ĐỒ ÁN VỀ HỆ THỐNG THU THẬP, GIÁM SÁT, CẢNH BÁO NHIỆT ĐỘ, ĐỘ ẨM, CƯỜNG ĐỘ ÁNH SÁNG TRONG LƯU KHO DƯỢC PHẨM.

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM HÀ NỘI
KHOA SƯ PHẠM KĨ THUẬT
BỘ MÔN ĐIỆN TỬ TIN HỌC
-----------

ĐỒ ÁN

THIẾT KẾ MẠCH
Đề tài:

THIẾT KẾ HỆ THỐNG THU THẬP, GIÁM SÁT VÀ
CẢNH BÁO NHIỆT ĐỘ, ĐỔ ẨM, CƯỜNG ĐỘ ÁNH
SÁNG TRONG LƯU KHO DƯỢC PHẨM
Sinh viên thực hiện
Mã SV
Lớp

:
:
:

HÀ NỘI THÁNG 5 NĂM 2016


TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM HÀ NỘI
KHOA SƯ PHẠM KĨ THUẬT
BỘ MÔN ĐIỆN TỬ TIN HỌC
-----------

ĐỒ ÁN

THIẾT KẾ MẠCH
Đề tài:

THIẾT KẾ HỆ THỐNG THU THẬP, GIÁM SÁT VÀ
CẢNH BÁO NHIỆT ĐỘ, ĐỔ ẨM, CƯỜNG ĐỘ ÁNH
SÁNG TRONG KHO THUỐC

Sinh viên thực hiện
:
Mã SV
:
Lớp
:
Giảng viên hướng dẫn :

HÀ NỘI THÁNG 5 NĂM 2016

MỤC LỤC



PHẦN MỞ ĐẦU
1.Lý do chọn đề tài.
Thuốc và dụng cụ y tế (DCYT) là phương tiện không thể thiếu được trong
công tác phòng, chữa bệnh. Chất lượng của thuốc và DCYT (tốt hay xấu) có ảnh
hưởng trực tiếp đến sức khỏe, tính mạng của người dùng thuốc. Do là loại hàng hóa
đặc biệt, có nguồn gốc rất đa dạng (Tự nhiên: động vật, thực vật, khoáng vật,….;
Nhân tạo: tổng hợp hóa học, sinh học,…) do có bản chất khác nhau nên có tính chất
hóa – lý khác nhau, mức độ bền vững khác nhau với các yếu tố vật lý, hóa học, sinh
học (Ví dụ: Aspirin dễ bị thủy phân, dễ bị hỏng bởi ẩm, nhiệt; Vitamin C dễ bị oxy

hóa, ố vàng khi để ngoài không khí,….). Vì vậy, thuốc nếu bảo quản không tốt,
không đúng rất dễ bị hư hỏng trong quá trình tồn trữ lưu thông và sử dụng, điều này
không chỉ gây thiệt hại về mặt kinh tế mà quan trọng hơn là có thể gây nguy hại cho
tính mạng, sức khỏe của người dùng. Công tác bảo quản thuốc không chỉ có ý nghĩa
về mặt chuyên môn, đảm bảo chất lượng thuốc, mà còn có ý nghĩa về mặt kinh tế xã
hội của một quốc gia giúp sử dụng nguồn thuốc hiệu quả, kinh tế nhằm giảm chi phí
khám chữa bệnh từ ngân sách cũng như của bệnh nhân. Ở nước ta, khí hậu nhiệt đới
ẩm là điều kiện không thuận lợi trong công tác tồn trữ thuốc và DCYT. Điều kiện
kho và các thiết bị phục vụ cho công tác bảo quản thuốc chưa đầy đủ. Hơn nữa,
trình độ chuyên môn về lĩnh vực này của cán bộ Dược còn hạn chế.
Xuất phát từ những bất cập trong việc quản lý thuốc hiện nay thì em
nghiên cứu chế tạo một thiết bị “thu thập, giám sát và đưa ra cảnh báo về nhiệt độ,
độ ẩm cường độ ánh sáng trong lưu kho dược phẩm”. Ở đây dữ liệu về nhiệt độ, độ
ẩm, cường độ ánh sáng được hệ thống các cảm biến thu thập chuyển về bộ xử lý
trung tâm, tại đây sau khi được xử lý thì hiển thị lên LCD. Khi đó con người sẽ
nhận được thông tin cần thiết một cách sớm nhất, đúng lúc và hoàn toàn có khả
năng can thiệp kịp thời.
2.Mục đích nghiên cứu
 Hệ thống hóa kiến thức về môn thiết kế mạch, môn lập trình vi xử lý –

vi điều khiển, môn phương pháp nghiên cứu khoa học,…
4


 Nghiên cứu những ứng dụng chủ yếu của mạch về cảm biến. Từ đó

tiến hành xây dựng, thiết kế một mạch ứng dụng của nó trong đời
sống và trong công nghiệp.
3.Nhiệm vụ nghiên cứu.
 Nghiên cứu cơ sở lý thuyết về cảm biến để đo nhiệt độ, độ ẩm, cường độ

ánh sáng.
 Nghiên cứu về cảm biến DHT11, atmega 8, EPS…
 Thiết kế và chế tạo mạch đo nhiệt độ, độ ẩm, cường độ ánh sáng và test
thử nghiệm.
4.Đối tượng nghiên cứu, phạm vi nghiên cứu.
4.1 Đối tượng nghiên cứu
 Cảm biến nhiệt độ, độ ẩm DHT11.
 Cảm biến ánh sáng dùng quang trở.
 Vi xử lý Atmega8.

4.2 Phạm vi nghiên cứu.
 Hệ thống các cảm biến nhiệt độ, độ ẩm, cường độ ánh sáng.
 Cách giao tiếp giữa atmega8 và hệ thống các cảm biến.

5.Phương pháp nghiên cứu, chế tạo.
 Nhóm phương pháp nghiên cứu lý thuyết để tổng hợp và phân tích tài

liệu có liên quan từ đó xây dựng cơ sở lí luận cho đề tài.
 Nhóm phương pháp thực nghiệm khỏa sát ứng dụng của đề tài.
 Phương pháp sử dụng các công thức toán học để tính toán các phần tử

của mạch, xử lí số liệu đo được thông qua thực nghiệm nhằm rút ra các
kết luận chính xác về các vấn đề nghiên cứu.
6.Cấu trúc của đồ án.
Ngoài phần mở đầu và kết luận của đồ án gồm 4 chương:
Chương 1: Cơ sở lý thuyết.
Chương 2: Thiết kế, chế tạo sản phẩm.
Chương 3: Kiểm nghiệm và đánh giá.
5

Trên thực tế không có sự thành công nào mà không gắn liền với những sự hỗ trợ,
giúp đỡ dù ít hay nhiều, dù trực tiếp hay gián tiếp của người khác. Trong suốt thời
gian làm đồ án này em đã nhận được rất nhiều sự quan tâm giúp đỡ của quý thầy cô,
gia đình và bạn bè. Với tấm lòng biết ơn sâu sắc nhất, em xin gửi lời cảm ơn chân
thành đến quý thầy cô đặc biệt là thầy đã tạo mọi điều kiện thuận lợi cho em hoàn
thành đề tài của mình.
Em xin chân thành cảm ơn!
Hà Nội, ngày 1 tháng 5 năm 2016
SV thực hiện

6


CHƯƠNG 1: CƠ SỞ LÝ THUYẾT VỀ HỆ THỐNG THU THẬP, GIÁM SÁT,
CẢNH BÁO NHIỆT ĐỘ, ĐỘ ẨM, CƯỜNG ĐỘ ÁNH SÁNG TRONG LƯU
KHO DƯỢC PHẨM.
1.1 TỔNG QUAN VỀ BẢO QUẢN THUỐC.
1.1.1 Giới thiệu chung.

Thuốc:là những sản phẩm có nguồn gốc từ động vật, thực vật, khoáng vật, hóa
dược hay sinh học được bào chế để dùng cho người, nhằm :
- Phòng bệnh, chữa bệnh.
- Phục hồi, điều chỉnh chức năng cơ thể.
- Làm giảm triệu chứng bệnh.
- Chẩn đoán bệnh.
- Phục hồi hoặc nâng cao sức khoẻ.
- Làm mất cảm giác một bộ phận hay toàn thân.
- Làm ảnh hưởng quá trình sinh sản.

- Làm thay đổi hình dáng cơ thể.
Bảo quản thuốc: là việc cất giữ an toàn các thuốc, nguyên liệu, bao gồm cả việc
đưa vào sử dụng và duy trì đầy đủ các hệ thống hồ sơ tài liệu phù hợp, kể cả các
giấy biên nhận và phiếu xuất.
1.1.2 Các yếu tố ảnh hưởng tới chất lượng thuốc:
 Nhiệt độ

Nhiệt độ là một khái niệm vật lý dùng để mô tả cảm nhận nhiệt của một vật
khi tiếp xúc với nguồn nhiệt được dùng để đo mức độ nhiệt.
Nhiệt độ là đơn vị đo lường cho biết Mức Độ Nhiệt. Có ba hệ thống đo lường
Nhiệt Độ gồm Hệ thống Nhiệt Độ C (Celsius), Nhiệt F (Fahrenheit) , Nhiệt K
(Kelvin). Ở Việt Nam ta dùng hệ thống nhiệt độ C với 0 0C là nhiệt độ của nước
đóng băng, 1000C là nhiệt độ của nước sôi trong điều kiện tiêu chuẩn.
Tác hại của nhiệt độ: Đối với thuốc và dụng cụ y tế, bảo quản trong điều
kiện nhiệt độ quá cao hay quá thấp đều có ảnh hưởng không tốt. Tuy nhiên, nhiệt độ cao
thường có tác hại nhiều hơn.
Ảnh hưởng của nhiệt độ cao:
Về phương diện vật lý: Nhiệt độ cao làm mất nước kết tinh của một số hoá
chất và làm bốc hơi một số thuốc ở thể lỏng dễ bay hơi hay hoá chất bị thăng hoa

7


như cồn, ether, tinh dầu, long não… Nhiệt độ cao làm hư hỏng một số loại thành
phẩm như cồn thuốc, cao thuốc, thuốc tạng liệu, thuốc viên, vaccin, kháng sinh…
Về phương diện hoá học: Nhiệt độ cao làm cho tốc độ của một số phản ứng
hoá học xảy ra nhanh hơn. Kết quả nghiên cứu cho thấy khi nhiệt độ tăng lên 10 0C
thì tốc độ phản ứng phân huỷ thuốc tăng lên từ 2- 4 lần.
Về phương diện sinh vật: Khi nhiệt độ trên 20 0C và độ ẩm cao là điều kiện
để vi khuẩn, nấm mốc phát triển làm hư hỏng thuốc và dụng cụ y tế. Ví dụ: Siro và

các thuốc có đường bị chua do lên men, dược liệu thảo mộc bị mốc meo và vụn nát;
các đồ bao gói bằng vải, giấy dễ bị mủn nát, hư hỏng; các dụng cụ bằng kim loại dễ
bị hoen gỉ và hư hỏng nhanh.
Ảnh hưởng của nhiệt độ thấp:
Trong quá trình bảo quản, nhiệt độ môi trường bảo quản quá thấp cũng là
yếu tố làm hư hỏng một số thuốc như: các loại thuốc ở dạng nhũ tương dễ bị tách
lớp, một số thuốc tiêm dễ bị kết tủa (Cafein, calci gluconat), dụng cụ cao su, chất
dẻo bị cứng giòn.
 Độ ẩm

Độ ẩm không khí là một đại lượng xác định lượng hơi nước có trong một thể
tích khí xác định. Độ ẩm không khí bao gồm độ ẩm không khí tuyệt đối, độ ẩm
không khí cực đại, độ ẩm không khí tỉ đối.
Độ ẩm không khí tuyệt đối a trong khí quyển là đại đo bằng khối lượng m (tính ra
gam) của hơi nước có trong 1m3 không khí, đơn vị đo của a là (g/m 3)
Độ ẩm không khí cực đại A là độ ẩm tuyệt đối của không khí trong trạng thái bão
Độ ẩm không khí tỉ đối f (tương đối): cho biết mức độ ẩm của không khí được
xác định bằng biểu thức

Trong khí tượng học độ ẩm tỉ đối f được tính gần đúng theo công thức

Tác hại của độ ẩm

8


Độ ẩm không khí là yếu tố có ảnh hưởng rất nhiều đến chất lượng thuốc và
dụng cụ y tế trong quá trình bảo quản. Độ ẩm không khí quá cao hay quá thấp đều
có ảnh hưởng không tốt.
Ảnh hưởng của độ ẩm cao:

-

Độ ẩm cao gây hư hỏng các loại thuốc và hoá chất dễ hút ẩm như:
Các muối kim loại kiềm, kiềm thổ (KI, NaCl, CaCl 2...) sẽ bị chảy lỏng, các
viên bọc đường, viên nang sẽ bị chảy dính.
Làm vón cục, ẩm mốc thuốc bột.
Làm loãng hay giảm nồng độ một số thuốc, hoá chất như siro, glycerin, cồn
cao độ, acid sulfuric…
Các thuốc tạng liệu như cao gan, men… bị phá huỷ.

-

Độ ẩm cao là điều kiện cho phản ứng thuỷ phân một số thuốc, hoá chất như alcaloid
có cấu tạo ester, acetylsalicylic…

-

Độ ẩm cao tạo điều kiện cho một số phản ứng hoá học xảy ra và toả nhiệt rất mạnh
như anhydrid phosphoric (P2O5), Natri dioxyd (Na2O2), Natri, kali kim loại..

-

Làm mất nhanh tác dụng của các kháng sinh, nội tiết tố, vaccin…

-

Làm han gỉ dụng cụ kim loại hoặc tạo điều kiện cho nấm mốc phát triển trên dụng
cụ thủy tinh, cao su, chất dẻo.

-

Làm hư hỏng đồ bao gói thuốc như gây nấm mốc, làm bong rách đồ bao gói và
nhãn, làm hư hỏng dược liệu thảo mộc và bông băng gạc..
Ảnh hưởng của độ ẩm thấp:
Nếu môi trường bảo quản quá khô hanh sẽ làm hỏng một số thuốc và dụng cụ
y tế như làm cho dụng cụ cao su, chất dẻo bị hư hỏng nhanh do hiện tượng lão hoá,
làm cho muối kết tinh bị mất nước (Na2SO3.10H2O, MgSO4.7 H2O, Zn SO4.7H2O..).
 Ánh sáng

Ánh sáng dùng để chỉ các bức xạ điện từ có bước sóngnằm trong
vùng quang phổ nhìn thấy được bằng mắt thường của con người (tức là từ khoảng
380 nm đến 700 nm)
Tác hại của ánh sáng
Dưới tác dụng của ánh sáng, thuốc, hoá chất và dụng cụ y tế thường bị hư
hỏng, biểu hiện là:
9


-

Làm biến màu sắc của thuốc và hoá chất. Ví dụ: dưới tác dụng của ánh sáng,
promethazin, aminazin chuyển thành màu hồng; natri salicylat thành màu nâu;
adrenalin, vitamin C, vitamin B1, clorocid, novocain..chuyển thành màu vàng…

-

Làm phân huỷ nhanh chóng nhiều thuốc, hoá chất như: giải phóng halogen trong
các muối halogenid không bền (KI, KBr, NaI, NaBr…); giải phóng thuỷ ngân
nguyên chất trong hợp chất HgCl 2; Oxy hoá một số chất như ether, cloroform ..tạo
các sản phẩm độc; Làm cho dầu mỡ nhanh bị ôi khét…

-

Làm cho dụng cụ cao su chất dẻo bị phai màu, cứng giòn.
1.1.3

Các điều kiện bảo quản trong kho:
Theo qui định của Tổ chức Y tế thế giới, điều kiện bảo quản bình thường là

bảo quản trong điều kiện khô, thoáng, và nhiệt độ từ 15-250C hoặc tuỳ thuộc vào
điều kiện khí hậu, nhiệt độ có thể lên đến 300C. Phải tránh ánh sáng trực tiếp gay
gắt, mùi từ bên ngoài vào và các dấu hiệu ô nhiễm khác.
Nếu trên nhãn không ghi rõ điều kiện bảo quản, thì bảo quản ở điều kiện bình
thường. Trường hợp ghi là bảo quản ở nơi mát, đông lạnh .... thì vận dụng các qui
định sau:
 Nhiệt độ:
• Kho nhiệt độ phòng: Nhiệt độ trong khoảng 15-250C, trong từng khoảng thời
•
•
•
•


gian nhiệt độ có thể lên đến 300C.
Kho mát: Nhiệt độ trong khoảng 8-150C.
Kho lạnh: Nhiệt độ không vượt quá 80C.
Tủ lạnh: Nhiệt độ trong khoảng 2-80C.
Kho đông lạnh: Nhiệt độ không vượt quá - 100C.
Độ ẩm: Điều kiện bảo quản "khô" được hiểu là độ ẩm tương đối trong

khoảng 50% - 70%.
 Ánh sáng: Tránh để thuốc tại những nơi có nhiều ánh sáng chiếu vào bởi bức
xạ của mặt trời có thể hủy hoại tác dụng của thuốc.
Trong phạm vi của đề tài thì em nghiên cứu chế tạo thiết bị thu thập, giám sát,
cảnh báo nhiệt độ, độ ẩm, cường độ ánh sáng trong bảo quản thuốc ở kho nhiệt độ
phòng.
1.2 TỔNG QUAN VỀ MẠCH ĐO NHIỆT ĐỘ, ĐỘ ẨM, CƯỜNG ĐỘ ÁNH

SÁNG
1.2.1 Cảm biến nhiệt độ, độ ẩm DHT11.
10


 Là cảm biến nhiệt độ và độ ẩm
 Có cấu tạo 4 chân, bao gồm 1 biến trở đo độ ẩm và 1 thiết bị đo nhiệt độ

NTC được kết nối với 1vi điều khiển 8-bit hiệu suất cao.
 Tính năng
 Chi phí thấp, tính ổn định cao, chất lượng tốt
 Đo nhiệt độ và độ ẩm tương đối chính xác
 Khả năng chống nhiễu mạnh, truyền tín hiệu với khoảng cách
xa
 Dữ liệu đầu ra là dạng số
 Thông số kĩ thuật
 Nguồn: 3.5V-5.5V
 Dòng sử dụng: 0.5mA-2.5mA
 Kích thước 15.5mm x 12mm x 5.5mm
 Đo độ ẩm 20%-95%, sai số: ±5%RH
 Đo nhiệt độ 0⁰C-50⁰C, sai số: ±2⁰C
1.2.2 Atmega8.

ATMega8 là một con vi điều khiển thuộc dòng Mega AVR của hãng ATMEL.
 Cấu trúc:

-Tốc độ tối đa: 16MHz.
-Dung lượng bộ nhớ chương trình: 8KB.
-Dung lượng bộ nhớ RAM: 1KB.
-Bộ nhớ chương trình có khả năng ghi 10.000 lần. Hỗ trợ bootloader, có
khả năng tự ghi vào bộ nhớ chương trình, cập nhật chương trình cho
chip mà không cần mạch nạp.
-Timer 8 bit: 2.
-Timer 16 bit:1.
-Giao tiếp: TWI (I2C), UART, SPI.
-Điện áp hoạt động: 4.5V – 5.5V.
 Sơ đồ các chân của atmega8:

Hình 1.: Sơ đồ chân của chip xử lý Atmega8.
1.2.3

Khối hiển thị dùng LCD16*2.
LCD 16*2 là loại màn hình tinh thể lỏng nhỏ dùng để hiển thị các dòng chữ

hoặc số trong bảng mã ASCII. LCD 16*2 được chia sẵn thành từng ô và ứng với
11


mỗi ô chỉ có thể hiển thị một kí tự ASCII. LCD 16*2 được chia thành 2 dòng và
mỗi dòng có thể hiển thị tối đa 16 ký tự. LCD 16*2 có 16 chân trong đó có 14 chân
kết nối với bộ vi điều khiển và 2 chân nguồn cho “đèn LED nền”. Thứ tự các chân
được sắp xếp như sau:
Chức năng

Ground
Nguồn cho
LCD
Tương
phản
Điều khiển
LCD

Dữ liệu/
lệnh

Số thứ
tự chân
1

Tên

3

Vss
(GND)
Vdd
(VCC)
Vee

4

RS

5

R/W

6

E

7
8
9
10
11
12
13
14

D0
D1
D2
D3
D4
D5
D6
D7

2

Trạng thái
logic
-

Mô tả
0V

-

+5V

-

0 - Vdd

0
1
0
1
0
1
Từ 1 xuống 0
0/1
0/1
0/1
0/1
0/1
0/1
0/1
0/1

D0 –D7: lệnh
D0 – D7: dữ liệu

Ghi (từ AVR vào LCD)
Đọc (từ LCD vào AVR)
Vô hiệu hóa LCD
LCD hoạt động
Bắt đầu ghi/ đọc LCD
Bít 0 LSB
Bít 1
Bít 2
Bít 3
Bít 4
Bít 5
Bít 6
Bít 7 MSB

Bảng 1.1 Chức năng các chân của LCD 16*2.
Cách kết nối VĐK với LCD 16*2

Hình 1.2: Sơ đồ kết nối LCD 16*2 với vi điều khiển AVR.
12


1.3 CƠ SỞ THỰC TIỄN.

Trong thời kì phát triển như hiện nay thì khoa học và công nghệ chiếm một vị trí
quan trọng trong việc điều chỉnh sự phát triển của các ngành khác. Sự phát triển của
KHCN, đặc biệt là cuộc cách mạng công nghiệp lần thứ nhất và lần thứ hai đã mở
đường cho sự hình thành và phát triển nhanh chóng của thị trường trên thế giới. Nếu
như cuộc cách mạng công nghiệp lần thứ nhất chủ yếu dựa vào hơi nước, sắt và
than chì thì cuộc cách mạng công nghiệp lần thứ hai chủ yếu dựa vào máy chạy
bằng nhiên liệu và năng lượng nguyên tử.

•

Về lĩnh vực điện tử tin học: là lĩnh vực thu hút nhiều người quan tâm, tốc độ

•

phát triển của nó ngày càng nhanh và mạnh.
Về lĩnh vực tự động hóa: ngày nay sử dụng càng nhiều máy móc công
nghiệp, công cụ điều khiển bằng số, robot thay thế lao động chân tay.

Để đáp ứng yêu cầu ngày càng cao của xã hội với mục tiêu “Giáo dục là quốc
sách hàng đầu” và hướng tới cải cách giáo dục năm 2016 căn bản và toàn diện để
phát triển toàn diện cho thế hệ trẻ tương lai. Khoa Sư phạm kĩ thuật của trường đại
học sư phạm Hà Nội đã cung cấp cho sinh viên những kiến thức kĩ thuật vừa cơ
bản, vừa hiện đại, vừa phù hợp với tình hình giáo dục hiện nay. Đặc biệt là bộ môn
điện tử - tin học đã mang lại cho sinh viên những kiến thức kĩ thuật cơ bản như: các
khái niệm, nguyên lý, biến đổi tín hiệu, các linh kiện điện tử và ứng dụng của nó
trong đời sống thực tế,….Với linh kiện sẵn có trên khoa và thị trường (dễ kiếm, dễ
tìm, giá cả hợp lý,….) cùng khối lượng kiến thức đã tích lũy trong suốt thời gian
học tập tại khoa Sư phạm kĩ thuật, trường đại học Sư phạm Hà Nội thì việc thiết kế
một mạch điện tử trên là hoàn toàn có khả năng thực hiện được.

13


CHƯƠNG 2: THIẾT KẾ, XÂY DỰNG HỆ THỐNG THU THẬP, GIÁM SÁT,
CẢNH BÁO NHIỆT ĐỘ, ĐỘ ẨM, CƯỜNG ĐỘ ÁNH SÁNG TRONG LƯU
KHO DƯỢC PHẨM
2.1 Ý TƯỞNG THIẾT KẾ.
Việc bảo quản thuốc để đảm bảo chất lượng thuốc vẫn như ban đầu khi đến

tay người tiêu dùng không chỉ là một trong những mối quan tâm hàng đầu của các
nhà sản xuất thuốc mà còn của cả những nhà kinh doanh tiêu thụ thuốc và người
tiêu dùng. Đã có nhiều công trình khoa học trong nước cũng như trên thế giới, nhiều
bài báo khoa học đã đề cập nghiên cứu tìm ra các nguyên nhân gây hư hỏng, giảm
chất lượng thuốc để từ đó tìm ra các biện pháp ngăn ngừa sự hư hỏng, đảm bảo chất
lượng thuốc. Vì vậy việc thu thập, giám sát và cảnh báo nhiệt độ, độ ẩm, cường độ
ánh sáng khi bảo quản và lưu trữ các sản phẩm thuốc trong kho chứa là rất quan
trọng. Thông thường, với các loại hàng hóa được lưu trữ, nhiệt độ, độ ẩm và cường
độ ánh sáng trong kho phải luôn duy trì ở một mức nhất định. Ý thức được vấn
đề này em nghiên cứu chế tạo một thiết bị “thu thập, giám sát và đưa ra cảnh báo
về nhiệt độ, độ ẩm, cường độ ánh sáng”. Hệ thống có nhiệm vụ thu thập dữ liệu về
nhiệt độ, độ ẩm, cường độ ánh sáng và hiển thị lên màn hình LCD, cảnh báo để giúp
cho người dùng giám sát và đưa ra được các biện pháp thay đổi kịp thời nhằm tạo
chế độ khí hậu tại nơi bảo quản giúp giữ gìn chất lượng thuốc đúng yêu cầu.
Hệ thống cần đảm bảo một số yêu cầu sau:
•

Đo và hiển thị nhiệt độ của môi trường trong thời điểm bất kì và đưa ra
cảnh báo nếu nhiệt độ không nằm trong khoảng nhiệt độ an toàn là 15-

•

25 độ C.
Đo và hiển thị độ ẩm môi trường trong thời điểm bất kì và đưa ra cảnh

báo nếu độ ẩm không nằm trong khoảng từ 50%-70%.
• Đo và hiển thị cường độ ánh sáng trong thời điểm bất kì và đưa ra cảnh
báo nếu cường độ ánh sáng vượt quá 70 lux.
• Khi nhiệt độ, độ ẩm, cường độ ánh sáng vượt quá ngưỡng an toàn
trong khoảng đã lựa chọn thì hiển thị cảnh báo lên LCD và cảnh báo

cho người phụ trách xử lý.
• Làm việc với điện áp 9V.
2.2 SƠ ĐỒ KHỐI.
14


2.2.1 Sơ đồ khối.

Hình 2.1 Sơ đồ khối của hệ thống.
2.2.2 Phân tích và thiết kế từng khối.
a/Khối cảm biến nhiệt độ, độ ẩm, ánh sáng.
 Khối cảm biến nhiệt độ, độ ẩm
Nhiệm vụ: thu thập tín hiệu nhiệt độ, độ ẩm từ môi trường và chuyển đổi tín
hiệu môi trường sang tín hiệu điện.
Hiện nay có nhiều phương pháp đo nhiệt độ, độ ẩm. Ví dụ như đo nhiệt độ
bằng nhiệt điện trở bán dẫn, đo bằng cặp nhiệt điện trở kim loại, đo bằng cảm biến
điện dung, nhiệt kế điện kế kim loại, cảm biến thạch anh…. Tuy nhiên để dễ dàng
với người sử dụng thì đề tài có nghiên cứu sử dụng vi mạch tích hợp DHT11 để đo
nhiệt độ, độ ẩm.

Hình 2.2: Cảm biến nhiệt độ, độ ẩm DHT11.
Vi mạch tích hợp đo nhiệt độ, độ ẩm DHT11 là một mạch tích hợp nhận tín
hiệu nhiệt độ, độ ẩm chuyển thành tín hiệu điện dưới dạng dòng điện hay điện áp.
Dựa vào đặc tính rất nhạy của các bán dẫn với nhiệt độ, độ ẩm, tạo ra điện áp hoặc
15


dòng điện, tỷ lệ thuật với nhiệt độ tuyệt đối. Đo tín hiệu điện ta biết được giá trị của
nhiệt độ cần đo. Sự tác động của nhiệt độ, độ ẩm tạo nên điện tích tự do và các lỗ
trống trong chất bán dẫn. Bằng sự phá vỡ các phân tử, bức các electron thành dạng

tự do di chuyển qua vùng cấu trúc mạng tinh thể tạo sự xuất hiện các lỗ trống. Làm
cho tỉ lệ điện tử tự do và lỗ trống tăng lên theo quy luật hàm mũ với nhiệt độ, độ
ẩm.
Dùng vi mạch tích hợp để đo nhiệt độ, độ ẩm có ưu điểm là tuyến tính nhất,
ngõ ra có giá trị cao nhất, rẻ tiền.

GND
DHT_1
3
2
1

DHT_11
R8
1k

Jumper 3

VCC
Hình 2.3:Sơ đồ nguyên lý khối cảm biến nhiệt độ, độ ẩm.
 Khối cảm biến ánh sáng
Nhiệm vụ: thu thập tín hiệu nhiệt độ, độ ẩm từ môi trường và chuyển đổi tín
hiệu môi trường sang tín hiệu điện.
Hiện nay cảm biến để đo cường độ ánh sáng thường dùng các cảm biến dựa
trên hiệu ứng quang điện trong hoặc ngoài. Ví dụ: dùng pin Mặt Trời (tùy thuộc vào
cường độ ánh sáng chiếu vào ta đo thế điện áp ở 2 đầu ta sẽ biết được cường độ ánh
sáng), dùng quang điện trở, dùng tế bào quang điện,… Do môi trường bảo quản
thuốc thì cần đảm bảo cường độ ánh sáng trong ngưỡng dưới 70 thì đề tài lựa chọn
giải pháp rẻ tiền, tiện dụng thì đề tài lựa chọn quang điện trở làm cảm biến ánh
sáng.

16


Hình 2.4: Quang điện trở (CdS).
Quang điện trở (CdS) là linh kiện điện tử được tạo thành từ hợp chất Cadimi
Sunfit. Khi ánh sáng chiếu vào với bước sóng phù hợp, nghĩa là bước sóng có năng
lượng lớn hơn hoặc bằng công thoát của CdS thì lúc đó hiện tượng quang điện trong
xảy ra làm cho điện trở thay đổi. Bằng việc sử dụng mạch điện tử ta có thể lấy được
điện áp thay đổi theo cường độ ánh sáng.
VCC

LDR1
LDR
Light

R7
10k

GND

Hình 2.5: Sơ đồ nguyên lý khối cảm biến ánh sáng.
b/Khối xử lý trung tâm.
U3

MOSI
MISO
SCK

RXD

TXD
trigger
echo

BT_2
BT_3
BT_4

12
13
14
15
16
17
7
8
30
31
32
1
2
9
10
11

PB0 (ICP)
PB1 (OC1A)
PB2 (SS/OC1B)
PB3 (MOSI/OC2)
PB4 (MISO)

PB5 (SCK)
PB6 (XTAL1/TOSC1)
PB7 (XTAL2/TOSC2)
PD0 (RXD)
PD1 (TXD)
PD2 (INT0)
PD3 (INT1)
PD4 (XCK/T0)
PD5 (T1)
PD6 (AIN0)
PD7 (AIN1)

PC0 (ADC0)
PC1 (ADC1)
PC2 (ADC2)
PC3 (ADC3)
PC4 (ADC4/SDA)
PC5 (ADC5/SCL)
ADC6
ADC7
PC6 (RESET)
VCC
VCC
AVCC
AREF
GND
GND
GND

23

24
25
26
27
28
19
22

DHT_11
speaker
T
H
AS
BT_1

29

RESET

6
4
18
20
21
5
3

Light

VCC

C7
104

ATmega8-16AC

Hình 2.6: Sơ đồ nguyên lý khối xử lý trung tâm.

17


Khối xử lý trung tâm là vi điều khiển có chức năng chính là đọc giá trị số
chuyển đổi được và xuất tín hiệu đó lên LCD.
Hệ thống chọn vi điều khiển vì khả năng điều khiển linh hoạt theo mong muốn
của con người dựa vào phần mềm được viết; có khả năng thay đổi linh hoạt ngưỡng
của hệ thống; có thể thay đổi thêm chức năng bằng cách can thiệp bằng phầm mềm;
hệ thông đơn giản hơn nhiều, kích cỡ nhỏ, hơn nữa sẽ giảm được độ kém ổn định
do nhiều linh kiện gây ra,…
d/Khối hiển thị
Nhiệm vụ: Hiển thị nhiệt độ, độ ẩm, cường độ ánh sáng đo được và hiển thị
cảnh báo (nếu có).
Hệ thống chọn LCD cho khối hiển thị vì hiển thị rõ ràng hơn, có thể thay đổi
nội dung hiển thị linh hoạt, xử lý lập trình đơn giản hơn led 7 thanh (do led 7 thanh
cần đi kèm bộ giải mã, hệ thống trở nên cồng kềnh, phức tạp; việc lập trình quét
hàng quét cột để hiển thị phức tạp)
P1

K

D7

D6

D5

D4

D3

D2

A

16

15

14

13

12

11

10

D1

9

E

R/W

RS

V0

VDD

D0

8

7

6

5

4

3

1

GND

2

VSS

LCD

LCD16x2

GND
1
0805

VR1
10K

VCC

VCC

Hình 2.7: Sơ đồ nguyên ký khối hiển thị.
e/Khối nguồn.
Nhiệm vụ: Đảm bảo cung cấp đủ công suất hoạt động cho toàn bộ hệ thống.
Nguon
SW1A
2
3

D1

1

1

HD1
2
1
Header 2

1N5408

5
C1 C3
1000uF/16V
104

3

U1
VIN
ON/OFF
GND
LM2576T-5.0

OUT
FB

2
4

L1
150mH

D2
1N5822

Hình 2.8: Sơ đồ nguyên lý khối nguồn.
2.3 SƠ ĐỒ MẠCH CỦA SẢN PHẨM.
18

VCC

R1
330R

C2 C4
1000uF/16V
104

LED1
LED


2.3.1 Sơ đồ nguyên lý.

Hình 2.9: Sơ đồ nguyên lý của toàn hệ thống.
2.3.2 Giải thuật

Hình 2.11: Lưu đồ thuật toán của sản phẩm.
Nguyên lý hoạt động : Hệ thống được thiết lập ngưỡng trước. Cấp nguồn cho
mạch thì mạch sẽ đọc nhiệt độ, độ ẩm, cường độ ánh sáng. Sau đó hiển thị lên LCD.
Nếu nhiệt độ vượt ngoài ngưỡng 15-250C, độ ẩm vượt ngoài ngưỡng 50 -70%,

19


cường độ ánh sáng vượt ngoài ngưỡng dưới 70lux thì hệ thống đưa ra cảnh báo hiển
thị trên LCD.
2.4 XÂY DỰNG HỆ THỐNG.
2.4.1 Xây dựng phần cứng.

Với yêu cầu của kho thuốc không cần độ chính xác quá cao thì hệ thống sử dụng:
-

Cảm biến nhiệt độ, độ ẩm DHT11 để giảm chi phí, tính ổn định cao, chất
lượng tốt. DHT11 có thể đo độ ẩm 20%-95%, sai số: ±5%RH, đo nhiệt

-

độ 0⁰C-50⁰C, sai số: ±2⁰C.
Hệ thống dùng quang trở để đo cường độ ánh sáng.
Với toàn bộ những yêu cầu của hệ thống thì đề tài lựa chọn Atmega8 làm
bộ xử lý trung tâm với các chức năng nổi trội như là: khả năng kết nối với
ngoại vi nhiều, chi phí thấp hơn nhưng ứng dụng lại đa dạng và linh hoạt,
có khả năng điều khiển thông minh, tiết kiệm năng lượng hơn.

2.4.2 Xây dựng phần mềm.

Hình 2.12: Chương trình code thiết lập ngưỡng.
2.5 MẠCH KHI HOÀN THIỆN.

Hình 2.13: Hình ảnh mạch đo thực tế.

20


CHƯƠNG 3. KẾT QUẢ VÀ ĐÁNH GIÁ HỆ THỐNG THU THẬP, GIÁM
SÁT VÀ CẢNH BÁO NHIỆT ĐỘ, ĐỘ ẨM, CƯỜNG ĐỘ ÁNH SÁNG TRONG
LƯU KHO DƯỢC PHẨM.
3.1 SẢN PHẨM THỰC TẾ.

Hình 3.1: Hình ảnh sản phẩm thực tế.

Hình 3.2: Hình ảnh sản phẩm thực tế khi độ ẩm và ánh sáng vượt quá ngưỡng.
3.2 KIỂM NGHIỆM SẢN PHẨM.
Cấp nguồn 9V cho sản phẩm, quan sát các thông số môi trường mà hệ thống
đo được hiển thị lên màn hình LCD.

21


Hình 3.3: Hình ảnh sản phẩm khi có cường độ ánh sáng và nhiệt độ vượt quá
ngưỡng.
Tại thời điểm kiểm tra, mạch đo được nhiệt độ ngoài trời là 31 0C, độ ẩm là
63%, cường độ ánh sáng là 74lux. Hệ thống thấy nhiệt độ và cường độ ánh sáng
vượt quá ngưỡng nên hệ thống đưa ra cảnh báo hiển thị lên màn hình LCD.

Hình 3.4 : Hình ảnh sản phẩm khi có cường độ ánh sáng và độ ẩm vượt quá
ngưỡng.

22

Tại thời điểm kiểm tra, mạch đo được nhiệt độ ngoài trời là 250C, độ ẩm là
72%, cường độ ánh sáng là 88lux. Hệ thống thấy độ ẩm và cường độ ánh sáng vượt
quá ngưỡng nên hệ thống đưa ra cảnh báo hiển thị lên màn hình LCD.
3.3 ĐÁNH GIÁ SẢN PHẨM.
Sau thời gian thử nghiệm 1 tháng, hệ thống đã hoạt động đúng yêu cầu đặt
ra. Với các ngưỡng nhiệt độ, độ ẩm, cường độ ánh sáng được cài đặt sẵn, khi các
thông số đo được từ môi trường vượt quá ngưỡng thì hệ thống đã đưa ra cảnh báo
trên LCD. Việc cài đặt ngưỡng được tiến hành đơn giản bằng phần mềm nên hoàn
toàn có thể cài đặt các thông số mới phù hợp với việc bảo quản nhiều loại sản phẩm
khác nhau.

23


KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN.

1. Kết luận.
Sau một thời gian thực hiện đề tài, được sự giúp đỡ của thầy cô bạn bè đặc
biệt là sự hướng dẫn nhiệt tình của thầy Đặng Văn Nghĩa em đã hoàn thành đề tài
trong thời gian đúng quy định.
Đề tài sau khi thử nghiệm đã hoạt động đúng yêu cầu đặt ra. Với các thông số
ngưỡng cài đặt sẵn, khi vượt quá ngưỡng mạch đã đưa ra cảnh báo trên LCD. Việc
cài đặt ngưỡng được tiến hành đơn giản, nhanh chóng và hoàn toàn có thể cài đặt
các thông số mới phù hợp với yêu cầu bảo quản nhiều loại sản phẩm khác nhau.

2. Hướng phát triển.
Đề tài sẽ tiếp tục hoàn thiện và phát triển để trở thành một hệ thống tự động
hoàn toàn, thay thế sức lao động của con người bằng cách sử dụng các tín hiệu cảnh
báo để điều khiển chế độ hoạt động của các thiết bị chấp hành như: máy lạnh, quạt

thông gió, đèn chiếu sáng và các thiết bị khác đáp ứng yêu cầu bảo quản thuốc hoàn
toàn tự động và có thể ứng dụng trong bảo quản các sản phẩm khác nhằm nâng cao
chất lượng và hiệu quả sử dụng chúng.

24