Hiện nay, trên thị trường có rất nhiều loại máy xịt sát khuẩn tay tự động được phát minh và ra đời dựa trên nguyên lí hoạt động của cảm biến không tiếp xúc. Với sự phát triển của ngành công nghiệp, cuộc sống của con người ngày càng trở nên tiện lợi, nhàn hạ hơn. Với những chiếc máy xịt sát khuẩn này sẽ thay thế được rất rất nhiều công việc như: tự dùng tay để lấy dung dịch sát khuẩn, hoặc không thì có người đứng xịt cho mình, không còn phải lo về việc tiết kiệm dung dịch sát khuẩn, …
TRƯỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT – CÔNG NGHỆ CẦN THƠ KHOA CƠ KHÍ ~ BÁO CÁO ĐỒ ÁN ĐỀ TÀI: MÁY SÁT KHUẨN TAY TỰ ĐỘNG GIẢNG VIÊN HƯỚNG DẪN: ThS TRẦN HOÀI TÂM Sinh viên thực hiện: Lê Tuấn Anh MSSV: 1800315 Đỗ Minh Đang MSSV: 1800219 Lớp: ĐKTĐ0118 Cần Thơ, tháng 12/2021 LỜI CAM ĐOAN Đồ án: Máy sát khuẩn tay tự động LỜI CAM ĐOAN Em xin cam đoan đề tài: “Máy sát khuẩn tay tự động” chúng em tự thực hướng dẫn giảng viên Các kết quả, số liệu đề tài hoàn toàn trung thực khách quan Những số liệu biểu bảng chúng em chèn vào báo cáo nhằm phục vụ cho việc nghiên cứu phân tích, nhận xét, đánh giá thu nhập từ số web mạng số sách tham khảo có ghi rõ nguồn gốc phần “Tài liệu tham khảo” Nếu phát có gian lận em xin hoàn toàn chịu trách nhiệm nội dung đồ án Sinh viên thực hiện: Lê Tuấn Anh SVTH: Lê Tuấn Anh, Đỗ Minh Đang Đỗ Minh Đang Đồ án: Máy sát khuẩn tay tự động LỜI CẢM ƠN Trước tiên với tình cảm sâu sắc chân thành nhất, cho phép em bày tỏ lòng biết ơn đến tất cá nhân tổ chức tạo điều kiện hỗ trợ, giúp đỡ em suốt trình học tập nghiên cứu đề tài Em xin gửi lời chân thành cảm ơn thầy Trần Hoài Tâm giảng viên mơn tự động tận tình hướng dẫn, bảo chúng em suốt trình làm đồ án Em xin chân thành cảm ơn thầy giáo trường ĐHKTCN Cần Thơ nói chung, thầy Khoa khí nói riêng dạy dỗ cho em kiến thức môn đại cương mơn chun ngành, giúp em có sở lý thuyết vững vàng tạo điều kiện giúp đỡ em suốt trình học tập Em xin chân thành cảm ơn thầy cô giáo trường ĐHKTCN Cần Thơ nói chung, thầy Khoa khí nói riêng dạy dỗ cho em kiến thức môn đại cương mơn chun ngành, giúp em có sở lý thuyết vững vàng tạo điều kiện giúp đỡ em suốt trình học tập Với điều kiện thời gian kinh nghiệm hạn chế, đồ án khơng thể tránh thiếu sót Em mong bảo đóng góp ý kiến thầy để em có điều kiện bổ sung, nâng cao ý thức mình, phục vụ tốt đồ án sau Kính chúc ban giám hiệu, quý thầy cô công tác Trường Đai học Kỹ Thuật – Công Nghệ Cần Thơ thầy Trần Hồi Tâm nhiều sức khỏe, thành cơng sống Em xin chân thành cảm ơn! SVTH: Lê Tuấn Anh, Đỗ Minh Đang Đồ án: Máy sát khuẩn tay tự động Mục lục LỜI CAM ĐOAN .2 LỜI CẢM ƠN .3 MỞ ĐẦU: 1.Lý chọn đề tài Đối tượng nghiên cứu Mục tiêu nghiên cứu Mục đích nghiên cứu .5 CHƯƠNG I: GIỚI THIỆU CÁC LINH KIỆN CHÍNH TRONG MẠCH 1.1 Cảm biến siêu âm 1.1.1 Cảm biến siêu âm gì? .6 1.1.2 Thông số kỹ thuật 1.1.3 Nguyên lý hoạt động 1.1.4 Ưu nhược điểm cảm biến siêu âm 1.2 Động RC Servo 9G 1.2.1 Động RC Servo 9G .8 1.2.2 Thông số kỹ thuật 1.2.3 Cấu tạo động RC Servo 1.2.4 Nguyên lý hoạt động động RC Servo 10 1.2.2 Ứng dụng động RC Servo 11 1.3 VIETDUINO UNO 11 1.4.1 Thông số kỹ thuật 11 1.4.2 Tính vượt trội 12 CHƯƠNG 2: SƠ ĐỒ NGUYÊN LÝ VÀ NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG CỦA ĐỘNG CƠ BƯỚC 14 2.1 Giới thiệu chung .14 2.2 Sơ đồ nguyên lý hoạt động mạch 14 SVTH: Lê Tuấn Anh, Đỗ Minh Đang Đồ án: Máy sát khuẩn tay tự động 2.3 Thi công mạch 16 CHƯƠNG 3: KẾT LUẬN 20 TÀI LIỆU THAM KHẢO 21 MỞ ĐẦU Lý chọn đề tài: - Trong bối cảnh bùng phát dịch toàn cầu nay, WHO (tổ chức y tế giới) khuyên nên trì thói quen Rửa tay Vệ sinh khỏe mạnh, vấn đề cách thực Một cách tốt để ngăn chặn lây lan vi khuẩn sát khuẩn tay thường xuyên Nhận thấy hạn chế sử dụng bình đựng dung dịch sát khuẩn thơng thường có khả lây lan vi khuẩn gián tiếp qua dụng cụ đựng dung dịch sát khuẩn gây nhiễm khuẩn chéo, chúng em định lựa chọn đề tài “Máy sát khuẩn tay tự động” để khắc phục hoàn toàn vấn đề - Hiện nay, thị trường có nhiều loại máy xịt sát khuẩn tay tự động phát minh đời dựa nguyên lí hoạt động cảm biến không tiếp xúc Với phát triển ngành công nghiệp, sống người ngày trở nên tiện lợi, nhàn hạ Với máy xịt sát khuẩn thay rất nhiều công việc như: tự dùng tay để lấy dung dịch sát khuẩn, khơng có người đứng xịt cho mình, khơng cịn phải lo việc tiết kiệm dung dịch sát khuẩn, … Đối tượng nghiên cứu: - Đối tượng nghiên cứu đồ án động servo cảm biến siêu âm Mục tiêu nghiên cứu: - Tìm hiểu động servo, cảm biến siêu âm - Tìm hiểu số linh kiện điện tử - Tìm hiểu sử dụng phần mềm mơ mạch Mục đích nghiên cứu: - Tìm hiểu nguyên lý, chức tác dụng động servo, cảm biến siêu âm - Tìm hiểu chức năng, tác dụng linh kiện thiết bị điện tử - Hoàn thành sản phẩm “Máy sát khuẩn tay tự động” - Rèn luyện cho sinh viên cách tự học, học đôi với thực hành khả làm việc nhóm SVTH: Lê Tuấn Anh, Đỗ Minh Đang Đồ án: Máy sát khuẩn tay tự động CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU CÁC LINH KIỆN CHÍNH TRONG MẠCH Giới thiệu chung: Để có mơ hình “Máy sát khuẩn tay tự động” ta cần hai khối khối cảm biến khối điều khiển Trong khối gồm linh kiện sau: Cảm biến siêu âm, động servo, Vietduino Uno Đầu tiên vào phần tìm hiểu linh kiện sử dụng mơ hình: 1.1 Cảm biến siêu âm 1.1.1 Cảm biến siêu âm gì? Nói cách đơn giản, cảm biến siêu âm thiết bị cảm biến hoạt động dựa sóng siêu âm Cũng giống loại cảm biến áp suất hay cảm biến nhiệt độ, cảm biến siêu âm dùng chủ yếu để đo khoảng cách vận tốc Ngồi sử dụng ứng dụng làm sóng siêu âm dùng siêu âm y khoa (siêu âm chuẩn đốn hình ảnh) SVTH: Lê Tuấn Anh, Đỗ Minh Đang Đồ án: Máy sát khuẩn tay tự động Hình 1.1.1 Tín hiệu cảm biến siêu âm Vậy siêu âm gì? Siêu âm loại âm có tần số cao tần số mà tai người nghe Trung bình tần số siêu âm rơi vào khoảng 20kHz trở lên 1.1.2 Thơng số kỹ thuật • Điện áp: 5V DC • Dịng hoạt động: < 2mA • Mức cao: 5V • Mức thấp: 0V • Góc tối đa: 15 độ • Khoảng cách: 2cm – 450cm (4.5m) • Độ xác: 3mm 1.1.3 Nguyên lý hoạt động Để giải thích nguyên lý hoạt động cảm biến siêu âm, em lấy ví dụ loại động vật dơi cá heo Dơi loài vật có khả phát cảm nhận sóng siêu âm Bởi dơi lồi động vật hoạt động đêm nên thị giác khơng phát triển Để tránh bị va chạm SVTH: Lê Tuấn Anh, Đỗ Minh Đang Đồ án: Máy sát khuẩn tay tự động bay vào ban đêm, dơi phát loại sóng siêu âm bay để định vị hướng Khi sóng siêu âm gặp vật cản phản xạ lại, dơi nhận sóng phản xạ lại để biết phía trước có vật cản đổi hướng Hình 1.1.2 Nguyên lý hoạt động cảm biến siêu âm Và loại cảm biến siêu âm hoạt động dựa nguyên tắc tương tự Đầu tiên, đầu cảm biến phát chùm sóng siêu âm xuống bề mặt cần đo khoảng cách Khi sóng siêu âm gặp bề mặt vật cản phản xạ ngược lại Khi cảm biến thu lại chùm sóng siêu âm Dựa vào thời gian phản xạ vận tốc sóng, cảm biến tính khoảng cách từ cảm biến xuống bề mặt chất lỏng 1.1.4 Ưu nhược điểm cảm biến siêu âm Ưu điểm cảm biến sóng siêu âm: - Sử dụng sóng siêu âm nên đo khoảng cách mà không cần tiếp xúc với vật chất cần đo Vì thế, cảm biến siêu âm thường dùng để đo mức chất lỏng có độ ăn mịn cao acid xăng, dầu, … - Sóng siêu âm loại âm có tần số cao nên độ nhạy cảm biến cao, thời gian đáp ứng nhanh - Độ xác cảm biến siêu âm gần tuyệt đối, sai số trung bình khoảng 0,15% khoảng cách 2m trở lại Nhược điểm cảm biến sóng siêu âm: SVTH: Lê Tuấn Anh, Đỗ Minh Đang Đồ án: Máy sát khuẩn tay tự động - Cảm biến siêu âm chịu ảnh hưởng nhiều nhiệt độ áp suất Vì hoạt động tốt mơi trường có nhiệt độ từ 60 độ C trở xuống áp suất khoảng bar trở lại - Các loại cảm biến siêu âm đo mức chất lỏng có chi phí đầu tư ban đầu cao so với loại cảm biến đo mức chất lỏng khác - Một nhược điểm khác cảm biến siêu âm dễ bị nhiễu tín hiệu nên lắp đặt, cần phải lắp theo hướng dẫn nhà sản xuất 1.1.5 Ứng dụng - Cảm biến siêu âm phát vật cản - Cảm biến siêu âm công nghiệp - Cảm biến siêu âm đo khoản cách - Cảm biến siêu âm đo mực nước - Cảm biến vân tay siêu âm 1.2 Động RC SERVO 9G 1.2.1 Động RC Servo gì? Động servo thiết bị tự động có sử dụng lỗi cảm biến phản hồi âm để điều chỉnh hành động cấu Trong RC Servo loại động Servo ứng dụng nhiều công nghiệp Động RC Servo loại động có tốc độ thấp, mơ - men xoắn cao có nhiều kích thước to nhỏ khác tùy vào thiết bị Khác hẳn với động DC Stepper, động RC Servo khơng xoay góc 360 độ bình thường mà loại động bị giới hạn phạm vi góc 180, 270 90 độ SVTH: Lê Tuấn Anh, Đỗ Minh Đang Đồ án: Máy sát khuẩn tay tự động Hình 1.2.1 Động RC Servo 9G 1.2.2 Thông số kỹ thuật động RC Servo 9G • Điện áp hoạt động: 4.8-5VDC • Tốc độ: 0.12 sec/ 60 degrees (4.8VDC) • Lực kéo: 1.6 KG.CM • Kích thước: 21x12x22mm • Trọng lượng: 9g 1.2.3 Cấu tạo động RC Servo Cấu tạo động RC servo bao gồm 10 phần bản: - Động - Board điều khiển tín hiệu hồi tiếp - Dây nguồn (red) SVTH: Lê Tuấn Anh, Đỗ Minh Đang 10 Đồ án: Máy sát khuẩn tay tự động Dây tín hiệu vào (Yellow or White) Dây mass (black) Volt kế Trục/ bánh output Horn/Wheel/Arm gắn kèm Vỏ servo Chip điều khiển Trong động vơn kế nối với mạch điều khiển tạo thành mạch hồi tiếp vòng kín Cả mạch động cấp nguồn DC Để quay động tín hiệu số gửi tới mạch điều khiển Tín hiệu khởi động động thông qua chuỗi bánh nối với vôn kế Vị trí trục vơn kế cho biết vị trí trục servo Khi vơn kế đạt vị trí u cầu mạch điều khiển tư dộng ngắt động Thay quay liên tục DC servo, động RC servo thiết kế quay với giới hạn khoảng 90, 180 270 độ - Hình 1.2.2 Chi tiết cấu tạo động servo 1.2.4 Nguyên lý hoạt động động servo Theo nghiên cứu giám sát cho thấy động RC servo hoạt động dựa nguyên lý PWM Cụ thể: Servo đáp ứng dãy xung số ổn định Chi tiết mạch điều khiển đáp ứng số tín hiệu ứng với xung biến đổi từ 1-2ms Các xung gửi SVTH: Lê Tuấn Anh, Đỗ Minh Đang 11 Đồ án: Máy sát khuẩn tay tự động 50 lần/ giây - đồng nghĩa với việc cung cấp xung 20ms lần Động RC servo đòi hỏi 30- 60 xung/giây Nếu số quay không đáp ứng đủ điều kiện quay thấp dẫn đến độ xác công suất servo giảm Nếu cố khiến servo quay giới hạn học truc động đụng vật cản bên khiến bánh bị mài mòn, bị rơ Nếu để tượng kéo dài lâu ngày động bánh bị hủy 1.2.5 Ứng dụng động RC servo Các servo RC sử dụng chủ yếu để cung cấp phát động cho hệ thống khí khác như: Hệ thống lái xe hơi, bề mặt điều khiển máy bay hay bánh lái thuyền RC servo thường sử dụng mơ hình điều khiển radio mà sử dụng động chuyển động tự cảm biến vị trí chiết áp đơn giản với điều khiển nhúng 1.3 VIETDUINO UNO Mạch Vietduino Uno (Arduino Uno Compatible) mạch lập trình Vi Điều Khiển nghiên cứu và sản xuất MakerLab.vn dựa nguyên mẫu mạch Arduino Uno, mạch Vietduino Uno có chức năng, kích thước, hình dạng cách sử dụng tương tự mạch Arduino Uno 1.3.1 Thông số kỹ thuật SVTH: Lê Tuấn Anh, Đỗ Minh Đang 12 Đồ án: Máy sát khuẩn tay tự động 1.3.2 Tính vượt trội 1) Tích hợp IC nguồn xung giảm áp với nguồn đầu vào VIN từ 6~24VDC, nguồn đầu cố định 5VDC với dòng tối đa lên đến 1.5A chân 5V 2) Tích hợp IC so sánh giúp phát nguồn sử dụng USB hay VIN, VIN tự ngắt nguồn từ cổng USB để tránh điện áp chạy ngược vào máy tính giúp bảo vệ cổng USB 3) Tích hợp IC nạp chương trình giao tiếp UART CP2102 / CH340 tốc độ cao 4) Sử dụng cổng Micro USB thông dụng 5) Bổ sung khối chân cấp nguồn Power+ giúp dễ dàng cấp nguồn 5VDC cho Module, bo mạch khác cách dễ dàng 6) Tương thích hồn tồn với Arduino Uno 7) Tích hợp IC bảo vệ chân giao tiếp UART (TX/RX) đồng thời hỗ trợ giao tiếp song song nhiều thiết bị qua cổng UART 8) Sử dụng Vi điều khiển ATmega328P-PU dạng DIP (chân cắm) nên dễ dàng thay SVTH: Lê Tuấn Anh, Đỗ Minh Đang 13 Đồ án: Máy sát khuẩn tay tự động 9) Tích hợp IC chuyển nguồn 3.3VDC LM1117 cho dịng đầu chân 3V3 lên đến 700mAh Hình 1.3.1 Tính vượt trội **Chú ý: Mạch Vietduino Uno có phiên sử dụng IC nạp giao tiếp UART CP2102 CH340, để sử dụng bạn cần cài đặt Driver theo hướng dẫn SVTH: Lê Tuấn Anh, Đỗ Minh Đang 14 Đồ án: Máy sát khuẩn tay tự động CHƯƠNG SƠ ĐỒ & NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG VÀ THI CÔNG MẠCH 2.1 Giới thiệu chung Sơ đồ nguyên lý hoạt động gồm phần là: - Sơ đồ tồn mạch - Code arduino Thi công mạch bao gồm: -Tiến hành lựa chọn linh kiện - Vẽ sơ đồ mạch - Thực hàn chân linh kiện dựa vào sơ đồ - Mạch hoàn thiện - Kết 2.2 Sơ đồ nguyên lý hoạt động mạch (Hình 2.1): SVTH: Lê Tuấn Anh, Đỗ Minh Đang 15 Đồ án: Máy sát khuẩn tay tự động Hình 2.1 Sơ đồ chân mạch SVTH: Lê Tuấn Anh, Đỗ Minh Đang 16 Đồ án: Máy sát khuẩn tay tự động Hình 2.2 Code arduino Hình 2.3 Code arduino Hình 2.4 Code arduino *** Nguyên lý hoạt động: SVTH: Lê Tuấn Anh, Đỗ Minh Đang 17 Đồ án: Máy sát khuẩn tay tự động Khi cảm biến siêu âm nhận tín hiệu nhỏ 10cm phát tín hiệu mức vào chân số arduino làm động servo quay góc 135 độ, tác động vào bình chứa dung dịch sát khuẩn, để thực chức khử khuẩn 2.3 Thi công mạch Bước 1: Tìm hiểu mua linh kiện sử dụng mạch nêu Chương Bước 2: Vẽ sơ đồ mạch Fritzing (Hình 2.1) Bước 3: Thực lắp ráp linh kiện vào sơ đồ mạch Hình 2.5 Cắm dây theo sơ đồ mạch SVTH: Lê Tuấn Anh, Đỗ Minh Đang 18 Đồ án: Máy sát khuẩn tay tự động Hình 2.6 Tiến hành lắp ráp mơ hình SVTH: Lê Tuấn Anh, Đỗ Minh Đang 19 Đồ án: Máy sát khuẩn tay tự động Bước 4: Mơ hình hồn thiện Hình 2.7 Mơ hình hoàn thiện Kết luận: Mạch hoạt động tốt, với yêu cầu đặt ban đầu, tình hình dịch bệnh phức tạp nên nhóm chúng em tận dụng linh kiện có sẵn động RC Servo 9g (lực kéo: 1.6 KG.CM) thay vào động Cơ RC Servo MG996R với lực kéo lớn (lực kéo: 11 KG.CM) để ấn bình chứa dung dịch sát khuẩn SVTH: Lê Tuấn Anh, Đỗ Minh Đang 20 Đồ án: Máy sát khuẩn tay tự động CHƯƠNG KẾT LUẬN 3.1 Ưu điểm: - Mạch chạy ổn định, điều khiển động RC servo tốt - An tồn sử dụng khơng tiếp xúc trực tiếp vào bình khử khuẩn - Các linh kiện gần gũi dễ sử dụng, giá thành thấp 3.2 Nhược điểm: - Do tình hình dịch bệnh diễn biến phức tạp nên việc lại mua linh kiện gặp nhiều khó khăn nên mơ hình nhóm chúng em chưa hoàn thiện mục tiêu ban đầu 3.3 Hướng phát triển: - Thiết kế mơ hình mang tính thẩm mỹ, độ hồn thiện cao - Kết hợp việc sát khuẩn đo thân nhiệt vào mô hình thực tế, cảnh báo nhiệt độ người đo thân nhiệt cao hiển thị lên hình LCD 3.4 Kết luận: - Qua trình thực đề tài: “Máy sát khuẩn tay tự động” giúp chúng em củng cố lại nhiều kiến thức học, hiểu biết thêm nhiều kiến thức mới, nâng cao kỹ chuyên môn ngành kỹ thiết kế, kỹ bố trí linh kiện mạch, qua chúng em tự đánh giá lực thân, từ khắc phục thiếu sót vốn hiểu biết Để chuẩn bị cho đồ án học kỳ hoàn thành tốt - Ngoài kỹ trên, chúng em cịn hình thành kỹ khác kỹ làm việc nhóm, biết xếp chia công việc để làm nhầm tăng hiệu để hoàn thành tốt đồ án nâng cao tinh thần đoàn kết học tập Đi song song với làm việc theo nhóm chúng em ý thức, rèn luyện kỹ làm việc độc lập Đặc biệt trình thực đồ án, chúng em rèn luyện, nâng cao kỹ giao tiếp tiếp cận đến thị trường thông qua việc mua chuẩn bị linh kiện đồ án, qua chúng em hiểu biết thêm nhiều giá thị trường linh kiện điện tử nước SVTH: Lê Tuấn Anh, Đỗ Minh Đang 21 Đồ án: Máy sát khuẩn tay tự động TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Mission Critical (2020) DIY Hand Sanitizer Dispenser Using Arduino © CC BYSA https://create.arduino.cc/projecthub/MissionCritical/diy-hand-sanitizer-dispenserusing-arduino-143de1?ref=tag&ref_id=automation&offset=26 [2] HSHOP Điện tử & robot (2017) Động RC Servo 9G https://hshop.vn/products/dong-co-rc-servo-9g [3] NSHOP (2017) Cảm biến siêu âm HC-SR04 https://nshopvn.com/product/cam-bien-sieu-am-hc-sr04/ [4] HSHOP Điện tử & robot (2018) Vietduino Uno (Arduino Uno Compatible) https://hshop.vn/products/vietduino-uno [5] donghodoapsuat.vn (2017) Cảm biến siêu âm gì? Cấu tạo nguyên lý hoạt động? https://donghodoapsuat.vn/cam-bien-sieu-am-la-gi-cau-tao-va-nguyen-ly-hoat-dong/ SVTH: Lê Tuấn Anh, Đỗ Minh Đang 22 ...Đồ án: Máy sát khuẩn tay tự động LỜI CAM ĐOAN Em xin cam đoan đề tài: ? ?Máy sát khuẩn tay tự động? ?? chúng em tự thực hướng dẫn giảng viên Các kết quả, số liệu... thành sản phẩm ? ?Máy sát khuẩn tay tự động? ?? - Rèn luyện cho sinh viên cách tự học, học đôi với thực hành khả làm việc nhóm SVTH: Lê Tuấn Anh, Đỗ Minh Đang Đồ án: Máy sát khuẩn tay tự động CHƯƠNG 1:... lý hoạt động mạch (Hình 2.1): SVTH: Lê Tuấn Anh, Đỗ Minh Đang 15 Đồ án: Máy sát khuẩn tay tự động Hình 2.1 Sơ đồ chân mạch SVTH: Lê Tuấn Anh, Đỗ Minh Đang 16 Đồ án: Máy sát khuẩn tay tự động Hình