Thiết kế chế tạo máy cân tự động, in giá và hạn sử dụng của sản phẩm rau củ quả có kết nối iot

Máy cân dán nhãn rau tự động được chế tạo với hệ thống các băng tải cân có độ chính xác và băng tải in dán nhãn tự động hoàn toàn.. Ngoài ra máy có thêm thiết kế với giao diện điều kh

MỤC LỤC

MỤC LỤC ix

TÓM TẮT xvi

ABSTRACT xvii

: TỔNG QUAN VỀ ĐỀ TÀI 1

1.1 Lý do chọn đề tài 1

1.2 Mục tiêu và nội dung nghiên cứu 1

1.3 Phạm vi đề tài: 2

1.4 Bố cục 2

: CƠ SỞ LÝ THUYẾT 4

2.1 Nhu cầu và thực trạng hiện nay 4

2.2 Một số sản phẩm máy cân và dán nhãn tự động có trên thị trường hiện nay4 2.3 Tổng quan về cân dán nhãn có sử dụng IoT 6

2.3.1 Cân tĩnh 6

2.3.2 Cân tự động liên tục: 7

2.3.3 Cân tự động không liên tục 7

2.3.4 Các loại cân tự động 7

2.3.5 Tổng quan máy dán nhãn 7

2.3.6 Các loại máy dán nhãn phỗ biến hiện nay 7

2.3.7 Tổng quan về IoT và ứng dụng trong đề tài 8

: PHƯƠNG ÁN VÀ CHỌN NGUYÊN LÝ MÁY THIẾT KẾ HỆ THỐNG (CÂN VÀ DÁN NHÃN) 10

3.1 Phương án thiết kế và chọn nguyên lý máy cho băng tải cân tự động 10

3.1.1 Tổng quan về cảm biến cân nặng 10

3.1.2 Loadcell sử dụng nguyên lý đo độ biến dạng dùng mạch cầu Wheatstone 10

3.1.3 Loadcell sử dụng nguyên lý đo biến dạng và phục hồi lực điện từ (EMFR) 13

3.2 Các phương án lựa chọn Loadcell cho băng tải cân 15

3.2.1 Phương án 1: Cân băng tải dùng Loadcell sử dụng nguyên lý đo độ biến dạng sử dụng mạch cầu Wheatstone 15

3.2.2 Phương án 2: Cân băng tải dùng Loadcell sử dụng nguyên lý đo độ biến dạng và phục hồi lực điện từ (EMFR) 17

3.2.3 Tính toán thiết kế băng tải cân tự động 19

3.2.3.1 Chọn dây băng tải 20

3.2.3.2 Tính trục Rulo dẫn động cho băng tải 21

3.2.3.3 Tính toán chọn động cơ 28

3.2.3.4 Tấm gá trục rulo 29

3.2.3.5 Cách bố trí LoadCell 31

3.2.3.6 Phần khung chân đế của băng tải 33

3.3 Phương án thiết kế và chọn máy in cho băng tải dán nhãn 34

: THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐIỆN VÀ LẬP TRÌNH 38

4.1 Tổng quan sơ đồ khối hệ thống 38

4.2 Thiết kế mạch 39

4.2.1 Thiết kế khối thu tín hiệu cân nặng và khối chyển đổi ADC HX711: 39 4.2.2 Khối cảm biến hồng ngoại: 40

4.2.3 Thiết kế khối công suất: 41

4.2.4 Khối xử lý trung tâm 41

4.3 Lập trình hệ thống 44

4.3.1 Lưu đồ tổng quan của hệ thống 44

4.3.2 Cách thức hoạt động của các khối 45

: KẾT QUẢ, NHẬT XÉT VÀ ĐÁNH GIÁ 51

5.1 Kết quả tổng quan 51

5.2 Kết quả đạt được 51

5.2.1 Mô hình sản phẩm hoàn thiện 51

5.2.2 Kết quả thực nghiệm cân tự động 53

5.3 Nhận xét và đáng giá 55

5.3.1 Nhận xét kết quả đạt được 55

5.3.2 Đánh giá kết quả đạt được 55

: KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN 56

6.1 Kết luận 56

6.2 Hướng phát triển 56

TÀI LIỆU THAM KHẢO 57

DANH SÁCH HÌNH ẢNH

Hình 2.1 Nhân viên đang dán nhãn thông tin rau củ - [nguồn: baolamdong.vn] 4

Hình 2.2 Máy cân dán nhãn tự động WPL-AI - [nguồn: ishida.com] 5

Hình 2.3 Máy cân dán nhãn tự động FPD-AI - [nguồn: ishida.com] 6

Hình 3.1 Cầu điện trở Wheatstone - [nguồn: Mettler Toledo (2019)] 10

Hình 3.2 Loadcell ở trạng thái không tải - [nguồn: Mettler Toledo (2019)] 11

Hình 3.3 Loadcell lò xo xoắn chống rung FCAL - [nguồn: Mt.com/product] 11

Hình 3.4 Loadcell TSA Mettler Toledo - [nguồn: Mt.com/product] 12

Hình 3.5 Loadcell SCB Mettler Toledo - [nguồn: Mt.com/product] 12

Hình 3.6 Loadcell SBD Mettler Toledo - [nguồn: Mt.com/product] 12

Hình 3.7 Loadcell EMFR khi có tải tải - [nguồn: Mettler Toledo] 14

Hình 3.8 Sơ đồ khối nguyên lý phương án 1 15

Hình 3.9 Sơ đồ trực quan hệ thống phương án 1 16

Hình 3.10 Sơ đồ khối nguyên lý phương án 2 17

Hình 3.11 Sơ đồ trực quan hệ thống phương án 2 18

Hình 3.12 Biểu đồ phân bố lực 22

Hình 3.13 Sơ đồ lực tác dụng lên trục quay chủ động 24

Hình 3.14 Sơ đồ lực tác dụng lên trục quay bị động 25

Hình 3.15 Biểu đồ lực tác động lên trục quay băng tải và Moment 27

Hình 3.16 Trục rulo 27

Hình 3.17 Motor CHR-GM37-520 12V47RPM 29

Hình 3.18 Tấm gá trục rulo 30

Hình 3.19 Tấm gá trục rulo và động cơ 30

Hình 3.20 Cách lắp đặt Loadcell 31

Hình 3.21 Loadcell thanh 10Kg - [nguồn: linkiendientucaka] 31

Hình 3.22 HX711 và sơ đồ kết nối với Loadcell - [nguồn: linkiendientucaka] 32

Hình 3.23 Nhôm định hình 20x20 - [nguồn: vatgia.com] 33

Hình 3.24 Khung chân đế nhôm 20x20 33

Hình 3.25 Máy in QL 700 – [nguồn tanphat.com.vn] 36

Hình 4 1 Sơ đồ khối của hệ thống 38

Hình 4 2 Sơ đồ kết nối các thiết bị 39

Hình 4 3 Sơ đồ kết nối HX711 với Raspberry 40

Hình 4 4 Sơ đồ kết Raspberry với cảm biến hồng ngoại 41

Hình 4 5 Sơ đồ kết nối khối công suất 41

Hình 4 6 Sơ đồ chân Raspberry – [nguồn: raspberrypi.org] 42

Hình 4 7 Mạch PCB 43

Hình 4 8 Mạch sau khi gia công 43

Hình 4 9 Các bước thi công mạch 44

Hình 4 10 Sơ đồ khối giao tiếp của hệ thống 45

Hình 4 11 Giao diện màn hình chính 46

Hình 4 12 Thao tác chọn loại rau 47

Hình 4 13 Giao diện Data 47

Hình 4 14 Lưu đồ nút nhấn trên GUI 48

Hình 4 15 Lưu đồ điều khiển 49

Hình 4 16 Giao diện đăng nhập 50

Hình 5.1 Mô hình máy hoàn thiện 3D 51

Hình 5.2 Vị trí các cụm chi tiết của máy cân dán nhãn 3D 52

Hình 5.3 Sản phẩm hoàn thiện 52

Hình 5.4 Các cụm chi tiết chính của sản phẩm hoàn thiện 53

Hình 5.5 Biểu đồ so sánh giá trị đo được và giá trị thực tế 54

Hình 5.6 Sản phẩm dán nhãn cho đậu rồng 54

Hình 5.7 Sản phẩm dán nhãn cho khổ qua 55

DANH SÁCH BẢNG BIỂU

Bảng 3.1 Bảng đánh giá tiêu chí phương án lựa chọn Loadcell 19

Bảng 3.2 Bảng đánh giá tiêu chí phương án lựa chọn băng tải 20

Bảng 3.3 Bảng thông số ban đầu của hệ thống băng tải 21

Bảng 3.4 Bảng tiêu chí chọn máy in 35

Bảng 3.5 Bảng thông số máy in QL700 36

Bảng 5.1 Thống kê khối lượng đo được sau 50 lần 53

TÓM TẮT

Việt Nam là một quốc gia có thế mạnh về nền nông nghiệp nhưng khâu xử lý sản phẩm sau thu hoạch và khâu cân dán nhãn rau củ để đên tay người tiêu dùng đang là một thách thức lớn Trong khâu cung ứng hàng hóa đến người tiêu dùng ở các chuỗi siêu thị lớn cũng như các cửa hàng phân phối thực phẩm nhân viên sẽ phải nhập hàng hóa, phân chia ghi rõ loại rau củ và cân khối lượng để bán ra thị trường Các thao tác thủ công trong việc cân dán nhãn các loại rau của quả ảnh hưởng rất lớn đến thời gian và công sức của nhân viên, theo đó giá thành của các sản phẩm cũng tăng lên đáng kể Hơn nữa, các loại cân thủ công có sai số rất lớn, dễ bị sai sót nên ảnh hưởng tới chất lượng buôn bán của các cửa hàng Dựa vào những thực trạng trên, nhóm đã nguyên cứu thiết kế và chế tạo

hệ thống cân dán nhãn tự động có kết hợp IOT Dựa trên tiêu chí đáp ứng được nhu cầu

về cân và dán nhãn có khối lượng và thông tin giá cả sản phẩm rau củ quả Với mong muốn giảm chi phí chi trả, cũng như công sức của nhân viên Máy cân dán nhãn rau tự động được chế tạo với hệ thống các băng tải cân có độ chính xác và băng tải in dán nhãn

tự động hoàn toàn Từ đó giúp cho việc cân và in nhãn giá được thực hiện liên tục để đáp ứng nhu cầu bán hàng ở các siêu thị Ngoài ra máy có thêm thiết kế với giao diện điều khiển đáp ứng với nhu cầu sử dụng của các nhân viên như: giao diện cân và dán nhãn từng loại rau khác nhau, nhập và thay đổi giá cả trực tiếp trên giao diện của hệ thống Bên cạnh đó máy được kết nối hệ thống IoT giúp việc cập nhật thông tin các loại rau, giá cả vào database, giám sát cân, dán nhãn rau củ từ xa Đặc biệt, chi phí cho cả hệ thống cân và dán nhãn tự động có giá thành thấp, hệ thống cũng dễ lắp đặt và vận chuyển đến từng cửa hàng, siêu thị

ABSTRACT

Vietnam is a country with advantages in agriculture, but handling post-harvest products and weighing and labeling vegetables to consumers is a big challenge In the supply of goods to consumers in large supermarket chains as well as food distribution stores, employees will have to import goods, clearly divide the type of vegetables and weigh the volume to sell to the market Manual operations in weighing and labeling vegetables of fruits have a great impact on employees' time and effort, whereby the cost of products also increases significantly Furthermore, manual scales have very large errors and are prone to errors, affecting the quality of the shops' trade Based on the above facts, the group has researched to design and manufacture the automatic weighing and labeling system incorporating IOT with the criteria to meet the needs of weighing and labeling with volume and product price information vegetable With the desire to reduce the cost of paying, as well as the effort of the employee The automatic vegetable label weighing machine is made with a system of high precision weighing conveyors and the conveyor belt with a fully automatic labeling mechanism, which enables continuous weighing and printing of price labels to respond meet the needs of sales in supermarkets In addition, the machine has more design with a control interface to meet the needs of employees such as: weighing interface and labeling each different vegetable, entering and changing prices directly on the interface of the system system In addition, the machine is connected to the IoT system to help update information about vegetables, prices in the database, monitor the scale, and label vegetables remotely In particular, the cost for both automatic weighing and labeling systems is low in cost, the system is also easy to install and transport to each store and supermarket

: TỔNG QUAN VỀ ĐỀ TÀI 1.1 Lý do chọn đề tài

Rau củ là một loại thực phẩm không thể thiếu trong bữa ăn hàng ngày của mọi nhà

Để cung ứng thực phẩm nhằm phục vụ cho nhu cầu người dân nên các hệ thống siêu thị cung cấp thực phẩm cũng mọc lên rất nhiều Trong đó hệ thống siêu thị lớn cũng phát triển các chuỗi cửa hàng của mình như Bách hóa xanh với 1570 của hàng trên khắp cả nước và ở Thành phố Hồ Chí Minh có 493 cửa hàng [13], hay hệ thống siêu thị Co.opmart với 128 cửa hàng trên toàn quốc và 44 của hàng trên địa bàn thành phố (tính tới thời điểm ngày 25/7/2020) [14] Để đáp ứng nhu cầu tiêu thụ thực phẩm rau củ quả cho người dân hệ thống các siêu thị phải nhập một khối lượng hàng rất lớn Khâu nhập hàng từ những nhà cung cấp đến các siêu thị phải tốn rất nhiều thời gian và nhân viên để có thể cân đo khối lượng rau củ cũng như cập nhật thông tin giá cả và hạn sử dụng trước khi đưa sản phẩm đến tay người tiêu dùng

Nhận thấy nhu cầu thực tiễn cũng như tính cấp thiết cần có một giải pháp hiệu quả

để thực hiện việc cân đo khối lượng, cung cấp thông tin giá cả một cách hiệu quả và nhanh nhất cho các siêu thị nói chung Nhằm rút ngắn thời gian cũng như chi phí và nhân công thực hiện công việc trên Vì vậy nhóm chúng em quyết định chọn đề tài “Thiết kế chế tạo máy cân tự động, in giá và hạn sử dụng của sản phẩm rau củ có kết nối IoT” Đối tượng hướng tới của đề tài là hệ thống các siêu thị cửa hàng tiện lợi có kinh doanh các mặt hàng rau củ quả Với hệ thống cân tự động nhóm hi vọng sẽ giúp cho việc cân và nhán dãn ở các cửa hàng sẽ trở nên dễ dàng và tiện lợi hơn Từ những lợi ích từ việc cân

và dán nhán tốt hơn sẽ giúp cho môi trường buôn bán thực phẩm ở các cửa hàng sẽ tiện lợi hơn, đồng thời cũng giúp việc mua thực phẩm của người dân sẽ dễ dàng hơn

1.2 Mục tiêu và nội dung nghiên cứu

- Mục tiêu của nhóm khi thực hiện đồ án như sau:

+ Cân đúng giá trị sản phẩm trên băng tải khi hoạt động

+ In, dán nhãn lên sản phẩm với giá và hạn sử dụng của chúng

+ Điều khiển giảm sát hoạt của máy qua IoT

- Đề tài nghiên cứu bao gồm các nội dung sau:

+ Khảo sát hệ thống cân dựa trên các mô hình có sẵn

+ Nghiên cứu trên mô hình thực tế

+ Nghiên cứu hoạt động của hệ thống in và nhãn trên các máy có sẵn

+ Nghiên cứu hoạt động hệ thống IoT

một cách trực quan nhất

1.4 Bố cục

Đề tài này gồm có 6 chương Nhóm chúng em sẽ giới thiệu và trình bày các giải pháp, cách thực hiện các vấn đề đặt ra cho hệ thống cân, cơ cấu dán nhãn và giao diện cho người dùng

Chương 1: Tổng quan đề tài

Trong chương 1, chúng em sẽ trình bày những vấn đề về nhu cầu cung ứng và sử dụng rau củ quả của thành phố dẫn đến lý do chọn đề tài Những mục tiêu đề ra, phương pháp nghiên cứu cùng với những nhiệm vụ cần phải giải quyết, giới hạn và bố cục đề tài

Chương 2: Cở sở lý thuyết

Chương này trình bày phần cơ sở lý thuyết nêu rõ nhu cầu, đối tượng mà đề tài hướng đến và tổng quan tình hình công nghệ hiện tại

Chương 3: Phương án và chọn nguyên lý thiết hệ thống

Lên phương án thiết kế và chọn linh kiện, vật liệu để thi công hệ thống

Chương 4: Thiết kế hệ thống điện và lập trình

Chương này sẽ làm rõ về quá trình thiết kế mạch điện, bộ điều khiển máy, quá trình in nhãn sản phẩm và thiết kế giao diện người dùng kết nối IoT

Chương 5: Kết quả, nhận xét và đánh giá

Chạy thực nghiệm thu thập dữ liệu và đánh giá những chức năng chính của máy: cân tự động lấy khối lượng, in dán nhãn và thao tác trên giao diện cho người dùng

Chương 6: Kết luận và hướng phát triển

Từ kết quả đã đạt được bên trên, chương này sẽ kết luận những gì đã và chưa đạt

được, từ đó sẽ đưa ra hướng phát triển về sau cho đề tài

: CƠ SỞ LÝ THUYẾT 2.1 Nhu cầu và thực trạng hiện nay

Trước nhu cầu rất lớn về cân dán nhãn sản phẩm rau của hiện tại Theo khảo sát của

nhóm trung bình một ngày các siêu thị, bách hóa nhập một số lượng lớn hàng hóa để đáp ứng nhu cầu cho người tiêu dùng Do đó các chủ doanh nghiệp phải tốn không ít thời gian, chi phí chi trả cũng như gặp nhiều khó khăn trong việc kiểm tra, cân đo khối lượng sản phẩm rau củ quả Cùng với đó là việc in dán nhãn thông tin giá cả hạn sử dụng lên

sản phẩm trước khi bán ra cho người tiêu dùng

Trên thị trường hiện tại, đã có những dòng sản phẩm để giải quyết nhu cầu cân dán nhãn tự động của các siêu thị, bách hóa Những dòng sản phẩm đó có thể đáp ứng được nhu cầu của doanh nghiệp nhưng đổi lại, để sở hữu được một hệ thống cân dán nhãn tự động cho rau củ, họ phải bỏ ra một khoảng chi phí không nhỏ để có được hệ thống Chưa

kể những dòng sản phẩm này tốn rất nhiều chi phí nhân công vận hành máy

2.2 Một số sản phẩm máy cân và dán nhãn tự động có trên thị trường hiện nay

Hiện nay trên thị trường có nhiều sản phẩm cân dán nhãn tự động của các công ty với nhiều công nghệ khác nhau, đáp ứng nhiều yêu cầu khắc khe khác nhau

Ishida là một công ty đa quốc gia Nhật Bản chuyên sản xuất máy móc đóng gói thực phẩm Với những dòng máy cân dán nhãn có độ chính xác và tốc độ ổn định cao

Hình 2.1 Nhân viên đang dán nhãn thông tin rau củ - [nguồn: baolamdong.vn]

- Tốc độ in cao lên đến 255 mm một giây

- Một màn hình cảm ứng màu 10.4 inch để sử dụng dễ dàng, hiển thị thông báo lỗi

rõ ràng theo từng cài đặt và có chức năng định dạng nhãn

- 9 ống xi-lanh khí đảm bảo đặt nhãn chính xác ở tốc độ cao, ngay cả đối với những kiểu dáng bao bì và nhãn đặc biệt

- Máy dán nhãn dưới hoạt động bằng khí đảm bảo các nhãn bên dưới luôn được dán chính xác và chắc chắn [5]

Đặt điểm chung của các dòng sản phẩm trên là có độ chính xác cao nhưng hiện tại ở Việt Nam vẫn chưa tự sản xuất được Nên phải nhập khẩu về dẫn đến giá thành, các chi phí bảo dưởng lắp đặt và vận hành còn cao Bên cạnh đó máy có kích thước lớn chiếm diện tích nên cũng là một bài toán cho các chủ doanh nghiệp lựa chọn đầu tư

Hình 2.2 Máy cân dán nhãn tự động WPL-AI - [nguồn: ishida.com]

- Khả năng luôn dán nhãn vào đúng vị trí, nhờ phương pháp dán khéo léo, bao gồm một cần xoay để dán nhãn phía trên cùng và băng tải đai có đầu hút khí để dán nhãn bên dưới

- Khả năng in rõ ràng và đẹp, nhờ sử dụng phông chữ UD hoàn toàn dễ đọc và thanh dẫn nhãn để đảm bảo chữ và hình ảnh nằm đúng vị trí

- Băng tải bền, trục in và đầu in nhiệt dễ vệ sinh cũng như bảo trì, giúp thiết bị vận hành trơn tru Một bảng vận hành lớn, với màn hình có thể điều chỉnh được để kiểm tra thông tin in ấn [5]

Tuy nhiên đối với dòng máy này thì người dùng phải đứng ở máy để vận hành, không thông qua các thiết bị thông minh để hỗ trợ thao tác cho người dùng từ xa qua máy tính hay các thiết bị thông minh đó là một trong những nhược điểm của dòng máy này

2.3 Tổng quan về cân dán nhãn có sử dụng IoT

2.3.1 Cân tĩnh

Cân tĩnh là cân thủ công cần phải có nhân công thực hiện đo trực tiếp đưa sản phẩm lên cân rồi ghi lại kết quả đo, sau đó đưa sản phẩm đã đo xuống rồi đưa sản phẩm tiếp theo lên [6]

Hình 2.3 Máy cân dán nhãn tự động FPD-AI - [nguồn: ishida.com]

2.3.2 Cân tự động liên tục:

Cân băng tải là dụng cụ cân tự động để cân liên tục một sản phẩm có số lượng lớn trên băng chuyền, sản phẩm sẽ không được phân chia khối lượng cụ thể và băng chuyền vẫn chuyển động liên tục [6]

2.3.3 Cân tự động không liên tục

Đây là nhóm lớn nhất của các thiết bị cân tự động gồm nhiều nguyên tắc và cấu trúc

đo khác nhau

Cân tự động không liên tục là cân khối lượng của các sản phẩm được phân chia rời

rạc được xác định theo trình tự [6]

2.3.4 Các loại cân tự động

- Cân dán nhãn là thiết bị cân tự động xác định khối lượng và giá của sản phẩm

- Cân phễu có bộ phận tải dạng bể hoặc phễu để lấy vật liệu khối hoặc chất lỏng cần

cân

- Cân giá bưu phẩm và loại hàng: thang đo chỉ số bưu chính và tỷ lệ được sử dụng để xác định phí bưu chính hoặc cước vận chuyển dựa trên trọng lượng của bưu kiện,

cước vận chuyển

- Cân kiểm tra để phân chia các vật phẩm có khối lượng khác nhau thành hai hoặc nhiều nhóm nhỏ theo sự khác biệt giữa khối lượng của chúng Đối với các sản phẩm đóng gói sẵn có trọng lượng bằng nhau, phải kiểm tra xem trọng lượng thực của gói

có bằng với hàm lượng thực danh nghĩa của nó với dung sai cho phép hay không, và

các gói bên ngoài dung sai được tự động sắp xếp [6]

2.3.5 Tổng quan máy dán nhãn

Với người tiêu dùng, tem nhãn trên sản phẩm chứa đựng các thông tin quan trọng và rất cần thiết Dựa vào các thông số về thời hạn sử dụng, trọng lượng, dung tích, thành phần cấu tạo, thông số kỹ thuật để phục vụ việc sử dụng sản phẩm đúng cách và an toàn Chính vì vậy, việc một sản phẩm được dán nhãn, tem hàng hóa một cách chính xác và bắt mắt với nội dung đầy đủ sẽ đem lại giá trị của sản phẩm đó trong mắt người tiêu dùng Máy dán nhãn chia làm 2 loại chính: máy dán nhãn tự động và máy dán nhãn bán

tự động.[7]

2.3.6 Các loại máy dán nhãn phỗ biến hiện nay

- Nếu phân loại theo mức độ tự động hóa, có thể tạm chia máy dán nhãn thành 3 loại: + Máy dán nhãn tự động, dán decal, tem nhãn tự động

+ Máy dán nhãn bán tự động

+ Máy dán nhãn thủ công, vẫn cần thao tác điều khiển của con người

- Phân loại theo loại sản phẩm cần dán, có thể kể đến ứng dụng của máy dán tem nhãn cho:

+ Chai lọ: chai tròn hoặc chai dẹp, dán một mặt, dán hai mặt cho các ứng dụng chai, lọ, hộp đựng: nước tinh khiết, rượu, bia, nước ngọt, nước giải khát, nước mắm, dầu ăn, dầu nhớt, nước giặt tẩy, nước rửa chén bát, chai lọ thuốc, sản phẩm

y tế, thực phẩm, chai lọ hóa chất

+ Các sản phẩm cad, thẻ, linh kiện dạng thanh cần dán thông số, in và dán tự động

mã vạch, hạn sử dụng, ngày sản xuất trên bề mặt hoặc các vị trí chính xác… + Sản phẩm dạng trụ, côn như bút viết, ống nghiệm, thuốc dạng ống, quả lọc (filter housing) của máy lọc nước…

+ Các sản phẩm, thiết bị và linh kiện điện tử, các sản phẩm khác: sạc, pin điện thoại, pin máy tính, quạt tản nhiệt máy tính, quán và dán tem cho dây cáp điện

và dây tín hiệu (wiring) [8]

2.3.7 Tổng quan về IoT và ứng dụng trong đề tài

Theo định nghĩa của Wikipedia: “Mạng lưới vạn vật kết nối Internet hoặc là Mạng lưới thiết bị kết nối Internet viết tắt là IoT (tiếng Anh: Internet of Things) là một kịch bản của thế giới, khi mà mỗi đồ vật, con người được cung cấp một định danh của riêng mình, và tất cả có khả năng truyền tải, trao đổi thông tin, dữ liệu qua một mạng duy nhất

mà không cần đến sự tương tác trực tiếp giữa người với người, hay người với máy tính IoT đã phát triển từ sự hội tụ của công nghệ không dây, công nghệ vi cơ điện tử và Internet Nói đơn giản là một tập hợp các thiết bị có khả năng kết nối với nhau, với Internet và với thế giới bên ngoài để thực hiện một công việc nào đó.”

Hay hiểu một cách đơn giản IoT là tất cả các thiết bị có thể kết nối với nhau Việc kết nối thì có thể thực hiện qua Wi-Fi, mạng viễn thông băng rộng (3G, 4G), Bluetooth, ZigBee, hồng ngoại Theo Gartner, Inc (một công ty nghiên cứu và tư vấn công nghệ), sẽ

có gần 26 tỷ thiết bị trên IoT vào năm 2020 ABI Research ước tính rằng hơn 30 tỷ thiết bị

sẽ được kết nối không dây với "Kết nối mọi thứ" (Internet of Everything) vào năm 2020 Theo một cuộc khảo sát và nghiên cứu gần đây được thực hiện bởi Dự án Internet Pew Research, một phần lớn các chuyên gia công nghệ đã hưởng ứng tham gia sử dụng Internet

of Things với 83% đồng ý quan điểm cho rằng Internet / Cloud of Things, nhúng và tính toán đeo (và các hệ thống năng động, tương ứng )sẽ có tác động rộng rãi và mang lại lợi

ích đến năm 2025 Như vậy, rõ ràng là IoT sẽ bao gồm một số lượng rất lớn các thiết bị được kết nối với Internet (trích dẫn từ Wikipedia)

IoT có ứng dụng vô cùng lớn trong thời đại hiện nay, có thể kể ra một số ứng dụng như sau:

+ Mua sắm thông minh

+ Quản lý các thiết bị cá nhân

+ Đồng hồ đo thông minh

+ Tự động hóa ngôi nhà

+ Quản lý và lập kế hoạch quản lý đô thị

+ Quản lý môi trường

+ Phản hồi trong các tinh huống khẩn cấp

Trong đề này, người dùng có thể thao tác điều khiển và giám sát hệ thống cân dán nhãn tự động trên màn hình thông qua giao diện của nhóm thiết kế Trong đó có đầy đủ thông tin về thông số cân, trạng thái hoạt động, thông tin về giá cả và hạn sử dụng Người dùng cũng có thể nhập và thay đổi dữ liệu các loại rau và giá cả liên tục Bên cạnh đó,

họ cũng có thể tương tác qua Website được thiết kế để người dùng sử dụng một cách dễ dàng và trực quan nhất

: PHƯƠNG ÁN VÀ CHỌN NGUYÊN LÝ MÁY THIẾT KẾ HỆ

THỐNG (CÂN VÀ DÁN NHÃN) 3.1 Phương án thiết kế và chọn nguyên lý máy cho băng tải cân tự động

3.1.1 Tổng quan về cảm biến cân nặng

Loadcell là bộ phận có ảnh hưởng trực tiếp đến việc cân chính xác một vật có khối lượng nhất định Do đó, có nhiều nhà cung cấp cân đã chế tạo ra các loại cân với từng mục đích sử dụng khác nhau Kinh nghiệm thực tế đã chỉ ra rằng độ chính xác có liên quan trực tiếp đến tốc độ băng tải, cũng như sự ổn định và tính chất của các sản phẩm được cân Độ chính xác tăng khi tốc độ và lưu lượng hàng băng tải của đường dây giảm

Độ ổn định của sản phẩm trong quá trình cân càng lớn thì độ chính xác càng cao Do đó với mỗi yêu cầu khác nhau mà ta sẽ có những lựa chọn cho phù hợp và phân loại Loadcell

thành hai nhóm chính sau [9]

3.1.2 Loadcell sử dụng nguyên lý đo độ biến dạng dùng mạch cầu Wheatstone

Cấu tạo chính của Loadcell gồm các điện trở strain gauges R1, R2, R3, R4 kết nối thành một cầu điện trở Wheatstone như hình dưới và được dán vào bề mặt của thân Loadcell

Hình 3.1 Cầu điện trở Wheatstone - [nguồn: Mettler Toledo (2019)]

Một điện áp kích thích được cung cấp cho ngõ vào loadcell (2 góc (1) và (4) của cầu điện trở Wheatstone) và điện áp tín hiệu ra được đo giữa hai góc khác Tại trạng thái cân

bằng (trạng thái không tải), điện áp tín hiệu ra là số không hoặc gần bằng không khi bốn điện trở được gắn phù hợp về giá trị

Hình 3.2 Loadcell ở trạng thái không tải - [nguồn: Mettler Toledo (2019)]

Khi có tải trọng hoặc lực tác động lên thân Loadcell làm cho thân Loadcell bị biến dạng (giãn hoặc nén), điều đó dẫn tới sự thay đổi chiều dài và tiết diện của các sợi kim loại của điện trở strain gauges dán trên thân loadcell Dẫn đến một sự thay đổi giá trị của các điện trở strain gauges Sự thay đổi này dẫn tới sự thay đổi trong điện áp đầu ra Sự thay đổi điện áp này là rất nhỏ, do đó nó chỉ có thể được đo và chuyển thành số sau khi

đi qua bộ khuếch đại của các bộ chỉ thị cân điện tử [6]

Một số loại Load cell phổ biến trên thì trường hiện nay:

Hình 3.3 Loadcell lò xo xoắn chống rung FCAL - [nguồn: Mt.com/product]

Hình 3.4 Loadcell TSA Mettler Toledo - [nguồn: Mt.com/product]

Hình 3.5 Loadcell SCB Mettler Toledo - [nguồn: Mt.com/product]

Hình 3.6 Loadcell SBD Mettler Toledo - [nguồn: Mt.com/product]

Chúng được sử dụng phổ biến trong các máy cân khối lượng và hệ thống cân định lượng, cân đóng bao, cân băng tải, cân kiểm tra …vv

Ngoài ra chúng còn được phân loại theo hình dạng và phân loại theo dạng tính hiệu truyền nhận

- Phân loại theo hình dạng:

+ Loadcell xoắn

- Chi phí: thấp hơn so với công nghệ khác

- Nhiễu: nhiều phần mềm có loại bỏ nhiễu

Nhược điểm:

- Độ chính sát bị giới hạn khi xử lý tín hiệu với vật có trọng lượng thấp

- Bị giới hạn do độ chính sát của các thành phần cơ khí

- Thời gian đo chậm hơn do tác động của lưu lượng sản phẩm, khối lượng sản phẩm và độ phân giải

- Hiệu suất bị giới hạn khi tăng tốc độ băng chuyền

3.1.3 Loadcell sử dụng nguyên lý đo biến dạng và phục hồi lực điện từ (EMFR)

Sự ra đời của bộ vi xử lý đã đưa cuộc sống mới vào những phát triển trong lĩnh vực công nghệ cân Những bộ vi xử lý hình thành nền tảng cho công nghệ phục hồi lực điện

từ (EMFR) - một công nghệ vượt trội thông qua độ chính xác cao và hiệu suất ấn tượng của nó Loadcell EMFR là các cảm biến thông minh có thể kiểm soát và bù một số lượng lớn các yếu tố có ảnh hưởng trực tiếp đến hiệu suất cân, chẳng hạn như tốc độ mẫu và biến động nhiệt độ, cũng như các yếu tố gây nhiễu khác

Hình 3.7 Loadcell EMFR khi có tải tải - [nguồn: Mettler Toledo]

Khi tải được đặt lên Loadcell bị lệch Cuộn dây đặt bên trong được giữ thăng bằng

ở trên một nam châm vĩnh cửu bởi lực trường của nó (Hình 7.2) Khi cuộn dây dịch chuyển, cảm biến vị trí (Position sensor) được lắp đặt trong hệ thống phát hiện được độ lệch của băng tải so với vị trí ban đầu Tín hiệu từ cảm biến trả về bộ điều khiển thông tin độ lệch của băng tải, từ đó bộ điều khiển phát tín hiệu tăng cường độ dòng điện qua cuộn dây để tạo ra một lực từ trường di chuyển cuộn dây trở lại vào vị trí ban đầu của nó Khi đó cường độ dòng điện hiện tại tỷ lệ thuận với lực - cho phép xác định trọng lượng của tải bằng cách đo cường độ dòng điện

Tổng hợp các ưu điểm nhưu điểm của Loadcell ứng dụng công nghệ phục hồi lực điện từ (EMFR)

Ưu điểm:

- Độ phân giải: Thực hiện được những phép đó có độ sai số rất nhỏ

- Thời gian đáp ứng: Thời gian lấy mẫu nhanh

- Độ chính xác: Độ chính xác cao liên tục trong suốt thời gian sử dụng nhờ công nghệ vi xử lý

- Khả năng chống nhiễu: Nhiều chức năng phần mềm để vô hiệu hóa cấu hình nhiễu

- Hiệu suất: Là những phương án tốt để thích ứng với quá trình sản xuất đòi hỏi độ chính xác và năng xuất cao

Nhược điểm:

- Thiết kế và lắp đặt: Thiết kế phức tạp và có kích thước lớn hơn các công nghệ khác Không phù hợp khi có yêu cầu mang tính tối ưu trong thi công và lắp đặt

- Chi phí: Chi phí sử dụng cao hơn so với các công nghệ khác [6]

3.2 Các phương án lựa chọn Loadcell cho băng tải cân

Sau khi tìm hiểu về những loại Loadcell hiện có trên thị trường cũng những ưu nhược điểm của chúng, nhóm đã lên ý tưởng và đưa ra được những phương án để chọn và lắp đặt Loadcell cho băng tải cân tự động

3.2.1 Phương án 1: Cân băng tải dùng Loadcell sử dụng nguyên lý đo độ biến dạng sử dụng mạch cầu Wheatstone

Hình 3.8 Sơ đồ khối nguyên lý phương án 1 Trong phương án này sử dụng Loadcell dùng nguyên lý đo độ biến dạng sử dụng mạch cầu Wheatstone Sau khi được sơ chế và đóng gói, sản phẩm rau củ quả sẽ được

di chuyển đến băng tải cân để được cân khối lượng Tại đây khi sản phẩm rau củ đi qua

vị trí gắng Loadcell trên băng tải, Loadcell sẽ đọc giá trị rồi và đi qua bộ chuyển đổi tín hiệu ADC 24 bit Sau đó, bộ chuyển đổi sẽ gửi thông tin về bộ điều khiển kết hợp với thông tin loại sản phẩm có trong database trước đó mà từ đó định được khối lượng, giá

và hạn sử dụng của rau củ Đồng thời, băng tải tiếp tục đưa sản phẩm đến vị trí máy dán nhãn để in giá và hạn sử dụng Bên cạnh đó người dùng có thể giám sát cũng như điều khiển hệ thống của mình từ xa qua kết nối IoT

Hình 3.9 Sơ đồ trực quan hệ thống phương án 1

3.2.2 Phương án 2: Cân băng tải dùng Loadcell sử dụng nguyên lý đo độ biến dạng

và phục hồi lực điện từ (EMFR)

Hình 3.10 Sơ đồ khối nguyên lý phương án 2 Tương tự như ở phương án 1, nhưng điều khác biệt ở phương án này sử dùng cân sử dụng nguyên lý đo độ biến dạng và phục hồi lực điện từ (EMFR) Nhằm cải thiện cũng như tăng độ chính xác của việc cân khối lượng sản phẩm

Sau khi được sơ chế và đóng gói sản phẩm rau củ quả cũng được đưa đến vị trí cân băng tải để cân khối lượng Loadcell đo được giá trị qua bộ chuyển đổi có được khối lượng Sau đó gửi thông tin về bộ điều khiển kết hợp với thông tin có trong database trước đó mà từ đó định giá được rau củ Đồng thời băng tải tiếp tục đưa sản phẩm đến vị trí máy dán nhãn để in giá và hạn sử dụng Bên cạnh đó người dùng có thể giám sát cũng như điều khiển hệ thống của mình từ xa qua kết nối IoT

Hình 3.11 Sơ đồ trực quan hệ thống phương án 2

Bảng 3.1 Bảng đánh giá tiêu chí phương án lựa chọn Loadcell

có chi phí thấp hơn Loadcell dùng công nghệ EMFR

-Có nhiều lựa chọn với nhiều chủng loại khác nhau phù hợp với các hệ thống cơ khí khác nhau

-Linh hoạt, dễ dàng lắp đặt, thiết

kế đơn giản

-Có xảy ra nhiễu dẫn đến độ chính xác không cao bằng công nghệ EMFR nhưng có phần mềm hỗ trợ nhằm khử nhiễu cho độ chính xác cao hơn

Phương án 2

-Dùng Loadcell sử

dụng cộng nghệ đo

độ biến dạng và phục hồi lực điện

từ (EMFR) có chi phí cao hơn các công nghệ khác

-Có thiết kế phức tạp và kích lớn hơn các công nghệ khác

-Có độ chính xác

cao

Sau khi đánh giá cũng như cân nhắc những tiêu chí cho cả hai phương án trên Dựa trên tiêu chí về giá thành rẻ, thiết kế hệ thống tối ưu, đơn giản và có tính ứng dụng cao Nhóm chúng em quyết định chọn thiết kế và chế tạo hệ thống dựa trên nguyên lý của phương án thứ nhất: Cân băng tải dùng Loadcell sử dụng nguyên lý đo độ biến dạng dùng mạch cầu Wheatstone Đồng thời cũng tìm ra phương án lắp đặt hệ thống tối ưu nhất và có tính ứng dụng cao

3.2.3 Tính toán thiết kế băng tải cân tự động

Phần thiết kế cơ khí của nhóm cho băng tải cân và dán nhãn gồm có 2 băng tải Một băng tải nhận sản phẩm làm nhiệm vụ cân, một băng tải tiếp theo sau có nhiệm vụ di chuyển sản phẩm đến vị trí dán nhãn Băng tải cân và băng tải dán nhãn sử dụng dây

băng tải PVC Ý tưởng thiết kế của nhóm dựa trên những kiến thức đã học và tìm hiểu thêm thông tin qua mạng đặc biệt là các sản phẩm băng tải cân tự động của các công ty nước ngoài chuyên về lĩnh vực này như Mettler Toledo, Ishida, …

3.2.3.1 Chọn dây băng tải

Sử dụng dây băng tải PVC

- Nhóm sử dụng băng tải được sử dụng phổ biến trong các dây chuyền sản xuất thực phẩm, thủy hải sản, rau củ quả, … do vậy nên nó được bán phổ biến trên thị trường dễ tìm mua với giá thành khá rẻ

- Với khả năng kết dính giữa các lớp tốt, có khả năng chịu ma sát chịu nhiệt và chống dính cao, ít bị có giãn có khả năng làm việc tốt trong môi trường khắc nghiệt

- Với màu xanh, trắng chủ đạo độ dày băng tải PVC phổ biến từ 0.8-5 mm [10] Các phương pháp nối băng tải, ưu điểm và nhược điểm

Bảng 3.2 Bảng đánh giá tiêu chí phương án lựa chọn băng tải

Nối chín lưu hóa

-Chất lượng mối nối tốt, đẹp

- Tuổi thọ của kết nối lâu nhất so với các kiểu nối khác

- Tốn nhiều thời gian

- Sử dụng một loại keo

đặc biệt

- Giá thành cao hơn dán bằng đinh ghim, tốn nhiều công sức cho người dán

Loại ghép nối Ưu điểm Nhược điểm

Nối bản lề- sâu ghim

- Dùng cho băng tải có

độ dày lớn tải nặng

- Tuổi thọ băng tải

- Chọn băng tải PVC màu xanh lá cây, độ dày 2mm sử dụng kiểu nối chín lưu hóa

3.2.3.2 Tính trục Rulo dẫn động cho băng tải

Bảng 3.3 Bảng thông số ban đầu của hệ thống băng tải Vận tốc băng tải (𝑉) 0,05 𝑚/𝑠

Tải trọng phân bổ trên băng

Hình 3.12 Biểu đồ phân bố lực Lực tác dụng lên băng tải:

• 𝑚 = 3 kg : Khối lượng phân bổ

• 𝐺 = 10 𝑚 𝑠⁄ : Gia tốc trọng trường 2

• 𝑑 = 0,042 𝑚 : Đường kính trục quay

Thay vào phương trình (3.3), ta có

• 𝑉 = 0,05 𝑚/𝑠: Vận tốc của băng tải

• 𝑅 = 0,021 𝑚: Bán kính con lăn

Vận tốc của trục quay:

Công suất tại trục quay:

9,55 × 106

(3.10)

Trong đó:

• 𝑀 là moment xoắn tại trục quay

• 𝑁 là tốc độ của trục quay

• Thay vào công thức (3.7), ta có công suất tại trục quay là:

𝑃 = 231 × 239.55 × 106 = 5,5 × 10−4(𝐾𝑊) (3.11)

𝑛 = 𝜔 × 9,55 = 2,38 × 9,55 = 23 (𝑅𝑃𝑀) (3.9)

Hình 3.13 Sơ đồ lực tác dụng lên trục quay chủ động Trong đó:

• 𝐹0: lực căng ban đầu của băng tải

• 𝐹1: lực căng của băng tải phía chủ động

• 𝐹2: lực căng của băng tải tác dụng lên trục bị động

• Độ lớn của lực được tính theo công thức sau:

• 𝑎 = 180° góc tiếp xúc của băng tải với trục quay

Thay vào phương trình (3.12) và 3.13, ta có:

𝐹𝑡 =2 × 231

42 = 11 (𝑁)

(3.15)