Nghiên cứu thiết kế, chế tạo máy bán nước giải khát tự động bằng kỹ thuật vi điều khiển

Tuyển tập Báo cáo “Hội nghị Sinh viên Nghiên cứu Khoa học” lần thứ 6 Đại học Đà Nẵng - 2008 34 NGHIÊN CỨU THIẾT KẾ, CHẾ TẠO MÁY BÁN NƯỚC GIẢI KHÁT TỰ ĐỘNG BẰNG KỸ THUẬT VI ĐIỀU KHIỂN RESEARCHING TO DESIGN DRINKING VENDING MACHINE BY MICROCONTROLLER SVTH: TRẦN QUANG HỘI - BÙI KINH HƯỚNG Lớp: 03CDT, khoa Cơ Khí, Trường Đại học Bách Khoa GVHD: PGS.TS. TRẦN XUÂN TÙY Khoa Cơ Khí, Trường Đại học Bách Khoa TÓM TẮT Báo cáo này giới thiệu bản thiết kế máy bán nước giải khát tự động ứng dụng kỹ thuật vi điều khiển. Trong đó, giới thiệu việc nối ghép tương thích giữa các cơ cấu cơ khí, hệ thống truyền động, cảm biến và hệ vi điều khiển, cũng như giới thiệu môđun nhận dạng tiền, môđun trả tiền thừa, môđun giao tiếp, môđun xử lý và môđun trả sản phẩm. Đặc biệt môđun nhận dạng và trả tiền thừa được thiết kế đã hoạt động chuẩn xác. SUMMARY This report has introduced the design drinking vending machine by microcontroller. In this report, it introduces the appropriate association of mechanic structures, driving system, sensor and microcontroller, as well as modules of monetary recognition, superfluous money paying, communication, procession and delivery. Specially, modules of monetary recognition and paying have been in proper operation. 1. Mục đích Ngày nay, máy bán hàng tự động, phục vụ ở nơi công cộng, được ứng dụng nhiều ở các nước phát triển và đã trở thành một lĩnh vực nghiên cứu. Cùng với sự phát triển của khoa học, đặc biệt là kỹ thuật vi điều khiển và kỹ thuật điều khiển tự động các loại máy bán hàng tự động đang tiếp tục phát triển và sử dụng rộng rãi. Tuy nhiên, ở Việt Nam máy bán hàng tự động mới được lắp đặt thí điểm tại một số địa điểm ở thành phố Hồ Chí Minh và thành phố Hà Nội, chưa được phổ biến ở các thành phố khác, nên việc nghiên cứu thiết kế, chế tạo máy bán hàng tự động nói chung và máy bán nước giải khát nói riêng tại Việt Nam là hết sức cần thiết. Phạm vi nghiên cứu của đề tài là thiết kế, chế tạo mô hình máy bán nước giải khát với 2 sản phẩm là chai và lon, ứng dụng kỹ thuật vi điều khiển. 2. NỘI DUNG 2.1. Nguyên lý hoạt động Máy bán hàng tự động có thể bán một hoặc nhiều loại hàng, nhận tiền xu hoặc thẻ tín dụng từ người mua và được vận hành tự động. Hoạt động của máy được bắt đầu khi khách hàng thực hiện các thao tác mua hàng: đưa tiền xu kim loại vào, chọn mặt hàng và chọn số lượng hàng. Quá trình giao tiếp giữa người và máy được tiến hành một cách thân thiện, dễ hiểu và dễ sử dụng thông qua bàn phím và màn hình hiển thị. Màn hình hình hiển thị sẽ hiển thị số tiền đưa vào, mặt hàng được chọn, số lượng hàng được chọn… Dựa trên các thông tin ban đầu và thông tin từ khách hàng, máy sẽ tiến hành xử lý và thực hiện thao tác đưa sản phẩm ra và trả lại tiền thừa cho khách hàng. Ngoài các chức năng cơ bản trên, dựa vào các thông tin lưu trữ và các thông số trạng thái, máy còn có khả năng xử lý các tình huống như: số lượng hàng yêu cầu quá khả năng đáp ứng, Tuyển tập Báo cáo “Hội nghị Sinh viên Nghiên cứu Khoa học” lần thứ 6 Đại học Đà Nẵng - 2008 35 yêu cầu của khách hàng không hợp lệ (tổng tiền phải trả lớn hơn số tiền đưa vào, tiền giả, lượng hàng dự trữ sắp hết, lượng tiền để trả lại cho khách hàng sắp hết)… Khi khách hàng đưa tiền vào, bộ phận xử lý nhận dạng từng loại tiền sẽ nhận dạng chính xác từng loại mệnh giá, sau đó tiền sẽ được lưu trữ ở các ô chứa khác nhau và qua đó sẽ biết được tổng số tiền đưa vào. Thông qua các thiết bị giao tiếp là bàn phím, màn hình LCD, máy sẽ hiển thị các thông tin giao tiếp với khách hàng và tiến hành xử lý, nếu thõa mãn các yêu cầu thì cơ cấu đưa sản phẩm sẽ hoạt động và sẽ xuất sản phẩm, đồng thời trả lại tiền thừa (nếu có) cho khách hàng. Một số thông số của máy: - Động cơ đua sản phẩm dùng động cơ gạt nước: 12V, 1A - Động cơ bước: 4 pha, 12V, 150mA, 3.6 degrees per step - Nam châm điện: 24VDC, 1A 2.2. Sơ đồ khối của máy [hình 1] KHÄÚI HIÃØN THË KHÄÚI CAÍM BIÃÚN KHÄÚI ÂÄÜNG LÆÛC KHÄÚI ÂIÃÖU KHIÃØN TRUNG TÁM KHÄÚI BAÌN PHÊM Hình 1: Sơ đồ khối của máy. Máy được thiết kế theo cấu trúc môđun, với thiết kế này sẽ thuận lợi cho việc chế tạo, lắp ráp và bảo dưỡng. Các môđun chính của máy bao gồm: Khung máy, môđun nhận dạng tiền, môđun lưu trữ tiền, môđun trả tiền thừa, môđun đưa sản phẩm, môđun giao tiếp, môđun xử lý. Môđun nhận dạng tiền Việc nhận dạng có thể theo kích thước, màu sắc, hình ảnh và trọng lượng. Mỗi phương pháp có ưu nhược điểm riêng. Tuy nhiên, để nhận dạng một cách chính xác các loại tiền cũng như tính hợp lệ của các loại mệnh giá cần phối hợp tất cả các phương pháp trên. Vì điều kiện không cho phép nên đề tài này thực hiện việc nhận dạng theo kích thước. Các loại đồng xu sẽ được nhận dạng theo đường kính bằng cảm biến, mạch nhận dạng thể hiện ở hình 2. R11 330 IN_CB1 8V R15 RESISTOR VAR CAMBIEN5 D28 LED - + U6A LM324 3 2 1 4 11 Q10 LED5-C1815 8V R23 150 Hình 2: Mạch cảm biến nhận tiền. Môđun trả tiền thừa kết hợp với ống dự trữ tiền Tuyển tập Báo cáo “Hội nghị Sinh viên Nghiên cứu Khoa học” lần thứ 6 Đại học Đà Nẵng - 2008 36 Tiền thừa (nếu có) sẽ được trả lại khách hàng bằng cơ cấu đẩy kết hợp với nam châm điện, với cơ cấu này thì thời gian thi hành nhanh chóng [ hình 3]. Nam châm điện sử dụng là loại nam châm một chiều, lực hút của nam châm được tính toán để đảm bảo đẩy được theo yêu cầu. Hình 3: Cơ cấu trả tiền thừa kết hợp ống dự trữ tiền . Môđun đưa sản phẩm Sản phẩm sẽ được trả cho khách hàng bằng cách sử dụng động cơ điện một chiều kết hợp với tay gạt sản phẩm [hình 4]. Hình 4: Cơ cấu đưa sản phẩm. Môđun giao tiếp Ống dự trữ tiền Nam châm điện châm Cơ cấu đẩy Kho chứa sản phẩm Bộ truyền xích Động cơ Tay gạt Lon nước Chai nước Tuyển tập Báo cáo “Hội nghị Sinh viên Nghiên cứu Khoa học” lần thứ 6 Đại học Đà Nẵng - 2008 37 Màn hình LCD 20x4 cho phép hiển thị đầy đủ các thông tin cần thiết cho khách hàng [hình 5a]. Bàn phím là ma trận phím, có 12 phím và được qui định ở hình 5b. SW2 2 SW8 8 SW3 3 SW4 4 SW9 9 SW5 5 SWA OK J2 BAN PHIM 1 2 3 4 5 6 7 SW6 6 SWB EXIT SW1 1 SW0 0 SW7 7 a) b) Hình 5. Màn hình LCD và sơ đồ bàn phím Mô đun xử lý Môđun xử lý là bộ phận quan trọng nhất của máy, môđun này chịu trách nhiệm điều khiển toàn bộ hoạt động của máy. Bộ não của máy sử dụng là họ vi điều khiển 8051 và chip được sử dụng là loại 89S52. Sơ đồ mạch trung tâm, mạch điều khiển động cơ bước thể hiện ở hình 7 và hình 8. Hình 7. Sơ đồ mạch trung tâm Tuyển tập Báo cáo “Hội nghị Sinh viên Nghiên cứu Khoa học” lần thứ 6 Đại học Đà Nẵng - 2008 38 Hình 8: Sơ đồ nguyên lý mạch động lực. Hình 9. Mô hình máy 3. KẾT LUẬN Kết quả của đề tài là đã thiết kế, chế tạo thành công mô hình máy bán nước giải khát, bán được 2 sản phẩm là chai và lon. Máy hoạt động ổn định, giao diện giao tiếp thân thiện và dễ sử dụng. Với kết quả này sẽ góp phần phát triển lĩnh vực điều khiển tự động nói chung và là cơ sở để thiết kế chế tạo các máy tương tự áp dụng vào thực tiễn ở Việt Nam. TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Nguyễn Trọng Hiệp, Nguyễn Văn Lẫm, Cơ sở thiết kế chi tiết máy, NXB Giáo dục 1998. [2] Tống Văn On, Hoàng Đức Hải, Họ Vi Điều Khiển 8051, Nhà Xuất Bản Lao Động Hà Nội 2001. [3] Ngô Diên Tập, Lập trình ghép nối máy tính trong Window, Nhà xuất bản khoa học kỹ thuật.