Luận văn nghiên cứu thiết kế và phát triển máy bán mì ramen tự động tại Trường ĐH SPKT TPHCM

Nghiên cứu thiết kế và phát triển máy bán mì ramen tự động tại Trường ĐH SPKT TPHCM, cải tiến hệ thống điều khiển và tích hợp thanh toán mã QR tiện lợi.

• Tác giả: Lê Hoàng Thanh Nhật
• Người hướng dẫn: ThS. Tưởng Phước Thọ
• 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: Research, design and development of ramen vending machine
• Loại tài liệu: Khóa luận tốt nghiệp
• Năm xuất bản: 2024
• Địa điểm: Hồ Chí Minh

Tóm tắt

I. Tổng quan về máy bán mì ramen tự động tại ĐH SPKT TPHCM

Máy bán mì ramen tự động là đề tài tốt nghiệp của sinh viên ngành Công nghệ Kỹ thuật Cơ điện tử, Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật TP.HCM. Đề tài do giảng viên hướng dẫn Thạc sĩ Tưởng Phước Thọ cùng hai sinh viên Lê Hoàng Thanh Nhật và Hồ Đỗ Duy Dũng thực hiện, hoàn thành vào tháng 12 năm 2024. Dự án kế thừa phần cứng từ mô hình máy tự động có sẵn nhưng toàn bộ hệ thống điều khiển, mạch điện và giao diện người dùng được thiết kế lại hoàn toàn. Mục tiêu chính là xây dựng một máy bán mì ramen vận hành tự động, an toàn vệ sinh thực phẩm, thanh toán hiện đại qua mã QR tích hợp ví điện tử MoMo. Đây là bước tiến quan trọng trong việc ứng dụng kỹ thuật cơ điện tử vào ngành thực phẩm tự động hóa tại Việt Nam. Sản phẩm kỳ vọng trở thành mô hình tham khảo cho các dự án thương mại hóa máy bán hàng thực phẩm nóng trong tương lai.

1.1. Bối cảnh và lý do nghiên cứu đề tài

Nhu cầu ăn uống nhanh tiện lợi ngày càng tăng cao trong môi trường học đường và công sở. Mì ramen là món ăn phổ biến, dễ chế biến và được nhiều người yêu thích. Tuy nhiên, các máy bán thực phẩm nóng tự động tại Việt Nam còn hạn chế về số lượng lẫn chất lượng. Nhóm sinh viên ĐH SPKT TPHCM nhận thấy khoảng trống này và quyết định phát triển một giải pháp máy bán mì ramen tự động phù hợp với điều kiện thực tế trong nước, kết hợp công nghệ thanh toán số hiện đại.

1.2. Phạm vi và đối tượng nghiên cứu của đề tài

Đề tài tập trung nghiên cứu thiết kế hệ thống cơ khí, điều khiển và thanh toán cho máy bán mì ramen tự động. Đối tượng sử dụng chính là sinh viên, giảng viên và người lao động trong khuôn viên trường đại học. Phạm vi nghiên cứu bao gồm lựa chọn động cơ, thiết kế cơ cấu băng tải, lập trình vi điều khiển Arduino và ESP32, xây dựng giao diện màn hình cảm ứng, tích hợp hệ thống thanh toán QR và kiểm nghiệm vận hành thực tế.

II. Phân tích yêu cầu kỹ thuật và thách thức thiết kế máy ramen

Thiết kế máy bán mì ramen tự động đặt ra nhiều yêu cầu kỹ thuật nghiêm ngặt. Hệ thống phải đảm bảo vệ sinh an toàn thực phẩm trong suốt quá trình vận hành. Cơ cấu truyền động cần hoạt động êm, ít tiếng ồn và dễ bảo trì. Hệ thống cấp nhiệt phải đồng đều, ổn định để nấu chín mì đúng tiêu chuẩn. Giao diện điều khiển cần trực quan để người dùng thao tác nhanh chóng. Một thách thức lớn là lựa chọn phương án truyền động phù hợp giữa xích và đai. Ngoài ra, việc tích hợp thanh toán QR qua MoMo đòi hỏi kết nối mạng ổn định và bảo mật giao dịch cao. Nhóm nghiên cứu phải cân bằng giữa chi phí chế tạo, độ bền vận hành và khả năng thương mại hóa trong tương lai. Mỗi quyết định kỹ thuật đều ảnh hưởng trực tiếp đến hiệu suất và trải nghiệm người dùng cuối.

2.1. Yêu cầu về hệ thống cơ khí và truyền động

Hệ thống cơ khí của máy ramen tự động cần đáp ứng hai tiêu chí cốt lõi: độ chính xác và vệ sinh. Nhóm nghiên cứu so sánh hai phương án truyền động là xích và đai. Truyền động xích có ưu điểm kích thước nhỏ gọn, không trượt, nhưng gây tiếng ồn và khó đảm bảo vệ sinh. Truyền động đai hoạt động êm, phù hợp với yêu cầu thực phẩm, dù kích thước lớn hơn. Sau phân tích toàn diện, nhóm chọn đai truyền động để ưu tiên vệ sinh và vận hành yên tĩnh.

2.2. Thách thức trong lập trình và tích hợp phần mềm

Phần mềm điều khiển máy phải phối hợp đồng bộ nhiều module: cảm biến nhiệt độ, động cơ băng tải, màn hình cảm ứng và cổng thanh toán. Arduino R3 đảm nhận điều khiển cơ khí cấp thấp, trong khi ESP32 xử lý kết nối Wi-Fi và giao tiếp với hệ thống thanh toán MoMo. Việc lập trình giao tiếp giữa hai vi điều khiển này đòi hỏi thiết kế giao thức truyền thông chặt chẽ, tránh xung đột lệnh. Nhóm phải lập trình và chạy thử nghiệm nhiều lần để đảm bảo tính ổn định toàn hệ thống.

III. Giải pháp và phương pháp thiết kế máy bán ramen tự động

Nhóm nghiên cứu áp dụng phương pháp thiết kế hệ thống từ trên xuống, bắt đầu từ yêu cầu tổng thể rồi phân tách thành các module độc lập. Phần cứng cốt lõi gồm Arduino R3 làm bộ điều khiển chính, ESP32 cho kết nối không dây, màn hình cảm ứng làm giao diện người dùng và bộ phận gia nhiệt-làm lạnh chuyên dụng. Động cơ DC Model D840-30B công suất 60W, tốc độ 3000 vòng/phút được chọn sau khi tính toán và kiểm nghiệm thực tế. Hệ thống thanh toán nâng cấp từ tiền mặt lên mã QR tích hợp MoMo, đơn giản hóa quy trình mua hàng. Giao diện màn hình cảm ứng thiết kế trực quan, hướng dẫn người dùng từng bước. Toàn bộ mạch điện được thiết kế lại để tối ưu độ tin cậy và dễ bảo trì. Quy trình vận hành và bảo dưỡng được lập thành tài liệu chi tiết kèm video mô phỏng minh họa.

3.1. Thiết kế hệ thống điều khiển và phần cứng

Hệ thống điều khiển được xây dựng trên nền tảng Arduino R3 kết hợp ESP32. Arduino điều phối các cơ cấu chấp hành cơ khí như động cơ D840-30B và hệ thống gia nhiệt. ESP32 phụ trách kết nối Internet, xử lý giao dịch QR và truyền trạng thái máy về màn hình cảm ứng. Mạch điện được thiết kế lại hoàn toàn, tối ưu đường tín hiệu và nguồn cấp điện. Màn hình cảm ứng hiển thị menu, trạng thái vận hành và xác nhận thanh toán theo thời gian thực.

3.2. Tích hợp thanh toán QR và ví điện tử MoMo

Hệ thống thanh toán QR được tích hợp qua API của MoMo, ví điện tử chiếm 68% thị phần tại Việt Nam. Người dùng quét mã QR hiển thị trên màn hình bằng ứng dụng MoMo để thanh toán tức thì. Giao dịch được xác nhận qua kết nối Wi-Fi của ESP32, kích hoạt quy trình chế biến mì tự động. Phương thức này loại bỏ hoàn toàn việc dùng tiền mặt, giảm rủi ro vệ sinh và tăng tốc độ giao dịch. Bảo mật giao dịch đảm bảo theo tiêu chuẩn mã hóa của MoMo.

IV. Kết quả và ứng dụng thực tiễn của máy ramen tự động

Đề tài hoàn thành đúng tiến độ với sản phẩm là một máy bán mì ramen tự động hoàn chỉnh, vận hành ổn định qua nhiều lần thử nghiệm. Video mô phỏng quy trình hoạt động được lập thành tài liệu kỹ thuật chính thức đính kèm báo cáo. Hệ thống chứng minh khả năng tự động hóa toàn bộ quy trình từ nhận lệnh, thanh toán, cấp mì, gia nhiệt đến phục vụ sản phẩm. Kết quả thực nghiệm cho thấy máy vận hành êm, chính xác và đảm bảo vệ sinh thực phẩm. Đây là nền tảng cho nhiều hướng phát triển tiếp theo như mở rộng menu thực phẩm, tích hợp thêm cổng thanh toán và triển khai thương mại trong các khu vực đông người. Mô hình có tiềm năng ứng dụng thực tế tại căng tin trường học, bệnh viện, tòa nhà văn phòng và các không gian công cộng trên khắp Việt Nam.

4.1. Kết quả thực nghiệm và đánh giá hiệu suất máy

Sau nhiều lần chạy thử nghiệm, máy bán mì ramen hoạt động ổn định với thời gian chế biến đáng tin cậy. Cơ cấu băng tải đai dẫn mì chính xác, không gây rơi vãi hay kẹt cơ khí. Hệ thống gia nhiệt đạt nhiệt độ yêu cầu đều đặn sau mỗi chu kỳ. Thanh toán qua QR MoMo được xác nhận nhanh, không phát sinh lỗi giao dịch trong các lần thử. Giao diện cảm ứng phản hồi tức thì và dễ sử dụng ngay cả với người dùng lần đầu tiếp xúc.

4.2. Tiềm năng thương mại hóa và hướng phát triển tiếp theo

Máy bán mì ramen tự động có tiềm năng thương mại hóa cao trong bối cảnh thị trường máy bán hàng thực phẩm Việt Nam còn non trẻ. Hướng phát triển tiếp theo bao gồm bổ sung nhiều loại thực phẩm nóng, tích hợp thêm cổng thanh toán như VNPay và ZaloPay, cùng hệ thống quản lý từ xa qua ứng dụng di động. Việc chuẩn hóa thiết kế và tối ưu chi phí sản xuất sẽ giúp mô hình sẵn sàng triển khai thực tế tại nhiều địa điểm công cộng trên toàn quốc.

Trích đoạn nội dung tài liệu

MINISTRY OF EDUCATION AND TRAINING HO CHI MINH CITY UNIVERSITY OF TECHNOLOGY AND EDUCATION GRADUATION THESIS MAJOR: MECHATRONICS ENGINEERING TECHNOLOGY RESEARCH, DESIGN AND DEVELOPMENT OF RAMEN VENDING MACHINE INSTRUCTOR: TUONG PHUOC THO STUDENT: LE HOANG THANH NHAT HO DO DUY DUNG Ho Chi Minh city, December 2024 HO CHI MINH CITY UNIVERSITY OF TECHNOLOGY AND EDUCATION FALCUTY OF HIGH QUALITY THESIS GRADUATION TOPIC: RESEARCH, DESIGN AND DEVELOPMENT OF RAMEN VENDING MACHINE Advisor: TƯỞNG PHƯỚC THỌ Students: 1. Lê Hoàng Thanh Nhật -MSSV: 20146265 2. Hồ Đỗ Duy Dũng -MSSV: 20146222 Ho Chi Minh City, December, 2024 HO CHI MINH CITY UNIVERSITY OF SOCIALIST REPUBLIC OF VIETNAM TECHNOLOGY AND EDUCATION Independence – Freedom – Happiness FACULTY OF MECHANICAL ENGINEERING GRADUATION PROJECT REGISTRATION FORM Instructor: MASTER TUONG PHUOC THO Students: Le Hoang Thanh Nhat 20146265 Ho Do Duy Dung 20146235 Course: 2020 – 2024 Topic: Research, design and development of ramen vending machine. Original data, documents, hardware: - Arduino R3 - A touchscreen for user interface - ESP 32 - Heating-Cooling Unit - Bow transfer system 2.

Main content of the project: - Redesign the controller system based on the original hardware. - Upgrade purchasing process from cash to QR code (preferably MoMo). - Develop operation and maintain procedures, programming and running experiments. Expected products: - Automatic vending machine system.

- 01 Video simulates the operating process. Project delivery date: August 1st, 2024 6. Project submission date: January 18th, 2025 7. Presentation language: The report: English Vietnamese The present: English Vietnamese INDUSTRY HEAD INSTRUCTOR PROJECT EXECUTION TEAM (Sign and write full name) (Sign and write full name) (Sign and write full name) 1 THE COMMITMENT - Topic: Research, design and development of ramen vending machine.

- Instructor: MASTER TUONG PHUOC THO Name ID Class Phone numbers Le Hoang Thanh Nhat 20146265 20146CLA3 0869214347 Ho Do Duy Dung 20146235 20146CLA2 0901327602 - Student address: No. 1 Vo Van Ngan, Linh Chieu Ward, Thu Duc City, Ho Chi Minh. - Graduation project submission date: January 18th, 2025 - Commitment: "We hereby declare that this graduation project is an inherited project, we reuse the original hardware but the control system, the electrical circuit and the user interface have entirely been redesigned, researched and implemented by ourselves. We do not copy any published articles without citing the original source.

If there is any violation, we take full responsibility." Ho Chi Minh city, January 18th, 2025 (Sign and write full name) 2 THANK YOU! Dear our educators, First and foremost, we want to express our deep gratitude to our parents for their great contributions in giving birth and raising us. Parents are always the ones who will not hesitation to sacrifice for our benefit, they will try their best to provide the best environment for us to grow up, the best conditions for us to learn, discover our passions and inspire us in life. That's why we can study and grow more at the school we dream of studying “Ho Chi Minh City University of Technology and Education”. The four-year journey at the University has finally come to an end, we have learnt so many valuable lessons and attended countless school events.

The four years we spend at the University has given us priceless memories and experiences. Therefore, we sincerely thank the school's Board of Directors and the teachers who taught us at Ho Chi Minh City University of Technology and Education, especially the international faculty. With all the love, enthusiasm, and dedication, supporting us in all aspects, creating conditions for us to study and research our major. We are grateful to our teachers who are always shining examples to guide us, always accompanying us, steering the boat of our dreams and supporting us on every journey.

To be able to complete this graduation project, in addition to our own efforts, we would like to express our deep gratitude to Mr. Tuong Phuoc Tho for being considerate, enthusiastic in guiding, and sharing professional knowledge, subjects and valuable experiences to us. Not only that, but he also always inspired us throughout the process of being taught and instructed by him. Finally, we tried very hard to complete the project, despite the limitations in experience.

Our group could not avoid shortcomings. We look forward to receiving sincere opinions and comments from teachers. The teachers' comments are extremely important to help us improve and expand our knowledge. We will appreciate and be grateful to receive good advice and honest comments from our teachers.

Finally, we wish our teachers good health and always be the torch that lights up the dreams of generations of students, creating inspiration and enthusiastic energy for future generations. We sincerely thank you! 3 PROJECT SUMMARY RESEARCH, DESIGN AND DEVELOPMENT OF RAMEN VENDING MACHING Automated food services represent a significant advancement in the culinary and technology industries, offering a seamless blend of convenience, efficiency, and innovation. These systems utilize advanced robotics and AI to prepare, cook, and serve food with minimal human intervention. From vending machines that dispense freshly made meals to robotic chefs that can cook complex dishes, automated food services are designed to meet the growing demand for quick, high-quality, and customizable dining experiences.

They not only enhance operational efficiency and reduce labor costs but also ensure consistent food quality and hygiene standards. As technology continues to evolve, automated food services are poised to revolutionize the way we think about and interact with food. The development of a ramen vending machine represents a significant advancement in the fast-food industry, combining convenience, customization, and quality. This project will not only meet the immediate needs of consumers but also pave the way for future innovations in automated food services.

The project aims to innovate the fast-food industry by developing a vending machine capable of delivering freshly prepared ramen. This initiative addresses the growing demand for quick, convenient, and high- quality meals, particularly in urban areas with busy lifestyles. 4 TABLE OF CONTENTS CHAPTER 1: INTRODUCTION .1 The Origin of Ramen. Ramen noodle processing .2 What is a vending machine .3 The Benefits of Ramen Vending Machine .3 Reasons, Significance and Practicality of This Project .4 Target of the project .5 Scope of project.

18 CHAPTER 2: MECHANICAL DESIGN. Overview of the Automatic Ramen Vending Machine. Description of the Automatic Ramen Vending Machine System. The Size of The Bowl.

Bowl Storage Design. Suitability of Material. Engine Power Calculation. Select the actuator for the Ramen storage structure.

Bowl Transfer Unit. Engine Power Calculation. Design of the Water Blanching and Broth Dispensing System. Design of the Ramen Blanching and Broth Dispensing Structure.

Select the engine. Bowl Delivery structure. Select the actuator. Spoon- chopstick storage structure.

37 CHAPTER 3: PAYMENT METHOD. Introduction to QR Code payment:. History and development of QR codes:. Basic concept and functionality:.

Types of QR Code payments:. Static QR codes:. Dynamic QR codes:. QR code generation and scanning technology:.

Internet connectivity and device requirement:. Encryption and data protection:. Common security threats and mitigation strategies:. Retail and e-commerce:.

Transportation and ticketing:. Food and beverage industry:. Advantages of QR Code Payments:. Challenges and Limitations:.

Integrating MoMo's Payment API:. Creating Dynamic QR Codes:. Setting up redirectURL and ipnURL:. Connecting ESP32 to the Payment System:.

Finding and Integrating MQTT Broker:. Ensuring Security and Reliability:. Development and Testing Time:. Regulatory and Compliance Aspects:.

Relevant laws and regulations:. Compliance with payment industry standards:. Examples of successful QR code payment implementations:. Analysis of their impact on business and consumer behavior:.

Innovation in QR code technology:. Prediction for future adoption and usage: .2 Control unit for Ramen Vending Machine .1 Function block diagram .2 Hardware block diagram .3 Central control system .3 24V DC Motor with Relay .4 Control Motor with Relay .5 Mosfet H-Bridge Motor Control .7 IR Transmitter and Receiver .8 Dual float switch, relay, contactor and electric cooking pot. 63 CHAPTER 5: CONTROL AND PROGRAM .2 Payment Process Flowchart. 70 CHAPTER 6: RESULT, EXPERIMENT AND EVALUATION .2 Testing and Validation: .3 Analysis and Evaluation .4 Challenges and Limitations .5 Overall Evaluation of the Project .1 Strength of the project .2 Weakness of the project.

94 8 TABLE OF FIGURES Figure 1: An industrial-scale pasta machine. 11 Figure 2: Rolling and cutting process. 12 Figure 3: The first vending machine. 14 Figure 4: Tobacco dispensing machine.

14 Figure 5: First Stamps Dispensing Machine. 15 Figure 6: Tutti-Fruiti Gum Vending Machine. 15 Figure 7: LaCrosse Pepsi Vending Machine Mid-20th Century. 16 Figure 8: Modern Ramen Vending Machine.

16 Figure 9: Overview of Ramen Vending Machine. 20 Figure 10: Block diagram Ramen vending machine operation. 21 Figure 11: The size of Ramen bowl. 22 Figure 12: Structure of bowl contaminant.

24 Figure 13: Spiral Frames Dimension of Storage Structure. 25 Figure 14: Central Shaft. 25 Figure 15: Spiral Cage. 26 Figure 16: Outer Ring and Inner Ring.

26 Figure 17: The General Design of the Storage Frame. 27 Figure 18: FBD of belt drive principle. 29 Figure 19: Common Types of Conveyor Belt. 30 Figure 20: General Design of Conveyor.

31 Figure 21: Bowl Transfer Unit. 31 Figure 22: The design of water dispensing system. 34 Figure 23: Bowl Delivery Structure. 36 Figure 24: Spoons, Chopsticks and Toping Dispenser.

37 Figure 25: Dispenser Design. 37 Figure 26:Schematic of Control System. 49 Figure 27: Function Block Diagram. 50 Figure 28: Hardware Block Diagram.

51 Figure 29: Schematic and Input/Output pins of Arduino UNO R3. 55 Figure 30: ESP32-Wroom-32D Peripheral Schematic. 57 Figure 31: Schematic diagram of a 24V DC Motor Wiring. 58 Figure 32: Working Principle Schematic.

58 Figure 33: Mosfet H-Bridge Circuit. 60 Figure 34: Structure of electronic solenoid valve. 61 Figure 35: Structure of electronic solenoid valve. 62 Figure 36: Infrared transceiver circuit.

63 Figure 37: Structure of a float switch. 63 Figure 38: 220V Wiring diagram of Contactor. 64 9 Figure 39: 14 pins relay wiring diagram. 65 Figure 40: Wiring diagram.

65 Figure 41: Flowchart of working principle. 67 Figure 42: Flowchart of Payment Process. 69 Figure 43: Flowchart of collecting bowl process. 72 Figure 44: Flowchart of bowl prepare process.

74 Figure 45: Flowchart of bowl delivery process. 76 Figure 46: Final Product. 77 Figure 47: Ramen Bowl. 78 Figure 48: The Customer UI.

79 Figure 49: Vending Machine Management App. 79 Figure 50: The customer UI. 82 Figure 51: Payment Method Selection. 83 Figure 52: Credit Card Information.

84 Figure 53: OTP Code Confirmation. 85 Figure 54: The Spiral Cage Before and After the Implantation. 88 Figure 55: Bowl falls off the conveyor. 89 Figure 56: Bowl crash with the conveyor .1 The Origin of Ramen Ramen, the beloved noodle soup, has an intriguing history that spans continents.

It originated in China and was introduced to Japan in the late 19th or early 20th century. The dish evolved significantly in Japan, where it became a culinary staple and cultural icon. Initially, it was known as "shina soba" (Chinese soba), but over time, it adopted the name "Ramen." The Japanese adapted the dish to their tastes, creating various regional styles and flavors. Today, ramen is celebrated worldwide, with countless variations and a rich cultural significance.

It's fascinating how a simple bowl of noodles can tell such a complex story of cultural exchange and adaptation. Ramen noodle processing The process of making ramen noodles is quite fascinating and involves several steps to ensure the perfect texture and flavor: 1. Ingredients Selection and Premixing: High-quality wheat flour, water, salt, and sometimes alkaline salts are selected and pre- mixed.