HD1 phan đình hiếu thiết kế chế tạo máy pha chế tự động

BỘ CÔNG THƯƠNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI KHOA CƠ KHÍ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP CHUN NGÀNH: CƠNG NGHỆ KĨ THUẬT CƠ ĐIỆN TỬ THIẾT KẾ CHẾ TẠO MÁY PHA CHẾ TỰ ĐỘNG Giáo viên hướng dẫn: TS Phan Đình Hiếu Sinh viên thực : Nguyễn Sỹ Hiếu Msv:2018605050 Đỗ Thành Lợi Msv:2018604008 Nguyễn Thanh Hải Msv:2018605193 Lớp: 2018DHCODT02 Hà Nội: 2022 LỜI NÓI ĐẦU Ngày nay, kinh tế nước ta đà phát triển mạnh mẽ, ngành công nghiệp ngày địi hỏi trình độ khoa học kỹ thuật cao Nhu cầu nhà sản xuất nhà tiêu dùng tăng không ngừng Đây hội thách thức cho ngành điện tử, với việc ứng dụng thành tựu nhân loại để phục vụ nhu cầu xã hội Các loại máy móc trở thành cơng cụ lao động thông minh, bước thay người hoạt động sản xuất Nhờ mà suất chất lượng lao động ngày cải thiện tiệm cận hoàn hảo Trong học phần này, chúng em thực đề tài: Thiết kế chế tạo Máy pha chế tự động Với mục tiêu tạo sản phẩm hoạt động linh hoạt có khả ứng dụng thực tế mang lại hiệu kinh tế cao Các nhiệm vụ cần thực đề tài bao gồm: • Nghiên cứu điều khiển cấu • Xử lý giao diện điều khiển đáp ứng đầy đủ nhu cầu khách hàng Để đề tài đạt kết tốt đẹp, chúng em nhận hỗ trợ, giúp đỡ nhiều quan, cá nhân, gia đình Với quan tâm, dạy truyền đạt kiến thức để chúng em hoàn thành đề tài Chúng em gửi lời cảm ơn chân thành tới thầy giáo TS Phan Đình Hiếu quan tâm giúp đỡ, hướng dẫn hồn thành tốt đề tài thời gian qua Không thể không nhắc tới hỗ trợ truyền đạt kinh nghiệm bạn tập thể lớp CDT02 Tuy nhiên kiến thức kinh nghiệm nhiều hạn chế nên khó tránh khỏi thiếu sót Chúng em mong nhận thơng cảm đóng góp ý kiến thầy bạn sinh viên để đồ án chúng em hoàn chỉnh Chúng em xin chân thành cảm ơn Nhóm sinh viên thực Đỗ Thành Lợi Nguyễn Thanh Hải Nguyễn Sỹ Hiếu MỤC LỤC Lời nói đầu iv Danh mục hình ảnh vi Chương : Giới thiệu chung 1.1 Lịch sử nghiên cứu 1.2 Các vấn đề đặt 1.3 Phương pháp nghiên cứu 1.4 Dự kiến kết đạt Chương : Cơ sở lí thuyết 2.1 Tổng quan máy pha chế tự động Hình 2.2: Máy bán đồ uống pha chế tự động Vufood 10 2.2 Nguyên lí hoạt động máy pha chế tự động 10 2.3 Các thành phần máy 11 2.4 Điều khiển máy pha chế tự động 24 Chương : Tính tốn thiết kế hệ thống 27 3.1 Thiết kế hệ thống khí 27 3.2 Xây dựng thuật toán điều khiển 40 3.3 Thiết kế hệ thống điện- điện tử cho hệ thống 43 Chương : Kết luận định hướng phát triển 48 4.1 Kết thực nghiệm 48 4.2 Đánh giá kết thu 49 4.3 Hướng phát triển tương lai 49 Tài liệu tham khảo 50 Phụ lục 51 DANH MỤC HÌNH ẢNH Hình 1.1: Máy pha cà phê đời đầu Hình 1.2: Ảnh Moriondo Hình 1.3: Bằng sáng chế Bezzenra cho máy Espresso – năm 1903 Hình 1.4: Máy Espresso La Pavoni Ideale Hình 2.1: Máy pha cà phê siêu tự động DeLonghi ESAM3300 Hình 2.2: Máy bán đồ uống pha chế tự động Vufood 10 Hình 2.3: Hệ thống cấp ly sử dụng băng tải 11 Hình 2.4: Hệ thống cấp ly sử dụng tay quay 12 Hình 2.5: Hệ thống cấp ly sử dụng đẩy 13 Hình 2.6: Cơ cấu cấp ngun liệu cơng nghiệp 13 Hình 2.7: Cơ cấu cấp liệu sử dụng trục xoắn vít 14 Hình 2.8: Bơm chìm 5v 15 Hình 2.9: Cơ cấu nâng hạ thuỷ lực 16 Hình 2.10: Xy lanh thuỷ lực 17 Hình 2.11: Cơ cấu tay quay trượt 18 Hình 2.12: Bộ chuyển đổi nguồn điện 19 Hình 2.13: Cảm biến hồng ngoại 20 Hình 2.14: Đấu nối động điện kích từ độc lập 20 Hình 2.15: Đấu nối động điện kích từ hồn hợp 21 Hình 2.16: Step Motor 21 Hình 2.17: Ảnh Arduino 2560 23 Hình 2.18:Thiết kế giao diện điều khiển điện thoại 25 Hình 2.19: Lập trình Mit app Inventer 26 Hình 2.20: Lập trình Mit App Inventer 26 Hình 2.21: Lập trình Mit App Inventer 26 Hình 3.1: Hệ thống sau lắp đặt hồn chỉnh 27 Hình 3.2: Cơ cấu cấp cốc 28 Hình 3.3: Kích thước cốc sử dụng 29 Hình 3.4: Trục tách cốc 29 Hình 3.5: mô hoạt động Geogebra classic 30 Hình 3.6: chọn Động 28BYJ-498 31 Hình 3.7: Cơ cấu cấp nguyên liệu rắn 33 Hình 3.8: Bơm nước mini 34 Hình 3.9: Cơ cấu khuấy 35 Hình 3.10: Đầu khuấy nối với động 36 Hình 3.11: Động khuấy 37 Hình 3.12: Cơ cấu bàn xoay 38 Hình 3.13: Vị trí đặt lăn 40 Hình 3.14: Sơ đồ mạch điện hệ thống 41 Hình 3.15: Lưu đồ thuật tốn hệ thống 42 Hình 3.16: sơ đồ khối hệ thống 42 Hình 3.17: Tổng quát hệ thống điện 43 Hình 3.18: Sơ đồ nối chân arduino với HC-05 44 Hình 3.19: Sơ đồ nối dây cảm biến với Arduino 45 Hình 3.20: Sơ đồ nối dây động bước 45 Hình 3.21: Relay kênh 5v 46 Hình 3.22:Sơ đồ nối dây bơm động 47 Hình 4.1: Mơ hình thực tế 48 Hình 0.1: Bản vẽ mơ hình tổng thể 51 Hình 0.2: Bản vẽ khí cấu bàn xoay 51 Hình 0.3: Bản vẽ khí cấu khuấy 52 Hình 0.4: Bản vẽ khí cấu khuấy 52 CHƯƠNG : GIỚI THIỆU CHUNG 1.1 Lịch sử nghiên cứu Quay trở lại Châu Âu vào cuối kỷ 19, thời điểm mà toàn khu vực bùng nổ phát minh sáng tạo máy móc chạy nước Tuy nhiên việc sản xuất máy pha cà phê tức thời áp lực kỷ 19 điều dễ dàng Các vật liệu thủy tinh kim loại không đáp ứng tiêu chuẩn sản xuất đại ngày đặt áp suất cao, vụ nổ đáng sợ không tránh khỏi Thiết kế lâu đời máy pha cà phê Espresso ghi nhận sáng chế vào năm 1878 người đàn ông quốc tịch Đức – Gustav Kessel Tuy nhiên thiết bị Kessel chưa thương mại hóa – The Curious Baristas Guide To Coffee Hình 1.1: Máy pha cà phê đời đầu Bằng sáng chế năm 1884 Angel Moriondo Văn tiếng Ý, dịch sang tiếng anh là: “New steam machinery for the economic and instantaneous confection of coffee beverage method” Phải sáu năm sau đó, cỗ máy tương tự thiết kế Kessel thực hóa Bằng sáng chế thuộc doanh nhân người Ý tên Angelo Moriondo Vào năm 1884, triển lãm Turin General ông giới thiệu ‘Máy nước thương mại pha cà phê tức thời’ Tính sơ khai máy Angelo Moriondo điều khiển riêng biệt để cung cấp nước nước cho cà phê Điều cho phép khối lượng nước (được đo lường) nạp vào buồng ủ, trước luồng nước sử dụng để đẩy ra, kết thúc q trình chiết để lại “puck” cà phê khô Thiết bị Moriondo máy kiểm soát nước (và nước) hai nồi độc lập biết đến sớm – đặc trưng máy pha cà phê đại Vào cuối kỉ 20, nhà sử học liên lạc với Moriondo cỗ máy ông bị lãng quên từ lâu Moriondo giữ kín cho phát minh tốt Đáng buồn thay, khơng có ngun mẫu thực máy Espresso Moriondo phát minh tồn ngày Trong dự án đầy tham vọng vào năm 2018, bảo tàng MUMAC ủy thác xây dựng thực dựa sáng chế ban đầu ơng Hình 1.2: Ảnh Moriondo Ngày nay, nhà sử học tranh cãi việc liệu thiết kế Moriondo có phải máy pha cà phê espresso ‘đầu tiên’ hay không Thế giới phải đợi đến năm 1901 để máy pha cà phê phục vụ nhanh sản xuất thương mại lần đầu tiên, thêm hai năm để giải tất vấn đề kỹ thuật lúc Đó nỗ lực phối hợp hai người đàn ông, Luigi Bezzera Desiderio Pavoni Người ta thường ví Steve Wozniak Steve Jobs cà phê Ý – người biến Espresso thành thực Tuy nhiên, Luigi Bezzera Milan, vào năm 1901 đăng ký sáng chế cho máy trang bị nhiều “group heads” để kẹp lọc (tức portafilter) có chứa cà phê nén, cho phép người phục vụ pha tách cà phê “một cách rõ ràng” “nhanh chóng” (expressly & expressing) cho khách hàng, cách đưa nước nóng từ nồi đồng thau qua cà phê nén áp suất nước Hình 1.3: Bằng sáng chế Bezzenra cho máy Espresso – năm 1903 Bằng sáng chế số hiệu US.726.793 A cấp vào ngày 28 tháng năm 1903 cho Luigi Bezzera cho đời tách cà phê vài giây ❖ Đấu nối bơm động khuấy Để kết nối bơm động khuấy với arduino ta cần thông qua module Relay 5v để điều khiển bơm Hình 3.21: Relay kênh 5v • Gồm relay, điện áp hoạt động 5v điều khiển đầu tối đa 220VAC/10A 30VDC/10A Đầu vào IN1, IN2, IN3, IN4 nhận tín hiệu cực thấp • Mạch điều khiển relay kênh sử dụng chân kích mức Thấp (0V): có tín hiệu 0V vào chân IN relay nhảy qua thường Mở Relay Thơng số kĩ thuật: • Kích thước: 76mm (chiều dài) * 56mm (chiều rộng) * 18.5mm (H) • Trọng lượng: 61g • Màu sắc: Xanh • Có lỗ để bắt vít cố định có đường kính 3.1mm, dễ dàng lắp đặt hệ thống mạch • Opto cách li, chống nhiễu tốt • Có đèn báo đóng ngắt Relay • Sử dụng điện áp ni DC 5V • Đầu điện thê đóng ngắt tối đa: DC 30V / 10A, AC 250V / 10A • IN1…IN4: tín hiệu đầu vào, hoạt động mức thấp • NO1…NO4: Công tắc thường mở Để bơm động khuấy hoạt động ta cấp nguồn 5v cho Đầu vào nguồn khối relay đầu nối với bơm, động Các chân tín hiệu relay nối với chân 5,6,7,8 arduino Hình 3.22:Sơ đồ nối dây bơm động CHƯƠNG : KẾT LUẬN VÀ ĐỊNH HƯỚNG PHÁT TRIỂN 4.1 Kết thực nghiệm Thiết kế thành công mơ hình khí Máy pha chế tự động Tính toán, hiệu chỉnh thống số vật liệu chế tạo để đưa vào chế tạo thực tiễn Xây dựng hệ thống đấu nối mạch điện linh kiện điện tử gồm: sơ đồ dây, sơ đồ nguồn Thiết kế thành công giao diện người dùng cho hệ thống Lập trình điều khiển thành cơng hệ thống Hiểu nguyên lý, cách thức vận hành, làm việc hệ thống bơm, khuấy cấu tay quay trượt, Ngồi kiến thức chun mơn, thơng qua đồ án nhóm hiểu q trình chiết rót, pha chế loại chất lỏng thực tế Các công nghệ đại mà cơng ty, xí nghiệp sử dụng, từ trang bị kiến thức thực tế cần thiết cho công việc sau Hình 4.1: Mơ hình thực tế Bên cạnh kết đạt đồ án cịn số hạn chế cần khác phục như: Phần thiết kế khí mức mơ hình nhỏ, loại vật liệu thực tế có thay đổi Phần code cần phải tối ưu từ tăng suất hoạt động hệ thống 4.2 Đánh giá kết thu Trong q trình thực đồ án tốt nghiệp nhóm cố gắng để hồn thiện tính tốn, thiết kế, chế tạo mơ hình máy pha chế tự động cách tốt Tuy nhiên thời gian ngắn, kinh nghiệm làm thực tế thiết kế gia cơng khí,lắp ráp, linh kiện chi tiết khí khó tìm, lập trình điều khiển, kiến thức chun mơn lĩnh vực cịn gặp phải nhiều khó khăn nên mơ hình cịn nhiều hạn chế cần cải thiện 4.3 Hướng phát triển tương lai Do thời gian làm đồ án có hạn nên đồ án nhóm em khơng thể tránh khỏi thiếu sót Cịn nhiều vấn đề mà đồ án cần cải thiện thêm tương lai • Nghiên cứu cải tiến hệ thống điều khiển máy app điện thoại để người dùng có trải nghiệm máy tốt • Cần cải tiến thêm tốc độ , thời gian xử lí • Chế tạo lại mơ hình, dây hợp lý, tăng độ thẩm mỹ cho máy • Nâng cấp thêm nhiều chức khác cho máy • Mở rộng quy mơ thương mại hố sản phẩm TÀI LIỆU THAM KHẢO [1]TrịnhCất - LêVănTuyển (2014), Tính tốn thiết kế hệ dẫn động khí, NXB giáo dục, Hà Nội [2]PGS.NguyễnThanhNam (2011), Phương Pháp Thiết Kế Kỹ Thuật, Đại học Bách Khoa TP Hồ CHí Minh [3]TS.NguyễnHữuLộc (2015), Cơ sở thiết kế máy, Đại học quốc gia TPHCM, HCM [4]GS.TS.TrầnVănĐịch, Thiết kế đồ án công nghệ chế tạo máy [5]BùiHảiTriều, Hệ thống điều khiển khí nén thủy lực, NXB Giáo dục, Hà Nội [6]HồngMinhCơng (2011), Giáo trình cảm biến cơng nghiệp, NXB xây dựng PHỤ LỤC Hình 0.1: Bản vẽ mơ hình tổng thể Hình 0.2: Bản vẽ khí cấu bàn xoay Hình 0.3: Bản vẽ khí cấu khuấy Hình 0.4: Bản vẽ khí cấu khuấy Các phần mềm sử dụng đồ án • Phầm mềm thiết kế 2d Autocad • Phần mềm thiết kế mơ hình khí 3d Solidwords • Phần mềm mơ mạch điện fritzing Code hệ thống #include //Thư viện sử dụng chân digital để làm chân TX RX #include const int stepsPerRevolution = 2048; Stepper myStepper1 = Stepper(stepsPerRevolution, 24, 26, 25, 27); Stepper myStepper2 = Stepper(stepsPerRevolution, 28, 30, 29, 31); Stepper myStepper3 = Stepper(stepsPerRevolution, 32, 34, 33, 35); Stepper myStepper4 = Stepper(stepsPerRevolution, 36, 38, 37, 39); int Relay_N1 = 5; int Relay_N2 = 6; int Relay_N3 = 7; int Relay_Khuay = 8; int cambien = 4; //Chân cảm biến nối chân số 4Arduino int giatri; char docgiatri; //Biến docgiatri kiểu char void setup() { Serial.begin(9600); myStepper1.setSpeed(15); myStepper2.setSpeed(15); myStepper3.setSpeed(15); myStepper4.setSpeed(15); pinMode(Relay_N1, OUTPUT); digitalWrite(Relay_N1, HIGH); pinMode(Relay_N2, OUTPUT); digitalWrite(Relay_N2, HIGH); pinMode(Relay_N3, OUTPUT); digitalWrite(Relay_N3, HIGH); pinMode(Relay_Khuay, OUTPUT); digitalWrite(Relay_Khuay, HIGH); pinMode(cambien, INPUT); } void loop() { char docgiatri = '0'; if(Serial.available() > 0) //Nếu tín hiệu bluetooth lớn 0, tức kết nối OK { docgiatri = Serial.read(); //Đọc giá trị app kết nối qua bluetooth gán vào docgiatri Serial.println(docgiatri); //in giá trị lên cổng Serial Serial.println(""); } switch (docgiatri) { case '1': { myStepper1.step(stepsPerRevolution); //capcoc delay(1000); Serial.println("da cap coc"); myStepper2.step(stepsPerRevolution/4); //quay den vi tri cap nguyen lieu delay(1000); Serial.println("da den vi tri cap nguyen lieu"); giatri = digitalRead(cambien); //Đọc giá trị digital từ cảm biến gán vào biến giatri if (giatri == 1) break; else { myStepper3.step(-stepsPerRevolution/6); //cap nguyen lieu ran delay(2000); myStepper3.step(stepsPerRevolution/6); delay(1000); Serial.println("da cap nguyen lieu ran"); digitalWrite(Relay_N1, LOW); digitalWrite(Relay_N2, LOW); digitalWrite(Relay_N3, LOW); delay(2000); digitalWrite(Relay_N1, HIGH); Serial.println("cap xong nguyen lieu long 1"); delay(500); digitalWrite(Relay_N2, HIGH); Serial.println("cap xong nguyen lieu long 2"); delay(500); digitalWrite(Relay_N3, HIGH); Serial.println("cap xong nguyen lieu long 3"); delay(1000); myStepper2.step(stepsPerRevolution/4); //quay den vi tri khuay delay(1000); Serial.println("da den vi tri khuay"); myStepper4.step(-stepsPerRevolution/2); delay(500); Serial.println("motor khuay di da di xuong"); digitalWrite(Relay_Khuay, LOW); Serial.println("bat motor khuay"); delay(15000); digitalWrite(Relay_Khuay, HIGH); Serial.println("da khuay xong"); myStepper4.step(stepsPerRevolution/2); delay(500); Serial.println("motor khuay di len sau khuay xong"); myStepper2.step(stepsPerRevolution/4); //quay den vi tri lay uong delay(1500); Serial.println("da pha che xong"); } break; } case '2': { myStepper1.step(stepsPerRevolution); //capcoc delay(1000); Serial.println("da cap coc"); myStepper2.step(stepsPerRevolution/4); //quay den vi tri cap nguyen lieu delay(1000); Serial.println("da den vi tri cap nguyen lieu"); giatri = digitalRead(cambien); //Đọc giá trị digital từ cảm biến gán vào biến gia tri if (giatri == 1) break; else { myStepper3.step(-stepsPerRevolution/6); //cap nguyen lieu ran delay(2000); myStepper3.step(stepsPerRevolution/6); delay(1000); Serial.println("da cap nguyen lieu ran"); digitalWrite(Relay_N1, LOW); digitalWrite(Relay_N2, LOW); digitalWrite(Relay_N3, LOW); delay(2000); digitalWrite(Relay_N1, HIGH); Serial.println("cap xong nguyen lieu long 1"); delay(500); digitalWrite(Relay_N2, HIGH); Serial.println("cap xong nguyen lieu long 2"); delay(500); digitalWrite(Relay_N3, HIGH); Serial.println("cap xong nguyen lieu long 3"); delay(1000); myStepper2.step(stepsPerRevolution/4); //quay den vi tri khuay delay(1000); Serial.println("da den vi tri khuay"); myStepper4.step(-stepsPerRevolution/2); delay(500); Serial.println("motor khuay di da di xuong"); digitalWrite(Relay_Khuay, LOW); Serial.println("bat motor khuay"); delay(15000); digitalWrite(Relay_Khuay, HIGH); Serial.println("da khuay xong"); myStepper4.step(stepsPerRevolution/2); delay(500); Serial.println("motor khuay di len sau khuay xong"); myStepper2.step(stepsPerRevolution/4); //quay den vi tri lay uong delay(1500); Serial.println("da pha che xong"); } break; case '3': { myStepper1.step(stepsPerRevolution); //capcoc delay(1000); Serial.println("da cap coc"); myStepper2.step(stepsPerRevolution/4); //quay den vi tri cap nguyen lieu delay(1000); Serial.println("da den vi tri cap nguyen lieu"); giatri = digitalRead(cambien); //Đọc giá trị digital từ cảm biến gán vào biến giatri if (giatri == 1) break; else { myStepper3.step(-stepsPerRevolution/6); //cap nguyen lieu ran delay(2000); myStepper3.step(stepsPerRevolution/6); delay(1000); Serial.println("da cap nguyen lieu ran"); digitalWrite(Relay_N1, LOW); digitalWrite(Relay_N2, LOW); digitalWrite(Relay_N3, LOW); delay(2000); digitalWrite(Relay_N1, HIGH); Serial.println("cap xong nguyen lieu long 1"); delay(500); digitalWrite(Relay_N2, HIGH); Serial.println("cap xong nguyen lieu long 2"); delay(500); digitalWrite(Relay_N3, HIGH); Serial.println("cap xong nguyen lieu long 3"); delay(1000); myStepper2.step(stepsPerRevolution/4); //quay den vi tri khuay delay(1000); Serial.println("da den vi tri khuay"); myStepper4.step(-stepsPerRevolution/2); delay(500); Serial.println("motor khuay di da di xuong"); digitalWrite(Relay_Khuay, LOW); Serial.println("bat motor khuay"); delay(15000); digitalWrite(Relay_Khuay, HIGH); Serial.println("da khuay xong"); myStepper4.step(stepsPerRevolution/2); delay(500); Serial.println("motor khuay di len sau khuay xong"); myStepper2.step(stepsPerRevolution/4); //quay den vi tri lay uong delay(1500); Serial.println("da pha che xong"); } break; } default: break; } } ... kết đạt Chương : Cơ sở lí thuyết 2.1 Tổng quan máy pha chế tự động Hình 2.2: Máy bán đồ uống pha chế tự động Vufood 10 2.2 Nguyên lí hoạt động máy pha chế tự động. .. CƠ SỞ LÍ THUYẾT 2.1 Tổng quan máy pha chế tự động 2.1.1 Khái niệm Máy pha chế tự động loại thiết bị điện tử dân dụng có tác dụng pha chế đồ uống tự động Đây loại máy phổ biến trang bị quán cà... thiết kế mơ chế tạo phần khí • Sử dụng phần mềm xây dựng chương trình điều khiển tương tác với phần mềm mơ trước 1.4 Dự kiến kết đạt • Hoàn thành báo cáo nghiên cứu, thiết kế Máy Pha Chế Tự Động