BC sản phẩm KHKT cấp tỉnh 2020

Trên thực tế có nhiều hãng sản xuất bồn cầu nhưng chưa có hãng nào có các thiết bị có thể hỗ trợ cho những người già, người khuyết tật (chân, tay, khiếm thị…) khi sử dụng điều làm gây không ít khó khăn cho người sử dụng hoặc người phục vụ. Với ý tưởng như vậy bọn em làm ra sản phẩm với mong muốn có thể trợ giúp người già, người khuyết tật có thể sử dụng bồn cầu mà không cần nhấn nút xả nước. Sản phẩm ra đời với mong muốn áp dụng những kiến thức đã học vào thực tế, giúp phát huy tối đa định hướng giáo dục STEM trong trường phổ thông.

CUỘC THI KHOA HỌC KĨ THUẬT DÀNH CHO HỌC SINH TRUNG HỌC

Năm học 2020 - 2021

TÊN DỰ ÁN

THIẾT BỊ XẢ NƯỚC BỒN CẦU TỰ ĐỘNG HỖ TRỢ CHO NGƯỜI GIÀ VÀ NGƯỜI KHIẾM THỊ

LĨNH VỰC DỰ ÁN: HỆ THỐNG NHÚNG

Mã sản phẩm: 01.19

Quỳnh Lưu, tháng 11 năm 2020

Cuộc thi sáng tạo khoa học kĩ thuật dành cho học sinh thực sự là một sân chơi đầy bổ ích Ở đây em được rèn luyện những kĩ năng thực hành, một lần nữa những kiến thức mà thầy cô giáo đã trang bị cho em được củng cố thêm Cuộc thi đã tạo cơ hội cho em được học hỏi, khám phá, được tìm hiểu thêm nhiều kiến thức mới ở nhiều lĩnh vực

Qua đây, em xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến ban lãnh đạo trường THCS Quỳnh Tân đã tạo mọi điều kiện cho em học tập và nghiên cứu Cảm ơn ban lãnh đạo Phòng giáo dục và đào tạo Quỳnh Lưu đã có những hướng dẫn chu đáo

để chúng em có thể hoàn thành được những nội dung của cuộc thi này, cảm ơn

sự hướng dẫn nhiệt tình của thầy giáo đã giúp đỡ, cho em những lời khuyên sâu sắc để chúng em hoàn thành sản phẩm Em chân thành cảm ơn gia đình, người thân đã luôn ủng hộ trong suốt thời gian qua

Sản phẩm mà chúng em tạo ra với mong muốn mang lại sự thoải mái cho người già, người khiếm thị khi sử dụng nhà vệ sinh Bằng tất cả sự nỗ lực và cố gắng của bản thân chúng em đã hoàn thành xong sản phẩm của mình Trong quá trình thực hiện sẽ không tránh khỏi những thiếu sót Em rất mong nhận được những ý kiến đóng góp của các thầy giáo, cô giáo và các chuyên gia để đề tài được hoàn thiện hơn

M c l c ục lục ục lục

LỜI CẢM ƠN 2

CHƯƠNG I MỞ ĐẦU 4

1.1 Lý do chọn đề tài 4

1.2 Mục tiêu và giả thuyết khoa học 6

1.2.1 Mục tiêu đề tài 6

1.2.2 Giả thuyết khoa học 6

CHƯƠNG II NỘI DUNG 7

2.1 Quy trình thực hiện 7

2.1.1 Thiết kế 7

2.1.2 Hệ thống và nguyên lý hoạt động của hệ thống 9

2.2 Thực nghiệm 9

CHƯƠNG III KẾT LUẬN VÀ TÀI LIỆU THAM KHẢO 12

CHƯƠNG I MỞ ĐẦU

1.1 Lý do chọn đề tài

Ngày nay nhà vệ sinh tự hoại đã có mặt hầu hết trong các gia đình của chúng

ta, nó mang lại cho chúng ta cuộc sống văn minh hơn, không khí đỡ ô nhiễm, giảm tỷ lệ bệnh tật

Bồn cầu là thiết bị được dùng trong nhà vệ sinh và hầu hết bồn cầu hiện nay đều có các nút xả nước, các nút này được bố trí sao cho phù hợp và thuận tiện với người sử dụng nhất Đối với người dùng thì việc nhấn xả nước sau mỗi lần

đi vệ sinh là hoàn toàn bình thường không có gì khó khăn Tuy nhiên đối với người già hoặc người khiếm thị thì việc xả nước là cả một vấn đề trở ngại

Trên thị trường hiện nay cũng đã có một sản phẩm thực hiện chức năng này đó

là sản phẩm của công ty TNHH MOONOAH Việt Nam Địa chỉ: Số 19, Lô 12,

Đền Lừ, Phường Hoàng Văn Thụ, Quận Hoàng Mai, Thành phố Hà nội Showroom bán lẻ: Số 107 Kim Đồng- Hoàng Mai- Hà Nội

Sản phẩm này có ưu điểm: Dễ lắp đặt, đảm bảo tính thẩm mĩ

Nhưng qua quá trình khảo sát chúng em thấy sản phẩm này còn mắc phải một số nhược điểm sau: Tuổi thọ của sản phẩm còn kém (theo ý kiến phản hồi của người sử dụng), thiết bị được lắp ở trên nắp của két nước (tháo nút nhấn và lắp vào) như vậy nếu thiết bị bị lỗi hoặc hư hỏng thì không cách gì để xả nước (bằng tay) được, hơn nữa đối với một số thiết bị lắp cần gạt một bên thì thiết bị này không thể áp dụng được Một nhược điểm nữa là thiết bị này không phân biệt được khi nào thì xả 3 lít, khi nào thì xả 6 lít như vậy trong quá trình sử dụng

sẽ rất lãng phí nước đây là một nhược điểm vô cùng lớn làm lãng phí nguồn tài nguyên, gây tổn thất về kinh tế cho người sử dụng

Ngoài ra cũng có một số sản phẩm cùng loại với kiểu dáng và hệ thống điều khiển hiện đại giúp cho con người có cảm giác thoải mái và tiện lợi khi sử dụng như sản phẩm V94 của Viglacera (11 triệu), NeoRest CES9898 của TOTO (59 triệu), DV-R115VH-VN/BKG của LINAX (136 triệu) Nhưng những sản phẩm này có giá thành quá cao so với điều kiện kinh tế của người tiêu dùng

thông thường (sản phẩm rẻ nhất có giá 11 triệu)

Bảng so sánh các thông số của các loại bồn cầu so với sản phẩm

Thông số so

sánh

Tự động

xả nước sau khi

Tự động nhận diện khi

Tiết kiệm

Giá thành

Khi mất điện

Chế độ

xả nước trước để

Sản phẩm

đi vệ sinh tiểu nam nước tráng Sản phẩm của

công ty TNHH

MOONOAH

Có Có Không 2 triệu Không sử

dụng được Không

Sản phẩm V94

của Viglacera Có

Phải ngồi lên Có 11 triệu

Không sử dụng được Không Sản phẩm

DV-R115VH-VN/B

KG của LINAX

Có Phải

ngồi lên Có

136 triệu

Không sử dụng được Không

Sản phẩm nhóm

HS thiết kế Có Có Có

600 nghìn

Vẫn sử dụng được Có

Qua quá trình tìm hiểu nhóm chúng em đã làm ra sản phẩm “Thiết bị xả nước bồn cầu tự động hỗ trợ cho người già, người khiếm thị” sản phẩm này được lắp đặt có thể giúp người già, người khiếm thị sử dụng bồn vệ sinh mà không phải nhấn nút xả nước Thiết bị sẽ nhận ra và lựa chọn chế độ xả tương ứng với nhu cầu người sử dụng Mặt khác sản phẩm được làm ra bởi các thiết bị, vật liệu dễ kiếm, giá thành rẻ nên chi phí làm ra sản phẩm cũng giảm xuống chỉ (600 nghìn đồng cho 1 sản phẩm)

1.2 Mục tiêu và giả thuyết khoa học

1.2.1 Mục tiêu đề tài

Với mong muốn ápdụng những kiến thức đã học vào thực tế, nhằm thúc đẩy phong trào sáng tạo trong học sinh, hưởng ứng chủ trương đổi mới giáo dục kĩ thuật tổng hợp của Bộ giáo dục cho học sinh chúng em mạnh dạn giới thiệu sản phẩm “Thiết bị xả nước bồn cầu tự động hỗ trợ cho người già, người khiếm thị” Thiết bị này khi được lắp đặt sẽ giúp người già, người khiếm thị thoát khỏi những khó khăn, phiền phức trong quá trình xả nước đi vệ sinh Với thiết kế đơn giản, chi phí giá thành thấp, chúng em hy vọng rằng sẽ đóng góp được phần công sức nhỏ bé của mình nhằm cải thiện được tình hình như hiện nay

1.2.2 Giả thuyết khoa học.

Việc xả nước của bệ xí bình thường được thực hiện dựa vào nguyên lý như sau: Nước được tích sẵn vào két đựng nước ở phía trên, dưới két đựng nước

có lỗ để thoát xuống bệ xí, và để điều khiển việc xả nước thì người ta dùng một

cái van bằng cao su Lượng nước xả sẽ tương ứng với độ cao của van cao su khi

nó được nâng lên khỏi lỗ thoát

Có 2 chế độ xả, xả ít (3 lít), xả nhiều (6 lít) Đối với bệ xí bình thường thì

để điều khiển việc nâng hạ của nút cao su này người ta liên kiết với các nút nhấn thông qua các cơ cấu (có 2 nút nhấn cho 2 loại xả) hoặc loại chỉ có một cần gạt (1 chế độ xả chung)

Với thiết bị này em sử dụng một động cơ để nâng nút cao su thay cho việc con người tác động vào các nút nhấn để nâng Để điều khiển động cơ chúng em

sử dụng mạch điện tử arduino và cảm biến vật cản hồng ngoại

Để phân biệt chế độ xả ít (tiểu tiện) và xả nhiều (đại tiện) chúng em khảo sát và lấy thời gian làm đơn vị để tính toán trong quá trình lập lệnh cho mạch điện tử Thông thường thời gian tiểu tiện dưới 1 phút, và đại tiện thì hơn 1 phút Thời gian này đã tiến hành thử nghiệm và khảo sát ở các thời điểm (mùa hè, mùa đông, đối với trẻ em và người lớn) và có thể thay đổi được dựa vào code lập trình trên mạch điện tử

CHƯƠNG II NỘI DUNG

Cảm biến

hồng ngoại Arduino

Nút cao su

Động cơ servo Dưới 1 phút (xả ít)

Trên 1 phút (xả nhiều)

2.1 Quy trình thực hiện

2.1.1 Thiết kế

Sơ đồ khối của hệ thống

Sơ đồ nguyên lý

Hình ảnh thực tế

Sản phẩm gồm các bộ phận chính sau:

- Cảm biến vật cản hồng ngoại, Arduino Uno, động cơ servo

- Hệ thống khung, giá để gắn các thiết bị

- Hệ thống đèn báo màu xanh, đỏ

- Nguồn, dây điện

Nguồn điện được lấy từ nguồn 5V mà Adapter cung cấp nên an toàn cho người sử dụng, có thể sử dụng nguồn bằng Pin và khi cắm nguồn ngoài thì nạp lại cho pin

2.1.2 Hệ thống và nguyên lý hoạt động của hệ thống

Nguyên lý hoạt động.

Khi người sử dụng đi vào khu vực quét của cảm biến hồng ngoại (Có thể ngồi lên bệ xí hoặc đứng trước (tiểu nam) Lúc này hệ thống tiến hành xả nước lần 1 (Khoảng 0.5 lít) tương đương với góc lệnh của động cơ 19 độ (nâng nút cau su lên cao 0.5cm) để làm ướt toàn bộ bề mặt bồn cầu việc này có tác dụng làm giảm độ bám dính của chất thải, để phục vụ cho quá trình xả nước tiếp sau

đó

Cảm biến nhận tín hiệu và gửi tín hiệu điện về cho bộ vi xử lý arduino, arduino sẽ làm nhiệm vụ phân tích, so sánh với chuẩn thời gian khi tiến hành cài đặt

+ Trường hợp tiểu tiện: Mạch sẽ căn cứ vào thời gian mà người dùng cài đặt

(cài đặt dưới 1 phút) Lúc cảm biến nhận được tín hiệu là lúc bắt đầu tính thời gian Khi người sử dụng rời khỏi khu vực quét của cảm biến, lúc này arduino so sánh thời gian mà cảm biến nhận tín hiệu với thời gian cài đặt để tiến hành điều khiển động cơ servo quay đúng góc Trong trường hợp này thì động cơ quay một góc 45 độ

Việc động cơ quay góc bao nhiêu độ được tiến hành khảo sát trên thực tế Nếu chúng ta sử dụng nút nhấn để nhấn thì tương ứng với việc nút cao su được nâng lên một khoảng cỡ 2Cm so với vị trí ban đầu (Trong trường hợp tiểu tiện) Khoảng cách này tương ứng với góc lệnh của động cơ là 45 độ Nút cao su được nối với một sợi dây, một đầu sợi dây nối với tay quay của động cơ servo, như vậy khi động cơ quay sẽ nâng nút cao su lên

+ Trường hợp đại tiện: Thời gian người sử dụng lưu lại được khảo sát

nhiều lần trên thực tế và được cài đặt trên hệ thống là lớn hơn 1 phút Khi người

sử dụng rời khỏi, hệ thống sẽ tiến hành so sánh với thời gian cài đặt và cấp điên, lệnh cho động cơ servo quay một góc 75 độ (Nếu sử dụng nút nhấn thì tương đương với việc sử dụng nút 6 lít, lúc này nhờ cơ cấu truyền động, nút cao su được nâng lên khỏi vị trí ban đầu một khoảng 3.5 Cm)

2.2 Thực nghiệm

Tiến hành thực nghiệm các lần thử, kết quả thu được như sau

Lần thử

Thông số Thử lần 1 Thử lần 2 Thử lần 3 Góc quay động cơ

khi tiến hành xả

nước tiểu tiện

Theo cài đặt ban đầu: 30 độ

Cài đặt lại sau khi đã điều chỉnh

ở lần 1: 40 độ

Cài đặt lại sau khi đã điều chỉnh

ở lần 2: 45 độ Khoảng nâng của

van cao su 1.5 cm 1.75 cm 2 Cm

Dụng cụ khảo sát: Bảng tròn chia độ và thước lá

Kết quả thử lần 1 (động cơ quay 30 độ thì mút cao su nâng lên được 1.5 cm) chúng em rút ra được nếu động cơ quay 1 độ thì nút cao su nâng lên được 1.5/30 = 0.05 Cm Theo kết quả trên nếu muốn nút cao su nâng lên 2cm thì góc lệch động cơ sẽ là: 2/0.05 = 40 độ Nhưng ở kết quả thử lần 2 bọn em lại thu được khoảng nâng của nút cao su là: 1.75Cm chứ không phải 2 Cm, như vậy có thể giải thích khi cánh tay đòn của động cơ quay một góc 40 độ thì dây lại bị xiết chứ không chạy theo chu vi hình tròn nên công thức (2/0.05 = 40) không đúng trong trường hợp này Như vậy khoảng nâng của nút cao su bị thiếu 0.25Cm, tương đương với (0.25/0.05 = 5 độ) Ở lần thử tiếp theo bọn em cộng thêm 5 độ so với lần thử thứ 2 thành 45 độ, sau khi tiến hành cài đặt và nạp lại code cho arduino đã tiến hành thực nghiệm lần 3 kết quả khoảng nâng của nút cao su bằng 2Cm đã đáp ứng yêu cầu đặt ra ban đầu Tính toán và thử nghiệm như trên với trường hợp đại tiện bọn em lập trình cho arduino quay với một góc là: 75 độ tương ứng với khoảng nâng của nút cao su là: 3.5Cm

Tiến hành thử nghiệm với thời gian hoạt động hơn 1 tháng bọn em còn thấy trong quá trình vệ sinh bồn cầu nếu để nước vương vào thì mạch hoạt động thiếu chính xác và có trường hợp điều khiển động cơ sai góc độ, như vậy để mạch hoạt động chính xác và hiệu quả phải sử dụng hộp bảo vệ chống nước

Sản phẩm sau khi lắp đặt đã tiến hành chạy thử ở các chế độ, một số vấn

đề tồn tại trong quá trình thử nghiệm đã dần dần được khắc phục Mức nước được xả trong hai trường hợp được tính bởi thời gian người sử dụng lưu lại trên bồn cầu vì vậy có thể xảy ra những trường hợp người sử dụng đi đại tiện nhưng dưới thời gian 1 phút hoặc ngược lại Với trường hợp như vậy thì thiết bị hiểu sai và cho kết quả không chính xác Tuy nhiên trải qua nhiều lần khảo sát ở tất

cả các độ tuổi thì thời gian cài đặt trên mạch điện tử là hoàn toàn phù hợp chưa

có vấn đề xảy ra tương tự

Với những kiến thức đã được trang bị trong chương trình THCS và vốn kinh nghiệm còn ít nên việc lựa chọn linh kiện đối với chúng em còn bị hạn chế Việc áp dụng các biện pháp kĩ thuật điện tử cũng đang còn ở mức đơn giản vì thế sự ổn định của mạch chưa được đảm bảo 100%

CHƯƠNG III KẾT LUẬN VÀ TÀI LIỆU THAM KHẢO

Sản phẩm được tạo ra khi chúng em cảm nhận được sự vất vả của người già, người khiếm thị trong quá trình sử dụng bồn cầu, với mục đích chia sẻ, hỗ trợ sự khó khăn đồng thời muốn áp dụng những kiến thức lý thuyết đã học vào thực tế cuộc sống, thúc đẩy và vận dụng tối đa dạy học theo định hướng stem trong trường trung học

Với những kiến thức đã được trang bị trong chương trình THCS sản phẩm chúng em tạo ra là sự kết hợp giữa kiến thức lý thuyết và thực tế thực hành Vì kiến thức về điện tử và thiết kế mạch đối với học sinh THCS là rất khó, các giải pháp về kĩ thuật điện tử chưa được áp dụng nhiều Vì thế sản phẩm mà chúng

em tạo ra không tránh khỏi những tồn tại, chúng em mong nhận được sự góp ý chân thành, sự chia sẽ của các bạn, của các thầy cô giáo để sản phẩm chúng em ngày càng hoàn thiện hơn

Tài liệu tham khảo.

1 Sách giáo khoa vật lý lớp 7 NXB GD 2009

2 Sách giáo khoa vật lý lớp 9 NXB GD 2009

3 Sách giáo khoa Công nghệ 8, 9 NXB GD 2009

4 Giáo trình điện tử về arduino

5 Các trang mạng có liên quan tới kiến thức: Giáo trình điện tử, lập trình cho mạch điện tử (nguồn Internet)

- Hướng dẫn lắp đặt và nạp code cho mạch điện tử nguồn Youtube

- Hướng dẫn nạp chương trình đơn giản cho Arduino Uno R3 Nguồn Cộng đồng arduino Việt Nam