Đồ án tốt nghiệp ngành kỹ thuật y sinh thiết kế và thi công mô hình robot khử khuẩn bằng uvc

Như trong đồ án 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” - đề tài này đã sử dụng đèn UVC để phá hủy DNA trong

GVHD: PGS TS NGUYỄN THANH HẢI SVTH: HỒ NHÂN QUYỀN

DƯƠNG THỊ KIM SA

S K L 0 0 8 8 9 7

Tp.Hồ Chí Minh, tháng 6/2022

THIẾT KẾ VÀ THI CÔNG MÔ HÌNH ROBOT KHỬ KHUẨN BẰNG UVC

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

KHOA ĐIỆN – ĐIỆN TỬ

BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH

KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP

NGÀNH KỸ THUẬT Y SINH (ĐIỆN TỬ Y SINH)

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

KHOA ĐIỆN – ĐIỆN TỬ

BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH

TRƯỜNG ĐH SPKT TP HỒ CHÍ MINH

KHOA ĐIỆN-ĐIỆN TỬ

BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH

CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM

Độc lập - Tự do - Hạnh phúc

NHIỆM VỤ KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP

Họ tên sinh viên: Hồ Nhân Quyền MSSV: 18129047

Dương Thị Kim Sa MSSV: 18129048 Chuyên ngành: Kỹ thuật Y Sinh Mã ngành: 7520212D

Hệ đào tạo: Đại học chính quy Mã hệ:

I TÊN ĐỀ TÀI: THIẾT KẾ VÀ THI CÔNG MÔ HÌNH ROBOT KHỬ KHUẨN

BẰNG UVC

II NHIỆM VỤ

1 Các số liệu ban đầu:

- Huỳnh Văn Ý, “Nghiên cứu hệ thống điều khiển robot AGV”, Luận văn Thạc sĩ, trường

ĐHSPKT, Tp.HCM, tháng 11/2020

- Nhóm nghiên cứu viện công nghệ Phenikaa, “Robot khử khuẩn tự hành Phenikaa”, đề

tài nghiên cứu trường ĐH Phenikaa, 08/2020

- 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

- Trịnh Tiến Tùng, Huỳnh Thị Ngọc Như, “Thiết kế mô hình robot khử khuẩn trong

không gian y tế”, Đồ án tốt nghiệp, trường ĐHSPKT, Tp.HCM, 2022, HK1

- 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

2 Nội dung thực hiện:

Thu thập tìm hiểu các loại robot khử khuẩn trên thị trường, tìm hiểu về đèn UVC, các chủng loại vi khuẩn, vi rút thường gặp trong bệnh viện Mức độ tiêu diệt các chủng loại

đó dưới đèn UVC

- Tìm hiểu cách thức hoạt động của các loại board

- Tính toán, thiết kế mô hình sử dụng board Arduino với các module, đèn UVC, bơm áp suất

- Thiết kế, xây dựng phần cứng, thi công mạch, mô hình sản phẩm

- Viết chương trình điều khiển cho mô hình

- Chạy thử, kiểm tra, đánh giá, hiệu chỉnh

- Viết báo cáo thực hiện

- Bảo vệ luận văn

III NGÀY GIAO NHIỆM VỤ: 25/02/2022

IV NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ: 25/06/2022

V HỌ VÀ TÊN CÁN BỘ HƯỚNG DẪN: PGS TS Nguyễn Thanh Hải

TRƯỜNG ĐH SPKT TP HỒ CHÍ MINH

KHOA ĐIỆN-ĐIỆN TỬ

BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH

CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM

Độc lập - Tự do - Hạnh phúc

Tp HCM, ngày tháng năm 2022

LỊCH TRÌNH THỰC HIỆN KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP

Họ tên sinh viên 1: Hồ Nhân Quyền

- Viết đề cương cho đề tài đã chọn

- Tìm hiểu các đề tài liên quan đã có

Tuần 3

(11/3-24/3/2022)

- Tìm hiểu Arduino MEGA, module BFD1000, các cảm biến sử dụng cho đề tài

- Tìm hiểu thuật toán di chuyển dò line

Tuần 4 - 5

(25/3-07/4/2022)

- Báo cáo tiến độ cho GVHD

- Thiết kế sơ đồ khối hệ thống

- Thiết kế sơ đồ kết nối hệ thống Tuần 6 - 7

- Lập trình thuật toán di chuyển dò line

- Thiết kế mô hình robot

(13/5-19/5/2022) - Lập trình hiển thị LCD

Tuần 12 -13

(20/5-02/6/2022)

- Báo cáo tiến độ cho GVHD

- Chỉnh sửa hoàn thiện

LỜI CẢM ƠN

Em xin gửi lời cảm ơn sâu sắc đến Thầy Nguyễn Thanh Hải _ Giảng viên bộ môn Điện tử Y Sinh, đã trực tiếp hướng dẫn và tận tình giúp đỡ tạo điều kiện để hoàn thành tốt đề tài

Em xin gửi lời chân thành cảm ơn các thầy cô trong Khoa Điện - Điện Tử đã nhiệt tình giúp đỡ và tạo những điều kiện tốt nhất cho em hoàn thành đề tài

Cảm ơn đến cha mẹ, gia đình - người luôn yêu thương, tạo động lực to lớn, luôn

cỗ vũ khích lệ, cho những lời khuyên hữu ích khi con gặp khó khăn để con có thể hoàn thành đề tài

Em cũng gửi lời đồng cảm ơn đến các bạn, anh chị cùng khoa đã chia sẻ trao đổi kiến thức cũng như những kinh nghiệm quý báu trong thời gian thực hiện đề tài Xin chân thành cảm ơn!

Người thực hiện đề tài

Hồ Nhân Quyền Dương Thị Kim Sa

LỜI CAM ĐOAN

Đề tài này là do chúng tôi tự thực hiện dựa vào một số tài liệu trước đó và không sao chép từ tài liệu hay công trình đã có trước đó

Người thực hiện đề tài

Hồ Nhân Quyền Dương Thị Kim Sa

TÓM TẮT

Với ý tưởng từ sự kết hợp của tủ khử khuẩn bằng đèn UVC và robot tự hành có thể giao đồ đã khử khuẩn đến nơi nhận Nhóm chúng em thực hiện đề tài “Thiết kế và thi công mô hình robot khử khuẩn bằng UVC” Đề tài sử dụng Arduino Mega 2650 để điều khiển chính trong mô hình, module cảm biến siêu âm HC SR04, module cảm biến

dò line BFD 1000, module điều khiển động cơ L298N, module mã hóa quay 360 KY

040, module cảm biến từ trường KY 025 và động cơ giảm tốc JGB Mô hình có thể chọn thời gian khử khuẩn bằng cách xoay núm vặn của module KY 040, sau khi robot đã khử khuẩn xong các vật dụng thì robot dò line chạy đến lần lượt các trạm để giao các vật dụng đó Robot sử dụng các cảm biến như cảm biến siêu âm, cảm biến hồng ngoại vật cản, cảm biến từ trường, robot sử dụng động cơ giảm tốc DC JGB37 và cảm biến dò line BFD 1000 để di chuyển Sử dụng nguồn ắc quy 12V và mạch giảm áp LM2596 để cung cấp cho toàn hệ thống hoạt động

Kết quả thực hiện robot có thể khử khuẩn theo thời gian được người sử dụng chọn, sau khi khử khuẩn xong robot di chuyển được đến từng trạm để giao đồ Robot có thể dừng khi gặp vật cản, tắt đèn khi cửa của robot mở trong khi đang khử khuẩn Chức năng phun khử khuẩn của bơm hoạt động

MỤC LỤC

TRANG BÌA i

TRANG BÌA PHỤ ii

NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN iii

LỊCH TRÌNH iv

LỜI CAM ĐOAN v

LỜI CẢM ƠN vi

MỤC LỤC vii

DANH MỤC BẢNG BIỂU vii

DANH MỤC HÌNH ẢNH viii

DANH MỤC BẢNG BIỂU 12

Chương 1 TỔNG QUAN 1

1.1 ĐẶT VẤN ĐỀ 1

1.2 MỤC TIÊU 2

1.3 NỘI DUNG NGHIÊN CỨU 2

1.4 GIỚI HẠN 2

1.5 BỐ CỤC 3

Chương 2 CƠ SỞ LÝ THUYẾT 4

2.1 TỔNG QUAN VỀ PHƯƠNG PHÁP KHỬ KHUẨN BẰNG UVC VÀ MÔ HÌNH ROBOT KHỬ KHUẨN BẰNG UVC 4

2.1.1 Phương pháp khử khuẩn bằng UVC 4

2.1.2 Mô hình robot khử khuẩn và tủ khử khuẩn bằng UVC 4

2.2 GIỚI THIỆU PHẦN CỨNG 6

2.2.1 Bộ xử lý trung tâm Arduino Mega 2650 6

2.2.2 Module động cơ L298N 6

2.2.3 Module cảm biến siêu âm HCSR - 04 7

2.2.4 Module cảm biến dò line BFD 1000 7

2.2.5 Module cảm biến từ trường KY - 025 7

2.2.6 Cảm biến vật cản hồng ngoại 7

2.2.7 Màn hình LCD 16x2 và Module I2C 8

2.2.8 Module mã hóa quay 360 KY - 040 8

2.2.9 Bơm áp suất DP - 521 9

2.2.10 Relay 9

2.2.11 Bóng đèn UVC Philips TUV T5 6W 9

Chương 3 TÍNH TOÁN VÀ THIẾT KẾ 10

3.1 GIỚI THIỆU 10

3.2 TÍNH TOÁN VÀ THIẾT KẾ HỆ THỐNG 10

3.2.1 Thiết kế sơ đồ khối hệ thống 10

3.2.2 Tính toán và thiết kế mạch 11

3.2.3 Sơ đồ nguyên lý của toàn mạch 24

3.3 THIẾT KẾ PHẦN MỀM 26

Chương 4 THI CÔNG HỆ THỐNG 30

4.1 GIỚI THIỆU 30

4.2 THI CÔNG HỆ THỐNG 30

4.2.1 Thi công board mạch 30

4.2.2 Lắp ráp và kiểm tra 32

4.2.3 Thi công mô hình 33

Chương 5 KẾT QUẢ - NHẬN XÉT - ĐÁNH GIÁ 39

5.1 KẾT QUẢ THỰC HIỆN MÔ HÌNH 39

5.1.1 Mô hình phần cứng của robot 39

5.1.2 Giao diện điều khiển 41

5.2 KẾT QUẢ CÁC CHỨC NĂNG CỦA ROBOT 45

5.3 HƯỚNG DẪN SỬ DỤNG 49

5.4 DỰ TOÁN ĐỀ TÀI 50

Chương 6 KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN 51

6.1 KẾT LUẬN 51

6.2 HƯỚNG PHÁT TRIỂN 51

TÀI LIỆU THAM KHẢO 52 PHỤ LỤC 53

DANH MỤC BẢNG BIỂU

Bảng 3.1 Thống kê thành phần ngoại vi kết nối nguồn 22

Bảng 4.1 Danh sách các linh kiện 30

Bảng 5.1 Thống kê độ bao phủ trung bình của chức năng phun khử khuẩn 46

Bảng 5.2 Số lần nhấp nháy đèn trong quá trình chiếu 1 phút 48

Bảng 5.3 Số lần nhấp nháy đèn trong quá trình chiếu 3 phút 48

Bảng 5.4 Số lần nhấp nháy đèn trong quá trình chiếu 5 phút 48

Bảng 5.5 Bảng dự toán đề tài 50

DANH MỤC HÌNH ẢNH

Hình 3.1 Sơ đồ khối hệ thống robot khử khuẩn 10

Hình 3.2.Vi điều khiển Arduino MEGA 2560 11

Hình 3.3 Sơ đồ kết nối khối xử lí trung tâm 12

Hình 3.4 Đèn Philips TUV T8 0m6 18W 13

Hình 3.5 Chấn lưu T5 Philips EB-CiTLD 18-36W 13

Hình 3.6 Sơ đồ kết nối chấn lưu với 2 bóng đèn 14

Hình 3.7 Module relay 14

Hình 3.8 Mạch inverter chuyển đổi nguồn 12VDC lên 230VAC 15

Hình 3.9 Module mã hoá quay KY-040 15

Hình 3.10 Bơm áp suất mini 12VDC 16

Hình 3.11 Sơ đồ kế nối khối xử lí trung tâm và khối khử khuẩn 16

Hình 3.12 Module dò line BFD-1000 17

Hình 3.13 Module cảm biến siêu âm HC – SR04 17

Hình 3.14 Cảm biến từ trường KY-025 18

Hình 3.15 Sơ đồ kết nối khối xử lí trung tâm với khối cảm biến 18

Hình 3.16 Module L298N 19

Hình 3.17 Động cơ DC JGB37 12VDC 20

Hình 3.18 Sơ đồ kết nối module L298N và khối xử lí trung tâm 21

Hình 3.19 LCD 16x2 21

Hình 3.20 Module I2C 21

Hình 3.21 Sơ đồ kết nối khối xử lí trung tâm với khối hiển thị 22

Hình 3.22 Nguồn ắc quy 12V, 7.5A 24

Hình 3.23 Sơ đồ khối nguồn 24

Hình 3.24 Sơ đồ kết nối hệ thống 26

Hình 3.25 Lưu đồ chương trình chính 27

Hình 3.26 Lưu đồ chương trình chiếu khử khuẩn 28

Hình 3.27 Lưu đồ thuật toán di chuyển 31

Hình 3.28 Lưu đồ phun khử khuẩn 29

Hình 3.29 Lưu đồ thuật toán chương trình con dò line 30

Hình 4.1 Mạch in của mạch điều khiển 31

Hình 4.2 Mô phỏng 3D board điều khiển 31

Hình 4.4 Kết nối module L298N với mạch điều khiển và động cơ 33

Hình 4.5 Bản vẽ mặt trước của robot 33

Hình 4.6 Bố trí linh kiện phần trên 34

Hình 4.7 Bố trí linh kiện mặt trên của robot 34

Hình 4.8 Mặt đáy của robot 35

Hình 4.9 Cơ cấu chiếu khử khuẩn 36

Hình 4.10 Cơ cấu đường ống phun khử khuẩn 37

Hình 4.11 Béc phun bên sườn Robot 37

Hình 4.12 Cơ cấu di chuyển thực tế 38

Hình 4.13 Bố trí module cảm biến siêu âm 39

Hình 5.1 Hình ảnh thực tế của robot 39

Hình 5.2 Mặt bên của robot 40

Hình 5.3 Mặt trên của robot 40

Hình 5.4 Linh kiện bên dưới mặt trên 41

Hình 5.5 Giao diện lựa chọn chế độ 41

Hình 5.6 Giao diện chọn chế độ tự động 42

Hình 5 7 Giao diện quá trình chiếu đèn khử khuẩn 42

Hình 5.8 Chế độ tự chọn 43

Hình 5.9 Giao diện chọn chiếu đèn trong 1 phút hoặc 3 phút 43

Hình 5.10 Giao diện chọn chiếu đèn trong 5 phút hoặc phun khử khuẩn 43

Hình 5.11 Giao diện yêu cầu đóng cửa 44

Hình 5.12 Giao diện hiển thị khi đến các trạm 44

Hình 5.13 Giao diện hoàn thành khử khuẩn 45

Hình 5.14 Thực nghiệm chức năng phun khử khuẩn 46

Hình 5.15 Thực nghiệm khả năng di chuyển và chiếu đèn 47

Vì thế cùng với nhu cầu bảo vệ sức khỏe con người thì các thiết bị diệt khuẩn bằng nhiều phương thức khác nhau ra đời Một số phương pháp diệt khuẩn tiêu biểu có thể

kể đến như diệt khuẩn bằng đèn phát ra bức xạ cực tím UVC (Ultraviolet C)từ C

là cancer tức là khả năng gây ung thư, hay còn gọi là đèn UVC, diệt khuẩn bằng dung dịch khử khuẩn như cồn, hóa chất Hiện nay phương pháp khử khuẩn được sử dụng phổ biến nhất chính là khử khuẩn bằng đèn UVC Như trong đồ án 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” - đề tài này đã sử dụng đèn UVC để phá hủy DNA trong vi khuẩn giúp

ức chế và ngăn chặn hoạt động và sự lây lan của vi khuẩn vi rút, mô hình đã được chạy thử nghiệm tại bệnh viện quận Thủ Đức [1] Ngoài ra còn có đề tài diệt khuẩn bằng phun hóa chất khử khuẩn trong đồ án của nhóm Trịnh Tiến Tùng và Huỳnh Thị Ngọc Như đã

chế tạo thành công “Mô hình robot khử khuẩn trong không gian y tế” - mô hình robot

có hai chế độ là điều khiển bằng điện thoại và tự vận hành trong hành lang [2] Còn có

thể kể đến mô hình “Máy khử khuẩn TDT” do đại học Tôn Đức Thắng chế tạo, mô

hình sử dụng đèn UVC để khử khuẩn có điều chỉnh chọn giờ

Các mô hình trên đều thiết thực và có khả năng vận dụng cao vào trong cuộc sống Nhưng từ các mô hình trên nhận thấy được các đề tài chưa tập trung vào khử khuẩn đồ vật cụ thể, thao tác thực hiện còn phức tạp, đặc biệt là các đồ vật mà ta sử dụng, tiếp xúc hằng ngày chính là nguồn lây lan vi khuẩn nhiều nhất

Nhận thấy được những bất cập trên nhóm chúng em đã lên ý tưởng thực hiện đề tài “Thiết kế và thi công mô hình robot khử khuẩn bằng UVC” Đề tài hướng đến đối tượng là các vật dụng nhỏ sử dụng hằng ngày, robot tích hợp hai phần là thân robot hạt động như 1 tủ khử khuẩn sử dụng đèn UVC và robot sử dụng cảm biến dò line BFD

1000 để di chuyển giao đồ đã khử khuẩn xong đến nơi nhận Ngoài ra robot còn có chế

độ phun hóa chất khử khuẩn môi trường xung quanh Như vậy, robot có thể vừa khử khuẩn môi trường vừa khử khuẩn các đồ vật sẽ tối ưu trong việc khử khuẩn hơn

1.2 MỤC TIÊU

Thiết kế và thi công mô hình robot khử khuẩn bằng UVC sử dụng Arduino Mega làm bộ xử lý trung tâm để điều khiển Robot có thể di chuyển bằng cảm biến dò line BFD 1000 Đồng thời thân robot khử khuẩn đồ vật bằng đèn UVC có chọn thời gian diệt khuẩn bằng cách điều chỉnh núm xoay KY - 040, có chế độ phun khử khuẩn

1.3 NỘI DUNG NGHIÊN CỨU

Trong quá trình thực hiện đề tài Thiết kế và thi công mô hình robot khử khuẩn bằng UVC, nhóm đã tập trung giải quyết và hoàn thành được những nội dung sau:

－ Nội dung 1: Thu thập thông tin, tìm hiểu các loại tủ khử khuẩn và robot khử khuẩn

trên thị trường, tìm hiểu về UVC, tìm hiểu về mức độ tiêu diệt các loại vi khuẩn của UVC

－ Nội dung 2: Tính toán và thiết kế bộ nguồn cho mô hình

－ Nội dung 3: Nghiên cứu thiết kế sơ đồ nguyên lý cho mô hình

－ Nội dung 4: Nguyên cứu lập trình cho Arduino Mega 2650 với các module của thân

robot khử khuẩn như module KY - 040, module KY - 025, module relay, màn hình LCD

－ Nội dung 5: Nghiên cứu lập trình điều khiển động cơ thông qua module L298N

－ Nội dung 6: Thiết kế mô hình cho hệ thống thông qua Solidwork

－ Nội dung 7: Thi công mạch và phần cứng của mô hình

－ Nội dung 8: Chạy thử nghiệm và hiệu chỉnh hệ thống

－ Nội dung 9: Viết báo cáo thực hiện

－ Nội dung 10: Bảo vệ luận văn

1.4 GIỚI HẠN

－ Mô hình có kích thước 400mmx400mmx950mm (chiều dài x chiều rộng x chiều cao)

－ Cảm biến siêu âm (HC-SR04) phát hiện vật cản tối đa trong vòng 4.5m

－ Đề tài xây dựng mô hình phun khử khuẩn với hành lang rộng 1m

 Chương 2: Cơ Sở Lý Thuyết

Chương này trình bày lý thuyết về các linh kiện mà mô hình sử dụng để thiết kế, thi công ra sản phẩm

 Chương 3: Thiết Kế và Tính Toán

Chương này trình bày cơ sở để chọn linh kiện, thiết kế sơ đồ khối, sơ đồ nguyên lý toàn mạch, thiết kế lưu đồ giải thuật

 Chương 4: Kết Quả, Nhận Xét và Đánh Giá

Chương này trình bày kết quả của mô hình, nhận xét, đánh giá về hoạt động của

mô hình

 Chương 5: Kết Luận và Hướng Phát Triển

Chương này trình bày kết luận về mô hình, ưu nhược điểm và hướng phát triển của

mô hình

Chương 2 CƠ SỞ LÝ THUYẾT

2.1 TỔNG QUAN VỀ PHƯƠNG PHÁP KHỬ KHUẨN BẰNG UVC VÀ MÔ HÌNH ROBOT KHỬ KHUẨN BẰNG UVC

2.1.1 Phương pháp khử khuẩn bằng UVC

Tia cực tím (Ultraviolet hay UV) là một loại bức xạ điện từ tự nhiên có trong ánh sáng mặt trời và thực sự chiếm khoảng 10% tổng lượng ánh sáng do mặt trời tạo ra Tia cực tím bao gồm tia UVA (Ultraviolet Allergies & Age) có bước sóng từ 380 - 315nm còn được gọi là sóng dài hay ánh sáng đen, tia UVB (Ultraviolet Burn) có bước sóng

315 - 280nm còn được gọi là sóng trung, tia UVC (Utraviolet Cancer) có bước sóng ngắn hơn 280nm còn gọi là sóng ngắn hay sóng có tính tiệt trùng Theo Hiệp hội Tia cực tím Quốc tế, người ta thường chấp nhận rằng liều lượng 40 mJ.cm −2 của ánh sáng

254 nm sẽ giết chết ít nhất 99,99% “bất kỳ vi sinh vật gây bệnh nào”

Khử trùng dựa trên tia UV sử dụng ánh sáng UVC xa có bước sóng đơn được tạo

ra bởi các bộ lọc, vô hiệu hóa có chọn lọc các vi sinh vật, nhưng không tạo ra thiệt hại sinh học đối với các tế bào và mô của động vật có vú tiếp xúc Phương pháp tiếp cận dựa trên các nguyên tắc lý sinh trong đó ánh sáng UVC ở xa có thể đi qua và vô hiệu hóa vi khuẩn và vi rút thường có kích thước micromet hoặc nhỏ hơn [3]

Tia cực tím giết chết các tế bào bằng cách làm hỏng DNA của chúng Tiếp xúc với bức xạ điện từ (ánh sáng) ở một số bước sóng UV nhất định sẽ làm thay đổi vật chất di truyền của vi sinh vật và phá hủy khả năng sinh sản của chúng Năng lượng tia cực tím kích hoạt sự hình thành chất dimer thymine hoặc cystosine cụ thể trong DNA và chất dimer uracil trong RNA, gây ra sự bất hoạt của vi khuẩn bằng cách gây ra đột biến hoặc chết tế bào cũng như không thể sinh sản [4]

2.1.2 Mô hình robot khử khuẩn và tủ khử khuẩn bằng UVC

a Mô hình Robot khử khuẩn

Hiện nay nhiều robot khử khuẩn mang tính công nghệ cao đang là xu hướng chung trong thời kỳ dịch bệnh Các mô hình robot khử khuẩn được chế tạo ra ngày càng nhiều với khả năng phun hóa chất khử khuẩn thay thế con người như mô hình “Robot khử khuẩn trong không gian y tế” Mô hình sử dụng vi điều khiển Arduino Nano làm bộ xử lý trung

CHƯƠNG 2 CƠ SỞ LÝ THUYẾT

tâm, sử dụng động cơ servo MG996R để điều khiển vòi phun hóa chất Ngoài ra còn có vòi phun sương để phun hóa chất dưới thấp đảm bảo quá trình khử trùng không gian được bao phủ hoàn toàn Mô hình được điều khiển bằng điện thoại với 2 chế độ là thủ công và tự động Ưu điểm của mô hình là vòi phun hóa chất phun được khoảng cách xa, ứng dụng trên điện thoại đơn giản dễ sử dụng Còn về nhược điểm của mô hình chính là

do sử dụng điện thoại để điều khiển kết nối thông qua bluetooth nên phải đứng ở cự li gần thì mới điều khiển được robot, do phun khử khuẩn bằng hóa chất nên các đồ vật bằng vải hoặc giấy có thể bị ướt [2]

Bên cạnh đó một đề tài rất hay chính là “Mô hình robot khử khuẩn bề mặt bằng tia cực tím UVC” cũng trong vấn đề khử khuẩn không gian thay vì sử dụng hóa chất như

đề tài trên thì mô hình này sử dụng đèn UVC để diệt khuẩn Đề tài sử dụng ESP32S làm khối xử lý trung tâm để điều khiển động cơ, đèn UVC và các cảm biến Mô hình có 2 chế độ di chuyển là điều khiển bằng tay và di chuyển zizac được điều khiển thông qua ứng dụng Blink trên điện thoại [1] Ưu điểm của robot này là khử khuẩn không phun hóa chất gây ẩm ướt trong không gian khử khuẩn, ứng dụng để điều khiển sử dụng mạng wifi nên trong cùng một mạng wifi thì có thể điều khiển được nó Tuy nhiên khi sử dụng robot để khử khuẩn thì phải đảm bảo không gian không có người vì tia UVC gây hại cho con người khi tiếp xúc trực tiếp với nó, cùng với ứng dụng Blink khó khăn trong việc kết nối với robot do phải thay đổi địa chỉ của mạng wifi trong code điều khiển

b Mô hình tủ khử khuẩn UVC

Trên thị trường hiện nay có rất nhiều loại tủ khử khuẩn bằng đèn UVC khác nhau

và rất được ưa chuộng Đặc điểm của tủ này chính là tiện lợi, dễ sử dụng và hiệu quả cao Ngoài ra nó còn thích hợp để đặt ở nhiều nơi như nhà máy, công ty, bệnh viện và

hộ gia đình Có thể kể đến như tủ khử khuẩn Box UVC - RGTS 10 HO của công ty Steril

- Aire phân phối tại Việt Nam

Sản phẩm sử dụng các bóng đèn UVC phát ra năng lượng điện từ cao để khử khuẩn toàn bộ bề mặt các trang thiết bị đưa vào tủ Pass box UVC sử dụng để khử khuẩn đồ vật cá nhân, thiết bị dụng cụ y tế trong khu vực nhiễm khuẩn trước khi đưa ra ngoài hoặc

từ ngoài vào khu vực nhiễm khuẩn theo cơ chế một chiều với thời gian khử khuẩn nhanh

và hiệu quả Bên cạnh đó tủ còn có chức năng rửa tay tự động và tắt đèn khi có người

mở cửa trong quá trình tủ đang khử khuẩn

Sản phẩm gồm ba bóng đèn tổng công suất 75W, thiết kế với kích thước 0.5x0.5x0.5m tiện lợi, gồm 2 cửa ra vào, chất liệu inox chống gỉ sét Pass box UVC có nhiều ứng dụng trong thực tế nhất là trong phòng sạch, phòng cách ly, để khử khuẩn: dụng cụ y khoa, các thiết bị trong phòng lab, phòng sạch cần vô trùng cao, dụng cụ cá nhân [5]

2.2 GIỚI THIỆU PHẦN CỨNG

2.2.1 Bộ xử lý trung tâm Arduino Mega 2650

Đối với các dự án bình thường thì Arduino Nano hoặc Arduino Uno sẽ dễ dàng thực hiện như đối với dự án [2] sử dụng Arduino Nano làm trung tâm điều khiển Nhưng đối với dự án này của nhóm thì cần 7 chân PWM, nó vượt quá số chân PWM mà Arduino Nano (6 chân) và Arduino Uno (6 chân) có Nên nhóm sử dụng Arduino Mega 2560 để thực hiện đề tài Ngoài ra Arduino cũng là board mạch vi xử lý sử dụng để lập trình đơn giản và phổ biến Arduino sử dụng ngôn ngữ lập trình giống C nên dễ sử dụng và nguồn tài liệu phong phú

Arduino Mega 2560 là một board mạch vi điều khiển dựa trên ATmega2560 sử dụng điện áp đầu vào là 5V Nó có 54 chân đầu vào/ đầu ra kỹ thuật số (trong đó 14 chân có thể được sử dụng làm đầu ra PWM), 16 đầu vào tương tự, 4 UART (cổng nối tiếp phần cứng), bộ dao động thạch anh 16 MHz, kết nối USB, giắc cắm nguồn, đầu cắm ICSP và một nút reset [6]

2.2.2 Module động cơ L298N

Trong đề tài [1] và [2] cũng sử dụng module L298N để điều khiển động cơ của robot Mô-đun này bao gồm một IC điều khiển động cơ L298N và một bộ điều chỉnh 5V là 78M05 Mô-đun L298N có thể điều khiển tối đa 4 động cơ DC hoặc 2 động cơ

DC với điều khiển hướng và tốc độ Khi nguồn điện nhỏ hơn hoặc bằng 12V thì mạch bên trong sẽ được cấp nguồn bởi bộ điều chỉnh điện áp và chân 5V có thể được sử dụng như một chân đầu ra để cấp nguồn cho vi điều khiển

2.2.4 Động cơ DC giảm tốc JGB37 - 550

Trong đề tài [1] và [2] đều lựa chọn động cơ giảm tốc GA25 với tốc độ khác nhau Đối với mô hình có kích thước lớn như đề tài này, chúng em sử dụng động cơ giảm tốc JGB37 125 RPM Động cơ có moment lực kéo tối đa lên đến 120kg và lực kéo

CHƯƠNG 2 CƠ SỞ LÝ THUYẾT

định mức là 25kg Cùng với dòng không tải là 1,6A, sử dụng nguồn đầu vào 12V Động

cơ được làm bằng thép và nam châm từ tính mạnh nên đảm bảo được độ bền của động

cơ [7]

2.2.3 Module cảm biến siêu âm HCSR - 04

Cảm biến siêu âm HCSR - 04 được sử dụng trong đề tài [1] để xác định khoảng cách vật cản, tương tự trong đề tài này chúng em cũng sử dụng nó để phát hiện và tránh vật cản Cảm biến siêu âm sử dụng chân Trig phát xung ngắn khoảng 5 micro giây sau

đó cảm biến siêu âm sẽ tạo ra xung High ở chân Echo cho đến khi nhận lại được sóng phản xạ ở chân này và sau đó trở lại Low Cảm biến sử dụng nguồn 5V, dòng hoạt động nhỏ hơn 2mA, khoảng cách đo được từ 2cm - 450cm và độ chính xác là 3mm

2.2.4 Module cảm biến dò line BFD 1000

Cảm biến dò line BFD 1000 được thiết kế với 5 led dò line TCRT5000 được sử dụng để phát hiện line đen và trắng cho thấy hiệu quả chính xác hơn và dễ sử dụng hơn Khi nhận được line đèn của cảm biến dò line tương ứng sẽ sáng tương ứng mức logic 0, ngược lại khi không nhận được line đèn của cản biến dò line sẽ tắt tương ứng mức logic

1 Cảm biến dò line thanh 5 led được sử dụng với điện áp hoạt động 3.3 - 5V, khoảng cách phát hiện của cảm biến là 0,5 – 40 mm, ngõ ra dạng tín hiệu số, kích thước của cảm biến 128x45x12 mm

2.2.5 Module cảm biến từ trường KY - 025

Mô-đun công tắc từ trường KY-025 là một công tắc điện nhỏ hoạt động bằng từ trường Trong đề tài nó được ứng dụng như một công tắc để xác định đóng và mở cửa phần thân của robot Module này bao gồm một công tắc từ trường thường mở 2x14mm, một bộ so sánh vi sai kép LM393, 6 điện trở, 2 đèn LED và 3 chân cắm đầu đực

2.2.6 Cảm biến vật cản hồng ngoại

Cảm biến vật cản hồng ngoại là cảm biến có khả năng đo và phát hiện bức xạ hồng ngoại từ môi trường xung quanh Trong đề tài này nó được sử dụng để làm máy rửa tay tự động Cảm biến hồng ngoại được sử dụng là cảm biến hồng ngoại thụ động,

nó chỉ nhận các tia hồng ngoại phát ra từ các vật thể như người, động vật hoặc nguồn nhiệt bất kỳ Cảm biến hồng ngoại sử dụng điện áp 5V và dòng tiêu thụ là 43mA

LCD có nhiều chân cũng gây khó khăn cho quá trình đấu nối với vi điều khiển nên thường sử dụng module I2C LCD để đấu nối trung gian Module I2C LCD có kích thước 41x19x15.3 m, trọng lượng nhỏ gọn chỉ 5g, điện áp hoạt động 2.5 - 6 V, có biến trở xoay để thay đổi độ tương phản cho màn hình LCD

2.2.8 Module mã hóa quay 360 KY - 040

Module KY - 040 được sử dụng bằng việc xoay núm xoay, encoder đưa ra 2 xung vuông 90 độ gọi là 2 phase A và B Phase A thường sớm hơn phase B nữa xung, khi phase A lên mức 1 nữa xung thì phase B cũng lên mức 1 sau nữa xung thì phase A và B cùng chiều và ngược lại, khi phase A lên mức 1 nữa xung, phase

B xuống mức 0 nữa xung sau đó thì phase A và B ngược chiều Xung từ encoder đưa ra có thể sử dụng để nhận biết chiều quay, tốc độ quay, vị trí, module cung cấp 2 ngõ ra cho 2 phase và 1 ngõ ra dạng nút nhấn Module sử dụng điện áp cung cấp 5V và độ phân giải là 20 xung/ vòng Minh họa dang xung của Phase A và B được thể hiện trong hình 2.1

Hình 2.1 Dạng xung ngõ ra Phase A và B của module KY 040

CHƯƠNG 2 CƠ SỞ LÝ THUYẾT

2.2.9 Bơm áp suất DP - 521

Với yêu cầu bơm phun thuốc khử khuẩn thì nhóm chọn bơm áp suất phun sương DP – 521 như trong đề tài [2] Nó sử dụng nguồn điện 12VDC thường được ứng dụng trong phun sương làm mát, tưới cây tự động và phun hóa chất khử khuẩn Bơm áp suất phun sương có sử dụng động cơ nam châm vĩnh cửu, ổ đĩa máy bơm áp lực cao, với thiết kế vỏ ngoài nhựa dễ dàng chống được ăn mòn từ bên ngoài Bơm áp suất sử dụng dòng điện 2A, trọng lượng 480g, áp suất tối đa 0.48Mpa, lưu lượng phun 3.5L/phút, kích thước 15.5x9.6x6 cm

2.2.10 Relay

Cấu tạo của relay bao gồm một cuộn dây kim loại làm bằng đồng hoặc nhôm được quấn quanh một lõi sắt từ Phần cứng của relay sẽ được kết nối với một tiếp điểm động Khi có điện áp chạy qua, cuộn dây và lõi kim loại sẽ trở thành nam châm điện, tạo ra từ trường có tác dụng hút thanh tiếp điểm lại để từ đó tạo thành trạng thái NO và NC kích hoạt mạch Relay trong trường hợp này sử dụng

để kích hoạt máy bơm và mạch inverter cấp nguồn cho đèn khử khuẩn hoạt động

2.2.11 Bóng đèn UVC Philips TUV T5 6W

Bóng đèn TUV là loại bóng đèn phát ra bức xạ UVC, có tác dụng khử trùng, diệt khuẩn Đèn TUV này là thiết bị 2 đầu gần giống như bóng tuýp chiếu sáng thường sử dụng, nó được sử dụng trong khử trùng nước hoặc không khí một cách chuyên nghiệp Cho hiệu quả diệt khuẩn, vi sinh vật cao, trả lại môi trường trong lành, sạch sẽ Bóng đèn thường được sử dụng trong phòng thí nghiệm, buồng khử khuẩn, tủ sấy chén bát tiệt trùng, máy lọc nước Để giúp bóng đèn hoạt động ổn định và không bị nhấp nháy, đề tài sử dụng chấn lưu T5 PHILIPS EB - Ci TL5 14-28W Chấn lưu có thể sử dụng cho 1 đến 3 bóng, vỏ nhựa chịu nhiệt cao, hệ

số công suất 0.97, điện áp hoạt động 165 - 253V

Chương 3 TÍNH TOÁN VÀ THIẾT KẾ

3.1

GIỚI THIỆU

Trong chương này, nhóm sẽ tiến hành tính toán và thiết kế mô hình robot khử khuẩn Bên cạnh đó, thiết kế các vị trí, mô hình sao cho phù hợp Quá trình tính toán và thiết kế gồm 2 phần: Thiết kế sơ đồ khối hệ thống, tính toán thiết kế mạch và phần mềm

3.2 TÍNH TOÁN VÀ THIẾT KẾ HỆ THỐNG

3.2.1

Thiết kế sơ đồ khối hệ thống

Nhóm thực hiện phương pháp thiết kế từng khối sau đó kết nối các khối lại với nhau để tạo thành một hệ thống hoàn chỉnh Điều này giúp tiết kiệm thời gian nghiên cứu và đảm bảo hệ thống có thể đáp ứng được các yêu cầu đề ra, cũng như thuận tiện cho việc thiết kế điều khiển và giao tiếp Nhóm thiết kế sơ đồ khối hệ thống bao gồm 6 khối: Khối xử lí trung tâm, khối nguồn, khối di chuyển, khối khử khuẩn, khối hiển thị, khối cảm biến Sơ đồ khối của hệ thống được mô tả như hình 3.1

Hình 3.2 Sơ đồ khối hệ thống robot khử khuẩn

Khối nguồn: Cung cấp nguồn cho toàn hệ thống hoạt động

CHƯƠNG 3 TÍNH TOÁN VÀ THIẾT KẾ

Khối xử lí trung tâm: Thu nhận và xử lí các thông tin từ khối cảm biến, khối hiển thị, khối giao tiếp và truyền tín hiệu điều khiển đến khối di chuyển, khối khử khuẩn

Khối cảm biến: Gửi tín hiệu đến khối xử lí trung tâm gián tiếp điều khiển khối điều khiển Nhận biết cửa của thân robot đã được đóng kín để bắt đầu khối khử khuẩn

Khối di chuyển: Nhận tín hiệu điều khiển từ khối xử lí trung tâm để điều khiển các động cơ di chuyển theo chương trình đã lập trình

Khối khử khuẩn: Bóng đèn phát ra tia UVC để diệt khuẩn Ngoài ra còn nhận tín hiệu điều khiển từ khối xử lí trung tâm, điều khiển máy bơm hoạt động Khối hiển thị: Hiển thị thời gian chiếu khử khuẩn và chế độ di chuyển

3.2.2 Tính toán và thiết kế mạch

a Thiết kế khối xử lí trung tâm

Khối xử lí trung tâm là bộ phận quan trọng nhất của hệ thống, có chức năng thu thập và xử lí các tín hiệu, thiết lập và điều khiển các khối còn lại Các hoạt động của hệ thống đều được thông qua khối xử lí trung tâm này Khối xử lí trung tâm cần đáp ứng số lượng các khối module chức năng và khối lượng tác vụ của

hệ thống

Thị trường có nhiều các loại vi điều khiển Arduino khác nhau như MEGA, Uno, Nano, ESP Với các yêu cầu đã đề ra, nhóm lựa chọn board Arduino MEGA2560 làm khối xử lí trung tâm vì có nhiều chân kết nối, đáp ứng được yêu cầu đề tài Vi điều khiển được mô tả như hình 3.2

Hình 3.3.Vi điều khiển Arduino MEGA 2560

Sơ đồ kết Arduino MEGA 2560 với các ngoại vi được thể hiện như hình 3.3

− Chân A1 đến chân A5 giao tiếp với các chân tín hiệu của module cảm biến dò line BFD -1000

− Chân 23 kết nối bơm áp suất mini thông qua giao tiếp với relay 5V

− Chân 28 được kết nối với buzzer để đưa ra tín hiệu âm thanh cảnh báo

− Chân 43 giao tiếp với cảm biến từ trường KY-025 để thực hiện ngắt đèn khi mở cửa ở thân robot

− Chân 31 giao tiếp với module relay kết nối inverter chuyển đổi nguồn 12VDC lên 230VAC và đèn UVC

− Chân SDA và SCL giao tiếp với I2C của LCD16x2

− Chân 2, 3, 4 giao tiếp với module mã hoá xoay 360o KY-040 để thực hiện xoay chọn chế độ khử khuẩn và xác lập thời gian khử khuẩn

− Chân 8, 9 ,10, 11 giao tiếp với L298N để điều khiển động cơ DC

− Chân 12, 13 giao tiếp với module cảm biến siêu âm HC-SR04

Hình 3.4 Sơ đồ kết nối khối xử lí trung tâm

CHƯƠNG 3 TÍNH TOÁN VÀ THIẾT KẾ

b Thiết kế khối khử khuẩn

Theo Hiệp hội Tia cực tím Quốc tế, người ta thường chấp nhận rằng liều lượng 40 mJ/cm2 của ánh sáng 254 nm sẽ giết chết ít nhất 99,99% “bất kỳ vi sinh vật gây bệnh nào” [8] Tuy nhiên một số đèn UV-C tạo ra ôzon gây kích ứng đường thở, nguy hiểm đối với những người có bệnh liên quan đến đường hô hấp Nhóm đã lựa chọn đèn Philips TUV T5 6W với khả năng lọc ra các tia bức xạ tạo ôzôn 185nm và tuổi thọ đèn cao

18000 giờ Hình ảnh thực tế của đèn Philips TUV T5 6W như hình 3.4

Hình 3.5 Đèn Philips TUV T5 6W

Đèn được kết nối với chấn lưu, chấn lưu giúp giới hạn dòng điện trong mạch để dòng điện không quá cao gây hỏng bóng đèn Chấn lưu được nhóm lựa chọn là T5 Philips EB-Ci TL5 14-28W, sử dụng được cho 3 bóng đèn 6W, đây là sản phẩm chấn lưu thông minh dành cho bóng đèn huỳnh quang Philips Hình ảnh chấn lưu được thể hiện ở hình 3.5 và sơ đồ kết nối chấn lưu với 3 bóng đèn thể hiện ở hình 3.6

Hình 3.6 Chấn lưu T5 Philips EB-Ci TL5 14-28W

Với mục đích tiêu diệt vi khuẩn giúp môi trường sạch sẽ, an toàn Nhóm còn sử dụng hai phương pháp khử khuẩn là chiếu đèn UVC và phun hoá chất khử khuẩn Sử dụng đầu ra của vi điều khiển Arduino để bật, tắt đèn và máy bơm nhóm sử dụng module relay để thực hiện việc điều khiển đóng ngắt này Hình 3.6 cho thấy hình ảnh thực tế của module relay nhóm sử dụng

Hình 3.7 Sơ đồ kết nối chấn lưu với 3 bóng đèn

Hình 3.8 Module relay

Đèn UV cần sử dụng nguồn AC để hoạt động, nhưng nhóm cấp DC cho toàn bộ

hệ thống, vậy nên nhóm đề xuất sử dụng mạch chuyển đổi inverter 12VDC lên 230VAC

để đảm bảo đèn UV hoạt động Mạch inverter có thể cấp điện áp đầu vào từ pin hoặc bình ắc quy để thắp sáng đèn, nhưng không sử dụng được cho động cơ vì mạch tạo ra sóng vuông Mạch inverter chuyển đổi nguồn được thể hiện ở hình 3.8

CHƯƠNG 3 TÍNH TOÁN VÀ THIẾT KẾ

Chiếu khử khuẩn với một khoảng thời gian cần thiết để có thể tiêu diệt được tối đa các loại vi sinh vật Thiết lập thời gian chiếu đèn, sử dụng module mã hoá quay 360oKY-040 để lựa chọn thời gian chiếu và ấn chọn để bắt đầu quá trình chiếu khử khuẩn Hình 3.9 cho ta thấy hình ảnh của module KY-040

Hình 3.9 Mạch inverter chuyển đổi nguồn 12VDC lên 230VAC

Hình 3.10 Module mã hoá quay KY-040

Với phương pháp phun khử khuẩn, nhóm lựa chọn mẫu DP-521 máy bơm áp suất mini 12VDC Máy bơm này phù hợp với nguồn mà nhóm đang sử dụng, thêm vào đó

dòng chảy qua bơm ổn định Hình 3.10 cho thấy hình ảnh máy bơm áp suất mini 12V thực tế

Hình 3.11 Bơm áp suất mini 12VDC

Arduino MEGA 2560 kết nối với các thành phần ngoại vi của khối khử khuẩn như hình 3.11 Với chân A11 kết nối với chân IN của relay kết nối bơm, chân 31 kết nối với chân IN của relay kết nối đèn UVC Module mã hoá quay 360o được kết nối với khối xử

lí trung tâm như hình 3.11

Hình 3.12 Sơ đồ kết nối khối xử lí trung tâm và khối khử khuẩn

CHƯƠNG 3 TÍNH TOÁN VÀ THIẾT KẾ

c Thiết kế khối cảm biến

Khi robot di chuyển, nhóm lựa chọn phương pháp dò line cho robot Thay vì sử dụng nhiều cảm biến hồng ngoại riêng lẻ, nhóm sử dụng module BFD1000 tích hợp 5 cảm biến hồng ngoại, thuận tiện cho việc lắp ráp cũng như tiết kiệm chân tín hiệu trên khối xử lí trung tâm Phương pháp dò line thuận tiện cho việc sửa chữa và sử dụng trong nhiều môi trường làm việc khác nhau chỉ cần có đường line cho robot di chuyển

Hình 3.13 Module dò line BFD-1000

Trong suốt quá trình robot di chuyển ở chế độ dò line, sẽ gặp phải vật cản đường

Để tránh gián đoạn công việc, robot cần phát hiện ra vật cản và dừng lại, khi đã hết vật cản robot sẽ tiếp tục di chuyển Cảm biến HC-SR04 được sử dụng rất phổ biến với giá

rẻ nhưng chính xác, cảm biến sử dụng sóng siêu âm và có thể đo được khoảng cách từ 2-300cm

Hình 3.14 Module cảm biến siêu âm HC – SR04

Cảm biến từ trường KY-025 được sử dụng cho cảm ứng việc mở khẩn cấp cửa ở thân robot thì tắt đèn, để đảm bảo rằng ánh sáng đèn sẽ không ảnh hưởng đến con người Không những thế cảm biến này còn giúp xác nhận việc đã đóng cửa ở thân robot hoàn toàn, đảm bảo an toàn cho quá trình sử dụng

Hình 3.15 Cảm biến từ trường KY-025

Arduino MEGA 2560 giao tiếp với khối cảm biến như hình 3.15 Module cảm biến

dò line được nối các chân SS1, SS2 SS3, SS4, SS5 lần lượt với các chân từ A1 đến A5 Module cảm biến siêu âm nối các chân tín hiệu Trig với chân 13 và Echo với chân 12 Chân tín hiệu DO của cảm biến từ trường được kết nối với chân 43 của Arduino Sơ đồ kết nối các khối cảm biến với khối xử lí trung tâm được thể hiện như hình 3.15

Hình 3.16 Sơ đồ kết nối khối xử lí trung tâm với khối cảm biến

CHƯƠNG 3 TÍNH TOÁN VÀ THIẾT KẾ

d Thiết kế khối di chuyển

Khối di chuyển có nhiệm vụ nhận tín hiệu từ khối xử lí trung tâm để điều khiển các động cơ di chuyển theo các lệnh đã được nạp sẵn Nhóm sử dụng module L298N là

bộ điều khiển động cơ, vì bánh xe cần có độ chính xác khi di chuyển Module L298N cũng rất thông dụng trong điều khiển động cơ DC, động cơ bước Khi kết hợp module L298N và động cơ DC sẽ được cơ cấu di chuyển của robot

Hình 3.17 Module L298N

Môi trường làm việc của robot chủ yếu ở các hành lang và trong phòng nên cần lựa chọn động cơ dù không quá nhanh nhưng phải đủ mạnh đẻ chịu tải được trọng lượng của hệ thống Nhóm đã thực hiện tính toán để chọn động cơ phù hợp tránh để robot di chuyển quá nhanh dễ ngã đổ hoặc di chuyển quá chậm gây hao tốn nguồn pin Nhóm lựa chọn vận tốc v di chuyển mong muốn là 15cm/s, khối lượng của robot khoảng 25kg,

để chọn động cơ nhóm đưa ra các tính toán như sau:

Để robot có thể di chuyển thì tỉ số công suất trên quãng đường đi được trong 1s phải lớn hơn lực ma sát Ta có, quãng đường đi được trong 1s chính là vận tốc v(m/s),

PDC: Công suất định mức ghi trên động cơ (W)

U: Hiệu điện thế (V)

I: Cường độ dòng điện (A)

Để lựa chọn động cơ phù hợp cũng cần chú ý đến số vòng quay của động cơ Bán kính bánh xe: R = 3,3(cm), vận tốc tối đa mong muốn 0,2(m/s) = 12(m/phút), chu vi của ánh xe: 2pR = 2 3,14 3,3 = 20,724(cm)

Số vòng quay cần thiết để robot có thể di chuyển trong 1s:

Hình 3.18 Động cơ DC JGB37 12VDC.

CHƯƠNG 3 TÍNH TOÁN VÀ THIẾT KẾ

Hình 3.19 Sơ đồ kết nối module L298N và khối xử lí trung tâm

e Thiết kế khối hiển thị

Màn hình LCD 16x2 để hiển thị thông tin về thời gian chiếu diệt khuẩn Màn hình nhỏ gọn, sử dụng giao thức I2C tiện lợi LCD được thể hiển ở hình 3.19, module I2C được thể hiện ở hình 3.20

Hình 3.20 LCD 16x2

Hình 3.21 Module I2C

LCD16x2 được kết nối thông qua I2C, giúp tiết kiệm số chân Arduino sử dụng kết nối Chân SDA và SCL trên I2C được kết nối lần lượt lượt với các chân tương tự trên board Arduino như hình 3.21

Hình 3.22 Sơ đồ kết nối khối xử lí trung tâm với khối hiển thị

f Thiết kế khối nguồn

Khối nguồn với chức năng cung cấp nguồn cho toàn bộ hệ thống, đảm bảo cho hệ thống có thể hoạt động Để thiết kế khối nguồn cần tiến hành tính toán các gia trị dòng

và áp của các thành phần trong hệ thống như bảng 3.1

Bảng 3.1 Thống kê thành phần ngoại vi kết nối nguồn

STT Linh kiện Sô lượng Điện áp Dòng điện