I. Tổng quan về máy đo thân nhiệt tự động không tiếp xúc
Máy đo thân nhiệt tự động không tiếp xúc là một thiết bị y tế hiện đại được thiết kế để đo nhiệt độ cơ thể con người mà không cần tiếp xúc trực tiếp với da. Công nghệ này sử dụng cảm biến hồng ngoại để phát hiện và đo lượng bức xạ nhiệt từ cơ thể, từ đó tính toán nhiệt độ chính xác. Đồ án này được thực hiện tại Trường Đại học Sư Phạm Kỹ Thuật TPHCM nhằm thiết kế và thi công một hệ thống đo thân nhiệt tự động hoàn chỉnh. Ưu điểm của máy đo không tiếp xúc bao gồm vệ sinh tốt, an toàn cho người dùng, đặc biệt trong những tình huống dịch bệnh. Hệ thống này kết hợp nhiều module điện tử tiên tiến như cảm biến MLX90614, module ESP32, và camera đo nhiệt độ để tạo nên một giải pháp toàn diện cho việc đo nhiệt độ.
1.1. Ý nghĩa và ứng dụng của máy đo thân nhiệt không tiếp xúc
Máy đo nhiệt độ không tiếp xúc đóng vai trò quan trọng trong lĩnh vực y tế, giáo dục và công cộng. Thiết bị này giúp phát hiện sớm những người có sốt cao bất thường, điều kiện cần thiết trong các bệnh viện, trường học và khu vực công cộng. Sử dụng công nghệ hồng ngoại, máy đo có thể hoạt động nhanh chóng, không gây bất tiện cho người được kiểm tra. Đặc biệt trong bối cảnh dịch bệnh, công nghệ này giúp giảm tiếp xúc trực tiếp giữa con người, từ đó phòng chống lây bệnh hiệu quả hơn.
1.2. Cơ chế hoạt động và nguyên lý đo nhiệt độ
Nguyên lý hoạt động dựa trên định luật Wien về bức xạ nhiệt. Cảm biến MLX90614 phát hiện bức xạ hồng ngoại từ cơ thể người, chuyển đổi thành tín hiệu điện. Tín hiệu này được xử lý bởi microcontroller ESP32, tính toán nhiệt độ chính xác và hiển thị trên màn hình LED 7 đoạn. Hệ thống cũng tích hợp camera đo thân nhiệt để giám sát từ xa qua ứng dụng Blynk trên điện thoại.
II. Các cảm biến và thiết bị đo nhiệt độ được sử dụng
Đồ án này tích hợp nhiều cảm biến nhiệt độ tiên tiến để đảm bảo độ chính xác cao nhất. Cảm biến MLX90614 là thành phần chính, cung cấp độ chính xác ±0.5°C trong phạm vi đo -40°C đến 125°C. Bên cạnh đó, cảm biến ZTEMP TL901 và PC151MT-0 cũng được đánh giá để lựa chọn giải pháp tối ưu. Hệ thống còn tích hợp máy đo K-3S Infrared Counter và camera thân nhiệt HIKVISION để tạo thành một giải pháp đo nhiệt độ toàn diện. Thiết bị Blackbody được sử dụng để hiệu chuẩn camera, đảm bảo độ tin cậy của dữ liệu đo được.
2.1. Cảm biến MLX90614 lựa chọn chính
MLX90614 là cảm biến hồng ngoại nhiệt độ tích hợp đầu ra I2C, đặc biệt phù hợp cho ứng dụng máy đo thân nhiệt tự động. Cảm biến này có độ chính xác cao, phản ứng nhanh và tiêu thụ công suất thấp. Với khả năng đo từ -40°C đến 125°C, MLX90614 là lựa chọn tối ưu cho các ứng dụng y tế đòi hỏi độ chính xác cao. Cảm biến này thường được sử dụng trong các máy đo thân nhiệt không tiếp xúc chuyên nghiệp.
2.2. Hệ thống camera đo thân nhiệt HIKVISION
Camera thân nhiệt HIKVISION cho phép giám sát và đo thân nhiệt từ xa cho nhiều người cùng lúc. Thiết bị này tích hợp công nghệ thermal imaging, cung cấp hình ảnh nhiệt thực tế. Thiết bị Blackbody đi kèm giúp hiệu chuẩn camera, đảm bảo độ chính xác của phép đo. Hệ thống này đặc biệt hữu ích trong các trường hợp cần theo dõi nhóm người lớn.
III. Thiết kế và thi công hệ thống máy đo thân nhiệt
Quá trình thiết kế hệ thống bắt đầu từ việc xây dựng sơ đồ khối toàn hệ thống, bao gồm khối xử lý trung tâm (Arduino Nano và ESP32), khối cảm biến, khối hiển thị (LED 7 đoạn), và khối âm thanh (module DFPlayer Mini). Thi công board mạch điều khiển được thực hiện dựa trên sơ đồ nguyên lí chi tiết, sử dụng IC 74HC595 để điều khiển màn hình LED. Lắp ráp hệ thống bao gồm lắp đặt các cảm biến, module wireless, và camera lên khung mô hình. Toàn bộ linh kiện được kiểm tra kỹ lưỡng trước khi lắp ráp để đảm bảo chất lượng sản phẩm cuối cùng.
3.1. Thiết kế sơ đồ khối và tính toán mạch điện
Sơ đồ khối hệ thống được thiết kế với ba đơn vị chính: khối xử lý điều khiển trung tâm (Arduino Nano + ESP32), khối cảm biến và xử lý tín hiệu, và khối hiển thị và đầu ra. Tính toán mạch điện bao gồm việc xác định các giá trị điện trở, tụ điện cho khối cảm biến và khối hiển thị. LED 7 đoạn anode chung được kết nối thông qua IC 74HC595 Shift Register để tiết kiệm chân GPIO. Toàn bộ thiết kế được tối ưu hóa để đạt hiệu suất tối đa.
3.2. Thi công lắp ráp và kiểm tra hệ thống
Thi công board mạch được bố trí linh kiện một cách khoa học, đảm bảo khoảng cách hợp lý giữa các thành phần để tránh nhiễu điện từ. Lắp ráp mô hình bao gồm gắn các cảm biến, camera, và module vào khung thiết bị. Mỗi module được kiểm tra riêng lẻ trước khi tích hợp vào hệ thống chính. Cuối cùng, toàn bộ hệ thống được đo thử và hiệu chuẩn để đảm bảo hoạt động chính xác.
IV. Lập trình kết quả và hướng phát triển tương lai
Lập trình hệ thống được thực hiện sử dụng Arduino IDE, với các thư viện hỗ trợ cho cảm biến MLX90614 và module ESP32. Ứng dụng Blynk được tích hợp để cho phép người dùng giám sát và điều khiển thiết bị từ điện thoại thông minh. Kết quả thực nghiệm cho thấy máy đo hoạt động ổn định, có độ chính xác đạt yêu cầu kỹ thuật. Hệ thống có khả năng phát hiện sốt cao và phát cảnh báo âm thanh qua module DFPlayer Mini. Hướng phát triển tương lai bao gồm tích hợp trí tuệ nhân tạo để nhận diện khuôn mặt, tăng cường bộ nhớ đám mây để lưu trữ dữ liệu lâu dài, và cải thiện giao diện ứng dụng di động cho trải nghiệm tốt hơn.
4.1. Lập trình và ứng dụng Blynk
Arduino IDE được sử dụng để viết code điều khiển toàn bộ hệ thống. Thư viện MLX90614 cho phép đọc dữ liệu từ cảm biến qua giao thức I2C. Ứng dụng Blynk được lập trình để tạo giao diện điều khiển trực quan, hiển thị dữ liệu nhiệt độ thực thời. Người dùng có thể xem lịch sử đo và nhận thông báo cảnh báo trên điện thoại khi phát hiện nhiệt độ bất thường.
4.2. Kết quả thực nghiệm và hướng phát triển
Kết quả thực nghiệm cho thấy độ chính xác đo nhiệt độ đạt ±0.5°C, tốc độ phản ứng dưới 2 giây. Hệ thống hoạt động ổn định trong phạm vi nhiệt độ 35°C đến 39°C. Hướng phát triển gồm tích hợp nhận diện khuôn mặt AI, lưu trữ dữ liệu trên cloud, và phát triển ứng dụng chủ động trên web cho các tổ chức y tế lớn.
