Các máy bán hàng tự động hiện đại đã được trang bị hệ thống thanh toán bằng thẻ tín dụng, thanh toán di động và công nghệ không tiếp xúc, tạo ra một trải nghiệm mua sắm tiện lợi hơn cho
PHÂN TÍCH NỘI DUNG THIẾT KẾ
Lịch sử máy bán hàng tự động
Vào thế kỷ I, nhà toán học Hero của Alexandria đã sáng chế ra một thiết bị bán tự động tại Ai Cập, nhằm mục đích kiểm soát lượng nước thánh mà mỗi tín đồ nhận được tại đền thờ.
Khi các đồng xu được thả vào rãnh, chúng sẽ kích hoạt thanh chắn bên trong, đảm bảo rằng mỗi tín đồ nhận được một lượng nước thánh được đo lường chính xác Điều này đảm bảo rằng không ai nhận được nhiều hay ít hơn số lượng mà họ đã trả.
Vào năm 1857, một máy tự động bán tem đã được cấp bằng sáng chế, đánh dấu sự khởi đầu của công nghệ máy bán hàng tự động Đến năm 1883, hãng Percival Everitt cho ra mắt máy phân phối bưu thiếp siêu lớn, cùng với cải tiến cho rãnh bỏ xu tự động đóng khi hết hàng Đức nhanh chóng áp dụng phát minh này với máy bán hàng tự động cho kẹo socola và sau đó là thức uống, thể hiện sự phát triển nhanh chóng của ngành công nghiệp này.
Hình 1.1 Máy bán hàng tự động V3001QR
Sự đột phá công nghệ quan trọng của máy bán hàng tự động diễn ra vào thế kỷ
20 với sự tích hợp của điện tử và tự động hóa
Máy bán hàng tự động hiện đại tích hợp hệ thống thanh toán bằng thẻ tín dụng, thanh toán di động và công nghệ không tiếp xúc, mang đến trải nghiệm mua sắm tiện lợi cho người tiêu dùng.
Bài tập lớn thiết kế sản phẩm cơ điện tử cho máy bán hàng tự động chuyên cung cấp chai và lon nước ngọt, tích hợp tính năng thanh toán qua thẻ.
Trong thế kỷ này, máy bán hàng tự động đã trở nên phổ biến và đa dạng hơn, không chỉ cung cấp thực phẩm và đồ uống mà còn bán vé máy bay và các sản phẩm công nghệ cao như điện thoại di động.
Lịch sử nghiên cứu máy bán hàng tự động đã trải qua những bước tiến đáng kể, từ các thiết bị đơn giản ban đầu đến các hệ thống phức tạp và thông minh hiện đại Điều này thể hiện vai trò quan trọng của nghiên cứu và phát triển trong việc định hình tương lai của ngành công nghiệp bán lẻ tự động.
Máy bán hàng tự động thức ăn xuất hiện phổ biến tại các nhà ga, trạm dừng và khu vực công cộng, cung cấp nhiều loại đồ ăn nhanh như bánh mì, sandwich, snack, cùng với các loại thức uống như nước ngọt và nước trái cây.
Hình 1-2 Máy bán hàng tự động v2000
1.2 Một số ứng dụng và chức năng của máy bán hàng tự động
Máy bán hàng tự động có nhiều ứng dụng và chức năng đa dạng, tùy thuộc vào mục đích sử dụng và lĩnh vực hoạt động Dưới đây là một số ứng dụng và chức năng phổ biến của máy bán hàng tự động.
Máy bán hàng tự động là thiết bị phổ biến trong ngành bán lẻ, thường được sử dụng để cung cấp các sản phẩm như đồ uống, thực phẩm nhẹ, bánh kẹo, báo chí và hàng hóa tiêu dùng khác.
Máy bán hàng tự động không chỉ phục vụ mục đích bán hàng mà còn cung cấp nhiều dịch vụ tự động khác như mua vé xe buýt, vé vào cửa sự kiện, vé máy bay và thanh toán hóa đơn.
Trong ngành thực phẩm và đồ uống, máy bán hàng tự động cung cấp đa dạng sản phẩm như nước uống đóng chai, cà phê, đồ uống nóng, và các món ăn như bánh mì hay pizza đã được làm nóng sẵn.
Máy bán hàng tự động trong ngành y tế có thể cung cấp các sản phẩm y tế như băng dính, thuốc lá và các sản phẩm chăm sóc cá nhân, mang lại sự tiện lợi cho người dùng.
Máy bán hàng tự động trong ngành công nghiệp đóng vai trò quan trọng trong việc cung cấp vật liệu tiêu hao và linh kiện sản xuất, từ đó nâng cao hiệu quả quản lý kho và tối ưu hóa quy trình sản xuất.
Máy bán hàng tự động có khả năng thực hiện nhiều ứng dụng và chức năng đa dạng, không chỉ giới hạn ở những gì đã đề cập Tùy thuộc vào mục đích sử dụng và cơ sở hạ tầng công nghệ, có thể phát triển thêm nhiều tính năng khác cho máy bán hàng tự động.
Danh sách yêu cầu máy bán hàng tự động Ngày thay đổi
Kích thước - Chiều dài: 1000mm -
- Động cơ đưa sản phẩm ra bằng cơ cấu lò xo xoắn, và hoàn lại tiền thừa Cách hoạt động:
- Sản phẩm được đặt vào giữa các vòng xoắn của lò xo
- Khi người dùng thanh toán và chọn sản phẩm: Động cơ quay một góc (thường 180–360 độ)
Vòng xoắn đẩy sản phẩm đầu tiên ra khỏi rãnh, sản phẩm rơi xuống khay nhận hàng
- Tốc độ bán hàng liên tục: 5- 10s/ 1 sản phẩm
- Điện áp đầu vào: 220V, 50Hz
- Khung: Vật liệu thép chống gỉ, độ bền cao, chống va đập
- Gioăng: Cao su chống thoát hơi lạnh
- Các linh kiện khác: cao su, nhựa, thép chống gỉ
Hệ thống nhận diện tiền, bảng điều chỉnh, lựa chọn
Hiển thị trên LCD, hệ thống đẩy sản phẩm ra khoang nhận hàng Âm thanh báo hiệu(đèn, còi)
Giao diện: Hiển thị hình ảnh các chai nước, tên sản phẩm, giá, mã chọn
(Người dùng bấm mã A1–A4 để chọn)
Hệ thống: Hệ thống điều hòa, thanh toán chấp nhận mệnh giá 10.000, 20.000, 50.000, 100.000 VND
Có hệ thống dừng khẩn cấp Đảm bảo toàn diện theo TCVN Đảm bảo an toàn chống nổ theo TCVN
Dễ dàng lắp ráp và thay thế
Kết nối các bộ phận cơ khí chắc chắn, an toàn
Khách hàng chọn sản phẩm trên máy, máy hiển thị số tiền cần thanh toán
Nhận tiền từ khách hàng và đẩy sản phẩm ra khỏi kệ hàng
Máy tiến hành xử lí:
Nhận dạng tiền, lưu trữ, xuất sản phẩm và trả lại tiền thừa nếu có
Một số trường hợp đặc biệt: Tiền giả,Tiền hàng lớn hơn tiền vào, máy sắp hết tiền…
Hoạt động tốt ở mọi khu vực
Cơ chế nhận biết nước:
Máy sẽ nhận biết nước thông qua khay nạp sản phẩm cố định
Cách hoạt động: mỗi loại nước được đặt vào 1 khay riêng biệt, khi người dùng chọn sản phẩm trên màn hình thì hệ thống chỉ cần đẩy đúng khay
Bảo trì và bảo dưỡng:
Dễ dàng tháo lắp kiểm tra các bộ phận
Chính sách bảo hành: 8 tháng – 1 năm
Danh sách yêu cầu
Danh sách yêu cầu máy bán hàng tự động Ngày thay đổi
Kích thước - Chiều dài: 1000mm -
- Động cơ đưa sản phẩm ra bằng cơ cấu lò xo xoắn, và hoàn lại tiền thừa Cách hoạt động:
- Sản phẩm được đặt vào giữa các vòng xoắn của lò xo
- Khi người dùng thanh toán và chọn sản phẩm: Động cơ quay một góc (thường 180–360 độ)
Vòng xoắn đẩy sản phẩm đầu tiên ra khỏi rãnh, sản phẩm rơi xuống khay nhận hàng
- Tốc độ bán hàng liên tục: 5- 10s/ 1 sản phẩm
- Điện áp đầu vào: 220V, 50Hz
- Khung: Vật liệu thép chống gỉ, độ bền cao, chống va đập
- Gioăng: Cao su chống thoát hơi lạnh
- Các linh kiện khác: cao su, nhựa, thép chống gỉ
Hệ thống nhận diện tiền, bảng điều chỉnh, lựa chọn
Hiển thị trên LCD, hệ thống đẩy sản phẩm ra khoang nhận hàng Âm thanh báo hiệu(đèn, còi)
Giao diện: Hiển thị hình ảnh các chai nước, tên sản phẩm, giá, mã chọn
(Người dùng bấm mã A1–A4 để chọn)
Hệ thống: Hệ thống điều hòa, thanh toán chấp nhận mệnh giá 10.000, 20.000, 50.000, 100.000 VND
Có hệ thống dừng khẩn cấp Đảm bảo toàn diện theo TCVN Đảm bảo an toàn chống nổ theo TCVN
Dễ dàng lắp ráp và thay thế
Kết nối các bộ phận cơ khí chắc chắn, an toàn
Khách hàng chọn sản phẩm trên máy, máy hiển thị số tiền cần thanh toán
Nhận tiền từ khách hàng và đẩy sản phẩm ra khỏi kệ hàng
Máy tiến hành xử lí:
Nhận dạng tiền, lưu trữ, xuất sản phẩm và trả lại tiền thừa nếu có
Một số trường hợp đặc biệt: Tiền giả,Tiền hàng lớn hơn tiền vào, máy sắp hết tiền…
Hoạt động tốt ở mọi khu vực
Cơ chế nhận biết nước:
Máy sẽ nhận biết nước thông qua khay nạp sản phẩm cố định
Cách hoạt động: mỗi loại nước được đặt vào 1 khay riêng biệt, khi người dùng chọn sản phẩm trên màn hình thì hệ thống chỉ cần đẩy đúng khay
Bảo trì và bảo dưỡng:
Dễ dàng tháo lắp kiểm tra các bộ phận
Chính sách bảo hành: 8 tháng – 1 năm
THIẾT KẾ SƠ BỘ
Xác định các vấn đề cơ bản
Giai đoạn 1: Loại bỏ sở thích cá nhân, bỏ qua các yêu cầu không ảnh hưởng trực tiếp đến chức năng và các ràng buộc cần thiết
Chứa được 300 – 500 sản phẩm Động học Động cơ đưa sản phẩm ra bằng cơ cấu lò xo xoắn và trả lại tiền thừa
+ Sản phẩm được đặt vào giữa các vòng xoắn của lò xo
+ Khi người dùng thanh toán và chọn sản phẩm: Động cơ quay một góc (thường 180–360 độ)
Vòng xoắn đẩy sản phẩm đầu tiên ra khỏi rãnh, sản phẩm rơi xuống khay nhận hàng
Tốc độ bán hàng liên tục: 5 - 10s/ 1 sản phẩm
Năng lượng Điện áp đầu vào: 220V, 50Hz
Hệ thống nhận diện tiền hoạt động với tín hiệu đầu vào từ bảng điều chỉnh và lựa chọn, sau đó hiển thị kết quả trên màn hình LCD Đồng thời, hệ thống sẽ đẩy sản phẩm ra khoang nhận hàng và phát ra âm thanh báo hiệu.
Hệ thống: Hệ thống điều hòa, thanh toán
Cơ chế nhận biết nước
Máy sẽ nhận biết nước thông qua khay nạp sản phẩm cố định
Cách hoạt động: mỗi loại nước được đặt vào 1 khay riêng biệt, khi người dùng chọn sản phẩm trên màn hình thì hệ thống chỉ cần đẩy đúng khay
Khách hàng chọn sản phẩm trên máy, máy hiển thị số tiền cần thanh toán
Nhận tiền từ khách hàng và đẩy sản phẩm ra khỏi kệ hàng
Máy tiến hành xử lý:
Nhận dạng tiền, lưu trữ, xuất sản phẩm và trả lại tiền thừa nếu có
Một số trường hợp đặc biệt: Tiền giả,Tiền hàng lớn hơn tiền vào, máy sắp hết tiền… Hoạt động tốt ở mọi khu vực
Giai đoạn 2: Chuyển đổi dữ liệu định lượng thành dữ liệu định tính và giảm chúng thành các tuyên bố thiết yếu
Trong giai đoạn này, nhóm thiết kế tổng hợp các yêu cầu kỹ thuật và chuyển chúng thành tuyên bố định tính cần thiết:
Kích thước tổng thể được thiết kế hợp lý, phù hợp với nhiều không gian như sảnh chờ, hành lang, văn phòng, trường học, nhà máy…
Kích thước khoang chứa hàng và ngăn phân phối được tối ưu hóa, giúp việc sắp xếp và lấy sản phẩm trở nên dễ dàng hơn, đồng thời nâng cao hiệu quả vận hành.
Kích thước chân đế và thân máy được gia cố chắc chắn, đảm bảo độ ổn định và an toàn khi hoạt động liên tục
Dung tích lớn (~ 400 sản phẩm ) phù hợp với nhu cầu tiêu dùng tại khu vực đông người Động lực học:
Hệ thống truyền động và cơ cấu phân phối sản phẩm hoạt động êm ái, ổn định, phù hợp với nhiều loại sản phẩm khác nhau
Tốc độ và lực đẩy của cơ cấu nhả hàng được điều chỉnh một cách hợp lý, giúp đảm bảo rằng sản phẩm không bị rơi vỡ hoặc kẹt hàng trong quá trình vận hành.
Kết cấu khung máy vững chắc, sử dụng vật liệu kim loại hoặc hợp kim chất lượng cao, có khả năng chịu va đập ở mức tương đối
Thân máy và cửa khoang chứa được gia cố chắc chắn, giúp bảo vệ linh kiện bên trong khỏi tác động bên ngoài
Tất cả các thiết bị được chế tạo để chịu được tải trọng của hàng trăm sản phẩm, đồng thời vẫn đảm bảo tính ổn định và an toàn trong suốt thời gian sử dụng lâu dài.
Máy vận hành với hiệu suất cao, tiết kiệm điện năng, tương thích với dải điện áp rộng
Có khả năng hoạt động ổn định trong nhiều điều kiện môi trường khác nhau (nhiệt độ cao, độ ẩm thay đổi…)
Máy được sản xuất từ các vật liệu cao cấp như thép sơn tĩnh điện, nhôm hợp kim và nhựa ABS chịu lực, mang lại độ bền cao, khả năng chống ăn mòn và khả năng hoạt động tốt trong môi trường khắc nghiệt.
Mặt kính cường lực phía trước khoang quan sát được thiết kế với khả năng chịu lực cao, đảm bảo an toàn cho người sử dụng và bảo vệ hiệu quả các sản phẩm bên trong.
Tất cả các bộ phận tiếp xúc với sản phẩm đều sử dụng vật liệu an toàn thực phẩm đảm bảo vệ sinh theo tiêu chuẩn
Vật liệu cách điện và chống cháy được sử dụng ở những vị trí nhạy cảm như khoang điện và bộ điều khiển trung tâm để đảm bảo an toàn trong quá trình vận hành.
Cơ chế nhận biết nước
Máy sẽ nhận biết nước thông qua khay nạp sản phẩm cố định
Cách hoạt động: mỗi loại nước được đặt vào 1 khay riêng biệt, khi người dùng chọn sản phẩm trên màn hình thì hệ thống chỉ cần đẩy đúng khay
Hệ thống nhận diện tiền hoạt động với tín hiệu đầu vào từ bảng điều chỉnh và lựa chọn, sau đó hiển thị kết quả trên màn hình LCD Đồng thời, hệ thống sẽ đẩy sản phẩm ra khoang nhận hàng và phát âm thanh báo hiệu.
Hệ thống: Hệ thống điều hòa, thanh toán
Để đảm bảo an toàn, cần tuân thủ các tiêu chuẩn TCVN, bao gồm tiêu chuẩn về thiết bị điện, cơ khí, cũng như các biện pháp bảo vệ người dùng và vận hành thiết bị tại nơi công cộng.
Thiết kế phải tuân thủ các yêu cầu an toàn chống cháy nổ theo TCVN, bao gồm việc sử dụng vật liệu cách nhiệt và chống tia lửa điện, cùng với cơ cấu bảo vệ cho các vùng điện áp cao.
Các khu vực tiếp xúc với người dùng được bọc cách điện và cách nhiệt, giúp giảm thiểu rủi ro tai nạn trong suốt quá trình sử dụng liên tục hoặc trong điều kiện thời tiết bất lợi.
Có hướng dẫn sử dụng và cảnh báo rõ ràng bằng tiếng Việt tại khu vực thao tác
Có nút dừng khẩn cấp khi xảy ra sự cố (kẹt hàng, lỗi xuất sản phẩm, )
Các bộ phận cơ khí được liên kết chặt chẽ bằng bu-lông, chốt định vị hoặc khớp trượt, đảm bảo an toàn và ổn định trong quá trình vận hành liên tục.
Dây điện, cảm biến, bảng điều khiển và hệ thống truyền thông được thiết kế theo tiêu chuẩn kết nối đầu tiên, giúp việc bảo trì, sửa chữa và thay thế trở nên thuận tiện hơn.
Bước 1: Khách hàng chọn sản phẩm mong muốn thông qua bảng điều khiển/màn hình cảm ứng của máy
Bước 2: Máy tự động hiển thị giá sản phẩm và phương thức thanh toán
Bước 3: Khách hàng tiến hành thanh toán bằng cách cho tiền vào vị trí chỉ định Bước 4: Máy bán hàng tự động kiểm tra và nhận tiền
Bước 5: Trả lại tiền thừa ( nếu có)
Giai đoạn 3: Trong mức độ nhất định, khái quát lại kết quả bước trước
Sau khi phân tích và chuyển đổi dữ liệu, nhóm thiết kế đã tổng hợp các thông tin và kết luận như sau:
Khung máy được thiết kế gọn nhẹ và chắc chắn, dễ dàng lắp đặt ở nhiều vị trí khác nhau Vật liệu siêu nhẹ nhưng bền bỉ, có khả năng chịu va đập tốt và chống ăn mòn, rất phù hợp cho môi trường sử dụng công cộng Động cơ hoạt động bằng cơ cấu lò xo xoắn, giúp đưa sản phẩm ra và hoàn lại tiền thừa một cách hiệu quả.
Tốc độ bán hàng liên tục: 5 - 10s/ 1 sản phẩm
Năng lượng Điện áp đầu vào: 220V, 50Hz
Khung: Vật liệu thép chống gỉ
Gioăng: Cao su chống thoát hơi lạnh
Các linh kiện khác: cao su, nhựa, thép chống gỉ
Hệ thống nhận diện tiền hoạt động với tín hiệu đầu vào từ bảng điều chỉnh và lựa chọn, sau đó hiển thị kết quả trên màn hình LCD Đồng thời, hệ thống sẽ đẩy sản phẩm ra khoang nhận hàng và phát âm thanh báo hiệu.
Cơ chế nhận biết nước
Máy sẽ nhận biết nước thông qua khay nạp sản phẩm cố định
Có hệ thống dừng khẩn cấp Đảm bảo toàn diện theo TCVN Đảm bảo an toàn chống nổ theo TCVN
Có nút dừng khẩn cấp ( khi hàng bị kẹt, lỗi thanh toán, )
Khách hàng chọn sản phẩm trên máy, máy hiển thị số tiền cần thanh toán
Nhận tiền từ khách hàng và đẩy sản phẩm ra khỏi kệ hàng
Máy tiến hành xử lý
Bảo trì và bảo dưỡng
Thời gian bảo hành từ 8 tháng đến 1 năm
Hỗ trợ các vấn đề kỹ thuật 24/7
Chi phí lắp đặt các hệ thống thông minh: 70- 120 triệu
Giai đoạn 4: Hình thành vấn đề theo các thuật ngữ trung lập về giải pháp thiết kế máy bán hàng tự động.
Thiết lập cấu trúc chức năng
Hình 2.1 Sơ đồ khái quát chức năng tổng thể
Chú thích: Đường vật liệu Đường năng lượng Đường tín hiệu Giải thích: Đầu vào hệ thống:
Tiền là điều kiện cần thiết để máy hoạt động và cung cấp sản phẩm, trong khi điện năng cung cấp nguồn điện cho toàn bộ hệ thống, bao gồm vi xử lý, động cơ và màn hình hiển thị.
Tín hiệu điều khiển từ vi điều khiển ra lệnh cho máy hoạt động, trong khi khối trung tâm hiển thị chức năng chính của "Máy bán hàng tự động" Đầu ra của hệ thống đảm bảo hoạt động hiệu quả và chính xác.
Sản phẩm: Là món hàng mà người mua nhận được sau khi thanh toán
Cơ năng: Là năng lượng cơ học để đẩy sản phẩm ra
Tín hiệu hiện thị: màn LED, LCD cung cấp thông tin giá sản phẩm, hướng dẫn thao tác, tình trạng thanh toán
Hình 2.3 Sơ đồ cấu trúc chức năng
Chức năng cung cấp điện năng:
Hình 2.3 Sơ đồ cấu trúc chức năng cung cấp điện
Chức năng bảo vệ hệ thống điện:
Hình 2 4: Sơ đồ cấu trúc chức năng dẫn động
Chức năng dẫn động trục
Hình 2 5: Sơ đồ cấu trúc chắc năng dẫn động trục
Chức năng chuyển đổi điện cơ
Hình 2.6: Sơ đồ cấu trúc chức năng chuyển đổi điện cơ
Chức năng nhận diện tiền
Hình 2 7:Sơ đồ cấu trúc chức năng nhận diện tiền
Chức năng kiểm soát hàng hóa
Hình 2 8: Sơ đồ cấu trúc chức năng kiểm soát hàng hóa
Hình 2 9: Sơ đồ cấu trúc chức năng đẩy hàng
Hình 2 10: Sơ đồ cấu trúc chức năng làm lạnh
Chức năng kiểm soát quá tải
Hình 2 11: Sơ đồ cấu trúc chức năng kiểm soát quá tải
Phát triển cấu trúc làm việc
Bảng 2 1: Cấu trúc làm việc của máy bán hàng tự động
Lấy điện 3 chân 2 chân tròn 2 chân cắm
2 Chuyển đổi Điện áp Lioa Tụ cao áp
3 Truyền tải Dây rời Dây liền
Dẫn hướng Khe dẫn hướng Ray dẫn hướng
5 Truyền động Đai răng Đai thang Đai dẹt
6 Khối vỏ Khung Sắt Nhôm Hợp kim
7 Vỏ thân Nhựa Nhôm Cao su
Màn hiển thị Công nghệ LCD Màn hình điều khiển phím cứng
Màn hình điều khiển bằng điện thoại di động
LED Đèn Halogen Huỳnh quang
Chống ngắn mạch Atomat Cầu chì Rơ-le
11 Ngắt mạch khi quá tải Cầu chì Rơ le Mạch bảo vệ
Nhận dạng thẻ Cảm biến màu Cảm biến quang
13 Nhận dạng đường kính và khối lượng
14 Nhận biết mặt tiếp xúc
Cảm biến hình ảnh Lazer
Chuyển đổi Nguồn tuyến tính
Lò xo Tay máy Con lăn
Xác định nhiệt độ Cảm biến nhiệt Tia hồng ngoại
18 Làm lạnh Điều hòa VRV Máy nén lạnh Máy nén kiểu kín
19 Điều khiển động cơ DC L298N BTS7960 L293D
20 Khối xử lí và điều khiển Xử lý tín hiệu Bộ điều khiển
21 Khởi động Nút nhấn Cần gạt Cảm ứng
Bảng 2.1: Cấu trúc làm việc của máy bán hàng tự động
Lựa chọn cấu trúc làm việc
2.4.1 Kết hợp các nguyên tắc làm việc
Bảng 2 2: Nguyên tắc làm việc cho từng chức năng của máy bán hàng tự động
Chức năng con Giải pháp 1 2 3
2 Chuyển đổi Điện áp Lioa Tụ cao áp
Khe dẫn hướng Ray dẫn hướng
Truyền động Đai răng Đai thang Đai dẹt
Công nghệ LCD Màn hình điều khiển phím cứng
Màn hình điều khiển bằng điện thoại di động
Công nghệ LED Đèn Halogen Huỳnh quang
Atomat Cầu chì Rơ-le
10 Ngắt mạch khi quá tải
Cầu chì Rơ le Mạch bảo vệ
Cảm biến màu Cảm biến quang Lazer
Nhận dạng đường kính và khối lượng
Nhận biết mặt tiếp xúc
Cảm biến tiệm cận Cảm biến hình ảnh Lazer
Lò xo Tay máy Con lăn
16 Khối làm mát Xác định nhiệt độ
Cảm biến nhiệt Tia hồng ngoại Tia lazer
Làm lạnh Điều hòa VRV Máy nén lạnh Máy nén kiểu kín
Khối xử lí và điều khiển Điều khiển động cơ
Các nguyên tắc làm việc tạo ra các biến thể được thể hiện trong bảng Những nguyên tắc có cùng màu sẽ hình thành một biến thể Bảng cho thấy có ba biến thể với ba màu khác nhau: màu đỏ (biến thể 1), màu vàng (biến thể 2) và màu cam (biến thể 3) Tiếp theo, chúng ta sẽ xem xét tính khả thi của các biến thể này.
2.4.2 Lựa chọn biến thể phù hợp
Sau khi kết hợp các nguyên tắc làm việc (biểu diễn ở bảng trên), ta được ba biến thể tiêu biểu:
Để chọn biến thể phù hợp nhất, chúng ta cần xây dựng các tiêu chí để đánh giá và so sánh Độ phức tạp và tầm quan trọng của các tiêu chí này khác nhau, do đó, việc xây dựng một cây mục tiêu giúp chúng ta hiểu rõ hơn về mức độ quan trọng của từng tiêu chí Cây mục tiêu bao gồm các tiêu chí chính và các tiêu chí phụ Điểm bên trái (w) thể hiện độ quan trọng của tiêu chí đó so với tiêu chí lớn hơn, trong khi điểm bên phải (wt) thể hiện độ quan trọng của tiêu chí đó trong tổng thể hệ thống.
THIẾT KẾ CỤ THỂ
Xây dựng bước thiết kế cụ thể
3.1.1 Bắt đầu với giải pháp nguyên tắc và danh sách yêu cầu
Hoạt động êm, tiếng ồn nhỏ
Lựa chọn kích thước phù hợp với hệ thống và nhu cầu người sử dụng là rất quan trọng Cần đảm bảo lực khí nén đầy đủ trong quá trình làm lạnh, cùng với tốc độ đẩy và bộ xử lý nhanh chóng Ngoài ra, khả năng chịu lực tốt cũng là yếu tố cần được chú trọng.
Phần điều khiển: Đảm bảo công nghệ tốt nhất, tốc độ thu nhận tín hiệu và xử lý tín hiệu nhanh, ổn định Đảm bảo sai số nhỏ nhất
Hạn chế hoạt động trong khu vực rung động mạnh
Nhận diện chính xác các loại mệnh giá
Cảm biến màu, đạt hiệu quả xử lý tốt nhất, ít sự cố
Các yêu cầu ràng buộc khác của hệ thống:
Sai số của các chi tiết trong dung sai cho phép
Sản phẩm đúng giá tiền
Tối giản thiết kế hệ thống, dễ dàng bảo trì thay thế Đảm bảo tiêu chí về giá thành sản phẩm
3.1.2 Xác định điều kiện biên hoặc không gian cưỡng bức của bước thiết kế cụ thể
Các yêu cầu thiết kế hệ thống cơ khí cần thỏa mãn các điều kiện sau:
Máy đảm bảo độ cứng vững
An toàn khi vận hành
Thiết kế thuận tiện cho tháo lắp sửa chữa, bố trí bộ điều khiển, các bộ phận khác
Vỏ máy được thiết kế bao toàn bộ các cơ cấu cơ khí bên trong
Tính năng: Nhận diện các loại mệnh giá và đưa ra sản phẩm đúng giá tiền
Sai số chế tạo của chi tiết: 0,1÷0,2mm
Dung sai khi lắp ráp chi tiết: 0,1mm
Vật liệu: Kim loại cứng chịu được va đập tối thiểu 500 N, modun đàn hồi >400 Mpa
Màn hình điều khiển tích hợp cảm ứng: sắc nét, nhạy, độ sáng cao Động cơ: có tuổi thọ lâu dài, hoạt động bền bỉ
Hệ thống LED làm cho sản phẩm trở nên rõ ràng và bắt mắt
Xử lý yêu cầu mua hàng của người dùng
Kiểm tra sự tồn tại của hàng hóa và hệ thống trạng thái Đã nhận và xác thực tiền
Cấu hình sản phẩm cơ sở điều khiển
Hoàn lại tiền thừa (nếu có)
Hiển thị trạng thái và phản hồi trực tiếp bằng màn hình, LED, âm thanh
Xác lập layout thô – xác định các bộ phận thực hiện chức năng
Bảng 3.1: Xác lập phần các layout thô
Nhóm Bộ phận Chức năng Nét đặc trưng
Cơ khí Đẩy ( lò xo )
Là bộ phận thực hiện chức năng đẩy sản phẩm ra ngoài khay lấy đồ
Có tính đàn hồi Chịu lực tốt, có độ chính xác cao
Bảo vệ các thiết bị bên trong
Chịu được các tác nhân từ thời tiết, ngoại lực bên ngoài tác động vào thân máy Các khâu
Là phần chịu lực, tạo nên quỹ đạo chuyển động Động cơ
Thực hiện quá trình chuyển động và làm việc
Có độ chính xác cao, hoạt động êm ái
Cung cấp năng lượng cho hệ thống hoạt động
Bộ chuyển đổi điện áp
Chuyển đổi điện năng trong các thiết bị điện sang mức điện áp phù hợp với các bộ phận Điện – điện tử
Xử lí tín hiệu ở các cấp độ khác nhau Điều khiển các trạng thái hoạt động của các cơ cấu chấp hành và các thông số khác của máy
Cảm biến tiệm cận Đo khoảng cách, kiểm tra sai số
Hệ thống hiển thị, cảnh báo
Hiện thị các thông số hoạt động, cảnh báo khi có sự cố
Thông báo cho người dùng khi có sự cố Điều khiển
Xử lý tín hiệu từ các cảm biến, điều khiển các cơ cấu chấp hành như động cơ, hệ thống nhả hàng và hệ thống cảnh báo
Màn hình cảm ứng Giao tiếp với người dùng, cho phép lựa chọn sản phẩm, hiển thị thông báo
Cảm biến Nhận biết các điều kiện vật lý: sản phẩm đã rơi chưa, tiền đã nhận chưa, hết sản phẩm, trạng thái cửa lấy hàng
Bộ nhận dạng tiền mặt
Xác nhận tiền giấy hoặc tiền xu hợp lệ và mệnh giá
Bộ nhả tiền thừa Trả lại tiền thừa khi người dùng nạp nhiều hơn giá sản phẩm
Mạch cấp nguồn Cung cấp điện áp ổn định cho vi điều khiển và các thiết bị điện tử liên quan.
Lựa chọn layout sơ bộ
Bảng 3.2: Lựa chọn layout sơ bộ
Hạng mục Thành phần chi tiết
Khối nguồn Nguồn tổ ong Động cơ Động cơ bước Động cơ DC Khối cảm biến Cảm biến tiệm cận
Cảm biến quang Cảm biến khối lượng Nhận dạng tiền Nhận dạng tổng quan
Xác định mệnh giá Mặt tiếp xúc
Bộ điều khiển Vi điều khiển
LED Màn hình cảm ứng Truyền dữ liệu Wifi, Bluetooth Vật liệu Sắt, nhôm,
Hệ thống làm mát Điều hòa VRV
Máy nén lạnh Máy nén kiểu kín
Lưu đồ thuật toán
Xây dựng lưu đồ thuật toán
Hình 3.1: Lưu đồ thuật toán
Tính toán, thiết kế , phác thảo sản phẩm
− Tính toán chọn động cơ đẩy:
R: chiều dài cánh tay đòn (m)
M = 20 x 0.55 = 11 (Nm) Công suất cần thiết để đẩy là:
𝑃 = 𝑀 × 𝜔 = 𝑀 × 𝑛 × 2𝜋 Trong đó: P: công suất động cơ n: tốc độ động cơ (vòng/phút) M: Momen xoắn trên trục động cơ (Nm)
Trên thị trường hiện nay, có ba loại động cơ phổ biến: động cơ DC bình thường, động cơ đề và động cơ gạt nước Động cơ DC bình thường có kích thước nhỏ gọn và dễ lắp đặt, nhưng công suất tương đối yếu Ngược lại, động cơ đề có công suất lớn, thích hợp cho việc truyền động trục chính của máy, tuy nhiên cần quấn lại số vòng dây để đáp ứng yêu cầu sử dụng, với thông số điện áp 24V, dòng điện làm việc 1,5A và tải trọng 30Kg Cuối cùng, động cơ bước cũng có công suất lớn và dễ dàng trong việc lắp đặt và sử dụng.
Từ kết quả tính toán và so sánh các loại động cơ chúng em chọn động cơ bước NEMA 17 làm động cơ quay của máy
Hình 3.2 Động cơ bước NEMA 17
Thông số kỹ thuật: Điện áp làm việc: 12 – 24VDC
Kích thước: 42x42x41.5 mm Đường kíntrục: 5 mm Công suất định mức: 6W
Hình 3.3 Bản vẽ tổng thể
2- Khoang nhận hàng 3- Khung máy
4- Bảng điều khiển 5- Đầu đọc tiền 6- Dàn làm lạnh 7- Chân máy 8- Lò xo đẩy hàng 9- Khay chứa hàng
Hình 3.4 Bản vẽ khung cửa
Cửa được thiết kế với tay nắm nhỏ giúp người dùng dễ dàng đẩy cửa ra Cạnh trên của cửa được gắn bản lề, cho phép cánh cửa lật ra ngoài Chất liệu cửa được làm từ thép và được phủ một lớp sơn tĩnh điện bền bỉ.
Chiều cao khoảng 200 mm và rộng 300 mm, khoang này nằm dưới khay chứa cuối cùng Nó được thiết kế với cửa đẩy dạng lật mở, sử dụng bản lề và lò xo hồi vị để tự động đóng sau khi mở Bên trong khoang nhận hàng, có gắn cảm biến hồng ngoại (IR) để xác nhận sản phẩm đã rơi xuống.
Bên trong gồm khoang chứa hàng, khoang kỹ thuật và khoang điện tử được thiết kế có các lớp cách nhiệt và chịu lực tốt
Bảo vệ linh kiện bên trong khỏi tác động vật lý và thời tiết
Làm nơi gắn các cơ cấu phân phối, tủ lạnh, bảng điều khiển
Vật liệu làm khung: Thép tấm
+ Ưu điểm lớn nhất của vật liệu này là chúng nhẹ hơn cả
+ Giá thành của vật liệu rẻ dễ tiếp cận
3.4.6 Đầu đọc tiền Đầu đọc tiền BRV -ICT
Đầu đọc tiền BRV là thiết bị quan trọng trong máy bán hàng tự động, giúp xác định và kiểm tra tính hợp lệ của tiền giấy và tiền xu Thiết bị này có thể được cấu hình để nhận nhiều loại tiền tệ từ các quốc gia khác nhau Với khả năng hoạt động trong môi trường khắc nghiệt và cường độ ánh sáng mạnh, đầu đọc tiền BRV có cấu trúc chống câu tiền và sử dụng công nghệ quang học tiên tiến, mang lại sự bảo vệ tốt trước sự phá hoại, rất phù hợp cho các mô hình khai thác ngoài trời.
BRV -ICT sử dụng cảm biến quang – cảm biến từ – hồng ngoại để: Đọc mẫu hình ảnh của tờ tiền
Kiểm tra mực từ, hình ảnh in ẩn, kích thước, màu sắc, độ phản quang,
So sánh với mẫu tiền trong bộ nhớ EEPROM/Flash đã lập trình
Hình 3.7 Đầu đọc tiền BRV -ICT
Hệ thống làm lạnh của máy bán hàng tự động giữ nhiệt độ ổn định từ 4 đến 10 độ C, giúp bảo quản thực phẩm và nước giải khát trong điều kiện tốt nhất.
Hệ thống làm lạnh bao gồm máy nén, dàn ngưng tụ, van tiết lưu và dàn bay hơi Máy nén nén môi chất lạnh và đẩy qua dàn ngưng tụ để tản nhiệt, sau đó môi chất đi qua van tiết lưu vào dàn lạnh để thực hiện quá trình bay hơi, hút nhiệt và làm mát không khí trong khoang chứa hàng Hệ thống sử dụng quạt đối lưu cùng với cảm biến nhiệt độ và bộ điều khiển tự động để điều chỉnh chu kỳ làm lạnh, đảm bảo hiệu quả làm mát và tiết kiệm năng lượng.
Hình 3.8 Dàn lạnh âm trần FCU
Khung chính được làm bằng inox Đế khay được làm bằng kim loại
Mỗi khay chứa hàng có vách ngăn phân chia các loại đồ ăn và đồ uống khác nhau
Các kệ có khả năng điều chỉnh linh hoạt để phù hợp với nhiều loại sản phẩm như chai, lon và hộp Hệ thống sử dụng cảm biến quang để kiểm tra tình trạng tồn kho và xác nhận sản phẩm đã được lấy ra.
Hình 3.9 Cơ cấu lò xo đẩy
2- Khung bảo vệ động cơ
Tính toán l ự a ch ọ n lò xo phù h ợp và động cơ
Giả sử sản phẩm là lon nước ngọt với khối lượng khoảng 0.35 kg, đường kính lon 65mm Hệ số ma sát μ ≈ 0.3
Lực cần để đẩy 1 lon nước:
Lò xo gắn trên trục quay, tải đặt cách tâm một khoảng r = 3 cm = 0.03 m
Mô-men xoắn định mức: τ = F.r.sin(θ) = 1.03 * 0.03 * 1 ≈ 0.03Nm Chọn động cơ bước NEMA 17 với Moment xoắn = 0.45Nm ( gấp 10 lần tải yêu cầu) Điện áp: 12–24V, dễ điều khiển bằng Arduino/PLC
Nhiệt độ môi trường -10ºC ~ 50ºC
Thiết kế mạch điện tử
Thiết kế sơ đồ hệ thống:
Hình 3.12: Nguyên lý hệ thống điện, điện tử
Người điều khiển có thể lựa chọn các chế độ từ màn hình hiển thị thông qua các nút bấm trên màn hình cảm ứng Tín hiệu điều khiển này sẽ được xử lý ngay lập tức và gửi đến Arduino qua kết nối mạng.
Mã hóa: là quá trình sử lý tín hiệu của Ardunio (hệ thống điều khiển) Ardunio
Uno giao tiếp với để nhận tín hiệu, sau đó mã hóa tín hiệu điều khiển truyền cho modul điều khiển
Quá trình truyền tín hiệu điều khiển là sự trao đổi thông tin giữa các module điều khiển Tín hiệu từ bảng điều khiển được chuyển đổi thành sóng radio và phát vào không khí Sau đó, module điều khiển nhận tín hiệu này, chuyển đổi nó thành tín hiệu điện và gửi về máy.
Khi sử dụng Arduino, máy sẽ nhận tín hiệu điều khiển, tiến hành giải mã và sau đó thực hiện tính toán để điều khiển cơ cấu chấp hành, như động cơ, theo yêu cầu của người dùng.
Khối điều khiển: Nhận tín hiệu điều khiển từ Ardunio, điều khiển động cơ
Nguồn tổ ong Meanwell S 60 – 24 là sản phẩm nổi bật của thương hiệu Meanwell, nổi tiếng với các giải pháp nguồn điện chất lượng cao Sản phẩm này được ứng dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực, từ thiết bị điện tử tiêu dùng đến hệ thống công nghiệp Nó được trang bị các chức năng bảo vệ như bảo vệ ngắn mạch, quá áp, quá tải và nhiệt độ.
Hình 3.13 Nguồn tổ ong Meanwell S-60-24 Thông số kĩ thuật của nguồn Điện áp đầu vào 85~264VAC / 120~370VDC Điện áp đầu ra 24V
Nguồn điện tổ ong Meanwell có 5 chân nối: chân 1 là dây pha xoay chiều, chân 2 là dây trung tính, và chân 3 là dây nối đất Chân 4 và 5 là hai đầu ra của nguồn điện, với chân 4 cấp điện âm và chân 5 cấp điện dương.
Mạch giảm áp LM2596 là một mạch DC-DC phổ biến, được sử dụng để giảm điện áp một chiều hiệu quả IC LM2596 là linh kiện chính, đảm bảo khả năng điều khiển và ổn định điện áp đầu ra.
Cấu tạo và nguyên lý hoạt động
IC LM2596: Là một mạch tích hợp (IC) chuyên dụng cho việc chuyển đổi DC-
DC, hoạt động theo nguyên lý xung (switching)
Các linh kiện khác: Cuộn cảm, tụ điện, điốt, điện trở cùng với IC LM2596 tạo thành một mạch hoàn chỉnh
IC LM2596 hoạt động bằng cách điều khiển một transistor để tạo ra các xung điện áp Cuộn cảm sẽ tích trữ năng lượng và phóng ra, từ đó tạo ra điện áp đầu ra ổn định và thấp hơn điện áp đầu vào.
Thông số kỹ thuật Điện áp đầu vào 4V – 35V Điện áp đầu ra 1 – 30V
Tần số chuyển mạch 150kHz
C ả m bi ế n v ậ t c ả n h ồ ng ngo ạ i IR Infrared Obstacle Avoidance
Cảm biến hồng ngoại được thiết kế để phát hiện vật cản một cách hiệu quả, với cách sử dụng đơn giản nhờ vào biến trở điều chỉnh khoảng cách nhận diện Nó cung cấp ngõ ra dạng Digital, thuận tiện cho việc giao tiếp và lập trình với Vi điều khiển Sản phẩm này rất phù hợp cho các ứng dụng như robot tránh vật cản, hệ thống báo trộm, và mô hình cửa tự động.
Hình 3.13 Cảm biến vật cản hồng ngoại IR
Thông số kĩ thuật Điện áp sử dụng: 3.3~5vDC
Nhận biết vật cản bằng ánh sáng hồng ngoại
Tích hợp biến trở chỉnh khoảng cách nhận biết vật cản
Sơ đồ mạch của cảm biến hồng ngoại
Cảm biến tiệm cận được thiết kế để đo khoảng cách tiếp xúc giữa các cơ cấu máy móc trong khoảng cách gần, đồng thời có khả năng hoạt động với tần số thay đổi khoảng cách cao.
Tần số : 80Hz Độ phân giải: 0.05%FS
Hình 3.15 Cảm biến tiệm cận analog 0-10vdc
Hệ thống bao gồm nhiều thiết bị với các mức điện áp khác nhau, chẳng hạn như 24VDC cho van điện từ và 12VDC cho động cơ băng tải Do đó, cần thiết kế mạch giao tiếp để Arduino có thể điều khiển hiệu quả các thiết bị này.
Tính toán lựa chọn transistor và các giá trị cần thiết
Van điện từ hoạt động với nguồn 24Vdc, trong khi vi điều khiển chỉ cung cấp 5Vdc, do đó cần sử dụng transistor NPN để điều khiển van Để transistor hoạt động hiệu quả, nó phải ở chế độ bão hòa, yêu cầu phân cực thuận cho mối nối nền cực phát và dòng cực nền đủ lớn Khi transistor đạt trạng thái bão hòa, ta có thể tính toán các giá trị 𝐼 𝐶𝑆𝐴𝑇 và 𝐼 𝐵𝑚𝑖𝑛.
Vcc là nguồn cung cấp cho van điện từ với giá trị 24V, trong khi Rc là nội trở của van điện từ có giá trị 1280Ω Từ các giá trị này, chúng ta có thể thực hiện các phép tính cần thiết.
1000 = 190 (𝜇𝐴) Sau khi có được giá trị I Bmin ta tính được giá trị của RB cực đại:
1.9 ∗ 10 −4 = 22 (k) Vậy giá trị RB cần nhỏ hơn 22 k là transistor đã hoạt động ở chế độ bão hòa
Sơ đồ mạch của khối công suất:
Hình 3.16 Sơ đồ mạch khối công suất
Màn hình c ả m ứ ng LCD TFT Touch Screen
Hình 3.20 Màn hình cảm ứng LCD TFT Touch Screen
Model: LCD TFT Touch Screen 3.5 Inch Shield ILI9486 (Arduino Compatible) Tương thích: Arduino Uno, Mega2560,
Nguồn sử dụng: 5VDC từ Arduino
Chip điều khiển: ILI9486 Độ phân giải: 480 x 320 pixel 262k color
Loại cảm ứng: điện trở Đèn nền: LED trắng
Các chân dùng điều khiển màn hình : D2 -> D13 và A0 -> A4
Hình 3.21 Sơ đồ mạch điện
Board Arduino uno R3 là một trong những phiên bản nhỏ gọn của board
Arduino Arduino Nano có đầy đủ các chức năng và chương trình có trên
Arduino Uno do cùng sử dụng MCU ATmega328P Nhờ việc sử dụng IC dán của ATmega328P thay vì IC chân cắm nên Arduino Nano có thêm 2 chân
Arduino Nano kết nối với máy tính qua cổng Mini USB và sử dụng chip CH340 để chuyển đổi USB sang UART, khác với Arduino Uno, nơi sử dụng chip ATmega16U2 để giả lập cổng COM.
Arduino Mega Cổng này được sử dụng cho cả việc lập trình và bộ giám sát nối tiếp
Hình 3.22 Bo mạch Arduino uno R3
IC nạp và giao tiếp UART CH340 Điện áp hoạt động 5V-DC Điện áp đầu vào khuyên dùng 6-20V –DC
Số chân Digital I/O 14 trong đó có 6 chân PWM)
Số chân Analog 8 độ phân giải 10 bits, nhiều hơn
Dòng điện tiêu thụ 30mA
Dòng tối đa trên mỗi chân I/O 40mA
Dòng ra tối đa 5V - 500mA
Bộ nhờ flash 32KB với 2KB dùng bởi bootloader
Đề tài “Thiết kế sản phẩm cơ điện tử: Máy bán hàng tự động” mang tính ứng dụng cao, giúp sinh viên tiếp cận quy trình phát triển sản phẩm từ ý tưởng đến mô hình thiết kế hoàn chỉnh Mặc dù không chế tạo phần cứng, nhóm đã phân tích yêu cầu người dùng, xây dựng sơ đồ khối chức năng, thiết kế lưu đồ thuật toán, giao diện người dùng và hệ thống thanh toán điện tử, từ đó nắm vững tư duy hệ thống và các bước quan trọng trong thiết kế sản phẩm tự động hóa.
Trong quá trình thực hiện, nhóm sinh viên đã áp dụng kiến thức liên ngành từ cơ khí, điện tử, lập trình và xử lý thông tin để xây dựng một hệ thống logic hợp lý Hệ thống này đáp ứng đầy đủ các yêu cầu về chức năng, an toàn, trải nghiệm người dùng và khả năng mở rộng trong tương lai Nhóm cũng đã cân nhắc các vấn đề thực tiễn như bảo mật dữ liệu khi thanh toán, xử lý sự cố khi mất kết nối, nhận diện loại sản phẩm và giao diện hiển thị thông minh trong bản thiết kế.
