Đề tài Máy bán nước tự động

LỜI GIỚI THIỆU Dưới sức ép mạnh mẽ về nhu cầu sử dụng của người tiêu dùng đã thúc ép các nhà chế tạo không ngừng nghiên cứu, tích hợp và hoàn thiện chúng hàng năm để cho phù hợp với hầu hết các điều kiện và nhu cầu của xã hội hiện đại ngày nay đó là một thiết bị phải ngày càng nhỏ gọn, tính công nghệ và tính thẩm mỹ ngày càng phải cao lên. Những chiếc máy bán hàng tự động gần đây nhất được chế tạo mang trong nó đầy đủ những tính năng của một chiếc máy thông minh, khả năng xử lý nhanh chóng chính xác, sử dụng đơn giản, gần gũi và thân thiện hơn với người sử dụng. Trong những năm gần đây tại Việt Nam máy bán hàng tự động xuất hiện ở nhiều nơi. Có loại nhập khẩu từ nước ngoài, có loại trong nước chế tạo. Nhưng gần gũi và dễ thấy nhất đối với chúng ta là máy bán nước tự động dạng lon có mặt ở nhiều nơi như trường học, siêu thị…Vì vậy nhóm chúng em với niềm đam mê các thiết bị tự động chọn đề tài tìm hiểu về máy bán nước tự động. Nhóm chúng em xin gửi lời cám ơn chân thành đến thầy Châu Hoàng Phương đã hướng dẫn và giúp đỡ nhóm trong quá trình hoàn thành đề tài này. Vì thời gian và kiến thức có hạn nên đề tài không tránh khỏi thiếu sót. Đề tài đã giúp nhóm chúng em hiểu thêm nhiều thức thực tế về các hệ thống tự động. Kiến thức khoa học xung quanh vô tận mà sự hiểu biết của con người có hạn. Nhóm chúng em sẽ cố gắng hoàn thiện hơn trong những bài báo cáo sau. Thay mặt nhóm Võ Đình Chinh Đề tài Máy bán nước tự động GVHD: Châu Hoàng Phương 2 MỤC LỤC Mục Trang LỜI GIỚI THIỆU &1. GIỚI THIỆU KỸ THUẬT ĐIỀU KHIỂN TỰ ĐỘNG.................. 3 &2. GIỚI THIỆU MÁY BÁN NƯỚC TỰ ĐỘNG DẠNG LON ......... 5 I. Giới thiệu............................................................................... 5 II. Đối tượng tìm hiểu .................................................... 5 III. Mục đích tìm hiểu ..................................................... 5 IV. Yêu cầu máy bán nước.............................................. 5 &3. CẤU TẠO CƠ BẢN CỦA MỘT MÁY BÁN NƯỚC .................. 7 I. Bộ xử lý trung tâm........................................................ 8 II. Nguồn – Cảm biến – Bàn phím .................................. 11 III. Hiển thị ....................................................................... 12 IV. Khối điều khiển động cơ ............................................ 13 V. Khối làm lạnh ............................................................. 15 VI. Khối nhận dạng và tính tiền ....................................... 16 VII. Khối trả tiền thừa ........................................................ 23 VIII. Khối đẩy lon nước ra ngoài ........................................ 24 &4. MÔ TẢ QUÁ TRÌNH HOẠT ĐỘNG CỦA MÁY...................... 25 &5. MỘT SỐ LỖI CÓ THỂ XẢY RA TRONG KHI SỬ DỤNG...... 26 KẾT LUẬN TÀI LIỆU THAM KHẢO Đề tài Máy bán nước tự động GVHD: Châu Hoàng Phương 3 &1. GIỚI THIỆU KỸ THUẬT ĐIỀU KHIỂN TỰ ĐỘNG Trong mọi hoạt động của con người, ở bất cứ lĩnh vực nào, bất cứ vị trí nào đều liên quan đến hai từ điều khiển. Trong khoa học, tồn tại một ngành khoa học đã và đang phát triển mạnh mẽ, đó là điều khiển học. Điều khiển tự động là khoa học nghiên cứu về các quá trình thu thập, xử lý tín hiệu và điều khiển trong mọi lĩnh vực đời sống xã hội, khoa học công nghệ, môi trường... Điều khiển học chia ra làm nhiều lĩnh vực khác nhau gồm điều khiển học toán học, điều khiển học sinh học, điều khiển học kỹ thuật... Điều khiển học là khoa học nghiên cứu về quá trình thu thập, xử lý tín hiệu và điều khiển các quá trình và hệ thống thiết bị kỹ thuật. Khái niệm điều khiển được hiểu là tập hợp tất cả các tác động mang tính tổ chức của một quá trình nhằm đạt được mục đích mong muốn của quá trình đó. Hệ thống điều khiển mà không có sự tham gia trực tiếp của con người trong quá trình điều khiển được gọi là điều khiển tự động. Trong những năm gần đây, với sự phát triển của khoa học kỹ thuật mà trong đó các thành tựu đạt được trong lĩnh vực tự động hoá đã tạo ra các loại máy sản suất tự động thực hiện nhiều công việc phức tạp khác nhau và các hệ thống tự động liên kết cứng và mềm dùng trong sản xuất hàng loạt lớn và hàng khối đã góp phần đẩy mạnh sự phát triển và ứng dụng của tự động hoá các quá trình sản xuất vào công nghiệp với năng suất lớn, hiệu quả cao. Chính sự thay đổi nhanh của dây chuyền sản xuất đ ã liên kết công nghệ thông tin, công nghệ chế tạo máy và điện tử, làm xuất hiện một loạt các thiết bị v à hệ thống tự động hoá hoàn toàn mới, như các loại máy điều khiển số, các trung tâm gia công, các hệ thống điều khiển theo chương trình logic PLC (Programmable Logic Control), các hệ thống sản xuất linh hoạt FMS (Flexible Manufacturing Systems), các hệ thống sản xuất tích hợp C IM (Computer Integraged Manufacturing) cho phép chuyển đổi nhanh các sản phẩm gia công với thời gian chuẩn bị sản xuất ít nhất, rút ngắn chu k ì sản xuất sản phẩm, đáp ứng tốt sự thay đổi nhanh của sản xuất hiện đại. Tự động hoá quá trình sản xuất là giai đoạn tiếp theo của nền sản xuất c ơ khí hoá. Nó sẽ thực hiện phần công việc mà cơ khí hoá không thể đảm đương được đó là điều khiển quá trình. Với các thiết bị vạn năng và bán tự động, các chuyển động phụ (tác động điều khiển) do ng ười thợ thực hiện, còn trên các thiết bị tự động hoá và máy tự động, toàn bộ quá trình làm việc (kể cả các tác động điều khiển) đều được thực hiện tự động nhờ các c ơ cấu và hệ thống điều khiển tự động . Như vậy, tự động hoá quá tr ình sản xuất là tổng hợp các biện pháp được sử dụng khi thiết kế các quá trình sản xuất và công nghệ mới, tiến hành các hệ thống chính xác có năng suất cao, tự động thực hiện các quá tr ình chính và phụ bằng các cơ cấu và thiết bị tự động, mà không cần đến sự tham gia của con ng ười. Tự động hoá các quá trình sản xuất luôn gắn liền với việc ứng dụng các c ơ cấu tự động vào Đề tài Máy bán nước tự động GVHD: Châu Hoàng Phương 4 các quá trình công nghệ cụ thể. Chỉ có trên cơ sở của quá trình công nghệ cụ thể mới có thể thiết lập và ứng dụng các cơ cấu hệ thống điều khiển tự động. Mục tiêu của tự động hoá là nhằm nâng cao tính cạnh tranh, làm chủ chất lượng sản phẩm, có khả năng linh hoạt thay đổi đáp ứng nhu cầu thị tr ường và giá thành phải phù hợp với túi tiền các nhà máy sản suất. Điều khiển tự động là một ngành được sinh ra từ những ngành khoa học kỹ thuật khác, trong đó có sự kết hợp giữa cơ khí, điện, điện tử, điều khiển, khoa học máy tính,...Tiền thân trực tiếp sinh ra điều khiển tự động l à do tự động hóa (automation) và cơ khí (mechanics) kết hợp với nhau, trong quá tr ình phân công lao động đã nảy sinh ra điều khiển tự động và một nhánh rẽ khác là cơ điện tử (mechatronics). Chính vì vậy mà ít nhiều thì ngành cơ điện tử và điều khiển tự động có những mảng kiến thức trùng lắp nhưng cũng có những khoản đặc thù riêng. Người kỹ sư điều khiển tự động có khả năng l àm những công việc có liên quan đến nhiều lĩnh vực. Chủ yếu trong các nh à máy, xí nghiệp hoặc giảng dạy trong các trường học. Thông qua sự hợp tác các mô đun cơ điện tử thực hiện những mục đích sản xuất và thừa kế những thuộc tính sản xuất linh hoạt v à nhanh nhẹn trong sơ đồ sản xuất. Thiết bị sản xuất hiện đại gồm có các mô đun c ơ điện tử được tổng hợp theo một kiến trúc điều kh iển. Những kiến trúc được biết đến nhiều nhất bao gồm sự phân cấp, polyarchy, hetaerachy (thường được đánh vần sai như heterarchy) và vật lai. Những phương pháp để đạt được một hiệu ứng kỹ thuật được mô tả bởi những giải thuật điều khiển có thể hay không thể d ùng những phương pháp hình thức trong thiết kế của chúng. Những hệ thống lai quan trọng với C ơ điện tử bao gồm những hệ thống sản xuất, những sự truyền động hiệu quả, những tấm đúc cong trong nhà thám hiểm hành tinh, những hệ thống con của ô tô nh ư những hệ thống phanh chống khóa, quay tròn-tham dự và thiết bị hàng ngày như máy quay phim ch ụp ảnh tự động điều chỉnh tiêu cự, máy chiếu phim, đĩa cứng, máy giặt. Tự động hoá quá trình sản xuất là một trong những hướng phát triển chủ yếu của các ngành công nghiệp Việt Nam hiện nay. Tự động hoá cho phép sử dụng tối đa các tiềm năng sẵn có, đáp ứng yêu cầu ngày càng cao đối với trang thiết bị phục vụ sản xuất. Tự động hoá quá trình sản xuất cho phép thực hiện các quá trình công nghệ không có sự tham gia của con người. Trong việc tự động hoá hoàn toàn thì vai trò của con người là quản lý và theo dõi hoạt động của các thiết bị và điều chỉnh các cơ cấu có liên quan đến quy trình công nghệ. Trên thế giới hiện nay, các hệ thống tự động ngày càng nhiều, chúng ứng dụng rộng rãi trong nhiều ngành công nghiệp. Ở Việt Nam phần lớn các hệ thống tự động sử dụng trong các quá trình gia công, còn các dây chuy ền chế biến thực phẩm được sử dụng rất hạn chế, chủ yếu là trong các công ty lớn (Vinamilk Việt Nam) do giá thành quá cao, không phù h ợp với khả năng và tiềm lực của các cơ sở sản xuất nhỏ. Đề tài Máy bán nước tự động GVHD: Châu Hoàng Phương 5 &2. GIỚI THIỆU MÁY BÁN NƯỚC TỰ ĐỘNG DẠNG LON I. Giới thiệu: Chúng ta hiện nay đang sống trong một thời đại mọi việc đều diễn ra nhanh chóng và theo xu hướng tự động hóa. Chúng ta đều muốn mọi việc phải nhanh hơn, hiệu quả hơn, tiện nghi hơn. Ở các nước, máy bán hàng tự động trở nên quen thuộc và không thể thiếu . Công nghiệp thực phẩm là một trong những ngành phát triển mạnh ở nước ta, nhất là các công ty sản xuất nước giải khát đang từng bước thực hiện tự động hoá quá tr ình sản suất. Máy bán nước tự động dạng lon có thể đặt ở mọi nơi và cung cấp nhu cầu giải khát nhanh chóng cho mọi người. Nhu cầu về nước giải khát ở Việt Nam khá lớn. Bên cạnh đó máy bán nước dạng lon với các sản phẩm với giá thành cạnh tranh sẽ thu hút một số lượng lớn người tiêu dùng với tính linh hoạt, tiện lợi và giá thành cạnh tranh. II. Đối tượng tìm hiểu:  Các vấn đề liên quan đến vấn đề nghiên cứu máy bán nước tự động dạng lon.  Tính đa dạng về mặt hàng hoá của máy.  Cấu trúc của máy từ cơ cấu bán hàng, bộ phận xử lý tiền xu, mạch điều khiển, hình dạng bên ngoài (mẫu mã ).  Hệ thống cơ cấu đưa lon nước  Hiệu quả kinh tế khi sử dụng máy III.Mục đích tìm hiểu:  Tìm hiểu nguyên lý làm việc của một máy bán hàng tự động dạng lon.  Nghiên cứu tiền xu do nhà nước Việt Nam phát hành và đang sử dụng rộng rãi trong xã hội. Việc nghiên cứu này rất quan trọng trong vấn đề xử lý tiền. Làm sao nhận biết được các đồng tiền đang lưu hành hiện nay trên thị trường và chống tình trạng tiền giả? Khi ta nắm được đầy đủ các đặc điểm của đồng tiền xu thì ta sẽ xử lý tốt việc nhận dạng các loại đồng xu. IV. Yêu cầu máy bán nước:  Máy bán nước tự động áp dụng cho tất cả các loại tiền xu đang lưu hành và tiền polyme 10000đ.  Đảm bảo tính chính xác khi đếm và trả lại tiền thừa.  Giao diện thân thiện dễ sử dụng.  Xử lý lỗi khi có những đồng tiền biến dạng đưa vào. Đề tài Máy bán nước tự động GVHD: Châu Hoàng Phương 6 MÔ HÌNH MỘT SỐ MÁY BÁN NƯỚC TỰ ĐỘNG Đề tài Máy bán nước tự động GVHD: Châu Hoàng Phương 7 &3. CẤU TẠO CƠ BẢN CỦA MỘT MÁY BÁN NƯỚC Đa số các máy bán nước tự động đều có cấu tạo từ các thành phần cơ bản sau:  Bộ xử lý trung tâm  Nguồn cung cấp  Các cảm biến  Bàn phím  Hiển thị  Điều khiển động cơ  Nhận dạng và tính tiền  Đưa lon nước ra ngoài  Trả tiền thừa Hệ thống làm lạnh Đề tài Máy bán nước tự động GVHD: Châu Hoàng Phương 8 I. Bộ xử lý trung tâm: Để thiết kế một máy bán nước tự động tùy theo yêu cầu xử lý ở các cấp độ khác nhau mà ta có thể chọn bộ xử lý cho phù hợp. Nếu như chỉ nhận dạng tiền xu đơn giản thì có thể sử dụng Vi điều khiển 8 bit, PLC nhưng nếu như muốn nhận dạng tiền Polyme hay các tác vụ xử lý ảnh thì phải cần sử dụng các bộ máy tính nhúng với lõi là các Vi xử lý 32 bit đầy sức mạnh. Sau đây là một số đặc điểm cơ bản của một số bộ xử lý có thể áp dụng. 1. Vi điều khiển: Vi điều khiển như một máy tính được tích hợp trên một chíp, nó thường được sử dụng để điều khiển các thiết bị điện tử. Vi điều khiển, thực chất, là một hệ thống bao gồm một vi xử lý có hiệu suất đủ dùng và giá thành thấp (khác với các bộ vi xử lý đa năng dùng trong máy tính) kết hợp với các khối ngoại vi như bộ nhớ, các mô đun vào/ra, các mô đun bi ến đổi số sang tương tự và tương tự sang số,... Ở máy tính thì các mô đun thường được xây dựng bởi các chíp và mạch ngoài. Vi điều khiển thường được dùng để xây dựng các hệ thống nhúng. Nó xuất hiện khá nhiều trong các dụng cụ điện tử, thiết bị điện, máy giặt, lò vi sóng, điện thoại, đầu đọc DVD, thiết bị đa phương tiện, dây chuyền tự động, v.v. Hầu hết các vi điều khiển ngày nay được xây dựng dựa trên kiến trúc Harvard, kiến trúc này định nghĩa bốn thành phần cần thiết của một hệ thống nhúng. Những thành phần này là lõi CPU, bộ nhớ chương trình (thông thường là ROM hoặc bộ nhớ Flash), bộ nhớ dữ liệu (RAM), một hoặc vài bộ định thời và các cổng vào/ra để giao tiếp với các thiết bị ngoại vi và các môi trường bên ngoài - tất cả các khối này được thiết kế trong một vi mạch tích hợp. Vi điều khiển khác với các bộ vi xử lý đa năng ở chỗ là nó có thể hoạt động chỉ với vài vi mạch hỗ trợ bên ngoài. Các vi điều khiển thông dụng  Họ vi điều khiển Atmel o Dòng Atmel AT91 (Kiến trúc ARM THUMB) o Dòng AT90, Tiny & Mega – AVR (Atmel Norway design) o Dòng Atmel AT89 (Kiến trúc Intel 8051/MCS51) o Dòng MARC4  Họ vi điều khiển Freescale Semiconductor. Từ năm 2004, những vi điều khiển này được phát triển và tung ra thị trường bởi Motorola. o Dòng 8-bit  68HC05 (CPU05)  68HC08 (CPU08)  68HC11 (CPU11) Đề tài Máy bán nước tự động GVHD: Châu Hoàng Phương 9 o Dòng 16-bit  68HC12 (CPU12)  68HC16 (CPU16)  Freescale DSP56800 (DSPcontroller) o Dòng 32-bit  Freescale 683XX (CPU32)  MPC500  MPC 860 (PowerQUICC)  MPC 8240/8250 (PowerQUICC II)  Họ vi điều khiển Microchip o 12-bit instruction PIC o 14-bit instruction PIC o PIC16F84 o 16-bit instruction PIC  Họ vi điều khiển National Semiconductor o COP8 o CR16  Họ vi điều khiển Philips Semiconductors o LPC2000 o LPC900 o LPC700 2. PLC: PLC viết tắt của Programmable Logic Controller , là thi ết bị điều khiển lập trình được (khả trình) cho phép thực hiện linh hoạt các thuật toán điều khiển logic thông qua một ngôn ngữ lập trình. Người sử dụng có thể lập trình để thực hiện một loạt trình tự các sự kiện. Các sự kiện này được kích hoạt bởi tác nhân kích thích (ngõ vào) tác động vào PLC hoặc qua các hoạt động có trễ như thời gian định thì hay các sự kiện được đếm. + Lập trình dể dàng , ngôn ngữ lập trình dể học . + Gọn nhẹ, dể dàng bảo quản , sửa chữa. + Dung lượng bộ nhớ lớn để có thể chứa được những chương trình phức tạp . + Hoàn toàn tin cậy trong môi trường công nghiệp . + Giao tiếp được với các thiết bị thông minh khác như : máy tính , n ối mạng , các môi Modul mở rộng. + Giá cả cá thể cạnh tranh được. Trong PLC, phần cứng CPU và chương tr ình là đơn vị cơ bản cho quá trình điều khiển hoặc xử lý hệ thống. Chức năng mà bộ điều khiển cần thực hiện sẽ được xác định bởi một chương trình . Chương trình này được nạp sẵn Đề tài Máy bán nước tự động GVHD: Châu Hoàng Phương 10 vào bộ nhớ của PLC, PLC sẽ thực hiện việc điều khiển dựa vào chương trình này. Như vậy nếu muốn thay đổi hay mở rộng chức năng của qui trình công nghệ , ta chỉ cần thay đổi chương trình bên trong bộ nhớ của PLC . Việc thay đổi hay mở rộng chức năng sẽ được thực hiện một cách dể dàng mà không cần một sự can thiệp vật lý nào so với các bộ dây nối hay Relay . Tất cả các PLC đều có thành phần chính là : Một bộ nhớ chương trình RAM bên trong ( có thể mở rộng thêm một số bộ nhớ ngoài EPROM ). Một bộ vi xử lý có cổng giao tiếp dùng cho việc ghép nối với PLC . Các Modul vào/ra.Bên cạnh đó, một bộ PLC hoàn chỉnh còn đi kèm thêm một đơn vị lập trình bằng tay hay bằng máy tính. Hầu hết các đơn vị lập trình đơn giản đều có đủ RAM để chứa đựng chương trình dưới dạng hoàn thiện hay bổ sung . Nếu đơn vị lập trình là đơn vị xách tay , RAM thường là loại CMOS có pin dự phòng, chỉ khi nào chương trình đã được kiểm tra và sẳn sàng sử dụng thì nó mới truyền sang bộ nhớ PLC . Đối với các PLC lớn thường lập trình trên máy tính nhằm hổ trợ cho việc viết, đọc và kiểm tra chương trình . Các đơn vị lập trình nối với PLC qua cổng RS232, RS422, RS458, … 3. Máy tính nhúng: Chiếc máy tính nhúng UNO-1019 được sử dụng tập lệnh rút gọn (RISC), với thiết kế nhỏ nhẹ, chắc chắn và mạnh mẽ phù hợp lắp đặt ở nơi có không gian hạn chế như ở máy bán hàng tự động và có điều kiện làm việc chịu nóng ẩm cao. UNO-1019 xử dụng bộ vi xử lý Intel® XScale PXA-255 200 MHZ và được trang bị tới 2 cổng Ethernet tốc độ cao, 4 cổng truyền thông nối tiếp (RS232/422/485), 4 đầu vào/ra số cho phép kết nối tới nhiều thiết bị ngoại vi khác như sensor nhận dạng tiền và đếm tiền, bộ phận chấp hành, thiết bị cảnh báo, thiết bị giám sát v.v, Thiết bị cũng được tích hợp sẵn hệ điều hành nhúng Windows CE.NET trong th ẻ nhớ công nghiệp chuẩn Type I/II. Việc sử dụng bộ xử lý nhỏ gọn như UNO-1019 có thể mở rộng được dung tích thùng chứa sản phẩm của dịch vụ. Máy tính nhúng STECH ARM9SSBC s ử dụng bộ vi điều khiển AT91RM9200 của hãng Atmel, kiến trúc ARM (Advanced RISC Machines), tiêu thụ năng lượng ít, hoạt động ở tốc độ 200MIPS (200 triệu lệnh mỗi giây) không cần tản nhiệt, có đầy đủ tính năng của một máy tính trong 1 IC tích hợp: bộ vi xử lý, các cổng v ào ra: ethernet, usart...Bộ máy tính nhúng STECH ARM9SSBC được thiết kế dành cho nhà phát triển phần mềm trên ARM, các cổng DBGU và JTAG hỗ trợ debug. Ngoài Flash nội của AT91RM9200, flash 32Mb cho phép lưu tr ữ các phần mềm dung lượng vừa, cổng USB kết nối với thiết bị l ưu trữ USB cho phép lưu hệ điều hành và các phần mềm ứng dụng lớn. Đề tài Máy bán nước tự động GVHD: Châu Hoàng Phương 11 II. Nguồn – Cảm biến – Bàn phím: 1. Nguồn: Nguồn cung cấp cho máy bán nước hoạt động thường bao gồm 2 nguồn một chiều riêng biệt được biến đổi từ nguồn 220v. Nguồn một chiều thứ nhất có thể là 5v khi dùng vi điều khiển và 24v khi dùng PLC. Nguồn thứ hai thường từ 24v-100v dùng để điều khiển các động cơ DC. Một điều quan trọng là nguồn cung cấp cho bộ xử lý trung tâm phải đảm bảo tính ổn định thường dùng IC ổn áp. Sau đây là một sơ đồ ngưyên lý mạch ổn áp 5v: 2. Cảm biến: Các cảm biến thường dùng trong máy bán nước thường là cảm biến đếm dùng cặp led thu phát, cảm biến khối lượng, cảm biến màu…sau đây là mô hình của một cảm biến màu: 3. Bàn phím: Bàn phím giúp cho người sử dụng chọn loại nước uống mà mình mong muốn. Trong thiết kế máy bán nước tự động có thể dùng các nút nhấn là các công tắc đơn hoặc sử dụng bàn phím ma trận. Hình vẽ sau mô tả một bàn phím ma trận 4x4: Đề tài Máy bán nước tự động GVHD: Châu Hoàng Phương 12 Phím bấm được nối thành ma trận 4 hàng x 4cột, các hàng và cột được nối với các chân cổng vào ra của vi điều khiển Psoc. Khi một phím được bấm, nó sẽ nối một hàng và một cột tương ứng. Một chương trình sẽ quét các phím và xác định xem phím nào được nhấn và từ đó đưa ra những xử lý thích hợp. III.Khối hiển thị: 1. Led đơn: LED (viết tắt của Light Emitting Diode, có ngh ĩa là điốt phát quang) là các điốt có khả năng phát ra ánh sáng hay tia hồng ngoại, tử ngoại. Cũng giống như điốt, LED được cấu tạo từ một khối bán dẫn loại p ghép với một khối bán dẫn loại n. Ta có thể dùng led đơn để thông báo tình trạng các sản phẩm còn hay đã hết cho người dùng. Led đơn giá rất rẻ và hơn thế nữa rất dễ trong lập trình xử lý. 2. Led 7 Seg: Trên là cấu tạo của LED 7 đoạn loại common cathod (cực âm chung). Còn 1 loại nữa là common anod (cực dương chung) thì sơ đồ cũng tương tự như vậy. Còn nguyên lý hoạt động thì giống như LED. Cấp nguồn cho chân nào thì đoạn tương ứng với chân đó sáng. Ví dụ như hình trên nếu bạn đưa chân A lên mức logic 1 thì đoạn A sẽ sáng (mức logic 1 tương ứng với điện áp cao). Nếu cấp cho E v à F thì đoạn E và F sáng tạo thành số 1. Tương tự nếu hiển thị số 2 thì mức logic tương ứng ABCDEFG là 1101101 3 1111001 4 0110011 Đề tài Máy bán nước tự động GVHD: Châu Hoàng Phương 13 Ta có thể sử dụng Led 7 Seg để hiển thị số tiền mà người mua vừa mới nhập vào, khi trả lại tiền thừa… 3. LCD: Text LCD là các loại màn hình tinh thể lỏng nhỏ dùng để hiển thị các dòng chữ hoặc số trong bảng mã ASCII. Không giống các loại LCD lớn Text, LCD được chia sẵn thành từng ô và ứng với mỗi ô chỉ có thể hiển thị một ký tự ASCII. Cũng vì lý do chỉ hiện thị được ký tự ASCII nên loại LCD này được gọi là Text LCD (để phân biệt với Graphic LCD có thể hiển thị hình ảnh). Mỗi ô của Text LCD bao gồm các “chấm” tinh thể lỏng, việc kết hợp “ẩn” và “hiện” các chấm này sẽ tạo thành một ký tự cần hiển thị. Trong các Text LCD, các mẫu ký tự được định nghĩa sẵn. Kích thước của Text LCD được định nghĩa bằng số ký tự có thể hiển thị trên 1 dòng và tổng số dòng mà LCD có. Ví dụ LCD 16x2 là loại có 2 dòng và mỗi dòng có thể hiển thị tối đa 16 ký tự. Một số kích thước Text LCD thông thường gồm 16x1, 16x2, 16x4, 20x2, 20x4 Text LCD 16x2 . LCD dùng để hiển thị các thông báo khi giao d ịch như cho đồng xu vào, số tiền, tình trạng giao dịch thành công hay là báo các lỗi kết hợp với led. So với led thì LCD có giá thành cao h ơn nhưng thể hiện các hiển thị trực quan và hiệu quả hơn. IV. Khối điều khiển động cơ: Khối điều khiển động cơ thường tách riêng ra với khối xử lý trung tâm bằng Opto cách ly quang. Về điều khiển động cơ thường sử dụng phương pháp PMW để điều khiển động cơ bước và động cơ. DC 1. Động cơ DC: Động cơ một chiều được ứng dụng rộng rãi trong rất nhiều lĩnh vực điều khiển tự động. Cấu tạo của động cơ một chiều gồm có Stato và Roto. Stato thường làm bằng nam châm vĩnh cửu hoặc nam châm điện ở những động cơ công suất lớn. Roto là những cuộn dây được quấn trên lõi thép. Roto thường là bộ phận quay còn Stato thì đứng yên. Đề tài Máy bán nước tự động GVHD: Châu Hoàng Phương 14 Các đầu ra của cuộn dây Roto được đặt lên bộ cổ góp có các chổi than nhằm đảm bảo từ thông qua cuộn dây Roto là liên tục tức là duy trì lực từ tác dụng quay lên Roto một cách liên tục. Động cơ DC có một số loại như Servo, Step, Encoder… 2. PMW: PWM là cụm từ Pulse Witdth Modulation là một kỹ thuật dùng để điều khiển động cơ DC bằng cách điều chỉnh độ rộng của xung. Khoảng thời gian mà xung ở mức logic cao sẽ ứng với thời gian có dòng điện qua động cơ và ngược lại. PWM sử dụng kỹ thuật đóng mở nguồn cung cấp cho động cơ với những khoảng thời gian giãn cách khác nhau từ đó điều khiển được tốc độ của động cơ. Hình vẽ minh họa: 3. Mạch điều khiển động cơ:  Fet+Relay: Đề tài Máy bán nước tự động GVHD: Châu Hoàng Phương 15 b. Cầu H:  IC cầu H: V. Khối làm lạnh: Đây là thiết bị cũng quan trọng nhất trong máy bán nước tự động giúp cho lon nước ở trạng thái lạnh để uống ngon hơn . Đối với các máy công suất nhỏ, người ta thường sử dụng máy nén kiểu kín, môi chất lạnh là frêôn (R12 và R22), dàn lạnh và dàn ngưng là các dàn ống đồng cánh nhôm. Đối với máy cỡ lớn làm lạnh bằng nước, máy điều hoà VRV. Máy nén lạnh sử dụng cũng có nhiều loại như máy nén piston, máy nén tr ục vít, máy nén kiểu kín, máy nén ly tâm vv… Đề tài Máy bán nước tự động GVHD: Châu Hoàng Phương 16 VI. Khối nhận dạng và tính tiền:  Các thông số của các loại tiền xu Việt nam: Mệnh giá Thông số kỹ thuật Đặc điểm Đường kính Độ dày mép Khối lượng Vật liệu Vành 200 ₫ 20,00 mm 1,45 mm 3,2 g Thép mạ nikel Trơn 500 ₫ 22,00 mm 1,75 mm 4,50 g Thép mạ nikel Khía răng cưa ngắt quãng6 đoạn 1000 ₫ 19,00 mm 1,95 mm 3,80 g Thép mạ đồng thau Khía răng cưa liên tục 2000 ₫ 23,50 mm 1,80 mm 5,10 g Thép mạ đồng thau Khía răng cưa ngắt quãng12 đoạn 5000 ₫ 25,50 mm 2,20 mm 7,70 g Hợp kim CuAl6Ni2 Khía vỏ sò 1. Nhận dạng tiền xu dựa vào các đặc điểm vật lý cơ học: a. Nhận dạng màu sắc: Tiền xu của Việt nam có hai loại màu chính là màu trắng và màu vàng. Giải thuật ở đây được sừ dụng đó là phân loại tiền xu đầu tiên đưa vào bằng màu sắc. Những đồng xu 200 và 500 sẽ được tách riêng ra từ đầu và sau đó sẽ được đưa vào các ống lọc tiền xu tiếp theo. Cảm biến Đề tài Máy bán nước tự động GVHD: Châu Hoàng Phương 17 được sử dụng ở đây là cảm biến nhận dạng màu sắc là hai màu vàng và trắng. Thiết kế phần đầu tiên nhận đồng xu đưa vào qua khe là một máng nghiêng có gắn động cơ bước điều khiển việc phân loại tiền như mô hình sau: b. Nhận dạng đường kính và khối lượng: Xu cho vào sẽ đi qua khe hẹp có đường kính và bề dày bằng với kích thước của xu chuẩn đã chọn. Nếu như xu cho vào phù hợp với khe chuẩn thì xu sẽ đi qua tác động vào công tắc hành trình hoặc cảm biến đặt phía sau từ đó gửi tín hiệu báo xu hợp lệ. Nếu xu không hợp lệ sẽ bị loại ra ngoài qua đường khác. Quá trình phân loại đầu tiên ta đã phân loại xong đồng xu thành 2 loại là 200đ, 500đ và 1000đ, 2000đ, 5000đ. Vì hai loại đồng xu 200đ và 500đ có cùng đường kính nên ở phần này ta chỉ cần nhận dạng về khối lượng nữa là có thể đếm số tiền. Tuy nhiên ở bên các đồng xu 1000đ, 2000đ, 5000đ thì đồng xu 1000đ có đường kính nhỏ nhất sẽ bị tách ra. Sử dụng các cảm biến đo khối lượng để xác định khối lượng và phân loại các đồng xu. Các cảm biến n ày phải đảm bảo tính chính xác tuy nhiên phải có sai số đảm bảo cho trường hợp một số đồng xu bị mòn hoặc bụi bẩn do đó có sai số về khối l ượng.  Dùng công tắc hành trình:  Giả sử khi ta đặt song song hai công tắc hành trình tại hai rãnh của máng dẫn đồng xu với khoảng cách xác định dùng để đo đường kính. Chỉ có những đồng xu đủ kích thước mới tương tác được đồng thời với hai công tắc cùng lúc. Bộ xử lý trung tâm sẽ xác định xem là đồng xu với kích thươc nào vừa đi qua. Tuy nhiên cách xử lý này còn khá thô sơ và nhiều sai sót khi ta đặt các công tắc hành trình sao cho thích hợp.  Dùng led thu phát: Màu vàng Màu trắng Đặt động cơ bước Đề tài Máy bán nước tự động GVHD: Châu Hoàng Phương 18  Ta có thể sử dụng cặp led thu phát đặt song song hai bên máng của rãnh đồng xu. Tương tự như phần công tắc hành trình bên trên cả hai bộ led thu phát sẽ xác định xem có đồng xu nào vừa mới đi qua theo mô hình sau:  Khi có một đồng xu nào đó mà có thể kích hoạt lần lượt các led trên thì đồng xu đó sẽ có kích thước lớn nhất. Vấn đề đặt ra ở đây là vấn đề xử lý lập trình đảm bảo cho những đồng xu nhỏ vẫn có thể được nhận dạng một cách chính xác. c. Xác định mệnh giá và đếm số tiền: Sau khi nhận dạng tất cả các tín hiệu gửi về cho bộ xử lý trung tâm. Bộ xử lý trung tâm sẽ quyết định xem là những đồng tiền xu được đưa vào có hợp lệ hay không. Nếu những đồng xu này là hợp lệ thì các đồng xu sẽ được xác định mệnh giá và đưa qua bộ phận đếm tiền để kiểm tra xem có bao nhiêu đồng tiền được đưa vào. Nếu số tiền đưa vào là lớn hơn giá trị của lon nước được bán ra thì một hiển thị chọn sản phẩm sẽ được thông báo. Nếu số tiền không đủ thì bộ xử lý trung tâm sẽ thực hiện thời gian chờ nếu thời gian chờ quá lâu thì một thông báo lỗi sẽ được đưa ra và trả lại số tiền đã đưa vào. Một bộ đếm sản phẩm sẽ được gắn ở đây thường lấy đầu vào là một cảm biến vật cản hoặc hồng ngoại kết hợp với bộ xử lý trung tâm: Đề tài Máy bán nước tự động GVHD: Châu Hoàng Phương 19 2. Nhận dạng đồng xu bằng cảm ứng từ: Để nhận dạng bằng phương pháp này, cần phải thiết kế bộ xử lý tiền có hình dạng thích hợp. Trước tiên cần có máng dẫn có độ nghiêng để đồng xu lăn qua. Máng dẫn có độ nghi êng 150 - 350 để đồng xu lăn qua nhanh và đảm bảo kích hoạt cuộn dây đặt dọc trên nó. Trên máng dẫn này đặt các hộp đựng cuộn dây tương ứng cho các đồng xu 500, 1000, 2000, 5000. Mỗi hộp đựng cuộn dây chứa 3 cuộn dây v à các cuộn dây này có tổng trở bằng nhau. Các hộp đựng cuộn dây đều phải giống nhau về kích thước và đảm bảo đồng xu có kích thước lớn nhất qua lọt. Cuối đường dẫn là khe chặn bởi nam châm. Tại đây đồng xu sẽ rơi thẳng xuống hộp đựng tiền phía dưới nếu đồng xu hợp lệ và sẽ lăn trả ra ngoài nếu đồng xu không hợp lệ. Người ta sử dụng nguyên lý cảm ứng từ để nhận biết xu. Ta dựa trên sự biến đổi đó đưa qua Opamp so sánh để có được sự thay đổi tín hiệu dạng xung ra là 0/1. Cấu tạo bởi 3 cuộn dây giống nhau, đặt đồng tâm với nhau tạo thành 2 khe. Một khe dùng đặt xu mẫu và khe còn lại cho xu cần so sánh lăn qua. 2 cuộn bìa được ghép nối tiếp nhau. Một mạch tạo dao động với tần số cố định sử dụng op-amp1 có đầu ra qua tụ 104 đưa vào 2 cuộn bìa, và cảm ứng qua cuộn giữa. Đầu ra cuộn giữa được đưa vào một tầng op-amp 2 khuếch đại cho ra tín hiệu xung để so sánh. Khi cho xu mẫu vào khe và chưa cho xu lăn qua th ì tại ngõ ra của Op_amp 2 sẽ cho ra xung hình chóp cụt với tần số cố định và một giá trị biên độ nhất định. Lúc có xu lăn qua th ì biên độ xung thay đổi tuỳ thuộc vào khích thước và vật liệu của đồng xu cho vào. Nếu đường kính xu vào khác xu mẫu thì lượng chắn từ sẽ khác và biên độ đầu ra thay đổi khác so với xu đúng mẫu. Đối với xu đúng mẫu thì đầu ra thay đổi gần về zero. Lấy sự thay đổi này đưa qua op-amp 3 so sánh để có tín hiệu số thay đổi cần thiết đưa vào VĐK. Đề tài Máy bán nước tự động GVHD: Châu Hoàng Phương 20 Ta phân biệt xu với 4 tính chất đặt trưng cơ bản là: khối lượng, đường kính, bề dày, vật liệu. Điều này giúp cho việc nhận dạng trở nên chính xác hơn. Sơ đồ mạch nguyên lý: Đề tài Máy bán nước tự động GVHD: Châu Hoàng Phương 21 3. Nhận dạng đồng xu bằng điện tử: Lưu trữ những dữ liệu điện tử của đồng xu như tiêu chuẩn để nhận biết. Sử dụng chuỗi các thấu kính để đo đạc giá trị đồng xu chạy ngang qua rãnh. Mức độ an toàn cao, chống giả. Có thể sử dụng cho nhiều loại xu. Tính chương trình hoá cao. Đồng xu rơi xuống một rãnh trượt hay khe hẹp, tác động lên cánh tay đòn bẩy xem nó vượt quá hay thấp hơn khối lượng đặt trước. Nếu khối lượng đạt yêu cầu, đồng xu tiếp tục đi qua cảm biến hồng ngoại để xác định xem có đúng kích th ước đường kính và bề dày hay không. Đồng xu cuối cùng lăn qua dãy các lỗ theo thứ tự để phân loại vào đúng ống chứa. Những dữ liệu của đồng xu thu đ ược dọc trên Đề tài Máy bán nước tự động GVHD: Châu Hoàng Phương 22 đường sẽ được so sánh với tiêu chuẩn đã được lập trình trước. Sử dụng động cơ để đóng mở cửa phía trên ống phân loại xu để hoặc là cho xu vào ống hoặc dẫn hướng cho xu đi ra ngoài. 4. Nhận dạng đồng xu và polyme bằng công nghệ xử lý ảnh: Nhận dạng ảnh là quá trình xác định ảnh. Quá trình này thường thu được bằng cách so sánh với mẫu chuẩn đã được học (hoặc lưu) từ trước. Nội suy là phán đoán theo ý nghĩa trên cơ sở nhận dạng. Ví dụ: một loạt chữ số và nét gạch ngang trên phong bì thư có thể được nội suy thành mã điện thoại. Có nhiều cách phân loai ảnh khác nhau về ảnh. Theo lý thuyết về nhận dạng, các mô hình toán học về ảnh được phân theo hai loại nhận dạng ảnh cơ bản:  Nhận dạng theo tham số.  Nhận dạng theo cấu trúc. Ý tưởng của việc nhận dạng đồng xu bằng công nghệ xử lý ảnh là dùng một camera gắn ở đầu vào khi đưa đồng xu. Camera sẽ chụp hình đồng xu và gửi ảnh về cho bộ xử lý. Ở đây ta dùng một máy tính có lưu ảnh chuẩn của các đồng xu cần nhận dạng. Một chương trình phân tích sẽ đối chiếu sự sai lệch về hình ảnh của hai đồng xu ở mức cho phép từ đó sẽ đưa ra các xử lý khác. Phương pháp này rất tốn kém và chỉ thực sự đạt hiệu quả nếu lập trình chính xác và giảm thiếu sai sót. Hình 2.2 : Các bộ nhận dạng tiền xu Đề tài Máy bán nước tự động GVHD: Châu Hoàng Phương 23 VII. Khối trả tiền thừa: 1. Cấu tạo: Một máy bán hàng cần phải có cơ cấu trả lại tiền thừa cho người mua. Cơ cấu trả tiền phải chính xác và nhanh, đảm bảo trả lại đúng tiền thừa cho khách hàng. Có thể vận dụng nguyên lý mô tả trong hình dưới đây để thiết kế cơ cấu trả tiền. 2. Nguyên lý hoạt động: Vì cơ cấu trả tiền độc lập với cơ cấu nhận dạng, nên số tiền thừa để trả cho người mua phải được tích trữ sẵn trong ống chứa. Cảm biến quang được lắp gần đáy ống đựng tiền để báo nếu số tiền tích trữ n ày hết. Khi có tín hiệu yêu cầu trả tiền, động cơ DC quay đẩy đồng tiền nằm dưới cùng ra ngoài. Khi chạm phải công tắc hành trình thì động cơ DC ngay lặp tức quay trả về vị trí ban đầu đồng thời tiền thừa r ơi xuống hộc trả tiền. Kết thúc chu tr ình đẩy xu. Tùy theo số lần đẩy mà chương trình xử lý tính toán là bao nhiêu, động cơ DC quay và trả về đúng theo số lần đó. Đề tài Máy bán nước tự động GVHD: Châu Hoàng Phương 24 VIII. Khối đẩy lon nước ra ngoài: 1. Cấu tạo: Sản phẩm sẽ được trả cho khách hàng bằng cách sử dụng động cơ điện một chiều kết hợp với tay gạt sản phẩm : 2. Nguyên tắc hoạt động: Khi bộ xử lý trung tâm hoàn tất việc kiểm tra đúng số tiền, sản phẩm được chọn thì kích hoạt cho động cơ bước quay khoảng ¼ vòng đẩy lon nước qua máng nghiêng cho ra ngoài thùng ch ứa và người dùng có thể lấy để sử dụng. Đề tài Máy bán nước tự động GVHD: Châu Hoàng Phương 25 &4. MÔ TẢ QUÁ TRÌNH HOẠT ĐỘNG CỦA MÁY Quá trình giao dịch của máy và người mua bắt đầu kể từ lúc người mua đưa các đồng xu vào máy, chọn sản phẩm, nhận sản phẩm, nhận tiền thừa (nếu có dư). Giả sử giá trị mỗi lon nước là 5000đ, máy chỉ nhận tiền xu và polyme 1000đ và ch ỉ trả lại tiền thừa là 5000đ dạng xu. Nhận và kiểm tra tiền Chọn loại nước uống Đưa lon nước ra ngoài Trả tiền thừa Kết thúc giao dịch Hiển thị không đủ tiền & trả lại tiền >=5000đ <5000đ hoặc tiền không hợp lệ Đề tài Máy bán nước tự động GVHD: Châu Hoàng Phương 26 &5. MỘT SỐ LỖI CÓ THỂ XẢY RA TRONG KHI SỬ DỤNG Hệ thống bị lỗi trong khi thực hiện giao dịch là điều tồi tệ nhất làm mất uy tín của người dùng đối với nhà kinh doanh sản phẩm. Do đó nhà quản lý phải thường xuyên bảo trì và nâng cao chất lượng của dịch vụ nhằm thỏa mãn nhu cầu của người dùng. 1. Lỗi cơ khí: Đây là lỗi có thể xảy ra trong quá trình vận hành máy khi mà các chi tiết cơ khí không đồng bộ vói nhau hoặc sủ dụng qua một thời gian dưới tác động của môi trường phát sinh những hư hỏng ở các bộ phận truyền động, các motor. Các hư hỏng này khắc phục bằng việc bảo trì thường xuyên hệ thống cơ khí. 2. Lỗi mạch điện tử: Các linh kiện điện tử bị hư hỏng, bị lỗi trong quá trình hoạt động. Tuy nhiên với việc sử dụng những linh kiện chất lượng cao sẽ đảm bảo tính ổn định và hoạt động bền vững. 3. Lỗi nhận dạng: Lỗi này có thể do những nguyên nhân sau:  Tiền khi đưa vào ở trạng thái biến dạng gây lỗi nhận dạng sai.  Bộ cảm biến nhận dạng, bộ đếm bị lỗi. 4. Lỗi máy không trả tiền thừa và lon nước: Trường hợp này là trường hợp thường xảy ra ở một số máy bán nuớc tự động và thường là trường hợp mà người giao dịch mất niềm tin nhất vào hệ thống trên. Nguyên nhân chính thường là hệ thống cơ khí đưa nước ra bị lỗi. Tùy theo từng lỗi mà nhà quản lý sẽ có cách khắc phục riêng. Đề tài Máy bán nước tự động GVHD: Châu Hoàng Phương 27 KẾT LUẬN Máy bán nước tự động ra đời sẽ mang lại rất nhiều tiện ích trong việc cung cấp các thức uống giải khát một cách nhanh chóng và tiện lợi. Trong tương lai những thiết bị tự động như máy bán nước sẽ làm tăng hiệu quả sản xuất và giảm chi phí cho con người trong việc bán sản phẩm. Tuy nhiên ở nước ta nhiều nơi những thiếc bị như máy bán nước vẫn còn là mặt hàng xa xỉ. Nhận dạng tiền xu trong các máy bán nước tương đối dễ dàng nhưng để nhận dạng tiền Polyme cần phải có những công nghệ phức tạp như xử lý ảnh, đồ họa. Đề tài chúng em tìm hiểu còn khá nhiều hạn chế chỉ dừng lại ở mức độ mô hình nghiên cứu và chưa có điều kiện khai thác cấu tạo thực tế của máy bán nước. Nhóm chúng em hy vọng một ngày nào đó sẽ có điều kiện tìm hiểu cụ thể hơn. Một lần nữa em xin gửi lời cám ơn đến thầy Châu Hoàng Phương đã giúp đỡ nhóm trong quá trình hoàn thành đề tài. TÀI LIỆU THAM KHẢO:  Đồ án Máy bán nước tự động bằng PLC của ĐHBK Đà Nẵng  