Đồ án khoa cơ điện, điện tử, đại học lạc hồng (17)

ĐẠI HỌC LẠC HỒNG KHOA CƠ ĐIỆN ĐIỆN TỬ  BÁO CÁO NGHIÊN CỨU KHOA HỌC Đề tài: HỆ THỐNG PHÂN LUỒNG BỆNH NHÂN COVID SINH VIÊN THỰC HIỆN LÊ HỜNG LONG NGUYỄN THÀNH NHÂN TRẦN HỒNG THIÊN NAM Đờng Nai, 06/ 2022 ĐẠI HỌC LẠC HỒNG KHOA CƠ ĐIỆN ĐIỆN TỬ  BÁO CÁO NGHIÊN CỨU KHOA HỌC Đề tài: HỆ THỐNG PHÂN LUỒNG BỆNH NHÂN COVID Chuyên ngành: Kỹ thuật Điện – Điện tử NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC TS PHAN NHƯ QUÂN Đồng Nai, 06/2022 LỜI CẢM ƠN Sau thời gian học tập và rèn luyện tại Trường Đại học Lạc Hồng với sự biết ơn và kính trọng, chúng em xin gửi lời cảm ơn chân thành đến Ban Giám hiệu Trường Đại học Lạc Hồng đã tạo mọi điều kiện thuận lợi giúp đỡ chúng em quá trình học tập, nghiên cứu và hoàn thiện đề tài nghiên cứu khoa học này Xin gửi lời cảm ơn đến quý thầy cô Khoa Cơ điện – điện tử, Trường Đại học Lạc Hồng, những người đã truyền đạt kiến thức quý báu cho chúng em suốt thời gian học tập vừa qua Đặc biệt, chúng em xin chân thành gửi lời cảm ơn sâu sắc đến thầy Phan Như Quân đã tận tình hướng dẫn truyền đạt những kiến thức và kinh nghiệm cho chúng em suốt quá trình thực hiện đề tài nghiên cứu khoa học Sau cùng chúng em xin gửi lời cảm ơn đến gia đình, bạn bè và các bạn sinh viên đã động viên, giúp đỡ chúng em thời gian vừa qua Tuy nhiên điều kiện về lực của nhóm còn hạn chế, đề tài nghiên cứu khoa học chắc chắn không tránh khỏi những thiếu sót Kính mong nhận được sự đóng góp ý kiến của các thầy cô giáo, bạn bè để bài nghiên cứu của nhóm em được hoàn thiện Một lần nữa, chúng em xin chân thành cảm ơn! LỜI CAM ĐOAN Chúng xin cam đoan công trình nghiên cứu là của chúng tôi, các số liệu, kết quả nêu đồ án tốt nghiệp là trung thực và chính xác Chúng xin cam đoan mọi sự giúp đỡ cho việc thực hiện đồ án này đã được xin phép, tất cả thông tin trích dẫn luận văn đều được ghi rõ nguồn gốc Chúng xin cam đoan công trình nghiên cứu tuyệt đối không có sự gian lận, chép dữ liệu của người khác Chúng sẽ chịu mọi trách nhiệm nếu công trình nghiên cứu của chúng bị phát hiện gian lận MỤC LỤC CHƯƠNG TỔNG QUAN 1.1 Đặt vấn đề 1.2 Lý chọn đề tài 1.3 Mục đích và phạm vi nghiên cứu 1.3.1 Mục đích nghiên cứu 1.3.2 Phạm vi nghiên cứu 1.4 Phương pháp nghiên cứu 1.4.1 Nghiên cứu tổng quan 1.4.2 Nghiên cứu lý thuyết 1.5 Kết quả dự kiến đạt được CHƯƠNG CƠ SỞ LÝ THUYẾT 2.1 Khảo sát tình hình dịch bệnh 2.1.1 Tình hình dịch COVID-19 tại Việt Nam 2.1.2 Tình hình tiêm chủng vaccine COVID-19 2.2 Các mơ hình hiện có thực tế 2.2.1 Mô hình đo thân nhiệt tại sân bay 2.2.2 Hệ thống đo thân nhiệt xịt nước sát khuẩn tại trường học 2.2.3 Hệ thống đo thân nhiệt tự động từ xa của Đại học Trà Vinh CHƯƠNG THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN 10 3.1 Giới thiệu chung 10 3.2 Sơ đồ khối hệ thống 10 3.3 Sơ đồ kết nối hệ thống 13 3.4 Thiết kế 3D 14 3.5 Thông số kỹ thuật của bộ điều khiển thiết bị điện 17 3.5.1 Cảm biến nhiệt độ không tiếp xúc GY-906 17 3.5.2 Động Servo 19 3.5.3 Khối phát âm 20 3.5.3.1 Module DFMiniPlayer 20 3.5.3.2 Loa phát âm 23 3.5.4 Khối hiển thị 24 3.5.5 Khối thẻ nhớ 26 3.5.6 Khối nguồn - Mạch Giảm Áp DC LM2596 28 3.3.7 Thiết kế khối xử lý trung tâm 28 3.3.7.1 Esp32 DevBoard 28 3.5.7.2 Lập trình phần mềm Arduino 30 CHƯƠNG THI CÔNG HỆ THỐNG 31 4.1 Thi công hệ thống 31 4.2 Nguyên lý hoạt động của hệ thống 31 4.3 Lập trình cho hệ thống 32 4.3.1 Phần mềm lập trình 32 4.3.2 Lưu đờ tḥt tốn 35 CHƯƠNG KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN 36 5.1 Kết quả đạt được 36 5.2 Kết luận 37 5.3 Hướng phát triển 37 DANH MỤC TÀI LIỆU THAM KHẢO 38 PHỤ LỤC 39 Lập trình code cho chương trình 39 MỤC LỤC BẢNG BIỂU Bảng 3.1 Thông Số kỹ thuật thẻ nhớ Micro SD 27 DANH MỤC HÌNH ẢNH CHƯƠNG TỔNG QUAN Hình 1.1 Dịch bệnh covid tác đợng đến người CHƯƠNG CƠ SỞ LÝ THUYẾT Hình 2.1 Biểu đờ tình hình dịch bệnh tháng và tháng năm 2021 Hình 2.2 Tiêm vaccine COVID-19 Hình 2.3 Kiểm tra nhiệt đợ thực tế Hình 2.4 Hệ thống đo thân nhiệt xịt nước sát khuẩn Hình 2.5 Hệ thống đo thân nhiệt tự động từ xa của Đại học Trà Vinh Hình 2.6 Thiết bị tự động đo thân nhiệt từ xa của Đại học Trà Vinh CHƯƠNG THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN Hình 3.1 Sơ đờ khối của hệ thống 11 Hình 3.2 Sơ đờ ngun lý của hệ thống 13 Hình 3.3 Mạch PCB của hệ thớng 14 Hình 3.4 Bớ trí barrier lới 15 Hình 3.5 Gá cảm biến nhiệt độ 15 Hình 3.6 Gá hình LCD1602 16 Hình 3.7 Thiết kế chung của hệ thống phần mềm solidworks 16 Hình 3.8 Cảm biến nhiệt đợ khơng tiếp xúc GY-906 17 Hình 3.9 Mơ tả giao tiếp I2C 19 Hình 3.10 Đợng Servo 19 Hình 3.11 Kích thước đợng Servo 20 Hình 3.12 Module DFMini Player 21 Hình 3.13 Module Pinout 21 Hình 3.14 Loa phát âm 23 Hình 3.15 Sơ đờ kết nối Loa với module DF mini Player 23 Hình 3.16 Module LCD1602 24 Hình 3.17 Kích thước hình LCD 25 Hình 3.18 Micro SD/Micro SDHC SPI 27 Hình 3.19 Mạch nguyên lý mạch LM2596 28 Hình 3.20 Esp32 Devboard 29 Hình 3.21 DevBoard Pinout 29 Hình 3.22 Giao diện lập trình cho Arduino 30 CHƯƠNG THI CÔNG HỆ THỐNG Hình 4.1 Mơ hình cửa bệnh viện sau gia cơng 31 Hình 4.2 Giao diện lập trình IDE 33 Hình 4.3 Menu file phần mềm IDE 34 Hình 4.4 Cách chọn cổng COM hình IDE 35 Hình Lưu đờ tḥt tốn của hệ thớng 35 CHƯƠNG KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN Hình 5.1 Mơ hình đã hoàn thành 36 CHƯƠNG TỔNG QUAN 1.1 Đặt vấn đề Dịch bệnh covid đã kéo dài thời gian năm và hiện tại vẫn tiếp diễn tại nhiều nơi thế giới, đó có Việt Nam Đại dịch đã tác động đến mọi mặt của cuộc sớng, cà mặt lợi mặt hại Đại dịch góp phần không nhỏ việc thay đổi hành vi của người Trước là phải gặp trực tiếp, bây giờ hệ thống thông tin trực tuyến dần thay thế hệ thống ngày trở nên thông minh để giúp giải quyết nhiều tốn của c̣c sớng Hình 1.1 Dịch bệnh covid tác động đến người Ngày nay, xu hướng tự động ngày phổ biến hệ thống máy móc Sự cần thiết của người những hệ thớng khơng cịn q quan trọng Kết hợp yếu tố, sự cần thiết hiện thời của xã hợi, nhóm em qút định lựa chọn đề thiết kế, chế tạo mơ hình phân loại người nghi nhiễm tại cổng bệnh viện tự động 1.2 Lý chọn đề tài Trong tình hình dịch bệnh Covid-19 diễn biến phức tạp việc nghiên cứu chế tạo hệ thống chống lại Covid-19 một những giải pháp công nghệ hữu hiệu nhằm hạn chế sự lây nhiễm chéo của Covid-19 trước tình hình dịch bệnh diễn biến ngày phức tạp Nếu nhân viên y tế sử dụng nhiệt kế hồng ngoại để đo trực tiếp cách thường làm hiện vẫn có khả gặp rủi ro tiếp xúc Thiết bị đo thân nhiệt từ xa cho phép cách ly nhân viên y tế với người cần đo nhiệt độ nên loại trừ được khả lây nhiễm Tình hình dịch bệnh Covid-19 toàn giới và nước ta Tính đến đầu tháng 08/2020, toàn thế giới đã có gần 20 triệu người nhiễm Covid-19, đó số tử vong được ghi nhận là 700.000 người Các q́c gia có số ca nhiễm Covid-19 cao nhất Hoa Kỳ, Brazil Ấn Đợ Tại nước ta, tình hình dịch bệnh Covid-19 đã được kiểm sốt từ ći tháng nhờ vào sự truy vết quyết liệt người nhiễm, xét nghiệm nhanh cợng đờng, sách giãn cách xã hội hợp lý và đúng thời điểm Nhưng đến ngày 26/7/2020, ca bệnh mới cộng đồng được ghi nhận tại Đà Nẵng đã dấy lên sóng Covid-19 thứ hai Đáng lưu ý, chủng Coronavirus ghi nhận hiện tại Đà Nẵng được chuyên gia nhận định “Tuy độc lực không đổi chủng virus mới lại có tớc đợ lây nhiễm nhanh đến gấp lần”, GS.TS Nguyễn Văn Kính, Chủ tịch Hội truyền nhiễm Việt Nam Dịch bệnh nghiêm trọng bệnh viện người vào đơng dẫn đến việc rất khó kiểm sốt tình hình dịch bệnh Do vậy cần có mợt hệ thớng lắp đặt tại cổng bệnh viện để tìm những người nghi nhiễm Covid-19 Vì vậy nhóm chúng em qút định “Nghiên cứu, thiết kế, chế tạo mơ hình phân luồng Covid-19” Hệ thống sẽ được nghiên cứu mơ hình sau thành cơng sẽ áp dụng vào thực tế 1.3 Mục đích và phạm vi nghiên cứu 1.3.1 Mục đích nghiên cứu Mục đích nghiên là nhằm phân tích, đánh giá sự cần thiết của hệ thống phân luồng covit cho bệnh viện, trường học, khu công nghiệp để phát hiện những trường hợp nhiệt độ cao nghi nhiễm covit Từ đó đưa giải pháp để tới ưu hóa nhất để phịng tránh covit Song song với đó là để nâng cao kĩ năng, tay nghề về làm việc nhóm, phân tích cấu giải quyết vấn đề của thành viên nhóm Hình 3.20 Esp32 Devboard Hình 3.21 DevBoard Pinout Thơng Số Kỹ Thuật - WIFI module: ESP-WROOM-32 + Processor: ESP32-D0WDQ6 - Built-in Flash: 32Mbit - Antenna: Onboard PCB antenna - Chuẩn giao tiếp: UART/GPIO/ADC/DAC/SDIO/PWM/I2C/I2S 29 - WiFi protocol: IEEE 802.11 b/g/n - Bluetooth: Bluetooth 4.2 - Frequency range: 2.4G ~ 2.5G (2400M ~ 2483.5M) - WIFI mode: Station / SoftAP / SoftAP+Station - Điện áp hoạt động: 5V - Mức logic: 3.3V - Kích thước: 48.26mm x 25.4mm 3.5.7.2 Lập trình phần mềm Arduino Các thiết bị dựa nền tảng Arduino được lập trình ngôn ngữ riêng Ngôn ngữ này dựa ngôn ngữ Wiring được viết cho phần cứng Và Wiring là một biến thể của C/C++ Một số người gọi đó là Wiring một số khác thì gọi là C hay C++ Để lập trình gửi lệnh và nhận tín hiệu từ mạch Arduino, nhóm phát triển dự án này đã cung cấp đến cho người dùng một môi trường lập trình cho Arduino được gọi là Arduino IDE hình bên dưới Hình 3.22 Giao diện lập trình cho Arduino 30 CHƯƠNG THI CƠNG HỆ THỐNG 4.1 Thi cơng hệ thống Sau đã kiểm tra hồn thiện hệ thớng phần mềm thiết kế Solidworks Bước tiếp theo gia cơng mơ hình Vì chi phí hạn chế, nhóm quyết định chọn phương pháp in 3D khối của mô hình, và hết test chức hoạt động của mô hình trước phổ biến hệ thớng ngồi thị trường Hình 4.1 Mơ hình cửa bệnh viện sau gia công 4.2 Nguyên lý hoạt động hệ thống - Phát hiện người đứng trước cảm biến nhiệt độ không tiếp xúc - Đo thân nhiệt của khách hàng, hiển thị lên màn hình LCD và thông báo qua loa - Mở barrier chắn bên phải nếu khách hàng có nhiệt độ cao 37 độ - Mở barrier chắn thẳng nếu khách hàng có nhiệt độ bình thường, nhỏ 37 độ 31 - Lưu trữ lịch sử người nghi nhiễm covid và nhiệt độ của họ vào thẻ nhớ theo thời gian thực - Đếm số lượng người nghi nhiễm và hiển thị lên màn hình 4.3 Lập trình cho hệ thống 4.3.1 Phần mềm lập trình Mơi trường phát triển tích hợp (IDE) Arduino mợt ứng dụng đa nền tảng được viết Java, và được dẫn xuất từ IDE cho ngơn ngữ lập trình xử lý dự án lắp ráp Nó được thiết kế để làm nhập mơn lập trình cho nhà lập trình những người mới sử dụng khác không quen thuộc với phát triển phần mềm Nó bao gờm mợt trình soạn thảo mã với các tính làm bật cú pháp, khớp dấu ngặc khối chương trình, và thụt đầu dịng tự đợng, và có khả biên dịch tải lên các chương trình vào bo mạch với một nhấp chuột nhất Một chương trình hoặc mã viết cho Arduino được gọi là "sketch" Chương trình Arduino được viết C hoặc C++ Arduino IDE kèm với một thư viện phần mềm được gọi "Wiring" từ dự án lắp ráp ban đầu, cho hoạt động đầu vào/đầu phổ biến trở nên dễ dàng nhiều Người sử dụng cần định nghĩa hai hàm để thực hiện một chương trình điều hành theo chu kỳ : setup() : hàm chạy một lần nhất vào lúc bắt đầu của một chương trình dùng để khởi tạo thiết lập loop() : hàm được gọi lặp lại liên tục cho đến bo mạch được tắt Khi bạn bật điện bảng mạch Arduino, reset hay nạp chương trình mới, hàm setup() sẽ được gọi đến đầu tiên Sau xử lý xong hàm setup(), Arduino sẽ nhảy đến hàm loop() lặp vô hạn hàm này cho đến bạn tắt điện bo mạch Arduino Chu trình đó có thể mô tả hình dưới đây: Arduino IDE sử dụng GNU toolchain và AVR libc để biên dịch chương trình, sử dụng avrdude để tải lên các chương trình vào bo mạch chủ Do nền tảng Arduino sử dụng vi điều khiển Atmel, môi trường phát triển của Atmel, AVR Studio hoặc Atmel Studio mới hơn, có thể được sử dụng để phát triển phần mềm cho Arduino 32  Giao diện phần mềm IDE Phần này nói về giao diện của phần mềm IDE, hình bên dưới thể hiện những phần bản của giao diện Hình 4.2 Giao diện lập trình IDE Sử dụng mợt sớ menu thơng dụng phần mềm IDE Có vài menu phần mềm IDE, nhiên thông dụng nhất vẫn menu File, ngồi những tính mở mợt file mới hay lưu mợt file, phần menu có mợt mục đáng chú ý là Example Phần Example (ví dụ) đưa các ví dụ sẵn để người lập trình có thể tham khảo, giảm bớt thời gian lập trình Hình bên dưới thể hiện việc chọn mợt ví dụ cho led chớp tắt (blink) để nạp cho mạch Arduino Ví dụ về led chớp tắt này thường được dùng để kiểm tra bo mới mua về 33 Hình 4.3 Menu file phần mềm IDE Bên cạnh việc chọn bo mợt phần quan trọng nữa chọn cổng COM Hình bên dưới minh họa cho việc chọn cổng COM Khi lần đầu gắn mạch Arduino vào máy tính, người sử dụng cần nhấn chọn cổng COM cách vào Tools -> Serial Port (một số phiên bản dùng từ Port) sau đó nhấn chọn cổng COM, ví dụ COM1 Những lần sau đưa chính board Arduino đó vào máy tính thì không cần chọn cổng COM, nếu đưa board Arduino khác vào máy thì cần phải chọn lại cổng COM, quy trình thực hiện tương tự 34 Hình 4.4 Cách chọn cổng COM hình IDE 4.3.2 Lưu đờ thuật tốn Hình Lưu đồ thuật tốn hệ thống 35 CHƯƠNG KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN 5.1 Kết đạt Sau tháng tìm tòi, nghiên cứu, với sự giúp đỡ của quý thầy, cô khoa Cơ Điện – Điện Tử, trường đại học Lạc Hồng và đặc biệt thầy Phan Như Quân đã tận tình hướng dẫn, tạo điều kiện thuận lợi để nhóm hồn thành nghiên cứu khoa học “Hệ thớng phân l̀ng bệnh nhân covid” Hình 5.1 Mơ hình hồn thành 36 5.2 Kết luận Qua q trình nghiên cứu chế tạo thành cơng mơ hình phân l̀ng bệnh nhân covid, nhóm chúng em nhận thấy nhóm vẫn cịn thiếu sót, xong bên cạnh đó nhóm đã học được thêm nhiều kỹ nâng cao được tay nghề hiểu được nguyên lý hoạt động của hệ thống phân luồng bệnh nhân covid, nâng cao khả làm việc nhóm, khả sử dụng phần mềm Một lần nữa nhóm em xin được cảm ơn Quý thầy, cô khoa Cơ Điện – Điện Tử, trường đại học Lạc Hồng, quý bạn bè và đặc biệt thầy Ts Phan Như Quân đã tận tình hướng dẫn, tạo điều kiện để nhóm hoàn thành đề tài nghiên cứu “Hệ thống phân luồng bệnh nhân covid” 5.3 Hướng phát triển Đề tài mới dừng việc thiết kế mơ hình hệ thống nhỏ nên thông số chưa phản ánh được mơi trường thực tế Vì vậy để hệ thớng có thể phát triển đời sống, nhóm xin được đề xuất một vài phương án để cải thiện đề tài này:  Sử dụng những cảm biến chuyên dụng để đo cho đợ xác cao  Sử dụng sử dụng thêm nhiều loại cảm biến  Thêm tính theo dõi online với dữ liệu thu về từ mơ hình  Sử dụng ng̀n dự phịng cho mơ hình  Thêm thiết bị bảo vệ mơ hình hoạt đợng thực tế, dễ có nguy bị phá hủy 37 DANH MỤC TÀI LIỆU THAM KHẢO Tham khảo sách : [1] Lập trình điều khiển với Arduino – Phạm Quang Huy & Lê Cảnh Trung [2] Lập trình IoT với Arduino – Phạm Quang Huy & Lê Mỹ Hà [3] Hướng dẫn sử dụng Arduino – Phạm Quang Huy & Trương Đình Nhơn [4] Nhà xuất bản Thời Đại Solidworks Essentials 2010 Tham khảo trang web: [5] http://arduino.vn/ [6]http://tapit.vn/dong-bo-giua-dieu-khien-bang-tay-va-tu-xa-su-dung-ung-dungBlynk/ [7] https://letdiy.net/dieu-khien-bat-tat-den-led-tren-esp32-bang-Blynk [8] https://advancecad.edu.vn/ [9] https://arduinokit.vn/ 38 PHỤ LỤC Lập trình code cho chương trình Esp32 * right servo : open 110, close 178 straight servo: open 110, close 44 #include #include Adafruit_MLX90614 mlx = Adafruit_MLX90614(); #include Servo sv_right,sv_straight; #include LiquidCrystal lcd(4, 2, 25, 26, 27, 14); #include "SoftwareSerial.h" #include "DFRobotDFPlayerMini.h" SoftwareSerial mySoftwareSerial(33,32); // RX, TX DFRobotDFPlayerMini DFPlayer; #include "sdcard.h" int count=0; float temp_human=37.00; float temp_ambient=0.00; bool check=1; char string[200]; 39 void setup() { // put your setup code here, to run once: Serial.begin(9600); mlx.begin(); lcd.begin(16,2); mySoftwareSerial.begin(9600); if(!SD.begin()){ Serial.println("Card Mount Failed"); lcd.print("Card error!"); while(true); } if (!DFPlayer.begin(mySoftwareSerial)) { communicate with mp3 //Use softwareSerial to Serial.println(F("Unable to begin:")); Serial.println(F("1.Please recheck the connection!")); Serial.println(F("2.Please insert the SD card!")); lcd.print("Sound Card error!"); while(true); } Serial.println(F("DFPlayer Mini online.")); 40 deleteFile(SD, "/hospitalGate.txt"); lcd.clear(); lcd.print("Loading "); sv_right.attach(16); //right servo sv_straight.attach(17); //straight servo sv_right.write(178);sv_straight.write(44); delay(2000);lcd.clear(); lcd.print("System ready "); DFPlayer.volume(30); //Set volume value From to 30 DFPlayer.EQ(DFPLAYER_EQ_NORMAL); DFPlayer.play(1); //Play the first mp3 delay(5000); lcd.setCursor(0,0);lcd.print("Hospital Welcome"); lcd.clear(); lcd.setCursor(0,0);lcd.print("Nhiet do: ");lcd.print(temp_human);lcd.print(" "); lcd.setCursor(0,1);lcd.print("Nguoi om: ");lcd.print(count); } void loop() { temp_ambient=mlx.readAmbientTempC(); 41 temp_human=mlx.readObjectTempC(); // Serial.print("Ambient = "); Serial.print(temp_ambient); // Serial.print("*C\tObject Serial.println("*C"); = "); Serial.print(temp_human); if(temp_ambient=(temp_ambient+6.0) && check==1) { //people has detected Serial.println("people detected"); Serial.print("Ambient = "); Serial.print(temp_ambient); Serial.print("*C\tObject Serial.println("*C"); = "); Serial.print(temp_human); lcd.setCursor(10,0);lcd.print(temp_human);lcd.print(" "); check=0; if(temp_human >=36.0 && temp_human37){ Serial.println("Sick people"); count++; lcd.setCursor(10,1);lcd.print(count); lcd.print(" "); sprintf(string,"Nguoi thu %d :Nhiet do=%.2f\n",count,temp_human); 42 appendFile(SD, "/hospitalGate.txt",string); //sprintf(dem,"DT_pk_ts: DoAm=%d\n",readTempKhach(),readHumidKhach()); sv_right.write(110); DFPlayer.play(3); delay(6000); sv_right.write(178);delay(1000); } } else if(temp_human