thông số kỹ thuật của Vi điều khiển Atmega328 (họ 8 bit)
Hình 2.3: Mặt trước của Arduino Uno R3
Hình 2.4: Mặt sau của Arduino Uno R3
Các chân năng lượng của Arduino Uno R3
GND (Ground) là cực âm của nguồn điện cung cấp cho Arduino UNO, đóng vai trò quan trọng trong mạch điện tử Khi sử dụng các thiết bị có nguồn điện riêng biệt, các chân GND cần được nối với nhau để đảm bảo mạch hoạt động ổn định Việc kết nối đúng chân GND giúp duy trì mối liên kết chắc chắn giữa các thành phần, tránh các lỗi về điện áp và đảm bảo tính an toàn khi vận hành.
5V: cấp điện áp 5V đầu ra Dòng tối đa cho phép ở chân này là 500mA
3.3V: cấp điện áp 3.3V đầu ra Dòng tối đa cho phép ở chân này là 50mA
Vin (Voltage Input): để cấp nguồn ngoài cho Arduino UNO, thực hiện nối cực dương của nguồn với chân này và cực âm của nguồn với chân GND
IOREF trên Arduino UNO là chân dùng để đo điện áp hoạt động của vi điều khiển, thường là 5V Tuy nhiên, người dùng tuyệt đối không nên lấy nguồn 5V từ chân này để cấp nguồn cho các thiết bị khác vì chức năng chính của IOREF không phải là nguồn cung cấp điện Điều này giúp đảm bảo hoạt động ổn định của bo mạch và tránh gây hỏng hóc cho các linh kiện.
RESET: việc nhấn nút Reset trên board để reset vi điều khiển tương đương với việc chân RESET được nối với GND qua 1 điện trở 10KΩ
Một số chân digital có các chức năng đặc biệt như sau:
Hai chân serial 0 (RX) và 1 (TX) của Arduino Uno được sử dụng để gửi và nhận dữ liệu TTL Serial, giúp Arduino giao tiếp với các thiết bị khác dễ dàng Kết nối Bluetooth thường thiết lập qua serial không dây, tận dụng các chân này để truyền dữ liệu không dây Nếu không cần giao tiếp serial, hai chân này không bắt buộc phải sử dụng, giúp tối ưu hoá phần cứng và giảm nhiễu khi không cần thiết.
Chân PWM (~): Các chân số 3, 5, 6, 9, 10, và 11 cho phép xuất xung PWM với độ phân giải 8-bit, từ giá trị 0 đến 255 (tương ứng từ 0V đến 5V) khi sử dụng hàm analogWrite() Người dùng có thể điều chỉnh điện áp ra ở chân này từ mức 0V đến 5V, mang lại khả năng kiểm soát điện áp linh hoạt hơn so với các chân khác cố định ở mức 0V hoặc 5V.
Các chân giao tiếp SPI gồm chân số 10 (SS), 11 (MOSI), 12 (MISO) và 13 (SCK) đóng vai trò quan trọng trong truyền dữ liệu giữa các thiết bị Ngoài chức năng cơ bản, 4 chân này còn được sử dụng để truyền phát dữ liệu theo giao thức SPI, giúp kết nối và trao đổi thông tin hiệu quả giữa các thiết bị điện tử.
LED 13: trên Arduino UNO có 1 đèn led màu cam (kí hiệu chữ L) Khi bấm nút Reset, sẽ thấy đèn này nhấp nháy để báo hiệu, đèn này được kết nối với chân số 13
Arduino Nano
Arduino Nano là một bảng mạch điện tử nhỏ gọn dựa trên bộ vi xử lý ATmega328P, cung cấp các kết nối và thông số kỹ thuật tương tự như Arduino Uno nhưng với kích thước tiết kiệm không gian đáng kể.
Arduino Nano có chức năng tương tự như Arduino UNO, nhưng khác biệt chính nằm ở dạng mạch Arduino Nano pinout tích hợp vi điều khiển ATmega328P giống như Arduino UNO; tuy nhiên, bảng UNO có dạng Plastic Dual-In-Line Package (PDIP) với 30 chân, trong khi bảng Nano có dạng Plastic Quad Flat Pack (QFP) với 32 chân Điểm nổi bật của Arduino Nano là nó có thể mở rộng tới 8 cổng ADC, nhiều hơn so với 6 cổng ADC của Arduino UNO, giúp phù hợp cho các dự án đòi hỏi nhiều cảm biến analog hơn.
2.2.2 Cấu tạo và thông số kỹ thuật
Hình 2.6: Sơ đồ cấu tạo chân bên trong Arduino Nano
Thông số kỹ thuật Điện áp hoạt động 5V Điện áp đầu vào (khuyên dùng) 7-12V Điện áp đầu vào (giới hạn) 6-20V
Chân Digital I/O 14 (Với 6 chân PWM output)
Chân đầu vào Analog 8 (thêm A6, A7) so với UNO Dòng sử dụng I/O Pin 20mA (tối đa 40mA)
Bộ nhớ Flash 32KB (ATmega328)
Giao thức liên kết IIC, SPI, USART
Bảng 2.2: Thông số kỹ thuật của Vi điều khiển Arduino Nano
Arduino Nano được trang bị 14 chân I/O kỹ thuật số hoạt động ở điện áp tối đa 5V, phù hợp để kết nối các cảm biến, thiết bị điều khiển tự động Mỗi chân có thể cung cấp hoặc nhận dòng tối đa 40mA, đảm bảo đủ công suất cho các mạch điều khiển nhỏ Các chân này còn đi kèm với điện trở kéo lên khoảng 20-50kΩ, giúp ổn định trạng thái của tín hiệu đầu vào Người dùng có thể sử dụng các chân này để làm đầu vào hoặc đầu ra, thông qua các hàm lập trình như pinMode(), digitalWrite() và digitalRead(), phù hợp cho các dự án tự động hoá và điều khiển linh hoạt.
Ngoài các chức năng đầu vào và đầu ra số, các chân này cũng có một số chức năng bổ sung
Các chân RX và TX này đều dùng để truyền dữ liệu nối tiếp TTL, giúp kết nối dễ dàng giữa các thiết bị Chân RX và TX cần được kết nối chính xác với các chân tương ứng của chip chuyển đổi USB sang TTL để đảm bảo quá trình truyền dữ liệu diễn ra thuận lợi Bên cạnh đó, các chân số 6, 8, 9, 12, 13 và 14 được phân bố để thực hiện chức năng PWM, điều chỉnh tốc độ hoặc tín hiệu điều khiển trong các dự án điện tử.
Mỗi chân số này cung cấp tín hiệu điều chế độ rộng xung 8 bit Tín hiệu PWM có thể được tạo ra bằng cách sử dụng hàm analogWrite ()
Hình 2.7: Sơ đồ chân của Arduino Nano
Các chân này được sử dụng để cung cấp các ngắt ngoài cho bộ xử lý hoặc bộ điều khiển khác, đặc biệt là để kích hoạt các ngắt INT0 và INT1 thông qua hàm attachInterrupt() Chúng cho phép kích hoạt ba loại ngắt chính: ngắt khi giá trị thấp, ngắt theo sự tăng hoặc giảm mức tín hiệu, và ngắt dựa trên sự thay đổi của giá trị ngắt.
Chân 13, 14, 15 và 16: Giao tiếp SPI
Khi cần truyền dữ liệu đồng bộ, các chân ngoại vi nối tiếp hỗ trợ giao tiếp đồng bộ với SCK, giúp đảm bảo truyền dữ liệu chính xác và hiệu quả Mặc dù phần cứng có khả năng này, nhưng phần mềm Arduino yêu cầu sử dụng thư viện SPI để khai thác tính năng này một cách dễ dàng và tối ưu Do đó, việc sử dụng thư viện SPI là cần thiết để thực hiện truyền dữ liệu đồng bộ trên các chân ngoại vi nối tiếp trong Arduino.
Khi sử dụng chân 16, đèn led trên bo mạch sẽ sáng
Chân 18, 19, 20, 21, 22, 23, 24, 25 và 26 : Ngõ vào/ra tương tự
Arduino Nano có 8 chân analog (A0 đến A7), trong khi UNO chỉ có 6, giúp xử lý đến 8 kênh đầu vào tương tự Mỗi chân analog này đi kèm với bộ chuyển đổi ADC 10-bit, cho phép đo giá trị từ 0 đến 1023 Các chân analog mặc định đo điện áp từ 0V đến 5V, nhưng có thể điều chỉnh để phù hợp với nguồn tham chiếu 3.3V bằng cách kết nối chân AREF (pin 18) với nguồn 3.3V và sử dụng hàm analogReference() Ngoài chức năng đo điện áp, các chân analog của Nano còn có các chức năng khác tương tự như chân digital, mở rộng khả năng tùy biến dự án của bạn.
Chân 23, 24 như A4 và A5: chuẩn giao tiếp I2C
Giao tiếp SPI có nhược điểm là yêu cầu 4 chân và giới hạn trong một thiết bị, trong khi đó I2C chỉ cần hai dây: một cho xung (SCL) và một cho dữ liệu (SDA) Để sử dụng tính năng I2C, cần nhập thư viện Wire trong lập trình Chân 18 (AREF) dùng để cung cấp điện áp tham chiếu cho bộ chuyển đổi ADC.
Chân 28 : RESET Đây là chân reset mạch khi nhấn nút rên bo Thường được sử dụng để kết nối với thiết bị chuyển mạch dùng làm nút reset
Hình 2.8: Các cổng của ICSP
ICSP (In Circuit Serial Programming) là phương pháp lập trình bảng Arduino phổ biến khi bộ nạp khởi động bị thiếu hoặc hỏng, giúp khôi phục hoặc cập nhật chương trình dễ dàng Thường thì, một chương trình bộ nạp khởi động Arduino sẽ được sử dụng để lập trình, nhưng trong trường hợp bộ nạp này không hoạt động, ICSP đóng vai trò thay thế hiệu quả Sử dụng ICSP, người dùng có thể lập trình hoặc sửa chữa bảng Arduino một cách tiện lợi mà không cần bộ nạp khởi động chính Đây là phương pháp quan trọng giúp duy trì và sửa chữa các dự án Arduino khi gặp sự cố về bộ nạp khởi động.
Các chân ICSP thường kết nối với các chân Arduino có cùng tên hoặc chức năng, ví dụ như chân MISO của Nano nối với MISO / D12 (Pin 15) Lưu ý rằng các chân MISO, MOSI và SCK được ghép lại với nhau, tạo thành phần lớn các giao diện SPI.
Có thể sử dụng Arduino để lập trình Arduino khác bằng ICSP này
Bảng 2.3: Cách cấm chân cho Arduino khi ta c ần truyền ICSP qua Arduino khác
Tên chân Arduino Nano ICSP Kiểu Chức năng
MISO Đầu vào hoặc đầu ra Master in slave out
Vcc Đầu ra Cấp nguồn
SCK Đầu ra Tạo xung
MOSI Đầu ra hoặc đầu vào Master out slave in
RST Đầu vào Đặt lại, hoạt động ở mức thấp
GND Nguồn Chân nối đất
Bảng 2.4: Ý nghĩa của các chân ICSP trên Arduino Nano
Thông số kỹ thuật của Arduino nano Điện áp hoạt động 5V Điện áp đầu vào (khuyên dùng) 7-12V Điện áp đầu vào (giới hạn) 6-20V
Chân Digital I/O 14 (Với 6 chân PWM output)
Chân đầu vào Analog 8 (thêm A6, A7) so với UNO Dòng sử dụng I/O Pin 20mA (tối đa 40mA)
Bộ nhớ Flash 32KB (ATmega328)
Giao thức liên kết IIC, SPI, USART
Bảng 2.5: Thông số kỹ thuật của Arduino Nano
Bóng đèn tia cực tím UVC
2.3.1 Tia cực tím là gì
Tia UV (tia cực tím) hay còn gọi là tia tử ngoại là loại sóng điện từ có bước sóng ngắn hơn ánh sáng nhìn thấy nhưng dài hơn tia X, đóng vai trò quan trọng trong nhiều ứng dụng y học, làm đẹp và kiểm tra hàng hóa.
Tia cực tím (UV) có nghĩa là "bên trên của màu tím", vì nó nằm vượt ra ngoài bước sóng của sắc tím, màu có bước sóng ngắn nhất mà mắt thường có thể nhìn thấy Do đó, tia UV là loại tia vô hình đối với mắt người, không thể nhìn thấy bằng mắt thường.
Có 3 loại tia tử ngoại:
UVA (380 – 315nm) thường được sử dụng để khử khuẩn nước thải
UVB (315 – 280nm) có khả năng gây tổn thương ADN
UVC (280 – 100nm) phần năng lượng cao nhất của tia UV, thường được sử dụng để tiệt trùng, khử trùng trong không khí, bề mặt
Phương pháp khử khuẩn bằng tia cực tím (UVGI) là một ứng dụng hiệu quả trong lĩnh vực khử trùng và tiệt trùng Tia tử ngoại có khả năng tiêu diệt các vi sinh vật như virus và vi khuẩn, đặc biệt hữu ích khi phơi đồ dùng ngoài trời như tã vải, đồ lót và khăn mặt Tia UV xuyên qua màng tế bào của vi khuẩn và virus, phá hủy cấu trúc của chúng để đảm bảo sự sạch khuẩn tối đa.
DNA, ngăn chặn khả năng tái sinh và nhân lên của chúng, nhiều nơi sử dụng đèn diệt khuẩn UV để khử trùng
Nghiên cứu của nhóm từ Đại Học California tại Santa Barbara và Đại Học Quốc Gia Oregon (Mỹ), hợp tác với các đồng nghiệp từ Đại Học Manchester (Anh) và Đại Học Bách Khoa liên bang Zurich (Thụy Sĩ), đã chỉ ra rằng virus corona nhạy cảm với tia cực tím (UV) Kết quả nghiên cứu cho thấy tia UVB có khả năng vô hiệu hóa virus corona, đặc biệt trong các thử nghiệm trên nước bọt, mở ra khả năng sử dụng tia UVB trong kiểm soát dịch bệnh COVID-19.
24 corona trong khoảng từ 10 phút đến 20 phút Hàn Quốc cũng đã nghiên cứu sử dụng Led phát tia UVC có khả năng loại bỏ virus SARS-COV-2 trong 30 giây
2.3.2 Bóng đèn UVC Đèn UV diệt khuẩn, hay còn được biết tới với tên đèn tia cực tím có hiệu quả diệt khuẩn cao mà không làm biến đổi tính chất môi trường mà nó tác động Cấu tạo của đèn
UV diệt khuẩn gần giống với đèn huỳnh quang đã phổ biến với hầu hết mọi người
2.3.3 Cấu tạo đèn UVC Đèn UV còn được biết tới với một cái tên khác đó là đèn tia cực tím, loại đèn này có khả năng diệt khuẩn cao mà không làm biến đổi tính chất môi trường mà nó tác động Cấu tạo của đèn UV diệt khuẩn gần giống với đèn huỳnh quang đã phổ biến với hầu hết mọi người Tuy vậy, loại đèn tia cực tím này thường được sử dụng phổ biến ở những nơi có nhu cầu sát khuẩn cao như bệnh viện, vì thế đối với người dân đây cũng là một loại đèn ít được sử dụng
Đèn này được cấu thành từ một ống thủy tinh hình trụ tròn bên trong chứa lớp bột huỳnh quang mỏng, kết hợp với hai điện cực bằng dây vonfram dạng lò xo xoắn, được tráng một lớp bari-oxi để phát ra điện tử Mỗi đầu của ống có điện cực, gọi là chân đèn, giúp kết nối với nguồn điện Thiết kế này tạo ra ánh sáng từ phản ứng của các điện tử phát ra nhờ lớp bari-oxi, làm cho đèn hoạt động hiệu quả trong quá trình chiếu sáng.
Hình 2.10: Cấu tạo bên trong bóng đèn tia cực tím UVC
Các loại bước sóng của đèn UV
Trong đèn UV diệt khuẩn, bước sóng UVC có hiệu quả cao nhất vì dễ bị hấp thụ bởi DNA, RNA và protein của vi sinh vật, giúp khử trùng hiệu quả Bước sóng 265nm được xem là mức nhạy cảm tối đa của vi sinh vật, nên thường được ứng dụng rộng rãi trong các lĩnh vực khoa học kỹ thuật để đảm bảo diệt khuẩn tối ưu.
Hình 2.11: Khả năng diệt khuẩn của bóng đèn UVC
2.3.4 Nguyên lý hoạt động của tia UV
Tia UV có khả năng phá vỡ liên kết chuỗi ADN của vi khuẩn, khiến chúng không thể sinh sôi và chết đi Với bước sóng tính bằng nano mét, tia UV có thể tiêu diệt vi sinh vật trong hàng nghìn khối nước, thể hiện sức mạnh đáng kinh ngạc Đây là một trong những công cụ diệt khuẩn hàng đầu trên trái đất, có khả năng tiêu diệt vi khuẩn tương đương với ozone.
Vi khuẩn còn bám dính trên bề mặt các vật thể, gây nguy cơ lây nhiễm khi tiếp xúc trực tiếp Các vật dụng cá nhân vẫn có khả năng chứa vi khuẩn và virus còn tồn tại trên bề mặt, đe dọa sức khỏe người dùng Đèn UV được ứng dụng phổ biến trong việc tiêu diệt vi khuẩn, virus tại các cơ sở y tế như bệnh viện, phòng khám, trung tâm y tế, nơi tập trung nhiều tác nhân gây bệnh và tiềm ẩn nguy cơ lây nhiễm cao.
Mạch hạ áp LM2596
Trong các dự án Arduino, sử dụng board Arduino Pro Mini giúp giữ dự án nhỏ gọn và tiết kiệm chi phí nhờ vào giá thành thấp Tuy nhiên, Pro Mini không tích hợp mạch nguồn 3.3V và 5V sẵn, điều này gây khó khăn khi cấp nguồn chuẩn cho các module hoặc cảm biến yêu cầu điện áp này.
Mạch hạ áp LM2596 là module giảm áp có khả năng điều chỉnh dòng ra lên đến 3A, phù hợp cho các dự án yêu cầu công suất cao Với IC nguồn tích hợp bên trong, module dễ dàng vận hành và ổn định khi điều chỉnh điện áp đầu ra từ nguồn 24V xuống các mức thấp hơn như 5V hoặc 3.3V Sản phẩm lý tưởng cho hệ thống cung cấp nguồn ổn định, tiết kiệm không gian và đảm bảo hiệu suất cao trong các ứng dụng điện tử.
Nguồn đầu vào Từ 4 đến 35V
Nguồn đầu ra Từ 1V đến 30V
Kích thước mạch 53mm x 25mm Đầu vào INPUT +, INPUT- Đầu ra OUTPUT+, OUTPUT-
Hình 2.12: Mạch hạ áp LM2596
Chỉ cần cấp nguồn thô vào chân INPUT+, INPUT- rồi nhận nguồn ra từ chân OUTPUT+, OUTPUT-
Hình 2.13: Các cổng đầu vào và đầu ra của LM2596
Tùy chỉnh điện áp đầu ra bằng cách xoay biến trở trên module rồi lấy đồng hồ đo điện áp đầu ra, hiệu chỉnh sao cho phù hợp.
Module Mosfet kênh N (MOSFET AOD4184A)
Hình 2.14: Các cổng đầu vào (input) đầu ra (output) của MOSFET
Hình 2.15: Mặt sau hiển thị các cổng của MOSFET
Module Mosfet kênh N (MOSFET AOD4184A) tích hợp đầu ra gồm 2 MOSFET với nội trở thấp và khả năng dòng điện cao, công suất lên đến 15A - 400W phù hợp để điều khiển các thiết bị thuần trở Thiết bị này lý tưởng cho các ứng dụng yêu cầu PWM như điều chỉnh tốc độ động cơ, độ sáng LED, máy bơm nước DC, van điện từ và các hệ thống điều khiển công suất cao khác Với khả năng đáp ứng hầu hết các nhu cầu của thiết bị điều khiển công suất, module MOSFET AOD4184A là giải pháp tối ưu cho nghiên cứu và ứng dụng điều khiển thiết bị công nghiệp.
Nguồn kích: Kỹ thuật số mức cao & thấp DC 3.3V -20V, có thể kết nối với MCU
IO, PLC, nguồn DC, v.v , hỗ trợ PWM ở mức 0-20khz
Công suất đầu ra: 5-36V, 15A-400W, ở điều kiện bình thường, trong điều kiện làm mát tốt có thể đạt tới 30A
Lưu ý: Việc bật tắt hay PWM như điều khiển 1 mosfet thông thường, mạch không có cách ly tín hiệu đầu vào
STM32F4 Rotary Encoder
Hình 2.16: Công tắc tùy chỉnh Rotary Encoder STM32F4
Mạch Volume xoay Rotary Encoder 360 độ không giới hạn số vòng quay, cung cấp hai xung vuông 90 độ (phase A và B) giúp xác định chiều quay, tốc độ và vị trí Output của encoder gồm 2 ngõ ra cho hai phase và 1 nút nhấn, trong đó số lượng xung đếm được phản ánh chính xác vị trí góc xoay không giới hạn Ngoài ra, module còn có nút nhấn có thể lập trình để làm chức năng reset giá trị đếm, hỗ trợ điều chỉnh vị trí một cách linh hoạt.
Điện áp sử dụng: 3~5VDC
Độ phân giải 20 xung/vòng
Chân dương “+” : Chân cấp nguồn 3~5VDC
GND: Chân cấp nguồn âm 0VDC
Màn hình LCD 1602
Màn hình LCD1602 sử dụng driver HD44780, cho khả năng hiển thị 2 dòng, mỗi dòng 16 ký tự, giúp cung cấp thông tin rõ ràng và dễ đọc Được biết đến với độ bền cao, LCD1602 rất phổ biến trong các dự án điện tử và hệ thống điều khiển Với nhiều mã mẫu sẵn có và tính dễ sử dụng, loại màn hình này phù hợp cho cả người mới bắt đầu và các kỹ thuật viên chuyên nghiệp, nâng cao hiệu quả phát triển sản phẩm.
Thông số kỹ thuật của màn hình LCD 1602:
Điện áp ra mức thấp : 2.4
Dòng điện cấp nguồn : 350uA - 600uA
Nhiệt độ hoạt động : - 30 - 75 độ C
Hình 2.18: Sơ đồ chân LCD1602
Chức năng của từng chân LCD 1602
- Chân số 1 - VSS : chân nối đất cho LCD được nối với GND của mạch điều khiển
- Chân số 2 - VDD : chân cấp nguồn cho LCD, được nối với VCC=5V của mạch điều khiển
- Chân số 3 - VE : điều chỉnh độ tương phản của LCD
- Chân số 4 - RS : chân chọn thanh ghi, được nối với logic "0" hoặc logic "1":
+ Logic “0”: Bus DB0 - DB7 sẽ nối với thanh ghi lệnh IR của LCD (ở chế độ “ghi”
- write) hoặc nối với bộ đếm địa chỉ của LCD (ở chế độ “đọc” - read)
+ Logic “1”: Bus DB0 - DB7 sẽ nối với thanh ghi dữ liệu DR bên trong LCD
- Chân số 5 - R/W : chân chọn chế độ đọc/ghi (Read/Write), được nối với logic “0” để ghi hoặc nối với logic “1” đọc
Chân số 6 - E (Enable) là chân cho phép hoạt động trong quá trình truyền dữ liệu Sau khi các tín hiệu được đặt lên bus DB0 - DB7, lệnh chỉ được chấp nhận khi có một xung từ chân E này Trong chế độ ghi, dữ liệu trên bus sẽ được LCD chuyển vào thanh ghi bên trong khi xuất hiện xung chuyển đổi từ mức cao xuống thấp của tín hiệu chân E, đảm bảo quá trình truyền dữ liệu chính xác và hiệu quả.
Trong chế độ đọc, dữ liệu sẽ được LCD xuất ra qua các chân DB0-DB7 khi phát hiện cạnh lên (chuyển từ thấp sang cao) ở chân E, và LCD sẽ giữ dữ liệu trên bus đến khi chân E trở về mức thấp Điều này đảm bảo quá trình truyền dữ liệu diễn ra chính xác và ổn định, phù hợp với yêu cầu của giao tiếp LCD.
Các chân số 7 đến 14 (D0 đến D7) của vi mạch là 8 đường bus dữ liệu dùng để trao đổi thông tin với MPU Có hai chế độ hoạt động chính cho bus dữ liệu này là chế độ 8-bit, nơi dữ liệu được truyền trên toàn bộ 8 đường với bit MSB là DB7, và chế độ 4-bit, trong đó dữ liệu chỉ được truyền trên 4 đường từ DB4 đến DB7, vẫn giữ nguyên vị trí của bit MSB là DB7.
- Chân số 15 - A : nguồn dương cho đèn nền
- Chân số 16 - K : nguồn âm cho đèn nền
Chuẩn giao tiếp I2C
502 Bad GatewayUnable to reach the origin service The service may be down or it may not be responding to traffic from cloudflared
502 Bad GatewayUnable to reach the origin service The service may be down or it may not be responding to traffic from cloudflared
502 Bad GatewayUnable to reach the origin service The service may be down or it may not be responding to traffic from cloudflared
LCD có nhiều chân gây khó khăn trong kết nối và chiếm dụng nhiều chân của vi điều khiển, gây hạn chế trong thiết kế Module chuyển đổi I2C cho LCD giải quyết vấn đề này bằng cách giảm số chân cần kết nối từ 6 xuống còn 2 (SCL, SDA), giúp tiết kiệm chân GPIO trên vi điều khiển Bộ chuyển đổi I2C hỗ trợ các loại LCD sử dụng driver HD44780, tối ưu hóa quá trình tích hợp và nâng cao hiệu quả thiết kế hệ thống.
1602, LCD 2004…), kết nối với vi điều khiển thông qua giao tiếp I2C, tương thích với hầu hết các vi điều khiển hiện nay
Hình 2.20: Module I2C có thể tương thích với nhiều thiết bị
Sau đây là một số đặc điểm quan trọng của giao thức giao tiếp I2C:
Chỉ cần có hai đường bus (dây) chung để điều khiển bất kỳ thiết bị / IC nào trên mạng I2C
Cơ chế đơn giản để xác thực dữ liệu được truyền
Sử dụng hệ thống địa chỉ 7 bit để xác định một thiết bị
Các thiết bị mới có thể được kết nối đơn giản với hai đường bus chung I2C
Tiết kiệm chân cho vi điều khiển
Dễ tìm, giá thành hợp lý
Đặc biệt dễ dàng kết nối được với LCD
Hình 2.21: Sơ đồ chân Module I2C kết nối LCD
Hình 2.22: Sơ đồ chân Module I2C kết nối LCD
Điện áp hoạt động: 2.5-6V DC
Hỗ trợ màn hình: LCD1602,1604,2004 (driver HD44780)
Kích thước: 41.5mm(L)x19mm(W)x15.3mm(H)
Tích hợp Jump chốt để cung cấp đèn cho LCD hoặc ngắt
Tích hợp biến trở xoay điều chỉnh độ tương phản cho LCD
Bảng 2.6: Thông số kỹ thuật chân I2C Đặc biệt để sử dụng màn hình LCD giao tiếp I2C sử dụng Arduino thì ta cần cài đặt thư viện Liquidcrystal_I2C.
Oled LCD ssd1306
Màn hình OLED SSD1306 kích thước 0.96 inch cho khả năng hiển thị rõ nét với độ phân giải 128×64 pixel, phù hợp cho nhiều ứng dụng Thiết bị tương thích với hầu hết các vi điều khiển hiện nay thông qua giao tiếp I2C, dễ dàng tích hợp vào các dự án Được điều khiển bởi driver SSD1306, màn hình có thiết kế nhỏ gọn, lý tưởng để phát triển các sản phẩm DIY hoặc các ứng dụng khác một cách nhanh chóng và tiện lợi.
Tương thích với Arduino, 51 Series, MSP430 Series, STM32 / 2, CSR IC,…
Tiêu thụ điện năng thấp: 0.08W (fullscreen)
Có thể điều chỉnh độ sáng và độ tương phản
Chuẩn giao tiếp: I2C (thông qua 2 chân SCL, SDA)
Điện áp hoạt động: 3V-5V DC
Kích thước màn hình: 0.96 inch (128×64 pixel)
Kích thước module: 26.70* 19.26* 1.85mm (1.030.760.07 inch)
Sử dụng giao thức điều khiển I2C
Trong giao thức I2C, chân D2 sẽ là SDA out, chân D1 là SDA in, và chân D0 là SCL, giúp truyền dữ liệu hiệu quả giữa các thiết bị Khi chỉ ghi dữ liệu vào LCD, bạn chỉ cần sử dụng chân SDA in và chân SCL để đảm bảo hoạt động ổn định Các chân I2C này bắt buộc phải có trở kéo lên VCC theo đúng chuẩn I2C để duy trì tín hiệu ổn định và tránh lỗi giao tiếp.
Khi truyền địa chỉ để giao tiếp I2C chúng ta sẽ truyền 1 byte như sau: b7 b6 b5 b4 b3 b2 b1 b0
Bảng 2.7: Các mức cao mức thấp ở các cổng I2C
Chân SA0 sẽ định địa chỉ cho SSD1306 vì vậy chúng ta có thể giao tiếp với 2 Oled LCD trên cùng 1 bus I2C
Bit b0 sẽ quy định việc đọc hoặc ghi vào LCD
Hình 2.24: Quá trình đọc dữ liệu của OLED
1 Điều kiện bắt đầu được thiết lập bằng cách kéo SDA từ CAO đến THẤP trong khi SCL vẫn CAO
2 Ngay sau đó Master sẽ gửi 8bit bao gồm 7 bit địa chỉ + 1 bit R/W để quy định việc đọc hoặc ghi LCD Chế độ ghi bit R/W = 0
3 Nếu SSD1306 nhận được đúng địa chỉ sẽ kéo SDA xuống 0 để trả lời (bit ACK)
4 Sau khi nhận ACK, master truyền 1 byte sau đó gồm bit Co và D/C + 6 bit 0 Trong đó nếu Co = 0 thì các bit sau đó chỉ chứa dữ liệu Nếu bit D/C = 0 truyền lệnh cho LCD Nếu D/C = 1 truyền dữ liệu cho GDDRAM (hiển thị ra màn hình) Ô nhớ của GDDRAM tự động tăng khi có dữ liệu
5 Bit ACK sẽ được tạo ra mỗi khi truyền xong 1 byte dữ liệu
6 Cuối cùng điều kiện dừng được thiết lập bằng cách kéo “SDA in” từ THẤP đến CAO trong khi “SCL” vẫn ở mức CAO.
Cảm biến hồng ngoại E3F DS30C4 NPN
Cảm biến vật cản hồng ngoại E3F-DS30C4 là thiết bị chất lượng cao, có độ bền và ổn định vượt trội Thiết bị sử dụng công nghệ ánh sáng hồng ngoại để xác định vật cản phía trước một cách chính xác Với tia hồng ngoại phát ra ở dải tần số riêng biệt, cảm biến có khả năng chống nhiễu tốt, ngay cả trong điều kiện ánh sáng ngoài trời khắc nghiệt.
Cảm biến vật cản hồng ngoại E3F-DS30C4 cho phép người dùng tùy chỉnh khoảng cách phát hiện mong muốn thông qua biến trở trên cảm biến Ngõ ra của cảm biến ở dạng cực thu hở NPN, yêu cầu thêm trở kéo lên VCC (khoảng 1-10k Ohm) để đảm bảo tín hiệu ổn định khi giao tiếp với vi điều khiển Sử dụng cảm biến vật cản hồng ngoại E3F-DS30C4 giúp nâng cao độ chính xác và độ bền của hệ thống cảm biến, phù hợp cho các ứng dụng tự động hóa.
Model: E3F-DS30C4 Dạng đóng ngắt: Thường mở (NO
Số dây tín hiệu: 3 dây (2 dây cấp nguồn
DC và 1 dây tín hiệu ngõ ra cực thu hở
Nguồn điện cung cấp: 6 ~ 36VDC
Dòng tiêu thụ: 20~35Ma Khoảng điều chỉnh cảm biến: 7~30cm Khoảng cách phát hiện vật cản: 0~30cm Góc khuếch tán (góc chiếu): 3~5 độ
Có thể điều chỉnh khoảng cách nhận của cảm biến bằng biến trở tinh chỉnh Dòng kích ngõ ra: 300mA
Ngõ ra dạng NPN cực thu hở cần thêm trở kéo lên VCC (khoảng 1~10k Ohm) trước khi giao tiếp với Vi điều khiển
Có led hiển thị ngõ ra màu đỏ
Chất liệu sản phẩm: vỏ ngoài nhựa ABS, phía trong đổ keo chống nước, chống va đập
Bảng 2.8: Thông số kỹ thuật của Cảm biến hồng ngoại E3F DS30C4 NPN
Màu nâu: VCC, nguồn dương 6 – 36VDC
Màu xanh dương: GND, nguồn âm 0VDC
Màu đen: Chân tín hiệu ngõ ra cực thu hở NPN, cần phải có trở kéo để tạo thành mức cao
Siêu âm HC-SR04
Cảm biến siêu âm HC-SR04 là gì?
Cảm biến siêu âm HC-SR04 là một module cảm biến nhỏ gọn, hoạt động dựa trên nguyên lý thu phát sóng siêu âm bằng hai loa cao tần Đây là dòng cảm biến phổ biến trong các dự án đo khoảng cách nhờ khả năng hoạt động chính xác và dễ dàng tích hợp Với đặc điểm là một bản mạch đơn giản, cảm biến HC-SR04 phù hợp cho các ứng dụng đo lường khoảng cách trong robot và hệ thống tự động hóa.
Hình 2.25 : Cảm biến siêu âm HC-SR04
Cảm biến siêu âm HC-SR04 thường được tích hợp với các bộ điều khiển như Arduino, PIC, AVR để thực hiện các ứng dụng đo khoảng cách vật thể Là dạng cảm biến module, HC-SR04 yêu cầu người dùng phải lập trình mã code phù hợp để khai thác tối đa chức năng của cảm biến.Điều này giúp đảm bảo độ chính xác và hiệu quả trong các dự án đo lường khoảng cách.
Cấu tạo của cảm biến siêu âm HC-SR04
1 Bộ phận phát sóng siêu âm
Các đầu phát và đầu thu siêu âm được trang bị loa gốm đặc biệt có khả năng phát siêu âm với cường độ cao, thường ở tần số 40kHz để đo khoảng cách chính xác Loa siêu âm này yêu cầu nguồn điện áp cao để hoạt động hiệu quả Trong mạch công suất, IC MAX232 được sử dụng để làm nhiệm vụ đệm, khuếch đại tín hiệu từ bộ điều khiển và nâng biên độ tín hiệu lên mức + / -, đảm bảo truyền nhận tín hiệu siêu âm ổn định và chính xác.
30V cấp nguồn cho bộ loa trên IC này sẽ được đóng ngắt qua một transistor để hạn chế việc tiêu thụ dòng
Hình 2.26 : Phát sóng trên cảm biến siêu âm HC-SR04
2 Bộ phận thu sóng siêu âm phản xạ
Thiết bị thu là loại loa gốm nhạy với một tần số cụ thể, ví dụ như 40KHz, giúp bắt và xử lý tín hiệu hiệu quả Tín hiệu từ thiết bị được khuếch đại liên tục qua các linh kiện như OPAMP TL072 và transistor NPN để nâng cao biên độ Sau đó, tín hiệu được đưa vào bộ so sánh kết hợp với tín hiệu từ bộ điều khiển, cuối cùng truyền về bộ điều khiển để xử lý và kiểm soát chính xác.
3 Bộ phận xử lý và điều khiển tín hiệu
Vi điều khiển như PIC16F688 hoặc STC11 đảm nhiệm chức năng phát xung và xử lý tính toán thời gian từ lúc phát đến khi nhận sóng siêu âm, dựa trên tín hiệu TRIG đã phát Công việc này giúp xác định khoảng cách chính xác dựa trên thời gian phản hồi của sóng siêu âm Việc sử dụng vi điều khiển trong hệ thống siêu âm giúp nâng cao độ chính xác và độ tin cậy của cảm biến Nhờ đó, các thiết bị tự động có thể thực hiện đo lường và điều khiển một cách hiệu quả hơn.
Nguyên lý hoạt động của cảm biến siêu âm HC-SR04 Để đo khoảng cách bằng cảm biến siêu âm HC-SR04, ta sẽ phát 1 xung rất ngắn
Sensor Ultrasonic hoạt động dựa trên nguyên lý phát xung tại chân Trigger trong vòng 5 microseconds Khi cảm biến gửi xung HIGH từ chân Echo, nó sẽ đo khoảng cách dựa trên thời gian sóng siêu âm phản xạ trở lại Độ rộng của xung tại chân Echo tỷ lệ thuận với thời gian sóng siêu âm đi tới vật thể và phản hồi trở lại cảm biến, giúp xác định khoảng cách chính xác.
Trong không khí, tốc độ âm thanh đạt mức 340 m/s (hằng số), tương đương với 29,412 microSeconds/cm (106 / (340*100))
Khi đã tính được thời gian, chia cho 29,412 để ra giá trị khoảng cách
Hình 2.27 : Kích thước và sóng cảm biến siêu âm HC-SR04
Thông số kỹ thuật cảm biến siêu âm HC-SR04
Điện áp làm việc: 5VDC
Khoảng cách phát hiện: 2cm – 4m
Tín hiệu đầu ra: Xung mức cao 5V, mức thấp 0V
Góc cảm biến: Không quá 15 độ
Độ chính xác cao: Lên đến 3mm
Chế độ kết nối: VCC / Trig (T-Trigger) / Echo (R-Receive) / GND
Dễ dàng lắp đặt, kết hợp với các bộ kit arduino
Phát sóng siêu âm, có độ chính xác cao
Phạm vi đo rộng 2-400cm
Được hỗ trợ phần code nhiều từ cộng đồng arduino
Hiệu suất làm việc liên tục không cao
Không thích hợp sử dụng trong môi trường công nghiệp
Dễ bị nhiễu tác động
Độ nhạy và dải đo phụ thuộc vào code nạp
Cảm biến DHT11
Cảm biến DHT11 là gì ?
DHT11 là cảm biến kỹ thuật số chuyên đo nhiệt độ và độ ẩm môi trường, dễ dàng tích hợp với các bộ vi điều khiển như Arduino Cảm biến này sử dụng điện trở nhiệt và cảm biến độ ẩm điện dung để đo chính xác các chỉ tiêu môi trường xung quanh DHT11 phù hợp cho các dự án giám sát nhiệt độ và độ ẩm với mức độ chính xác tương đối.
Cấu tạo và sơ đồ chân của DHT11
Cảm biến DHT11 tích hợp cảm biến độ ẩm điện dung và cảm biến nhiệt để đo nhiệt độ chính xác Thành phần tụ điện của cảm biến độ ẩm gồm hai điện cực với chất nền giữ giúp đo độ ẩm hiệu quả DHT11 là giải pháp lý tưởng cho các dự án IoT và hệ thống điều khiển nhờ độ chính xác và dễ tích hợp.
Cảm biến này sử dụng chất ẩm làm chất điện môi giữa các phần tử, với giá trị điện dung thay đổi theo mức độ ẩm IC đo và xử lý các biến đổi về điện trở này, chuyển đổi thành dạng dữ liệu kỹ thuật số để dễ dàng phân tích Để đo nhiệt độ chính xác, cảm biến sử dụng nhiệt điện trở có hệ số nhiệt độ âm, giảm giá trị điện trở khi nhiệt độ tăng lên Để đảm bảo độ nhạy cao ngay cả khi nhiệt độ thay đổi nhỏ, cảm biến thường được làm từ gốm bán dẫn hoặc polymer, giúp nâng cao hiệu suất đo nhiệt độ.
Số chân Tên chân Mô tả
2 Data Đầu ra cả nhiệt độ và độ ẩm thông qua dữ liệu nối tiếp
3 NC Không có kết nối và do đó không sử dụng
Bảng 2.9: Sơ đồ chân của cảm biến DHT11
Điện áp hoạt động: 3V - 5V DC
Dòng điện tiêu thụ: 2.5mA
Phạm vi cảm biến độ ẩm: 20% - 90% RH, sai số ±5%RH
Phạm vi cảm biến nhiệt độ: 0°C ~ 50°C, sai số ±2°C
Tần số lấy mẫu tối đa: 1Hz (1 giây 1 lần)
Ứng dụng và sơ đồ chân DHT11
Hình 2.28: Cách nối cảm biến DHT11 với vi điều khiển
Hình 2.29: Cách nối cảm biến DHT11 với vi điều khiển Arduino Uno R3
DHT11 là cảm biến nhiệt độ và độ ẩm phổ biến, thường được sử dụng trong các dự án đo lường môi trường nhờ độ chính xác đủ và dễ dàng tích hợp Cảm biến này đi kèm với một cảm biến NTC chuyên dụng để đo nhiệt độ một cách hiệu quả, đồng thời được điều khiển bởi bộ vi điều khiển 8-bit để xuất dữ liệu chính xác Việc sử dụng cảm biến DHT11 giúp dễ dàng thu thập và xử lý dữ liệu nhiệt độ, độ ẩm trong các ứng dụng điện tử và tự động hóa.
Các giá trị nhiệt độ và độ ẩm được cung cấp dưới dạng dữ liệu nối tiếp, giúp truyền tải thông tin một cách hiệu quả và chính xác Cảm biến đã được hiệu chuẩn tại nhà máy, đảm bảo độ chính xác cao và ổn định trong quá trình đo lường Ngoài ra, cảm biến dễ dàng tích hợp và giao tiếp với các bộ vi điều khiển khác, phù hợp cho nhiều ứng dụng tự động hóa và giám sát môi trường.
Cảm biến có khả năng đo nhiệt độ từ 0°C đến 50°C và độ ẩm từ 20% đến 90%, với độ chính xác ± 1°C và ± 1% Đây là lựa chọn phù hợp nếu bạn cần đo nhiệt độ và độ ẩm trong phạm vi này.
Cảm biến đo nhiệt độ, độ ẩm DHT11 thường được sử dụng nhiều nhất trong các lĩnh vực như:
Đo nhiệt độ và độ ẩm
Trạm thời tiết cục bộ
Kiểm soát khí hậu tự động
Sơ đồ khối toàn hệ thống
3.1.1 Sơ đồ khối của toàn hệ thống
Hệ thống được mô tả bằng sơ đồ khối gồm bốn phần chính: khối nguồn, các khối điều khiển, khối hiển thị, trong đó mỗi khối hoạt động một cách độc lập và được lập trình riêng biệt dựa trên Arduino Mỗi thành phần trong hệ thống đều có chức năng riêng biệt, đảm bảo hoạt động hiệu quả và chính xác của toàn bộ mạch Sơ đồ khối này giúp hình dung rõ cách các phần kết nối và tương tác với nhau, từ đó tối ưu hóa quá trình thiết kế và vận hành hệ thống.
Các khối điều khiển trong hệ thống đều sử dụng chung một khối nguồn, giúp tối ưu hóa khả năng phân phối và tiết kiệm năng lượng Tuy nhiên, cách thức hoạt động của từng khối điều khiển vẫn hoàn toàn độc lập, cho phép tùy chỉnh các chức năng riêng biệt phù hợp với nhu cầu sử dụng khác nhau Nhờ đó, hệ thống có khả năng linh hoạt và mở rộng, đáp ứng mọi yêu cầu về hiệu suất và đa dạng trong ứng dụng.
Trong phiên bản mới, hệ thống 50 đã được nâng cấp với khối hiển thị bổ sung, giúp người dùng dễ dàng theo dõi và tùy chỉnh các chức năng mong muốn Việc này không chỉ tăng tính tiện lợi mà còn giúp hệ thống dễ dàng phát hiện các sai sót hoặc hư hỏng khi có lỗi xảy ra, nâng cao độ tin cậy và hiệu quả vận hành.
Thiết kế chi tiết sơ đồ khối và sơ đồ nguyên lý của mạch
Khối nguồn trong mạch được sử dụng chủ yếu là nguồn DC (dòng điện một chiều) 12V/3A, và được chia ra sử dụng cho toàn hệ thống
Hệ thống sử dụng các vi điều khiển hoạt động độc lập, mỗi thiết bị được cung cấp nguồn riêng biệt thông qua công tắc hoặc nút nhấn Việc kết nối nguồn điện với các vi điều khiển này đảm bảo tính ổn định và an toàn cho từng thành phần của hệ thống Công tắc và nút nhấn đóng vai trò quan trọng trong việc điều khiển hoạt động của các vi điều khiển riêng biệt, góp phần tối ưu hiệu quả vận hành.
Hệ thống đề được cấp nguồn dễ dàng chỉ cần cắm điện Bạn có thể sử dụng chức năng mong muốn của hệ thống bằng cách bật công tắc tùy chỉnh để kích hoạt vi điều khiển và bắt đầu xử lý mà không cần khởi động toàn bộ các chức năng khác Điều này giúp tiết kiệm năng lượng và tăng tiện ích khi vận hành hệ thống.
3.2.2 Khối hệ thống điều khiển tia UVC
Khối hệ thống điều khiển tia UVC được sử dụng vi điều khiển chính là Arduino Nano để xử lý
Sau khi cấp nguồn thành công qua nút nhấn, Arduino Nano (vi điều khiển sử dụng để lập trình cho bộ điều khiển tia UVC) bắt đầu hoạt động và thực thi chương trình đã được lập trình sẵn, đảm bảo quá trình điều khiển diễn ra chính xác Các thiết bị trong bộ điều khiển này bao gồm các linh kiện chủ chốt như Arduino Nano và các thành phần hỗ trợ khác để tối ưu hóa hiệu suất hoạt động của hệ thống UV-C.
Công tắc tùy chỉnh các chế độ (Rotary Encoder) là thiết bị chủ yếu trong mạch điều khiển tia UVC, giúp người dùng dễ dàng chỉnh và chọn các chế độ đã được lập trình sẵn Thiết bị này cho phép lựa chọn các chức năng của tia UVC một cách linh hoạt và hợp lý, phù hợp với nhu cầu sử dụng Rotary Encoder góp phần nâng cao hiệu quả điều khiển và tối ưu hóa hoạt động của hệ thống tia UVC.
Thiết bị này có chức năng hiển thị và thông báo các chế độ sử dụng tia UVC, giúp người dùng dễ dàng quan sát trạng thái hoạt động và thời gian sử dụng Màn hình OLED còn được tích hợp lập trình liên kết với Công tắc tùy chỉnh (Rotary Encoder) để thiết lập mật khẩu bảo vệ, đảm bảo an toàn trong quá trình vận hành Hệ thống hiển thị kết quả Đúng/Sai khi người dùng nhập mật khẩu, nâng cao tính bảo mật và tiện lợi khi sử dụng thiết bị.
Quạt tản nhiệt hoạt động cùng lúc với bóng đèn phát tia UVC sau khi người dùng chọn chế độ hoạt động qua công tắc tùy chỉnh Rotary Encoder, giúp tối ưu hiệu quả làm mát và khử trùng không khí trong không gian sống hoặc làm việc.
Quạt có chức năng chính là tản nhiệt, giúp làm mát thiết bị trong khi bóng đèn tia UVC hoạt động để sát khuẩn vật dụng bên trong Đồng thời, hệ thống còn khuếch tán khí Ozone (O3) mà bóng đèn UVC phát ra, nhằm đảm bảo quá trình khử khuẩn diễn ra đồng đều và đạt hiệu quả cao nhất.
Bóng đèn UVC là thiết bị chính trong hệ thống, hoạt động đồng thời với quạt tản nhiệt sau khi người dùng chọn chế độ hoạt động qua Công tắc tùy chỉnh (Rotary Encoder) Việc sử dụng bóng đèn UVC giúp khử trùng không khí hiệu quả, nâng cao chất lượng không khí trong không gian Chọn chế độ vận hành phù hợp đảm bảo hiệu quả tối ưu của hệ thống, bảo vệ sức khỏe người dùng.
Bóng đèn phát ra tia UVC công suất 15W hiệu quả trong việc khử khuẩn các vật dụng để bên trong hộp Thời gian khử khuẩn sẽ khác nhau tùy vào từng loại vật dụng, đòi hỏi người dùng phải điều chỉnh chế độ phù hợp Việc tùy chỉnh các chế độ này giúp bóng đèn khử khuẩn một cách tối ưu nhất, đảm bảo an toàn và hiệu quả cao.
3.2.3 Sơ đồ nguyên lý của mạch điều khiển bóng đèn tia UVC (sử dụng Arduino Nano)
Hệ thống sử dụng vi điều khiển Arduino Nano làm trung tâm điều khiển, kết hợp với các linh kiện điện tử như Mosfet, OLED SSD1306, Rotary Encoder, Terminal và mạch hạ áp LM2596 để điều chỉnh điện áp phù hợp Thiết kế này cho phép điều khiển các thiết bị điện như quạt DC 12V và đèn UVC một cách chính xác, ổn định và dễ dàng tùy biến Các linh kiện điện tử cùng nhau tạo thành giải pháp tự động hóa hiệu quả, tiết kiệm năng lượng và phù hợp cho các ứng dụng cần kiểm soát thiết bị từ xa hoặc tự động.
Hình 3.1: Mạch nguyên lý bộ điều khiển bóng đèn tia UVC (Arduino Nano)
3.2.4 Khối hệ thống sát khuẩn tay
Khối hệ thống này được sử dụng vi điều khiển chính Arduino Uno R3 để xử lý
Sau khi Arduino UNO R3 được cấp nguồn qua nút nhấn, nó sẽ hoạt động và thực hiện xử lý chương trình đã được lập trình sẵn cho khối điều khiển sát khuẩn tay tự động Các thiết bị chính trong bộ điều khiển bao gồm cảm biến cảm ứng, bộ phát ra tia UV, và động cơ hoặc thiết bị phun dung dịch sát khuẩn để tự động kích hoạt khi phát hiện người dùng Việc sử dụng Arduino UNO R3 giúp hệ thống hoạt động chính xác, ổn định và dễ dàng nâng cấp hoặc điều chỉnh theo yêu cầu.
Cảm biến hồng ngoại (E3F DS30C4 NPN)
Thiết bị cảm biến vật cản (cảm biến tay) phát hiện sự có mặt của vật thể và truyền tín hiệu xung đến vi điều khiển Arduino Uno R3 để xử lý Khi điều kiện đã được lập trình sẵn trong hệ thống được thoả mãn, vi xử lý sẽ gửi tín hiệu kích hoạt và cấp nguồn cho máy bơm hoạt động Hệ thống này giúp tự động hóa quá trình điều khiển máy bơm dựa trên cảm biến vật cản, đảm bảo hiệu quả và tiết kiệm năng lượng.
Cảm biến này có phạm vi hoạt động khoảng 20cm, lý tưởng cho các ứng dụng yêu cầu cảm biến hoạt động ở cự ly gần Chính vì vậy, nó là lựa chọn phù hợp để tích hợp vào các máy sát khuẩn tay tự động, đảm bảo hiệu quả và tiện lợi trong việc xử lý vệ sinh cá nhân.
Nút nhấn 1s, nút nhấn 3s, nút nhấn liên tục
*Chú thích: nút nhấn liên tục sẽ hoạt động cho đến khi cảm biến không còn tín hiệu
Các nút nhấn được gắn với các khoảng thời gian hoạt động khác nhau dựa trên chú thích đi kèm Khi người dùng nhấn nút bất kỳ và cảm biến bắt đầu thu nhận tín hiệu, máy bơm sẽ hoạt động trong khoảng thời gian đã được thiết lập tương ứng với nút nhấn đó Điều này giúp kiểm soát chính xác thời gian hoạt động của máy bơm theo từng yêu cầu cụ thể.
Led 1s, led 3s, led liên tục
Các đèn LED liên tục sẽ hoạt động cho đến khi cảm biến không còn tín hiệu, giúp người dùng dễ dàng nhận biết trạng thái của thiết bị Các đèn LED 5mm được sắp xếp theo hàng ngang theo thứ tự: 1s, 3s, liên tục, nhằm biểu thị thời gian hoạt động của máy bơm Chúng được kết nối với các nút nhấn tương ứng là nút nhấn 1s, nút nhấn 3s, và nút nhấn liên tục, giúp người dùng dễ dàng lựa chọn và kiểm soát chế độ hoạt động của thiết bị Điều này hỗ trợ người dùng nhận biết chính xác chế độ đang được sử dụng để điều chỉnh phù hợp.
Mô phỏng mạch in PCB của toàn hệ thống
3.3.1 Mô phỏng mạch in PCB điều khiển tia UVC
Sau khi đã hoàn thành xong sơ đồ nguyên lý, tiến hành vẽ mạch in PCB cho hệ thống điều khiển bóng đèn tia UVC
Hình 3.5: Sơ đồ mạch in PCB hệ thống điều khiển tia UVC
3.3.2 Mô phỏng mạch in PCB điều khiển sát khuẩn tay
Sau khi đã hoàn thành xong sơ đồ nguyên lý, tiến hành vẽ mạch in PCB cho hệ thống điều khiển điều khiển sát khuẩn tay tự động
Hình 3.6: Sơ đồ mạch in PCB hệ thống điều khiển sát khuẩn tay tự động
3.3.3 Mô phỏng mạch in PCB đo thân nhiệt, nhiệt độ, độ ẩm
Sau khi hoàn thành sơ đồ nguyên lý, bước tiếp theo là thiết kế mạch in PCB cho hệ thống điều khiển đo thân nhiệt không tiếp xúc, nhiệt độ và độ ẩm môi trường Việc này giúp tối ưu hóa cấu trúc mạch, đảm bảo tính ổn định và độ chính xác của hệ thống cảm biến Thiết kế PCB chính xác là yếu tố quan trọng để đảm bảo hoạt động hiệu quả và bền bỉ của thiết bị đo đạc môi trường.
Hình 3.7: Sơ đồ mạch in PCB hệ thống điều khiển đo thân nhiệt, nhiệt độ và độ ẩm
Lưu đồ giải thuật toàn hệ thống
Giải thích lưu đồ giải thuật toàn hệ thống
Lưu đồ giải thuật phần mềm của toàn hệ thống được thiết kế để tự động lặp lại liên tục trong quá trình hoạt động dựa trên các điều kiện đã được lập trình sẵn Chương trình chỉ kết thúc khi người dùng tác động vào phần cứng, ví dụ như nhấn nút nguồn để ngắt hoạt động của mạch Để hệ thống bắt đầu hoạt động, người dùng cần nhấn công tắc nguồn, sau đó nguồn 12V sẽ cung cấp năng lượng cho ba hệ thống con gồm phát tia UVC, bơm nước và cảm biến đo nhiệt độ, độ ẩm môi trường.
Nhấn nút công tắc nguồn tổng của từng hệ thống con để khởi động, mỗi hệ thống sẽ đảm nhận các chức năng riêng biệt và hoạt động theo cách thức khác nhau, đảm bảo hoạt động ổn định cho toàn bộ hệ thống.
Sử dụng Rotary Encoder để điều khiển màn hình Oled LCD thực hiện các chức năng phát tia UVC
Sử dụng các nút bấm 1s, 3s và liên tục để điều khiển các chức năng của hệ thống rửa tay tự động
Sử dụng nút nhấn nhả để điều khiển hệ thống đo thân nhiệt
Sau khi nhận tín hiệu từ các hệ thống, cần kiểm tra nguồn của module Oled LCD để xác định xem có nguồn cung cấp hay không Nếu nguồn đã có, tiếp tục kiểm tra tín hiệu của màn hình LCD1602 để đảm bảo hoạt động chính xác Trong trường hợp không nhận được nguồn cho Oled LCD, cần quay trở lại kiểm tra nút công tắc nguồn của từng hệ thống con để xác định và khắc phục sự cố kịp thời.
Nếu LCD1602 có nguồn, hệ thống sẽ chuyển sang chế độ đo nhiệt độ và độ ẩm môi trường để theo dõi điều kiện khí hậu Trong khi đó, khi không có nguồn, thiết bị sẽ chuyển sang chế độ của màn hình Oled LCD được điều khiển bằng Rotary Encoder để thực hiện các chức năng phun tia UVC nhằm diệt khuẩn và bảo vệ sức khỏe.
Sau khi nhận tín hiệu từ hệ thống, bước tiếp theo là kiểm tra nguồn của hệ thống sát khuẩn tay tự động bằng cách kiểm tra đèn báo dung tích còn lại của bình cồn; nếu không có, có thể do công tắc nguồn của đèn đã tắt, cần bật công tắc lên Trong trường hợp đèn báo sáng, chứng tỏ còn cồn trong bình, và hệ thống vẫn hoạt động bình thường Tiếp đó, hệ thống sẽ kiểm tra tín hiệu từ các nút nhấn chức năng 1 giây, 3 giây và chế độ liên tục để đảm bảo hoạt động chính xác.
Lưu đồ giải thuật hệ thống điều khiển tia UVC
Giải thích lưu đồ giải thuật hệ thống điều khiển tia UVC
Hệ thống điều khiển tia UVC sử dụng lưu đồ giải thuật phần mềm tự động lặp lại liên tục trong quá trình hoạt động dựa trên các điều kiện đã được lập trình sẵn Chương trình chỉ kết thúc khi người dùng tác động vào phần cứng, chẳng hạn như nhấn nút nguồn để ngắt hoạt động của mạch Điều này đảm bảo hệ thống vận hành linh hoạt, an toàn và hiệu quả trong việc kiểm soát tia UVC.
Lưu đồ thể hiện quá trình hoạt động của mạch, bắt đầu từ việc bật công tắc khởi động hệ thống Khi đó, Arduino Nano, vi xử lý chính của hệ thống phát tia UVC, sẽ được cấp nguồn và bắt đầu đọc dữ liệu đầu vào từ Rotary Encoder và Oled theo các chức năng đã lập trình sẵn Người dùng có thể chọn bật/tắt tia UVC, cài đặt hẹn giờ 60 giây và theo dõi hướng dẫn sử dụng an toàn của hệ thống.
Sau khi cấp nguồn cho hệ thống Arduino Nano, nó sẽ đọc tín hiệu nhập từ Rotary Encoder để điều chỉnh các chức năng Ban đầu, màn hình OLED hiển thị chữ “UVC” để xác nhận đã được cấp nguồn thành công Tiếp đó, OLED hiển thị yêu cầu nhập “Mật khẩu” nhằm truy cập vào trang “Menu” chính, nơi thực hiện các chức năng chính của hệ thống.
The password consists of four digits, each entered using a Rotary Encoder with values ranging from 0 to 9 If an incorrect password is entered, the system will reset and prompt for re-entry from the beginning Upon entering the correct password, users gain access to the "Menu" page, providing further options and settings This secure password process ensures reliable access control using rotary input devices.
Chế độ ON/OFF tia UVC
Hướng dẫn sử dụng an toàn hệ thống
Chế độ ON/OFF tia UVC cho phép kiểm soát hoạt động của hệ thống quạt và bóng đèn dựa trên trạng thái của tia UVC Khi chế độ ON thỏa mãn các điều kiện đã đặt ra, vi điều khiển Arduino Nano sẽ kích hoạt relay để cấp nguồn cho quạt và bóng đèn, giúp hệ thống hoạt động tự động Ngược lại, nếu hệ thống đang ở chế độ bật, người dùng có thể chọn chế độ OFF trên màn hình OLED để tắt thiết bị và đảm bảo an toàn Đây là giải pháp điều khiển thông minh, tối ưu hóa năng lượng và đảm bảo an toàn khi sử dụng tia UVC.
Rotary Encoder để tắt chế độ ON/OFF tia UVC Nếu không thỏa mãn điều kiện này thì sẽ tiếp tục xét điều kiện chế độ tiếp theo
Chế độ hẹn giờ 60s cho phép kiểm tra trạng thái ON/OFF và tự động kích hoạt relay cấp nguồn cho quạt và đèn trong vòng 60 giây khi điều kiện phù hợp được đáp ứng, giúp điều khiển tự động đơn giản và hiệu quả Khi chế độ này hoạt động, người dùng có thể dễ dàng tắt bằng cách chọn OFF trên màn hình OLED sử dụng Rotary Encoder, đảm bảo linh hoạt và thuận tiện trong vận hành Trong trường hợp điều kiện không thỏa mãn, hệ thống sẽ tiếp tục kiểm tra các chế độ khác để thực hiện các chức năng tiếp theo một cách linh hoạt và liên tục.
Hướng dẫn sử dụng an toàn là yếu tố quan trọng để đảm bảo an toàn khi vận hành hệ thống tia UVC, vì tia UVC rất nguy hiểm cho cơ thể con người Người dùng cần kiểm tra kỹ hướng dẫn để nắm rõ các biện pháp phòng tránh rủi ro Trong trường hợp không đáp ứng các điều kiện an toàn, hệ thống sẽ tự động quay trở lại chế độ hoạt động của tia UVC để đảm bảo quá trình vận hành diễn ra an toàn và hiệu quả.
Lưu đồ giải thuật hệ thống điều khiển sát khuẩn tay
Giải thích lưu đồ giải thuật hệ thống sát khuẩn tay
Lưu đồ giải thuật phần mềm của hệ thống điều khiển sát khuẩn tay hoạt động tự động và lặp lại liên tục trong suốt quá trình vận hành theo các điều kiện đã lập trình sẵn Chương trình chỉ kết thúc khi người dùng tác động vào phần cứng, chẳng hạn như nhấn nút nguồn để ngắt hoạt động của mạch Hệ thống này đảm bảo quá trình sát khuẩn tay diễn ra hiệu quả và liên tục, đáp ứng yêu cầu vệ sinh an toàn thực phẩm và sức khỏe cộng đồng.
Lưu đồ thể hiện quá trình hoạt động của mạch bắt đầu từ bước bật công tắc khởi động hệ thống Khi hệ thống được cấp nguồn, vi điều khiển Arduino Uno R3 sẽ bắt đầu đọc dữ liệu cảm biến để kiểm tra tình trạng sát khuẩn tay Người dùng có thể tùy chỉnh thời gian hoạt động của máy bơm thông qua các nút nhấn trên mạch, giúp hệ thống hoạt động linh hoạt và phù hợp với nhu cầu sử dụng.
Khi cảm biến gửi tín hiệu về mức thấp (sensor = 0), hệ thống tự động tiếp tục vòng lặp kiểm tra và không có vật cản Ngược lại, khi cảm biến gửi tín hiệu mức cao (sensor = 1), vi điều khiển sẽ bắt đầu xử lý theo chương trình đã được lập trình sẵn để phản ứng phù hợp.
“Kiểm tra chế độ bật/tắt 1s” nếu thỏa điều kiện này vi điều khiển (Arduino Uno
R3 bắt đầu đếm thời gian (timer) để xuất tín hiệu đầu ra kích hoạt Relay, đóng kín mạch và khởi động máy bơm Khi timer đếm đến 1 giây, đầu ra sẽ ngắt kích Relay, làm ngắt mạch và tắt máy bơm Nếu không đạt điều kiện này, vi điều khiển sẽ tiếp tục kiểm tra các điều kiện tiếp theo.
Khi kiểm tra chế độ bật/tắt 3 giây, vi điều khiển sẽ bắt đầu đếm thời gian (timer) để xuất tín hiệu đầu ra kích hoạt relay hoạt động đóng kín mạch trong vòng 3 giây Quá trình này giúp đảm bảo chức năng bật/tắt tự động chính xác dựa trên thời gian đã định Điều này có tác dụng tối ưu hóa hoạt động của hệ thống và đảm bảo an toàn khi vận hành.
Ngược lại nếu không thỏa điều kiện này vi điều khiển tiếp tục xét đến điều kiện tiếp theo
Chức năng "Kiểm tra chế độ bật/tắt liên tục" cho phép Arduino không đếm Timer mà thay vào đó xuất tín hiệu cao (HIGH) để kích hoạt relay đóng kín mạch, khi cảm biến đạt mức thấp (sensor = 0) sẽ xuất tín hiệu thấp (LOW) để ngắt relay, ngưng hoạt động làm hở mạch và tắt máy bơm Trong trường hợp điều kiện này không thỏa mãn, hệ thống sẽ tiếp tục lặp lại quá trình kiểm tra chế độ hoạt động của máy bơm.
Lưu đồ giải thuật thông báo mực nước
Giải thích lưu đồ giải thuật thông báo mực nước
Lưu đồ giải thuật phần mềm thông báo mực nước hoạt động tự động lặp lại xuyên suốt quá trình vận hành dựa trên các điều kiện đã được lập trình trước Chương trình sẽ tiếp tục chạy liên tục cho đến khi người dùng tác động vào phần cứng, chẳng hạn như nhấn nút nguồn để ngắt hoạt động của mạch Việc này đảm bảo hệ thống hoạt động liên tục, chính xác và an toàn trong quá trình giám sát mực nước.
Sau khi hệ thống sát khuẩn tay tự động được cấp nguồn, chương trình thông báo mực nước cũng bắt đầu hoạt động Khi bật chế độ thông báo mực nước, cảm biến siêu âm HC-SR04 sẽ gửi tín hiệu để đo khoảng cách dựa trên công thức “distance = int (duration/2/29.412)”, giúp đảm bảo hệ thống hoạt động hiệu quả và chính xác.
Distance nghĩa là khoảng cách
Int là chữ viết tắt của Integer, đây là kiểu số nguyên âm hoặc nguyên dương và không có giá trị thập phân
Thời gian Duration trong cảm biến siêu âm đề cập đến khoảng thời gian sóng siêu âm được phát ra từ cảm biến và quay trở lại Xung phát ra từ chân Trig kéo dài khoảng 5 microgiây, sau đó cảm biến sẽ tạo ra một xung HIGH tại chân Echo và duy trì trạng thái này cho đến khi nhận được sóng phản xạ từ vật thể.
Thời gian "Duration/2/29.412" thể hiện thời gian sóng truyền từ cảm biến đến vật thể và trở lại cảm biến Với tốc độ âm thanh trong không khí là 340 m/giây, tương đương khoảng 29,412 microseconds trên mỗi centimet, chúng ta có thể tính khoảng cách bằng cách lấy thời gian đã đo được rồi chia cho 29,412 Điều này giúp xác định chính xác khoảng cách từ cảm biến đến vật thể dựa trên thời gian truyền sóng âm.
Theo điều kiện, đèn LED sẽ sáng theo thứ tự dựa trên khoảng cách: khi khoảng cách trên 30cm, cả 3 LED đều tắt; khi khoảng cách dưới 30cm, LED 3 sẽ sáng, còn nếu khoảng cách dưới 22cm, LED 2 sẽ sáng, và khi dưới 18cm, chỉ còn LED 1 sáng Trong trường hợp khoảng cách nhỏ hơn 30cm, LED 3 sẽ sáng; dưới 22cm, LED 2 sẽ sáng; và dưới 18cm, LED 1 sẽ sáng, đảm bảo phản ứng chính xác theo từng mức khoảng cách.