NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN

Do thời gian có hạn nên cũng không thể tránh được những sai sót trong quá
trình làm đề tài. Nhóm mong được những ý kiến đóng góp của các thầy cô và các
bạn để có thể hoàn thiện đề tài tốt hơn.
Xin chân thành cảm ơn.
Hà Nội, ngày 01 tháng 06 năm 2010
Sinh viên thực hiện:
Cù Huy Hoàng
Nguyễn Văn Phong
Lương Văn Tuấn
Nguyễn Thị Thủy
2
MỤC LỤC
3
CHƯƠNG I GIỚI THIỆU CHUNG
1.1. Giới thiệu chung
Máy bán hàng tự động là một chiếc máy thông minh có thể tự động thực hiện
giao dịch mua, bán các loại hàng có trong kho của nó với khách hàng. Người mua
là khách hàng, người bán là chiếc máy đó. Thao tác mua, bán về cơ bản diễn ra bình
thường như truyền thống.
Với sự xuất hiện của máy bán hàng tự động trong những năm gần đây đã tạo
ra sự phát triển mạnh mẽ các dịch vụ công cộng như bán nước uống, đồ ăn nhanh…
Những máy bán hàng tự động này xuất hiện chủ yếu ở những chỗ tập trung đông
người như: siêu thị, ngân hàng, hoặc ở những khu vui chơi giả trí.
Những lợi ích mà máy bán hàng tự động đem lại cho chúng ta là rất lớn, cụ thể
như:
Với một chiếc máy bán hàng, việc mua bán có thể diễn ra bất cứ thời gian
nào, trong điều kiện thời tiết nào.
Một chiếc máy bán hàng tự động có thể coi tương đương một quầy hàng nhỏ,
chuyên bán một số mặt hàng. Hơn nữa quầy hàng này không cần nhân viên bán
hàng, nên tiết kiệm được tiền lương trả cho nhân viên.

hệ thống phân loại tiền, trả tiền, và hệ thống trả hàng.
Việc xây dựng được thuật toán điều khiển và phương pháp điều khiển cho
máy cũng gặp nhiều vấn đề khó khăn, vừa phải đảm bảo điều khiển cho máy hoạt
động được chính xác, dự phòng được các lỗi xảy ra khi máy hoạt động, vừa phải
làm sao cho việc lập trình đơn giản nhất có thể.
Cơ cấu chấp hành sử dụng trong máy là động cơ DC và động cơ bước, cần
được điều khiển chính xác.
Máy phải tuyệt đối an toàn, có độ tin cậy cao.
1.3. Phương pháp nghiên cứu
Máy bán hàng tự động là một sản phẩm đã được phát triển trên thị trường, và là
một sản phẩm cơ điện tử, nên trong quá trình làm đồ án, nhóm đã áp dụng phương
pháp nghiên cứu sau:
- Nghiên cứu mô hình của các chiếc máy bán đã có sẵn trên thị trường, kết
cấu, giao diện, tính năng của những chiếc máy đó. Từ đó áp dụng để thiết kế trong
giới hạn đề tài.
- Áp dụng phương pháp luận trong thiết kế cơ điện tử vào thiết kế máy, cụ thể
là:
+ Thiết kế theo tuần tự, và đồng thời.
+ Mô hình hóa phần cơ, mô phỏng hóa phần điện, tối ưu hóa trước khi hoàn
thiện thiết kế trước khi chế tạo.
+ Chế tạo mẫu các chi tiết chưa đảm bảo hoạt động như mong muốn, hoặc
chưa được thiết kế trong các hệ thống thật trước đó, chế tạo mẫu mạch điện. Sau
cùng, chế tạo thật mô hình máy.
1.4. Phạm vi và giới hạn của nghiên cứu
Một chiếc máy bán hàng tự động có rất nhiều tính năng. Tuy nhiên trong
phạm vi một đề tài tốt nghiệp, với những giới hạn về thời gian, tài chính và tầm
hiểu biết, nhóm chỉ chế tạo một mô hình máy bán hàng tự động với tính năng sau:
Đề tài chỉ nghiên cứu máy bán những loại hàng bằng chai, lon và dạng hộp.
Máy chỉ giao dịch với những đồng xu có mệnh giá 5000đ, 2000đ và 1000đ.
Máy không có chức năng giữ lạnh đồ uống.

Nhận dạng tiền xu là một việc quan trọng khi thiết kế, chế tạo máy bán hàng tự
động. Trên thế giới, các modul nhận dạng tiền xu đã được chuẩn hoá về kích
thước( theo một số mẫu quy định ) giúp các nhà chế tạo có thể thay thế dễ dàng khi
modul nhận dạng tiền xu gặp trục trặc kỹ thuật.
2.2.1. Các loại tiền xu kim loại trên thế giới
Hầu hết các nước trên thế giới kể cả các nước có hệ thống thanh toán không
dùng tiền mặt tiền kim loại vẫn sử dụng phổ biến trong các giao dịch nhỏ bởi vì tiền
kim loại mang lại lợi ích thiết thực cho cả nhà phát hành và người sử dụng. Đối với
người phát hành tiền kim loại bền hơn nên tiết kiệm được chi phí phát hành trong
dài hạn. Đối người sử dụng tiền kim loại sạch hơn không bị rách nát, không hấp thụ
tạp chất như tiền giấy và phù hợp với việc sử dụng các loại hình dịch vụ tự động
6
hoá. Tuy nhiên tiền kim loại nặng hơn, khó đếm và dễ rơi hơn tiền giấy. Mặc dù vậy
trong xã hội hiện đại không thể thiếu tiền kim loại khi các dịch vụ thương mại tự
động hoá phát triển.
Tuỳ theo tập quán sử dụng và điều kiện đặc thù của mỗi nước mà có sự khác
biệt đáng kể về đường kính và trọng lượng đồng tiền. Ở châu Âu đồng tiền nhỏ nhất
có đường kính 14mm đồng tiền lớn nhất là 31mm, đồng tiền nhẹ nhất là 0,55 gam,
đồng tiền nặng nhất là 13,5 gam. Ở châu Á đồng tiền nhỏ nhất có đường kính là
15mm đồng tiền lớn nhất có đường kính 32mm, đồng tiền nhẹ nhất có trọng lượng
0.45 gam, đồng tiền nặng nhất có trọng lượng 15,5 gam.
Qua nghiên cứu người ta đưa ra đường kính tối ưu của đồng xu nằm trong
khoảng 15 đến 30 mm vì nó thuận tiện cho việc sử dụng mà vẫn đảm bảo tiết kiệm
chi phí đúc dập. Đồng tiền kim loại có mệnh giá lớn nhất phải nên có đường kính
nhỏ hơn 30 mm và trọng lượng dưới 10 gam để dự phòng khi cần phát hành đồng
tiền kim loại có mệnh giá lớn hơn trong tương lai. Chiều dày của đồng tiền kim loại
phải lớn hơn 1mm để đáp ứng các yêu cầu kỹ thuật trong quá trình đúc cắt phôi đập
tiền đồng thời tạo thuận lợi cho việc sử dụng tiền kim loại. Nhìn bề ngoài đồng tiền
có mệnh giá lớn hơn có kích thước lớn hơn nhưng trên thực tế mối quan hệ này
không thể hiện rõ lắm ở hầu hết các bộ tiền kim loại trên thế giới bởi kích thước,

Thông số kĩ thuật:
- Ngày phát hành: 17/12/2003
- Đường kính: 25.5mm
- Độ dày mép: 2.20 mm
- Khối lượng: 7.70 g
- Màu sắc: vàng ánh đỏ.
- Vật liệu: hợp kim (CuAl
16
Ni
2
)
- Mặt trước: hình quốc huy.
- Mặt sau: dòng chữ “NGÂN HÀNG NHÀ NƯỚC VIỆT NAM”, số mệnh giá
5000 đồng, hình Chùa Một Cột.
b, Đồng 2000 VNĐ
Hình 2.2 Hình dạng đồng 2000đ
Thông số kĩ thuật:
- Ngày phát hành: 01/04/2004
- Đường kính: 23.5mm
- Độ dày mép: 1.8 mm
8
- Khối lượng: 5.10 g
- Màu sắc: vàng đồng thau
- Vật liệu: thép mạ đồng thau
- Mặt trước: hình quốc huy
- Mặt sau: dòng chữ “NGÂN HÀNG NHÀ NƯỚC VIỆT NAM”, số mệnh giá
2000 đồng, hình Nhà Rồng.
c, Đồng 1000 VNĐ
Hình 2.3 Hình dạng đồng 1000đ
Thông số kĩ thuật:

- Vật liệu: thép mạ niken
- Mặt trước: hình quốc huy
- Mặt sau: dòng chữ “NGÂN HÀNG NHÀ NƯỚC VIỆT NAM”, số mệnh giá
200 đồng, chi tiết hoa văn dân tộc.
2.3. Các phương pháp nhận dạng tiền xu:
Có rất nhiều phương pháp có thể xác định được các thông số của tiền xu. Tuy
nhiên ở đây, đề tài chỉ trình bày những phương pháp được ứng dụng trong thực tế:
10
Hình 2.6 Sơ đồ khối các phương pháp xác định giá trị tiền xu
2.3.1. Đo đường kính
d5
d4
d3
d2
d1
TiÒn xu
X¸c ®Þnh mÖnh gi¸
theo tÝn hiÖu tõ c¸c
LED thu
Gi¸ trÞ cña mÉu
Lo¹i bá mÉu
LED phat
LED thu 5000®
LED thu 2000®
LED thu 1000®
LED thu 500®
LED thu 200®
Hình 2.7 Nhận dạng tiền xu bằng phương pháp đo đường kính
Có thể xác định đường kính tiền xu bằng cách sử dụng cặp led thu phát hồng
ngoại với các vị trí định trước. Dựa trên đường kính đã biết của các loại mệnh giá,

trạng thái tĩnh khi đo, hơn nữa chi phí cao nên không thể áp dụng phương pháp này
trong thực tế.
2.3.3. Nhận dạng dựa trên sự biến đổi điện dung
d
§Õm tÇn - x¸c
®Þnh mÖnh gi¸
theo xung ®Õm
TiÒn xu
Hình 2.9 Nhận dạng tiền xu bằng phương pháp biến đổi điện dung
Khi tiền xu được đưa vào giữa hai bản tụ, thì điện môi giữa hai bản tụ sẽ thay
đổi dẫn đến điện dung tụ cũng thay đổi, làm cho tần số của mạch cộng hưởng thay
đổi theo. Mạch đếm tần sẽ đếm xung và xác định được tần số của tín hiệu đưa vào
từ đó xác định được mệnh giá của tiền đưa vào.
2.3.4. Nhận dạng dựa trên kỹ thuật xử lý tín hiệu số
12
Hình 2.10 Nhận dạng dựa trên kỹ thuật xử lý số tín hiệu
Đây là phương pháp phức tạp dựa trên kỹ thuật xử lý số. Bản chất vật liệu
được thực hiện bằng các phép kiểm tra độ cứng, độ đàn hồi hay tương tác vật lý…
Và một cách thức được đề nghị là thực hiện việc phân tích tác động của tiền xu khi
va chạm với bề mặt xác định trước.
Sơ đồ phân tích âm thanh va chạm của tiền xu được thực hiện như hình 2.10.
Từ thanh định hướng, tiền xu sẽ rơi tự do lên bề mặt cứng(bản kim loại) . Tại thời
điểm va chạm tiền xu sẽ nảy lên nhiều lần và tạo thành chuỗi âm thanh dao động
ngắt quãng. Như hình 2.11 biểu diễn mẫu âm thanh va chạm của tiền xu lên một bề
mặt có độ cứng lớn và không đàn hồi.
Hình 2.11 Chuỗi âm thanh va chạm của tiền xu vào một bề mặt
Chuỗi âm thanh cho thấy các chuỗi thời gian đặc trưng:
- Khoảng thời gian nảy(Tnay) liên quan đến trọng lượng hình dạng và độ cao
h.
- Khoảng thời gian vang(Tvang) liên quan đến chất liệu và đặc tính bề mặt

0
H.
µ
0
– Độ thẩm từ của chân không, là hằng số có giá trị 4π.10
-7
(H/m)
B
0
– Mật độ từ thông trong chân không.
Có nhiều thông số mô tả tính chất từ của vật rắn, ví dụ tỉ số giữa độ thẩm từ
trong vật liệu và độ thẩm tử trong chân không:
14
µ
r
= µ/µ
0
µ
r
– Độ thẩm từ tương đối.
Độ thẩm từ hoặc độ thẩm từ tương đối của vật liệu là số đo mức độ từ hóa vật
liệu hay khả năng mà từ trường B được cảm ứng trong vật liệu khi có từ trường
ngoài H.
Vector từ hóa(từ độ) µ của vật rắn được xác định theo biểu thức:
=µ
0
+ µ
0
Khi ở trong từ trường H, các momen từ của vật liệu định hướng theo trường đo
và tăng cường nó bằng chính từ trường riêng của chúng. Số hạng µ

ứng
từ(mật
độ từ
thông)
Tesla(Wb/m
2
) Kg/s.C Gauss
Cảm ứng
từ(mật độ
từ thông)
Cường
độ từ
trường
Amper.vòng/
m
C/m.s Oersted
Cường độ
từ trường
Vector
từ hóa
Amper.vòng/
m
C/m.s
Maxwell/c
m
2
Vector từ
hóa
Độ
thẩm từ

Độ từ
hóa(hệ
số từ
hóa)
χ
m
(SI)
χ
m
’(CGS-EMU)
Không đơn vị
Không
đơn vị
Không
đơn vị
Độ từ
hóa(hệ số
từ hóa)
- Tính thuận từ và nghịch từ:
Nghịch từ là một dạng rất yếu của từ tính, không vĩnh cửu và chỉ tồn tại khi có
một từ trường ngoài tác dụng. Trường cảm ứng sinh ra do có sự thay đổi chuyển
động quỹ đạo của điện từ bởi trường ngoài.
Moment từ có trị số rất nhỏ và hướng ngược chiều với từ trường ngoài. Như
vậy độ thẩm từ tương đối µ
r
nhỏ hơn 1(tuy nhiên chỉ rất ít) và độ từ hóa là âm.
Nghĩa là cường độ của từ trường B trong vật rắn nghịch từ vào khoảng -10
-5
. Khi
đặt vào giữa hai cực của một nam châm điện mạnh, các vật liệu nghịch từ sẽ bị hút

Silic -0,41.10
-5
Môlipden 1,19.10
-5
Bạc -2,38.10
-5
Natri 8,48.10
-5
Natri clorua -1,41.10
-5
Titan 1,81.10
-5
Kẽm -1.56.10
-5
Ziêôni 1,09.10
-5
Trong nhiều vật liệu, mỗi nguyên tử có một moment lưỡng cực vĩnh cửu do
kết quả triệt tiêu lẫn nhau không hoàn toàn của các moment từ spin và các moment
từ quĩ đạo. Khi không có từ trường ngoài, các moment từ nguyên tử này định hướng
hỗn loạn, do đó vật liệu sẽ không có vector từ hóa vĩ mô riêng. Khi có từ trường
ngoài, các lưỡng cực nguyên tử này quay tự do và tính thuận từ chỉ thể hiện khi sự
quay này tạo ra một định hướng ưu tiên nào đó như hình trên. Kết quả làm tăng từ
trường ngoài, gây ra một thẩm từ trường tương đối µ
r
lớn hơn 1 và do đó độ từ hóa
tương đối nhỏ nhưng lại có giá trị dương.
Cả hai chất thuận từ và nghịch từ đều được coi là vật liệu không từ tính, bởi vì
chúng chỉ bị từ hóa khi có một từ trường ngoài. Mật độ từ thông trong chúng hầu
như giống nhau trong chân không.
b, Cảm biến dòng điện Foucault

+ jL
2
ω : tổng trở tương đương của đối tượng
M = K : hệ số hỗ cảm
K: hệ số ghép giữa cuộn dây và đối tượng, phụ thuộc vào vị trí của đối tượng.
Ta có phương trình:
Sơ cấp:
(

R
1
+ j
L
1
ω
)

i
1
+ j
M
ωi
2
=
e
1
Thứ cấp:
(

R

”.
Nguyên lý nhận dạng này đơn giản, không cho phép đo trực tiếp các thông số vật
lí và bề dày của đồng xu. Việc xác định mệnh giá của đồng xu dựa trên việc so
sánh đồng xu cần kiểm
tra
có giống đồng xu mẫu hay
không.
Hình 2.15 Cảm biến nhận dạng tiền xu dựa trên
nguyên lý dòng điện Foucault
- Cơ sở lý thuyết
Khi một đồng xu kim loại được đặt vào từ trường, nếu mẫu bỏ vào có cấu tạo
vật liệu kim loại có từ tính (nghịch từ, thuận từ) thì vật liệu sẽ bị từ hóa, và sẽ tạo ra
một từ trường riêng cùng chiều(thuận từ) hoặc ngược chiều(nghịch từ) với từ trường
ngoài. Khi đó từ trường sẽ xâm nhập vào đồng tiền xu cần kiểm tra và tạo nên dòng
điện Foucault trong nó. Tuỳ thuộc vào dạng vật liệu, hình dạng, bề dày của đồng xu
mà dòng điện Foucault này sinh ra từ trường chống lại. Từ thông này có thể đo
được.
- Nguyên lý hoạt động
Cảm biến gồm 3 cuộn dây: cuộn dây thứ cấp H2, cuộn sơ cấp H1 và H3, ba
cuộn giống nhau.
Cuộn H2 được đặt ở giữa, đồng trục và cách đều 2 cuộn H1 và H2.
Hai cuộn H1 và H2 mắc đối ngẫu.
Cho dòng điện xoay chiều chạy qua 2 cuộn H1,H3. Khi đó từ thông sinh ra
bởi cuộn dây H1 sẽ sinh ra dòng điện Foucault trong đồng xu mẫu.Tùy thuộc vào
bề dày của đồng xu mẫu mà dòng Foucault này sinh ra một từ thông, từ thông này
19
sẽ gây ra một điện áp trên cuộn thứ cấp H2. Điện áp này mang thông số và đặc tính
của đồng xu mẫu.
Tương tự như cuộn dây H3 nó sẽ sinh ra một điện áp ngược chiều với điện áp
của cuộn dây H2 sinh ra. Nếu xu mẫu và xu cần nhận dạng giống nhau thì áp vi sai

kháng mà hệ số tự cảm L và hỗ cảm M thay đổi ngược nhau đối với cùng
một chuyển động. Như vậy, ta đã thực hiện một sự bù trừ một phần
không tuyến tính (hoạt động push – pull). Cảm biến điện cảm được dùng trong
20
mạch có nguồn cung cấp bởi một nguồn điện áp sin, có tần số thường giới
hạn cỡ hàng chục kHz để giảm bớt những mất mát về từ và dòng điện
Foucault, cũng như ảnh hưởng điện dung ký sinh. Điện áp đo υ
m
, là kết quả của
sự biến đổi biên độ của điện áp cung cấp E
S
cos
S
t bởi sự dịch chuyển x(t):
υ
m
= K . x(t) .
E
S
cos(
S
t+
Φ )
Rất hiếm, những thay đổi phần tử điện cảm có thể được dùng biến đổi tần số
của mạch dao động, tỉ lệ với sự dịch chuyển. Trong mọi trường hợp, bất kỳ
loại biến đổi nào, tần số f của sự chuyển động phải rất nhỏ so với tần số sóng mang
f
S
để dễ dàng cho việc tách sóng: f<
f

21
Hình 2.13 Module cảm biến nhận dạng tiền xu
Hình ở trên là các modul nhận dạng tiền xu ứng dụng dòng Foucault. Cảm
biến nhận dạng gồm ba cuộn dây được mắc đồng trục tạo thành hai khe, một khe
đựng đồng tiền xu mẫu, khe kia để cho đồng xu cần kiểm tra chạy qua, nếu đồng xu
thật thì sẽ kích relay hoạt động nhận đồng xu vào, nếu là xu giả thì relay không
được kích động thì đồng xu được trả ra ngoài.
2.4.2. Modul nhận dạng tiền xu trong đề tài
Trên cơ sở lý thuyết về cảm biến điện cảm, nhóm đã sử dụng bộ cảm biến
nhận dạng tiền xu EU1 Multi – Coin Coin Selecter do Trung Quốc sản xuất.
Nguyên lý hoạt động của cảm biến này dựa tên nguyên lý cuộn cảm:
Hình 2.18 Phương pháp xác định giá trị theo sự biến thiên điện cảm
Tương tự như phương pháp biến đổi diện dung, ngõ vào chính là mạch dao
động LC. Khi ta bỏ tiền vào giữa lõi cuộn dây thì khi đó điện cảm L của cuộn dây
sẽ thay đổi dẫn đến tần số dao động của mạch cũng thay đổi và sóng sin này được
chuyển thành chuỗi xung vuông, kế đến đưa vào IC xử lý.Nhiệm vụ của IC là kiểm
tra sự thay đổi tần số của chuỗi xung vuông đưa vào, rồi so sánh giá trị của mẫu đã
có(giá trị mẫu được lấy mẫu từ trước và nạp vào trong IC) rồi đưa ra quyết định
xem tiền xu đó là thật hay giả. Nếu là giả thì relay sẽ không được kích hoạt và khi
đó đồng xu sẽ bị trả ra ngoài. Nếu là thật relay sẽ kích hoạt, đóng nam châm điện
hút mở tay gạt, đồng xu được nhận vào máy. Đồng thời, IC sẽ truyền tới ngõ ra số
22
xung do đồng xu tạo ra, ta sẽ nhận lấy số xung này để nhận biết giá trị của đồng xu.
Thông thường, ta đưa vào vi điều khiển để xử lý và cho ra giá trị của đồng xu đó.
Hình 2.19 Cảm biến nhận dạng tiền xu EU1
Hình 2.20 Bản vẽ kỹ thuật của cảm biến nhận dạng tiền xu
2.4.3. Thông số kỹ thuật
a, Có thể lập trình bằng chương trình Hand – Held hoặc PC.
b, Các kênh tiền xu
12 kênh tiền xu được chia làm 2 loại ngân hàng (12=6+6): ngân hàng A và

Bất kì một sản phẩm cơ điện tử thông minh nào muốn hoạt động được phải
có một bộ điều khiển trung tâm điều khiển mọi hoạt động của sản phẩm. Bộ điều
khiển trung tâm này, ngày nay rất đa dạng có thể là một PC được đặt trong sản
phẩm đó, hoặc kết nối với sản phẩm đó thậm chí từ khoảng cách rất xa, cũng có thể
là một bộ PLC, hay vi điều khiển…
Trong đề tài, nhóm đã sử dụng một vi điều khiển làm bộ điều khiển trung tâm
cho máy. Dòng chip được sử dụng là Atmega 128, một sản phẩm của hãng Atmel.
24
Hình 2.21 Chip Atmega128
Dòng vi điều khiển này với các đặc tính và chức năng phù hợp được miêu tả
dưới đây.
- 128 Kbytes bộ nhớ Flash có thể lập trình lại, với 10000 lần xóa, tẩy.
- 4 Kbtes EEROM với 100000 lần xóa tẩy.
- 4 Kbytes SRAM nội.
- Trên dưới 64 Kbytes bộ nhớ ngoài.
- Chế độ bảo vệ chương trình( Fuse)
- 64 thanh ghi I/.O.
- 160 thanh ghi vào ra mở rộng.
- 32 thanh ghi đa mục đích.
- 2 timer 8 bit.
- 2 thanh ghi 16 bit.
- 2 kênh PWM 8 bit tương ứng.
- 6 kênh PWM 16 bit tương ứng.
- 8 ngắt ngoài.
- Đóng gói 64 chân với 6 PORT, với 53 chân I/O.
- Bộ định thới watchdog.
- Bộ dao động nội RC tần số 1MHz, 2MHz, 4MHz, 8MHz.
- ADC 8 kênh với độ phân giải 10 bit.
25