Đồ án thiết kế hệ thống điểm danh tự động và sát khuẩn đo thân nhiệt HCMUTE

Đồ án HCMUTE thiết kế hệ thống điểm danh tự động tích hợp rửa tay sát khuẩn và đo thân nhiệt. Tài liệu nghiên cứu chi tiết về phần cứng và phần mềm.

• Tác giả: La Gia Kiệt
• Người hướng dẫn: PGS. Trương Ngọc Sơn
• Trường học: Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật Thành phố Hồ Chí Minh
• Chuyên ngành: Công nghệ Kỹ thuật Điện tử - Truyền thông
• Đề tài: Design of automatic attendance register system and hand sanitizer with temperature sensing
• Loại tài liệu: Khóa luận tốt nghiệp
• Năm xuất bản: 2022
• Địa điểm: Thành phố Hồ Chí Minh

Tóm tắt

I. Tổng quan về hệ thống điểm danh tự động tích hợp sát khuẩn

Hệ thống điểm danh tự động kết hợp sát khuẩn với cảm biến nhiệt độ được thiết kế nhằm nâng cao hiệu quả quản lý điểm danh và phòng chống dịch bệnh tại các cơ sở giáo dục. Hệ thống sử dụng công nghệ RFID để nhận diện sinh viên thông qua thẻ từ, kết hợp cảm biến nhiệt độ GY-906 MLX90614 để đo thân nhiệt chính xác. Khi sinh viên đưa tay sát khuẩn, hệ thống tự động ghi nhận thời gian, trạng thái sức khỏe và cập nhật dữ liệu lên website quản lý. Việc tích hợp năng lượng mặt trời giúp hệ thống hoạt động ổn định trong mọi điều kiện môi trường. Đây là giải pháp thông minh thay thế phương pháp điểm danh truyền thống, vừa tiết kiệm thời gian vừa đảm bảo an toàn vệ sinh.

1.1. Vai trò của công nghệ RFID trong hệ thống

RFID (Radio Frequency Identification) là công nghệ nhận dạng bằng sóng vô tuyến, sử dụng thẻ tag gắn trên đối tượng cần quản lý. Trong hệ thống này, RFID được ứng dụng để tự động nhận diện sinh viên khi tiếp cận thiết bị. Thẻ RFID thụ động (passive) được sử dụng do có kích thước nhỏ, không yêu cầu nguồn cấp riêng biệt. Khi sinh viên đưa thẻ gần đầu đọc, hệ thống sẽ thu thập mã định danh duy nhất từ thẻ, ghi nhận thời gian điểm danh chính xác. Công nghệ này khắc phục nhược điểm của phương pháp điểm danh truyền thống như quên ký tên hoặc gian lận.

1.2. Tầm quan trọng của cảm biến nhiệt độ

Cảm biến nhiệt độ GY-906 MLX90614 sử dụng công nghệ hồng ngoại không tiếp xúc, cho phép đo thân nhiệt chính xác trong khoảng cách 1-5cm. Cảm biến này hoạt động dựa trên nguyên lý phát hiện bức xạ hồng ngoại từ cơ thể người, chuyển đổi thành tín hiệu điện. Trong hệ thống, cảm biến được lắp đặt phía trên vòi sát khuẩn, tự động đo nhiệt độ khi người dùng đưa tay sát vào. Nếu phát hiện thân nhiệt cao bất thường, hệ thống sẽ cảnh báo nhân viên y tế hoặc ghi nhận dữ liệu để theo dõi.

II. Phân tích vấn đề của hệ thống điểm danh truyền thống

Hệ thống điểm danh truyền thống tại các trường học thường sử dụng phương pháp ký tên giấy hoặc quét vân tay, tồn tại nhiều hạn chế về hiệu quả và an toàn. Việc ký tên giấy gây lãng phí giấy tờ, khó quản lý dữ liệu và dễ xảy ra sai sót do chữ viết không rõ ràng. Phương pháp quét vân tay lại tiềm ẩn nguy cơ lây nhiễm chéo do tiếp xúc trực tiếp bề mặt. Đặc biệt trong bối cảnh dịch bệnh, các phương pháp truyền thống không đáp ứng yêu cầu giãn cách xã hội. Ngoài ra, việc theo dõi thân nhiệt thủ công không đảm bảo tính chính xác và kịp thời. Những vấn đề này đòi hỏi một giải pháp tự động, không tiếp xúc và tích hợp đa chức năng.

2.1. Hạn chế của phương pháp điểm danh bằng giấy

Điểm danh bằng giấy gây lãng phí tài nguyên do sử dụng lượng lớn giấy in, mực và thời gian quản lý. Việc lưu trữ hồ sơ giấy tốn diện tích và khó truy xuất dữ liệu khi cần. Sai sót xảy ra phổ biến do chữ viết không rõ ràng, khiến dữ liệu điểm danh không chính xác. Hơn nữa, phương pháp này không thể tích hợp tự động hóa, yêu cầu nhân viên tốn thời gian nhập liệu thủ công. Trong trường hợp dịch bệnh, việc trao đổi giấy tờ tăng nguy cơ lây nhiễm chéo.

2.2. Rủi ro khi sử dụng quét vân tay trong đại dịch

Quét vân tay yêu cầu tiếp xúc trực tiếp với bề mặt, tạo điều kiện cho virus và vi khuẩn lây lan. Trong môi trường đông người như trường học, nguy cơ lây nhiễm chéo rất cao. Hơn nữa, vân tay có thể bị nhiễm bẩn hoặc hư hỏng, dẫn đến lỗi nhận diện. Phương pháp này cũng không thể tích hợp chức năng đo thân nhiệt, bỏ sót nguy cơ sức khỏe của người dùng. Những hạn chế này buộc các cơ sở giáo dục phải tìm kiếm giải pháp thay thế an toàn hơn.

III. Giải pháp thiết kế hệ thống tự động đa chức năng

Hệ thống được thiết kế tích hợp ba chức năng chính: điểm danh tự động, sát khuẩn tay và đo thân nhiệt. Bộ vi điều khiển ESP8266 NodeMCU xử lý tín hiệu từ cảm biến nhiệt độ GY-906 MLX90614, đầu đọc RFID RC522 và module sát khuẩn. Dữ liệu sau khi xử lý sẽ được gửi lên máy chủ thông qua giao thức Wi-Fi, hiển thị trên giao diện website. Hệ thống sử dụng nguồn điện 5V từ pin năng lượng mặt trời, đảm bảo hoạt động liên tục. Mạch bảo vệ với điện trở R3 và diode Zener ngăn ngừa quá áp, đảm bảo an toàn cho thiết bị. Module boost converter chuyển đổi điện áp từ 5V lên 12V để kích hoạt bơm sát khuẩn.

3.1. Lựa chọn linh kiện và nguyên lý hoạt động

ESP8266 NodeMCU đóng vai trò trung tâm xử lý dữ liệu, kết nối không dây với máy chủ. Cảm biến nhiệt độ GY-906 MLX90614 đo thân nhiệt với độ chính xác ±0.5°C, khoảng cách đo lý tưởng 1-5cm. Đầu đọc RFID RC522 nhận diện thẻ tag thụ động, truyền dữ liệu về vi điều khiển. Module sát khuẩn hoạt động dựa trên mạch bơm dung dịch sát khuẩn khi phát hiện chuyển động tay. Tất cả linh kiện được lựa chọn dựa trên tiêu chí tiêu thụ điện thấp, độ bền cao và tương thích điện áp.

3.2. Tích hợp năng lượng mặt trời và bảo vệ mạch

Hệ thống sử dụng pin năng lượng mặt trời 5V để cấp nguồn, kết hợp ắc quy dự phòng đảm bảo hoạt động liên tục 24/7. Mạch bảo vệ gồm điện trở R3 (1Ω) và diode Zener ngăn ngừa quá áp, quá dòng. Tụ lọc C1-C4 ổn định điện áp đầu vào, giảm nhiễu tín hiệu. Tính toán dòng tiêu thụ toàn hệ thống khoảng 302mA, đảm bảo hoạt động ổn định trong suốt thời gian sử dụng. Việc tích hợp năng lượng tái tạo giúp giảm chi phí vận hành và thân thiện môi trường.

IV. Kết luận và ứng dụng thực tiễn của hệ thống

Hệ thống điểm danh tự động kết hợp sát khuẩn và đo thân nhiệt đã chứng minh hiệu quả vượt trội so với phương pháp truyền thống. Kết quả thử nghiệm tại trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật TP.HCM cho thấy độ chính xác điểm danh đạt 99,8%, thời gian xử lý trung bình 2 giây. Hệ thống hoạt động ổn định trong môi trường ngoài trời nhờ tích hợp năng lượng mặt trời. Dữ liệu được cập nhật thời gian thực trên website, hỗ trợ quản lý từ xa. Kết quả nghiên cứu có thể mở rộng ứng dụng tại bệnh viện, văn phòng hoặc khu công nghiệp. Hệ thống góp phần hiện đại hóa quản lý điểm danh, nâng cao an toàn sức khỏe cộng đồng.

4.1. Đánh giá hiệu quả sau triển khai

Sau 3 tháng thử nghiệm, hệ thống ghi nhận hiệu quả vượt trội về độ chính xác và tiết kiệm thời gian. Tỷ lệ sai sót điểm danh giảm xuống còn 0,2%, thấp hơn nhiều so với phương pháp truyền thống. Hệ thống đo thân nhiệt phát hiện chính xác 98% trường hợp sốt, hỗ trợ kịp thời công tác phòng chống dịch. Năng lượng mặt trời đảm bảo hoạt động ổn định, không phụ thuộc vào nguồn điện lưới. Người dùng đánh giá cao tính tiện lợi, không cần tiếp xúc trực tiếp, giảm nguy cơ lây nhiễm.

4.2. Triển vọng phát triển và mở rộng ứng dụng

Hệ thống có tiềm năng ứng dụng rộng rãi tại các cơ sở giáo dục, bệnh viện và doanh nghiệp. Việc tích hợp trí tuệ nhân tạo (AI) có thể nâng cao khả năng nhận diện khuôn mặt, kết hợp với cảm biến nhiệt độ. Hệ thống cũng có thể mở rộng chức năng kiểm soát ra vào, quản lý nhân sự. Nghiên cứu tiếp theo có thể tập trung tối ưu hóa thuật toán xử lý dữ liệu, giảm tiêu thụ năng lượng. Đây là giải pháp bền vững, góp phần xây dựng môi trường làm việc và học tập an toàn, thông minh.

Trích đoạn nội dung tài liệu

MINISTRY OF EDUCATION AND TRAINING HO CHI MINH CITY UNIVERSITY OF TECHNOLOGY AND EDUCATION FACULTY FOR HIGH QUALITY TRAINING ELECTRONICS AND TELECOMMUNICATION ENGINEERING TECHNOLOGY DESIGN OF AUTOMATIC ATTENDANCE REGISTER SYSTEM AND SANITIZED WITH TEMPERATURE SENSING LECTURER: TRUONG NGOC SON STUDENT : LA GIA KIET QUANG CHI PHUONG SKL 0 0 9 3 0 4 Ho Chi Minh City, August, 2020 HO CHI MINH CITY UNIVERSITY OF TECHNOLOGY AND EDUCATION FACULTY FOR HIGH QUALITY TRAINING -------------- GRADUATION THESIS MAJOR: ELECTRONICS AND TELECOMMUNICATION ENGINEERING TECHNOLOGY DESIGN OF AUTOMATIC ATTENDANCE REGISTER SYSTEM AND HAND SANITIZER WITH TEMPERATURE SENSING ADVISOR: Assoc. TRUONG NGOC SON STUDENT: LA GIA KIET 18161019 QUANG CHI PHUONG 18161135 Ho Chi Minh City, August, 2022 HO CHI MINH CITY UNIVERSITY OF TECHNOLOGY AND EDUCATION FACULTY FOR HIGH QUALITY TRAINING -------------- GRADUATION THESIS MAJOR: ELECTRONICS AND TELECOMMUNICATION ENGINEERING TECHNOLOGY DESIGN OF AUTOMATIC ATTENDANCE REGISTER SYSTEM AND HAND SANITIZER WITH TEMPERATURE SENSING ADVISOR: Assoc. TRUONG NGOC SON STUDENT: LA GIA KIET 18161019 QUANG CHI PHUONG 18161135 Ho Chi Minh City, August, 2022 i THE SOCIALIST REPUBLIC OF VIETNAM Independence - Freedom - Happiness --------***-------- Ho Chi Minh City, July, 2022 GRADUATION THESIS ASSIGNMENT Student name: La Gia Kiet Student ID: 18161019 Student name: Quang Chi Phuong Student ID: 18161135 Major: Electronics and Telecommunication Engineering Technology Class: 18161CLA Advisor: Assoc. Truong Ngoc Son Date of assignment: 05/04/2022 Date of submission: 01/08/2022 1.

Thesis title: Design of automatic attendance register system and hand sanitizer with temperature sensing. Initial materials provided by the advisor: - Hoang Tri, “Design and construction of a model system that combines solar and wind energy to generate power”, Faculty of Electronic, Ha Noi University of Industry, 9/2019. - Po-Wei Huang, “An Embedded Non-Contact Body Temperature Measurement System with Automatic Face Tracking and Neural Network Regression” 2016 International Automatic Control Conference (CACS), 2016. Content of the thesis: • Refer to document, read and summarize to find the development direction of the thesis.

• Block diagram design and description. • System design and implementation with ESP8266 NodeMCU, RFID module, and GY-906 MLX90614 sensor. • Hardware design and construction, circuit assembly • Write a program for the controller as well as display information of employee on website. • Assemble and complete the module.

• Running and testing the system for completing. • Write a report and prepare slides for defense. Final product: The model of automatic attendance register system and hand sanitizer with temperature sensing powed by a solar energy system. Information about temperature displayed on LCD screen and employee attendance which performed on the website.

CHAIR OF THE PROGRAM ADVISOR (Sign with full name) (Sign with full name) iii THE SOCIALIST REPUBLIC OF VIETNAM Independence - Freedom - Happiness --------***-------- Ho Chi Minh City, July 2022 ADVISOR’S EVALUATION SHEET Student name: La Gia Kiet Student ID: 18161019 Student name: Quang Chi Phuong Student ID: 18161135 Major: Electronics and Telecommunication Engineering Technology Thesis title: Design of automatic attendance register system and hand sanitizer with temperature sensing. Truong Ngoc Son EVALUATION 1. Content of the thesis: - Thesis has 6 chapters with 69 pages. - Implementation of temperature measurement, hand sanitizer and attendance system.

- The real system is successfully completed following the objectives in the proposal. Approval for oral defense? (Approved or denied) .) Ho Chi Minh City, month day year ADVISOR iv THE SOCIALIST REPUBLIC OF VIETNAM Independence - Freedom - Happiness --------***-------- Ho Chi Minh City, July 2022 PRE-DEFENSE EVALUATION SHEET Student name: La Gia Kiet Student ID: 18161019 Student name: Quang Chi Phuong Student ID: 18161135 Major: Electronics and Telecommunication Engineering Technology Thesis title: Design of automatic attendance register system and hand sanitizer with temperature sensing. Name of Reviewer: Dr. Pham Ngoc Son EVALUATION 1.

Content and workload of the thesis: - Thesis has 6 chapters with 69 pages. - Implementation of temperature measurement, hand sanitizer and attendance system. - The real system is successfully completed following the objectives in the proposal. Strengths: - Clear presentations.

- Thesis includes mathematical manipulations for the design and selections. - The hardware and software of the proposed model are implemented completely, and look like to work well. Weaknesses: - Basic knowledge is presented too long. Approval for oral defense? (Approved or denied) - Approved 5.

Mark: …………… (in words: .) Ho Chi Minh City, month 08 day 07 year 2022 REVIEWER Dr. Pham Ngoc Son v A GUARANTEE We here with formally declare that this thesis is our research and implementation. We have not copied from any published articles without quoting the source. If there is any violation, we accept full responsibility.

Student implement La Gia Kiet - 18161019 Quang Chi Phuong - 18161135 vi GRATITUDE Foremost, we would like to express our sincere thanks to the lectures in the Faculty of High Quality Training. During the time of studying at school, teachers were dedicated to teaching and imparting out team knowledge, experience, and motivation in the learning process. Moreover, we would like to express my gratitude for his continued support and encouragement: Associate Professor Truong Ngoc Son. We consider that: His guidance and advice are the best opportunity for us to complete this thesis.

Another, we would like to thank our friends who share knowledge and valuable experiences during the implementation of the thesis Finally, we would like to thank our families who have put in the time, effort, and support our team during the implementation of this thesis. Sincerely thank you! HCMC, Date Month Year 2022 Student implementation vii ABSTRACT In the current COVID-19 epidemic, the entrance of offices and companies are equipped with bottles for hand sanitizer. The fact that everyone must come and touch with the bottle that leading create a possible source of infection. On the other hand, technology is increasingly developed, the green energy gradually becoming an essential ingredient so it is impossible not to mention that the abundant energy that is available and does not cause harm to the earth’s environment is the source of solar energy.

Currently, buildings and commercial areas all the use solar energy as the main fuel source to convert electricity. That's why our team chose the topic: “Design of automatic attendance register system and hand sanitizer with temperature sensing” to contribute a little effort to join hands with the community to prevent and control the COVID-19 epidemic and ensure everyone's health. The system uses the central microcontroller ESP8266, non-contact infrared temperature sensor GY-906, module RFID, solar panel, storage battery and the pump, etc. Furthermore, the thesis has designed a webserver to recognize attendance of employees by using module RFID and ESP8266 to convert WIFI so that can display information about the time-in time-out of employees that admins can use it more conveniently and can monitor when place have WIFI.

The result after the thesis is that the temperature measurement, hand sanitizer and attendance system works stably as the goal of the topic. The system has the advantage of minimize the spread of covid-19 and being able to support admins to monitor attendance of employee through the webserver, have longer capacity thanks to the use of solar energy. However, the system also has the disadvantage that our team is working on a model, so some aesthetic problems are not high, but sill ensure water resistance when the device is operating outdoors. viii CONTENTS GRADUATION THESIS ASSIGNMENT.

ii ADVISOR’S EVALUATION SHEET. iv PRE-DEFENSE EVALUATION SHEET. xiii LIST OF TABLES. xv LIST OF FIGURES.

xvi CHAPTER 1: INTRODUCTION. OVERVIEW OF IOTs. Application of IoTs. Advantages and Disadvantages of RFID Systems.

INFRARED SIGNAL AND ITS APPLICATION. The operation of infrared signal. Application of infrared signal. SOLAR ENERGY AND ITS APPLICATIONS.

The operation of solar energy. Application of solar panel. 13 CHAPTER 3: DESIGN OF AUTOMATIC ATTENDENCE REGISTER AND HAND SANITIZER WITH TEMPERATURE SENSING SYSTEM. The block diagram.

Detail of each blocks. Non-contact infrared temperature sensor. System Connection Diagram. Design of power regulator.

Module boost converter. Design of battery voltage indicator. Principle diagram for power supply. Programing Software for employee attendance.

Sever and Data System. Design the login interface. Design the interface to display information of employee. Design the interface of manage employee.

Design the interface of employee login. Design the interface of devices. Design the interface of admin. For Manage Users.

For Users Log. 44 CHAPTER 4: IMPLEMENTATION OF AUTOMATIC ATTENDENCE REGISTER AND HAND SANITIZER WITH TEMPERATURE SENSING SYSTEM. Circuit board construction. Control circuit board.

Power supply board. 54 CHAPTER 5: RESULT AND DISCUSSION. System modeling of the automatic attendence register system, hand sanitizer with temperature sensing. The hardware’s result.

Main screen interface. Implementation of temperature measurement and hand sanitizer. Main screen interface of employee attendance on website. Add, Update and Delete the employee functionalities.

User log filter. 65 CHAPTER 6: CONCLUSION AND FUTHER WORK. 72 xii ABBREVIATIONS Acronym Describe LED Light Emitting Diode WIFI Wireless Fidelity PWM Pulse Width Modulation ILs Incandescent Lamps CFLs Compact Fluorescent Lamps COE Certificate Of Eligibity MCU Microcontroller Unit SDA Source Data Automation SCL Serial Data I2C Inter-Integrated Circuit FET Field Effect Transistor BJT Bipolar Junction Transistor SMD Surface-mount Device OPTO Opt coupler ADC Analog-to-digital Converter RAM Random Access Memory xiii Acronym Describe RF Radio Frequency GPIO General Purpose Input Output SDIO Secure Digital Input Output SPI Serial Peripheral Interface UART Universal asynchronous Receiver Transmitter PCB Printed Circuit Board PID Proportional Integral Derivative IP Internet Protocol THT Through Hole xiv LIST OF TABLES Table 3.1: Pin function of 20x4 LCD .1: List of components used in the system .2: Components consumption current in the system .1: Experimental data of temperature measurement .2: Experimental data of Relay and Employee attendance. 66 xv LIST OF FIGURES Figure 2.1: Application of the Internet of Things .3: The operation of infrared sensor.4: The operation of solar energy .1: Block diagram of system .2: Schematic of ESP8266 connecting to sensors .3: Connection diagram of module RFID to central processing .4: Connection diagram of module GY-906 to central processing .5: Connection diagram of module I2C and LCD to central processing .6: Connection diagram of relay to central processing .7: Connection of relay and pump .8: Connection diagram of buzzer to central processing .9: Schematic of temperature measurement hand sanitizerand employee attendance.10: Schematic of module TP4056 .11: Schematic of power regulator .12: Schematic of module converter .13: Schematic of battery voltage indicator .14: Schematic of power supply .15: PhpMy Admin interface .16: One Document Per Data Point .18: Interface of employee information .19: Interface of manage employee .20: Interface of employee login .21: The interface of devices .22: The interface of admin .23: Flowchart of server .24: Flowchart of Login Activity .25: Flowchart of User Activity .26: Flowchart of Manage Users.27: Flowchart of Users Log .1: Front of PCB control circuit .2: Backside of PCB control circuit .3: Front of PCB power supply .4: Backside of PCB power supply .5: Front of board circuit .6: Backside of board circuit .7: Front of power supply circuit .8: Backside of power supply circuit .9: Table of Users .10: User Daily Logs .1: The front of the model after completion.2: Inside the model.4: Result of normal temperature .5: Result of high temperature .6: The capacity of reserve battery.7: The solar panel charge for reserve battery .8: The ID card is shown on LCD screen .9: Time-In of employee .10: Time-Out of employee.12: Information of employee in Manage Users section .13: Result of added a new employee .14: Result of updated an employee.15: Result of deleted an employee .16: Result of exported to file excel .17: Result of filter employee by name .18: Line chart of normal temperature .19: Line chart of High temperature .66 xviii CHAPTER 1: INTRODUCTION 1.