BÁO CÁO THỰC TẬP TỐT NGHIỆP Đề tài: XÂY DỰNG THIẾT BỊ KIỂM SOÁT VÀO RA TỰ ĐỘNG DỰA TRÊN THÂN NHIỆT CƠ THỂ Giáo viên hướng dẫn : Th.S Nguyễn Thanh Tùng Thái Nguyên, ngày 2 tháng 10 năm 2021 LỜI CẢM ƠN Em xin chân thành cảm ơn: Giảng viên hướng dẫn Th.S Nguyễn Thanh Tùng, khoa công nghệ điện tử và truyền thông, trường Đại học công nghệ thông tin và truyền thông Đại học Thái Nguyên đã hướng dẫn tận tình, tạo dựng cho em vốn kiến thức cơ bản không chỉ giúp em hoàn thành tốt bài thực tập tốt nghiệp của mình mà còn giúp em có một hành trang tri thức chuẩn bị bước vào cuộc sống. Cùng các thầy cô giáo trong khoa công nghệ điện tử và truyền thông, trường đại học công nghệ thông tin và truyền thông – đại học thái nguyên đã tạo mọi điều kiện giúp đỡ em trong suốt thời gian thực hiện đề tài. Thái nguyên,ngày…. tháng 10 năm 2021 Sinh viên thực hiện MỤC LỤC LỜI CẢM ƠN 2 MỤC LỤC 3 DANH MỤC HÌNH ẢNH 5 CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN VỀ ĐỀ TÀI 7 1.1. Tình hình nghiên cứu thuộc lĩnh vực đề tài 7 1.1.1. Trên thế giới 7 1.1.2. Trong nước 8 1.2. Tính cấp thiết của đề tài. 9 1.3. Phạm vi nghiên cứu 10 1.4. Mục tiêu của đề tài 10 1.5. Nội dung của đề tài 10 1.6. Tìm hiểu về thân nhiệt cơ thể người. 10 CHƯƠNG 2. PHÂN TÍCH CÔNG NGHỆ THIẾT KẾ 13 2.1. Yêu cầu thiết kế 13 2.2. Giải pháp thiết kế 13 2.2. Lựa chọn linh kiện 14 2.2.1. Arduino Uno. 14 2.2.2. Cảm biến MXL90614. 18 2.2.3. LCD 16X2. 20 2.2.4. I2C 30 2.2.5. Module MP3 Player Mini. 31 2.2.6. Nguồn. 33 2.2.7. Loa. 33 2.2.8. Cảm Biến Vật Cản Hồng Ngoại E18D80NK. 34 2.2.9. Động cơ SERVO. 35 2.3.Phần mềm phụ trợ. 37 2.3.1. Cài đặt phần mềm Arduino IDE 37 2.3.2.Hướng dẫn sử dụng phần mềm Arduino IDE. 40 CHƯƠNG 3. XÂY DỰNG THIẾT BỊ KIỂM SOÁT VÀO RA TỰ ĐỘNG DỰA TRÊN THÂN NHIỆT CƠ THỂ. 43 3.1. Thiết kế phần cứng 43 3.2. Thiết kế phần mềm 45 3.3. Một số hình ảnh của sản phẩm 47 KẾT LUẬN VÀ ĐÁNH GIÁ 49 HƯỚNG PHÁT TRIỂN 50 TÀI LIỆU THAM KHẢO 51 PHỤ LỤC 52 DANH MỤC HÌNH ẢNH Hình 1.1: Hình ảnh hệ thống camera đo thân nhiệt tự động và kiểm soát vào ra 9 Hình 2.1. Sơ đồ khối của hệ thống. 13 Hình 2.2. Arduino Uno. 14 Hình 2.3. Vi điều khiển Atmega328 tiêu chuẩn. 15 Hình 2.4. Cấu tạo của Arduino. 16 Hình 2.5. Các ngõ vàongõ ra của Arduino. 17 Hình 2.6. Cảm biến MXL90614. 19 Hình 2.7. Sơ đồ nguyên lí Cảm biến MXL90614. 19 Hình 2.8.LCD 16X2. 20 Hình 2.9.Sơ đồ khối của HD44780 . 22 Hình 2.10. Giản đồ xung cập nhật AC . 24 Hình 2.11.Mối liên hệ giữa địa chỉ của DDRAM và vị trí hiển thị của LCD . 24 Hình 2.12. Mối liên hệ giữa địa chỉ của ROM và dữ liệu tạo mẫu kí tự. 25 Hình 2.13.Bảng mã kí tự (ROM code A00) . 25 Hình 2.14.Mối liên hệ giữa địa chỉ của CGRAM, dữ liệu của CGRAM, và mã kí tự. 26 Hình 2.15.Module I2C. 30 Hình 2.16.Module MP3 Player Mini. 31 Hình 2.17. Sơ đồ chân Module MP3 Player Mini. 31 Hình 2.18.Nguồn cho Arduino. 33 Hình 2.19.Loa 5W. 33 Hình 2.20.Cảm Biến Vật Cản Hồng Ngoại E18D80NK. 34 Hình 2.21. Sơ đồ chân của E18D80NK. 35 Hình 2.22. Động cơ Động Cơ Servo SG90. 36 Hình 2.23. Sơ đồ chân Động cơ RC Servo. 37 Hình 2.24 Trang chủ arduino. 37 Hình 2.25 Download arduino. 38 Hình 2.26 Không nhận driver. 38 Hình 2.27 Divice Manager. 39 Hình 2.28 Update Driver Software. 39 Hình 2.29 Browse my computer for driver software. 39 Hình 2.30 Chọn đường dẫn tới folder “driver” . 40 Hình 2.31 : Khởi động Arduino IDE 40 Hình 2.32 Chọn Board Arduino và chọn Port. 41 Hình 2.33 Chọn port. 41 Hình 3.1. Sơ đồ nguyên lý hệ thống. 43 Hình 3.2 Lưu đồ thuật toán 45 Hình 3.3. Máy đo thân nhiệt không tiếp xúc. 47 Hình 3.4. Mạch điện điều khiển hệ thống . 48 Hình 3.5. Nhiệt độ cơ thể máy đo được. 48 CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN VỀ ĐỀ TÀI 1.1. Tình hình nghiên cứu thuộc lĩnh vực đề tài Ngày nay, công nghệ phát triển như vũ bão. Các hệ thống công nghệ cảm biến, đo lường và điều khiển đã làm thay đổi sâu sắc mọi hoạt động sản xuất của con người. Công nghệ cảm biến đang dần thay đổi các công nghệ tương tự và cũng đang đóng vai trò then chốt trong cuộc cách mạng công nghệ. Với sự phát triển thần kỳ của cuộc cách mạng khoa học công nghệ cảm biến đã dần xuất hiện trong hầu hết các lĩnh vực của đời sống như: khoa học công nghệ, quân sự, y tế, giáo dục, giáo dục, điều khiển, robot, quốc phòng ... nó gọn nhẹ và thuận tiện, giải quyết được khối lượng công việc lớn, giảm kích thước mạch điện tử, nhiều chức năng và độ chính xác cao. Có thể nói công nghệ cảm biến là một cuộc cách mạng trong ngành kỹ thuật điện tử. Hiện nay dịch bệnh Covid19 diễn ra rất phức tạp ở trên thế giới nói chung và nước ta nói riêng. Để hạn chế sự lây lan của dịch bệnh nước ta đã có những biện pháp rất tốt trong công tác phòng và chữa dịch bệnh Covid19, với nền y học hiện đại và công nghệ tiên tiến thì nước ta đã không bị ảnh hưởng nặng nề về nền kinh tế và cả con người, không như một số nước trên thế giới hiện tại đang bị ảnh hưởng nặng bởi Covid19 như: Ấn Độ, Trung Quốc, Nhật Bản…để đạt được kết quả đó Việt Nam đã có những biện pháp rất tốt trong công tác phòng trống dịch bệnh như: cách li tại nhà, giãn cách xã hội, thực hiện công tác kiểm dịch tại các khu vực đông dân cư, các khu công nghiệp, các trường học… và biện pháp tốt nhất để phát hiện kịp thời phát hiện dịch bệnh và xử lí nhanh chóng đó là đo thân nhiệt của từng người nhằm kiểm soát nhiệt độ của người vào ra tại các địa điểm đông người tránh để những người có khả năng bị nhiễm bệnh đi vào các khu tập trung đông người. Do đó em quyết định chọn đề tài “Xây dựng thiết bị kiểm soát vào ra tự động dựa trên thân nhiệt cơ thể.” 1.1.1. Trên thế giới Dịch bệnh COVID19 đã được tuyên bố là tình trạng khẩn cấp về sức khỏe cộng đồng toàn cầu. Virus gây bệnh COVID19 đã lây lan sang nhiều quốc gia và khu vực trên thế giới. Các nhà khoa học ở nhiều nước vẫn đang tiến hành nghiên cứu để hiểu rõ hơn về cơ chế gây bệnh của chủng virus này. Tuy nhiên, chúng ta biết rằng virus gây ra COVID19 lây lan khi tiếp xúc trực tiếp với các giọt đường hô hấp của người bị bệnh. Những giọt này thường được tiết ra khi ho hoặc hắt hơi. Một cách phổ biến khác để lây lan virus là dùng tay chạm vào bề mặt bị ô nhiễm, sau đó chạm vào mặt, chẳng hạn như mắt, mũi và miệng. Khi dịch COVID19 tiếp tục lây lan, điều quan trọng nhất là phải thực hiện các biện pháp phòng ngừa để hạn chế sự lây lan của virus và giảm thiểu tác động của bệnh. Toàn thế giới đang bị ảnh hưởng nặng nề bởi dịch bệnh Covid19, nên không chỉ ở Việt Nam mà các nước trên thế giới cũng đã và đang có những biện pháp rất tốt để phòng ngừa dịch bệnh và đã sáng chế ra nhiều máy móc để phục vụ trong y tế, trong đó có nhiều máy, hệ thống kiểm soát vào ra tự động dựa trên thân nhiệt cơ thể tại nơi tập trung đông người như các công ty, trường học,.. được sử dụng phổ biến ở nhiều nước như Trung Quốc, Nhật Bản, Hàn Quốc, Mỹ, Nga… đều sử dụng hệ thống kiểm soát vào ra tự động để giám sát và sàng lọc kịp thời tình hình sức khỏe cộng đồng. 1.1.2. Trong nước Đến nay, dịch COVID19 đã lây lan ở hơn 200 quốc gia và khu vực trên thế giới. Hiện dịch bệnh trên thế giới vẫn chưa có dấu hiệu dừng lại, nhất là sau khi các biện pháp phòng, chống dịch được nới lỏng ở một số nước, dịch đã xuất hiện trở lại và tiếp tục gia tăng mạnh. Ở Việt Nam, nguy cơ bùng phát dịch bệnh luôn hiện hữu. Vì vậy, cần có giải pháp sống an toàn phù hợp, nhất là trong thời kỳ chưa có thuốc điều trị đặc hiệu và chưa có vắc xin được sử dụng rộng rãi trong cộng đồng. Đồng thời, thực hiện nghiêm túc các chỉ đạo của Thủ tướng Chính phủ về công tác phòng chống dịch theo “bình thường mới” nhằm đạt được mục tiêu kép là chống dịch có hiệu quả và phát triển kinh tế, xã hội. Trước tình hình dịch bệnh cấp bách như hiện nay, Việt Nam đã không ngừng nghiên cứu, đưa vào sử dụng các hệ thống máy móc giám sát, kiểm tra sức khỏe cộng đồng hiện đại, đồng thời đã thực hiện một số nghiên cứu và ứng dụng thực tế ở nước ta: Nhóm tác giả của Trường cao đẳng Công nghiệp và Xây dựng Bộ Công thương đã nghiên cứu chế tạo thành công các thiết bị tự động phục vụ cho việc kiểm soát dịch Covid19 ra vào cơ quan, giáo viên Trường cao đẳng Công nghiệp và Xây dựng đã nghiên cứu chế tạo thành công hai buồng tự động thực hiện các công việc sát khuẩn tay, sát khuẩn toàn thân và đo nhiệt độ hoàn toàn tự động. Idworld Việt nam đã nghiên cứu và chế tạo hệ thống camera thân nhiệt kết hợp với cổng kiểm soát phân làn đi bộ hệ thống giúp kiểm soát dịch bệnh từ xa một cách tự động và sàng lọc được cái đối tượng có dấu hiệu sốt từ đấy giúp giảm thiểu được sự lây lan của dịch bệnh, sớm phát hiện và cách ly. Sunshine Group đi theo xu hướng 4.0 và tăng cường các biện pháp phòng chống dịch, hệ thống camera an ninh, nhận diện khuôn mặt FaceID kết nối trực tiếp với Sunshine App, trạm kiểm soát an ninh nhiều lớp ... 100% thiết bị tòa nhà. Điều này rất hữu ích cho việc giám sát sự xuất hiện của người lạ và kiểm soát chính xác hành động của cư dân và nhân viên. Nếu một cá nhân có nguy cơ lây nhiễm được phát hiện, hệ thống lập tức trích xuất dữ liệu đối tượng và lịch trình di chuyển nhằm phối hợp hợp tích cực với cơ quan an ninh và y tế khoanh vùng có dịch, tối ƣu trong công tác ngăn ngừa bùng phát dịch bệnh… và còn rất nhiều ứng dụng thực tế khác ở nước ta. Hình 1.1: Hình ảnh hệ thống camera đo thân nhiệt tự động và kiểm soát vào ra 1.2. Tính cấp thiết của đề tài. Hiện nay, theo dõi nhiệt độ cơ thể và khử trùng tay đúng cách là một trong những biện pháp quan trọng để ngăn ngừa nhiễm COVID19. Tăng cường các biện pháp này sẽ giúp phát hiện các trường hợp sốt một biểu hiện của bệnh COVID19 và hạn chế lây nhiễm chéo. Ở nước ta đã có nhiều nghiên cứu khoa học được ứng dụng vào thực tiễn đáp ứng mọi nhu cầu của con người, thể hiện rõ nét ở việc ứng dụng nghiên cứu khoa học vào các sản phẩm. Do tập trung vào nghiên cứu và thực hành, nền y học của đất nước đang phát triển từng ngày, điều này rất rõ ràng trong việc ngăn chặn dịch Covid19. Nước ta đã có máy móc hiện đại để phòng chống dịch Covid19 như nhiệt kế thủ công, hệ thống camera theo dõi thân nhiệt kiểm soát các ra vào tại các khu vực công cộng... Nhưng những hệ thống đo thân nhiệt hiện tại vẫn chưa tối ưu,
TỔNG QUAN VỀ ĐỀ TÀI
Tình hình nghiên cứu thuộc lĩnh vực đề tài
Công nghệ cảm biến đang phát triển mạnh mẽ và trở thành yếu tố then chốt trong cuộc cách mạng công nghệ hiện đại Nó không chỉ thay đổi các công nghệ tương tự mà còn ảnh hưởng sâu sắc đến mọi hoạt động sản xuất của con người Với ứng dụng rộng rãi trong các lĩnh vực như khoa học công nghệ, quân sự, y tế, và giáo dục, công nghệ cảm biến giúp giảm kích thước mạch điện tử, nâng cao độ chính xác và giải quyết khối lượng công việc lớn một cách hiệu quả Nhờ vào sự tiện lợi và tính năng đa dạng, công nghệ cảm biến được xem là một cuộc cách mạng trong ngành kỹ thuật điện tử.
Hiện nay, dịch bệnh Covid-19 đang diễn ra phức tạp trên toàn cầu, trong đó Việt Nam đã áp dụng nhiều biện pháp hiệu quả để phòng chống và chữa trị Nhờ vào nền y học hiện đại và công nghệ tiên tiến, nước ta đã hạn chế được ảnh hưởng nặng nề đến kinh tế và sức khỏe con người, khác với một số quốc gia như Ấn Độ, Trung Quốc và Nhật Bản Các biện pháp phòng ngừa bao gồm cách ly tại nhà, giãn cách xã hội và kiểm dịch tại các khu vực đông dân cư, khu công nghiệp và trường học Đặc biệt, việc đo thân nhiệt của từng người là một biện pháp quan trọng giúp phát hiện sớm và xử lý nhanh chóng, nhằm ngăn chặn sự lây lan của dịch bệnh Do đó, tôi đã quyết định chọn đề tài “Xây dựng thiết bị kiểm soát vào ra tự động dựa trên thân nhiệt cơ thể.”
Dịch bệnh COVID-19 đã được công nhận là tình trạng khẩn cấp về sức khỏe cộng đồng toàn cầu, với virus lây lan nhanh chóng đến nhiều quốc gia Các nhà khoa học đang nghiên cứu để hiểu rõ hơn về cơ chế gây bệnh của virus này COVID-19 lây lan chủ yếu qua các giọt đường hô hấp từ người bệnh khi ho hoặc hắt hơi, và cũng có thể lây qua việc chạm vào bề mặt ô nhiễm rồi chạm vào mắt, mũi, hoặc miệng Để hạn chế sự lây lan của virus và giảm thiểu tác động của bệnh, việc thực hiện các biện pháp phòng ngừa là vô cùng quan trọng.
Dịch bệnh Covid-19 đã ảnh hưởng nghiêm trọng đến toàn cầu, dẫn đến việc nhiều quốc gia, bao gồm Việt Nam, áp dụng các biện pháp phòng ngừa hiệu quả Nhiều thiết bị y tế mới đã được phát triển, trong đó có hệ thống kiểm soát vào ra tự động dựa trên thân nhiệt, được sử dụng rộng rãi tại các địa điểm đông người như công ty và trường học Các nước như Trung Quốc, Nhật Bản, Hàn Quốc, Mỹ và Nga đã triển khai hệ thống này để giám sát và sàng lọc sức khỏe cộng đồng một cách kịp thời.
1.1.2 Trong nước Đến nay, dịch COVID-19 đã lây lan ở hơn 200 quốc gia và khu vực trên thế giới Hiện dịch bệnh trên thế giới vẫn chưa có dấu hiệu dừng lại, nhất là sau khi các biện pháp phòng, chống dịch được nới lỏng ở một số nước, dịch đã xuất hiện trở lại và tiếp tục gia tăng mạnh Ở Việt Nam, nguy cơ bùng phát dịch bệnh luôn hiện hữu Vì vậy, cần có giải pháp sống an toàn phù hợp, nhất là trong thời kỳ chưa có thuốc điều trị đặc hiệu và chưa có vắc xin được sử dụng rộng rãi trong cộng đồng Đồng thời, thực hiện nghiêm túc các chỉ đạo của Thủ tướng Chính phủ về công tác phòng chống dịch theo “bình thường mới” nhằm đạt được mục tiêu kép là chống dịch có hiệu quả và phát triển kinh tế, xã hội.
Trước bối cảnh dịch bệnh nghiêm trọng hiện nay, Việt Nam đã tích cực nghiên cứu và triển khai các hệ thống máy móc hiện đại để giám sát và kiểm tra sức khỏe cộng đồng, đồng thời thực hiện nhiều nghiên cứu và ứng dụng thực tiễn trong nước.
Nhóm tác giả từ Trường Cao đẳng Công nghiệp và Xây dựng thuộc Bộ Công thương đã thành công trong việc nghiên cứu và chế tạo các thiết bị tự động nhằm kiểm soát dịch Covid-19 tại cơ quan Đặc biệt, giáo viên của trường đã phát triển hai buồng tự động có khả năng thực hiện các chức năng sát khuẩn tay, sát khuẩn toàn thân và đo nhiệt độ một cách hoàn toàn tự động.
Idworld Việt Nam đã phát triển hệ thống camera thân nhiệt kết hợp với cổng kiểm soát phân làn đi bộ, giúp kiểm soát dịch bệnh từ xa một cách tự động Hệ thống này có khả năng sàng lọc những đối tượng có dấu hiệu sốt, từ đó giảm thiểu sự lây lan của dịch bệnh và hỗ trợ việc phát hiện sớm cũng như cách ly kịp thời.
Sunshine Group áp dụng công nghệ 4.0 và tăng cường các biện pháp phòng chống dịch bệnh thông qua hệ thống camera an ninh, nhận diện khuôn mặt FaceID kết nối trực tiếp với Sunshine App và trạm kiểm soát an ninh nhiều lớp Hệ thống này giúp giám sát sự xuất hiện của người lạ và kiểm soát hành động của cư dân cũng như nhân viên một cách chính xác Khi phát hiện cá nhân có nguy cơ lây nhiễm, hệ thống sẽ nhanh chóng trích xuất dữ liệu và lịch trình di chuyển để phối hợp với cơ quan an ninh và y tế trong việc khoanh vùng dịch, từ đó tối ưu hóa công tác ngăn ngừa bùng phát dịch bệnh và nhiều ứng dụng thực tế khác trong nước.
Hình 1.1: Hình ảnh hệ thống camera đo thân nhiệt tự động và kiểm soát vào ra
Tính cấp thiết của đề tài
Theo dõi nhiệt độ cơ thể và khử trùng tay đúng cách là biện pháp quan trọng trong việc ngăn ngừa nhiễm COVID-19 Việc tăng cường các biện pháp này giúp phát hiện sớm các trường hợp sốt, một triệu chứng của bệnh, và hạn chế lây nhiễm chéo Nhiều nghiên cứu khoa học đã được áp dụng vào thực tiễn tại Việt Nam, đáp ứng nhu cầu của người dân và thể hiện rõ nét qua việc ứng dụng nghiên cứu vào các sản phẩm.
Nền y học của đất nước đang phát triển mạnh mẽ nhờ vào nghiên cứu và thực hành, điều này đặc biệt thể hiện trong công tác ngăn chặn dịch Covid-19 Việt Nam đã trang bị nhiều máy móc hiện đại như nhiệt kế thủ công và hệ thống camera theo dõi thân nhiệt để kiểm soát ra vào tại các khu vực công cộng Tuy nhiên, các hệ thống đo thân nhiệt hiện tại vẫn chưa đạt hiệu quả tối ưu, với cách hoạt động phức tạp và chi phí cao, không phù hợp cho việc sử dụng tại tất cả các điểm đông dân cư, đặc biệt là trong trường học.
Em đã nghiên cứu và phát triển thiết bị kiểm soát ra vào tự động dựa trên thân nhiệt, phù hợp cho khu vực dân cư vừa và nhỏ cũng như các trường đại học Hệ thống này có nhiều ưu điểm vượt trội so với các sản phẩm hiện có trên thị trường, bao gồm tính dễ vận hành, tự động hóa hoàn toàn, độ chính xác cao và giá thành rẻ hơn nhiều.
Phạm vi nghiên cứu
- Tìm hiểu về ngôn ngữ lập trình Arduino cho Arduino Uno;
- Tìm hiểu về Arduino Uno, MLX906 GY-906, Màn hình LCD1602, cảm biến hồng ngoại, loa, DFplayer mini, nguồn Adapter 9V 1A, sevor SG90.
- Thiết kế và thi công Phần cứng và các Module giao diện hiện thị, Module điều khiển, đo và giám sát thân nhiệt MLX906 GY-906.
- Xây dựng thiết bị kiểm soát vào ra tự động dựa trên thân nhiệt cơ thể.
Mục tiêu của đề tài
- Tìm hiểu về hệ thống ứng dụng đo và giám sát nhiệt độ với MLX906 GY-906.
- Xây dựng thiết bị kiểm soát vào ra tự động dựa trên thân nhiệt cơ thể.
- Kiểm tra, đánh giá tính ứng dụng của đề tài.
Nội dung của đề tài
- Tìm hiểu về phần mềm lập trình arduino IDE.
- Tìm hiểu về kit Arduino Uno, module DFplayer mini, loa , cảm biến vật cản hồng ngoại E18-D80NK, màn hình LCD1602, MLX906 GY-906.
- Xây dựng thiết bị kiểm soát vào ra tự động dựa trên thân nhiệt cơ thể.
Tìm hiểu về thân nhiệt cơ thể người
Thân nhiệt là nhiệt độ của cơ thể khác nhau ở mỗi vùng:
- Da có nhiệt độ thấp nhất.
- Cao nhất ở gan là trung tâm quan trọng chuyển hóa các chất
Loại thân nhiệt: Tùy vị trí đo nhiệt độ, người ta chia làm 2 loại thân nhiệt:
Thân nhiệt trung tâm là nhiệt độ ở các vùng sâu trong cơ thể, ảnh hưởng trực tiếp đến tốc độ các phản ứng sinh học và là nền tảng cho hoạt động điều nhiệt Nhiệt độ này ít thay đổi theo nhiệt độ môi trường và thường được đo ở ba vị trí khác nhau.
+ Ở trực tràng: hằng định nhất, trong điều kiện bình thường dao động trong khoảng 36,3 - 37,1 o C.
+ Ở miệng: thấp hơn ở trực tràng 0,2 - 0,6 o C.
+ Ở nách: thấp hơn ở trực tràng 0,5 – 1 o C.
Thân nhiệt ngoại vi, hay nhiệt độ da, chịu tác động lớn từ nhiệt độ môi trường và có sự biến đổi tùy thuộc vào vị trí đo Cụ thể, nhiệt độ trung bình ở vùng trán là 33,5 độ C.
Thân nhiệt là kết qủa 2 quá trình sinh nhiệt và tỏa nhiệt.
Giảm thân nhiệt là tình trạng nhiệt độ cơ thể giảm xuống dưới 35 o C, gây nguy hiểm đến tính mạng và cần được cấp cứu ngay lập tức Bình thường, nhiệt độ cơ thể khoảng 37 o C, nhưng khi gặp chứng hạ thân nhiệt, cơ thể không thể tạo đủ nhiệt, dẫn đến rối loạn hoạt động của tim, hệ thần kinh và các cơ quan khác Tình trạng này xảy ra do mất nhiều nhiệt, gây rối loạn giữa thải nhiệt và sinh nhiệt Có ba trạng thái giảm thân nhiệt cần được nhận biết.
- Giảm thân nhiệt sinh lý: gặp ở động vật ngủ đông.
- Giảm thân nhiệt nhân tạo: chủ động giảm thân nhiệt.
- Giảm thân nhiệt bệnh lý: do nhiệt độ của môi trường thấp hoặc do trạng thái bệnh lý của cơ thể.
Trong lâm sàng, bệnh nhân có dấu hiệu giảm thân nhiệt khi nhiệt độ đo ở trực tràng dưới 36 o C.
• Nguyên nhân gây giảm thân nhiệt.
Giảm thân nhiệt thường xảy ra trong các tình trạng bệnh lý nghiêm trọng liên quan đến rối loạn chuyển hóa, chẳng hạn như xơ gan, bệnh tiểu đường, suy dinh dưỡng, và trong một số trường hợp bệnh nhân bị sốc.
Giảm thân nhiệt xảy ra khi cơ thể mất nhiệt nhanh hơn khả năng sinh nhiệt, thường do nhiệt độ môi trường bên ngoài quá thấp Điều này dẫn đến tình trạng nhiễm lạnh, làm cho cơ thể không thể duy trì nhiệt độ ổn định Các điều kiện như gió lạnh, độ ẩm cao và thời gian tiếp xúc kéo dài với môi trường lạnh có thể làm tăng nguy cơ giảm thân nhiệt.
Trong cùng những điều kiện như nhau của nhiệt độ môi trường, mức độ giảm thân nhiệt phụ thuộc vào các yếu tố:
- Thời gian chịu tác động của lạnh dài hay ngắn.
- Độ ẩm và tốc độ không khí di chuyển.
- Điều kiện sinh hoạt: ăn uống, quần áo, các phương tiện chống lạnh.
Rượu và một số hóa chất, dược chất có tác động đáng kể đến cơ thể, trong đó rượu gây giãn mạch ngoại biên và làm mất phản xạ co mạch khi gặp lạnh Hiện tượng này trở nên nghiêm trọng hơn khi nồng độ rượu trong máu cao.
- Một số thuốc ngủ, thuốc an thần cũng có tác dụng gây giãn mạch, hạ huyết áp gây rối loạn chuyển hóa dẫn đến giảm thân nhiệt.
• Nguyên nhân gây tăng thân nhiệt
Thân nhiệt tăng là tình trạng cơ thể tích lũy nhiệt, xảy ra khi quá trình tỏa nhiệt ra môi trường bị hạn chế hoặc khi cơ thể sản sinh nhiệt quá mức, thậm chí có thể là sự kết hợp của cả hai yếu tố Có hai loại tăng thân nhiệt.
+ Tăng thân nhiệt do nhiệt độ môi trường quá cao (nhiễm nóng): Gặp trong say nóng và say nắng.
+ Tăng thân nhiệt do RL trung tâm điều hòa nhiệt gặp trong cơn sốt.
Tăng thân nhiệt là hiện tượng cơ thể tích lũy nhiệt do hạn chế thải nhiệt hoặc tăng sinh nhiệt, có thể do nhiều yếu tố khác nhau Những yếu tố này bao gồm môi trường xung quanh, mức độ hoạt động thể chất, tình trạng sức khỏe và các yếu tố tâm lý Việc hiểu rõ các yếu tố ảnh hưởng đến thân nhiệt giúp chúng ta quản lý sức khỏe tốt hơn.
- Tuổi: Tuổi càng cao thì thân nhiệt càng giảm, tuy nhiên mức độ giảm ít hơn.
- Giới tính: phụ nữ thân nhiệt tăng lên 0,3 - 0,5 o C trong giai đoạn giữa các chu kỳ kinh nguyệt, giai đoạn cuối thời kỳ thai nghén thân nhiệt có thể tăng 0,5 - 0,8 o C.
- Vận động cơ: tình trạng vận động các cơ càng lớn thân nhiệt càng tăng.
- Nhiệt độ môi trường: trong môi trường quá nóng hoặc quá lạnh thân nhiệt cũng tăng hoặc giảm.
Trong các bệnh nhiễm khuẩn như bệnh tả và viêm gan virus, thường xảy ra tình trạng tăng thân nhiệt Tuy nhiên, ở giai đoạn cấp tính, thân nhiệt có thể giảm xuống.
PHÂN TÍCH CÔNG NGHỆ THIẾT KẾ
Yêu cầu thiết kế
- Tìm hiểu về Arduino Uno, MLX906 GY-906, màn hình LCD1602, cảm biến vật cản hồng ngoại E18-D80NK., loa, DFplayer mini, nguồn Adapter 9V 1A
- Thiết kế và thi công Phần cứng và các Module giao diện hiện thị, Module điều khiển, đo và giám sát thân nhiệt MLX906 GY-906.
- Xây dựng thiết bị kiểm soát vào ra tự động dựa trên thân nhiệt cơ thể.
Giải pháp thiết kế
Hình 2.1 Sơ đồ khối của hệ thống.
- Khối nguồn: Làm nhiệm vụ cung cấp điện áp cho toàn bộ hệ thống Ở đây chúng ta sử dùng nguồn có điện áp 9V.
- Khối cảm biến: Khối cảm biến làm nhiệm vụ thu thập các dữ liệu cần thiết để truyền về vi điều khiển trung tâm.
Khối hiển thị có chức năng trình bày các dữ liệu nhiệt độ mà khối cảm biến thu thập, giúp người dùng dễ dàng tiếp cận và hiểu rõ thông tin về nhiệt độ.
Khối chấp hành bao gồm module MP3 và loa, có chức năng phát âm thanh để người sử dụng nghe được thông tin từ các cảm biến Ngoài ra, Sevor SG90 đảm nhiệm việc đóng mở barie.
Khối vi xử lý trung tâm đóng vai trò quan trọng trong việc điều khiển hoạt động của hệ thống, thực hiện tổng hợp, tính toán và xử lý tín hiệu từ các cảm biến Sau khi xử lý, các tín hiệu này được chuyển đến khối hiển thị để hiển thị trên màn hình LCD, đồng thời gửi đến khối chấp hành để phát âm thanh và điều khiển servo.
Lựa chọn linh kiện
"Uno" là tên gọi tiếng Ý có nghĩa là "một" và được đặt để kỷ niệm sự ra mắt của Arduino 1.0 Board Uno và phiên bản 1.0 sẽ trở thành tài liệu tham khảo chính cho các nền tảng Arduino Đây là phiên bản mới nhất trong dòng board Arduino, đóng vai trò là mô hình tham chiếu cho các thiết bị Arduino khác.
Arduino Uno là một bo mạch vi điều khiển dựa trên ATmega328, có 14 chân đầu vào/đầu ra, 6 đầu vào analog, và hoạt động với tần số 16 MHz Nó được trang bị kết nối USB, jack cắm điện, tiêu đề ICSP, và nút reset, cung cấp mọi thứ cần thiết để hỗ trợ vi điều khiển Chỉ cần kết nối với máy tính qua cáp USB hoặc cấp nguồn để bắt đầu sử dụng.
Uno khác với các phiên bản trước vì không sử dụng chip FTDI để điều khiển USB-to-serial Thay vào đó, nó trang bị Atmega 16U2 được lập trình để hoạt động như một công cụ chuyển đổi USB-to-serial.
Phiên bản 2 (R2) của Uno sử dụng Atmega8U2 có một điện trở kéo dòng 8U2 HWB xuống đất, làm cho nó dễ dàng hơn để đưa vào chế độ DFU.
Phiên bản 3 (R3) của Uno có các tính năng mới sau đây:
- Thêm SDA và SCL gần với pin Aref và hai chân mới được đặt gần với pin RESET, các IOREF cho phép thích ứng với điện áp cung cấp.
- Đặt lại mạch khỏe mạnh hơn.
Vi điều khiển ATmega328 họ 8bit Điện áp hoạt động 5V DC (chỉ được cấp qua cổng USB)
Tần số hoạt động 16 MHz
Dòng tiêu thụ khoảng 30mA Điện áp vào khuyên dùng 7-12V DC Điện áp vào giới hạn 6-20V DC
Số chân Digital I/O 14 (6 chân hardware PWM)
Số chân Analog 6 (độ phân giải 10bit)
Dòng tối đa trên mỗi chân I/O 30 mA
Dòng ra tối đa (5V) 500 mA
Dòng ra tối đa (3.3V) 50 mA
Bộ nhớ flash 32 KB (ATmega328) với 0.5KB dùng bởi bootloader
• Vi điều khiển & bộ nhớ
Arduino UNO sử dụng ba vi điều khiển 8bit AVR: ATmega8, ATmega168 và ATmega328 Với khả năng xử lý các tác vụ đơn giản, nó có thể điều khiển đèn LED nhấp nháy, xử lý tín hiệu cho xe điều khiển từ xa, và tạo ra trạm đo nhiệt độ - độ ẩm với hiển thị trên màn hình LCD.
Hình 2.3 Vi điều khiển Atmega328 tiêu chuẩn.
32KB bộ nhớ Flash: những đoạn lệnh lập trình sẽ được lưu trữ trong bộ nhớ
Flash của vi điều khiển thường có khoảng vài KB dành cho bootloader, nhưng không cần lo lắng vì thường thì dung lượng này hiếm khi vượt quá 20KB.
SRAM (Bộ nhớ truy cập ngẫu nhiên tĩnh) có dung lượng 2KB, nơi lưu trữ giá trị của các biến được khai báo trong lập trình Số lượng biến càng lớn thì yêu cầu về bộ nhớ RAM càng cao Tuy nhiên, bộ nhớ RAM thường không phải là vấn đề đáng lo ngại Cần lưu ý rằng khi mất điện, dữ liệu trong SRAM sẽ bị mất.
EEPROM (Bộ nhớ chỉ đọc có thể lập trình và xóa điện tử) 1Kb giống như một ổ cứng mini, cho phép người dùng đọc và ghi dữ liệu mà không lo mất thông tin khi mất điện, điều này khác biệt với dữ liệu trên SRAM.
Hình 2.4 Cấu tạo của Arduino.
Board Arduino đời đầu được trang bị một cổng giao tiếp RS-232 ở góc trên bên trái và chip Atmel ATmega8 màu đen ở góc dưới bên phải Nó có 14 chân I/O số ở phía trên và 6 chân analog đầu vào nằm ở phía đáy.
Board Arduino cung cấp hầu hết các chân I/O của vi điều khiển cho các mạch ngoài, với các phiên bản như Diecimila, Duemilanove và Uno có 14 chân I/O kỹ thuật số, trong đó 6 chân hỗ trợ PWM và 6 chân analog có thể sử dụng như I/O số Các chân này được bố trí ở phía trên board thông qua các header cái 0.10-inch (2.5 mm) Các board Arduino Nano, Bare Bones Board và Boarduino cũng trang bị chân header đực ở mặt trên để dễ dàng cắm vào breadboard.
Chiều dài tối đa của PCB Uno là 2,7 inch và chiều rộng là 2,1 inch, với các kết nối USB và jack điện được thiết kế mở rộng Bên cạnh đó, bốn lỗ vít giúp việc gắn PCB vào bề mặt khác trở nên dễ dàng hơn.
• Vị trí & chức năng các chân.
Nếu không có nguồn từ cổng USB, Arduino UNO có thể được cấp nguồn thông qua bộ chuyển đổi AC→DC hoặc pin Các bộ chuyển đổi này cần được kết nối bằng một plug 2.1mm với cực dương vào jack cắm điện.
Trường hợp cấp nguồn quá ngưỡng trên sẽ làm hỏng Arduino UNO
GND (Ground) là cực âm của nguồn điện cung cấp cho Arduino UNO Khi sử dụng các thiết bị với nguồn điện riêng biệt, cần phải nối các chân GND này với nhau để đảm bảo hoạt động ổn định.
• 5V: cấp điện áp 5V đầu ra Dòng tối đa cho phép ở chân này là 500mA.
• 3.3V: cấp điện áp 3.3V đầu ra Dòng tối đa ở chân này là 50mA.
• Vin (Voltage Input): để cấp nguồn ngoài cho Arduino UNO, ta nối cực dương của nguồn với chân này và cực âm với chân GND.
IOREF là chân đo điện áp hoạt động của vi điều khiển trên Arduino UNO, luôn duy trì ở mức 5V Tuy nhiên, cần lưu ý rằng không nên sử dụng chân này làm nguồn cấp điện.
5V từ chân này để sử dụng bởi chức năng của nó không phải là cấp nguồn.
• RESET: việc nhấn nút Reset trên board để reset vi điều khiển tương đương với việc chân RESET được nối với GND qua 1 điện trở 10KΩ.
Hình 2.5 Các ngõ vào/ngõ ra của Arduino.
Arduino UNO có 14 chân digital dùng để đọc hoặc xuất tín hiệu Chúng chỉ có
2 mức điện áp là 0V và 5V với dòng tối đa trên mỗi chân là 40mA.
Một số chân digital có các chức năng đặc biệt như sau:
• 2 chân Serial: 0 (RX) và 1 (TX): dùng để gửi (transmit – TX) và nhận
Arduino Uno có khả năng giao tiếp với các thiết bị khác thông qua hai chân RX và TX để nhận và gửi dữ liệu TTL Serial Kết nối Bluetooth thường được coi là một dạng kết nối Serial không dây Nếu không cần thiết phải giao tiếp Serial, bạn nên tránh sử dụng hai chân này.
Chân PWM (~) 3, 5, 6, 9, 10 và 11 cho phép xuất xung PWM với độ phân giải 8 bit, tương ứng với giá trị từ 0 đến 255, tạo ra điện áp từ 0V đến 5V Điều này có nghĩa là bạn có thể điều chỉnh điện áp ra ở các chân này thay vì chỉ có mức cố định 0V và 5V như các chân khác, bằng cách sử dụng hàm analogWrite().
Phần mềm phụ trợ
2.3.1 Cài đặt phần mềm Arduino IDE
Bước 1: Tải phần mềm Arduino IDE từ trang web chính thức tại http://arduino.cc/en/Main/Software, chọn phiên bản tương thích với hệ điều hành của bạn như Windows, Mac OS hoặc Linux Đối với Windows, có hai tùy chọn tải về: bản cài đặt (.exe) và bản Zip Nên ưu tiên tải bản cài đặt (.exe) để tự động cài đặt driver cho các board Arduino.
Bước 2: Chọn JUST DOWNLOAD (free download).
Bước 3 : Cài đặt driver để nhận board Arduino
Khi cài đặt Arduino IDE, phần mềm sẽ tự động cài đặt các driver cần thiết để máy tính nhận diện các board mạch Arduino Tuy nhiên, trong một số trường hợp, máy tính có thể không nhận được board mạch Để khắc phục tình trạng này, bạn cần thực hiện các bước sau.
Cắm lại cáp USB nối giữa máy tính và Board Arduino, khi đó hiện ra bảng thông báo.
Bây giờ bạn click vào Start Menu chọn Control Panel kế đến chúng ta chọnSystem and Security, click System và sau đó chọn Device Manager.
Chúng ta sẽ thấy cảnh báo màu vàng thiếu driver trên Arduino Click chuột phải trên Arduino Uno icon sau đó chọn “Update Driver Software”.
Chọn “Browse my computer for driver software”.
Hình 2.29 Browse my computer for driver software.
Chọn đường dẫn tới folder “driver” nơi mà phần mềm Arduino được lưu trữ.
Hình 2.30 Chọn đường dẫn tới folder “driver”
2.3.2.Hướng dẫn sử dụng phần mềm Arduino IDE
Bước 1: Khởi động Arduino IDE.
Hình 2.31 : Khởi động Arduino IDE
Bước 2: Chọn Board Arduino và chọn Port.
Hình 2.32 Chọn Board Arduino và chọn Port.
Do kích thước bo mạch nhỏ, Arduino Nano không thể hiển thị rõ ràng các chân Analog và Digital như Arduino Uno Thay vào đó, chân Analog được đánh dấu bằng ký tự A trước số thứ tự, trong khi chân Digital được ký hiệu bằng chữ D trước số thứ tự.
Khi viết mã, để trình biên dịch phân biệt giữa chân Analog và chân Digital, bạn cần thêm ký tự "A" trước số thứ tự của chân Analog, trong khi đối với chân Digital, chỉ cần ghi số thứ tự mà không cần thêm ký tự nào.
Here is a simple demo code for blinking an LED, utilizing the built-in LED on the Arduino Nano connected to pin D13 In the setup function, pin 13 is initialized as an output using the pinMode function.
} void loop() { digitalWrite(13, HIGH); // turn the LED on delay(1000); // wait for a second digitalWrite(13, LOW); // turn the LED off delay(1000); // wait for a second
CHƯƠNG 3 XÂY DỰNG THIẾT BỊ KIỂM SOÁT VÀO RA TỰ ĐỘNG DỰA
TRÊN THÂN NHIỆT CƠ THỂ.
Thiết kế phần cứng
Hình 3.1 Sơ đồ nguyên lý hệ thống.
Bảng kết nối chân giữa Arduino R3 với MLX90614.
Bảng kết nối chân giữa Arduino R3 với LCD1602 I2C.
Cảm Biến Vật Cản Hồng Ngoại E18-D80NK.
Bảng kết nối chân giữa Arduino R3 với cảm biến hồng ngoại.
Bảng kết nối chân giữa Arduino R3 với Module MP3 Player Mini.
Bảng kết nối chân giữa Module MP3 Player Mini với Loa. Động cơ Động Cơ Servo
Bảng kết nối chân giữa Servo SG90 với Arduino UNO R3.
- Hoạt động của mạch điện.
Mạch sử dụng nguồn 9V-1A, khi cảm biến hồng ngoại phát hiện vật cản, sẽ gửi tín hiệu đến chân A0 của Arduino Arduino nhận tín hiệu từ cảm biến và điều khiển modul MP3 player mini để phát file âm thanh đã được cài đặt Đồng thời, cảm biến MLX90614 đo nhiệt độ cơ thể và gửi giá trị về Arduino, hiển thị lên LCD Nếu nhiệt độ dưới 37°C, servo sẽ mở barie; nếu vượt quá, barie sẽ không mở.
Thiết kế phần mềm
Hình 3.2 Lưu đồ thuật toán
- Khởi tạo tiền xử lý:
- Khởi tạo các thư viện của LCD i2c, cảm biến MLX90614, module MP3 player mini.
- Khởi tạo các chân kết nối và các biến:
Adafruit_MLX90614 mlx = Adafruit_MLX90614();
LiquidCrystal_I2C lcd(0x27, 16, 2); double temp_obj; double temp_ob; lcd.init(); lcd.backlight(); mlx.begin(); myDFPlayer.volume(29); pinMode(A0,INPUT_PULLUP);
- Tín hiệu IR==0 :Khi cảm biến hồng ngoại phát hiện có vật cản thì tín hiệu
IR=0 sẽ được gửi về chân A0 của Arduino Uno. if(digitalRead(A0) == 0){ myDFPlayer.play(3);delay(4000); temp();
- Phát loa nội dung 1: Nội dung 1 “Bạn hãy đeo khẩu trang và đo thân nhiệt cơ thể”.
Màn hình LCD 16x2 hiển thị nhiệt độ cơ thể được đo bởi cảm biến MLX90614 Dữ liệu nhiệt độ được trình bày rõ ràng với thông điệp "GOOD HEALTHY !" và giá trị nhiệt độ được hiển thị ở định dạng "TEMP BODY: [giá trị] *C".
- Phát loa nội dung 2: Nội dung được phát “cơ thể bạn không bị sốt , chúc bạn mạnh khoẻ”.
Khi cơ thể bạn bị sốt, hãy nhớ nghỉ ngơi và đo thân nhiệt lại sau Đo nhiệt độ cơ thể bằng cách sử dụng mã lệnh sau: nếu nhiệt độ (temp_obj) nhỏ hơn hoặc bằng 37 độ, servo sẽ được điều chỉnh về vị trí 5 trong 3 giây trước khi trở lại vị trí 90.
Một số hình ảnh của sản phẩm
Thiết bị kiểm soát vào ra tự động dựa trên thân nhiệt cơ thể có khả năng đo và hiển thị nhiệt độ trên màn hình LCD1602, đồng thời phát loa thông báo tình trạng sức khỏe của người đo Sản phẩm này không chỉ giúp người dùng biết được nhiệt độ cơ thể hiện tại mà còn hỗ trợ các cơ quan, tổ chức trong việc sàng lọc các đối tượng có dấu hiệu sốt, từ đó ngăn chặn sự lây lan của dịch bệnh hiệu quả.
Hình 3.3.Thiết bị kiểm soát vào ra tự động dựa trên thân nhiệt cơ thể
Hình 3.4 Mạch điện điều khiển hệ thống
Hình 3.5 Nhiệt độ cơ thể máy đo được.
KẾT LUẬN VÀ ĐÁNH GIÁ
Đề tài “Xây dựng thiết bị kiểm soát vào ra tự động dựa trên thân nhiệt cơ thể” là kết quả của quá trình học tập và nghiên cứu không ngừng của tôi, dưới sự hướng dẫn nhiệt tình của các thầy cô trong khoa công nghệ điện tử và truyền thông Sản phẩm này không chỉ có tiềm năng phát triển cao hơn mà còn có thể ứng dụng thực tiễn trong đời sống và làm bộ thí nghiệm cho sinh viên khóa sau Tuy nhiên, do thời gian thực hiện có hạn, đề tài vẫn còn một số hạn chế chưa khắc phục được Chúng tôi hy vọng trong tương lai gần sẽ cải thiện những vấn đề này và phát triển sản phẩm hơn nữa Xin chân thành cảm ơn!
- Tiếp cận và tìm hiểu được những khả năng cũng như tài nguyên về mặt công nghệ.
- Tích hợp thêm tính năng mới
- Làm chủ về mặt công nghệ.