Máy bán hàng tự động

NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN .................................................................................................. .................................................................................................. .................................................................................................. .................................................................................................. .................................................................................................. .................................................................................................. .................................................................................................. .................................................................................................. .................................................................................................. .................................................................................................. .................................................................................................. .................................................................................................. .................................................................................................. .................................................................................................. .................................................................................................. .................................................................................................. .................................................................................................. .................................................................................................. .................................................................................................. .................................................................................................. .................................................................................................. .................................................................................................. .................................................................................................. .................................................................................................. .................................................................................................. .................................................................................................. .................................................................................................. .................................................................................................. .................................................................................................. .................................................................................................. .................................................................................................. 1LỜI NÓI ĐẦU Ngày nay với sự phát triển của khoa học công nghệ, nhất là trong lĩnh vực điều khiển và truyền thông, rất nhiều máy, hệ thống tự động thông minh ra đời, đã làm thay đổi về mọi mặt cuộc sống của con người. Cụ thể trong công nghiệp là các máy tự động, các trạm sản xuất linh hoạt, các nhà máy thông minh... Trong dân dụng là các thiết bị phục vụ trong các gia đình như máy giặt, tủ lạnh, các hệ thống bảo vệ, chiếu sáng tự động. Trong trao đổi, mua bán cũng xuất hiện các thiết bị tự động như các máy ATM, các máy thanh toán card, các máy bán cà phê.Với những chiếc máy đó việc mua bán, trao đổi của con người trở lên thuận tiện hơn. Trong báo cáo này, nhóm muốn đề cập đến một trong những chiếc máy tự động ứng dụng trong giao thương, đó là máy bán hàng tự động. Đề tài “Thiết kế và chế tạo mô hình máy bán hàng tự động” mà nhóm được giao, thật sự là một thử thách, do nguyên lý hoạt động, kết cấu cơ khí, phương pháp điều khiển của các máy loại này hoàn toàn xa lạ với các thành viên của nhóm, các tài liệu về những chiếc máy này hoàn toàn không có. Nhưng chính thách thức đó cũng là động lực để nhóm làm việc. Qua đề tài, các thành viên của nhóm đã phát triển được nhiều kĩ năng như làm việc nhóm, cách tiếp cận với vấn đề mới, cách giải quyết vấn đềHơn thế nữa trong quá trình làm đề tài, nhóm đã vận dụng được những kiến thức đã học như thiết kế cơ khí, lập trình điều khiển, thiết kế hệ thống để giải một bài toán rất thực tế. Để hoàn thành tốt đề này, trước tiên và trên hết, chúng con muốn cảm ơn bố mẹ, cảm ơn bố mẹ đã sinh ra chúng con, đã nuôi dạy chúng con, hiểu chúng con, ủng hộ chúng con. Bố mẹ cũng là động lực để chúng con phấn đấu. Chúng em xin chân thành cảm ơn thầy Nhữ Quý Thơ và các thầy cô trong bộ môn Cơ Điện Tử, cũng như các thầy cô trong khoa cơ khí đã giúp đỡ chúng em trong thời gian làm đề tài. Và hơn nữa, cảm ơn thầy đã dìu dắt, trang bị kiến thức cả chuyên môn lẫn cuộc sống cho chúng em trong bốn năm qua. Sau khi ra trường, chúng em mong vẫn được thầy, và các thầy cô giúp đỡ, chỉ bảo. Đồng thời nhóm cũng cảm ơn các bạn trong lớp CĐT1_K1 đã có những góp ý quý báu cho nhóm. Và cảm ơn về tình bạn của các bạn. Do thời gian có hạn nên cũng không thể tránh được những sai sót trong quá trình làm đề tài. Nhóm mong được những ý kiến đóng góp của các thầy cô và các bạn để có thể hoàn thiện đề tài tốt hơn. Xin chân thành cảm ơn. Hà Nội, ngày 01 tháng 06 năm 2010 Sinh viên thực hiện: Cù Huy Hoàng Nguyễn Văn Phong Lương Văn Tuấn Nguyễn Thị Thủy 2MỤC LỤC LỜI NÓI ĐẦU .................................................................................................................................. 1 MỤC LỤC......................................................................................................................................... 2 CHƯƠNG I GIỚI THIỆU CHUNG................................................................................... 3 1.1. Giới thiệu chung .................................................................................................... 3 1.2. Các vấn đề đặt ra ................................................................................................... 3 1.3. Phương pháp nghiên cứu........................................................................................ 4 1.4. Phạm vi và giới hạn của nghiên cứu ....................................................................... 4 CHƯƠNG II TỔNG QUAN VỀ MÁY BÁN HÀNG TỰ ĐỘNG.......................................... 5 2.1. Máy bán hàng tự động ............................................................................................ 5 2.2. Sơ lược về các loại tiền xu ...................................................................................... 5 2.2.1. Các loại tiền xu kim loại trên thế giới ............................................................... 5 2.2.2. Các loại tiền xu Việt Nam ................................................................................ 6 2.3. Các phương pháp nhận dạng tiền xu: ...................................................................... 9 2.3.1. Đo đường kính ............................................................................................... 10 2.3.2. Đo khối lượng ................................................................................................ 10 2.3.3. Nhận dạng dựa trên sự biến đổi điện dung ...................................................... 11 2.3.4. Nhận dạng dựa trên kỹ thuật xử lý tín hiệu số................................................. 11 2.3.5. Nhận dạng dựa trên vật liệu chế tạo tiền xu .................................................... 12 2.4. Cảm biến nhận dạng tiền xu .................................................................................. 20 2.4.1. Một số module cảm biến nhận dạng tiền xu .................................................... 20 2.4.2. Modul nhận dạng tiền xu trong đề tài ............................................................. 20 2.4.3. Thông số kỹ thuật.......................................................................................... 21 2.5. Bộ điều khiển của máy.......................................................................................... 22 2.5.1. Các port vào/ra............................................................................................... 24 2.5.2. Ngắt ngoài ..................................................................................................... 24 2.5.3. Timer, Counter............................................................................................... 24 2.5.4. Giao tiếp SPI.................................................................................................. 24 2.6. Cơ cấu chấp hành.................................................................................................. 25 2.6.1. Động cơ bước ................................................................................................ 25 2.6.2. Động cơ DC ................................................................................................... 28 CHƯƠNG III MÔ HÌNH HÓA HỆ THỐNG............................................................. 30 3.1. Xây dựng mô hình cơ khí...................................................................................... 30 3.2. Mô hình hoá hệ thống điều khiển .......................................................................... 31 CHƯƠNG IV THIẾT KẾ VÀ THI CÔNG HỆ THỐNG .................................................... 34 4.1. Thiết kế và thi công hệ thống cơ khí ..................................................................... 34 4.1.1. Thiết kế module phân loại lưu trữ và trả lại tiền xu......................................... 34 4.1.2 Thiết kế module chứa và trả sản phẩm............................................................. 39 4.1.3 Khung máy ..................................................................................................... 45 4.2. Thiết kế và thi công hệ thống điều khiển ............................................................... 45 4.2.1. Đối tượng điều khiển: .................................................................................... 45 4.2.2. Yêu cầu của việc điều khiển: .......................................................................... 46 4.2.3. Phần mạch điều khiển ................................................................................... 46 4.3. Xây dựng thuật toán điều khiển............................................................................ 57 4.3.1. Thuật toán điều khiển chung của máy ............................................................ 58 4.3.2. Thuật toán xử lý chọn sản phẩm ..................................................................... 59 4.3.3. Thuật toán trả lại hàng.................................................................................... 60 4.3.4. Thuật toán trả lại tiền thừa.............................................................................. 61 CHƯƠNG V KẾT QUẢ, ĐÁNH GIÁ ...................................................................... 63 5.1. Kết quả ................................................................................................................ 63 5.2. Nguyên nhân và biện pháp khắc phục ................................................................... 63 5.3. Hướng phát triển đề tài ........................................................................................ 64 3CHƯƠNG I GIỚI THIỆU CHUNG 1.1. Giới thiệu chung Máy bán hàng tự động là một chiếc máy thông minh có thể tự động thực hiện giao dịch mua, bán các loại hàng có trong kho của nó với khách hàng. Người mua là khách hàng, người bán là chiếc máy đó. Thao tác mua, bán về cơ bản diễn ra bình thường như truyền thống. Với sự xuất hiện của máy bán hàng tự động trong những năm gần đây đã tạo ra sự phát triển mạnh mẽ các dịch vụ công cộng như bán nước uống, đồ ăn nhanh Những máy bán hàng tự động này xuất hiện chủ yếu ở những chỗ tập trung đông người như: siêu thị, ngân hàng, hoặc ở những khu vui chơi giả trí. Những lợi ích mà máy bán hàng tự động đem lại cho chúng ta là rất lớn, cụ thể như: - Với một chiếc máy bán hàng, việc mua bán có thể diễn ra bất cứ thời gian nào, trong điều kiện thời tiết nào. - Một chiếc máy bán hàng tự động có thể coi tương đương một quầy hàng nhỏ, chuyên bán một số mặt hàng. Hơn nữa quầy hàng này không cần nhân viên bán hàng, nên tiết kiệm được tiền lương trả cho nhân viên. - Máy bán hàng tự động có diện tích nhỏ nên có thể đặt được ở nhiều nơi, tận dụng được nhiều khoảng trống, và có thể tiết kiệm được tiền thuê mặt bằng. - Mọi người thường có tâm lý e ngại khi mua một số mặt hàng ở các quầy hàng, thì việc mua ở các máy bán hàng tự động, hoàn toàn thoải mái. - Các loại máy bán hàng tự động được thiết kế giao tiếp ngày càng thân thiện với người sử dụng. Việc thực hiện mua sản phẩm rất dễ dàng, và không sai xót. - Bằng việc sử dụng những đồng tiền xu sẽ làm thay đổi suy nghĩ của mọi người trong việc sử dụng và lưu thông những đồng tiền xu. Các máy hiện đại có khả năng thanh toán bằng thẻ tín dụng, nên có thể giảm được lượng tiền mặt lưu thông trên thị trường. Từ nhu cầu thực tiễn và lợi ích của xã hội ta thấy máy bán hàng tự động là rất cần thiết trong một xã hội phát triển. Máy bán hàng tự động là một cụm từ chung, như các máy bán cà phê, máy nạp thẻ điện thoại tự động, máy bán đồ ăn nhanh tự đông.Nên trong đề tài này, nhiệm vụ cụ thể của nhóm là thiết kế và chế tạo mô hình máy bán hàng tự động, bán hai loại nước đóng chai và một loại hàng dạng hộp, giao dịch bằng ba loại tiền xu Việt Nam: 1000đ, 2000đ và 5000đ. 1.2. Các vấn đề đặt ra Các máy bán hàng tự động được bán trên thị trường đã đạt độ hoàn thiện trong kết cấu cũng như trong tính năng. Nhưng đó là những chiếc máy được phát triển bởi những công ty đã có kinh nghiệm trong việc chế tạo những sản phẩm dạng này. Với một đề tài tốt nghiệp, việc thiết kế và chế tạo mô hình chiếc máy, nhóm gặp nhiều vấn đề cần giải quyết: 4- Trước tiên, đó là công nghệ dùng để nhận dạng tiền, cụ thể trong đề tài là nhận dạng các loại tiền xu Việt Nam. Các thiết bị nhận dạng bán trên thị trường sử dụng nhiều công nghệ khác nhau, với giá cả, độ tin cậy, tốc độ xử lý rất khác nhau. Và đặc biệt rất khó mua tại Việt Nam. - Trong việc thiết kế và chế tạo được hệ thống cơ khí phải chính xác, đảm bảo cho máy chạy êm, không bị kẹt trong quá trình hoạt động. Đặc biệt là việc thiết kế hệ thống phân loại tiền, trả tiền, và hệ thống trả hàng. - Việc xây dựng được thuật toán điều khiển và phương pháp điều khiển cho máy cũng gặp nhiều vấn đề khó khăn, vừa phải đảm bảo điều khiển cho máy hoạt động được chính xác, dự phòng được các lỗi xảy ra khi máy hoạt động, vừa phải làm sao cho việc lập trình đơn giản nhất có thể. - Cơ cấu chấp hành sử dụng trong máy là động cơ DC và động cơ bước, cần được điều khiển chính xác. - Máy phải tuyệt đối an toàn, có độ tin cậy cao. 1.3. Phương pháp nghiên cứu Máy bán hàng tự động là một sản phẩm đã được phát triển trên thị trường, và là một sản phẩm cơ điện tử, nên trong quá trình làm đồ án, nhóm đã áp dụng phương pháp nghiên cứu sau: - Nghiên cứu mô hình của các chiếc máy bán đã có sẵn trên thị trường, kết cấu, giao diện, tính năng của những chiếc máy đó. Từ đó áp dụng để thiết kế trong giới hạn đề tài. - Áp dụng phương pháp luận trong thiết kế cơ điện tử vào thiết kế máy, cụ thể là: + Thiết kế theo tuần tự, và đồng thời. + Mô hình hóa phần cơ, mô phỏng hóa phần điện, tối ưu hóa trước khi hoàn thiện thiết kế trước khi chế tạo. + Chế tạo mẫu các chi tiết chưa đảm bảo hoạt động như mong muốn, hoặc chưa được thiết kế trong các hệ thống thật trước đó, chế tạo mẫu mạch điện. Sau cùng, chế tạo thật mô hình máy. 1.4. Phạm vi và giới hạn của nghiên cứu Một chiếc máy bán hàng tự động có rất nhiều tính năng. Tuy nhiên trong phạm vi một đề tài tốt nghiệp, với những giới hạn về thời gian, tài chính và tầm hiểu biết, nhóm chỉ chế tạo một mô hình máy bán hàng tự động với tính năng sau: - Đề tài chỉ nghiên cứu máy bán những loại hàng bằng chai, lon và dạng hộp. - Máy chỉ giao dịch với những đồng xu có mệnh giá 5000đ, 2000đ và 1000đ. - Máy không có chức năng giữ lạnh đồ uống. - Máy chỉ dùng một vi điều khiển 8 bit để điều khiển. - Vỏ máy được chế tạo bằng vật liệu đơn giản. 5CHƯƠNG II TỔNG QUAN VỀ MÁY BÁN HÀNG TỰ ĐỘNG 2.1. Máy bán hàng tự động Máy bán hàng tự động là một sản phẩm tự động hóa đã rất phổ biến trên thế giới. Ở các nước phát triển như Nhật, Mỹ, EU., sản phẩm này đã trở lên thông dụng với người dân. Các loại máy náy, bán rất nhiều các loại mặt hàng từ các loại nước đóng chai, đến các loại đồ ăn, các sản phẩm dân dụng Và mới đây nhất là chiếc máy bán vàng tự động. Các loại máy này trên thế giới đã rất hoàn thiện về kết cấu, tính năng sử dụng, và độ hoàn thiện, đa dạng trong công nghệ nhận biết loại thiết bị dùng để thanh toán như có thể dùng tiền xu, tiền giấy, thẻ tín dụng hay bằng tin nhắn SMS qua điện thoại di động Ở Việt Nam, năm 2003 khi tiền xu đưa vào lưu thông, máy bán hàng tự động cũng đã xuất hiện, nhưng sự phát triển loại máy này ở Việt Nam rất chậm chạp. Gần đây là xuất hiện các loại máy tự động thanh toán bằng tiền polyme. Xu hướng này có vẻ được chấp nhận hơn do tâm lý ngại dùng tiền xu của người Việt Nam. Trong đề tài này nhóm chế tạo một chiếc máy bán hàng tự động thanh toán bằng tiền xu. Về cơ bản, một máy bán hàng tự động bao gồm một hay nhiều kho hàng để chứa sản phẩm, các máy hiện đại, các kho được thiết kế có chức năng giữ nhiệt độ mặt hàng ở mức mong muốn. Một hay một số thiết bị dùng để khách hàng thanh toán tiền, đó có thể là một thiết bị nhận dạng tiền mặt, một thiết bị trừ tiền trong card hay một thiết bị kết nối mạng để trả tiền qua smsCác cơ cấu chấp hành để đưa hàng ra, đó là các động cơ, xilanh thủy lựcCác thiết bị hiển thị, có thể là màn hình led hoặc màn hình cảm ứng. Các nút bấm, các cơ cấu trả tiền thừa. Bộ điều khiển và các cảm biến Trong chương này, nhóm sẽ giới thiệu lý thuyết các công nghệ, các nguyên lý, các thiết bị mà nhóm sử dụng trong đề tài. 2.2. Sơ lược về các loại tiền xu Nhận dạng tiền xu là một việc quan trọng khi thiết kế, chế tạo máy bán hàng tự động. Trên thế giới, các modul nhận dạng tiền xu đã được chuẩn hoá về kích thước( theo một số mẫu quy định ) giúp các nhà chế tạo có thể thay thế dễ dàng khi modul nhận dạng tiền xu gặp trục trặc kỹ thuật. 2.2.1. Các loại tiền xu kim loại trên thế giới Hầu hết các nước trên thế giới kể cả các nước có hệ thống thanh toán không dùng tiền mặt tiền kim loại vẫn sử dụng phổ biến trong các giao dịch nhỏ bởi vì tiền kim loại mang lại lợi ích thiết thực cho cả nhà phát hành và người sử dụng. Đối với người phát hành tiền kim loại bền hơn nên tiết kiệm được chi phí phát hành trong dài hạn. Đối người sử dụng tiền kim loại sạch hơn không bị rách nát, không hấp thụ tạp chất như tiền giấy và phù hợp với việc sử dụng các loại hình dịch vụ tự động hoá. Tuy nhiên tiền kim loại nặng hơn, khó đếm và dễ rơi hơn tiền giấy. Mặc dù vậy trong xã hội hiện đại không thể thiếu tiền kim loại khi các dịch vụ thương mại tự động hoá phát triển. 6Tuỳ theo tập quán sử dụng và điều kiện đặc thù của mỗi nước mà có sự khác biệt đáng kể về đường kính và trọng lượng đồng tiền. Ở châu Âu đồng tiền nhỏ nhất có đường kính 14mm đồng tiền lớn nhất là 31mm, đồng tiền nhẹ nhất là 0,55 gam, đồng tiền nặng nhất là 13,5 gam. Ở châu Á đồng tiền nhỏ nhất có đường kính là 15mm đồng tiền lớn nhất có đường kính 32mm, đồng tiền nhẹ nhất có trọng lượng 0.45 gam, đồng tiền nặng nhất có trọng lượng 15,5 gam. Qua nghiên cứu người ta đưa ra đường kính tối ưu của đồng xu nằm trong khoảng 15 đến 30 mm vì nó thuận tiện cho việc sử dụng mà vẫn đảm bảo tiết kiệm chi phí đúc dập. Đồng tiền kim loại có mệnh gi