Đồ án: Thiết kế máy cân tự động in giá, hạn sử dụng cho rau củ quả có IoT

Đồ án thiết kế chế tạo máy cân tự động, in giá và hạn sử dụng cho rau củ quả. Giải pháp ứng dụng công nghệ IoT vào hệ thống bán lẻ thông minh.

• 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. Giới thiệu về Máy Cân Tự Động In Giá HSD Rau Củ Quả Kết Nối IoT

Máy cân tự động in giá và hạn sử dụng là một giải pháp công nghệ hiện đại dành cho ngành bán lẻ rau củ quả. Thiết bị này kết hợp công nghệ IoT để tự động cân nặng sản phẩm, in giá bán và ngày hết hạn trực tiếp trên nhãn dán. Đây là kết quả của đồ án tốt nghiệp ngành Công Nghệ Kỹ Thuật Cơ Điện Tử từ Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật TP. HCM. Máy này giúp tối ưu hóa quy trình quản lý hàng hóa, giảm sai sót và nâng cao hiệu quả bán hàng. Với khả năng kết nối mạng, thiết bị có thể cập nhật thông tin giá cả theo thời gian thực, phục vụ nhu cầu của các cửa hàng, siêu thị hiện đại.

1.1. Tầm Quan Trọng của Tự Động Hóa trong Kinh Doanh Rau Củ Quả

Trong lĩnh vực bán lẻ rau củ quả, việc quản lý hạn sử dụng và cập nhật giá cả là những vấn đề critical. Máy cân tự động in giá giúp xác định chính xác trọng lượng sản phẩm và thời gian bảo quản. Công nghệ IoT cho phép quản lý dữ liệu từ xa, giảm thủ công và hạn chế lãng phí hàng hóa hết hạn.

1.2. Ứng Dụng Công Nghệ IoT trong Quản Lý Sản Phẩm

Kết nối IoT cho phép thiết bị giao tiếp với hệ thống quản lý kho hàng. Dữ liệu cân nặng, giá cả, ngày hết hạn được lưu trữ trên cloud, hỗ trợ ra quyết định quản lý kho tốt hơn. Các cửa hàng có thể theo dõi tồn kho và dự báo nhu cầu một cách chính xác.

II. Cấu Trúc và Thiết Kế của Máy Cân Tự Động

Máy cân tự động in giá và HSD rau củ quả được thiết kế với ba module chính: module cân, module in ấn và module điều khiển IoT. Phần cân sử dụng cảm biến lực hiện đại để đo trọng lượng chính xác đến cấp gram. Module in ấn tích hợp máy in nhiệt độ cao, có khả năng in đủ các thông tin: trọng lượng, giá bán, ngày hết hạn và mã barcode. Bộ điều khiển chính sử dụng vi điều khiển ARM kết nối WiFi/3G để truyền tải dữ liệu. Thiết kế này đảm bảo độ bền cao, dễ vệ sinh và phù hợp với môi trường lạnh.

2.1. Module Cân Nặng và Cảm Biến Lực

Cảm biến lực trong máy cân tự động có độ chính xác ±2 gram, cho phép xác định trọng lượng hàng hóa một cách nhanh chóng. Hệ thống lọc tín hiệu giảm nhiễu từ môi trường, đảm bảo kết quả đo đúng. Khả năng tự calibration giúp máy duy trì độ chính xác theo thời gian.

2.2. Hệ Thống In Ấn Nhãn Giá và HSD

In giá và hạn sử dụng được thực hiện bằng công nghệ in nhiệt trên nhãn dán tự dính. Máy có thể in đơn sắc hoặc đa màu, tốc độ in 50-100mm/giây. Định dạng nhãn linh hoạt, hỗ trợ các mã barcode phổ biến như EAN-13 và QR code.

III. Hệ Thống Kết Nối IoT và Quản Lý Dữ Liệu

Kết nối IoT là yếu tố cốt lõi của thiết bị, cho phép tích hợp vào hệ thống quản lý hiện đại. Máy cân tự động được trang bị module giao tiếp WiFi và có hỗ trợ 4G tùy chọn. Tất cả thông tin giao dịch được mã hóa và lưu trữ trên server cloud an toàn. Quản lý viên cửa hàng có thể truy cập bảng điều khiển web để xem báo cáo bán hàng, quản lý giá cả theo thời gian thực. Hệ thống cũng hỗ trợ tích hợp với các nền tảng POS hiện có, tạo quy trình thanh toán liền mạch.

3.1. Kiến Trúc Hệ Thống IoT và Truyền Dữ Liệu

Kiến trúc IoT sử dụng mô hình hub-spoke, với máy cân là edge device. Dữ liệu được truyền định kỳ hoặc theo sự kiện đến cloud server qua giao thức MQTT/HTTP. Các máy cân có thể đồng bộ giá cả từ server một cách tự động vào các khung giờ quy định.

3.2. Ứng Dụng Quản Lý và Phân Tích Dữ Liệu

Hệ thống quản lý cung cấp dashboard theo dõi số lượng bán hàng, doanh số theo loại sản phẩm, tỷ lệ hàng hết hạn. Phân tích dữ liệu giúp dự báo nhu cầu mua hàng, tối ưu hóa lượng nhập hàng và giảm lãng phí.

IV. Lợi Ích và Triển Vọng Ứng Dụng Thực Tế

Máy cân tự động in giá và HSD mang lại nhiều lợi ích thiực tế cho các doanh nghiệp bán lẻ. Thứ nhất, nó giảm đáng kể thời gian in nhãn và cập nhật giá cả, từ đó tiết kiệm chi phí nhân công. Thứ hai, độ chính xác cao giúp giảm tranh chấp với khách hàng về giá và trọng lượng. Thứ ba, kết nối IoT cho phép quản lý tập trung cho các cửa hàng trong chuỗi bán lẻ. Triển vọng ứng dụng rất lớn tại các siêu thị, chợ hiện đại, cửa hàng tiện lợi. Công nghệ này cũng có thể mở rộng cho các loại hàng hóa khác như thịt, cá, sữa chua tươi sống.

4.1. Lợi Ích Kinh Tế và Giảm Chi Phí Vận Hành

Tự động hóa quy trình cân và in giá giảm 60-70% chi phí nhân công. Giảm sai sót trong quản lý giá cả tăng doanh thu và uy tín cửa hàng. Lãng phí hàng hết hạn giảm nhờ theo dõi chính xác HSD, tiết kiệm 15-20% chi phí hàng hóa.

4.2. Tiềm Năng Phát Triển và Cải Tiến Trong Tương Lai

Tương lai có thể tích hợp trí tuệ nhân tạo để dự báo giá cả dựa trên lịch sử và xu hướng thị trường. Hệ thống có thể mở rộng sang quản lý toàn bộ quy trình logistics, từ kho đến quầy bán hàng, tạo nên một chuỗi cung ứng thông minh hoàn chỉnh.

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.