Đồ án tốt nghiệp: Thiết kế và thi công dây chuyền phân loại đai ốc ứng dụng xử lý ảnh

Chia sẻ: Xylitol Extra | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:105

Thêm vào BST

Báo xấu

87
lượt xem 23
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Thiết kế và thi công một dây chuyền có thể phân loại đai ốc ứng dụng xử lý ảnh dùng thư viện mã nguồn mở OpenCV viết trên ngôn ngữ C++. Dây chuyền có thể phân loại các đai ốc bị sai kích thước, bị méo. Các thông số của dây chuyền có thể cài đặt và giám sát qua phần mềm trên máy tính sử dụng hệ điều hành Window. Máy tính sẽ giao tiếp với vi điều khiển thông qua giao tiếp UART.

Chủ đề:

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

Lưu

Nội dung Text: Đồ án tốt nghiệp: Thiết kế và thi công dây chuyền phân loại đai ốc ứng dụng xử lý ảnh

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: THIẾT KẾ VÀ THI CÔNG DÂY CHUYỀN PHÂN LOẠI ĐAI ỐC ỨNG DỤNG XỬ LÝ ẢNH GVHD: THS. VÕ ĐỨC DŨNG SVTH: NGUYỄN VĂN TÀI 15141273 NGUYỄN MINH ĐỨC 15141135 Tp. Hồ Chí Minh - 6/2019
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 20 tháng 6 năm 2019 NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Họ tên sinh viên: Nguyễn Văn Tài MSSV: 15141273 Nguyễn Minh Đức MSSV: 15141135 Chuyên ngành: Kỹ thuật điện tử - truyền thông Mã ngành: 141 Hệ đào tạo: Đại học chính quy Mã hệ: 1 Khóa: 2015 Lớp: 15141DT2C I. TÊN ĐỀ TÀI: THIẾT KẾ VÀ THI CÔNG DÂY CHUYỀN PHÂN LOẠI ĐAI ỐC ỨNG DỤNG XỬ LÝ ẢNH II. NHIỆM VỤ 1. Các số liệu ban đầu: Mô hình dây chuyền phân loại đai ốc ứng dụng xử lý ảnh sử dụng động cơ DC 12V, khung xây dựng bằng nhôm định hình, camera sử dụng là loại webcam C270, vi điều khiển sử dụng STM32F103C8T6, phần xử lý ảnh dùng máy vi tính. Giao tiếp giữa máy tính và vi điều khiển qua IC PL2303 dựa trên giao tiếp UART. Chương trình xử lý ảnh trên máy tính viết bằng ngôn ngữ C++ dựa trên bộ thư viện mã nguồn mở OpenCV và được tạo giao diện bằng phần mềm QT Creator. 2. Nội dung thực hiện: - Tìm hiểu cách thức hoạt động của các hệ thống phân loại dùng xử lý ảnh. - Tìm hiểu chuẩn giao tiếp UART, động cơ DC, cảm biến hồng ngoại, encoder. - Tìm hiểu về vi điều khiển STM32F103C8T6. - Thiết kế và thi công mô hình dây chuyền phân loại. - Thiết kế và thi công mạch điện cho hệ thống. - Viết chương trình xử lý ảnh trên máy tính dùng phần mềm QT Creator. - Viết chương trình điều khiển cho vi điều khiển STM32F103C8T6 - Chạy thử nghiệm mô hình, chỉnh sửa và hoàn thiện hệ thống. - Thực hiện viết luận văn báo cáo. - Tiến hành báo cáo đề tài tốt nghiệp. III. NGÀY GIAO NHIỆM VỤ: 18/2/2019 IV. NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ: 20/6/2019 V. HỌ VÀ TÊN CÁN BỘ HƯỚNG DẪN: ThS. Võ Đức Dũng CÁN BỘ HƯỚNG DẪN BM. ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH i
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 18 tháng 02 năm 2019 LỊCH TRÌNH THỰC HIỆN ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Họ tên sinh viên 1: Nguyễn Minh Đức Lớp: 15141DT2C MSSV: 15141135 Họ tên sinh viên 2: Nguyễn Văn Tài Lớp: 15141DT2C MSSV: 15141273 Tên đề tài: THIẾT KẾ VÀ THI CÔNG DÂY CHUYỀN PHÂN LOẠI ĐAI ỐC ỨNG DỤNG XỬ LÝ ẢNH Xác nhận Tuần/ngày Nội dung GVHD Tuần 1 - Gặp GVHD để nghe phổ biến yêu cầu làm đồ án, tiến hành chọn đề tài, GVHD tiến hành xét (18/02 - 24/02) duyệt đề tài. Tuần 2 - Viết đề cương tóm tắt nội dung đồ án. (25/02 - 03/03) - Tìm hiểu tổng quan và phương thức hoạt động Tuần 3 của các Module STM32f103c8t6, Camera (04/03 - 10/03) - Tìm hiểu về công nghệ xử lý ảnh - Tìm hiểu và nghiên cứu điều khiển động cơ và Tuần 4 khí nén dùng STM32f103c8t6. (11/03 - 17/03) - Tìm hiểu kết nối Camera để thu thập hình ảnh Tuần 5 - Tìm hiểu và nghiêm cứu giao tiếp Uart giữa máy (18/03 - 24/03) tính và STM32f103c8t6. Tuần 6 - 7 - Tìm hiểu cách lập trình và ngôn ngữ viết cho xử (25/03 - 07/04) lý ảnh ii
Tuần 8 - Mô phỏng mạch, kiểm tra và cân chỉnh mạch. (08/04 - 14/04) - Vẽ PCB. Tuần 9 - 10 - Tiến hành thi công mạch. (15/04 - 28/04) - Kiểm tra mạch thi công. Tuần 11 - Kiểm tra và cải tiến hệ thống (29/04 - 05/05) Tuần 12 – 13 - Viết báo cáo những nội dung đã làm. (06/05 - 19/05) Tuần 14 - Hoàn thiện báo cáo và gởi cho GVHD để xem (20/05- 26/05) xét góp ý lần cuối trước khi in và báo cáo. Tuần 15 - Nộp quyển báo cáo và báo cáo đề tài. (27/05 - 02/06) - Thiết kế Slide báo cáo. GV HƯỚNG DẪN (Ký và ghi rõ họ và tên) iii
LỜI CAM ĐOAN Đề tài này là do nhóm tự thực hiện, dựa vào một số đề tài trước đó cũng như các tài liệu tham khảo và không sao chép từ tài liệu hay công trình đã có trước đó. TP. Hồ Chí Minh, ngày 20/6/2019 Người thực hiện đề tài Nguyễn Văn Tài Nguyễn Minh Đức iv
LỜI CẢM ƠN Lời đầu tiên, nhóm thực hiện đề tài xin gửi lời cảm ơn chân thành đến thầy Võ Đức Dũng - giảng viên khoa Điện-Điện tử, 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. Trong quá trình thực hiện Đồ án tốt ngiệp chúng em đã nhận được sự giúp đỡ và ủng hộ của các thầy, cô trong khoa Điện-Điện tử. Sự hỗ trợ của các thầy, cô đã góp phần không nhỏ giúp chúng em hoàn thành đề tài này. Nhóm đề tài cũng xin cảm ơn các bạn sinh viên trong khoa Điện-Điện tử đã nhiệt tình giúp đỡ, hỗ trợ nhóm, chia sẻ kinh nghiệm. Những đóng góp của các bạn luôn được nhóm tiếp nhận và xem xét kĩ lưỡng. Cuối cùng, nhóm xin cảm ơn chân thành và sâu sắc đến những người thân đặc biệt là quý phụ huynh - những người luôn bên cạnh hỗ trợ hết mình về tài chính cũng như tinh thần trong suốt quá trình học tập cũng như thực hiện đề tài này. Dù đã cố gắng và nỗ lực tuy nhiên với những hạn chế về kiến thức và kinh nghiệm, đề tài không thể tránh được còn nhiều thiếu sót. Nhóm mong nhận được sự đóng góp, nhận xét để của các thầy, cô và bạn bè để có thể hoàn thiện đề tài hơn Xin chân thành cảm ơn! Người thực hiện đề tài Nguyễn Văn Tài Nguyễn Minh Đức v
MỤC LỤC LỊCH TRÌNH THỰC HIỆN ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ......................................................................... ii LỜI CAM ĐOAN ..............................................................................................................................iv LỜI CẢM ƠN ..................................................................................................................................... v LIỆT KÊ HÌNH ............................................................................................................................... viii LIỆT KÊ BẢNG ................................................................................................................................. x TÓM TẮT ..........................................................................................................................................xi Chương 1. TỔNG QUAN ................................................................................................................... 1 1.1 ĐẶT VẤN ĐỀ .................................................................................................................... 1 1.2 MỤC TIÊU VÀ GIỚI HẠN................................................................................................ 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 ảnh số .................................................................................................... 5 2.1.2. Phương pháp thu nhận ảnh .......................................................................................... 6 2.1.3. Giới thiệu về thư viện OpenCV và camera Logitech C270 ........................................ 6 2.1.4. Điều chỉnh độ sáng và độ tương phản ......................................................................... 7 2.1.5. Lọc nhiễu ảnh .............................................................................................................. 8 2.2. TÌM ĐƯỜNG BIÊN CỦA ẢNH ...................................................................................... 13 2.3. GIAO TIẾP UART ........................................................................................................... 15 2.4. VI ĐIỀU KHIỂN STM32F103C8T6 ................................................................................ 17 2.4.1. Tổng quan ................................................................................................................. 17 2.4.2. Cấu trúc hệ thống ...................................................................................................... 18 2.4.3. Tìm hiểu GPIO .......................................................................................................... 21 2.4.4. Timer và PWM.......................................................................................................... 23 2.5. ĐỘNG CƠ DC .................................................................................................................. 25 2.6. ENCODER ........................................................................................................................ 26 2.7. CẢM BIẾN HỒNG NGOẠI ............................................................................................. 29 Chương 3. TÍNH TOÁN VÀ THIẾT KẾ HỆ THỐNG .................................................................... 31 3.1. THIẾT KẾ SƠ ĐỒ KHỐI ................................................................................................. 31 3.2. TÍNH TOÁN THIẾT KẾ MẠCH ..................................................................................... 32 3.2.1. Khối vi điều khiển và giao tiếp máy tính .................................................................. 32 vi
3.2.2. Khối cảm biến và encoder ......................................................................................... 35 3.2.3. Khối công suất điều khiển tải .................................................................................... 35 3.2.4. Khối nguồn ................................................................................................................ 39 3.2.5. Mạch PCB ................................................................................................................. 41 3.2.6. Sơ đồ nguyên lý toàn mạch ....................................................................................... 43 3.3. TÍNH TOÁN THIẾT KẾ MÔ HÌNH ................................................................................ 44 3.3.1. Cơ cấu cấp phôi ......................................................................................................... 44 3.3.2. Băng tải ..................................................................................................................... 46 3.3.3. Cơ cấu phân loại........................................................................................................ 46 3.3.4. Hộp điện .................................................................................................................... 49 Chương 4. THI CÔNG HỆ THỐNG ................................................................................................ 50 4.1. GIỚI THIỆU ..................................................................................................................... 50 4.2. THI CÔNG MẠCH ĐIỆN ................................................................................................ 50 4.2.1. Linh kiện sử dụng trong mạch điện........................................................................... 50 4.2.2. Lắp ráp và kiểm tra mạch điện .................................................................................. 51 4.3. THI CÔNG MÔ HÌNH ..................................................................................................... 52 4.3.1. Vật liệu, linh kiện sử dụng ........................................................................................ 52 4.3.2. Các bước thi công ..................................................................................................... 53 4.4. LẬP TRÌNH HỆ THỐNG................................................................................................. 57 4.4.1. Lưu đồ giải thuật cho vi điều khiển........................................................................... 57 4.4.2. Lưu đồ giải thuật cho chương trình xử lý ảnh ........................................................... 63 4.4.3. Phần mềm QT Creator .............................................................................................. 65 4.4.4. Trình biên dịch Keil µVision 5 ................................................................................. 70 Chương 5. KẾT QUẢ - NHẬN XÉT – ĐÁNH GIÁ ........................................................................ 75 Chương 6. KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN ...................................................................... 81 6.1. KẾT LUẬN ....................................................................................................................... 81 6.2. HƯỚNG PHÁT TRIỂN .................................................................................................... 81 TÀI LIỆU THAM KHẢO................................................................................................................. 82 PHỤ LỤC.......................................................................................................................................... 83 vii
LIỆT KÊ HÌNH Hình Trang Hình 2. 1 Các bước xử lý ảnh .....................................................................................5 Hình 2. 2 Hình ảnh Webcam Logitech C270 ..............................................................7 Hình 2. 3 Một mặt nạ lọc kích thước 3x3 ...................................................................9 Hình 2. 4 Ví dụ về phần tử trung vị ..........................................................................10 Hình 2. 5 Các hướng xét giá trị .................................................................................15 Hình 2. 6 Sơ đồ cấu trúc các khối của STM32F103C8T6 ........................................18 Hình 2. 7 Sơ đồ nguồn xung clock của STM32F103C8T6 ......................................20 Hình 2. 8 Thanh ghi cấu hình chức năng chân GPIO của port .................................22 Hình 2. 9 Thanh ghi đọc giá trị ngõ vào ...................................................................23 Hình 2. 10 Thanh ghi chọn giá trị ngõ ra của port ....................................................23 Hình 2. 11 Động cơ GA25 ........................................................................................26 Hình 2. 12 Đĩa encoder tương đối kiểu quay ............................................................28 Hình 2. 13 Hình ảnh encoder quang 100 xung .........................................................28 Hình 2. 14 Led phát hồng ngoại ................................................................................29 Hình 2. 15 Kí hiệu đi-ốt quang .................................................................................29 Hình 2. 16 Kí hiệu transistor quang ..........................................................................30 Hình 2. 17 Cảm biến hồng ngoại E18-D80NK .........................................................30 Hình 3. 1 Sơ đồ khối của hệ thống. ...........................................................................31 Hình 3. 2 Sơ đồ mạch vi điều khiển ..........................................................................33 Hình 3. 3 Mạch chuyển USB UART PL2303 ...........................................................34 Hình 3. 4 Cổng domino kết nối cảm biến và encoder ...............................................35 Hình 3. 5 Sơ đồ kết nối cảm biến và encoder ...........................................................35 Hình 3. 6 Sơ đồ mạch công suất điều khiển động cơ DC dùng PWM......................36 Hình 3. 7 Sơ đồ mạch công suất điều khiển động cơ DC bằng relay .......................37 Hình 3. 8 Sơ đồ mạch công suất điều khiển servo ....................................................38 Hình 3. 9 Sơ đồ mạch công suất điều khiển led rọi ..................................................38 Hình 3. 10 Sơ đồ mạch led báo trạng thái các tải .....................................................39 Hình 3. 11 Sơ đồ mạch nguồn ...................................................................................41 Hình 3. 12 Hình ảnh mạch PCB ................................................................................41 Hình 3. 13 Hình ảnh 3D của mạch in mặt trên .........................................................42 Hình 3. 14 Hình ảnh 3D của mạch in nhìn nghiêng..................................................42 Hình 3. 15 Sơ đồ nguyên lý toàn mạch .....................................................................43 Hình 3. 16 Hình ảnh con lăn thiết kế ........................................................................44 Hình 3. 17 Hình ảnh bánh răng thiết kế ....................................................................45 Hình 3. 18 Mặt trước puly .........................................................................................46 Hình 3. 19 Trục phụ của đĩa quay .............................................................................47 Hình 3. 20 Puly trục đĩa ............................................................................................48 Hình 3. 21 Sơ đồ nối dây hộp điện............................................................................49 viii
Hình 4. 1 Mạch sau khi hàn linh kiện .......................................................................51 Hình 4. 2 Hình ảnh bánh răng thực tế .......................................................................53 Hình 4. 3 Hình ảnh cơ cấu cấp phôi sau khi thi công ...............................................53 Hình 4. 4 Băng tải mặt bên........................................................................................54 Hình 4. 5 Băng tải mặt trên .......................................................................................54 Hình 4. 6 Cảm biến hồng ngoại phát hiện phôi ........................................................55 Hình 4. 7 Hộp camera và khung đĩa quay .................................................................55 Hình 4. 8 Cơ cấu gạt phôi .........................................................................................56 Hình 4. 9 Encoder và puly truyền động cho đĩa quay ...............................................56 Hình 4. 10 Mô hình nhìn từ phía trước .....................................................................57 Hình 4. 11 Mô hình nhìn từ trên xuống ....................................................................57 Hình 4. 12 Lưu đồ chương trình chính......................................................................58 Hình 4. 13 Lưu đồ hàm khởi tạo GPIO .....................................................................59 Hình 4. 14 Lưu đồ hàm khởi tạo UART ...................................................................60 Hình 4. 15 Lưu đồ hàm xử lý PWM .........................................................................61 Hình 4. 16 Lưu đồ hàm điều khiển Servo .................................................................62 Hình 4. 17 Lưu đồ hàm nhận dữ liệu ........................................................................63 Hình 4. 18 Lưu đồ chương trình chính xử lý ảnh .....................................................64 Hình 4. 19 Cửa sổ làm việc của QT Creator .............................................................66 Hình 4. 20 Giao diện khởi động QT Creator ............................................................67 Hình 4. 21 Cửa sổ tạo New Project ...........................................................................67 Hình 4. 22 Đặt tên và chọn đường dẫn lưu project ...................................................68 Hình 4. 23 Giao diện chương trình sau khi tạo project mới .....................................68 Hình 4. 24 Thêm đường dẫn thư viện OpenCV vào project .....................................69 Hình 4. 25 Giao diện lập trình UI của QT Creator ...................................................69 Hình 4. 26 Biểu tượng trình biên dịch Keil µVision 5 .............................................70 Hình 4. 27 Giao diện của trình biên dịch Keil µVision 5 .........................................70 Hình 4. 28 Thư viện cho STM32F1 ..........................................................................71 Hình 4. 29 Cây thư mục chứa project .......................................................................71 Hình 4. 30 Tạo project mới .......................................................................................72 Hình 4. 31 Menu dùng để chọn chip STM32F103C8 ...............................................72 Hình 4. 32 Cửa sổ cấu hình cho project ....................................................................73 Hình 4. 33 Tạo thư mục main.c.................................................................................74 Hình 4. 34 Cây thư mục của project .........................................................................74 Hình 5. 1 Cấp nguồn cho mô hình ............................................................................ 75 Hình 5. 2 Giao diện chương trình xử lý ảnh trên máy tính ....................................... 75 Hình 5. 3 Đai ốc từ lồng cấp phôi rơi xuống băng tải ............................................... 76 Hình 5. 4 Đai ốc sau khi được chụp bởi camera ....................................................... 77 Hình 5. 5 Các đai ốc từ băng tải tới đĩa phân loại ..................................................... 77 Hình 5. 6 Thanh gạt đai ốc đạt yêu cầu ..................................................................... 78 ix
Hình 5. 7 Servo gạt vật không đạt yêu cầu ............................................................... 78 Hình 5. 8 Các hình chụp được lưu lại trong thư mục................................................ 79 LIỆT KÊ BẢNG Bảng Trang Bảng 3. 1 Bảng cấu hình chế độ nạp của vi điều khiển ............................................ 33 Bảng 3. 2 Điện áp hoạt động và dòng tiêu thụ của một số linh kiện ........................ 40 Bảng 4. 1 Danh sách các linh kiện ............................................................................ 50 Bảng 4. 2 Các linh kiện, vật liệu được sử dụng trong mô hình ................................ 52 x
TÓM TẮT Ứng dụng thị giác máy vào đời sống và sản xuất là một điều tất yếu hiện nay nhằm giúp tăng năng suất và đảm bảo sự tin cậy, chính vì vậy nhằm tiếp cận các kiến thức mới và theo kịp sự phát triển của kỹ thuật, nhóm quyết định thực hiện đề tài “Thiết kế và thi công dây chuyền phân loại đai ốc ứng dụng xử lý ảnh”, đây là mô hình phân loại sản phẩm. Hoạt động của mô hình dựa trên nguyên lý xử lý tín hiệu số (hình ảnh) với ngôn ngữ lập trình C++ và thư viện OpenCV nhằm phân biệt các đai ốc không đúng kích thước, sau đó chuyển tín hiệu về cho mạch điện trung tâm xử lý điều khiển các cơ cấu chấp hành. Mục tiêu của đề tài là thi công một mô hình dây chuyền có thể phân loại các đai ốc kích cỡ khác nhau. Việc xử lý hình ảnh được máy tính đảm nhiệm nhằm đảm bảo tốc độ xử lý. Chương trình xử lý được viết thành phần mềm có giao diện để trực quan và dễ quản lý. xi
Chương 1. TỔNG QUAN 1.1 ĐẶT VẤN ĐỀ Công nghiệp ngày càng phát triển, các nhà máy được xây dựng khắp nơi. Trong các nhà máy thì dây chuyền tự động hóa cũng ngày càng phổ biến, thay thế cho việc sử dụng nhân công, giảm công sức bỏ ra nhưng lại đạt được hiệu quả cao hơn. Đi kèm với các dây truyền sản xuất tự động luôn là vấn đề phân loại sản phẩm. Đây là vấn đề không mới và có mặt ở hầu hết mọi nhà máy nó không chỉ giúp tiết giảm nhân lực mà còn giúp đảm bảo chất lượng của sản phẩm trước khi xuất xưởng. Phân loại sản phẩm có nhiều cách, tùy vào yếu tố cần phân loại và sản phẩm mà ta có thể chọn lựa cách thức phù hợp như phân loại theo kích thước, theo màu sắc, theo hình dạng, theo lỗi… Trong đó phân loại theo sản phẩm lỗi là phức tạp nhất tuy nhiên đây cũng là vấn đề xuất hiện ở tất cả các dây chuyền sản xuất. Để có thể phân loại theo sản phẩm lỗi ta có thể sử dụng thị giác máy tính cụ thể là phương pháp xử lý hình ảnh, với phương pháp này có thể xử lý nhanh và chính xác các lỗi mà ngay cả mắt thường cũng khó nhận biết, với những sản phẩm nhiều chi tiết, các lỗi phức tạp thì ta cần kết hợp với các phương pháp như mạng nơ-ron, học máy… để xử lý đạt được hiệu quả [1- 2]. Hiện nay đã có nhiều nghiên cứu về phân loại sản phẩm dùng thị giác máy mà cụ thể là xử lý ảnh, các công ty cũng cho ra đời nhiều loại smart camera tích hơp sẵn bộ xử lý hình ảnh ứng dụng cho công nghiệp. Tuy nhiên giá thành các camera này là rất cao và chỉ phù hợp cho các nhà máy lớn với những dây chuyền hiện đại. Ngoài ra cũng đã có nhiều đề tài của sinh viên nghiên cứu về ứng dụng xử lý ảnh hoặc về điều khiển động cơ, dây chuyền. Phan Văn Phương và Trần Trí Tâm nghiên cứu đề tài “Ứng dụng xử lý ảnh cảnh báo tài xế ngủ gật” sử dụng thư viện OpenCV lập trình trên nền tảng Window và Linux (kit Raspberry) để cảnh báo tài xế ngủ gật qua việc xử lý hình chụp để xác định tài xế nhắm hay mở mắt, có cảnh báo nếu tài xế ngủ gật [3]. Phan Trọng Thuật và Nguyễn Văn Đúng thực hiện đề tài “Phân loại sản phẩm dùng camera” qua đó nghiên cứu các phương thức ứng dụng xử lý ảnh để phân loại đối tượng [4]. Lê Quốc Nhật và Châu Thái Bảo thực hiện “Nhận dạng thứ tự màu cho cáp kết nối trong công nghiệp dùng xử lý ảnh”, sử dụng thư viện OpenCV và phần mềm Visual Studio 2013 (C++) để BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP- Y SINH 1
nhận diện thứ tự màu cho dây cáp kết nối, hệ thống có giao diện thống kê thông số màu, kiểm tra sai số so với màu chuẩn [5]. Trần Thanh Sang và Trần Mạnh Hùng thực hiện đề tài “Thiết kế hệ thống nhận dạng biển số xe” từ đó đưa ra những phương pháp phát hiện biển số xe dựa trên việc xử lý hình ảnh [6]. Lê Doãn Thắng với đề tài “Thiết kế thi công bộ điều khiển máy chạy bộ điện” đã nghiên cứu kit STM32F103VET6 và sử dụng kit này để điều khiển tốc độ động cơ động cơ DC của máy chạy bộ [7]. Với mục đích nghiên cứu, học hỏi và áp dụng những kiến thức đã được học về xử lý ảnh, vi điều khiển, điện tử cơ bản…, chúng em quyết định thực hiện đề tài “Thiết kế và thi công dây chuyền phân loại đai ốc ứng dụng xử lý ảnh”. Dây chuyền sử dụng vi điều khiển trung tâm là STM32F103C8T6, cảm biến hồng ngoại, động cơ DC, USB camera để lấy ảnh, đèn led chiếu sáng mẫu, máy tính với hệ điều hành Window để xử lý ảnh sử dụng thư viện mã nguồn mở OpenCV. Dây chuyền có thể phân loại các đai ốc bị sai kích thước, bị lệch tâm, bị méo. Các thông số của dây chuyền có thể cài đặt và giám sát qua phần mềm trên máy tính. Ưu điểm của việc sử dụng USB camera kết hợp máy tính cùng bộ xử lý dùng vi điều khiển là giá thành rẻ, nhỏ gọn, có thể thực hiện, vận hành và sửa chữa dễ dàng. [8] 1.2 MỤC TIÊU VÀ GIỚI HẠN Thiết kế và thi công một dây chuyền có thể phân loại đai ốc ứng dụng xử lý ảnh dùng thư viện mã nguồn mở OpenCV viết trên ngôn ngữ C++. Dây chuyền có thể phân loại các đai ốc bị sai kích thước, bị méo. Các thông số của dây chuyền có thể cài đặt và giám sát qua phần mềm trên máy tính sử dụng hệ điều hành Window. Máy tính sẽ giao tiếp với vi điều khiển thông qua giao tiếp UART. 1.3 NỘI DUNG NGHIÊN CỨU - Tìm hiểu cách thức hoạt động của các hệ thống phân loại dùng xử lý ảnh. - Tìm hiểu chuẩn giao tiếp UART, động cơ DC, cảm biến hồng ngoại, encoder. - Tìm hiểu về vi điều khiển STM32F103C8T6. - Thiết kế và thi công mô hình dây chuyền phân loại. - Thiết kế và thi công mạch điện cho hệ thống. - Viết chương trình xử lý ảnh trên máy tính dùng phần mềm QT Creator. - Viết chương trình điều khiển cho vi điều khiển STM32F103C8T6 BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP- Y SINH 2
- Chạy thử nghiệm mô hình, chỉnh sửa và hoàn thiện hệ thống. - Thực hiện viết luận văn báo cáo. - Tiến hành báo cáo đề tài tốt nghiệp. 1.4 GIỚI HẠN - Sử dụng USB Camera để thu nhận ảnh và dùng máy tính PC hoặc laptop trên hệ điều hành Window để xử lý hình ảnh thu được. - Dây chuyền phân loại đai ốc lục giác loại M10 độ dày 8mm, khoảng các giữa 2 đỉnh đối diện là 18.9mm, khoảng cách giữa 2 cạnh đối diện là 17mm với các đai ốc có kích thước khác - Dây chuyền chỉ dừng ở mức mô hình, kích thước nhỏ. - Dây chuyền sử dụng động cơ giảm tốc DC 12V 1.5 BỐ CỤC Chương 1: TỔNG QUAN. Trình bày, 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. Giới thiệu các cơ sở lý thuyết gồm lý thuyết về xử lý ảnh, các linh kiện và thiết bị sử dụng để thiết kế hệ thống và trình bày các chuẩn truyền, giao thức. Chương 3: TÍNH TOÁN VÀ THIẾT KẾ HỆ THỐNG. Thiết kế sơ đồ khối của hệ thống, đưa ra sơ đồ nguyên lí của các khối trong hệ thống và thực hiện việc tính toán thiết kế. Chương 4: THI CÔNG HỆ THỐNG. Trình bày về thiết kế lưu đồ, đưa ra giải thuật và viết chương trình. Quá trình thi công mạch điện, mô hình hệ thống hoàn chỉnh. Chương 5: KẾT QUẢ - NHẬN XÉT - ĐÁNH GIÁ. Đưa ra kết quả đạt được sau khi thi công mô hình, rút ra những nhận xét, đánh giá toàn bộ hệ thống. BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP- Y SINH 3
Chương 6: KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN. Trình bày những kết luận về hệ thống những phần đã làm và chưa làm, đồng thời nêu ra hướng phát triển cho hệ thống BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP- Y SINH 4
Chương 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT 2.1. TỔNG QUAN VỀ XỬ LÝ ẢNH Xử lý ảnh là quá trình xử lý số tín hiệu ở đây là tín hiệu hình ảnh. Hiện nay xử lý ảnh đang phát triển rất mạnh mẽ, vì ứng dụng của nó rất rộng và hữu ích bao gồm ở rất nhiều lĩnh vực: sản xuất, kinh tế, đời sống, y tế, quân sự… Chúng ta có thể chia xử lý ảnh thành bốn nhóm ứng với bốn lĩnh vực chính: xử lý nâng cao chất lượng ảnh, nhận dạng ảnh, truy vấn ảnh và nén ảnh. Trong đề tài này sẽ tìm hiểu về lĩnh vực nhận dạng ảnh. Các bước cơ bản của xử lý ảnh như hình 2.1 Hình 2.1.2.Các Hình 1bước 1 Các bước lý ảnh xử xử lý ảnh 2.1.1. Giới thiệu về ảnh số Ảnh số là tập hợp các điểm ảnh (Pixel) có giá trị mức xám xác định dùng để mô tả ảnh gần với ảnh thật, trong đề tài này chỉ xét đến ảnh 2 chiều, một ảnh sau khi được số hóa có thể được mô tả như một ma trận điểm A[M, N] trong không gian hai chiều trong đó M và N là số cột và số hàng của các điểm ảnh. Một điểm ảnh bất kì lúc này sẽ có tọa độ A(x, y) với 0=
+ Ảnh xám: giá trị mỗi điểm ảnh nằm trong giải giá trị từ 0 đến 255, nghĩa là cần 8 bits hay 1 byte để biểu diễn mỗi điểm ảnh này. + Ảnh màu RGB: mỗi điểm ảnh có giá trị gồm 3 màu đỏ (Red) + xanh lục (Green) + xanh dương (Blue). Mỗi màu có giá trị từ 0 đến 255, nghĩa là mỗi điểm ảnh cần 24bits hay 3bytes để biểu diễn. Ngoài hệ màu RGB còn có nhiều hệ màu khác phù hợp với những mục đích khác nhau như hệ CMYK, hệ HSV… 2.1.2. Phương pháp thu nhận ảnh Ảnh tự nhiên từ thế giới ngoài được thu nhận qua các thiết bị thu (như Camera, máy chụp ảnh). Trước đây, ảnh được thu qua Camera là các ảnh tương tự. Giờ đây, với sự phát triển của khoa học công nghệ ảnh được thu nhận từ cảm biến và chuyển trực tiếp thành ảnh số nên không cần bước chuyển đổi từ tương tự sang số. Có nhiều thiết bị cho phép thu ảnh ví dụ điện thoại di động, máy chụp hình, máy scan, webcam…Các thiết bị này đều cho ra ảnh với những định dạng ảnh đã được quy định phù hợp cho máy tính như JPG, PNG, JPEG… chính vì vậy việc đọc chúng trên máy tính là rất dễ dàng. Trong đề tài này sử dụng camera loại webcam để thu nhận hình ảnh thực tế. 2.1.3. Giới thiệu về thư viện OpenCV và camera Logitech C270  Thư viện OpenCV OpenCV (Open Computer Vision) là một thư viện mã nguồn mở hàng đầu cho xử lý về thị giác máy tính, machine learning, xử lý ảnh. OpenCV đươc viết bằng C/C++, vì vậy có tốc độ tính toán rất nhanh, có thể sử dụng với các ứng dụng liên quan đến thời gian thực. Opencv có thể hỗ trợ cho C/C++, Python Java vì vậy hỗ trợ được cho Window, Linux, MacOs lẫn Android, iOS. OpenCV có cộng đồng hơn 47 nghìn người dùng và số lượng download vượt quá 6 triệu lần và vẫn đang mở rộng liên tục. Opencv có rất nhiều ứng dụng: - Nhận dạng ảnh - Xử lý hình ảnh - Phục hồi hình ảnh/video - Thực tế ảo. BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP- Y SINH 6
OpenCV vẫn đang được đóng góp và phát triển liên tục, nó đặc biệt phù hợp cho những ứng dụng xử lý hình ảnh đơn giản vì thư viện dễ sử dụng và nhiều hỗ trợ từ cộng đồng.  Camera Logitech C270 Webcam Logitech C270 chụp hình và quay film có thể đạt độ phân giải HD 720p (1280 x 720 pixel). Với độ phân giải này hình ảnh thu được trung thực và khá sắc nét. Ngoài ra, Webcam C270 có chế độ chỉnh sáng tự động sẽ giúp hình ảnh sáng hơn kể cả trong điều kiện ánh sáng tối, góc chụp lên tới 60 độ. Tốc độ khung hình đạt 30fps (30 khung hình một giây) tốc độ này giúp việc chụp các vật chuyển động với tốc độ không quá nhanh được thực hiện chính xác. Sử dụng chuẩn giao tiếp USB nên việc kết nối với máy tính rất dễ dàng Hình 2. 2 Hình ảnh Webcam Logitech C270 2.1.4. Điều chỉnh độ sáng và độ tương phản Độ sáng của ảnh phụ thuộc vào giá trị của mỗi pixel tạo nên ảnh. Vì vậy để thay đổi độ sáng ảnh ta thay đổi giá trị mức sáng các pixel. Với g và f là ảnh trước và sau khi biến đổi ta có công thức điều chỉnh độ sáng như sau: g(x,y) = a*f(x,y)+b (2.1)  a, b: hằng số tự chọn.  f(x,y): mức sáng của pixel trong ảnh tại điểm có tọa độ (x,y).  g(x,y): mức sáng của pixel trong ảnh tại điểm có toạ độ (x,y) sau khi biến đổi. BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP- Y SINH 7