54 Tầng 2 của robot gồm có: Bóng đèn tia cực tím Relay Mức Kích High/Low 12VDC Inverter Hình 5.8: Tầng 2 của robot
5. 2. 2 Danh sách nối dây các linh kiện
Module điều khiển động cơ L298N
In1 Pin 9 Arduino Uno R3
In2 Pin 8 Arduino Uno R3
In3 Pin 7 Arduino Uno R3
In4 Pin 6 Arduino Uno R3
enA Pin 3 Arduino Uno R3
enB Pin 5 Arduino Uno R3
+12V V in Arduino Uno R3
GND GND Arduino Uno R3
+5V Vcc Rc Servo
55 Out2
Out3 Motor phải
Out4
Ultrasonic Sensor (cảm biến siêu âm)
Vcc Pin +5V Arduino Uno R3
Trigger Pin A1 Arduino Uno R3
Echo Pin A0 Arduino Uno R3
GND GND Arduino Uno R3
RC Servo
Vcc (dây màu đỏ) +5V
GND (dây màu nâu) GND
Trig (dây màu cam) Pin A2 Arduino Uno R3
Nguồn (ắc quy 12V) Chân (+) Inverter (+) +12V Module L298N Chân (-) Inverter (-) GND Module L298N Relay 12V 2 kênh DC+ V in Arduino Uno R3 DC- GND Arduino Uno R3
In1 Pin 10 Arduino Uno R3
NO1 (+) đèn UV
COM (-) đèn UV
56
5. 3 Mô phỏng, chạy thử.
5. 3. 1 Mạch mơ phỏng.
Hình 5.10: Mạch mơ phỏng cuả mơ hình.
Trong mạch mơ phỏng có thêm các phần hỗ trợ sau:
57
Hình 5.11: Nút nhấn giả lập khoảng cách
Màn hình hiển thị kết quả Virtual Terminal.
58
5. 3. 2 Lập trình mơ phỏng Arduino Uno R3.
Trong phần lập trình có các chức năng gồm:
Hệ thống Servo và vùng giả lập khoảng cách bằng nút nhấn cho cảm biến siêu âm.
Tiến hành các action như chạy thẳng, lùi, rẽ trái phải.
Chạy 10 giây và dừng 30 giây (có thể tuỳ chỉnh tuỳ theo mục đích và nhu cầu sử dụng)
Robot dừng hoạt động sau 3 phút
Đèn led tín hiệu ON.
Đèn tia UV sẽ tắt sau khi robot dừng hoạt động sau 3 phút cùng với robot.
Màn hình hiển thị kết quả Virtual Terminal.
(Phần code lập trình được trình bày tại phần phụ lục)
5. 3. 3 Chuẩn bị phần mềm
Sau khi đã có file Proteus và code của Arduino ta tiến hành tại file hex để nạp vào Proteus.
Trong giao diện của phần mềm này bạn click chọn File >Preferences.
Khi hộp thoại Preferences xuất hiện, bạn hãy đánh dấu check vào ơ compilation và sau đó chọn OK.
59
Hình 5.13: Chuẩn bị để biên dịch chương trình.
Sau đó nhấn vào nút để biên dịch chương trình. Sau khi phần mềm biên dịch xong chúng ta được một file .hex được lưu ở đường dẫn như hình dưới:
Hình 5.14: File .hex đã được tạo.
Nạp file .hex và mô phỏng.
Sao chép file .hex ra một thư mục nào đó sau đó mở Proteus lên và double clickvào Aruino Uno. Hộp thoại Edit Component xuất hiện. Tại khung Program File tìm đến mục chứa file .hex lúc nãy bạn lưu ở trên chọn Open, sau đó ấn OK.
60
Hình 5.15: Nạp file .hex cho Arduino
Nạp file .hex cho cảm biến siêu âm Ultrasonic HC-SR04
Hình 5.16: Nạp file .hex cho cảm biến siêu âm.
5. 4 Bắt đầu mô phỏng, thử nghiệm.
Ta nhấn nút góc phía dưới bên trái phần mềm Proteus để tiến hành chạy chương trình. Và sau đây là các kết quả thu được:
61
5. 4. 1 Đèn báo tín hiệu ON và đèn tia UV
Sau khi chạy chương trình thì đèn báo tín hiệu ON và đèn UV sẽ sáng và mở xuyên suốt quá trình robot vận hành cho đến khi robot ngắt sau 3 phút.
Hình 5.17: Đèn báo tín hiệu và đèn UV sáng
Trong mạch mơ phỏng nhóm em dùng đèn 12V và relay 5V để ví dụ cho đèn tia UV, trong mơ hình thực tế đèn tia UV và relay là 220V.
5. 4. 2 Động cơ Servo và hệ thống cảm biến siêu âm
Động cơ Servo hoạt động hỗ trợ quét cho cảm biến siêu âm hoạt động
Hình 5.18: Động cơ Servo hoạt động.
Giả lập khoảng cách cho cảm biến siêu âm bằng các nút nhấn. Cảm biến siêu âm đọc tín hiệu liên tục để gửi về Arduino để xử lý và xuất kết quả qua Virtual Terminal.
62
Trường hợp 1:
Hình 5.19: Giả lập khoảng cách 14cm
Trong trường hợp khoảng cách 14cm thì sẽ là quá gần nên robot đa phần sẽ đi lùi hoặc rẽ sang một hướng khơng có vật cản.
Trường hợp 2:
63
Trong trường hợp khoảng cách 50cm thì là khoảng cách được chấp nhận và hệ thống siêu âm tiếp tục quét vật cản cho đến khi tìm được hướng đi thích hợp như rẽ trái hoặc phải.
Trường hợp 3:
Hình 5.21: Giả lập khoảng cách 65cm
Trường hợp khoảng cách 65cm là khoảng cách xa hơn so với cài đặt trong lập trình nên robot sẽ tiếp tục tiến tới phía trước.
Và nếu trường hợp nhấn cả 2 nút giả lập như hình 5.13 thì vẫn sẽ chạy thẳng vì giả lập lần này khoảng cách là 62cm, xa hơn 50cm trong phần lập trình.
64
Hình 5.22: Giả lập cách trường hợp khoảng cách xa hơn 50cm
5. 4. 3 Động cơ.
Dựa vào thông tin được gửi từ hệ thống cảm biến siêu âm đến mạch Arduino để tính tốn và đưa ra kết quả phù hợp để mạch IC L298N điều khiển động cơ.
Hình 5.23: Động cơ hoạt động theo thơng tin nhận được.
Trong phần mô phỏng, nếu robot đi thẳng thì động cơ sẽ quay theo chiều kim đồng hồ và nếu đi lùi thì sẽ quay ngược chiều kim đồng hồ.
65 Robot sẽ vận hành 10 giây và dừng 30 giây
Sau 3 phút vận hành mơ phỏng thì hệ thống Servo và cảm biến siêu âm sẽ dừng quét vật cản, động cơ và đèn tín hiệu lẫn đèn tia UV sẽ ngưng hoạt động. (trong thực tế thời gian robot hoạt động để khử trùng một căn phịng có thể lên đến 1 – 2 giờ đồng hồ tuỳ vào diện tích phịng)
66
5. 5 Tiến hành chạy thử mơ hình
5. 5. 1 Chuẩn bị phần mềm cho mơ hình.
Sau khi mơ phỏng thành cơng, sau đó ta tiến hành nạp code cho mơ hình. Đầu tiên phải kết nối mạch Arduino với máy tính qua cáp,
Hình 5.25: Kết nối máy tính với Arduino qua cáp.
Mở cửa sổ Device Manager lên để tìm cổng COM. Mở mục Ports (COM & LPT), bạn sẽ thấy cổng COM Arduino Uno R3 đang kết nối.
Tiếp theo ta chọn board mạch Arduino thích hợp
67
Tiếp theo vào menuTools->Serial Port chọn cổng Arduino đang kết nối với máy tính.
Hình 5.27: Chọn cổng Arduino đang kết nối với máy tính.
Sau đó chọn để upload code vào Arduino.
Hình 5.28: Tiến hành upload code.
68
5. 5. 2 Tiến hành chạy thử.
Bật cơng tắc INVERTER (nguồn của đèn)
Hình 5.30: Bật công tắc Inverter
Bật công tắc xe
69
Trạng thái xe khi ON: đèn UV, Arduino, mạch cầu L298N sáng đèn.
Hình 5.32: Trạng thái ON của robot
Xe tiến về phía trước
Xe gặp vật cản phía trước, servo + cảm biến quét bên trái
Servo + cảm biển quét bên phải
Hình 5.33: Servo và cảm biến bắt đầu quét vật cản
70
Xe dừng 5 giây sau khi đi được 1 giây
Sau khi dừng 5 giây, xe tiếp tục đi 1 giây
Phát hiện vật cản, xe rẽ sang hướng khác
Sau 3 phút làm việc, xe đổi trạng thái ON -> OFF (động cơ tắt, đèn UV và đèn led tắt).
Hình 5.34: Robot dừng sau 3 phút làm việc
Khi sử dụng robot khử trùng tia cực tím trong một phịng học thì thời gian hoạt động của robot sẽ tuỳ thuộc vào diện tích của căn phịng
71
5. 5. 3 Thời gian khử trùng.
Một phương pháp để đánh giá hiệu quả UV trong các ứng dụng khử trùng nước là để tính tốn liều tia cực tím. EPA Hoa Kỳ xuất bản hướng dẫn liều lượng tia cực tím cho các ứng dụng xử lý nước. Liều UV khơng thể đo trực tiếp nhưng có thể được suy ra dựa trên các yếu tố đầu vào được biết đến hoặc ước tính q trình:
Tốc độ dòng chảy (thời gian tiếp xúc)
Truyền qua (ánh sáng đạt mục tiêu)
Độ đục
Trong các ứng dụng khử trùng khơng khí và bề mặt hiệu quả cực tím được ước tính bằng cách tính tốn liều tia cực tím sẽ được chuyển giao cho người dân của vi sinh vật. Liều UV được tính như sau:
Liều UV μWs / cm² = cường độ tia cực tím μW / cm² x Thời gian mở (giây)
Mỗi loại vi sinh vật sẽ cần một liều lượng UVC khác nhau để có thể bị bất hoạt hoặc tiêu diệt. Thông thường, để tiêu diệt bào tử nấm mốc sẽ cần nhiều năng lượng UVC hơn so với vi khuẩn và vi rút.
Trong chiếu xạ UVC, người ta sử dụng hàm Logarit để xác định tỷ lệ giảm vi sinh vật. Với Log1, Log2, Log3 tương ứng với giảm 90%, 99%, 99.9%. Bảng 5-1 dưới đây, ví dụ về một số vi sinh vật phổ biến và liều lượng UVC cần thiết để tiêu diệt Log3 vi sinh vật.
Giả sử ta cần khử khuẩn ở 2 vị trí, với mức cường độ ở Điểm A đo được 130µW/cm² và Điểm B đo được 10µW/cm², cột thời gian cũng sẽ cho bạn biết bạn cần bật đèn UVC khử khuẩn trong bao lâu.
72 Vi sinh vật
Liều lượng UVC (µJ/cm²)
Thời gian chiếu xạ (Phút) Điểm A 130µW/cm² Điểm B 10µW/cm² Aspergillius niger
(Nấm gây “mốc đen” ở rau quả)
396.000 50 600 Escherichia coli (Trực khuẩn lị) 9.000 1.1 15 Influenza (Vi rút cúm) 10.200 1.3 17 Pseudomonasaeruginosa (Trực khuẩn mủ xanh) 16.500 2.1 27
Bảng 5-1: Bảng liều lượng và thời gian chiếu xạ
Từ bảng 5-1 trên có thể thấy, để tiêu diệt bào tử nấm mốc cần liều lượng UVC cao hơn nhiều lần so với vi khuẩn và vi rút. Đồng thời, cường độ UVC càng cao thì thời gian chiếu xạ càng được rút ngắn lại. Do đó, xác định được cường độ UVC và vi sinh vật mục tiêu tại vị trí cần khử khuẩn là điểm cốt lõi về kỹ thuật chiếu xạ tia cực tím.
73
Chương 6: ĐÁNH GIÁ, SO SÁNH KẾT QUẢ
6. 1 Về mặt tích cực.
6. 1. 1 Về mặt lý thuyết.
Hiểu được công nghệ khử trùng bằng tia cực tím hiện nay, tìm hiểu được các hệ thống robot tự hành.
Hiểu được các cơ sở lý thuyết của các thiết bị sử dụng trong mơ hình, tính tốn và lựa chọn được các thiết bị bảo vệ và vận hành phù hợp với robot tự hành cùng với hệ thống khử trùng bằng tia cực tím
6. 1. 2 Về phần cứng
Tự thiết kế được khung robot phù hợp với mơ hình, lựa chọn đúng linh kiện và hiểu được nguyên lý hoạt động của từng hệ thống.
Robot có các chế độ vận hành phù hợp cho việc sử dụng trong các nơi cần khử trùng như phòng học, bệnh viện…
Hiểu được khả năng khử trùng của tia cực tím, điều mà đang rất được quan tâm hiện nay.
6. 1. 3 Về chương trình và điều khiển
Nắm được cách lập trình Arduino IDE và chỉnh sửa code khi gặp sự cố, chương trình ổn định, sai số hầu như thấp và có thể xử lý.
Thiết kế mô phỏng trên phần mềm Proteus để thí nghiệm trực quan, giả lập các khoảng cách để mạch tính tốn và đưa ra kết quả.
74
6. 2 Mặt hạn chế
Do tình hình dịch Covid-19 và kinh nghiệm cịn khá hạn chế cho nên khơng thể tránh khỏi những sai sót trong q trình thi cơng và thiết kế.
Không thể mua được đầy đủ linh kiện, điển hình như khung robot được làm từ ván gỗ, đèn tia cực tím chỉ mua được loại có cơng suất thấp và chỉ mua được loại relay 2 kênh.
Cả nhóm khơng thể gặp nhau để cùng làm mơ hình cho nên chất lượng sản phẩm tạo ra không đạt 100% như ý muốn.
6. 3 Ưu điểm và nhược điểm của giải pháp
Phương thức khử trùng là dùng tia cực tím UV-C để khử trùng bề mặt, ngừng hoạt động của vi sinh vật. Khơng sử dụng các chất hóa học để khử khuẩn. Khử khuẩn khơng khí bằng đèn UV khơng cần sử dụng thêm bất kỳ chất tẩy rửa hóa học nào và khơng để lại bất kỳ độc hại gì sau khi q trình khử khuẩn hồn thành.
6. 3. 1 Ưu điểm
Việc khử khuẩn diễn ra đơn giản, nhanh chóng, khơng tốn nhiều thời gian và sức lao động. Người sử dụng hoàn toàn chủ động về thời gian ngày hay đêm, ở nhà hay đi ra ngồi mà robot vẫn hoạt động bình thường.
Diệt khuẩn tại bệnh viện, khu vực cách ly, phòng mổ; thay thế con người để giảm nguy cơ tiếp xúc mầm bệnh, hỗ trợ cơng tác phịng, chống các dịch bệnh truyền nhiễm. Thân thiện với mơi trường.
An tồn khi sử dụng với chế chộ chạy tự hành quét và tránh né vật cản. Có thể khử trùng tồn bộ các ngóc ngách của căn phịng.
Tốn ít năng lượng dành cho việc sạc robot và ắc quy cho đèn. Giá thành rẻ so với một loại robot khử trùng trên thị trường.
75
6. 3. 2 Nhược điểm
Thời gian sạc sẽ lâu hơn do sử dụng ắc quy.
Ánh sáng tia cực tím nếu sử dụng lâu thì sẽ có thể ảnh hưởng đến các vật liệu của robot như nhựa và màu sắc
Tia cực tím có khả năng diệt khuẩn khơng khí và nước, tuy nhiên chúng là một loại ánh sáng có hại cho da và mắt con người. Do đó khi sử dụng đèn cực tím diệt khuẩn, bạn cần sử dụng trong phịng kín và đảm bảo rằng khơng có người hoặc động vật bên trong phịng.
Robot khơng thể đi trên những nơi có địa hình gồ ghề, khơng thể chui gầm.
6. 4 Kết luận
6. 4. 1 Kinh nghiệm và kiến thức đạt được
Có được khả năng kết nối làm việc với nhau với nhau dù đang ở xa, tăng khả năng làm việc nhóm online và chia cơng việc cụ thể. Tìm ra các giải pháp giải quyết khi gặp vấn đề, nâng cao chất lượng đồ án bằng nhiều phương pháp mới.
Khả năng tìm và chọn lọc thơng tin trên internet, biết được cách cài đặt thư viện cho phần mềm và vẽ bản vẽ CAD.
Nâng cao khả năng trình bày báo cáo logic, chi tiết và cụ thể nhất.
6. 4. 2 Hướng phát triển đề tài
Phát triển mơ hình robot khử trùng tia cực tím dùng robot tự hành có kích thước lớn và có thẩm mĩ hơn. Sử dụng đèn tia cực tím có cơng suất lớn và khả năng khử trùng mạnh hơn phù hợp cho những nơi có diện tích lớn.
Phát triển phần mềm và cách chức năng của mơ hình để phù hợp với mục đích sử dụng, điều khiển hệ thống robot qua bluetooth hoặc Wifi.
76
TÀI LIỆU THAM KHẢO
https://ncov.moh.gov.vn/en/-/6847426-6571 1. Khử trùng bằng tia cực tím https://vi.wikipedia.org/wiki/Kh%E1%BB%AD_tr%C3%B9ng_b%E1%BA%B1ng _tia_c%E1%BB%B1c_t%C3%ADm https://tpa-fas.com.vn/Chi-tiet/tpauv-robot-robot-khu-khuan-bang-tia-uv https://www.keenonrobot.com/ https://www.lighting.philips.com.vn/products/uv-c https://www.umex.de/fileadmin/user_upload/pdf_offen/vn/werbmat_vn/uv- desinf_vn.pdf https://namhaidragon.com/kien-thuc-uvc/lieu-luong-uvc-la-gi-cach-xac-dinh-va- danh-gia-hieu-qua-cua-den-uvc-khu-khuan/ 2. Robot tự hành. https://tpa-fas.com.vn/Tin/tong-quan-ve-xe-tu-hanh-agv-trong-nha-may-va-loi-ich- cua-xe-tu-hanh--agv https://thanhnien.vn/gioi-tre/che-tao-thanh-cong-uv-robot-phong-chong-dich-covid- 19-tang-benh-vien-da-nang-1229145.html https://www.arduino.cc/ http://arduino.vn/
77
PHỤ LỤC Video chạy thử mơ hình:
https://youtu.be/mW8qBrRESRk
Code của robot:
#define run_every() for(static uint16_t last_ ;\
(uint16_t)(uint16_t(millis())-last_) >=(t);\ last_ += (t))
#include <Servo.h>
//sensor pins
#define trig A1 //chan trig cua HC-SR04 #define echo A0 //chan echo cua HC-SR04 bool run_ = 1;
unsigned long time_ = 0; bool off_ = 0;
unsigned long time__ = 0;
Servo sv; //tao bien dong co servo
//motor pins
#define inA1 8 //dinh nghia chan in1 cua motor A #define inA2 7 //dinh nghia chan in2 cua motor A #define inB1 4 //dinh nghia chan in3 cua motor B