ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA
KHOA CƠ KHÍ

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
NGÀNH: KỸ THUẬT CƠ ĐIỆN TỬ

ĐỀ TÀI:

Thiết kế và chế tạo máy pha trà sữa tự
động

Người hướng dẫn: TS. VÕ NHƯ THÀNH
Người duyệt: TS. ĐẶNG PHƯỚC VINH
Sinh viên thực hiện: TRẦN NGỌC LINH
LÊ NHẬT TRƯỜNG
Số thẻ sinh viên : 101150214
101150235
Lớp: 15CDT2

Đà Nẵng, 12/2019


ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG

CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

Độc lập - Tự do - Hạnh phúc


………………………………………………………………………………………..
………………………………………………………………………………………..
III. Tinh thần, thái độ làm việc của sinh viên: (điểm tối đa 1đ)
………………………………………………………………………………………..
IV. Đánh giá:
1. Điểm đánh giá: ……../10 (lấy đến 1 số lẻ thập phân)
2. Đề nghị: ☐ Được bảo vệ đồ án

☐ Bổ sung để bảo vệ ☐ Không được bảo vệ
Đà Nẵng, ngày

tháng

năm 2019

Người hướng dẫn


ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG

CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

Độc lập - Tự do - Hạnh phúc

KHOA CƠ KHÍ

NHẬN XÉT PHẢN BIỆN ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
Thông tin chung:

15

thực tiễn.

1b

Kỹ năng giải quyết vấn đề; hiểu, vận dụng được kiến
thức cơ bản, cơ sở, chuyên ngành trong vấn đề nghiên cứu.
Chất lượng nội dung ĐATN (thuyết minh, bản vẽ,
chương trình, mô hình,…).

50

Có kỹ năng vận dụng thành thạo các phần mềm ứng
dụng trong vấn đề nghiên cứu;
1c

Có kỹ năng đọc, hiểu tài liệu bằng tiếng nước ngoài

15

ứng dụng trong vấn đề nghiên cứu;
Có kỹ năng làm việc nhóm;
2
2a

Kỹ năng viết:
Bố cục hợp lý, lập luận rõ ràng, chặt chẽ, lời văn súc
tích




TÓM TẮT

Tên đề tài: Thiết kế và chế tạo Máy pha trà sữa tự động.
Sinh viên thực hiện: Trần Ngọc Linh

Số thẻ SV: 101150214

Lê Nhật Trường

Số thẻ SV: 101150235

Lớp: 15CDT2
Giáo viên hướng dẫn: TS. Võ Như Thành.
Giáo viên duyệt:

TS. Đặng Phước Vinh

Đề tài đề cập đến quá trình thiết kế và chế tạo máy pha trà sữa tự động. Đề tài gồm 3
phần chính: Thiết kế, chế tạo các cơ cấu cơ khí; Thiết kế, gia công phần mạch điều khiển
và lập trình chương trình điều khiển; Thiết kế và lập trình giao diện người dùng. Máy
pha trà sữa tự động có thể pha chế được nhiều loại trà sữa khác nhau. Giao diện giao
tiếp người dùng xử lý yêu cầu của khách hàng và gửi về bộ xử lý trung tâm. Hệ thống
sau khi hoàn thành có thể chạy được ở 2 chế độ cơ bản là chế độ cài đặt (dành cho chủ
quán) và chế độ bán hàng (dành cho khách hàng).


ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG


Khoa:Cơ khí

Tên đề tài đồ án:
Thiết kế và chế tạo máy pha trà sữa tự động

2.

Đề tài thuộc diện: ☐ Có ký kết thỏa thuận sở hữu trí tuệ đối với kết quả thực hiện.

3.

Các số liệu và dữ liệu ban đầu:
• Yêu cầu của khách hàng về nguyên vật liệu của một ly trà sữa
• Kích thước tổng thể của mô hình
• Các vật liệu: Sắt hộp vuông 20x20x1mm, nhôm định hình, inox, nhựa
mika, nhựa PLA.

4.

Nội dung các phần thuyết minh và tính toán:

• Chương 1: Tổng quan máy pha trà sữa tự động
• Chương 2: Thiết kế cơ khí
• Chương 3: Thiết kế giao diện điều khiển
• Chương 4: Thiết kế khối điều khiển
• Chương 5: Đánh giá đề tài và hướng phát triển
5.

Các bản vẽ, đồ thị ( ghi rõ các loại và kích thước bản vẽ ):


hội.
Các loại máy móc đã và đang trở thành công cụ lao động thông minh, từng bước
thay thế con người trong hoạt động sản xuất. Nhờ đó mà năng suất và chất lượng lao
động ngày càng được cải thiện và tiệm cận sự hoàn hảo. Trong học phần này, chúng em
thực hiện đề tài: Thiết kế và chế tạo Máy pha trà sữa tự động. Với mục tiêu tạo ra một
sản phẩm hoạt động linh hoạt và có khả năng ứng dụng thực tế mang lại hiệu quả kinh
tế cao. Các nhiệm vụ cần thực hiện trong đề tài này bao gồm:
• Xác định phương án thiết kế.
• Nghiên cứu và điều khiển các cơ cấu.
• Xử lý giao diện điều khiển đáp ứng đầy đủ các nhu cầu của khách hàng
Để đề tài này đạt kết quả tốt đẹp, chúng em đã nhận được sự hỗ trợ, giúp đỡ của
nhiều cơ quan, cá nhân, gia đình. Với tình cảm sâu sắc cho phép chúng em được bày tỏ
lòng biết ơn sâu sắc đến gia đình, các cá nhân và cơ quan đã tạo điều kiện giúp đỡ chúng
em trong suốt quá trình học tập và nghiên cứu đề tài.
Trước hết chúng em gửi tới các thầy Khoa Cơ khí trường Đại học Bách Khoa Đại
học Đà Nẵng lời chào trân trọng, lời chúc sức khỏe và lời cảm ơn sâu sắc. Với sự quan
tâm, chỉ dạy và truyền đạt kiến thức để chúng em hoàn thành đề tài này.
Đặc biệt chúng em gửi lời cảm ơn chân thành nhất tới thầy giáo – TS. Võ Như
Thành đã quan tâm giúp đỡ, hướng dẫn hoàn thành tốt đề tài này trong thời gian qua.
Không thể không nhắc tới sự hỗ trợ truyền đạt kinh nghiệm của các bạn trong tập thể
lớp 15CDT.
Tuy nhiên do kiến thức và kinh nghiệm còn nhiều hạn chế nên khó tránh khỏi
những thiếu sót. Chúng em rất mong nhận được sự thông cảm và đóng góp ý kiến của
các thầy và các bạn sinh viên để đồ án của chúng em được hoàn chỉnh hơn. Chúng em
xin chân thành cảm ơn.
i


Đà Nẵng, ngày 18 tháng 12 năm 2019
Người thực hiện đề tài:

Lời cam đoan liêm chính học thuật
ii
Mục lục
iii
Danh sách các bảng biểu, hình vẽ và sơ đồ
v
Danh sách các cụm từ viết tắt
vii
CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN MÁY PHA CHẾ TRÀ SỮA TỰ ĐỘNG ................... 1
1.1. Đặt vấn đề ........................................................................................................ 1
1.2. Yêu cầu đề tài................................................................................................... 2
1.3. Một số máy pha chế tự động và bán tự động có sẵn trên thị trường .................. 2
1.4. Giới thiệu về máy pha trà sữa tự động .............................................................. 3
1.5. Nội dụng nghiên cứu: ....................................................................................... 4
1.6. Nội dung báo cáo: ............................................................................................ 5
CHƯƠNG 2: THIẾT KẾ CƠ KHÍ .......................................................................... 6
1.7. Yêu cầu của hệ thống ....................................................................................... 6
1.8. Cơ cấu cấp đá ................................................................................................... 6
1.8.1. Yêu cầu cơ cấu cấp đá ....................................................................................... 6
1.8.2. Các phương án thiết kế cơ cấu cấp đá ............................................................... 6
1.8.3. Thiết kế cơ cấu cấp đá ....................................................................................... 8
1.9. Cơ cấu cấp thạch. ........................................................................................... 15
1.9.1. Yêu cầu cơ cấu cấp thạch. ............................................................................... 15
iv


1.9.2. Các phương án thiết kế cơ cấu cấp thạch. ........................................................ 15
1.9.3. Thiết kế cơ cấu cấp thạch. ............................................................................... 19
1.10. Hệ thống bơm và định lượng chất lỏng. ........................................................ 23
1.11. Cơ cấu cấp ly................................................................................................ 24

1.25. Kết quả đạt được .......................................................................................... 57
1.26. Hạn chế còn tồn tại ....................................................................................... 57
1.27. Hướng phát triển đề tài ................................................................................. 57
TÀI LIỆU THAM KHẢO ...................................................................................... 59
PHỤ LỤC 1 ............................................................................................................. 60
PHỤ LỤC 2 ............................................................................................................. 73

vi


DANH SÁCH CÁC HÌNH VẼ
Hình 1.1 Xếp hàng mua trà sữa tại Phúc Long ........................................................ 1
Hình 1.2 Máy bán nước tự động ............................................................................. 1
Hình 1.3 Máy pha cafe Casadio Dieci A2 ............................................................... 2
Hình 1.4 Máy pha café SAECO M50 ..................................................................... 2
Hình 1.5 Máy ủ lạnh trà sữa ................................................................................... 3
Hình 1.6 Máy bán café tự động của VUFOOD ....................................................... 3
Hình 1.7 Hình ảnh thực tế máy pha trà sữa tự động ................................................ 4
Hình 2.1 Mô hình thực tế phương án 1 ................................................................... 7
Hình 2.2 Máy làm đá ELIP100 ............................................................................... 8
Hình 2.3 Thiết kế thùng đá trên phần mềm Solidwork. ........................................... 9
Hình 2.4Thiết kế chi tiết thùng đá........................................................................... 9
Hình 2.5 Bộ truyền xích. ...................................................................................... 11
Hình 2.6 Bộ truyền bánh răng............................................................................... 12
Hình 2.7 Bộ truyền đai răng ................................................................................. 13
Hình 2.8 Bộ truyền đai răng được lựa chọn. ......................................................... 14
Hình 2.9 Hình ảnh tay gắp mềm ........................................................................... 16
Hình 2.10 Cơ cấu cấp thạch sử dụng 2 mâm. ........................................................ 17
Hình 2.11 Thiết kế cơ cấu đẩy thạch trên phần mềm Solidwork ........................... 18
Hình 2.12 Thiết kế chi tiết thùng chứa thạch ........................................................ 19

Hình 4.11 Động cơ bước Nema 17 ....................................................................... 46
Hình 4.12 Module driver động cơ bước A8825 .................................................... 47
Hình 4.13 Cảm biến lưu lượng YF-S401 .............................................................. 48
Hình 4.14 Nguyên lý hoạt động cảm biến Hall ..................................................... 49
Hình 4.15 Cảm biến vật cản hồng ngoại E18-D80NK .......................................... 51
Hình 4.16 Sơ đồ nối dây cảm biến ........................................................................ 51
Hình 4.17 Khối vi điều khiển ............................................................................... 52
Hình 4.18 Khối điều khiển bơm ........................................................................... 52
Hình 4.19 Khối driver điều khiển động cơ bước ................................................... 53
Hình 4.20 Lưu đồ thuật toán toàn hệ thống ........................................................... 54
Hình 4.21 Lưu đồ thuật toán trên vi điều khiển ..................................................... 56

viii


DANH SÁCH CÁC BẢNG
Bảng 4.1 Thông số kỹ thuật của Arduino Mega ................................................... 39
Bảng 4.2 Thông số kỹ thuật Loadcell 1Kg ........................................................... 43
Bảng 4.3 Thông số kỹ thuật module HX711 ........................................................ 45
Bảng 4.4 Thông số kỹ thuật động cơ bước ........................................................... 46
Bảng 4.5 Bảng vi bước DRV A8825 ................................................................... 48
Bảng 4.6 Thông số kỹ thuật của driver DRV A8825 ............................................ 48
Bảng 4.7 Thông số kỹ thuật cảm biến YF-S401 ................................................... 49
Bảng 4.8 Thông số kỹ thuật của Bơm áp lực ....................................................... 50
Bảng 4.9 Thông số kỹ thuật của cảm biến E18-D80NK ....................................... 51

ix


Thiết kế và chế tạo Máy pha trà sữa tự động

động. Dựa trên những nhu cầu thực tế, một máy pha trà sữa tự động hoàn chỉnh cần đáp
ứng được các yêu cầu như sau:
-

Các cơ cấu cơ khí có tiếp xúc với nguyên liệu pha chế cần đảm bảo an toàn về
sức khỏe cho người tiêu dùng về lâu dài.

-

Đạt tiêu chuẩn vệ sinh an toàn thực phẩm.

-

Bảo quản được nguyên liệu tránh khói bụi cũng như nhiệt độ từ môi trường.

-

Đảm báo đáp ứng được nhiều loại thạch và có khả năng nấp cấp sau này.

-

Thời gian hoàn thành một ly trà sữa dưới một phút.

-

Có giao diện thông minh cho người sử dụng.

-

Sử dụng ly giấy thân thiện với môi trường.


3


Thiết kế và chế tạo Máy pha trà sữa tự động

Máy được thiết kế theo kiểu module có thể thay đổi thêm bớt để phù hợp nhất với
nhu cầu của người sử dụng, ví dụ có thể thêm 2 3 loại thạch bằng cách thêm cơ cấu cấp
thạch cũng như giảm bớt loại si rô bằng cách cắt giảm bơm…
Máy có kích thước nhỏ gọn, phù hợp để đặt những nơi công cộng.

Hình 0.7 Hình ảnh thực tế máy pha trà sữa tự động

1.5. Nội dụng nghiên cứu:
Mục tiêu của đề tài là thiết kế và chế tạo được một máy pha trà sữa hoàn chỉnh, trong
quá trình nghiên cứu và thi công đề tài, nhóm sẽ thực hiện những nội dung sau:
+ Thiết kế khung của máy
+ Thiết kế từng cơ cấu và chạy thử nghiệm
+ Tìm hiểu về Raspberry Pi, hệ điều hành Linux.
+ Tìm hiểu về ngôn ngữ lập trình C++ và Qt Frameworks.
SVTH: Trần Ngọc Linh, Lê Nhật Trường

GVHD: TS. Võ Như Thành

4


Thiết kế và chế tạo Máy pha trà sữa tự động

+ Xây dựng sơ đồ khối và lưu đồ thuật toán.


CHƯƠNG 2: THIẾT KẾ CƠ KHÍ
2.1. Yêu cầu của hệ thống
Máy bán trà sữa tự động được thiết kế đáp ứng được những yêu cầu sau:
•
•
•
•

Tốc độ pha chế một ly đạt 45s/ly
Kích thước tổng thể của máy 1m x 1,5m x 1,5m
Thùng đá có khả năng giữ lạnh.
Bảo quản các nguyên liệu pha chế khỏi bụi bẩn và nhiệt độ cao.

2.2. Cơ cấu cấp đá
2.2.1. Yêu cầu cơ cấu cấp đá
Yêu cầu đặt ra ở cơ cấu cấp đá bao gồm: phải đảm bảo vệ sinh an toàn thực phẩm;
ngăn chặn được các tác nhân như: khói, bụi, ô nhiễm từ không khí,… ; bảo quản lạnh
cho đá lâu nhất có thể, tốc độ cấp đá đạt 2Kg/s.
2.2.2. Các phương án thiết kế cơ cấu cấp đá
a. Phương án 1:
- Cơ cấu cấp đá sử dụng thùng nhựa hình trụ tròn Ø320mm, cấp và định lượng đá bằng
mâm như hình (mô hình đã được chế tạo và thử nghiệm).
Ưu điểm

Hạn chế

- Sử dụng vật liệu dễ tìm kiếm, dễ chế

- Định lượng có độ chính xác không

đầu vào.
- Thiết kế tinh tế sắc xảo.
- Có thể bảo quản đá làm ra trong
thời gian dài.
- Chế độ bảo hành cùng ưu đãi của
nhà sản xuất.

SVTH: Trần Ngọc Linh, Lê Nhật Trường

Hạn chế
- Giá thành đắt đỏ (khoảng trên
30.000.000 vnđ/1 máy).
- Khối lượng máy lớn khó khăn
trong việc di chuyển cơ động.
- Cần nguồn điện ổn định mới có
thể bảo quản được đá.
- Khó khăn trong việc thiết kế cơ
cấu tự động.

GVHD: TS. Võ Như Thành

7


Thiết kế và chế tạo Máy pha trà sữa tự động

Hình 2.2 Máy làm đá ELIP100
c. Phương án 3:
- Sử dụng thùng đá bằng Inox 304 để bảo quản đá và cấp đá tự động bằng vít me tải.
Hạn chế


- Khối tam giác với đáy là ống Inox Ø90mm là nơi chứa vít tải liệu tải liệu. Cũng như
phần thiết kế thùng chứa đá thì chúng em đã dùng 1 lớp Inox 304.

Hình 2.3 Thiết kế thùng đá trên phần mềm Solidwork.

400.00

100.00

300.00

2.00

R45.00
Hình 2.4Thiết kế chi tiết thùng đá.
a. Thiết kế vít tải liệu.
- Yêu cầu:

+ Vật liệu chế tạo dễ tìm kiếm nhưng vẫn đảm bảo vệ sinh an toàn thực phẩm vì
tiếp xúc trực tiếp với đá.
+ Chịu được nhiệt độ môi trường.
SVTH: Trần Ngọc Linh, Lê Nhật Trường

GVHD: TS. Võ Như Thành

9