Thiết kế, chế tạo máy phun khử khuẩn không chạm LỜI CẢM ƠN Chúng em xin trân thành cảm ơn thầy Lê Thành Sơn đã giúp đỡ và hướng dẫn nhóm chúng em trong quá trình hoàn thành đồ án này Em mong nhận được[.]
Thiết kế, chế tạo máy phun khử khuẩn không chạm LỜI CẢM ƠN Chúng em xin trân thành cảm ơn thầy Lê Thành Sơn giúp đỡ hướng dẫn nhóm chúng em q trình hồn thành đồ án Em mong nhận đóng góp ý kiến, đánh giá thầy cô giáo Thiết kế, chế tạo máy phun khử khuẩn khơng chạm LỜI NĨI ĐẦU Ngày nay, giới chứng kiến thay đổi to lớn sản xuất công nghiệp việc áp dụng thành tựu cách mạng khoa học công nghệ Cùng với thay đổi sản xuất công nghiệp, ngành khoa học công nghệ tự động hố có bước phát triển vượt bậc trở thành ngành mũi nhọn giới Khi mà tất thứ dần trở nên tự động hóa, khơng cịn cần q nhiều vào cơng sức người việc học tập nghiên tự động hóa giúp ích nhiều cho đời sống nhân dân Từ điều trên, nhận thấy trước tình hình khó khăn nhân dân khơng riêng nước tồn giới trước đại dịch Covid19 vô nguy hiểm Nhằm mục đích sát khuẩn tay phục vụ người để phòng tránh bệnh nguy hiểm kỉ 21 Để phòng chống với chủng virus này, nhân dân phải tốn nhiều nhân lực, tiền để phịng dịch Từ thơi thúc khơng ngừng tìm tịi, mong muốn đóng góp cho xã hội khơng riêng nhóm chúng em mà cịn dày cơng từ Lê Thành Sơn Nhóm em nhận hoàn thành đề tài “Thiết kế, chế tạo máy phun khử khuẩn không chạm.” Thiết kế, chế tạo máy phun khử khuẩn không chạm NHẬN XÉT VÀ ĐÁNH GIÁ CỦA GIẢNG VIÊN HƯỚNG DẪN Hưng Yên, Ngày Tháng Năm 2022 Giảng viên hướng dẫn Thiết kế, chế tạo máy phun khử khuẩn không chạm MỤC LỤC LỜI CẢM ƠN LỜI NÓI ĐẦU NHẬN XÉT VÀ ĐÁNH GIÁ CỦA GIẢNG VIÊN HƯỚNG DẪN MỤC LỤC MỞ ĐẦU Chương TỔNG QUAN VỀ CÁC DẠNG MÁY SÁT KHUẨN 1.1 Nghiên cứu tổng quan dạng máy sát khuẩn Chương THIẾT KẾ, CHẾ TẠO MÁY SÁT KHUẨN TỰ ĐỘNG 2.1 Chip Arduino 2.2 Mạch role 2.2.1 Rơle gì? 2.2.2 Ứng dụng rơ le 2.2.3 Cấu trúc rơ le điện 2.2.4 Các nguyên tắc vận hành 2.3 Cảm biến vật cản hồng ngoại 2.3.1 Cảm biến vật cản hồng ngoại gì? 2.3.2 Nguyên tắc hoạt động cảm biến hồng ngoại 2.3.3 Sơ đồ mạch thiết kế cảm biến hồng ngoại 2.3.4 Những lưu ý bỏ qua lắp đặt sử dụng cảm biến hồng ngoại 2.4 Diode chỉnh lưu NPN 2.5 Thiết kế mạch giao tiếp cảm biến động 2.5.1 Cấu tạo mạch sát khuẩn Thiết kế, chế tạo máy phun khử khuẩn không chạm 2.5.2 Nguyên lý hoạt động mạch sát khuẩn Chương KHẢO SÁT ĐÁNH GIÁ KẾT LUẬN TÀI LIỆU THAM KHẢO PHỤ LỤC Thiết kế, chế tạo máy phun khử khuẩn không chạm MỞ ĐẦU Lý chọn đề tài: Xuất phát từ ý tưởng tạo sản phẩm giúp việc rửa tay khử khuẩn nơi công cộng diễn thuận tiện, nhanh chóng hạn chế thấp nguy lây nhiễm dịch bệnh Đối tượng phạm vi nghiên cứu: - Nghiên cứu cách thức giao tiếp, nguyên lý hoạt động, cách sử dụng hệ thống cảm biến, mạch đóng ngắt, lập trình Arduino - Vật liệu chế tạo khung mơ hình - Hệ thống động phun khử khuẩn Phương pháp nghiên cứu: - Tìm hiểu hệ thống xử lý tiếp nhận thông tin từ cảm biến truyền đến mạch sau cấp tín hiệu cho động khởi động theo lập trình Arduino Nano - Kiểm thử, đánh giá đưa kiến nghị sản phẩm Mục tiêu đề tài: Mục tiêu đề tài thiết kế chế tạo hệ thống có khả khử khuẩn tự động thông qua cảm biến để tránh tiếp xúc trực tiếp cần đến nhân viên thực Thiết kế, chế tạo máy phun khử khuẩn không chạm Chương TỔNG QUAN VỀ MÁY SÁT KHUẨN 1.1 Nghiên cứu tổng quan máy sát khuẩn Hiện nay, thị trường có nhiều loại máy xịt sát khuẩn tay tự động phát minh đời dựa ngun lí hoạt động cảm biến khơng tiếp xúc Với phát triển ngành công nghiệp, sống người ngày trở nên tiện lợi, nhàn hạ Với máy xịt sát khuẩn thay rất nhiều công việc như: tự dùng tay để lấy dung dịch sát khuẩn, khơng có người đứng xịt cho mình, khơng phải lo việc tiết kiệm dung dịch sát khuẩn … v.v Từ đó, tình hình dịch bệnh Covid19 trở nên ngày nghiêm trọng, máy giúp cho người giảm tải số lượng cơng việc để có kết phòng dịch hiệu Với máy có thơng số như: Relay thời gian Relay trung gian Bơm 12V Nguồn 12V Cảm biến quang nhận tín hiêu vật cản Thiết kế, chế tạo máy phun khử khuẩn không chạm Hình 1.4 Sơ đồ máy xịt sát khuẩn tay tự động - Với chức năng: Người dùng đưa tay vào, cảm biến nhận diện tự động phun xịt lượng dung dịch khử khuẩn vừa đủ để dùng Thích hợp với tất loại dung dịch rửa tay kháng khuẩn Thiết kế, chế tạo máy phun khử khuẩn không chạm Chương THIẾT KẾ, CHẾ TẠO MÁY SÁT KHUẨN TỰ ĐỘNG 2.1 Chip Arduino Arduino tảng vi mạch thiết kế mở phần cứng (Open-source hardware) và phần mềm (Open-source software) Phần cứng Arduino bộ vi điều khiển bo mạch đơn (Single-board microcontroller) tạo thị trấn Ivrea Ý, nhằm xây dựng ứng dụng tương tác với với môi trường thuận lợi Phần cứng bao gồm board mạch nguồn mở thiết kế trên nền tảng vi xử lý AVR Atmel 8bit, ARM Atmel 32-bit Những model trang bị gồm cổng giao tiếp USB, chân đầu vào analog, 14 chân I/O kỹ thuật số tương thích với nhiều board mở rộng khác Được giới thiệu vào năm 2005, nhà thiết kế Arduino cố gắng mang đến phương thức dễ dàng, không tốn cho người yêu thích, sinh viên giới chuyên nghiệp để tạo thiết bị có khả tương tác với môi trường thông qua các cảm biến và cấu chấp hành Những ví dụ phổ biến cho người yêu thích bắt đầu bao gồm robot đơn giản, điều khiển nhiệt độ phát chuyển động Đi với mơi trường phát triển tích hợp (IDE) chạy các máy tính cá nhân thông thường cho phép người dùng viết chương trình cho mạch ngơn ngữ Arduino, ngơn ngữ riêng phát triển dựa C/C++ Thiết kế, chế tạo máy phun khử khuẩn khơng chạm Hình 2.1 Arduino Nano V3.0 Arduino Nano Thông số kỹ thuật Số chân analog I/O Cấu trúc AVR Tốc độ xung 16 MHz Dòng tiêu thụ I/O 40mA Số chân Digital I/O 22 Bộ nhớ EEPROM KB Bộ nhớ Flash 32 KB of which KB used by Bootloader Điện áp ngõ vào (7-12) Volts Vi điều khiển ATmega328P Điện áp hoạt động 5V Kích thước bo mạch 18 x 45 mm Nguồn tiêu thụ 19mA Ngõ ra PWM SRAM 2KB Cân nặng gms Bảng 2.1: Thông số kỹ thuật Ardruino Nano V3.0 - Tính Arduino Nano V3.0: Arduino Nano V3.0 mini thiết kế vi điều khiển Atmega328 Mạch Arduino Nano V3.0 có kích thước nhỏ gọn, có thiết kế chuẩn chân giao tiếp tương đương với Arduino Nano hãng Một số ứng dụng: - Điều khiển đèn LED nháy theo nhạc - Sử dụng làm trạm đo nhiệt độ, độ ẩm thị lên hình LCD, … 10 Thiết kế, chế tạo máy phun khử khuẩn không chạm Thông số kỹ thuật: - Điện áp định mức 5VDC - Dòng tải 10A - Cuộn kháng 400Ω ± 10% - Dòng điện hoạt động 40mA 2.2.3 Cấu trúc rơ le điện Dạng phổ biến rơ le điện gồm cuộn dây điện lõi sắt từ Bộ phận có phần tính gọi Ách từ (Yoke) phần động gọi phần ứng (Armature) Phần ứng liên kết học với tiếp điểm động Khi cuộn dây cấp điện, từ trường tạo xung quanh cuộn lõi tập trung lại Nam châm điện hút phần ứng động để mở đóng trực tiếp tiếp điểm điện Khi rơ le bị ngắt điện từ trường biến phần ứng, lò xo phản hồi hỗ trợ, đưa tiếp điểm trở lại vị trí “bình thường” 13 Thiết kế, chế tạo máy phun khử khuẩn khơng chạm Hình 2.4 Sơ đồ chân rơ le 5V 2.2.4 Các nguyên tắc vận hành Khi vận hành, có bước cở xảy rơ le điện cung cấp điện bị ngắt điện: - Điện cung cấp cho cuộn dây tạo từ trường - Từ trường điện chuyển thành lực học cách hút phần ứng - Phần ứng đóng/mở nhiều tiếp điểm - Các tiếp điểm cho phép chuyển mạch điện sang tải động cơ, bóng đèn, v.v - Sau điện áp cuộn bị loạn bỏ, từ trường biến mất, tiếp điểm tách trở vị trí “bình thường” chúng - Các tiếp điểm thường đóng thường mở 14 Thiết kế, chế tạo máy phun khử khuẩn khơng chạm Hình 2.5 Hình minh họa cấu tạo tiếp điểm Rơle Relay điển hình 2.3 Cảm biến vật cản hồng ngoại 2.3.1 Cảm biến vật cản hồng ngoại gì? Cảm biến vật cản hồng ngoại hay gọi IR Sensor, chúng thiết bị điện tử có khả đo phát xạ hồng ngoại môi trường xung quanh Cảm biến hồng ngoại (IR Sensor) phát tia vô hình mắt người, bước sóng dài ánh sáng khả kiến (mặc dù nằm phổ điện từ) Bất thứ phát nhiệt (mọi thứ có nhiệt độ độ kevil) phát xạ hồng ngoại Hình 2.6 Cảm biến hồng ngoại Hồng ngoại hay gọi tia hồng ngoại xạ điện từ có bước song dài ánh sáng ngắn tia xạ Vi ba Hồng ngoại tức sóng đỏ Màu đỏ màu có bước sóng dài ánh sáng thường Thông thường vật thể có nhiệt độ 35°C phát bước sóng hồng ngoại Bức xạ hồng ngoại vơ tình phát nhà thiên văn học tên William Herschel vào năm 1800 Trong đo nhiệt độ màu ánh sáng (cách lăng kính), ơng nhận thấy nhiệt độ vượt ngoồi ánh sáng đỏ cao Có hai loại cảm biến hồng ngoại cảm biến dạng chủ động thụ động Cảm biến hồng ngoại hoạt động cách phát phát xạ hồng ngoại 15 Thiết kế, chế tạo máy phun khử khuẩn không chạm Cảm biến hồng ngoại chủ động thường cấu tạo có hai phần: Diode phát sáng (LED) máy thu Khi vật thể đến gần cảm biến, ánh sáng hồng ngoại từ đèn LED phản xạ khỏi vật thể người nhận phát Cảm biến hồng ngoại hoạt động đóng vai trị cảm biến tiệm cận chúng thường sử dụng hệ thống phát chướng ngại vật (như robot) Hồng ngoại thụ động có nghĩa nhận tia hồng ngoại phát từ vật thể khác người, động vật nguồn nhiệt bất kỳ, tự k phát tia hồng ngoại Sau nhận biết nguồn nhiệt, phận cảm biến phân tích đẻ xác định điều kiện báo động Vì người ta gọi thụ động, phát khơng phải nguồn phát hồng ngoại Hình 2.7 Mô tả hoạt động cảm biến hồng ngoại Thông số kỹ thuật cảm biến vật cản hồng ngoại OMDHON E3F-DS30C4: - Số dây tín hiệu: dây (2 dây cấp nguồn dây tín hiệu) - Chân tín hiệu ngõ ra: cấu trúc cực thu hở Transistor NPN - Open Collector nên cần phải có trở kéo (khoảng 1~10K) lên chân nguồn dương VCC để tạo thành tín hiệu mức cao (High) - Nguồn điện cung cấp: ~ 36 VDC 16 Thiết kế, chế tạo máy phun khử khuẩn không chạm - Khoảng điều chỉnh phát vật cản cảm biến: 10~30cm (điều chỉnh biến trở cảm biến) - Góc khuếch tán (góc chiếu): 3~5 độ - Dịng kích ngõ ra: < 300mA - Chất liệu sản phẩm: vỏ nhựa ABS, phía đổ keo chống nước, chống va đập - Kích thước: 18 x 70mm 2.3.2 Nguyên tắc hoạt động cảm biến hồng ngoại Cảm biến hồng ngoại hooạt động cách sử dụng cảm biến ánh sáng cụ thể để phát bước sóng ánh sáng chọn phổ hồng ngoại (IR) Bằng cách sử dụng đèn LED tạo ánh sáng có bước sóng với cảm biến tìm kiếm, xem cường độ ánh sáng nhận Khi vật gần cảm biến, ánh sáng từ đén LED bật khỏi vật thể vào cảm biến ánh sáng Điều dẫn đến bước nhảy lớn cường độ phát cách sử dụng ngưỡng 2.3.3 Sơ đồ mạch thiết kế cảm biến hồng ngoại 17 Thiết kế, chế tạo máy phun khử khuẩn khơng chạm Vì cảm biến hồng ngoại sử dụng cảm biến ánh sáng, nên sơ đồ giống với cảm biến ánh sáng Sự khác biệt việc bổ sung đèn LED hồng ngoại đầu dò hồng ngoại yêu cầu kết nối với 5V nối đất Dưới mạch tham khảo Hình 2.8: Sơ đồ mạch thiết kế cảm biến hồng ngoại Cảm biến hồng ngoại thiết bị có nhiều tính bật như: bật tắt đèn tự động, báo trộm, mở cửa tự động - Cảm biến hồng ngoại giúp bật tắt đèn tự động: với chức bật đèn tự động có người bước vào cảm biến hồng ngoại tự động đèn sáng lên Và người di chuyển đến đâu đèn sáng đến 18 Thiết kế, chế tạo máy phun khử khuẩn không chạm 2.3.4 Những lưu ý bỏ qua lắp đặt sử dụng cảm biến hồng ngoại Khi lắp đặt cần ý vấn đề sau: - Khơng hướng mắt sensor phía dàn nóng máy lạnh Vì dàn nóng máy lạnh hoạt động thường có nhiệt độ cao, tia xạ hồng ngoại phát gây nhiễu cảm biến, khiến hoạt động khơng xác - Khơng hướng mắt sensor phía cửa sổ có rèm che Lý việc để tránh báo động giả Khi cửa sổ mở, nhiều nguồn nhiệt xâm nhập, rèm che gặp gió gây nhiễu cảm biến vi sóng Khơng lắp đặt cảm biến PIR nhà ngồi trời Cảm biến PIR loại nhà khơng có tính chịu mưa nắng, để ngồi trời dù khơng trực tiếp gặp mưa nắng, dễ bị hỏng dần chất liệu vỏ, lăng kính fresnel, khiến chức hoạt động dần - Không hướng trực tiếp mắt sensor nơi nhiều nắng mặt trời Tia mặt trời có nhiều xạ hồng ngoại, khiến sensor bị nhiễu - Không nên đặt sensor gần dây điện nguồn Cảm biến PIR thiết bị điện tử, hoạt động điện áp thấp nên hạn chế đặt gần điện nguồn cao áp - Không nên hướng mắt sensor phía cổng sát đường Lý đơn giản để tránh báo động giả khơng đáng có người khác chạy ngang qua cổng Sensor lầm với việc đột nhập Khi sử dụng cần ý: Để sử dụng có hiệu quả, cần có hiểu biết nguyên lý hoạt động thiết bị cảm biến hồng ngoại 19 Thiết kế, chế tạo máy phun khử khuẩn không chạm Trước hết cần phải làm rõ ý nghĩa đầy đủ chữ “hồng ngoại” cảm biến Thực phải gọi xác “hồng ngoại thụ động” (Passive Infrared, thường viết tắt PIR) Hồng ngoại chủ động (Active Infrared) nói đến vật thể xạ tia hồng ngoại Cảm biến thường dùng nhận tia hồng ngoại phát từ thân thể người (Hoặc nguồn nhiệt bất kỳ) thân khơng tự phát tia hồng ngoại, sau phân tích để xác định điều kiện báo động Vậy nên thụ động Hình 2.9 Cảm biến hồng ngoại thụ động 2.4 Diode chỉnh lưu NPN Hình 2.10 Diode 1N4004 20 ... dung dịch rửa tay kháng khuẩn Thiết kế, chế tạo máy phun khử khuẩn không chạm Chương THIẾT KẾ, CHẾ TẠO MÁY SÁT KHUẨN TỰ ĐỘNG 2.1 Chip Arduino Arduino tảng vi mạch thiết kế mở phần cứng (Open-source... cơng từ Lê Thành Sơn Nhóm em nhận hoàn thành đề tài ? ?Thiết kế, chế tạo máy phun khử khuẩn không chạm.” Thiết kế, chế tạo máy phun khử khuẩn không chạm NHẬN XÉT VÀ ĐÁNH GIÁ CỦA GIẢNG VIÊN HƯỚNG... tài thiết kế chế tạo hệ thống có khả khử khuẩn tự động thông qua cảm biến để tránh tiếp xúc trực tiếp cần đến nhân viên thực Thiết kế, chế tạo máy phun khử khuẩn không chạm Chương TỔNG QUAN VỀ MÁY