Nghiên cứu thiết kế và chế tạo máy pha cà phê

LỜI CẢM ƠN Trong thời gian thực đề tài nhóm chúng em học hỏi nhiều điều bổ ích có tính ứng dụng cao vào thực tế Nhóm sinh viên thực bày tỏ lịng biết ơn đến Ths.Phạm Bá Khiển , cương vị thầy hướng dẫn đề tài tận tình hướng dẫn tạo điều kiện cho chúng em hoàn thành tốt đề tài Nhóm chúng em xin chân thành cảm ơn thầy cô Viện kỹ thuật HuTech bạn đóng góp ý kiến kinh nghiệm q báo suốt q trình thực đề tài Một lần nhóm chúng em xin chân thành cảm ơn Tp.Hồ Chí Minh , ngày tháng năm 2017 Nhóm sinh viên thực : Lương Thành Quí 1311030175 Nguyễn Long Khánh 1311033005 Nguyễn Duy Tân 1311030015 DANH MỤC HÌNH ẢNH TRONG ĐỀ TÀI Trang - Hình 1.1 Ly cà phê truyền thống - Hình 1.2 Tách cà phê - Hình 2.1 Máy pha cà phê du nhập vào nước ta - Hình 2.2 Máy cà phê nước ta sản xuất - Hình 2.3 Cách pha cà phê truyền thống 10 - Hình 2.4 Một số máy pha cà phê giới 12 - Hình 2.5 Cà phê pha từ máy cơng nghệ cao 13 - Hình 3.1 Hai q trình dịch chuyển nước bình 17 cà phê Siphon - Hình 3.2 Lý thuyết thứ syphon 18 - Hình 3.3 Lý thuyết thứ hai syphon 19 - Hình 3.4 Mặt cắt Bernoulli cho chất lỏng lý tưởng 20 - Hình Bản thiết kế phần khung hồn chỉnh 26 - Hình Sử dụng inox 304 để làm khung máy 27 - Hình 4.3 Bản vẽ 2D khung máy 28 - Hình 4.4 Các inox để hàn khung 28 - Hình 4.5 Bản vẽ bình nung 29 - Hình 4.6 Bình nung gia cơng hồn chỉnh 30 - Hình 4.7 Bản vẽ van nước 31 - Hình 4.8 Van nước hàn vào bình nung 31 - Hình 4.9 Bản vẽ bình pha chế 32 - Hình 4.10 Bản vẽ ron cao su cách nhiệt 33 - Hình 4.11 Ron cao su cách nhiệt 33 - Hình 4.12 Bàn vẽ lắp bình 34 - Hình 4.13 Bản vẽ mi ca 34 - Hình 4.14 Ảnh thực tế mica 35 - Hình 4.15 Điện trở vịng 36 - Hình 4.16 Ảnh thực tế diện trở vịng 36 - Hình 4.17 Bơng cách nhiệt 37 - Hình 4.18 Lớp bơng cách nhiệt gắng vào bình 38 - Hình 4.19 Chữ V định vị khung mica 39 - Hình 4.20 Tấm V hàn vào khung để cố định 39 - Hình 4.21Bản vẻ hộp điện 40 - Hình 4.22 Ảnh thực tế hộp điện 40 - Hình 4.23 Mạch điều khiển Arduino Uno R3 41 - Hình 4.24 LCD16x2 45 - Hình 4.25 Mạch giao tiếp LCD 1602 sang I2C 47 - Hình 4.26 SSR điểu khiển động lực điện trở vịng 48 - Hình 4.27 Cảm biến nhiệt 48 - Hình 4.28 Nguồn tổ ong 5v 10A 50 - Hình 4.29.Nút nhấn, đèn led báo 51 - Hình 4.30 Sơ đồ dây thiết lế mạch 52 - Hình 4.31 Hình ảnh thi cơng mạch 53 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP GVHD : TH.S PHẠM BÁ KHIỂN MỤC LỤC PHẦN 1: ĐẶT VẤN ĐỀ 1.1 Tính cấp thiết đề tài 1.2 Lí chọn đề tài 1.3 Mục đích nghiên cứu : PHẦN 2: TỔNG QUAN NGHIÊN CỨU .8 2.1 Tổng quan đề tài 2.2 Tình hình nước 2.3 Tình hình giới 11 2.4 Vấn đề tồn tài hướng giải vấn đề 13 PHẦN 3: MỤC TIÊU VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 15 3.1 Mục tiêu đề tài 15 3.2 Phương pháp nghiên cứu 16 3.2.1 Thứ ý nghĩa từ Siphon 16 3.2.2Thứ hai nguyên lý bình Siphon 17 3.2.3 Phương trình Bernoulli cho chất lỏng lý tưởng .20 3.2.4 Đơn vị lượng dịng chảy phương trình Bernoulli 21 3.2.5 Các chi tiết máy pha cà phê syphon .22 PHẦN 4: NỘI DUNG THỰC HIỆN VÀ KẾT QUẢ CƠNG TRÌNH NGHIÊN CỨU 26 4.1 Thiết kế chế tạo khung máy 26 4.2 Thiết kế cấu bình nung 29 4.2.1 Bình nung(1) 29 4.2.2 Van xã nước 31 4.3 Bình pha chế (2) 32 4.4 Lắp ghép binh (1) (2) 34 4.5 Tấm mi ca 34 4.6 Điện trở vòng 36 4.7 Lớp cách nhiệt ceramic 37 4.8 Cách nhiệt cho bình nung 38 4.9 Miếng V định vị 39 4.10 Hộp mica điện 40 4.11 Thiết kế mạch điều khiển 41 4.12 u cầu mơ hình 51 4.13 Một số hình ảnh thi cơng mạch điều khiển 52 PHẦN KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN 54 5.1 Kết luận 54 5.2 Hạn chế máy 54 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP GVHD : TH.S PHẠM BÁ KHIỂN TÀI LIỆU THAM KHẢO .56 PHỤ LỤC CODE LẬP TRÌNH VI ĐIỀU KHIỂN .57 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP GVHD : TH.S PHẠM BÁ KHIỂN PHẦN 1: ĐẶT VẤN ĐỀ 1.1 Tính cấp thiết đề tài Ngay từ kỉ thứ sau khám phá vùng cao nguyên Ethiopia , cà phê giúp tỉnh táo công việc, thoải mái tinh thần thỏa sức sáng tạo…Pha cà phê khơng phải việc khó Chỉ cần bạn có hỗn hợp bột cà phê mà bạn thích, số thiết bị vài phút rảnh rỗi Có nhiều phương pháp pha cà phê khác thỏa mãn thị hiếu khác Cà phê Espresso đẫm đầy tính cách, cà phê Thổ nhĩ kỳ (Turkish) nhiều hương thơm, cà phê kiểu Mỹ (Americano) nhẹ, nhiều nước Tất phương pháp có điểm chung, bột cà phê xử lý nước nóng sau dung dịch cà phê lọc đầy hương vị Tại Việt Nam, có hai kiểu pha cà phê : pha luộc ( kinh tế , dễ làm) pha phin ( khó , địi hỏi độ tinh tế ) Cà phê phin ngon hơn, khó làm, nhiều yếu tố Trời lạnh, nước sơi rót vào phin nguội nhanh Tráng phin trước cách, đổ nước vào làm 2-3 lần cách khác tăng độ nóng, tăng hiệu suất lên chút Nếu nén cà phê chặt, nhỏ giọt lâu xong, cà phê nhiều cafeine bị ngâm nước lâu, nguội chút uống Nếu nén khơng chặt, cà phê chảy xuống có pha lẫn bột cà phê , hương thơm chiết chưa hết Phin pha cà phê dùng loại inox, lỗ phin nhỏ, có ren xốy hay chỉnh độ chặt, lỏng cho vừa Nếu dùng phin nhôm, lỗ phin to lọt bột cà phê xuống, lại khơng thể chỉnh độ chặt, e cà phê khó ngon Cà phê vào đời sống người Việt từ người Pháp đặt chân đến nơi Dần dần cà phê từ góc khuất đến nơi sầm uất, từ túi tiền người giàu sang đến túi tiền khiêm tốn người lao động, cà phê trở thành thứ gắn kết tinh thần mạnh mẽ Chẳng cần biết ông ai, làm nghề gì, cần mê cà phê sáng sáng ngồi ghế đẩu cũ kỹ kê bày la liệt vỉa hè, chờ thưởng thức cà phê cốc thủy tinh cổ lỗ ngả vàng, úp phin cáu màu cà phê , thời gian, nghe nhạc Trịnh phát từ loa đài rè rè Một ngày bắt đầu ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP GVHD : TH.S PHẠM BÁ KHIỂN Trên thị trường có nhiều hãng chế tạo máy cà phê cho nhiều phương pháp pha cà phê khác để phục vụ cho nhu cầu người tiêu dùng Nhưng loại máy pha cà phê mang lại phương pháp pha không phù hợp với thị hiếu người Việt Sau thực số khảo sát nhắm thị hiếu người Việt , Nhóm thực : “ĐỒ ÁN THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO MÁY PHA CÀ PHÊ”, theo nguyên lý syphon, nhằm đáp ứng yêu cầu tiện lợi đảm bảo hương vị cà phê Việt truyền thống đậm chất hồn Việt 1.2 Lí chọn đề tài Ngày với phát triển không ngừng khoa học kỹ thuật , tốc độ tăng trưởng chống mặt kinh tế giới , đời sống vật chất ,tinh thần người ngày nâng cao Con người khơng cịn giữ quan điểm “ ăn no, mặt đủ” mà thay vào “ ăn ngon , mặt đẹp” Và đồ uống đóng vai trị khơng nhỏ đời sống ngày Không giới mà Việt Nam thức uống thân thuộc khơng có mặt qn sang trọng mà cịn xuất bình dân góc phố , làng q … Đó cà phê Hình 1.1 Ly cà phê truyền thống Người ta nói, uống cà phê khơng phải thưởng thức thứ ăn chơi, uống cà phê trở thành nét văn hóa, để đẩy đưa câu chuyện, để lùi xa phân cấp, để giải tỏa muộn phiền để tìm ký ức Ở nơi bước chân người qua có câu chuyện để nói cà phê Mỗi giọt cà phê tí tách rơi giọt chạm vào sâu thăm thẳm tâm cất kín tim Cơ đơn bên ly cà phê đen sóng sánh, người ta thấy đời dường lại thứ, lãng du, phiêu bạt, đằm với thở chậm rãi thời gian ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP GVHD : TH.S PHẠM BÁ KHIỂN Trưởng thành cô đơn, trưởng thành người ta lại thấy đời có giây phút đơn để nhận lý thú biết nhường nào, uống cà phê vậy, sau vị đắng đót nơi đầu lưỡi cảm nhận vị thơm dễ chịu lan tỏa khắp toàn thân, thấm vào nơron thần kinh làm người ta minh mẫn, thông suốt, dễ chịu Nhắc đến cà phê , Sài Gòn có cà phê vợt, Hà Nội có cà phê phin Dù cách pha chế khác người uống phải đợi chờ Đợi chờ không hương vị, mà nét tinh hoa chắt chiu, tích lũy qua giây phút chậm lại với đời Đối với người uống cà phê mà nói, sống phải chờ đợi Từ thói quen sở thích nhỏ bé, người ta thấy việc sống cần kiên nhẫn để chờ đợi giảm dần nhiều tổn thương Chờ giây đèn đỏ, chậm vài km tốc độ bớt tai nạn giao thơng Chờ phút xếp hàng, có người không cáu gắt mệt mỏi Chờ đợi khơng thiệt thịi, đời vốn lấy bước chân bước vội không bắt tội bước chân biết nhường Thế rồi, đời nhiên nằm gọn tách cà phê Chỉ thứ nước đen đen đắng đắng mà người ta ngẫm biết đời, chân lý, yêu thương kỷ niệm Hóa ra, tưởng chừng uống vào thứ nước đen đắng nước hàng lại uống vào hồn Tâm hồn người nông dân vun trồng chăm bón Tâm hồn người nghệ nhân tính tốn xác cho mẻ rang cà phê Tâm hồn người nghệ sĩ pha chế thành công tách cà phê tuyệt vời từ hương vị hình ảnh Tâm hồn người lãng khách hành thưởng thức Và người ta lại kết thúc ngày cà phê Nhưng theo cách trầm lắng Đối với chúng em, cà phê chưa không thứ thuộc đám đông, ồn gấp gáp Càng mình, cà phê ngon, đen, đắng, sâu Chỉ lặng im, người ta trải lòng nỗi niềm thầm kín Thời buổi mở cửa, sống nhanh, sống vội, cà phê có lẽ thứ đủ giữ chân người ta lại chờ đợi, suy tư Bên ly cà phê phin tí tách rơi, người ta trải lịng tâm vui buồn, ký ức tưởng chừng ngủ quên, cảm xúc tưởng chai sạn trước sóng gió đời ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP GVHD : TH.S PHẠM BÁ KHIỂN Chúng ta nhâm nhi cà phê, với nhạc Jazz, có khúc tình Trịnh Có lẽ, người hiểu nỗi đau, thấm nhuần cảm giác chia phôi, đau đáu nỗi niềm cô độc tạo thứ âm nhạc thích hợp để hòa quyện với chất đắng cà phê Đơi người ta tìm đến với cà phê khơng phải thích uống mà để tìm điều mà người ta nghĩ Nên có khoảnh khắc pha cho tách cà phê nóng, ơm lịng, hít hà mùi hương, chẳng uống, để tìm lại điều trơi miền xa Dẫu thì, rượu cho nỗi đau, cà phê cho nỗi buồn, mà nỗi buồn uống cho hết , cho cạn vơi đáy lịng đâu? Thì từ từ mà sống, cà phê tan nỗi buồn dịu… Cuộc sống vui ta khuấy thìa, nghe tiếng lanh canh muỗng chạm vào cốc, cà phê đâu để uống nỗi buồn đâu phải để quên Nhưng cà phê bẩn xuất nhiều cộng với cách pha chế khơng phù hợp, cà phê khơng cịn giữ giá trị tinh túy vốn có nữa, nên chúng em mong muốn cho người Việt Nam uống ly cà phê “sạch”, “ ngon” “đậm chất nghệ thuật”, sáng chế máy chúng em mong muốn giảm áp lực pha chế, rút ngắn thời gian lấy nhiều chất cà phê , cung cấp ly cà phê thơm ngon cho người uống với giá bình dân Với nhu cầu muốn học hỏi kiến thức để áp dụng vào thực tiễn , với kiến thức học trường , nhóm chọn đề tài “ THIẾT KẾ CHẾ TẠO MÁY PHA CÀ PHÊ” , theo nguyên lý syphon.Trong mơ hình chúng em xử dụng phần mền học proteus8 , kiến thức vi diều khiển kết hợp tiện cơ, hàn cắt gọt kim loai …Với điều kiện nhóm định thực đề tài “THIẾT KẾ CHẾ TẠO MÁY PHA CÀ PHÊ” ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP GVHD : TH.S PHẠM BÁ KHIỂN 1.3 Mục đích nghiên cứu : - Sáng tạo thiết bị , cảm hứng , nghệ thuật cách thức pha cà phê - Bổ sung kiến thức thực tế - Cách thức pha cà phê ngon, đảm bảo chất lương dựa theo nguyên lý syphon để pha cà phê -Áp dụng kiến thức học ứng dụng xác vào thực tiễn, tìm cách thức để có ly cà phê ngon mang đậm chất người Việt Nam Hình 1.2 Tách cà phê ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP GVHD : TH.S PHẠM BÁ KHIỂN 4.13 Một số hình ảnh thi cơng mạch điều khiển Hình 4.30 Sơ đồ dây thiết kế mạch 52 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP GVHD : TH.S PHẠM BÁ KHIỂN Hình 4.31 Hình ảnh thi công mạch 53 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP GVHD : TH.S PHẠM BÁ KHIỂN PHẦN KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN 5.1 Kết luận Sau khoảng thời gian nghiên cứu tìm hiểu tài liệu chun mơn , tài liệu tiếng anh , ngiên cứu internet , chúng em đúc kết lại cho sản phẩm cuối Đó kết thời gian dài nổ lực nhóm thực đề tài ,dưới hướng dẫn tận tình giảng viên hướng dẫn ThS Phạm Bá Khiển giúp đỡ nhà trường , thầy cô bạn nên đề tài chúng em hoàn thành thời hạn Q trình thực đề tài nhóm chúng em tự đánh giá phần hạn chế bổ sung kiến thức hạn hẹp Sau thời gian làm việc nghiêm túc nhóm thực thành cơng đề tài “ THIẾT KẾ MÁY PHA CÀ PHÊ” 5.2 Hạn chế máy Về phần khí - Độ xác chưa cao chi tiết chưa cao - Do nhóm nhóm tự thiết thi cơng nên nhiều chi tiết chưa thẩm mỹ Về phần điện - Tốc độ chậm, cần thêm tải nhiệt 5.3 Hướng phát triển đề tài Đây đề tài mang tính thực tiễn cao , yêu cầu sản xuất ngày phát triển : tăng xuất , giảm chi phí sản phẩm hệ thống nói chung nhóm thi cơng nói riêng phải phát triển theo thực tế yêu cầu người tiêu dùng thời gian tìm hiểu làm đồ án cịn có hạn , nhóm chĩ tìm hiểu cách sơ lược Để ứng dụng vào thực tiễn cách hiệu nhóm có số hướng phát triển sau : Chú trọng độ xác máy , chi tiết cần gia công Cải thiện khâu gia nhiệt để rút ngắn thời gian soi nước 54 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP GVHD : TH.S PHẠM BÁ KHIỂN Cải tiến phần cứng , khắc phục lỗi thiết kế nhằm tăng tốc độ máy Hướng tới việc thương mại hóa máy để nâng cấp thành máy pha cà phê tự động tích hợp nhiều chức thị hiếu người tiêu dùng 55 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP GVHD : TH.S PHẠM BÁ KHIỂN TÀI LIỆU THAM KHẢO + Giáo trình Lê Đình Phương Vẽ khí cà dung sai lắp ghép, giáo trình HuTech Ninh Đức Tôn , Sổ tay dung sai lắp ghép , Nhà xuất giáo dục Vi Điều Khiển , Nhà xuất Đại Học Quốc Gia TP.HCM Vật Liệu Cơ Khí , Nhà xuất giáo dục Thực Hành Cơ Bản Nghề Tiện , Nhà xuất Lao Động –Xã Hội Chuyên Ngành Cơ Khí , Nhà xuất Trẻ +Bài báo https://vnexpress.net/tin-tuc/khoa-hoc/trong-nuoc/tien-si-tre-sang-tao-may-pha-ca-phesach-cho-nguoi-viet 56 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP GVHD : TH.S PHẠM BÁ KHIỂN PHỤ LỤC CODE LẬP TRÌNH VI ĐIỀU KHIỂN /* ***keyboard*** SETUP pin (+) pin (-) pin SAVE pin ***LCD I2C*** scl scl sda sda */ #include #include #include LiquidCrystal_I2C lcd(0x27,16,2); unsigned long endTime =0; int x ; // Biến chờ vào cài đặt int a = ; // Biến lưu tạm viết đọc nhớ EEPROM int b = ; int ThermistorPin = 0; int Vo; float R1 = 10000; 57 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP GVHD : TH.S PHẠM BÁ KHIỂN float logR2, R2, T, Tc, Tf; float c1 = 1.009249522e-03, c2 = 2.378405444e-04, c3 = 2.019202697e-07; void setup() { pinMode(2,OUTPUT); // ngõ mayso pinMode(A1,OUTPUT); //ngõ led xanh pinMode(A2,OUTPUT); // ngõ led đỏ digitalWrite(A1,1); digitalWrite(A2,1); pinMode(3,INPUT_PULLUP); //setup pinMode(4,INPUT_PULLUP); //+ pinMode(5,INPUT_PULLUP);//pinMode(6,INPUT_PULLUP);//save a = EEPROM.read(0); //Đọc giá trị từ ô nhớ >9 EEPROM b = EEPROM.read(1); //Đọc giá trị từ ô nhớ >9 EEPROM Serial.begin(9600); lcd.init(); lcd.backlight(); } void loop() { nhietdo(); lcd.clear(); lcd.setCursor(0, 1); lcd.print("NHIET DO : "); 58 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP GVHD : TH.S PHẠM BÁ KHIỂN lcd.print(Tc); delay(300); if(digitalRead(6) == LOW) { while(digitalRead(6) == LOW){} lcd.clear(); lcd.setCursor(4, 0); lcd.print("GIA NHIET"); digitalWrite(A2,0);// sáng đèn led đỏ báo hiệu gia nhiệt delay(1500); nhietdo(); while(Tc100){b=100;} lcd.clear(); lcd.setCursor(2, 0); lcd.print("TANG THOI GIAN"); lcd.setCursor(4, 1); lcd.print(b); delay(150); 63 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP GVHD : TH.S PHẠM BÁ KHIỂN } if(digitalRead(5) == LOW) // (-) { b ; if(b