628 Lê Quốc Việt, Trịnh Đức Cường, Nguyễn Trường Thịnh VCM2012 Thiết kế hệ thống nhận dạng và trả tiền giấy Việt Nam sử dụng trong máy bán hàng tự động Design of Vietnamese banknote validation and dispenser systems using in vending machine 1,a Lê Quốc Việt, 1,b Trịnh Đức Cường, 1,c Nguyễn Trường Thịnh 1 Bộ môn Cơ điện tử, Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật TP.HCM a vietle0103@gmail.com, b cuongtd91@gmail.com, c thinhnt@hcmute.edu.vn Tóm tắt Hiện tại, ở Việt Nam, phương thức thanh toán bằng tiền xu đã bộc lộ rõ nhược điểm, do đó, yêu cầu phải có một phương thức thanh toán bằng tiền giấy polymer. Bài báo trình bày sơ lược việc nghiên cứu và chế tạo hệ thống nhận dạng tiền giấy polymer dùng trong máy bán hàng tự động. Công nghệ nhận dạng tiền linh hoạt, đảm bảo tính chính xác và tiện lợi, thân thiện với người dùng giúp cho việc giao dịch diễn ra nhanh chóng, an toàn. Abstract: Currently, in Vietnam, coin payment method has disadvantage, therefore, it requires a payment method with polymer banknotes. This paper shows the research and development of polymer banknote recognition system using in vending machines. The designed currency recognition system has a high flexible, high accuracy, convenience and user-friendly for the transaction quickly and safely. 1. Giới thiệu Hiện nay với sự phát triển mạnh mẽ của khoa học kỹ thuật đã đưa đời sống của con người lên một tầm cao mới. Và cũng từ đây những sản phẩm mang tính tự động hóa đã ra đời nhằm phục vụ nhu cầu của con người.Trong đó, các máy bán hàng tự động được chế tạo giúp việc mua sắm linh hoạt, nhanh chóng hơn. Đối với dạng máy dịch vụ tự động thì hệ thống nhận dạng tiền là một bộ phận thiết yếu, có vai trò rất quan trọng trong việc giao dịch với khách hàng. Bộ nhận dạng tiền có nhiệm vụ đọc và phân loại tiền để gửi tín hiệu lên bộ phận điều khiển, kết hợp với thông tin từ khách hàng và cơ sở dữ liệu được lưu trữ để tiền hành giao dịch, đáp ứng nhu cầu của khách hàng. Ở Việt Nam, hiện có hai loại tiền, tiền kim loại và tiền giấy làm bằng chất liệu cotton hoặc polymer. Tuy nhiên, loại tiền kim loại hiện đã tạm dừng sử dụng, chỉ còn lại tiền polymer và tiền giấy mệnh giá nhỏ 2.000 và 5.000 VNĐ. Do đó, trong đề tài này, chúng tôi tiến hành nghiên cứu bộ nhận dạng tiền có thể đọc và phân biệt được các mệnh giá tiền, cả tiền giấy lẫn tiền polymer. Bên cạnh đó, trong quá trình giao dịch xảy ra, sẽ có trường hợp xuất hiện tiền thừa, hoặc khách hàng ngưng không giao dịch, muốn nhận lại tiền. Do đó cần có một hệ thống để trả lại tiền thừa cho khách.Với loại hình tiền xu, có nhiều cơ cấu đơn giản, dễ chế tạo và sử dụng với độ tin cậy cao. Tuy nhiên, tiền xu hiên ít được sử dụng. Vì thế chúng tôi chỉ nghiên cứu hệ thống trả lại tiền thừa cho khách với loại hình tiền giấy. Đối với khối trả tiền thừa loại tiền giấy, yếu tố chính xác và ổn định cần phải được đảm bảo. Cần phải loại bỏ trường hợp tiền bị dính cùng với nhau và trả nhiều tờ tiền cùng một lúc. 2. Bộ nhận dạng tiền giấy polymer Bảng 1 thể hiện thông tin về chất liệu, kích thước, màu sắc của các mệnh giá tiền Việt Nam đang lưu hành trên lãnh thổ Việt nam. Đây cũng chính là cơ sở ban đầu để thiết kế hệ thống nhận dạng tiền. Bảng 1: Thông tin các mệnh giá tiền lưu hành ở Việt Nam STT Mệnh giá (vnd) Chất liệu Kích thước Màu sắc tổng thể 1 500.000 Polymer 152mm x 65mm Màu lơ tím sẫm. 2 200.000 Polymer 148mm x 65mm Đỏ nâu. 3 100.000 Polymer 144mm x 65mm Màu xanh lá cây đậm. 4 50.000 Polymer 140mm x 65mm Màu nâu tím đỏ 5 20.000 Polymer 136mm x 65mm. Màu xanh lơ đậm Tuyển tập công trình Hội nghị Cơ điện tử toàn quốc lần thứ 6 629 Mã bài: 142 6 10.000 Polymer 132mm x 60mm. Màu nâu đậm trên nền màu vàng xanh 7 5.000 Giấy cotton 134mm x 65mm Màu xanh lơ sẫm. 8 2.000 Giấy cotton 134mm x 65mm. Màu nâu sẫm. 9 1.000 Giấy cotton 134mm x 65mm. Màu tím. 10 500 Giấy cotton 130mm x 65mm. Màu đỏ cánh sen. 11 200 Giấy cotton 130mm x 65mm. Màu nâu đỏ. H. 1 Một số dạng tiền giấy đang sử dụng ở Việt Nam. Theo như các đặc điểm đã nêu trên Bảng 1 vừa được trình bày ở trên, ngoài ra mỗi mệnh giá tiền đều có màu sắc và kích thước nhất định (H.1). Đặc biệt đối với tiền polymer còn có thêm các đặc điểm bảo đảm an toàn như : hình bóng chìm, dây bảo an, hình định vị, của sổ trong suốt, mực không màu phát quang, số seri phát quang dưới đèn cực tím… Dựa vào đó, có thể dùng các cảm biến để đọc tín hiều về kích thước kết hợp với yếu tố màu sắc, hình ảnh ẩn,…để nhận dạng và phân loại các mệnh giá tiền. Việc đầu tiên là phải xác định đặc tính chiều dài của tờ tiền. Sơ đồ khối nguyên lý nhận dạng đặc điểm chiều dài của tờ tiền (polymer) được chỉ ra ở H.2. Để nhận biết được chiều dài của tờ tiền, số xung của encoder đếm trong một khoảng thời gian nhất định và gửi lên vi điều khiển để xác định chính xác chiều dài của tờ tiền đưa vào. Và tùy vào số lượng xung đếm được mà gán cho X xung encoder bắt đầu được đếm khi cảm biến V 1 bắt đầu nhận biết (cạnh lên), và việc đếm kết thúc khi cảm biến V 1 không còn nhận biết (cạnh xuống). Ngoài ra, để nhận dạng chính xác các đặc điểm của tờ tiền giấy, hình ảnh nổi cũng được đưa ra phân tích. Mỗi tờ tiền polymer để chống giả và mang tính bảo mật cao còn bố trí thêm những đặc tính ẩn bên trong, chỉ khi được chiếu ánh sáng cực tím, ví dụ tờ tiền giấy polymer mệnh giá 20.000 VND có số 20000 nổi ở giữa gần trung tâm của tờ tiền cách mép bên trái khoảng 59mm , mép bên phải khoảng 68 mm và có độ dài khoảng 25mm như H.4. H. 2 Sơ đồ khối của cơ cấu nhận dạng chiều dài tiền polymer. H. 3 Những vùng các cảm biến đọc tín hiệu tương tự. H. 4 Vị trí cũng như kích thước hình ẩn bên khi rọi bằng tia cực tím. Vì vậy để nhận biết được vị trí và kích thước của những vùng phát quang bằng cách rọi chúng dưới ánh sáng tia cực tím ,và thu tín hiệu hồi tiếp từ cảm biến thu về , kết hợp với số xung thu được trên encoder ta có thể xác định được vị trí và kích thước của chúng. Phần cơ khí là một trong những phần cơ bản của khối nhận dạng tiền, vì vậy cần gia công với độ chính xác cao, các rulô kéo tờ tiền polymer phải có hệ số ma sát ổn định. Bao gồm bốn cặp rulô chính, mỗi hai cặp rulô kéo hai dây đai có bề mặt áp sát nhau, sau khi tấm tiền giấy được đưa vào chúng đi qua khe hở giữa hai dây đai này, do đó nếu hai cặp rulô gia công không chính xác thì độ ma sát lên bề mặt tấm tiền sẽ bị giảm đi. Khi đó sẽ làm sai số so với dữ liệu so sánh mẫu của các cảm biến. Để các cảm biến nhận dạng đúng vị trí các tấm tiền, hay nói khác đi để tấm tiền đi vào khối kiểm tra ngay ngắn, chính xác thì cần hai thanh nẹp định vị đường đi của tấm tiền. Từ mặt cắt ngang ta có thể nhìn thấy vị trí lắp đặt và cách bố trí các cảm biến phát hiện tiền trong sơ đồ phần cứng khối nhận dạng tiền giấy như H.5: 630 Lê Quốc Việt, Trịnh Đức Cường, Nguyễn Trường Thịnh VCM2012 V1 và V4 là hai cặp cảm biến quang nhận dạng vật cản, dùng để nhận biết được tấm tiền bắt đầu đưa vào để kiểm tra (V1) làm cho động cơ kéo rulô bắt đầu quá trình làm vệc và dùng để phát hiện tấm tiền đã hoàn tất quá trình so sánh nhận biết (V4). V2 là cặp cảm biến quang thu phát với ánh sáng phát là tia cực tím, có nhiệm vụ làm nổi những thành phần ẩn bên trong tấm tiền, từ đó cảm biến thu có thể cập nhật tín hiệu tương tự và so sánh với tín hiệu mẫu ở mỗi chu kỳ quét. V3 bao gồm 9 cảm biến quang phát với với ánh sáng trắng, mỗi cảm biến cách nhau 2mm, và đối xứng với 9 cảm biến thu, để phát hiện được chính xác màu sắc và những vết nứt nhỏ trên tấm tiền thì phía trước các cảm biến thu phát đều trang bị các thấu kính, chúng có nhiệm vụ phóng đại đối tượng được kiểm tra, và cảm biến thu cập nhật tính hiệu tương tự so sánh tính hiệu mẫu ở mỗi chu kỳ quét. Phần động bao gồm 16 cặp rulô trong đó có 6 rulô lớn có đường kính θ16 , và 10 rulô có đường kính 14, động cơ tải tốc độ 1500 vòng/phút (với thông số encoder 400 xung/vòng), tỉ số truyền các bánh răng : V1/V2 = 1/5. Khi cho tờ tiền cần nhận vào khe nhận tiền thì cảm biến V1 phát hiện, động cơ quay, cặp rulô đầu tiên kéo tấm tiền vào, khi cảm biếm V3 phát hiện đầu tấm tiền đã tới thì động cơ ngừng một khoảng thời gian, quá trình nhận biết bắt đầu xảy ra, động cơ quay đồng thời đọc số xung của encoder, cảm biến V3 (9 LED hồng ngoại bao gồm các thấu kính) làm nhiệm vụ nhận dạng màu sắc của tờ tiền và so sánh với giá trị cũ, cảm biến V2 (đèn cực tím), hồi tiếp về độ rộng và chiều dài phần ẩm bên trong tờ tiền .Khi cảm biến V4 (cảm biến cuối) phát hiện, động cơ dừng, nếu các dữ liệu phù hợp, thì động cơ quay thêm 03 (ms), khi đó động cơ quay ngược trở lại, vì đầu kia của tờ tiền mắc lại nên đi vào kho chứa tiền. Nếu tờ tiền không hợp lý thì động cơ quay ngược trở lại và trả chúng ra ngoài. Như vậy hệ thống nhận dạng tiền gồm các bộ phận chính như H.6 gồm có các rulô (5) kết hợp với dây đai (3) để đưa tờ tiền (4) từ ngoài vào, qua bộ phận nhận biết rồi đi vào bộ chứa tiền. Các rulô này được gia công chính xác và có độ ma sát cao để đảm bảo cuốn tờ tiền đi ổn định trong suốt quá trình nhận biết. Bên cạnh đó, muốn đo kích thước của tờ tiền chính xác thì cần phải đảm bảo tiền luôn được đưa đi theo một hướng nhất định. Do đó, bộ nhận dạng tiền còn có hai thanh nẹp (2) để giữ cho tờ tiền luôn chuyển động thẳng. Ngoài ra còn có các bộ phận cảm biến và các đèn led cực tím (1), LED phát ánh sáng trắng, cùng các bộ phận khác được bố trí như H.5. Khối nhận dạng tiền hoạt động theo như lưu đồ được nêu trong H.7 dưới đây. Khi có tín hiệu cho phép bắt đầu hoạt động, nếu có tiền đưa vào bộ nhận biết, cảm biết V1 sẽ phát hiện được sự hiện diện của tờ tiền, vi điều khiển sẽ xuất tín hiệu cho động cơ quay, tờ tiền sẽ được đưa qua khối cảm biến V2 để nhận biết màu sắc. Khi cảm biến V3 nhận được tín hiệu xung cạnh xuống, vi điều khiển sẽ cho dừng động cơ. H. 5 Vị trí cũng như kích thước hình ẩn bên khi rọi bằng tia cực tím. H. 6 Hệ thống nhận dạng tiền polymer. H. 7 Lưu đồ giải thuật khối nhận tiền. Tuyển tập công trình Hội nghị Cơ điện tử toàn quốc lần thứ 6 631 Mã bài: 142 Bộ cảm biến V2 gồm các led siêu sáng và đèn cực tím kết hợp với các cảm biến ánh sáng. Các đèn này sẽ chiếu ánh sáng vào bề mặt tờ tiền, do tính chất vật liệu, màu sắc, đặc điểm của từng loại tiền, ánh sáng sẽ phản xạ lại khác nhau, tại đây các cảm biến sẽ đọc giá trị hồi tiếp về. Thông qua bộ khuếch đại, giá trị analog này được hồi tiếp về cho vi điều khiển. Đồng thời vi điều khiên sẽ đọc tín hiệu xung từ encoder gắn trên động cơ trong một khoảng thời gian cố định tính từ lúc cảm biến V1 phát hiện ra tờ tiền cho đến khi cảm biến V3 hết nhận thấy tờ tiền đó, từ đó sẽ xác định chiều dài của tờ tiền. Vi điều khiển sẽ so sánh giá trị về màu sắc và chiều dài của tờ tiền với các giá trị mẫu đã được thu thập trước đó. Nếu dữ liệu thực tế đọc từ các cảm biến trùng hợp, hoặc chỉ sai lệch trong một khoảng cho phép so với dữ liệu lưu trong vi điều khiển, thì tờ tiền được chấp nhận, vi điều khiển cho động cơ quay thêm một khoảng thời gian 0.3s để cho tờ tiền đi hết hành trình, vào hộp chứa tiền, đồng thời xuất tín hiệu về mệnh giá tiền lên khối điều khiển. Nếu dữ liệu không phù hợp,thì động quay ngược trở lại, tờ tiền được đưa ra nơi người mua bỏ tiền vào. Hệ thống nhận dạng tiền có vai trò quan trọng trong máy dịch vụ tự động. Nó dùng để tiếp nhận tiền khách hàng đưa vào, xử lý, phân biệt tiền thật tiền giả. Từ đó gửi tín hiệu xung lên máy tính thông qua vi điều khiển. Máy tính căn cứ vào số xung nhận được để tính toán ra số tiền khách hàng đã nạp. Sơ đồ khối điều khiển của hệ thống được mô tả như H.8. H. 8 Sơ đồ khối hệ thống nhận dạng tiền giấy. Khi khách hàng lựa chọn giao dịch, nếu lựa chọn hình thức thanh toán bằng tiền, máy tính sẽ gửi tín hiệu xuống vi điều khiển kích hoạt hệ thống nhận dạng tiền hoạt động. Khi khách hàng đưa tiền vào, hệ thống nhận dạng sẽ xác định mệnh giá tiền và gửi tín hiệu về giá trị tiền lên máy tính thông qua vi điều khiển. Máy tính sẽ cộng dồn giá trị tiền nhận được và so sánh tổng giá trị đó với giá trị mà khách hàng cần chi trả. Nếu tổng giá trị tiền nhận được lớn hơn hoặc bằng giá trị tiền cần nạp, hoặc trong trường hợp khách hàng muốn kết thúc giao dịch, máy tính sẽ gửi tín hiệu xuống vi điều khiển yêu cầu hệ thống nhận dạng tiền ngưng hoạt động. 3. Bộ trả tiền thừa Hệ thống trả tiền thừa có vai trò chi trả lại số tiền dư cho khách hàng sau khi giao dịch. H.8 và H.9 là cấu tạo tổng quát của khối trả tiền thừa cho khách. Khối này gồm các bộ phận chính như vách ngăn 2, hệ thống rulô (4), cử chặn để giữ tiển (3), động cơ (6), bánh răng, v.v…Vách ngăn vừa là nơi để chứa tiền thối, vừa là nơi ngăn cách cho hệ thống rulô phía dưới và phía trên. Trên vách ngăn được khoét các lỗ để các rulô dưới nhô lên cao một khoảng nhỏ đủ để tiếp xúc với tờ tiền mà không làm biến dạng hoặc làm rách tờ tiền nhiều. H. 9 Module trả tiền thừa. H. 10 Sơ đồ nguyên lý của hệ thống trả tiền thừa. Để rulô 2 quay một vòng mà chỉ cuốn một tờ tiền thì rulô có cấu tạo chỉ một phần có hệ số ma sát cao và phần còn lại thì có bán kính nhỏ, không tiếp xúc với tờ tiền để không cuốn tờ tiền thứ hai sau khi tờ tiền đầu đi qua. Do các tờ tiền có khối lượng rất nhỏ nên ta bỏ qua trọng lượng của các tờ tiền. 632 Lê Quốc Việt, Trịnh Đức Cường, Nguyễn Trường Thịnh VCM2012 Xét các lực tác dụng lên tờ tiền tại vị trí điểm A, chịu tác dụng của 4 lực : : Là lực do vật nặng gây ra nén vào bề mặt của ru lô 2. : Là phản lực do ru lô 2 tác động ngược trở lại tờ tiền . : Là lực ma sát giữa bề mặt dưới của tờ tiền với bề mặt ru lô 2 . : Là lực ma sát giữa bề mặt trên của tờ tiền với bề mặt của tờ tiền khác Ta có : F ms = K.N F’ ms = K’.N’ Với : K : là hệ số ma sát của ru lô 2 với mặt dưới của tờ tiền. K’ : là hệ số ma sát của mặt trên tờ tiền với mặt dưới tờ tiền khác. Vậy để ru lô mang theo tờ tiền khi quay thì : F ms >F’ ms Do đó : K > K’ (vì N = N’) Xác định góc α, d 1 , R 2 , R 3 , h: Gọi α là cung của rulo 2. d 1 là khoảng cách giữa hai tâm rulo 2 và 3 theo phương ngang. d 2 là khoảng cách giữa hai tâm rulo 3 và 6 theo phương ngang. R 2 là đường kính rulo 2. R 3 là đường kính rulo 3. D 2 là đường kính cung rulo 2. (D 2 = 2.R 2 ) h là chiều cao của rulo nhô lên khỏi mặt phẳng chứa tiền. l là chiều dài tiếp xúc với tiền khi rulo 2 quay hết một vòng. Hình 13 Các góc và lực tác dụng Để tờ tiền có thể di chuyển từ điểm G sang điểm H thì l > d 1 Ta có: l = (α + 2β) . R 2 Suy ra (α + 2β) > 1 2 d R (1) Ta có : 2 2 R cos R h (2) Xét tam giác LMN có: ( với γ là góc giữa LM và LN) Mặt khác ta có: 2 3 1 R R tg d 2 3 2 3 R R sin R R x Suy ra : (R 2 - R 3 ) 2 + d 1 2 = (R 2 + x + R 3 ) 2 Để hai cặp rulo 2 và 3 có thể cùng quay thì x > 0 Do đó : (R 2 - R 3 ) 2 + d 1 2 > (R 2 + R 3 ) 2 (3) Các thông số thực tế ta có: R 2 = 30 mm R 3 = 20 mm Chọn d 1 = 50 mm h = 3 mm ta được cosβ = 0.9 , suy ra β = 0.451 (α + 2β) >1.667, suy ra α = 0.765 rad = 43.81 0 Chọn α = 45 0 . Như vậy, sau khi rulo 2 quay 45 0 , tờ tiền sẽ di chuyển một đoạn l = 50mm đến các cặp rulo còn lại để đưa tờ tiền ra ngoài. Xét tại điểm H : Rulo 4 làm bằng kim loại nặng có trục động để luôn tì lên rulo 3, cùng rulo 3 đưa tiền ra ngoài. Rulo 5 có trục cố định, không xoay được. Giữa rulo 5 và rulo 3 có khe hở bằng 1,5 bề dày của tờ tiền để ngăn không cho hai tờ tiền cùng qua một lượt. Tính toán tỷ số truyền : Gọi t là thời gian rulo 2 quay một vòng. ω 2 , ω 3 , ω 6 lần lượt là vận tốc góc của rulo 2, 3, 6. l 3 , l 6 lần lượt là chiều dài cung rulo 3, 6 quay trong thời gian t. L là chiều dài tờ tiền. d 2 là khoảng cách giữa trục rulo 3 và 6 theo phương ngang. Ta có: ω 2 = 2 t Do rulo 2 mất t/8 để đưa tiền đến vị trí của rulo 3. Nên để tiền di từ ngăn chứa ra ngoài khi rulo 2 chỉ quay một vòng thì rulo 3 phải cuốn tiền đi ít nhất một đoạn là L + d 2 trong thời gian 7t/8 Hay: L + d 2 ≤ R 3 . ω 3 . 7 8 t Tuyển tập công trình Hội nghị Cơ điện tử toàn quốc lần thứ 6 633 Mã bài: 142 Thực tế ta có: L = 134mm, d 2 = 46mm, R 3 = 20mm Suy ra: ω 3 ≥ 10,286 t = 1.637 ω 2 ( vì ω 2 = 2 t ) Chọn ω 3 = 2 ω 2. Nên tỷ số truyền a 1 = 3 2 = 2. Rulo 6 có nhiệm vụ kéo tờ tiền cần thối ra ngoài, khi tờ tiền ra khỏi ru lô 3. Ta có : l 3 = R 3 . ω 3 . 7 8 t l 6 = R 6 .ω 6 . 7 8 t Để tiền ra không bị chùng thì l 6 > l 3 Hay R 6 . ω 6 > R 3 . ω 3 Thực tế : R 6 = R 3 =20 Hay ω 6 > ω 3 Ta chọn ω 6 = 1.5ω 3 = 3ω 2 Nên tỷ số truyền a 2 = 6 2 = 3 Dựa vào kết quả tính toán, thiết kế cơ khí, có thể đưa ra nguyên lý hoạt động và lưu đồ giải thuật cho bộ trả tiền thừa như H.11 và H.12. Trong đó, hai cảm biến 1 và 2 là hai cảm biến được gắn song song với nhau để kiểm soát số lượng tiền đi ra. Cơ cấu trả tiền thừa khi nhận được tín hiệu từ bộ phận điều khiển (máy tính), sẽ điều khiển động cơ quay, khi động cơ quay sẽ kéo hai rulô quay, nhờ ma sát trên bánh rulô sẽ kéo tấm tiền cần trả ra ngoài, cử chặn là một vật nặng làm nhiệm vụ nén và giữ các tờ tiền thẳng, giúp giữ tờ tiền dưới cùng luôn áp sát cặp bánh rulô, tạo lực ma sát. Khi tờ tiền đi qua cặp rulô thứ 2 chúng tiếp tục được kéo ra ngoài qua cặp rulô nhỏ hơn. Để cho tấm tiền được thẳng thì vận tốc quay của cặp rulô sau phải lớn hơn cặp rulô trước. Khi tờ tiền vừa ra khỏi cặp ru lô ngoài cùng, nó sẽ kích cho bộ cảm biến quang (hai cảm biến CB1 và CB2 được đặt ở dưới cặp ru lô ngoài ) phát hiện và hồi tiếp về vi điều khiền, từ đó vi điều khiền đếm được số tiền đã trả ra ngoài. Vi điều khiển sẽ so sánh giá trị vừa thối ra với giá trị cần trả từ máy tính gửi xuống. Nếu hai số liệu này không bằng nhau, động cơ tiếp tục quay, cuốn tờ tiền tiếp theo, quy trình trả tiền thừa tiếp tục hoạt động. Trường hợp hai số liệu này bằng nhau thì vi điều khiển sẽ xuất tín hiệu dừng động cơ, đồng thời gửi số lượng vừa thối được lên máy tính, xóa giá trị vừa đếm được và giá trị đã nhận từ máy tính. Hệ thống trả tiền thừa được điều khiển hoạt động theo sơ đồ khối như H.12. H. 11 Lưu đồ giải thuật khối trả tiền thừa H. 12 Sơ đồ khối hệ thống trả tiền thừa Sau khi khách hàng lựa chọn giao dịch, cho tiền vào hệ thống nhận tiền, máy tính sẽ tính toán giữa giá trị tiền cần nạp vào và số tiền đã nhận. Nếu số tiền nạp vào lớn hơn số tiền cần nạp, máy tính sẽ gửi tín hiệu xuống vi điều khiển ra lệnh kích hoạt và yêu cầu hệ thống trả tiền thừa hoạt động. Sau khi hệ thống trả tiền thừa cho xuất số lượng tiền cần trả ra, nó sẽ gửi số lượng tiền đã trả lên máy tín thông qua vi điều khiển. Máy tín sẽ gửi tín hiệu tắt hệ thống trả tiền thừa. Đồng thời so sánh giữa giá trị vừa nhận được với số lượng cần thối. Nếu hai giá trị này bằng nhau, máy tính sẽ chuyển sang bước kế tiếp. Trường hợp hai giá trị không bằng nhau, máy tính sẽ cho hiển thị lên màn hình số tiền dư chưa được trả, thông báo đến khách hàng. 634 Lê Quốc Việt, Trịnh Đức Cường, Nguyễn Trường Thịnh VCM2012 4. Kết quả và thực nghiệm Sau khi thiết kế, chúng tôi đã tiến hành chế tạo hệ thống nhận dạng tiền giấy và hệ thống trả tiền giấy có thể sử dụng cho các máy bán hàng tự động hoặc các máy dịch vụ tự động. Nhờ hoạt động của cảm biến, ta có thể so sánh tín hiệu đầu ra và tín hiệu đầu vào để thực hiện điều khiển các module một cách dễ dàng theo chuẩn quốc tế. Tiến hành thử nghiệm trên 2 mẫu tiền với mệnh giá 5000 đồng (tiền giấy) và 2 mẫu tiền mệnh giá 20.000 đồng (tiền polymer), mỗi mẫu thử 50 lần, kết quả được như Bảng 3. Thông qua cuộc kiểm tra, ta thấy được hệ thống nhận dạng tiền có khả năng nhận diện khá tốt (90%), trong 200 lần kiểm tra chỉ có 20 lần không nhận được, không có trường hợp nhận diện sai mệnh giá tiền. Các trường hợp không nhận dạng được hệ thống nhận dạng sẽ đẩy tiền ra trả lại. Bảng 2. Kết quả đạt được với bộ nhận dạng tiền Nội dung Kết quả Các loại tiền nhận được Tiền giấy cotton : 2.000 đồng, 5.000 đồng Tiền polymer : 10.000 đồng, 20.000 đồng, 50.000 đồng, 100.000 đồng Thời gian xử lý Tiền chấp nhận được: 3.2 giây. Tiền không chấp nhận: 3.5 giây Trường hợp không nhận dạng được Tiền rách, nhàu nát. Tiền bẩn, đổi màu. Tín hiệu giao tiếp Dạng xung Bảng 3. Kết quả thực nghiệm khả năng nhận dạng của bộ nhận tiền Loại tiền Nhận đúng Không nhận Nhận sai 5.000 đồng Tờ 1 44 6 0 Tờ 2 46 4 0 20.000 đồng Tờ 3 43 7 0 Tờ 4 47 3 0 Nguyên nhân nhận dạng tiền không được là do việc đưa tiền vào bộ nhận dạng chưa đúng cách, làm cho tờ tiền đi lệch hướng, nên chiều dài tờ tiền đo được không phù hợp với dữ liệu thu thập trước đó. Ngoài ra còn có một lý do tờ tiền bị cũ, nhàu nát, bị phai màu hoặc đưa nhiều tiền vào cùng một lúc. Hệ thống trả tiền thừa có khả năng xuất ra một loại tiền trong một thời gian khoảng 2.5 giây, được điều khiển bằng tín hiệu xung, sau khi chi trả tiền xong, hệ thống sẽ hồi tiếp số tiền đã trả lên bộ điều khiển. Trong đề tài này chúng tôi chỉ cho hệ thống hoạt động với một loại tiền mệnh giá 5.000 đồng. Tiến hành khảo sát trong 50 lần, chúng tôi có kết quả là 47 lần trả đúng và 3 lần trả sai. Qua kiểm tra, ta thấy hệ thống hoạt động khá ổn định (94%), trong đó nguyên nhân gây ra sai khác trong cuộc thử nghiệm là: tiền ẩm, 2 tờ tiền dính với nhau và tiền cũ nát. Với việc thành công chế tạo hệ thống nhận dạng tiền và hệ thống trả tiền thừa đã mang lại ứng dụng vào các đề tài chế tạo các máy bán hàng tự động như máy bán nước tự động, máy bán báo như H.13 và H.14 được đặt trong khuôn viên Đại học Sư phạm Kỹ thuật TP.HCM. 5. Kết luận Bài báo này đưa ra mô hình tính toán và thiết kế cơ khí cũng như giải thuật nhận dạng của bộ thu tiền và bộ trả tiền thừa, áp dụng kết quả vào mục đích chế tạo cho các máy bán hàng tự động. Một số thử nghiệm đã được thực hiện để đánh giá hiệu quả của cả 2 module. Từ kết quả thực nghiệm, cho thấy việc chế tạo thiết bị nhận dạng và trả tiền thừa là hoàn toàn khả thi. Kết quả nghiên cứu này khá quan trọng, đóng một vai trò rất lớn trong việc cái tiến phương thức thanh toán bằng tiền giấy polyme, vốn có rất nhiều ưu điểm so với loại tiền xu thông thường. Hệ thống các kết quả tính toán và thiết kế này được dùng để xây dựng nền tảng cho hệ thống thanh toán của các máy bán hàng tự động, cho phép chủ động trong thiết kế và công nghệ chế tạo. H. 13 Máy bán sách, báo và tạp chí tự động Tuyển tập công trình Hội nghị Cơ điện tử toàn quốc lần thứ 6 635 Mã bài: 142 H. 14 Máy bán nước ngọt đóng chai và lon tự động Tài liệu tham khảo [1] Đặc điểm nhận dạng tiền giấy Việt Nam http://www.sbv.gov.vn/ [2] Giáo trình Cơ học lý thuyết - Trần Trọng Hỉ, Đặng Thanh Tân, NXB Đại học Quốc gia TPHCM, 11-2010. [3] Datasheet Microchip Microcontroller PIC16F887 http://ww1.microchip.com/downloads/en/DeviceDoc /41291D.pdf [4] Currency arbitrage detection using a binary integer programming model, Wanmei Soon , Nanyang Technol. Univ., Singapore 2007. Lê Quốc Việt, hiện đang là sinh viên năm cuối chuyên ngành Cơ Điện tử - Đại học Sư phạm Kỹ thuật TP.HCM. Lĩnh vực nghiên cứu: Robot song song, máy bán hàng tự động, tự động hóa công nghiệp. Trịnh Đức Cường, hiện đang là sinh viên năm cuối chuyên ngành Cơ Điện tử - Đại học Sư phạm Kỹ thuật TP.HCM. Lĩnh vực nghiên cứu: Robot song song, robot công nghiệp, tự động hóa công nghiệp. Nguyễn Trường Thịnh tốt nghiệp Đại học năm 1997 và Cao học năm 2000 chuyên ngành Cơ khí tại Đại học Bách Khoa TP.HCM, Việt Nam. Anh tốt nghiệp tiến sỹ chuyên ngành Cơ khí năm 2009 tại Đại học Quốc gia Chonnam - Hàn Quốc. Từ năm 1998, anh là giảng viên tại Đại học Sư Phạm Kỹ Thuật TP.HCM, Việt Nam. Lĩnh vực nghiên cứu chính là robot dịch vụ, robot công nghiệp, thiết kế và điều khiển thông minh. . Nguyễn Trường Thịnh VCM2 012 4. Kết quả và thực nghiệm Sau khi thiết kế, chúng tôi đã tiến hành chế tạo hệ thống nhận dạng tiền giấy và hệ thống trả tiền giấy có thể sử dụng cho các máy bán. 628 Lê Quốc Việt, Trịnh Đức Cường, Nguyễn Trường Thịnh VCM2 012 Thiết kế hệ thống nhận dạng và trả tiền giấy Việt Nam sử dụng trong máy bán hàng tự động Design of Vietnamese banknote. không nhận được, không có trường hợp nhận diện sai mệnh giá tiền. Các trường hợp không nhận dạng được hệ thống nhận dạng sẽ đẩy tiền ra trả lại. Bảng 2. Kết quả đạt được với bộ nhận dạng tiền