XÂY DỰNG THIẾT BỊ KIỂM SOÁT VÀO RA TỰ ĐỘNG DỰA TRÊN THÂN NHIỆT CƠ THỂ

TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ THÔNG TIN VÀ TRUYỀN THÔNG KHOA CÔNG NGHỆ ĐIỆN TỬ VÀ TRUYỀN THÔNG BÁO CÁO THỰC TẬP TỐT NGHIỆP Đề tài: XÂY DỰNG THIẾT BỊ KIỂM SOÁT VÀO RA TỰ ĐỘNG DỰA TRÊN THÂN NHIỆT CƠ THỂ Sinh viên thực : NGUYỄN QUANG VIỆT Lớp : ĐTƯD-K16A Giáo viên hướng dẫn : Th.S Nguyễn Thanh Tùng Thái Nguyên, ngày tháng 10 năm 2021 LỜI CẢM ƠN Em xin chân thành cảm ơn: Giảng viên hướng dẫn Th.S Nguyễn Thanh Tùng, khoa công nghệ điện tử truyền thông, trường Đại học công nghệ thông tin truyền thông - Đại học Thái Nguyên hướng dẫn tận tình, tạo dựng cho em vốn kiến thức khơng giúp em hồn thành tốt thực tập tốt nghiệp mà cịn giúp em có hành trang tri thức chuẩn bị bước vào sống Cùng thầy cô giáo khoa công nghệ điện tử truyền thông, trường đại học công nghệ thông tin truyền thông – đại học thái nguyên tạo điều kiện giúp đỡ em suốt thời gian thực đề tài Thái nguyên,ngày… tháng 10 năm 2021 Sinh viên thực Nguyễn Quang Việt MỤC LỤC LỜI CẢM ƠN MỤC LỤC DANH MỤC HÌNH ẢNH CHƯƠNG TỔNG QUAN VỀ ĐỀ TÀI 1.1 Tình hình nghiên cứu thuộc lĩnh vực đề tài .7 1.1.1 Trên giới 1.1.2 Trong nước .8 1.2 Tính cấp thiết đề tài 1.3 Phạm vi nghiên cứu 10 1.4 Mục tiêu đề tài 10 1.5 Nội dung đề tài 10 1.6 Tìm hiểu thân nhiệt thể người 10 CHƯƠNG PHÂN TÍCH CƠNG NGHỆ THIẾT KẾ 13 2.1 Yêu cầu thiết kế .13 2.2 Giải pháp thiết kế 13 2.2 Lựa chọn linh kiện 14 2.2.1 Arduino Uno 14 2.2.2 Cảm biến MXL90614 18 2.2.3 LCD 16X2 20 2.2.4 I2C 30 2.2.5 Module MP3 Player Mini .31 2.2.6 Nguồn 33 2.2.7 Loa .33 2.2.8 Cảm Biến Vật Cản Hồng Ngoại E18-D80NK 34 2.2.9 Động SERVO 35 2.3.Phần mềm phụ trợ 37 2.3.1 Cài đặt phần mềm Arduino IDE 37 2.3.2.Hướng dẫn sử dụng phần mềm Arduino IDE 40 CHƯƠNG XÂY DỰNG THIẾT BỊ KIỂM SOÁT VÀO RA TỰ ĐỘNG DỰA TRÊN THÂN NHIỆT CƠ THỂ 43 3.1 Thiết kế phần cứng 43 3.2 Thiết kế phần mềm 45 3.3 Một số hình ảnh sản phẩm 47 KẾT LUẬN VÀ ĐÁNH GIÁ 49 HƯỚNG PHÁT TRIỂN 50 TÀI LIỆU THAM KHẢO .51 PHỤ LỤC 52 DANH MỤC HÌNH ẢNH Hình 1.1: Hình ảnh hệ thống camera đo thân nhiệt tự động kiểm soát vào Hình 2.1 Sơ đồ khối hệ thống .13 Hình 2.2 Arduino Uno 14 Hình 2.3 Vi điều khiển Atmega328 tiêu chuẩn 15 Hình 2.4 Cấu tạo Arduino 16 Hình 2.5 Các ngõ vào/ngõ Arduino 17 Hình 2.6 Cảm biến MXL90614 19 Hình 2.7 Sơ đồ ngun lí Cảm biến MXL90614 19 Hình 2.8.LCD 16X2 20 Hình 2.9.Sơ đồ khối HD44780  22 Hình 2.10 Giản đồ xung cập nhật AC  24 Hình 2.11.Mối liên hệ địa DDRAM vị trí hiển thị LCD  24 Hình 2.12 Mối liên hệ địa ROM liệu tạo mẫu kí tự .25 Hình 2.13.Bảng mã kí tự (ROM code A00)  25 Hình 2.14.Mối liên hệ địa CGRAM, liệu CGRAM, mã kí tự 26 Hình 2.15.Module I2C .30 Hình 2.16.Module MP3 Player Mini 31 Hình 2.17 Sơ đồ chân Module MP3 Player Mini 31 Hình 2.18.Nguồn cho Arduino 33 Hình 2.19.Loa 5W .33 Hình 2.20.Cảm Biến Vật Cản Hồng Ngoại E18-D80NK 34 Hình 2.21 Sơ đồ chân E18-D80NK 35 Hình 2.22 Động Động Cơ Servo SG90 36 Hình 2.23 Sơ đồ chân Động RC Servo 37 Hình 2.24 Trang chủ arduino .37 Hình 2.25 Download arduino .38 Hình 2.26 Khơng nhận driver 38 Hình 2.27 Divice Manager 39 Hình 2.28 Update Driver Software 39 Hình 2.29 Browse my computer for driver software 39 Hình 2.30 Chọn đường dẫn tới folder “driver” 40 Hình 2.31 : Khởi động Arduino IDE 40 Hình 2.32 Chọn Board Arduino chọn Port 41 Hình 2.33 Chọn port 41 Hình 3.1 Sơ đồ nguyên lý hệ thống 43 Hình 3.2 Lưu đồ thuật toán 45 Hình 3.3 Máy đo thân nhiệt không tiếp xúc 47 Hình 3.4 Mạch điện điều khiển hệ thống 48 Hình 3.5 Nhiệt độ thể máy đo .48 CHƯƠNG TỔNG QUAN VỀ ĐỀ TÀI 1.1 Tình hình nghiên cứu thuộc lĩnh vực đề tài Ngày nay, công nghệ phát triển vũ bão Các hệ thống công nghệ cảm biến, đo lường điều khiển làm thay đổi sâu sắc hoạt động sản xuất người Công nghệ cảm biến dần thay đổi công nghệ tương tự đóng vai trị then chốt cách mạng công nghệ Với phát triển thần kỳ cách mạng khoa học - công nghệ cảm biến dần xuất hầu hết lĩnh vực đời sống như: khoa học công nghệ, quân sự, y tế, giáo dục, giáo dục, điều khiển, robot, quốc phịng gọn nhẹ thuận tiện, giải khối lượng công việc lớn, giảm kích thước mạch điện tử, nhiều chức độ xác cao Có thể nói cơng nghệ cảm biến cách mạng ngành kỹ thuật điện tử Hiện dịch bệnh Covid-19 diễn phức tạp giới nói chung nước ta nói riêng Để hạn chế lây lan dịch bệnh nước ta có biện pháp tốt cơng tác phịng chữa dịch bệnh Covid-19, với y học đại công nghệ tiên tiến nước ta khơng bị ảnh hưởng nặng nề kinh tế người, không số nước giới bị ảnh hưởng nặng Covid-19 như: Ấn Độ, Trung Quốc, Nhật Bản…để đạt kết Việt Nam có biện pháp tốt cơng tác phòng trống dịch bệnh như: cách li nhà, giãn cách xã hội, thực công tác kiểm dịch khu vực đông dân cư, khu công nghiệp, trường học… biện pháp tốt để phát kịp thời phát dịch bệnh xử lí nhanh chóng đo thân nhiệt người nhằm kiểm soát nhiệt độ người vào địa điểm đơng người tránh để người có khả bị nhiễm bệnh vào khu tập trung đơng người Do em định chọn đề tài “Xây dựng thiết bị kiểm soát vào tự động dựa thân nhiệt thể.” 1.1.1 Trên giới - Dịch bệnh COVID-19 tuyên bố tình trạng khẩn cấp sức khỏe cộng đồng tồn cầu Virus gây bệnh COVID-19 lây lan sang nhiều quốc gia khu vực giới Các nhà khoa học nhiều nước tiến hành nghiên cứu để hiểu rõ chế gây bệnh chủng virus Tuy nhiên, biết virus gây COVID19 lây lan tiếp xúc trực tiếp với giọt đường hô hấp người bị bệnh Những giọt thường tiết ho hắt Một cách phổ biến khác để lây lan virus dùng tay chạm vào bề mặt bị nhiễm, sau chạm vào mặt, chẳng hạn mắt, mũi miệng Khi dịch COVID-19 tiếp tục lây lan, điều quan trọng phải thực biện pháp phòng ngừa để hạn chế lây lan virus giảm thiểu tác động bệnh - Toàn giới bị ảnh hưởng nặng nề dịch bệnh Covid-19, nên không Việt Nam mà nước giới có biện pháp tốt để phịng ngừa dịch bệnh sáng chế nhiều máy móc để phục vụ y tế, có nhiều máy, hệ thống kiểm soát vào tự động dựa thân nhiệt thể nơi tập trung đông người công ty, trường học, sử dụng phổ biến nhiều nước Trung Quốc, Nhật Bản, Hàn Quốc, Mỹ, Nga… sử dụng hệ thống kiểm soát vào tự động để giám sát sàng lọc kịp thời tình hình sức khỏe cộng đồng 1.1.2 Trong nước Đến nay, dịch COVID-19 lây lan 200 quốc gia khu vực giới Hiện dịch bệnh giới chưa có dấu hiệu dừng lại, sau biện pháp phòng, chống dịch nới lỏng số nước, dịch xuất trở lại tiếp tục gia tăng mạnh Ở Việt Nam, nguy bùng phát dịch bệnh ln hữu Vì vậy, cần có giải pháp sống an toàn phù hợp, thời kỳ chưa có thuốc điều trị đặc hiệu chưa có vắc xin sử dụng rộng rãi cộng đồng Đồng thời, thực nghiêm túc đạo Thủ tướng Chính phủ cơng tác phịng chống dịch theo “bình thường mới” nhằm đạt mục tiêu kép chống dịch có hiệu phát triển kinh tế, xã hội Trước tình hình dịch bệnh cấp bách nay, Việt Nam không ngừng nghiên cứu, đưa vào sử dụng hệ thống máy móc giám sát, kiểm tra sức khỏe cộng đồng đại, đồng thời thực số nghiên cứu ứng dụng thực tế nước ta: - Nhóm tác giả Trường cao đẳng Công nghiệp Xây dựng - Bộ Công thương nghiên cứu chế tạo thành công thiết bị tự động phục vụ cho việc kiểm soát dịch Covid-19 vào quan, giáo viên Trường cao đẳng Công nghiệp Xây dựng nghiên cứu chế tạo thành công hai buồng tự động thực cơng việc sát khuẩn tay, sát khuẩn tồn thân đo nhiệt độ hoàn toàn tự động - Idworld Việt nam nghiên cứu chế tạo hệ thống camera thân nhiệt kết hợp với cổng kiểm soát phân hệ thống giúp kiểm soát dịch bệnh từ xa cách tự động sàng lọc đối tượng có dấu hiệu sốt từ giúp giảm thiểu lây lan dịch bệnh, sớm phát cách ly - Sunshine Group theo xu hướng 4.0 tăng cường biện pháp phòng chống dịch, hệ thống camera an ninh, nhận diện khuôn mặt FaceID kết nối trực tiếp với Sunshine App, trạm kiểm soát an ninh nhiều lớp 100% thiết bị tịa nhà Điều hữu ích cho việc giám sát xuất người lạ kiểm soát xác hành động cư dân nhân viên Nếu cá nhân có nguy lây nhiễm phát hiện, hệ thống trích xuất liệu đối tượng lịch trình di chuyển nhằm phối hợp hợp tích cực với quan an ninh y tế khoanh vùng có dịch, tối ƣu cơng tác ngăn ngừa bùng phát dịch bệnh… nhiều ứng dụng thực tế khác nước ta Hình 1.1: Hình ảnh hệ thống camera đo thân nhiệt tự động kiểm sốt vào 1.2 Tính cấp thiết đề tài Hiện nay, theo dõi nhiệt độ thể khử trùng tay cách biện pháp quan trọng để ngăn ngừa nhiễm COVID-19 Tăng cường biện pháp giúp phát trường hợp sốt biểu bệnh COVID-19 hạn chế lây nhiễm chéo Ở nước ta có nhiều nghiên cứu khoa học ứng dụng vào thực tiễn đáp ứng nhu cầu người, thể rõ nét việc ứng dụng nghiên cứu khoa học vào sản phẩm Do tập trung vào nghiên cứu thực hành, y học đất nước phát triển ngày, điều rõ ràng việc ngăn chặn dịch Covid-19 Nước ta có máy móc phịng chống dịch Covid-19 nhiệt kế thủ công, hệ thống camera theo dõi thân nhiệt kiểm soát vào khu vực công cộng Nhưng hệ thống đo thân nhiệt chưa tối ưu, cách hoạt động khó khăn, giá thành cao chưa phù hợp với việc sử dụng tất điểm đông dân cư đặc biệt truờng học Từ em nghiên xây dựng thiết bị kiểm soát vào tự động dựa thân nhiệt thể để sử dụng phù hợp với khu vực dân vừa nhỏ trường đại học, hệ thống có ưu điểm với hệ thống có mặt thị trường như: dễ vận hành sử dụng, tự động hố tồn bộ,độ xác cao, giá thành rẻ nhiều so với sản phẩm có mặt thị trường nước ta 1.3 Phạm vi nghiên cứu - Tìm hiểu về ngôn ngữ lập trình Arduino cho Arduino Uno; - Tìm hiểu Arduino Uno, MLX906 GY-906, Màn hình LCD1602, cảm biến hồng ngoại, loa, DFplayer mini, nguồn Adapter 9V 1A, sevor SG90 - Thiết kế thi công Phần cứng Module giao diện thị, Module điều khiển, đo giám sát thân nhiệt MLX906 GY-906 - Xây dựng thiết bị kiểm soát vào tự động dựa thân nhiệt thể 1.4 Mục tiêu đề tài - Tìm hiểu hệ thống ứng dụng đo giám sát nhiệt độ với MLX906 GY-906 - Xây dựng thiết bị kiểm soát vào tự động dựa thân nhiệt thể - Kiểm tra, đánh giá tính ứng dụng đề tài 1.5 Nội dung đề tài - Tìm hiểu về phần mềm lập trình arduino IDE - Tìm hiểu về kit Arduino Uno, module DFplayer mini, loa , cảm biến vật cản hồng ngoại E18-D80NK, hình LCD1602, MLX906 GY-906 - Xây dựng thiết bị kiểm soát vào tự động dựa thân nhiệt thể 1.6 Tìm hiểu thân nhiệt thể người Thân nhiệt nhiệt độ thể khác vùng: - Luôn thay đổi - Da có nhiệt độ thấp - Cao gan trung tâm quan trọng chuyển hóa chất - Thấp máu Loại thân nhiệt: Tùy vị trí đo nhiệt độ, người ta chia làm loại thân nhiệt: 10 Hình 2.30 Chọn đường dẫn tới folder “driver” 2.3.2.Hướng dẫn sử dụng phần mềm Arduino IDE Bước 1: Khởi động Arduino IDE Hình 2.31 : Khởi động Arduino IDE Bước 2: Chọn Board Arduino chọn Port 40 Hình 2.32 Chọn Board Arduino chọn Port Chọn port Hình 2.33 Chọn port 41 Bước 3: Viết code Do diện tích board nhỏ nên Arduino Nano khơng thể ghi rõ chân Analog Digital Arduino Uno mà phân biệt chân cách thêm ký tự A phía trước số thứ tự chân Analog chữ D trước số thứ tự chân Digital Khi viết code, để giúp trình biên dịch phân biệt chân Analog chân Digital, cần sử dụng chân Analog, thêm ký tự A trước số thứ tự chân, chân Digital cần ghi số thứ tự chân Dưới code demo chớp tắt LED đơn giản, sử dụng LED tích hợp sẵn Arduino Nano nối với chân D13 void setup() { pinMode(13, OUTPUT); // initialize digital pin 13 as an output } void loop() { digitalWrite(13, HIGH); // turn the LED on delay(1000); // wait for a second digitalWrite(13, LOW); // turn the LED off delay(1000); // wait for a second } 42 CHƯƠNG XÂY DỰNG THIẾT BỊ KIỂM SOÁT VÀO RA TỰ ĐỘNG DỰA TRÊN THÂN NHIỆT CƠ THỂ 3.1 Thiết kế phần cứng Hình 3.1 Sơ đồ nguyên lý hệ thống - Bảng kết nối chân MLX90614 Arduino UNO R3 GND GND VCC 3.3V SCL SCL SDA SDA Bảng kết nối chân Arduino R3 với MLX90614 LCD1602 I2C Arduino UNO R3 GND GND VCC 5V SCL SCL SDA SDA Bảng kết nối chân Arduino R3 với LCD1602 I2C Cảm Biến Vật Cản Hồng Arduino Ngoại E18-D80NK GND VCC OUT UNO R3 GND 5V A0 43 Bảng kết nối chân Arduino R3 với cảm biến hồng ngoại Module MP3 Arduino UNO Player Mini GND R3 GND VCC 5V RX 12 TX 11 Bảng kết nối chân Arduino R3 với Module MP3 Player Mini Module MP3 LOA Player Mini SPK_1 - SPK_2 + Bảng kết nối chân Module MP3 Player Mini với Loa - Động Động Cơ Servo Arduino UNO SG90 R3 GND GND VCC 5V Control Bảng kết nối chân Servo SG90 với Arduino UNO R3 Hoạt động mạch điện Mạch sử dụng nguồn 9v-1A , cảm biến hồng ngoại phát có vật cản gửi tín hiệu đến chân A0 Arduino, Arduino nhận tín hiệu từ cảm biến hồng ngoại xuất lệnh điều khiển tới modul MP3 player mini phát file âm thiết lập trước loa Sau cảm biến MLX90614 thu nhiệt độ thể gửi giá trị nhiệt độ đo Arduino, Arduino gửi giá trị nhiệt độ đo hiển thị lên LCD đồng thời gửi tín hiệu tới tới modul MP3 player mini để phát file âm thiết lập trước Nếu nhiệt độ nhỏ 37 oC sevor mở barie, nhiệt độ vượt barie khơng mở 3.2 Thiết kế phần mềm Lưu đồ thuật tốn: 44 Hình 3.2 Lưu đồ thuật toán - Khởi tạo tiền xử lý: - Khởi tạo thư viện LCD i2c, cảm biến MLX90614, module MP3 player mini #include #include #include #include "SoftwareSerial.h" #include "DFRobotDFPlayerMini.h" - #include Khởi tạo chân kết nối biến: 45 #define SERVO_PIN Adafruit_MLX90614 mlx = Adafruit_MLX90614(); LiquidCrystal_I2C lcd(0x27, 16, 2); double temp_obj; double temp_ob; lcd.init(); lcd.backlight(); mlx.begin(); myDFPlayer.volume(29); pinMode(A0,INPUT_PULLUP); - } Tín hiệu IR==0 :Khi cảm biến hồng ngoại phát có vật cản tín hiệu IR=0 gửi chân A0 Arduino Uno if(digitalRead(A0) == 0){ myDFPlayer.play(3);delay(4000); temp(); } else{} - } Phát loa nội dung 1: Nội dung “Bạn đeo trang đo thân nhiệt thể” - Hiển thị nhiệt độ lên LCD: Hiển thị nhiệt độ thể mà cảm biến MLX90614 đo lên hình LCD 16x2 lcd.setCursor(0,1 ); lcd.print("GOOD HEALTHY !"); lcd.setCursor(0, 0); lcd.print("TEMP BODY:"); lcd.setCursor(10, 0); lcd.print(temp_obj); lcd.setCursor(14, 0); lcd.print("*C"); 46 - Phát loa nội dung 2: Nội dung phát “cơ thể bạn không bị sốt , chúc bạn mạnh khoẻ” - Phát loa nội dung 3: Nội dung phát “Cơ thể bạn bị sốt, bạn nghỉ ngơi đo thân nhiệt lại sau” void sevor(){ if (temp_obj = 37) { Serial.print("NHIET DO"); lcd.clear(); delay(50);} else{ } //man hinh LCD lcd.setCursor(0,1 ); lcd.print("GOOD HEALTHY !"); lcd.setCursor(0, 0); 53 lcd.print("TEMP BODY:"); lcd.setCursor(10, 0); lcd.print(temp_obj); lcd.setCursor(14, 0); lcd.print("*C"); delay(5000); Serial.print("Object temp = "); Serial.println(temp_obj); if(temp_obj >= 37 ){ myDFPlayer.play(1);delay(4000); myDFPlayer.play(6);delay(2000); } else { myDFPlayer.play(2);delay(4000); myDFPlayer.play(6);delay(2000); } } void sevor(){ if (temp_obj