(Đồ án HCMUTE) thiết kế và thi công mô hình robot khử khuẩn đa phương án điều khiển

Sản phẩm: Mô hình robot khử khuẩn được thiết kế gồm robot khử khuẩn và ứng dụng điều khiển trực tiếp thông qua smartphone với cơ cấu di chuyển bằng bánh xích, xịt khử khuẩn bằng bơm áp

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT

THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP NGÀNH CÔNG NGHỆ KỸ THUẬT ĐIỆN TỬ - VIỄN THÔNG

GVHD: NGUYỄN THANH HẢI SVTH: PHẠM MINH TIẾN HUỲNH NGỌC TUYỂN

S K L 0 0 9 3 3 8

Tp Hồ Chí Minh, tháng 06/2022

THIẾT KẾ VÀ THI CÔNG MÔ HÌNH ROBOTKHỬ KHUẨN

ĐA PHƯƠNG ÁN ĐIỀU KHIỂN

i

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP HỒ CHÍ MINH

KHOA ĐÀO TẠO CHẤT LƯỢNG CAO

TP HỒ CHÍ MINH – 06/2022

i

Ngành: Công nghệ kỹ thuật Điện tử - Truyền thông

Giáo viên hướng dẫn: PGS TS Nguyễn Thanh Hải

Ngày nhận đề tài: 28/04/2022 Ngày nộp đề tài: 19/07/2022

1 Tên đề tài: Thiết kế mô hình robot khử khuẩn đa phương án điều khiển

2 Các số liệu, tài liệu ban đầu:

- Nhóm CNTT, “Robot khử khuẩn trong phòng cách ly”, sản phẩm nghiên cứu

thuộc trung tâm công nghệ của bệnh viện Quân Dân Y miền đông

- Hứa Gia Thuận, Ngô Quang Trạng, “Thiết kế và thi công robot diệt khuẩn bề mặt

bằng tia cực tím”, Đồ án tốt nghiệp, trường ĐHSPKT, Tp.HCM, 2021, HK2

- Nhóm sinh viên Đại Học Kỹ Thuật Công Nghiệp Thái Nguyên, “Mô hình Robot tránh vật cản”, Đồ án tốt nghiệp

- Nhóm sinh viên Đại Học Bách Khoa Tp.HCM , “Mô hình Robot dò đường”, Đồ

án môn học, 05/2017

3 Nội dung thực hiện đề tài:

- Đọc các tài liệu tham khảo, tóm tắt các hướng đề tài

- Tìm hiểu cách thức hoạt động của các loại board

- Thiết kế sơ đồ khối, sơ đồ nguyên lý toàn mạch

- Tính toán, thiết kế mô hình sử dụng board arduino, module và động cơ có sẵn trên

thị trường

- Thiết kế giao diện điều khiển app trên điện thoại

- Thiết kế mô hình và chạy thử sản phẩm

CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM

Độc lập – Tự do – Hạnh phúc

i

ii

- Viết báo cáo thực hiện

- Bảo vệ luận văn

4 Sản phẩm:

Mô hình robot khử khuẩn được thiết kế gồm robot khử khuẩn và ứng dụng điều khiển trực tiếp thông qua smartphone với cơ cấu di chuyển bằng bánh xích, xịt khử khuẩn bằng bơm áp suất, người dùng có thể điều khiển cơ cấu phun lên xuống và trái phải, bên cạnh đó còn có chức năng tự động mà không cần người dùng điều khiển trực tiếp

TRƯỞNG NGÀNH GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN

i

iii

PHIẾU NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN

Họ và tên Sinh viên: Phạm Minh Tiến MSSV: 17141140

Huỳnh Ngọc Tuyển MSSV: 17141154

Ngành: Công nghệ kỹ thuật Điện tử - Truyền thông

Tên đề tài: Thiết kế và thi công mô hình robot khử khuẩn đa phương án điều khiển

Họ và tên Giáo viên hướng dẫn: PGS TS Nguyễn Thanh Hải

NHẬN XÉT

1 Về nội dung đề tài & khối lượng thực hiện:

Đề tài có 6 chương, trong đó thiết kế và thi công mô hình robot khử khuẩn có thể điều khiển bằng 3 cách (thủ công, dò line, tránh vật cản) thông qua ứng dụng từ điện thoại thông minh Đề tài có 3 chế độ điều khiển giúp cho robot có thể hoạt đông tùy theo môi trường khác nhau Nhóm sinh viên đã hoàn thành tất cả các mục tiêu chính đã đề ra trong

đề cương chi tiết, nội dung phù hợp với thực tế và mang tính ứng dụng

Tp Hồ Chí Minh, ngày 28 tháng 7 năm 2022

Giáo viên hướng dẫn

PGS TS Nguyễn Thanh Hải

CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM

Độc lập – Tự do – Hạnh phúc

i

iv

PHIẾU NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN PHẢN BIỆN

Họ và tên Sinh viên: Phạm Minh Tiến MSSV: 17141140

Huỳnh Ngọc Tuyển MSSV: 17141154

Ngành: Công nghệ kỹ thuật Điện tử - Truyền thông

Tên đề tài: Thiết kế và thi công mô hình robot khử khuẩn đa phương án điều khiển Họ và tên Giáo viên phản biện:

NHẬN XÉT 7 Về nội dung đề tài & khối lượng thực hiện:

8 Ưu điểm:

9 Khuyết điểm:

10 Đề nghị cho bảo vệ hay không?

11 Đánh giá loại:

12 Điểm:……….(Bằng chữ: )

Tp Hồ Chí Minh, ngày tháng năm 2022

Giáo viên phản biện

CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM

Độc lập – Tự do – Hạnh phúc

i

v

LỜI CẢM ƠN

Nhóm em xin gửi lời cảm ơn sâu sắc tới PGS TS Nguyễn Thanh Hải đã hướng dẫn và truyền đạt những kinh nghiệm quý báu từ kiến thức chuyên môn cho tới các kỹ năng cần thiết khác để hoàn thành khóa luận tốt nghiệp một cách tốt nhất và cũng là hành trang cho em trong việc phát triển bản thân trong tương lai

Nhóm xin cảm ơn quý Thầy Cô Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật đặc biệt là Quý Thầy Cô khoa Đào Tạo Chất Lượng Cao và Khoa Điện - Điện Tử đã truyền đạt nhiều kiến thức bổ ích và tạo điều kiện tốt nhất cho chúng em trong xuyên suốt quá trình học tập, rèn luyện tại trường

Cuối cùng, nhóm muốn gửi lời cảm ơn tới bố mẹ, tới gia đình và bạn bè - những người đã hết sức ủng hộ, giúp đỡ và động viên trong suốt quá trình bọn em theo học tại trường

Khóa luận của em còn những hạn chế về năng lực và những thiếu sót trong quá trình nghiên cứu Em xin lắng nghe và tiếp thu những ý kiến của giáo viên phản biện để hoàn thiện, bổ sung kiến thức

Em xin chân thành cảm ơn!

Người thực hiện đề tài

Phạm Minh Tiến Huỳnh Ngọc Tuyển

i

vi

LỜI CAM ĐOAN

Nhóm thực hiện Đồ Án Tốt Nghiệp cam đoan không sao chép nội dung và kết

quả của các công trình nghiên cứu khác Các nội dung tham khảo đã được trích dẫn đầy

vii

TÓM TẮT

Hiện nay, tình hình dịch bệnh COVID-19 đang diễn biến theo chiều hướng tích cực, số ca nhiễm mới đang có xu hướng giảm mạnh nhờ những chiến dịch bao phủ vaccine kịp thời của chính phủ Hậu quả để lại sau khi nhiễm Covid không còn nặng nề như trước Như một lẽ hiển nhiên chúng ta phải học cách sống chung với dịch bệnh nhưng không vì thế mà chủ quan với sức khỏe của mình Để làm được như vậy thì tất nhiên chúng ta phải đặt ra rất nhiều giải pháp Ông cha ta có câu: “Phòng bệnh hơn chữa bệnh” Quả đúng vậy, ngăn ngừa dịch bệnh trước khi Coronavirus với những biến thể mới có thể xâm nhập và phá hoại sức khỏe của chúng ta luôn là giải pháp được ưu tiên hàng đầu.Vì mục đích muốn góp phần giúp đỡ khó khăn đến các y bác sĩ trong việc khử khuẩn cũng như bảo vệ sức khỏe của cộng đồng, nhóm đã lựa chọn thực hiện đề tài

“Thiết kế và thi công mô hình robot khử khuẩn đa phương án điều khiển” Mô hình

robot của nhóm có thể sử dụng để khử được nhiều loại virus, vi khuẩn khác nhau tùy thuộc vào dung dịch thuốc khử và thích hợp khử khuẩn ở môi trường y tế hay những khu cách ly, nơi công cộng Bên cạnh đó, robot còn có thể giúp cho các nhân viên khi khử khuẩn sẽ hạn chế tiếp xúc trực tiếp với hóa chất gây ảnh hưởng đến sức khỏe

Mô hình robot khử khuẩn mà nhóm thực hiện sử dụng vi xử lý trung tâm là kit Adruno Nano ATmega 328P, kết hợp với module bluetooth HC06, module L298N, máy bơm áp suất, chiết áp, pin và 4 động cơ DC, module led hiển thị mức năng lượng pin còn lại trong quá trình robot vận hành Bên cạnh đó nhóm thiết kế cánh tay phun khử khuẩn gắn các béc phun sương và có thể quay được các góc từ 0-180 độ theo trục X-Y, giúp tăng độ bao phủ thuốc trên bề mặt lên đến hơn 80% và tiết kiệm được lượng thuốc phun, thời gian khử khuẩn Ngoài ra, các béc phun sương còn được gắn bên sườn xe nhằm mục đích tăng diện tích bao phủ của dung dịch khử khuẩn

Kết quả thực hiện, nhóm đã nghiên cứu, thiết kế và thi công thành công robot khử khuẩn đa phương án điều khiển để đáp ứng mục tiêu mà ban đầu nhóm đã đề ra Robot hoạt động bằng 3 cách: Tự động chạy theo line, Tự động trách vật cản và điều khiển thủ công thông qua ứng dụng trên điện thoại thông minh, Giao diện điều khiển trên ứng dụng điện thoại trực quan, ổn định và dễ dàng sử dụng

i

viii

MỤC LỤC

NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP i

LỜI CẢM ƠN v

LỜI CAM ĐOAN vi

TÓM TẮT vii

DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT xiii

DANH MỤC BẢNG BIỂU ix

Chương 1 TỔNG QUAN 1

1.1 Giới thiệu 1

1.2 Mục tiêu đề tài 2

1.3 Giới hạn đề tài 2

1.4 Nội dung nghiên cứu 2

1.5 Bố cục 3

Chương 2 CƠ SỞ LÝ THUYẾT 4

2.1 Giới thiệu mô hình robot khử khuẩn 4

2.1.1 Mô hình robot khử khuẩn phòng cách ly 4

2.1.2 Mô hình robot khử khuẩn bề mặt bằng tia cực tím 4

2.1.3 Mô hình robot tránh vật cản 5

2.1.4 Mô hình robot dò đường 5

2.2 Giới thiệu phần cứng 6

2.2.1 Module động cơ L298N 6

2.2.2 Vi điều khiển 6

2.2.3 Module bluetooth HC-06 7

2.2.4 Module hiển thị điện áp của pin lithium 7

2.2.5 Động cơ servo MG996R 7

i

ix

2.2.6 Module hạ áp LM2596 7

2.2.7 Pin lithium-ion 18650 8

2.2.8 Máy bơm áp suất mini 8

2.2.9 Béc phun sương 8

2.2.10 Động cơ giảm tốc JGA25 8

2.2.11 Cảm biến dò line TCRT5000 8

2.2.12 Cảm biến hồng ngoại 9

2.3 Mit App Inventor 9

2.4 Adruino IDE 9

Chương 3 TÍNH TOÁN VÀ THIẾT KẾ 11

3.1 Giới thiệu 11

3.2 Tính toán và thiết kế phần cứng 11

3.2.1 Thiết kế sơ đồ khối hệ thống 11

3.2.2 Chức năng của từng khối 12

3.3 Thiết kế phần mềm 21

Chương 4 THI CÔNG HỆ THỐNG 25

4.1 Giới thiệu 25

4.2 Thi công phần cứng 25

4.2.1 Thi công board mạch 25

4.2.2 Lắp ráp và kiểm tra 27

4.2.3 Thi công mô hình 31

4.3 Thi công phần mềm 34

Chương 5 KẾT QUẢ - NHẬN XÉT - ĐÁNH GIÁ 36

5.1 Kết quả thực hiện mô hình 36

5.1.1 Mô hình phần cứng của robot 36

i

x

5.1.2 Giao diện điều khiển của robot 39

5.2 Nhận xét, đánh giá 41

5.3 Quy trình sử dụng robot khử khuẩn đa phương án điều khiển 41

5.4 Dự toán chi phí thi công 44

Chương 6 KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN 47

6.1 Kết luận 47

6.2 Hướng phát triển 47

i

xi

DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT

HTTP HyperText Transfer Protocol

WIFI Wireless Fidelity

IOT Internet Of Things

UART Universal Asynchronous Receiver-Transmitter

LCD Liquid Crystal Display

RPM Revolutions Per Minute

i

xii

DANH MỤC HÌNH ẢNH

Hình 2.1 Mô tả hoạt động của Mit Inventor 10

Hình 3.1 Sơ đồ kết nối khối xử lý trung tâm 11

Hình 3.2 Sơ đồ chân của Arduino nano Atmega 328P 12

Hình 3.3 Động cơ JGA25 12V 120RPM 13

Hình 3.4 Sơ đồ kết nối module L298N với khối xử lý trung tâm 14

Hình 3.5 Sơ đồ kết nối module HC 06 với khối xử lý trung tâm 14

Hình 3.6 Sơ đồ kết nối khối trung tâm với khối phun khử khuẩn 15

Hình 3.7 Động cơ bơm DP-521 16

Hình 3.8 Sơ đồ kết nối của vi điều khiển và các cảm biến 16

Hình 3.9 Sơ đồ nguyên lý dùng nguồn từ mạch động cơ LM2596 (trái) và L298N (phải) 18

Hình 3.10 Sơ đồ nguyên lý toàn hệ thống 20

Hình 3.11 Lưu đồ chương trình chính 21

Hình 3.12 Lưu đồ thuật toán nhận và xử lí dữ liệu 22

Hình 3.13 Lưu đồ thuật toán cho ứng dụng điện thoại 23

Bảng 4.1 Danh sách các linh kiện sử dụng 25

Hình 4.1 Sơ đồ mạch in 2D của mạch điều khiển chính 26

Hình 4.2 Sơ đồ mạch in 3D của mạch điều khiển chính 27

Hình 4.3 Mặt trước board mạch điều khiển chính 28

Hình 4.4 Bản vẽ mặt bên trong của robot 29

Hình 4.5 Mặt bên trong của robot 30

Hình 4.6 Mặt sau của robot 30

i

xiii

Hình 4.7 Tổng thể robot khử khuẩn 31

Hình 4.8 Mặt trên của robot 32

Hình 4.9 Vòi phun chính 32

Hình 4.10 Vòi phun gắn trên xe 33

Hình 4.11 Bánh xích di chuyển 33

Hình 4.12 Tạo project trên Mit Inventor 34

Hình 4.13 Kéo thả trên thanh công cụ 34

Hình 4.14 Giao diện các khối điều khiển 35

Hình 4.15 Xuất file cài ứng dụng 35

Hình 5.1 Tổng thể diện mạo của robot 36

Hình 5.2 Công tắc nguồn, núm vặn chiếc áp và cụm hiển thị của robot 37

Hình 5.3 Vị trí lắp của board mạch chính 37

Hình 5.4 Vị trí lắp của máy bơm 37

Hình 5.5 Tổng thể bên trong robot 38

Hình 5.6 Giao diện điều khiển thủ công trên app điện thoại của robot 39

Hình 5.7 Giao diện danh sách bluetooth kết nối với robot trên điện thoại 40

Hình 5.9 Giao diện khi bật chế độ bơm tự động trên điện thoại 40

Hình 5.10 Giao diện khi chạy tự động tránh vật cản khi được bật trên app 41

Hình 5.11 Giao diện chạy tự động trong phòng khi được bật trên app 41

Hình 5.12 Bản đồ di chuyển theo dạng ziczac 41

Hình 5.13 Bản đồ chạy dò line thử nghiệm 42

Hình 5.14 Robot khử khi đặt trên đường line 42

i

xiv

DANH MỤC BẢNG BIỂU

Bảng 3.1 Thông số, giá trị các linh kiện sử dụng 17

Bảng 4.1 Danh sách các linh kiện sử dụng 25

Bảng 5.2 Thống kê chạy chế độ dò line vào các buổi 42

Bảng 5.3 Bảng thực nghiệm chế độ thủ công 43

Bảng 5.4 Bảng dự toán của đề tài 44

i

1

Chương 1 TỔNG QUAN 1.1 Giới thiệu

Hiện nay, tình hình dịch bệnh COVID-19 đang diễn biến theo chiều hướng tích cực, số

ca nhiễm mới đang có xu hướng giảm mạnh nhờ những chiến dịch bao phủ vaccine kịp thời của chính phủ Tuy nhiên vào 6 tháng 5 năm 2022 trên thế giới lại ghi nhận bùng phát một một chủng bệnh mới đó là bệnh đậu mùa khỉ, bắt đầu từ một cư dân Anh, sau khi du lịch đến Nigeria, đã xuất hiện các triệu chứng của bệnh đậu mùa khỉ Virus gây bệnh luôn phát triển

và xuất hiện thêm những biến chủng mới Chính vì lẽ đó mà công tác phòng chống dịch bệnh không bao giờ được phép dừng lại! Để công tác phòng chống dịch đạt hiệu quả tốt thì chúng

ta phải đặt ra rất nhiều giải pháp để phòng chống Để góp một phần sức nhỏ trong công tác phòng chống dịch bệnh nhóm đã quyết định lựa chọn thực hiện đề tài: “Thiết kế và thi công

mô hình robot khử khuẩn đa phương án điều khiển”

Hầu hết môi trường bệnh viện có nhiều nguồn virus tiềm ẩn bao gồm các bề mặt tiếp xúc, thiết bị, dụng cụ Nhiều phương pháp diệt khuẩn, khử trùng được đưa vào sử dụng sử dụng điển hình là dùng Ethanol 70 độ hoặc Isopropyl Alcohol 70 độ phun trực tiếp trên bề mặt

như trong đề tài “Robot khử khuẩn phòng cách ly” thuộc sản phẩm trung tâm công nghệ của

bệnh viện Quân Dân Y miền đông, sử dụng Isopropyl từ 70- 80 độ để phun khử khuẩn trực tiếp bề mặt đồng thời thiết kế vi điều khiển trung tâm Ardruino Nano, module SIM800C điều khiển cánh tay robot gắn các vòi phun sương phun thuốc diệt khuẩn, kết hợp với các module điều khiển động cơ giúp xe linh động di chuyển [1] Ngoài ra còn có phương pháp diệt khuẩn bằng tia cực tím UVC như trong đề tài của nhóm Hứa Gia Thuận, Ngô Quang Trạng đã thiết

kế thành công “Mô hình robot khử khuẩn bề mặt bằng tia cực tím UVC” giúp phá hủy DNA

trong vi khuẩn và RNA trong virus, ngăn cản sự sinh sản và lây lan của chúng, đồng thời đề tài đã sử dụng ESP32S có tích hợp wifi để người dung dễ dàng sử dụng khi áp dụng vào thực

tế và mô hình robot này đã đang được thử nghiệm ở bệnh viện quận Thủ Đức [2] Bên cạnh

đó, “Robot tránh vật cản” cũng là một trong những công nghệ mới, đã và đang được áp dụng

vào đời sống sinh hoạt hằng ngày của con người Robot có nhiệm vụ vận chuyển hàng hóa nhanh chóng từ công đoạn này đến công đoạn khác, với khả năng tìm đường và tránh vật cản giúp thực hiện nhiệm vụ chính xác và an toàn [3] Hay đề tài [4] của nhóm sinh viên Đại học

Bách Khoa Tp.HCM ”Robot dò đường”, robot sẽ nhận biết vị trí tương đối của mình và bám

theo đường line (line từ, line màu) đã có, phục vụ mang vác đồ vật đến những nơi mà con người khó có thể đi qua Việc áp dụng công nghệ cao trong công tác phòng chống dịch đã giúp giảm tải lượng công việc cho đội ngũ bác sĩ và nhân viên y tế, cũng như hạn chế tối đa sự lây nhiễm của virus Nhưng bên cạnh đó giá thành của một robot máy phun thuốc khử khuẩn khá cao, thao tác cần qua nhiều quy trình phức tạp

i

2

Nhận thấy những khó khăn trên, nhóm chúng em đã lên ý tưởng “thiết kế và thi công

mô hình robot phun khử khuẩn đa phương án điều khiển” trong đồ án tốt nghiệp lần này,

nhằm giúp đỡ một phần nào đó trong công tác phòng chống dịch bệnh Robot sử dụng vi điều khiển trung tâm là kit Adruno Nano AT mega328P, module điều khiển động cơ L298N, module bluetooth HC06, module giảm áp LM2598, và các động cơ DC Vì để nâng cao tính thực tế, nhóm đã thiết kế 3 phương án điều khiển là tự động chạy theo line, điều khiển chạy tự động tránh vật cản và thủ công trên ứng dụng điện thoại thông minh giúp cho người dùng

dễ dàng sử dụng, thuận tiện hơn trong việc điều khiển

1.2 Mục tiêu đề tài

Thiết kế và thi công mô hình robot phun khử khuẩn đa phương án điều khiển: Tự động chạy theo line, tự động tránh vật cản và điều khiển thông qua ứng dụng trên thông qua điện thoại thông Robot có thể hoạt động ổn định và có thể điều khiển được góc phun lên đến 180

độ, đảm bảo lượng thuốc phun ra bao phủ được toàn bộ bề mặt tiếp xúc và tiết kiệm lượng thuốc phun

1.3 Giới hạn đề tài

Đề tài có một số giới hạn sau:

- Robot di chuyển trên đường line không thể vòng qua vật cản và vào lại line mà chỉ có thể dừng lại trước vật cản và tiếp tục di chuyển khi vật cản được dời đi

- Robot chỉ giao tiếp thông qua giao thức Bluetooth, giới hạn trong phạm vi 20m

- Phạm vi diệt khuẩn xung quanh 2m

1.4 Nội dung nghiên cứu

Đề tài được thực hiện gồm có những nội dung chính sau:

- Nội dung 1: Đọc các tài liệu tham khảo, tóm tắt các hướng đề tài

- Nội dung 2: Tìm hiểu cách thức hoạt động của các loại board

- Nội dung 3: Thiết kế sơ đồ khối, sơ đồ nguyên lý toàn mạch

- Nội dung 4: Tính toán, thiết kế mô hình robot sử dụng board arduino, các module và

động cơ

- Nội dung 5: Thiết kế, xây dựng phần cứng, thi công mạch

- Nội dung 6: Viết chương trình điều khiển

- Nội dung 7: Thiết kế giao diện điều khiển ứng dụng trên điện thoại

- Nội dung 8: Thiết kế mô hình và chạy thử sản phẩm

- Nội dung 9: Viết báo cáo thực hiện

- Nội dung 10: Bảo vệ luận văn

i

Chương 2: Cơ sở lý thuyết

Trình bày lý thuyết cơ sở làm tiền đề để thực hiện đồ án, sử dụng các đề tài đã được nghiên cứu làm cơ sở để tham khảo

Chương 3: Tính toán và thiết kế

Từ những cơ sở lý thuyết có được đưa ra sơ đồ khối, tính toán và thiết kế các khối có trong hệ thống, thiết kế các lưu đồ giải thuật

Chương 4: Thi công hệ thống

Trình bày quá trình thi công phần cứng hệ thống và xây dựng phần mềm điều khiển

Chương 5: Kết quả - nhận xét - đánh giá

Đưa ra kết quả, hình ảnh mô hình và nêu ý kiến đánh giá mô hình

Chương 6: Kết luận và hướng phát triển

Đưa ra kết luận đề tài sau thời gian thực hiện và hướng phát triển của đề tài

i

đó, việc chế tạo sản phẩm robot phun khử khuẩn mang tính thiết thực để vận dụng vào thực tế với hiệu quả cao, đồng thời giảm sức lao động và tác nhân gây hại cho con người từ hóa chất

là một điều cần thiết trong thời đại công nghệ 4.0 hiện nay Vì vậy, mô hình robot phun khử khuẩn đưa ra nhằm thay thế đi các phương pháp khử khuẩn truyền thống và giúp đem lại nhiều hiệu quả trong công tác khử khuẩn cho con người

Trên thực tế, để thực hiện phun xịt khử khuẩn bên trong các khu cách ly, bệnh viện đang có người nhiễm Covid-19 thì robot rất thuận lợi sử dụng, bảo đảm tính an toàn cao cho người vận hành, tiết kiệm sức người, thời gian và có thể sử dụng bất kỳ lúc nào Ngoài ra, khi tháo dỡ thùng đựng thuốc khử khuẩn, robot trở thành “người vận chuyển” hỗ trợ đưa hàng hóa, vật dụng của người bệnh hoặc lực lượng phục vụ, đội ngũ nhân viên y tế trong các khu cách ly, phong tỏa và địa điểm điều trị F0 tại nhà

2.1.1 Mô hình robot khử khuẩn phòng cách ly

Nhận thấy sự xuất hiện và lây lan mạnh mẽ của covid 19, công tác khử khuẩn càng được chú trọng nghiêm ngặt hơn đặc biệt là ở các khu cách ly điều trị ở bệnh viện Với mục tiêu trên, các nhóm nghiên cứu đã thiết kế ra mô hình robot khử khuẩn phòng cách ly chuyên làm công việc khử trùng, diệt khuẩn ở các khu có nguy cơ lây nhiễm cao nhầm đảm bảo an toàn cho các nhân viên y tế

Mô hình sử dụng vi điều khiển trung tâm Arduino Nano và module SIM800C điều khiển cánh tay robot gắn các vòi phun sương phun thuốc diệt khuẩn Sử dụng cảm biến E18-D80N để phát hiện vật cản kết hợp với mạch cầu VNH2SP30 điều khiển động cơ quay thuận nghịch giúp xe linh động di chuyển Tất cả các hoạt động của robot đều được điều khiển từ xa qua Flysky hoặc điều khiển trên giao diện web của máy tính Trong đó, ưu điểm của mô hình này ngoài khả năng chính là phun khử khuẩn còn được kết hợp thêm các chức năng lau sàn nhà, vận chuyển thuốc và tự động khử khuẩn mình bằng dung dịch isopropyl 70%, hydrogen trước khi ra khỏi phòng cách ly Tuy nhiên, nhược điểm của robot là khả năng phản hồi chưa tốt, cấu tạo khung bằng thép nên có trọng lượng lớn, ngoại hình khá cồng kềnh khó di chuyển

ở khu vực nhỏ hẹp [1]

2.1.2 Mô hình robot khử khuẩn bề mặt bằng tia cực tím

Công việc khử khuẩn dù được bảo hộ kỹ lưỡng nhưng vẫn có nguy cơ lây nhiễm rất cao Đề tài này nhằm mục đích thiết kế và thi công được mô hình robot diệt khuẩn bề mặt

i

5

bằng tia cực tím UVC, đưa ra nhiều giải pháp pháp triển giúp thuận lợi hơn trong việc làm giảm sự lây lan của virus

Mô hình robot sử dụng kit EPS32S tích hợp sẵn module wifi làm khối xử lý trung tâm

có chức năng truyền và nhận dữ liệu từ cảm biến HCSR04, cảm biến hồng ngoại để tránh vật cản Robot sử dụng động cơ giảm tốc GA25 với tốc độ di chuyển 10cm/s và trang bị thêm 3 bóng đèn diệt khuẩn UVC giúp tăng khả năng diệt khuẩn lên đến 99% Trong đó ưu điểm của

mô hình robot này là có thể hoạt động ở 2 chế độ bao gồm: chế độ thủ công điều khiển qua app Blynk trên điện thoại và chế độ tự động được di chuyển theo quỹ đạo zizac giúp né tránh những chướng ngại vật mà robot phát hiện trên đường đi Tuy nhiên, mô hình vẫn còn một số khuyết điểm như ứng dụng phản hồi chậm, thao tác di chuyển chưa chính xác Đồng thời việc khử khuẩn bằng tia cực tím UVC phải đảm bảo không có người xung quanh để tránh những tác hại do loại tia này gây ra cho da và mắt [2]

2.1.3 Mô hình robot tránh vật cản

Với nhu cầu cuộc sống ngày càng phát triển, mỗi công nghệ mới hiện đại đều có một sức hút rất lớn Robot dò đường tránh vật cản cũng là một trong những công nghệ mới đã và đang được áp dụng vào đời sống sinh hoạt hằng ngày của con người Robot có nhiệm vụ vận chuyển hàng hóa nhanh chóng từ công đoạn này đến công đoạn khác Với khả năng tìm đường

và tránh vật cản giúp thực hiện nhiệm vụ chính xác và an toàn Trong ứng dụng ô tô, với việc thiết lập hệ thống này giúp người lái luôn trong thế chủ động khi di chuyển tránh những tai nạn ngoài ý muốn Ngoài ra, còn giúp người lái có những trải nghiệm mới lạ Khi lùi xe vào chỗ đậu, các cảm biến liên tục đo Nếu gần va chạm sẽ báo cho người lái biết, tránh những thiệt hại không cần thiết

Mô hình sử dụng board Arduino Mega 2560 để làm khối điều khiển trung tâm, module sensor, mạch điều khiển động cơ, động cơ servo và cảm biến siêu âm Khi robot di chuyển cảm biến siêu âm sẽ phân tích dữ liệu vật cản Các thông tin được chuyển và xử lý bởi

bộ điều khiển trung tâm Arduino Khoảng cách giữa vật cản và Robot nếu nhỏ hơn 15cm robot

sẽ dừng lại và quay sang trái (hoặc phải) Đến khi không còn vật cản Robot sẽ tiếp tục di chuyển Trước khi di chuyển, Robot lùi lại và tính toán khoảng cách vật cản bên trái và phải Bên nào có khoảng cách lớn hơn thì Robot sẽ quay về hướng ấy Quá trình này sẽ lặp lại với tất cả các vật cản tiếp theo khi Robot di chuyển Nhược điểm là xe còn di chuyển khó khăn ở những địa hình phức tạp [3]

2.1.4 Mô hình robot dò đường

Trên thế giới hiện nay có rất nhiều loại robot quy mô lớn như: Cánh tay robot hoạt động trong nhà máy, xí nghiệp, những hệ thống sản xuất tự động… Bên cạnh đó là những robot

có thể di chuyển và làm những công việc nguy hiểm thay con người Robot dò line là một trường hợp đặc biệt của mobile robot, trong đó robot sẽ nhận biết vị trí tương đối của mình

i

6

và bám theo đường line (line từ, line màu) đã có Hiện nay robot dò line được ứng dụng rộng rãi trong các quá trình chế tạo trong công nghiệp, mang vác vật đến các địa điểm đặc biệt

Mô hình sử dụng board Arduino Mega 2560 để làm khối điều khiển trung tâm, module sensor và mạch điều khiển động cơ Các mắt phát sẽ phát ra tia hồng ngoại có bước sóng hồng ngoại Mắt thu ở bề mặt chứa vùng sáng sẽ hấp thụ ánh sáng hồng ngoại đó Ở trạng thái bình thường mắt thu có nội trở rất lớn (hàng trăm Kilo-Ohm) Khi thu nhận tia hồng ngoại vào nội trở của mắt thu giảm (vài chục Kilo-Ohm) Vì thế người ta gọi là Robot dò line do trong môi trường làm việc luôn có những đường line có tính chất phản xạ ánh sáng cao Đây sẽ là con đường di chuyển chủ yếu của Robot Tuy nhiên nhược điểm của robot

là không thể di chuyển trên các địa hình dốc và tốc độ di chuyển còn chậm [4]

2.2 Giới thiệu phần cứng

2.2.1 Module động cơ L298N

Module L298N là một module có chứa IC L298 đã được tích hợp sẵn mạch cầu H thường được sử dụng để điều khiển tốc độ và hướng của động cơ như xe điều khiển, xe tự hành, điều khiển tốc độ quạt hút, hộp số giảm tốc, động cơ bước, động cơ servo Ngoài ra module cũng có thể dùng để kiểm soát độ sáng của các dự án chiếu sáng như mảng led công suất cao Cụ thể là dùng module này để điều khiển tốc độ động cơ giảm tốc GA25 khi bánh

xe robot di chuyển Module này rất lý tưởng cho các ứng dụng để chế tạo robot Dựa trên cơ

sở đó, nhóm lựa chọn sử dụng module L298N để thực hiện việc điều khiển tốc độ di chuyển chậm của robot

Module L298N có chức năng điều khiển tốc độ và hướng của động cơ DC, sử dụng nguồn cung cấp từ 5 – 35V, dòng cung cấp 0 – 36mA Module có khả năng điều khiển tối đa

2 động cơ DC Module này cũng được sử dụng trong đề tài [2] và [7] để điều khiển động cơ

DC

2.2.2 Vi điều khiển

Hiện nay vi điều khiển được lựa chọn trong rất nhiều đề tài để sử dụng làm bộ xử lý trung tâm Sau khi tham khảo qua đề tài [1] và [5], cả hai đều sử dụng board Arduino Nano ATmega 328P để làm bộ xử lý trung tâm Cụ thể ở đề tài [1] tác giả dùng board Arduino để nhận tín hiệu từ module sim và cảm biến và thực hiện việc điều khiển di chuyển robot, còn trong đề tài [5] tác giả dùng board Arduino để điều khiển các cơ cấu xới đất, gieo hạt và di chuyển robot Với các yêu cầu của mô hình, thực hiện việc điều khiển, giao tiếp với các module và động cơ, vì vậy nhóm đã lựa chọn dùng Arduino Nano ATmega 328P làm vi điều khiển chính

i

7

Arduino Nano là một boad mạch vi điều khiển sử dụng chip xử lý Atmega 328p, hoạt động ở điện áp 5V và có tổng cộng 36 chân Về bộ nhớ Arduino Nano tích hợp sẵn 32KB dung lượng bộ nhớ Flash, 2KB bộ nhớ SRAM và 1KB bộ nhớ EEPROM Ưu điểm chính của boad là giá thành rẻ, kích thước nhỏ gọn, dễ dàng sử dụng, đi kèm với nhiều ứng dụng và chiếm ít không gian hơn so với các bo mạch arduino khác Mạch được sử dụng rộng rãi trong các đề tài nghiên cứu của sinh viên, các dự án thực tế ảo, lập trình robot, hệ thống nhúng, tự động hóa và điện tử [8]

2.2.3 Module bluetooth HC-06

Module bluetooth HC 06 được thiết kế để thiết lập truyền thông dữ liệu không dây tầm ngắn giữa hai vi điều khiển hoặc hệ thống HC-06 là lựa chọn tốt nhất khi cần liên lạc không dây khoảng cách ngắn và cũng được sử dụng trong đề tài Mô-đun này được sử dụng cho truyền bluetooth không dây dưới 100 mét Với thiết kế nhỏ gọn, tiện lợi, giao tiếp với vi điều khiển chỉ bằng 2 chân (Tx và Rx), module bluetooth HC06 sẽ giúp bạn thực hiện các dự án truyền dẫn và điều khiển từ xa một cách dễ dàng Khi kết nối với máy tính, HC-06 được sử dụng như 1 cổng COM ảo, việc truyền nhận với COM ảo sẽ giống như truyền nhận dữ liệu trực tiếp với UART Module HC06 hoạt động ở điện áp từ 3.3 – 5V, dòng điện tiêu thụ 20 – 30mA Module giao tiếp theo chuẩn UART, có tốc độ baud trong khoảng 1200 – 115200bpd, tốc độ mặc đa 9600bpd [4]

2.2.4 Module hiển thị điện áp của pin lithium

Module hiển thị dung lượng pin lithium có ưu điểm giúp bảo vệ phân cực ngược và sử dụng cho nhiều loại pin khác nhau: polymer lithium, pin axit chì, pin xe điện, pin nickel-hydrogen và nhiều mục đích đo điện áp khác Thường được dùng trong thiết kế robot để hiển thị thông số pin và dung lượng còn lại của pin chẳng hạn như đề tài [1] và [2] Khoảng điện

áp có thể đo được của module là 10-60V

2.2.5 Động cơ servo MG996R

Động cơ Servo MG996R là loại thường được sử dụng nhiều nhất trong các thiết kế robot hoặc điều hướng xe Động cơ MG996R hoạt động ở điện áp từ 4.8 -7.2V có lực kéo mạnh từ 9 - 11kg/cm với các khớp và bánh răng được làm hoàn toàn bằng kim loại nên có

độ bền cao Động cơ được tích hợp sẵn Driver điều khiển động cơ bên trong theo cơ chế phát xung, quay góc nên rất dễ dàng sử dụng, có thể ghép nối các servo với nhau qua các giá đỡ tạo thành cánh tay robot [5]

2.2.6 Module hạ áp LM2596

Module hạ áp LM2596 là một module được sử dụng để giảm điện áp đầu vào và ổn

40V, điện áp đầu ra điều chỉnh được trong khoảng từ 1,5V - 37V Dòng điện áp đầu ra đạt 3A

i

2.2.8 Máy bơm áp suất mini

Máy bơm tăng áp suất mini 12V với kích thước nhỏ gọn và không tiêu tốn quá nhiều điện năng tiêu thụ rất được ưa chuộng sử dụng và là dòng máy công suất nhỏ, dùng nguồn điện 12V, chủ yếu được ứng dụng để đáp ứng các nhu cầu cơ bản như phun rửa xe, vệ sinh nhà cửa, phun xịt chuồng trại, xịt khuẩn Như trong mẫu mô hình robot khử khuẩn phòng cách ly [5] cũng sử dụng bơm mini làm cơ cấu phun xịt khuẩn [8]

2.2.9 Béc phun sương

Béc phun sương là loại béc khi tưới sẽ tạo ra các hạt nước nhỏ mịn, phân tán đều trong không khí để tạo độ ẩm cho khu vực có bán kính của béc trung bình từ 0.5m – 1.5m Béc tưới phun sương hoạt động nhờ vào áp lực lớn của dòng nước đẩy qua những miệng phun nhỏ, sau

đó tiếp xúc trực tiếp vào bộ phận điều hướng để tạo thành các chùm sương có độ rộng khác nhau, tùy thuộc vào cấu tạo của mỗi loại béc Khi kết hợp với bơm áp suất sẽ cho ra hệ thống bơm phun sương với độ bao phủ bề mặt rất tốt, như trong đề tài [8] Mục đích của việc sử dụng béc phun sương là tạo độ ẩm cho khu vực cần phun trong khoảng thời gian dài nên lưu lượng thấp sẽ giúp tiết kiệm thuốc hơn

2.2.10 Động cơ giảm tốc JGA25

Động cơ DC giảm tốc JGA25 12V 280rpm có cấu tạo bằng kim loại cho độ bền và độ

ổn định cao, được sử dụng trong các mô hình robot, xe, thuyền, hộp giảm tốc của động cơ có nhiều tỉ số truyền giúp dễ dàng lựa chọn giữa lực kéo và tốc độ (lực kéo càng lớn thì tốc độ càng chậm và ngược lại) Động cơ sử dụng nguyên liệu chất lượng cao (lõi dây đồng nguyên chất, lá thép 407, vòng tiếp xúc niken, nam châm từ tính mạnh) cho sức mạnh và độ bền vượt trội hơn các loại giá rẻ trên thị trường hiện nay (sử dụng lõi dây nhôm, nam châm từ tính yếu) [2]

i

9

2.2.12 Cảm biến hồng ngoại

Cảm biến có khả năng thích nghi với môi trường, có một cặp led thu phát hồng ngoại Tia hồng ngoại phát ra một tần số nhất định, khi phát hiện hướng truyền có vật cản (mặt phản xạ), phản xạ vào đèn thu hồng ngoại, sau khi so sánh, đèn màu xanh sẽ sáng lên, đồng thời đầu cho tín hiệu số đầu ra (một tín hiệu bậc thấp) Khoảng cách làm việc hiệu quả 2 ~ 5cm, điện áp làm việc là 3.3 V đến 5V Độ nhạy sáng của cảm biến được điều chỉnh bằng chiết áp [3]

2.3 Mit App Inventor

Cho đến thời điểm hiện tại thì đã có rất nhiều nền tảng lập trình phần mềm cho smartphone với ngôn ngữ kéo thả được ra đời.Sau khi tham khảo đề tài [2], [4] cả hai đều sử dụng app điều khiển Blynk để điều khiển và giám sát Về mặt ưu điểm ứng dụng Blynk cung cấp API & giao diện người dùng cho các thiết bị và phần cứng được hỗ trợ Các giao diện đều được thiết kế sẵn dễ sử dụng, thao tác kéo thả trực tiếp trên giao diện dễ dàng Về nhược điểm thì ứng dụng còn nhiều giới hạn và hạn chế khi sử dụng gói miễn phí, tốc độ phản hồi chậm Với ý muốn tự thiết kế một giao diện riêng và độ phản hồi nhanh khi thao tác trên màn hình điện thoại, nên nhóm chọn Mit Inventor để xây dựng app trên điện thoại thông minh để điều khiển và giám sát

MIT App Inventor là một ứng dụng web nguồn mở ban đầu được cung cấp bởi Google

và hiện tại được duy trì bởi Viện Công nghệ Massachusetts (MIT) Mit App Inventor là một nền tảng phát triển trực tuyến chạy bởi trình duyệt trên máy tính cho phép nhà lập trình tạo ra các ứng dụng phần mềm cho hệ điều hành Android Sau khi tạo xong giao diện web ta có thể đưa ứng dụng vào điện thoại bằng cách xuất các file cài APK hoặc tải phần mềm MIT AI2 để

mô phỏng trực tiếp Nhờ vậy, có thể nhanh chóng chuyển xem trực tiếp kéo thả các giao diện trong thời gian thực [9] Sơ đồ mô tả hoạt động của Mit Inventor được thể hiện như hình 2.1

2.4 Adruino IDE

Bản thân arduino là một một nền tảng mã nguồn mở bao gồm phần cứng và phần mềm Phần cứng bao gồm các board mạch được thiết kế với các cảm biến, linh kiện (hiện nay đã có đến hơn 300000 bo mạch khác nhau được thương mại) Còn phần mềm của arduino giúp ta có thể sử dụng các cảm biến, linh kiện ấy của arduino một các linh hoạt tùy thuộc vào mục đích

sử dụng Để lập trình cho các board mạch Arduino chỉ cần download và cài đặt phần mềm soạn thảo code là Arduino IDE

Arduino IDE được viết bằng ngôn ngữ lập trình Java là ứng dụng đa nền tảng Ngôn ngữ code cho các chương trình của arduino là bằng C hoặc C++ Bản thân arduino ide đã được tích hợp một thư viện phầm mềm thường gọi là "wiring", từ các chương trình "wiring" gốc sẽ

i

11

Chương 3 TÍNH TOÁN VÀ THIẾT KẾ 3.1 Giới thiệu

Đề tài “Thiết kế và thi công mô hình robot khử khuẩn với đa phương án điều khiển” có

3 chế độ như sau: chế độ khử khuẩn tránh vật cản, chế độ khử khuẩn theo line và chế độ khử khuẩn thủ công, điều khiển bằng ứng dụng được cài đặt trên điện thoại thông minh Quá trình tính toán và thiết kế gồm có 2 phần: thiết kế sơ đồ khối hệ thống và tính toán thiết kế mạch

3.2 Tính toán và thiết kế phần cứng

3.2.1 Chức năng từng khối

Sơ đồ khối của hệ thống:

Hình 3.1 Sơ đồ kết nối khối xử lý trung tâm

- Khối trung tâm điều khiển có nhiệm vụ nhận dữ liệu từ các khối và xử lí bằng chương trình điều khiển cho toàn bộ hệ thống

- Khối app là ứng dụng được cài đặt trên điện thoại thông minh, có chức năng điều khiển cho xe thực hiện các yêu cầu như: di chuyển, điều khiển cần phun và bật tắt 3 chế độ của xe thông qua module bluetooth HC-06

- Khối cảm biến có nhiệm vụ truyền tín hiệu vào khối xử lí, giúp xe có thể hoạt động theo từng chức năng mà cảm biến trả về

i

- Khối nguồn có chức năng cấp nguồn cho toàn hệ thống hoạt động

3.2.2 Chức năng của từng khối

a Khối xử lý trung tâm

Hiện nay, trên thị trường có rất nhiều loại dòng vi điều khiển khác nhau như Arduino Uno, ESP 8266, Raspberry, Nhóm chọn board Arduino NANO ATmega 328P làm khối xử

lý trung tâm vì có kích thước nhỏ gọn hơn, thông dụng trên thị trường, dễ sử dụng, giá thành hợp lý và đáp ứng đủ được yêu cầu của hệ thống

Hình 3.2 Sơ đồ chân của Arduino nano Atmega 328P

b Thiết kế khối di chuyển

Khối di chuyển có nhiệm vụ nhận tín hiệu từ khối xử lí trung tâm, điều khiển các động

cơ di chuyển theo chương trình điều khiển được viết từ trước Nhóm lựa chọn module L298N làm mạch điều khiển động cơ Với điện áp đầu vào lên tới 30V mạch sử dụng tín hiệu điều khiển ở mức Low là 0-3V và mức High là 2,3 – 5V Bên cạnh đó, mạch tích hợp diode bảo vệ

và IC nguồn 7805 giúp cấp nguồn 5VDC cho các module khác Chính vì những lí do đó mà nhóm quyết định chọn mạch L298N để sử dụng

i

13

Với đặc thù di chuyển trong phòng và những nơi nhỏ hẹp, cho nên ta cần chọn loại động cơ có tốc độ và khả năng chịu tải phù hợp với điều kiện mà robot có thể hoạt động tốt nhất Qua khảo sát thực tế và dựa vào tốc độ phun khử khuẩn để lựa chọn động cơ phù hợp Nếu thiết bị có tốc độ quá nhanh thì lượng thuốc phun ra sẽ không đều ở các khu vực, còn nếu

di chuyển quá chậm thì sẽ dẫn đến tình trạng hao phí lượng thuốc Nên nhóm chúng em chọn vận tốc 𝑣 tối đa mong muốn của xe là 50cm/s Khối lượng của robot khoảng 7kg, để chọn động cơ phù hợp nhóm cần một số tính toán [13]

Lực ma sát 𝐹𝑚𝑠(N):

𝐹𝑚𝑠(𝑁) =  m g = 0,4 7 9,8 = 27,44 (N) (3.1) Trong đó:

- m: là khối lượng của xe (kg)

-   là hệ số ma sát của bánh xích với mặt đường [14]

Sau khi lựa chọn động cơ và module điều khiển, ta được bản thiết kế các chân của động

cơ kết hợp với module L298N Mô tả kết nối module L298N với khối xử lý trung tâm

i

14

Hình 3.4 Sơ đồ kết nối module L298N với khối xử lý trung tâm

c Thiết kế khối module bluetooth

Module thu phát Bluetooth HC-06 có chức năng kết nối 2 thiết bị với nhau bằng sóng bluetooth Với tiêu chí thuận tiện cho người sử dụng và đảm bảo an toàn trong công tác khử khuẩn, nhóm đã xây dụng phương án điều khiển robot thông qua giao thức bluetooth Để đảm bảo mục tiêu thu phát tín hiệu từ điện thoại thông minh một cách ổn định và dễ dàng nhất thì nhóm đã quyết định lựa chọn module bluetooth HC-06

Hình 3.5 Sơ đồ kết nối module HC 06 với khối xử lý trung tâm

i

15

- Chân VCC được cấp nguồn 5V từ ngõ ra của L298N, GND là nguồn âm chung của

mạch

- Các chân TX, RX nối vào D2, D3 của vi điều khiển có vai trò truyền và nhận dữ liệu

giao tiếp từ điện thoại thông minh đến vi điều khiển theo chuẩn bluetooth giúp vi điều khiển có thể thực hiện các lệnh từ điện thoại đưa ra

d Thiết kế khối phun khử khuẩn

Bên cạnh việc khử khuẩn thông thường là gắn bơm trên xe, nhóm tiếp tục thiết kế thêm cần kéo dài và cơ động nhằm mục đích có thể chủ động xịt khuẩn những vị trí trên cao mà xe không thể phun tới được Nhóm đã thiết kế cơ cấu cánh tay phun, sử dụng 2 động cơ servo MG996R được gắn vào nhau giúp cần phun có thể quay trái (phải) và lên (xuống) tùy theo mục đích sử dụng Động cơ servo MG996R có khả năng phản hồi nhanh và mô-men xoắn lớn giúp động cơ có thể chịu tải tốt Bên cạnh đó, động cơ có góc quay từ 0 đến 180 độ dựa trên chu kỳ hoạt động của sóng PWM Như hình 3.6 ta có thể thấy chân “IN” sẽ nối vào D11, D12 của vi điều khiển, Servo sẽ nhận tín hiệu phát ra từ vi điều khiển để thay đổi trạng thái xoay

Bộ phận không thể thiếu của khối khử khuẩn chính là hệ thống phun sương từ động

cơ bơm áp suất Tại hình 3.6 ta có thể thấy hệ thống bơm áp suất sẽ được điều khiển đóng/cắt thông qua relay tích cực mức thấp Module relay với điện áp hoạt động 5v có thể điều khiển đầu ra 12V sau khi nhận tín hiệu từ các chân “IN” giúp điều khiển máy bơm áp suất hoạt động

Hình 3.6 Sơ đồ kết nối khối trung tâm với khối phun khử khuẩn

i

16

Hình 3.7 Động cơ bơm DP-521

Tính toán chọn động cơ phun sương

- Nhóm sử dụng 6 béc phun sương với lưu lượng mỗi béc là 500ml/phút, áp suất hoạt

động mỗi béc là 0.7bar Lưu lượng 6 béc sẽ là 500ml x 6 = 3000ml = 3L/phút và áp suất hoạt động 0.7 x 6 = 4.2bar Từ các thông số trên, nhóm đã chọn động cơ bơm DP

521 với điện áp hoạt động 12V, lưu lượng lên đến 3,5L và áp suất buồng bơm 4.4bar

để thực hiện việc khử khuẩn

e Thiết kế khối cảm biến

Khối cảm biến có chức năng phát hiện đường line và phát hiện vật cản sau đó sẽ trả tín

hiệu về vi điều khiển xử lí, giúp xe có thể chạy theo chế độ dò line cộng với việc dừng lại khi

có vật cản hoặc chạy chế độ tránh vật cản khi mở chế độ này lên

Hình 3.8 Sơ đồ kết nối của vi điều khiển và các cảm biến

i

17

- Với điện áp hoạt động 5V, INFRARED SENSOR (cảm biến dò line) và IR SENSOR

(cảm biến hồng ngoại) sẽ gồm một đèn led phát hồng ngoại và một led thu hồng ngoại Khi có ánh sáng hồng ngoại từ led phát, nếu có một vật cản, ánh sáng sẽ được phản xạ lại led thu Tín hiệu sẽ trả về từ các chân OUT hoặc chân A0 giúp vi điều khiển xử lí

- Lần lượt các chân D8, D9, D10, A2 và A3 sẽ là các chân tín hiệu nối vào vi điều khiển

f Thiết kế khối nguồn

Khối nguồn có chức năng cung cấp nguồn cho toàn bộ hệ thống, đảm bảo cho hệ thống

có thể hoạt động Để thiết kế khối nguồn, nhóm tiến hành tổng hợp và liệt kê các thông số giá trị dòng điện và điện áp của các thành phần của hệ thống trong bảng 3.1

Bảng 3.1 Thông số, giá trị các linh kiện sử dụng

lượng

Điện áp Dòng điện

2 Module hiển thị mức pin 1 12VDC 5mA

4 Module hạ áp LM2596 1 12VDC 3mA

18

Như vậy, nguồn cần chọn nguồn tối đa là 12VDC/ 5A, nên nhóm quyết định chọn nguồn từ 3 pin lithium với dòng điện tiêu thụ 5000mah Module hạ áp LM2596 và Module L298N để đáp ứng mạch chạy ổn định

Tính toán nguồn điện:

Sau khi nghiên cứu và tính toán, nhóm đã quyết định sử dụng hai nguồn điện áp để cấp cho toàn hệ thống bao gồm: nguồn điện 5V/1A lấy từ mạch động cơ L298N và 5V/3A lấy từ mạch hạ áp LM2596

Tại module giảm áp là LM2596 xoay các biến trở để được nguồn điện 5V/3A cấp cho

2 động cơ servo MG996: I𝑠𝑒𝑟𝑣𝑜= I𝑠𝑒𝑟𝑣𝑜1+I𝑠𝑒𝑟𝑣𝑜2= 1500 + 1500 = 3000 mA = 3A

Tại module L298N, 2 chân 12V và GND sẽ nhận nguồn từ 3 pin lithium (12V) sau đó

sẽ chuyển đổi về mức điện áp 5V/1A tại chân 5V để cấp nguồn cho khối điều khiển, khối module bluetooth và khối cảm biến

Hình 3.9 Sơ đồ nguyên lý dùng nguồn từ mạch động cơ LM2596 (trái) và L298N

(phải)

Tính toán thời gian sử dụng pin lithium:

Với các thông số vừa tính toán và để đảm bảo nguồn điện đủ để nuôi các linh kiện, các module Thời gian hoạt động của Robot khi dùng pin phụ thuộc vào công suất của tải và dung lượng

của pin, được tính như sau:

t = A.V.η

Trong đó:

i