o Mô tả chi tiết về chức năng, tính năng cần thiết và lợi ích của sản phẩm.Chương 2: Tìm hiểu cấu trúc vi điều khiển. Giới thiệu chíp Adruino.o Adruino IDE.o Chức năng và công dụng chín
Đại dịch COVID-19, nguyên cứu tổng quan về các dạng máy sát khuẩn
Đại dịch COVID-19 là gì?
Đại dịch COVID-19 do virus SARS-CoV-2 bùng phát từ một nhóm bị viêm phổi lạ tại Vũ Hán, Trung Quốc vào cuối năm 2019 Họ có tiếp xúc với những thương nhân ở chợ hải sản Hoa Nam Các nhà khoa học Trung Quốc xác định chủng coronavirus mới có trình tự gen giống 79,5% với SARS-CoV Ca nhiễm đầu được ghi nhận vào ngày 31/12/2019 và ca tử vong đầu tiên xảy ra vào ngày 9/1/2020 tại Vũ Hán.
Hình 1.1.1.1 Hình ảnh siêu vi thể hiện SARS-CoV-2 Các gai ở rìa ngoài của các hạt virus giống như một vương miện.
Hình 1.1.1.2 Hình ảnh kính hiển vi điện tử quét cho thấy SARS-CoV-2 (màu vàng) nổi lên từ bề mặt tế bào (màu xanh/hồng) được nuôi cấy trong phòng thí nghiệm.
Tại sao lại cần phải có sự quan tâm đặc biệt tới vậy?
Các ca nhiễm virus dầu tiên được xác nhận bên ngoài Trung Quốc bao gồm hai người phụ nữ ở Thái Lan và một người đàn ông Nhật Bản Sự lây nhiễm virus từ người sang người đã được xác nhận cùng tỉ lệ bùng phát dịch tăng nhanh vào giữa tháng 1 năm 2020 Ngày 23 tháng 1 năm 2020, chính phủ Trung Quốc quyết định phong tỏa Vũ Hán, toàn bộ hệ thống giao thông công cộng và hoạt động xuất- nhập khẩu đều bị tạm ngưng.
Ngày 11 tháng 3 năm 2020, Tổ chức Y tế Thế giới (WHO) ra tuyên bố “COVID-19” là “Đại dịch toàn cầu”.
Sự lây truyền của Virus corona chủng mới chủ yếu lây lan qua các giọt bắn trong không khí khi một các nhân bị nhiễm bệnh ho hoặc hắt hơi trong phạm vi 3 foot (0,91m) đến 6 foot (1,8m) Trong số các trường hợp ban đầu, hai phần ba có tiền sử tiếp xúc với chợ buôn hải sản Hoa Nam Tháng 5 năm 2020, một nghiên cứu tại Đại học HongKong cũng cho biết virus này cũng lây qua mắt cao gấp 100 lần so với SARS.
Hình 1.1.2.1 Sự nhân lên của một hạt corona virus
Chính phủ các quốc gia trên thế giới đã tiến hành phản ứng đáp trả nhằm bảo vệ sức khỏe người dân cũng như các nhóm cộng đồng trên toàn cầu, bao gồm: hạn chế đi lại, phong tỏa kiểm dịch, ban bố tình trang khẩn cấp, sử dụng lệnh giới nghiêm, tiến hành cách ly xã hội, hủy bỏ các sự kiện đông người , đóng cửa trường học và những cơ sở dịch vụ, kinh doanh ít quan trọng, khuyến khích người dân tự nâng cao ý thức phòng bệnh, đeo khẩu trang, hạn chế ra ngoài khi không cần thiết, đồng thời chuyển đổi mô hình hoạt động kinh doanh, học tập, làm việc từ truyền thông sang trực tuyến Một số ví dụ tiêu biểu có thể kể đến như: phong tỏa để kiểm dịch toàn bộ tại Ý và tỉnh Hồ Bắc của Trung Quốc; các biện pháp giới nghiêm khác nhau ở Trung Quốc và Hàn Quốc; phương pháp sàng lọc tại các sân bay và nhà ga; hạn chế hoặc hủy bỏ các hoạt động du lịch tới những khu vực, vùng, quốc gia có nguy cơ nhiễm dịch bệnh ở mức cao Ngoài ra, các trường học cũng đã phải đóng cửa trên toàn quốc hoặc ở một số vùng tại hơn 160 quốc gia, ảnh hưởng đến 87% học sinh, sinh viên trên toàn thế giới, tính đến ngày 28 tháng 3 năm 2020.
Tính đến ngày 27 tháng 9 năm 2020, hơn 1 triệu người đã tử vong vì hoặc liên quan đến COVID-19 trên toàn cầu, theo thống kê Do đó, chúng ta phải nỗ lực ngăn chặn "Đại dịch thế kỷ" này.
Hình 1.1.2.1 Biểu đồ số ca tử vong do COVID-19 đến thời điểm hiện tại
Các cách để phòng ngừa dịch bệnh
Để ngăn ngừa lây lan bệnh tật, việc rửa tay là hết sức cần thiết Theo khuyến cáo của Trung tâm Kiểm soát và Phòng ngừa Dịch bệnh Hoa Kỳ (CDC), mọi người nên rửa tay thường xuyên bằng xà phòng và nước trong ít nhất 20 giây, đặc biệt là: sau khi đi vệ sinh hoặc khi tay bẩn; trước khi ăn và sau khi xì mũi, ho hoặc hắt hơi Ngoài ra, nếu không thể rửa tay bằng xà phòng và nước, bạn có thể sử dụng nước rửa tay khô có nồng độ cồn ít nhất 60% Tổ chức Y tế Thế giới (WHO) cũng khuyến cáo mọi người tránh chạm vào mắt, mũi hoặc miệng nếu tay chưa được rửa sạch.
Các tổ chức y tế khuyến cáo mọi người nên che miệng và mũi bằng khăn giấy khi ho hoặc hắt hơi Không có bằng chứng cho thấy việc đeo khẩu trang của những người không bị nhiễm bệnh có nguy cơ thấp là có hiệu quả và Tổ chức Y tế Quốc tế không khuyến nghị sử dụng khẩu trang cho người khỏe mạnh Việc sử dụng khẩu trang y tế của những người có thể bị nhiễm bệnh đã được khuyến nghị, vì chúng ta có thể giới hạn thể thích và khoảng cách di chuyển của các giọt thở phân tán khi nói chuyện, hắt hơi và ho WHO đã ban hành hướng dẫn về thời điểm và cách sử dụng khẩu trang, bao gồm:
- Che miệng và mũi bằng khẩu trang và đảm bảo không có khoảng trống giữa mặt và khẩu trang.
- Tránh chạm vào khẩu trang trong khi sửa dụng nó; nếu bạn làm thế, hãy làm sạch tay bằng dung dịch rửa tay hoặc xà phòng và nước.
- Thay khẩu trang mới ngay khi bị ẩm và không sử dụng lại khẩu trang sử dụng một lần.
- Tháo khẩu trang bằng cách cầm dây đeo từ phía sau; vứt bỏ ngay lập thức và làm sạch tay.
- Tự cách ly, cách ly với cộng đồng cũng là một cách để giảm thiếu tối đa nguy cơ bị lây nhiễm.
Từ thực trạng bệnh dịch trên, đã có rất nhiều người không chỉ là các bác sĩ, giáo sư tiến sĩ về y học nghiên cứu, tìm hiểu cách để phòng chống bệnh nguy hiểm này, mà còn có rất nhiều người, nhiều ngành nghề bắt tay vào để nghiên cứu ra cách tốt nhất để đóng góp cho nhân loại những phương tiện, cách thức phòng chống dịch hiểu quả nhất Với mục đích tránh tối đa số người tập trung, phòng dịch hiệu quả thì các thiết bị như: máy xịt tự động, máy đo thân nhiệt tự động đã ra đời
Nghiên cứu tổng quan về các dạng máy sát khuẩn
TÌM HIỂU CẤU TRÚC VI ĐIỀU KHIỂN
Chip Arduino
Arduino một nền tảng mã nguồn mở phần cứng và phần mềm Phần cứng Arduino (các board mạch vi xử lý) được sinh ra tại thị trấn Ivrea ở Ý, nhằm xây dựng các ứng dụng tương tác với nhau hoặc với môi trường được thuận lợi hơn Phần cứng bao gồm một board mạch nguồn mở được thiết kế trên nền tảng vi xử lý AVR Atmel 8bit, hoặc ARM Atmel 32- bit Những Model hiện tại được trang bị gồm 1 cổng giao tiếp USB, 6 chân đầu vào analog,
Được giới thiệu vào năm 2005, Arduino được thiết kế để cung cấp một phương pháp dễ dàng và tiết kiệm chi phí cho người đam mê, sinh viên và chuyên gia để tạo ra các thiết bị có khả năng tương tác với môi trường thông qua cảm biến và cơ cấu chấp hành Arduino có 14 chân I/O kỹ thuật số tương thích với nhiều bo mở rộng khác nhau Nó đi kèm với một môi trường phát triển tích hợp (IDE) cho phép người dùng viết chương trình cho Arduino bằng C hoặc C++.
Phần nguồn của Board mạch Arduino được thiết kế để thực hiện các nhiệm vụ:
Lựa chọn nguồn cung cấp cho board mạch (Khối màu cam trong hình) Board mạch Arduino có thể được cung cấp nguồn bởi Adapter thông qua Jack DC hoặc từ cổng USB (2 mũi tên màu đỏ) Trong trường hợp chỉ có 1 trong 2 nguồn cung cấp thì Board Arduino sẽ sử dụng nguồn cung cấp đó Trong cáp từ Jack DC thay vì từ cổng USB Việc ưu tiên này sẽ được thực hiện bởi OpAmp trong IC LMV358 và MOSFET FDN340P điện áp từ Jack DC sau khi qua Diode bảo vệ D1 thì được gọi là điện áp VIN Điện áp VIN qua cầu điện áp đầu ra của OpAmp là 5V, điều này làm cho MOSFET không được kích, nguồn cung cấp cho Board Arduino là từ Jack DC sau khi qua ổn áp.
Tạo ra các điện áp 5v và 3.3v (2 khối màu xanh) để cung cấp cho vi điều khiển và cũng là điểm cấp nguồn cho các thiết bị bên ngoài sử dụng mạch Arduino sử dụng IC ổn áp NCP1117 để tạo điện áp 5v từ nguồn cung cấp lớn và IC ổn sáp LP 2985 để tạo điện áp 3.3V Đây đều là những IC ổn áp tuyến tính, tuy hiệu suất không cao nhưng ít gợn nhiễu và mạch đơn giản.
Bảo về ngược nguồn, quá tải (Vòng tròn màu đỏ) F1 là một cầu chì tự phục hồi, trong trường hợp bạn chỉ sử dụng dây cáp USB để cấp nguồn thì tổng dòng tiêu thụ không được quá 500mA Nếu không cầu chì sẽ ngăn không cho dòng điện chạy qua D1 là một Diode, chỉ cho dòng điện 1 chiều chạy qua (từ Jack DC vào mạch), trong trường hợp mạch Arduino của bạn có mắc với các thiết bị khác và có nguồn cung cấp lớn hơn nguồn vào Jack
DC, nếu có sai sót chập mạch…v.v thì sẽ không có trường hợp nguồn các thiết bị bên ngoài chạy ngược vào Adapter.
Báo nguồn Đèn nguồn ON sáng lên báo thiết bị đã được cấp nguồn nếu các bạn đã cắm nguồn mà đèn nguồn không sáng thì có thể nguồn cung cấp của bạn đã bị hỏng hoạc Jack kết nối lỏng, hoặc mạch Arduino kết nói với các linh kiện bên ngoài bị ngắn mạch.
2.1.2 Thiết kế mạch dao động
Mạch giao động tạo xung nhịp giúp vi điều khiển làm việc chính xác, thực hiện các lệnh theo chương trình Trên Arduino Uno R3, thạch anh 16 MHz được sử dụng để tạo xung nhịp này.
2.1.3 Thiết kế mạch reset Để vi điều khiển thực hiện khởi động lại thì chân RESET phải ở mức logic
LOW(~0V) trong 1 khoảng thời gian đủ yêu cầu Mạch reset của Board Arduino phải đảm bảo được 2 việc:
- Reset bằng tay: khi nhấn nút, chân RESET nối với GND, làm cho MCU RESET Khi không nhấn nút chân Reset được kéo 5V.
- Reset tự động: Reset tự động được thực hiện ngay khi cấp nguồn cho vi điều khiển nhờ sự phối hợp giữa điện trở nối lên nguồn và tụ điện nối đất Thời gian tụ điện nạp giúp cho chân RESET ở mức LOW trong 1 khoảng thời gian đủ để vi điều khiển thực hiện reset.
- Khởi động vi điều khiển trước khi nạp chương trình mới.
2.1.4 Thiết kế mạch nạp và giao tiếp máy tính
Vi điều khiển Atmega328P trên Board Arduino Uno R3 đã được nạp sẵn 1 bootloader, cho phép nhận chương trình mới thông qua chuẩn giao tiếp UART (chân 0 và 1) ở những giây đầu sau khi vi điều khiển reset.
Máy tính giao tiếp với Board mạch Arduino qua chuẩn giao tiếp USB(D+/D-), thông qua một vi điều khiển trung gian là ATMEGA16U2 hoặc một IC trung gian là CH340 (thường tháy trong các mạch sử dụng chip dán) Vi điều khiển hoặc IC này có nhiệm vụ chuyển đổi chuẩn giao tiếp USB thành chuẩn giao thiếp UART để nạp chương trình hoạc giao tiếp truyền nhận dữ liệu với máy tính (Serial).
Phần thiết kế mạch nạp có tích hợp thêm 02 đèn LED, nên khi nạp chương trình các bạn sẽ thấy 2LED này nhấp nháy Còn khi giao tiếp, nếu có dữ liệu từ mấy tính gửi xuoossng vi điều khiển thì đèn LED Rx sẽ nháy Còn nếu có dữ liệu từ vi điều khiển gửi lên máy tính thì đèn Tx sẽ nháy.
Hình2.1.4.1 Mạch nạp và giao tiếp chip Arduino
Mạch Relay
Relay hay còn được gọi là Rơ le là một thiết bị hoạt động chuyển mạch bằng điện
Nó là một công tắc điện từ và được vận hành bởi dòng điện nhỏ để điều khiển bật tắt một dòng điện lớn hơn Bản chất của relay là một nam châm điện, dòng điện chạy qua cuộn dây của relay tạo ra một từ trường hút lõi sắt non làm thay đổi công tắc chuyển mạch Dòng điện qua cuộn dây có thể được điều khiển bật hoặc tắt, vì thế relay có hai vị trí chuyển mạch qua lại.
Relay được sử dụng phổ biến trong các bo mạch điều khiển, sử dụng để đóng cắt những thiết bị có dòng điện lớn mà những hệ thống mạch điều khiển không thể trực tiếp can thiệp Relay có rất nhiều hình dáng, kích thước và chân cắm khác nhau Relay sẽ có hai trạng thái đóng mạch (ON) và hở mạch (OFF) Tùy theo nhu cầu điều khiển mà trạng thái
ON hay OFF của relay sẽ phụ thuộc vào việc có dòng điện qua relay hay không.
Về cấu tạo, relay bao gồm một cuộn dây kim loại làm bằng đồng hoặc nhôm được quấn quanh một lõi sắt từ Bộ phận này có phần tĩnh gọi là ách từ (Yoke) Còn phần động được gọi là phần cứng (Armature) Phần cứng của relay sẽ được kết nối với một tiếp điểm động Cuộn dây có tác dụng hút thanh tiếp điểm lại để từ đó tạo thành trạng thái NO và NC Nhiệm vụ của mạch tiếp điểm (mạch lực) là đóng cắt các thiết bị tải với dòng điện nhỏ và được cách ly bởi một cuộn hút.
Hình 2.2.2.1 Hình minh họa chức năng của Relay
Trên relay thường có 2 chân NC và NO đây là hai chân chuyển đổi và một chân chung COM.
COM (common): là chân chung là nơi kết nối đường cấp nguồn chờ, nó luôn được kết nối với 1 trong 2 chân còn lại Còn việc nó kết nối chung với chân nào thì phụ thuộc vào trạng thái hoạt động của rơ le.
NC (Normally Closed): Nghĩa là thường đóng Nghĩa là khi rơ le ở trạng thái OFF, chân COM sẽ nối với chân này.
NO (Normally Open): Khi rơ le ở trạng thái ON (có dòng chạy qua cuộn dây) thì chân COM sẽ được nối với chân này Kết nối COM và NC khi bạn muốn có dòng điện cần điều khiển khi rơ le ở trạng thái OFF Và khi rơ le ON thì dòng này bị ngắt Ngược lại thì nối COM và NO.
2.2.3 Nguyên lý hoạt động của Relay
Khi cấp điện vào cuộn dây, nam châm điện sinh ra sẽ kéo tiếp điểm trở về vị trí ban đầu, ngắt mạch điện Đây là loại rơ le "thường mở" (NO) Ngược lại, loại rơ le "thường đóng" (NC) có tiếp điểm mặc định đóng mạch, khi nam châm điện kích hoạt sẽ kéo hoặc đẩy tiếp điểm ra xa nhau, ngắt mạch điện Trong các ứng dụng thực tế, loại rơ le thường mở phổ biến hơn.
Có nhiều loại rơ le với nguyên lý và chức năng làm việc rất khác nhau Do vậy có nhiều cách để phân loại rơ le Phân loại theo nguyên lý làm việc gồm:
- Rơ le điện cơ (rơle điện từ, rơle từ điện, rơle điện từ phân cực, rơle cảm ứng )
- Rơ le điện từ - bán dẫn, vi mạch
Relay được dùng để chia tín hiệu đến nhiều bộ phận khác trong hệ thống sơ đồ mạch điện điều khiển Không những vậy, relay còn được sử dụng như phần tử đầu ra và cách ly điện áp giữa các thành phần như: điện xoay chiều, điện áp lớn với phần điều khiển xử lý tín hiệu.
Relay được dùng rộng rãi trong các ngành công nghiệp và sinh hoạt bởi tính năng tự động hóa Giám sát các hệ thống an toàn công nghiệp Hoặc được ứng dụng để ngắt điện cho máy móc đảm bảo độ an toàn.
Ta có thể thấy được chức năng của relay là làm chuyển tiếp mạch điện giúp làm đóng ngắt điện Relay hiện được sử dụng rất nhiều trong ngành điện tử như: tủ lạnh, tủ điện, tủ điều khiển hay các loại máy móc công nghiệp.
Bên cạnh đó module relay được ứng dụng phổ biến nhất trong các ứng dụng tự động hóa Chúng thường được sử dụng kèm với những loại cảm biến báo mức như cảm biến nhiệt độ, độ ẩm, áp suất, mực nước… Relay thường sẽ được tích hợp ở trong các ngõ ra của các loại màn hình hiển thị, các công tắc báo mức hay thiết bị chuyển đổi tín hiệu Sử dụng các tín có hiệu điện áp nhỏ từ các cảm biến để từ đó kích hoạt các thiết bị có điện áp cao hơn.
Module Relay với OPTO cách ly kích H/L 5VDC 10A 1 kênh
Module Relay với OPTO cách ly kích H/L 5VDC 10A 1 kênh gồm 1 relay hoạt động tại điện áp 5VDC, chịu được hiệu điện thế lên đến 250VAC 10A Module Relay với OPTO cách ly kích H/L 5VDC 10A 1 kênh được thiết kế chắc chắn, khả năng cách điện tốt Trên module đã có sẵn mạch kích relay sử dụng transistor và IC cách ly quang giúp cách ly hoàn toàn mạch điều khiển (vi điều khiển) với relay bảo đảm vi điều khiển hoạt động ổn định Có sẵn header rất tiện dụng khi kết nối với vi điều khiển Module Relay với OPTO cách ly kích H/L 5VDC 10A 1 kênh sử dụng chân kích mức thấp (0V), khi có tín hiệu 0V vào chân IN thì relay sẽ nhảy qua thường hở của relay Ứng dụng với relay module khá nhiều bao gồm cả điện DC hay AC.
Hình 2.3.1.1 Module 1 Relay Với Opto Cách Ly Kích H/L (5VDC)
- Sử dụng điện áp nuôi DC 5V.
- Relay mỗi Relay tiêu thụ dòng khoảng 80mA.
- Điện thế đóng ngắt tối đa: AC250V ~ 10A hoặc DC30V ~ 10A.
- Có đèn báo đóng ngắt trên mỗi Relay.
- Có thể chọn mức tín hiệu kích 0 hoặc 1 qua jumper.
2.3.3 Chức năng các chân trên module
- Ngõ vào: DC+ và DC- cấp nguồn 5V; IN chân tín hiệu kích relay.
- Ngõ ra: COM chân chung relay; NO chân thường hở relay; NC chân thường đóng relay.
Hình 2.3.1.2 Các chân của module
Module DFPlayer MP3-TF-16P
DFPlayer Mini là một mô-đun phát nhạc nhỏ gọn và tiết kiệm chi phí kết nối trực tiếp với loa Được trang bị nguồn cấp điện, loa và bàn phím tích hợp, DFPlayer Mini có thể hoạt động độc lập hoặc được điều khiển qua giao tiếp nối tiếp, tương thích với Arduino UNO và các bộ vi điều khiển khác có giao tiếp nối tiếp Mô-đun tích hợp phần cứng giải mã các định dạng âm thanh phổ biến như MP3, WAV, WMA và hỗ trợ thẻ nhớ TF với hệ thống tệp FAT16.
FAT32 Có thể được thực hiện bằng lệnh nối tiếp đơn giản, phát nhạc được chỉ định, cũng như cách phát nhạc và các chức năng khác mà không cần mức độ nhàm chán, dễ sử dụng, ổn định và đáng tin cậy.
- Điện áp làm việc: 3.2 ~ 5VDC
- Tốc độ lấy mẫu (Khz): 8 / 11.025 / 12 / 16 / 22.05 / 24 / 32 / 44.1 / 48 với ngõ ra 24bit
- Hỗ trợ đầy đủ FAT16, FAT32, thẻ TF hỗ trợ tối đa 32Gb, 32G U disk, 64M byte NORFLASH
- Nhiều chế độ điều khiển, chế độ điều khiển IO, chế độ nối tiếp
- Các file âm thanh có thể sắp xếp theo thư mục (tối đa 100 mục), mỗi mục chứa tối đa
- Âm thanh có thể chỉnh 30 mức, 6 mức EQ có thể điều chỉnh
- Kích thước sản phẩm: 20 x 20mm
2.4.3 Sơ đồ kết nối tham khảo
Hình 2.4.3.1 Sơ đồ kết nối mạch phát âm thanh kết hợp Amply MP3-TF-16P
Hình 2.4.3.2 Sơ đồ kết nối với Adruino
2.4.4 Ứng dụng của Module DFPlayer MP3-TF-16P
- Phát giọng nói điều hướng ô tô.
- Thanh tra giao thông đường bộ, lời nhắc bằng giọng nói thu phí.
- Giọng nói nhắc nhở ở ga xe lửa, bến xe buýt kiểm tra an ninh.
- Điện lực, viễn thông, nhắc nhở bằng giọng nói của phòng điều hành tài chính.
- Phương tiện vào hoặc ra khỏi kênh để xác minh lời nhắc bằng giọng nói.
- Lời nhắc bằng giọng nói của kênh điều khiển biên giới.
- Cảnh báo bằng giọng nói đa kênh hoặc vận hành thiết bị hướng dẫn bằng giọng nói.
- An toàn trên xe buýt tham quan điện với thông báo bằng giọng nói.
- Cảnh báo lỗi thiết bị điện và cơ khí.
- Lời nhắc bằng giọng nói báo cháy.
- Tự động thiết bị phát sóng, phát sóng thường xuyên.
Nguồn Adapter
Nguồn adapter (hoặc còn gọi là nguồn điện adapter) là một thiết bị được sử dụng để cung cấp điện áp cho các thiết bị điện tử khác nhau từ nguồn điện chính Adapter thường có một đầu cắm hoặc cổng để kết nối với thiết bị cần cấp nguồn và một đầu khác kết nối với nguồn điện như ổ cắm điện hoặc nguồn điện từ tường.
Công dụng chính của nguồn adapter là chuyển đổi nguồn điện từ nguồn cung cấp (thường là điện lưới AC - dòng điện xoay chiều) sang điện áp phù hợp với yêu cầu của thiết bị (thường là điện áp DC - dòng điện một chiều) Adapter thường đi kèm với các thiết bị như máy tính xách tay, điện thoại di động, máy ảnh, và nhiều thiết bị điện tử khác để cung cấp nguồn điện cho chúng khi chúng không thể hoạt động bằng pin hoặc cần sự cấp nguồn liên tục.
Bộ chuyển đổi có thể điều chỉnh điện áp đầu ra để phù hợp với yêu cầu cụ thể của thiết bị được cung cấp nguồn, đảm bảo rằng thiết bị sẽ nhận được nguồn điện ổn định và an toàn để hoạt động bình thường.
Hình 2.5.1.1 Các loại nguồn Adapter
Là loại nguồn có mức giá rẻ Nguồn Adapter 9V-1A thích hợp sử dụng để cấp nguồn, sạc các thiết bị như: đài, sạc pin lithium, máy bơm đầu jack có kích thước 5.5x2.1mm phù hợp sử dụng an toàn với UL / TUV / GS / CE / FCC Điện áp đầu vào rộng có thể sử dụng từ
100 - 240V Có thêm chức năng bảo vệ ngắn mạch, bảo vệ quá tải, chức năng bảo vệ quá dòng, sử dụng an toàn hơn.
- Phù hợp an toàn: UL / TUV / GS / CE / FCC
- Điện áp đầu vào rộng AC 100-240V
- Sử dụng an toàn hơn với chức năng bảo vể ngắn mạch, bảo vệ quá tải và bảo vệ quá dòng.
- 100% thử nghiệm đầy tải và hiệu suất ổn định.
- Vỏ cách điện và cách nhiệt tốt.
- Chuyển đổi hiệu suất năng lượng dc Ripple nhỏ, hiệu quả cao, tiết kiệm năng lượng.
- Các sản phẩm đã qua an toàn quốc tế và yêu cầu quy định
- Cài đặt với EMI lọc, sóng tối thiểu
- Chịu được điện áp: AC 3.000 V (tối thiểu), 5mA (tối đa)
Cảm biến hồng ngoại
2.6.1 Cảm biến hồng ngoại là gì?
Cảm biến hồng ngoại hay còn được gọi là IR Sensor, chúng là một thiết bị điện tử có khả năng đo và phát hiện bức xạ hồng ngoại trong môi trường xung quanh Cảm biến hồng ngoại (IR Sensor) phát ra các tia vô hình đối với mắt người, vì bước song của nó dài hơn ánh sáng khả kiến (mặc dù nó vẫn nằm cùng một phổ điện từ) Bất cứ thứ gì phát ra nhiệt (mọi thứ có nhiệt độ trên 5 độ kevil) đều phát ra bức xạ hồng ngoại.
Hồng ngoại hay còn gọi là tia hồng ngoại là bức xạ điện từ có bước song dài hơn ánh sáng và ngắn hơn tia bức xạ Vi ba Hồng ngoại tức là ngoài bức sóng đỏ Màu đỏ là màu có bước sóng dài nhất trong ánh sáng thường Thông thường những vật thể có nhiệt độ trên 35°
C sẽ phát ra bước sóng hồng ngoại Bức xạ hồng ngoại đã vô tình được phát hiện bởi một nhà thiên văn học tên là William Herschel vào năm 1800 Trong khi đo nhiệt độ của từng màu ánh sáng cách nhau bởi một lăng kính), ông nhận thấy rằng nhiệt độ vượt ra ngooài ánh sáng đỏ là cao nhất
Hình 2.6.1.1 Cảm biến hồng ngoại thụ động
Có hai loại cảm biến hồng ngoại đó là cảm biến dạng chủ động và thụ động Cảm biến hồng ngoại hoạt động bằng cách phát ra và phát hiện bức xạ hồng ngoại Cảm biến hồng ngoại chủ động thường cấu tạo có hai phần: Diode phát sáng (LED) và máy thu Khi một vật thể đến gần cảm biến, ánh sáng hồng ngoại từ đèn LED sẽ phản xạ khỏi vật thể được người nhận phát hiện Cảm biến hồng ngoại hoạt động đóng vai trò là cảm biến tiệm cận và chúng thường được sử dụng trong các hệ thống phát hiện chướng ngại vật (như trong robot).
Hồng ngoại thụ động có nghĩa là chỉ nhận các tia hồng ngoại phát ra từ vật thể khác như người, động vật hoặc nguồn nhiệt bất kỳ, chứ tự nó k phát ra tia hồng ngoại nào cả Sau khi nhận biết được nguồn nhiệt, bộ phận cảm biến sẽ phân tích đẻ xác định điều kiện báo động Vì thế người ta gọi đó là thụ động, chỉ phát hiện chứ không phải là nguồn phát ra hồng ngoại.
2.6.2 Cảm biến vật cản hồng ngoại là gì?
Cảm biến vật cản hồng ngoại sử dụng một cặp truyền và nhận tia hồng ngoại Tia hồng ngoại phát một tần số nhất định khi gặp vật cản sẽ phản xạ vào đèn thu hồng ngoại, sau khi qua IC so sánh đèn màu xanh sẽ sáng lên, đồng thời cho tín hiệu số đầu ra.
Hình 2.6.2.1 Mắt phát hồng ngoại là TX, mắt thu hồng ngoại là RX
Chúng ta có thể thấy rằng mắt phát hồng ngoại truyền trong một phạm vi giới hạn và nó đi đến một khoảng cách nhất định vì không có đối tượng phản xạ lại nên mắt thu hồng ngoại không thể phát hiện vật cản, ngược lại khi gặp vật cản cản ánh sáng hồng ngoại được phản chiếu lại khi đó mắt thu sẽ phát hiện được vật cản và xuất tín hiệu ra.
Ngoài ra độ nhạy của cảm biến còn phụ thuộc vào về mặt vật cản gặp phải, ví dụ như các vật có xu hướng màu trắng có khả năng phản xạ ánh sáng hồng ngoại mạnh hơn các vật cản có màu tối, các vật cản màu tối hấp thụ ánh sáng hồng ngoại nhiều hơn và phản xạ lại ít hơn số lượng không đủ để mắt thu có thể phát hiện.
Hình 2.6.2.2 Nguyên lý hoạt động của mắt thu hồng ngoại
2.6.3 Nguyên tắc hoạt động của mạch cảm biến vật cản hồng ngoại
Điốt phát hồng ngoại (IR LED) luôn phát ra ánh sáng hồng ngoại ở bước sóng mà mắt người không nhìn thấy được Do đó, người ta sử dụng điốt thu hồng ngoại có điện trở trong rất lớn (vài trăm kΩ) Khi điốt thu nhận được đủ tia hồng ngoại chiếu vào, điện trở trong của nó sẽ giảm xuống còn vài chục Ω.
Khi gặp vật cản, những chùm tia hồng ngoại gặp vật cản và phản xạ lại led thu làm led thu thay đổi giá trị điện trở Ở đây chúng ta thấy cầu chia áp ở điện trở R2 và mắt thu hồng ngoại, sự thay đổi điện trở của mắt thu hồng ngoại dẫn đến điện áp đầu vào chân 3 Op- Amp cũng thay đổi.
Khi khoảng cách càng gần, sự thay đổi càng lớn.
Khi đó, điện áp đầu vào chân 3 Op-Amp được so sánh với giá trị điện áp không đổi gim trên biến trở R3, nếu điện áp chân 3 Op-Amp lớn hơn điện áp chân 2 Op-Amp thì Op- Amp xuất mức 1 ( bằng VCC) Ngược lại nếu điện áp chân 3 Op-Amp nhỏ hơn điện áp chân 2 Op-Amp thì Op-Amp xuất mức 0 ( bằng GND) Điện trở như R1 (150 Ω), R2 (10K Ω ), R4 (1 KΩ ) giúp các led hoạt động mà không bị cháy.
Biến trở R3 dùng để chỉnh độ nhạy của biến trở
Hình 2.6.3.1 Sơ đồ nguyên lý cảm biến vật cản hồng ngoại
Cảm biến vật cản hồng ngoại V1
Hình 2.7.1.1 Cảm biến vật cản hồng ngoại V1
- Module Thu Phát Hồng Ngoại V1 là một loại cảm biến thông dụng được dùng rất nhiều trong các hệ thống cửa tự động thông minh, cảm biến an toàn của cổng tự động cũng như barrie tự động, cổng co giãn inox tự động đó là cảm biến phát hiện vật cản hồng ngoại hay cảm biến IR ( IR detector ).
- Ứng dụng: Cửa tự động thông minh, bộ chống trộm, phát hiện vật cản, đếm sản phẩm, đếm số lượng người,
- Module phát hiện vật cản trong khoảng cách từ 2 - 30cm
- Khi phát hiện vật cản, tín hiệu đầu ra OUT ở mức thấp và đèn led màu xanh sáng.
- Có thể điều chỉnh khoảng cách bằng biến trở Chỉnh chiết áp để tăng khoảng cách theo chiều kim đồng hồ, và ngược lại để giảm khoảng cách.
- Cổng ra OUT có thể điều khiển trực tiếp 1 Rơ le 5V hoặc cổng IO của MCU.
- Điện áp cung cấp: 3 - 5V DC.
- Dòng điện tiêu thụ: 23 mA (3,3V), 43 mA (5V).
Module Thu Phát Hồng Ngoại V1 được tích hợp bộ phát hồng ngoại và bộ thu hồng ngoại Bộ phát hồng ngoại là một diode phát sáng (LED) phát ra các tia hồng ngoại Do đó, chúng được gọi là IR LED Mặc dù LED IR trông giống như một đèn LED bình thường, bức xạ phát ra từ IR LED là sóng hồng ngoại nên con người không thể nhìn thấy bằng mắt thường được Bộ thu hồng ngoại cũng được gọi là cảm biến hồng ngoại khi chúng phát hiện các tia từ bộ phát hồng ngoại Bộ thu hồng ngoại có dạng photodiode và phototransistors Photodiode hồng ngoại khác với điốt thông thường vì chúng chỉ phát hiện ra bức xạ hồng ngoại Khi led phát hồng ngoại phát ra bức xạ, nó đến được vật thể và một số bức xạ phản xạ lại led thu hồng ngoại Dựa trên cường độ thu của led thu hồng ngoại, đầu ra của cảm biến sẽ được xác định là mức cao hoặc thấp.
Thiết kế, chế tạo máy rửa tay sát khuẩn tự động có cảnh báo âm thanh
Cấu tạo và chương trình code của mạch sát khuẩn tự động
Hình 3.1.1.1 Sơ đồ mạch điện của máy sát khuẩn tự động
3.1.2 Mạch điện sát khuẩn tự động bao gồm những bộ phận chính sau:
1 Nguồn mạch nguồn Adapter 9V-1A để chuyển đổi nguồn xoay chiều AC sang nguồn một chiều DC Nguồn này cấp cho vi xử lỷ Arduino và các mạch khác theo như hình 3.1.1.1.
2 Mạch vi xử lý là mạch xử lý trung tâm, nó có nhiệm vụ xử lý các tín hiệu vào/ra của thiết bị, từ các tín hiệu đầu vào khác nhau thiết bị đưa ra những xung lệnh theo từng nhiệm vụ cụ thể Chip Arduino Uno R3 được kết nối với các bộ phận kể trên, làm nhiệm vụ nhận lệnh, điều khiển và thao tác hoàn toàn dựa trên code nhập từ IDE.
3 Mạch Relay Module và động cơ bơm là mạch chấp hành khi có tín hiệu phát hiện ra tay người cần sát khuẩn sẽ bơm một lượng dung dịch sát khuẩn vừa phải vào tay người.
4 Mạch Module DFPlayer MP3-TF-16P kết nối với Arduino dùng để thu âm, xử lý âm thanh, được dùng để ghi và phát âm thanh được người dùng ghi vào.
5 Loa dùng để phát âm thanh.
6 Cảm biến vật cản hồng ngoại giúp xác định mục tiêu thực hiện nhiệm vụ máy.
7 Động cơ bơm, giúp bơm, đẩy dung dịch rửa tay với một lượng nhất định để tránh lãng phí.
8 Công tắc dùng để bật tắt máy.
3.1.3 Bộ code tham khảo của máy sát khuẩn tự động
//khai báo chân relay với cảm biến
Serial.begin(9600); mySerial.begin(9600); pinMode(Relay, OUTPUT); if (!myMP3.begin(mySerial))
Serial.println(F("Chưa gắn thẻ nhớ!")); while (true);
Serial.println(F("DFPlayer Mini đã hoạt động.")); myMP3.volume(40); //cài volume 0 - 40 %
Serial.println(digitalRead(Sensor)); if (digitalRead(Sensor) == 0)
{ digitalWrite(Relay, HIGH); delay(5000); digitalWrite(Relay, LOW); myMP3.playFolder(01, 001);
Nguyên lý hoạt động của mạch sát khuẩn tự động
Khi có người tiếp cận máy xịt khuẩn và đưa tay ra, cảm biến hồng ngoại sẽ phát hiện chuyển động Tín hiệu này truyền đến vi xử lý Arduino, vi xử lý sẽ kích hoạt rơ-le để cấp nguồn cho động cơ bơm Động cơ bơm sẽ phun dung dịch sát khuẩn lên tay người dùng, sau đó dừng bơm và máy phát ra thông báo "XIN CẢM ƠN" Máy sau đó tiếp tục chờ người dùng tiếp theo đến để sử dụng.
Hình 3.2.1 Hình ảnh thực tế của máy