Máy phân loại xoài tự động: Nghiên cứu, thiết kế và chế tạo (Đề tài nghiên cứu khoa học)

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

CÔNG TRÌNH NGHIÊN CỨU KHOA HỌC CỦA SINH VIÊN

NGHIÊN CỨU, THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO MÁY PHÂN LOẠI XOÀI TỰ ĐỘNG

MÃ SỐ: SV2020-33

S K C 0 0 7 3 8 4

Tp. Hồ Chí Minh, tháng 07/2020

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

TRƯỜNG ĐH SƯ PHẠM KỸ THUẬT TPHCM

BÁO CÁO TỔNG KẾT

ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU KHOA HỌC CỦA SINH VIÊN

ĐỀ TÀI : NGHIÊN CỨU, THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO MÁY PHÂN LOẠI XOÀI TỰ ĐỘNG

Mã số đề tài : SV 2020- 33

Chủ nhiệm đề tài: Trần Trọng Nghĩa

TP Hồ Chí Minh, 07/ 2020

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

TRƯỜNG ĐH SƯ PHẠM KỸ THUẬT TPHCM

BÁO CÁO TỔNG KẾT

ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU KHOA HỌC CỦA SINH VIÊN

ĐỀ TÀI : NGHIÊN CỨU, THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO MÁY PHÂN LOẠI

XOÀI TỰ ĐỘNG

Mã số đề tài : SV 2020- 33

Thuộc nhóm ngành khoa học: Kĩ Thuật

SV thực hiện:

Trần Trọng Nghĩa Nam, Nữ: Nam

Dân tộc: Kinh

Lớp, khoa: 16146CL1B, Khoa chất lượng cao Năm thứ: 4 /Số năm đào tạo: 4 năm

Ngành học: Công nghệ kĩ thuật cơ điện tử

Người hướng dẫn: ThS. Lê Phan Hưng

TP Hồ Chí Minh, 07/2020

MỤC LỤC

Chương 1:

GIỚI THIỆU ĐỀ TÀI ............................................................................... 1

1.1 Tính cấp thiết của đề tài .............................................................................................. 1

1.2 Ý nghĩa khoa học và thực tiễn đề tài .......................................................................... 1

1.3 Mục tiêu nghiên cứu đề tài ......................................................................................... 3

1.4 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu đề tài .................................................................... 4

1.4.1 Đối tượng nghiên cứu .......................................................................................... 4

1.4.2 Phạm vi nghiên cứu .......................................................................................... 4

1.5 Phương pháp tiếp cận ................................................................................................. 5

1.5.1 Cách tiếp cận ....................................................................................................... 5

1.5.2 Phương pháp nghiên cứu .................................................................................. 5

Chương 2:

TỔNG QUAN NGHIÊN CỨU ĐỀ TÀI ....................................................... 7

2.1 Nghiên cứu tình hình ngoài nước ........................................................................... 7

2.2 Nghiên cứu tình hình trong nước............................................................................. 10

2.3 Nghiên cứu đặc tính xoài cát Hòa Lộc và xoài cát Chu ....................................... 11

2.4 Tiêu chuẩn VIETGAP đối với xoài cát Chu và xoài cát Hòa Lộc ........................... 12

Chương 3: TÍNH TOÁN, THIẾT KẾ MÔ HÌNH PHÂN LOẠI XOÀI ............................ 14

3.1 Tổng quát về hệ thống phân loại xoài: ..................................................................... 14

a. Sử dụng khóa chốt điện từ: ..................................................................................... 16

b. Sử dụng động cơ AC .............................................................................................. 16

c. Sử dụng bộ truyền đai ............................................................................................. 16

d. Sử dụng bộ tuyền xích ............................................................................................ 16

3.2.2 Phần băng tải để xử lý ảnh kích thước và màu sắc ................................................ 17

Nguyên lý hoạt động .................................................................................................. 17

3.2.3 Thiết kế cơ cấu phân loại xoài theo tỷ trọng ..................................................... 19

3.2.4 Thiết kế khung ................................................................................................... 28

Chương 4:

LẬP TRÌNH ĐIỀU KHIỂN ....................................................................... 30

4.1 Xử lí ảnh ................................................................................................................... 31

4.1.1 Tổng quan .......................................................................................................... 31

4.1.2 Giới thiệu: .......................................................................................................... 32

4.2 Qui trình xử lý ảnh và tính toán số liệu: ............................................................... 33

4.3.1 Thu nhận ảnh: ................................................................................................. 34

4.3.3 Chuyển ảnh màu RGB sang ảnh mức xám:....................................................... 38

4.3.4 Nhị phân hóa ảnh ............................................................................................... 40

4.3.5 Xác định kích thước và diện tích khuyết tật ...................................................... 41

4.3.6 Phân loại dựa trên diện tích khuyết tật .............................................................. 43

4.3.7 Xác định thể tích xoài sử dụng Camera IP ....................................................... 48

4.4 Giao diện phần mềm phân loại: ................................................................................ 50

Chương 5: ĐIỀU KHIỂN ................................................................................................... 52

5.1. Thiết kế mạch điều khiển trung tâm cho hệ thống phân loại xoài đáp ứng yêu cầu điều khiển cho cơ cấu phân loại. .................................................................................... 52

5.2. Thiết kế điều khiển cho cơ cấu phân loại theo tỉ trọng ........................................... 55

5.2.1. Tính khối lượng ............................................................................................... 55

5.2.2 Thuật toán điều khiển ........................................................................................ 57

5.2.3. Chương trình điều khiển .................................................................................. 62

Chương 6: TỔNG KẾT VÀ ĐÁNH GIÁ ........................................................................... 65

6.1 Kết quả ...................................................................................................................... 65

6.2 Hướng phát triển ...................................................................................................... 65

6.3 Kết luận..................................................................................................................... 66

TÀI LIỆU THAM KHẢO .................................................................................................. 67

Danh mục bảng biểu

2.4 Tiêu chuẩn VIETGAP đối với xoài cát Chu và xoài cát Hòa Lộc…………….15,16,17

3 Biểu đồ liên hệ giữa kích thước và khối lượng xoài……………………………………27

4.1 Lưu đồ giải thuật mô hình phân loại xoài…………………………………………….33

4.2 Qui trình xử lý ảnh và tính toán số liệu………………………………………………37

4.2.3 Bảng cường độ màu………………………………………………………………...42

4.3 Biểu đồ so sánh thể tích bằng phương pháp tính toán so với thực tế………...............51

5 Khỏa sát khối lượng cân trên băng tải và phương trình so với khối lượng thực tế...65,66

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

TRƯỜNG ĐH SƯ PHẠM KỸ THUẬT TPHCM

THÔNG TIN KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU CỦA ĐỀ TÀI

1. Thông tin chung:

- Tên đề tài: Nghiên cứu, thiết kế và chê tạo máy phân loại xoài tự động

- Chủ nhiệm đề tài: Trần Trọng Nghĩa

Mã số SV: 16146154

- Lớp: 16146CL1B

Khoa: Chất lượng cao

- Thành viên đề tài:

Stt

Họ và tên

MSSV

Lớp

Khoa

Trịnh Quang Phi

16146439

161462A

Cơ khí - chế tạo máy

Phạm Đức Phương

16146452

161462A

Lê Thanh Phương

16146439

161462A

- Người hướng dẫn: ThS. Lê Phan Hưng

2. Mục tiêu đề tài:

Đề tài nghiên cứu phát triển hệ thống phân loại nông sản nhằm kiểm soát và đánh giá chất lượng quả xoài (theo tiêu chuẩn GAP) trước khi đưa vào đóng gói và xuất khẩu ra thị trường

3. Tính mới và sáng tạo:

Ứng dụng công nghệ xử lý ảnh, thị giác máy tính kết hợp trí thông minh nhân tạo

để nhận dạng mẫu và đánh giá chất lượng của quả xoài

4. Kết quả nghiên cứu:

Đã hoàn thành mô hình và thực nghiệm mô hình tại vựa xoài. Xử lí được kích

thước khối lượng xoài, và phân loại xoài theo khối lượng

5. Đóng góp về mặt giáo dục và đào tạo, kinh tế - xã hội, an ninh, quốc phòng và khả năng áp dụng của đề tài:

Nhằm tăng cường tự động hóa trong quá trình sản xuất nông nghiệp ở nước ta

6. Công bố khoa học của SV từ kết quả nghiên cứu của đề tài (ghi rõ tên tạp chí nếu có) hoặc nhận xét, đánh giá của cơ sở đã áp dụng các kết quả nghiên cứu (nếu có):

Ngày 25 tháng 07 năm 2020

SV chịu trách nhiệm chính

thực hiện đề tài

Trần Trọng Nghĩa

Nhận xét của người hướng dẫn về những đóng góp khoa học của SV thực hiện đề tài (phần này do người hướng dẫn ghi):

Ngày 26 tháng 07 năm 2020

Người hướng dẫn

(kí, họ và tên)

ThS. Lê Phan Hưng

iii

Mở đầu

Để thực hiện đề tài nhóm tiến hành nghiên cứu các vấn đề cần thiết như: đặc tính

xoài cát Chu và xoài cát Hòa Lộc, tình hình sản xuất phân loại xoài thủ công ở Đồng

Tháp, các mô hình phân loại nông sản trong và ngoài nước, tiêu chuẩn đánh giá phân loại

xoài từ địa phương…Đồng thời từ đó áp dụng nghiên cứu xoài thực tế để (khảo sát, thống

kê) xây dựng nên phương pháp tính (phương trình, thuật toán) cho ra kết quả chính xác.

Sau đó đưa ra các phương án thiết kế khác nhau (cách thức phân loại), chọn ra phương án

tối ưu nhất. Cuối cùng tiến hành đi vào khâu thiết kế, chế tạo ra mô hình phân loại thực tế.

Nội dung thực hiện đề tài bao gồm các bước tiến hành:

- Nghiên cứu mô hình

- Tính toán, thiết kế mô hình phân loại xoài

- Chế tạo mô hình phân loại xoài

- Đánh giá kết quả, thực nghiệm, khắc phục sai sót

Sản phẩm: Mô hình phân loại xoài cát Chu và xoài cát Hòa Lộc bằng màu sắc, thể tích và

khối lượng

Chương 1: GIỚI THIỆU ĐỀ TÀI

1.1 Tính cấp thiết của đề tài

Đồng Tháp là tỉnh có diện tích trồng xoài nhiều nhất Đồng bằng sông Cửu

Long với 9.031ha năm 2013. Trong đó, diện tích trồng xoài cát Hòa Lộc chiếm

30% trong tổng diện tích trồng xoài của tỉnh Đồng Tháp. Nông dân trồng xoài có

nhiều kinh nghiệm sản xuất, ứng dụng thành công kỹ thuật xử lý ra hoa trái vụ vì

thế mùa vụ thu hoạch xoài là quanh năm. Tuy nhiên, việc đầu tư thực hiện phân

loại nguyên liệu các loại là rất lớn, khoảng 100 tỉ đồng/năm (một người phân loại

xoài thành phẩm khoảng từ 40 - 80 ký/ngày tương đương khoảng 100.000

vnđ/ngày). Ngoài số lượng nhân công rất lớn để phân loại số lượng xoài trên là

2750 nhân công/năm thì sự ảnh hưởng về sức khỏe con người khi phân loại xoài là

không tránh khỏi.

Quá trình khảo sát và tiếp cận một số hệ thống phân loại nông sản thì hệ

thống phân loại xoài trên thị trường là chưa có tại Việt Nam.

Khảo sát các hộ nông dân trồng trọt và cơ sở sản xuất xoài thành phẩm tại

các địa phương đều cho thấy việc phân loại xoài là thủ công do người lao động

dùng tay để phân loại. Vì vậy đạt năng suất thấp, tăng chi phí.

Khảo sát một số loại hệ thống phân loại nông sản tự động hay bán tự động

đang sử dụng hiện nay có thể thiết kế và chế tạo thành hệ thống phân loại xoài.

Do yêu cầu của thị trường và người sử dụng nên mô hình hệ thống phân loại

xoài được nghiên cứu thiết kế và chế tạo.

1.2 Ý nghĩa khoa học và thực tiễn đề tài

Nghiên cứu ứng dụng các máy móc kỹ thuật cao vào các quy trình sản xuất

nông sản thực phẩm một mặt giảm sức lao động con người, giảm giá thành, mặc

khác còn đáp ứng những tiêu chuẩn cao về an toàn vệ sinh thực phẩm trong chế

biến ở các thị trường khó tính đòi hỏi chất lượng cao.

Công việc phân loại và đóng gói sản phẩm đòi hỏi tốc độ đáp ứng cao và độ

ổn định của thiết bị. Công đoạn này cần rất nhiều nhân công làm tăng chi phí sản

xuất. Sử dụng hệ thống phân loại thông minh làm giảm chi phí sản xuất, giảm chi

phí nhân công, nâng cao mức độ tự động hóa cho dây chuyền sản xuất với ưu điểm

là có độ ổn định cao và thời gian làm việc không giới hạn.

Hình 1. 1 Công nhân đang phân loại xoài

Mặc dù việc phân loại sản phẩm đã xuất hiện rất lâu trong lĩnh vực nông sản,

nhưng cho đến nay vẫn chưa có một hệ thống chuyên dụng nào phục vụ riêng cho

quá trình phân loại xoài. Quá trình phân loại xoài tại Việt Nam đang được thực hiện

chủ yếu bằng sức lao động trực tiếp của người nông dân . Các phương pháp được

sử dụng bởi những người nông dân và các nhà phân phối để phân loại các sản phẩm

nông nghiệp là thông qua kiểm tra chất lượng truyền thống dùng mắt quan sát tốn

thời gian và ít hiệu quả hoặc một số loại máy không chuyên dụng và kết quả cho

năng suất thấp, chi phí cao, việc phân loại ra các loại xoài khác nhau là tương đối

tốn kém về kinh tế.

Việc đánh giá chất lượng quả xoài đã được thực hiện bởi nhiều nhà nghiên

cứu, hầu hết họ đều dựa trên các đặc trưng quan trọng của quả xoài như kích thước,

hình dáng, màu sắc và kết cấu bề mặt. Tuy nhiên, chất lượng bên trong vẫn chưa

đáp ứng.

1.3 Mục tiêu nghiên cứu đề tài

Đề tài nghiên cứu phát triển hệ thống phân loại nông sản nhằm kiểm soát và

đánh giá chất lượng quả xoài (theo tiêu chuẩn GAP) trước khi đưa vào đóng gói và

xuất khẩu ra thị trường: rau quả được thu hoạch đúng độ chín, kích thước, hình

dạng, loại bỏ các quả bị héo, bị sâu, dị dạng... Cụ thể hơn là “ứng dụng công nghệ

xử lý ảnh, thị giác máy tính kết hợp trí thông minh nhân tạo để nhận dạng mẫu và

đánh giá chất lượng của quả xoài” nhằm tăng cường tự động hóa trong quá trình

sản xuất nông nghiệp ở nước ta.

Xoài là nông sản rất nhạy cảm và có thể dễ dàng xuất hiện các điểm màu nâu

sau khi bị dập cơ trong quá trình xử lý sau thu hoạch, vận chuyển và tiếp thị. Việc

kiểm tra nhãn của loại quả này được sử dụng ngày nay không thể phát hiện các tổn

thương ở giai đoạn sớm của sự trưởng thành và cho đến nay không có công cụ tự

động nào có khả năng phát hiện. Việc áp dụng các hình ảnh quang học đến việc

kiểm tra chất lượng sau thu hoạch nông sản gần đây mới nghiên cứu và đang được

tiến hành để tìm ra một phương pháp ước lượng thuộc tính bên trong hoặc phát

hiện hư hỏng bên ngoài.

Nghiên cứu các kỹ thuật xử lý ảnh, thu thập, xây dựng cơ sở dữ liệu ảnh một

số loại quả xoài ở Việt Nam; nghiên cứu các cách tiếp cận và kỹ thuật đánh giá

chất lượng quả xoài, kiểm tra bề mặt quả xoài có bị sâu, bị héo, bị xốp, quả xoài có

bị biến dạng, độ chín trên quả xoài; ứng dụng công nghệ xử lý ảnh, thị giác máy

tính kết hợp trí thông minh nhân tạo trong bài toán phân loại quả xoài đạt hay

không đạt chất lượng.

Và trên hết mục tiêu chính của nhóm là thiết kế, chế tạo hệ điều khiển hệ

thống phân loại xoài dựa trên công nghệ xử lý ảnh, thị giác máy tính kết hợp trí

thông minh nhân tạo với năng suất cao, gọn nhẹ, dễ sử dụng, dễ dàng phân loại

xoài và có thể phân loại các loại nông sản khác tại Việt Nam. Ứng dụng kết quả

nghiên cứu vào quá trình sản xuất nông sản ở các giai đoạn phân loại hoặc đóng gói

thành phẩm.

1.4 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu đề tài

1.4.1 Đối tượng nghiên cứu

Để đạt được mục tiêu nghiên cứu như trên, nhóm đã tiến hành một số nội

dung nghiên cứu như : Khảo sát thực trạng hoạt động phân loại xoài trên địa bàn

tỉnh Đồng Tháp, khảo nghiệm để xác định một số thông số cơ bản của các loại

xoài, thống kê kích thước cân nặng phổ biến của giống xoài, khảo nghiệm nguyên

lý phương pháp phan loại xoài khả thi nhất,… Qua đó nhóm đề xuất mô hình hệ

thông phân loại xoài gồm có các giai đoạn như: Xử lý màu để phân loại xoài hư

tổn, tính thể tích và đo khối lượng để xác định tỉ trọng nhằm phân loại xoài theo

chất lượng. Nhóm thiết kế mô hình đơn giản dễ dàng chế tạo trong nước và hiệu

quả cao nhất để có thể đáp ứng tốt nhất nhu cầu thực tiễn, giá thành thấp. Đồng thời

góp phần cho sự phát triển ngành nuôi trồng tại địa phương.

1.4.2 Phạm vi nghiên cứu

Phạm vi nghiên cứu đề tài tập trung nghiên cứu phân loại 2 loại xoài đặc

trưng là: xoài cát Hòa Lộc và xoài cát Chu. Đây là hai loại xoài được trồng phổ

biến tại tỉnh Đồng Tháp.

Hình 1. 2 Xoài cát Hòa Lộc (hình trái), xoài cát Chu (hình phải)

1.5 Phương pháp tiếp cận

1.5.1 Cách tiếp cận

- Khảo sát cách thức phân loại xoài tại tỉnh Đồng Tháp và các địa phương

khác.

- Nghiên cứu tìm hiểu các hệ thống phân loại xoài đang được sử dụng hiện nay

trong nước và nước ngoài.

- Tìm hiểu tiêu chuẩn đánh giá và phân loại xoài ở địa phương.

- Tiến hành đánh giá phân tích các phương án phù hợp, các phương pháp ít sai

số và đem lại hiệu quả cao nhất.

- Tiến hành đánh giá quy trình phân loại xoài thủ công, năng suất và chất

lượng xoài sau khi được phân loại nhằm đưa ra phương án tăng năng suất sản

phẩm cũng như chất lượng xoài sau phân loại.

1.5.2 Phương pháp nghiên cứu

- Xác định vấn đề nghiên cứu từ đơn đặt hàng của tỉnh Đồng Tháp.

- Nghiên cứu tổng quan trong và ngoài nước cũng như khảo sát phương án

nghiên cứu thiết kế chế tạo mô hình hệ thống phân loại xoài.

- Xây dựng phương pháp phân loại, sắp xếp các giai đoạn phân loại cho phù

hợp dựa trên các khảo sát thực tế.

- Thiết kế mô hình phân loại nhằm đáp ứng mục tiêu yêu cầu đặt ra.

- Xây dựng thuật toán, phương pháp tính toán sao cho sai số là thấp nhât và

hiệu quả là cao nhất.

- Bắt đầu thực hiện chế tạo, đánh giá thực nghiệm và thử nghiệm thực tế tại

địa phương

Chương 2: TỔNG QUAN NGHIÊN CỨU ĐỀ TÀI

2.1 Nghiên cứu tình hình ngoài nước

Hiện nay ở nhiều nước trên thế giới sản xuất nông sản đã trở thành một trong

những ngành kinh tế mũi nhọn, đem lại lợi nhuận cao cho nông dân cũng như

doanh nghiệp như: Mỹ, Anh, Nhật…. Để đạt được những thành công đó là sự kết

hợp khoa học kĩ thuật hiện đại vào sản xuất. Việc sử dụng các loại máy móc thay

thế sức người không chỉ đem lại năng suất cao, chất lượng tốt mà còn tiết kiệm chi

phí cho người nông dân.

Hình 2. 1 Máy phân loại xoài Olimpias S.A – Hy lạp (nguồn: Internet)

Máy phân loại xoài theo kích thước của Olimias (Hình 2.1) năng suất 5-6

tấn/ giờ, hệ thống gồm cơ cấu cấp liệu dạng băng tải nghiên cuốn xoài từ bồn rửa,

xoài đi qua băng tải con lăn được phân loại theo kích thước với 3 máng dẫn ứng với

3 loại kích thước khác nhau, hệ thống này có ưu điểm là đơn giản, năng suất cao

nhưng chỉ phân loại theo kích thước chiều ngang của xoài, độ chính xác không cao.

Hình 2. 2 Hệ thống phân loại xoài UNISORTING s.r.l. (Nguồn Internet)

Hình 2.2 là hệ thống phân loại trái cây của công ty UNISORTING –

ITALIA, hệ thống này bao gồm nhiều module phân loại theo khối lượng, kích

thước, màu sắc ứng dụng công nghệ xử lý ảnh để đánh giá chất lượng màu sắc, hư

hỏng của quả. Hệ thống có thể áp dụng cho nhiều loại trái cây như táo, bơ, xoài….

Hệ thống có năng xuất lớn, phù hợp cho các vùng chuyên canh tập trung có diện

tích lớn và đồng bộ.

Hình 2. 3 Hệ thống phân loại xoài theo khối lượng (Nguồn Internet)

Hình 2.3 là hệ thống phân loại xoài theo khối lượng của công ty

Shijiazhuang Yishun Package Industrial CO., LTD – Trung Quốc, kết cấu máy gồm

có một băng tải khép kín với các bàn cân điện tử đặt ở trên, xoài được công nhân

đặt lên các bàn cân, khi bàn cân di chuyển đến vị trí máng dẫn phù hợi với tín hiệu

phân loại, cơ cấu chấp hành sẽ tác động cho xoài rơi xuống. Máy có thể phân loại

nhiều loại trái cây khác nhau như xoài, táo, bơ,…với năng suất 20.000 pcs/h.

Hình 2. 4 Hệ thống phân loại xoài bán tự động GP Graders LLC (USA)

Công ty GP Graders LLC – USA phát triển hệ thống phân loại xoài bán tự

động – Hình 2.4, xoài sau khi thu hoạch được vệ sinh qua bồn nước, sau đó được

chuyển lên băng tải con lăn để công nhân loại những quả bị hỏng, khuyết tật, xoài

sau đó được đưa qua hệ thống phân loại theo khối lượng bằng loadcell.

Đánh giá tình hình ứng dụng tự động hóa trong quá trình phân loại trái cây ở

nước ngoài cho thấy các hệ thống phân loại trái cây (Xoài, bơ, táo) hầu hết chỉ phân

loại theo khối lượng, một số dây chuyền của Ý, Mỹ có tích hợp hệ thống nhận dạng

bằng hình ảnh, tuy nhiên các thiết bị có độ phức tạp và giá thành cao, không phù

hợp với tình hình sản xuất nhỏ lẻ ở Việt Nam.

2.2 Nghiên cứu tình hình trong nước

Để tăng năng suất, sản xuất hiệu quả và giảm giá thành sản phẩm là yếu tố

sống còn của một doanh nghiệp. Việc ứng dụng công nghệ cao và mới vào hoạt

động sản xuất là bước đi cần thiết của các doanh nghiệp trong nước để phát triển

khoa học công nghệ ở Việt Nam. Việc ứng dụng tự động hóa vào trong công

nghiệp đặc biệt là công nghiệp sản xuất và chế biến nông sản vô cùng cần thiết.

Hiện tại Việt Nam hầu như chưa có đơn vị nào ứng dụng tự động hoá vào quá trình

sản xuất và phân loại nông sản do giá thành cao từ việc nhập khẩu thiết bị, máy 10

móc của nước ngoài. Việc ứng dụng công nghệ này vào trong các dây chuyền sản

xuất phân loại nông sản là yếu tố cần thiết mà các doanh nghiệp phải làm để tiếp

cận những thị trường nước ngoài có yêu cầu kỹ thuật cao.

2.3 Nghiên cứu đặc tính xoài cát Hòa Lộc và xoài cát Chu

Xoài ‘Cát Hòa Lộc’ cho năng suất khá ổn định, trung bình khoảng

100kg/cây/năm (cây 10 năm tuổi). Cây có thể cho quả sau 3-4 năm trồng , mùa vụ

thu hoạch tập trung từ tháng 3 đến tháng 5 dương lịch, nếu áp dụng các biện pháp

xử lý ra hoa sớm thì có thể thu hoạch vào tháng 11 đến tháng 1. Quả xoài ‘Cát Hòa

Lộc’ có trọng lượng trung bình 450-600g, dạng quả thuôn dài, bầu tròn phần gần

cuống. Lúc quả phát triển đến giai đoạn thành thục có nhiều chấm nhỏ màu nâu

xuất hiện trên vỏ quả sau đó lớn dần đồng thời trên vỏ quả cũng có lớp phấn mỏng

phủ bên ngoài. Khi chín vỏ quả có màu vàng tươi, thịt quả mịn có màu vàng nhạt,

Hình 2. 5 Xoài cát Hòa Lộc (Nguồn: Internet)

vị ngọt và có mùi thơm đặc trưng, hạt khá nhỏ.

Xoài

‘Cát Chu’ được nông dân chọn trồng nhiều bởi đặc tính dễ ra hoa, đậu quả và cho

năng suất cao. Giống xoài này có thể đạt năng suất 400 kg/cây năm (cây 10 năm

tuổi) và khá ổn định. Cây có thể cho quả sau 3-4 năm trồng, thời gian thu hoạch tập

trung vào tháng 3 đến tháng 5 dương lịch, nếu áp dụng các biện pháp xử lý ra hoa

sớm có thể thu hoạch từ tháng 9 dương lịch. Quả xoài ‘Cát Chu’ không to, trọng

lượng trung bình 350-450g, dạng quả hơi tròn, cuồng nhô cao, khi quả thành thục

xuất hiện nhiều chấm màu nâu trên vỏ. Khi chín vỏ quả có màu vàng tươi, thịt quả

mịn màu vàng nhạt, vị ngọt, mùi thơm khá đặc trưng. (trích thư viện dự án về xoài

của Global GAP)

Hình 2. 6 Xoài cát Chu (Nguồn: Internet)

2.4 Tiêu chuẩn VIETGAP đối với xoài cát Chu và xoài cát Hòa Lộc

Tiêu chuẩn VIETGAP chia xoài làm 3 loại:

 Yêu cầu về kích cỡ:

Mã kích cỡ Khối lượng (gam)

A Từ 200 đến 350

B Từ 351 đến 550

 Dải kích cỡ khối lượng xoài:

C Từ 551 đến 800

Dải kích cỡ cho phép Sai khác cho

Mã kích Dải kích cỡ (< 10% quả/bao gói vượt phép tối đa giữa

chuẩn quá dải kích cỡ chuẩn) các quả trong cỡ

mỗi bao gói

Từ 200 đến 350 Từ 180 đến 425 112,5 A

Từ 351 đến 550 Từ 251 đến 650 150 B

Từ 551 đến 800 Từ 426 đến 925 187,5 C

Chương 3: TÍNH TOÁN, THIẾT KẾ MÔ HÌNH

PHÂN LOẠI XOÀI

3.1 Tổng quát về hệ thống phân loại xoài:

Hình 3. 1 Nguyên lý hoạt động mô hình phân loại xoài

Cấu tạo của mô hình phân loại xoài gồm 3 phần được kết hợp, gắn trên cùng 1

khung cố định và bố trí theo thứ tự từng phần như sau:

- Băng tải có buồng chụp để xử lý ảnh màu, tìm ra khuyết tật hình dạng và tính

thể tích trái xoài

- Băng tải có chứa Loadcell để tính khối lượng của từng trái xoài.

- Băng tải có cơ cấu phân loại dùng để phân loại xoài ra thành các loại (theo

tiểu chuẩn VIETGAP)

- Nguyên lý hoạt động: Trái xoài được băng tải đưa tới buồng chụp gắn trên

băng tải. Trong buồng chụp có gắn 2 camera làm nhiệm vụ xử lý ảnh màu để

tìm ra các khuyết tật trên bề mặt trái xoài như: đốm màu đen, thâm, bầm dập,

đông thời là các khuyết tật hình dạng như: bị eo, hư hỏng…. đồng thời

camera cũng sẽ tiến hành quét cả trái xoài (chiều dài, chiều ngang, chiều cao)

để tính thể tích của trái xoài. Sau đó trái xoài sẽ được đưa tới phần băng tải

thứ 2 để tiến hành tính toán khối lượng. Tại đây phía bên dưới băng tải có

gắn 1 Loadcell loại 2kg. Khi trái xoài đến đây Loadcell sẽ tiến hành cân, trả

về khối lượng thực của trái xoài. Cuối cùng sau khi có được số liệu về khối

lượng và thể tích căn cứ vào tiêu chuẩn phân loại xoài của VIETGAP để cơ

cấu phân loại (xilanh) tiến hành phân loại xoài thành các loại khác nhau theo

yêu cầu (5 loại).

Hình 3. 2 Mô hình bố trí băng tải phân loại xoài (Solidworks)

3.2 Thiết kế cơ khí

3.2.1 Thiết kế cơ cấu phân phối xoài và cơ cấu di chuyển xoài trong hệ

thống phân loại xoài:

Trong quá trình nghiên cứu đề tài, dựa vào mục đích cuối cùng của mô

hình là phân loại xoài, nhóm đưa ra được 2 phương án thiết kế cơ cấu phân loại:

- Sử dụng khóa chốt từ

- Sử dụng động cơ AC-3pha

Đồng thời lựa chọn cơ cấu truyền động, nhóm đưa ra được 2 phương án thiết kế:

- Sử dụng bộ truyền đai

- Sử dụng bộ truyền xích

a. Sử dụng khóa chốt điện từ:

Nguyên lý hoạt động: Xoài sau khi xác định được khối lượng và thể tích sẽ được

đưa đến đoạn băng tải có gắn các khóa chốt từ phân loại. Tín hiệu trả về từ PLC sẽ

được đưa đến điều khiển các khóa chốt phân loại, khi trái xoài đến khu vực cần

phân loại, tín hiệu cảm biến trả về kích hoạt khóa chốt rút vào và khay chứa trái

xoài rớt xuống nơi chứa theo từng loại.

Ưu điểm: - Cơ cấu đơn giản, dễ thực hiện, dễ tùy chỉnh lực

Nhược điểm: - Dây điện nhiều, cần bộ nguồn 12VDC nên bất tiện trong việc

lấy nguồn.

b. Sử dụng động cơ AC

Nguyên lý hoạt động: Xoài sau khi xác định được khối lượng và thể tích sẽ được

đưa đến đoạn băng tải có gắn các động cơ AC. Tín hiệu từ PLC sẽ trả về các động

cơ DC điều khiển khóa điện phân loại xoài theo tiêu chuẩn đã định trước.

Ưu điểm: - Công suất lớn, đáp ứng được công suất 3 tấn xoài 1h

Nhược điểm: - Cần 2 động cơ với công suất khác nhau, giá thành cao

c. Sử dụng bộ truyền đai

Ưu điểm: - Chi phí thấp

Nhược điểm: - Khó có thể nối chính xác được độ dài cần thiết

- Độ bền thấp, dễ bị dãn, đứt trong quá trình sử dụng

d. Sử dụng bộ tuyền xích

Ưu điểm:

- Dễ lắp nối, canh chỉnh độ dài

- Độ bền cao, khó bung, rớt trong quá tình truyền động

Nhược điểm: - Giá thành cao

Căn cứ từ việc phân tích những ưu, nhược điểm của các phương pháp

thiết kế trên nhóm quyết định lựa chọn phương án thiết kế cuối cùng đó là sử dụng

khóa từ để phân loại và dùng bộ truyền xích để truyền động.

3.2.2 Phần băng tải để xử lý ảnh kích thước và màu sắc

Nguyên lý hoạt động

Sau khi xoài được cấp từ phần cấp nguyên liệu sẽ theo băng tải đến bộ

phận xử lý ảnh. Tại đây được bố trí camera để quét tìm ra các dị tật về hình dáng,

màu sắc: trái bị méo, eo, có nhiều vết đốm đen, hư, dập bỏ….Những trái đạt chuẩn

sẽ được chuyển đến phần băng tải tiếp theo, đồng thời những trái không đạt tiêu

chuẩn sẽ được loại bỏ ở băng tải thứ 2. Đồng thời lúc này camera cũng sẽ tiến hành

quét theo chiều dài, chiều ngang và chiều cao của trái xoài từ đó tính được ra thể

tích của trái xoài theo phương pháp thống kê.

Hình 3.3 Băng tải xử lý ảnh phân loại xoài bị khuyết tật và tính toán kích thước thể tích của xoài

Tính toán thiết kế

Ở phần băng tải chiều dài tối đa của trái xoài là: 150 mm, khoảng cách an toàn với

2 đầu trái xoài là 80 mm, để đáp ứng công suất 3 tấn/h → chiều dài đoạn băng tải

tối thiểu là: 1840mm

Phần băng tải chứa cơ cấu xử lý ảnh hộp chứa có kích thước 640x640x640 mm (dài

x rộng x cao) → Chiều dài băng tải 1840mm

Với kích thước của xoài cũng như kích thước của buồng xử lý ảnh ta chọn chiều

rộng của băng tải là 640mm. Như vậy ta có thể phân loại theo 2 hàng 1 lúc đáp ứng

được công suất

Sau khi bàn luận với nhóm, đưa ra phương án thiết kế băng tải như sau:

- Dùng băng tải sử dụng các ống nhựa PVC kích thước đường kính 48mm, dài

430 mm, dày 3mm, dùng các con lăn 2 đầu nối với xích tải trượt trên bề mặt

thanh sắt.

+ Ưu điểm: Dễ tìm trên thị trường, giá thành thấp, giúp xoài có thể lăn đều,

camera xử lý dễ dàng hơn

+Nhược điểm: Tốn thời gian gia công các con lăn.

Hình 3.4 Cơ cấu băng tải dùng ống nhựa PVC

3.2.3 Thiết kế cơ cấu phân loại xoài theo tỷ trọng

Nguyên lý hoạt động

Xoài đạt chuẩn về hình dạng màu sắc sẽ theo băng tải đi qua khu vực xử lý. Tại đây

ở dưới băng tải được gắn 1 Loadcell làm nhiệm vụ cân khối lượng của trái xoài (kết

nối trực tiếp với PLC). Sau đó kết quả được trả về PLC xử lý tiếp theo

Tính toán thiết kế

* Thiết kế băng tải

- Vì là phân loại đồng loạt và phân ra nhiều loại xoài nên ta dùng khay xoài có thể chứa được 1 quả. Ưu điểm giúp chúng ta dễ dàng phân loại xoài theo tỷ trọng của

từng quả một, qua đó thể hiện được chính xác tỷ trọng của từng quả. Dựa trên kích thước của xoài ở trên ta thiết kế được khay có hình dạng như sau:

Hình 3.5 Khay chứa xoài

- Với công suất 3 tấn/h ta tính toán được kích thước băng tải là 4000x830x870

mm ( dàixrộngxcao)

Hình 3.6 Băng tải phân loại xoài theo tỷ trọng

 Tính toán ví trí loadcell (cân khối lượng)

Khối lượng thực tế của trái xoài m = m1+m2

Trong đó: - m1 là phần khối lượng mà bị mất do lực đàn hồi(bằng hợp lực căng

băng tải tại thời điểm đang xét )

- m2 :phần khối lượng mà loadcell đọc được

Vì độ chuyển vị của đầu cân loadcell rất nhỏ với khối lượng trung bình trái xoài từ

350-700g nên ta bỏ qua và coi như toàn bộ khối lượng m2 tác dụng lên loadcell khi

m1 đã làm cho cho trái xoài đè băng tải xuống 1 đoạn a chạm vào loadcell.

Giả sử băng tải giãn đều với lực đàn hồi Fđh = K.l

𝐸𝑆 𝑙0

Với K (N/mm) là hệ số đàn hồi K=

Trong đó : E là modun đàn hồi của băng tải

S là tiết diện băng tải

l0 chiều dài băng tải xét

l mm là độ giãn ra của băng tải

Tại thời điểm băng tải chạy ổn định với vận tốc v (mm/s)

Khi có tải (trái xoài) thì băng tải chùn xuống một đoạn a

Ta xét băng tải tại điểm D tiếp tuyến với trái xoài

𝑛 𝑖=1

Theo định luật 2 Newton ta có: 𝑃1⃗⃗⃗ + ∑ 𝑇𝑖⃗⃗

Ta phân tích ∑ 𝑇𝑖⃗⃗ ⃗⃗⃗⃗⃗⃗⃗⃗ 𝑛 𝑛 𝑖=1 =∑ 𝑇𝑂𝑥𝑧 𝑖=1 ⃗⃗⃗⃗⃗⃗⃗⃗ 𝑛 + ∑ 𝑇𝑂𝑦𝑧 𝑖=1

**** Xét trong hệ trục Oxz :

--- Giả sử ban đầu chưa có tải (trái xoài) thì băng tải bị giãn ra 1 đoạn l bởi lực

kéo băng tải Fk=Fđh=T = Kl

Với T (N) là lực căng tại B khi băng tải chạy với vận tốc v(mm/s)

1000.𝑃

𝑣

(N) Fk =

Với P(w) công suất trục B

𝑃đ𝑐 𝜂𝑥𝜂𝑜𝑙

P = ;

Chọn 𝜂𝑥=0.97 ; 𝜂𝑥=0.99

Vì băng tải giãn đều nên ta xét tại điểm C cách A 1 đoạn x thì lực đàn hồi là Fđh1 ,

Fđh2 : Fđh1 = Fđh2

Với : Fđh1 = T11 = K1l1 ;

Fđh2 = T12 = K2l2

𝑙0 𝑙01

𝑙0 𝑙02

K1=K. ; K2=K.

; l1 = x- l01 l2 = l-x- l02

𝐹𝑘 𝐾

(mm) l01 + l02 =l0 = l -l =l -

 {

(𝑙−𝑥)𝑙0 𝑙

𝑙

; 𝑙02 =  𝑙01 = 𝐾1l1 − 𝐾2l2 = 0 𝑙01 + 𝑙02 = 𝑙0 (𝑙 − 𝑥)𝑙01 − 𝑥𝑙02 = 0 𝑙01 + 𝑙02 = 𝑙0 𝑥𝑙0 𝑙

𝑥

𝑙−𝑥

𝑥(𝑙−

)

(𝑙−𝑥)(𝑙−

𝐹𝑘 𝐾

) (mm)

 𝐾1 = K. ; 𝐾2 = K.

𝑙

; (mm); l2 = 𝑙 − 𝑥 −  l1 = x-

----Khi đã có tải trọng(trái xoài):

Giả sử đặt loadcell cách băng tải 1 đoạn a (mm)

’

Khi đó vị trí C thành D làm băng tải căng T1’T2’ và giãn ra l1’ l2’

Với T1’=K1l1’ ; T2’=K2l2

 là góc hợp bởi T1’ và T2’

Xét cân bằng tại điểm D: 𝑃11⃗⃗⃗⃗⃗⃗ = 𝑇11⃗⃗⃗⃗⃗ ′ + 𝑇12⃗⃗⃗⃗⃗ ′

2 = T11’

2 + T12’

2 + 2T11’T12’Cos()

𝑥(𝑙−

(𝑙−𝑥)(𝑙−

)

𝑙

𝐹𝑘 𝐾

Theo định lý cosin ta có: P11

2 = K2.[( 𝑥

𝑙

𝑙−𝑥

𝑙

𝑥(𝑙−

(𝑙−𝑥)(𝑙−

)

𝑙

𝐹𝑘 𝐾

) )2 ))2 + ( ( √𝑥2 + 𝑎2 – (√(𝑙 − 𝑥)2 + 𝑎2 −  P11

𝑙

𝑙−𝑥

𝑙

𝑥2+𝑎2−𝑥𝑙 √𝑥2+𝑎2.√(𝑙−𝑥)2+𝑎2]

)). )).( (√(𝑙 − 𝑥)2 + 𝑎2 − ( √𝑥2 + 𝑎2 – +2.( 𝑥

𝑥2+𝑎2−𝑥𝑙 √𝑥2+𝑎2.√(𝑙−𝑥)2+𝑎2

Với Cos()=

l1’= AC- l01 ; l2’= BC- l02 ;

𝑃11 𝑔

.1000 (g);  m11 =

Với mọi l ; K ; F ; a cố định ta luôn có sự phụ thuộc của m vào x theo đồ thị sau :

Sau khi tính toán thiết kế ta có được vị trí loadcell như sau:

Hình 3.7 Ví trí cân xoài (loadcell)

Cơ cấu phân loại (theo tiêu chuẩn VIETGAP)

 Nguyên lý hoạt động

Sau khi nhận được kết quả trả về: khối lượng và thể tích, PLC sẽ tiến

hành điều khiển rút khóa chốt từ bằng cách trả tín hiệu về thông qua bộ hẹn giờ

Timer làm các con lăn trên từng khay chứa xoài theo từng loại rớt xuống khỏi

đường ray dẫn vào từng máng khác nhau dựa vào tiêu chuẩn phân loại của

VIETGAP đối với xoài cát Chu và xoài cát Hòa Lộc.

Hình 3.8 Cơ cấu phân loại xoài theo tiêu chuẩn VIETGAP

 Tính toán thiết kế cơ khí

Dựa theo khối lượng trung bình của cát Chu và cát Hòa Lộc và trong quá trình thực

nghiệm ta thấy khối lượng lớn nhất mà trái xoài có thể đạt đến là: 𝑚𝑚𝑎𝑥 =

750𝑔 nên ta có:

𝑃𝑥𝑜à𝑖 = 𝑚. 𝑔 = 0,75.10 = 7,5 (𝑁)

Chọn 𝑔 = 10 (𝑚/𝑠2)

Vì ta có 5 loại xoài khác nhau nên ta cần dùng 4 khóa chốt từ để phân loại xoài:

Hình 3.9 Khóa chốt điện từ dùng để phân loại xoài

Khoảng cách giữa các khay xoài của mỗi phần là 200 mm, khoảng cách giữa các

máng phân loại là 390mm, nên ta chọn khoảng cách tối thiểu của 2 chốt điện từ là

390mm.

Với khoảng chiều dài 2 đầu bánh răng, cùng phần xử lý tỷ trọng

(loadcell) là 2000mm.

Ta có 𝑙𝑏ă𝑛𝑔 𝑡ả𝑖 2 = 390𝑥5 + 2000 = 3950(𝑚𝑚)

Ta chọn 𝑙𝑏ă𝑛𝑔 𝑡ả𝑖 2 = 4000(𝑚𝑚)

3.2.4 Thiết kế khung Vì mô hình gồm nhiều phần băng tải ghép lại với nhau nên đòi hỏi giữa các phần băng tải phải được liên kết chặt chẽ cũng như đồng bộ, tạo nên cơ cấu xuyên xuốt trong quá tình nên khung đỡ phải là 2 khung cố định liền mạch để gắn cả 2 bộ phận băng tải lên.

Chiều dài tối thiểu của khung:

𝑙𝑘ℎ𝑢𝑛𝑔 1 = 𝑙𝑏ă𝑛𝑔 𝑡ả𝑖 1 = 1840 (𝑚𝑚)

Chọn 𝑙𝑘ℎ𝑢𝑛𝑔1 = 1840(𝑚𝑚)

Do chiều rộng băng tải 𝑟𝑏ă𝑛𝑔 𝑡ả𝑖1 = 510 𝑚𝑚 nên chiều rộng khung phải lớn hơn

𝑟𝑏ă𝑛𝑔 𝑡ả𝑖1 → chọn chiều rộng khung 𝑟𝑘ℎ𝑢𝑛𝑔1= 640 (mm)

Chọn chiều cao chân khung ℎ𝑘ℎ𝑢𝑛𝑔1 = 1050 (𝑚𝑚)

Hình 3. 3 Hình chiếu kích thước khung đỡ

𝑙𝑘ℎ𝑢𝑛𝑔 2 = 𝑙𝑏ă𝑛𝑔 𝑡ả𝑖 2 = 4000 (𝑚𝑚)

Chọn 𝑙𝑘ℎ𝑢𝑛𝑔2 = 4000(𝑚𝑚)

Do chiều rộng băng tải 𝑟𝑏ă𝑛𝑔 𝑡ả𝑖2 = 7000 𝑚𝑚 nên chiều rộng khung phải lớn hơn

𝑟𝑏ă𝑛𝑔 𝑡ả𝑖2 → chọn chiều rộng khung 𝑟𝑘ℎ𝑢𝑛𝑔2= 830 (mm)

Để phù hợp cho việc dẫn doài từ băng tải 1 sang băng tải 2. Chọn chiều cao chân

khung ℎ𝑘ℎ𝑢𝑛𝑔2 = 810 (𝑚𝑚)

Vật liệu làm khung chọn thép vuông C45

Chương 4:

LẬP TRÌNH ĐIỀU KHIỂN

Lưu đồ giải thuật mô hình phân loại xoài theo màu sắc, thể tích và khối lượng:

Hình 4.1 Lưu đồ giải thuật mô hình phân loại xoài

4.1 Xử lí ảnh 4.1.1 Tổng quan

Sự phát triển và ứng dụng của xử lý hình ảnh và hệ thống thị giác máy

tính trong việc phát hiện khuyết tật bề mặt trái cây trong lĩnh vực nông

nghiệp đang ngày một phát triển. Giám sát và phát hiện khuyết tật đang trở

thành vấn đề quan trọng trong việc phân loại trái cây. Nhận biết bề mặt trái

cây là chỉ số quan trọng trong việc nhận biết chất lượng. Trong chương này

sẽ trình bày phương pháp tự động phát hiện khuyết tật trên bề mặt trái xoài

dựa trên công nghệ xử lý ảnh. Phần mềm và thư viện sử dụng trong đồ án:

PyCharm2019.1.3, thư viện OpenCv, thư viện pandas, thư viện Pyqt5,…

Thư viên OpenCv là một thư viện mã nguồn mở hàng đầu cho thị giác

máy tính (computer vision), xử lý ảnh và máy học, và các tính năng tăng tốc

GPU trong hoạt động thời gian thực. Nó chứa hàng ngàn thuật toán tối ưu

hoá, trong đó cung cấp một bộ công cụ phổ biến cho các ứng dụng về thị giác

máy tính. OpenCV đang được sử dụng trong rất nhiều ứng dụng, từ khâu hình

ảnh Street View của Google tới việc chạy các chương trình nghệ thuật tương

tác, nhận diện khuôn mặt, hay Robot, xe hơi tự lái.

Thư viện Pandas là thư viện mã nguồn mở với hiệu năng cao cho phân

tích dữ liệu trong Python được phát triển bởi Wes McKinney trong năm

2008. Chỉ với hơn 1 năm phát triển nó đã trở thành một thư viện chuẩn cho

việc phân tích dữ liệu khi dùng Python.

Thư viện Qt là một Application framework đa nền tảng viết trên ngôn

ngữ C++ , được dùng để phát triển các ứng dụng trên desktop, hệ thống

nhúng và mobile. Hỗ trợ cho các platform bao gồm : Linux, OS X,

Windows, VxWorks, QNX, Android, iOS, BlackBerry, Sailfish OS và một

số platform khác. PyQt là Python interface của Qt, kết hợp của ngôn ngữ lập

trình Python và thư viện Qt, là một thư viện bao gồm các thành phần giao

diện điều khiển

Ngoài ra chương trình còn sử dụng một số thư viện hỗ trợ cho việc xử

lí ảnh như thư viện numpy,openpyxl… Trong đề tài này áp dụng những ứng

dụng của thư viện OpenCv để kết nối với webcam, thu dữ liệu về từ webcam

Stream.

4.1.2 Giới thiệu:

Ngày nay, hệ thống thị giác máy có sự hiệu quả về tiết kiệm thời gian,

giảm chi phí lao động, nhất quán, tốc độ cao và sự chính xác khi đánh giá

chất lượng trái cây. Ảnh kỹ thuật số là chìa khóa quan trọng để lấy dữ liệu xử

lý, việc trích xuất dữ liệu từ ảnh kỹ thuật số và hiểu được chúng sẽ giúp ta

thực hiện được một số tác vụ quan trọng trong đồ án này.

Màu sắc trong thị giác máy được sử dụng để ước tính độ chín, mức độ

khuyết tật, thời gian bảo quản và giá trị dinh dưỡng. Về thị giác máy

(machine vision) sẽ có hai phần chính: chụp ảnh và xử lý ảnh. Đề tài này áp

dụng cho trái cây đơn màu, hệ thống sẽ xác định cụ thể các thuộc tính của

trái xoài như: kích thước trái, kích thước phần khuyết tật.

Hình 4. 1 Sơ đồ nguyên lý hệ thống

4.2 Qui trình xử lý ảnh và tính toán số liệu:

4.3.1 Thu nhận ảnh:

Một hệ thống chiếu sáng tốt nên được cung cấp đồng bộ về điều

kiện chiếu sáng, không gian chụp, điều kiện bức xạ… để chống tạo ra

bóng của vật mẫu và gây nhiễu màu. Chất lượng của ảnh thu được quyết

định nhiều đến kết quả của việc nhận dạng, sau đó ảnh phải được lưu trữ

theo một định dạng phù hợp với các bước xử lý sau này, ảnh tạo ra có

dạng hai chiều.

 Camera:

Hình 4. 2 Webcam logitech c270 (Nguồn Internet)

Thông số kỹ thuật:

- Kiểu kết nối: dây USB

- Loại USB: Tốc độ cao Usb 2.0

- Focal length: 4mm

- Field of view: 600

- W: 680 pixels

- Chất lượng video HD 1280x720

- Công nghệ tinh thể lỏng Logitech Fluid Crystal™

- Chụp ảnh cho độ phân giải 640x480 3.0MP

- Tốc độ khung hình tối đa: 30 frame/s

Dựa vào thông số kỹ thuật của webcam và qua thực nghiệm cho thấy Camera đáp

ứng được yêu cầu.

 Buồng chụp và đèn chiếu sáng :

Việc sắp xếp nguồn sáng ảnh hưởng đáng kể đến hình ảnh thu được vậy nên điều

kiện chiếu sáng được ưu tiên như sau:

- Các mẫu được chiếu sáng bằng hai thanh led 12v

- Vị trí đặt đèn được bố trí như hình dưới:

Hình 4. 3 Sơ đồ bố trí đèn chiếu sáng

Qua thực nghiệm cho thấy vị trí đặt đèn chiếu sáng như trên sẽ không tạo

bóng đen làm nhiễu ảnh và cường độ sáng không làm bề mặt trái xoài quá chói,

thuận lợi cho việc nhận diện khuyết tật chính xác hơn.

4.3.2 Tiền xử lí:

Bước này làm tăng khả năng nhận dạng chính xác, có vai trò nâng cao chất

lượng ảnh trước khi đem phân tích và nhận dạng. Công việc của bước này thường

là khử nhiễu, biến đổi ảnh và nâng cao một số đặc tính quan trọng của ảnh. Trong

đề tài này sử dụng bộ lọc Gausian filter.

- Bộ lọc Gausian filter: Nhanh chóng làm nhòe vùng chọn theo mức độ có thể

điều chỉnh. Giá trị Radius càng cao thì mức độ nhòe càng mạnh

- Thuật toán: Ta sử dụng một cửa sổ lọc (ma trận 3x3) quét qua lần lượt từng

điểm ảnh của ảnh đầu vào input. Tại vị trí mỗi điểm ảnh lấy giá trị của các

điểm ảnh tương ứng trong vùng 3x3 của ảnh gốc "lấp" vào ma trận lọc. Sau

đó sắp xếp các điểm ảnh trong cửa sổ này theo thứ tự (tăng dần hoặc giảm

dần tùy ý). Cuối cùng, gán điểm ảnh nằm chính giữa (Trung vị) của dãy giá

trị điểm ảnh đã được sắp xếp ở trên cho giá trị điểm ảnh đang xét của ảnh

đầu ra output.

Hình 4. 4 Sắp xếp phần tử trung vị

Hình 4. 5 Ảnh lọc nhiễu

4.3.3 Chuyển ảnh màu RGB sang ảnh mức xám:

Mô hình màu RGB: sử dụng mô hình bổ sung trong đó ánh sáng đỏ, xanh lá cây

và xanh lam được tổ hợp với nhau theo nhiều phương thức khác nhau để tạo thành

các màu khác trên một điểm ảnh, cường độ của mỗi màu có thể thay đổi từ 0 đến

255 và tạo ra 16,777,216 màu khác nhau.

Hình 4. 6 Hình ảnh được lưu trữ

Dưới đây là ví dụ mẫu về cường độ của 3 màu đỏ, xanh lục, xanh lam để tạo ra màu

hiển thị của một điểm ảnh:

Đỏ Xanh lục Xanh lam Màu

255 0 0 Đỏ

0 255 0 Xanh lục

0 0 255 Xanh lam

255 255 0 Vàng

255 255 255 Trắng

0 0 0 Đen

Bảng 4.10 Bảng cường độ màu

- Ảnh xám (Gray image) hay còn gọi là ảnh đơn sắc (Monochromatic), mỗi

giá trị điểm ảnh (Pixel) trong ma trận điểm ảnh mang giá trị từ 0 đến 255.

Để chuyển từ ảnh RGB sang ảnh xám sử dụng hàm trong OpenCvSharp:

Cv2.cvtcolor();

Hình 4. 7 Chuyển ảnh màu RGB sang ảnh xám

4.3.4 Nhị phân hóa ảnh

Nhị phân hóa ảnh là quá trình biến đổi ảnh xám thành ảnh nhị phân.

Ảnh nhị phân là ảnh mà giá trị của các điểm ảnh chỉ được biểu diễn bằng hai giá trị

là 0 (Đen) và 255 (Trắng).

Cách biến đổi:

- Gọi giá trị cường độ sáng tại một điểm ảnh là I (x, y).

- INP (x, y) là cường độ sáng của điểm ảnh trên ảnh nhị phân.

- (Với 0 < x

Để biến đổi ảnh xám thành ảnh nhị phân. Ta so sánh giá trị cường độ sáng của

điểm ảnh với một ngưỡng nhị phân T (Threshold).

- Nếu I (x, y) > T thì INP (x, y) = 0 (0).

- Nếu I (x, y) > T thì INP (x, y) = 255 (1).

Điều chỉnh giá trị T trong khoảng (0, 255) sẽ cho ra ảnh nhị phân khác nhau. Vậy nên cần điều chỉnh giá trị T để cho ra ảnh mong muốn.

Hình 4. 8 Nhị phân hóa ảnh

Hình : Chuyển sang ảnh nhị phân

4.3.5 Xác định kích thước và diện tích khuyết tật 1.3.5.1 Xác định kích thước

Ta xây dựng thuật toán để lấy chiều rộng và chiều cao của trái xoài theo nguyên tắc tính khoảng cách giữa các pixel theo chiều ngang và dọc, sau đó tìm khoảng lớn nhất theo từng chiều để lấy chiều rộng và chiều cao theo pixel.

Kích thước quả xoài tìm được tính theo đơn vị pixels

4.3.5.2: Tính diện tích khuyết tật

Bước 1: Tìm contours: Contour là thuật toán được sử dụng trong xử lý ảnh

nhằm tách, trích xuất các đối tượng, tạo điều kiện để các xử lý sau được chính xác.

Contour tìm được sẽ là phần viền bao quanh trái xoài và phần khuyết tật trên bề

mặt trái xoài.

Bước 2: Giới hạn mỗi contour tìm được bằng việc vẽ hình chữ nhật bao

quanh. Sử dụng hàm Cv2.BoundingRect() và Cv2.Rectangle()

4.3.6 Phân loại dựa trên diện tích khuyết tật Tính toán xấp xỉ diện tích của một điểm ảnh:

Với khoảng cách từ camera tới băng tải là không đổi, kích thước thực chiều dài, chiều rộng, chiều cao của trái xoài được đo bằng thước kẹp. Sau đó đếm số điểm ảnh tương ứng với mỗi kích thước trên.

Kết quả đo kích thước thực của một trái xoài mẫu và số điểm ảnh tương ứng:

Chiều dài(L): 13,69 cm - 426 pixels

Chiều rộng(R): 8,51 cm - 281 pixels

1369

851

Chiều cao(H): 7,28 cm - 258 pixels

4260

2810

Từ trên tính được xấp xỉ diện tích của một pixel: × = 0,09732 𝑚𝑚2

Phân loại: Tìm phần diện tích khuyết tật lớn nhất nếu lớn hơn …hoặc số vùng khuyết tật lớn hơn … vùng mà mỗi vùng có diện tích lớn hơn … thì trái xoài bị loại

Số vùng khuyết tật tìm thấy

Bước 3: Tính thể tích xoài  Phương pháp thống kê:

Bư ớc 1: Thống kê kích thước thể tích

Ở bước này chúng ta đo kích thước chiều dài chiều rộng chiều cao thực tế của xoài cát Chu và xoài cát Hòa Lộc. Ở đây nhóm sử dụng thước kẹp 20cm để đo kích thước xoài với sai số của thước là 0.01mm

Tiếp theo để đo thể tích thực của xoài, nhóm sử dụng nguyên lý

bình tràn để đo thể tích của xoài.

Hình 4.2.6: Nguyên lý đo thể tích sử dụng bình tràn (Nguồn: Internet)

Khi ta xác định được chiều dài, chiều rộng, chiều cao và thể tích

thực của xoài, ta bắt đầu tìm mối liên hệ giữa chúng.

Bước 2: Tìm phương trình phụ thuộc

Ta có 3 biến đầu vào (chiều dài, chiều rộng, chiều cao) và một biến đầu ra (thể tích), sử dụng hồi quy đa biến để tìm mối quan hệ giữa chúng. Ta cứ hiểu rằng, khi ta sử dụng kích thước thể tích thực của xoài để tìm phương trình phụ thuộc, sau đó sử dụng Kinect để tính chiều dài, chiều rộng, chiều cao và với phương trình phụ thuộc ta sẽ tìm được thể tích tương ứng.

Phần mềm SPSS hỗ trợ cho ta về hồi quy đa biến để tìm phương trình phụ thuộc. Ta chỉ cho biến đầu vào và biến đầu ra, SPSS sẽ cho ta chính xác nhất phương trình phụ thuộc và các biểu đồ liên quan. Ở đây biến đầu vào là kích thước của xoài và biến đầu ra sẽ là thể tích xoài tương ứng.

Kết quả ta được :

Hình 4.2.7: Bảng thông số phương trình phụ thuộc (ảnh chụp)

Volume = 3.249 * length + 2.956 * width + 10.155 * height – 1000.959

Phương trình phụ thuộc giữa kích thước và thể tích

Bước 3: Tìm kích thước camera

Ta xây dựng thuật toán để lấy chiều dài, chiều rộng, chiểu cao theo nguyên tắc tính khoảng cách giữa các pixel theo chiều ngang và dọc sau đó tìm khoảng lớn nhất theo từng chiều để lấy chiều dài, chiều rộng chiều cao theo pixel.

Xác định chiều dài và chiều rộng : Ta có khung hình trả về của Kinect là 640x480 Pixel, ta dùng lệnh chạy trên mảng Pixel của khung hình, so sánh giá trị Pixel và tìm các điểm bên trái đầu tiên, phải cuối cùng, trên cùng và dưới cùng. Qua đó dùng phép hiệu để lấy khoảng

cách Pixel, đó cũng chính là chiều dài và chiều rộng tính theo Pixel của xoài. Để xác định lấy đúng chiều dài và rộng, dựa vào những điểm tìm được để vẽ ra hình chữ nhật tương ứng.

Đối với chiều dài và chiều rộng ta tính được theo Pixel, để lấy được kích thước theo chuẩn thì ta nhân thêm kích thước thực của Pixel vào (đã tính phương pháp 1).

Bước 4: Tính thể tích xoài

Dựa vào phương trình phụ thuộc ta đã tìm ra từ một loại xoài cát Chu hoặc cát Hoài Lộc, ứng với từng loại xoài cần tính ta xác định chiều dài chiều rộng và chiều cao thì ta suy ra được thể tích tương ứng.

Kết quả thể tích xoài thu được khi tính bằng phương pháp thống kê

Kinect với thể tích thực tế :

4.3.7 Xác định thể tích xoài sử dụng Camera IP

Vì độ phân giải của CameraIP thấp nên đề tài bổ sung thêm phương pháp tính thể tích sử dụng camera màul, sử dụng kết nối cáp mạng với router truyền tín hiệu về máy tính. Để có thể sử dụng lập trình và xử lý dữ liệu cho camera ta sử dụng các thư viện hỗ trợ gồm : OpenCV dựa trên ngôn ngữ Python

 Phương pháp thống kê tính thể tích theo kích thước

Ở hai bước đầu là : Thống kê kích thước thể tích và tìm phương trình phụ thuộc ta đã thực hiện. Nên ở phần này ta sẽ bỏ qua 2 bước này và chuyển đến 2 bước tiếp theo.

Bước 3 : Tìm kích thước qua Camera

Ảnh thu được từ camera là ảnh màu RGB ta cần chuyển đổi về ảnh xám để thao tác dễ dàng hơn. Trong mô hình có sử dụng thêm buồng chụp giúp tăng khả năng thu nhận ảnh và tách được phông dễ dàng hơn

Đầu tiên ta biết rằng ở hầu hết xoài thì sẽ có một ngưỡng màu nhất định. Nên ta sẽ chỉnh ngưỡng và bắt đầu chuyển sang ảnh xám sao cho ảnh thu được có phông nền và xoài là 2 giá trị màu tách biệt. Ở đây ngưỡng đề tài đặt là 135, ngưỡng của xoài dao động trong khoảng 140-255.

Hình 4.2.8: Kết quả sau khi chỉnh ngưỡng và chuyển sang ảnh xám (ảnh chụp)

Sau khi ta đã chuyển sang ảnh xám và tách riêng biệt 2 giá trị màu của xoài và phông thì bài toán lại chuyển sang như khi ta sử dụng CameraIP. Để lấy được kích thước chiều dài, chiều rộng và chiều cao ta truy cập vào từng giá trị pixel và tính khoảng cách theo chiều ngang và dọc 2 pixel ở xa nhất. Và cũng dùng cách tính như ở CameraIP để ta tính được kích thước của một pixel.

Hình 4. 9 Cách chạy pixel xác định các điểm (ảnh chụp).

Ta vẽ hình chữ nhật để kiểm định việc xác định kích thước pixel đúng

hay sai.

Khi ta đã có kích thước theo pixel và cũng có được kích thước của

pixel ta chỉ cần nhân chúng vào thì ta có được kích thước thật của xoài.

Bước 4: Tính thể tích xoài

Ta dựa vào phương trình phụ thuộc đã tìm được ở phương pháp trước và với kích thước thật tìm được ở bước 3 ta thay vào phương trình để tính được thể tích tương ứng.

4.4 Giao diện phần mềm phân loại:

Sau khi khỏi động phần mềm phân loại, máy sẽ tiến hành phân loại xoài theo khối lượng, kích thước đã qui định. Với mỗi quả xoài được phân loại, phần mềm sẽ lưu lại thông tin dữ liệu trên một file excel để tiện lưu trữ và xử lí:

Chương 5:

ĐIỀU KHIỂN

5.1. Thiết kế mạch điều khiển trung tâm cho hệ thống phân loại xoài đáp ứng yêu cầu điều khiển cho cơ cấu phân loại. Điều khiển điện của hệ thống xử lý ảnh và cân khối lượng xoài bao gồm điều khiển động cơ băng truyền của bộ phận xử lí ảnh, động cơ bộ phận cân khối lượng xoài. Đồng thời, hệ thống điều khiển đảm nhiệm việc cấp nguồn cho hệ thống xử lý ảnh, hệ thống phân loại xoài dựa vào khối lượng.

Các thiết bị cần thiết cho mạch điều khiển:

 1 Aptomat 3 pha để đóng ngắt dòng điện 3 pha cấp cho biến tần.

Công suất định mức: 6, 10, 16, 25, 32, 40A

Dòng ngắn mạch: 6kA

 2 biến tần dùng để điều khiển động cơ 3 pha.

Hình 2: Biến tần DELTA DVF-E series

Tần số ngõ ra: 0.1 ~ 600Hz

Dạng module, thiết kế tích hợp

Tích hợp chức năng PLC

Tích hợp bộ lọc tín hiệu (Đối với các model 1Pha/230V~ và 3Pha/ 460V~)

 2 động cơ 3 pha.

Công suất:0,4kw=1/2hp

Tỉ số truyền: 1/3~1/1800

Vật liệu vỏ: Nhôm

Điện áp: 3pha 220V/380V

 2 cầu dao CB để đóng ngắt nguồn điện 220V cấp cho hệ thống xử lí ảnh và

hệ thống cân.

Sơ đồ mạch điện kết nối biến tần và động cơ:

Hình 5.4 sơ đồ mạch điều khiển

5.2. Thiết kế điều khiển cho cơ cấu phân loại theo tỉ trọng 5.2.1. Tính khối lượng

 Loadcell

Hình 5.6 Loadcell (Nguồn Internet)

Do trái xoài có khối lượng nhỏ (dao động từ 400g – 800g) nên nhóm sử

dụng Loadcell có giới hạn đo nhỏ (ở đây là Loadcell 2kg) để tăng độ chính xác

trong quá trình đo.

Thông số kỹ thuật của Loadcell sử dụng:

- Tải trọng 2kg

- Độ lệch tuyến tính 0.05%

- Rate output 1.0 ± 0.15 (mV/V)

- Điện áp hoạt động 5V

- Nhiệt độ hoạt động -20 ~ 60 ℃

 Cảm biến vật cản hồng ngoại NPN E3F-DS30C4

Thông số kỹ thuật:

- Nguồn điện cung cấp: 6 ~ 36VDC.

- Khoảng cách phát hiện: 5 ~ 30cm.

- Có thể điều chỉnh khoảng cách qua biến trở.

- Dòng kích ngõ ra: 300mA.

- Ngõ ra dạng NPN cực thu hở giúp tùy biến được điện áp ngõ ra, trở treo lên

áp bao nhiêu sẽ tạo thành điện áp ngõ ra bấy nhiêu.

- Có led hiển thị ngõ ra màu đỏ.

- Kích thước: 1.8cm (D) x 7.0cm (L).

Hình 5.7 Cảm biến vật cản hồng ngoại E3F-DS30C4 (Nguồn: Internet)

 PLC S7 – 1200

Cấu trúc của PLC được mô tả như sau:

Hình 5.8 Sơ đồ cấu trúc PLC (Nguồn Internet)

Ở đây nhóm sử dụng PLC Siemens S7 – 1200 CPU 1212C DC/DC/DC model

6ES7212-1AE40-0XB0 để điều khiển mô hình.

Thông số kỹ thuật:

- Cổng I/O: 8 DI 24V DC / 6 DO 24V DC

- Cổng AI: 2 AI 0 – 10V DC (0 1)

- Power supply: DC 20.4 – 28.8V DC

- Program/Data memory: 75KB

- Cổng PROFINET, hỗ trợ chuẩn Ethernet và TCP/IP

Hình 5.9 PLC S7-1200 CPU 1212C DC/DC/DC (Nguồn Internet)

5.2.2 Thuật toán điều khiển

Theo thông số của Loadcell, tín hiệu trả về có giá trị rất nhỏ 1.0 ± 0.15

(mV/V) nhưng cổng tín hiệu Analog của PLC lại nhận giá trị 0 – 10V DC, nếu kết

nối trực tiếp thì PLC không thể nào đọc được tín hiệu của Loadcell nên cần có 1 bộ

khuếch đại tín hiệu điện áp kết nối với Loadcell để khuếch đại tín hiệu ra của

Loadcell từ 1.0 ± 0.15 (mV/V) lên 0 – 10V DC.

Thông số kỹ thuật bộ khuếch đại:

- VO đầu ra 0-5V & 0-10V

- Điện áp nguồn cấp: 24 VDC

- Độ nhạy: 2mV/V

- IO đầu ra: 4-20mA .

- Chân GNDD: chống nhiễu có thể lắp hoặc không.

Hình 5.10 Mạch khuếch đại tín hiệu cảm biến (Nguồn Internet)

Hình 5.11 Sơ đồ kết nối Loadcell với mạch khuếch đại và PLC

Để đọc được giá trị chính xác của khối lượng trái xoài, nhóm tiến hành

lấy tín hiệu trả về từ loadcell kết hợp giữa chương trình điều khiển PLC trên phần

mềm Tia portal v13 SP1 và Visual Studio 2017.

Kết nối giữa PLC S7-1200 trên Studio Tia Portal V13 SP1 và Visual 2017

 Bước 1: Kết nối PLC S7-1200 với Tia Portal V13 SP1 qua cổng Profinet

dùng chuẩn truyền TCP/IP để kết nối phần cứng và nộp code

 Bước 2: Sử dụng thư viện S7.net thiết kế giao diện trên WPF để truy xuất

trực tiếp vào vùng nhớ PLC thông qua cổng mạng Profinet dùng chuẩn

truyền TCP/IP

Hình 5.12 Cách kết nối giữa PLC S7 – 1200 (Tia portal) với Visual C

Trong khi kết nối lưu ý Click vào 2 mục Full access và Permit access (tô đỏ) để

PLC mới có thể truy xuất vào vùng nhớ của C# lấy dữ liệu lưu trữ.

Các bước tiến hành xác định khối lượng trái xoài

Kết hợp cảm biến và Loadcell

Tạo mảng giá trị trên Visual C

Khối lượng trái xoài

 Bước 1: Kết hợp giữa cảm biến và Loadcell

Phía trên Loadcell được bố trí 1 cảm biến hồng ngoại để phát hiện vật. Khi trái xoài

đi đến cảm biến phát hiện trả tín hiệu về Visual, đồng thời lúc này Loadcell phía

dưới cũng tiền hành cân các giá trị của trái xoài với tốc độ 10ms.

Để có được khối lượng trái xoài nhóm tiến hành xây dựng phương trình tính toán

khối lượng xoài dựa vào các kết quả thực tế thu được từ thực nghiệm. Sau khi nhận

tín hiệu Analog trả về từ Loadcell, PLC thực hiện tính toán theo phương trình được

xác định như sau

Đầu tiên nhóm thực nghiệm trên 10 trái xoài với kết quả thực tế như sau:

STT Khố lượng thực tế cân được Khối lượng khi cân với băng tải

(y) v = 4,21 (v/p) (x)

1 410.4543 329.5663

2 469.9725 382.7528

3 323.1496 243.6132

4 551.0186 459.2086

5 442.9044 356.4762

6 432.1404 348.2459

7 451.4862 367.7153

8 399.6903 316.5863

9 393.7589 313.2621

10 469.9725 383.5443

Từ kết quả trên bảng ta dễ dàng nhận thấy rằng khối lượng khi cân trên băng tải

động sẽ luôn nhỏ hơn khối lượng gốc một giá trị nào đó. Kết quả được đưa vào

Excel để tính, ta thấy mối quan hệ giữa 2 đại lượng này (khối lượng gốc và khối

lượng cân trên băng tải) có quan hệ tuyến tính với nhau theo phương trình bậc nhất:

y = a.x +b

Trong đó: y là khối lượng trái xoài cần tính

x là khối lượng trái oài khi cân băng tải

a, b là hệ số

hệ số a, b được xác định bằng các hàm SLOPE (tìm hệ số a), INTERCEPT (tìm hệ

số b). Lệnh xác định:

a = SLOPE(các giá trị y, các giá trị x) = 1.060952497

b = INTERCEPT(các giá trị y, các giá trị x) = 63.01837755

→ Phương trình cần tìm: y = 1,060952497.x + 63,01837755

Từ phương trình vừa tìm được ta xây dựng theo khối trong PLC để tiến hành tính

toán ra khối lượng chính xác. Ta có kết quả sai số:

Khối lượng thực Khối lượng tính STT Sai số tế bằng phương trình

1 410.4543 412.6726 -2.21827

2 469.9725 469.1009 0.8716

3 323.1496 321.4804 1.6692

4 551.0186 550.2169 0.8017

5 442.9044 441.2227 1.6817

6 432.1404 432.4907 -0.3507

7 451.4862 453.1468 -1.6604

8 399.6903 398.9014 0.7889

9 393.7589 395.3746 -1.6153

10 469.9725 469.9407 0.0318

→ Sai số trung bình ∆𝛿 = ± 2 𝑔𝑎𝑚 → sai số chấp nhận được

→ Phương trình hợp lý

 Bước 2: Tạo mảng giá trị trên Visual Studio

Các giá trị khối lượng tính toán được từ tín hiệu Loadcell trả về được tập hợp tạo

thành một mảng các giá trị khối lượng khác nhau bắt đầu khi cảm biến phát hiện

xoài, khi trái xoài qua hết khỏi vùng quét của cảm biến thì lúc này mảng ngừng

nhận giá trị từ Loadcell.

 Bước 3: Tính ra được khối lượng trái xoài

Từ mảng vừa được tạo phía trên, ta dùng hàm chọn ra giá trị lớn nhất, lúc này giá

trị đó chình là khối lượng cần tìm của trái xoài.

5.2.3. Chương trình điều khiển

Sơ đồ kết nối PLC S7-1200 CPU 1212C DC/DC/DC và cảm biến, xy lanh

Hình 5.13 Sơ đồ kết nối PLC, cảm biến, xy lanh

Tính toán giá trị tỉ trọng

Phân loại

Các bước tiến hành phân loại xoài:

 Bước 1: Tính toán giá trị tỉ trọng

Sau khi hoàn tất việc nhận giá trị khối lượng từ Loadcell trả về tính toán

cho ra kết quả khối lượng thực tế, lúc này PLC sẽ liên kết với C# truy xuất vào

vùng nhớ chứa giá trị thể tích đã được lưu trong mảng ở phần băng tải tính toán xử

lý ảnh và tính thể tích, kết hợp với giá trị khối lượng xác định ra giá trị tỉ trọng theo

công thức:

⁄ 𝐷 = (𝑔𝑎𝑚 𝑚𝑙) 𝑀 𝑉

⁄ Trong đó: D là tỉ trọng của trái xoài (𝑔𝑎𝑚 𝑚𝑙)

M là khối lượng của trái xoài (gam)

V thể tích của trái xoài (mililit)

Từ kết quả tỉ trọng vừa mới tính toán được, căn cứ theo tiêu chuẩnVIET GAP để

đưa sang cơ cấu phân loại.

 Bước 2: Phân loại sản phẩm

Xoài sẽ được chia ra làm 3 loại tương ứng với các tiêu chuẩn khác nhau

(khối lượng, thể tích). Được phân ra bằng các xy lanh đẩy xoài vào các thùng chứa

tương ứng đặt trước xy lanh đẩy. PLC sau khi nhận được tín hiệu xử lý đưa về sẽ

kích hoạt Timer đếm thời gian cho xy lanh đẩy phân loại. Timer sẽ có các giá trị là

3s, 7s, 11s tương ứng với các xy lanh phân loại loại 1, loại 2 và loại 3. Các giá trị

thời gian này được xác định dựa vào việc tìm khoảng cách của vị trí trái xoài sau

khi cân đến vị trí các xy lanh, ước lượng ra thời gian tương ứng.

Chương 6:

TỔNG KẾT VÀ ĐÁNH GIÁ

6.1 Kết quả

Hình 6. 1 Máy phân loại xoài theo tỉ trọng

6.2 Hướng phát triển

Từ những hạn chế trong quá trình hoàn thành thực nghiệm, nhóm rút được

một số kinh nghiệm cần thiết để khắc phục hạn chế, từ đó hoàn thiện mô hình

cũng như phát triển sản phẩm toàn diện, hướng tới mục tiêu thương mại hóa sản

phẩm:

- Tăng số loại xoài phân loại được của cơ cấu

- Phát triển thêm cơ cấu cấp xoài vào mô hình

- Tối ưu hóa hiệu quả mô hình (độ chính xác…)

- Phát triển từ mô hình thành máy công nghiệp sản xuất quy mô lớn

- Phân loại được nhiều loại sản phẩm

6.3 Kết luận

Từ những yếu tố trên nhóm thiết nghĩ mỗi sản phẩm đều có những ưu và

nhược điểm riêng biệt tuy nhiên đều có một mục đích chung và duy nhất là phục vụ

nhu cầu của khách hàng, và lợi ích doanh ngiệp. Việc nhanh chóng tiếp nhận những

nhận xét trực tiếp từ người sử dụng sẽ góp phần hết sức to lớn vào việc cải tiến,

phát triển sản phẩm góp phần đem lại lợi nhuận cho doanh nghiệp cũng như người

tiêu dùng. Với việc tính toán thiết kế cơ bản của mô hình phân loại xoài dựa trên

khối lượng, màu sắc, thể tích, hình dạng góp phần không nhỏ vào sự phát triển của

ngành xuất khẩu nông sản nói chung và xoài nói riêng, đem lại hiệu quả kinh tế cho

bà con nông dân, không những thế đó còn là việc tự chủ về công nghệ không phụ

thuộc vào công nghệ nước ngoài giúp phát triển lợi thế nông nghiệp, tạo chỗ đứng

vững chắc cho các mặt hàng nông sản Việt Nam trên thị trường thế giới, đưa sản

phẩm của nước ta đến với các nước trên thế giới, đặc biệt là thị trường tiềm năng

như: châu Âu, Mĩ...

TÀI LIỆU THAM KHẢO

Tiếng Việt

[1] Nguyên lí chi tiết máy

Tiếng Anh

[2] Bimba Manufacturing Company (2012). “Pneumatic Application & Reference

Handbook”, pp. 24

Đề tài nghiên cứu khoa học: Nghiên cứu, thiết kế và chế tạo máy phân loại xoài tự động

Chủ đề:

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

CÔNG TRÌNH NGHIÊN CỨU KHOA HỌC CỦA SINH VIÊN

NGHIÊN CỨU, THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO MÁY PHÂN LOẠI XOÀI TỰ ĐỘNG

MÃ SỐ: SV2020-33

Tp. Hồ Chí Minh, tháng 07/2020

TRƯỜNG ĐH SƯ PHẠM KỸ THUẬT TPHCM

BÁO CÁO TỔNG KẾT

ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU KHOA HỌC CỦA SINH VIÊN

TP Hồ Chí Minh, 07/ 2020

TRƯỜNG ĐH SƯ PHẠM KỸ THUẬT TPHCM

BÁO CÁO TỔNG KẾT

ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU KHOA HỌC CỦA SINH VIÊN

ĐỀ TÀI : NGHIÊN CỨU, THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO MÁY PHÂN LOẠI

XOÀI TỰ ĐỘNG

Mã số đề tài : SV 2020- 33

TP Hồ Chí Minh, 07/2020

MỤC LỤC

Danh mục bảng biểu

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

TRƯỜNG ĐH SƯ PHẠM KỸ THUẬT TPHCM

THÔNG TIN KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU CỦA ĐỀ TÀI

1. Thông tin chung:

- Tên đề tài: Nghiên cứu, thiết kế và chê tạo máy phân loại xoài tự động

Stt

Họ và tên

MSSV

Lớp

Khoa

2. Mục tiêu đề tài:

3. Tính mới và sáng tạo:

4. Kết quả nghiên cứu:

thước khối lượng xoài, và phân loại xoài theo khối lượng

5. Đóng góp về mặt giáo dục và đào tạo, kinh tế - xã hội, an ninh, quốc phòng và khả năng áp dụng của đề tài:

6. Công bố khoa học của SV từ kết quả nghiên cứu của đề tài (ghi rõ tên tạp chí nếu có) hoặc nhận xét, đánh giá của cơ sở đã áp dụng các kết quả nghiên cứu (nếu có):

SV chịu trách nhiệm chính

thực hiện đề tài

Nhận xét của người hướng dẫn về những đóng góp khoa học của SV thực hiện đề tài (phần này do người hướng dẫn ghi):

Người hướng dẫn

Mở đầu

Chương 1: GIỚI THIỆU ĐỀ TÀI

nông sản thực phẩm một mặt giảm sức lao động con người, giảm giá thành, mặc

không đạt chất lượng.

Chương 2: TỔNG QUAN NGHIÊN CỨU ĐỀ TÀI

móc của nước ngoài. Việc ứng dụng công nghệ này vào trong các dây chuyền sản

‘Cát Chu’ được nông dân chọn trồng nhiều bởi đặc tính dễ ra hoa, đậu quả và cho

Chương 3: TÍNH TOÁN, THIẾT KẾ MÔ HÌNH

PHÂN LOẠI XOÀI

Ưu điểm:

từng quả một, qua đó thể hiện được chính xác tỷ trọng của từng quả. Dựa trên kích thước của xoài ở trên ta thiết kế được khay có hình dạng như sau:

Khối lượng thực tế của trái xoài m = m1+m2

Với T (N) là lực căng tại B khi băng tải chạy với vận tốc v(mm/s)

Chương 4:

LẬP TRÌNH ĐIỀU KHIỂN

4.1 Xử lí ảnh 4.1.1 Tổng quan

4.3.4 Nhị phân hóa ảnh

4.3.7 Xác định thể tích xoài sử dụng Camera IP

Chương 5:

ĐIỀU KHIỂN

5.2. Thiết kế điều khiển cho cơ cấu phân loại theo tỉ trọng 5.2.1. Tính khối lượng

Ở đây nhóm sử dụng PLC Siemens S7 – 1200 CPU 1212C DC/DC/DC model

khuếch đại tín hiệu điện áp kết nối với Loadcell để khuếch đại tín hiệu ra của

Các bước tiến hành xác định khối lượng trái xoài

Sơ đồ kết nối PLC S7-1200 CPU 1212C DC/DC/DC và cảm biến, xy lanh

Chương 6:

TỔNG KẾT VÀ ĐÁNH GIÁ

6.3 Kết luận

TÀI LIỆU THAM KHẢO

Tài liệu liên quan

Tài liêu mới

AI tóm tắt

Giới thiệu tài liệu

Đối tượng sử dụng

Từ khoá chính

Nội dung tóm tắt

Hỗ trợ

Phương thức thanh toán

Theo dõi chúng tôi