Thiết kế hệ thống nhận dạng và phân loại sản phẩm theo mã QR

BỘ GIAO THÔNG VẬN TẢI - BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC HÀNG HẢI VIỆT NAM

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

THIẾT KẾ HỆ THỐNG NHẬN DẠNG VÀ PHÂN LOẠI
SẢN PHẨM THEO MÃ QR

HẢI PHÒNG - 2022


BỘ GIAO THÔNG VẬN TẢI - BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC HÀNG HẢI VIỆT NAM

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
THIẾT KẾ HỆ THỐNG NHẬN DẠNG VÀ PHÂN LOẠI
SẢN PHẨM THEO MÃ QR
NGÀNH:

KỸ THUẬT ĐIỀU KHIỂN VÀ TỰ ĐỘNG HÓA
MÃ SỐ:

7520216 – D105

CHUYÊN NGÀNH: ĐIỆN TỰ ĐỘNG CÔNG NGHIỆP
Giảng viên hướng dẫn đồ án:

HẢI PHÒNG – 2022


LỜI CẢM ƠN

Để có thể hồn thiện đồ án tốt nghiệp “THIẾT KẾ HỆ THỐNG NHẬN
DẠNG VÀ PHÂN LOẠI THEO MÃ QR" một cách tốt nhất, nhóm em xin chân
thành gửi lời cảm ơn đến cô … và các thầy cô giảng viên khoa Điện – Điện tử
trường Đại học Hàng Hải Việt Nam. Các thầy cô đã đưa ra những đóng góp cũng
như hướng dẫn tận tình và chi tiết để nhóm em có thể hồn thành đồ án tốt nghiệp
này một cách chỉnh chu và đầy đủ nhất.
Do chưa có nhiều kinh nghiệm và kiến thức chuyên sâu nên trong q trình
hồn thiện đồ án tốt nghiệp này chắc chắn sẽ không thể tránh khỏi một số lỗi cũng
như thiếu sót. Nhóm em rất mong sẽ nhận được những đánh giá, nhận xét và góp ý
từ phía cơ để đồ án tốt này được hoàn thiện một cách tốt hơn nữa.
Nhóm em xin chân thành cảm ơn !
Hải Phịng, ngày….tháng… năm 2022
Nhóm sinh viên thực hiện


LỜI CAM ĐOAN
Nhóm em xin cam đoan q trình thực hiện đề tài đồ án: “THIẾT KẾ HỆ
THỐNG NHẬN DẠNG VÀ PHÂN LOẠI THEO MÃ QR” hồn tồn do nhóm em
tự nghiên cứu cũng như tự hoàn thiện. Trong lúc nghiên cứu, nhóm em có tham
khảo một số tài liệu về thông số, định nghĩa, … và các tài liệu này đều được trích
dẫn trong mục “ TÀI LIỆU THAM KHẢO”. Thời gian làm đồ án tốt nghiệp được
hoàn thiện theo đúng thời gian quy định.
Hải phòng, ngày … tháng … năm 2022
Nhóm sinh viên thực hiện


MỤC LỤC
MỞ ĐẦU...................................................................................................................1
DANH MỤC CÁC BẢNG.......................................................................................3
DANH `MỤC CÁC HÌNH.......................................................................................4

CHƯƠNG 1: KHÁI QUÁT VỀ HỆ THỐNG NHẬN DẠNG VÀ PHÂN LOẠI
SẢN PHẨM THEO MÃ QR...................................................................................7
1.1. Tổng quan về mã QR..................................................................................7
1.1.1. Khái niệm về mã QR.............................................................................7
1.1.2. Cấu tạo mã QR......................................................................................7
1.1.3. Ưu, nhược điểm của mã QR [1]...........................................................8
1.1.4. Ứng dụng của mã QR.........................................................................10
1.2. Tổng quan về xử lý ảnh.............................................................................11
1.2.1. Khái niệm về xử lý ảnh.......................................................................11
1.2.2. Các quá trình xử lý ảnh [6].................................................................11
1.2.3. Ứng dụng xử lý ảnh.............................................................................13
1.3. Tổng quan về hệ thống đọc và phân loại sản phẩm theo mã QR..........13
1.3.1. Giới thiệu về hệ thống phân loại sản phẩm.......................................13
1.3.2. Hệ thống phân loại sản phẩm theo mã QR.......................................15
1.4. Xây dựng sơ đồ khối hệ thống..................................................................17
CHƯƠNG 2: XÂY DỰNG PHẦN CỨNG HỆ THỐNG ĐỌC MÃ QR VÀ
PHÂN LOẠI...........................................................................................................19
2.1. Giới thiệu phần cứng.................................................................................19
2.1.1. Kit Raspberry Pi 3 Model B+.............................................................19
2.1.2. Kit Arduino Uno R3............................................................................21
2.1.3. NoIR Camera Module V2...................................................................24
2.1.4. Động cơ Servo SG09............................................................................26
2.1.5. Màn hình hiển thị................................................................................27


2.1.6. Hệ thống băng tải................................................................................28
2.1.7. Cảm biến hồng ngoại E18-D80NK.....................................................29
2.2. Giới thiệu phần mềm.................................................................................31
2.2.1. Phần mềm lập trình Arduino IDE.....................................................31
2.2.2. Ngơn ngữ Python.................................................................................33

2.2.3. Phần mềm lập trình Thonny Python IDE.........................................34
2.3. Thiết kế phần cứng hệ thống....................................................................35
2.3.1. Thiết kế hệ thống đọc mã QR.............................................................35
2.3.2. Thiết kế hệ thống phân loại................................................................36
2.3.3. Sơ đồ kết nối toàn mạch......................................................................37
CHƯƠNG 3: THIẾT KẾ PHẦN MỀM, LIÊN KẾT HỆ THỐNG VÀ KẾT
QUẢ THỰC NGHIỆM..........................................................................................38
3.1. Thiết kế phần mềm hệ thống....................................................................38
3.1.1. Cài đặt hệ điều hành cho Rasberry Pi...............................................38
3.1.2. Lập trình đọc mã QR..........................................................................42
3.1.3. Xây dựng giao diện giám sát trên màn hình.....................................43
3.1.4. Lập trình phân loại sản phẩm............................................................44
3.2. Lắp ráp hệ thống và mơ hình thực tế.......................................................45
3.2.1. Liệt kê các thiết bị...............................................................................45
3.2.2. Lắp ráp hệ thống thực tế....................................................................47
3.3. Thực nghiệm mơ hình và đánh giá...........................................................50
3.3.1. Thực nghiệm mơ hình.........................................................................51
KẾT LUẬN.............................................................................................................56
TÀI LIỆU THAM KHẢO.....................................................................................57
PHỤ LỤC 1: CHƯƠNG TRÌNH ĐỌC VÀ XỬ LÝ MÃ QR.............................58
PHỤ LỤC 2: CHƯƠNG TRÌNH GIAO DIỆN GIÁM SÁT..............................59
PHỤ LỤC 3: CHƯƠNG TRÌNH ĐIỀU KHIỂN HỆ THỐNG..........................68


MỞ ĐẦU
1. Tính cấp thiết của đề tài

Trong thời đại công nghệ số phát triển mạnh mẽ như hiện nay, vấn đề về kiểm tra
thơng tin sản phẩm, thanh tốn chi tiêu, truy cập web nhanh hay là khai báo y tế,...
phải cần một phương thức nhanh chóng và tiện lợi nhưng phải đảm bảo tính an tồn

cao. Do đó mã QR code được hình thành để đáp ứng tốt nhất những nhu cầu trên
nên Qr code có mặt ở khắp nơi như ở siêu thị, các cửa hàng, trong y tế hay trong xí
nghiệp. Trong một số ngành cơng nghiệp đòi hỏi việc phân loại sản phẩm phải
nhanh và độ chính xác cao, tiết kiệm chi phí cải tiến tự động hóa tồn bộ dây
truyền.
Để giải quyết vấn đề trên mà đề tài “THIẾT KẾ HỆ THỐNG NHẬN DẠNG VÀ
PHÂN LOẠI THEO MÃ QR” nhằm đáp ứng những yêu cầu về tự động hóa, giải
quyết các khó khăn trong việc phân loại sản phẩm của cơng nghiệp.
2. Mục đích và phạm vi nghiên cứu
- Mục đích nghiên cứu:

Giúp hiểu rõ hơn về mã QR và ứng dụng của nó trong cơng nghiệp cũng như
trong cuộc sống. Bên cạnh đó giúp ta học hỏi và nâng cao thêm kiến thức về lập
trình Python và Arduino trong xử lý hình ảnh và phân loại các sản phẩm.
- Phạm vi nghiên cứu:

Đồ án môn học này giới hạn nghiên cứu trong phạm vi trên một băng tải phân
loại sản phẩm sử dụng phần mềm Raspberry Pi ứng dụng công nghệ quét mã QR
code để phân loại sản phẩm theo từng mã QR code trên mỗi sản phẩm được tự
động hóa hồn tồn.
3. Đối tượng và phương pháp nghiên cứu
-

Đối tượng nghiên cứu:
+ Mã QR code;
+ Phần mềm Raspberry Pi;
1


+ Cơng nghệ tự động hóa trên băng tải.

- Phương pháp nghiên cứu:

+ Tìm hiểu về cấu trúc chung cho một hệ thống phân loại sản phẩm bằng mã QR
code;
+ Sử dụng phần mềm Raspberry Pi và Arduino xây dựng khâu điều khiển và hệ
thống đọc mã QR.
4. Ý nghĩa khoa học thực tiễn của đề tài
- Ý nghĩa khoa học của đề tài:
Nắm rõ nguyên lý làm việc của hệ thống để thiết kế được hệ thống phân loại sản
phẩm bằng QR code để giúp giải quyết vấn đề phân loại sản phẩm của cơng nghiệp
được tự động hóa, nhanh chóng và hiện đại hơn.
- Ý nghĩa thực tiễn của đề tài:
Thiết kế được hệ thống nhận dạng và phân loại sản phẩm theo mã QR code có
khả năng áp dụng vào thực tiễn.

2


DANH MỤC CÁC BẢNG
Bảng 2. 1: Các nút lệnh menu..................................................................................31
Bảng 3. 1: Thiết bị lắp đặt........................................................................................44

DANH MỤC CÁC HÌNH
3


Hình 1. 1: Một số hình ảnh về mã QR.......................................................................7
Hình 1. 2: Cấu tạo mã QR..........................................................................................8
Hình 1. 3: Số ký tự mà QR code có thể lưu trữ được................................................9
Hình 1. 4: Các thơng tin lưu trữ mã QR.....................................................................9

Hình 1. 5: Quét mã QR............................................................................................10
Hình 1. 6: Sử dụng mã QR để khai báo y tế............................................................10
Hình 1. 7: Kiểm kê sản phẩm bằng mã QR..............................................................11
Hình 1. 8: Thanh tốn sản phẩm bằng mã QR.........................................................11
Hình 1. 9: Các giai đoạn cơ bản trong xử lý ảnh.....................................................12
Hình 1. 10: Phân loại hạt tiêu theo màu sắc.............................................................15
Hình 1. 11: Phân loại nơng sản theo khối lượng......................................................15
Hình 1. 12: Hệ thống phân loại trên mã QR............................................................16
Hình 1. 13: Phân loại các bưu kiện..........................................................................17
Hình 1. 14: Quản lý sản phẩm..................................................................................17
Hình 1. 15: Sơ đồ khối hệ thống..............................................................................17
Hình 2. 1: Raspberry Pi 3 Model B+.......................................................................19
Hình 2. 2: Cấu hình phần cứng Raspberry Pi 3 Model B+......................................20
Hình 2. 3: Arduino Uno R3......................................................................................22
Hình 2. 4: Thơng số chân Arduino Uno R3.............................................................23
Hình 2. 5: : Các chân vào ra số (Digital)..................................................................23
Hình 2. 6: Các chân vào ra tương tự (ANALOG)....................................................24
Hình 2. 7: NoIR Camera Module V2.......................................................................25
Hình 2. 8: Động cơ servo SG09...............................................................................26
Hình 2. 9: Sơ đồ chân servo SG09...........................................................................27
Hình 2. 10: Màn hình hiển thị..................................................................................28
Hình 2. 11: Các chân kết nối và nút điều khiển.......................................................28
Hình 2. 12: Băng tải.................................................................................................29
4


Hình 2. 13: Cảm biến hồng ngoại E18-D80NK.......................................................30
Hình 2. 14: Sơ đồ chân cảm biến hồng ngoại E18-D80NK.....................................30
Hình 2. 15: Giao diện Arduino IDE.........................................................................31
Hình 2. 16: Vùng lập trình.......................................................................................32

Hình 2. 17: Vùng thơng báo khi hồn thiện Upload................................................33
Hình 2. 18: Vùng thơng báo khi có lỗi.....................................................................33
Hình 2. 19: Giao diện Thonny Python IDE..............................................................35
Hình 2. 20: Sơ đồ đấu nối hệ thống đọc mã QR......................................................35
Hình 2. 21: Sơ đồ đấu nối........................................................................................36
Hình 2. 22: Sơ đồ đấu nối tồn mạch.......................................................................37
Hình 3. 1: Giao diện Raspberry Pi Imager...............................................................39
Hình 3. 2: Tiến hành format thẻ...............................................................................39
Hình 3. 3: Chọn hệ điều hành...................................................................................40
Hình 3. 4: Giao diện cài đặt hệ điều hành................................................................41
Hình 3. 5: Giao diện cài đặt hệ điều hành................................................................41
Hình 3. 6: Giao diện cài đặt hệ điều hành................................................................41
Hình 3. 7: Giao diện cài đặt hệ điều hành................................................................42
Hình 3. 8: Hệ điều hành Raspian xong khi cài đặt xong..........................................42
Hình 3. 9: Lưu đồ thuật tốn đọc và xử lý mã QR...................................................43
Hình 3. 10: Lưu đồ thuật tốn xây dựng giao diện giám sát....................................43
Hình 3. 11: Lưu đồ thuật tốn điều khiển hệ thống..................................................44
Hình 3. 12: Lưu đồ thuật tốn cho Arduino.............................................................45
Hình 3. 13: Mơ hình băng tải sau khi hồn thiện.....................................................48
Hình 3. 14: Giá đỡ máy ảnh.....................................................................................48
Hình 3. 15: Giá đỡ cảm biến....................................................................................49
Hình 3. 16 Máng trượt..............................................................................................49
Hình 3. 17: Mặt trước và bên trong tủ điện..............................................................49
5


Hình 3. 18: Mơ hình sau khi hồn thiện...................................................................50
Hình 3. 19: Bật tắt hệ thống bằng nút ấn..................................................................51
Hình 3. 20: Hệ thống ở chế độ tự động....................................................................51
Hình 3. 21: Phân loại sản phẩm loại 1.....................................................................52

Hình 3. 22: Phân loại sản phẩm loại 2.....................................................................52
Hình 3. 23: Phân loại sản phẩm loại 3.....................................................................53
Hình 3. 24: Chế độ chạy Manual.............................................................................53
Hình 3. 25: Chế độ bật tắt băng tải...........................................................................54
Hình 3. 26: Chế độ phân loại bằng tay.....................................................................54
Hình 3. 27: Hệ thống báo lỗi....................................................................................55

CHƯƠNG 1: KHÁI QUÁT VỀ HỆ THỐNG NHẬN DẠNG VÀ PHÂN LOẠI
SẢN PHẨM THEO MÃ QR
1.1.

Tổng quan về mã QR
6


1.1.1.

Khái niệm về mã QR
Mã QR code có nhiều cách gọi khác nhau, tùy theo mỗi nước hay quy chuẩn

mà ta có cách gọi QR code riêng như: Maxtrix-barcode (Mã vạch ma trận); 2D (Mã
vạch 2 chiều). Tuy nhiên ta có thể hiểu một cách tóm gọn QR Code (viết tắt của
Quick Response Code) được hiểu là mã phản hồi nhanh có thể được đọc bởi máy
đọc mã vạch hoặc điện thoại thơng minh, máy tính bảng và các thiết bị có chức
năng chụp ảnh khác, ...[1]

Hình 1. 1: Một số hình ảnh về mã QR
Trong thời đại cơng nghệ số hiện nay, có thể nói mã QR Code đã khơng cịn
q xa lạ đối với người tiêu dùng, các doanh nghiệp hay cửa hàng lớn nhỏ. Chúng
ta dễ dàng bắt gặp mã QR trên mọi bao bì sản phẩm, hàng hóa và ngay cả trên giấy

tờ tùy thân. Có thể nói, việc mã QR ra đời đã tạo ra nhiều thuận lời trong sản xuất
cũng như đời sống như giúp người tiêu dùng tra được thông số sản phẩm, hay tìm
được thơng tin cá nhân nào đó một cách thuận tiện và dễ dàng hơn.
7


1.1.2.

Cấu tạo mã QR
Mã QR có hình vng nền trắng, bên trong bao gồm nhiều điểm đen và các ô

vuông nhỏ hơn được xếp đan xen nhau.

Hình 1. 2: Cấu tạo mã QR
Trong đó, có 3 ơ vng lớn ở 3 góc được gọi là hoa văn định vị dùng để cảm
biến hình ảnh định vị, giúp cho camera có thể xác định phạm vi QR code và đọc
thông tin khi QR code bị biến dạng. Ơ vng nhỏ bên phải phía dưới mã được gọi
là Alignment pattern có tác dụng giúp điều chỉnh những chênh lệch phát sinh khi
camera qt. Cịn các ơ vng cịn lại dùng để chứa thông tin định dạng, phiên bản,
dữ liệu và mã sửa lỗi. [1]
So với các mã vạch khác thì mã QR có tốc độ đọc và giải mã thơng tin
nhanh hơn nhiều. QR Code lại là phiên bản cải tiến của mã vạch truyền thống, mã
QR có khả năng chứa tối đa 7.089 ký tự số và 4.296 ký tự chữ số vì thế mà khả
năng lưu trữ thơng tin của mã QR code cao hơn gấp nhiều lần so với mã vạch
truyền thống. Thiết kế mã QR code chiếm ít không gian hơn rất nhiều so với mã
vạch.
1.1.3.
-

Ưu, nhược điểm của mã QR [1]

Ưu điểm:
+ Khả năng lưu trữ một lượng lớn dữ liệu: Đây được coi là một trong những

ưu điểm vượt trội của QR Code. Với khả năng của mình QR code có thể chứa tối
đa 35 ký số và mã iQR thì chứa tới 40000 ký tự. Ta có thể nhập vào QR code tối đa
4296 ký tự hoặc 7089 chữ số.
8


Hình 1. 3: Số ký tự mà QR code có thể lưu trữ được
+ Mã QR Code chứa nhiều thông tin đa dạng: Mã QR cho phép có thể lưu
trữ nhiều dữ liệu với các thơng tin khác nhau. Có thể là thông tin, nguồn gốc của
một sản phẩm hay thơng tin khai báo y tế, …

Hình 1. 4: Các thông tin lưu trữ mã QR
+ Dễ sử dụng và tiết kiệm thời gian tra cứu: Mã QR rút ngắn quy trình thực
hiện các hành động, thao tác dễ dàng và rất dễ sử dụng. Tất cả các hoạt động cần
dùng đến mã QR chỉ cần một chiếc camera có sẵn trên điện thoại mà không cần các
thiết bị chuyên dụng hỗ trợ. Chúng ta có thể sử dụng chức năng quét mã QR ngay
trên điện thoại của mình thao tác dễ dàng và tiện lợi. Chỉ cần hướng camera trên
điện thoại vào mã QR hiện có và nó sẽ nhanh chóng đưa đến trang đích chỉ trong
vài giây.

9


Hình 1. 5: Qt mã QR
+ Tính an tồn cao: Mã QR giúp người dùng có thể dễ dàng lưu dữ liệu trên
smartphone của họ. Đặc biệt với ứng dụng thanh tốn giúp tăng tính an tồn cao
cho người dùng. Với hai lớp bảo mật cùng định dạng đặc biệt của mã QR (theo tiêu

chuẩn toàn cầu của EMVCo quốc tế), khách hàng sẽ hoàn toàn an tâm khi giao dịch
thanh tốn bằng QR code.
- Nhược điểm:
+ Cần phải có phải kết nối với mạng
+ Khó khăn khi lần đầu tiếp xúc
1.1.4. Ứng dụng của mã QR
Với những ưu điểm của mình, QR code đã dần dần trở lên phổ biến và có
mặt ở khắp nơi cũng như nhiều lĩnh vực, ngành nghề:
+ Sử dụng để khai báo y tế

Hình 1. 6: Sử dụng mã QR để khai báo y tế
+ Kiểm kê hàng hố, thơng tin sản phẩm

10


Hình 1. 7: Kiểm kê sản phẩm bằng mã QR
+ Thanh tốn dịch vụ

Hình 1. 8: Thanh tốn sản phẩm bằng mã QR
Ngồi ra QR code cịn nhiều ứng dụng lớn khác nữa tùy vào yêu cầu của
người sử dụng.
1.2.
1.2.1.

Tổng quan về xử lý ảnh
Khái niệm về xử lý ảnh
Xử lý ảnh là quá trình thu nhận ảnh ở đầu vào, thực hiện các phép xử lý để

tạo ra một ảnh ở đầu ra phù hợp với các đặc tính và thoả mãn yêu cầu của người sử

dụng. Xử lý ảnh bao gồm các q trình phân tích, phân lớp các đối tượng, xử lý
nâng cao chất lượng ảnh, phân đoạn, nhận dạng ảnh, nén và truy vấn ảnh hay biên
dịch các thơng tin hình ảnh của ảnh. Đây là một lĩnh vực mang tính khoa học cơng
nghệ, là đối tựợng nghiên cứu của lĩnh vực thị giác máy. [6]
Những năm trở lại đây cùng với sự phát triển của phần cứng máy tính, xử lý
ảnh đã phát triển một cách mạnh mẽ và đóng vai trị quan trọng trong giao tiếp
người máy.
1.2.2. Các quá trình xử lý ảnh [6]

Hình 1. 9: Các giai đoạn cơ bản trong xử lý ảnh
11


- Thu nhận ảnh (Image Acquisition): Đây là giai đoạn đầu cũng như giai đoạn
mang tính quyết định đối với quá trình xử lý ảnh. Ảnh đầu vào sẽ được thu nhận
qua các thiết bị thu nhận ảnh như camera, máy scanner, … và sau đó sẽ số hố các
tín hiệu này. Các thiết bị thu nhận ảnh có 2 loại chính ứng với 2 loại ảnh thơng
dụng là Raster và Vector. Raster là các thiết bị thu nhận ảnh thơng thường cịn
Vector là sensor hoặc bàn số hố Digitalizer hoặc được chuyển đổi từ ảnh Raster.
Việc lựa chọn các thiết bị thu nhận ảnh này sẽ phụ thuộc vào đặc tính của các đối
tượng cần xử lý như là độ phân giải, chất lượng màu, tốc độ thu nhận ảnh và dung
lượng bộ nhớ của các thiết bị
- Tiền xử lý ảnh (Image processing): Sau bộ thu nhận, ảnh sẽ được cải thiện độ
tương phản, lọc nhiễu, khử độ lệch, … nhằm nâng cao chất lượng giúp ảnh trở lên
rõ hơn, nét hơn chuẩn bị cho các giai đoạn xử lý ảnh phức tạp hơn về sau. Giai
đoạn này được thực hiện bởi bộ lọc.
- Phân đoạn ảnh (Segmentation): Phân đoạn ảnh hay còn gọi là phân vùng ảnh
là một bước rất quan trọng trong xử lý ảnh. Trong giai đoạn này ảnh sẽ được phân
tích thành những thành phần có cùng tính chất dựa theo biên hay các vùng liên
thơng. Chức năng của phân đoạn ảnh chính là miêu tả tổng hợp các phần tử khác

nhau để có thể cấu tạo lên ảnh thô. Đồng thời giúp cho việc nhận dạng các đối
tượng ảnh chính xác, với tốc độ tính tốn cao và giảm dung lượng lưu trữ. Giai
đoạn này bao gồm phân vùng ảnh và trích chọn đặc tính chủ yếu
- Tách các đặc tính: Sau khi phân đoạn, ảnh thường được đặt dưới dạng dữ
liệu điểm ảnh thô và việc chuyển đổi dữ liệu thô này thành một dạng thích hợp sẽ
giúp cho việc xử lý trong máy tính dễ dàng hơn. Để chuyển đổi chúng, ta có thể
biểu diễn dưới dạng hàm chứa biên của một vùng ảnh hay dưới dạng một vùng
hoàn chỉnh gồm tất cả các điểm ảnh thuộc về chính vùng ảnh đó. Bên cạnh đó
chúng ta cịn phải đưa ra một phương pháp mô tả dữ liệu đã được chuyển đổi một
cách phù hợp với những tính chất cần quan tâm giúp thuận tiện cho việc xử lý về
sau
12


- Nhận dạng ảnh: Đây là quá trình xác định ảnh và cũng là giai đoạn cuối cùng
trong quá trình xử lý ảnh. Trong quá trình này ảnh sẽ được thu lại bằng cách so
sánh với các mẫu chuẩn đã được lưu từ trước. Một số đối tượng nhận dạng ảnh
như: nhận dang khuôn mặt, nhận dang ký tự, …
1.2.3. Ứng dụng xử lý ảnh
Xử lý ảnh đang là một trong những lĩnh vực mang tính khoa học và cơng
nghệ. Dù là một ngành cịn mới mẻ nhưng nó laị phát triển rất nhanh chóng và đã
được ứng dụng ở rất ngành nghể, nhiều lĩnh vực như:
+ Trong y tế: Chụp X quang, MRI, khai báo y tế, …
+ Trong quân sự: Nhận dạng ảnh, nhận dạng khuôn mặt, …
+ Trong công nghiệp: Dùng để nhận diện sản phẩm, xác định sản phẩm lỗi....
1.3.
Tổng quan về hệ thống đọc và phân loại sản phẩm theo mã QR
1.3.1. Giới thiệu về hệ thống phân loại sản phẩm
Trong thời đại 4.0 hiện nay việc áp dụng tự động hoá vào trong sản xuất là
vơ cùng phổ biến, nó giúp nâng cao năng suất lao động, cải thiện độ chính xác, hạ

giá thành nhân công cho các công ty và doanh nghiệp. Một trong những dây chuyền
tự động hoá được sử dụng nhiều nhất hiện nay là hệ thống phân loại sản phẩm
Hệ thống phân loại sản phẩm là một hệ thống tự động thay thế cho con người
trong việc phân chia các sản phẩm theo các đặc tính khác nhau (chiều cao, khối
lượng, hình dáng, màu sắc, …)
Các phương pháp phân loại sản phẩm:
+ Phân loại sản phẩm theo chiều cao: Dựa vào chiều cao của sản phẩm sử
dụng các cảm biến để đo đạc và phân loại vào vị trí hợp lí. Phương pháp này
thường được áp dụng trong các dây chuyền mà sản phẩm có chiều cao khác nhau ví
dụ như sản xuất phôi
+ Phân loại sản phẩm theo khối lượng: Phương pháp này thường sử dụng các
cân điện tử gắn trên băng tải để đo khối lượng của sản phẩm từ đó phân loại vào vị
trí phù hợp. Phương pháp này được áp dụng cho các doanh nghiệp chế biến nông
sản, hoa củ quả
+ Phân loại sản phẩm theo hình dáng (vng, trịn, tam giác, …): Sử dụng
các camera chuyên dụng và các phần mềm xử lý hình ảnh để xác định hình dáng

13


của sản phẩm từ đó phân loại. Phương pháp này được áp dụng trong các dây
chuyền hiện đại đòi hỏi độ chính xác cao.
+ Phân loại theo màu sắc: Sử dụng cảm biến màu sắc hoặc xử lý ảnh để xác
định màu sắc của sản phẩm phân loại. Phương pháp này thường được dùng trong
phân loại các sản phẩm có màu sắc đặc trưng như hoa quả, các loại hạt…
+ Phân loại theo mã sản phẩm (mã vạch, mã QR): Sử dụng camera để xử lý
ảnh hoặc các máy đọc mã chuyên dụng để biết thông tin sản phẩm rồi từ đó phân
loại. Phương pháp này dùng trong các dây chuyền mà các sản phẩm được gắn mã
như trong các kho hàng.
Một số hệ thống phân loại sản phẩm trong thực tế:

+ Hệ thống phân loại hạt tiêu theo màu sắc

Hình 1. 10: Phân loại hạt tiêu theo màu sắc
Nguyên lý hoạt động: Hạt tiêu được đổ vào phễu từ trên đỉnh rồi trượt theo
máng vào vùng của cảm biến ánh sáng, cảm biến ánh sáng dựa theo sự thay đổi
màu sắc để tạo ra tín hiệu điều khiển van điện từ hoạt động đẩy các hạt hỏng sang
một buồng, các hạt bình thường tiếp tục rơi vào buồng khác.
+ Hệ thống phân loại nông sản theo khối lượng

14


Hình 1. 11: Phân loại nơng sản theo khối lượng
Ngun lý hoạt động: Các nông sản sẽ được đưa vào dây chuyền để đo khối
lượng sau đó phân ra từng loại trọng lượng theo mong muốn.
1.3.2.

Hệ thống phân loại sản phẩm theo mã QR
Các ngành công nghiệp hiện nay đang ngày càng phát triển một cách mạnh

mẽ, cùng với đó thì việc quản lý cũng như kiểm tra chất lượng, số lượng các sản
phẩm hàng hố là một điều khơng thể thiếu trong các công ty, nhà máy sản xuất. Hệ
thống phân loại sản phẩm theo mã QR là một trong những hệ thống được sử dụng
rất phổ biến trong các kho hàng, nhà máy sản xuất nó giúp cho việc phân loại sản
phẩm trở nên dễ dàng hơn, hàng sẽ được phân về các khu vực khác nhau thuận tiện
cho việc giao bán, vận chuyển.
- Ưu nhược điểm của phân loại theo mã QR
15

Hình 1. 12: Hệ thống phân loại trên mã QR
Ưu điểm:
+ Quá trình tự động giúp rút ngắn thời gian phân loại
+ Tăng độ chính xác trong việc phân loại
+ Giảm chi phí th nhân cơng
Nhược điểm:
+ Giá thành lắp đặt lớn
+ Cần phải có kết nối mạng mới quét đc
- Ứng dụng của hệ thống phân loại theo mã QR
+ Phân loại các bưu phẩm hàng hoá trong bưu điện

16


Hình 1. 13: Phân loại các bưu kiện
+ Kiểm tra và quản lý nguồn gốc, loại sản phẩm

Hình 1. 14: Quản lý sản phẩm
1.4.

Xây dựng sơ đồ khối hệ thống

17


Hình 1. 15: Sơ đồ khối hệ thống
- Khối thu nhận hình ảnh: Có chức năng đọc, thu nhận trực tiếp các hình ảnh
đầu vào và sau đó số hố các tín hiệu này để biến đổi chúng thành tín hiệu điện và
gửi về khối xử lý trung tâm. Một số thiết bị thu nhận ảnh hiện nay như: camera,
scanner, … Ở đây nhóm sử dụng NoIR Camera Module V2 để thu nhận hình ảnh.

- Khối cảm biến: Có chức năng phát hiện các vật cản đi qua và gửi tín hiệu
thơng báo đến cho khối xử lý trung tâm. Sử dụng cảm biến vật cản hồng ngoai E18D80NK.
- Khối xử lý trung tâm: Có nhiệm vụ tính tốn, xử lý tín hiệu nhận được từ
khối cảm biến và khối thu nhận hình ảnh, sau đó gửi tín hiệu điều khiển và giám sát
lên khối động cơ và khối hiển thị. Ở đây nhóm sử dụng Raspberry Pi 3 Model B kết
hợp với Arduino Uno R3.
- Khối hiển thị: Có nhiệm vụ đọc tín hiệu điện nhận được từ khối xử lý trung
tâm và hiển thị kết quả đó. Ta sử dụng màn hình máy tính emachine 14 inch.
- Khối động cơ: Nhận tín hiệu điều khiển và hoạt động từ bộ xử lý trung tâm.
Ta sử dụng động cơ Servo SG90.

18


CHƯƠNG 2: XÂY DỰNG PHẦN CỨNG HỆ THỐNG ĐỌC MÃ QR VÀ
PHÂN LOẠI
2.1.
2.1.1.
a.

Giới thiệu phần cứng
Kit Raspberry Pi 3 Model B+
Khái niệm
Raspberry Pi là một chiếc máy tính thu nhỏ được ra mắt vào năm 2012 bởi

Raspberry Pi Foundation với mục đích khuyến khích và giảng dạy trẻ em về lập
trình, máy tính. Dù có kích thước bé nhưng Raspberry Pi lại được tích hợp đầy đủ
các phần cứng mạnh và cơng năng cơ bản của một chiếc máy tính thông thường.
Thiết bị này chạy hệ điều hành Linux và được xây dựng trên bộ xử lý SoC
Broadcom BCM2835 gồm CPU, GPU, RAM, khe cắm thẻ microSD, WiFi,

Bluetooth và 4 cổng USB 2.0. Hiện nay thì Raspberry Pi có 2 phiên bản chính là
Mode A và Model B. [2], [5]
Trong đề tài này nhóm em sử dụng Kit Raspberry Pi 3 Model B+. Đây là một
phiên bản nâng cấp từ 2 phiên bản trước đó là Raspberry Pi 1 và 2 nên nó có nhiều
ưu điểm vượt trội hơn như tốc độ xử lý nhanh hơn 50 - 60% so với các phiên bản
trước đó, sử dụng kiến trúc 64 bit, trang bị CPU BCM2837 với chip 4 nhân tốc độ
1.2GHz, tích hợp hỗ trợ Gigabit Ethernet, …

Hình 2. 1: Raspberry Pi 3 Model B+
b.

Cấu hình phần cứng và thơng số kĩ thuật
- Cấu hình phần cứng
19