Báo cáo dự án khoa học kỹ thuật Máy sát khuẩn tay tự động và đo thân nhiệt thông minh

Virus corona gây hội chứng hô hấp cấp tính nặng 2, viết tắt SARSCoV2, trước đây có tên tạm thời là virus corona mới 2019 (2019nCoV), là một chủng coronavirus gây ra bệnh viêm đường hô hấp cấp do virus corona 2019 (COVID19), xuất hiện lần đầu tiên vào tháng 12 năm 2019, trong đợt bùng phát đại dịch COVID19 ở thành phố Vũ Hán và bắt đầu lây lan nhanh chóng sau đó, trở thành một đại dịch toàn cầu. Nhận thấy tại trường học của mình và các công ty khác việc rửa tay của sinh viên, nhân viên phải tiếp xúc trực tiếp vào các bộ phận trên chai dung dịch rửa tay, điều này có thể giúp vi rút lây lan nếu có người mắc bệnh. Đồng thời mỗi lần rửa tay, người rửa tay phải nhấn mở van phun dung dịch rất mất thời gian. Việc đo thân nhiệt cũng cần thêm một người thường xuyên tiếp xúc tất cả mọi người để cầm máy đo. Vì thế em đã nghiên cứu và chế tạo “máy sát khuẩn tay và đo thân nhiệt thông minh” để ngăn chặn kịp thời những trường hợp có khả năng nhiễm covid và làm lây lan ra cộng đồng.

SỞ GD & ĐT QUẢNG BÌNH HỘI THI KHOA HỌC KĨ THUẬT DÀNH CHO HỌC SINH TRUNG HỌC

- -BÁO CÁO TÓM TẮT KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU KHOA HỌC

ĐỀ TÀI

MÁY SÁT KHUẨN TAY TỰ ĐỘNG

VÀ ĐO THÂN NHIỆT THÔNG MINH

LĨNH VỰC: KỸ THUẬT CƠ KHÍ

Quảng Bình, năm học 2021 – 2022

MỤC LỤC

B PHÁT BIỂU GIẢ THUYẾT KHOA HỌC, KẾT QUẢ MONG ĐỢI 3

C PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU VÀ CÁC KẾT LUẬN 3

3

4 Cảm biến nhiệt không tiếp xúc GY-906 MX90614

6

5 Mạch phát âm thanh JQ6500 và loa còi cảnh báo 6

6 Module tạo trễ

8

7 Phần cứng thiết bị bơm sát khuẩn 8

8 Module SIM 800L 8

9

II SƠ ĐỒ CẤU TẠO VÀ NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG CỦA MẠCH 10

1.Sơ đồ cấu tạo của bộ phận sát khuẩn tay tự động

10

2 Nguyên lý và quy trình hoạt động của toàn hệ thống 12 III KẾT LUẬN

14

1.Kết luận

14

2 Hướng phát triển đề tài

15

D TÀI LIỆU THAM KHẢO

15

A LÝ DO CHỌN ĐỀ TÀI

Virus corona gây hội chứng hô hấp cấp tính nặng 2, viết tắt SARS-CoV-2, trước đây có tên tạm thời là virus corona mới

2019 (2019-nCoV), là một chủng coronavirus gây ra bệnh viêm đường hô hấp cấp do virus corona 2019 (COVID-19), xuất hiện lần đầu tiên vào tháng 12 năm 2019, trong đợt bùng phát đại dịch COVID-19 ở thành phố Vũ Hán và bắt đầu lây lan nhanh chóng sau đó, trở thành một đại dịch toàn cầu

Nhận thấy tại trường học của mình và các công ty khác việc rửa tay của sinh viên, nhân viên phải tiếp xúc trực tiếp vào các bộ phận trên chai dung dịch rửa tay, điều này có thể giúp vi rút lây lan nếu có người mắc bệnh Đồng thời mỗi lần rửa tay, người rửa tay phải nhấn mở van phun dung dịch rất mất thời gian Việc đo thân nhiệt cũng cần thêm một người thường xuyên tiếp xúc tất cả mọi người để cầm máy đo Vì thế em đã nghiên cứu

và chế tạo “máy sát khuẩn tay và đo thân nhiệt thông minh”

để ngăn chặn kịp thời những trường hợp có khả năng nhiễm covid và làm lây lan ra cộng đồng

B PHÁT BIỂU GIẢ THUYẾT KHOA HỌC, KẾT QUẢ MONG ĐỢI

1 Giả thuyết khoa học:

+ Rửa tay bằng cồn, ngăn chặn vi rút Corona

+ Đo thân nhiệt, cảnh báo sớm người có thân nhiệt cao

+ Cảnh báo sớm khi có người cố tình không rửa tay và đo thân nhiệt

+ Giúp tiết kiệm thời gian, công sức của việc đo thân nhiệt thủ công

2 Kết quả mong đợi:

- Thiết kế hệ thống đo thân nhiệt hồng ngoại không tiếp xúc tự động và khử khuẩn tay tự động

- Ngăn chặn kịp thời những trường hợp có khả năng nhiễm covid

và làm lây lan ra cộng đồng

- Chủ động cảnh báo sớm trường hợp có khả năng nhiễm covid 19

- Áp dụng cho các nơi công cộng, bệnh viện, trường học.

3 Tóm tắt nội dung nghiên cứu

- Thiết kế lập trình mạch sát khuẩn tay tự động

- Thiết kế thiết bị đo nhiệt độ không tiếp xúc

- Nghiên cứu nguyên lý hoạt động của cảm biến tiệm cận, cảm biến nhiệt không tiếp xúc, cảm biến siêu âm…

- Nghiên cứu lập trình bo mạch Arduino UNO R3

- Nghiên cứu tính thời sự của thiết bị

- Nghiên cứu thị trường

- Nghiên cứu về kỹ thuật, kinh tế, xã hội và môi trường

C PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU VÀ CÁC KẾT LUẬN

I NGHIÊN CỨU PHẦN CỨNG DỰ ÁN

1 Tìm hiểu về board Arduino

Dòng mạch Arduino dùng để lập trình, cái đầu tiên mà người ta thường nói tới chính là dòng Arduino UNO Hiện dòng mạch này đã phát triển tới thế hệ thứ (R3) Arduino UNO có thể

sử dụng 3 vi điều khiển họ 8bit AVR là ATmega8, ATmega168, ATmega328 Bộ não này có thể xử lí những tác vụ đơn giản như điều khiển đèn LED nhấp nháy, xử lí tín hiệu cho xe điều khiển

từ xa, làm một trạm đo nhiệt độ - độ ẩm và hiển thị lên màn hình LCD,…

Hình 2: Bo mạch Arduino UNO R3 và sơ đồ chân vi điều khiển

Một vài thông số của Arduino UNO R3

Vi điều khiển : ATmega328 (họ 8bit)

Điện áp hoạt động : 5V – DC (được cấp trực tiếp qua cổng USB)

Số chân Digital I/O : 14 (6 chân PWM)

Số chân Analog : 6 (độ phân giải 10bit)

Bộ nhớ flash : 32KB(ATmega328)với 0.5KB dùng bởi bootloader

2 Lập trình cho ARDUINO

Các thiết bị dựa trên nền tảng Arduino được lập trình bằng ngôn riêng Ngôn ngữ này dựa trên ngôn ngữ Wiring và lại là một biến thể của C/C++.Ngôn ngữ Arduino bắt nguồn từ C/C++ phổ biến hiện nay do đó rất dễ học, dễ hiểu Để lập trình cũng như gửi lệnh và nhận tín hiệu từ mạch Arduino, nhóm phát triển

dự án này đã cũng cấp đến cho người dùng một môi trường lập trình Arduino được gọi là Arduino IDE (IntergratedDevelopment Environment) như hình dưới đây

Đoạn mã nguồn như trong hình sẽ điều khiển một đèn LED nhấp nháy với chu kì 1 giây

3 Cảm biến hồng ngoại

Hình 3: Cảm biến tiệm cận hồng ngoại trong công nghiệp

Sensor cảm biến hồng ngoại hay còn gọi cảm biến khoảng cách cấu tạo bao gồm 2 led hồng ngoại có chức năng phát và thu tín hiệu

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 vật cản hồng ngoại được điều chỉnh bằng chiết áp, cảm biến dễ lắp ráp, dễ sử dụng,…

Có thể được sử dụng rộng rãi trong robot tránh chướng ngại vật, xe tránh chướng ngại vật và dò đường…

Ứng dụng đề tài: phát hiện người ra vào và phát hiện bàn tay con người từ đó ra lệnh bơm dung dịch vv

THÔNG SỐ KỸ THUẬT

 Bộ so sánh sử dụng transitor NPN, làm việc ổn định

 Điện áp làm việc: 6V – 36V DC

 Khi có tín hiệu, đèn báo nguồn màu đỏ sáng

 Kích cỡ đường kính cảm biến 2cm, dễ dàng cố định, lắp đặt

 Các mô-đun đã được so sánh điện áp ngưỡng thông qua biến trở

 Nguyên lý hoạt động:

Ở điều kiện bình thường , nếu không có tác động gì giá trị cảm biến trả về là mức cao ở chân OUT ( dây màu đen) Khi có vật cản che trước cảm biến với khoảng cách <= 100cm hoặc mức đã đặt, cảm biến sẽ trả về giá trị điện áp thấp ở chân OUT

4 Cảm biến nhiệt không tiếp xúc GY-906 MX90614

Hình 4: Cảm biến nhiệt độ hồng ngoại

Đâu là một loại cảm biến nhiệt độ hồng ngoại GY-906 không biết xúc để sử dụng với Arduino hoặc bất kỳ bộ vi điều khiển nào có thể giao tiếp với nó thông qua chuẩn I2C

 Độ chính xác cao 0,5 ° C so với nhiệt độ rộng (0 … + 50 °

C cho cả hiệu chuẩn Ta và To) Độ chính xác cao (y tế)

 Độ phân giải 0,02 ° C

Cảm biến đo nhiệt độ không tiếp xúc đọc và gửi giá trị thân nhiệt gửi đến vi xử lý arduino để hiển thị lên màn hình lcd oled giúp chúng ta nhận biết được nhiệt độ hiện trạng cơ thể

Module cảm biến nhiệt độ không tiếp xúc MLX90614 I2C GY-906-BAA Sử dụng tia hồng ngoại IR để đo nhiệt độ trên bề mặt vật thể Không cẩn phải tiếp xúc với bề mặt vật thể nên rất an toàn khi sử dụng

5 Mạch phát âm thanh JQ6500 và loa còi cảnh báo

Như trình bày ở trên.với ý tưởng tạo ra một hện thống thông minh có thể phát hiện sớm và cảnh báo nếu người đi vào ra không thực hiện đúng quy định sát khuẩn tayhoặc đo thân

nhiệt.mạch này phát ra loa âm thanh tuỳ chọn cài đặt

Hình 5: Sơ đồ kết nối và m ạch phát âm thanh JQ6500

Mạch kết nối với loa 3w để phát ra âm thanh vừa đủ nghe chúng ta có thể tải bài hát dung lượng vừa vào chip xử lý này sau đó với các chân K1-k5 tuỳ chọn chức năng chọn file âm thanh để phát nhạc…Arduino sẽ điều khiển các chân này

Thông số kỹ thuật:

+ Điện áp hoạt động: 5V

+ Công suất phát: 3W

+ Giao thức kết nối: UART

+ Hỗ trợ giải mã các tập tin âm thanh như mp3,wav…

Trong dự án này, module Mp3 dùng để phát các lời thoại chào mời, cảnh báo, nhằm đem lại một sản phẩm trực quan, thân thiện , dễ sử dụng

6 Module tạo trễ

Hình 6: Module relay tạo trễ đóng ngắt thiết bị loại đóng trễ

Module relay tạo trễ đóng ngắt thiết bị là bo mạch đóng ngắt thiết bị trong một khoảng thời gian cài đặt Chế độ tuỳ chọn có thể đóng trễ hoặc mở trễ

Cụ thể: Sau khi cung cấp nguồn điện 12v, relay sẽ không đóng ngay lập tức, sau khoảng thời gian (có thể điều chỉnh) relay đóng lại và duy trì cho đến khi được cấp nguồn lại.Ứng dụng điều chỉnh thời gian bật tắt bơm để quy định lượng dung dịch rửa tay

7 Phần cứng thiết bị bơm sát khuẩn

- Bơm mini điện áp hoạt động 12v ứng dụng để bơm dung dịch sát khuẩn,đây là bơm nhỏ cho lưu lượng cũng như áp suất vừa

đủ để chúng em ứng dụng vào đề tài này

Hình 7: Bơm chìm 12V và béc phun

Bơm kết nối với béc phun sương cho hiệu suất hoàn hảo,tiết kiệm lượng dung dịch cũng như phun đều vừa đủ lên da tay

- Module hạ áp LM 2596:

Hình 8: Module hạ áp LM 2596

Đây là một module hạ áp nhằm tạo ra các mức điện áp khác nhau có thể điều chỉnh được.Ở đây chúng ta cần tạo ra các điện

áp như 5v,3.3v hay 12v trong dãi điều chỉnh Mục đích cấp nguồn điện phù hợp và ổn định cho hệ thống hoạt động

Có thể điều chỉnh điện áo ra bằng biến trở tinh chỉnh trên module

 Điện áp đầu vào: 4V-35V

 Điện áp đầu ra: 1.23V-30V

 Dòng đầu ra: 3A (max)

8 Module SIM 800L

Để đưa ra cảnh báo cho người quản lý chúng em lựa chọn nâng cấp hệ thống với module sim 800l.Nhiệm vụ thu thập dữ liệu cảnh báo.sau đó truyền sóng đến điện

Hình 9: Module SIM 800L

Chức năng các chân:

 VCC: Nguồn vào 4.2V

 TXD: Chân truyền Uart TX

 RXD: Chân nhận Uart RX

 DTR : Chân UART DTR, thường không xài

 SPKP, SPKN: ngõ ra âm thanh, nối với loa để phát âm thanh (8 Ohm-0.87W)

 MICP, MICN: ngõ vao âm thanh, phải gắn thêm Micro để thu âm thanh

 Reset: Chân khởi động lại Sim800L (thường không xài)

 RING : báo có cuộc gọi đến

 GRN: Chân Mass, cấp 0V

Hình 10: Module GSM GPRS sim800L

Kết nối arduino thông qua truyền nhận UART Module GSM GPRS sim800L có khả năng nhắn tin SMS, nghe, gọi, GPRS, … như một điện thoại nhưng có kích thước nhỏ nhất trong các loại module SIM

(25mm x 22mm) Điều khiển module sử dụng bộ tập lệnh AT dễ dàng, chân kết nối dùng rào đực thông dụng (male header) chuẩn 100mil

9 Màn hình hiển thị OLED

Để hiển thị nhiệt độ dễ dàng quan sát và kiểm soát nhóm lựa chọn màn hình LCD oled với giao diện nhỏ gọn và tích hợp đủ tính năng để có thể hiển thị nhiệt độ đo được nhằm trực quan đánh giá nhiệt độ thực tế ngay tại thời điểm đo

Hình 11: Màn hình hiển thị oled

Với giao thức truyền thông i2c có thể dễ dàng kết nối với bo mạch arduino và hiển thị tốt các điểm ảnh

Thông tin kỹ thuật:

 Điện áp sử dụng: 2.2~5.5VDC

 Công suất tiêu thụ: 0.04w

 Góc hiển thị: lớn hơn 160 độ

 Số điểm hiển thị: 128x64 điểm

 Độ rộng màn hình: 0.96 inch

 Màu hiển thị: Trắng / Xanh Dương

 Giao tiếp: I2C

II SƠ ĐỒ CẤU TẠO VÀ NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG CỦA MẠCH

1 Sơ đồ cấu tạo của bộ phận sát khuẩn tay tự động:

Hình 12: Sơ đồ khối maý sát khuẩn tay tự động

Hình 13: Sơ đồ nguyên lý mạch thực tế maý sát khuẩn tay tự

động

+ Nguyên lý hoạt động : Cám biến hồng ngoại phát hiện trạng thái người đi vào và đi ra, có rửa tay và đo thân nhiệt hay không.Tín hiệu gửi đến bo xử lý trung tâm arduino để xuất tín hiệu điều khiển bơm phun dung dịch Đồng thời mạch giao tiếp

với bo phát âm thanh để cảnh báo

Hình 14: Sơ đồ khối bộ phận đo thân nhiệt thông minh.

Hình 15: Sơ đồ nguyên lý bộ phận đo nhiệt độ và điều khiển sim điện thoại

+ Nguyên lý hoạt động : Khi có người đến đo nhiệt độ ; cảm biến nhiệt MX90614 tiến hành đọc giá trị thân nhiệt của cơ thể

và gửi tín hiệu về vi xử lý trung tâm tính toán và phân tích.Thuật toán sẽ đọc và giãi mã tín hiệu nhiệt và xuất dữ liệu qua màn hình lcd oled để hiên thị nhiệt độ đo được

- Bo mạch module sim 800l đồng thời nhận lệnh gửi tin nhắn cho người quản lý, loa phát cảnh báo nhiệt độ cao

2 Nguyên lý và quy trình hoạt động của toàn hệ thống :

- Cắm dây điện nguồn và bật công tắc on/off trên máy

- Máy sẽ khởi động hệ thống và có một âm thanh còi chip,bơm bật cũng như loa phát vang lên.đây là giai đoạn khởi động và kiểm tra hệ thống Chúng ta sẽ để tay trước cảm biến vật cản của bộ phận đo thân nhiệt thì còi sẽ tắt ngay lập tức Sau đó đợi quá trình khởi động reset cũng như module sim nhận và kết nối sóng điện thoại khoảng 30s

* Nguyên lý :

- Khi ở trạng thái bình thường.Máy đo im lặng khi đó màn hình lcd đo và hiển thị nhiệt độ môi trường

Cảm biến vật cản “ nhận biết bàn tay” sẽ nhận biết và gửi tín hiệu cho bo mạch trung tâm arduino xử lý và điều khiển Bơm phun dung dịch sẽ được bật phun dung dịch vào lòng bàn tay một lượng nhất định do đồng hồ hẹn thời gian quy định giá trị trên màn hình led 7 đoạn sẽ nhảy từ giá trị cài đặt 1,5 s về 0 ss hiển thị các số 0 ở màn hình….Bơm sẽ bơm đủ lượng dung dịch như cài đặt( phụ thuộc đồng hồ cài,ở đây em cài 1.5 giây.”Nếu

cố tình để tay dưới bơm thì bơm sẽ ko hoạt động và khi nhã tay

ra và đưa tay vào lại thì quá trình lặp lại sau vài giây, điều này ngăn chặn lạm dụng dung dịch và tiết kiệm tối đa vừa đủ ” Đèn giả lập UV diệt khuẩn sẽ bật tắt cùng với bơm dung dịch Đồng thời khi bạn đưa trán lên cảm biến nhiệt độ thì cảm biến nhiệt

và cảm biến vật cản sẽ nhận biết và thay đổi trạng thái từ nhiệt

độ môi trường sang đo nhiệt độ thân nhiệt người Giá trị nhiệt sẽ hiển thị lên màn hình oled lcd Nếu sau 5s không có cảnh báo người thực hiện sẽ hoàn tất quá trình và đi vào bên trong

- Trường hợp có người đi vào nhưng không rửa tay sát khuẩn cũng như đo thân nhiệt Khi đó cảm biến hồng ngoại “đi vào” sẽ phát hiện và gửi tín hiệu và chip xử lý sẽ phát ra cảnh báo trên loa “ vui lòng sát khuẩn và đo thân nhiệt đồng thời thực hiện quy tắc 5k….(quá trình phát lời mời sẽ thực hiện 2 lần nhằm nhắc nhở người không thực hiện quy định cũng như người tiếp theo đến), sau 2 lần nhắc nhở loa sẽ tắt

- Sau khi có người đi bên trong ra cảm biến hồng ngoại” đi ra”

sẽ phát hiện chuyển động máy sẽ báo” xin chào hẹn gặp lại các bạn”

Trường hợp bạn có dấu hiệu covid 19 : sốt cao >37.5 độ như cài đặt chương trình thì còi chip sẽ hú lên và loa phát cảnh báo với nội dung “ Cảnh báo nhiệt độ cao,vui lòng liên hệ nhân viên y tế….” Đồng thời sẽ gửi tin nhắn đến người quản lý và nhân viên

ý tế.Sau khi thực hiện nhắn tin sau 4s bo mạch sẽ tiếp tục phát

đi cuộc gọi trong 20 giây.Muốn tắt âm còi báo động thì chạm tay lên trước cảm biến Sau khi phát thông báo nhắn tin và gọi điện sau 20 bo điều khiển sẽ trở về trạng thái ban đầu cho lần

đo nhiệt độ tiếp theo

Tin nhắn và cuộc gọi sẽ gửi nhanh hay chậm phù thuộc vào vị trí bạn có sóng điện thoại mạnh hay yếu.Nếu sóng yếu tin nhắn vẫn gửi đi và cuộc gọi sẽ được bỏ qua

Mỗi tin nhắn khoảng 400 đ.Chúng ta có thể nộp tiền và sdt module sim 800l để sử dụng như điện thoại bình thường

Chú thích : cảm biến hồng ngoại (cảm biến vật cản hay cảm biến tiệm cận) gồm

Cảm biến 1 : cảm biến phát hiện rửa tay

Cảm biến 2: cảm biến đi vào phát hiện ko rửa ray và phát kêu gọi rửa tay

Cảm biến 3 : cảm biến đi ra lời xin chào các bạn

Cảm biến 4: phát hiện có người để trán

Cảm biến 5v mức xuất tín hiệu mức 0

Cài đặt module hẹn thời gian bơm : co 4 nút

STOP : Ấn chuyển trạng thái luôn mở hoạc off là tắt

Cài bật tắt đèn nền

Set: Nhân giữ sau 4 giây màn hình hiển thị OPEN và chuyển đến giá trị thòi gian Ấn giữ set cho tới khi lcd để trở về trạng thái ban đầu sẵn sàng

Quy trình

Cảm biến truyền Chip xử lý ảduino Nano nhận xử lý và phát tín hiệu đến bộ phận chấp hành

1 Bộ phận chấp hành module âm thanh , bơm dung dịch,đèn Uv,còi chip,loa

2 Bộ phận truyền thông module sim 800l qua cổng UẢT TX

RX và sóng mang điện thoại

Mở rộng đề tài : + kết hợp giám sát qua app điện thoại dk qua wifi để hiện thị nhiệt độ trực quan hơn và chính xác hơn

+ trang bị thêm camera phát hiện việc không đeo khảu trang lưu giá trị lên web

+ Lắp thêm vòi phun sát khuẩn sát khuần toàn bộ cơ thể

+ Điều chỉnh được chiều cao người cần đo thân nhiệt

+ Đo nhịp tim và nồng độ oxi tròn máu

III KẾT LUẬN

1 Kết luận.

Qua quá trình nghiên cứu, tiến hành lắp ráp và thử nghiệm, chúng em đã hoàn thành được sản phẩm “Máy sát khuẩn tay tự đông và đo thân nhiệt thông minh” Máy đã hoạt động đúng các tính năng đề ra như: Chào hỏi người đo thân

nhiệt, mời rửa tay, tự động bơm dung dịch rửa tay, cảnh báo khi thân nhiệt cao, cảnh báo khi cố tình không sát khuẩn và đo thân nhiệt Với nguyên lý hoạt động như đã trên nếu được áp dụng vào thực tiễn chúng em tin tưởng rằng đây là sản phẩm thiết thực giúp cho các cơ quan, đơn vị đẩy lùi được đại dịch covid- 19, góp phần nhỏ bé của mình vào công cuộc chống dịch bệnh