Lịch sử nghiên cứu
Cuối năm 2019 và đầu năm 2020, đại dịch Covid-19 đã gây ra những thiệt hại toàn cầu, buộc nhiều giải pháp công nghệ phải được áp dụng để giúp mọi người tự bảo vệ mình Trong bối cảnh này, Việt Nam với nền nông nghiệp phát triển và số lượng trang trại chăn nuôi lớn đang phải đối mặt với dịch bệnh trên gia súc và gia cầm, gây thiệt hại kinh tế nghiêm trọng Theo báo cáo của Bộ NN-PTNT năm 2021, dịch bệnh ở vật nuôi diễn biến phức tạp, gây tổn thất lên tới 2,5 ngàn tỷ đồng Ngành chăn nuôi hiện đang gặp khó khăn với chi phí sản xuất tăng cao và thị trường biến động do ảnh hưởng của Covid-19, vì vậy, việc kiểm soát dịch bệnh trên động vật trở thành vấn đề then chốt để bảo vệ thành quả của ngành chăn nuôi Ngăn chặn dịch bệnh lây lan là điều vô cùng cần thiết để giảm thiểu thiệt hại.
Để phòng chống và đẩy lùi dịch bệnh một cách hiệu quả, nhiều nghiên cứu trên toàn cầu đã được thực hiện nhằm phát triển các phương pháp khử khuẩn tiên tiến.
Ánh sáng cực tím ở bước sóng từ 250-280nm có khả năng bất hoạt vi sinh vật, với hiệu quả diệt khuẩn phụ thuộc vào độ dài sóng, nhiệt độ, loại vi sinh vật và cường độ tia cực tím Để đảm bảo hiệu quả, nếu không có máy đo bước sóng, nên thay đèn mỗi 6 tháng dù đèn vẫn sáng Phương pháp chiếu tia cực tím diệt khuẩn là một giải pháp hữu hiệu để làm sạch không khí, hỗ trợ kiểm soát bệnh lao và các vi sinh vật gây bệnh khác.
Hình 1.1 Phương pháp chiếu đèn cực tím
Ánh sáng cực tím, nếu không được sử dụng đúng cách, có thể gây bỏng da và bỏng mắt nghiêm trọng Việc tiếp xúc kéo dài với ánh sáng này còn tiềm ẩn nguy cơ mắc các bệnh lý nghiêm trọng như ung thư da và đục thủy tinh thể.
Do đó, khi áp dụng phương pháp khử khuẩn này cần hết sức lưu ý và thực hiện đúng theo các quy định ban hành
✓ Khử khuẩn bằng công nghệ ion âm
Hình 1.2 Khử khuẩn bằng công nghệ ion âm
Ion là các hạt electron mang điện tích, hoạt động tự do trong không gian Chúng có khả năng thâm nhập vào cơ thể con người và tác động đến sức khỏe.
Các hạt ion đóng vai trò quan trọng đối với sức khỏe con người Nghiên cứu cho thấy rằng những hạt ion này không tự nhiên sinh ra hay mất đi, mà chúng chỉ chuyển đổi từ dạng này sang dạng khác.
Khi các electron nhận thêm điện tích âm, chúng trở thành ion âm với trạng thái trung tính Những ion âm này có khả năng tiếp nhận thêm điện tích từ các electron khác cũng mang điện tích âm Chúng hoạt động hiệu quả trong việc trung hòa, có khả năng vô hiệu hóa các ion dương có thể gây hại cho sức khỏe con người.
Khi ion âm thâm nhập vào cơ thể, chúng chuyển hóa thành khoáng chất, cung cấp năng lượng cho tế bào Điều này giúp tế bào thải độc hiệu quả hơn và sản sinh tế bào mới khỏe mạnh, từ đó tăng cường sức đề kháng cho cơ thể.
✓ Khử khuẩn bằng hóa chất
Phương pháp khử khuẩn phổ biến hiện nay là sử dụng hóa chất, tuy nhiên, hiệu quả khử khuẩn phụ thuộc vào độ nhạy cảm của các loại vi sinh vật Sinh vật đơn bào thường khó bị tiêu diệt hơn do khả năng đề kháng tốt, trong khi đó, các loại thực vật và virus thường dễ bị tiêu diệt vì chúng nhạy cảm hơn với hóa chất khử khuẩn.
Hình 1.3 Phương pháp khử khuẩn bằng hóa chất
Các loại hóa chất khử trùng Covid hiện nay như : Cồn hay alcohol, cloramin
B, dung dịch nước muối ion hóa(Anolyte)
Dung dịch khử trùng Anolyte đang ngày càng phổ biến trong việc làm sạch và khử trùng nhờ vào hiệu quả vượt trội so với các dung dịch diệt khuẩn thông thường Nó có nhiều ứng dụng tiềm năng, bao gồm khử trùng bệnh viện, văn phòng, gia đình, nhà hàng, khách sạn, trường học, phòng gym, thẩm mỹ viện, xử lý nước thải, khử trùng nước uống hàng ngày, khử độc sinh học và làm sạch hoa quả Anolyte là một chất tiệt trùng mạnh mẽ, có khả năng tiêu diệt tất cả các loại vi khuẩn và virus chỉ trong 1 đến 10 phút, ngay cả khi pha loãng hoặc phun vào không khí Do đó, dung dịch Anolyte có thể được sử dụng kết hợp với các thiết bị như súng phun khử khuẩn, máy khử khuẩn và buồng khử khuẩn toàn thân.
Buồng phun khử khuẩn tự động được thiết kế nhỏ gọn với bánh xe dễ dàng di chuyển, phù hợp lắp đặt ở nhiều không gian khác nhau Công nghệ phun sương tạo ra các hạt cực nhỏ, giúp khử khuẩn hiệu quả mà không làm ướt bề mặt, chỉ cần thời gian ngắn để diệt vi khuẩn và virus trên quần áo, túi xách Hệ thống này có thể ứng dụng rộng rãi tại các địa điểm cần sát khuẩn như bệnh viện, khu vực cách ly, doanh nghiệp sản xuất và trang trại chăn nuôi.
Các vấn đề đặt ra
Với đề tài “ Buồng phun khử khuẩn tự động” chúng ta cần giải quyết được một số vấn đề như sau:
− Lựa chọn được dung dịch khử khuẩn có hiệu quả khử khuẩn cao nhưng phải đảm bảo an toàn cho người sử dụng
− Thiết kế hệ thống phun tạo sương sao cho lượng sương phun ra trong thời gian ngắn nhưng đạt hiệu quả cao, không gây ướt quần áo
− Lựa chọn bộ điều khiển đảm bảo cho hệ thống hoạt động trơn tru
− Hệ thống phát hiện được người vào, đo nhiệt độ cho người trước khi vào buồng, kết hợp các tín hiệu giọng nói, hiển thị
− Xây dựng mô hình, tích hợp hệ thống cơ khí và hệ thống điều khiển để thử nghiệm và đánh giá hệ thống.
Phương pháp thực hiện
Dựa trên mục tiêu đề tài và kiến thức đã học, nhóm đã nghiên cứu và thu thập thông tin từ nhiều nguồn khác nhau để đề xuất phương pháp thực hiện đề tài.
Trong quá trình học tập, chúng em đã tích lũy kiến thức từ nhiều nguồn khác nhau như tài liệu, internet, và sự hướng dẫn từ giáo viên và bạn bè Nghiên cứu lý thuyết của chúng em dựa trên những thông tin này để hiểu sâu hơn về các khái niệm và ứng dụng thực tiễn.
+ Tìm hiểu về các mô hình liên quan đến đề tài
+ Nghiên cứu các tài liệu về buồng khử khuẩn
Nghiên cứu các hệ thống thực tế hiện có trên thị trường và giá thành của chúng là bước quan trọng để hiểu rõ hơn về sản phẩm Bên cạnh đó, việc sử dụng phần mềm SolidWorks để thiết kế các bộ phận cơ khí của hệ thống sẽ giúp tối ưu hóa quy trình phát triển và nâng cao chất lượng sản phẩm.
+ Tính toán thiết kế mô hình hóa cơ khí cho hệ thống đảm bảo độ chính xác và độ cứng cần thiết đáp ứng nhu cầu hệ thống
+ Tìm hiểu phương pháp xây dựng hệ thống điều khiển và chương trình điều khiển
+ Mô hình hóa, thiết kế các chi tiết của buồng khử khuẩn
+ Tính toán lựa chọn vật liệu cơ khí, các thiết bị điện, điện tử phù hợp
+ Kết hợp cơ cấu chấp hành với hệ thống, đưa ra đánh giá về cơ khí, điện năng, công suất làm việc của hệ thống
+ Đưa ra các phương pháp cải tiến hoặc thay thế để tạo ra hệ thống đạt tối ưu về mục tiêu đã đặt ra.
Dự kiến kết quả đạt được
− Tích hợp bộ điều khiển, cảm biến và cơ cấu chấp hành để xây dựng hệ thống phun chất khử khuẩn
− Xây dựng bộ bản vẽ chế tạo cơ khí, bản vẽ hệ thống điều khiển
− Xây dựng mô hình mô phỏng hệ thống điều khiển trên phần mềm
− Chế tạo mô hình thực, hệ thống điều khiển cho mô hình
TỔNG QUAN VỀ BUỒNG PHUN KHỬ KHUẨN TỰ ĐỘNG
Nguyên lý làm việc và quy trình công nghệ của hệ thống
Hệ thống âm thanh báo hiệu sẵn sàng khi đèn xanh được bật Trước khi vào buồng, người dùng sẽ đo nhiệt độ bằng cảm biến gắn ngoài cửa, với kết quả hiển thị trên màn hình LCD Nếu nhiệt độ vượt quá 38 độ C, loa sẽ phát tín hiệu cảnh báo Sau khi đo, cảm biến phát hiện người và bộ phun dung dịch hoạt động, đèn vàng bật Sau 15 giây phun khử khuẩn, đèn đỏ bật và quạt hút hoạt động để loại bỏ dung dịch thừa Cuối cùng, loa thông báo quá trình khử khuẩn đã hoàn tất.
Buồng khử khuẩn toàn thân sử dụng dung dịch muối ion phun sương mịn trong không gian kín, tự động kích hoạt phun sương trong 15 giây khi có người vào Thiết bị này đảm bảo dung dịch bao phủ toàn thân, giúp khử khuẩn hiệu quả, nhanh chóng và an toàn cho người sử dụng.
2.1.2 Sơ đồ tổng quan hệ thống
Ta có sơ đồ khối tổng quan hệ thống biểu diễn mối liên hệ giữa các khối chức năng của hệ thống (Hình 2.1)
Hình 2.1 Sơ đồ khối tổng quan của hệ thống
− Khối cảm biến: có tác dụng thu thập tín hiệu từ các vị trí đặt cảm biến sẵn để gửi tín hiệu về cho bộ xử lý
− Bộ điều khiển: Là khối điều khiển trung tâm, điều khiển toàn bộ hệ thống
Các cơ cấu chấp hành là thiết bị đảm nhận vai trò quan trọng trong việc tạo ra chuyển động trong hệ thống hoặc thực hiện các nhiệm vụ cụ thể.
− Thông báo và hiển thị: là các thiết bị có chức năng cung cấp thông tin về tiến trình, trạng thái hoạt động của hệ thống cho người dùng
− Khối nguồn: Cùng cấp năng lượng cho toàn bộ hệ thống có khả năng biến đổi điện áp
2.1.3 Dung dịch khử khuẩn a) Dung dịch NaOClean (nước muối ion)
Dung dịch khử khuẩn NaOClean, được sản xuất từ muối và nước qua quá trình điện phân, là sản phẩm tiên tiến của tập đoàn D&D Electronics Hàn Quốc Là thương hiệu hàng đầu thế giới trong lĩnh vực khử khuẩn bằng điện phân, NaOClean đã được tin dùng tại nhiều quốc gia như Mỹ, Canada, Đức và Nhật Bản.
Hình 2.2 Dung dịch muối ion
PH từ 1 – 6.5: Anolyte có tính axit cao, khả năng sát khuẩn mạnh nhưng không an toàn khi sử dụng trên cơ thể người
PH từ 6.5-7.5: Anolyte có tính bình ổn, sát khuẩn, diệt virus nhanh và tuyệt đối an toàn khi sử dụng trên cơ thể người
PH trên 7.5: Anolyte có tính Bazo mức độ diệt khuẩn không cao
Nước khử khuẩn NaOClean, được sản xuất với nồng độ ổn định và pH trung tính (6.5-7.5), đảm bảo an toàn cho người sử dụng và môi trường Dung dịch sát khuẩn này bám trên quần áo và vật dụng của người dùng, mang lại hiệu quả khử khuẩn mà không để lại dư lượng.
Hình 2.3 Quy trình điện phân NaOClean
Dưới tác động của dòng điện, quá trình điện phân dung dịch nước muối loãng diễn ra mà không có màng ngăn, tạo ra dung dịch nước khử khuẩn NaOClean với thành phần chính là Sodium Hypochlorit (NaOCl) và các yếu tố khác như gốc OH và H2 Anolyte được sản xuất thông qua việc điện phân dung dịch natri cloride, dẫn đến sự hình thành hai chất NaClO và HClO từ cực dương của bình điện phân.
Nước khử khuẩn NaOClean được sản xuất với nồng độ ổn định và pH trung tính (6.5-7.5), đảm bảo an toàn cho người sử dụng và thân thiện với môi trường.
+ Vệ sinh phun, lau rửa khử trùng bề mặt trang trại, dụng cụ hằng ngày thay thế các hóa chất, giúp loại bỏ vi khuẩn, vi rút, mầm bệnh
+ Giảm thiểu sự sinh sôi của các mầm bệnh, vi khuẩn, giúp duy trì năng suất nuôi trồng
+ Sử dụng để khử khuẩn người, dụng cụ trước và sau khi vào khu vực trang trại chăn nuôi và trồng trọt
Làm sạch thức ăn cho gia súc và gia cầm là rất quan trọng Việc rửa sạch các loại thức ăn tươi như cỏ và rau trước khi cho vật nuôi ăn giúp loại bỏ bụi bẩn, vi khuẩn và mầm bệnh, từ đó bảo vệ sức khỏe cho vật nuôi.
+ Xử lý hệ thống đường ống chất thải nông nghiệp
Hệ thống buồng phun khử khuẩn tự động sử dụng công nghệ khử khuẩn bằng hóa chất, cụ thể là dung dịch nước muối ion hóa (Anolyte) dạng sương, giúp phun sát khuẩn toàn thân Ngoài ra, dung dịch Cloramin B cũng được áp dụng trong quy trình khử khuẩn này.
Cloramin B là hóa chất sát khuẩn bề mặt chứa sodium benzensulfocheler amin (C6H5SO2NClNa.3H2O) với 25% clo, đã được Bộ Y tế cho phép sử dụng Dung dịch Cloramin B có nồng độ pha khác nhau, ảnh hưởng đến sức khỏe con người Hóa chất này thường được áp dụng trong các hệ thống lớn như khử khuẩn nước, y tế và trong môi trường rộng rãi.
− Phân loại dung dịch Cloramin B:
Cloramin B là một hóa chất khử trùng dạng bột trắng, có nồng độ từ 25% đến 30% Khi được pha với nước, nó tạo thành dung dịch Cloramin B, có thể được phun trực tiếp lên các bề mặt cần sát khuẩn.
Cloramin B dạng viên nén: Đối với trọng lượng cloramin B ở dạng nén là
Viên nén 250mg có khả năng khử trùng 25 lít nước sinh hoạt Tuy nhiên, việc sử dụng viên nén này đòi hỏi người dùng phải cẩn trọng trong việc định lượng, vì nếu sử dụng quá liều sẽ ảnh hưởng đến sức khỏe.
+ Khử trùng bề mặt các đồ vật gia đình, các nơi trung gian truyền bệnh như: Công tắc điện, tay cầm chốt cửa, các thiết bị điều khiển,…
+ Giúp tiêu diệt các nấm mốc, các vi khuẩn lây lan dịch ở người Tạo không gian thoáng mát, sạch sẽ trong khuôn viên gia đình
+ Ứng dụng cao trong ngành y tế: Giúp tẩy rửa các vết thương bị nhiễm khuẩn, hạn chế mức nhiễm trùng
Trong ngành công nghiệp, việc tiệt trùng và vệ sinh các khu vực dịch bệnh bùng phát là rất quan trọng Điều này bao gồm việc sát trùng chuồng trại chăn nuôi, xử lý nước nuôi thủy hải sản và quản lý nước thải sinh hoạt Những biện pháp này giúp ngăn chặn sự lây lan của mầm bệnh và đảm bảo an toàn cho sức khỏe cộng đồng.
➢ Lựa chọn dung dịch khử khuẩn:
Sau khi nghiên cứu và đánh giá các dung dịch khử khuẩn theo các nguyên tắc đảm bảo sức khỏe người dùng và hiệu quả tối ưu, chúng tôi nhận thấy rằng dung dịch muối ion là lựa chọn phù hợp để sử dụng làm dung dịch khử khuẩn.
12 của buồng do nó không gây kích ứng đường hô hấp, đảm bảo an toàn cho người sử dụng.
Hệ thống điều khiển
Hệ thống điều khiển bao gồm: Vi điều khiển Atmega328P và Relay
ATmega328P là một bộ vi điều khiển tiên tiến và nổi tiếng của Atmel, thường được sử dụng trong bo mạch Arduino UNO Thuộc họ vi điều khiển megaAVR, ATmega328P được thiết kế để xử lý các bộ nhớ chương trình lớn, với lượng ROM, RAM và chân I/O đa dạng Họ megaAVR bao gồm các vi điều khiển với số lượng chân đầu ra khác nhau, từ 8 chân đến hàng trăm chân, cung cấp nhiều tính năng linh hoạt cho các ứng dụng khác nhau.
Mạch bên trong của ATmega328P được thiết kế để tiêu thụ dòng điện thấp, với 32 kilobyte bộ nhớ flash, 1 kilobyte EEPROM và 2 kilobyte SRAM Trong đó, EEPROM và bộ nhớ flash lưu trữ thông tin ngay cả khi nguồn điện bị ngắt, trong khi SRAM chỉ giữ thông tin khi có điện; khi mất điện, tất cả dữ liệu trong SRAM sẽ bị xóa.
Hình 2.6 Sơ đồ chân của Atmega328P
Với 23 chân có thể sử dụng cho các kết nối vào hoặc ra i/O, 32 thanh ghi,
ATmega328 là một vi điều khiển mạnh mẽ với 3 bộ timer/counter lập trình được, hỗ trợ các ngắt nội và ngoại cùng với giao thức truyền thông nối tiếp như USART, SPI, và I2C Nó còn tích hợp bộ biến đổi số tương tự 10 bit (ADC/DAC) có thể mở rộng tới 8 kênh, cho phép lập trình watchdog timer và hoạt động với 5 chế độ nguồn khác nhau Vi điều khiển này cũng hỗ trợ tối đa 6 kênh điều chế độ rộng xung (PWM) và tính năng bootloader ATmega328 có khả năng hoạt động trong dải điện áp rộng từ 1.8V đến 5.5V, với tốc độ thực thi đạt 1MIPS trên 1MHz.
Atmega328P là một vi điều khiển phổ biến với hàng ngàn ứng dụng sáng tạo, và con số này sẽ còn tăng trong tương lai Mỗi ngày, sinh viên, kỹ sư và những người đam mê điện tử đều phát triển các ứng dụng mới dựa trên chip này Một số ứng dụng tiêu biểu cho Atmega328P bao gồm:
+ Hệ thống điều khiển máy móc công nghiệp
+ Máy móc và ứng dụng năng lượng mặt trời
+ Các ứng dụng dựa trên IOT
+ Các ứng dụng dựa trên nguồn điện và bộ sạc
+ Ứng dụng giao tiếp không dây
+ Các ứng dụng dựa trên bảo mật
+ Các dự án & hệ thống liên quan đến y tế và sức khỏe
+ Các ứng dụng liên quan đến ô tô
Dưới đây là thông số kỹ thuật của vi điều khiển Atmega328P (Bảng 2.1):
Bảng 2.1 Thông số kỹ thuật của Atmega328P
Vi điều khiển ATmega328P Điện áp hoạt động 1,8- 5V
Digital I/O pin 14 (trong đó 6 pin có khả năng băm xung)
Cường độ dòng điện trên mỗi I/O pin 20 mA
Cường độ dòng điện trên mỗi 3.3V pin 50 mA
0.5 KB được sử dụng bởi bootloader
Relay là thiết bị điện cho phép điều khiển dòng điện lớn bằng một dòng điện nhỏ Nó có thể hoạt động với các dòng điện yếu như biến trở, tín hiệu analog 4-20mA, 0-10v hoặc tín hiệu relay từ bộ điều khiển Relay bán dẫn là một trong những loại relay phổ biến hiện nay.
Hình 2.8 Cấu tạo của relay bán dẫn
Rơ le bán dẫn có thiết kế gọn gàng và đơn giản, không có bộ phận chuyển động như rơ le cơ khí, do đó loại bỏ tiếng động và tia lửa điện khi hoạt động Nhờ vậy, rơ le bán dẫn khắc phục những nhược điểm của rơ le cơ khí truyền thống, mang lại hiệu suất cao hơn và độ bền lâu dài.
SSR có cấu tạo khá đơn giản bao gồm : Diot phát quang và bộ Tri-ac
Hình 2.9 Nguyên lý hoạt động của relay bán dẫn
Khác với relay cơ học, relay bán dẫn không có sự thay đổi vị trí của các thành phần khi chuyển đổi giữa các trạng thái bật và tắt Thay vào đó, relay bán dẫn hoạt động bằng cách chuyển đổi tín hiệu điện điều khiển thành tín hiệu quang học, thường được phát ra qua đèn LED hồng ngoại.
Tín hiệu quang học được truyền qua khe nhỏ trong module, gọi là bộ cách ly quang, tới transistor cảm quang Transistor này chuyển đổi tín hiệu và gửi đến các linh kiện điện tử khác, giúp mạch đóng và kích hoạt hành động mong muốn mà không cần tiếp điểm nào trong relay bán dẫn tiếp xúc trực tiếp.
+ Không xảy ra hiện tượng tóe lửa, không gây nhiễu và không gây ra tiếng ồn như nhiều loại rơ le khác
+ Độ bền và tuổi thọ cao
+ Dòng điều khiển thấp nhưng chúng có thể điều khiển được điện áp cao + Kích thước nhỏ gọn, thuận tiện cho việc đóng gói
+ Khi làm việc ở công suất lớn thì Rơ le cần phải tản nhiệt
+ Đòi hỏi người sử dụng có hiểu biết và kiến thức về điện tử chuyên sâu + Nhiều khi có thể gây méo tín hiệu
+ Có thể xảy ra hiện tượng dò điện và chết chập
Rơ le bán dẫn được sử dụng phổ biến trong các mạch điện điều khiển tại gia đình và xí nghiệp, đặc biệt là trong các tủ điều khiển máy bơm Chúng đóng vai trò quan trọng trong việc điều khiển máy bơm ly tâm trong quy trình xử lý nước cấp sản xuất Rơ le hoạt động như một thiết bị trung gian, thực hiện việc đóng cắt mạch nguồn cho máy bơm dựa trên tín hiệu điều khiển từ biến tần hoặc PLC Rơ le 4 kênh cũng là một giải pháp hiệu quả trong ứng dụng này.
Relay được cấu tạo từ một cuộn dây kim loại bằng đồng hoặc nhôm quấn quanh lõi sắt từ, bao gồm phần tĩnh gọi là ách từ (Yoke) và phần động gọi là phần cứng (Armature) Phần cứng này kết nối với một tiếp điểm động, trong khi cuộn dây có nhiệm vụ hút thanh tiếp điểm để tạo ra trạng thái NO (Normally Open) và NC (Normally Closed) Mạch tiếp điểm (mạch lực) đóng vai trò quan trọng trong việc đóng cắt các thiết bị tải với dòng điện nhỏ, được cách ly bởi một cuộn hút.
Hình 2.11 Nguyên lý hoạt động của relay dòng điện
Mạch đầu vào được kích hoạt bởi công tắc hoặc cảm biến, cho phép dòng điện chạy qua mạch thứ nhất, từ đó kích hoạt nam châm điện Sự kích hoạt này tạo ra từ trường để thu hút tiếp điểm màu đỏ, tiếp theo sẽ kích hoạt mạch thứ hai.
Khi tắt nguồn, lò xo được lắp trước vào tiếp điểm sẽ kéo tiếp điểm trở lại vị trí ban đầu, đồng thời tắt mạch thứ hai một lần nữa.
+ Khả năng cách điện tốt
+ Có sẵn header rất tiện dụng để kết nối với vi điều khiển
Module tích hợp mạch kích relay sử dụng IC cách ly quang và transistor, đảm bảo cách ly hoàn toàn giữa mạch vi điều khiển và rơ le Điều này giúp vi điều khiển hoạt động ổn định và hiệu quả hơn.
+ Tốc độ xử lý chậm
+ Phóng hồ quang gây nhiễu
+ Khá ồn khi sử dụng.
Các loại cảm biến
Cảm biến hồng ngoại (Infrared Sensor) là thiết bị điện tử dùng để đo và phát hiện bức xạ hồng ngoại trong nhiều môi trường khác nhau Bước sóng của cảm biến hồng ngoại không thể nhìn thấy bằng mắt người vì nó rộng hơn ánh sáng khả kiến Thực tế, bất kỳ vật thể nào có nhiệt độ trên 0 độ K đều phát ra bức xạ hồng ngoại.
Hình 2.12 Cảm biến hồng ngoại
Có hai loại cảm biến hồng ngoại: chủ động và thụ động
Cảm biến hồng ngoại chủ động (AIR) bao gồm một diode phát sáng (LED) và một cảm biến thu, có khả năng phát và thu tín hiệu hồng ngoại Khi một vật thể đến gần, ánh sáng hồng ngoại từ LED sẽ phản xạ lại và bộ thu sẽ nhận diện tín hiệu này, phát hiện sự có mặt của vật thể Cảm biến hồng ngoại hoạt động như một cảm biến tiệm cận và thường được ứng dụng trong các hệ thống phát hiện chướng ngại vật.
Cảm biến hồng ngoại thụ động (PIR) là thiết bị chỉ có khả năng phát hiện bức xạ hồng ngoại từ các vật thể như con người, động vật hoặc nguồn nhiệt, mà không phát ra bức xạ hồng ngoại riêng Khi phát hiện bức xạ hồng ngoại, cảm biến sẽ chuyển tín hiệu thành cảnh báo, do đó được gọi là "thụ động" vì nó chỉ có chức năng phát hiện mà không phát ra tia hồng ngoại.
Hình 2.13 Nguyên lý hoạt động cảm biến hồng ngoại
Cảm biến hồng ngoại hoạt động dựa trên việc sử dụng cảm biến ánh sáng để phát hiện bước sóng trong phổ hồng ngoại Để đo cường độ ánh sáng, người ta sử dụng đèn LED phát ra ánh sáng có cùng bước sóng mà cảm biến hồng ngoại đang tìm kiếm Khi vật thể ở gần cảm biến, ánh sáng từ đèn LED sẽ phản xạ từ vật thể và đi vào cảm biến, tạo ra một bước nhảy lớn về cường độ ánh sáng.
+ Cảm biến hồng ngoại có độ nhạy cao trong xác định vật thể phát ra bức xạ hồng ngoại trong không gian
+ Thiết kế cảm biến cho phép xác định khoảng cách chính xác của vật thể phát bức xạ hồng ngoại
+ Thiết kế và cấu tạo đơn giản, cảm biến hồng ngoại có giá thành rẻ
Đèn sử dụng công nghệ cảm biến hồng ngoại có một số nhược điểm, bao gồm góc quét hạn chế và điểm chết, khiến cho việc cảm biến không thể xuyên qua vật cản Công nghệ này còn phụ thuộc vào nhiệt độ, do đó, trong môi trường có nhiệt độ cao, độ nhạy của đèn sẽ giảm Phạm vi hoạt động của đèn cảm biến thường chỉ trong khoảng 2 – 3m.
➢ Cảm biến hồng ngoại vật cản E18-D80NK:
Hình 2.14 Cảm biến hồng ngoại E18-D80NK
Bảng 2.2 Thông số kỹ thuật cảm biến hồng ngoại E18-D80NK
Dạng đóng ngắt Thường mở (NO - Normally Open)
Số dây tín hiệu 3 dây (2 dây cấp nguồn DC và 1 dây tín hiệu) Nguồn điện cung cấp 5VDC
Khoảng cách phát hiện 3 ~ 80cm
Dòng kích ngõ ra 300mA
Chân tín hiệu ngõ ra Dạng Transistor NPN đã được kéo nội trở 10k lên VCC, khi có vật cản sẽ xuất ra mức thấp
(Low-GND), khi không có vật cản sẽ ở mức cao (High-VCC)
2.3.2 Cảm biến đo nhiệt độ hồng ngoại không tiếp xúc
Hình 2.15 Cảm biến đo nhiệt độ hồng ngoại không tiếp xúc
Cảm biến nhiệt độ hồng ngoại không tiếp xúc hoạt động dựa trên nguyên lý phát và nhận chùm tia hồng ngoại từ vật cần đo Thiết bị này tính toán năng lượng phát ra và thu về của các tia hồng ngoại để xác định nhiệt độ tương ứng Mọi vật có nhiệt độ trên -273 độ C đều phát ra bức xạ hồng ngoại, và cảm biến hồng ngoại sẽ đo mức năng lượng này để tính toán nhiệt độ của vật.
Hình 2.16 Nguyên lý hoạt động cảm biến đo nhiệt độ hồng ngoại
Hồng ngoại là sóng có bước sóng dài hơn ánh sáng khả kiến, với mắt người có thể nhìn thấy ánh sáng từ 0.36µm đến 0.72µm Phần hồng ngoại của phổ có bước sóng từ 0.7µm đến 1000µm, trong đó chỉ các tần số từ 0.7µm đến 20µm được sử dụng để đo nhiệt độ hàng ngày Cảm biến nhiệt độ hồng ngoại hoạt động bằng cách phát ra tia hồng ngoại đến bề mặt vật thể và nhận lại các tia phản xạ mang năng lượng để tính toán nhiệt độ.
Bảng 2.3 Thông số cảm biến đo nhiệt độ Điện áp hoạt động 3.3 ~ 5 VDC
Nhiệt độ cảm biến -40 ~ 125 độ C
Nhiệt độ vật thể đo -70 ~ 380 độ C Độ phân giải đo 0,02 độ C
Giao diện kỹ thuật số tương thích SMBus
2.3.3 Cảm biến chạm (touch sensor)
Cảm biến chạm, hay còn gọi là cảm biến xúc giác, có khả năng phát hiện cảm ứng Khi được kết hợp với hệ thống đo nhiệt độ, cảm biến này cho phép người dùng theo dõi nhiệt độ cơ thể một cách hiệu quả.
Cảm ứng hoạt động như một công tắc, được kích hoạt khi có va chạm, áp lực hoặc lực tác động Khi áp suất hoặc tiếp điểm không còn, chúng sẽ trở lại trạng thái công tắc mở.
Cảm biến bao gồm hai dây dẫn song song, được ngăn cách bởi một lớp chất cách điện Các tấm dẫn điện này hoạt động như một tụ điện với giá trị điện dung C0 Mạch đo điện dung liên tục theo dõi giá trị C0 của cảm biến, và khi phát hiện sự thay đổi trong điện dung, mạch sẽ phát sinh tín hiệu tương ứng.
Bảng 2.4 Thông số kỹ thuật cảm biến chạm
Dòng tiêu thụ 0.025mA Độ dày xuyên qua Tối đa 5mm
Chế độ hoạt động 2 chế độ
Cơ cấu chấp hành
2.4.1 Máy bơm dung dịch khử khuẩn
Hình 2.18 Máy bơm dung dịch khử khuẩn
Máy bơm phun sương tạo độ ẩm hoạt động bằng cách sử dụng động cơ bơm áp lực lớn và các béc phun với đầu phun nhỏ, giúp phân tách nước thành những hạt li ti Quá trình này không chỉ làm tăng độ ẩm mà còn khuếch tán nước một cách hiệu quả trong không gian.
24 tán ra bên ngoài nhằm tăng cường hiệu quả khử khuẩn mà không làm ướt quần áo hoặc đọng nước trong buồng
+ Dễ dàng lắp đặt, sử dụng
+ Tiêu thụ nhiều dung dịch khử khuẩn
+ Hiệu quả khử khuẩn không cao như các máy tạo sương bằng nhiệt hay máy tạo sương bằng sóng siêu âm
Quạt thông gió là thiết bị thiết yếu cho việc lưu thông không khí trong và ngoài không gian buồng Với cơ chế hoạt động sử dụng động cơ, quạt giúp loại bỏ không khí tù đọng và ẩm mốc, đồng thời đưa luồng không khí tươi mát từ bên ngoài vào trong Nhờ đó, không gian buồng luôn được sạch sẽ và đảm bảo cho người tiếp theo vào khử khuẩn hiệu quả.
Hình 2.19 Quạt hút âm trần
Khi công tắc được bật, động cơ sẽ hoạt động, cánh quạt quay và van mở ra, tạo ra lực hút để loại bỏ bụi bẩn và chất độc hại từ trong phòng ra ngoài qua ống gió Cuối ống gió có lắp đặt vencap để ngăn chặn côn trùng bay vào.
Ngắt điện công tắc tắt -> động cơ ngừng hoạt động, cánh quạt ngừng quay, van đóng ngăn chặn mùi, bụi bẩn còn trong ống quay trở lại không gian
2.4.3 Hệ thống phát âm a Module phát âm DFPlayer mini
Mạch phát âm thanh MP3 tích hợp Amply DFPlayer Mini có thiết kế nhỏ gọn, cho phép phát âm thanh MP3 qua thẻ nhớ MicroSD và giao tiếp với vi điều khiển qua UART Với amply công suất nhỏ tích hợp, mạch này có thể kết nối trực tiếp với loa, phục vụ cho các ứng dụng âm thanh đơn giản Ngoài ra, module còn hỗ trợ giải mã các định dạng âm thanh như MP3, WAV và WMA.
Dưới đây là bảng thông số kỹ thuật của Module phát âm (Bảng 2.5):
Bảng 2.5 Thông số kỹ thuật module phát âm Điện áp sử dụng 3.2~5VDC
Chuẩn giao tiếp UART hoặc có thể điều khiển trực tiếp qua các chân
Tích hợp IC Amply công suất nhỏ YX8002A nên có thể nối trực tiếp với loa Định dạng âm thanh hỗ trợ MP3 và WAV
Tốc độ lấy mẫu (Khz) 8 / 11.025 / 12 / 16 / 22.05 / 24 / 32 / 44.1 / 48 với ngõ ra 24bit Mức điều chỉnh Tối đa 30 mức Volume và 6 mức EQ
Hỗ trợ bảng cấp phát tập tin FAT16, FAT32, thẻ TF hỗ trợ tối đa 32Gb b Loa mini
Loa mini được dùng để phát âm thanh về cách vận hành của buồng cũng như các thông báo yêu cầu người dùng thực hiện
Hình 2.21 Loa Bảng 2.6 Thông số kỹ thuật loa mini
Hình dạng Dạng tròn Đường kính loa 78mm
2.4.4 Hệ thống hiển thị a Mạch chuyển đổi I2C
Module I2C là giải pháp chuyển đổi giao tiếp song song sang I2C cho LCD, giúp đơn giản hóa quá trình kết nối Thay vì cần đến 6 chân vi điều khiển (RS, EN, D7, D6, D5, D4), bạn chỉ cần sử dụng 2 chân (SCL, SDA) nhờ vào module này Nó hỗ trợ các loại LCD sử dụng driver HD44780 như LCD 1602 và LCD 2004, giúp tiết kiệm không gian và tăng hiệu quả trong thiết kế mạch.
27 với vi điều khiển thông qua giao tiếp I2C, tương thích với hầu hết các vi điều khiển hiện nay
Hình 2.22 Mạch chuyển đổi I2C Bảng 2.7 Thông số kỹ thuật mạch chuyển đổi I2C Điện áp hoạt động 2,5 – 6 VDC
Hỗ trợ màn hình LCD 1602, 1604, 2004 (driver
Giao tiếp I2C Địa chỉ mặc định 0X27 (có thể điều chỉnh bằng ngắn mạch chân A0/A1/A2)
Tích hợp Jump chốt để cung cấp đèn cho LCD hoặc ngắt
Tích hợp biến trở xoay điều chỉnh độ tương phản cho LCD b LCD 1602
Màn hình LCD (Liquid Crystal Display) được ứng dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực của Vi điều khiển (VĐK) nhờ vào những ưu điểm vượt trội so với các loại hiển thị khác.
Nó có khả năng hiển thị đa dạng các kí tự như chữ, số và kí tự đồ họa một cách trực quan Thiết bị này dễ dàng tích hợp vào mạch ứng dụng thông qua nhiều giao thức giao tiếp khác nhau, đồng thời tiêu tốn rất ít tài nguyên hệ thống và có giá thành phải chăng.
Bảng 2.8 Chức năng các chân của LCD 1602
Chân Ký hiệu Mô tả
1 VSS Chân nối đất cho LCD, khi thiết kế mạch ta nối chân này với
GND của mạch điều khiển
2 VDD Chân cấp nguồn cho LCD, khi thiết kế mạch ta nối chân này với VCC=5V của mạch điều khiển
3 VEE Điều chỉnh độ tương phản của LCD
Chân chọn thanh ghi (Register select) Nối chân RS với logic “0” (GND) hoặc logic “1” (VCC) để chọn thanh ghi
Trong chế độ "ghi", bus DB0-DB7 sẽ kết nối với thanh ghi lệnh IR của LCD, trong khi ở chế độ "đọc", nó sẽ nối với bộ đếm địa chỉ của LCD.
+ Logic “1”: Bus DB0-DB7 sẽ nối với thanh ghi dữ liệu DR bên trong LCD
Chân chọn chế độ đọc/ghi (Read/Write) Nối chân R/W với logic “0” để LCD hoạt động ở chế độ ghi, hoặc nối với logic
“1” để LCD ở chế độ đọc
Chân cho phép (Enable) Sau khi các tín hiệu được đặt lên bus DB0-DB7, các lệnh chỉ được chấp nhận khi có 1 xung cho phép của chân E
Trong chế độ ghi, khi tín hiệu chân E phát hiện một xung chuyển từ cao xuống thấp, dữ liệu trên bus sẽ được LCD chuyển vào và chấp nhận vào thanh ghi bên trong của nó.
Khi ở chế độ đọc, dữ liệu sẽ được LCD xuất ra từ DB0 đến DB7 khi có sự chuyển đổi từ mức thấp sang mức cao ở chân E Dữ liệu này sẽ được giữ lại trên bus cho đến khi chân E trở về mức thấp.
Tám đường của bus dữ liệu dùng để trao đổi thông tin với MPU
Có 2 chế độ sử dụng 8 đường bus này :
+ Chế độ 8 bit : Dữ liệu được truyền trên cả 8 đường, với bit MSB là bit DB7
+ Chế độ 4 bit : Dữ liệu được truyền trên 4 đường từ DB4 tới DB7, bit MSB là DB7
15 - Nguồn dương cho đèn nền
Bảng 2.9 Thông số kỹ thuật của LCD 1602 Điện áp -0,3V - 7V Điện áp ra mức thấp 2,4V Điện áp hoạt động ổn định 2,7V – 5,5V
Dòng điện cấp nguồn 350uA – 600uA
Nhiệt độ hoạt động -30 - 75 độ C c Đèn báo
Với 3 loại đèn xanh, vàng, đỏ được sử dụng để báo các trạng thái đang diễn ra của buồng khử khuẩn
Bảng 2.10 Thông số kỹ thuật đèn báo Điện áp hoạt động 12VDC
Tuổi thọ làm việc liên tục ≥ 30000 giờ Độ sáng ≥ 100 cd/m2
Các khối nguồn
Nguồn xung là bộ nguồn chuyển đổi điện xoay chiều thành điện một chiều, hoạt động dựa trên nguyên tắc dao động xung Quá trình này được thực hiện thông qua các mạch điện tử kết hợp với biến áp xung.
Nguồn xung là bộ mạch chuyển đổi điện xoay chiều thành điện một chiều thông qua chế độ dao động xung kết hợp với biến áp xung Nhiều nguồn tuyến tính cổ điển sử dụng biến áp sắt từ để hạ áp và chỉnh lưu kết hợp với IC nguồn tuyến tính, nhằm tạo ra các cấp điện áp một chiều như 3.3V, 5V, 6V, phục vụ cho nhiều mục đích khác nhau Để đáp ứng nhu cầu hệ thống, chúng tôi sử dụng nguồn tổ ong 12V-5A.
Khi công tắc điện mở, nguồn điện đi qua nguồn xung, làm cuộn sơ cấp của biến áp được cắt điện liên tục qua sò công suất, tạo ra trường biến thiên Điều này dẫn đến việc cuộn thứ cấp của biến áp cũng xuất hiện điện áp ra, được chỉnh lưu qua diode và đưa vào tụ lọc thứ cấp để làm phẳng điện áp Cuối cùng, các tụ IC quang và IC TL431 điều khiển dao động cắt điện vào cuộn sơ cấp của biến áp xung, đảm bảo điện áp ra bên thứ cấp đạt yêu cầu.
Trong ngành công nghiệp, nguồn tổ ong được sử dụng để điều khiển các thiết bị như relay, contactor, cung cấp nguồn cho màn hình HMI, PLC, điều khiển động cơ, quạt làm mát, và cung cấp tín hiệu kích cho các driver điều khiển như servo và step driver.
Nguồn Adapter có vai trò chuyển đổi điện áp xoay chiều AC thành điện áp một chiều DC
Nguồn Adapter 5V – 2A là thiết bị nguồn xung, chuyển đổi điện áp từ 220VAC sang 5VDC, thường được sử dụng để cung cấp năng lượng cho các bo mạch điều khiển và các module điều khiển sử dụng nguồn bên ngoài.
Bảng 2.11 Thông số kỹ thuật nguồn xung 5V-2A Điện áp đầu vào 100VAC – 240VAC
Tần số 50/60 Hz Điện áp đầu ra 5VDC
Dòng điện tối đa đầu ra 2A
TÍNH TOÁN VÀ THIẾT KẾ HỆ THỐNG BUỒNG PHUN KHỬ KHUẨN TỰ ĐỘNG
Thiết kế hệ thống cơ khí
3.1.1 Mô hình hệ thống cơ khí
Hệ thống được mô phỏng và thiết kế bằng phần mềm 3D SOLIDWORKS, nổi bật với tính năng thiết kế mạnh mẽ và danh mục giải pháp đa dạng Solidworks đáp ứng hiệu quả nhu cầu thiết kế 3D trong các ngành kỹ thuật công nghiệp.
Hình 3.1 Mô hình hệ thống trong thiết kế
Xây dựng mô hình hệ thống cơ khí trên phần mềm mô phỏng mang lại cái nhìn trực quan về hệ thống, từ đó giúp quá trình thiết kế mô hình thực trở nên dễ dàng hơn.
Hình 3.2 Mô hình tổng quan hệ thống
3.1.2 Tính toán lựa chọn động cơ máy bơm phun sương a Chọn béc phun
Béc phun sương là thiết bị thiết yếu trong hệ thống máy phun sương, đóng vai trò quyết định đến độ dày mỏng, độ mịn và độ rộng của lớp phun sương Do đó, béc phun sương có nhiều kích cỡ khác nhau để phù hợp với các nhu cầu sử dụng khác nhau.
Bảng 3.1 Thông số kỹ thuật các loại béc phun
STT Loại béc Đường kính lỗ phun(mm) Áp lực phun (Kg/cm2)
Lưu lượng nước (ml/min) (l/h)
Đối với buồng khử khuẩn, yêu cầu quan trọng là sương phun ra phải mịn và có độ dày, rộng đủ để bao phủ toàn bộ thể tích buồng trong thời gian ngắn nhất, nhằm rút ngắn thời gian khử khuẩn hiệu quả.
Hình 3.3 Lượng phun sương của các loại béc phun
Dựa trên các điều kiện và yêu cầu đã được xác định, nhóm đã quyết định chọn béc phun sương số 1 (1510) cho buồng khử khuẩn, với các thông số kỹ thuật cụ thể như sau:
Hình 3.4 Béc phun sương số 1
+ Đường kính lỗ phun: 0.15mm
+ Áp lực phun: 20-70 Kg/cm2
+ Lưu lượng nước: 20-46 ml/min b Tính chọn máy bơm phun sương
➢ Tính toán khối lượng dung dịch phun
Để đảm bảo khả năng khử trùng đạt tiêu chuẩn của Bộ Y tế, chúng tôi đã thiết kế buồng khử khuẩn với thuốc khử trùng có khả năng bảo phủ trên 95% cơ thể người sử dụng.
Trong điều kiện môi trường ngoài trời với nhiệt độ trung bình 27°C, để thuốc khử trùng có thể phủ kín buồng, độ ẩm không khí cần đạt 100% Do khối lượng của dung dịch khử trùng và nước tương đối giống nhau, chúng ta có thể xem dung dịch khử trùng như nước để thực hiện các phép tính cần thiết.
Từ yêu cầu thiết kế buồng khử khuẩn có kích thước lần lượt là: 1x 1x 2m
• Thể tích của buồng là:
Giả sử yêu cầu bài toán lượng sương phun ra kín toàn bộ thể tích của buồng:
• Ta có công thức tính độ ẩm tỉ đối:
Trong đó: α: là độ ẩm tuyệt đối là khối lượng hơi nước m (gam) có trong 1 m 3 thể tích
A: độ ẩm cực đại của không khí, hay độ ẩm bão hòa là lượng hơi nước bão hòa trong không khí tại một thời điểm và nhiệt độ nhất định tính bằng g/m3
𝑓: độ ẩm tỷ đối cho biết mức độ ẩm của không khí
Giả sử nhiệt độ ngoài trời là 27 o C thì độ ẩm cực đại là A%.81 (g/m 3 ) [12]
• Thay 𝑓 0%, A%.81 (g/m 3 ) vào công thức (1.2) ta được:
• Công thức tính khối lượng nước trong buồng khử khuẩn: m = V g ( ) (1.3)
Trong đó: m: Khối lượng nước trong không khí (g) α: Độ ẩm tuyệt đối (khối lượng nước trong 1m 3 không khí (g/m3) A: độ ẩm cực đại
𝑓: Độ ẩm của không khí (RH)
(Công thức áp dụng đối với áp suất không khí là 1atm)
Khối lượng hơi nước có trong buồng là:
➢ Tính toán lưu lượng phun
Để tối ưu hóa quy trình khử khuẩn, chúng ta chọn thời gian phun sương là 15 giây, nhằm đảm bảo số lượng người được khử khuẩn trong thời gian ngắn nhất, đồng thời đạt yêu cầu dung dịch phun phủ 95% cơ thể người sử dụng.
− Lượng sương phun ra trong thời gian 1 giây là:
Trong đó: M t : lượng sương phun ra trong thời gian 1 giây m: khối lượng dung dịch mỗi lần phun t : thời gian mỗi lần phun
Thay mQ.62(g), t (s) vào (1.4) ta được:
Để đảm bảo thời gian phun là 15 giây cho mỗi lần, số lượng vòi phun cần phải đủ để cung cấp khối lượng dung dịch cần thiết Trong trường hợp này, chúng ta lựa chọn số lượng béc phun là n = 6.
− Lượng sương phun ra ở mỗi đầu béc phun trong thời gian 1 giây là:
− Lưu lượng nước qua ống là: t ( 3 / ) n
Trong đó: M t : Lượng sương phun ra trong thời gian 1 giây
D n : Khối lượng riêng của dung dịch (lấy gần bằng khối lượng riêng của nước D n = 997 Kg m / 3 )
Vậy lưu lượng nước qua ống là:
= = ➢ Chọn máy bơm phun sương
Máy bơm kết hợp với béc phun sương là thiết bị chuyên dụng cho hệ thống phun sương, hoạt động bằng cách tạo áp lực cao để nén nước trong hệ thống dẫn Nước được phun ra từ đầu béc phun sương, mang lại hiệu quả tối ưu cho việc tưới tiêu và làm mát.
Máy bơm phun sương là thiết bị chuyên dụng, không phải là máy bơm nước thông thường, nên không thích hợp để tưới cây hay bơm nước Chức năng chính của máy bơm phun sương chỉ là tạo ra sương mù.
Dựa trên yêu cầu về điều kiện, lưu lượng phun sương và áp lực mà động cơ bơm phải đáp ứng cho béc phun số 1, chúng ta lựa chọn động cơ phun sương DC12V DP-521.
Hình 3.5 Máy bơm dung dịch khử khuẩn Thông số kỹ thuật:
+ Điện áp hoạt động: 12VDC
+ Áp suất buồng bơm: 0.48Mpa
3.1.3 Lựa chọn quạt hút trần
Mong muốn làm sạch không khí trong buồng sau khi phun sương khử trùng quạt hút trần cần có lưu lượng gió là:
Trong đó: V là thể tích buồng khử khuẩn: V = =1 1 2 2(m 3 )
Lưu lượng quạt (L) là yếu tố quan trọng trong quá trình khử khuẩn Để rút ngắn thời gian khử khuẩn, cần lựa chọn quạt hút có lưu lượng gió lớn Giả sử thời gian thông gió cho mỗi lần khử khuẩn là 10 giây.
Khi đó phương trình (1.7) trở thành:
Chúng ta lựa chọn quạt hút âm trần TC-12AV6 hoạt động trong 10 giây để đảm bảo buồng khử khuẩn luôn thông thoáng, sẵn sàng tiếp đón người sử dụng tiếp theo.
Hình 3.6 Quạt hút TC-12AV6 Thông số kỹ thuật:
Thiết kế hệ thống điều khiển
Mạch điện tử được thiết kế trên máy tính thông qua phần mềm Altium, trước đây gọi là Protel, cho phép lập sơ đồ mạch nguyên lý và chế tạo mạch in Phần mềm này giúp xuất kết quả thiết kế thành các tập tin điều khiển thiết bị chuyên dụng, phục vụ cho các công đoạn như khoan lỗ, in mạch, ăn mòn, làm sạch, phủ sơn cách điện, lắp linh kiện và hàn.
+ Bố trí các linh kiện trên bảng mạch khoa học, hợp lý
+ Vẽ ra các đường nối dây dẫn điện để nối các linh kiện với nhau theo sơ đồ nguyên lý
+ Đảm bảo các dây dẫn không bị chồng chéo và là ngắn nhất
Hình 3.15 Sơ đồ kết nối chân linh kiện
Hình 3.17 mô phỏng các linh kiện được ráp vào bản mạch điều khiển:
Hình 3.16 Mô phỏng lắp ráp mạch điều khiển
Thiết kế hệ thống điện
+ Tìm hiểu yêu cầu của mạch thiết kế
+ Chọn phương án hợp lý nhất
+ Tính toán, chọn các linh kiện cho hợp lý
Hình 3.17 Mạch nguyên lý hệ thống điều khiển
Hình 3.18 Thiết kế khối nguồn
− Nguồn vào là 220V nối với công tắc đóng ngắt
− Hai cực của nguồn nối với tụ điện 2200uF – 630V
− Nguồn xung adapter 5V-2A chuyển đổi nguồn từ 220V -> 5V b) Khối cảm biến
− Khối cảm biến hồng ngoại:
Hình 3.19 Thiết kế khối cảm biến hồng ngoại
+ Chân 1, 3 của cảm biến nối với GND và VCC
+ Chân tín hiệu nối với chân PD6 của vi điều khiển
+ Điện trở 10k nối chân 2 và VCC đảm bảo an toàn cho cảm biến
Hình 3.20 Thiết kế khối cảm biến nhiệt độ
+ Chân 1,2 của cảm biến, chân 3,4 của LCD và chân 1,3 của còi nối với
+ Chân 3,4 của cảm biến nối với chân 1,2 của LCD và nối với chân SCL, SDA của vi điều khiển
+ Chân tín hiệu của cảm biến chạm nối với chân PD7 của vi điều khiển c Khối phát âm
Hình 3.21 Thiết kế khối phát âm
+ Chân 1 module DFPlayer nối với VCC; chân 7, 10 nối với GND
+ Chân 2 module DFPlayer nối với chân 11(RxD) của chip Atmega để nhận dữ liệu
+ Chân 3 module DFPlayer nối với chân 6 (TxD) của chip Atmega để truyền dữ liệu
+ Hai chân của Loa nối với chân SPK1, SPK2 của module DFPlayer
50 d Khối đèn báo, phun sương, quạt hút:
Hình 3.22 Thiết kế khối đèn báo, phun sương, quạt hút
+ Chân tín hiệu của đèn xanh, vàng, đỏ lần lượt nối với chân PB2, PB1, PB0 của vi điều khiển; chân còn lại nối với GND
+ Máy bơm, quạt hút nối với chân PB3, PB4 của vi điều khiển; chân còn lại nối với GND
+ Các chân tín hiệu đều được nối với diot 4007 trước khi nối về vi điều khiển để tránh tín hiệu nhiễu dội về vi điều khiển e Khối xử lý:
Hình 3.23 Thiết kế khối xử lý
+ Hai chân 9,10 của chip Atmega 328 nối với 2 tụ điện 22pF và nối về GND
+ Nối điện trở 1MΩ và thạch anh 16Mhz giữa 2 chân 9,10
+ Với cách mắc nối như trên khối xử lý sẽ hoạt động giống như một board mạch Arduino f Mạch chống nhiễu
Nhiễu board mạch là các tín hiệu tạp chất ngẫu nhiên trong thiết kế mạch điện tử, gây ảnh hưởng tiêu cực đến tín hiệu thông tin Có hai loại nhiễu chính cần lưu ý: nhiễu bức xạ (Radiation noise) và nhiễu thu nhận (Reception noise) Nhiễu bức xạ phát sinh từ chính thiết bị hoặc mạch điện, trong khi nhiễu thu nhận xuất hiện khi thiết bị hoặc mạch điện tiếp nhận tín hiệu từ các nguồn nhiễu xung quanh.
Khắc phục nhiễu trong thiết kế mạch điện tử tốc độ cao là rất quan trọng Mỗi mạch điều khiển gặp phải các loại nhiễu khác nhau, khiến việc khử nhiễu trở nên khó khăn Do đó, việc chú trọng đến các biện pháp chống nhiễu là cần thiết để đảm bảo hiệu suất hoạt động của mạch.
Để khử nhiễu hiệu quả, có thể áp dụng một số phương pháp như điều chỉnh giá trị của tụ và trở lọc, lựa chọn IC dán thay vì IC nổi, sử dụng nguồn cung cấp có giá trị nhỏ nếu IC có thể hoạt động, và lọc nhiễu bằng bộ lọc LC.
Bằng cách điều chỉnh giá trị của tụ và trở lọc nhiễu, kết hợp với phương pháp thực nghiệm, chúng tôi đã kiểm tra thông số mạch điều khiển của hệ thống Cụ thể, tụ C (223J630V) được nối với trở R (270Ω) và tụ chống sét (10D470K) như thể hiện trong Hình 3.25.
Hình 3.24 Thiết kế mạch chống nhiễu
Sau thời gian nghiên cứu và thiết kế, nhóm đã thành công trong việc thi công mô hình buồng khử khuẩn tự động nhờ sự hỗ trợ của thầy Vũ Tuấn Anh và nỗ lực của các thành viên Hệ thống được tính toán, lựa chọn thiết bị và lập trình một cách kỹ lưỡng.
Hình 3.25 Mô hình buồng khử khuẩn
