Thiết kế và phát triển máy bán bắp rang bơ tự động

GIỚI THIỆU

Tính cấp thiết của đề tài

Bắp rang bơ, hay còn gọi là bắp bung hoặc bỏng ngô, là món ăn phổ biến tại các rạp chiếu phim Món ăn này có thể dễ dàng làm tại nhà với nguyên liệu đơn giản như bắp hạt, dầu ăn, bơ, đường và một số hương liệu khác Tuy nhiên, việc chuẩn bị nguyên liệu có thể khó khăn đối với những ai muốn thưởng thức món ăn này ngay lập tức Để giải quyết vấn đề này, sự phát triển của khoa học kỹ thuật đã mang đến nhiều mẫu mã và kiểu dáng máy rang bắp, giúp việc chế biến trở nên thuận tiện hơn.

Máy làm bắp bung truyền thống vẫn cần sự can thiệp của con người, nhưng để giảm chi phí nhân công, máy bán bắp rang bơ tự động đã được phát triển, mặc dù chưa phổ biến tại Việt Nam Đề tài "Máy bán bắp rang bơ tự động" nhằm nâng cao khả năng sáng tạo trong thiết kế và thi công các bộ phận cơ khí, mạch điện và lập trình điều khiển, đồng thời ứng dụng công nghệ hiện đại vào cuộc sống, góp phần phát triển nền công nghệ khoa học kỹ thuật nước ta.

Máy bán bắp rang bơ tự động là giải pháp tiện lợi cho việc mua bắp bung ở những nơi công cộng như trung tâm mua sắm và khu vui chơi giải trí Với thiết kế tự động, máy giúp tiết kiệm công sức lao động và mang lại sự thuận tiện cho người tiêu dùng khi muốn thưởng thức món ăn này bất cứ lúc nào.

Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài

Nhờ vào những tiến bộ công nghệ, chúng ta có thể phát triển các loại máy tự động như máy bán nước, máy nạp thẻ điện thoại và máy đóng gói Đề tài này sẽ mở ra cơ hội học tập và nghiên cứu cho sinh viên các ngành kỹ thuật tại trường Đại học Sư Phạm Kỹ Thuật TP.HCM Nếu dự án “Máy bán bắp rang bơ tự động” thành công, nó có thể được thương mại hóa với chất lượng tốt và giá cả hợp lý, đáp ứng nhu cầu của khách hàng.

Hiện nay, nhiều quốc gia như Nhật Bản và Mỹ đã phát triển thành công máy bán hàng tự động, bao gồm cả máy bán bắp bung tự động Sự ứng dụng công nghệ vào các dịch vụ này đã góp phần nâng cao chất lượng cuộc sống xã hội.

Nhóm nghiên cứu hướng tới việc phát triển một mô hình máy bán bắp rang bơ tự động, nhằm thúc đẩy việc ứng dụng khoa học kỹ thuật vào đời sống xã hội tại Việt Nam ngày càng nhiều hơn.

Mục tiêu nghiên cứu của đề tài

 Nghiên cứu về phương pháp làm bắp bung

 Tìm hiểu các cơ cấu cấp nguyên liệu, định lƣợng

 Thiết kế khung cơ khí và bộ điều khiển theo yêu cầu của đề tài

 Tạo ra sản phẩm có kết cấu và hoạt động theo yêu cầu đặt ra ban đầu

 Thực nghiệm, đánh giá và đưa ra hướng phát triển.

Đối tƣợng và phạm vi nghiên cứu của đề tài

1.4.1 Đối tƣợng của đề tài Đối tượng chính của đề tài là các phương pháp làm bắp rang bơ, từ thủ công đến bán tự động và tự động hoàn toàn

1.4.2 Phạm vi của đề tài

Máy bán bắp rang bơ tự động là sản phẩm tích hợp nhiều tính năng công nghệ cao Trong khuôn khổ đề tài tốt nghiệp, nhóm sẽ tập trung phát triển một máy rang bắp hoàn chỉnh, có khả năng hoạt động tự động và đáp ứng các yêu cầu cơ bản.

 Tự động cấp nguyên liệu, rang bắp, cấp ra ly

 Dùng thẻ RFID để nhận tín hiệu để máy hoạt động

 Máy không có tính năng lưu trữ, giữ hâm nóng bắp đã nung, mà rang mảng nào sẽ xuất hết ra ly mảng đó (dự kiến tối đa 3 ly)

 Máy chỉ sử dụng một mạch tích hợp vi điều khiển 8bit để làm bộ điều khiển trung tâm kết hợp với các driver, module mạch khác

 Cơ cấu máy, vỏ máy đƣợc chế tạo bằng các vật liệu đơn giản

 Có phần hiển thị, giao tiếp điều khiển với người mua.

Phương pháp nghiên cứu của đề tài

Để đưa đề tài vào vận hành thực nghiệm hiệu quả, cần kết hợp giữa các nghiên cứu lý thuyết và những kỹ năng, kinh nghiệm thực tế đã tích lũy trong quá trình học tập và nghiên cứu.

Để đạt được mục tiêu của đề tài, nhóm nghiên cứu đã lựa chọn phương pháp tìm hiểu thông tin và quan sát quy trình sản xuất bắp rang bơ Nhóm cũng đã tham khảo các cấu trúc và cơ cấu của các loại máy thực tế, từ đó phân tích và chọn lọc những yếu tố phù hợp để ứng dụng vào đề tài nghiên cứu.

Kết cấu của đồ án

Sơ đồ 1.1 Kết cấu đồ án

TỔNG QUAN NGHIÊN CỨU ĐỀ TÀI

Máy bán bắp rang bơ tự động

Máy bán bắp rang bơ tự động đang ngày càng trở nên phổ biến trên toàn cầu, đặc biệt là ở các quốc gia phát triển như Nhật Bản và Mỹ Những thiết bị này chủ yếu được sản xuất bởi các công ty có dây chuyền sản xuất chuyên nghiệp, đảm bảo hoạt động hiệu quả và chính xác Giá thành của máy phụ thuộc vào các chức năng mà nó có thể thực hiện, mang lại sự linh hoạt cho người sử dụng.

Nhóm nghiên cứu đang phát triển một máy bán bắp rang bơ tự động, tích hợp các cơ cấu tự động để cung cấp sản phẩm bắp bung cho người dùng Người dùng chỉ cần sử dụng thẻ RFID để nhập thông tin, chọn số ly bắp cần mua và nhấn nút Start để bắt đầu quá trình rang.

Máy bán bắp rang bơ tự động được cấu thành từ nhiều bộ phận quan trọng, bao gồm bộ phận cấp nguyên liệu, bộ phận rang bắp, bộ phận cấp ly và bộ phận định lượng, giúp tối ưu hóa quy trình sản xuất và phục vụ khách hàng hiệu quả.

Sơ bộ về quá trình hoạt động của máy:

 Nhận tín hiệu từ thẻ RFID (Mô phỏng quá trình giao dịch)

 Chọn số ly (tối đa 3 ly), nhấn nút Start

 Tới các mức nhiệt độ xác định, máy sẽ tự động cấp dầu, bắp, đường

 Tới mức nhiệt độ thích hợp, máy hoàn thành quá trình rang bắp

 Đổ bắp bung xuống phễu chứa

 Đổ bắp bung vào ly theo định lƣợng sẵn đúng một ly.

Sơ lƣợc về các loại máy rang bắp tự động

Máy làm bắp rang và máy bán bắp rang tự động hiện có nhiều mẫu mã, hình thức và công suất trên thị trường Tùy thuộc vào nhu cầu của người sử dụng hoặc doanh nghiệp, sẽ có những kiểu máy phù hợp Hầu hết các loại máy này đều được sản xuất và nhập khẩu từ nước ngoài, chủ yếu là máy rang bắp tự động, nhưng không có chức năng tự động giao dịch với người mua.

Một số kiểu máy rang bắp tự động điển hình:

2.2.1 Kiểu máy rang bắp với số lƣợng lớn

Model MS-P1 của công ty Henan Machinery and Equipment Company Limited

Hình 2.1 Model MS-P1 (nguồn – alibaba.com)

Thông số kỹ thuật chính của máy:

 Hình thức hoạt động: Bán tự động

 Nguồn năng lƣợng: Điện và gas

Với kích thước nồi rang lớn, máy rang bắp có khả năng sản xuất một lượng lớn bắp rang trong thời gian ngắn, rất phù hợp cho các địa điểm có nhu cầu cao như rạp chiếu phim hoặc doanh nghiệp sản xuất bắp rang đóng hộp.

2.2.2 Kiểu máy rang bắp với số lượng ít, kích thước nhỏ

Model DL-BMHJ02 của công ty Nanchang Dulong Industry Limited

Hình 2.2 Model DL-BMHJ02 (nguồn – alibaba.com)

Thông số kỹ thuật chính của máy:

 Hình thức hoạt động: bán tự động, đun nóng bằng gas

Máy có kích thước nhỏ gọn, thích hợp sử dụng trong gia đình cũng như buôn bán nhỏ lẻ, vỉa hè

Model PM-909 của công ty Zhengzhou Minsta Commerce & Trade Co.,Ltd

Hình 2.3 Model PM-909 (Nguồn – alibaba.com)

Thông số kỹ thuật chính của máy:

Kích thước nhỏ gọn, sử dụng hoàn toàn bằng điện, an toàn cho người sử dụng, thích hợp sử dụng trong gia đình hoặc trong kinh doanh

2.2.3 Kiểu máy rang bắp và giao dịch tự động với người mua

Model OR – RC – 009 của công ty Zhenzhou AllRaise Imp & Exp Co.,Ltd

Hình 2.4 Model OR – RC – 009(Nguồn – alibaba.com)

Thông số kỹ thuật chính của máy:

Máy rang bắp tự động giúp tiết kiệm sức lao động con người bằng cách tự động chế biến và phục vụ sản phẩm Thiết bị này có thể được đặt tại các địa điểm công cộng và khu vui chơi giải trí, hoạt động liên tục để phục vụ khách hàng mọi lúc Giao dịch được thực hiện dễ dàng thông qua việc sử dụng tiền xu.

Phương pháp làm bắp rang

2.3.1 Tìm hiểu quy trình sao rang [2]

Bản chất của sao và rang theo quan điểm nhiệt học đều là quá trình xử lý nhiệt, trong đó nhiệt được truyền vào sản phẩm thông qua dẫn nhiệt và bức xạ nhiệt, đồng thời nguyên liệu được đảo trộn liên tục để đảm bảo sự đồng đều trong quá trình chế biến.

Quá trình sao diễn ra khi nguyên liệu hoặc bán chế phẩm ở dạng lá hoặc sợi, như chè và thuốc lá Đối với nguyên liệu có dạng hạt hoặc viên, quá trình này được gọi là khác.

Sao khô là phương pháp hiệu quả để kéo dài thời gian bảo quản sản phẩm bằng cách giảm thiểu quá trình thủy phân do hút ẩm sau chế biến Ngoài ra, quá trình này còn giúp tiêu diệt vi sinh vật xâm nhập, đồng thời tạo ra hình dáng và màu sắc đặc trưng cho sản phẩm Một ví dụ điển hình là việc sao chè ở nhiệt độ từ 60-70 độ C.

Rang làm chín và tạo hương cho sản phẩm Ví dụ rang bắp, rang lạc nhân

2.3.1.3 Đặc điểm của quá trình sao rang

Theo quan điểm vật lý, quá trình sản xuất diễn ra từ nguyên liệu đến bán sản phẩm, sau đó là biến dạng và cuối cùng là sản phẩm hoàn chỉnh Nguyên liệu và bán chế phẩm tồn tại dưới dạng rắn, rời, và chúng trải qua sự thay đổi về thể tích và diện tích nhờ vào việc truyền nhiệt gián tiếp từ thành thiết bị, thông qua dẫn nhiệt và bức xạ nhiệt Kết quả là sản phẩm cuối cùng có thể có kích thước và thể tích nhỏ hơn hoặc lớn hơn, nhưng vẫn giữ nguyên dạng rắn, rời.

Trong quá trình sao rang, yêu cầu về nhiệt độ của nguyên liệu và sản phẩm là phải đồng đều toàn khối, đạt tiêu chuẩn theo mục đích sử dụng và duy trì nhiệt độ này trong một khoảng thời gian nhất định.

Biến đổi vật lý hóa:

 Nước và một số phân tử lượng nước bay hơi, làm trương nở, giảm khối lƣợng, tỷ trọng hạt

Màu sắc là yếu tố quan trọng nhất trong quá trình rang nguyên liệu Đối với các loại hạt như cà phê, màu sắc chuyển sang nâu sẫm và sáng bóng, trong khi bắp ngô và đậu phộng có màu vàng nhạt Bên cạnh đó, quá trình bay mùi cũng diễn ra do các hợp chất bay hơi.

 g g 1 , 2 trọng lƣợng ban đầu và ban cuối của nguyên liệu, sản phẩm (kg)

 W , W 1 2 độ ẩm ban đầu và ban cuối của nguyên liệu, sản phẩm (%)

 Trọng lƣợng riêng của nguyên liệu và sản phẩm đƣợc xác định bằng thực nghiệm

 Nhƣ vậy, nguyên nhân gây ra sự biến đổi vật lý nói trên chủ yếu là do sự thoái ẩm và tổn thất các chất bay hơi

2.3.1.4 Các phương pháp thực hiện quá trình

Sao là quá trình nung nóng nguyên liệu hoặc bán chế phẩm, giữ chúng ở trạng thái nóng và đảo trộn liên tục trong thiết bị Quá trình này diễn ra thông qua việc truyền nhiệt gián tiếp, sử dụng dẫn nhiệt và bức xạ nhiệt từ thành thiết bị đến nguyên liệu hoặc bán chế phẩm.

Phương pháp nâng nhiệt khối nguyên liệu có thể tiến hành theo hai cách:

 Phương pháp nâng nhiệt thứ nhất: thiết bị được nung nóng trước đến nhiệt độ yêu cầu, rồi mới cho nguyên liệu hoặc bán chế phẩm vào sao, rang

Phương pháp nâng nhiệt thứ hai bắt đầu với việc thiết bị và nguyên liệu có cùng nhiệt độ ban đầu khi tiếp xúc Sau đó, nhiệt độ được gia tăng dần dần, tạo ra sự chênh lệch nhiệt độ ∆t giữa chúng.

Cả hai phương pháp đều yêu cầu nung nóng nguyên liệu đến nhiệt độ cần thiết và sau đó tiếp tục gia nhiệt để duy trì nguyên liệu ở trạng thái nóng trong một khoảng thời gian nhất định.

Phương pháp nâng nhiệt thứ nhất: thường áp dụng cho nguyên liệu dạng hạt, nhất là dạng nguyên liệu chứa độ ẩm cao, chứa nhiều tinh bột

Hình 2.5 Đồ thị phương pháp nâng nhiệt thứ nhất

Phương pháp nâng nhiệt thứ hai thường được áp dụng cho các nguyên liệu dạng lá, đặc biệt là lá tươi Phương pháp này giúp đình chỉ hoạt động của enzyme trong một khoảng thời gian ngắn.

Hình 2.6 Đồ thị phương pháp nâng nhiệt thứ hai

2.3.2 Sơ lƣợc về bắp bung

Bắp bung, hay còn gọi là bỏng ngô, được chế biến từ hạt bắp (ngô) bằng cách rang chúng ở nhiệt độ cao, khiến các hạt nổ tung và phát ra âm thanh nhẹ.

Nguyên nhân khiến hạt ngô nổ và bung ra là do sự giải phóng lượng nước và tinh bột bị nén bên trong hạt Khi nhiệt độ tăng, nước bắt đầu sôi và chuyển thành hơi nước, tạo ra áp lực bên trong hạt ngô Khi áp lực này vượt quá khả năng chịu đựng của hạt, nó sẽ nở bung ra Các nhà khoa học đã xác định rằng vỏ xenlulôza bao quanh cơm hạt ngô là yếu tố chính quyết định khả năng nổ của chúng.

Theo như nhóm tìm hiểu qua các loại máy rang bắp hiện có, có 2 phương pháp cơ bản để chúng ta có thể tạo ra bắp bung:

 Dùng nồi nhiệt làm bề mặt tiếp xúc trực tiếp với hạt bắp

 Dùng hơi nóng thổi vào hạt bắp

2.3.3 Phương pháp dùng nồi nhiệt

Nồi rang bắp là phương pháp phổ biến nhất để làm bắp bung Nồi này có thể được làm nóng bằng bếp ga, bếp hồng ngoại hoặc các loại nồi có lõi tạo nhiệt bên trong.

2.3.4 Phương pháp dùng hơi nóng

Hình 2.8 Cơ cấu máy rang bắp bằng hơi nóng

Hơi nóng từ bộ phận tạo nhiệt được thổi vào buồng chứa hạt bắp, làm nóng không khí bên trong Khi đạt đến nhiệt độ nhất định, hạt bắp sẽ nổ và theo luồng hơi bay lên, thoát ra ngoài qua ống dẫn.

Các phương pháp định lượng [3]

2.4.1 Mục đích và phạm vi ứng dụng Định lƣợng nguyên liệu, định lƣợng vật liệu bổ sung và định lƣợng thành phẩm có ý nghĩa rất lớn để đảm bảo năng suất và hiệu suất sản xuất cũng nhƣ mọi chỉ tiêu chất lƣợng của sản phẩm Đối tƣợng định lƣợng rất đa dạng và phong phú nhƣ: dạng rời, lỏng ít nhớt, lỏng nhớt, đậm đặc, dẻo, nhão, quánh Do đó, tùy theo cấu tạo và tính chất của sản phẩm cần định lượng mà có các phương pháp và các thiết bị định lượng khác nhau

Các cơ cấu định lượng thường được đặt ngay dưới các bộ phận chứa nguyên liệu hoặc trước các máy hoặc thiết bị chế biến hoặc các máy trộn…

Sơ đồ 2.1 Các phương pháp định lượng

2.4.3 Định lƣợng vật liệu rời Để định lượng vật liệu rời hay các loại sản phẩm hạt, người ta dùng các cơ cấu định lƣợng thể tích và trọng lƣợng, định lƣợng liên tục và từng phần

Máy định lượng cấp liệu liên tục phổ biến bao gồm các loại như thùng, đĩa, vít tải, băng tải, máy lắc, pit-tông, rung lắc và dao động Ngoài ra, còn có các thiết bị trọng lượng hoạt động tự động và bán tự động, giúp tối ưu hóa quy trình cấp liệu trong sản xuất.

Một số cơ cấu định lƣợng vật liệu rời phổ biến

Hình 2.9 Các thùng định lượng a) Thùng định lƣợng hình trụ b) Thùng định lƣợng có cạnh c) Thùng định lƣợng có hốc d) Thùng định lƣợng có cánh

Năng suất thùng cấp liệu kiểu tang trơn đƣợc tính theo công thức:

F: Diện tích tiết diện của lỗ (m 2 ) v: Tốc độ trung bình của sản phẩm chảy qua lỗ (m/s) k: Hệ số chứa đầy của cửa xuống liệu, phụ thuộc khối lƣợng riêng của hạt γ: Trọng lƣợng riêng của sản phẩm (kg/m 3 ) Tốc độ vòng của thùng từ 0.025m/s đến 1m/s Năng suất của thùng có thể điều chỉnh bằng tấm chắn thay đổi chiều dầy của lớp sản phẩm đi vào, hoặc thay đổi số vòng quay của tang

Hình 2.10 Cấu tạo đĩa định lượng

Đĩa quay mâm định lượng là một thiết bị quay nằm ngang, với sản phẩm được điều chỉnh thông qua ống tiếp liệu di động bên ngoài ống tháo của boong ke Động cơ điện quay trục thẳng đứng thông qua cơ cấu truyền động, đảm bảo quá trình vận hành hiệu quả.

Năng suất của đĩa định lƣợng đƣợc tính theo công thức:

Trong đó: ρ: Khối lƣợng riêng của hạt hoặc bột (kg/m3) h: Chiều cao nâng ống tiếp liệu so với đĩa (m) n: Số vòng quay của đĩa (vòng/phút)

R: Bán kính ống tiếp liệu (m) φ: Góc nghiêng tự nhiên của khối vật liệu khi chuyển động (độ)

Khả năng điều chỉnh năng suất:

- Thay đổi vòng quay của trục (4)

- Dịch chuyển vị trí ống di động (3)

Vít định lƣợng dùng để cấp và định lƣợng sản phẩm dạng hạt, cục nhỏ và dạng bột trong những trường hợp bỏ qua hiện tượng nghiền nát

Năng suất của vít định lƣợng đƣợc xác định theo công thức:

D: Đường kính vít xoắn (m) S: Bước vít (m) S = (0.8 – 1.0) D K: Hệ số đổ đầy, K = 0.8 - 1.0 n: Số vòng quay của vít xoắn trong 1 phút Đối với sản phẩm linh động n = 40 – 80 v/ph, ít linh động hơn thì n = 20 – 40 v/ph γ: Khối lƣợng riêng của sản phẩm (kg/m 3 ) Để tránh vật liệu tích tụ trong vít định lƣợng cần phải đảm bảo tỉ lệ:

D ≥ (4-5).DC (mm) Trong đó: DC : kích thước lớn nhất của cục sản phẩm

Băng tải định lƣợng dùng để cấp và định lƣợng vật liệu cục nhỏ cũng nhƣ vật

 Băng tải định lƣợng theo thể tích

 Bằng tải định lƣợng theo trọng lƣợng

2.4.4 Định lƣợng vật liệu lỏng

Nguyên lý: chất lỏng được định lượng chính xác nhờ bình định mức trước khi chiết, rót vào vật chứa

2.4.4.2 Chiết rót tới mức cố định

Nguyên lý chiết rót chất lỏng vào chai là chiết đầy cho đến khi đạt mức cố định, sau đó lấy khối thể tích bù trừ ra khỏi chai, dẫn đến mức lỏng sụt xuống một khoảng giống nhau, bất kể thể tích chai có đồng nhất hay không Bên cạnh đó, việc sử dụng ống thông hơi giúp chất lỏng dừng lại khi ngập miệng ống, tuy nhiên phương pháp này có độ chính xác không cao và phụ thuộc vào độ đồng đều của chai.

2.4.4.3 Chiết rót theo thời gian

Nguyên lý của phương pháp này là cho chất lỏng chảy vào chai trong một khoảng thời gian xác định, với thể tích chất lỏng được xem như không đổi Phương pháp này chỉ thích hợp cho các sản phẩm có giá trị thấp và không yêu cầu độ chính xác cao về định lượng.

PHƯƠNG HƯỚNG VÀ CÁC GIẢI PHÁP THỰC HIỆN

Yêu cầu của đề tài

Thiết kế và thi công lắp đặt máy với các bộ phận:

 Cơ cấu cấp nguyên liệu tự động

 Cơ cấu cấp ly tự động

 Cơ cấu định lƣợng sản phẩm

Thiết kế và lắp đặt tủ điều khiển

Lập trình điều khiển máy hoạt động theo yêu cầu đề ra (máy vận hành hoàn toàn tự động)

Phương hướng và giải pháp thực hiện

Máy bán hàng tự động cần có thiết kế nhỏ gọn và đơn giản để phù hợp với nhiều không gian khác nhau Ngoài ra, trọng lượng của máy cũng phải nhẹ để dễ dàng trong việc vận chuyển.

3.2.1.1 Phương án khung bằng inox

Inox hay còn đƣợc gọi là thép không gỉ là một dạng hợp kim của sắt có chứa tối thiểu 10.5% Crom

 Ƣu điểm: độ cứng, độ bền cao, tính chống ăn mòn cao, hình thức sáng bóng, đẹp thích hợp làm khung, vỏ bên ngoài

 Nhƣợc điểm: giá thành cao

3.2.1.2 Phương án khung bằng thép

Thép hộp mạ kẽm là loại vật liệu đƣợc sử dụng phổ biến trong việc làm khung, giá đỡ, bảng quảng cáo…

 Ƣu điểm: độ cứng, độ bền cao, giá thành rẻ, dễ gia công

 Nhƣợc điểm: tính chống ăn mòn kém, thô nhám

3.2.1.3 Phương án vỏ máy khép kín hoàn toàn và gia công cố định

Vật liệu: dạng tấm mỏng có thể là nhôm, thép, inox… Đây là các vật liệu dạng

Các tấm vật liệu này sẽ đƣợc hàn hoặc bắt vít cứng vào khung máy tạo nên vỏ bao bọc toàn bộ máy

3.2.1.4 Phương án vỏ máy có thể đóng mở dễ dàng

Vật liệu: dạng tấm mỏng có thể là nhôm, thép, inox…

Các tấm vật liệu được hàn hoặc bắt vít chắc chắn vào khung cửa bằng thép hộp, sau đó được lắp vào khung máy thông qua các tấm bản lề, cho phép cánh cửa mở ra và đóng vào một cách dễ dàng.

Kết luận: Sau khi xem xét các ưu và nhược điểm của các phương án, nhóm quyết định chọn phương án khung bằng thép hộp với vỏ máy có khả năng đóng mở linh hoạt bằng cửa, nhằm đảm bảo phù hợp với kinh phí và tính linh hoạt của vật liệu.

Yêu cầu về thiết bị:

 Thiết bị không chịu áp nhƣng chịu nhiệt

 Vật liệu có hệ số truyền nhiệt cao để phân bố nhiệt độ đều, không gỉ

 Thể tích hữu ích = 1/3 ÷ 1/2 thể tích thiết bị

 Năng suất máy phụ thuộc nguyên liệu, thể tích hữu ích và thời gian rang

Nguyên lý hoạt động của máy nổ bắp là hạt bắp được đưa vào buồng chứa, nơi có hơi nóng được thổi vào bằng quạt công suất lớn Khi nhiệt độ trong buồng đạt mức cần thiết, hạt bắp sẽ nở ra, tạo thành những bắp ngô to và nhẹ Sau khi nở, các hạt bắp sẽ được quạt thổi ra ngoài qua đường dẫn xuống ly chứa Ưu điểm của phương pháp này là tạo ra bắp nổ với kích thước lớn và độ giòn cao.

 Hạt bắp nở bung, không bị cháy

 Kết cấu đơn giản, dễ chế tạo

 Thất thoát công suất do nhiệt truyền qua không khí và thoát ra ngoài

 Hoạt động của quạt gió gây tiếng ồn lớn

 Chỉ rang số lƣợng ít

 Không trộn chung đƣợc với dầu và bơ trong quá trình rang, hạt bắp không thấm gia vị

Hạt bắp được đưa vào nồi cùng với dầu, bơ và đường, trong khi bộ phận trộn đều hỗn hợp Nhiệt độ được cung cấp trực tiếp từ mâm nhiệt ở đáy nồi, giúp bắp nở đều khi đạt nhiệt độ nhất định và sau đó được trút vào phễu chứa.

 Nhiệt truyền trực tiếp qua lớp vỏ nồi nên công suất ít bị thất thoát, thời gian rang bắp nhanh hơn

 Gia vị đƣợc trộn chung với hạt bắp trong quá trình rang, cho mùi thơm và có vị béo ngọt hơn

 Có thể rang số lƣợng lớn bắp trong một lần

 Cơ cấu phức tạp, đòi hỏi lắp đặt chính xác và cứng vững

 Rang bắp dễ bị cháy

Kết luận: Sau khi so sánh các tính chất của hai phương án làm bắp rang bơ, nhóm nhận thấy rằng phương án sử dụng nồi rang bằng nhôm không chỉ đáp ứng tốt các yêu cầu của phương pháp rang mà còn tạo ra hương vị thơm ngon cho bắp Phương án này giúp giảm thiểu thất thoát nhiệt và rút ngắn thời gian thực hiện Do đó, nhóm quyết định chọn nồi rang để tiến hành.

3.2.2.3 Phương án chọn vị trí đặt nồi

Máy rang bắp hoạt động qua nhiều quy trình, yêu cầu các cơ cấu được bố trí tối ưu để đảm bảo hiệu suất Sau khi hoàn thành quá trình rang, bắp sẽ được đưa vào phễu chứa Từ đây, cơ cấu tách ly sẽ làm cho ly rơi xuống, và máy sẽ định lượng lượng bắp cần thiết để cho vào ly.

Xét trường hợp đặt nồi trên cao: sau khi bắp rang xong, xoay nồi lại khoảng

160 o Lƣợng bắp bung sẽ đƣợc đổ hoàn toàn vào phễu chứa, tách ly rơi xuống phía dưới, định lượng lượng bắp rơi xuống ly

Khi đặt nồi ở vị trí thấp, sau khi rang xong, việc đổ bắp ra phễu chứa sẽ gặp khó khăn vì phễu chứa bắp ở vị trí thấp Điều này khiến việc định lượng bắp ra ly trở nên phức tạp, buộc chúng ta phải sử dụng thêm cơ cấu truyền tải để đẩy bắp ra ly Thay vào đó, chúng ta có thể tận dụng lực hút trái đất để bắp rơi từ trên cao xuống vị trí thấp, giúp đơn giản hóa quy trình.

3.2.3 Cơ cấu cấp nguyên liệu

3.2.3.1 Phương án cấp nguyên liệu dạng rời

Nguyên liệu sử dụng trong bài viết này bao gồm hạt bắp và đường, cả hai đều là vật liệu rời có kích thước nhỏ Việc định lượng các vật liệu dạng rời có nhiều phương pháp khác nhau, tuy nhiên, hầu hết các thiết bị được sử dụng trong công nghiệp thường có cấu tạo phức tạp và kích thước lớn.

Với yêu cầu nhỏ gọn, đơn giản và hiệu quả, nhóm chọn cơ cấu truyền tải bằng trục vít

3.2.3.2 Phương án cấp nguyên liệu dạng lỏng

Yêu cầu: Nguyên liệu cần định lƣợng là dầu ăn Cơ cấu phải nhỏ gọn, hoạt động hiệu quả, không yêu cầu độ chính xác cao

Dựa trên yêu cầu, nhóm đã quyết định sử dụng phương pháp định lượng thể tích để cấp nguyên liệu Cơ cấu này hoạt động theo nguyên lý của bình định lượng, nhưng đã được điều chỉnh để phù hợp hơn với đề tài nghiên cứu.

Bắp rang bơ là món ăn nhẹ, khô, thường được đóng gói trong các bao bì đơn giản như túi giấy, ly nhựa hoặc ly giấy cao cấp, phổ biến trong các dịch vụ thức ăn nhanh và quán cà phê.

Ly giấy PO là lựa chọn lý tưởng cho việc cấp bao bì tự động nhờ vào hình dạng cố định và độ cứng tương đối Loại ly này rất phổ biến trong ngành thực phẩm, đặc biệt là cho các mặt hàng đồ ăn và thức uống mang đi, với thiết kế gọn nhẹ và sang trọng, đồng thời đảm bảo an toàn vệ sinh thực phẩm Do đó, nhóm đã quyết định sử dụng ly giấy PO để chứa bắp sau khi rang.

Nhóm đã quyết định sử dụng bao bì ly giấy PO có độ cứng tương đối cho sản phẩm, đồng thời chọn phương án tách ly bằng lưỡi gạt và đỡ chặn để đảm bảo tính an toàn và hiệu quả trong quá trình vận chuyển.

Nguyên lý hoạt động của hệ thống này là ly được xếp chồng lên nhau trong một ống nhựa thẳng đứng Dưới ống chứa, có cơ cấu gạt và đỡ chặn ly, được điều khiển bởi động cơ DC Khi ly được tách ra khỏi ống, chúng sẽ được giữ lại phía dưới nhờ bệ đỡ.

3.2.5 Cơ cấu định lƣợng sản phẩm

Mục đích của bài viết là xác định lượng bắp rang tương ứng với thể tích của ly, nhằm đơn giản hóa quy trình chế tạo Nhóm nghiên cứu đã chọn phương án định lượng sản phẩm dựa trên thể tích để dễ dàng đưa sản phẩm ra ly.

TÍNH TOÁN VÀ THIẾT KẾ

Phần cơ khí

4.1.1 Các cơ cấu chấp hành chính trong máy

4.1.1.1 Cơ cấu cấp nguyên liệu a Cơ cấu cấp bắp

Hình 4.1 Mô phỏng cơ cấu cấp bắp

 Cấu tạo gồm hai khối hộp chữ nhật và khối chóp ghép lại với nhau Kích thước tổng quan 200x110x100mm và có thể tích khoảng 2(lit)

 Với thể tích 1.8(lit) có thể chứa 1.5(kg) hạt bắp

Để thuận tiện cho việc thiết kế và gia công bắp khô dạng hạt, phương án sử dụng vít định lượng là lựa chọn tối ưu, giúp hoạt động diễn ra một cách hiệu quả.

 Ta có đường kính lớn nhất hạt bắp D c  6( mm ) Để tránh vật liệu tích tụ trong vít định lƣợng cần phải đảm bảo tỉ lệ:

 Động cơ bước nối với vít tải qua nối trục đàn hồi Dẫn động làm quay vít tải

Động cơ bước được kết nối trực tiếp với vít tải, giúp truyền động hiệu quả Khi động cơ bước quay, nó làm cho vít tải xoay và đẩy tải bắp vào ống cấp liệu của nồi.

 Để rang đƣợc một ly bắp ta cần khoảng 30g bắp hạt Với lƣợng bắp nhƣ trên vít tải cần xoay 1.5 vòng b Cơ cấu cấp đường

Hình 4.2 Mô phỏng cơ cấu cấp đường

Để tối ưu hóa quy trình gia công và giảm chi phí sản xuất, chúng ta thiết kế hộp chứa đường theo cách tương tự như hộp chứa bắp, nhằm đảm bảo hiệu quả hoạt động.

 Cấu tạo gồm hai khối hộp chữ nhật và khối chóp ghép lại với nhau Kích thước tổng quan 200x110x70mm và có thể tích khoảng 1.2(lit)

 Lượng đường chứa được khoảng 1.3(kg)

Do hạt đường có kích thước nhỏ, hiện tượng nghiền nát có thể được bỏ qua Để thuận tiện cho thiết kế, gia công và hoạt động hiệu quả, phương án sử dụng vít định lượng là lựa chọn hợp lý.

 Ta có đường kính lớn nhất hạt đường D c  1( mm ) Để tránh vật liệu tích tụ trong vít định lƣợng cần phải đảm bảo tỉ lệ:

- Động cơ bước nối với vít tải qua nối trục đàn hồi Dẫn động làm quay vít tải

Động cơ bước được kết nối trực tiếp với vít tải, cho phép khi động cơ quay, vít tải cũng quay theo Quá trình này dẫn đến việc tải bắp được đưa vào ống cấp liệu vào nồi.

 Để đảm bảo đủ độ ngọt, mà không làm cháy bắp ta cấp khoảng 5gam đường Khi đó động cơ bước cần quay 3 vòng c Cơ cấu cấp dầu

Hình 4.3 Mô phỏng cơ cấu cấp dầu

 Để đơn giản cho việc thiết kế chế tạo, ta sử dụng ống tiêm, mà vẫn đảm bảo yêu cầu hoạt động

 Hành trình pittong 130(mm), xy lanh chứa 60ml dầu

 Để tăng khả năng chứa dầu, xy lanh đƣợc kết nối bình chứa dầu, có thể tích 1lit

 Mỗi ly bắp ta cần 15(ml) dầu

 Bánh vít đƣợc nối trục tiếp với đầu pittong

 Động cơ bước nối với trục vít qua nối trục đàn hồi Dẫn động làm quay trục vít

Khi động cơ hoạt động, lực dẫn động làm trục vít quay, khiến bánh vít di chuyển về phía trước và đẩy pittong vào trong Áp lực dầu được tạo ra sẽ thoát ra ngoài và được dẫn vào nồi.

 Lƣợng dầu để nấu mỗi ly bắp là 10(ml) Nhƣ vậy động cơ cần quay 2.5 vòng

Hình 4.4 Mô phỏng cơ cấu rang bắp

Cấu tạo gồm: nồi rang, mâm nhiệt, trục xoay trộn bắp, bộ truyền xoay nồi

Đề tài yêu cầu thực hiện rang tối đa ba ly bắp trong một lần, với mỗi ly bắp sử dụng ly giấy PO có thể tích khoảng 870 ml.

 Giả sử rang tối đa 3 ly = 3x870 = 2610(ml)

 Thể tích hữu ích = 1/3 ÷ 1/2 thể tích thiết bị(nồi)

Suy ra, thể tích nồi = (2÷3)x2610 = 5220÷ 7830(ml)

 Tính toán bô truyền đai của cơ cấu xoay nồi:

27 k = 25 đai gờ hình tròn n 1 - số vòng quay bánh dẫn( vg/ph).

Dựa vào Bảng 4.11 [1] ta chọn:

Chiều dày răng H(mm) Số răng Z1 Số răng Z2 Chiều rộng b(mm)

Bảng 4.1 Thông số đai răng

Chọn số răng đai Zp theo tiêu chuẩn : Zp0

Chiều dài đai : L=3.14(m), ZpP2  chọn LP0(mm)

Hình 4.5 Mô phỏng cơ cấu cấp ly

 Ống chứa ly: đường kính ống 114mm, dài 700mm Có thể chứa tối đa 50 ly

Cơ cấu tách bao gồm hai đĩa mica đường kính 100mm, trong đó đĩa trên được mài khuyết ở đầu và chiếm toàn bộ đường tròn, còn đĩa dưới chiếm 1/3 đường tròn Hai đĩa này được lắp đồng trục và kết nối trực tiếp với động cơ.

 Toàn bộ bộ phận cấp ly sẽ đƣợc ghép với phần khung phía sau

 Động cơ DC có tích hợp hộp giảm tốc

Nguyên tắc hoạt động của động cơ là khi quay theo chiều ngược kim đồng hồ, phần khuyết trên đĩa sẽ tiếp xúc với vành ly, khiến ly rơi xuống Trong quá trình này, đĩa dưới sẽ đỡ phần ly phía trên Khi động cơ quay đến điểm dừng hành trình, nó sẽ quay trở lại trạng thái ban đầu.

4.1.1.4 Cơ cấu định lượng sản phẩm

Hình 4.6 Mô phỏng cơ cấu định lượng sản phẩm

 Phễu chứa bắp: đƣợc làm từ nhôm Với thể tích 2.5(l) chứa đƣợc khoảng 3 ly bắp

Đĩa định lượng gồm hai đĩa mica tròn có đường kính 250mm, mỗi đĩa được cắt một hình vuông có cạnh 80mm Hai đĩa này được lắp đồng trục, với hai hình vuông lệch nhau 180 độ.

 Hộp định lượng: là hình hộp chữ nhật được làm bằng nhôm, có kích thước 80x80x140, với thể tích 0.896l tương đương một ly bắp

Nguyên lý hoạt động của nồi xoay là khi nồi xoay, bắp sẽ được đổ vào phễu Trong quá trình này, đĩa trên kết nối với phễu và hộp định lượng, cho phép bắp rơi vào hộp định lượng Sau đó, động cơ quay 180 độ, khiến đĩa dưới kết nối với ống định lượng, và bắp sẽ rơi vào ly phía dưới.

4.1.2 Thiết kế tổng quan của máy

Hình 4.7 Mô phỏng kết cấu tổng quan của máy

Khung máy sẽ được lắp ráp hoàn chỉnh theo thiết kế mô phỏng với kích thước dự kiến 550x450x1500 (mm), đảm bảo tính nhỏ gọn cho một máy tự động nhưng vẫn cung cấp không gian đủ để lắp đặt các cơ cấu bên trong Để tăng cường độ cứng vững và khả năng đỡ các bộ phận, nhóm đã lựa chọn sử dụng thép hộp vuông mạ kẽm với các kích thước cơ bản phù hợp.

Phần điện

Khối mạch điện bao gồm nhiều thành phần với các chức năng riêng biệt, trong đó khối điều khiển giữ vai trò trung tâm như bộ não của máy Nhiệm vụ chính của khối điều khiển là giám sát và điều phối hoạt động của từng cơ cấu, đảm bảo máy hoạt động đúng trình tự và đáp ứng các yêu cầu chức năng cần thiết.

Sơ đồ tổng quát các khối mạch điện:

Hình 4.8 Sơ đồ khối mạch điện

4.2.1 Sơ lƣợc các thiết bị điện

Arduino là một bo mạch vi xử lý mạnh mẽ, cho phép tương tác với các thiết bị phần cứng như cảm biến, động cơ và đèn Điểm nổi bật của Arduino là môi trường phát triển ứng dụng rất dễ sử dụng, cùng với khả năng tương thích với nhiều loại module khác nhau.

Arduino mega2560 với bộ nhớ chương trình lớn và số lượng chân điều khiển nhiều nên phù hợp để làm trung tâm điều khiển của máy

Vi điều khiển Atmega2560 Điện áp hoạt động 5VDC Điện áp đầu vào (đề nghị) 7VDC – 12VDC Điện áp đầu vào (giới hạn) 6VDC – 20VDC

Digital I/O pins 54 (trong đó có 15 chân ngõ ra PWM)

Dòng DC ở mỗi chân I/O 40mA

Dòng DC ở mỗi chân khi V= 3.3V 50mA

Dao động thạch anh 16MHz

Bảng 4.2 Thông số kỹ thuật Arduino mega2560 4.2.1.2 Module đọc thẻ RFID-RC522

Module đọc thẻ RC522 có khả năng đọc các loại thẻ không dây như NFC và thẻ từ, thường được sử dụng cho thẻ giảm giá, thẻ xe buýt và thẻ gửi xe Mục đích chính của thẻ RFID này là mô phỏng chức năng giao dịch mua bán hàng.

 Tần số hoạt động: 13.56MHz

 Khoảng cách hoạt động: 0 ~ 60mm

 Cổng giao tiếp: SPI, tốc độ tối đa 10Мbps

 Có khả năng đọc và ghi

4.2.1.3 Cảm biến nhiệt DS18B20 Để xác định đƣợc mức nhiệt độ của nồi nhiệt để máy tiến hành các quá trình khác nhau, nhóm sử dụng cảm biến nhiệt độ dây DS18B20, đây là loại cảm biến chống nước, gọn gàng và dễ sử dụng

 Điện áp nuôi: 3VDC-5.5VDC

 Thời gian chuyển nhiệt độ tối đa: 750ms (khi ở 12bits)

 Đường kính đầu dò thép không gỉ: 6mm

4.2.1.4 Cảm biến siêu âm SRF05

Cảm biến siêu âm được sử dụng để xác định khoảng cách đến vật cản bằng cách phát ra và nhận lại sóng siêu âm Trong máy, cảm biến này có chức năng nhận biết số ly khi khách hàng thực hiện lựa chọn mua.

Khi số lượng ly đạt từ 2 trở lên, cảm biến sẽ nhận diện xem ly thành phẩm đã được lấy ra hay chưa, từ đó tiếp tục định lượng cho ly thành phẩm tiếp theo Ngoài ra, cảm biến cũng kích hoạt chuông báo khi quá trình hoàn tất.

 Điện áp hoạt động: 5VDC

 Phát hiện vật cản trong khoảng: 2-300cm

Để đảm bảo việc cấp nguyên liệu diễn ra hiệu quả, cần điều chỉnh chính xác lượng nguyên liệu đưa vào nồi rang Sử dụng động cơ bước là một giải pháp lý tưởng, vì nó không chỉ giá rẻ mà còn dễ dàng tìm kiếm và điều khiển.

 Động cơ nam châm vĩnh cửu, đơn cực, 2 pha

Cơ cấu xoay trộn bắp, định lượng, xoay nồi và tách ly đều yêu cầu lực moment lớn để đảm bảo máy hoạt động trơn tru, không bị kẹt Để thực hiện chức năng xoay theo cử hành trình, việc sử dụng động cơ DC kết hợp với hộp giảm tốc và công tắc hành trình là giải pháp phù hợp.

 Điện áp định mức: 24VDC

 Điện áp làm việc: 12VDC - 24VDC

 Dòng điện khi không tải: 100mA

 Dòng điện khi có tải là: 500mA

 Tốc độ khi không tải: 94 vòng/phút

 Tốc độ khi có tải: 83 vòng/phút

 Momen định mức: 65 KgF.mm

 Momen xoắn tối đa: 120 KgF.mm

Module L298N là driver dùng để điều khiển tốc độ và chiều quay của động cơ

DC, cũng có thể dùng để điều khiển động cơ bước

 Driver: L298N tích hợp hai mạch cầu H

 Điện áp hoạt động: 5VDC – 35VDC

 Dòng tối đa cho mỗi cầu H là: 2A

 Điện áp của tín hiệu điều khiển: 5VDC - 7VDC

 Dòng của tín hiệu điều khiển: 0 - 36mA

Với dòng tối đa cho mỗi cầu là 2A, nên chọn module này để điều khiển các động cơ DC trong máy là hợp lí

Module TB6560 là driver điều khiển các động cơ bước, được sử dụng phổ biến vì sự ổn định và phương pháp điều khiển đơn giản

 Điện áp hoạt động: 10VDC – 35VDC

 Tích hợp Opto cách ly 6N137 tốc độ cao giúp cách ly tín hiệu điều khiển với mạch điều khiển, an toàn và chống nhiễu

 Thích hợp với động cơ bước 2 pha và 4 pha

 Có các công tắc để chọn dòng ra cho động cơ từ: 0.3A – 3A

 Có công tắc để chọn chế độ vi bước: 1, 1/2, 1/8, 1/16

Với dòng tối đa là 3A, động cơ bước sử dụng trong máy có dòng tối đa 1.2A, nên dùng module này cho máy rất phù hợp và ổn định

Module 1 relay với opto cách ly nhỏ, nên việc sử dụng trở nên an toàn với các mạch khác, đặc biệt là khi dùng nguồn điện AC, có thể kích ở mức cao hoặc thấp thông qua Jumper Nhiệm vụ của relay này là cung cấp nguồn điện 220V cho mâm nhiệt khi cần thiết Mâm nhiệt có dòng điện tiêu thụ I=P/U00/220≈5.45A nên chọn module này chịu đƣợc dòng tải tối đa 10A là phù hợp

 Dòng tiêu thụ khoảng: 80mA

 Điện thế đóng ngắt tối đa: 250VAC/10A hoặc 30VDC/10A

Màn hình LCD1602, sử dụng driver HD44780, có khả năng hiển thị 2 dòng với mỗi dòng 16 ký tự, thường được ứng dụng trong máy để hiển thị số liệu, mô phỏng lời chào khách hàng và hướng dẫn người dùng.

 Chữ đen, nền xanh lá

 Ký tự hỗ trợ tiếng Anh, tiếng Nhật

Nút nhấn trên máy giúp người dùng dễ dàng tương tác, cho phép chọn số ly cần mua và bắt đầu quá trình nấu Thiết kế có đèn hỗ trợ người dùng thực hiện các thao tác một cách thuận tiện, đồng thời cũng tạo điểm nhấn thẩm mỹ cho sản phẩm.

 Điện áp hoạt động: 220VAC/24VDC

Quạt đóng vai trò quan trọng trong việc thông gió và hút khói khi rang bắp, giúp duy trì nhiệt độ ổn định trong máy, ngăn ngừa hư hỏng cho các thiết bị khác.

4.2.2 Tính toán các thiết bị sử dụng với tủ điện

Giá trị điện áp (A) Tiết diện dây dẫn ( )

Bảng 4.3 Tiêu chuẩn về tiết diện dây dẫn và dòng điện theo tiêu chuẩn quốc tế IEC

60439-1 Đối với dòng điện một chiều:

 Các động cơ DC: dòng khi có tải khoảng 0.5A (theo thông số của động cơ DC)

 Dây nối công tắc hành trình, nút nhấn, đèn led Dòng rất nhỏ, vì nó chỉ truyền tín hiệu cho vi điều khiển

Từ Bảng 4.3 nên chọn dây dẫn có tiết diện 0.5mm 2 Đối với dòng điện xoay chiều:

Từ Bảng 4.3 nên chọn dây dẫn có tiết diện 1mm 2

Máy hoạt động theo trình tự các quá trình, trong đó quá trình xoay trộn bắp có thể diễn ra đồng thời với một số quá trình khác Khi một quá trình không được thực hiện, máy sẽ không tiêu tốn điện năng.

 Các cơ cấu sử dụng động cơ bước, động cơ DC đều có điện áp hoạt động 24V

 Cường độ dòng điện tối đa của động cơ bước: 1.2A

 Cường độ dòng điện tối đa của động cơ DC: 0.5A

 Cường độ dòng điện của 2 quạt DC 24V: 0.32A

Trong trường hợp quá trình xoay trộn bắp kết hợp với một quy trình cấp nguyên liệu khác và hai quạt DC, cường độ dòng điện tổng lớn nhất đạt khoảng 2.52A, được tính bằng cách cộng các giá trị: 1.2A + 0.5A + 0.32A + 0.5A.

Suy ra, chọn nguồn DC 24V/5A

4.2.2.3 Tính toán cầu dao tự động Panasonic HB

Thuộc dòng sản phẩm HB dân dụng phổ thông: CB cốc Tự động ngắt khi dòng tải vƣợt quá ngƣỡng Ampere của CB

Chức năng chống quá tải của hệ thống máy vƣợt giúp ngăn chặn dòng điện vượt quá mức định mức của cầu dao (CB), đồng thời cũng đóng vai trò như công tắc để bật và tắt nguồn cho máy.

Cường độ dòng diện tiêu thụ lớn nhất của máy là khoảng: 2.52A+5.45A=7.97A Đồng thời để bảo vệ nguồn DC 24V/5A

4.2.2.4 Thiết kế bảng điều khiển

 Nhỏ gọn, bố trí các nút nhấn, LCD text, chỗ quẹt thẻ RFID hợp lí

 Sắp xếp có trình tự, người dùng dễ tương tác

 Phối hợp với tính hiệu đèn, màn hình LCD dể hướng dẫn người sử dụng Thiết kế mô phỏng:

Hình 4.10 Thiết kế mô phỏng bảng điều khiển 4.2.2.5 Thiết kế tủ điện

 Tủ điện đƣợc thiết kế lắp đặt trong máy, nên cần phải nhỏ gọn, dễ quản lý và có tính thẩm mỹ

 Các thiết bị đặt trong khoảng cách an toàn

 Dễ chỉnh sửa bổ xung, kiểm tra.

Mạch điện hệ thống

Hình 4.11 Sơ đồ kết nối khối Input

Các chân nút nhấn và công tắc hành trình được kết nối trực tiếp với chân vi điều khiển vì trong quá trình lập trình, các chân này đã được kéo trở trong.

Hình 4.10 Sơ đồ kết nối khối Output

GIA CÔNG VÀ LẮP ĐẶT CHI TIẾT MÁY

Lắp đặt khung tổng thể bên ngoài

Khung máy được lắp ráp bằng phương pháp hàn hồ quang điện Sau khi lắp ráp máy có kích thước 445 x 545 x 1500 (mm)

Khung cứng vững và đạt kích thước tương đối so với tính toán ban đầu

Máy được thiết kế với bốn bánh xe ở phía dưới khung, giúp di chuyển linh hoạt hơn Cấu trúc của máy được bao bọc bởi các cánh cửa có thể mở và đóng dễ dàng, tạo thuận lợi cho việc kiểm tra và thêm nguyên liệu Các cánh cửa được làm từ khung sắt và tôn dày 0.5 mm, đảm bảo tính bền vững và an toàn.

Gia công và lắp đặt cơ cấu rang bắp

Mâm nhiệt mua từ cửa hàng đồ điện cần có thông số phù hợp với phương án thực hiện Sản phẩm này có cấu tạo đơn giản và gọn nhẹ, với vỏ ngoài bằng thép mạ đồng mỏng và bên trong là lớp sứ chứa dây may-so tạo nhiệt.

Mâm nhiệt được lắp cố định phía dưới đáy nồi bằng ke góc thép

Hình 5.2 Cơ cấu nồi rang bắp

Nồi nhôm được trang bị nắp cố định có thể mở từ hai bên, với trục trộn hỗn hợp bắp nằm ở giữa nắp Trục xoay này được điều khiển bởi một động cơ DC được lắp đặt phía trên, giúp quá trình rang bắp diễn ra hiệu quả.

Bên quai nồi được trang bị bộ truyền đai, giúp nồi có thể lật úp sau khi bắp rang hoàn thành, cho phép trút bắp rang vào phễu chứa được lắp đặt ở phía dưới.

Bộ truyền đai đƣợc truyền động bởi một động cơ DC lắp phía trên với hai cử hành trình giới hạn góc xoay của nồi.

Gia công và lắp đặt cơ cấu cấp nguyên liệu

Dựa vào tính toán và thiết kế mô phỏng, cơ cấu cấp nguyên liệu đƣợc gia công và lắp đặt hoàn chỉnh

Hình 5.3 Bộ phận cấp nguyên liệu

Cơ cấu cấp bắp và đường có cấu tạo và nguyên lý hoạt động tương tự nhau, chỉ khác nhau ở kích thước trục vít, khoang tải nguyên liệu và hộp chứa nguyên liệu Trục vít tải cùng với khoang tải nguyên liệu được chế tạo từ vật liệu nhựa.

Hai đầu trục vít được gắn cố định vào hai bên của khoang chứa nguyên liệu thông qua ổ bi Cơ cấu này hoạt động nhờ vào chuyển động quay của động cơ bước, kết nối với trục vít qua khớp nối đàn hồi.

Phía trên khoang tải đƣợc lắp một hộp chứa nguyên liệu đƣợc gia công bằng inox tấm 201

Cơ cấu cấp dầu được lắp ráp từ các chi tiết như trục vít và ống xy-lanh nhựa, trong đó trục vít được kết nối với động cơ truyền động qua một khớp nối đàn hồi.

Cơ cấu cấp nguyên liệu cho máy đƣợc lắp ở vị trí trên cùng của máy

Hình 5.4 Vị trí của cơ cấu cấp nguyên liệu

Hình 5.5 Cơ cấu cấp ly

Lưỡi tách ly được cấu tạo từ các tấm mica cắt laser theo thiết kế ban đầu và lắp đặt trên một trục thép Lưỡi tách được truyền động bởi động cơ DC thông qua một nối trục nhựa Góc xoay của lưỡi tách được giới hạn bởi hai cử hành trình.

Bệ đỡ ly gồm tấm mica và các tấm nhôm mỏng Các tấm nhôm giữ cho bắp không rơi sang hai bên khi bắp đƣợc đổ ra ly

5.4 Gia công và lắp đặt cơ cấu định lƣợng sản phầm

Cơ cấu định lượng sản phẩm được tạo thành từ việc gia công và lắp ráp các phần tử riêng lẻ Các chi tiết được chế tạo từ nhôm tấm và được kết nối với nhau bằng ốc vít.

Dưới ống định lượng là ống dẫn bắp rang vào ly chứa, được thiết kế với đĩa chặn gồm hai tấm mica 3mm cắt laser Đĩa chặn lắp đồng trục với trục thép xoay 8mm, kết nối với động cơ, đảm bảo quá trình phân phối bắp rang hiệu quả.

DC thông qua khớp nối đàn hồi Chuyển động xoay của trục đƣợc giới hạn với hai công tắc hành trình

Hình 5.6 Bộ phận định lượng bắp sau khi rang xong

5.5 Lắp đặt tủ điều khiển, kết nối các thiết bị điện

Với thiết kế tủ điều khiển ban đầu, nhóm chọn mua tủ điện có kích thước 300x300x160 (mm)

6 CHƯƠNG 6: ĐIỀU KHIỂN LẬP TRÌNH

Trong hệ thống điều khiển lập trình đƣợc, cấu trúc của bộ điều khiển và cách nối dây độc lập với chương trình

Chương trình điều khiển được ghi trực tiếp vào bộ nhớ của bộ điều khiển thông qua bộ lập trình hoặc máy vi tính, cho phép thay đổi dễ dàng chỉ bằng cách điều chỉnh nội dung bộ nhớ mà không làm ảnh hưởng đến phần nối dây bên ngoài Đây là một trong những ưu điểm lớn nhất của phương pháp lập trình điều khiển.

6.2 Lập trình điều khiển Để lập trình đƣợc hiệu quả, tiết kiệm thời gian, ta lập sơ đồ quy trình lập trình điều khiển

6.2.1 Quy trình lập trình điều khiển

Xác định yêu cầu, chức năng của hệ thống

Xác định các ngõ vào, ngõ ra tương ứng trên mạch

Lập lưu đồ giải thuật

Nạp chương trình vào Arduino

Chạy chương trình và kiểm tra

6.2.2 Địa chỉ ngõ vào, ngõ ra của vi điều khiển

6.2.3 Lưu đồ giải thuật điều khiển

Trong giai đoạn 1, màn hình LCD sẽ hiển thị thông tin hướng dẫn người dùng, yêu cầu đưa thẻ RFID vào Nếu thẻ hợp lệ, người dùng sẽ nhấn nút chọn số ly muốn rang (từ 1 đến 3 ly) và tiếp tục bấm nút Start để chuyển sang giai đoạn 2 Nếu muốn thay đổi lựa chọn ly, người dùng có thể bấm nút chọn lại ly Trong trường hợp thẻ không hợp lệ, người dùng cần quay lại kiểm tra thẻ.

Hình 6.1 Lưu đồ giải thuật giai đoạn 1

Giai đoạn 2 bắt đầu khi nhấn nút Start, lúc này cảm biến nhiệt sẽ đọc giá trị nhiệt độ hiện tại, đồng thời kích hoạt nồi nhiệt và quạt thông gió Nhiệt độ được phân chia thành 6 khoảng: từ 0-60°C, 60-80°C, 80-90°C, 90-100°C, 100-110°C và trên 110°C.

Giá trị đọc nhiệt độ hiện tại quyết định các bước rang bắp khác nhau Tùy thuộc vào số lượng ly đã chọn, nguyên liệu như dầu, bắp và đường sẽ được cung cấp vào nồi rang tương ứng Sau khi quá trình rang hoàn tất, máy sẽ tắt nhiệt và dừng trộn bắp, cho phép bắp bung được đổ xuống phễu chứa Cuối cùng, biến đếm SL sẽ được khởi tạo với giá trị 0, đánh dấu kết thúc giai đoạn 2.

Hình 6.2 Lưu đồ giải thuật giai đoạn 2

Giai đoạn 3 (Hình 6.3): Sau khi đã đổ bắp bung vào phễu chứa:

Trong trường hợp đầu tiên, khi số ly được chọn là một, quá trình tách ly và định lượng cho bắp sẽ được tiến hành Hệ thống sẽ phát ra chuông báo, và cảm biến siêu âm sẽ nhận biết khoảng cách của ly Nếu ly được lấy ra, quy trình sẽ kết thúc.

Trong trường hợp số ly được chọn là hai, nếu biến SL thỏa mãn điều kiện (SL