(Đề tài NCKH) nghiên cứu, thiết kế và chế tạo máy bán bánh mì tự động

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH CƠNG TRÌNH NGHIÊN CỨU KHOA HỌC CẤP TRƯỜNG NGHIÊN CỨU, THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO MÁY BÁN BÁNH MÌ TỰ ĐỘNG MÃ SỐ:T2019-18TĐ SKC006788 Tp Hồ Chí Minh, tháng 04/2020 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH BÁO CÁO TỔNG KẾT ĐỀ TÀI KH&CN CẤP TRƯỜNG TRỌNG ĐIỂM NGHIÊN CỨU, THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO MÁY BÁN BÁNH MÌ TỰ ĐỘNG Mã số: T2019-18TĐ Chủ nhiệm đề tài: PGS.TS NGUYỄN TRƯỜNG THỊNH TP HCM, 04/2020 TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH KHOA CƠ KHÍ CHẾ TẠO MÁY BÁO CÁO TỔNG KẾT ĐỀ TÀI KH&CN CẤP TRƯỜNG TRỌNG ĐIỂM NGHIÊN CỨU, THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO MÁY BÁN BÁNH MÌ TỰ ĐỘNG Mã số: T2019-18TĐ Chủ nhiệm đề tài: PGS.TS Nguyễn Trường Thịnh Thành viên đề tài: Th.S Tưởng Phước Thọ Nguyễn Đào Xuân Hải Th.S Phan Châu Tú Phan Gia Luân Lương Hữu Thành Nam TP HCM, 04/2020 DANH SÁCH THÀNH VIÊN THAM GIA ĐỀ TÀI Chủ nhiệm nhiệm vụ: Họ tên: Nguyễn Trường Thịnh Chức danh khoa học: Phó giáo sư Đơn vị công tác: Bộ môn Cơ Điện Tử, Khoa Cơ Khí Chế Tạo Máy, Đại học Sư Phạm Kỹ Thuật Thành Phố Hồ Chí Minh Email: thịnhnt@hcmute.edu.vn Học vị: Tiến sỹ Năm sinh: 1973 Di động: 0903 675 673 Những thành viên tham gia nghiên cứu nhiệm vụ: TT Họ tên Tưởng Phước Thọ Nguyễn Đào Xuân Hải Phan Châu Tú Phan Gia Luân Lương Hữu Thành Nam thí nghiệm, Thực nghiệm máy môi trường thực tế Đánh giá kết thực nghiệm Hiệu chỉnh thiết kế hoàn thiện thiết bị Đơn vị phối hợp chính: Tên đơn ngo Công Ty TNHH AB Engineering Việt Nam – ii – DANH SÁCH THÀNH VIÊN THAM GIA ĐỀ TÀI Chủ nhiệm nhiệm vụ: Những thành viên tham gia nghiên cứu nhiệm vụ: Đơn vị phối hợp chính: MỤC LỤC DANH SÁCH HÌNH DANH SÁCH BẢNG DANH SÁCH CÁC TỪ VIẾT TẮT THÔNG TIN KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU Thông tin chung: Mục tiêu: Tính sáng tạo: Kết nghiên cứu: Sản phẩm: Hiệu quả, phương thức chuyển giao kết nghiên cứu khả INFORMATION ON RESEARCH RESULTS General information: Objective(s): Creativeness and innovativeness: Research results: Products: Effects, transfer alternatives of reserach results and applicability: TỔNG QUAN Tình hình nghiên cứu ngồi nước 1.1 Ngoài nước 1.2 Trong nước Tính cấp thiết Mục tiêu đề tài Cách tiếp cận Phương pháp nghiên cứu Đối tượng phạm vi nghiên cứu 6.1 Đối tượng nghiên cứu 6.2 Phạm vi nghiên cứu Nội dung nghiên cứu CHƯƠNG 1: THIẾT KẾ CƠ KHÍ 1.1 Tính tốn thiết kế cụm dự trữ bánh mì 1.1.1 Chọn hình dạng cấu trữ bánh mì 1.1.2 Chọn động truyền động cho lò xo 1.1.2.1 Chọn phương thức truyền động cho lò xo 1.1.2.2 Chọn động 1.1.3 Thiết kế cụm cấu đón bánh mì tầng 1.1.3.1 Chọn cấu đón bánh mì 1.1.3.2 Chọn dây đai, bánh đai – iii – 1.1.3.3 Thiết kế cấu kéo bánh xe bàn trượt 1.1.3.4 Chọn công suất động 1.1.4 Thiết kế cấu đẩy bánh mì khỏi tủ lạnh 1.1.4.1 Chọn dây đai bánh đai 1.1.4.2 Thoi đẩy bánh mì 1.1.4.3 Chọn động 1.1.4.4 Nguyên lý hoạt động cụm cấu 1.1.4.5 Chọn vật liệu: 1.1.4.6 Hệ thống làm lạnh: 11 1.2 Hệ thống làm nóng bánh mì: 1.2.1 Chọn phương thức làm nóng: 1.2.1.1 Lò vi sóng: 1.2.1.2 Lò nướng: 1.2.2 Thiết kế phầm vỏ 1.2.3 Chọn cấu đóng mở cửa lò 1.2.4 Chọn vật liệu 1.3 Cơ cấu đẩy lấy bánh mì 1.3.1 Chọn động cơ: 1.3.2 Cơ cấu di chuyển máng lấy đẩy: 1.3.3 Chọn vật liệu: CHƯƠNG 2: PHẦN ĐIỆN 2.1 Thiết kế mạch điện 2.1.1 Lựa chọn thiết bị 2.1.1.1 Vi điều khiển 2.1.1.2 Driver cho động 21 2.1.1.3 Bộ chuyển đổi DC-DC22 2.1.1.4 Cảm biến 2.1.1.5 Hiển thị 2.1.1.6 Rơ le 23 2.2 Mạch điều khiển trung tâm - Kết nối mô-đun 2.2.1 Khối điều khiển 2.2.2 Khối driver 2.2.3 Khối cảm biến vị trí 2.3 Mạch động lực 2.3.1 Thiết kế mạch sửa chữa quản lý 26 2.3.2 Thiết kế giao diện kết nối 2.3.2.1 Kết nối xử lý tiền với vi điều khiển 2.3.2.2 Kết nối cấp tiền với vi điều khiển CHƯƠNG 3: NGHIÊN CỨU CÁCH THỨC THANH TOÁN 3.1 Mệnh giá Việt Nam đồng 3.2 Nghiên cứu hoạt động nhận tiền 3.3 Bộ trả tiền thừa CHƯƠNG 4: CHƯƠNG TRÌNH ĐIỀU KHIỂN 4.1 Tổng quan 33 4.2 Quản lý 33 4.3 Giao diện người dùng 34 4.4 Trung tâm điều khiển 35 CHƯƠNG 5: THỰC NGHIỆM VÀ ĐÁNH GIÁ 37 5.1 Các cụm cấu 37 5.2 Kết 40 CHƯƠNG 6: KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 42 4.1 Kết luận 42 4.2 Kiến nghị 42 TÀI LIỆU THAM KHẢO 43 –v– DANH SÁCH HÌNH Trang Hình A Máy bán bánh mì lon (trái) bánh mì (phải) Nhật xiiiii Hình B Bánh mì kẹp thịt đặc trưng Việt Nam xiv Hình 1.1 Phương án sử dụng băng chuyền Hình 1.2 Phương án sử dụng lò xo Hình 1.3 Thiết kế 3D tầng trữ bánh mì Hình 1.4 Bản thiết kế khung dự trữ bánh mì Hình 1.5 Bản vẽ thiết kế nối trục động – lò xo Hình 1.6 Sơ đồ xếp hướng chuyển động bánh mì Hình 1.7 Lực dọc trục tác dụng lên vòng lò xo Hình 1.8 Bản thiết kế cấu nâng hạ truyền động đai Hình 1.9 Bảng tính chất loại dây đai theo [2] Hình 1.10 Bảng lựa chọn bước theo [2] Hình 1.11 Biên dạng đai XL Hình 1.12 Sơ đồ lực tác dụng lên bánh đai Hình 1.13 Biên dạng đai GT2 Hình 1.14 Bản thiết kế cấu đẩy bánh mì khỏi tủ lạnh Hình 1.15 Sơ đồ lực tác dụng lên bánh đai Hình 1.16 Sơ đồ nguyên lý cụm cấu 10 Hình 1.17 Kích thước chiều rộng panel 11 Hình 1.18 Sơ đồ nguyên lý tủ lạnh 12 Hình 1.19 Sơ đồ mạch điện lò vi sóng 13 Hình 1.20 Sơ đồ mạch điện lò nướng 15 Hình 1.21 Bản thiết kế lò liên hợp 15 Hình 1.22 Bản thiết kế cấu đóng mở cửa lò 16 Hình 1.23 Cơ cấu đón – đẩy bánh mì 17 Hình 2.1 Sơ đồ khối chức Error! Bookmark not defined Hình 2.2 Dữ liệu Arduino Mega 2560 2Error! Bookmark not defined Hình 2.3 Dữ liệu Arduino Uno R3 21 Hình 2.4 L298 Dual H-Bridge Motor Driver 22 Hình 2.5 Module LM2596 DC – DC converter 22 Hình 2.6 Cảm biến ảnh 5V 23 Hình 2.7 Text LCD 23 Hình 2.8 Mơ-đun I2C cho LCD 23 Hình 2.9 Module Relay 5V -24V 24 Hình 2.10 Khối điều khiển 24 Hình 2.11 Khối driver 24 Hình 2.12 Khối cảm biến vị trí 25 Hình 2.13 Mạch động lực 26 Hình 2.14 Mạch LCD 27 Hình 2.15 Kết nối xử lý tiền với vi điều khiển 27 Hình 2.16 Giao thức kết nối 28 Hình 3.1 Một số loại tiền giấy sử dụng Việt Nam 29 Hình 3.2 Sơ đồ khối nhận tiền 30 Hình 3.3 Bộ nhận tiền 30 Hình 3.4 Sơ đồ khối cấp hóa đơn 31 – vi – Hình 4.1: Các thành phần chương trình điều khiển 33 Hình 4.2 Chương trình cho người quản lý sửa chữa 34 Hình 4.3 Chương trình cho giao diện người dùng 35 Hình 4.4 Chương trình cho trung tâm điều khiển 36 Hình 5.1 Động lò xo sau lắp ráp 37 Hình 5.2 Cụm cấu lưu trữ bánh mì 37 Hình 5.3 Dàn ngưng tụ tủ lạnh 38 Hình 5.4 Tủ lạnh dự trữ bánh mì 38 Hình 5.5 Thanh nhiệt trở 38 Hình 5.6 Hình ảnh thực tế sau lắp lò liên hợp 39 Hình 5.7 Cơ cấu đóng gói (trái); Cơ cấu cấp gia vị (phải) 39 Hình 5.8 Tủ điện máy 39 Hình 5.9 Máy sau gia cơng lắp ráp 40 DANH SÁCH BẢNG Trang Bảng 5.1 Các thông số máy 40 Bảng 5.2 Kết chạy thử máy 41 DANH SÁCH CÁC TỪ VIẾT TẮT CTHT: công tắc hành trình S1, S2: cơng tắc hành trình cấu kéo băng tải S3, S4: cơng tắc hành trình dùng cho cấu trụng phở S5, S6: công tắc hành trình cấu đẩy tơ – vii – - Nếu liệu không khớp, động quay trở lại, nơi người mua trả tiền Hoạt động nhận tiền hiển thị biểu đồ luồng hiển thị Hình 3.2 Hình 3.2 Sơ đồ khối nhận tiền Nhóm sử dụng sản phẩm Bill Acceptor L77F-P2 / P5 International Money Technologies Corp (ICT) sản xuất (Hình 3.3) Hình 3.3 Bộ nhận tiền –30– 3.3 Bộ trả tiền thừa Máy bán hàng tự động cho phép khách hàng toán cho nhiều mệnh giá khác Do đó, cần phải có thiết bị để trả lại tiền thừa Để trả lại tiền thừa hoạt động, nên bỏ tiền giấy vào thùng chứa Khi tín hiệu bắt đầu, vi điều khiển sẽ gửi số tiền cần thiết, xử lý chạy ghi tắt, cảm biến xác định, đếm ghi cho, số đủ, động ngừng hoạt động (Hình 3.4) Bắt đầu Đưa tiền giấy vào thùng chứa Dữ liệu từ vi điều khiển Động chạy hóa đơn ngồi số ++ Động dừng Dừng Hình 3.4 Sơ đồ khối cấp hóa đơn Để máy rút tiền hoạt động xác, tiền giấy cung cấp cho máy rút tiền cần phải đáp ứng số tiêu chí nhất định Trộn lẫn mệnh giá khác gây số lượng tiền giấy nhiều Ngoài ra, loại tiền sau bị cấm Bảng 3.1: Bảng 3.1 Loại Hóa đơn cuộn tròn nhăn –31– Hóa đơn rách Cấm Hóa đơn bị dính Cấm Hóa đơn bẩn Cấm –32– CHƯƠNG 4: CHƯƠNG TRÌNH ĐIỀU KHIỂN 4.1 Tổng quan Chương trình điều khiển Máy bán bánh mì tự động bao gồm ba thành phần tương ứng với ba vi điều khiển ba mạch: mạch điều khiển trung tâm, giao diện người dùng mạch cho việc sửa chữa, thay mơ tả Hình 4.1 GIAO DIỆN NGƯỜI DÙNG TRUNG TÂM ĐIỀU KHIỂN QUẢN LÝ DỮ LIỆU MÁY BÁN BÁNH MÌ Hình 4.1: Các thành phần chương trình điều khiển Các phần giao tiếp với thông qua cổng UART 4.2 Quản lý Mạch có chức hỗ trợ người quản lý, kiểm tra hoạt động phận thiết bị; Ngồi ra, giúp người quản lý thiết lập tham số cần thiết Chương trình cho phép người quản lý trực tiếp điều khiển cấu trúc máy bảng điều khiển Người vận hành chọn động cơ, cần điều khiển thơng qua bàn phím LCD, nhấn phím OK, sẽ gửi yêu cầu đến điều khiển trung tâm (Hình 4.2) –33– Hình 4.2 Chương trình cho người quản lý sửa chữa 4.3 Giao diện người dùng Khi có tín hiệu từ xử lý tiền tiền nhận xác, mạch hoạt động, bàn phím mở khóa Người dùng chọn loại bánh mì dựa bàn phím hình LCD Khi nhấn nút OK, vi điều khiển sẽ gửi tín hiệu xuống mạch điều khiển trung tâm Khi sản phẩm hoàn tất, giao diện người dùng sẽ báo hiệu thông báo trả lại tiền số tiền nhập lớn giá sản phẩm (Product price – Pr price) –34– Hình 4.3 Chương trình cho giao diện người dùng 4.4 Trung tâm điều khiển Chương trình cho mạch điều khiển, mạch nhận thông tin, lựa chọn người dùng từ giao diện người dùng, tín hiệu cảm biến Với tín hiệu đầu vào khác nhau, mạch điều khiển trung tâm sẽ gửi tín hiệu điều khiển đến hệ thống động để xử lý bánh mì yêu cầu mua Khi xảy lỗi vận hành, chương trình dừng máy gửi tín hiệu đến người quản lý để sửa chữa (Hình 4.4) –35– Hình 4.4 Chương trình cho trung tâm điều khiển –36– CHƯƠNG 5: THỰC NGHIỆM VÀ ĐÁNH GIÁ 5.1 Các cụm cấu Máy chế tạo theo cụm cấu thuận tiện cho việc lắp ráp Từ cụm cấu lắp ráp lại tạo thành máy hồn chỉnh (Hình 3.1)-(Hỉnh.8) Hình 5.1 Động lò xo sau lắp ráp (trái); Cơ cấu đẩy bánh mì khỏi tủ lạnh (phải) Hình 5.2 Cụm cấu lưu trữ bánh mì (trái); Các cảm biến cụm cấu lưu trữ bánh mì (phải) –37– Hình 5.3 Dàn ngưng tụ tủ lạnh (trái); Dàn bay tủ lạnh (phải) Hình 5.4 Tủ lạnh dự trữ bánh mì (trái); Tủ lạnh đạt 5,3 C sau tiếng hoạt động (phải) Hình 5.5 Thanh nhiệt trở (trái); Lò liên hợp (phải) –38– Hình 5.6 Hình ảnh thực tế sau lắp lò liên hợp lên khung (trái); Cơ cấu máng lấy đẩy (phải) Hình 5.7 Cơ cấu đóng gói (trái); Cơ cấu cấp gia vị (phải) Hình 5.8 Tủ điện máy –39– 5.2 Kết Hình 5.9 Máy sau gia cơng lắp ráp Bảng 5.1 Các thông số máy STT Đặc tính Kích thước: (DxRxC) (mm) Cơng śt (kW) Sức chứa (ổ) Vật liệu Điện (V) Khối lượng (kg) Khả nhận diện tiền (VND) Thời gian cho ổ bánh mì Chức quảng cáo 10 Giao diện người dùng Sau thiết kế chế tạo (Hình 5.9), nhóm tiến hành chạy thử 200 lần liên tục ghi nhận kết Bảng 5.2 sau: –40– Bảng 5.2 Kết chạy thử máy Tổng số lần Như vậy, tỉ lệ lỗi nhóm ghi nhận 4% Nguyên nhân chủ yếu nguồn cấp vào (220V) không ổn định gây nhiễu vi điều khiển làm cấu chạy sai Cơ cấu đóng gói gặp lỗi bình chứa chưa đạt đủ lượng khí nén Sau khắc phục vấn đề trên, máy hoạt động ổn định chuyển giao cho doanh nghiệp Việc ứng dụng máy bán bánh mì vào thực tế, có ưu điểm sau: - Tiết kiệm nhân lực - Sản xuất ổ bánh mì nóng giòn vòng phút - Có thể đặt bất kì nơi có điện - Máy có khả trả lại tiền thừa cho khách - Các cấu đơn giản dễ dàng tháo lắp, thuận tiện cho việc bảo trì sửa chữa Với nhiều tính trội: nhận loại tiền polymer, trả tiền thừa polymer, đề tài giải khó khăn mà máy khác mắc phải vấn đề e ngại sử dụng tiền xu người Việt Nam nay, có kích thước chức giống với máy thị trường tính bảo mật cao, giao diện dễ sử dụng, tính ứng dụng thực tế rất cao –41– CHƯƠNG 6: KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 6.1 Kết luận Máy có hình dáng phần vỏ đại Kết cấu hoàn thiện, ổn định Tuy nhiên, cần đầu tư phối hợp doanh nghiệp để thương mại hóa sản phẩm Hiệu kinh tế mà máy bán hàng tự động mang lại việc thuê mướn nhân viên bán hàng, phục vụ sẽ không cần thiết Chỉ cần nhân viên phụ trách nạp liệu vào máy Thời gian máy hoạt động 24h/ngày, rất thuận lợi nhân lực người làm việc 8h/ngày Máy lắp đặt nơi công cộng như: công viên, bến xe, bến tàu, trường học, tòa nhà văn phòng, sân bay…và không cần phải tốn diện tích q lớn, góp phần tạo nên văn minh đô thị Đề tài xuất phát từ thực tế, tính ứng dụng thực tiễn rất cao Hơn nữa, sản phẩm đề tài mở rộng vào thực tế sẽ quảng bá ăn u thích cho bạn gần xa khách du lịch cho người bận rộn khơng có thời gian chế biến thức ăn Máy bán bánh mì tự động đặt trạm dừng chân xe đường dài, nơi không cần người bán hàng hay quản lý Với máy bán bánh mì tự động, người sử dụng sẽ thưởng thức ổ bánh mì nóng giòn chỗ 6.2 Kiến nghị Tuy lần chế tạo nhóm có tham vọng lớn với mong muốn đưa máy hoạt động rộng rãi thị trường Việt Nam, nước phát triển máy bán hàng tự động trở nên rất quen thuộc phổ biến, nước ta thực chưa phát triển Phát triển máy bán bánh mì tự động nhằm mục đích nâng cao dịch vụ bán lẻ sản phẩm, thúc đẩy nhu cầu tiêu dùng với tiện lợi Nhằm nâng cao chất lượng sống, cải thiện cảnh quan thị, góp phần vào cơng cơng nghiệp hóa, đại hóa đất nước Máy cần tăng khả nhận dạng loại tiền khác ví dụ USD, đồng bảng Anh, Đề xuất phương án tiết kiệm điện để từ làm sở tính tốn mạch điện thích hợp Song song thiết lập vẽ chuẩn để chế tạo máy bán bánh mì tự động với chức tương xứng có khối lượng nhẹ chi tiết gọn dễ chế tạo, nhằm mục đích sản suất phổ biến máy –42– TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Wikipedia Tiếng Việt,Bánh mì kẹp (Việt Nam) [2] TS Trần Vĩnh Hưng, Tính tốn khả chịu tải Truyền động đai [3] PGS.TS Hồng Trọng Bá, Giáo trình Vật liệu Cơ khí [4] Đồ án Cơ điện tử, Máy bán phở tự động - 2016 [5] Graduation Project, Design and development of aloe vera peeling and dicing system – 2017 [6] Trịnh Chất - Lê Văn Uyển, Tính tốn thiết kế hệ dẫn động khí –43– ... số máy bán hàng có thị trường máy bán nước tự động. Theo nhóm tìm hiểu máy bán bánh mì kẹp kiểu Việt Nam tự động chưa có thị trường Việt Nam Vì vậy, đề tài thiết kế chế tạo máy bán bánh mì tự động. .. tượng nghiên cứu Máy bán bánh mì kẹp thịt Việt Nam 6.2 Phạm vi nghiên cứu Máy bán bánh mì với hệ thống bảo quản hâm nóng bánh mì, cấu dự trữ bánh mì, cấu làm nóng bánh mì, cấu đẩy bánh mì từ... lập - Tự - Hạnh phúc KHOA CƠ KHÍ CHẾ TẠO MÁY Tp HCM, Ngày 03 tháng 03 năm 2020 THÔNG TIN KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU Thông tin chung: - Tên đề tài: Nghiên cứu, thiết kế chế tạo máy bán bánh mì tự động