Bối cảnh và vấn đề nghiên cứu

Đại dịch COVID-19 do chủng virus SARS-CoV-2 gây ra bắt đầu từ cuối tháng 12 năm 2019 tại thành phố Vũ Hán (Trung Quốc) đã nhanh chóng lan rộng trên phạm vi toàn cầu. Theo các phân tích di truyền được ghi nhận trong nghiên cứu, virus SARS-CoV-2 có trình tự gen tương đồng 79,5% với SARS-CoV. Virus chủ yếu lây truyền qua các giọt bắn trong không khí khi người nhiễm bệnh ho hoặc hắt hơi trong khoảng cách từ 0,91 m đến 1,8 m (3 đến 6 feet), đồng thời có khả năng xâm nhập qua niêm mạc mắt cao gấp 100 lần so với chủng SARS trước đây. Tính đến ngày 27 tháng 9 năm 2020, số ca tử vong do dịch bệnh này trên thế giới đã vượt mốc 1 triệu người.

Để hạn chế sự lây lan, Tổ chức Y tế Thế giới (WHO) và Trung tâm Kiểm soát và Phòng ngừa Dịch bệnh (CDC) Hoa Kỳ đã đưa ra các khuyến cáo y tế nghiêm ngặt, trong đó việc rửa tay thường xuyên bằng nước và xà phòng tối thiểu 20 giây hoặc sử dụng dung dịch sát khuẩn có nồng độ cồn tối thiểu 60% là biện pháp căn bản. Tuy nhiên, việc sử dụng các chai dung dịch sát khuẩn thủ công truyền thống tại nơi công cộng tiềm ẩn nguy cơ lây nhiễm chéo do nhiều người cùng chạm vào vòi bấm, hoặc đòi hỏi phải bố trí nhân lực trực tiếp đứng hỗ trợ xịt khuẩn cho từng cá nhân, gây tốn kém thời gian và nhân lực.

Từ thực tế đó, đề tài "Thiết kế chế tạo máy rửa tay sát khuẩn tự động có cảnh báo âm thanh" được thực hiện nhằm giải quyết bài toán tự động hóa thao tác sát khuẩn không chạm kết hợp phát thông điệp âm thanh hướng dẫn.

Các mục tiêu và nhiệm vụ nghiên cứu cụ thể của đề tài gồm:

  1. Nghiên cứu tổng quan về tình hình dịch bệnh và các giải pháp thiết bị sát khuẩn tự động trên thị trường.
  2. Tìm hiểu nguyên lý hoạt động, cấu trúc phần cứng của các linh kiện điện tử: vi điều khiển Arduino Uno R3, cảm biến vật cản hồng ngoại, module rơ-le cách ly, module giải mã âm thanh DFPlayer Mini MP3 và bộ nguồn chuyển đổi.
  3. Thiết kế sơ đồ nguyên lý mạch điện, kết nối các khối phần cứng và xây dựng thuật toán điều khiển trên môi trường Arduino IDE.
  4. Chế tạo mô hình thực nghiệm hoàn chỉnh có khả năng tự động nhận diện tay người, định lượng dung dịch phun và phát âm thanh thông báo "XIN CẢM ƠN".
  • Đối tượng nghiên cứu: Hệ thống điều khiển tự động ứng dụng vi điều khiển Arduino Uno R3 kết hợp cảm biến hồng ngoại nhận diện vật cản và module âm thanh DFPlayer MP3-TF-16P.
  • Phạm vi nghiên cứu: Đề tài tập trung vào việc thiết kế mạch điện tử ứng dụng trong phạm vi phòng học, công sở và gia đình; được thực hiện tại Bộ môn Kỹ thuật điện, Khoa Điện - Điện tử, Trường Đại học Nha Trang trong năm 2023 (nghiệm thu tháng 12/2023).

Cơ sở lý thuyết và phương pháp

Đề tài kết hợp cơ sở lý thuyết về kỹ thuật điện tử, vi điều khiển và xử lý tín hiệu cảm biến:

  • Nguyên lý bức xạ hồng ngoại: Mọi vật thể có nhiệt độ trên 5 Kelvin (hoặc nhiệt độ sinh học trên 35°C) đều phát ra bức xạ hồng ngoại. Cảm biến vật cản hồng ngoại chủ động hoạt động dựa trên cặp diode phát (IR LED) và diode thu (photodiode/phototransistor). Ánh sáng hồng ngoại phát ra ở tần số xác định khi gặp bề mặt vật cản sẽ phản xạ lại mắt thu, làm thay đổi nội trở từ mức hàng trăm kΩ xuống mức vài chục Ω, qua mạch so sánh op-amp để tạo tín hiệu logic số.
  • Nguyên lý đóng cắt rơ-le và cách ly quang: Sử dụng cuộn hút điện từ để chuyển đổi tiếp điểm giữa cực chung (COM), cực thường đóng (NC) và cực thường mở (NO). Tích hợp opto-coupler nhằm cách ly quang học hoàn toàn giữa khối logic điều khiển điện áp thấp (5V DC) và mạch động lực tải (động cơ bơm), ngăn ngừa xung nhiễu và hiện tượng sụt áp.
  • Nền tảng vi điều khiển AVR: Sử dụng vi điều khiển 8-bit ATmega328P kiến trúc Harvard với bộ nhớ flash, bộ nhớ SRAM, dao động thạch anh 16 MHz, hỗ trợ truyền thông nối tiếp UART và giao tiếp nạp mã qua bootloader tích hợp.
  • Xử lý âm thanh số: Kỹ thuật giải mã tệp tin nén âm thanh định dạng MP3, WAV, WMA trên module DFPlayer Mini qua giao diện thẻ nhớ hỗ trợ định dạng tệp FAT16/FAT32, kết hợp chuyển đổi DAC 24-bit và mạch khuếch đại tích hợp.

Phương pháp nghiên cứu:

  • Phương pháp nghiên cứu tài liệu kỹ thuật: Tra cứu sơ đồ chân, datasheet và thông số giới hạn của các module điện tử (Arduino Uno, DFPlayer MP3-TF-16P, Relay Opto 5V, Cảm biến V1, Adapter 9V-1A).
  • Phương pháp thiết kế và tích hợp hệ thống: Phân chia hệ thống thành các khối chức năng độc lập (khối nguồn, khối cảm biến, khối xử lý trung tâm, khối phát âm thanh và khối chấp hành), sau đó ghép nối đồng bộ qua sơ đồ nguyên lý.
  • Phương pháp lập trình và thực nghiệm: Xây dựng chương trình điều khiển bằng ngôn ngữ C/C++ trên Arduino IDE, biên dịch và nạp mã qua giao thức UART, tiến hành thử nghiệm thực tế trên mô hình để hiệu chỉnh độ nhạy cảm biến và thời gian trễ của bơm.

Thiết kế và triển khai

Hệ thống được thiết kế theo cấu trúc mô-đun hóa, tích hợp các thành phần phần cứng và thuật toán điều khiển thống nhất.

1. Kiến trúc phần cứng

Cấu trúc phần cứng của máy rửa tay sát khuẩn tự động gồm 7 thành phần chính:

  1. Khối nguồn chuyển đổi (Adapter): Chuyển đổi điện áp xoay chiều AC 100–240V từ điện lưới thành điện áp một chiều DC 9V – 1A để cung cấp cho bo mạch Arduino.
  2. Khối vi xử lý trung tâm (Arduino Uno R3): Nhận tín hiệu kích hoạt từ cảm biến, thực thi thuật toán điều khiển việc đóng/ngắt rơ-le và truyền lệnh nối tiếp tới khối âm thanh.
  3. Khối cảm biến đầu vào (Cảm biến vật cản hồng ngoại V1): Phát hiện bàn tay người đưa vào vùng xịt khuẩn trong cự ly cho phép.
  4. Khối chấp hành đóng cắt (Module Relay 1 kênh 5V có cách ly quang): Nhận tín hiệu điều khiển logic từ Arduino để đóng điện cho máy bơm hoạt động.
  5. Khối cơ cấu bơm: Động cơ bơm mini thực hiện việc hút và đẩy dung dịch sát khuẩn từ bình chứa ra đầu vòi phun theo định lượng cố định.
  6. Khối phát âm thanh (Module DFPlayer MP3-TF-16P và Loa 3W): Tiếp nhận dữ liệu âm thanh số lưu trữ trên thẻ nhớ TF để phát lời nhắc và cảm ơn qua loa sau mỗi chu kỳ sát khuẩn.
  7. Khối đóng cắt nguồn: Công tắc bật/tắt toàn bộ thiết bị.
Thành phần linh kiện Thông số kỹ thuật chính Vai trò trong hệ thống
Arduino Uno R3 Vi điều khiển ATmega328P (8-bit), thạch anh 16 MHz, 14 chân Digital I/O, 6 chân Analog, nguồn vào Jack DC / USB Bộ xử lý trung tâm, tiếp nhận tín hiệu và điều khiển logic
Cảm biến hồng ngoại V1 Điện áp 3–5V DC, dòng 23–43 mA, khoảng cách 2–30 cm, góc quét 35°, có chiết áp chỉnh độ nhạy Cảm biến phát hiện vật cản (bàn tay người) không tiếp xúc
Module Relay Opto 5V Điện áp 5V DC, dòng kích ~80 mA, chịu tải tối đa 250V AC/10A hoặc 30V DC/10A, kích mức Thấp (Low) Công tắc điện tử cách ly đóng/ngắt nguồn động cơ bơm
Module DFPlayer Mini Điện áp 3.2–5V DC, DAC 24-bit, hỗ trợ FAT16/FAT32, thẻ TF max 32GB, công suất loa ra 3W, 30 mức âm lượng Đọc thẻ nhớ, giải mã âm thanh và truyền tín hiệu ra loa
Adapter nguồn 9V-1A Đầu vào 100–240V AC 50/60Hz, đầu ra 9V DC 1A, công suất 45W, tích hợp bảo vệ ngắn mạch/quá dòng Cấp nguồn chính ổn định cho hệ thống vi điều khiển
Động cơ bơm mini Động cơ điện một chiều chuyên dụng cho chất lỏng Bơm đẩy dung dịch sát khuẩn ra vòi phun
Loa phát Công suất 3W, kết nối trực tiếp với ngõ ra SPK của module MP3 Phát thông điệp âm thanh cho người sử dụng

2. Triển khai phần mềm và thuật toán điều khiển

Phần mềm điều khiển được lập trình trên phần mềm Arduino IDE thông qua giao tiếp cáp USB (sử dụng cổng nối tiếp ảo COM3, trình nạp AVR ISP). Thuật toán sử dụng thư viện SoftwareSerial.h để tạo giao tiếp UART ảo và thư viện điều khiển DFRobotDFPlayerMini.h.

  • Quy hoạch chân I/O trên Arduino Uno:

    • Chân kỹ thuật số số 8 (Sensor): Cấu hình ngõ vào (INPUT), nối với chân tín hiệu OUT của cảm biến vật cản hồng ngoại.
    • Chân kỹ thuật số số 9 (Relay): Cấu hình ngõ ra (OUTPUT), nối với chân kích IN của Module Relay.
    • Chân kỹ thuật số số 10 và 11: Cấu hình làm chân RX/TX giao tiếp nối tiếp ảo (SoftwareSerial mySerial(10, 11)) nối với chân truyền nhận dữ liệu của module DFPlayer Mini.
  • Luồng vận hành logic:

    1. Khi cấp nguồn, hệ thống khởi tạo cổng nối tiếp ở tốc độ baud 9600, cấu hình trạng thái các chân I/O và kiểm tra tính sẵn sàng của module DFPlayer Mini.
    2. Khi có người đưa tay vào vùng làm việc của cảm biến (khoảng cách 2–30 cm), cảm biến hồng ngoại xuất tín hiệu mức thấp (0V) về chân 8.
    3. Vi điều khiển Arduino phát hiện sự kiện mức thấp, lập tức xuất tín hiệu điều khiển kích hoạt chân 9 xuống mức logic LOW để đóng tiếp điểm thường mở (NO) trên Relay, đóng mạch cấp nguồn cho động cơ bơm phun dung dịch.
    4. Sau khi kết thúc chu kỳ xịt định lượng, Arduino ngắt Relay để dừng động cơ bơm, đồng thời gửi lệnh qua giao thức nối tiếp ra lệnh cho module DFPlayer Mini phát tệp tin âm thanh lưu trong thư mục 01 (bài số 001) qua hàm myMP3.playFolder(01, 001) để phát thông báo "XIN CẢM ƠN" qua loa.
    5. Hệ thống hoàn thành chu kỳ và quay lại trạng thái chờ lượt sát khuẩn tiếp theo.

Nội dung chính theo từng chương

Chương 1: Nghiên cứu tổng quan về các dạng máy sát khuẩn

Chương này tập trung trình bày nguồn gốc bùng phát và cơ chế lây truyền của đại dịch COVID-19 do virus SARS-CoV-2 gây ra. Tác giả tổng hợp các mốc thời gian dịch tễ, bao gồm các ca nhiễm đầu tiên tại Vũ Hán (cuối tháng 12/2019), trường hợp tử vong đầu tiên (ngày 09/01/2020), quyết định phong tỏa Vũ Hán (23/01/2020) và tuyên bố đại dịch toàn cầu của WHO (11/03/2020). Nội dung cũng trích dẫn các tác động xã hội lớn như việc đóng cửa trường học tại hơn 160 quốc gia ảnh hưởng đến 87% học sinh, sinh viên toàn cầu (tính đến ngày 28/03/2020).

Chương 1 phân tích các biện pháp phòng dịch cơ bản: rửa tay theo hướng dẫn của CDC/WHO (20 giây với xà phòng, cồn nồng độ trên 60%), quy tắc đeo khẩu trang y tế đúng cách và thực hiện cách ly y tế. Từ bối cảnh đó, chương làm rõ vai trò của các thiết bị tự động không tiếp xúc nhằm giảm thiểu nhân lực trực trạm kiểm soát, kiểm soát lượng dung dịch tiêu hao và loại bỏ nguy cơ lây nhiễm chéo qua bề mặt chai xịt.

Chương 2: Tìm hiểu cấu trúc vi điều khiển

Chương 2 cung cấp tài liệu chi tiết về đặc tính kỹ thuật và nguyên lý làm việc của các module phần cứng được sử dụng:

  • Bo mạch Arduino Uno R3: Khảo sát kiến trúc chip ATmega328P, mạch nguồn ưu tiên sử dụng Op-Amp trong IC LMV358 phối hợp MOSFET FDN340P để chọn nguồn Jack DC thay vì cổng USB khi cắm đồng thời; các IC ổn áp tuyến tính NCP1117 (tạo nguồn 5V) và LP2985 (tạo nguồn 3.3V); mạch bảo vệ quá tải bằng cầu chì tự phục hồi F1 (500 mA) và Diode D1 chống ngược dòng; mạch dao động thạch anh 16 MHz; mạch reset tự động qua mạng RC và nút bấm reset thủ công; mạch giao tiếp máy tính nạp code chuyển đổi USB sang UART bằng chip ATmega16U2 hoặc CH340.
  • Rơ-le điện từ và Module Relay Opto: Trình bày cấu tạo gồm cuộn dây quấn quanh lõi sắt từ, ách từ (Yoke), phần cứng (Armature) và các tiếp điểm COM, NO, NC. Giới thiệu module relay 1 kênh 5VDC chịu tải tối đa 250V AC/10A hoặc 30V DC/10A, tích hợp opto cách ly quang học và đèn LED chỉ báo trạng thái đóng ngắt.
  • Module DFPlayer MP3-TF-16P: Khảo sát mô-đun giải mã âm thanh hỗ trợ MP3/WAV/WMA, hệ thống tệp FAT16/FAT32, thẻ nhớ TF tối đa 32GB, công suất ngõ ra loa 3W, bộ DAC 24-bit với các tần số lấy mẫu 8/11.1/48 kHz, 30 mức điều chỉnh âm lượng và 6 mức cân bằng âm sắc (EQ). Liệt kê các ứng dụng thực tế của module trong việc phát âm thanh chỉ dẫn, cảnh báo giao thông, báo cháy và trạm kiểm soát an ninh.
  • Nguồn Adapter 9V-1A: Phân tích thông số kỹ thuật bộ đổi nguồn AC-DC (điện áp vào 100–240V AC, ra 9V–1A DC, công suất 45W, jack 2.5 mm), vỏ bọc cách điện, bộ lọc EMI giảm gợn sóng và các chứng nhận an toàn (UL/TUV/GS/CE/FCC).
  • Cảm biến hồng ngoại và Module V1: Phân biệt cảm biến hồng ngoại chủ động và thụ động. Trình bày chi tiết mạch cảm biến vật cản hồng ngoại V1 gồm LED phát (TX) và LED thu (RX), mạch cầu chia áp phối hợp điện trở R1 (150 Ω), R2 (10 kΩ), R4 (1 kΩ), biến trở tinh chỉnh độ nhạy R3 và IC so sánh điện áp Op-Amp. Module có khoảng cách làm việc 2–30 cm, góc quét 35°, điện áp hoạt động 3–5V DC.
  • Phần mềm Arduino IDE: Hướng dẫn các bước thiết lập phiên làm việc trên máy tính: kết nối bo mạch, xác định cổng kết nối COM trong Device Manager của Windows, cấu hình chọn bo mạch Arduino Uno, chọn cổng giao tiếp COM3, chọn Programmer là AVR ISP và nạp thử nghiệm chương trình mẫu Blink.

Chương 3: Thiết kế, chế tạo máy rửa tay sát khuẩn tự động có cảnh báo âm thanh

Chương 3 trình bày chi tiết việc hiện thực hóa mô hình thiết bị:

  • Mô tả sơ đồ nối dây toàn diện kết hợp giữa nguồn Adapter 9V-1A, bo mạch Arduino Uno R3, cảm biến hồng ngoại V1, module relay điều khiển động cơ bơm và module âm thanh DFPlayer phát qua loa.
  • Công bố mã nguồn điều khiển hoàn chỉnh viết trên Arduino IDE, giải thích việc sử dụng thư viện SoftwareSerial và các lệnh khởi tạo chân I/O.
  • Trình bày nguyên lý vận hành tự động theo chu trình khép kín: cảm biến nhận diện bàn tay $\rightarrow$ Arduino xử lý tín hiệu $\rightarrow$ đóng tiếp điểm Relay kích hoạt máy bơm $\rightarrow$ ngắt máy bơm $\rightarrow$ kích hoạt module DFPlayer phát âm thanh cảm ơn $\rightarrow$ trở lại trạng thái chờ.
  • Trình bày hình ảnh mô hình phần cứng thực tế sau khi lắp ráp và đấu nối hoàn thiện.

Chương 4: Kết luận

Chương kết luận tóm lược lại các kết quả nghiên cứu và chế tạo mô hình đã đạt được theo đúng mục tiêu đặt ra, đánh giá khả năng ứng dụng thực tiễn của thiết bị trong việc hỗ trợ phòng chống dịch bệnh và nâng cao ý thức vệ sinh tay tự giác trong cộng đồng.


Kết quả và đóng góp

  • Kết quả chế tạo thực tế: Đề tài đã chế tạo thành công mô hình máy rửa tay sát khuẩn tự động kết hợp cảnh báo âm thanh hoạt động ổn định trên nền tảng vi điều khiển Arduino Uno R3 và nguồn cấp Adapter 9V-1A.
  • Hiệu năng kỹ thuật:
    • Cảm biến hồng ngoại V1 nhận diện chính xác vật cản trong cự ly 2–30 cm với góc quét 35°, có khả năng tinh chỉnh linh hoạt thông qua biến trở tích hợp.
    • Module Relay kích mức thấp cách ly quang chịu tải dòng điện đóng ngắt ổn định, ngăn chặn nhiễu điện áp sang khối xử lý vi điều khiển.
    • Module DFPlayer Mini phát âm thanh rõ ràng qua loa 3W với định dạng tệp chuẩn, phát đúng thông điệp "XIN CẢM ƠN" sau mỗi lần người dùng hoàn thành thao tác sát khuẩn.
  • Đóng góp của đồ án: Đưa ra một giải pháp thiết kế điện tử ứng dụng chi phí thấp, linh kiện phổ thông, sơ đồ mạch rõ ràng và dễ tiếp cận; thay thế việc thao tác ấn vòi thủ công hoặc bố trí nhân lực trực tiếp, góp phần tiết kiệm dung dịch khử khuẩn và phòng ngừa lây nhiễm chéo tại các điểm công cộng.

Hạn chế và hướng nghiên cứu tiếp

  • Hạn chế kỹ thuật:
    • Mắt thu cảm biến hồng ngoại phụ thuộc vào tính chất phản xạ bề mặt của vật cản; các bề mặt hoặc vật cản có màu tối hấp thụ tia hồng ngoại nhiều hơn khiến cự ly phát hiện bị giảm so với các vật có màu sáng hoặc màu trắng.
    • Thiết bị sử dụng nguồn điện cố định từ bộ chuyển đổi Adapter 9V cắm lưới điện xoay chiều AC, chưa tích hợp khối nguồn lưu trữ độc lập (như pin lithium có thể sạc lại) nên khả năng cơ động ở những khu vực không có sẵn nguồn điện lưới bị hạn chế.
  • Hướng phát triển tiếp theo: Tác giả định hướng nghiên cứu tích hợp thêm chức năng đo thân nhiệt tự động không tiếp xúc để tạo thành trạm kiểm soát y tế đa năng, đồng thời hoàn thiện thiết kế mạch in chuyên dụng (PCB) và vỏ hộp công nghiệp nhằm nâng cao tính thẩm mỹ và độ bền trong môi trường sử dụng thực tế.

Giá trị tham khảo

Tài liệu đồ án này là nguồn tài liệu tham khảo phù hợp cho:

  • Sinh viên ngành Kỹ thuật Điện, Điện tử, Cơ điện tử và Kỹ thuật Điều khiển - Tự động hóa: Cung cấp tài liệu hướng dẫn từng bước từ lý thuyết linh kiện đến triển khai phần cứng thực tế; đặc biệt hữu ích cho các học phần Thiết kế điện tử, Vi điều khiển và Đồ án môn học.
  • Người nghiên cứu các hệ thống nhúng mã nguồn mở: Cung cấp tài liệu tham khảo chi tiết về mạch quản lý nguồn trên bo mạch Arduino Uno R3 (mạch bảo vệ quá tải, mạch chia áp op-amp chọn nguồn tự động), phương thức giao tiếp điều khiển module giải mã âm thanh DFPlayer Mini qua thư viện SoftwareSerial và kỹ thuật sử dụng module rơ-le cách ly quang học.

Câu hỏi thường gặp

1. Mạch cảm biến vật cản hồng ngoại V1 trong thiết bị hoạt động theo nguyên lý nào và tinh chỉnh khoảng cách ra sao?
Mạch cảm biến V1 sử dụng một cặp LED phát (TX) và LED thu hồng ngoại (RX). Khi gặp vật cản, tia hồng ngoại phản xạ lại LED thu làm nội trở của nó giảm mạnh, làm biến thiên điện áp tại chân ngõ vào của op-amp so sánh. Khi điện áp này vượt qua ngưỡng điện áp chuẩn được ghim trên biến trở R3, op-amp sẽ xuất tín hiệu mức thấp (0V) ở chân OUT. Người dùng có thể chỉnh biến trở theo chiều kim đồng hồ để tăng khoảng cách nhận diện (tối đa 30 cm) hoặc ngược chiều kim đồng hồ để giảm khoảng cách (tối thiểu 2 cm).

2. Bo mạch Arduino Uno R3 tự động lựa chọn nguồn cấp như thế nào khi cắm đồng thời cả cổng USB và Jack DC?
Bo mạch Arduino Uno R3 sử dụng bộ so sánh điện áp tích hợp trong IC Op-Amp LMV358 kết hợp cùng transistor MOSFET FDN340P. Khi có nguồn cấp từ Jack DC qua diode bảo vệ D1 (điện áp VIN), cầu phân áp đưa tín hiệu vào op-amp tạo ngõ ra 5V làm khóa cổng MOSFET, ngắt đường cấp nguồn từ cổng USB và ưu tiên lấy nguồn trực tiếp từ Jack DC qua IC ổn áp tuyến tính NCP1117.

3. Khối giải mã âm thanh DFPlayer MP3-TF-16P có những thông số kỹ thuật nổi bật nào?
Module DFPlayer Mini sử dụng nguồn 3.2–5V DC, tích hợp bộ giải mã phần cứng cho các định dạng MP3, WAV, WMA. Module hỗ trợ hệ thống tệp FAT16/FAT32 trên thẻ nhớ TF dung lượng tối đa 32GB, ngõ ra DAC 24-bit với các tần số lấy mẫu 8/11.1/48 kHz, tích hợp mạch khuếch đại kéo trực tiếp loa công suất 3W, cho phép điều chỉnh 30 mức âm lượng và 6 chế độ cân bằng âm sắc (EQ).

4. Quy trình phối hợp hoạt động giữa các linh kiện trong Chương 3 diễn ra theo thứ tự nào?
Khi người dùng đưa tay vào vùng quét của cảm biến hồng ngoại, cảm biến gửi tín hiệu mức thấp về chân số 8 của Arduino Uno. Vi điều khiển xử lý và xuất lệnh kích chân số 9 xuống mức thấp để đóng Module Relay, cấp nguồn cho động cơ bơm phun dung dịch sát khuẩn vào tay người dùng. Sau đó, rơ-le ngắt để dừng bơm, và Arduino truyền lệnh nối tiếp qua chân 10/11 tới module DFPlayer Mini phát tệp âm thanh thông báo "XIN CẢM ƠN" qua loa trước khi quay về trạng thái chờ người tiếp theo.

5. Module Relay trong đồ án được thiết kế cách ly như thế nào để bảo vệ vi điều khiển Arduino?
Module Relay sử dụng một IC cách ly quang (Opto-coupler) kết hợp transistor kích. Tín hiệu điều khiển từ chân I/O của vi điều khiển chỉ kích hoạt diode phát quang bên trong Opto, đóng ngắt quang dẫn độc lập để kích cuộn hút rơ-le. Cấu trúc này giúp cách ly hoàn toàn phần mạch số vi điều khiển với dòng cảm ứng và xung điện áp ngược sinh ra từ cuộn dây rơ-le hoặc động cơ bơm.


Kết luận

Đồ án "Thiết kế chế tạo máy rửa tay sát khuẩn tự động có cảnh báo âm thanh" của sinh viên Khoa Điện - Điện tử, Trường Đại học Nha Trang đã giải quyết thành công bài toán tự động hóa quy trình sát khuẩn tay không tiếp xúc nhằm phục vụ công tác phòng chống dịch bệnh truyền nhiễm. Đề tài xây dựng hoàn chỉnh cơ sở lý thuyết linh kiện, sơ đồ nguyên lý mạch điện, thuật toán điều khiển trên nền tảng Arduino Uno R3 kết hợp module cảm biến hồng ngoại, module relay cách ly và module âm thanh DFPlayer Mini. Mô hình thực nghiệm vận hành chính xác, đáp ứng mục tiêu định lượng dung dịch xịt và phát thông điệp âm thanh phản hồi, đồng thời mở ra hướng phát triển tích hợp thêm tính năng đo thân nhiệt trong các nghiên cứu tiếp theo.