1. Sơ đồ cấu hình tổng hệ thống : L298D L298D Apollo Camera FORWARD RORATE LEFT RORATE RIGHT BACKWARD Relay Relay Adruino UNO HC-05 Raspberry Pi 4 DC DC DC 12V AC 220V
26
2. Hệ thống di chuyển của robot: 2.1. Bánh xe: 2.1. Bánh xe:
- Sử dụng cặp bánh xe Mecanum L + R nhựa đường kính 60mm được sử dụng trong các thiết kế robot cỡ nhỏ với khả năng di chuyển linh hoạt theo nhiều hướng, bánh được làm bằng nhựa kết hợp với các bánh nhỏ bằng cao su cho độ ma sát cao chống trơn trượt, phù hợp với mọi môi trường thơng thống đến trật hẹp.
2.2. Bo mạch L298D:
- Điều khiển 4 động cơ gắn 2 cặp bánh xe bằng mạch Arduino uno R3 thông qua mạch động cơ L293D.
Hình 4. 7: Bo mạch Aruidno UNO Hình 4. 6: Bánh xe 3600
27
- Sơ đồ nối mạch L298D với động cơ :
L298D IC1 IC3 IC2 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 G N D Ar ef + - + - + - + - On/Off Motor
Sơ Đồ 4. 4: Sơ đố đấu nối Motor
2.3. Bo mạch Aruidno:
- Arduino uno R3 hiện là loại phổ biến và dễ sử dụng nhất trong các dịng arduino, tương thích với nhiều loại arduino motor shield.
- Arduino Motor Shield L293D với bộ thư viện tích hợp sẵn giúp cho việc điều khiển các loại motor DC, RC Servo, Step trở nên dễ dàng hơn bao giờ hết, Board có thể điều khiển 2 động cơ RC servo, 4 động cơ DC hoặc 2 động cơ Step đồng thời.
28
2.4. Mạch thu phát bluetooth HC-05:
- Mạch thu phát Bluetooth HC-05 chính hãng có thiết kế nhỏ gọn với khả
năng cấu hình để có thể sử dụng ở cả hai chế độ là Master / Slave, mạch có thể kết nối với máy tính hoặc Smartphone hỗ trợ chuẩn Bluetooth 2.0 + EDR, thích hợp cho nhiều ứng dụng khác nhau: Robot Bluetooth, điều khiển thiết bị qua Bluetooth,...
- Sơ đồ nối Aruidno với L298D và HC-05 :
+ Mạch L298D ghép với mạch Aruidno thành 1 khối theo chiều trong sơ đồ . Adruino UNO L298D IC1 IC3 IC2 A2 A4 A3 A1 A0 A5 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 GND Aref V 1n GN D 5V 3.3 V Re se t Io re f 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 GND Aref On/Off On/Off HC -05 UP DOWN
Sơ Đồ 4. 5: Sơ đồ đấu nối mạch Aruidno và L298D, HC-05 Hình 4. 9: Mạch Bluetooth HC-05 Hình 4. 9: Mạch Bluetooth HC-05
29
3. Hệ thống đèn:
-Với mục tiêu diệt vi khuẩn nhanh, phạm vi chiếu sáng rộng, nhóm sử dụng 6 đèn UV, kết nối với nhau trên 1 lõi với mục tiêu chiếu sáng 360 độ.
3.1. Bộ cảm biến thông minh apollo:
- Có chức năng bảo vệ đóng ngắt nguồn đèn khi có người, động vật trong phạm vi hoạt động và chức năng bào vệ đèn.
- Điểm đặc biệt của sản phẩm:
+ Công suất tối đa của bộ điều khiển lên đến 2000 W. + Có thể thay đổi thời gian bật tắt.
+ Cấp nguồn cho bộ điều khiển sẽ delay 30 giây. Bật nguồn bộ điều khiển sẽ delay 30 giây, sau đó hoạt động liên tục trong 30 phút.
+ Trong q trình hoạt động nếu phát hiện có chuyển động đèn sẽ lập tức dừng hoạt động cho đến khi được khởi động lại.
Hình 4. 10: Cảm biến Apollo Hình 4. 11: Cảm biến Apollo
30
3.2. Bộ đèn Diệt Khuẩn Điện Quang ĐQ GLT8 UVC 20:
- Đặc điểm bộ đèn: + Bước sóng 253.7 nm
+ Chiếu tia UVC dùng để giết, làm bất hoại các vi sinh vật. + Sử dụng thủy tinh thạch anh.
+ Tuổi thọ lên đến 8000 h.
4. Hệ thống điều khiển:
- Sử dụng mạch Raspberry Pi 4, là một bo mạch được ví như máy tính thu nhỏ, rất nhiều chức năng, trong dự án này nhiệm vụ của raspi là kết nối với camera, kết nối bluetooth với arduino, điều khiển chức năng di chuyển, kết nối với 1 động cơ để đẩy cây đèn và kết nối với cảm biến apollo thông minh để điều khiển đèn.
- Sử dụng laptop để kết nối wifi với raspi trong robot, với cách này có thể điều khiển ở khoảng cách xa hơn so với bluetooth.
Hình 4. 12: Bóng đèn UV Điện Quang
31
- Giám sát hoạt động của robot theo camera hiển thị trên giao diện của raspi thông qua phần mềm VNC Viewer.
IV. Thiết kế phần mềm điều khiển hệ thống:
1. Hệ thống di chuyển: - Lưu đồ thuật toán : - Lưu đồ thuật toán :
Bắt đầu
Khai báo thư viện Khai báo biến Khai báo thư viện
Forwar d Backw ard Rotate left Rotate right Stop
Tiến Lùi Quay trái Quay phải Dừng
Kiểm tra Đ S Đ Đ Đ Đ S S S S Kết thúc Hình 4. 14: Bo mạch Raspberry Pi 4 Hình 4. 15: Bo mạch Raspberry Pi 4
32
- Mã lệnh :
#include <AFMotor.h>
AF_DCMotor motor1(1); //Front Left Wheel AF_DCMotor motor2(2); //Back Left Wheel AF_DCMotor motor3(3); //Front Right Wheel AF_DCMotor motor4(4); //Back Right Wheel
String readString;
void setup() {
Serial.begin(9600);
motor1.setSpeed(250); //Set Motor Speed motor2.setSpeed(250); motor3.setSpeed(250); motor4.setSpeed(250); } void loop() { while(Serial.available()){ delay(50); char c=Serial.read(); readString+=c; } if(readString.length()>0){ Serial.println(readString);
if (readString =="FORWARD"){ // MOVE FORWARD motor1.run (FORWARD);
motor2.run (FORWARD); motor3.run (FORWARD);
33
motor4.run (FORWARD); }
if (readString =="BACKWARD"){ // MOVE BACKWARD motor1.run (BACKWARD);
motor2.run (BACKWARD); motor3.run (BACKWARD); motor4.run (BACKWARD); }
if (readString =="ROTATELEFT"){ // ROTATE LEFT SIDE motor1.run (BACKWARD);
motor2.run (BACKWARD); motor3.run (FORWARD); motor4.run (FORWARD); }
if (readString =="ROTATERIGHT"){ // ROTATE RIGHT SIDE motor1.run (FORWARD);
motor2.run (FORWARD); motor3.run (BACKWARD); motor4.run (BACKWARD); }
if (readString =="STOP"){ // STOP motor1.run (RELEASE); motor2.run (RELEASE); motor3.run (RELEASE); motor4.run (RELEASE); } readString=""; } }
34
2. Thiết kế app điều khiển:
- Có thể thiết kế phần mềm điều khiển sử dụng trên nền tảng hệ điều hành Android ở trang web MIT App Inventor:
- Cấu hình sẽ như sau:
Hình 4. 16: Thiết kế phần mềm trên web
Hình 4. 17: Thiết kế phần mềm trên web
Hình 4. 18: Phần mềm trên điện thoại
Hình 4. 19: Các thao tác trên phần mềm
35
- Trong cấu hình có 5 nút nhấn (4 nút di chuyển và 1 nút kết nối bluetooth) à 1 khung màn hình hiển thị camera, gồm các thao tác:
3. Hệ thống đèn: - Lưu đồ thuật toán:
Bắt đầu Cảm biến chuyển động Kết thúc Kết nối nguồn Đèn sáng 30 phút Đ S Nghỉ 2 phút Hình 4. 21: Các thao tác trên phần mềm
36
- Bộ điều khiển đèn thơng minh Apollo tích hợp cảm biến RADAR, SIG Mesh.
- Cơng suất tối đa lên tới 2000W thích hợp với nhiều đèn cùng lúc.
- Thích hợp với mọi khơng gian, tốc độ cao, ổn định, mang lại sự yên tâm khi dùng chung với đèn UVC.
- Thiết bị kết nối nguồn thông qua relay được điều khiển từ Raspberry Pi, chỉ khi có lệnh cấp nguồn, thì bộ điều khiển đèn thơng minh Apollo và đèn mới có thể hoạt động. Bộ đếm thời gian cho thời gian đèn hoạt động là 30 phút, mặc dù nhà sản xuất có nói rằng Apollo sẽ chỉ hoạt động liên tục trong 30 phút nhưng để chuẩn bị cho trường hợp lỗi, chương trình đếm thời gian thứ 2 cho hệ thống đèn vẫn sẽ hoạt động và nằm trong Raspberry Pi.
- Mã lệnh điều khiển cấp nguồn cho đèn: import RPi.GPIO as GPIO
import threading
GPIO.setmode(GPIO.BCM) GPIO.setup(17, GPIO.OUT)
37 def gfg(): GPIO.output(17, 0) timer = threading.Timer(1800.0, gfg) timer.start() GPIO.output(17, 1)
38
Chương 5
THI CƠNG MƠ HÌNH I. Thi công, lắp ráp phần cứng:
1. Chọn vật liệu để làm vỏ mơ hình:
- Do tình hình dịch bệnh, khơng thể chuẩn bị được những vật dụng cần thiết để hoàn thành dự án như theo kế hoạch, nhóm em tận dụng hết cỡ những đồ vật xung quanh. Vật liệu nhóm em sử dụng là tấm tơn có lõi nhựa, có độ cứng và dày.
- Sau khi tính tốn đo đạc các mảnh ghép cần thiết kể tạo thành khung, đo và cắt tấm tôn thành các mảnh :
39
- Khung của mơ hình để gắn kết các tấm tơn, nhóm em sử dụng vật liệu gỗ, dễ dàng khoan, bắt vít.
2. Tiến hành lắp ráp thân mơ hình:
- Từ những miếng tơn đã cắt và khung gỗ, tiến hành lắp ráp theo thiết kế, các mảnh ghép kết nối với nhau bằng vít dù.
HÌNH 5. 2: Định hình vật liệu
HÌNH 5. 3: Lắp ghép thân robotHÌNH 5. 4: Định hình vật liệu
40
2.1. Lắp ráp bộ phận di chuyển:
- Theo thiết kế, phần mặt đáy của mo hình sẽ gắn 4 động cơ, thực hiện nhiệm vụ di chuyển, motor và mặt đáy kết nối với nhau bằng các thanh giá đỡ động cơ.
2.2. Lắp ráp bộ phận gắn đèn và nguồn đèn:
HÌNH 5. 6: Lắp ghép bộ phận di chuyển
41
2.3. Thiết kế bộ phận điều khiển motor bánh xe:
- Vị trí đặt bộ điều khiển arduino, mạch điều khiển động cơ L293 ở mặt đáy mơ hình, gắn bánh xe vào động cơ:
42
2.4. Hồn thiện mơ hình:
- Sau khi đã có đầy đủ phần cứng mơ hình, tiến hành lắp ráp tồn bộ các phần với nhau, được sản phẩm.
43
II. Thi công phần mềm và điều khiển:
1. Nạp Code :
- Để arduino hoạt động, tiến hành nạp code cho arduino, thực hiện trên phần mềm arduino.
2. Phần mềm điều khiển:
- Tạo phần mềm điều khiển robot di chuyển bằng điện thoại, trên phần mềm MIT App Inventor.
- Sau khi thiết kế phần mềm điều khiển, tải phần mềm về điện thoại:
44
3. Thử nghiệm mơ hình:
- Phần mềm điều khiển hoạt động tốt, robot di chuyển xoay các hướng ổn định:
- Đèn hoạt động tốt. Robot hoạt động ổn định:
HÌNH 5. 11: Phần mềm hiển thị
45
Chương 6
ĐÁNH GIÁ KẾT QUẢ, KẾT LUẬN I. Đánh giá kết quả:
1. Thành quả đạt được : - Mơ hình thiết kế:
+ Mơ hình hoạt động được chức năng di chuyển và phát tia UV. + Diệt được vi khuẩn ở khơng gian phịng học
+ Ngăn chặn được sự sinh sôi của vi khuẩn + Phần mềm hoạt động tốt với mơ hình. + Thiết kế ổn định.
2. Kết Luận:
- Đồ án đã đạt được muc tiêu di chuyển và diệt virus, xong vẫn còn các chức năng chưa thực hiện được như Camera quan sát, tự hành.
- Đáp ứng được các nhu cầu của người dùng như dễ dàng thao tác và sử dụng. Thiết kế đẹp và an toàn với người sủ dụng.
II. Khuyến nghị:
1. Tồn đọng của đồ án:
- Nguồn điện duy trì chưa được lâu - Mơ hình chưa thể tự vận hành - Phạm vi điều khiển chưa được xa - Độ phủ bề mặt chưa được tồn diện.
- Chưa có chức năng quan sát khơng gian xung quanh.
2. Phương án phát triển:
- Triển khai chế độ tự vận hành không cần người điều khiển - Phát triển độ phủ của đèn ra tồn khơng gian
46
- Nâng cấp nguồn cung cấp cho robot duy trì lâu hơn có thể tự sạc lại trong thời gian ngắn
- Cải thiện mẫu mã thiết kế sang trọng và chắc chắn hơn. - Bổ xung chức năng quan sát khi robot tự vận hành.
47
Tài Liệu Tham Khảo
1. Bài báo: Chế tạo thành công robot diệt khuẩn bằng tia UV trong bệnh viện. - Tác Giả: Võ Văn Dũng
- Ngày xuất bản: 26/5/2020
2.Trường ĐH Sư Phạm Kỹ Thuật – Đại Học Đà Nẵng chết tạo thành cơng robot diệt 99% virus bằng tia cực tím.
- Tác Giả: VTC New
- Internet: https://tuoitredhdn.udn.vn/ho-tro-sinh-vien/nghien-cuu-khoa- hoc/truong-dai-hoc-su-pham-ky-thuat-dai-hoc-da-nang-che-tao-thanh-cong- robot-diet-99-virus-bang-tia-cuc-tim-1558.html
- Ngày truy cập gần nhất : 28/4/2021 ( số lần truy cập 3 )
3. Bài báo: Chế tạo thành công UV Robot phòng chống dịch Covid-19 tặng bệnh viện Đà Nẵng.
- Tác Giả: Báo Thanh Niên - Ngày xuất bản: 26/5/2020
4. TPA – UV Robot khử khuẩn bằng tia cực tím (uv). - Tác Giả: Cty TPA
- Internet: https://tpa-fas.com.vn/Tin/tpa--uv-robot-robot-khu-khuan-diet-virus- bang-tia-cuc-tim-uv
- Ngày truy cập gần nhất: 4/8/2021 ( số lần truy cập 4 )
5. Bài báo: Thụy Sỹ thử nghiệm khử trùng máy bay bằng robot chiếu tia cực tím. - Tác giả: Anh Ngọc (theo Reuters )
48
PHỤ LỤC
I. Thông số các linh kiện dùng trong dự án:
1. Đèn diệt khuẩn:
1.1. Điểm đặc biệt sản phẩm:
- Đèn có khả năng ứng dụng diệt khuẩn. - Bước sóng 253.7nm.
- Đèn chiếu tia UVC dùng để giết hoặc làm bất hoạt các vi sinh vật. - Sử dụng thủy tinh thạch anh.
- Dãy nhiệt độ hoạt động rộng: 0 ÷ 50oC. - Tuổi thọ lên đến 8.000h.
- Sử dụng chung với máng có ballast. 1.2. Thông số kỹ thuật: * Thông số điện: - Điện áp: 220V - Tần số: 50Hz - Công suất: 20W * Thông số quang:
- Nhiệt độ làm việc: 0 ÷ 50oC - Góc chiếu: 360 độ
49
- Loại bước sóng: UVC * Đóng gói:
- Kích thước sản phẩm: - Chiều dài đèn: 589mm - Đường kính đèn: 25.4mm
1.3. Vệ sinh và bảo dưỡng sản phẩm :
- Đây là sản phẩm phát xạ UV, thuộc nhóm nguy cơ 3 đèn phát ra UV với cơng suất cao có thể gây tổn thương nghiêm trọng cho da và mắt. Tránh để mắt và da tiếp xúc trực tiếp với đèn mà khơng có che chắn. Chỉ sử dụng trong mơi trường khép kín với người dùng và phải được che chắn khỏi bức xạ.
- Tuân thủ hướng dẫn sử dụng của sản phẩm.
- Giữ khoảng cách và khơng nhìn trực tiếp vào đèn đang hoạt động ở khoảng cách gần.
- Do tính chất của UVC là làm lão hóa các vật liệu nhạy cảm với ánh sáng như nhựa màu sáng, vật liệu da,… Vì vậy hạn chế để các vật này trong khơng gian chiếu sáng của đèn hoặc phải được che chắn cẩn thận khi đèn đang hoạt động.
2. Bộ điều khiển đèn thông minh Apollo: 2.1. Điểm đặc biệt của sản phẩm: 2.1. Điểm đặc biệt của sản phẩm:
-
50
- Đảm bảo an tồn cho người sử dụng khi tích hợp chung với đèn diệt khuẩn.
- Tầm phát hiện cảm biến rộng, lên đến 120 độ đảm bảo linh hoạt trong việc kiểm sốt khơng gian chuyển động của vật thể, tự động bật – tắt đèn.
- Công suất tối đa của bộ điều khiển lên đến 2000W.
- Có thể thay đổi thời gian bật tắt khi có nhu cầu (Chỉ được thực hiện khi bởi nhà cung cấp).
- Cấp nguồn cho bộ điều khiển sẽ delay 30 giây. Bật nguồn bộ điều khiển sẽ delay 30 giây, sau đó hoạt động liên tục trong 30 phút.
- Trong quá trình hoạt động nếu phát hiện có chuyển động đèn sẽ lập tức dừng hoạt động cho đến khi được khởi động lại.
- Chiều cao lắp đặt tối đa (so với mặt đất): 3m.
- Sau khi bộ điều khiển tắt nó sẽ duy trì kiểm tra trong 2 phút, nếu khơng phát hiện chuyển động thì nó sẽ bật và nếu có chuyển động thì nó sẽ reset lại 2 phút chờ và q trình cứ lặp lại như trên.
2.2. Thơng số kỹ thuật: * Thông số điện: * Thông số điện: