Khử trùng bằng tia cực tím dùng robot tự hành

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ TP HỒ CHÍ MINH ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP KHỬ TRÙNG BẰNG TIA CỰC TÍM DÙNG ROBOT TỰ HÀNH Ngành Kỹ thuật Điều khiển và Tự động hoá Giảng viên hướng dẫn TS Lê Quang Đức Sinh viên thực hiện MSSV Lớp Trần Lê Hoàng 1711050167 17DTDA1 Huỳnh Thanh Danh 1711050105 17DTDA1 Nguyễn Văn Lộc 1711050067 17DTDA1 TP Hồ Chí Minh, tháng 9 năm 2021 ii LỜI CẢM ƠN  Chúng em xin chân thành cảm ơn Ban lãnh đạo nhà trường Đại học Công Nghệ Kỹ Thuật TP Hồ Chí Minh, đã tạo điều kiệ.

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ TP HỒ CHÍ MINH ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP KHỬ TRÙNG BẰNG TIA CỰC TÍM DÙNG ROBOT TỰ HÀNH Ngành: Kỹ thuật Điều khiển Tự động hoá Giảng viên hướng dẫn: TS Lê Quang Đức Sinh viên thực hiện: MSSV: Lớp: Trần Lê Hoàng 1711050167 17DTDA1 Huỳnh Thanh Danh 1711050105 17DTDA1 Nguyễn Văn Lộc 1711050067 17DTDA1 TP Hồ Chí Minh, tháng năm 2021 LỜI CẢM ƠN  Chúng em xin chân thành cảm ơn Ban lãnh đạo nhà trường Đại học Cơng Nghệ Kỹ Thuật TP.Hồ Chí Minh, tạo điều kiện hỗ trợ nhóm em hồn thành đồ án tốt nghiệp lần Chúng em xin gửi lời cảm ơn chân thành tri ân sâu sắc thầy cô trường, đặc biệt thầy TS Lê Quang Đức giúp đỡ em tài liệu tham khảo để em hoàn thành tốt Báo cáo tốt nghiệp Và chúng em xin chân thành cám ơn thầy nhiệt tình hướng dẫn hướng dẫn chúng em việc lựa chọn đề tài nghiên cứu, hướng tiếp cận giúp em chỉnh sửa thiếu sót q trình nghiên cứu Trong q trình nghiên cứu, khó tránh khỏi sai sót, mong Thầy, Cô bỏ qua giúp em hồn thiện cho chúng em Đồng thời trình độ lý luận kinh nghiệm thực tiễn hạn chế nên báo cáo tránh khỏi thiếu sót, em mong nhận ý kiến đóng góp từ phía Thầy, Cơ để chúng em em học thêm nhiều kinh nghiệm hoàn thành tốt Chúng em xin chân thành cảm ơn! ii MỤC LỤC PHIẾU ĐĂNG KÝ TÊN ĐỀ TÀI ĐỒ ÁN PHIẾU GIAO NHIỆM VỤ THỰC HIỆN ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP LỜI CAM ĐOAN i LỜI CẢM ƠN ii MỤC LỤC iii DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT vii DANH MỤC CÁC HÌNH ẢNH viii DANH SÁCH BẢNG VÀ BIỂU ĐỒ x LỜI MỞ ĐẦU .6 Chương 1: GIỚI THIỆU VỀ ĐỀ TÀI 1 Đặt vấn đề Tình hình nghiên cứu Mục đích nghiên cứu tính ứng dụng đề tài .10 Nhiệm vụ nghiên cứu .11 Bố cục thời gian thực 11 Chương 2: TỔNG QUAN VỀ GIẢI PHÁP 12 Khử trùng tia cực tím gì? 12 2 Lịch sử phát triển khử trùng tia cực tím 13 Phương thức hoạt động đèn tia cực tím 14 Các sản phẩm, giải pháp tương tự .15 Robot khử trùng TPA-ROBOT 15 Đặc tính kỹ thuật 16 iii Robot khử trùng Keenon 17 Đặc tính kỹ thuật 18 Chương 3: PHƯƠNG PHÁP GIẢI QUYẾT 19 Tìm hiểu sơ lược phương pháp 19 1 Xe tự hành, robot tự hành gì? 19 Các dạng xe tự hành 19 Phương pháp giải cho đồ án 20 3 Cấu tạo nguyên lý hoạt động .21 3 Mô tả hoạt động 21 3 Mô tả cấu tạo nguyên lý hoạt động 22 3 Chế độ báo nguồn bảo vệ mạch Arudino 24 Mơ tả tính mơ hình 25 Độ hiệu sử dụng Robot tự hành 26 Chương 4: QUY TRÌNH THIẾT KẾ 28 Thiết kế 28 1 Quy trình thiết kế mơ hình 28 Hệ thống điều khiển .29 Sơ đồ khối .29 Khối nhập .30 2 Khối trung tâm 30 Khối vận hành 30 4 Sơ đồ khối .31 Thiết kế phần cứng 32 Bản vẽ phần cứng 34 iv Bản vẽ 2D thiết kế mơ hình 35 Lưu đồ thuật toán vẽ điện 36 1 Lưu đồ thuật toán .36 Bản vẽ điện hệ thống xe tự hành .37 Chia vùng chức 37 Mô tả vùng chức nhiệm vụ .38 Tính tốn lựa chọn linh kiện 40 Phần robot tự hành 40 Phần hệ thống đèn khử trùng 45 4 Bảng giá thành vật liệu 48 Chương 5: THI CƠNG THÍ NGHIỆM MƠ HÌNH .50 Thi cơng lắp ráp khí 50 Thi công, lắp ráp phần điện, điện tử .53 Lắp đặt vị trí linh kiện 53 2 Danh sách nối dây linh kiện 54 Mô phỏng, chạy thử 56 Mạch mô 56 Lập trình mơ Arduino Uno R3 58 3 Chuẩn bị phần mềm 58 Bắt đầu mô phỏng, thử nghiệm 60 Đèn báo tín hiệu ON đèn tia UV 61 Động Servo hệ thống cảm biến siêu âm 61 Động 64 5 Tiến hành chạy thử mơ hình 66 v 5 Chuẩn bị phần mềm cho mô hình 66 5 Tiến hành chạy thử .68 5 Thời gian khử trùng 71 Chương 6: ĐÁNH GIÁ, SO SÁNH KẾT QUẢ 73 Về mặt tích cực .73 1 Về mặt lý thuyết 73 Về phần cứng .73 Về chương trình điều khiển 73 Mặt hạn chế 74 Ưu điểm nhược điểm giải pháp 74 Ưu điểm .74 Nhược điểm .75 Kết luận 75 Kinh nghiệm kiến thức đạt 75 Hướng phát triển đề tài 75 TÀI LIỆU THAM KHẢO 76 PHỤ LỤC 77 vi DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT UVGI: Ultraviolet Germicidal Irradiation UV: Ultraviolet UV-C LED: Ultraviolet Light Emitting Diodes DNA: Deoxyribonucleic Acid AGV: Automation Guided Vehicle EPA: Environmental Protection Agency vii DANH MỤC CÁC HÌNH ẢNH Hình 2.1: Đèn khử trùng tia UV (Nguồn: Google) 13 Hình 2.2: TPA-UV ROBOT, Robot khử khuẩn tia UV (Nguồn: tpa-fas.com.vn) 15 Hình 2.3: Robot khử trùng Keenon (Nguồn: keenonrobot.com) .17 Hình 3.1: Sơ đồ phần mạch bảo vệ Arudino .24 Hình 4.1: phần mềm Arduino IDE 30 Hình 4.2: Bản vẽ phần cứng mơ hình (Nguồn: Goole) 34 Hình 4.3: Bản vẽ 2D mơ hình .35 Hình 4.4: Bản vẽ điện mơ hình .37 Hình 4.5: Chia vùng chức 37 Hình 4.6: Arduino Uno R3 .40 Hình 4.7: Mạch cầu IC L298 42 Hình 4.8: Cặp động DC giảm tốc + bánh xe .43 Hình 4.9: Cảm biến siêu âm .43 Hình 4.10: RC Servo MG90S 44 Hình 4.11: Hộp Pin Cỡ 18650 Có Cơng Tắc 45 Hình 4.12: Pin 18650 .45 Hình 4.13: Bóng đèn tia UV 46 Hình 4.14: Bình điện ắc quy 12VDC 46 Hình 4.15: Bộ chuyển đổi Inverter 47 Hình 4.16: Relay 12VDC 47 Hình 5.1: Dụng cụ làm khung robot 50 Hình 5.2: Hai tầng khung xe cắt .50 Hình 5.3: Cố định để khoang lỗ trụ xác 51 Hình 5.4: Tiến hành lắp trụ cố định tầng robot 51 Hình 5.5: Cố định gá đỡ, lắp ráp động V1 bánh xe đa hướng 52 Hình 5.6: Lắp bánh xe đèn tia UV 52 viii Hình 5.7: Tầng robot .53 Hình 5.8: Tầng robot .54 Hình 5.9: Bảng danh sách nối dây linh kiện 55 Hình 5.10: Mạch mơ cuả mơ hình 56 Hình 5.11: Nút nhấn giả lập khoảng cách 57 Hình 5.12: Màn hình hiển thị kết 57 Hình 5.13: Chuẩn bị để biên dịch chương trình 59 Hình 5.14: File hex tạo 59 Hình 5.15: Nạp file hex cho Arduino 60 Hình 5.16: Nạp file hex cho cảm biến siêu âm 60 Hình 5.17: Đèn báo tín hiệu đèn UV sáng 61 Hình 5.18: Động Servo hoạt động 61 Hình 5.19: Giả lập khoảng cách 14cm .62 Hình 5.20: Giả lập khoảng cách 50cm .62 Hình 5.21: Giả lập khoảng cách 65cm .63 Hình 5.22: Giả lập cách trường hợp khoảng cách xa 50cm 64 Hình 5.23: Động hoạt động theo thông tin nhận 64 Hình 5.24: Robot đèn dừng sau hồn tất hành trình 65 Hình 5.25: Kết nối máy tính với Arduino qua cáp 66 Hình 5.26: Chọn board mạch phù hợp 66 Hình 5.27: Chọn cổng Arduino kết nối với máy tính 67 Hình 5.28: Tiến hành upload code 67 Hình 5.29: Upload code thành công vào board mạch Arduino 67 Hình 5.30: Bật cơng tắc Inverter 68 Hình 5.31: Bật công tắt cho robot 68 Hình 5.32: Trạng thái ON robot 69 Hình 5.33: Servo cảm biến bắt đầu quét vật cản 69 Hình 5.34: Robot dừng sau phút làm việc .70 ix DANH SÁCH BẢNG VÀ BIỂU ĐỒ Biểu đồ 1-1: Tình hình dịch Covid-19 Việt Nam theo giai đoạn đến đầu tháng (Nguồn: Bộ Y Tế) Biểu đồ 2-1: Biểu đồ bước sóng tia UV (Nguồn: Google) .12 Bảng 3-1: Thông số kỹ thuật mơ hình 26 Bảng 4-1: Vật liệu thiết kế phần cứng .33 Bảng 4-2: Vùng chức thiết bị 38 Bảng 4-3: Mô tả vùng chức .39 Bảng 4-4: Bảng giá thành vật liệu 49 Bảng 5-1: Bảng liều lượng thời gian chiếu xạ 72 Sơ đồ 4-1: Sơ đồ quy trình thiết kế mơ hình 28 Sơ đồ 4-2: Sơ đồ hệ thống điều khiển 29 Sơ đồ 4-3: Sơ đồ khối .29 Sơ đồ 4-4: Sơ đồ khối tổng quát mơ hình 31 Sơ đồ 4-5: Lưu đồ thuật toán giải pháp 36 x Mặt hạn chế Do tình hình dịch Covid-19 kinh nghiệm cịn hạn chế khơng thể tránh khỏi sai sót q trình thi công thiết kế Không thể mua đầy đủ linh kiện, điển khung robot làm từ ván gỗ, đèn tia cực tím mua loại có cơng suất thấp mua loại relay kênh Cả nhóm khơng thể gặp để làm mơ hình chất lượng sản phẩm tạo không đạt 100% ý muốn Ưu điểm nhược điểm giải pháp Phương thức khử trùng dùng tia cực tím UV-C để khử trùng bề mặt, ngừng hoạt động vi sinh vật Không sử dụng chất hóa học để khử khuẩn Khử khuẩn khơng khí đèn UV khơng cần sử dụng thêm chất tẩy rửa hóa học khơng để lại độc hại sau q trình khử khuẩn hồn thành Ưu điểm Việc khử khuẩn diễn đơn giản, nhanh chóng, không tốn nhiều thời gian sức lao động Người sử dụng hoàn toàn chủ động thời gian ngày hay đêm, nhà hay mà robot hoạt động bình thường Diệt khuẩn bệnh viện, khu vực cách ly, phòng mổ; thay người để giảm nguy tiếp xúc mầm bệnh, hỗ trợ cơng tác phịng, chống dịch bệnh truyền nhiễm Thân thiện với mơi trường An tồn sử dụng với chế chộ chạy tự hành quét tránh né vật cản Có thể khử trùng tồn ngóc ngách phịng Tốn lượng dành cho việc sạc robot ắc quy cho đèn Giá thành rẻ so với loại robot khử trùng thị trường Dễ dàng bảo trì, lập trình sửa chữa theo nhu cầu vận hành tuỳ theo địa điểm sử dụng 74 Nhược điểm Thời gian sạc lâu sử dụng ắc quy Ánh sáng tia cực tím sử dụng lâu ảnh hưởng đến vật liệu robot nhựa màu sắc Tia cực tím có khả diệt khuẩn khơng khí nước, nhiên chúng loại ánh sáng có hại cho da mắt người Do sử dụng đèn cực tím diệt khuẩn, bạn cần sử dụng phịng kín đảm bảo khơng có người động vật bên phịng Robot khơng thể nơi có địa hình gồ ghề, chui gầm Kết luận Kinh nghiệm kiến thức đạt Có khả kết nối làm việc với với dù xa, tăng khả làm việc nhóm online chia cơng việc cụ thể Tìm giải pháp giải gặp vấn đề, nâng cao chất lượng đồ án nhiều phương pháp Khả tìm chọn lọc thơng tin internet, biết cách cài đặt thư viện cho phần mềm vẽ vẽ CAD Nâng cao khả trình bày báo cáo logic, chi tiết cụ thể Hướng phát triển đề tài Phát triển mơ hình robot khử trùng tia cực tím dùng robot tự hành có kích thước lớn có thẩm mĩ Sử dụng đèn tia cực tím có cơng suất lớn khả khử trùng mạnh phù hợp cho nơi có diện tích lớn Phát triển phần mềm cách chức mơ hình để phù hợp với mục đích sử dụng, điều khiển hệ thống robot qua bluetooth Wifi 75 TÀI LIỆU THAM KHẢO https://ncov.moh.gov.vn/en/-/6847426-6571 Khử trùng tia cực tím https://vi.wikipedia.org/wiki/Kh%E1%BB%AD_tr%C3%B9ng_b%E1%BA%B1ng _tia_c%E1%BB%B1c_t%C3%ADm https://tpa-fas.com.vn/Chi-tiet/tpauv-robot-robot-khu-khuan-bang-tia-uv https://www.keenonrobot.com/ https://www.lighting.philips.com.vn/products/uv-c https://www.umex.de/fileadmin/user_upload/pdf_offen/vn/werbmat_vn/uvdesinf_vn.pdf https://namhaidragon.com/kien-thuc-uvc/lieu-luong-uvc-la-gi-cach-xac-dinh-vadanh-gia-hieu-qua-cua-den-uvc-khu-khuan/ Robot tự hành https://tpa-fas.com.vn/Tin/tong-quan-ve-xe-tu-hanh-agv-trong-nha-may-va-loi-ichcua-xe-tu-hanh agv https://thanhnien.vn/gioi-tre/che-tao-thanh-cong-uv-robot-phong-chong-dich-covid19-tang-benh-vien-da-nang-1229145.html https://www.arduino.cc/ http://arduino.vn/ 76 PHỤ LỤC Video chạy thử mơ hình: https://youtu.be/mW8qBrRESRk Code robot: #define run_every() for(static uint16_t last_ ;\ (uint16_t)(uint16_t(millis())-last_) >=(t);\ last_ += (t)) #include //sensor pins #define trig A1 //chan trig cua HC-SR04 #define echo A0 //chan echo cua HC-SR04 bool run_ = 1; unsigned long time_ = 0; bool off_ = 0; unsigned long time = 0; Servo sv; //tao bien dong co servo //motor pins #define inA1 //dinh nghia chan in1 cua motor A #define inA2 //dinh nghia chan in2 cua motor A #define inB1 //dinh nghia chan in3 cua motor B #define inB2 //dinh nghia chan in4 cua motor B #define enA A3 //dinh nghia chan enA cua motor A #define enB A4 //dinh nghia chan enB cua motor B 77 #define denUV //dinh nghia den tia UV #define led 13//dinh nghia led tin hieu void turn(int speed_,bool state = 1) { if(state == 1) { analogWrite(enA,speed_); analogWrite(enB,speed_); digitalWrite(denUV,state); digitalWrite(led, state); } else{ motorControlNoSpeed(inB1, inB2, 0); motorControlNoSpeed(inA1, inA2, 0); digitalWrite(denUV,0); digitalWrite(led,0); } } void setup() { pinMode(inA1, OUTPUT);//in1 cua dc A la output pinMode(inA2, OUTPUT);//in2 cua dc A la output pinMode(inB1, OUTPUT);//in3 cua dc B la output 78 pinMode(inB2, OUTPUT);//in4 cua dc B la output pinMode(trig, OUTPUT);//chan trig se phat tin hieu pinMode(echo, INPUT);//chan echo se nhan tin hieu pinMode(enA, OUTPUT);//chan enA cua dc trai la output pinMode(enB, OUTPUT);//chan enB cua dc phai la output analogWrite(enA,50); analogWrite(enB,50); pinMode(denUV, OUTPUT);//den tia UV la output pinMode(led, OUTPUT);//den tin hieu led la output digitalWrite(led, HIGH); digitalWrite(denUV, HIGH); Serial.begin(9600); sv.attach(A2); //gan servo vao pin 10 } void loop() { if(run_ == 1){ set_up(50); // dong co chay 10s dung 30s objectAvoider (inA1, inA2, inB1, inB2, 50, 100,off_); } 79 if( (unsigned long) (millis() - time ) > 180000) { turn(0,0); delay(1000);// run_ = 0; // time = millis(); } } void set_up(byte speed_) { static unsigned long d ; static unsigned long d_2 ; static bool on_ = 1; if (on_ == 1) { if (millis() - d_2 > 10000) { on_ = 0; off_ = 1; } turn(speed_,1); d = millis(); } else 80 { motorControlNoSpeed(inB1, inB2, 0); motorControlNoSpeed(inA1, inA2, 0); d_2 = millis(); if (millis() - d > 30000) { on_ = 1; off_ = 0; } } } int objectDistance_cm (byte angle) { sv.write(angle); long duration;//bien thoi gian int distance;//bien luu khoang cach /**phat xung tu chan trig**/ digitalWrite(trig, LOW);//tat chan trig delayMicroseconds(2); digitalWrite(trig, HIGH);//phat xung chan trig delayMicroseconds(10);//xung co dai microseconds digitalWrite(trig, LOW);//tat chan trig /**tinh toan thoi gian**/ duration = pulseIn(echo, HIGH);//do rong xung HIGH o chan echo 81 distance = int(duration / / 29.412); //tinh khoang cach den vat can /**in ket qua Serial monitor**/ Serial.print(distance); Serial.println("cm"); return distance; } void robotMover (byte inL1, byte inL2, byte inR1, byte inR2, byte action) { /** inB1 inB2 la chan tin hieu cua dong co phai inL1 inL2 la chan tin hieu cua dong co trai action = dung yen tai cho action = di thang action = lui lai action = quay trai action = quay phai action = re trai action = re phai action = re lui trai action = re lui phai **/ switch (action) { case 0://khong di chuyen 82 motorControlNoSpeed(inB1, inB2, 0); motorControlNoSpeed(inL1, inL2, 0); break; case 1://di thang motorControlNoSpeed(inB1, inB2, 1); motorControlNoSpeed(inL1, inL2, 1); break; case 2://lui lai motorControlNoSpeed(inB1, inB2, 2); motorControlNoSpeed(inL1, inL2, 2); break; case 3://quay trai motorControlNoSpeed(inB1, inB2, 1); motorControlNoSpeed(inL1, inL2, 2); break; case 4://quay phai motorControlNoSpeed(inB1, inB2, 2); motorControlNoSpeed(inL1, inL2, 1); case 5://re trai motorControlNoSpeed(inB1, inB2, 1); motorControlNoSpeed(inL1, inL2, 0); break; 83 case 6://re phai motorControlNoSpeed(inB1, inB2, 0); motorControlNoSpeed(inL1, inA2, 1); break; case 7://re lui trai motorControlNoSpeed(inB1, inB2, 2); motorControlNoSpeed(inL1, inA2, 0); break; case 8://re lui phai motorControlNoSpeed(inB1, inB2, 0); motorControlNoSpeed(inL1, inA2, 2); break; default: action = 0; } } void motorControlNoSpeed (byte in1, byte in2, byte direct) { //in1 va in2 la pin tin hieu dieu khien dong co //direct include: // 0:Stop // 1:Move on direct // 2:Move on another direct 84 switch (direct) { case 0://dung khong quay digitalWrite(in1, LOW); digitalWrite(in2, LOW); break; case 1://quay chieu digitalWrite(in1, HIGH); digitalWrite(in2, LOW); break; case 2://quay chieu digitalWrite(in1, LOW); digitalWrite(in2, HIGH); break; //default } } void objectAvoider (byte inL1, byte inL2, byte inR1, byte inR2, byte allow_distance, int turn_back_time,bool off) { if(off == 1) { robotMover(inA1, inA2, inB1, inB2, 0); objectDistance_cm(90); 85 } else{ //robotMover(inA1, inA2, inB1, inB2, 1); // Serial.println("Tien"); //delay(10); int front_distance = objectDistance_cm(90); int left_distance; int right_distance; int max_distance; if (front_distance > allow_distance) { robotMover(inA1, inA2, inB1, inB2, 1); Serial.println("Tien"); delay(10); } if (front_distance