Đồ án tốt nghiệp: Nghiên cứu, thiết kế và thi công mô hình đếm và phân loại sản phẩm theo cân nặng, màu sắc

Chia sẻ: Xylitol Extra | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:116

Thêm vào BST

Báo xấu

366
lượt xem 57
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Đề tài “Nghiên cứu, thiết kế và thi công hệ thống phân loại sản phẩm theo cân nặng, màu sắc; Quản lý và điều khiển bằng điện thoại” là mô hình phân loại sản phẩm, cụ thể ở đây là nông sản quả cà chua theo cân nặng và màu sắc đã được cài đặt sẵn. Hoạt động của mô hình dựa trên cơ chế điều khiển động cơ và xử lý tín hiệu tương tự (màu sắc, cân nặng) của kit Raspberry Pi 3 Model B, với ngôn ngữ lập trình Python và thư viện OpenCV, cùng khả năng quản lí và điều khiển qua điện thoại thông minh. 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: Nghiên cứu, thiết kế và thi công mô hình đếm và phân loại sản phẩm theo cân nặng, màu sắc

BỘ GIÁO DỤC & ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP. HỒ CHÍ MINH KHOA ĐIỆN – ĐIỆN TỬ BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH --------------------------------- ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP NGÀNH CÔNG NGHỆ KỸ THUẬT ĐIỆN TỬ TRUYỀN THÔNG ĐỀ TÀI: NGHIÊN CỨU, THIẾT KẾ VÀ THI CÔNG MÔ HÌNH ĐẾM VÀ PHÂN LOẠI SẢN PHẨM THEO CÂN NẶNG, MÀU SẮC GVHD: Th.S NGUYỄN ĐÌNH PHÚ SVTH: 1. PHẠM THỊ THANH THẢO 15141284 2. PHAN TRẦN HOÀI VŨ 15141333 Tp. Hồ Chí Minh – 06/2019
BỘ GIÁO DỤC & ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP. HỒ CHÍ MINH KHOA ĐIỆN – ĐIỆN TỬ BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH --------------------------------- ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP NGÀNH KỸ THUẬT ĐIỆN TỬ TRUYỀN THÔNG ĐỀ TÀI: NGHIÊN CỨU, THIẾT KẾ VÀ THI CÔNG MÔ HÌNH ĐẾM VÀ PHÂN LOẠI SẢN PHẨM THEO CÂN NẶNG, MÀU SẮC GVHD: ThS. NGUYỄN ĐÌNH PHÚ SVTH: 1. PHẠM THỊ THANH THẢO 15141284 2. PHAN TRẦN HOÀI VŨ 15141333 Tp. Hồ Chí Minh – 07/2019
TRƯỜNG ĐH SPKT TP. HỒ CHÍ MINH CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM KHOA ĐIỆN-ĐIỆN TỬ ĐỘC LẬP - TỰ DO - HẠNH PHÚC BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH ----o0o---- Tp. HCM, ngày tháng năm 2019 NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Họ tên sinh viên: Phạm Thị Thanh Thảo MSSV: 15141284 Phan Trần Hoài Vũ MSSV: 15141333 Chuyên ngành: Điện tử công nghiệp Mã ngành: 41 Hệ đào tạo: Đại học chính quy Mã hệ: 1 Khóa: 2015 Lớp: 15141DT2A I. TÊN ĐỀ TÀI: NGHIÊN CỨU, THIẾT KẾ VÀ THI CÔNG MÔ HÌNH ĐẾM VÀ PHÂN LOẠI SẢN PHẨM THEO CÂN NẶNG, MÀU SẮC. II. NHIỆM VỤ 1. Các số liệu ban đầu: (ghi những thông số, tập tài liệu tín hiệu, hình ảnh, …) .............................................. ...................................................................................................................................... ...................................................................................................................................... ...................................................................................................................................... ...................................................................................................................................... 2. Nội dung thực hiện: (ghi những nội dung chính cần thực hiện như trong phần tổng quan) ........................ ...................................................................................................................................... ...................................................................................................................................... ...................................................................................................................................... i
...................................................................................................................................... ...................................................................................................................................... III. NGÀY GIAO NHIỆM VỤ: 18/02/2019 IV. NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ: 10/06/2019 V. HỌ VÀ TÊN CÁN BỘ HƯỚNG DẪN: ThS. Nguyễn Đình Phú CÁN BỘ HƯỚNG DẪN BM. ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH ii
TRƯỜNG ĐH SPKT TP. HỒ CHÍ MINH CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT KHOA ĐIỆN-ĐIỆN TỬ NAM BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y ĐỘC LẬP - TỰ DO - HẠNH PHÚC SINH ----o0o---- Tp. HCM, ngày tháng năm 2019 LỊCH TRÌNH THỰC HIỆN ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Họ tên sinh viên 1: Phạm Thị Thanh Thảo Lớp: 1514DT2A ............................................................ MSSV: 15141284 Họ tên sinh viên 2: Phan Trần Hoài Vũ Lớp: 1514DT2A ............................................................ MSSV: 15141333 Tên đề tài: NGHIÊN CỨU, THIẾT KẾ VÀ THI CÔNG MÔ HÌNH ĐẾM VÀ PHÂN LOẠI SẢN PHẨM THEO CÂN NẶNG, MÀU SẮC. Tuần/ngày Nội dung Xác nhận GVHD Tuần 1 Nhận đồ án, tìm hiểu đề tài. (18-24/02/2019) Tuần 2 Tìm hiểu hướng làm đề tài, chọn vi xử lý điều (25-03/03/2019) khiển, ngôn ngữ lập trình. Tuần 3 Tìm hiểu Raspberry Pi 3 mode B và ngôn ngữ lập (04-10/03/2019) trình Python Tuần 4 Tiến hành lập trình nhận diện phân loại màu sắc. (11-17/03/2019) Tuần 5 Hoàn chỉnh phân loại màu sắc, lập trình phân loại (18-24/03/2019) cân nặng Tuần 6, 7, 8 Tiến hành thiết kế phần cứng cho toàn bộ hệ (25-14/04/2019) thống. iii
Tuần 9, 10, 11, Chạy thử nghiệm hệ thống và hiệu chỉnh sao cho 12 hệ thống hoạt động ổn định (15-12/05/2019) Tuần 13, 14, 15 Hoàn chỉnh báo cáo (13-02/06/2019) 03/06/2019 Hoàn thành nhiệm vụ đồ án GV HƯỚNG DẪN (Ký và ghi rõ họ và tên) iv
LỜI CAM ĐOAN Đề tài “Nghiên cứu, thiết kế và thi công mô hình đếm và phân loại sản phẩm theo cân nặng và màu sắc” là nhóm đề tài tự thực hiện dựa vào tham khảo một số tài liệu trước đó và không sao chép từ tài liệu hay công trình nào khác. Người thực hiện đề tài Phạm Thị Thanh Thảo Phan Trần Hoài Vũ v
LỜI CẢM ƠN Lời đầu tiên, nhóm đề tài xin gởi lời cảm ơn chân thành đến Thầy Nguyễn Đình Phú - giảng viên khoa Điện-Điện tử, Trường ĐH Sư phạm Kỹ thuật Tp. HCM đã theo sát hỗ trợ và hướng dẫn nhóm một cách chi tiết trong quá trình thực hiện đề tài. Thầy luôn hỗ trợ hết mình, giải đáp thắc mắc, chỉ ra sai sót cũng như gợi ý những phương án thực hiện sao cho khả thi và dễ tiếp cận nhất. Nhóm cũng xin gửi lời cảm ơn đến quý thầy(cô) trong khoa Điện-Điện tử đã tận tình giải đáp thắc mắc, nguyện vọng trong quá trình thực hiện đề tài của nhóm. Sự hỗ trợ của quý thầy(cô) đóng góp một phần không nhỏ vào thành công ngày hôm nay. Nhóm đề tài cũng xin cảm ơn các bạn sinh viên trong khoa Điện-Điện tử đã nhiệt tình giúp đỡ, hỗ trợ nhóm, đặc biệt là tập thể lớp 15141DT2A. Những đóng góp của các bạn luôn được nhóm tiếp nhận và đánh giá cao. Cuối cùng, nhóm xin cảm ơn chân thành và sâu sắc đến Cha, Mẹ - những người luôn bên cạnh hỗ trợ hết mình về tài chính cũng như tinh thần trong suốt những năm tháng qua. Thành công của đề tài ngày hôm nay chính là một phần đóng góp to lớn của mọi người. Một lần nữa, nhóm xin gởi lời cảm ơn chân thành nhất đến quý thầy cô, bạn bè và quý phụ huynh đã hỗ trợ nhóm thực hiện đề tài hoàn chỉnh. Xin chân thành cảm ơn! Người thực hiện đề tài Phạm Thị Thanh Thảo Phan Trần Hoài Vũ vi
MỤC LỤC LỜI CẢM ƠN ........................................................................................................... vi MỤC LỤC ................................................................................................................ vii LIỆT KÊ HÌNH VẼ ....................................................................................................x LIỆT KÊ BẢNG BIỂU ........................................................................................... xiii Chương 1: TỔNG QUAN ...........................................................................................1 1.1. ĐẶT VẤN ĐỀ ............................................................................................... 1 1.2. MỤC TIÊU .................................................................................................... 2 1.3. NỘI DUNG NGHIÊN CỨU ......................................................................... 2 1.4. GIỚI HẠN ..................................................................................................... 3 1.5. BỐ CỤC ........................................................................................................ 3 Chương 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT ................................................................................5 2.1. TỔNG QUAN VỀ XỬ LÝ ẢNH .................................................................. 5 2.1.1. Giới thiệu về xử lý ảnh ...........................................................................5 2.1.2. Những vấn đề xử lý ảnh[2] .....................................................................7 2.1.3. Ngôn ngữ Python và thư viện OpenCV ................................................11 2.2. PHƯƠNG PHÁP PHÂN LOẠI SẢN PHẨM THEO MÀU SẮC, CÂN NẶNG .................................................................................................................... 12 2.2.1. Các màu sắc cơ bản của sản phẩm ........................................................13 2.2.2. Phương pháp phân loại theo màu sắc ...................................................18 2.2.3. Phương pháp phân loại theo cân nặng ..................................................18 2.3. GIỚI THIỆU PHẦN CỨNG ....................................................................... 19 2.3.1. Raspberry Pi 3 model B [5] ..................................................................19 2.3.2. USB Camera .........................................................................................22 2.3.3. Cảm biến cân nặng ................................................................................23 2.3.4. Xi-lanh khí nén (air cylinder)[7]...........................................................26 2.3.5. Van điện từ (solenoid) ..........................................................................28 Chương 3: TÍNH TOÁN VÀ THIẾT KẾ .................................................................30 3.1. TỔ CHỨC CÁC KHỐI TRONG HỆ THỐNG ........................................... 30 3.2. THIẾT KẾ CÁC KHỐI TRONG HỆ THỐNG ........................................... 31 vii
3.2.1. Khối thu tín hiệu hình ảnh (camera) .....................................................31 3.2.2. Khối thu tín hiệu cân nặng (loadcell) và khối ADC (module HX711).34 3.2.3. Khối xử lý trung tâm (Raspberry Pi 3) .................................................36 3.1.1. Động cơ DC; Xi-lanh và Van điện từ ...................................................37 3.1.2. Khối hiển thị .........................................................................................45 3.1.3. Khối nguồn ...........................................................................................45 3.1.4. Sơ nguyên lý toàn mạch........................................................................49 Chương 4: THI CÔNG HỆ THỐNG ........................................................................50 4.1. GIỚI THIỆU ................................................................................................ 50 4.2. THI CÔNG HỆ THỐNG ............................................................................. 50 4.2.1. Thi công board mạch ............................................................................50 4.4.2. Lắp ráp và kiểm tra ...............................................................................51 4.3 ĐÓNG GÓI VÀ THI CÔNG MÔ HÌNH .................................................... 54 4.4 LẬP TRÌNH HỆ THỐNG ........................................................................... 56 4.4.1 Lưu đồ giải thuật ...................................................................................56 4.4.2 Giao diện hệ thống ................................................................................63 4.5 VIẾT TÀI LIỆU HƯỚNG DẪN SỬ DỤNG, THAO TÁC ........................ 64 Chương 5. KẾT QUẢ - NHẬN XÉT - ĐÁNH GIÁ ...........................................76 5.1. KẾT QUẢ TỔNG QUAN ........................................................................... 76 5.2. KẾT QUẢ ĐẠT ĐƯỢC .............................................................................. 77 5.2.1. Giao diện hiển thị Tkinter. ....................................................................77 5.2.2. Giao diện Web và Cơ sở lưu trữ dữ liệu Realtime Database. ...............78 5.2.3. Kết quả mô hình thực tế ........................................................................79 5.2.4. Kết quả thực nghiệm .............................................................................83 5.3. NHẬN XÉT – ĐÁNH GIÁ ......................................................................... 84 5.3.1. Nhận xét kết quả đạt được ....................................................................84 5.3.2. Đánh giá kết quả ...................................................................................86 Chương 6: KẾT LUẬN – HƯỚNG PHÁT TRIỂN ..................................................87 6.1. KẾT LUẬN ................................................................................................. 87 6.2. HƯỚNG PHÁT TRIỂN .............................................................................. 88 viii
TÀI LIỆU THAM KHẢO .........................................................................................89 PHỤ LỤC ..................................................................................................................90 ix
LIỆT KÊ HÌNH VẼ Hình 2. 1. Giới thiệu về xử lý ảnh ...............................................................................5 Hình 2. 2 Quá trình xử lý ảnh .....................................................................................6 Hình 2. 3 Các lân cận ảnh ...........................................................................................9 Hình 2. 4 Các trường hợp biên ..................................................................................11 Hình 2. 5 Mô hình màu không gian màu RGB. ........................................................14 Hình 2. 6 Mô hình màu HSV ....................................................................................15 Hình 2. 7. Dải màu sắc (H) trong hệ màu HSV ........................................................16 Hình 2. 8 Sắc đỏ hoặc đỏ hồng chiếm trên 90% diện tích bề mặt quả (quả đỏ) .......17 Hình 2. 9 Sắc vàng hoặc cam chiếm 30÷90% diện tích bề mặt quả (quả cam) .......17 Hình 2. 10. Sắc lục chiếm hầu như toàn bộ bề mặt quả (quả xanh) .........................18 Hình 2. 11 Raspberry Pi 3 Model B ..........................................................................19 Hình 2. 12 Sơ đồ Raspberry Pi3 model B .................................................................20 Hình 2. 13. USB camera cho Raspberry Pi ...............................................................22 Hình 2. 14 Sơ đồ khối USB Camera Raspberry Pi ...................................................23 Hình 2. 15 Loadcell cân nặng ngoài thực tế..............................................................24 Hình 2. 16. Loadcell cảm nhận sự thay đổi của tải (dây điện trở strain gauges) và chuyển thành những tín hiệu điện. ............................................................................25 Hình 2. 17 Xi-lanh khí nén (air cylinder) ..................................................................26 Hình 2. 18 Cấu tạo chính của một xi-lanh khí nén. ...................................................27 Hình 2. 19 Van điện từ điều khiển xi-lanh. ...............................................................29 Hình 3. 1. Sơ đồ khối hệ thống 30 Hình 3. 2 Sơ đồ kết nối module camera USB với Raspberry Pi qua 1 hub 32 Hình 3. 3. Đèn led K3E19-3 dùng để ổn định nguồn sáng trắng 32 Hình 3. 4 Sơ đồ bố trí buồng chụp ảnh (nhìn từ trên xuống) 33 Hình 3. 5 Sơ đồ bố trí buồng chụp ảnh (nhìn từ mặt bên) 33 Hình 3. 6 Sơ đồ nguyên lý module ADC HX711 (ảnh từ datasheet AVIA Semiconductor) 35 Hình 3. 7. Hình ảnh thực tế module HX711 35 Hình 3. 8 Sơ đồ kết nối loadcell, HX711 với Raspberry Pi 3 36 Hình 3. 9 Sơ đồ các cổng ngoại vi sử dụng 36 Hình 3. 10 Động cơ DC và trục quay băng tải 38 Hình 3. 11. Động cơ giảm tốc DC 12V JGB37-3530 38 Hình 3. 12. Nguyên lý làm việc của PWM – Điều chế độ rộng xung. 39 Hình 3. 13. Mạch điều khiển tốc độ động cơ DC bằng phương pháp PWM dùng IC 555 40 Hình 3. 14. Sơ đồ nguyên lý mạch điều khiển tốc độ động cơ 41 Hình 3. 15. Hình ảnh thực tế Module PWM 12-40VDC/10A 42 Hình 3. 17 Sơ đồ kết nối module PWM và động cơ DC 43 x
Hình 3. 18 Sơ đồ bố trí các xi-lanh và cảm biến tiệm cận trên băng tải 43 Hình 3. 19. Nguồn 5V 2.5A cung cấp cho Raspberry Pi 47 Hình 3. 20 . Nguồn 5V 1.5 A cung cấp cho board mạch chính 47 Hình 3. 21. Nguồn 12V 5A cung cấp cho băng tải 48 Hình 3. 22. Nguồn 24V 5A cung cấp cho van điện từ 48 Hình 3. 23. Mạch điện sơ đồ nguyên lý toàn mạch 49 Hình 4. 1. Mạch PCB board mạch chính của hệ thống .............................................51 Hình 4. 2. Van khí nén được kết nối với xi-lanh thông qua hệ thống dây dẫn khí ...52 Hình 4. 3. Động cơ DC kéo trục quay băng tải nhờ hệ thống bánh răng và dây đai. ...................................................................................................................................52 Hình 4. 4. Loadcell được đặt ở mặt dưới của băng chuyền ......................................53 Hình 4. 5. Buồng chụp ảnh nhìn từ trên cao .............................................................53 Hình 4. 6. Buồng chụp ảnh nhìn từ phía dưới lên trên ..............................................54 Hình 4. 7. . Bố trí và lắp đặt các module, board mạch chính, kit Raspberry Pi 3 .....55 Hình 4. 8. Hệ thống sau khi được thi công hoàn thiện..............................................56 Hình 4. 9. Lưu đồ hoạt động của hệ thống ................................................................57 Hình 4. 10. Lưu đồ chụp và lưu ảnh .........................................................................59 Hình 4. 11. Lưu đồ chương trình con xử lý ảnh........................................................60 Hình 4. 12. So sánh và dán nhãn phân loại ...............................................................62 Hình 4. 13. Giao diện hoạt động của chương trình chính .........................................63 Hình 4. 14. Giao diện Web của hệ thống ..................................................................63 Hình 4. 15. Giao diện firebase lưu dữ liệu của hệ thống ..........................................64 Hình 4. 16. Đèn báo hiệu của Raspberry Pi sáng lúc mới cấp nguồn .......................65 Hình 4. 17. Đèn led của buồng chụp ảnh sáng lúc mới cấp nguồn ..........................66 Hình 4. 18. Giao diện màn hình LCD của hệ thống khi mới cấp điện......................67 Hình 4. 19. Màn hình LCD hiển thị Raspberry Pi đã kết nối Internet ......................67 Hình 4. 20. Núm xoay điều chỉnh tốc độ băng chuyền hệ thống ..............................68 Hình 4. 21. Mở chương trình chính điều khiển hệ thống. .........................................69 Hình 4. 22. Màn hình LCD khi mới chạy chương trình điều khiển ..........................69 Hình 4. 23. Màn hình LCD hiển thị chọn chương trình “WEB_HE_THONG.html” ...................................................................................................................................70 Hình 4. 24. Giao diện web tùy chỉnh các thông số về loại sản phẩm .......................70 Hình 4. 25. Giao diện màn hình LCD sau khi điều chỉnh các thông số phân loại. ...71 Hình 4. 26. Cà chua thứ nhất khi được đưa vào buồng chụp ....................................72 Hình 4. 27. Cà chua sau khi ra khỏi buồng chụp của hệ thống .................................72 Hình 4. 28. Xi lanh đẩy cà chua thứ nhất xuống hộp chứa loại 3 .............................73 Hình 4. 29. Màn hình LCD sau khi xi-lanh tác động quả cà chua thứ nhất..............73 Hình 4. 30. Băng tải di chuyển cà chua loại 5 đến cuối băng chuyền ......................74 Hình 4. 31. Cà chua sau khi được hệ thống phân loại. .............................................75 xi
Hình 5. 1. Giao diện màn hình LCD sau khi mở chương trình chính. ......................77 Hình 5. 2. Số lượng cà chua được cập nhật sau khi hệ thống xử lý mỗi quả ............78 Hình 5. 3. Giao diện web tùy chỉnh các thông số về loại sản phẩm .........................78 Hình 5. 4. Dữ liệu được lưu dữ tại firebase ..............................................................79 Hình 5. 5. Hệ thống hoàn thiện của đề tài (đầu băng chuyền, ngõ vào của cà chua)79 Hình 5. 6. Hệ thống hoàn thiện của đề tài (phía trái so với đầu băng chuyền) .........80 Hình 5. 7. Bố trí và lắp đặt các module, board mạch trong hộp điện điều khiển......81 Hình 5. 8. Hình Hình ảnh chụp phía trên của buồng chụp ảnh khi cung cấp điện hoạt động hệ thống ............................................................................................................82 Hình 5. 9. Hình Hệ thống hoàn thiện của đề tài(phía phải so với đầu băng chuyền) ...................................................................................................................................82 Hình 5. 10. Các van điện từ được bố trí ngay dưới băng chuyền. ............................83 Hình 5. 11. Kết quả thực nghiệm đối với nhóm cà chua (thực hiện ngày 25/5/2019). ...................................................................................................................................84 xii
LIỆT KÊ BẢNG BIỂU Bảng 3. 1. Dòng tiêu thụ các ngoại vi Raspberry Pi .................................................46 Bảng 4. 1. Thông tin các thiết bị, linh kiện sử dụng cho mạch .................................50 xiii
TÓM TẮT Đề tài “Nghiên cứu, thiết kế và thi công hệ thống phân loại sản phẩm theo cân nặng, màu sắc; Quản lý và điều khiển bằng điện thoại” là mô hình phân loại sản phẩm, cụ thể ở đây là nông sản quả cà chua theo cân nặng và màu sắc đã được cài đặt sẵn. Hoạt động của mô hình dựa trên cơ chế điều khiển động cơ và xử lý tín hiệu tương tự (màu sắc, cân nặng) của kit Raspberry Pi 3 Model B, với ngôn ngữ lập trình Python và thư viện OpenCV, cùng khả năng quản lí và điều khiển qua điện thoại thông minh. Nhóm sử dụng những đặc điểm riêng về màu sắc và cân nặng của quả cà chua để làm cơ sở nhận dạng và tiến hành cho hệ thống phân loại. Kết quả thực hiện đề tài là một mô hình có thể phân loại được một nhóm quả cà chua thành những nhóm nhỏ có hình dạng và cân nặng khác nhau. Việc quản lí hoạt động của hệ thống, đếm số lượng, cài đặt thông số phân loại…sẽ được thực hiện từ xa thông qua webserver. xiv
CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN Chương 1: TỔNG QUAN 1.1. ĐẶT VẤN ĐỀ Ngày nay, cùng với sự phát triển của nền kinh tế thị trường, ngành chế biến nông sản của nước ta cũng đang phát triển mạnh mẽ. Trên cơ sở những tiềm năng và chiến lược phát triển mà Nhà nước đã đề ra, nông sản Việt ngày càng khẳng định được vị thế ở cả thị trường trong nước và quốc tế, trở thành một trong những mặt hàng trọng điểm, chiếm tỉ trọng lớn trong ngành xuất khẩu, đóng góp một phần không nhỏ vào nền kinh tế quốc dân. Nông sản sau khi thu hoạch sẽ được phân loại thành loại 1, loại 2, ...với những tiêu chuẩn khác nhau về trọng lượng, màu sắc, hình dáng, … Nhờ vậy, người nông dân cũng như thương lái có thể dễ dàng định giá cho từng loại nông sản, tránh được tình trạng ép giá, nông dân phải bán rẻ nông sản. Chẳng hạn, giá dưa chuột thường bấp bênh, không ổn định, dao động từ 7.000 - 10.000 đồng/kg nhưng vào chính vụ thu hoạch, giá dưa giảm chỉ còn 4.000 - 5.000 đồng/kg đôi lúc bị rớt xuống còn khoảng 500-1.000 đồng/kg mà vẫn khó tiêu thụ. Trong khi đó, sản phẩm dưa chuột của bà con Tiên Lãng, Hải Phòng đang được chế biến thành dưa chuột bao tử đóng hộp xuất khẩu đi nhiều nước trên thế giới. Phân loại dưa chuột ở đây theo nhiều tiêu chuẩn vì mỗi thị trường thường có một tiêu chuẩn nhất định, không đồng nhất. Nhưng với phương pháp phân loại bằng tay truyền thống thì người nông dân cũng như các cơ sở chế biến khó có thể đáp ứng chính xác các yêu cầu tiêu chuẩn được. Với sự ra đời và phổ biến rộng rãi của băng tải công nghiệp, chúng ta gần như có thể tối ưu hóa mọi lĩnh vực, trong đó có việc chế biến và phân loại nông sản. Thông qua việc tự động hóa ở các khâu, sử dụng những công nghệ, sản phẩm của khoa học kỹ thuật, băng tải công nghiệp có thể giảm thiểu sai sót, giảm bớt nhân công, cho thời gian làm việc liên tục cũng như hiệu suất làm việc cao. Hiện nay trên thị trường trong nước và ngoài nước đã có các sản phẩm băng chuyền phân loại nông sản có quy mô lớn công nghiệp, dùng cảm biến hoặc cánh tay robot để xác định kích thước, màu sắc. Tuy nhiên các hệ thống này tương đối lớn, vận hành phức tạp, điều chỉnh các thông số sản phẩm phải thường phức tạp. Điều này không phù hợp với quy mô sản xuất nhỏ BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP - Y SINH 1
CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN như nông dân hoặc tiểu thương lái do tính chất sản xuất, tính chất thay đổi chất lượng nông sản hàng năm cũng như sự thay đổi về tiêu chuẩn ở các thị trường. Với mục đích có thể tạo ra một hệ thống phân loại sản phẩm theo dây chuyền, thân thiện với người dùng, khả năng tùy biến cao và giá thành phải chăng, nhóm xin giới thiệu đề tài: “Nghiên cứu thiết kế và thi công mô hình đếm và phân loại sản phẩm theo cân nặng, màu sắc”, do chính nhóm tiến hành nghiên cứu và thực hiện. Với mô hình này, chúng ta có thể phát triển thêm thành một hệ thống hoàn chỉnh, có thể giúp nông dân dễ dàng sử dụng, vận hành cũng như điều chỉnh, thay thế lao động chân tay giúp giảm nhân công, tiền bạc, tăng năng suất làm việc, đồng thời giảm bớt chi phí lắp đặt và vận hành khi phải đầu tư một hệ thống lớn. Sau quá trình tìm hiểu, nhóm quyết định chọn cà chua làm đối tượng phân loại. 1.2. MỤC TIÊU Mục tiêu nghiên cứu của đề tài “Nghiên cứu, thiết kế và thi công mô hình đếm và phân loại sản phẩm theo cân nặng, màu sắc” là nắm rõ nguyên lí hoạt động của cảm biến cân nặng, camera, làm quen với ngôn ngữ lập trình Python cũng như các công cụ hỗ trợ trong thư viện OpenCV, thực hiện các tác vụ cơ bản trên Kit Raspberry Pi và hệ điều hành Raspbian để nhận biết và phân loại sản phẩm. Ngoài ra, nhóm đề tài mong muốn thi công được một hệ thống có khả năng phân loại sản phẩm về màu sắc và cân nặng; đếm và tùy chỉnh các thông số đặt trưng của loại sản phẩm từ xa thông qua Web localhost. 1.3. NỘI DUNG NGHIÊN CỨU • NỘI DUNG 1: Tổng quan về hệ thống phân loại sản phẩm, các giải pháp thiết kế hệ thống băng chuyền • NỘI DUNG 2: Nghiên cứu thuật toán xử lý ảnh ứng dụng vào phân loại màu sắc sản phẩm. • NỘI DUNG 3: Xử lý phân loại sản phẩm theo cân nặng. • NỘI DUNG 4: Giải pháp thiết kế giao diện Web localhost tùy chỉnh các đặc trưng về màu sắc và chỉ số về cân nặng của hệ thống. BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP - Y SINH 2
CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN • NỘI DUNG 5: Hoàn thiện hệ thống điều khiển và mô hình, tiến hành chạy mẫu. • NỘI DUNG 6: Đánh giá kết quả thực hiện. 1.4. GIỚI HẠN - Thiết kế mô hình băng chuyền phân loại nông sản. - Sử dụng động cơ DC để làm hoạt động băng tải. - Sử dụng xi-lanh khí nén làm cơ cấu phân loại. - Nhận dạng màu sắc cà chua qua thuật toán xử lý ảnh và trọng lượng qua cảm biến cân nặng. - Dùng Raspberry Pi 3 model B để xử lý hình ảnh, trọng lượng, nhận dữ liệu từ môi trường web trung gian, hiển thị giao diện người dùng. - Đếm số lượng cà chua mỗi loại bằng bộ đếm được lập trình trên Raspberry Pi 3. - Tùy chỉnh các đặc trưng về màu sắc và chỉ số về cân nặng của hệ thống. 1.5. BỐ CỤC • Chương 1: Tổng quan • Chương 2: Cơ sở lý thuyết. • Chương 3: Thiết kế và tính toán • Chương 4: Thi công hệ thống • Chương 5: Kết quả - nhận xét – đánh giá • Chương 6: Kết luận và hướng phát triển • Chương 1: Tổng quan. Nhóm đề tài đặt vấn đề dẫn nhập, lý do chọn đề tài, mục tiêu, nội dung nghiên cứu, các giới hạn thông số và bố cục đồ án. • Chương 2: Cơ Sở Lý Thuyết. BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP - Y SINH 3
CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN Nội dung chương bao gồm lý thuyết cơ bản về xử lý ảnh, phương pháp cơ bản để nhận dạng và phân loại ảnh, cảm biến cân nặng, giới thiệu cơ bản về Raspberry Pi, ngôn ngữ lập trình Python và thư viện hỗ trợ Open CV, xi-lanh khí nén. • Chương 3: Thiết Kế và Tính Toán Từ những cơ sở lý thuyết có được, nhóm đề tài sẽ trình bày về sơ đồ khối, công thức tính toán và kết nối của hệ thống. • Chương 4: Thi Công Hệ Thống Sau khi thực hiện tính toán và thiết kế, nhóm đề tài sẽ tiến hành thi công hệ thống và trình bày lại quá trình thi công tại chương này. • Chương 5: Kết Qủa - Nhận Xét - Đánh Giá Những kết quả đạt được cùng với những nhận xét, đánh giá về toàn bộ hệ thống nhóm đề tài sẽ tóm tắt tại Chương 5. • Chương 6: Kết Luận và Hướng Phát Triển Cuối cùng, nhóm xin được trình bày những kết luận đã được rút ra trong suốt quá trình thực hiện đề tài cùng với hướng phát triển, cải tiến của đề tài sao cho phù hợp với thực tế hơn. BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP - Y SINH 4