Đồ án: Thiết kế máy cân tự động in giá, HSD cho rau củ quả kết nối IoT

Đồ án tốt nghiệp chi tiết về thiết kế, chế tạo máy cân tự động in giá và HSD cho rau củ quả. Tích hợp công nghệ IoT để quản lý và giám sát.

• Tác giả: Bùi Triệu Vĩ
• Người hướng dẫn: PGS. Trần Ngọc Đảm
• Trường học: Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật Thành Phố Hồ Chí Minh
• Chuyên ngành: Công Nghệ Kỹ Thuật Cơ Điện Tử
• Đề tài: Thiết Kế Chế Tạo Máy Cân Tự Động, In Giá Và Hạn Sử Dụng Của Sản Phẩm Rau Củ Quả Có Kết Nối IoT
• Loại tài liệu: Đồ Án Tốt Nghiệp
• Năm xuất bản: 2020
• Địa điểm: Thành Phố Hồ Chí Minh

Tóm tắt

I. Tổng quan về máy cân tự động in giá và HSD rau củ quả

Máy cân tự động in giá và HSD là một giải pháp công nghệ hiện đại được thiết kế đặc biệt để tối ưu hóa quy trình bán hàng rau củ quả. Đồ án tốt nghiệp này được phát triển tại Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật Thành phố Hồ Chí Minh, khóa 2016-2020, ngành Công nghệ Kỹ thuật Cơ điện tử. Hệ thống kết hợp ba chức năng chính: cân tự động, in giá và in hạn sử dụng trên một nền tảng IoT thông minh. Nhu cầu thực tiễn hiện nay là các cửa hàng bán lẻ rau củ quả thường phải cân tay, ghi giá và dán nhãn thủ công, gây ra nhiều bất tiện, mất thời gian và dễ phạm sai sót. Máy cân tự động in giá HSD giúp giảm công lao động, tăng hiệu suất bán hàng và đảm bảo độ chính xác cao trong việc tính giá và ghi thông tin sản phẩm. Công nghệ này tiên tiến trong việc ứng dụng IoT vào ngành bán lẻ rau củ quả.

1.1. Lý do chọn đề tài và nhu cầu thực tế

Thị trường bán lẻ rau củ quả hiện nay gặp khó khăn trong việc xử lý nhanh chóng và chính xác. Nhân viên cần dán nhãn thông tin thủ công, tiêu tốn thời gian quý báu. Máy cân tự động giải quyết vấn đề này bằng cách tự động cân nặng, tính giá và in nhãn HSD. Điều này giúp cải thiện trải nghiệm khách hàng và nâng cao hiệu quả kinh doanh cho các cửa hàng.

1.2. Mục tiêu của đồ án

Mục tiêu chính là thiết kế và chế tạo một máy cân tự động hoàn chỉnh có khả năng in giá bán và hạn sử dụng trên nhãn sản phẩm. Hệ thống được tích hợp IoT để theo dõi và quản lý dữ liệu bán hàng từ xa. Đồ án hướng tới ứng dụng thực tiễn trong các siêu thị và cửa hàng bán rau củ quả hiện đại.

II. Nguyên lý hoạt động và các thành phần chính của hệ thống

Hệ thống máy cân tự động hoạt động dựa trên nguyên lý sử dụng LoadCell để đo lường trọng lượng sản phẩm. Đồ án sử dụng LoadCell đo độ biến dạng với mạch cầu Wheatstone hoặc nguyên lý EMFR (Electro Magnetic Force Restoration). Tín hiệu từ LoadCell được chuyển đổi qua ADC HX711 để xử lý tại vi điều khiển trung tâm. Các thành phần chính bao gồm: băng tải cân tự động, cảm biến hồng ngoại, khối xử lý trung tâm và máy in nhãn tự động. Toàn bộ hệ thống được điều khiển bởi lập trình IoT, cho phép kết nối mạng và theo dõi từ xa. Với cấu trúc này, máy có thể xử lý liên tục các sản phẩm với độ chính xác cao và tốc độ hiệu suất tối ưu.

2.1. Nguyên lý cân tự động và LoadCell

LoadCell là cảm biến chính để đo trọng lượng sản phẩm. Khi sản phẩm được đặt trên băng tải cân, LoadCell sẽ biến dạng và sinh ra tín hiệu điện tương ứng. Mạch cầu Wheatstone giúp khuếch đại tín hiệu nhỏ thành tín hiệu đo lường được. Phương án sử dụng LoadCell EMFR có ưu điểm khôi phục lực tự động, giảm mệt mỏi cảm biến.

2.2. Hệ thống điều khiển và xử lý dữ liệu

Vi điều khiển trung tâm nhận tín hiệu từ ADC HX711 để tính toán trọng lượng chính xác. Sau đó, hệ thống tính giá bán dựa trên giá niêm yết. Cảm biến hồng ngoại phát hiện sự có mặt của sản phẩm để kích hoạt quá trình cân và in nhãn. Toàn bộ dữ liệu được lưu trữ và truyền lên cloud qua IoT.

III. Công nghệ IoT và ứng dụng quản lý dữ liệu bán hàng

Công nghệ IoT (Internet of Things) là yếu tố nổi bật của đồ án này, cho phép máy cân kết nối với mạng internet để theo dõi và quản lý dữ liệu bán hàng. Hệ thống thu thập thông tin từng sản phẩm bao gồm: trọng lượng, giá bán, hạn sử dụng, thời gian bán. Dữ liệu này được truyền lên server trung tâm để phân tích và báo cáo. Nhà quản lý có thể theo dõi tình trạng bán hàng real-time từ bất kỳ đâu. IoT giúp tối ưu hóa quản lý hàng tồn kho và dự báo nhu cầu hàng hóa chính xác hơn. Công nghệ này cũng hỗ trợ truy xuất nguồn gốc sản phẩm, nâng cao độ tin cậy đối với khách hàng. Ứng dụng IoT trong ngành bán lẻ rau củ quả là bước tiến lớn trong chuyển đổi số.

3.1. Kết nối IoT và truyền tải dữ liệu

Hệ thống máy cân kết nối Wi-Fi để gửi dữ liệu bán hàng lên cloud server. Mỗi sản phẩm được gắn ID duy nhất để theo dõi toàn bộ vòng đời. Dữ liệu được mã hóa để bảo mật thông tin. Khách hàng và nhà quản lý có thể truy cập ứng dụng mobile hoặc web để xem thông tin chi tiết.

3.2. Ứng dụng quản lý và phân tích dữ liệu

Dashboard quản lý cung cấp thông tin real-time về doanh số bán hàng và lợi nhuận. Hệ thống cảnh báo tự động khi sản phẩm sắp hết hạn sử dụng. Analytics giúp dự báo nhu cầu và tối ưu hóa tồn kho. Báo cáo chi tiết có thể xuất ra Excel hoặc PDF để phục vụ kế toán và quản lý.

IV. Kết quả đạt được và hướng phát triển của đồ án

Đồ án đã hoàn thành thiết kế và chế tạo mô hình máy cân tự động in giá HSD với các chức năng cơ bản đầy đủ. Hệ thống cân nặng với độ chính xác cao (sai số < 0.5%), in nhãn giá và HSD tự động, và kết nối IoT thành công. Kết quả thực nghiệm cho thấy máy có thể xử lý 20-30 sản phẩm mỗi phút, tiết kiệm 70% thời gian so với cân tay thủ công. Giao diện IoT hoạt động ổn định với tốc độ truyền dữ liệu nhanh. Tuy nhiên, đồ án vẫn có những hạn chế nhất định như chi phí sản xuất cao và cần tối ưu hóa tốc độ. Hướng phát triển tiếp theo bao gồm: tích hợp thêm chức năng barcode scanner, nâng cấp AI để nhận diện loại rau quả tự động, phát triển phiên bản di động, và mở rộng khả năng kết nối với hệ thống POS các cửa hàng.

4.1. Kết quả thực nghiệm và hiệu suất hoạt động

Máy cân đạt độ chính xác ± 0.5% trong đo lường trọng lượng từ 100g đến 10kg. Máy in nhãn hoạt động ổn định với tốc độ in 20-30 nhãn/phút. Hệ thống IoT upload dữ liệu thành công lên cloud server mỗi 2 giây. Thời gian hoạt động liên tục 8 giờ không gặp sự cố. Khách hàng nhận được nhãn in rõ ràng với thông tin đầy đủ và chính xác.

4.2. Hướng phát triển và cải thiện trong tương lai

Phát triển chức năng nhận diện tự động loại rau quả bằng camera AI. Tích hợp barcode scanner để quản lý hàng hóa tốt hơn. Cải tiến giao diện IoT với tính năng analytics nâng cao. Phát triển phiên bản di động nhỏ gọn phù hợp cho các chợ truyền thống. Hợp tác với hệ thống POS để tự động cập nhật giá bán.

Trích đoạn nội dung tài liệu

chương 1, chúng em sẽ trình bày những vấn đề về nhu cầu cung ứng và sử dụng rau củ quả của thành phố dẫn đến lý do chọn đề tài. Những mục tiêu đề ra, phương pháp nghiên cứu cùng với những nhiệm vụ cần phải giải quyết, giới hạn và bố cục đề tài. Chương 2: Cở sở lý thuyết Chương này trình bày phần cơ sở lý thuyết nêu rõ nhu cầu, đối tượng mà đề tài hướng đến và tổng quan tình hình công nghệ hiện tại. Chương 3: Phương án và chọn nguyên lý thiết hệ thống Lên phương án thiết kế và chọn linh kiện, vật liệu để thi công hệ thống.

Chương 4: Thiết kế hệ thống điện và lập trình Chương này sẽ làm rõ về quá trình thiết kế mạch điện, bộ điều khiển máy, quá trình in nhãn sản phẩm và thiết kế giao diện người dùng kết nối IoT. Chương 5: Kết quả, nhận xét và đánh giá Chạy thực nghiệm thu thập dữ liệu và đánh giá những chức năng chính của máy: cân tự động lấy khối lượng, in dán nhãn và thao tác trên giao diện cho người dùng. Chương 6: Kết luận và hướng phát triển 2 Từ kết quả đã đạt được bên trên, chương này sẽ kết luận những gì đã và chưa đạt được, từ đó sẽ đưa ra hướng phát triển về sau cho đề tài. Nhu cầu và thực trạng hiện nay Trước nhu cầu rất lớn về cân dán nhãn sản phẩm rau của hiện tại.

Theo khảo sát của nhóm trung bình một ngày các siêu thị, bách hóa nhập một số lượng lớn hàng hóa để đáp ứng nhu cầu cho người tiêu dùng. Do đó các chủ doanh nghiệp phải tốn không ít thời gian, chi phí chi trả cũng như gặp nhiều khó khăn trong việc kiểm tra, cân đo khối lượng sản phẩm rau củ quả. Cùng với đó là việc in dán nhãn thông tin giá cả hạn sử dụng lên sản phẩm trước khi bán ra cho người tiêu dùng.1 Nhân viên đang dán nhãn thông tin rau củ - [nguồn: baolamdong.vn] Trên thị trường hiện tại, đã có những dòng sản phẩm để giải quyết nhu cầu cân dán nhãn tự động của các siêu thị, bách hóa. Những dòng sản phẩm đó có thể đáp ứng được nhu cầu của doanh nghiệp nhưng đổi lại, để sở hữu được một hệ thống cân dán nhãn tự động cho rau củ, họ phải bỏ ra một khoảng chi phí không nhỏ để có được hệ thống.

Chưa kể những dòng sản phẩm này tốn rất nhiều chi phí nhân công vận hành máy. Một số sản phẩm máy cân và dán nhãn tự động có trên thị trường hiện nay Hiện nay trên thị trường có nhiều sản phẩm cân dán nhãn tự động của các công ty với nhiều công nghệ khác nhau, đáp ứng nhiều yêu cầu khắc khe khác nhau. Ishida là một công ty đa quốc gia Nhật Bản chuyên sản xuất máy móc đóng gói thực phẩm. Với những dòng máy cân dán nhãn có độ chính xác và tốc độ ổn định cao 4 Hình 2.2 Máy cân dán nhãn tự động WPL-AI - [nguồn: ishida.com] - Tốc độ in cao lên đến 255 mm một giây - Một màn hình cảm ứng màu 10.4 inch để sử dụng dễ dàng, hiển thị thông báo lỗi rõ ràng theo từng cài đặt và có chức năng định dạng nhãn - 9 ống xi-lanh khí đảm bảo đặt nhãn chính xác ở tốc độ cao, ngay cả đối với những kiểu dáng bao bì và nhãn đặc biệt - Máy dán nhãn dưới hoạt động bằng khí đảm bảo các nhãn bên dưới luôn được dán chính xác và chắc chắn.

[5] Đặt điểm chung của các dòng sản phẩm trên là có độ chính xác cao nhưng hiện tại ở Việt Nam vẫn chưa tự sản xuất được. Nên phải nhập khẩu về dẫn đến giá thành, các chi phí bảo dưởng lắp đặt và vận hành còn cao. Bên cạnh đó máy có kích thước lớn chiếm diện tích nên cũng là một bài toán cho các chủ doanh nghiệp lựa chọn đầu tư.3 Máy cân dán nhãn tự động FPD-AI - [nguồn: ishida.com] - Khả năng luôn dán nhãn vào đúng vị trí, nhờ phương pháp dán khéo léo, bao gồm một cần xoay để dán nhãn phía trên cùng và băng tải đai có đầu hút khí để dán nhãn bên dưới. - Khả năng in rõ ràng và đẹp, nhờ sử dụng phông chữ UD hoàn toàn dễ đọc và thanh dẫn nhãn để đảm bảo chữ và hình ảnh nằm đúng vị trí - Băng tải bền, trục in và đầu in nhiệt dễ vệ sinh cũng như bảo trì, giúp thiết bị vận hành trơn tru.

Một bảng vận hành lớn, với màn hình có thể điều chỉnh được để kiểm tra thông tin in ấn. [5] Tuy nhiên đối với dòng máy này thì người dùng phải đứng ở máy để vận hành, không thông qua các thiết bị thông minh để hỗ trợ thao tác cho người dùng từ xa qua máy tính hay các thiết bị thông minh đó là một trong những nhược điểm của dòng máy này. Tổng quan về cân dán nhãn có sử dụng IoT 2. Cân tĩnh Cân tĩnh là cân thủ công cần phải có nhân công thực hiện đo trực tiếp đưa sản phẩm lên cân rồi ghi lại kết quả đo, sau đó đưa sản phẩm đã đo xuống rồi đưa sản phẩm tiếp theo lên.

Cân tự động liên tục: Cân băng tải là dụng cụ cân tự động để cân liên tục một sản phẩm có số lượng lớn trên băng chuyền, sản phẩm sẽ không được phân chia khối lượng cụ thể và băng chuyền vẫn chuyển động liên tục. Cân tự động không liên tục Đây là nhóm lớn nhất của các thiết bị cân tự động gồm nhiều nguyên tắc và cấu trúc đo khác nhau. Cân tự động không liên tục là cân khối lượng của các sản phẩm được phân chia rời rạc được xác định theo trình tự. Các loại cân tự động - Cân dán nhãn là thiết bị cân tự động xác định khối lượng và giá của sản phẩm.

- Cân phễu có bộ phận tải dạng bể hoặc phễu để lấy vật liệu khối hoặc chất lỏng cần cân. - Cân giá bưu phẩm và loại hàng: thang đo chỉ số bưu chính và tỷ lệ được sử dụng để xác định phí bưu chính hoặc cước vận chuyển dựa trên trọng lượng của bưu kiện, cước vận chuyển. - Cân kiểm tra để phân chia các vật phẩm có khối lượng khác nhau thành hai hoặc nhiều nhóm nhỏ theo sự khác biệt giữa khối lượng của chúng. Đối với các sản phẩm đóng gói sẵn có trọng lượng bằng nhau, phải kiểm tra xem trọng lượng thực của gói có bằng với hàm lượng thực danh nghĩa của nó với dung sai cho phép hay không, và các gói bên ngoài dung sai được tự động sắp xếp.

Tổng quan máy dán nhãn Với người tiêu dùng, tem nhãn trên sản phẩm chứa đựng các thông tin quan trọng và rất cần thiết. Dựa vào các thông số về thời hạn sử dụng, trọng lượng, dung tích, thành phần cấu tạo, thông số kỹ thuật để phục vụ việc sử dụng sản phẩm đúng cách và an toàn. Chính vì vậy, việc một sản phẩm được dán nhãn, tem hàng hóa một cách chính xác và bắt mắt với nội dung đầy đủ sẽ đem lại giá trị của sản phẩm đó trong mắt người tiêu dùng. Máy dán nhãn chia làm 2 loại chính: máy dán nhãn tự động và máy dán nhãn bán tự động.

Các loại máy dán nhãn phỗ biến hiện nay - Nếu phân loại theo mức độ tự động hóa, có thể tạm chia máy dán nhãn thành 3 loại: + Máy dán nhãn tự động, dán decal, tem nhãn tự động 7 + Máy dán nhãn bán tự động. + Máy dán nhãn thủ công, vẫn cần thao tác điều khiển của con người. - Phân loại theo loại sản phẩm cần dán, có thể kể đến ứng dụng của máy dán tem nhãn cho: + Chai lọ: chai tròn hoặc chai dẹp, dán một mặt, dán hai mặt cho các ứng dụng chai, lọ, hộp đựng: nước tinh khiết, rượu, bia, nước ngọt, nước giải khát, nước mắm, dầu ăn, dầu nhớt, nước giặt tẩy, nước rửa chén bát, chai lọ thuốc, sản phẩm y tế, thực phẩm, chai lọ hóa chất. + Các sản phẩm cad, thẻ, linh kiện dạng thanh cần dán thông số, in và dán tự động mã vạch, hạn sử dụng, ngày sản xuất trên bề mặt hoặc các vị trí chính xác… + Sản phẩm dạng trụ, côn như bút viết, ống nghiệm, thuốc dạng ống, quả lọc (filter housing) của máy lọc nước… + Các sản phẩm, thiết bị và linh kiện điện tử, các sản phẩm khác: sạc, pin điện thoại, pin máy tính, quạt tản nhiệt máy tính, quán và dán tem cho dây cáp điện và dây tín hiệu (wiring).

Tổng quan về IoT và ứng dụng trong đề tài Theo định nghĩa của Wikipedia: “Mạng lưới vạn vật kết nối Internet hoặc là Mạng lưới thiết bị kết nối Internet viết tắt là IoT (tiếng Anh: Internet of Things) là một kịch bản của thế giới, khi mà mỗi đồ vật, con người được cung cấp một định danh của riêng mình, và tất cả có khả năng truyền tải, trao đổi thông tin, dữ liệu qua một mạng duy nhất mà không cần đến sự tương tác trực tiếp giữa người với người, hay người với máy tính. IoT đã phát triển từ sự hội tụ của công nghệ không dây, công nghệ vi cơ điện tử và Internet. Nói đơn giản là một tập hợp các thiết bị có khả năng kết nối với nhau, với Internet và với thế giới bên ngoài để thực hiện một công việc nào đó.” Hay hiểu một cách đơn giản IoT là tất cả các thiết bị có thể kết nối với nhau. Việc kết nối thì có thể thực hiện qua Wi-Fi, mạng viễn thông băng rộng (3G, 4G), Bluetooth, ZigBee, hồng ngoại.

Theo Gartner, Inc. (một công ty nghiên cứu và tư vấn công nghệ), sẽ có gần 26 tỷ thiết bị trên IoT vào năm 2020. ABI Research ước tính rằng hơn 30 tỷ thiết bị sẽ được kết nối không dây với "Kết nối mọi thứ" (Internet of Everything) vào năm 2020. Theo một cuộc khảo sát và nghiên cứu gần đây được thực hiện bởi Dự án Internet Pew Research, một phần lớn các chuyên gia công nghệ đã hưởng ứng tham gia sử dụng Internet of Things với 83% đồng ý quan điểm cho rằng Internet / Cloud of Things, nhúng và tính toán đeo (và các hệ thống năng động, tương ứng )sẽ có tác động rộng rãi và mang lại lợi 8 ích đến năm 2025.