Robot khử trùng tia UV

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ TP HỒ CHÍ MINH ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ROBOT KHỬ TRÙNG TIA UV NGÀNH KỸ THUẬT ĐIỀU KHIỂN VÀ TỰ ĐỘNG HÓA GIẢNG VIÊN HƯỚNG DẪN TS LÊ QUANG ĐỨC Sinh viên thực hiện MSSV Lớp Hồ Đại Dương 1711050039 17DTDA1 Phạm Văn Đan 1711050083 17DTDA1 Trịnh Hoàng Trí Dũng 1711050090 17DTDA1 Tp Hồ Chí Minh, ngày 05 tháng 09 năm 2021 (dòng 29) Tp Hồ Chí Minh, tháng (chữ thường, cỡ 13; ghi tháng năm bảo vệ) BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ TP HỒ CHÍ MINH ĐỒ ÁN.

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ TP HỒ CHÍ MINH ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ROBOT KHỬ TRÙNG TIA UV NGÀNH: KỸ THUẬT ĐIỀU KHIỂN VÀ TỰ ĐỘNG HÓA GIẢNG VIÊN HƯỚNG DẪN: TS.LÊ QUANG ĐỨC Sinh viên thực hiện: MSSV: Lớp: Hồ Đại Dương 1711050039 17DTDA1 Phạm Văn Đan 1711050083 17DTDA1 Trịnh Hồng Trí Dũng 1711050090 17DTDA1 Tp Hồ Chí Minh, ngày 05 tháng 09 năm 2021 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC CƠNG NGHỆ TP HỒ CHÍ MINH ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ROBOT KHỬ TRÙNG TIA UV NGÀNH: KỸ THUẬT ĐIỀU KHIỂN VÀ TỰ ĐỘNG HÓA GIẢNG VIÊN HƯỚNG DẪN: TS.LÊ QUANG ĐỨC Sinh viên thực hiện: MSSV: Lớp: Hồ Đại Dương 1711050039 17DTDA1 Phạm Văn Đan 1711050083 17DTDA1 Trịnh Hoàng Trí Dũng 1711050090 17DTDA1 Tp Hồ Chí Minh, ngày 05 tháng 09 năm 2021 MỤC LỤC PHIẾU ĐĂNG KÍ ĐỀ TÀI PHIẾU GIAO NHIỆM VỤ LỜI CAM ĐOAN .i LỜI CẢM ƠN ii MỤC LỤC iii DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT vii DANH MỤC HÌNH ẢNH viii DANH MỤC CÁC BẢNG x DANH MỤC CÁC SƠ ĐỒ xi Chương 1: GIỚI THIỆU I Giới thiệu đề tài Nêu vấn đề Nêu đề tài II Công nghệ diệt khuẩn bằng tia UV Khái niệm 2.Nghiên cứu Cấu tạo Sản phẩm Chương 2:TỔNG QUAN GIẢI PHÁP I Tổng quan dự án Sơ đồ hệ thống dự án Chức phận Bảo vệ Nhiệm vụ Ưu điểm 10 II Sản phẩm tương tự công dụng 10 Sản phẩm “Máy khử trùng, diệt khuẩn cho lớp học bằng tia uv” 10 Sản phẩm “Đèn UV diệt khuẩn mini cho gia đình” 11 Chương 3: PHƯƠNG PHÁP THIẾT KẾ .12 I Phương án thực 12 Phương án đề xuất, thay 12 Phương án thiết kế 12 iii II Các thiết bị 12 Bộ phận đèn 12 Bộ phận di chuyển 14 Bộ phận quan sát 15 III Nguyên lý hoạt động cấu tạo robot 15 Cấu tạo chung 15 Cấu tạo nguyên lý hoạt động 16 Danh sách thao tác thực robot 17 Các hoạt động khác 18 Nguồn điện 19 Chương 4: QUY TRÌNH THIẾT KẾ 20 I Quy trình thiết kế 20 Thiết kế mơ hình 20 Thiết kế hệ thống điều khiển 20 II Thiết kế mơ hình 21 Tính tốn 21 Chọn vật liệu 21 Bảng giá vật liệu 23 4.Hình ảnh vẽ thiết kế mô 24 III Thiết kế hệ thống hoạt động 25 Sơ đồ cấu hình tổng hệ thống 25 Hệ thống di chuyển robot 26 2.1 Bánh xe 26 2.2 Bo mạch L298D 26 2.3 Bo mạch Aruidno 27 2.4 Mạch thu phát bluetooth HC-05 28 Hệ thống đèn 29 3.1 Bộ cảm biến thông minh apollo 29 3.2 Bộ đèn Diệt Khuẩn Điện Quang ĐQ GLT8 UVC 20 30 Hệ thống điều khiển 30 IV Thiết kế phần mềm điều khiển hệ thống 31 Hệ thống di chuyển 31 Thiết kế app điều khiển 34 Hệ thống đèn 35 Chương 5: THI CƠNG MƠ HÌNH 38 iv I Thi công, lắp ráp phần cứng 38 Chọn vật liệu để làm vỏ mơ hình 38 Tiến hành lắp ráp thân mơ hình 39 2.1 Lắp ráp phận di chuyển 40 2.2 Lắp ráp phận gắn đèn nguồn đèn 40 2.3 Thiết kế phận điều khiển motor bánh xe 41 2.4 Hồn thiện mơ hình 42 II Thi công phần mềm điều khiển 43 Nạp Code 43 Phần mềm điều khiển 43 Thử nghiệm mơ hình 44 Chương : ĐÁNH GIÁ KẾT QUẢ, KẾT LUẬN 45 I Đánh giá kết 45 Thành đạt được 45 Kết Luận 45 II Khuyến nghị 45 Tồn đọng đồ án 45 Phương án phát triển 45 Tài Liệu Tham Khảo .47 I Thông số linh kiện dùng dự án 48 Đèn diệt khuẩn 48 1.1 Điểm đặc biệt sản phẩm 48 1.2 Thông số kỹ thuật 48 1.3 Vệ sinh bảo dưỡng sản phẩm 49 Bộ điều khiển đèn thông minh Apollo 49 2.1 Điểm đặc biệt sản phẩm 49 2.2 Thông số kỹ thuật 50 2.3 Vệ sinh bảo dưỡng sản phẩm 50 Mạch Arduino Uno R3 51 Mạch điều khiển động L293D 52 4.1 Motor Driver Shield L293D shield mở rộng dành cho Arduino 52 4.2 Các thành phần Motor Driver Shield L293D điều khiển 52 4.3 Các chân Shield được kết nối với board Arduino sau 53 Mạch thu phát Bluetooth HC-05 53 Động Cơ DC Giảm Tốc JGB37-520 54 v Cặp bánh xe Mecanum 54 Raspberry Pi 4B 55 Pi camera 56 10 Relay 56 II Các phần mềm code sử dụng 57 Code Aruidno 57 Code Raspberry Pi 59 Phần mềm điều 59 III Hình ảnh vẽ kỹ thuật 60 Bản vẽ mặt cắt 60 Bản vẽ thân 61 Bản vẽ thân 62 vi DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT eV = electron volt UV = Tia cực tím nm = nanometre ARN = Genne gần giống với DNA V = Volt ( đơn vị dòng điện ) Hz = hertz ( tần số ) W = watt ( đơn vị công suất ) kg = kilôgam mA = mili Ampe 10 RPM = Revolutions per minute ( số vòng quay motor phút ) 11 kg.cm = momen xoắn 12 v/p = số vòng phút 13 m/p = số mét di chuyển phút 14 mm = milimet 15 cm = centimet 16 AC = Nguồn xoay chiều 17 DC = Nguồn chiều 18 L + R = Left and Right ( trái phải ) 19 I/O = Input/Output ( đầu vào, đầu ) 20 MHz = mega hertz 21 Mbps = megabit per second ( tốc độ truyền liệu giây ) vii DANH MỤC HÌNH ẢNH HÌNH TRANG Hình 1: Cấu tạo bóng đèn UV Hình 2: Hiệu nng loại đèn UV Việt Nam Hình 1: Máy diệt khuẩn bằng tia UV 10 Hình 2: Máy khử trùng UV mini 11 Hình 1: Đèn UV điện quang 13 Hình 2: Motor giảm tốc 12VDC 14 Hình 3: Camera Raspberry V2 .15 Hình 1: Nhơm định hình kích thước 21 Hình 2: Nhôm ốp thân robot 22 Hình 3: Giá đỡ motor 22 Hình 4: Trụ đỡ dèn .23 Hình 5: Bản vẽ thiết kế mô 3D 24 Hình 6: Bánh xe 3600 26 Hình 7: Bo mạch Aruidno UNO 26 Hình 8: Bo mạch L298D 27 Hình 9: Mạch Bluetooth HC-05 28 Hình 10: Cảm biến Apollo 29 Hình 11: Bóng đèn UV Điện Quang 30 Hình 12: Bo mạch Raspberry Pi 31 Hình 13: Thiết kế phần mềm web 34 Hình 14: Phần mềm điện thoại 34 Hình 15: Các thao tác phần mềm 35 Hình 16: Hệ thống đèn UV 36 HÌNH 1: Vật liệu thiết kế .38 HÌNH 2: Định hình vật liệu 39 HÌNH 3: Lắp ghép thân robot 39 HÌNH 4: Lắp ghép phận di chuyển 40 HÌNH 5: Lắp ráp bệ đèn .40 HÌNH 6: Đặt thiết bị vào thân robot 41 viii HÌNH 7: Mơ hình hồn chỉnh 42 HÌNH 8: Nạp code cho bo mạch 43 HÌNH 9: Phần mềm hiển thị 44 HÌNH 10: Mơ hình hoạt động 44 PHỤ LỤC 1: Đèn UV .48 PHỤ LỤC 2: Cảm biến quét 49 PHỤ LỤC 3: Bo mạch Aruidno UNO 51 PHỤ LỤC 4: Bo mạch L298D 52 PHỤ LỤC 5: Mạch Bluetooth HC-05 .53 PHỤ LỤC 6: Motor giảm tốc 54 PHỤ LỤC 7: Bánh xe 360o .54 PHỤ LỤC 8: Mạch Raspberry Pi 55 PHỤ LỤC 9: Camera Raspberry V2 .56 PHỤ LỤC 10: Relay .56 PHỤ LỤC 11: Code phần mềm 59 PHỤ LỤC 12: Bản vẽ mặt cắt robot .60 PHỤ LỤC 13: Bản vẽ thân robot .61 PHỤ LỤC 14: Bản vẽ thân robot 62 ix DANH MỤC CÁC BẢNG BẢNG TRANG Bảng 3.1: Danh sách thao tác robot 17 Bảng 3.2: Danh sách thao tác khác robot 18 Bảng 3.3: Bảng thông tin nguồn điện .19 Bảng 4.1: Danh sách tính tốn thiết kế .21 Bảng 4.2: Danh sách vật liệu thi công 23 x  PHỤ LỤC   I Thông số linh kiện dùng dự án: Đèn diệt khuẩn: PHỤ LỤC 1: Đèn UV 1.1 Điểm đặc biệt sản phẩm: - Đèn có khả ứng dụng diệt khuẩn - Bước sóng 253.7nm - Đèn chiếu tia UVC dùng để giết làm bất hoạt vi sinh vật - Sử dụng thủy tinh thạch anh - Dãy nhiệt độ hoạt động rộng: ÷ 50oC - Tuổi thọ lên đến 8.000h - Sử dụng chung với máng có ballast 1.2 Thơng số kỹ thuật: * Thông số điện: - Điện áp: 220V - Tần số: 50Hz - Công suất: 20W * Thông số quang: - Nhiệt độ làm việc: ÷ 50oC - Góc chiếu: 360 độ 48 - Loại bước sóng: UVC * Đóng gói: - Kích thước sản phẩm: - Chiều dài đèn: 589mm - Đường kính đèn: 25.4mm 1.3 Vệ sinh bảo dưỡng sản phẩm : - Đây sản phẩm phát xạ UV, thuộc nhóm nguy đèn phát UV với cơng suất cao gây tổn thương nghiêm trọng cho da mắt Tránh để mắt da tiếp xúc trực tiếp với đèn mà che chắn Chỉ sử dụng mơi trường khép kín với người dùng phải được che chắn khỏi xạ - Tuân thủ hướng dẫn sử dụng sản phẩm - Giữ khoảng cách khơng nhìn trực tiếp vào đèn hoạt động khoảng cách gần - Do tính chất UVC làm lão hóa vật liệu nhạy cảm với ánh sáng nhựa màu sáng, vật liệu da,… Vì hạn chế để vật không gian chiếu sáng đèn phải được che chắn cẩn thận đèn hoạt động Bộ điều khiển đèn thông minh Apollo: 2.1 Điểm đặc biệt sản phẩm: - PHỤ LỤC 2: Cảm biến quét 49 - Đảm bảo an toàn cho người sử dụng tích hợp chung với đèn diệt khuẩn - Tầm phát cảm biến rộng, lên đến 120 độ đảm bảo linh hoạt việc kiểm sốt khơng gian chuyển động vật thể, tự động bật – tắt đèn - Công suất tối đa điều khiển lên đến 2000W - Có thể thay đổi thời gian bật tắt có nhu cầu (Chỉ được thực nhà cung cấp) - Cấp nguồn cho điều khiển delay 30 giây Bật nguồn điều khiển delay 30 giây, sau hoạt động liên tục 30 phút - Trong trình hoạt động phát có chuyển động đèn dừng hoạt động được khởi động lại - Chiều cao lắp đặt tối đa (so với mặt đất): 3m - Sau điều khiển tắt trì kiểm tra phút, khơng phát chuyển động bật có chuyển động reset lại phút chờ trình lặp lại 2.2 Thông số kỹ thuật: * Thông số điện: - Điện áp: 180 - 220V - Tần số: 50Hz - Công suất tối đa: 2000W * Thông số khác: - Nhiệt độ làm việc: 10 đến 40 độ C - Cơng nghệ tích hợp: Cảm biển radar * Đóng gói: - Kích thước hộp: 92 x 92 x 40mm - Kích thước sản phẩm: - Chiều cao: 30mm - Đường kinh: 90mm 2.3 Vệ sinh bảo dưỡng sản phẩm: - Không được sử dụng điều khiển nơi ẩm ướt - Không gắn điều khiển với tải có cơng suất vượt q 2000W - Không gắn nhầm ngõ với ngõ vào dây cháy nổ, nguy hiểm - Phải đảm bảo nối dây cẩn thận ngăn ngừa tối đa tuột dây gây cháy nổ 50 Mạch Arduino Uno R3: PHỤ LỤC 3: Bo mạch Aruidno UNO - Thông số kỹ thuật: + Chip điều khiển chính: ATmega328P + Chip nạp giao tiếp UART: ATmega16U2 + Nguồn nuôi mạch: VDC từ cổng USB nguồn cắm từ giắc tròn DC + Số chân Digital I/O: 14 (trong chân có khả xuất xung PWM) + Số chân PWM Digital I/O: + Số chân Analog Input: + Dòng điện DC Current chân I/O: 20 mA + Dòng điện DC Current chân 3.3V: 50 mA + Flash Memory: 32 KB (ATmega328P), 0.5 KB dùng cho bootloader + SRAM: KB (ATmega328P) + EEPROM: KB (ATmega328P) + Clock Speed: 16 MHz + LED_BUILTIN: 13 + Kích thước: 68.6 x 53.4 mm 51 Mạch điều khiển động L293D: PHỤ LỤC 4: Bo mạch L298D 4.1 Motor Driver Shield L293D shield mở rộng dành cho Arduino: - Motor Driver Shield L293D tương thích tốt với board Arduino Uno R3, Arduino Leonado, Arduino Mega 2560 - Sử dụng IC cầu H L293D IC logic 74HC595 điều khiển Do đó, shield điều khiển nhiều loại motor khác với mức áp lên đến 36V, dòng tối đa 600mA kênh điều khiển - L293D tích hợp sẵn IC L293D giúp bạn dễ dàng thao tác với IC 4.2 Các thành phần Motor Driver Shield L293D điều khiển: - servo - motor điện DC (M1, M2, M3, M4) theo hướng khác (mỗi motor chạy với hướng tới/lùi bất kì) thơng qua cầu H L293D dòng 600 mA (cực đại 1.2A) - stepper motor loại đơn cực (unipolar) lưỡng cực (bipolar) - Motor driver shield L293D có sẵn điện trở nối GND nhằm tránh motor tự quay lúc khởi động nút RESET để khởi động lại board Arduino mà gắn vào 52 4.3 Các chân Shield được kết nối với board Arduino sau: - dây điều khiển servo kết nối với chân số 10 Nguồn nuôi lấy trực tiếp từ board Arduino (nguồn V) - Motor nối với chân 11 - Motor nối với chân - Motor nối với chân - Motor nối với chân - Chân 4, 7, 8, 12 dùng điều khiển motor thông qua IC 74HC595 Mạch thu phát Bluetooth HC-05: PHỤ LỤC 5: Mạch Bluetooth HC-05 - Thông số kỹ thuật: + Điện áp hoạt động: 3.2 ~ VDC + Mức điện áp giao tiếp: TTL tương thích 3.3/5 VDC + Dịng điện hoạt động: Pairing 30 mA, sau pairing hoạt động truyền nhận bình thường mA + Baudrate UART chọn được: 1200, 2400, 4800, 9600, 19200, 38400, 57600, 115200 + Support profiles: Bluetooth serial port (master and slave) + Bluetooth protocol: Bluetooth specification v2.0 + EDR + Frequency: 2.4 GHz ISM band + Modulation: GFSK (Gaussian frequency shift keying) + Transmit power: =4 dBm, class + Sensitivity: =-84 dBm at 0.1% BER + Rate: Asynchronous: 2.1 Mbps (max.)/160 kbps + Synchronous: Mbps/1 Mbps + Kích thước: 37 x 15.6mm 53 Động Cơ DC Giảm Tốc JGB37-520: PHỤ LỤC 6: Motor giảm tốc - Thông số kỹ thuật: + 12VDC 35RPM + Tỉ số truyền 168:1 (động quay 168 vịng trục hộp giảm tốc quay vịng) + Dịng khơng tải: 50 mA + Dịng chịu đựng tối đa có tải: 1.2 A + Tốc độ khơng tải: 35 RPM (35 vịng phút) + Tốc độ chịu đựng tối đa có tải: 28 RPM (28 vòng phút) + Lực kéo Moment định mức: 2.5 KG.CM + Lực léo Moment tối đa: 10 KG.CM + Chiều dài hộp số L: 26.5 mm Cặp bánh xe Mecanum: PHỤ LỤC 7: Bánh xe 360o 54 - Thông số kỹ thuật: + Chất liệu: Nhựa ABS + bánh cao su mềm + Đường kính: 60 mm + Lỗ trục lục giác kích thước: 6.7 mm Raspberry Pi 4B: PHỤ LỤC 8: Mạch Raspberry Pi - Thông số kỹ thuật Raspberry Pi Model B: + Broadcom BCM2711, Quad core Cortex-A72 (ARM v8) 64-bit SoC @ 1.5GHz + RAM: 2GB + Wifi chuẩn 2.4 GHz 5.0 GHz IEEE 802.11ac Bluetooth 5.0, BLE + Cổng mạng Gigabit Ethernet + cổng USB 3.0 cổng USB 2.0 + Chuẩn 40 chân GPIO, tương thích với phiên trước + Hỗ trợ cổng hình chuẩn Micro HDMI với độ phân giải lên tới 4K + Cổng MIPI DSI + Cổng MIPI CSI + Cổng AV chân + Nguồn điện 5V 3A DC chuẩn USB-C 55 Pi camera: PHỤ LỤC 9: Camera Raspberry V2 - Thông số kỹ thuật: + Module Camera V1 cho Raspberry Pi + Cảm biến: OV5647 + Độ phân giải: MP + Angle of View (diagonal) : 62.2 degree + Độ phân giải hình: 2592x1944 pixel + Quay phim HD 1080P 30, 720P 60, VGA 640x480P 60 + Lens: Fixed Focus + Conector: Ribon conector + Kích thước: 25x24x9mm 10 Relay : PHỤ LỤC 10: Relay 56 - Thông số kỹ thuật: + Điện áp sử dụng: VDC + Tín hiệu kích: TTL 3.3~5 VDC, mức cao High Relay đóng, mức thấp Low Relay ngắt + Relay tiêu thụ dòng khoảng 80mA + Điện đóng ngắt tối đa: AC 250 V ~ 10 A DC 30 V ~ 10 A (Để an tồn nên dùng cho tải có cơng suất < 100 W) + Tích hợp Diod chống nhiễu đèn báo tín hiệu kích + Kích thước: 34 x 27 x 20mm II Các phần mềm code sử dụng: Code Aruidno: #include AF_DCMotor motor1(1); //Front Left Wheel AF_DCMotor motor2(2); //Back Left Wheel AF_DCMotor motor3(3); //Front Right Wheel AF_DCMotor motor4(4); //Back Right Wheel String readString; void setup() { Serial.begin(9600); motor1.setSpeed(250); //Set Motor Speed motor2.setSpeed(250); motor3.setSpeed(250); motor4.setSpeed(250); } void loop() { while(Serial.available()){ delay(50); char c=Serial.read(); readString+=c; } if(readString.length()>0){ 57 Serial.println(readString); if (readString =="FORWARD"){ // MOVE FORWARD motor1.run (FORWARD); motor2.run (FORWARD); motor3.run (FORWARD); motor4.run (FORWARD); } if (readString =="BACKWARD"){ // MOVE BACKWARD motor1.run (BACKWARD); motor2.run (BACKWARD); motor3.run (BACKWARD); motor4.run (BACKWARD); } if (readString =="ROTATELEFT"){ // ROTATE LEFT SIDE motor1.run (BACKWARD); motor2.run (BACKWARD); motor3.run (FORWARD); motor4.run (FORWARD); } if (readString =="ROTATERIGHT"){ motor1.run (FORWARD); motor2.run (FORWARD); motor3.run (BACKWARD); motor4.run (BACKWARD); } if (readString =="STOP"){ motor1.run (RELEASE); motor2.run (RELEASE); motor3.run (RELEASE); 58 // STOP // ROTATE RIGHT SIDE motor4.run (RELEASE); } readString=""; } } Code Raspberry Pi: def gfg(): GPIO.output(17, 0) timer = threading.Timer(1800.0, gfg) timer.start() GPIO.output(17, 1) Phần mềm điều PHỤ LỤC 11: Code phần mềm 59 III Hình ảnh vẽ kỹ thuật: Bản vẽ mặt cắt: - 5: Thanh chắn bảo vệ, 6: Trụ chắn bảo vệ, 7: Nắp chụp đèn - 8: Nắp thân dưới, 9: Nắp hông thân dưới, 10: Gía đỡ motor PHỤ LỤC 12: Bản vẽ mặt cắt robot 60 Bản vẽ thân trên: - 2: Thân đèn UV, 3: Nắp chụp đèn UV, 4: Trụ đèn U PHỤ LỤC 13: Bản vẽ thân robot 61 Bản vẽ thân dưới: - 1: Nhôm định hình 3030 PHỤ LỤC 14: Bản vẽ thân robot 62 ... cho loại robot khử trùng dùng tia tử ngoại UVC Robot phát tia tử ngoại (UVC) với hiệu suất sử dụng lượng lớn nhất, cường độ tia UV đạt đến 270μW / CM2, làm tăng tính hiệu việc khử trùng tia phá... ? ?Robot Khử Trùng Tia UV? ??, đưa giải pháp nhằm tiêu diệt vi khuẩn ngăn chặn lây lan dịch bệnh thông qua công nghệ Tia UV nhằm bảo vệ người khỏi tác nhân dịch bệnh gây ❖ Robot khử trùng tia UV. .. dụng công dụng đèn UV trước tình hình dịch diễn biến phức tạp , chúng em thiết kế sản phẩm mang tính ứng dụng cao ROBOT KHỬ TRÙNG BẰNG TIA UV ❖ Robot khử trùng bằng tia UV được thiết kế nhằm