Bối cảnh và vấn đề nghiên cứu

Đại dịch COVID-19 do virus SARS-CoV-2 gây ra là một bệnh truyền nhiễm đường hô hấp cấp tính với các triệu chứng lâm sàng ban đầu phổ biến gồm sốt, ho và khó thở. Diễn tiến bệnh có thể dao động từ mức độ nhẹ tương tự cảm cúm thông thường đến các hội chứng suy hô hấp cấp nặng dẫn đến tử vong. Quá trình biến đổi của virus làm xuất hiện nhiều biến chủng phức tạp như biến thể Delta (B.1.617.2), biến thể Omicron (B.1.1.529) cùng các biến thể phụ như BA.1, BA.5, làm gia tăng nguy cơ lây nhiễm trong cộng đồng, đặc biệt tại các không gian kín và nơi tập trung đông người.

Trong bối cảnh chuyển dịch chính sách sang trạng thái thích ứng an toàn và kiểm soát hiệu quả dịch bệnh, việc kiểm soát dịch tễ tại các điểm ra vào công cộng đóng vai trò then chốt. Tuy nhiên, các phương pháp phòng chống truyền thống bộc lộ nhiều hạn chế: việc đo thân nhiệt thủ công tiếp xúc gần tiềm ẩn nguy cơ lây nhiễm chéo giữa người kiểm tra và người được kiểm tra; các chai dung dịch sát khuẩn tay dạng nhấn cơ học cũng trở thành bề mặt trung gian dễ phát tán mầm bệnh khi nhiều người cùng tiếp xúc. Để giải quyết vấn đề này, đề tài "Thiết kế máy đo thân nhiệt và khử khuẩn tự động" được thực hiện nhằm xây dựng một thiết bị tích hợp tự động hóa hoàn toàn quy trình kiểm tra thân nhiệt không tiếp xúc, phun sát khuẩn tay và sấy khô.

Mục tiêu nghiên cứu

  1. Thiết kế và thi công thiết bị đo thân nhiệt cơ thể người bằng cảm biến hồng ngoại không tiếp xúc, hiển thị thông số nhiệt độ trực quan trên màn hình LCD.
  2. Tích hợp cơ chế phát tín hiệu cảnh báo qua còi khi nhiệt độ đo được vượt ngưỡng an toàn quy định ($> 37{,}5^\circ\text{C}$).
  3. Tự động hóa quá trình nhận diện bàn tay để kích hoạt bơm phun sương dung dịch sát khuẩn và quạt sấy khô tay tự động mà không cần tiếp xúc vật lý.

Đối tượng và phạm vi nghiên cứu

  • Đối tượng nghiên cứu: Hệ thống phần cứng và chương trình điều khiển nhúng phục vụ việc đo nhiệt độ hồng ngoại từ xa, nhận diện vật cản và điều khiển cơ cấu chấp hành (bơm dung dịch, quạt sấy, màn hình hiển thị, còi báo).
  • Phạm vi không gian và ứng dụng: Lắp đặt thử nghiệm tại các khu vực cổng ra vào có mật độ lưu thông cao như cơ sở y tế, trường học, siêu thị, cửa hàng tiện lợi, cơ quan, công ty và hộ gia đình.
  • Giới hạn kỹ thuật: Đề tài dừng lại ở việc chế tạo mô hình thử nghiệm thực tế; cảm biến nhiệt độ và cảm biến hồng ngoại phát hiện vật cản vẫn chịu ảnh hưởng bởi độ nhiễu môi trường và có sai số nhất định trong quá trình đo đạc.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp

Khung lý thuyết và mô hình sử dụng

  1. Lý thuyết đo nhiệt độ bằng bức xạ hồng ngoại: Mọi vật thể có nhiệt độ trên độ không tuyệt đối ($0\text{ K}$) đều phát ra bức xạ nhiệt hồng ngoại. Cảm biến nhiệt độ hồng ngoại sử dụng hệ thống thấu kính quang học để hội tụ năng lượng bức xạ từ bề mặt cơ thể vào phần tử cảm biến, chuyển đổi sang tín hiệu điện và thực hiện bù nhiệt độ môi trường để tính toán chính xác nhiệt độ bề mặt mà không cần tiếp xúc vật lý.
  2. Giao thức truyền thông nối tiếp $\text{I}^2\text{C}$ (Inter-Integrated Circuit): Chuẩn giao tiếp 2 dây đồng bộ phát triển bởi Philips Semiconductors, gồm đường truyền dữ liệu nối tiếp (SDA) và đường truyền xung nhịp nối tiếp (SCL). Giao thức hoạt động theo kiến trúc Master - Slave với địa chỉ vật lý 7-bit, sử dụng các điều kiện khởi tạo (START), kết thúc (STOP), điều kiện lặp lại (Repeated Start), bit chỉ hướng truyền/nhận $(\text{R}/\overline{\text{W}})$ và các bit phản hồi xác nhận $(\text{ACK}/\text{NACK})$ để kiểm soát quá trình trao đổi dữ liệu giữa vi điều khiển trung tâm và các module ngoại vi.
  3. Cơ sở pháp lý và định hướng kiểm soát dịch: Căn cứ theo các hướng dẫn y tế và văn bản chỉ đạo phòng chống dịch của Chính phủ và Bộ Y tế, bao gồm Nghị quyết số 128/NQ-CP, Quyết định số 4800/QĐ-BYT và Công điện 1700/CĐ-BYT về các giải pháp thích ứng an toàn, kiểm soát hiệu quả dịch COVID-19.

Phương pháp nghiên cứu

  • Phương pháp thu thập và phân tích tài liệu: Tổng hợp tài liệu kỹ thuật về các phương pháp đo thân nhiệt (nhiệt kế thủ công, nhiệt kế điện tử tiếp xúc, nhiệt kế hồng ngoại từ xa), sơ đồ chân vi điều khiển và tập lệnh của các cảm biến chuyên dụng.
  • Phương pháp tính toán và thiết kế kỹ thuật: Phân tích dòng điện, điện áp định mức và công suất tiêu thụ của từng linh kiện để lựa chọn giải pháp phân phối nguồn điện ổn định; thiết kế sơ đồ nguyên lý mạch điện tử và sơ đồ bố trí linh kiện trên bo mạch in (PCB).
  • Phương pháp thực nghiệm và thi công: Chế tạo bo mạch bằng phương pháp ủi nhiệt và ăn mòn hóa học; gia công cơ khí mô hình; lập trình nhúng bằng ngôn ngữ C/C++ trên môi trường Arduino IDE; đo kiểm thông mạch và chạy thử nghiệm hệ thống trong điều kiện thực tế.

Thiết kế và triển khai

Hệ thống được thiết kế theo cấu trúc module hóa gồm 6 khối chức năng liên kết chặt chẽ xung quanh bộ xử lý trung tâm:

Chi tiết các khối phần cứng

  1. Khối vi xử lý trung tâm:

    • Sử dụng bo mạch vi điều khiển NodeMCU-32 tích hợp chip ESP32-S (Espressif).
    • Cấu hình phần cứng: Bộ nhớ RAM 520 KB, Flash ROM 448 KB, 16 KB SRAM trong RTC, hỗ trợ kết nối không dây Wi-Fi chuẩn $802.11\text{ b/g/n}$ và Bluetooth (BR/EDR + BLE). Vi điều khiển chịu trách nhiệm đọc dữ liệu số từ các cảm biến, thực thi thuật toán phân loại ngưỡng nhiệt, xuất tín hiệu điều khiển cơ cấu chấp hành và truyền dữ liệu hiển thị.

  2. Khối cảm biến:

    • Cảm biến nhiệt độ hồng ngoại không tiếp xúc MLX90614: Điện áp hoạt động $3{,}3 - 5\text{V}$, dòng tiêu thụ $1{,}5\text{ mA}$, dải đo nhiệt độ vật thể từ $-70^\circ\text{C}$ đến $380^\circ\text{C}$, giao tiếp với ESP32 thông qua chuẩn $\text{I}^2\text{C}$ (chân SDA nối GPIO21, chân SCL nối GPIO22), khoảng cách đo tối ưu đạt $5\text{ cm}$ (trong phạm vi khả dụng $1 - 10\text{ cm}$).
    • Cảm biến vật cản hồng ngoại (03 module): Sử dụng IC so sánh điện áp LM393 kết hợp cặp LED thu-phát hồng ngoại, góc quét hoạt động $35^\circ$, khoảng cách phát hiện vật cản điều chỉnh được từ $2 - 30\text{ cm}$ qua biến trở tích hợp. Điện áp làm việc $3{,}3 - 5\text{V}$, dòng tiêu thụ $43\text{ mA}$. Tín hiệu ngõ ra ở mức thấp ($0\text{V}$) khi phát hiện có tay đưa vào và mức cao ($5\text{V}$) khi không có vật cản.

  3. Khối điều khiển ngoại vi:

    • Mạch điều khiển động cơ L298N: Tích hợp IC cầu H đôi, dải điện áp công suất $+5\text{V}$ đến $+12\text{V}$, dòng tải tối đa $2\text{A}$ mỗi kênh, công suất tiêu tán tối đa $20\text{W}$ (tại $75^\circ\text{C}$). Mạch đóng vai trò làm tầng đệm công suất để đóng/ngắt máy bơm và quạt sấy từ tín hiệu logic xuất ra bởi ESP32.
    • Máy bơm màng mini DC 365: Điện áp làm việc $12\text{VDC}$, dòng điện không tải $0{,}23\text{A}$, lưu lượng bơm $2 - 3\text{ lít/phút}$, áp lực $1 - 2{,}5\text{ kg}$, chiều cao hút tối đa $2\text{ m}$, lực đẩy cao $1 - 2{,}5\text{ m}$, đường kính đầu nối ống dẫn $8\text{ mm}$.
    • Quạt sấy khô tản nhiệt: Điện áp hoạt động $12\text{VDC}$, dòng tiêu thụ $0{,}25\text{A}$, kích thước $80 \times 80 \times 25\text{ mm}$.

  4. Khối hiển thị và cảnh báo:

    • Màn hình LCD 2004: Hiển thị 4 dòng, mỗi dòng 20 ký tự, kích thước hiển thị $96 \times 60\text{ mm}$, chữ đen trên nền xanh dương.
    • Module chuyển đổi giao tiếp LCD sang $\text{I}^2\text{C}$: Giảm thiểu số lượng chân kết nối từ 6 chân dữ liệu chuẩn HD44780 xuống còn 2 chân (SDA và SCL), tích hợp biến trở vi chỉnh độ tương phản màn hình và jump cài đặt đèn nền.
    • Khối cảnh báo (Còi Buzzer): Điện áp hoạt động $5\text{VDC}$, dải tần số phát âm $2 - 5\text{ kHz}$, kích thước đường kính $12\text{ mm} \times 8{,}5\text{ mm}$, trọng lượng $1\text{ g}$.

  5. Khối nguồn và tính toán công suất:

    • Hệ thống vận hành trên hai cấp điện áp: $12\text{V}$ (cấp cho mạch cầu H L298N, máy bơm, quạt) và $5\text{V}$ (cấp cho ESP32, các cảm biến, màn hình LCD và còi báo).
    • Bộ hạ áp DC-DC Buck LM2596: Nhận điện áp ngõ vào $12\text{V}$, hạ áp xuống $5\text{V}$ cung cấp cho hệ thống điều khiển với hiệu suất chuyển đổi đạt $92%$, dòng tải định mức tối đa $3\text{A}$, công suất $15\text{W}$.
    • Nguồn cấp chính: Adapter chuyển đổi nguồn xung AC-DC ngõ vào $100 - 240\text{VAC}$ ($50/60\text{ Hz}$), ngõ ra ổn định $12\text{VDC} - 3\text{A}$.
STT Tên linh kiện / Module Số lượng Điện áp hoạt động (V) Dòng điện tiêu thụ (A)
1 Module vi điều khiển NodeMCU-32 1 5 0,4400
2 Cảm biến nhiệt độ hồng ngoại MLX90614 1 5 0,0015
3 Cảm biến vật cản hồng ngoại (LM393) 3 5 0,1290 ($3 \times 0{,}043$)
4 Màn hình hiển thị LCD 2004 kèm module $\text{I}^2\text{C}$ 1 5 0,5000
5 Quạt sấy tản nhiệt 12VDC 1 12 0,2500
6 Động cơ bơm mini DC 365 1 12 0,2300

Tổng dòng điện tiêu thụ quy đổi: $$I_{\text{Tổng}} = 0{,}44 + 0{,}0015 + 0{,}129 + 0{,}5 + 0{,}25 + 0{,}23 \approx 1{,}3295\text{ A}$$

Tổng công suất biểu kiến tiêu thụ của hệ thống: $$P_{\text{Tổng}} = U \times I_{\text{Tổng}} = 12\text{ V} \times 1{,}3295\text{ A} \approx 15{,}954\text{ W}$$

Nguồn Adapter $12\text{V} - 3\text{A}$ cung cấp công suất định mức $P_{\text{Nguồn}} = 12 \times 3 = 36\text{ W} > 15{,}954\text{ W}$, đảm bảo hệ số an toàn và độ tin cậy khi các tải ngoại vi đồng loạt kích hoạt.

Quy trình thi công và thuật toán điều khiển

  • Quy trình gia công phần cứng:
    1. Vẽ mạch in theo sơ đồ nguyên lý và in ra giấy chuyên dụng;
    2. Dùng nhiệt ủi bản in lên phíp đồng;
    3. Xử lý ăn mòn lớp đồng thừa bằng dung dịch muối ăn mòn chuyên dụng;
    4. Kiểm tra thông mạch toàn bộ các đường dẫn bằng đồng hồ vạn năng (VOM);
    5. Khoan lỗ chân linh kiện, hàn cố định linh kiện điện tử lên bo mạch;
    6. Gia công lắp ráp khung vỏ mô hình, bố trí khay chứa dung dịch sát khuẩn, gắn cảm biến hồng ngoại tại các vị trí tiếp nhận tay và lắp ráp cố định đường ống phun sương, quạt gió.
  • Lưu đồ giải thuật hệ thống: Khi hệ thống được cấp nguồn, chương trình khởi tạo các chân vào/ra (I/O) và cấu hình giao tiếp $\text{I}^2\text{C}$. Hệ thống liên tục quét tín hiệu từ cảm biến MLX90614 và các cảm biến vật cản hồng ngoại. Khi phát hiện người dùng đưa trán/tay vào vị trí đo nhiệt độ ($5\text{ cm}$), giá trị nhiệt độ cơ thể và nhiệt độ môi trường được đọc và xuất ra màn hình LCD 2004. Nếu nhiệt độ đo được vượt quá $37{,}5^\circ\text{C}$, còi Buzzer được kích hoạt để phát âm thanh cảnh báo. Song song đó, khi cảm biến vật cản tại buồng khử khuẩn nhận diện có bàn tay đưa vào, ESP32 điều khiển mạch cầu H L298N kích hoạt máy bơm phun dung dịch trong khoảng thời gian định trước, sau đó tự động ngắt bơm và bật quạt tản nhiệt để thực hiện chu trình sấy khô tay.

Nội dung chính theo từng chương

Chương 1: Tổng quan

Trình bày tính cấp thiết của đề tài trong giai đoạn dịch COVID-19 bùng phát phức tạp với sự xuất hiện của các biến thể virus mới. Tác giả phân tích cơ chế lây lan dịch bệnh tại các địa điểm công cộng thông qua tiếp xúc bề mặt và tiếp xúc gần. Chương này xác định rõ 3 nhiệm vụ kỹ thuật cốt lõi (đo thân nhiệt không tiếp xúc, phun khử khuẩn tự động, sấy khô tự động), nêu bật mục tiêu cảnh báo thân nhiệt vượt ngưỡng $> 37{,}5^\circ\text{C}$, đồng thời xác định phạm vi giới hạn của đề tài ở mức độ mô hình thử nghiệm.

Chương 2: Cơ sở lý thuyết

Cung cấp tổng quan về các phương pháp đo thân nhiệt phổ biến (nhiệt kế thủy ngân/thủ công, nhiệt kế điện tử tiếp xúc, thiết bị đo hồng ngoại từ xa). Phân tích vai trò của việc giám sát thân nhiệt và khử khuẩn trong chiến lược "sống chung với dịch" gắn liền với các văn bản hướng dẫn y tế (Nghị quyết 128/NQ-CP, Quyết định 4800/QĐ-BYT). Trình bày chi tiết lý thuyết giao thức truyền thông $\text{I}^2\text{C}$: cấu trúc bus 2 dây (SDA, SCL), phân định vai trò Master - Slave, cấu trúc khung truyền dữ liệu gửi/nhận, các trạng thái START/STOP/Repeated Start, cũng như vai trò của các bit kiểm tra địa chỉ và xác nhận ACK/NACK.

Chương 3: Thiết kế

Xác định yêu cầu kỹ thuật và phân chia hệ thống thành 6 khối chức năng (cảm biến, vi xử lý, điều khiển ngoại vi, hiển thị, cảnh báo, nguồn). Trình bày chi tiết sơ đồ nguyên lý từng khối, thông số kỹ thuật các linh kiện được lựa chọn: vi điều khiển NodeMCU ESP32-S, cảm biến nhiệt hồng ngoại MLX90614, cảm biến vật cản hồng ngoại dùng IC LM393, mạch công suất cầu H L298N, bơm màng DC 365, quạt $12\text{V}$, màn hình LCD 2004 cùng module $\text{I}^2\text{C}$, còi báo $5\text{V}$ và mạch giảm áp Buck LM2596. Trình bày bảng tính toán chi tiết dòng điện, tổng công suất tiêu thụ của hệ thống ($15{,}954\text{ W}$) làm căn cứ lựa chọn bộ nguồn Adapter $12\text{V} - 3\text{A}$, đồng thời thiết lập lưu đồ giải thuật điều khiển toàn diện và sơ đồ nguyên lý toàn mạch.

Chương 4: Thi công

Mô tả chi tiết 7 bước thi công bo mạch in PCB thủ công (in layout, ủi nhiệt lên phíp đồng, ăn mòn hóa chất, đo kiểm tra thông mạch, khoan mạch, hàn linh kiện, kết nối dây dẫn) và 5 bước gia công lắp đặt hoàn thiện vỏ mô hình thiết bị. Giới thiệu môi trường phát triển phần mềm Arduino IDE, quy trình thêm thư viện điều khiển cho cảm biến và màn hình, lựa chọn bo mạch ESP32, biên dịch và nạp mã nguồn điều khiển qua cổng giao tiếp USB-UART. Đồng thời, chương này cung cấp bảng thống kê chi tiết các khoản chi phí linh kiện phần cứng phục vụ quá trình chế tạo hệ thống.

Chương 5: Kết luận và hướng phát triển

Đánh giá mức độ hoàn thành so với mục tiêu ban đầu đặt ra: hệ thống đã thực hiện ổn định các chức năng đo thân nhiệt từ xa hiển thị lên LCD, cảnh báo âm thanh khi thân nhiệt vượt ngưỡng $> 37{,}5^\circ\text{C}$, điều khiển tự động bơm khử khuẩn và quạt sấy khô khi phát hiện có bàn tay đưa vào. Nêu rõ các hạn chế còn tồn tại về độ chính xác và độ nhiễu cảm biến, từ đó đề xuất các định hướng nâng cấp kỹ thuật cho các giai đoạn nghiên cứu tiếp theo.

Kết quả và đóng góp

Kết quả kỹ thuật đạt được

  • Chế tạo thành công mô hình phần cứng máy đo thân nhiệt và khử khuẩn tự động hoạt động khép kín theo chu trình: nhận diện đối tượng $\rightarrow$ đo thân nhiệt từ xa ở khoảng cách $5\text{ cm}$ $\rightarrow$ hiển thị nhiệt độ đo được và nhiệt độ môi trường lên màn hình LCD 2004 $\rightarrow$ kích hoạt còi cảnh báo nếu nhiệt độ $> 37{,}5^\circ\text{C}$ $\rightarrow$ tự động kích hoạt bơm phun dung dịch sát khuẩn $\rightarrow$ tự động kích hoạt quạt sấy khô tay.
  • Mạch nguồn được tính toán và thiết kế ổn định, module hạ áp LM2596 cấp nguồn $5\text{V}$ ổn định cho khối điều khiển và cảm biến, nguồn chính $12\text{V}$ đảm bảo cung cấp đủ công suất cho các tải động cơ ngoại vi.
  • Xây dựng bảng hạch toán chi phí linh kiện chế tạo mô hình thực tế:
STT Danh mục linh kiện Số lượng Đơn giá (VNĐ) Thành tiền (VNĐ)
1 Module NodeMCU ESP32-S 1 200.000 200.000
2 Cảm biến nhiệt độ hồng ngoại MLX90614 1 350.000 350.000
3 Cảm biến vật cản hồng ngoại (LM393) 3 10.000 30.000
4 Màn hình hiển thị LCD 2004 kèm module $\text{I}^2\text{C}$ 1 110.000 110.000
5 Quạt sấy tản nhiệt 12VDC 1 25.000 25.000

Đóng góp của đề tài

  • Đề xuất một giải pháp kỹ thuật tích hợp 3 trong 1 (đo nhiệt độ, khử khuẩn, sấy khô) trên cùng một thiết bị nhỏ gọn, tự động hóa hoàn toàn quy trình vệ sinh phòng dịch tại các cửa ngõ lưu thông công cộng.
  • Triển khai thành công giải pháp tiết kiệm chân điều khiển vi xử lý bằng cách ứng dụng giao tiếp $\text{I}^2\text{C}$ cho cả khối cảm biến nhiệt độ MLX90614 và khối hiển thị LCD 2004.
  • Cung cấp tài liệu thiết kế chi tiết từ sơ đồ nguyên lý, tính toán công suất, lưu đồ giải thuật đến quy trình chế tạo bo mạch PCB thủ công với chi phí thấp, dễ tiếp cận phục vụ mục đích nghiên cứu và chế tạo thiết bị ứng dụng thực tế.

Hạn chế và hướng nghiên cứu tiếp

Hạn chế được ghi nhận

  • Đề tài mới dừng lại ở việc hoàn thiện và thử nghiệm trên mô hình nghiên cứu, chưa được đóng gói hoàn chỉnh theo tiêu chuẩn công nghiệp.
  • Sai số của cảm biến đo nhiệt độ hồng ngoại MLX90614 trong môi trường thực tế vẫn còn phụ thuộc vào khoảng cách đo và dao động nhiệt độ môi trường xung quanh.
  • Hệ thống cảm biến vật cản hồng ngoại phát hiện đối tượng còn chịu ảnh hưởng bởi độ nhiễu quang học từ ánh sáng môi trường xung quanh buồng khử khuẩn.

Hướng phát triển tiếp theo

  • Nâng cao thuật toán bù nhiệt và lọc nhiễu tín hiệu để cải thiện độ chính xác cho cảm biến nhiệt độ không tiếp xúc.
  • Cải tiến buồng khử khuẩn và bổ sung mạch lọc chống nhiễu quang học cho các mắt thu-phát hồng ngoại.
  • Hoàn thiện thiết kế kiểu dáng công nghiệp, nâng cấp kết cấu vỏ cơ khí bằng vật liệu kháng nước và bền bỉ hơn.
  • Khai thác tính năng kết nối Wi-Fi và Bluetooth sẵn có trên chip vi điều khiển ESP32 để phát triển tính năng IoT: gửi dữ liệu thân nhiệt thời gian thực lên máy chủ quản lý dữ liệu đám mây hoặc ứng dụng di động phục vụ công tác giám sát dịch tễ từ xa.

Giá trị tham khảo

Tài liệu đồ án này mang lại giá trị tham khảo thực tế cho các nhóm đối tượng sau:

  1. Sinh viên chuyên ngành Kỹ thuật Điện tử - Truyền thông, Kỹ thuật Điều khiển và Tự động hóa, Cơ điện tử: Cung cấp tài liệu thực hành hoàn chỉnh về quy trình thiết kế mạch nhúng với ESP32, kỹ thuật giao tiếp giao thức $\text{I}^2\text{C}$, điều khiển công suất tải DC qua mạch cầu H L298N và kỹ năng gia công mạch in PCB thủ công.
  2. Kỹ sư và người nghiên cứu phát triển thiết bị y tế/IoT: Tham khảo cách thức tính toán cân bằng công suất nguồn cho hệ thống nhúng đa điện áp ($12\text{V}$ và $5\text{V}$), nguyên lý tích hợp cảm biến nhiệt độ bức xạ hồng ngoại MLX90614 và phương pháp xây dựng thuật toán điều khiển cơ cấu chấp hành tự động.

Câu hỏi thường gặp

1. Hệ thống thiết lập ngưỡng nhiệt độ bao nhiêu để phát tín hiệu cảnh báo và cơ chế cảnh báo được thực hiện như thế nào?
Ngưỡng nhiệt độ cảnh báo được cài đặt trong thuật toán điều khiển là khi thân nhiệt người đo vượt quá $37{,}5^\circ\text{C}$. Khi giá trị đọc từ cảm biến MLX90614 vượt ngưỡng này, vi điều khiển ESP32 sẽ kích hoạt tín hiệu điều khiển khối cảnh báo phát âm thanh qua còi Buzzer $5\text{V}$ tần số $2 - 5\text{ kHz}$.

2. Khối xử lý trung tâm sử dụng vi điều khiển nào và có các thông số kỹ thuật chính là gì?
Hệ thống sử dụng module NodeMCU-32 tích hợp vi điều khiển ESP32-S (Espressif). Module có điện áp làm việc $5\text{V}$ (nguồn cấp sau hạ áp), sở hữu bộ nhớ RAM 520 KB, ROM 448 KB, 16 KB SRAM trong RTC, tích hợp bộ thu-phát Wi-Fi chuẩn $802.11\text{ b/g/n}$ và Bluetooth BLE.

3. Làm thế nào để tính toán và lựa chọn bộ nguồn cấp cho toàn bộ hệ thống?
Dựa trên tổng dòng điện tiêu thụ của tất cả các linh kiện gồm NodeMCU-32 ($0{,}44\text{A}$), cảm biến MLX90614 ($0{,}0015\text{A}$), 3 cảm biến vật cản ($0{,}129\text{A}$), LCD 2004 ($0{,}5\text{A}$), quạt $12\text{V}$ ($0{,}25\text{A}$) và máy bơm ($0{,}23\text{A}$), tổng dòng tiêu thụ xác định là $1{,}3295\text{A}$. Tổng công suất tiêu thụ tối đa của mạch là $P = 12\text{V} \times 1{,}3295\text{A} \approx 15{,}954\text{W}$. Từ đó, tác giả lựa chọn bộ nguồn Adapter $12\text{V} - 3\text{A}$ (công suất danh định $36\text{W}$) kết hợp mạch hạ áp DC-DC LM2596 để cấp nguồn $5\text{V}$ ổn định.

4. Cảm biến đo thân nhiệt MLX90614 giao tiếp với ESP32 qua những chân nào và yêu cầu khoảng cách đo là bao nhiêu?
Cảm biến MLX90614 giao tiếp với ESP32 thông qua giao thức $\text{I}^2\text{C}$, trong đó chân dữ liệu SDA kết nối với chân GPIO21 và chân xung nhịp SCL kết nối với chân GPIO22 của ESP32. Khoảng cách đo tối ưu được thiết kế theo yêu cầu đề tài là $5\text{ cm}$ (nằm trong dải hoạt động danh định $1 - 10\text{ cm}$).

5. Cơ cấu nào được sử dụng để điều khiển hoạt động của máy bơm và quạt sấy?
Vi điều khiển ESP32 điều khiển đóng/ngắt máy bơm màng mini DC 365 ($12\text{V}$) và quạt sấy tản nhiệt ($12\text{V}$) thông qua module công suất mạch cầu H L298N (cho phép chịu dòng tải lên đến $2\text{A}$ trên mỗi kênh).

Kết luận

Đồ án tốt nghiệp "Thiết kế máy đo thân nhiệt và khử khuẩn tự động" của sinh viên Nguyễn Phi Hào, dưới sự hướng dẫn của ThS. Nguyễn Văn Hiệp tại Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật TP. Hồ Chí Minh, đã giải quyết thành công bài toán tự động hóa quy trình vệ sinh dịch tễ không tiếp xúc. Hệ thống tích hợp hoàn chỉnh các chức năng đo thân nhiệt từ xa bằng cảm biến hồng ngoại MLX90614, cảnh báo sốt trên màn hình LCD và còi báo, cùng cơ chế phun dung dịch khử khuẩn và sấy khô tay tự động điều khiển bởi vi xử lý ESP32. Kết quả nghiên cứu không chỉ đáp ứng đầy đủ các yêu cầu kỹ thuật đề ra trên mô hình thực nghiệm mà còn cung cấp cơ sở phần cứng và thuật toán tin cậy cho việc phát triển các thiết bị IoT y tế thông minh trong tương lai.