HD4 vũ tuấn anh nghiên cứu và thiết kế buồng phun khử khuẩn tự động

BỘ CÔNG THƯƠNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI KHOA: CƠ KHÍ  ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP NGÀNH CÔNG NGHỆ KĨ THUẬT CƠ ĐIỆN TỬ ĐỀ TÀI: Nghiên cứu thiết kế buồng phun khử khuẩn tự động Giáo viên hướng dẫn: ThS Vũ Tuấn Anh Họ tên thành viên: Cù Huy Hiệp - 2018606424 Đàm Huy Hoàng - 2018606235 Lê Tuấn Hùng – 2018606158 Hà Nội 2022 LỜI MỞ ĐẦU Bước vào kỉ XXI, nhân loại có bước tiến vĩ đại lĩnh vực công nghiệp Quá trình cơng nghiệp hóa – đại hóa bùng nổ mạnh mẽ mang lại hội thách thức khơng lĩnh vực cơng nghiệp mà cịn đa dạng lĩnh vực, nghành nghề khác cấu kinh tế thực tiễn đời sống xã hội Trước diễn biến dịch bệnh Covid-19 trở nên phức tạp nhiều quốc gia vùng lãnh thổ có Việt Nam với tốc độ lây lan nhanh cộng đồng, gây nhiều hệ lụy Bên cạnh đó, Việt Nam quốc gia có quy mơ ngành chăn ni lớn, theo dịch bệnh đàn gia súc gia cầm gây thiệt hại nặng nề cho kinh tế Hưởng ứng chủ trương phòng chống dịch bệnh Đảng Nhà nước, đem kiến thức khoa học – kỹ thuật – cơng nghệ đóng góp vào q trình xây dựng phát triển đất nước, đặc biệt bối cảnh dịch bệnh cấp bách nhóm chúng em nhận nhiệm vụ thực đề tài: “Nghiên cứu thiết kế buồng phun khử khuẩn tự động” Để hoàn thành đề tài chúng em xin gửi lời cảm ơn sâu sắc đến Ban Giám hiệu trường Đại học Công Nghiệp Hà Nội thầy cô khoa khí truyền lại kiến thức quý báu suốt thời gian chúng em theo học trường tạo điều kiện để chúng em tham gia vào nghiên cứu đề tài Chúng em xin chân thành cảm ơn đến thầy Vũ Tuấn Anh giảng viên khoa khí ln tận tình hướng dẫn nhóm suốt q trình triển khai thực đồ án Trong q trình thực khơng thể tránh sai sót Kính mong nhận góp ý nhận xét từ phía thầy, giáo để đề tài chúng em hoàn thiện Chúng em xin chân thành cảm ơn! MỤC LỤC CHƯƠNG GIỚI THIỆU CHUNG VỀ BUỒNG PHUN KHỬ KHUẨN TỰ ĐỘNG ……… 1.1 Lịch sử nghiên cứu 1.2 Các vấn đề đặt 1.3 Đối tượng nghiên cứu 1.4 Phương pháp thực 1.5 Dự kiến kết đạt CHƯƠNG TỔNG QUAN VỀ BUỒNG PHUN KHỬ KHUẨN TỰ ĐỘNG 2.1 Ngun lý làm việc quy trình cơng nghệ hệ thống 2.1.1 Nguyên lý làm việc 2.1.2 Sơ đồ tổng quan hệ thống 2.1.3 Dung dịch khử khuẩn 2.2 Hệ thống điều khiển 12 2.2.1 Tổng quan ATmega328P 12 2.2.2 Relay 14 2.3 Các loại cảm biến 18 2.3.1 Cảm biến hồng ngoại 18 2.3.2 Cảm biến đo nhiệt độ hồng ngoại không tiếp xúc 21 2.3.3 Cảm biến chạm (touch sensor) 22 2.4 Cơ cấu chấp hành 23 2.4.1 Máy bơm dung dịch khử khuẩn 23 2.4.2 Quạt thơng gió 24 2.4.3 Hệ thống phát âm 25 2.4.4 Hệ thống hiển thị 26 2.5 Các khối nguồn 30 2.5.1 Nguồn xung 30 2.5.2 Nguồn adapter 5V – 2A 31 CHƯƠNG TÍNH TỐN VÀ THIẾT KẾ HỆ THỐNG BUỒNG PHUN KHỬ KHUẨN TỰ ĐỘNG 32 3.1 Thiết kế hệ thống khí 32 3.1.1 Mơ hình hệ thống khí 32 3.1.2 Tính tốn lựa chọn động máy bơm phun sương 33 3.1.3 Lựa chọn quạt hút trần 38 3.1.4 Khung buồng khử khuẩn 39 3.1.5 Cơ cấu chuyển động 41 3.1.6 Cửa buồng khử khuẩn 42 3.1.7 Vách ngăn buồng khử khuẩn 42 3.1.8 Bình chứa dung dịch 43 3.1.9 Hệ thống phun sương khử khuẩn 44 3.2 Thiết kế hệ thống điều khiển 46 3.3 Thiết kế hệ thống điện 47 CHƯƠNG KẾT LUẬN VÀ ĐỊNH HƯỚNG PHÁT TRIỂN BUỒNG KHỬ KHUẨN TỰ ĐỘNG 53 4.1 Kết đạt 53 4.2 Định hướng phát triển 53 DANH MỤC HÌNH ẢNH Hình 1.1 Phương pháp chiếu đèn cực tím Hình 1.2 Khử khuẩn công nghệ ion âm Hình 1.3 Phương pháp khử khuẩn hóa chất Hình 2.1 Sơ đồ khối tổng quan hệ thống Hình 2.2 Dung dịch muối ion Hình 2.3 Quy trình điện phân NaOClean Hình 2.4 Dung dịch Cloramin B 10 Hình 2.5 Atmega328P 12 Hình 2.6 Sơ đồ chân Atmega328P 13 Hình 2.7 Relay bán dẫn 15 Hình 2.8 Cấu tạo relay bán dẫn 15 Hình 2.9 Nguyên lý hoạt động relay bán dẫn 15 Hình 2.10 Relay kênh 17 Hình 2.11 Nguyên lý hoạt động relay dòng điện 17 Hình 2.12 Cảm biến hồng ngoại 18 Hình 2.13 Nguyên lý hoạt động cảm biến hồng ngoại 19 Hình 2.14 Cảm biến hồng ngoại E18-D80NK 20 Hình 2.15 Cảm biến đo nhiệt độ hồng ngoại không tiếp xúc 21 Hình 2.16 Nguyên lý hoạt động cảm biến đo nhiệt độ hồng ngoại 21 Hình 2.17 Cảm biến chạm 22 Hình 2.18 Máy bơm dung dịch khử khuẩn 23 Hình 2.19 Quạt hút âm trần 24 Hình 2.20 Module phát âm 25 Hình 2.21 Loa 26 Hình 2.22 Mạch chuyển đổi I2C 27 Hình 2.23 LCD 1602 27 Hình 2.24 Đèn báo 29 Hình 2.25 Nguồn tổ ong 30 Hình 2.26 Nguồn Adapter 5V-2A 31 Hình 3.1 Mơ hình hệ thống thiết kế 32 Hình 3.2 Mơ hình tổng quan hệ thống 33 Hình 3.3 Lượng phun sương loại béc phun 34 Hình 3.4 Béc phun sương số 35 Hình 3.5 Máy bơm dung dịch khử khuẩn 38 Hình 3.6 Quạt hút TC-12AV6 39 Hình 3.7 Mơ khung buồng khử khuẩn 40 Hình 3.8 Thiết kế khung buồng khử khuẩn 41 Hình 3.9 Mơ bánh xe 41 Hình 3.10 Bánh xe 42 Hình 3.11 Mơ cửa buồng 42 Hình 3.12 Tấm nhôm aluminum 43 Hình 3.13 Bình chứa dung dịch khử khuẩn 43 Hình 3.14 Sơ đồ cấu tạo hệ thống phun dung dịch khử khuẩn 44 Hình 3.15 Sơ đồ kết nối chân linh kiện 46 Hình 3.16 Mơ lắp ráp mạch điều khiển 47 Hình 3.17 Mạch nguyên lý hệ thống điều khiển 47 Hình 3.18 Thiết kế khối nguồn 48 Hình 3.19 Thiết kế khối cảm biến hồng ngoại 48 Hình 3.20 Thiết kế khối cảm biến nhiệt độ 49 Hình 3.21 Thiết kế khối phát âm 49 Hình 3.22 Thiết kế khối đèn báo, phun sương, quạt hút 50 Hình 3.23 Thiết kế khối xử lý 50 Hình 3.24 Thiết kế mạch chống nhiễu 51 Hình 3.25 Mơ hình buồng khử khuẩn 52 DANH MỤC BẢNG BIỂU Bảng 2.1 Thông số kỹ thuật Atmega328P 14 Bảng 2.2 Thông số kỹ thuật cảm biến hồng ngoại E18-D80NK 20 Bảng 2.3 Thông số cảm biến đo nhiệt độ 22 Bảng 2.4 Thông số kỹ thuật cảm biến chạm 23 Bảng 2.5 Thông số kỹ thuật module phát âm 25 Bảng 2.6 Thông số kỹ thuật loa mini 26 Bảng 2.7 Thông số kỹ thuật mạch chuyển đổi I2C 27 Bảng 2.8 Chức chân LCD 1602 28 Bảng 2.9 Thông số kỹ thuật LCD 1602 29 Bảng 2.10 Thông số kỹ thuật đèn báo 29 Bảng 2.11 Thông số kỹ thuật nguồn xung 5V-2A 31 Bảng 3.1 Thông số kỹ thuật loại béc phun 34 Bảng 3.2 Thiết kế hệ thống phun sương 44 3.2 Thiết kế hệ thống điều khiển Mạch điện tử thiết kế máy tính phần mềm chuyên dụng thiết kế Altium (trước Protel) Phần mềm hỗ trợ thiết kế từ lập sơ đồ mạch nguyên lý đến làm mạch in Kết thiết kế xuất thành tập tin điều khiển thiết bị chuyên dụng thực công đoạn khoan lỗ, in mạch, ăn mòn, làm sạch, phủ sơn cách điện, lắp linh kiện hàn, Nguyên tắc thiết kế: + Bố trí linh kiện bảng mạch khoa học, hợp lý + Vẽ đường nối dây dẫn điện để nối linh kiện với theo sơ đồ nguyên lý + Đảm bảo dây dẫn khơng bị chồng chéo ngắn Hình 3.15 Sơ đồ kết nối chân linh kiện Hình 3.17 mô linh kiện ráp vào mạch điều khiển: 46 Hình 3.16 Mơ lắp ráp mạch điều khiển 3.3 Thiết kế hệ thống điện Nguyên tắc thiết kế: + Tìm hiểu yêu cầu mạch thiết kế + Chọn phương án hợp lý + Tính tốn, chọn linh kiện cho hợp lý Hình 3.17 Mạch nguyên lý hệ thống điều khiển 47 a) Khối nguồn Hình 3.18 Thiết kế khối nguồn − Nguồn vào 220V nối với cơng tắc đóng ngắt − Hai cực 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, cảm biến nối với GND VCC + Chân tín hiệu nối với chân PD6 vi điều khiển + Điện trở 10k nối chân VCC đảm bảo an toàn cho cảm biến − Khối đo nhiệt độ: 48 Hình 3.20 Thiết kế khối cảm biến nhiệt độ + Chân 1,2 cảm biến, chân 3,4 LCD chân 1,3 còi nối với VCC GND + Chân 3,4 cảm biến nối với chân 1,2 LCD nối với chân SCL, SDA vi điều khiển + Chân tín hiệu cảm biến chạm nối với chân PD7 vi điều khiển c Khối phát âm Hình 3.21 Thiết kế khối phát âm + Chân module DFPlayer nối với VCC; chân 7, 10 nối với GND + Chân module DFPlayer nối với chân 11(RxD) chip Atmega để nhận liệu + Chân module DFPlayer nối với chân (TxD) chip Atmega để truyền liệu + Hai chân Loa nối với chân SPK1, SPK2 module DFPlayer 49 d Khối đèn báo, phun sương, quạt hút: Hình 3.22 Thiết kế khối đèn báo, phun sương, quạt hút + Chân tín hiệu đèn xanh, vàng, đỏ nối với chân PB2, PB1, PB0 vi điều khiển; chân lại nối với GND + Máy bơm, quạt hút nối với chân PB3, PB4 vi điều khiển; chân lại nối với GND + Các chân tín hiệu nối với diot 4007 trước nối vi điều khiển để tránh tín hiệu nhiễu dội vi điều khiển e Khối xử lý: Hình 3.23 Thiết kế khối xử lý 50 + Hai chân 9,10 chip Atmega 328 nối với tụ điện 22pF nối GND + Nối điện trở 1MΩ thạch anh 16Mhz chân 9,10 + Với cách mắc nối khối xử lý hoạt động giống board mạch Arduino f Mạch chống nhiễu Khái niệm nhiễu board mạch: Nhiễu (noise) thiết kế mạch điện tử loại tín hiệu tạp chất sinh cách ngẫu nhiên gây ảnh hưởng xấu tới tín hiệu thơng tin Có hai loại nhiễu board mạch ý nhiễu xạ (Radiation noise) nhiễu thu nhận (Reception noise) Nhiễu xạ loại nhiễu thiết bị mạch điện gây nhiễu thu nhận loại nhiễu thiết bị mạch điện nhận hoạt động gần nguồn nhiễu Khắc phục nhiễu: Trong việc thiết kế, với mạch điện tử có tốc độ cao việc chống nhiễu việc cần phải ý quan trọng Với mạch điều khiển lại có loại nhiễu khác việc khử nhiều khó khăn [2] Một số phương pháp khử nhiễu như: Điều chỉnh giá trị tụ trở lọc nhiễu, chọn IC dán thay IC nổi, chọn nguồn cung cấp có giá trị nhỏ IC chạy được, lọc nhiễu lọc LC… Bằng phương pháp điều chỉnh giá trị của tụ trở lọc nhiễu, kết hợp với phương pháp thực nghiệm, kiểm tra thông số mạch điều khiển hệ thống ta dùng tụ C (223J630V) nối với R (270Ω) tụ chống sét (10D470K) (Hình 3.25) Hình 3.24 Thiết kế mạch chống nhiễu 51 ❖ Thi công hệ thống Sau thời gian nghiên cứu thực thiết kế đề tài, với giúp đỡ thầy Vũ Tuấn Anh nỗ lực thành viên nhóm Nhóm tính tốn, lựa chọn thiết lập trình cho hệ thống nhóm thiết kế thi cơng thành cơng mơ hình buồng khử khuẩn tự động (Hình 3.26) Hình 3.25 Mơ hình buồng khử khuẩn 52 CHƯƠNG KẾT LUẬN VÀ ĐỊNH HƯỚNG PHÁT TRIỂN BUỒNG KHỬ KHUẨN TỰ ĐỘNG 4.1 Kết đạt Trong thời gian tuần nhóm hoàn thành nhiệm vụ sau: − Chế tạo thành cơng mơ hình buồng khử khuẩn tồn thân di động − Mơ hình gọn gàng chắn, hoạt động ổn định − Mơ hình điều khiển đơn giản, dễ dàng − Ứng dụng thành công nhiều thiết bị cảm biến, loa, đèn báo,…để làm cho mơ hình đạt hiệu cao − Thiết kế hệ thống điều khiển, mạch nguyên lý thiết bị 4.2 Định hướng phát triển ✓ Các hạn chế đề tài + Do chưa có kinh nghiệm thiết kế thực tế, hệ thống chưa thực đảm bảo yêu cầu khí + Tính thẩm mỹ của mơ hình chưa cao + Hệ thống phun sương chưa thực hợp lý + Hệ thống đo nhiệt độ chưa thực thuận tiện cho người dùng + Thời gian thực khử khuẩn chưa đạt tối ưu + Hệ thống bị nhiễu chưa ổn định ✓ Hướng phát triển đề tài + Tiếp tục nghiên cứu hoàn thiện hệ thống buồng phun khử khuẩn tự động: + Thiết kế hệ thống điều khiển tối ưu đại + Sử dụng cảm biến tối tân xác + Đo tình trạng nhiễu mạch để thiết kế mạch chống nhiễu 53 TỔNG KẾT Trong thời đại công nghệ kĩ thuật nay, việc áp dụng khoa học công nghệ vào việc cải thiện đời sống trở nên phổ biến Nó giảm bớt số công việc cho người nơi công cộng Hơn nữa, đề tài “Buồng phun khử khuẩn tự động” cịn có ý nghĩa lớn bối cảnh dịch COVID nay, nhằm giảm bớt tiếp xúc không cần thiết bề mặt Đề tài “Nghiên cứu thiết kế buồng phun khử khuẩn tự động” đề tài hay thực tế nay,nâng cao tinh thần học hỏi sáng tạo chia sẻ kinh nghiệm giao lưu học hỏi Qua trình nghiên cứu, tính tốn thiết kế mơ hình hệ thống nhóm đạt mục tiêu định Tuy nhiên thời gian kiến thức hạn chế làm nhóm cịn nhiều thiếu sót, mong thầy đóng góp thêm để nhóm hồn thành đồ án cách hoàn thiện Một lần em xin chân thành cảm ơn quý thầy cô trường Đại học Cơng nghiệp Hà Nội nói chung thầy khoa Cơ khí nói riêng hết lịng dạy bảo chúng em để chúng em có kiến thức cần thiết trước vào đời Em xin gửi lời cảm ơn sâu sắc tới thầy Vũ Tuấn Anh giáo viên hướng dẫn đồ án tốt nghiệp tận tình hướng dẫn, bảo, giúp đỡ chúng em hoàn thành đề tài đồ án tốt nghiệp Chúng em xin trân thành cảm ơn quý thầy cô! PHỤ LỤC Lưu đồ thuật toán hệ thống Bản vẽ lắp hệ thống Bản vẽ hệ thống điều khiển Chương trình điều khiển DANH MỤC TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] N C Hiền, Các cảm biến kỹ thuật đo lường điều khiển, Nhà xuất Khoa học & Kỹ thuật [2] T T San, Bách khoa mạch điện, Nhà xuất Khoa học & Kỹ thuật [3] T Q T Hải, Điện tử công suất, Nhà xuất đại học quốc gia TP HCM, 2021 [4] GS.TSKH.B.Heimann, Cơ điện tử, Hà Nội: Nhà xuất Khoa học & Kỹ thuật, 2008 [5] C Murphy, Mechanical Story, Control System, Manufacturing Review, 1993 [6] Stratasys, Our History of Invention, Scientia iranica, 1991 [7] Đ H C N Hà Nội, Giáo trình cảm biến, Hà Nội: 2015 [8] N T Giả, Chuyên ngành Cơ điện tử, Nhà xuất trẻ, 2017 [9] B NN-PTNT, "Báo Đồng Nai," 2021 [Online] [Accessed 22 02 2022] [10] "LAVEN VIETNAM," [Online] Available: http:/www.lavenvietnam.com [11] "VINA FE," [Online] Available: http://www.dientutuonglai.com [12] "sureTest," [Online] Available: http://www.suretest.vn ... TỐN VÀ THIẾT KẾ HỆ THỐNG BUỒNG PHUN KHỬ KHUẨN TỰ ĐỘNG 3.1 Thiết kế hệ thống khí 3.1.1 Mơ hình hệ thống khí Hệ thống mơ thiết kế mơ hình khí phần mềm thiết kế 3D SOLIDWORKS Nhờ tính thiết kế 3D... khí Do cơng dụng dung dịch Anolyte sử dụng kèm súng phun khử khuẩn, máy khử khuẩn, buồng khử khuẩn toàn thân Buồng phun khử khuẩn tự động thiết kế với vật liệu gọn nhẹ, có bánh xe chân đế để thuận... Hệ thống phun sương khử khuẩn 44 3.2 Thiết kế hệ thống điều khiển 46 3.3 Thiết kế hệ thống điện 47 CHƯƠNG KẾT LUẬN VÀ ĐỊNH HƯỚNG PHÁT TRIỂN BUỒNG KHỬ KHUẨN TỰ ĐỘNG