Đồ án tốt nghiệp Công nghệ kỹ thuật điều khiển và tự động hóa: Ứng dụng xử lý ảnh để phân loại sản phẩm theo hình dạng, điều khiển và giám sát qua WinCC

Chia sẻ: | Ngày: | Loại File: DOCX | Số trang:100

Thêm vào BST

Báo xấu

148
lượt xem 28
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Đồ án tốt nghiệp "Ứng dụng xử lý ảnh để phân loại sản phẩm theo hình dạng, điều khiển và giám sát qua WinCC" nghiên cứu tập trung vào sử dụng ngôn ngữ lập trình Python để xử lý ảnh, tín hiệu được gửi tới PLC S7 – 1200 thông qua cổng Ethernet, quy trình điều khiển tuần tự mà từ đó viết chương trình phân loại sản phẩm dựa theo hình dạng. Mời các bạn cùng tham khảo!

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Đồ án tốt nghiệp Công nghệ kỹ thuật điều khiển và tự động hóa: Ứng dụng xử lý ảnh để phân loại sản phẩm theo hình dạng, điều khiển và giám sát qua WinCC

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT KHOA ĐIỆN – ĐIỆN TỬ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC NGÀNH: CÔNG NGHỆ KỸ THUẬT ĐIỀU KHIỂN VÀ TỰ ĐỘNG HOÁ ĐỀ TÀI: ỨNG DỤNG XỬ LÝ ẢNH ĐỂ PHÂN LOẠI SẢN PHẨM THEO HÌNH DẠNG, ĐIỀU KHIỂN VÀ GIÁM SÁT QUA WINCC Người hướng dẫn : ThS. Phan Thị Thanh Vân Sinh viên thực hiện : Bùi Anh Dũng Phạm Lê Bảo Hoàng Mã sinh viên : 1811505520113 1811505520217 Lớp : 18TDH1 18TDH2 Đà Nẵng, tháng 6/2022
ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT KHOA ĐIỆN – ĐIỆN TỬ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC NGÀNH: CÔNG NGHỆ KỸ THUẬT ĐIỀU KHIỂN VÀ TỰ ĐỘNG HOÁ ĐỀ TÀI: ỨNG DỤNG XỬ LÝ ẢNH ĐỂ PHÂN LOẠI SẢN PHẨM THEO HÌNH DẠNG, ĐIỀU KHIỂN VÀ GIÁM SÁT QUA WINCC Người hướng dẫn : ThS. Phan Thị Thanh Vân Sinh viên thực hiện : Bùi Anh Dũng Phạm Lê Bảo Hoàng Mã sinh viên : 1811505520113 1811505520217 Lớp : 18TDH1 18TDH2 Đà Nẵng, tháng 6/2022
NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN
NHẬN XÉT CỦA NGƯỜI PHẢN BIỆN
TÓM TẮT ĐỒ ÁN Tên đề tài: “ Ứng dụng xử lý ảnh để phân loại sản phẩm theo hình dạng, điều khiển và giám sát qua WinCC”. Sinh viên thực hiện: Bùi Anh Dũng Mã SV: 1811505520113 Phạm Lê Bảo Hoàng Mã SV: 1811505520217 Lớp: 18TDH1, 18TDH2 Nội dung: Mô hình xử lý ảnh để phân loại sản phẩm theo hình dạng, điều khiển và giám sát qua WinCC sử dụng Kit Raspberry Pi 4B và PLC S7 – 1200. Ở đây nhóm đã sử dụng CPU 1214C DC/DC/DC, dòng CPU đời mới, hiện đã và đang được ứng dụng trong các nhà máy lớn với chức năng điều khiển quy trình hoạt động lớn của một hệ thống sản xuất của một nhà máy. Đề tài nghiên cứu tập trung vào sử dụng ngôn ngữ lập trình Python để xử lý ảnh, tín hiệu được gửi tới PLC S7 – 1200 thông qua cổng Ethernet, quy trình điều khiển tuần tự mà từ đó viết chương trình phân loại sản phẩm dựa theo hình dạng. Báo cáo về đề tài gồm có 5 phần chính: Chương 1: Tổng quan về hệ thống phân loại sản phẩm theo hình dạng. Giới thiệu tổng quan về hệ thống phân loại sản phẩm theo hình dạng. Nguyên lý hoạt động của hệ thống. Các công nghệ sử dụng trong hệ thống : sử dụng Kit Raspberry 4B để xử lý ảnh, sử dụng PLC S7 – 1200 để phân loại sản phẩm. Đưa ra nhiều phương án thiết kế, so sánh, đánh giá rồi chọn ra phương án thiết kế phù hợp nhất với đề tài. Chương 2: Giới thiệu về Rapberry và ngôn ngữ lập trình Python. Trình bày tổng quan về Raspberry, giới thiệu ngôn ngữ lập trình Python và thư viện OpenCV. Tổng quan về xử lý ảnh và tiến hành xử lý ảnh. Chương 3: Giới thiệu về PLC S71200 và phần mềm TIA Portal. Trình bày tổng quan về PLC và giới thiệu PLC S7 – 1200, làm việc với phần mềm Tia Portal V16. Phương pháp kết nối giữa PLC và WinCC, thiết kế giao diện WinCC. Chương 4: Thiết kế và thi công mô hình “Ứng dụng xử lý ảnh để phân loại sản phẩm theo hình dạng, điều khiển và giám sát trên WinCC”. Trình bày yêu cầu công nghệ của hệ thống. Sơ đồ khối. Lựa chọn thiết bị phù hợp với đề tài. Sơ đồ bố trí hệ thống. Sơ đồ đấu nối của hệ thống. Chương 5: Chương trình điều khiển và giám sát hệ thống. Lập bảng phân công đầu vào/ra. Xây dựng lưu đồ thuật toán. Vẽ giãn đồ thời gian. Lập trình, điều khiển hệ thống. Phương pháp giao tiếp và truyền thông giữa PLC và Raspberry thông qua thư viện Snap 7. Kết luận và hướng phát triển Tài liệu tham khảo Phụ lục
TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT CỘNG HÒA XÃ HÔI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM KHOA ĐIỆN – ĐIỆN TỬ Độc lập Tự do Hạnh phúc NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Giảng viên hướng dẫn: ThS. Phan Thị Thanh Vân Sinh viên thực hiện: Bùi Anh Dũng Mã SV: 1811505520113 Phạm Lê Bảo Hoàng Mã SV: 1811505520217 1. Tên đề tài: “Ứng dụng xử lý ảnh để phân loại sản phẩm theo hình dạng, điều khiển và giám sát trên WinCC”. 2. Các số liệu, tài liệu ban đầu: PLC S71200, Raspberry Pi 4B, camera, động cơ, cảm biến, xi lanh… Trần Văn Hiếu, “Tự Động Hóa PLC S7 – 1200 Với TIA Portal”, năm 2019, nhà xuất bản khoa học kỹ thuật. 3. Nội dung chính của đồ án: Chương 1: Tổng quan về hệ thống phân loại sản phẩm theo hình dạng. Chương 2: Giới thiệu về Rapberry và ngôn ngữ lập trình Python. Chương 3: Giới thiệu về PLC S71200 và phần mềm TIA Portal. Chương 4: Thiết kế và thi công mô hình “Ứng dụng xử lý ảnh để phân loại sản phẩm theo hình dạng, điều khiển và giám sát trên WinCC”. Chương 5: Chương trình điều khiển và giám sát hệ thống. ĐÁNH GIÁ KẾT QUẢ THỰC HIỆN CỦA ĐỀ TÀI HƯỚNG PHÁT TRIỂN ĐỀ TÀI 4. Các sản phẩm dự kiến Mô hình “Ứng dụng xử lý ảnh để phân loại sản phẩm theo hình dạng, điều khiển và giám sát trên WinCC”. Báo cáo thuyết minh đề tài. Chương trình xử lý ảnh trên Python. Chương trình điều khiển hệ thống trên TIA Portal. 5. Ngày giao đồ án: 21/02/2022 6. Ngày nộp đồ án: 30/05/2022 Đà Nẵng, ngày 21 tháng 02 năm 2022 Trưởng Bộ môn Người hướng dẫn
ThS. Phan Thị Thanh Vân
LỜI NÓI ĐẦU Công nghiệp hóa – hiện đại hóa đất nước là một trong một trong những mục tiêu mà nước ta hiện và đang chú trọng trong những năm vừa qua. Việc áp dụng những dây chuyền sản xuất tự động ngày càng được áp dụng nhiều trong các nhà máy, xí nghiệp nhằm tăng năng suất làm việc, tăng lợi nhuận đầu ra, giảm thời gian sản xuất… đáp ứng cầu của thị trường, sự phát triển hàng ngày hàng giờ của kinh tế và công nghệ. Từ đó ngành kỹ thuật điều khiển và tự động hóa ra đời và càng phát triển hơn, đáp ứng đủ nhu cầu và nguồn lực cho công nghiệp thời đại mới cũng như sự phát triển của nước nhà. Sau khoảng thời gian học tập và rèn luyện, được nhận những kiến thức chuyên ngành của thầy và cô khoa Điện – Điện tử, Trường ĐH Sư phạm Kỹ thuật – Đại học Đà Nẵng, nhóm chúng em đã tiến hành thực hiện đồ án “Ứng dụng xử lý ảnh để phân loại sản phẩm theo hình dạng, điều khiển và giám sát qua WinCC”. Đồ án ứng dụng những kiến thức được nhận trên trường lớp cùng với việc tìm hiểu thông qua Internet để giải quyết vấn đề đặt ra cũng như đánh giá cơ sở lý thuyết đến giải quyết thực tiễn. Từ đó là cơ sở nền, vững chắc thêm kiến thức suốt 4 năm đại học. Em xin chân thành cảm ơn ThS.Phan Thị Thanh Vân đã tận tình hướng dẫn và giúp chúng em thực hiện đồ án này. Trong quá trình thực hiện đồ án mặc dù đã cố gắng hết sức nhưng vẫn sẽ không thể tránh thiếu sót, mong sự đóng góp ý của thầy/cô. 8
LỜI CAM ĐOAN Tên đề tài : “Ứng dụng xử lý ảnh để phân loại sản phẩm theo hình dạng, điều khiển và giám sát qua WinCC.” Sinh viên thực hiện: Bùi Anh Dũng Mã SV: 1811505520113 Phạm Lê Bảo Hoàng Mã SV: 1811505520217 Lớp: 18TDH1, 18TDH2 “Tôi xin cam đoan đồ án tốt nghiệp này là do chính chúng tôi nghiên cứu và thực hiện. Tôi không sao chép từ bất kì một bài viết nào đã được công bố mà không trích dẫn nguồn gốc. Nếu có bất kì một sự vi phạm nào, chúng tôi xin chịu hoàn toàn trách nhiệm.” Sinh viên thực hiện Bùi Anh Dũng Phạm Lê Bảo Hoàng 9
MỤC LỤC 10
DANH SÁCH BẢNG, HÌNH ẢNH BẢNG 1. 1 Đặc điểm hình dạng sản phẩm 11
DANH SÁCH CÁC KÝ HIỆU, CHỮ VIẾT TẮT Đ Đúng S Sai PLC Programmable Logic Control I/O Input/Output LAD Ladder Diagram FBD Function Block Diagram STL Instruction List HMI Human Machine Interface Scada Supervisory Control And Data Acquisition AI Analog Input DI Digital Input ĐC Động cơ WinCC Windows Control Center CPU Central Procecssing Unit Power Supply Nguồn cấp Input voltage DI Điện áp đầu vào Output Voltage DOĐiện áp đầu ra Working Memory Bộ nhớ làm việc Protocols Các giao thức Programming Language Ngôn ngữ lập trình Class of Protection Lớp bảo vệ 12
Tên đề tài: Ứng dụng xử lý ảnh để phân loai sản phẩm theo hình dạng, điều khiển và giám sát qua WinCC MỞ ĐẦU Trong thời đại mà các dây chuyền sản xuất, đóng gói và phân loại sản phẩm của các nhà máy không chỉ ở nước ta mà trên toàn thế giới đang dần dần chuyển hoàn toàn thành dây chuyền tự động hóa. Mục đích nhằm tăng năng suất sản phẩm, rút ngắn thời gian thành phẩm, có thể làm việc liên tục, giảm sức người và nhân công nhằm đem lại lợi nhuận lớn hơn cho doanh nghiệp và nhà đầu tư. Đồ án “Ứng dụng xử lý ảnh để phân loại sản phẩm theo hình dạng, điều khiển và giám sát qua WinCC” thông qua việc sử dụng Kit Raspbbery Pi 4B, PLC Siemens S7 – 1200 và WinCC giám sát công đoạn phân loại sản phẩm theo hình dạng của từng sản phẩm, giúp kiểm soát được những sản phẩm bị lỗi, phân loại sản phẩm theo hình dạng mong muốn. Đồ án gồm 5 chương chính: Chương 1: Tổng quan về hệ thống phân loại sản phẩm theo hình dạng. Chương 2: Giới thiệu về Rapberry và ngôn ngữ lập trình Python. Chương 3: Giới thiệu về PLC S71200 và phần mềm TIA Portal. Chương 4: Thiết kế và thi công mô hình “Ứng dụng xử lý ảnh để phân loại sản phẩm theo hình dạng, điều khiển và giám sát trên WinCC”. Chương 5: Chương trình điều khiển và giám sát hệ thống. ĐÁNH GIÁ KẾT QUẢ THỰC HIỆN CỦA ĐỀ TÀI HƯỚNG PHÁT TRIỂN ĐỀ TÀI
Tên đề tài: Ứng dụng xử lý ảnh để phân loai sản phẩm theo hình dạng, điều khiển và giám sát qua WinCC TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG PHÂN LOẠI SẢN PHẨM THEO HÌNH DẠNG a. Tổng quan về hệ thống Ngày nay, nước ta đang thực chính sách “Công nghiệp hoá – hiện đại hoá đất nước”. Nền Công nghiệp đang hướng tới Công nghiệp 4.0, là sự kết hợp các công nghệ lại với nhau, làm mờ ranh giới giữa vật lý, kỹ thuật số và sinh học. Với sự phát triển của công nghệ kỹ thuật, các bộ điều khiển đang có ứng dụng rộng rãi trong các lĩnh vực khoa học kỹ thuật và đời sống xã hội, đặc biệt là trong tự động hoá và điều khiển. Từ đó mà việc đưa tự động hóa vào sản xuất như diễn ra một điều tất yếu. Việc tạo ra các sản phẩm tự động hoá không những trong công nghiệp mà ngay cả trong đời sống con người ngày càng được phổ biến. Phân loại sản phẩm là một bài toán đã và đang được ứng dụng rất nhiều trong thực tế hiện nay. Công việc này đòi hỏi sự tập trung cao và có tính lặp lại, nên các công nhân khó đảm bảo được sự chính xác trong công việc. Chưa kể đến có những phân loại dựa trên các chi tiết kĩ thuật rất nhỏ mà mắt thường khó có thể nhận ra. Điều đó sẽ ảnh hưởng trực tiếp tới chất lượng sản phẩm và uy tín của nhà sản xuất. Vì vậy, hệ thống tự động nhận dạng và phân loại sản phẩm ra đời là một sự phát triển tất yếu nhằm đáp ứng nhu cầu cấp bách này. b. Nguyên lý hoạt động của hệ thống Đề tài “Ứng dụng xử lý ảnh để phân loại sản phẩm theo hình dạng, điều khiển và giám sát qua WinCC” là mô hình phân loại sản phẩm theo hình dạng (hình tròn, hình vuông, hình tam giác và hình chữ nhật). Dựa trên ngôn ngữ Python với thư viện chính là OpenCV và được thực hiện trên Kit Raspberry Pi 4B và PLC S7 1200. Tại đây sử dụng các đặc điểm riêng biệt của từng hình dạng để đi nhận dạng rồi sau đó phân loại từng sản phẩm. Hệ thống gồm camera, Raspberry, PLC. Camera sẽ chụp ảnh sản phẩm cần phân loại rồi sau đó gửi đến Rasppberry để xử lí, sau khi xử lí được ảnh thì Rasppberry sẽ gửi đến PLC để điều khiển và phân loại sản phẩm. Kết quả thực hiện của đề tài là nhận dạng được những sản phẩm có hình dạng (hình tròn, hình vuông, hình tam giác và hình chữ nhật) cùng với việc đếm được sản phẩm theo hình dạng của từng sản phẩm, hiển thị trên màn hình. c. Các công nghệ sử dụng trong hệ thống  Phương pháp xử lý ảnh dùng phần mềm Matlab Matlab là ngôn ngữ lập trình bậc cao dùng cho kỹ thuật. Đồng thời nó là môi trường tương tác có thể thực hiện nhiều nhiệm vụ, phát triển giải thiết, phân tích dữ liệu, tính toán các phép tính số học và hình ảnh hoá số liệu. So với các ngôn ngữ lập trình truyền thống như C, C++ hay Fortran thì Matlab có nhiều ưu điểm hơn do được tích hợp các hỗ trợ rất mạnh. Ưu điểm : Phần mềm dễ sử dụng Nhược điểm : + Độ chính xác không cao + Việc truyền thông, giao tiếp với các phần mềm rất khó  Phương pháp xử lý ảnh dùng phần mềm Labview 14
Tên đề tài: Ứng dụng xử lý ảnh để phân loai sản phẩm theo hình dạng, điều khiển và giám sát qua WinCC Labview là một phần mềm lập trình mô phỏng robot được sáng chế ra với mục đích hỗ trợ người dùng tạo ra các thiết bị ảo dựa trên nhu cầu cá nhân. Ưu điểm : + Phần mềm dễ sử dụng nên được nhiều người sử dụng + Khả năng phát hiện hình dạng của chương trình LabView là cực kì nhanh chóng. Có thể sử dụng các chứng năng mở rộng có sẵn trong Labview đê tăng khả năng phân biệt nhiều sản phẩm + Kết quả xử lý ảnh với tỷ lệ sai lệch nhỏ và có độ chính xác cao Nhược điểm : Khó khăn về kết hợp giữa phần mềm Labview với các phần mềm khác Trên đây là 2 phương pháp được sử dụng rất nhiều hiện nay. Tuy nhiên, trong một hệ thống đòi hỏi độ chính xác cao, việc giao tiếp và truyền thống với các thiết bị khác phải đảm bảo tính ổn định và nhanh chóng. Trong các nhà máy, xí nghiệp hiện nay thì việc sử dụng phương pháp xử lý ảnh thông qua Raspberry kết hợp với PLC đang dần thay thế các phương pháp khác. Do vậy, trong đề tài này sử dụng các công nghệ như sau: Sử dụng Kit Raspberry Pi 4B thông qua thư viện OpenCV để xử lý ảnh Sử dụng PLC S7 – 1200 để phân loại sản phẩm Sử dụng WinCC để giám sát quá trình hoạt động và hiện thị số lượng lên màn hình d. Phương pháp phân loại sản phẩm theo hình dạng Với đề tài “Ứng dụng xử lý ảnh để phân loại sản phẩm theo hình dạng, điều khiển và giám sát qua WinCC”. Ở phần này sẽ đi tìm hiểu chi tiết phương pháp nhận dạng của từng sản phẩm và phân loại sản phẩm theo từng hình dạng đã được nhận dạng. d.i. Các hình dạng cơ bản của sản phẩm Trong cuộc sống hiện nay, nhu cầu về kiểu dáng sản phẩm ngày càng được chứ trọng, để đáp ứng nhu cầu thiết yếu đó nên trên thị trường ra nhiều sản phẩm có hình dạng và kiểu dáng đa dạng. Ở đề tài này, để gần với thực tế, nhóm chọn sản phẩm có hình dạng phổ biến. Chủ yếu là các hình dạng ở ngoài cuộc sống (hình tròn, hình vuông, hình tam giác và hình chữ nhật). Đặc điểm cơ bản của sản phẩm có hình dạng phổ biến: Đặc điểm nhận dạng hình chữ nhật: Có 4 đỉnh, 4 cạnh, 4 góc vuông, 2 cạnh đối diện đều bằng nhau khác với so với hình vuông là 2 cạnh kề không bằng nhau,… Đặc điểm nhận dạng hình vuông : Có 4 đỉnh, 4 cạnh, 4 góc vuông, 2 cạnh đối diện đều bằng nhau, 2 cạnh kề bằng nhau,… Đặc điểm nhận dạng hình tròn: Một hình tròn là một vùng trên mặt phẳng nằm "bên trong" đường tròn. Bán kính tính từ tâm đến đường tròn. Đặc điểm nhận dạng: Bán kính đều bằng nhau,… Đặc điểm nhận dạng hình tam giác: có 3 đỉnh và 3 cạnh là hình tam giác,… d.ii. Phương pháp nhận dạng hình dạng Phương pháp nhận dạng hình ảnh là giai đoạn quan trọng của hệ thống xử lý ảnh. Nhận dạng là quá trình phân loại các đối tượng được biểu diễn theo một mô hình nào đó. Ảnh được chụp sẽ được phân tích thành các đặc trưng riêng biệt, với những đặc trưng đó ta đem đi nhận dạng. 15
Tên đề tài: Ứng dụng xử lý ảnh để phân loai sản phẩm theo hình dạng, điều khiển và giám sát qua WinCC Như đã đề cập ở trên thì các hình dạng của sản phẩm sẽ có các đặc điểm riêng biệt. Tuy nhiên, thì vẫn có một số đặc điểm giống nhau, đặc điểm khác nhau, cùng với đó có thêm một số đặc điểm bị dư thừa trong việc so sánh với các sản phẩm khác. Chính vì vậy, ở đề tài này, ta cần chọn lọc ra từng đặc điểm riêng biệt của từng hình mà các hình khác không có và loại bỏ các đặc điểm không cần thiết. Như vậy, để nhận dạng được hình dạng của sản phẩm cần xác định các đặc điểm đặc trưng riêng biệt của từng hình dạng. Ở đây chỉ có 4 hình dạng sản phẩm (hình chữ nhật, hình vuông, hình tròn, hình tam giác) cần phân loại, chính vì vậy sẽ có một số đặc điểm hình dạng không cần xét tới. Sản phẩm hình chữ nhật Hình chữ nhật là hình có 4 đỉnh, 4 cạnh, 4 góc vuông, 2 cạnh đối diện bằng nhau,... Từ đặc điểm đó ta đi so sánh với 3 hình còn lại và phân tích thấy: Đặc điểm thứ nhất có 4 đỉnh, nhưng sản phẩm hình vuông cũng có 4 đỉnh. Vì vậy ta có đặc điểm thứ hai để so sánh sự khác biệt với hình vuông, đó là 2 cạnh kề không bằng nhau với hình chữ nhật, với hình vuông thì chúng bằng nhau. Như vậy, đặc điểm nhận dạng sản phẩm hình chữ nhật, gồm 4 đỉnh và 2 cạnh kề không bằng nhau. Hình 1. : Đặc điểm hình chữ nhật Sản phẩm hình vuông Đặc điểm nhận dạng: Có 4 đỉnh, 4 cạnh, 4 góc vuông, 2 cạnh đối diện đều bằng nhau, 2 cạnh kề bằng nhau,… Từ đặc điểm đó ta đi so sánh với 3 hình còn lại và phân tích thấy: Đặc điểm thứ nhất có 4 đỉnh, nhưng sản phẩm hình chữ nhật cũng có 4 đỉnh như đã đề cập ở trên. Chính vì vậy ta có đặc điểm thứ hai để so sánh sự khác biệt với hình chữ nhật, đó là 2 cạnh bằng nhau. Như vậy, đặc điểm nhận dạng sản phẩm hình vuông, gồm 4 đỉnh và 2 cạnh kề bằng nhau. 16
Tên đề tài: Ứng dụng xử lý ảnh để phân loai sản phẩm theo hình dạng, điều khiển và giám sát qua WinCC Hình 1. : Đặc điểm hình vuông Sản phẩm hình tròn Đặc điểm nhận dạng: Bán kính đều bằng nhau,… Từ đặc điểm đó ta đi so sánh với 3 hình còn lại và phân tích thấy: bán kính tính từ tâm đến đường tròn bên ngoài tất cả chúng đều bằn nhau chính vì vậy đó là đặc điểm riêng biệt của hình tròn. Hình 1. : Đặc điểm hình tròn Sản phẩm hình tam giác Đặc điểm nhận dạng: có 3 đỉnh và 3 cạnh là hình tam giác,… Từ đặc điểm đó ta đi so sánh với 3 hình còn lại và phân tích thấy: Chỉ có hình tam giác có 3 đỉnh, và đó chính là đặc điểm đặc trưng riêng biệt của tam giác. Hình 1. : Đặc điểm hình tam giác 17
Tên đề tài: Ứng dụng xử lý ảnh để phân loai sản phẩm theo hình dạng, điều khiển và giám sát qua WinCC Bảng 1. Đặc điểm hình dạng sản phẩm Đặc điểm Hình vuông Hình chữ nhật Hình tròn Hình tam giác đỉnh 4 đỉnh 4 đỉnh không 3 đỉnh 2 cạnh kề bằng 2 cạnh kề không cạnh không 3 cạnh nhau bằng nhau bán kính không Không bằng nhau không Như vậy ta có thể thấy, ta chỉ cần tìm ba đặc điểm chính: Đỉnh, cạnh và bán kính. Trong đó đỉnh liên quan đến hình tam giác, hình chữ nhật và hình vuông. Cạnh chỉ có hai hình là hình vuông và hình chữ nhật. Bán kính chỉ liên quan tới hình tròn. d.iii. Phương pháp tìm đặc điểm hình dạng để phân loại sản phẩm Để phân loại sản phẩm ta cần có đặc điểm của hình dạng, từ đó ta đi so sánh để phân loại sản phẩm theo hình dạng. Đỉnh của hình dạng Đầu tiên ta tìm số đỉnh của các hình. Có 3 hình dạng có đặc điểm liên quan tới đỉnh là hình chữ nhật, hình vuông và hình tam giác. Đặc điểm gồm: Có 4 đỉnh là hình vuông và hình tròn Có 3 đỉnh là hình tam giác Cạnh của hình dạng Vấn đề về cạnh chỉ có 2 hình là liên quan tới chúng là: hình chữ nhật và hình vuông. Đặc điểm gồm: Hai cạnh kề bằng nhau là hình vuông Hai cạnh kề không bằng nhau là hình chữ nhật Bán kính của hình dạng Bán kính là độ dài tính từ tâm tới điểm ngoài đường tròn, ở đây thì liên quan có duy nhất một hình là hình tròn. Có đặc điểm: bán kính bằng nhau. Phương pháp tìm đỉnh Hình 1. : Đỉnh của hình Sử dụng thuật toán RamerDouglasPeucker để tìm đường bao xấp xỉ, từ đường bao ta suy ra được đỉnh. 18
Tên đề tài: Ứng dụng xử lý ảnh để phân loai sản phẩm theo hình dạng, điều khiển và giám sát qua WinCC Hình 1. : Đoạn Ramer – Douglas – Peucker Ý tưởng cơ bản của thuật toán RamerDouglasPeucker là xét xem khoảng cách lớn nhất từ đường cong tới đoạn thẳng nối hai điểm đầu và điểm cuối đường cong, có lớn hơn ngưỡng θ không. Đầu tiên ta có điểm đầu và điểm cuối (tạm gọi là A, E) của sẽ được giữ lại, sau đó tìm điểm có khoảng cách lớn nhất đến đường thẳng AB (tạm gọi là điểm C và độ dài tạm gọi là h). Nếu khoảng h θ thì C là đỉnh ngược lại thì không phải. Tương tự ta sử dụng thuật toán đó để tìm ra đỉnh B và đỉnh D. Phương pháp tìm độ dài cạnh Hình 1. : Độ dài cạnh Giả sử ta có tọa độ của 2 đỉnh tìm được ở bước tìm đỉnh là A() và B(), ta tìm cạnh với công thức: 19
Tên đề tài: Ứng dụng xử lý ảnh để phân loai sản phẩm theo hình dạng, điều khiển và giám sát qua WinCC Với AB là độ dài cạnh. Tương tự cho các cạnh còn lại Phương pháp tìm tâm và bán kính Bán kính là khoảnh cách từ tâm tới các điểm trên đường tròn. Hình 1. : Bán kính bằng nhau Tìm tâm O theo phương pháp tìm tâm đường tròn ngoại tiếp tam giác, đường tròn đi qua 3 đỉnh của tam giác ABC được gọi là đường tròn ngoại tiếp tam giác ABC khi đó tam giác ABC nội tiếp đường tròn tâm O. Tâm đường tròn ngoại tiếp tam giác là giao điểm của 3 đường trung trực, tam giác ở đây ta chọn bất kì 3 điểm trên dườn tròn giả sử chọn 3 đỉnh A(), B(), C(). Gọi tâm O(x,y), tìm tâm theo công thức sau: Với AO, BO, CO chính là bán kính đường tròn, từ đó ta có:  tâm O(x,y) e. Phương án thiết kế e.i. Yêu cầu thiết kế Với mục tiêu là mô hình phục vụ cho đồ án tốt nghiệp nên không thể đáp ứng được đầy đủ các yêu cầu trong thực tế cũng như các điều kiện phân loại phức tạp. Tuy nhiên, mô hình thiết kế phải đảm bảo một số yêu cầu kỹ thuật chung như sau: Mô hình cơ bản phải phù hợp với nguyên lý phân loại trong thực tế; Lắp ráp, đấu nối và vận hành điều khiển dễ dàng; Sử dụng các vật tư, thiết bị, linh kiện thông dụng để dễ dàng thay thế sữa chữa; Đảm bảo tính thẩm mỹ và gọn gàng. Các cơ cấu truyền động, kết nối phải đảm bảo cứng vững và tuổi thọ cao e.ii. Lựa chọn phương án thiết kế Với những yêu cầu kỹ thuật đã phân tích ở trên, kết hợp với một số tài liệu tham khảo, nhóm quyết định sẽ sử dụng công nghệ phân loại sản phẩm bằng phương pháp xử lý ảnh thông qua Raspberry kết hợp với PLC S7 – 1200 cho đề tài “Ứng dụng xử lý ảnh để phân loại sản phẩm theo hình dạng, điều khiển và giám sát qua WinCC”. Nhóm chọn phương án thiết kế này vì nó dễ lắp đặt và thi công mô hình chi phí không cao, còn những phương án thiết kế khác thì chi phí lắp đặt cao, nhiều thiết bị vật liệu khó tìm kiếm. Mô hình của nhóm mô phỏng lại một hệ thống như trong thực tế. Phương án thiết kế mô hình gồm các phần chính như sau: 20