Chúng em cũng gửi lời cảm ơn các anh trong xưởng cơ khí, những người đã đóng góp vào phần cơ khí của đề tài và giúp chúng em hoàn thành việc nghiên cứu, thiết kế và chế tạo tủ gửi đồ thô
GIỚI THIỆU TỔNG QUAN ĐỀ TÀI
Lời giới thiệu
Trong những năm gần đây, việc ứng dụng công nghệ vào đời sống hàng ngày ngày càng trở nên phổ biến Một trong những đề tài thu hút sự quan tâm là "Nghiên cứu, thiết kế, chế tạo tủ gửi đồ thông minh." Đối với nhu cầu quản lý và sắp xếp không gian lưu trữ đồ đạc trong gia đình, công ty, hoặc các không gian công cộng, tủ gửi đồ thông minh là một giải pháp hiệu quả
Mỗi người sử dụng tủ đều hy vọng có một hệ thống linh hoạt, tiện ích và an toàn Tủ gửi đồ thông minh không chỉ đơn thuần là nơi để lưu trữ đồ đạc mà còn có khả năng tương tác thông minh với người dùng Việc này bao gồm các tính năng như kiểm soát từ xa, theo dõi trạng thái của đồ vật bên trong tủ
Trong quá trình sáng tạo và phát triển tủ gửi đồ thông minh, không chỉ cần tập trung vào khía cạnh kỹ thuật, mà còn đặc biệt quan tâm đến thiết kế để đảm bảo sự hài hòa với môi trường sử dụng Nghiên cứu và thiết kế này không chỉ mang lại sự thuận tiện cho người sử dụng mà còn góp phần nâng cao hiệu suất và tiết kiệm không gian Đồ án tốt nghiệp này không chỉ là một dự án học thuật mà còn là cơ hội để áp dụng kiến thức vào thực tế và đáp ứng nhu cầu ngày càng cao của xã hội hiện đại.
Tính Cấp Thiết của Đề Tài
Trong thời đại hiện đại, với cuộc sống ngày càng đa dạng và di động, sự gia tăng về di động và nhu cầu quản lý thông minh đồ đạc cá nhân đặt ra thách thức về việc tối ưu hóa không gian sống
Tủ gửi đồ thông minh không chỉ giải quyết vấn đề về không gian lưu trữ mà còn cung cấp trải nghiệm người dùng tiện ích và hiệu quả Sự kết hợp giữa công nghệ và thiết kế hiện đại giúp tối ưu hóa việc sắp xếp và quản lý đồ đạc cá nhân, từ quần áo đến thiết bị cá nhân
Hình ảnh về tủ gửi đồ thông minh thường xuyên xuất hiện trong không gian sống hiện đại trên toàn cầu Các công ty công nghệ hàng đầu thường đưa ra thị trường những mô hình đa dạng, tích hợp công nghệ để quản lý thông minh qua ứng dụng di động và tương tác giọng nói
Tại Việt Nam, sự phổ biến của tủ gửi đồ thông minh cũng ngày càng tăng Cộng đồng người tiêu dùng đánh giá cao sự thuận tiện và tích hợp công nghệ trong việc quản lý đồ đạc cá nhân Hình ảnh về việc sử dụng tủ gửi đồ thông minh trong gia đình, văn phòng, và không gian công cộng tại Việt Nam thể hiện sự đa dạng và tích cực trong việc chấp nhận và tích hợp sản phẩm này vào cuộc sống hàng ngày [1]
Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài
1.3.1 Ý nghĩa khoa học của đề tài Đề tài "tủ gửi đồ thông minh" mang lại ý nghĩa khoa học ở những khía cạnh như:
- Công nghệ thông minh: Phát triển công nghệ mới để cải thiện trải nghiệm người dùng
- An ninh và bảo mật: Nghiên cứu các giải pháp để bảo vệ dữ liệu và đồ vật bên trong tủ
- IoT và tương tác người-máy: Kết nối tủ với Internet, nghiên cứu tương tác thông minh
- Quản lý năng lượng và tài nguyên: Tối ưu hóa năng lượng và quản lý tài nguyên hiệu quả
- Trí tuệ nhân tạo và machine learning: Sử dụng AI để phân tích dữ liệu và cung cấp gợi ý thông minh
- Điều khiển từ xa: Nghiên cứu cách điều khiển tủ từ xa, đặc biệt trong các tình huống khẩn cấp
- Ứng dụng trong y tế: Sử dụng tủ trong lĩnh vực y tế để theo dõi và lưu trữ dược phẩm
- Tối ưu hóa nhu cầu lưu trữ: Nghiên cứu cách tối ưu hóa không gian lưu trữ trong tủ
- Trải nghiệm người dùng: Phát triển tính năng để cải thiện trải nghiệm người dùng về sự thuận tiện và tính thẩm mỹ
1.3.2 Ý nghĩa thực tiễn của đề tài Đề tài "Tủ gửi đồ thông minh" mang lại ý nghĩa thực tiễn như sau:
- Tiện lợi và tiết kiệm thời gian: Giúp tổ chức và tìm kiếm đồ vật một cách nhanh chóng, tiết kiệm thời gian
- An toàn và bảo mật: Cung cấp giải pháp an toàn để lưu trữ đồ vật quan trọng
- Tích hợp công nghệ thông minh: Hỗ trợ tích hợp công nghệ thông minh vào cuộc sống hàng ngày
- Quản lý tài nguyên và không gian: Tối ưu hóa không gian lưu trữ và quản lý tài nguyên
- Ứng dụng trong y tế và y khoa: Sử dụng trong y tế để lưu trữ và quản lý an toàn dược phẩm
- Kết nối và điều khiển từ xa: Cho phép kết nối và điều khiển từ xa thông qua thiết bị di động
- Ứng dụng trong môi trường công việc: Sử dụng trong môi trường công việc để quản lý vật dụng cá nhân
- Dịch vụ lưu trữ thông minh: Mở rộng để cung cấp dịch vụ lưu trữ thông minh cho cộng đồng hoặc doanh nghiệp
- Giải pháp cho nhu cầu đặc biệt: Hỗ trợ người có nhu cầu đặc biệt trong việc quản lý đồ vật cá nhân
Mục tiêu nghiên cứu của đề tài
Mục tiêu nghiên cứu của đề tài "Tủ gửi đồ thông minh" bao gồm:
- Phát triển công nghệ: Nâng cấp và tối ưu hóa công nghệ trong tủ gửi đồ thông minh
- An ninh và bảo mật: Đảm bảo an toàn và bảo mật cho dữ liệu và đồ vật trong tủ
- Tương tác người-máy hiệu quả: Nghiên cứu cách tương tác giữa người dùng và tủ để làm cho giao tiếp thuận tiện
- Sử dụng trí tuệ nhân tạo và machine learning: Tận dụng trí tuệ nhân tạo và machine learning để cung cấp thông tin và gợi ý thông minh
- Kết nối và quản lý từ xa: Phát triển khả năng kết nối và quản lý tủ từ xa
- Ứng dụng trong các lĩnh vực đặc biệt: Nghiên cứu và phát triển ứng dụng đặc biệt trong các lĩnh vực như y tế, công việc, và môi trường đặc biệt
- Nghiên cứu tiêu chuẩn và quy định: Nghiên cứu về tiêu chuẩn và quy định để đảm bảo tuân thủ
- Thử nghiệm và đánh giá người dùng: Thực hiện thử nghiệm và đánh giá người dùng để đảm bảo hiệu suất và sự hài lòng
- Phát triển mô hình kinh doanh: Nghiên cứu về mô hình kinh doanh và tìm kiếm cơ hội thị trường
- Bền vững và hiệu quả năng lượng: Nghiên cứu các giải pháp để làm cho tủ gửi đồ thông minh trở nên bền vững và tiết kiệm năng lượng.
Đối tượng nghiên cứu và phạm vi nghiên cứu
1.5.1 Đối tượng nghiên cứu Đối tượng nghiên cứu của đề tài "Tủ gửi đồ thông minh" bao gồm người tiêu dùng cuối cùng, người quản lý và quyết định, chuyên gia công nghệ, nhóm y tế (nếu áp dụng), người quản lý dự án và phát triển, cùng chuyên gia an ninh và bảo mật Nghiên cứu nhằm đảm bảo rằng sản phẩm đáp ứng mọi nhu cầu và đảm bảo tính an toàn, hiệu quả, và hài lòng từ tất cả các bên liên quan
Phạm vi nghiên cứu của đề tài "Tủ gửi đồ thông minh" bao gồm phát triển công nghệ, tương tác người-máy, an ninh và bảo mật, sử dụng trí tuệ nhân tạo và machine learning, kết nối và quản lý từ xa, ứng dụng trong các lĩnh vực đặc biệt, đánh giá và thử nghiệm người dùng, mô hình kinh doanh và phát triển thị trường, cùng với bền vững và hiệu quả năng lượng.
Phương pháp nghiên cứu
1.6.1 Cơ sở phương pháp luận
Cơ sở phương pháp luận của đề tài "Tủ gửi đồ thông minh" bao gồm nghiên cứu và phát triển công nghệ, thiết kế hệ thống, thử nghiệm và đánh giá người dùng, phân tích dữ liệu và trí tuệ nhân tạo, nghiên cứu an ninh và bảo mật, nghiên cứu thị trường và người dùng, mô phỏng và mô hình hóa, đánh giá hiệu năng năng lượng và bền vững, cùng với phương pháp nghiên cứu thị trường và kinh doanh
1.6.2 Các phương pháp nghiên cứu cụ thể
- Phát triển công nghệ: Xây dựng và cải tiến các thành phần kỹ thuật
- Nghiên cứu thị trường và người dùng: Khảo sát và đánh giá nhu cầu và ý kiến người dùng
- Thiết kế và phát triển hệ thống: Xây dựng kiến trúc tổng thể và mô phỏng hệ thống
- Thử nghiệm và đánh giá người dùng: Tiến hành thử nghiệm người dùng để đánh giá trải nghiệm sử dụng
- Trí tuệ nhân tạo và machine learning: Sử dụng AI và machine learning để phân tích dữ liệu và đưa ra dự đoán thông minh
- Nghiên cứu an ninh và bảo mật: Bảo vệ tính an toàn của dữ liệu trong tủ và kết nối mạng
- Mô phỏng và mô hình hóa: Đánh giá hiệu suất và tương tác thông qua mô phỏng
- Nghiên cứu thị trường và kinh doanh: Đề xuất mô hình kinh doanh và đánh giá tiềm năng thị trường
- Đánh giá hiệu năng năng lượng và bền vững: Đảm bảo tính tiết kiệm năng lượng và thân thiện với môi trường.
Kết cấu của ĐATN
ĐATN bao gồm 7 chương, trong đó:
- Chương 1 nói về tổng quan đề tài
- Chương 2 trình bày về tổng quan nghiên cứu đề tài qua các khái niệm, định nghĩa liên quan đến tủ gửi đồ thông minh
- Chương 3 đề cập đến cơ sở lý thuyết được sử dụng để giải quyết các vấn đề đặt ra
- Chương 4 đưa ra phương hướng và các giải pháp cụ thể để giải quyết vấn đề về tính toán, thiết kế, …
- Chương 5 thể hiện rõ các tính toán, thiết kế để hoàn thành từng mảng của tủ gửi đồ thông minh (nguyên lý hoạt động, bộ điều khiển)
- Chương 6 nêu rõ thực nghiệm, đánh giá đề tài
- Chương 7 là phần kết luận – đề nghị nhằm khẳng định những kết quả đạt được và những đóng góp, đề xuất mới
TỔNG QUAN NGHIÊN CỨU ĐỀ TÀI
Giới thiệu
2.1.1 Lịch sử phát triển của tủ gửi đồ [2]
Lịch sử phát triển của tủ gửi đồ thông minh (smart wardrobe) có xu hướng phản ánh sự tiến bộ trong công nghệ và nhu cầu thay đổi của người tiêu dùng Dưới đây là một cái nhìn tổng quan về sự phát triển của loại sản phẩm này:
Trong giai đoạn này, khá nhiều sản phẩm "tủ thông minh" được thiết kế, thường là các giải pháp cơ bản để lưu trữ đồ và giữ cho không gian gọn gàng Tuy nhiên, chúng thường không tích hợp nhiều công nghệ thông minh như ngày nay
Hình 2.1: Tủ đồ trước năm 2000
Xuất hiện những cải tiến đáng kể về thiết kế và tính năng của tủ thông minh Các công ty bắt đầu tích hợp cảm biến ánh sáng để tự động bật đèn khi mở cửa, và có thể cài đặt các hệ thống quản lý tủ thông minh thông qua điều khiển từ xa
Sự xuất hiện của Internet of Things (IoT) đã đánh dấu sự thay đổi đáng kể trong ngành công nghiệp này Tủ thông minh bắt đầu kết nối với internet, cho phép người dùng theo dõi và quản lý nội dung bên trong tủ từ xa thông qua ứng dụng trên điện thoại di động
Tích hợp công nghệ trí tuệ nhân tạo và machine learning để cung cấp các tính năng thông minh hơn như gợi ý trang phục dựa trên thời tiết hoặc xu hướng thời trang Các tủ thông minh hiện đại có thể nhận diện và theo dõi sản phẩm thời trang bên trong tủ, cũng như cung cấp thông tin về lịch trình và sự kiện trong ngày
Hình 2.3: Tủ đồ hiện nay
Dự Kiến Cho Tương Lai:
Các nhà sản xuất và nhà phát triển dự kiến sẽ tiếp tục tích hợp công nghệ mới, có thể bao gồm thêm cảm biến đo lường kích thước cơ thể để đảm bảo rằng trang phục được chọn sẽ vừa vặn hoàn hảo Cũng có thể xuất hiện các tính năng tương tác giọng nói và thậm chí là thử nghiệm ảo để "mặc" trang phục trước khi quyết định
Lịch sử phát triển của tủ gửi đồ thông minh minh chứng cho sự hòa nhập của công nghệ trong cuộc sống hàng ngày, mang lại những tiện ích và trải nghiệm người dùng tiên tiến và thông minh hơn [2]
2.1.2 Các công đoạn gửi đồ của tủ gửi đồ thông minh
Các công đoạn gửi đồ của tủ gửi đồ thông minh có thể bao gồm các bước sau:
- Bước 1: Nhận diện và đăng ký người dùng:
Người sử dụng đăng ký thông tin cá nhân và thiết lập tài khoản trên ứng dụng hoặc giao diện tủ thông minh
- Bước 2: Đăng nhập và xác minh:
Người sử dụng đăng nhập vào hệ thống bằng một phương thức xác thực như mật khẩu, quét vân tay, hoặc nhận diện khuôn mặt để đảm bảo an ninh
- Bước 3: Đặt đồ vào tủ:
Người sử dụng đặt quần áo hoặc đồ vật khác vào tủ thông minh
- Bước 4: Nhận diện đồ vật:
Hệ thống sử dụng cảm biến và công nghệ nhận diện để xác định loại và số lượng đồ vật đặt vào tủ
- Bước 5: Quản lý dữ liệu:
Dữ liệu về loại đồ vật, số lượng, và thông tin chi tiết được lưu trữ và quản lý trong cơ sở dữ liệu
- Bước 6: Giao tiếp với người sử dụng:
Tủ thông minh thông báo cho người sử dụng về việc đã nhận diện và lưu trữ đồ vật mới trong tủ
- Bước 7: Ứng dụng trí tuệ nhân tạo (AI) và machine learning:
Hệ thống có thể sử dụng trí tuệ nhân tạo để học và cung cấp các gợi ý hoặc thông tin liên quan đến việc sắp xếp đồ vật trong tủ
- Bước 8: Kết nối và quản lý từ xa:
Người sử dụng có thể quản lý và kiểm soát tủ từ xa thông qua ứng dụng di động, bao gồm cả việc thêm mới, xóa bỏ, hoặc sắp xếp đồ
- Bước 9: Gửi đồ từ tủ:
Khi người sử dụng muốn lấy đồ, họ có thể chọn các mục từ tủ thông minh và yêu cầu gửi đồ
- Bước 10: Xác minh người nhận:
Hệ thống xác minh người nhận thông qua phương thức xác thực, đảm bảo rằng chỉ có người sở hữu tài khoản mới có thể lấy đồ
- Bước 11: Giao đồ cho người nhận:
Sau khi xác minh, tủ thông minh tự động mở cửa và gửi đồ cho người nhận
- Bước 12: Ghi nhận và cập nhật dữ liệu:
Hệ thống ghi nhận thông tin về việc gửi đồ, cập nhật tình trạng và lưu trữ dữ liệu mới trong cơ sở dữ liệu
Các công đoạn này giúp tạo ra trải nghiệm quản lý đồ thông minh và thuận tiện cho người sử dụng.
Đặc tính của tủ gửi đồ thông minh
Tủ gửi đồ thông minh có các đặc tính như:
- Kết nối Internet (IoT): Quản lý từ xa
- Công nghệ nhận diện: Xác định và quản lý đồ vật nhanh chóng
- Giao diện người dùng thân thiện: Dễ sử dụng qua ứng dụng hoặc màn hình cảm ứng
- Quản lý thông tin: Lưu trữ chi tiết về đồ vật
- An ninh và bảo mật: Bảo vệ dữ liệu cá nhân và thông tin vật trong tủ
- Hệ thống gửi đồ: Gửi đồ một cách thuận tiện và an toàn
- Tương thích linh hoạt: Tương thích với nhiều thiết bị và nền tảng.
Kết cấu của tủ gửi đồ thông minh
Kết cấu của tủ gửi đồ thông minh bao gồm:
- Vật liệu: Gỗ, kim loại hoặc nhựa cao cấp
- Cửa và khung cửa: Có thể mở hoặc trượt, với khung cửa chịu tải và giữ cửa ổn định
- Cơ học: Sử dụng ray trượt hoặc bánh xe để làm cho cửa mở đóng mượt mà
- Màn hình hiển thị: Hiển thị thông tin như mật khẩu hoặc thông tin
- Cảm biến: Camera, cảm biến ánh sáng, hoặc RFID để nhận diện đồ vật
- Điều khiển và vi xử lý: Quản lý thông tin, xử lý dữ liệu và thực hiện các chức năng thông minh
Nguyên lý hoạt động của tủ gửi đồ thông minh
Nguyên lý hoạt động của "tủ gửi đồ thông minh" bao gồm các bước đăng ký người dùng, quản lý đồ vật thông qua cảm biến và nhận diện, lưu trữ dữ liệu, giao tiếp với người dùng, sử dụng trí tuệ nhân tạo và machine learning để tối ưu hóa trải nghiệm, quản lý từ xa qua ứng dụng di động, gửi đồ và xác minh người nhận, cập nhật dữ liệu trong cơ sở dữ liệu Nguyên lý này tạo ra hệ thống tự động, thuận tiện và an toàn cho người sử dụng.
Quy trình gửi đồ của sản phẩm được làm ra
Người dùng chọn các option phù hợp với nhu cầu sử dụng
Phương pháp thực hiện: người dùng sẽ lựa chọn nhu cầu “Gửi đồ” hoặc “Lấy đồ”
- Tủ sẽ hiện danh sách các ngăn tủ còn trống để người dùng lựa chọn
- Sau khi chọn ngăn tủ, người dùng sẽ lựa chọn thời gian gửi đồ
- Tiếp theo người dùng tự đặt mật khẩu cho ngăn tủ mà mình đã chọn
- Hệ thống sẽ tính toán số tiền theo những sự lựa chọn ở trên của người dùng
- Người dùng thanh toán số tiền đã hiện bằng tiền mặt thông qua đầu đọc tiền
- Cuối cùng người dùng đã có thể mở ngăn tủ đã chọn và gửi đồ vào bên trong
- Tủ sẽ hiện danh sách các ngăn tủ đang được sử dụng
- Sau khi chọn ngăn tủ của mình, người dùng phải nhập đúng mật khẩu đã đặt lúc gửi đồ, nếu nhập sai thì phải thực hiện lại quá trình từ ban đầu
- Khi nhập đúng mật khẩu, ngăn tủ sẽ mở ra cho người dùng lấy đồ
- Tiếp theo hệ thống sẽ hỏi người dùng có muốn tiếp tục sử dụng ngăn tủ trong thời gian còn lại hay không, nếu có thì người dùng chọn “Yes” và tiếp tục sử dụng ngăn tủ, nếu không thì chọn “No” và ngăn tủ sẽ được reset về trạng thái chưa được sử dụng ban đầu.
Các nghiên cứu liên quan tới đề tài
2.6.1 Các nghiên cứu ngoài nước
Tủ smart locker nhận diện khuôn mặt Locker & Lock:
- Tủ locker được cấu tạo từ thép cán nguội cao cấp, tủ có thể được đặt trong nhà hoặc ngoài trời
- Hoàn toàn tự động, tủ sẽ tự động nhận diện khuôn người dùng và tự động mở một ngăn tủ còn trống
- Dễ dàng sử dụng, dễ dàng lắp đặt (Lưu ý: Yêu cầu nguồn điện AC 220 V ổn định để vận hành)
- Đèn LED bên trong từng ô tủ để hoạt động trong các trường hợp thiếu sáng
- Số lượng ngăn tủ cũng như màu sắc đa dạng, linh hoạt tuỳ thuộc vào mô hình dự án và đáp ứng nhu cầu của quý khách hàng
Hình 2.4: Tủ smart Locker & Lock
Hệ thống bảo mật tiên tiến:
- Phần mềm tích hợp bên trong máy, giúp cho việc lưu trữ đồ dùng trong tủ locker thông minh an toàn hơn bao giờ hết
- Hệ thống báo động khi có động lực từ bên ngoài tác động như đập phá, cạy khóa
- Hệ thống cũng sẽ phát ra cảnh báo cho người dùng khi các ngăn tủ đã mở chưa được đóng hoặc đóng không đúng cách
Mã sản phẩm: MCU-FaceRecogn
Tên sản phẩm: Tủ smart locker nhận diện khuôn mặt
Nguồn gốc, xuất xứ: Singapore
Công nghệ, thiết kế: Singapore
Chất liệu: Thép cán nguội cao cấp, sơn tĩnh điện
Bảng 2.1: Thông số kỹ thuật của smart Locker & Lock [3]
2.6.2 Các nghiên cứu trong nước
2.6.2.1 Phương pháp gửi đồ thủ công
Hiện nay, hầu hết các siêu thị vừa và nhỏ, cũng như là các cửa hàng hoặc các khu mua sắm đều sử dụng tủ gửi đồ truyền thống có nhân viên đứng canh.Dù việc sử dụng tủ gửi đồ truyền thống vẫn còn phổ biến bởi ưu điểm dễ lắp đặt, sử dụng, tiết kiệm chi phí nhưng hiệu quả không cao, tỷ lệ nhầm đồ cao, khó quản lý người sử dụng
Hình 2.5: Tủ gửi đồ thủ công 2.6.2.2 Hệ thống tủ Elocker
Tủ eLocker được làm từ chất liệu thép cán nguôi cao cấp Bề mặt tủ được phun sơn tĩnh điện, mang đến một khả năng chịu tải và hạn chế tối đa các tác động bên ngoài từ yếu tố môi
12 trường Cảm biến hồng ngoại trong ngăn tủ giúp nhận biết tủ đang chứa đồ và chỉ cho phép mở những ô trốn Còn có đèn led chiếu sáng trong ngăn tủ giúp khách hàng dễ dàng sử dụng Thuận lợi hơn trong điều kiện thiếu ánh sáng
Hình 2.6: Tủ gửi đồ thông minh [4]
Các tồn tại của tủ gửi đồ thông minh
- Đầu tư ban đầu lớn cho phần cứng và phần mềm
Bảo mật và quyền riêng tư:
- Cần giải quyết vấn đề bảo mật và quyền riêng tư của người sử dụng
Hạn chế dung lượng và kích thước:
- Dung lượng và kích thước có thể hạn chế
- Sự không tương thích giữa các hệ thống có thể xảy ra
Vấn đề kỹ thuật và bảo dưỡng:
- Gặp vấn đề kỹ thuật và đòi hỏi chi phí bảo dưỡng
Nguy cơ mất điện và hỏng hóc cơ sở hạ tầng:
- Nguy cơ mất điện và hỏng hóc cơ sở hạ tầng
Chấp nhận và tin tưởng của người dùng:
- Sự chấp nhận và tin tưởng từ người dùng có thể ảnh hưởng
- Khả năng mở rộng để đáp ứng nhu cầu ngày càng tăng.
Lý do chọn đề tài
- Nghiên cứu về IoT và AI, xu hướng công nghệ hiện đại
Giải quyết vấn đề thực tế:
- Đối mặt với vấn đề quản lý và gửi nhận đồ vật trong môi trường đô thị
Tiện ích và thuận lợi:
- Tối ưu hóa quá trình gửi nhận đồ, mang lại tiện ích cho người sử dụng
- Đóng góp vào sự phát triển của thị trường công nghệ và logics
- Tạo cơ hội kinh doanh và phát triển sản phẩm mới
- Liên quan đến nhiều lĩnh vực như IoT, AI, logics, và quản lý chuỗi cung ứng
Cộng đồng và dịch vụ công cộng:
- Mang lại lợi ích cho cả cộng đồng và cá nhân.
Kết luận
Đề tài "Nghiên cứu, thiết kế, chế tạo tủ gửi đồ thông minh" nhằm xây dựng một sản phẩm hiện đại và tiện ích, giải quyết những thách thức trong việc quản lý và vận hành tủ gửi đồ truyền thống Dưới đây là tổng quan về ý tưởng thiết kế và vận hành: Ý tưởng thiết kế:
● Kiểu dáng hiện đại và thẩm mỹ: Thiết kế tủ gửi đồ với kiểu dáng hiện đại, sáng tạo, và thẩm mỹ cao, nhấn mạnh vào tính linh hoạt và tính thẩm mỹ
● Tính năng linh hoạt: Cấu trúc bên trong được thiết kế để linh hoạt, có thể điều chỉnh để phù hợp với nhiều loại đồ vật khác nhau, từ quần áo đến thiết bị điện tử
● Tích hợp công nghệ: Sử dụng công nghệ xử lý ảnh để giải quyết vấn đề thanh toán tiền mặt
● Giao diện đơn giản: Thiết kế tủ gửi đồ sử dụng màn hình hiển thị và bàn phím ma trận giúp người dùng dễ dàng giao tiếp với sản phẩm
● Hệ thống điều khiển: Cho phép người dùng nắm được tình trạng của tủ, tăng tính tiện ích và linh hoạt
● Thời gian quản lý: Người dùng có thể đặt thời gian sử dụng tủ, giúp tiết kiệm giá thành và tối ưu hóa sự thuận tiện
● Thông báo thông minh: Hệ thống thông báo thông minh về trạng thái tủ, giúp người dùng nắm bắt và sử dụng tốt hơn
● Công nghệ xử lý ảnh: Cho phép hệ thống nhận diện được mệnh giá tờ tiền và phân biệt tiền thât, tiền giả
● Giao tiếp thuận tiện: Người dùng có thể giao tiếp với hệ thống thông qua bàn phím và màn hình hiển thị
● Khóa thông minh và an toàn: Tích hợp hệ thống khóa thông minh và an ninh để bảo vệ đồ vật bên trong tủ
● Hiệu suất cao: Đảm bảo hiệu suất cao trong việc bảo quản đồ vật
Tóm lại, đề tài này hứa hẹn mang đến một sản phẩm tủ gửi đồ thông minh với sự kết hợp hài hòa giữa thiết kế tiện ích và tính năng hiện đại, nhằm đáp ứng nhu cầu người dùng trong việc quản lý và bảo quản đồ vật cá nhân một cách hiệu quả và an toàn [7]
CƠ SỞ LÝ THUYẾT
Yêu cầu của đề tài
- Thiết kế khung tủ chịu lực tốt, cửa tủ hoạt động dễ dàng, thuận tiện
- Thiết kế và phát triển phần cứng với các relay và hệ thống đóng mở tự động
Kết nối và tương thích:
- Đảm bảo tính tương thích và kết nối với các thiết bị và ứng dụng khác
Chức năng gửi và nhận đồ:
- Xây dựng cơ chế gửi và nhận đồ an toàn và hiệu quả.
Lựa chọn nguyên liệu làm khung tủ
Vật liệu đóng vai trò quan trọng trong quá trình làm khung tủ Trong bối cảnh đa dạng về chủng loại và tính chất, các vật liệu đều đóng góp vào việc tạo nên sản phẩm có chất lượng và tính thẩm mỹ cao Trong số đó, gỗ và inox nổi bật lên như những nguồn nguyên liệu đặc biệt quan trọng
Hình 3.1: Gỗ ép Ưu điểm:
- Gỗ ép có tính chất dẻo và linh hoạt, giúp dễ dàng cắt, uốn và định hình theo các yêu cầu thiết kế cụ thể Đồng nhất về kích thước:
- Gỗ ép có thể sản xuất ở kích thước lớn và đồng đều, giúp tiết kiệm lượng nguyên liệu và giảm lãng phí
Khả năng chịu nước tốt:
- Các loại keo chống nước được sử dụng trong quá trình sản xuất giúp gỗ ép có khả năng chống nước và chống mối mọt Ưu tiên môi trường:
- Sử dụng nguyên liệu gỗ tái chế hoặc từ rừng quản lý bền vững giúp giảm tác động tiêu cực đối với môi trường Độ bền vật lý:
- Gỗ ép thường có độ bền cao và khả năng chịu lực tốt, làm cho nó phù hợp cho nhiều ứng dụng trong xây dựng và sản xuất nội thất
Khả năng gắn kết tốt:
- Gỗ ép có khả năng kết nối và gắn kết tốt, giúp tạo ra các sản phẩm vững chắc và chịu lực đồng đều
Khả năng hoàn thiện tốt:
- Gỗ ép dễ dàng hoàn thiện, có thể sơn, phủ laminate hoặc dán veneer để tạo ra bề mặt mịn màng và thẩm mỹ
- So với một số loại gỗ tự nhiên, gỗ ép thường nhẹ hơn, giúp giảm trọng lượng của các sản phẩm và thuận tiện trong vận chuyển
Khả năng cắt gia công cao:
- Gỗ ép có khả năng chịu mài mòn và gia công tốt, giúp dễ dàng cắt, khoan và làm việc với các công cụ gia công
- Gỗ ép thường có giá trị kinh tế cao, là lựa chọn tốt cho những dự án cần nguyên liệu chi phí hợp lý mà vẫn đảm bảo chất lượng
Khả năng chống nước hạn chế:
- Mặc dù có sử dụng keo chống nước, nhưng gỗ ép vẫn bị hạn chế khi tiếp xúc với nước trong thời gian dài khi so sánh với các vật liệu khác như inox, kim loại,…
Khả năng chống mối mọt thấp:
- Gỗ ép không có khả năng chống mối mọt tốt bằng một số loại gỗ tự nhiên, đặc biệt là khi bề mặt bị hư hại và nước có thể xâm nhập vào
Khả năng tái chế hạn chế:
- Quá trình tái chế gỗ ép có thể gặp khó khăn do sự kết hợp của các chất phụ gia và keo Khả năng thẩm mỹ thấp:
- Gỗ ép có thể có vẻ ít thẩm mỹ so với một số loại gỗ tự nhiên, đặc biệt là khi sử dụng mặt phủ laminate
- Trong một số trường hợp, gỗ ép có thể có khả năng đứt gãy nhanh hơn so với một số loại gỗ tự nhiên
Khả năng gặp vấn đề với nhiệt độ cao:
- Nếu tiếp xúc với nhiệt độ cao, gỗ ép có thể bị uốn cong hoặc biến dạng Độ dẻo kém:
- So với một số loại gỗ tự nhiên, gỗ ép có độ dẻo và đàn hồi kém hơn
Khả năng phục hồi kém:
- Nếu bị hư hại hoặc biến dạng, gỗ ép thường khó khôi phục và sửa chữa so với một số loại gỗ tự nhiên
- Một số sản phẩm gỗ ép có thể chứa các chất hóa học độc hại, đặc biệt là trong quá trình sản xuất và gia công
- Inox có khả năng chống ăn mòn cao, đặc biệt là chống ăn mòn hóa học và chống ăn mòn từ môi trường nước biển
Khả năng chống nhiệt độ cao:
- Inox có khả năng chịu nhiệt độ cao mà không mất đi độ cứng và tính chất cơ học
Dễ chế tạo và gia công:
- Inox dễ chế tạo và gia công, có thể được hàn, cắt, uốn, và định hình theo nhu cầu sản xuất
- Bề mặt của inox dễ làm sạch và bảo quản, không dễ bị ố vàng hoặc bám bẩn
- Inox có vẻ ngoại hình hiện đại và sáng bóng, làm tăng tính thẩm mỹ cho các sản phẩm và kết cấu sử dụng nó
Khả năng chống ứng suất nứt:
- Inox có khả năng chống ứng suất nứt tốt, giúp giảm nguy cơ hỏng hóc do tác động của ứng suất Độ bền cơ học cao:
- Inox có độ bền cơ học cao, giữ nguyên tính chất cơ học của nó trong điều kiện làm việc khắc nghiệt
- Bề mặt của inox khá mịn, giúp giảm khả năng bám bẩn và ô nhiễm
An toàn với thực phẩm và y tế:
- Inox thường được sử dụng trong ngành thực phẩm và y tế vì tính chất không độc hại và dễ làm sạch
Tuân theo chuẩn mực quốc tế:
- Inox thường tuân theo các tiêu chuẩn chất lượng và an toàn quốc tế, giúp đảm bảo tính đồng nhất và tin cậy trong sản xuất và sử dụng
- Inox thường có giá cao hơn so với một số loại kim loại khác, làm tăng chi phí cho các sản phẩm và dự án sử dụng nó
- Inox có trọng lượng cao, điều này có thể tăng chi phí vận chuyển và làm cho việc xử lý và lắp đặt trở nên khó khăn
Dễ bám vết và trầy xước:
- Mặc dù inox có khả năng chống trầy xước tốt, nhưng vẫn dễ bám vết và trầy xước trong môi trường sử dụng
- Inox có khả năng dẫn nhiệt tốt, điều này có thể tạo ra các vấn đề khi sử dụng trong môi trường có thay đổi nhiệt độ lớn
Khả năng tăng độ cứng kém:
- Trong môi trường có nhiệt độ rất thấp, inox có thể mất đi tính linh hoạt và trở nên giòn Đòi hỏi quy trình gia công khó khăn:
- Gia công in đôi khi đòi hỏi các phương pháp gia công đặc biệt, làm tăng chi phí sản xuất
Khả năng tạo mối hàn kém:
- Inox có thể khó hàn so với một số kim loại khác, và quá trình hàn có thể tạo ra vết đốm và tác động đến tính chất chống ăn mòn
- Inox có thể bị tách màu dưới ảnh hưởng của môi trường hóa chất, đặc biệt là khi tiếp xúc với axit
Khả năng chống oxy hóa hạn chế:
- Mặc dù inox chống ăn mòn, nhưng vẫn có thể bị oxy hóa trong điều kiện đặc biệt, đặc biệt là ở nhiệt độ cao
Khả năng chống ăn mòn hóa học hạn chế:
- Inox không hoàn toàn chống ăn mòn hóa học và có thể bị tác động bởi một số hóa chất mạnh
- Việc chọn lựa sử dụng gỗ ép thay vì inox trong việc làm tủ không chỉ xuất phát từ yếu tố thẩm mỹ mà còn là do những lợi ích về chi phí Gỗ ép, với giá thành thường rẻ hơn so với inox, là sự lựa chọn kinh tế cho nhiều dự án xây dựng và sản xuất nội thất
- Giá cả thấp hơn của gỗ ép không chỉ làm giảm tổng chi phí đầu tư mà còn tạo ra cơ hội để tiết kiệm và phân phối nguồn lực tốt hơn cho những phần khác của dự án Đối với những ứng dụng không yêu cầu tính chống ăn mòn cao như trong môi trường bình thường, việc sử dụng gỗ ép không chỉ đáp ứng được yêu cầu chức năng mà còn giúp tối ưu hóa ngân sách
- Ngoài ra, sự đa dạng trong việc sản xuất và chế tạo gỗ ép cũng mang lại linh hoạt lớn hơn trong việc đáp ứng các yêu cầu thiết kế cụ thể mà không làm tăng chi phí đáng kể Như vậy, lựa chọn gỗ ép thường là quyết định hợp lý cho những dự án đòi hỏi sự hiệu quả về chi phí mà vẫn giữ được chất lượng và tính thẩm mỹ cần thiết [8]
3.3 Lựa chọn bộ điều khiển [9]
Việc lựa chọn một bộ điều khiển vi xử lý (MCU - Microcontroller Unit) phù hợp tùy thuộc vào yêu cầu cụ thể của dự án hoặc ứng dụng của bạn Trước khi quyết định chọn MCU nào, cần xác định rõ yêu cầu của dự án, bao gồm yêu cầu về hiệu suất, kích thước, tính năng, tiêu thụ năng lượng và ngân sách Điều này sẽ giúp bạn chọn được bộ điều khiển phù hợp nhất cho nhu cầu của mình Dưới đây là một số bộ điều khiển vi xử lý phổ biến trên thị trường:
Lịch sử và sự phát triển của Arduino
Arduino, xuất hiện lần đầu vào năm 2005, là sản phẩm của một nhóm người ở Italy với mục tiêu ban đầu là giúp sinh viên tiếp cận lập trình và thiết kế nhúng một cách dễ dàng Với cấu trúc mở rộng và cổng GPIO, Arduino nhanh chóng thu hút sự quan tâm của cộng đồng sáng tạo và lập trình Với sự phát triển của nền tảng, đã xuất hiện nhiều phiên bản và biến thể khác nhau, từ Arduino Uno đến Arduino Mega và Nano
Arduino không chỉ là một công cụ lập trình, mà còn là một cộng đồng mạnh mẽ với dự án mã nguồn mở, tài liệu phong phú và diễn đàn trực tuyến Sự đa dạng của bảng mạch Arduino và sự linh hoạt trong kết nối với cảm biến và thiết bị ngoại vi khác nhau đã mở ra nhiều ứng dụng, từ các dự án nhúng đến đồ họa máy tính, nghệ thuật và thiết kế tương tác Arduino tiếp tục phát triển và mở rộng vào các lĩnh vực như IoT (Internet of Things), làm cho nó trở thành một công cụ quan trọng trong cộng đồng làm đồ chơi và sáng tạo DIY (Do-It- Yourself)
Arduino là một nền tảng lập trình nhúng với nhiều phiên bản và biến thể khác nhau Dưới đây là một số thông số kỹ thuật chung mà bạn có thể gặp trong các phiên bản phổ biến như Arduino Uno:
• Bộ vi xử lý (MCU): Thông thường sử dụng vi điều khiển ATmega (ví dụ: ATmega328P trên Arduino Uno)
• Bộ nhớ flash: Thường là từ 16KB đến 256KB
• Bộ nhớ SRAM: Thường là từ 1KB đến 8KB
• Bộ nhớ EEPROM: Thường là từ 512 bytes đến 4KB
• Thường là 16 MHz cho các phiên bản thông thường
• Thường là 5V cho các phiên bản thông thường
• USB: Cổng USB cho lập trình và nạp chương trình
• Cổng GPIO (General Purpose Input/Output): Cho phép kết nối với cảm biến, thiết bị ngoại vi, và tương tác với thế giới ngoại vi
• Arduino Uno có kích thước chuẩn là khoảng 68.6mm x 53.4mm
• Thường có thể được cấp nguồn qua cổng USB hoặc thông qua cổng nguồn DC
• Arduino IDE: Môi trường lập trình tích hợp cho Arduino, hỗ trợ ngôn ngữ lập trình Wiring (tương tự C/C++)
- Cảm biến và mô-đun hỗ trợ:
• Cổng Analog Input: Thường có 6 cổng cho việc đọc giá trị từ cảm biến analog
• Cổng Digital I/O: Thường có 14 cổng cho việc điều khiển thiết bị digital
- Phiên bản và biến thể:
• Arduino Uno, Arduino Mega, Arduino Nano, và nhiều phiên bản khác tùy thuộc vào nhu cầu cụ thể của dự án
Arduino được sử dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực khác nhau do tính linh hoạt và dễ sử dụng của nó Dưới đây là một số ứng dụng phổ biến của Arduino:
• Arduino thường được sử dụng trong các dự án nhúng để kiểm soát và giám sát các thiết bị và hệ thống
• Nhiều người sử dụng Arduino để tạo ra đồ chơi tự chế và mô hình đồng hoạt
• Arduino là một lựa chọn phổ biến trong lĩnh vực robotica, từ robot giáo dục đến dự án robot phức tạp
• Người dùng thường sử dụng Arduino để tạo ra các dự án điện tử DIY như đèn LED thông minh, mô hình tượng sáng, và đèn chớp
- Nghệ thuật và thiết kế tương tác:
TÍNH TOÁN VÀ THIẾT KẾ CƠ KHÍ
Tinh toán thiết kế sức bền khung tủ
Thông số đầu vào về kích thước tủ, vật liệu và hình ảnh thiết kế, khối lượng tối đa mỗi kiện hàng gửi vào của tủ là:
Tải trọng tối đa của ngăn nhỏ: 5kg
Tỉa trọng tối đã của ngăn lớn: 7kg
Hình 4.1: Mặt trước khung tủ trong thiết kế
Hình 4.2: Mặt trên khung tủ trong thiết kế
Trong quá trình thiết kế cơ khí và kết cấu, việc tính toán sức bền của các thành phần là một phần quan trọng và không thể thiếu Trong nghiên cứu này, chúng ta tập trung vào việc tính toán sức bền của phần bố đều trên thanh ngang có bề mặt cắt là hình chữ nhật
Phần bố đều là một phần cực kỳ quan trọng trong cấu trúc của thanh ngang, đóng vai trò chịu tải và truyền lực giữa các thành phần khác Để đảm bảo rằng cấu trúc hoạt động một cách an toàn và hiệu quả, việc tính toán sức bền của phần bố đều là không thể thiếu
Trong nghiên cứu này, chúng tôi sẽ sử dụng các nguyên lý cơ học vật liệu và cơ học kết cấu để tính toán sức bền của phần bố đều dựa trên bề mặt cắt hình chữ nhật Chúng ta sẽ đưa ra thông tin cần thiết để đánh giá sức chịu tải của phần bố đều và đảm bảo rằng nó đáp ứng các yêu cầu kỹ thuật và an toàn
Tiếp theo, chúng ta sẽ trình bày chi tiết về quy trình tính toán sức bền, bao gồm các công thức và phương pháp sử dụng, cũng như áp dụng chúng vào trường hợp cụ thể của phần bố đều trên thanh ngang Đồng thời, chúng tôi cũng sẽ đánh giá kết quả tính toán và thảo luận về các yếu tố ảnh hưởng đến sức chịu tải của phần bố đều
Qua nghiên cứu này, hy vọng chúng tôi có thể cung cấp thông tin hữu ích và chi tiết về tính toán sức bền của phần bố đều, góp phần vào việc hiểu rõ hơn về tính chất và hoạt động của các thành phần cơ khí trong kết cấu
Ta chọn phần tính toán là thanh thẳng cố định hai đầu, nguyên liệu là gỗ ép MPF có mặt cắt hình chữ nhật có kích thức là:
Bề dày ván gỗ là h (cm)
Bề dày ván gỗ ta chọn là ℎ 𝑥 = 1.5𝑐𝑚
Hình 4.3: Hình vẽ lực phân bố trên mô hình tủ
Ta gọi lực phân bố đều trên bề mặt thanh thẳng là p 0N/m
Giới hạn sức bền của gỗ ép công nghiệp MPF là ⌊𝜎 𝑥 ⌋ = 30Mpa (theo điều kiện ẩm) [5]
Hình 4.3: Biểu đồ phân bố lực trên thanh ngang
Hình 4.4: Biểu đồ lực cắt trên thanh ngang
Hình 4.5: Biểu đồ moment uốn trên thanh ngang Đối với tiết diện hình chữ nhật :
𝐼 𝑥 là moment quán tính của tiết diện hình chữ nhật
− Đối với hình chữ nhật ta có công thức tính mômen chống uốn
6 = 5𝑥ℎ 2 Trong đó 𝑊 𝑥 là moment quán tính
Ta có ứng suất uốn của gỗ ép là
= 0.52𝑐𝑚 (< ℎ 𝑥 ) Trong đó 𝑀 𝑥 là moment uốn
Vì h < ℎ 𝑥 => Ván gỗ làm ngang đủ tiêu chuẩn
Vì vậy, lực phân bố đã đạt yêu cầu giới hạn của gỗ
Trong quá trình thiết kế cơ khí và kết cấu, việc tính toán sức bền của các thành phần là một phần quan trọng và không thể thiếu Trong nghiên cứu này, chúng ta tập trung vào việc tính toán sức bền của phần bố đều trên thanh ngang có bề mặt cắt là hình chữ nhật
Phần bố đều là một phần cực kỳ quan trọng trong cấu trúc của thanh ngang, đóng vai trò chịu tải và truyền lực giữa các thành phần khác Để đảm bảo rằng cấu trúc hoạt động một cách an toàn và hiệu quả, việc tính toán sức bền của phần bố đều là không thể thiếu
Trong nghiên cứu này, chúng ta sẽ sử dụng các nguyên lý cơ học vật liệu và cơ học kết cấu để tính toán sức bền của phần bố đều dựa trên bề mặt cắt hình chữ nhật Chúng ta sẽ đưa ra thông tin cần thiết để đánh giá sức chịu tải của phần bố đều và đảm bảo rằng nó đáp ứng các yêu cầu kỹ thuật và an toàn
Tiếp theo, chúng ta sẽ trình bày chi tiết về quy trình tính toán sức bền, bao gồm các công thức và phương pháp sử dụng, cũng như áp dụng chúng vào trường hợp cụ thể của phần bố đều trên thanh ngang Đồng thời, chúng tôi cũng sẽ đánh giá kết quả tính toán và thảo luận về các yếu tố ảnh hưởng đến sức chịu tải của phần bố đều
Qua nghiên cứu này, hy vọng chúng tôi có thể cung cấp thông tin hữu ích và chi tiết về tính toán sức bền của phần bố đều, góp phần vào việc hiểu rõ hơn về tính chất và hoạt động của các thành phần cơ khí trong kết cấu
Mặt cắt hình chữ nhật có kích thước là:
2 bên chưa trải trọng trên cùng là 5 kg
2 bên chưa trải trọng trên cùng là 7 kg Ứng suất nén tối đa |𝜎| là 30Mpa (theo điều kiện ẩm)
Bề dày ván gỗ là h (cm)
Bề dày ván gỗ ta chọn là ℎ 𝑥 = 1.5𝑐𝑚
Hình 4.6: Biểu đồ phân bố lực trên thanh dọc
Hình 4.7: Biểu đồ lực dọc trên thanh dọc
42 Ứng suất nén của thanh : 𝜎 = 𝑁
Trong đó σ là Ứng suất nén
|σ| là Ứng suất nén tối đa
F là tiết diện của thanh đứng
N là lực nén của thanh chịu tải
Vì h < ℎ 𝑥 => Thanh gỗ dọc đủ tiêu chuẩn bền
Vì vậy, lực phân bố đã đạt yêu cầu giới hạn của gỗ.
Mô hình 3D với thực tế
Hình 4.9: Bàn phím ma trận 3x4
TÍNH TOÁN, THIẾT KẾ PHẦN HỆ THỐNG ĐIỆN
Sơ đồ khối của tủ gửi đồ thông minh
Sơ đồ khối của tủ gửi đồ thông minh được mô tả như sau:
Hình 5.1: Sơ đồ khối của tủ gửi đồ thông minh
- Power: khối cấp nguồn cho toàn bộ hệ thống điện và điều khiển
- Arduino: đảm nhiệm vai trò của khối điều khiển trung tâm, nhận dữ liệu từ đầu đọc tiền để xử lý và điều khiển các khối khác
- Money reader: nhận tiền và xử lý nhận diện mệnh giá cũng như phân biệt tiền thật giả
- Display screen: hiển thị chức năng và thao tác của người dùng
- Matrix keyboard: đảm nhiệm vai trò thực hiện các thao tác của người dùng
- Relay: công tắc điều khiển bằng điện, đóng ngắt khóa điện từ
- Electromagnetic lock: kích hoạt bằng nguồn điện, sử dụng lực điện từ để đóng ngắt chốt
Thiết kế và lựa chọn các linh kiện
1/ Board điều khiển và các linh kiện, thiết bị
Board điều khiển và các linh kiện, thiết bị điện tử được sử dụng trong sản phẩm: a) Khối điều khiển trung tâm: Arduino UNO
Arduino Uno, một trong những phiên bản phổ biến nhất của dòng Arduino, là khối điều khiển trung tâm linh hoạt và dễ sử dụng Sử dụng vi xử lý ATmega328P, nó có bộ nhớ Flash 32KB, SRAM 2KB, và EEPROM 1KB Với 14 cổng digital I/O, 6 cổng analog input, và các cổng giao tiếp như UART, SPI, và I2C, Uno cung cấp nhiều tính năng cho việc kết nối và điều khiển nhiều thiết bị Kích thước chuẩn của Uno là khoảng 68.6mm x 53.4mm, làm cho nó trở thành một lựa chọn phổ biến cho dự án nhúng và các ứng dụng DIY
Bộ xử lý (CPU) ATmega328P của Microchip
Tần số hoạt động 16 MHz
Bộ nhớ (RAM) • Flash: 32 KB (0.5 KB được dành cho bootloader)
• EEPROM: 1 KB Điện áp hoạt động 5V thông qua cổng USB hoặc nguồn cấp ngoại vi
Cổng kết nối • USB: Dùng để nạp chương trình và truyền dữ liệu
• Cổng DC Power Jack: Cho phép cấp nguồn từ nguồn ngoại vi
Cổng GPIO và Đầu vào / Đầu ra
• 14 cổng digital I/O (Input/Output), trong đó 6 cổng có thể sử dụng làm cổng đầu vào analog
Kích thước Kích thước chuẩn là khoảng 68.6mm x 53.4mm
Cổng giao tiếp • UART (Universal Asynchronous
Receiver/Transmitter): Dùng cho giao tiếp serial
• SPI (Serial Peripheral Interface): Dùng cho giao tiếp với các thiết bị ngoại vi
• I2C (Inter-Integrated Circuit): Dùng cho giao tiếp với các thiết bị ngoại vi khác
Bảng 5.1: Thông số kỹ thuật của Arduino Uno
Hình 5.3: Cấu tạo của Arduino Uno b) Đầu đọc tiền giấy T.O.P Đầu đọc tiền TOP là một thiết bị của TOP Systems, tích hợp trên máy gắp thú bông hoặc máy chơi game Chức năng chính là đọc mã vạch trên vé hoặc thẻ thanh toán Kết nối thông
48 qua USB hoặc RS-232, đầu đọc tiêu thụ nguồn từ hệ thống chủ Hỗ trợ nhiều loại mã vạch và cần phần mềm chuyên dụng để xử lý dữ liệu Bảo mật được tích hợp để ngăn chặn gian lận
Hình 5.4: Đầu đọc tiền giấy T.O.P
Tỷ lệ chấp nhận 96% hoặc cao hơn
Lưu ý: Các tờ tiền không đầy đủ như cực kỳ bẩn, ướt, gãy hoặc rách đều bị loại trừ
Thời gian giao dịch -Xấp xỉ 3 giây để xếp chồng
-Xấp xỉ 2 giây không xếp chồng
Giao diện Giao thức xung
Môi trường hoạt động Nhiệt độ hoạt động: 0 độ C - 55 độ C
Nhiệt độ bảo quản: - 20 độ C-70 độ C Độ ẩm: 30%~85%RH (không ngưng tụ)
Sự tiêu thụ năng lượng Chế độ chờ: 0,21A~0,35A (2,5W~4,2W)
Dòng điện hoạt động: 2A, 24W Khóa động cơ: 2.2A , 26.4W
Cân nặng 0,65~0,75kg (không xếp chồng)
Dung tích hộp đựng tiền P2: xấp xỉ 200 tờ
Chiều rộng chấp nhận được của tiền
TP70/P5: 62mm~70mm TP77/P5: 66mm~77mm
Bảng 5.2: Thông số kỹ thuật của Đầu đọc tiền giấy T.O.P c) Màn hình hiển thị LCD 1602
Màn hình LCD 1602 là một loại màn hình ký tự phổ biến trong các dự án Arduino và lập trình nhúng Với kích thước hiển thị 16 cột và 2 dòng ký tự, nó thường được sử dụng để hiển thị thông tin văn bản đơn giản trong các ứng dụng DIY Màn hình này thường được kết nối qua giao tiếp I2C hoặc GPIO và được điều khiển bằng chương trình Arduino hoặc các môi trường lập trình nhúng khác Các ứng dụng phổ biến bao gồm hiển thị dữ liệu cảm biến, thông báo, và các thông tin khác từ vi xử lý nhúng
Hình 5.5: Màn hình hiển thị LCD 1602
Loại màn hình Màn hình LCD ký tự, thường có 16 cột và 2 dòng
Giao tiếp Thường được kết nối qua giao tiếp I2C hoặc thông qua cổng GPIO trực tiếp
Kích thước Kích thước hiển thị thông thường là 16 cột x 2 dòng
Ngôn ngữ hiển thị Hiển thị ký tự tiêu chuẩn ASCII và các ký tự đặc biệt
Nguồn cung cấp Điều khiển từ nguồn 5V thông thường Ánh sáng nền Một số mô hình có đèn nền LED để cải thiện khả năng đọc trong điều kiện ánh sáng yếu
Kích thước vật lý Kích thước thông thường là khoảng
80mm x 36mm Điều khiển bằng chương trình Cần sử dụng thư viện LCD cụ thể để điều khiển từ chương trình Arduino hoặc môi trường lập trình nhúng khác Ứng dụng phổ biến Sử dụng để hiển thị thông tin văn bản đơn giản trong các dự án DIY và các ứng dụng lập trình nhúng
Bảng 5.3: Thông số kỹ thuật của màn hình hiển thị LCD 1602 d) Bàn phím ma trận 3x4
Bàn phím ma trận 3x4 Ứng dụng vào các mô hình, sản phẩm cần nhập, xuất bằng bàn phím Bao gồm 12 phím, 7 đầu ra
Hình 5.6: Bàn phím ma trận 3x4
Bảng 5.4: Thông số kỹ thuật của bàn phím ma trận 3x4
SƠ ĐỒ ĐI DÂY CỦA BÀN PHÍM MA TRẬN 3x4
Hình 5.7: Sơ đồ đi dây của bàn phím ma trận 3x4
Relay 5V là một loại công tắc điều khiển bằng điện, hoạt động với nguồn điện 5V Được sử dụng rộng rãi trong các dự án điện tử và mạch Arduino Các loại bao gồm SPST, SPDT, DPST, DPDT tùy thuộc vào ứng dụng Thông số quan trọng bao gồm điện áp hoạt động, dòng điện, cường độ, và tính năng bảo vệ Sử dụng để điều khiển đèn, quạt, và các thiết bị khác trong các ứng dụng điện tử
Thông số kỹ thuật: Điện áp hoạt động 5V DC
Kiểu relay -Relay 1 chiều (SPDT)
-Relay nối tiếp kép (DPST) -Relay nối song song kép (DPDT)
Opto cách lý Cách ly tín hiệu giữa mạch đầu vào và đầu ra để bảo vệ mạch chính
Dòng điện và cường độ Được thể hiện bằng dòng điện tối đa mà relay có thể chịu được và chuyển đổi
Tính bảo vệ -Bảo vệ quá dòng
-Bảo vệ quá nhiệt -Đảm bảo an toàn sử dụng Ứng dụng Điều khiển thiết bị điện tử ngoại vi
Ngõ vào điều khiển Tín hiệu điện ổn định kích thích relay
Dòng tiêu thụ Của module khi hoạt động Đèn LED báo trạng thái Có thể có để báo hoạt động relay Điện áp cách ly Giữa mạch đầu vào và đầu ra
Bảng 5.5: Thông số kỹ thuật của relay 5v f) Khóa điện từ
Khóa điện từ là một loại khóa an ninh được kích hoạt bằng nguồn điện, sử dụng lực từ trường để giữ hoặc giải phóng chốt khi được kích hoạt Thường được tích hợp trong hệ thống kiểm soát truy cập, cổng an ninh, cửa tự động, và ứng dụng an ninh khác
Vật liệu Thép không rỉ
Yêu cầu nguồn cấp 12VDC/2A
Thời gian cấp nguồn Nhỏ hơn 5s
Lưu đồ giải thuật
5.3.1 Lưu đồ hoạt động của tủ gửi đồ
Hình 5.7: Lưu đồ giải thuật của tủ gửi đồ
5.3.2 Sơ đồ kết nối bàn phím với arduino
Hình 5.8: Sơ đồ kết nối bàn phím với arduino
Hình 5.9: Mạch giao diện xung
5.3.4 Cơ chế hoạt động của hệ thống nhận tiền mặt
Hình 5.10: Các công tắc chỉnh chức năng theo các loại tiền tệ
- Các công tắc DIP nối tiếp được đặt ở bên cạnh dòng TP
- Theo các loại tiền tệ và định dạng đầu ra khác nhau được người dùng sử dụng, cài đặt chuyển đổi DIP có thể thay thế để phù hợp với nhu cầu của người dùng Ngoài ra, còn có một công tắc DIP nối tiếp ở cuối
Thiết kế mạch điện
Hình 5.11: Mạch điện tổng quát
5.4.1 Các thành phần cụ thể trong mạch điện a) Màn hình LCD
- 2 chân SDA và SCL tức là chân chuẩn I2C, truyền tín hiệu cho LCD và thời gian thực
- 7 chân R0, R1, R2, R3, C0, C1, C2 là kết nối với bàn phím ma trận 3x4 c) Thanh ghi 74HC595
- 74HC595 là thanh ghi dịch nối tiếp vào song song ra 8 bit, tức là nó có thể nhận (đầu vào) dữ liệu nối tiếp và điều khiển 8 chân đầu ra song song
- Mạch giảm áp LM2596 là một mạch điện tử chuyển đổi điện áp đầu vào DC cao vào điện áp đầu ra DC thấp hơn, được thiết kế để sử dụng trong các ứng dụng điện tử như mạch nguồn, sạc pin, máy tính, máy in, đèn LED và các thiết bị điện tử khác e) Đầu đọc tiền
- Chân meter+ là chân để lấy xung, lấy tín hiệu đầu vào để tính ra mệnh giá số tiền
- Chân inhibit+ là chân để đưa ra tín hiệu mức cao là không nhận tiền, còn đưa ra tín hiệu mức thấp là đồng ý nhận tiền f) Relay
- Bộ phận relay được kết nối trực tiếp với khóa điện từ, từ đó đảm nhiệm chức năng đóng ngắt nguồn điện của khóa điện từ
5.4.2 Hình ảnh mạch điện được thiết kế
Hình 5.12: Mặt trước của mạch điện
Hình 5.13: Mặt sau của mạch điện
Những thư viện và lệnh được dùng
Thư viện keypad: là một thư viện Arduino được sử dụng để tương tác với và đọc thông tin từ các bàn phím ma trận Bạn có thể dễ dàng sử dụng thư viện này để đọc giá trị từ các nút bấm trên bàn phím và thực hiện các hành động tương ứng
Thư viện keypad cung cấp các hàm tiện ích để xác định nút nào được nhấn và giúp quản lý các tín hiệu từ bàn phím ma trận một cách thuận tiện Bạn có thể xác định số hàng và số cột của bàn phím, sau đó sử dụng các hàm được cung cấp để đọc giá trị từ các nút
Hàm ProcessInScreen(): giả định hiển thị thông tin màn hình, xử lý dữ liệu từ phím nhấn, và cập nhật thông tin về ngăn tủ Các tham số như ‘Screen_t’, và ‘CabinInfor_t’ được truyền vào hàm để làm việc với dữ liệu và cập nhật chúng tùy thuộc vào trạng thái cụ thể của tủ
Hàm GetMoney(): giả định có thể thực hiện một loạt các kiểm tra để đảm bảo việc nhận tiền diễn ra thành công Sau khi nhận tiền sẽ quy đổi mệnh giá tờ tiền thành các xung để phù hợp với chức năng của tủ
Hàm Out8bitHC595(): giả định để gửi dữ liệu 8-bit (bit thấp nhất trước) đến thanh ghi dịch Hàm này sử dụng các chân được khai báo trước đó để điều khiển thanh ghi dịch, và điều chỉnh các relay được kết nối với Arduino
CHƯƠNG 6: THỰC NGHIỆM - ĐÁNH GIÁ
Tủ có chức năng chính là gửi đồ Sau đây là các chức năng của tủ phục vụ cho việc gửi đồ của người dùng như sau:
- Lựa chọn gửi đồ hoặc lấy đồ
- Lựa chọn thời gian gửi đồ
Tủ gửi đồ được vận hành như sau:
- Sau khi mở máy, màn hình sẽ hiển thị 2 sự lựa chọn “Gửi đồ” hoặc “Lấy đồ”
Hình 6.1: Lựa chọn chức năng
- Lựa chọn bằng bàn phím ma trận 3x4 được lắp đặt
• Sau khi lựa chọn “Gửi đồ”, màn hình sẽ hiển thị các ngăn tủ “còn trống” để người dùng có thể lựa chọn theo nhu cầu của bản thân Ở đây chúng ta có 2 ngăn tủ lớn và 4 ngăn tủ nhỏ
Hình 6.2: Lựa chọn ngăn tủ còn trống
• Sau khi lựa chọn ngăn tủ, màn hình sẽ hiển thị thời gian để người dùng lựa chọn theo nhu cầu Ở đây chúng ta có “6 tiếng” hoặc “12 tiếng”
Hình 6.3: Lựa chọn thời gian
• Hệ thống sẽ hiển thị số tiền người dùng cần phải trả tương ứng với ngăn tủ và mốc thời gian đã chọn Ở đây là “tủ nhỏ - 6 tiếng - 10.000đ”, “tủ nhỏ - 12 tiếng - 20.000đ”, “tủ lớn - 6 tiếng - 20.000đ”, “tủ lớn - 12 tiếng - 40.000đ”
Hình 6.4: Hiện số tiền cần thanh toán
• Sau khi lựa chọn thời gian xong, hệ thống sẽ yêu cầu người dùng tự đặt mật khẩu cho ngăn tủ đã lựa chọn, nhập mật khẩu bằng bàn phím ma trận ở dưới
Hình 6.5: Nhập mật khẩu cho ngăn tủ đã đặt
• Sau khi thanh toán số tiền thông qua đầu đọc tiền thì ngăn tủ sẽ được mở ra và người dùng đã có thể sử dụng ngăn tủ đó để gửi đồ
Hình 6.6: Thông báo nhận đủ tiền cần thanh toán “Lấy đồ”:
• Sau khi lựa chọn “Lấy đồ”, màn hình sẽ hiển thị các ngăn tủ “đang được sử dụng” để người dùng có thể lựa chọn ngăn tủ mà mình đã gửi đồ
Hình 6.7: Hiển thị ngăn tủ đang được sử dụng
• Sau khi lựa chọn ngăn tủ của bản thân, hệ thống sẽ yêu cầu người dùng nhập mật khẩu mà chính người dùng đã nhập từ lúc “Gửi đồ” Nếu nhập đúng thì cửa ngăn tủ sẽ mở ra cho người dùng lấy đồ Nếu không đúng thì sẽ phải thực hiện lại các thao tác trên từ đầu.
THỰC NGHIỆM - ĐÁNH GIÁ
Thực nghiệm
Trong quá trình thực nghiệm, nhóm thực hiện đề tài nhận thấy có 2 sai sót xảy ra trong quá trình hoạt động của tủ gửi đồ Đó là nhận diện sai mệnh giá tờ tiền và chạy thời gian bị lệch so với mốc thời gian được chọn ban đầu Vì vậy nhóm đã ghi lại kết quả của các lần thực nghiệm như sau:
6.2.1 Thực nghiệm nhận diện mệnh giá
Bảng 6.1: Thực nghiệm nhận diện mệnh giá
Trong đó: là đầu đọc tiền nhận tiền và chạy đúng số xung để quy đổi đúng mệnh giá là đầu đọc tiền nhận tiền nhưng chạy sai số xung, quy đổi sai mệnh giá
Tỷ lệ nhận diện mệnh giá tiền của tủ gửi đồ là:
6.2.2 Thực nghiệm chạy đúng thời gian của các ngăn tủ
Gửi đồ trong vòng 6 tiếng Gửi đồ trong vòng 12 tiếng
Bảng 6.2: Thực nghiệm thời gian của các ngăn tủ
Trong đó: “Đúng giờ” là thời gian được tính từ lúc bắt đầu gửi đồ đến khi lấy đồ ra khỏi tủ
Những lần không đúng giờ là thời gian bị lệch so với thời gian gửi đồ trong tủ
Tỷ lệ đúng thời gian khi gửi trong vòng 6 tiếng:
Tỷ lệ đúng thời gian khi gửi trong vòng 12 tiếng:
Tỷ lệ nhận diện mệnh giá tiền và tỷ lệ chạy đúng thời gian lần lượt là 93.33%, 95% và 96.67% Nhận thấy tỷ lệ sử dụng tủ gửi đồ mà không bị lỗi đạt từ 95% trở lên, đạt yêu cầu của đề tài.
Kết quả
Một số hình ảnh thực tế của tủ gửi đồ thông minh trong lúc làm việc và sau khi hoàn thành:
Hình 6.10: Tủ đồ trong quá trình chế tạo
Hình 6.11: Tủ đồ khi đã hoàn thiện
Hình 6.12: Mạch điện trong quá trình thiết kế
Hình 6.13: Mạch điện khi đã hoàn thành
Thông số kỹ thuật của tủ gửi đồ:
Nguồn điện sử dụng 220V AC
Năng suất 6 ngăn tủ (4 ngăn tủ nhỏ, 2 ngăn tủ lớn)
Hệ thống hoạt động Tự động, không cần người canh
Kích thước 100cm x 120cm x 30cm
Bảo trì - Bảo dưỡng
• Kiểm tra định kỳ: Lên kế hoạch kiểm tra định kỳ để kiểm tra các bộ phận như đầu đọc tiền, màn hình LCD, bàn phím ma trận, mạch điều khiển trung tâm… Điều này giúp phát hiện sớm các vấn đề tiềm ẩn và ngăn chặn sự cố nghiêm trọng xảy ra
• Vệ sinh và làm sạch: Lau sạch tủ thường xuyên để loại bỏ bụi bẩn và các tạp chất khác có thể làm giảm hiệu suất hoạt động của tủ gửi đồ Đảm bảo các bộ phận quan trọng như đầu đọc tiền, mạch điều khiển, khóa điện từ, được giữ sạch sẽ
• Cân chỉnh và điều chỉnh: Nếu cần thiết, thực hiện cân chỉnh và điều chỉnh lại các cơ cấu hoạt động để đảm bảo tủ gửi đồ hoạt động một cách chính xác và nhanh chóng
• Sửa chữa và thay thế linh kiện: Nếu phát hiện bất kỳ linh kiện hỏng hoặc tổn thương, hãy thực hiện sửa chữa hoặc thay thế chúng sớm để ngăn chặn hư hỏng lan rộng và giữ cho tủ gửi đồ hoạt động ổn định
