Thiết kế máy đo thân nhiệt và khử khuẩn tự động

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH ĐỒ ÁN TỐ NGHIỆP NGÀNH CÔNG NGHỆ KỸ THUẬT ĐIỆN TỬ TRUYỀN THÔNG THIẾT KẾ MÁY ĐO THÂN NHIỆT VÀ KHỬ KHUẨN TỰ ĐỘNG GVHD: NGUYỄN VĂN HIỆP SVTH: NGUYỄN PHI HÀO SKL009347 Tp Hồ Chí Minh, tháng 08/2022 BỘ GIÁO DỤC & ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP HỒ CHÍ MINH KHOA ĐÀO TẠO CHẤT LƯỢNG CAO - ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP NGÀNH CÔNG NGHỆ KỸ THUẬT ĐIỆN TỬ - TRUYỀN THÔNG ĐỀ TÀI: THIẾT KẾ MÁY ĐO THÂN NHIỆT VÀ KHỬ KHUẨN TỰ ĐỘNG GVHD: ThS Nguyễn Văn Hiệp SVTH: Nguyễn Phi Hào MSSV: 17141068 Tp Hồ Chí Minh - 8/2022 BỘ GIÁO DỤC & ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP HỒ CHÍ MINH KHOA ĐÀO TẠO CHẤT LƯỢNG CAO - ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP NGÀNH CÔNG NGHỆ KỸ THUẬT ĐIỆN TỬ - TRUYỀN THÔNG ĐỀ TÀI: THIẾT KẾ MÁY ĐO THÂN NHIỆT VÀ KHỬ KHUẨN TỰ ĐỘNG GVHD: ThS Nguyễn Văn Hiệp SVTH: Nguyễn Phi Hào MSSV: 17141068 Tp Hồ Chí Minh - 8/2022 TRƯỜNG ĐH SPKT TP HỒ CHÍ MINH CỘNG HỊA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM KHOA ĐÀO TẠO CHẤT LƯỢNG CAO ĐỘC LẬP - TỰ DO - HẠNH PHÚC o0o -Tp Hồ Chí Minh, ngày 30 tháng năm 2022 NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Họ tên sinh viên: Nguyễn Phi Hào MSSV: 17141068 Chuyên ngành: Công nghệ kỹ Điện tử - Truyền thông Lớp: 17141CL2A Giảng viên hướng dẫn: ThS Nguyễn Văn Hiệp ĐT: 0909960000 Ngày nhận đề tài: 20/9/2021 Ngày nộp đề tài: 30/7/2021 I Tên đề tài: THIẾT KẾ MÁY ĐO THÂN NHIỆT VÀ KHỬ KHUẨN TỰ ĐỘNG II NHIỆM VỤ Các số liệu ban đầu: Nội dung thực hiện: - Nội dung 1: tìm hiểu nhu cầu thiết yếu việc giám sát nhiệt độ khử khuẩn virus tình hình dịch bệnh covid-19 diễn biến phức tạp - Nội dung 2: viết đề cương tóm tắt nội dung đề tài - Nội dung 3: tìm hiểu sở lý thuyết vấn đề liên quan đến đề tài - Nội dung 4: tiến hành vẽ sơ đồ khối, giải thích lựa chọn linh kiện - Nội dung 5: vẽ sơ đồ nguyên lý giải thích hoạt động mạch - Nội dung 6: thi công mạch tiến hành kiểm tra mạch - Nội dung 7: lắp linh kiện lên mạch tiến hành kiểm tra mạch lại lần - Nội dung 8: viết luận văn tiến hành bảo vệ đề tài TRƯỞNG NGÀNH GIẢNG VIÊN HƯỚNG DẪN ThS Nguyễn Ngô Lâm i TRƯỜNG ĐH SPKT TP HỒ CHÍ MINH CỘNG HỊA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM KHOA ĐÀO TẠO CHẤT LƯỢNG CAO ĐỘC LẬP - TỰ DO - HẠNH PHÚC o0o -Tp Hồ Chí Minh, ngày 30 tháng năm 2022 PHIẾU NHẬN XÉT CỦA GIẢNG VIÊN HƯỚNG DẪN Họ tên sinh viên: Nguyễn Phi Hào Chuyên ngành: MSSV: 17141068 Công nghệ kỹ Điện tử - Truyền thông Giảng viên hướng dẫn: ThS Nguyễn Văn Hiệp Ngày nhận đề tài: 20/9/2021 Lớp: 17141CL2A ĐT: 0909960000 Ngày nộp đề tài: 30/7/2022 I Tên đề tài: THIẾT KẾ MÁY ĐO THÂN NHIỆT VÀ KHỬ KHUẨN TỰ ĐỘNG NHẬN XÉT Về nội dung đề tài khối lượng thực hiện: - Đồ án tốt nghiệp hoàn thành theo mục tiêu đặt ra, kết có phân tích đánh giá - Phương pháp thực hợp lý dựa thu thập, tổng hợp tài liệu tham khảo liên quan, thực phân tích mơ kiểm chứng - Bố cục đồ án hợp lý rõ ràng - Trích dẫn tài liệu tham khảo hợp lý Đề nghị giảng viên hướng dẫn: Cho phép nhóm thực đồ án tốt nghiệp bảo vệ trước Hội đồng Tp Hồ Chí Minh, ngày 30 tháng năm 2022 GIẢNG VIÊN HƯỚNG DẪN ii TRƯỜNG ĐH SPKT TP HỒ CHÍ MINH CỘNG HỊA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM KHOA ĐÀO TẠO CHẤT LƯỢNG CAO ĐỘC LẬP - TỰ DO - HẠNH PHÚC o0o -Tp Hồ Chí Minh, ngày 30 tháng năm 2022 PHIẾU NHẬN XÉT CỦA GIẢNG VIÊN PHẢN BIỆN Họ tên sinh viên: Nguyễn Phi Hào MSSV: 17141068 Chuyên ngành: Công nghệ kỹ Điện tử - Truyền thông Lớp: 17141CL2A I Tên đề tài: THIẾT KẾ MÁY ĐO THÂN NHIỆT VÀ KHỬ KHUẨN TỰ ĐỘNG Họ tên Giáo viên phản biện: II NHẬN XÉT Về nội dung đề tài & khối lượng thực hiện: Ưu điểm: Khuyết điểm: Đề nghị cho bảo vệ hay không? Đánh giá loại: Điểm: (Bằng chữ: ) Tp Hồ Chí Minh, ngày… Tháng…năm 2022 GIÁO VIÊN PHẢN BIỆN iii LỜI CẢM ƠN Với tình cảm chân thành, em xin gửi lời cảm ơn chân thành đến Ban Giám Hiệu thầy cô trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật TP Hồ Chí Minh Đặc biệt thầy cô Khoa đào tạo chất lượng cao, chun ngành Điện tử cơng nghiệp, tận tình dạy, truyền đạt kiến thức tạo điều kiện thuận lợi cho chúng em suốt trình học tập Chúng em xin chân thành cảm ơn thầy ThS.Nguyễn Văn Hiệp dành nhiều thời gian công sức, quan tâm theo dõi, tận tình hướng dẫn, động viên nhắc nhở chúng em hoàn thành tốt luận văn Qua đây, chúng em xin gửi lời cảm ơn đến tất bạn bè người thân xung quanh động viên, giúp đỡ chúng em nhiều trình học tập Do giới hạn kiến thức khả lý luận thân nhiều thiếu sót hạn chế, kính mong dẫn đóng góp thầy giáo để khóa luận em hồn thiện Em xin chân thành cảm ơn! Hồ Chí Minh, ngày 30 Tháng năm 2022 Sinh viên Nguyễn Phi Hào iv MỤC LỤC NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP I PHIẾU NHẬN XÉT CỦA GIẢNG VIÊN HƯỚNG DẪN II PHIẾU NHẬN XÉT CỦA GIẢNG VIÊN PHẢN BIỆN III LỜI CẢM ƠN IV MỤC LỤC V DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT VII DANH MỤC HÌNH ẢNH VIII DANH MỤC BẢNG BIỂU X CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN 1.1 Đặt vấn đề 1.2 Nhiệm vụ đề tài 1.3 Mục tiêu 1.4 Giới hạn đề tài 1.5 Bố cục CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT 2.1 Hệ thống đo nhiệt độ khử khuẩn tự động 2.1.1 Các phương pháp đo thân nhiệt thịnh hành 2.1.2 Vai trò việc giám sát nhiệt độ khử khuẩn dịch bệnh 2.1.3 Vị trí lắp đặt máy đo thân nhiệt khử khuẩn 2.2 Giao thức I2C 2.1.1 Định nghĩa giao thức I2C 2.1.2 Phương thức hoạt động I2C 2.1.3 Phân tích thành phần khung truyền CHƯƠNG 3: THIẾT KẾ 10 3.1 Yêu cầu thiết kế 10 3.2 Sơ đồ khối chức 10 3.3 Thiết kế phần cứng 11 3.3.1 Khối cảm biến 11 3.3.2 Khối vi xử lý 14 3.3.3 Khối điều khiển ngoại vi 15 v 3.3.4 Khối hiển thị 18 3.3.5 Khối cảnh báo 20 3.3.6 Khối nguồn 20 3.4 Lưu đồ giải thuật 23 3.5 Sơ đồ nguyên lý toàn mạch 24 CHƯƠNG 4: THI CÔNG 26 4.1 Thi công bo mạch 26 4.2 Lắp ráp kiểm tra linh kiện 26 4.3 Thi cơng mơ hình 29 4.4 Phần mềm biên dịch ARDUINO IDE 32 4.5 Chi phí mơ hình hệ thống 35 CHƯƠNG 5: KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN 37 5.1 Kết thực 37 5.2 Nhận xét 37 5.3 Kết luận 37 5.4 Hướng phát triển 37 TÀI LIỆU THAM KHẢO 38 PHỤ LỤC 39 vi DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT I2C : Inter- Integrated Circui LCD : Liquid-Crystal Display EEPROM : Electrically Erasable Programmable Read-Only Memory SCL : Serial Clock Line SDA : Serial Data Line ACK : Acknowledged NACK : Not-Acknowledged vii Bước 4: Thiết kế phần khây chứa Hình 4.10 Phần khây chứa dung dịch khử khuẩn Bước 5: Hồn thiện đóng mơ hình Hình 4.11 Mặt mơ hình làm hồn thiện 31 Hình 4.12 Mặt trước mơ hình làm hồn thiện 4.4 Phần mềm biên dịch ARDUINO IDE Để lập trình cho vi điều khiển ESP32 ta cần phần mềm biên dịch chuyên dụng để viết lập trình code nạp vào module Trong số phổ biến phần mềm Arduino IDE Phần mềm Arduino IDE cung cấp nhiều cơng cụ khác chương trình biên dịch (Compiler), chương trình sửa lỗi hay kiểm tra lỗi (Debugger), chương trình mơ phỏng, trình thơng dịch (Interpreter) Nói chung IDE phần mềm tích hợp nhiều phần mềm khác nhằm xây dựng phát triển ứng dụng Arduino IDE phần mềm mã nguồn sử dụng để viết biên dịch mã vào vi điều khiển ESP32 NodeMCU Chương trình viết Arduino IDE lưu định dạng đuôi ino Môi trường lập trình đơn giản dễ sử dụng, đa dạng với ngơn ngữ lập trình C C++ thơng dụng với kỹ thuật viên Thư viện code viết dồ sộ chia sẻ cộng đồng với nguồn mở không giới hạn Để truy cập download người dùng vào link sau http://arduino.cc/en/Main/Software/ 32 Hình 4.13 Giao diện download phần mềm Arduino IDE Cửa sổ Arduino IDE chia làm phần chính: - Window Bar: hiển thị tên project phiên Arduino IDE - Menu Bar: gồm nút công cụ File, Edit, Sketch, Tools, Help - Dưới Menu Bar phím tắt: Verify, Upload, New, Open, Save, Serial Monitor - Dưới phím tắt vùng viết chương trình cho người dùng Hình 4.14 Giao diện Arduino IDE 33 Khi cần thêm thư viện, ta vào Sketch → Include Library Hình 4.15 Thêm thư viện cho Arduino IDE Chọn Manage Libraries để xem thư viện đề xuất Chọn Add Zip File để thêm thư viện nén dạng file ZIP Hình 4.16 Chọn board cần nạp 34 Để chọn board lập trình ta cần vào Tools nhấn Board chọn loại board phù hợp với đề tài chọn Boards Manager để tải board mong muốn trường hợp chưa có sẵn Chọn vào board chọn thơng số phù hợp cho board cần lập trình Khi hồn tất việc lập trình cho board chọn ta biên dịch nạp code cách vào Sketch chọn Compile Upload Hình 4.17 Biên dịch nạp chương trình 4.5 Chi phí mơ hình hệ thống Sau hồn thành mơ hình, nhóm tính tốn chi phí để hồn thành dự án sau: Bảng 4.2 Bảng tính tốn chi phí hệ thống STT Danh mục linh kiện Số lượng Đơn giá (VNĐ) Giá (VNĐ) NodeMCU-32 200.000 200.000 Cảm biến nhiệt độ MLX90614 350.000 350.000 Cảm biến vật cản hồng ngoại 10.000 30.000 Màn hình LCD 2004 110.000 110.000 Module I2C 30.000 30.000 Mạch cầu H L298N 30.000 30.000 Máy bơm 12 VDC 65.000 65.000 Quạt tản nhiệt 12V 25.000 25.000 Buzer 5.000 5.000 35 10 Nguồn 12V - 3A 80.000 80.000 11 Mạch giảm áp DC-DC Buck LM2596 25.000 25.000 12 Board đồng 10.000 10.000 13 Dung dịch rửa mạch 30.000 30.000 Tổng 990.000 Nhận xét: Do tình trạng dịch COVID19 tiếp diễn nên gây khó khăn việc mua linh kiện tiêu tốn thời gian trình chuyển nhận hàng việc mua đề phòng linh kiện để kịp thời gian q trình thi cơng mơ hình thiết Việc khiến cho chi phí hồn thành đề tài tăng lên so với dự định Đối với giá linh kiện đề tài , mức nhóm đưa phải chăng, phù hợp cho cửa hàng tiện lợi, siêu thị, trung tâm y tế hộ gia đình So với lợi ích mà hệ thống mang lại nhóm đánh giá sản phẩm tiềm triển khai thực tế với tính đơn giản dễ sử dụng, đáp ứng nhu cầu khử khuẩn, khoảng cách tình hình Đồng thời đóng góp phần nhỏ vào việc cơng tác phịng chống dịch 36 CHƯƠNG 5: KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN 5.1 Kết thực Trong trình nghiên cứu thực đồ án tốt nghiệp, nhóm hồn thành mơ hình hệ thống theo mục tiêu nội dung đề ra, cụ thể sau: - Tìm hiểu nhu cầu đo thân nhiệt khử khuẩn trung tâm thương mại, siêu thị, cửa hàng tiện lợi - Có khả giao tiếp ESP32 với module, cảm biến đề tài như: mạch cầu H L298N, cảm biến nhiệt hồng ngoại, cảm biến vật cản hồng ngoại, … - Tìm hiểu cấu tạo, chức thông số kĩ thuật cảm biến module để kết nối với vi điều khiển - Có khả lập trình phần mềm Arduino IDE vẽ mạch đề tài phần mềm Proteus 5.2 Nhận xét Các thiết bị hệ thống hoạt động ổn định với yêu cầu đề Cảm biến đo nhiệt độ xác khoảng cách theo yêu cầu đo nhiệt độ xác khoảng cách xa Các thiết bị hệ thống sử dụng nguồn điện thấp nên tiết kiệm điện tiêu thụ, giá thành rẻ hoạt động đơn giản giúp giảm chi phí lắp đặt, sửa chữa Bên cạnh hệ thống hoạt động tốt chế độ tự động nên giảm chi phí nguồn nhân lực 5.3 Kết luận Khi hoàn thành đề tài “Thiết kế máy đo thân nhiệt khử khuẩn tự động” nhóm thiết kế hệ thống đo thân nhiệt khử khuẩn tự động Hệ thống đóng mở quạt máy bơm, thu nhận liệu nhiệt độ chuyển động vật cản từ cảm biến 5.4 Hướng phát triển - Từ đề tài mà nhóm em hồn thành, phát triển mở rộng khả hoạt động mơ sau: - Xây dựng hệ thống đo thân nhiệt camera với tần số quét cao để giám sát khu vực có lưu lượng người cao - Cải tiến cảm biến nhiệt độ khác tốt đo khoảng cách xa xác so với loại 37 TÀI LIỆU THAM KHẢO Tài liệu tiếng việt [1] https://www.youtube.com/watch?v=GGSGxp15i4s [2] https://moh.gov.vn/tin-tong-hop/-/asset_publisher/k206Q9qkZOqn/content/8- nguyen-tac-e-thich-ung-an-toan-voi-ai-dich-covid-19 [3] https://www.vietnamplus.vn/the-gioi-tim-cach-song-chung-voi-dich-benh-khi-zerocovid-kho-xay-ra/739338.vnp [4] http://lamdongcdc.vn/quan-ly-nha-nuoc/thong-tin-phong-chong-dich-benh/trien- khai-nghi-quyet-so-128-nq-cp-ve-quy-dinh-tam-thoi-thic.html [5] https://baodongkhoi.vn/ngay-26-5-2022-ghi-nhan-1-275-ca-nhiem-moi-khong-coca-tu-vong-26052022-a100911.html [6] https://tapit.vn/giao-thuc-i2c-va-giao-tiep-voi-cam-bien-nhiet-hong-ngoai- mlx90614/ [7] https://nshopvn.com/ [8] https://icdayroi.com/ [9] https://www.thegioiic.com/ Tài liệu tiếng anh [10]https://microcontrollerslab.com/mlx90614-non-contact-infrared-temperaturesensor-esp32/ [11]https://www.instructables.com/ESP32-and-Infrared-Temperature-SensorMLX90614/ [12] https://forum.arduino.cc/t/using-mlx90614-and-esp32-cam/942324 38 PHỤ LỤC Chương trình điều khiển hệ thống #include #include #include LiquidCrystal_I2C lcd(0x27, 20, 4); #include Adafruit_MLX90614 mlx = Adafruit_MLX90614(); float roomTemp; // ambient temperature float objectTemp, stemp; // object temperature int nd,ndmt;; // Định nghĩa chân int loa=5; int hn=27; int hnmb=26; // hồng ngoại cảm biến nhiệt độ // hồng ngoại máy bơm int mb=16; int hns=25; // hồng ngoại sấy int rl=17; int ttk,chay; int tts,chays; int ttn,chayn; void setup() 39 { Serial.begin(9600); mlx.begin(); lcd.begin(); // khoi tao lcd lcd.backlight(); pinMode(hnmb,INPUT); pinMode(hn,INPUT); pinMode(mb,OUTPUT); digitalWrite(mb,LOW); pinMode(hns,INPUT); pinMode(rl,OUTPUT); digitalWrite(rl,LOW); pinMode(loa,OUTPUT); digitalWrite(loa,LOW); chay=0; ttk=1; tts=0; chays=0; ttn=0; chayn=10; } void loop() { kiem_tra_say(); 40 kiem_tra_khu_khuan(); objectTemp = mlx.readObjectTempC(); roomTemp = mlx.readAmbientTempC() ; nd=objectTemp*10; // 32.5 // nd =325 ndmt=roomTemp*10; lcd.setCursor(0,0); lcd.print("NHIET DO MT:"); lcd.write(ndmt/100%10+0x30); lcd.write(ndmt/10%10+0x30); lcd.print("."); lcd.write(ndmt%10+0x30); lcd.write(0xdf); lcd.print("C "); if(digitalRead(hn)==0) { chayn=0; lcd.setCursor(0,1); lcd.print("ND THAN NHIET:"); lcd.write(nd/100%10+0x30); lcd.write(nd/10%10+0x30); lcd.print("."); lcd.write(nd%10+0x30); lcd.write(0xdf); lcd.print("C"); if(nd>375) { digitalWrite(loa,HIGH); } else 41 { digitalWrite(loa,LOW); } } else { chayn++; if(chayn>10) { chayn=20; lcd.setCursor(0,1); lcd.print("DUNG DUNG VI TRI DO "); } } delay(100); } void kiem_tra_khu_khuan() { if(digitalRead(hnmb)==0) { chay++; if(chay