Dự Án hệ thống phát hiện học sinh hút thuốc lá và phát ra cảnh báo tại trường thcs biên sơn

Để bảo vệ tính mạng, sức khỏe, tạo ra một môi trường sống an toàn, lành mạnh, xã hội ổn định, phát triển bền vững chúng em quyết định lựa chọn đề tài “ Hệ thống phát hiện học sinh hút th

CUỘC THI KHOA HỌC KỸ THUẬT HUYỆN LỤC NGẠN DÀNH CHO HỌC SINH THCS NĂM HỌC 2024 -2025

DỰ ÁN THUỘC: DỰ ÁN KHOA HỌC

BÁO CÁO KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU

TÊN DỰ ÁN: “HỆ THỐNG PHÁT HIỆN HỌC SINH HÚT THUỐC LÁ

VÀ PHÁT RA CẢNH BÁO TẠI TRƯỜNG THCS BIÊN SƠN”.

Lĩnh vực: Hệ thống nhúng

Lục Ngạn , tháng 11 năm 2024

MỤC LỤ

I Đặt vấn đề 3

II Mục đích nghiên cứu, vấn đề nghiên cứu:……… 3

1 Mục đích nghiên cứu: 4

2 Vấn đề nghiên cứu: 4

III Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của dự án:………4,

5

IV Giới hạn và phạm vi nghiên cứu: ……….5

V Cơ sở lí luận và cơ sở thực tiễn: ……….5

VI Tính mới/ Tính sáng tạo của dự án: ……… 5,6 VII Thiết kế và phương pháp: ……… 6

1.Thiết kế :……… 6,7 2.Phương pháp:……… ……… … 7

VIII Quy trình xây dựng và thử nghiệm mô hình mái che thông minh:……7

1 Chuẩn bị vật liệu:……… 8

2 Thiết kế sơ đồ và nguyên lý hoạt động: ……… 8,9,10,11 3 Thiết kế mô hình:………11

4 Thử nghiệm sản phẩm:………12

KẾT LUẬN 14

DANH MỤC TÀI LIỆU THAM KHẢO 15

I Đặt vấn đề

Trong xã hội hiện đại, người trẻ hưởng rất nhiều những điều kiện vật chất để phát triển thể chất, tinh thần Vì vậy, các bạn giỏi hơn, nhanh nhạy hơn, tiếp thu nhiều hơn, đặc biệt là tiếp thu những cái mới Tuy nhiên, bên cạnh những mặt tích cực, không ít các bạn trẻ đang chịu không ít những tác động tiêu cực từ xã hội, trong đó có việc sử dụng chất kích thích như rượu, bia, thuốc lá, ma túy…

Độ tuổi sử dụng các loại chất kích thích ngày càng trẻ hóa, đặc biệt là hút thuốc

lá điện tử

Thuốc lá điện tử hay thuốc lá làm nóng có tên tiếng Anh là Electronic Cigarettes, loại thuốc lá này cũng gây nghiện như thuốc lá truyền thống Đặc biệt, sử dụng thuốc lá “ làm nóng” có rất nhiều chất độc hại ảnh hưởng tới sự phát triển não bộ, các bệnh lý nghiêm trọng về tim mạch, hô hấp, ung thư…Nó là loại thuốc dẫn đường cho ma túy xâm nhập vào giới trẻ Tác hại của thuốc lá điện tử rất lớn như vậy nhưng hiện nay loại thuốc lá điện tử rất dễ mua, được học sinh sử dụng nhiều (sử dụng cả trong trường học) Độ tuổi sử dụng khoảng 12 tuổi ( HS lớp 6), nhiều nhất là độ tuổi từ 14 trở lên

Tại Việt Nam, tỷ lệ sử dụng thuốc lá điện tử trong giới trẻ đang gia tăng nhanh chóng Năm 2015 tỷ lệ sử dụng thuốc lá điện tử mới chỉ là 0,2% thì đến năm 2019, Điều tra sức khoẻ học sinh toàn cầu của WHO tại 21 tỉnh, huyện của Việt Nam cho

thấy có đến 2,6% học sinh trong độ tuổi từ 13-17 hút thuốc lá điện tử, tỷ lệ này ở học sinh thành thị là 3,4% Hiện nay sử dụng thuốc lá điện tử gia tăng nhanh ở thanh thiếu niên cả ở VN và trên thế giới Theo nghiên cứu của Viện Chiến lược và chính sách y tế, Bộ Y tế, năm 2020 có 8,35% HS lớp 8 - 12 hút thuốc lá điện tử, tăng 40 lần so với năm 2005.Vì suy nghĩ thiên lệch các bạn trẻ cho rằng hút thuốc

là cách thức khẳng định sự chín chắn, trưởng thành và thể hiện được cá tính của bản thân, nhưng cũng có bạn vì đua đòi và học theo bạn bè, vì tò mò và cũng có bạn tìm đến thuốc lá như một biện pháp giải bớt căng thẳng, hút dần thành quen và dẫn đến nghiện

Để bảo vệ tính mạng, sức khỏe, tạo ra một môi trường sống an toàn, lành mạnh, xã hội ổn định, phát triển bền vững chúng em quyết định lựa chọn đề tài “ Hệ thống phát hiện học sinh hút thuốc lá và phát ra cảnh báo” của học sinh THCS trên địa

bàn huyện Lục Ngạn” cho đề tài nghiên cứu của mình.

Trong quá trình thiết kế, chế tạo chắc chắn sẽ không tránh khỏi những sai sót, chúng em rất mong nhận được những đóng góp của Hội đồng khoa học cấp huyện để đề tài nghiên cứu của chúng em được hoàn thiện hơn

II Mục đích và mục tiêu nghiên cứu.

1 Mục đích nghiên cứu

Đề tài hướng đến thiết kế và phát triển một hệ thống có khả năng phát hiện nhanh chóng và chính xác khói thuốc lá trong trường học, đặc biệt ở các khu vực như nhà vệ sinh, hành lang hoặc góc

khuất Hệ thống sẽ cảnh báo ngay khi phát hiện khói, giúp nhà trường giám sát và xử lý kịp thời các hành vi vi phạm, từ đó nâng cao ý thức tuân thủ nội quy của học sinh.

Mục đích của đề tài còn là hỗ trợ nhà trường trong việc giữ gìn môi trường học tập không khói thuốc, bảo vệ sức khỏe cho học sinh và cán bộ giáo viên, đồng thời tạo ra môi trường trong lành,

an toàn và văn minh.

2 Mục tiêu nghiên cứu

-Phát triển hệ thống có cấu trúc đơn giản, dễ lắp ráp và hoạt động ổn định

-Đảm bảo hệ thống hoạt động đúng chức năng, phát hiện chính xác khói thuốc lá, cảnh báo nhanh chóng

-đảm bảo rằng hệ thống có thể hoạt động liên tục trong thời gian dài

-Phát triển hệ thống cảnh báo trực tiếp tại nơi phát hiện khói thuốc bằng còi báo động

III Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của dự án

- Ý nghĩa khoa học: Đề tài này áp dụng các công nghệ cảm biến hiện đại

(như cảm biến khói, khí CO) cùng với Internet of Things (IoT) để xây dựng một

hệ thống giám sát tự động trong môi trường học đường Đây là một ứng dụng khoa học tiên tiến, giúp nâng cao nhận thức và kỹ năng về công nghệ trong việc giám sát và bảo vệ môi trường học đường

- Ý nghĩa thực tiễn: “Hệ thống phát hiện học sinh hút thuốc lá và phát ra

cảnh báo” thành công sẽ góp phần ngăn chặn được số học sinh hút thuốc lá trong

các trường học.Thiết bị này được chế tạo khá đơn giản và chi phí thấp, vật liệu đơn giản, dễ lắp ráp Vì vậy đây là một thiết bị khả thi và có tính ứng dụng cao

- Tự động phát hiện khói thuốc khi có học sinh hút thuốc

- Phát ra cảnh báo để học sinh biết và dừng lại việc hút thuốc lá trong trường học

- Báo động giúp xử lý kịp các trường hợp vi phạm

- Có hệ thống quạt hút tự động đẩy khói ra ngoài nếu học sinh hút thuốc trong phòng, trả lại không khis trong sạch không mùi khói thuốc

- Ý nghĩa đối với học sinh:

+ Tạo ra môi trường học tập, nghiên cứu sáng tạo, tích cực, hứng thú trong khoa học kĩ thuật để ứng dụng vào đời sống thực tiễn

+ Rèn luyện tính kiên trì, cẩn thận trong học tập và trong cuộc sống nói chung

+ Phát huy khả năng hợp tác, làm việc theo nhóm của học sinh Rèn kỉ luật trong lao động

+ Biết diễn đạt ý tưởng, suy nghĩ một cách chặt chẽ, logic

- Ý nghĩa đối với nhà trường, đối với cuộc thi:

+ Giúp học sinh có cơ hội được tiếp cận công tác nghiên cứu khoa học, chắp cánh niềm đam mê và ước mơ cho tương lai các em

+ Tạo ra những sản phẩm khoa học hữu ích cho cuộc sống, cho đất nước

IV Giả thuyết và câu hỏi nghiên cứu:

1 Giả thuyết nghiên cứu

-Hệ thống phát hiện khói thuốc lá có thể hoạt động chính xác, phát hiện kịp thời khói thuốc trong môi trường học đường và cảnh báo ngay khi có dấu hiệu của khói thuốc

-Hệ thống có thể phân biệt được khói thuốc lá với các loại khói khác

(như khói từ đốt giấy hoặc bụi trong không khí), đảm bảo độ nhạy phù hợp và giảm thiểu cảnh báo sai

-Sự hiện diện của hệ thống cảnh báo sẽ giúp nâng cao ý thức tuân thủ nội quy của học sinh, từ đó giảm thiểu tình trạng hút thuốc lá trong trường học

2 Câu hỏi nghiên cứu

Hệ thống có thể phát hiện khói thuốc lá một cách chính xác và cảnh báo ngay lập tức không?

: Độ nhạy của hệ thống có đủ để phát hiện khói thuốc từ một điếu thuốc lá, và hệ thống có khả năng giảm thiểu các cảnh báo sai từ các nguồn khói khác như khói nấu ăn, bụi không khí không?

Thời gian phản hồi của hệ thống từ khi phát hiện khói đến khi phát ra cảnh báo là bao lâu

Hệ thống có thể giúp nâng cao ý thức của học sinh về việc tuân thủ nội quy không?

: Hệ thống có dễ lắp đặt và bảo trì trong môi trường trường học không, và các yếu tố môi trường (như nhiệt độ, độ ẩm) có ảnh hưởng đến hoạt động của hệ thống không?

V.Phạm vi và giới hạn đề tài nghiên cứu

1 Phạm vi nghiên cứu:

Đề tài tập trung vào việc phát triển hệ thống có khả năng phát hiện và cảnh báo khói thuốc lá từ hành vi hút thuốc của học sinh trong trường THCS Biên Sơn

Hệ thống được thiết kế và thử nghiệm trong các khu vực nhạy cảm trong trường học, đặc biệt là những nơi dễ xảy ra hành vi hút thuốc như nhà vệ sinh, hành lang, hoặc các góc khuất trong khuôn viên trường.

-Hệ thống sẽ được thử nghiệm trong một khoảng thời gian nhất định (vài ngày hoặc vài tuần) để đánh giá tính ổn định, độ nhạy, và độ chính xác của hệ thống trong việc phát hiện và cảnh báo khói thuốc.

2 Giới hạn đề tài nghiên cứu

 Hệ thống chỉ tập trung vào việc phát hiện khói thuốc lá, và có thể gặp khó khăn khi phải phân biệt khói thuốc lá với các nguồn khói khác (như khói từ đốt giấy, khói nấu ăn) Việc nhận diện chính xác phụ thuộc vào độ nhạy và ngưỡng phát hiện của cảm biến, và có khả năng xảy ra cảnh báo sai.

- Do giới hạn về ngân sách và quy mô nghiên cứu, hệ thống chỉ được thử nghiệm ở một số khu vực nhất định trong trường Hệ thống có thể không bao quát hết toàn bộ khuôn viên trường và có thể yêu cầu thêm cảm biến hoặc thiết bị nếu muốn mở rộng phạm vi giám sát.

VI Thiết kế và phương pháp nghiên cứu

1.Thiết kế

Hệ thống gồm các bộ phận chính và chức năng như sau:

 Cảm biến khói : Nhận diện khói thuốc trong không khí Khi phát hiện có khói thuốc, các

cảm biến sẽ gửi tín hiệu đến bộ vi điều khiển.

 Bộ vi điều khiển: Nhận tín hiệu từ cảm biến, xử lý tín hiệu và xác nhận sự hiện diện của

khói thuốc

 Còi báo động: Phát ra tín hiệu cảnh báo âm thanh tại chỗ, giúp mọi người nhận biết

ngay lập tức.

2.Phương pháp nghiên cứu

1.1 Phương pháp nghiên cứu và thử nghiệm

- Thiết kế hệ thống mẫu và triển khai thử nghiệm trong một khu vực nhỏ của

trường học (như một phòng vệ sinh hoặc hành lang nhỏ) để kiểm tra độ nhạy

và độ chính xác của cảm biến

- Thu thập dữ liệu từ hệ thống trong thời gian thử nghiệm để phân tích tần suất

và thời điểm hệ thống kích hoạt Đánh giá các cảnh báo sai hoặc trường hợp

hệ thống không phát hiện khói thuốc đúng lúc để cải tiến

- 2.2 Phương pháp khảo sát và thu thập ý kiến

- -tiến hành khảo sát ý kiến từ giáo viên và học sinh về trải nghiệm với hệ

thống

-2.3 Phương pháp đánh giá hiệu quả

-Ghi nhận sự thay đổi trong hành vi của học sinh trước và sau khi triển khai hệ

thống thông qua các khảo sát hoặc quan sát trực tiếp từ giáo viên

V Quy trình xây dựng và thử nghiệm mô hình hệ thống phát hiện học sinh hút thuốc lá và phát ra cảnh báo.

Các bước tiến hành:

VI Chuẩn bị vật liệu, dụng cụ

Thu thập các

nguyên vật liệu sản phẩmThiết kế Sử dụngthử

Khắc phục lỗi phát sinh

Ý tưởng

Đưa vào thực tiễn Trang trí

Hoàn thiện sản phẩm

- Nhựa cứng, Bộ vi điều khiển Arduino ,Cảm biến khói ,Còi báo động, Đèn

Led, Nguồn, keo dán, băng dính và dây dẫn, Quạt , Relay 1 kênh 5v,Cưa tay, máy cắt, máy khoan tay, dao, kéo, keo dán ống

VII Quy trình thực hiện

CHỌN VẬT LIỆU LẮP RẮP MÔ HÌNH TIẾN HÀNH NỐI LẮP MẠCH ĐIỆN

CỐ ĐỊNH MẠCH VÀO MÔ HÌNH

SẢN PHẨM

LẮP NGUỒN PIN

1 Thiết kế sơ đồ và nguyên lý hoạt động

Sơ đồ thiết kế hệ thống của chúng em như sau:

Theo sơ đồ thiết kế trên Các khối có các nhiệm vụ sau:

1 Nguồn : Cung cấp nguồn điện cho hệ thống

2 Arduino: Đây là bộ điều khiển chính, nhận dữ liệu từ cảm biến và điều

khiển các thiết bị đầu ra (quạt và còi báo động) thông qua relay

3 Cảm biến : Dùng để phát hiện khói thuốc trong không khí Khi có khói nó sẽ

gửi tín hiệu đến Arduino để xử lý

4 Relay: Đóng vai trò là công tắc điều khiển quạt và còi báo động

5 Quạt: Được bật khi phát hiện khói thuốc, giúp lưu thông không khí.

6 Còi báo động: Cảnh báo âm thanh khi có khói, nhằm thu hút sự chú ý để xử

lý tình huống kịp thời

*Nguyên lý hoạt động:

Nguyên lý hoạt động cảm biến khói: Đầu cảm biến khói quang hoạt động dựa trên

sự khuếch tán và hấp thụ ánh sáng bởi các phân tử khói khi có ánh sáng truyền từ không khí Khi có khói và các tia lửa xuất hiện, các thiết bị đầu cảm biến khói quang (tia hồng ngoại) cảm nhận tín hiệu và truyền thông tin về trung tâm đầu não của cảm biến khói Trong buồng thu khói, nguồn sáng của cảm biến khói sẽ không ngừng phát ra các tia hồng ngoại Khi khói đi vào trong buồng thu khói, các phân

tử khói sẽ khiến các tia hồng ngoại bị tán xạ và khuếch tán ra xung quanh Sự thay đổi này sẽ được cảm biến thu lại và gây ra báo động về có khói thuốc giảm nguy

cơ bị ngạt khói khi kẹt ở bên trong

2 Thiết kế mô hình

3 Bước 1 : Chuẩn bị vật liệu

4 Bước 2 : Lắp rắp nhà mô hình bằng bìa fomex theo thiết kế trước

5 Bước 3 Lắp mạch cảnh báo khói

6 Bước 4 Cố định mạch báo khói vào phía bên trong nhà mô hình và lắp thêm quạt hút

7 Bước 5 Nối dây diện của mạch cảnh báo khói

8 Bước 6: Lắp nguồn vào trong nhà mô hình

9 Bước 7 : Bật công tắc nguồn và bắt đầu sử dụng sản phẩm

Sau khi lên ý tưởng, chuẩn bị vật liệu, xác định được giải pháp cho vấn đề nghiên cứu chúng em thiết kế mô hình để kiểm tra sự hoạt động của hệ thống

3 Thử nghiệm sản phẩm

Xác định độ nhạy và độ chính xác của hệ thống

Đánh giá khả năng cảnh báo

Thử nghiệm trong các điều kiện môi trường khác nha

Kiểm tra độ ổn định của hệ thống khi hoạt động liên tục

8 Kết quả và phân tích

3.6 Hiệu quả đạt được (kết quả) của sản phẩm

Vấn đề mà sản phẩm giải quyểt được chính là tạo ra một hệ thống đơn giản mà học sinh có thể làm được, có thể phát hiện đuọc khói và đưa ra cảnh báo

Khả năng áp dụng của sản phẩm này khá hiệu quả, kết quả đã được kiểm chứng qua các lần thử nghiệm

Giải quyết được khó khăn và thách thức trong việc phòng cháy chữa cháy, cứu hộ cứu nạn các vấn đề liên quan tới hoả hoạn góp phần giảm bớt áp lực cho các lực lượng cứu họ phòng cháy chữa cháy, giảm thiểu được thiệt hại về người và tài sản Góp một phần vào việc tiết kiệm năng lượng, chống lãng phí tài nguyên

MỘT SỐ HÌNH ẢNH MINH HỌA

Cảm biến ánh sáng Cảm biến khói Audruino uno

Nguồn 5V - 5A Quạt gió

Hoàn thiện mô hình

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ

1 Kết luận

Sau quá trình nghiên cứu thiết kế, chế tạo mô hình Hệ thống phát hiện học sinh hút thuốc lá và phát ra cảnh báo, chúng em tự nhận thấy đã làm được những điều như sau:

-Ngăn ngừa và giảm thiểu hành vi hút thuốc ở trường học

-Tăng cường nhận thức về tác hại của thuốc lá:

-Tạo môi trường học tập an toàn, lành mạnh

-Tiết kiệm nguồn lực giám sát và quản lý

2 Kiến nghị

Triển khai một hệ thống phát hiện hút thuốc hiệu quả đòi hỏi phải có sự kết hợp giữa công nghệ, chiến lược quản lý và truyền thông giáo dục, để tạo ra một môi trường học tập lành mạnh mà không gây áp lực hay ảnh hưởng tiêu cực đến học sinh

TÀI LIỆU THAM KHẢO

1 Sách giáo khoa KHTN 8,9

2 Sách giáo khoa công nghệ 8, công nghệ điện 9

3 ThS Nguyễn Thúy Loan (2013) Lập trình cơ bản C Đại học Công nghệ

TP Hồ Chí Minh

4 Nguyễn Đình Phú (2014) Giáo trình Vi xử lý vi điều khiển PIC Đại học

Sư phạm Kỹ thuật

5.Nguyễn Thị Phương Hà, Huỳnh Thái Hoàng, Lý Thuyết Điều Khiển Tự Động, NXB ĐHQG TP Hồ Chí Minh

Phương pháp thực nghiệm: Khảo sát, phân tích, thiết kế và đánh giá nội dung