Đồ án: Thiết kế và thi công hệ thống hỗ trợ sức khỏe cộng đồng trong dịch Covid-19

Đồ án thiết kế hệ thống hỗ trợ sức khỏe phòng dịch Covid-19 gồm hộp khử khuẩn UVC, máy sát khuẩn tay tự động, đo thân nhiệt không tiếp xúc.

• Tác giả: Đinh Thanh Phát
• Người hướng dẫn: TS. Trần Viết Thắng
• Trường học: Trường Đại Học Công Nghệ Tp. Hồ Chí Minh
• Chuyên ngành: Kỹ Thuật Y Sinh
• Đề tài: Thiết Kế Và Thi Công Hệ Thống Hỗ Trợ Sức Khỏe Cộng Đồng Trong Dịch Covid 19
• Loại tài liệu: Đồ Án Tốt Nghiệp
• Năm xuất bản: 2022
• Địa điểm: Tp. Hồ Chí Minh

Tóm tắt

I. Giới thiệu hệ thống hỗ trợ sức khỏe cộng đồng phòng dịch Covid 19

Hệ thống hỗ trợ sức khỏe cộng đồng là một giải pháp toàn diện được thiết kế để bảo vệ sức khỏe công cộng trong bối cảnh đại dịch COVID-19. Đây là một tập hợp các thiết bị và công nghệ tiên tiến nhằm giảm thiểu nguy cơ lây truyền virus SARS-CoV-2 trong cộng đồng. Hệ thống này bao gồm ba thành phần chính: hộp khử khuẩn bằng tia UVC, hệ thống sát khuẩn tay tự động, và thiết bị đo thân nhiệt không tiếp xúc. Mục đích chính là cung cấp một giải pháp liên tục và hiệu quả để phòng dịch COVID-19 tại các địa điểm công cộng. Việc tích hợp các công nghệ này tạo nên một hệ thống toàn diện, giúp bảo vệ sức khỏe cộng đồng một cách tối ưu và khoa học.

1.1. Bối cảnh và ý nghĩa của hệ thống

Đại dịch COVID-19 đã làm thay đổi cách chúng ta tiếp cận vệ sinh và an toàn sức khỏe. Hệ thống hỗ trợ sức khỏe cộng đồng ra đời nhằm đáp ứng nhu cầu cấp thiết này. Ý nghĩa của hệ thống nằm ở khả năng khử khuẩn hiệu quả, giảm tiếp xúc trực tiếp và phát hiện sớm các trường hợp sốt cao. Đây là một bước tiến quan trọng trong việc phòng chống dịch bệnh ở cấp độ cộng đồng.

1.2. Cấu trúc tổng thể của hệ thống

Hệ thống hỗ trợ sức khỏe cộng đồng được thiết kế với ba module chính hoạt động độc lập nhưng bổ sung cho nhau. Hộp khử khuẩn UVC sử dụng tia cực tím để tiêu diệt virus trên các vật dụng. Hệ thống sát khuẩn tay tự động cung cấp dung dịch khử khuẩn nhanh chóng. Thiết bị đo nhiệt độ không tiếp xúc giúp phát hiện sốt sớm mà không cần tiếp xúc gần. Tất cả được điều khiển bởi các vi điều khiển Arduino hiện đại.

II. Các thành phần chính của hệ thống

Hệ thống hỗ trợ sức khỏe cộng đồng bao gồm ba thành phần kỹ thuật quan trọng, mỗi thành phần đóng vai trò essential trong phòng chống COVID-19. Thứ nhất là hộp khử khuẩn vật dụng bằng tia UVC, một giải pháp hiệu quả để khử trùng các thiết bị y tế và vật dụng cá nhân. Thứ hai là hệ thống sát khuẩn tay tự động, giúp người dùng vệ sinh tay nhanh chóng mà không cần tiếp xúc bề mặt. Thứ ba là thiết bị đo thân nhiệt không tiếp xúc, sử dụng công nghệ cảm biến hồng ngoại để phát hiện sốt hiệu quả. Cách bố trí các thành phần này giúp tạo nên một hệ thống hỗ trợ sức khỏe cộng đồng toàn diện và dễ sử dụng.

2.1. Hộp khử khuẩn vật dụng bằng tia UVC

Hộp khử khuẩn UVC là thiết bị sử dụng tia cực tím có bước sóng 254nm để tiêu diệt vi khuẩn và virus. Công nghệ này đã được chứng minh hiệu quả khử trùng thiết bị y tế và các vật dụng hàng ngày. Tia UVC có khả năng phá huỷ cấu trúc DNA của virus SARS-CoV-2, làm cho nó mất khả năng lây nhiễm. Hệ thống được điều khiển bởi Arduino Nano thông qua giao diện OLED và Rotary Encoder, cho phép người dùng dễ dàng cài đặt thời gian khử khuẩn.

2.2. Hệ thống sát khuẩn tay tự động

Hệ thống sát khuẩn tay tự động sử dụng cảm biến hồng ngoài để phát hiện tay và tự động phun dung dịch khử khuẩn. Thiết bị có ba chế độ hoạt động: 1 giây, 3 giây hoặc liên tục, cho phép người dùng lựa chọn theo nhu cầu. Arduino Uno R3 điều khiển hệ thống bơm và hiển thị dung tích cồn còn lại thông qua đèn LED. Điều này giúp bảo vệ sức khỏe cộng đồng bằng cách vệ sinh tay hiệu quả và giảm nguy cơ lây nhiễm.

III. Công nghệ điều khiển và giám sát

Hệ thống hỗ trợ sức khỏe cộng đồng sử dụng công nghệ vi điều khiển Arduino tiên tiến để điều khiển và giám sát toàn bộ hệ thống. Arduino Nano được sử dụng để điều khiển hộp khử khuẩn UVC, cung cấp giao diện thân thiện với người dùng thông qua màn hình OLED và Rotary Encoder. Arduino Uno R3 là vi điều khiển chính, đảm nhiệm các chức năng phức tạp như đo nhiệt độ và độ ẩm môi trường thông qua cảm biến DHT11, hiển thị kết quả trên màn hình LCD1602. Ngoài ra, Arduino Uno R3 cũng kiểm soát hệ thống sát khuẩn tay tự động và quản lý dung tích cồn còn lại. Sự tích hợp này tạo nên một hệ thống hỗ trợ sức khỏe cộng đồng thông minh và hiệu quả.

3.1. Vai trò của Arduino Nano trong điều khiển UVC

Arduino Nano là bộ vi điều khiển compact nhưng mạnh mẽ, chịu trách nhiệm điều khiển bóng đèn UVC một cách an toàn và hiệu quả. Nó xử lý các lệnh từ Rotary Encoder để cho phép người dùng cài đặt thời gian hoạt động, từ vài giây đến hàng chục phút. Màn hình OLED hiển thị thông tin real-time, giúp người dùng theo dõi tiến độ khử khuẩn. Việc sử dụng Arduino Nano đảm bảo khử khuẩn hiệu quả mà không gây hư hại cho thiết bị.

3.2. Chức năng giám sát nhiệt độ và độ ẩm

Arduino Uno R3 tích hợp cảm biến DHT11 để đo nhiệt độ và độ ẩm môi trường liên tục. Thiết bị đo thân nhiệt không tiếp xúc sử dụng cảm biến hồng ngoài để phát hiện nhiệt độ cơ thể người qua đó. Dữ liệu được hiển thị trên màn hình LCD1602 cho phép người dùng dễ dàng theo dõi điều kiện sức khỏe. Hệ thống tự động cảnh báo khi phát hiện sốt cao, giúp phòng chống COVID-19 hiệu quả tại cộng đồng.

IV. Ứng dụng thực tiễn và hiệu quả

Hệ thống hỗ trợ sức khỏe cộng đồng có khả năng ứng dụng rất lớn trong các tình huống phòng chống dịch bệnh thực tế. Được thiết kế dựa trên đồ án tốt nghiệp ngành Kỹ Thuật Y Sinh, hệ thống này có thể triển khai tại các địa điểm công cộng như trường học, bệnh viện, siêu thị, và các cơ quan hành chính. Hiệu quả của hệ thống được chứng minh thông qua khả năng khử khuẩn toàn diện, sát khuẩn tay nhanh chóng, và phát hiện sốt sớm. Các kỹ sư y sinh hiện đại sẽ tiếp tục phát triển và cải thiện hệ thống, áp dụng những xu hướng phòng chống dịch bệnh toàn cầu. Nhờ vậy, bảo vệ sức khỏe cộng đồng sẽ được nâng lên một tầm cao mới.

4.1. Các địa điểm triển khai hệ thống

Hệ thống hỗ trợ sức khỏe cộng đồng có thể được triển khai tại nhiều địa điểm chiến lược để phòng chống COVID-19 hiệu quả. Những nơi như trường học cần vệ sinh tay tự động để bảo vệ học sinh. Bệnh viện và phòng khám cần hộp khử khuẩn UVC để khử trùng thiết bị y tế. Siêu thị và cơ quan hành chính cần thiết bị đo thân nhiệt để phát hiện sốt sớm. Mỗi địa điểm sẽ hưởng lợi từ hệ thống này, giúp tăng cường an toàn sức khỏe.

4.2. Tiềm năng phát triển trong tương lai

Hệ thống hỗ trợ sức khỏe cộng đồng có tiềm năng phát triển rất lớn trong tương lai. Các kỹ sư y sinh tương lai có thể tích hợp AI để phân tích dữ liệu sức khỏe từ hệ thống. Kết nối IoT sẽ cho phép giám sát từ xa toàn bộ hệ thống tại nhiều địa điểm. Ứng dụng di động có thể giúp theo dõi tình hình sức khỏe cộng đồng real-time. Những cải tiến này sẽ nâng cao hiệu quả phòng chống dịch bệnh và bảo vệ sức khỏe nhân dân một cách toàn diện.

Trích đoạn nội dung tài liệu

LỜI MỞ ĐẦU Cùng với sự phát triển thần kì và nhanh chóng của công cuộc công nghiệp hóa, hiện đại hoá đất nước. Mọi thứ đều chạy đua theo công nghệ vì thế đối với lĩnh vực Y tế cũng vậy. Đặc biệt là đối với sinh viên ngành Kỹ thuật Y sinh bởi đặc thù công việc này liên quan trực tiếp tới sức khỏe của con người. Ngoài việc nắm vững những kiến thức lý thuyết chuyên môn thì bên cạnh đó sinh viên cũng phải có khả năng vận dụng kiến thức vào thực tế.

Sau 2 năm dịch bệnh Covid 19 hoành hành. Hiện nay, việc hỗ trợ người bệnh cũng như việc sử dụng sát khuẩn và đo thân nhiệt của người dân rất quan trọng. Trong khi các loại vi sinh vật khác có thể sinh trưởng và sinh sản độc lập thì virus phải xâm chiếm cơ thể vật chủ (chẳng hạn như tế bào con người) rồi từ đó nhân lên. Nếu không tìm thấy cơ thể sinh vật sống để tấn công, thông thường virus cũng mất luôn cơ chế gây bệnh.

Vì thế, việc đơn giản nhất để ngăn ngừa virus là bằng cách rửa tay bằng các dung dịch sát khuẩn như cồn 70 độ. Bên cạnh đó chúng ta còn phải khử khuẩn cách vật dụng thường xuyên sử dụng lại như khẩu trang vải, găng tay, ví tiền,… bằng các vật dụng khử khuẩn như tia UVC, đun nóng vật dụng.  Tính cấp thiết của đề tài Đại dịch Covid 19 còn được gọi là dịch viêm phổi cấp do chủng mới của virus corona hay dịch virus corona Vũ Hán, là một đại dịch truyền nhiễm gây ra bởi virus SARS-CoV-2. Dịch bắt đầu bùng phát từ tháng 12/2019 tại thành phố Vũ Hán thuộc tỉnh Hồ Bắc ở miền Trung Trung Quốc sau đó lây lan ra nhiều quốc gia và vùng lãnh thổ.

Ngày 11/02/2020, Ủy ban quốc tế về phân loại virus đã đặt tên chính thức cho chủng virus corona mới này là SARS CoV-2 [1]. Ngày 11/3/2020, Tổ chức Y tế Thế giới (WHO) chính thức tuyên bố dịch Covid 19 là đại dịch toàn cầu. Tại Việt Nam ngày 01/4/2020 Thủ tướng chính phủ công bố dịch Covid 19 bệnh truyền nhiễm nhóm A trên xvi phạm vi cả nước. Thời gian xảy ra dịch bệnh từ ngày 23/01/2020, khi có ca mắc đầu tiên tại Việt Nam.

Dịch bệnh Covid 19 xuất hiện trong gần 2 năm qua đã gây ra bao nhiêu tổn thất cho đất nước, cho xã hội. Kinh tế bị thiệt hại nặng nề, thu ngân sách giảm, nạn thất nghiệp tăng; các dịch vụ, kinh doanh khác mất thu nhập,…dịch bệnh đã ảnh hưởng tiêu cực đến sức khỏe, tính mạng của Nhân dân và an ninh, trật tự xã hội. Theo số liệu của Bộ Y tế, kể từ đầu dịch đến nay Việt Nam có trên một triệu người nhiễm, trên 22.700 người tử vong. Bến Tre đợt dịch thứ tư đến nay đã có gần 5 ngàn ca bệnh, 58 ca tử vong.

Trước tình hình đó, dưới sự lãnh đạo của Đảng, Nhà nước, Mặt Trận Tổ Quốc Việt Nam, các ngành, các cấp trong thời gian qua đã được tập trung thực hiện, bảo đảm thực hiện mục tiêu kép, vừa chống dịch, vừa chăm lo phát triển kinh tế xã hội, thực hiện nghị quyết đại hội đảng các cấp đã đề ra. Nắm được thực trạng đang nguy hiểm và cấp bách. Người dân Việt Nam đã có ý thức hơn trong việc bảo về bản thân cũng như những người xung quan bằng việc rửa tay thường xuyên và khử khuẩn môi trường cũng như các vật dụng dễ lây nhiễm Covid 19. Lấy ý tưởng xuất phát từ những vấn đề trên, nhóm chúng em tiến hành thực hiện đề tài “Thiết kế và thi công hệ thống hỗ trợ sức khỏe cộng đồng trong dịch Covid 19” Hệ thống gồm hộp khử khuẩn vật dụng bằng tia UVC tích hợp khử khuẩn tay tự động bằng cồn và đo nhiệt độ độ ẩm môi trường, thân nhiệt không tiếp xúc để phục vụ nhu cầu cấp thiết hiện nay cho người dân.

 Phạm vi cụ thể ứng dụng mô hình Đặt trước các phòng khám, phòng bệnh của bệnh viện. Đặt trước cửa nhà, trước cửa lớp của các trường học, trước cửa công ty,… xvii  Tình hình nghiên cứu Hiện nay có một số đề tài liên quan đến việc nghiên cứu về hộp khử khuẩn bằng tia UVC, hộp sát khuẩn tự động sử dụng cồn và đo thân nhiệt không tiếp xúc như:  Buồng khử khuẩn toàn thân di động của nhóm nghiên cứu Viện Cơ khí, ĐHBK Hà Nội.  Máy rửa tay sát khuẩn tự động của nhóm sinh viên Trường Đại học Tiền Giang.  Thiết kế chế tạo máy đo thân nhiệt từ xa bằng cảm biến không tiếp xúc đồ án tốt nghiệp của sinh viên Trường Đại Học Quản Lý Và Công Nghệ Hải Phòng.

 Thiết kế máy rửa tay sát khuẩn tự động sử dụng Arduino của sinh viên Trường Đại Học Quản Lý Và Công Nghệ Hải Phòng.  Phạm vi nghiên cứu Nhóm chúng em nghiên cứu đề tài “Thiết kế và thi công hệ thống hỗ trợ sức khỏe cộng đồng trong dịch Covid 19” này để mục đích giải quyết vấn đề cấp thiết hiện nay trong mùa dịch Covid 19 như: khử khuẩn, sát trùng đồ vật, sát khuẩn tay,. Ứng dụng công nghệ khoa học vào thực tế bằng những linh kiện gần gũi với cuộc sống cũng như trong học tập, dễ dàng tìm kiếm, sửa chữa, thay thế, nhưng vẫn tiện lợi để giải quyết các bài toán thực trạng mà nhìn chung trong mùa dịch Covid 19 đang cần giải pháp hiệu quả. Và trong suốt quá trình 4 năm học tại Trường Đại Học Công nghệ TP.HCM, chúng em đã được học rất nhiều kiến thức về điều khiển tự động, vi điều khiển, lập trình ngôn ngữ C, Python,…vì thế chúng em muốn ứng dụng những kiến thức này để thực hiện một đề tài có ý nghĩa.

Do đó, mà chúng em đã quyết định thực hiện đề tài “Thiết kế và thi công hệ thống hỗ trợ sức khỏe cộng đồng trong dịch Covid 19”  Nhiệm vụ nghiên cứu Việc nghiên cứu sẽ giải quyết các nhiệm vụ như: xviii  Tìm hiểu về tia UVC, hộp rửa tay không tiếp xúc, cảm biến đo thân nhiệt không tiếp xúc, cảm biến đo nhiệt độ, độ ẩm môi trường.  Tìm hiểu về các linh kiện cần có và nghiên cứu lý thuyết của chúng để chế tạo ra hộp khử khuẩn bằng tia UVC, hộp rửa tay không tiếp xúc sử dụng cồn trên 65 độ, hộp đo cảm biến nhiệt độ , độ ẩm môi trường và nhiệt độ không tiếp xúc.  Đề ra các giải pháp thiết kế mô hình, lựa chọn các linh kiện, vật liệu trong việc thiết kế mô hình.  Tìm hiểu, sử dụng và cài đặt các phần mềm lập trình cũng như phần mềm dùng để thiết kế giao diện điều khiển.

 Viết chương trình điều khiển và kiểm tra kết quả sản phẩm.  Thiết kế hệ thống, chạy thực nghiệm và thu kết quả.  Phương án nghiên cứu  Nắm rõ được vấn đề thực trạng và đưa ra giải pháp sao cho hiệu quả hợp lý, giảm chi phí hiệu quả.  Tìm hiểu về cách sử dụng Arduino, mạch biến áp, quạt tản nhiệt, cảm biến siêu âm, cảm biến DHT11,…  Tìm hiểu về cách lập trình Arduino và các phần mềm của Arduino thích hợp.

 Nghiên cứu sao cho hệ thống thích hợp và an toàn với môi trường và người sử dụng.  Các kết quả cần đạt được của đề tài Lập trình Arduino để điều khiển các chế độ của:  Hộp khử khuẩn bằng tia UVC: cài đặt lập trình các chế độ ON/OFF bóng đèn, hẹn giờ bóng đèn và hướng dẫn sử dụng hộp an toàn.  Hộp rửa tay không tiếp xúc bằng cồn >65 độ: cài đặt lập trình các chế độ ON/OFF chế độ phun cồn, hẹn giờ 1 giây và 3 giây sau khi tiếp xúc. xix  Hộp đo nhiệt độ, độ ẩm môi trường và nhiệt độ không tiếp xúc: cài đặt hiển thị nhiệt độ, độ ẩm môi trường thông qua cảm biến DHT11, và đo thân nhiệt không tiếp xúc bằng cảm biến hồng ngoại.

 Thiết kế được hệ thống tích hợp 3 hộp trên.  Về phần các thiết bị điện tử cơ bản cần có gồm: Arduino, cảm biến DHT11, Oled LCD, LCD 1602,…  Hoàn thiện tất cả chi tiết và sản phẩm.  Mức độ đánh giá sản phẩm: an toàn, nhu cầu cần dùng, tiện lợi và dễ sử dụng.  Nội dung của đề tài bao gồm CHƯƠNG 1: Giới thiệu đề tài – Nội dung của chương này trình bày về những thực trạng và vấn đề của người dân trong mùa dịch Covid 19.

Từ đó, lý luận dẫn đến việc làm rõ mục tiêu lựa chọn, nội dung nghiên cứu, giới hạn đề tài và bố cục của đề tài. CHƯƠNG 2: Tổng quan giải pháp công nghệ – Nội dung của chương này trình bày về vấn đề những linh kiện, thiết bị cần sử dụng để chế tạo hệ thống. CHƯƠNG 3: Thiết kế hệ thống – Nội dung của chương này đề cập về vấn đề sơ đồ khối và mạch nguyên lý của hệ thống được phác thảo trên phần mềm Proteus. CHƯƠNG 4: Thiết kế phần mềm và lập trình hệ thống – Nội dung của chương này trình bày về phần mềm sử dụng lập trình là Arduino IDE và lưu đồ giải thuật của hệ thống và từng khối của hệ thống.

CHƯƠNG 5: Thử nghiệm và hoàn thành mô hình sản phẩm – Nội dung của chương này đề cập đến việc thiết kế, lắp đặt và vận hành sản phẩm từ đó đánh giá được kết quả đạt được. CHƯƠNG 6: Kết luận và hướng phát triển đề tài – Nội dung của chương này trình bày về ưu điểm và nhược điểm của sản phẩm sau khi hoàn thành cũng như hướng phát triển của sản phẩm trong tương lai. xx Chương 1 GIỚI THIỆU ĐỀ TÀI 1.1 Thực trạng hiện nay Đại dịch Covid 19 còn được gọi là dịch viêm phổi cấp do chủng mới của Virus Corona hay dịch Virus Corona Vũ Hán, là một đại dịch truyền nhiễm gây ra bởi virus SARS-CoV-2. Dịch bắt đầu bùng phát từ tháng 12/2019 tại thành phố Vũ Hán thuộc tỉnh Hồ Bắc ở miền Trung Trung Quốc sau đó lây lan ra nhiều quốc gia và vùng lãnh thổ.

Ngày 11/02/2020, Ủy ban quốc tế về phân loại virus đã đặt tên chính thức cho chủng virus corona mới này là SARS CoV-2 [1]. Ngày 11/3/2020, Tổ chức Y tế Thế giới (WHO) chính thức tuyên bố dịch Covid 19 là đại dịch toàn cầu. Tại Việt Nam ngày 01/4/2020 Thủ tướng chính phủ công bố dịch COVID 19 bệnh truyền nhiễm nhóm A trên phạm vi cả nước. Thời gian xảy ra dịch bệnh từ ngày 23/01/2020, khi có ca mắc đầu tiên tại Việt Nam.1: Virus SARS CoV-2 (Corona Virus) 1 Dịch bệnh Covid 19 xuất hiện trong gần 2 năm qua đã gây ra bao nhiêu tổn thất cho đất nước, cho xã hội.