Nghiên cứu và chế tạo thiết bị đa năng hỗ trợ y tế và khu vực cách ly trong phòng chống dịch COVID 19

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT HƯNG YÊN KHOA ĐIỆN – ĐIỆN TỬ BÁO CÁO TỔNG KẾT ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU KHOA HỌC CỦA SINH VIÊN THAM GIA XÉT GIẢI THƯỞNG Tên đề tài: Nghiên cứu chế tạo thiết bị đa hỗ trợ y tế khu vực cách ly phòng chống dịch COVID-19 Mã số đề tài: UTEHY.S.2022.41 Sinh viên thực hiện: Nguyễn Quang Đạo Nguyễn Duy Công Đào Văn Hiệu Nguyễn Mạnh Hùng Giáo viên hướng dẫn: Lê Thị Minh Tâm Lớp : 112181.2 Hưng Yên 2022 Mã SV: 11218616 Mã SV: 11218579 Mã SV: 11218273 Mã SV: 11218545 LỜI NÓI ĐẦU Ngày với bùng nổ cách mạng công nghiệp 4.0 tồn giới Việt Nam khơng ngừng chuyển để bắt kịp với cơng cách mạng vĩ đại giới, bước ngoặt quan trọng thay đổi đất nước, để Việt Nam có hội nắm bắt nhiều thành tựu vĩ đại giới, đặc biệt lĩnh vực khoa học kĩ thuật nói chung ngành Điện Tử nói riêng Thế hệ trẻ khơng ngừng phấn đấu sớm lạc hậu nhanh chóng thụt lùi Nhìn điều Trường “Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật Hưng Yên” sớm chủ trương hình thức đào tạo sâu rộng, từ thấp đến cao Để tăng chất lượng học tập sinh viên, thầy cô tổ chức cho sinh viên làm Đồ án nhằm tạo tảng vững cho sinh viên trường, đáp ứng nhu cầu tuyển dụng việc làm cống hiến cho xã hội Trước tình hình dịch covid-19 diễn phức tạp giới nói chung Việt Nam nói riêng Đảng nhà nước thực biện pháp cách ly người bệnh bị nhiễm nghi nhiễm covid-19 Nhưng để đáp ứng nhu cầu cung cấp thức ăn, nước uống, thuốc men cho bệnh nhân cách ly khu cách ly tập chung cần có hướng giải cụ thể giúp việc cách ly hiệu tránh ca lây lan ngồi ý muốn Dựa thực tế đó, kiến thức học vi điều khiển, vi xử lý em đề xuất thực đề tài: “ Nghiên cứu chế tạo thiết bị đa hỗ trợ y tế khu vực cách ly phòng chống dịch COVID-19 ” Với hướng dẫn Cô giáo: TS Lê Thị Minh Tâm, bọn em tiến hành nghiên cứu thực hoàn thành đề tài Trong trình thực đề tài khả kiến thức thực tế có hạn nên khơng thể tránh khỏi sai sót, kính mong thầy đóng góp ý kiến để đề tài hồn thiện Chúng em xin chân thành cảm ơn ! Mục lục Chương TỔNG QUAN VỀ ĐỀ TÀI 1.1 Tính cấp thiết đề tài 1.2 Mục tiêu đề tài .6 1.3 Đối tượng nghiên cứu………………………………………………………… 1.4 Phương pháp nghiên cứu……………………………………………………… 1.5 Nội dung đề tài……………………………………………………….7 Chương CƠ SỞ LÝ THUYẾT 2.1 : Tổng quan thiết bị tự động hỗ trợ người khu cách ly……… 2.1.1 Thiết bị tự động hỗ trợ Việt Nam………………………………… 2.1.2 Một số thiết bị phục vụ khu cách ly giới…………………11 2.2 : Arduino Uno R3……………………………………………………………….13 2.2.1 Nguồn Arduino UNO R3……………………………………………13 2.2.2 Bộ nhớ Arduino UNO R3……………………………………… …14 2.2.3 Các chân đầu vào đầu UNO………………………………………15 2.3 : Mạch cầu H - BTS7960……………………………………………………… 16 2.3.1 Các chân đầu vào đầu mạch cầu H - BTS7960………………………… 18 2.4 : Động điện chiều……………………………………………………… 18 2.4.1 Khái niệm động điện chiều………………………………………18 2.4.2 Cấu tạo nguyên lí hoạt động động điện chiều………… 19 2.4.3 Ưu nhược điểm động điện chiều…………………… …… 21 2.5 : Phương pháp điều khiển……………………………………………………….21 2.6 : Nguồn………………………………………………………………………… 23 2.7 : Tay cầm điều khiển MC6C thu RX MC7……………………………….25 Chương THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO MƠ HÌNH 3.1: Thiết kế, lắp ráp phần khí xe điều khiển……………………………….26 3.2: Thiết kế, lắp ráp phần điện xe điều khiển………………………………….27 3.2.1: Sơ đồ khối mạch nguyên lý khối……………………………… 27 3.2.2: Sơ đồ nguyên lý mạch…………………………………………………….28 3.2.3: Chương trình…………………………………………………………… 29 3.2.3: Mạch thực tế………………………………………………………………34 3.3: Kết …………………………………………………………………… …35 Chương KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN CỦA ĐỀ TÀI 4.1: Kết luận…………………………………………………………………… 36 4.2: Hướng phát triển đề tài ………………………………………………….37 Chương TỔNG QUAN VỀ ĐỀ TÀI 1.1 Tính cấp thiết đề tài Năm 2020 trở thành mốc lịch sử toàn giới phải chống chọi với đại dịch COVID-19, thảm họa lớn nhân loại kể từ chiến tranh giới thứ Từ nước phát triển quốc gia giàu mạnh giới, tất gồng để ngăn chặn đại dịch, huy động toàn tiềm lực kinh tế, quốc phịng, y tế… đóng góp tồn cộng đồng, hoạt động nghiên cứu khoa học Đi đầu phong trào phòng chống đại dịch chạy đua cơng nghệ nhằm tạo sản phẩm có tính tự động cao hoạt động hiệu cơng tác phịng chống chữa trị bệnh dịch Để đáp ứng nhu cầu cần có thiết bị điều khiển tự động áp dụng công nghệ đại với tốc độ xử lý cao hoạt động tốt mơi trường dịch bệnh đảm bảo an tồn cho người bệnh nhân viên y tế tránh lây lan khơng đáng có Do sản phẩm khoa học có khả điều khiển từ xa có chức giao tiếp tự động máy móc người bệnh trọng nghiên cứu phát triển mạnh mẽ Vi điều khiển với ưu điểm trội khả tự động hố cao, tốc độ xử lý nhanh, tỉ lệ xác lớn tích hợp nhiều cơng nghệ đại tiên tiến Một số cơng nghệ điều khiển từ xa đáp ứng nhiệm vụ hỗ trợ người hạn chế tối đa tiếp xúc người bệnh nhân viên y tế qua hạn chế lây lan dịch bệnh Bằng kiến thức vi điều khiển ngơn ngữ lập trình trau dồi trình học tập nghiên cứu Trường Đại học sư phạm kỹ thuật Hưng Yên chúng em bắt tay vào thiết kế xe điều khiển từ xa người bệnh giúp vận chuyển thức ăn, nước uống, thuốc men nhu yếu phẩm cần thiết cho người bệnh hướng dẫn cho họ lấy nhu yếu phẩm khu cách ly tập trung vừa vận dụng kiến thức tiếp thu giảng đường vừa giúp phần nhỏ vào việc đẩy lùi đại dịch 1.2 Mục tiêu đề tài - Nghiên cứu đặc điểm, ứng dụng robot tham gia vận chuyển thức ăn, nhu yếu phẩm phục vụ khu cách ly - Thiết kế phần cứng hệ thống điều khiển robot module Arduino UNO R3 - Chế tạo thành cơng mơ hình xe điều khiển từ xa cung cấp cấp thức ăn, nước uống, thuốc men, nhu yếu phẩm cần thiết cho khu cách ly - Thiết kế chương trình nhận diện khn mặt nhằm phục vụ việc hướng dẫn bệnh nhân lấy nhu yếu phẩm từ xe 1.3 Đối tượng nghiên cứu • Cấu tạo xe : - Khối điều khiển - module Arduino UNO R3 - Khối chấp hành - Nguồn lượng: Sử dụng acquy 12V để cấp nguồn cho robot - Thiết bị chấp hành: Mạch cầu H - BTS7960 điều khiển motor - Cơ cấu chấp hành: Gồm motor DC điều khiển bánh xe sau tịnh tiến bánh trước quay tự 1.4 Phương pháp nghiên cứu Để thực nội dung đề tài nghiên cứu, em tiến hành phương pháp nghiên cứu sau: • Nghiên cứu lý thuyết: - Nghiên cứu lý thuyết vi điều khiển - Nghiên cứu ngơn ngữ lập trình Arduino - Nghiên cứu phần mềm lập trình mơ máy tính - Tìm phương pháp lập trình đơn giản, dễ sử dụng, hiệu - Nghiên cứu kế thừa:  Kế thừa cơng trình nghiên cứu hệ trước sở lý thuyết phần mềm lập trình mơ  Kế thừa nghiên cứu có thực tiễn • Nghiên cứu thực nghiệm: - Thiết kế mơ hình sản phẩm - Sử dụng phần mềm lập trình điều khiển thiết bị từ xa - Viết chương trình cho Arduino UNO R3 ngơn ngữ lập trình arduino - Chạy thử mơ hình nhiều lần, kiểm tra phát lỗi từ hồn thiện hệ thống 1.5 Nội dung đề tài Chương 1: Tổng quan đề tài Chương 2: Cơ sở lý thuyết Chương 3: Thiết kế chế tạo mơ hình Chương 4: Kết luận hướng phát triển đề tài Chương CƠ SỞ LÝ THUYẾT 2.1 Tổng quan thiết bị tự động hỗ trợ người khu cách ly Với bùng phát lây lan dịch Covid-19 nên nhu cầu thiết bị tự động hỗ trợ người khu cách ly vô cần thiết nhằm hạn chế việc tiếp xúc người bệnh với nhân viên y tế thời gian gần có nhiều thiết bị tự động phát minh nhằm phục vụ nhu cầu chống lại lây lan Covid-19 Trong phổ biến thiết bị vận chuyển khử khuẩn khu cách ly 2.1.1 Thiết bị tự động hỗ trợ Việt Nam Hình 2.1 Robot vận chuyển khu cách ly trung tâm y tế Bình Sơn Nhìn bên ngồi, ‘Robot vận chuyển’ giống xe đẩy bệnh viện, nhiên, khác với xe đẩy thơng thường, xe có gắn động cơ, bình ắc quy, camera Cấu trúc đơn giản, chi phí chế tạo khoảng triệu đồng, xe vận chuyển đặc biệt mang tải trọng tối đa 150kg làm việc không gian chật hẹp Đặc biệt, thiết bị lắp đặt camera có tính lệnh giọng nói kết nối với điện thoại smartphone, để theo dõi tồn q trình vận hành qua hình giúp trao đổi nhân viên y tế người khu vực cách ly cần mà không cần phải tiếp xúc gần Hình 2.2 Robot khử khuẩn bệnh viện quân y ngiên cứu chế tạo Đây robot khử khuẩn nhóm nghiên cứu chế tạo robot Trung tâm Công nghệ thông tin, Bệnh viện Quân dân y miền Đông tập huấn sử dụng robot cho đơn vị tiếp nhận Theo đó, có cách điều khiển robot khử khuẩn, nhân viên y tế điều khiển robot từ xa qua mạng internet dùng tay cầm điều khiển với khoảng cách từ 200-300 m Robot có tính phun xịt thuốc khử khuẩn, lau khô sàn nhà biết tự khử khuẩn trước khỏi phịng cách ly Hình 2.3 Robot khử khuẩn tia UV Robot nặng 55kg, cao 1,5m, dài 0,45m, rộng 0,4m, có khả hoạt động liên tục 2,5 Với công suất thiết kế hệ thống đèn UV lên đến 500W, robot có khả diệt khuẩn 99% thời gian 30 giây với bán kính từ 1-2,5m tùy thuộc vào chủng loại vi sinh vật.Đây sản phẩm Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật (Đại học Đà Nẵng) nghiên cứu chế tạo.Sản phẩm có hệ thống đèn diệt khuẩn UV có khả phát tia cực tím UV loại C với bước sóng vào khoảng 10 2.6 Nguồn cung cấp cho xe hoạt động Hình 2.13 Hình ảnh bình ac quy 12V -Kích thước : 112 x 70 x 85 -Cơng suất : 12V - 3Ah 2.7 Modul nghịch lưu 12VDC-220VAC Hình 2.15 Modul nghịch lưu 12VDC-220VAC 21 2.8 • Điện áp vào: 12VDC • Đầu ra: AC 0-110V-172V-200V-220V • V0 - V2 = 110V • V0 - V3 = 175V • V0 - V4 = 200V • V0 - V5 = 220V • V5 - V4 = 20V • V5 - V3 = 45V • V5 - V2 = 110V • Dịng khơng tải: 0.05A • Tần số đầu ra: ~ 20KHz • Dạng sóng đầu ra: Xung vng Tay cầm điều khiển MC6C thu RX MC7RB 22 Hình 2.16 Tay cầm điều khiển MC6C thu RX MC7RB • Thơng số kĩ thuật: - Chế độ mix kênh, đảo kênh Khoảng cách truyền 400 – 800m + Thông số tay điều khiển - Tần số: 2.400 GHz đến 2.483 GHz Cơng suất ≤ 100mW Dịng hoạt động ≤ 120mA Nguồn cung cấp : 8.4V – 12V Điều khiển kênh + Thông số thu - Tần số: 2.400 GHz đến 2.483 GHz Nguồn 4.8V – 6V Trọng lượng : 9.6g Kích thước: 16x14x13cm Chương THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO MƠ HÌNH 3.1 Thiết kế, lắp ráp phần khí xe điều khiển 23 • Mơ hình cơng nghệ : Hình 3.1 Mơ hình xe đa • Một vài thành phần khí xe điều khiển : - bánh xe giúp xe di chuyển tiến lùi trái phải - động DC điều khiển xe di chuyển điều hướng theo cấu buli đai - Đèn khử khuẩn tia UV - Và số thành phần khác nhơm định hình, alu… 3.2 Thiết kế, lắp ráp phần điện xe điều khiển • Bộ điều khiển trung tâm xe điều khiển : 24 Lý chọn vi điều khiển Arduino UNO R3 • - Ngơn ngữ lập trình đơn giản dễ sử dụng - Chi phí thi công thấp - Nhỏ gọn, dễ nắp đặt sử dụng Nguồn cấp cho xe hoạt động: Các thiết bị cần cấp nguồn như: module Arduino, động DC điều khiển bánh xe, mạch cầu H điều hướng cho xe, modul nghịch lưu Bọn em nhận thấy tất thiết bị sử dụng dải điện áp 5-12v Vậy nên có phương pháp đơn giản mà hiệu để cung cấp lượng cho xe sử dụng acquy 3.2.1 Sơ đồ khối mạch nguyên lý khối Hình 3.2 Sơ đồ khối mạch • Nguyên lý khối : 25 + Khối nguồn: -Cung cấp nguồn điện cho khối + Khối module cầm tay điều khiển từ xa: -Truyền tín hiệu đến khối điều khiển trung tâm Arduino UNO R3 + Khối điều khiển trung tâm Arduino UNO R3: -Nhận xử lý tín hiệu cầm tay điều khiển từ xa -Điều khiển khối mạch động lực + Khối mạch động lực: -Nhận tín hiệu điều khiển để điều khiển động -Nhận tín hiệu để bật tắt đèn khử khuẩn + Khối cấu chấp hành - Hoạt động theo tín hiệu điều khiển 3.2.2 Sơ đồ nguyên lý mạch Hình 3.3 Sơ đồ nguyên lý mạch • Nguyên lý hoạt động: có tín hiệu điều khiển từ tay cầm, thu sóng RF thu tín hiệu truyền tới chân tín hiệu Analog từ A0 đến A5 26 arduino Để điều khiển di chuyển xe ta dùng chân 2,3,5,8,9,10 đầu arduino để điều khiển xe tịnh tiến, lùi quay Chân 10 arduino băm xung tín hiệu gửi tới mạch cầu H , chân 2,3 cấp tín hiệu điều khiển động bên trái, chân 8,9 cấp tín hiệu điều khiển động bên phải Khi gạt cần điều khiển tay cầm điều khiển thu RF gửi tín hiệu đến arduino, arduino băm xung gửi tín hiệu đến mạch cầu H để điều khiển tốc độ động xe đồng thời dựa vào chiều cần gạt tay cầm để điều khiển chiều quay động dựa theo chương trình nạp từ xe di chuyển tiến lên lùi lại, để quay xe ta ngắt tin hiệu xung mạch cầu H cấp xung cho mạch cầu H lại để quay hướng xe Để bật tắt đèn UV ta lấy tín hiệu từ chân 6, gạt cơng tắc tay cầm đèn UV sáng, gạt công tắc đèn sáng 5s tắt 3.2.3: Chương trình int ch1; int ch2; int ch3; int ch4; int ch5; int ch6; unsigned int chieu, toc_do; //=============ĐỘNG CƠ TRÁI================== int RL_EN_T = 5; // băm xung int R_PWM_T = 2;// điều khiển chiều quay int L_PWM_T = 3;// điều khiển chiều quay //=============ĐỘNG CƠ PHẢI================== int RL_EN_P = 10; // băm xung int R_PWM_P = 8;// điều khiển chiều qua int L_PWM_P = 9;// điều khiển chiều quay // ========DONG CO TRUC VIT VA DEN KHU KHUAN============= void setup() { pinMode(A0, INPUT); pinMode(A1, INPUT); pinMode(A2, INPUT); pinMode(A3, INPUT); pinMode(A4, INPUT); 27 pinMode(A5, INPUT); pinMode(RL_EN_T, OUTPUT); pinMode(R_PWM_T, OUTPUT); pinMode(L_PWM_T, OUTPUT); digitalWrite(R_PWM_T, HIGH); digitalWrite(L_PWM_T, HIGH); //STOP pinMode(RL_EN_P, OUTPUT); pinMode(R_PWM_P, OUTPUT); pinMode(L_PWM_P, OUTPUT); digitalWrite(R_PWM_P, HIGH); digitalWrite(L_PWM_P, HIGH); //STOP analogWrite(RL_EN_P,0); analogWrite(RL_EN_T,0); pinMode(11,OUTPUT); pinMode(13,OUTPUT); pinMode(6,OUTPUT); pinMode(1,INPUT); pinMode(4,INPUT); digitalWrite(12,LOW); digitalWrite(13,LOW); Serial.begin(9600); } void loop() { gui_xung(); dk_robot(); //bat_den_uv(); //test_dc(); bat_den_uv_trong(); } void bat_den_uv_trong() { if(ch5500)//digitalRead(11)==HIGH { Serial.print("bat den trong"); digitalWrite(6,HIGH); delay(5000); Serial.print("tat den trong"); digitalWrite(6,LOW); } 28 void gui_xung() { ch1 = pulseIn(A0, HIGH, 25000); ch2 = pulseIn(A1, HIGH, 25000); ch3 = pulseIn(A2, HIGH, 25000); ch4 = pulseIn(A3, HIGH, 25000); ch5 = pulseIn(A4, HIGH, 25000); ch6 = pulseIn(A5, HIGH, 25000); } void dk_robot() { if(ch2>1100&&ch21100&&ch11100&&ch4=12 00&&ch6>=1200||ch1==0||ch2==0||ch3==0||ch4==0||ch5==0||ch6==0) { digitalWrite(R_PWM_T, HIGH); digitalWrite(L_PWM_T, LOW); //CHIEU THUAN analogWrite(RL_EN_T,0); digitalWrite(R_PWM_P, LOW); digitalWrite(L_PWM_P, HIGH); //CHIEU THUAN analogWrite(RL_EN_P,0); } if(ch2>1800&&ch21900) { digitalWrite(R_PWM_T, HIGH); digitalWrite(L_PWM_T, LOW); //CHIEU THUAN analogWrite(RL_EN_T,70); digitalWrite(R_PWM_P, LOW); digitalWrite(L_PWM_P, HIGH); //CHIEU THUAN analogWrite(RL_EN_P,70); } if(ch2>=1100&&ch2