(Đồ án hcmute) nghiên cứu, thiết kế, chế tạo mô hình máy phân loại bưởi da xanh

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

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
NGÀNH KỸ THUẬT CƠ ĐIỆN TỬ

NGHIÊN CỨU – THIẾT KẾ – CHẾ TẠO MƠ HÌNH
MÁY PHÂN LOẠI BƯỞI DA XANH

GVHD: TƯỞNG PHƯỚC THỌ
SVTH: TRẦN HẢI DƯƠNG
MSSV: 15146021
SVTH: NGUYỄN HÒA HẬU
MSSV: 15146032
SVTH: NGUYỄN HỮU ĐỨC
MSSV: 15146027

SKL 0 0 5 4 6 0

Tp. Hồ Chí Minh, tháng 07/2019

do an


TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH
KHOA ĐÀO TẠO CHẤT LƯỢNG CAO

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

NGHIÊN CỨU – THIẾT KẾ – CHẾ TẠO MƠ HÌNH

MÁY PHÂN LOẠI BƯỞI DA XANH
GVHD :

ThS. TƯỞNG PHƯỚC THỌ

SVTH :

TRẦN HẢI DƯƠNG

MSSV :

15146021

SVTH :

NGUYỄN HỊA HẬU

MSSV :

15146032

SVTH :

NGUYỄN HỮU ĐỨC

MSSV :

15146027

Khóa :

2015

Ngành :

CNKT CƠ ĐIỆN TỬ

Tp.Hồ Chí Minh, tháng 07 năm 2019

do an


CỘNG HOÀ XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM
Độc lập – Tự do – Hạnh Phúc
---***---

NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
Giảng viên hướng dẫn: ThS. Tưởng Phước Thọ
Sinh viên thực hiện:
1. Nguyễn Hòa Hậu MSSV: 15146032 Lớp: 15146CL1B
2. Nguyễn Hữu Đức
15146027
15146CL1B
3. Trần Hải Dương
15146021
15146CL1A
Ngành: CNKT Cơ điện tử.
Ngày nhận đề tài:
Ngày nộp đề tài:
1. Tên đề tài:

- Nghiên cứu, thiết kế và chế tạo mơ hình máy phân loại bưởi da xanh.
2. Mục tiêu đề tài:
- Thiết kế và chế tạo được mơ hình máy phân loại bưởi da xanh.
- Hồn thành khâu xử lý ảnh để nhận diện, phân tích vùng khác màu và tính
thể tích của quả bưởi.
- Hồn thành vấn đề xử lý dữ liệu, điều khiển qua máy tính và vi điều khiển.
3. Nội dung thực hiện đề tài:
- Thiết kế mơ hình máy phân loại bưởi da xanh.
- Tính tốn và lựa chọn thiết bị, linh kiện cho mơ hình.
- Viết chương trình xử lý ảnh và giám sát hệ thống trên Visual Studio.
- Viết chương trình điều khiển trên Arduino.
- Tạo trang web giám sát & điều khiển thông qua Raspberry.
- Thi công lắp đặt mơ hình cơ khí.
- Thi cơng lắp đặt linh kiện điện tử.
- Vận hành mơ hình và khắc phục các sai sót nảy sinh.
4. Sản phẩm dự kiến:
- Mơ hình máy phân loại bưởi da xanh điều khiển ở hai chế độ phân loại theo
khối lượng và tỷ trọng, giám sát qua web server.
TRƯỞNG NGÀNH

GIẢNG VIÊN HƯỚNG DẪN

i

do an


CỘNG HOÀ XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM
Độc lập – Tự do – Hạnh Phúc
---***---

PHIẾU NHẬN XÉT CỦA GIẢNG VIÊN HƯỚNG DẪN
Họ và tên sinh viên:................................................MSSV:..........................................
.................................................
...........................................
..................................................
...........................................
Ngành:...........................................................................................................................
Tên đề tài:
.......................................................................................................................................
.......................................................................................................................................
Họ và tên Giảng viên hướng dẫn:.................................................................................
NHẬN XÉT
1. Về nội dung đề tài & khối lượng thực hiện:
.......................................................................................................................................
.......................................................................................................................................
.......................................................................................................................................
2. Ưu điểm:
.......................................................................................................................................
.......................................................................................................................................
3. Khuyết điểm:
.......................................................................................................................................
.......................................................................................................................................
4. Đề nghị cho bảo vệ hay không?
.......................................................................................................................................
5. Đánh giá loại:
.......................................................................................................................................
6. Điểm:………(Bằng chữ:.......................................................................................)
Tp. Hồ Chí Minh, ngày
tháng năm 20…

Giảng viên hướng dẫn
(Ký & ghi rõ họ tên)

ii

do an


CỘNG HOÀ XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM
Độc lập – Tự do – Hạnh Phúc
---***---

PHIẾU NHẬN XÉT CỦA GIẢNG VIÊN PHẢN BIỆN
Họ và tên sinh viên:...................................................MSSV:.......................................
...................................................
........................................
...................................................
........................................
Ngành:...........................................................................................................................
Tên đề tài:
.......................................................................................................................................
.......................................................................................................................................
Họ và tên Giảng viên phản biện: ..................................................................................
NHẬN XÉT
1. Về nội dung đề tài & khối lượng thực hiện:
.......................................................................................................................................
.......................................................................................................................................
.......................................................................................................................................
2. Ưu điểm:
.......................................................................................................................................

.......................................................................................................................................
3. Khuyết điểm:
.......................................................................................................................................
.......................................................................................................................................
4. Đề nghị cho bảo vệ hay không?
.......................................................................................................................................
5. Đánh giá loại:
.......................................................................................................................................
6. Điểm:…………(Bằng chữ:......................................................................................)
Tp. Hồ Chí Minh, ngày
tháng năm 20…
Giảng viên phản biện
(Ký & ghi rõ họ tên)

iii

do an


LỜI CẢM ƠN
Đầu tiên, chúng em xin chân thành gửi lời cảm ơn đến nhà trường, khoa Đào
tạo chất lượng cao, ngành CNKT Cơ điện tử, các thầy cô đã tận tình giảng dạy,
truyền đạt cho chúng em những kiến thức cơ sở và chuyên môn trong suốt bốn năm
học vừa qua.
Chúng em xin chân thành cảm ơn ThS. Tưởng Phước Thọ, thầy đã trực tiếp hướng
dẫn, chỉ bảo tận tình, định hướng, góp ý cũng như chỉ dẫn tài liệu thực hiện đồ án
này.
Cuối cùng chúng em xin gửi lời cảm ơn sâu sắc đến gia đình , những người ln
bên cạnh, động viên và hỗ trợ để nhóm có thể hồn thành đồ án.
Mặc dù đã cố gắng nỗ lực rất nhiều, song đồ án chắc chắn không thể tránh khỏi

những thiếu sót. Kính mong nhận được những góp ý và chỉ dẫn của q thầy cơ để
nhóm có thể hồn thành đồ án tốt hơn ở học kỳ tiếp theo.
Xin chân thành cảm ơn!
Nhóm sinh viên thực hiện

iv

do an


TÓM TẮT
Đề tài: Nghiên cứu, thiết kế và chế tạo máy phân loại bưởi da xanh

Bưởi da xanh là loại trái cây có giá trị cao, có tiềm năng vượt trội trong xuất
khẩu. Để đạt các tiêu chuẩn VietGap nói riêng, GlobalGap nói chung, cũng như đáp
ứng nhu cầu tiêu dùng của khách hàng, cần phân loại đầu vào một cách nghiêm
ngặt. Do đó, phân loại là giai đoạn quan trọng nhất, quyết định chất lượng sản phẩm
tiêu thụ. Hiện nay, các vựa trái cây thuê rất nhiều nhân công để tiếp nhận, phân loại
và đóng gói bưởi. Họ phân loại dựa trên kinh nghiệm và một số bí quyết ít được tiết
lộ. Hơn nữa, bưởi da xanh lại mang nhiều yếu tố phân loại phức tạp, không chỉ dựa
vào kích cỡ và màu sắc như các loại trái cây khác. Nhận ra vấn đề này, nhóm đã
quyết định nghiên cứu, thiết kế và chế tạo máy phân loại bưởi với mục tiêu phục vụ
nhu cầu tiêu thụ bưởi da xanh góp phần đẩy mạnh việc tiêu thụ các mặt hàng nơng
sản nói chung.
Để xác định được đâu là những yếu tố phân loại chính ở bưởi da xanh, chúng tôi
đã trực tiếp gặp các nhà vườn trồng bưởi, tham quan vựa trái cây của thương lái để
tham khảo về cách thức phân loại, từ đó đưa ra định hướng cụ thể cho con đường
nghiên cứu. Bên cạnh đó, tiến hành thu thập và phân tích các tài liệu, thơng tin các
dự án về phân loại trái cây đã có trong và ngồi nước. Sau đó, xây dựng mơ hình lý
thuyết và tiến hành thiết kế mơ hình cơ khí, song song với việc thiết kế hệ thống

điều khiển cho máy. Khi bản thiết kế hoàn thành, bắt đầu lựa chọn vật liệu, thiết bị
bao gồm vật tư, linh kiện có sẵn và được bán trên thị trường. Tiếp theo, tiến hành
thi cơng mơ hình và liên tục cải thiện sản phẩm. Tiến hành thực nghiệm và phân
tích khi mơ hình hồn thành, ghi nhận các ưu - nhược điểm, và tìm cách khắc phục
những thiếu sót, đo đạc các thông số hoạt động của thiết bị để so sánh kết quả tính
tốn trên lý thuyết. Cuối cùng, đánh giá kết quả và rút ra kết luận.
Sau khi hoàn thành mơ hình, tiến hành thực nghiệm phân loại với 3 quả đặc
trưng thuộc 3 loại trong 8 lần, thu được kết quả phân loại theo khối lượng khá chính
xác vì đạt sai số ít. Tuy nhiên, kết quả thể tích cịn nhiều sai số. Bưởi vẫn được phân
loại tương thích với tiêu chí trên thực tế. Tỷ lệ thành cơng ước tính 70%. Bên cạnh
đó, có thể linh hoạt thay đổi chế độ phân loại (khối lượng hoặc tỷ trọng) và giám sát
được các thông số phân loại trên giao diện điều khiển WinForm.
Nhìn chung, mơ hình đã đáp ứng được những tiêu chí đặt ra ban đầu khi đã phân
loại sát với thực tế. Những hạn chế đa phần đều nằm ở xử lý ảnh do chưa thể tối ưu
được thuật tốn nên cịn xử lý chậm, sai số nhiễu. Mơ hình này có thể được phát
triển theo hướng ứng dụng AI, Machine Learning để đạt hiệu quả hơn. Bên cạnh đó,
có thể mở rộng phạm vi như dán nhãn, bọc lưới và đóng gói tự động bưởi da xanh.

v

do an


MỤC LỤC
NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ............................................................................................... i
PHIẾU NHẬN XÉT CỦA GIẢNG VIÊN HƯỚNG DẪN ............................................................. ii
PHIẾU NHẬN XÉT CỦA GIẢNG VIÊN PHẢN BIỆN ............................................................... iii
LỜI CẢM ƠN.............................................................................................................................. iv
TÓM TẮT .....................................................................................................................................v
DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT .............................................................................................. ix

DANH SÁCH CÁC BẢNG BIỂU .................................................................................................x
DANH SÁCH CÁC HÌNH ẢNH, BIỂU ĐỒ ............................................................................... xii
CHƯƠNG 1 GIỚI THIỆU TỔNG QUAN ................................................................................1
1.1

Lý do chọn đề tài...........................................................................................................1

1.2

Ý nghĩa thực tiễn của đề tài ..........................................................................................1

1.3

Khảo sát đề tài ..............................................................................................................2

1.3.1

Khảo sát cách thức phân loại bưởi trên thị trường ..............................................2

1.3.2

Phân tích các dự án liên quan ...............................................................................7

1.4

Mục tiêu nghiên cứu ................................................................................................... 11

1.5

Đối tượng, phạm vi và công cụ nghiên cứu ................................................................ 11

1.5.1

Đối tượng nghiên cứu .......................................................................................... 11

1.5.2

Phạm vi nghiên cứu............................................................................................. 11

1.5.3

Công cụ nghiên cứu............................................................................................. 11

1.6

Phương pháp nghiên cứu............................................................................................ 12

1.6.1

Cơ sở phương pháp luận ..................................................................................... 12

1.6.2

Các phương pháp nghiên cứu cụ thể .................................................................. 12

1.7

Kết cấu báo cáo đồ án ................................................................................................. 12

CHƯƠNG 2

CƠ SỞ LÝ THUYẾT ...................................................................................... 13

2.1

Lựa chọn động cơ điện ............................................................................................... 13

2.2

Truyền động xích ........................................................................................................ 13

2.2.1

Xác định số răng đĩa xích .................................................................................... 13

2.2.2

Xác định bước xích ............................................................................................. 14

2.3

Các phần tử trong hệ thống khí nén........................................................................... 15

2.3.1

Van đảo chiều ...................................................................................................... 15

2.3.2

Xy lanh khí nén ................................................................................................... 16

2.4

Xử lý ảnh ..................................................................................................................... 16
vi

do an


2.4.1

Một số khái niệm cơ bản ..................................................................................... 16

2.4.2

Không gian màu RGB ......................................................................................... 17

2.4.3

Trình tự các bước xử lý ảnh ............................................................................... 17

2.5

Xây dựng mơ hình hồi quy tuyến tính........................................................................ 19

2.5.1

Khái niệm ............................................................................................................ 19

2.5.2

Phương sai ........................................................................................................... 19

2.5.3

Hồi quy tuyến tính đơn biến ............................................................................... 20

2.5.4

Phương pháp bình phương cực tiểu ................................................................... 20

2.6

Tỷ trọng ...................................................................................................................... 20

2.7

Cấu trúc một hệ thống điều khiển – giám sát qua web server................................... 21

2.7.1

Khái niệm ............................................................................................................ 21

2.7.2

LAMP server ....................................................................................................... 21

2.7.3

Thiết lập LAMP Server ...................................................................................... 22

CHƯƠNG 3 : THIẾT KẾ VÀ THI CƠNG ............................................................................... 23
3.1

Phần cơ khí ................................................................................................................. 23

3.1.1

u cầu kỹ thuật ................................................................................................. 23

3.1.2

Tổng qt ............................................................................................................ 23

3.1.3

Tính tốn – lựa chọn băng tải ............................................................................. 24

3.1.4

Tính tốn – thiết kế bộ truyền xích..................................................................... 27

3.1.5

Tính tốn - thiết kế cơ cấu máng phân loại ........................................................ 29

3.1.6

Thiết kế - lựa chọn xy lanh và các chi tiết liên quan .......................................... 32

3.1.7

Thiết kế các chi tiết trên bàn cân Loadcell ......................................................... 34

3.1.8

Thiết kế hộp chống nhiễu .................................................................................... 36

3.1.9

Chọn vật liệu ....................................................................................................... 36

3.1.10

Gia công khung cơ khí ....................................................................................... 37

3.2

Phần điều khiển .......................................................................................................... 38

3.2.1

Cấu trúc hệ thống điều khiển............................................................................. 38

3.2.2

Thiết kế mạch điều khiển .................................................................................... 39

3.2.3

Lựa chọn thiết bị cho hệ thống điều khiển ......................................................... 42

3.2.4

Giải thuật điều khiển .......................................................................................... 47

3.2.5

Nguyên lý hoạt động ........................................................................................... 50

3.2.6

Giao diện kết quả ............................................................................................... 52

CHƯƠNG 4:

THỰC NGHIỆM VÀ PHÂN TÍCH ................................................................ 55

vii

do an


4.1

Kết quả thực nghiệm .................................................................................................. 55

4.1.1

Thực nghiệm bàn cân Loadcell ........................................................................... 55

4.1.2

Thực nghiệm xây dựng mơ hình hồi quy ............................................................ 58

4.1.3

Hoạch định khoảng giá trị tỷ trọng để phân loại bưởi ....................................... 64

4.1.4

Thực nghiệm tổng hợp ........................................................................................ 66

4.2

Phân tích & nhận xét kết quả đạt được ..................................................................... 73

4.3

Giải pháp..................................................................................................................... 73

CHƯƠNG 5

KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN....................................................... 74

5.1

Những kết quả đạt được ............................................................................................. 74

5.2

Những kết quả chưa đạt được .................................................................................... 74

5.3

Hướng phát triển của đề tài........................................................................................ 74

TÀI LIỆU THAM KHẢO ............................................................................................................ 75

viii

do an


DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT
VKM: Vùng khác màu
XLA: Xử lý ảnh
TN: Thực nghiệm
RD: Tỷ trọng (Relative Density)
CCCH: Cơ cấu chấp hành

ix

do an


DANH SÁCH CƠNG THỨC
(2.1): Cơng thức tính số răng đĩa xích dẫn……………………………………...13
(2.2): Cơng thức tính số răng đĩa xích bị dẫn…………………………………...14
(2.3): Cơng thức tính tỷ số truyền……………………………………………….14

(2.4): Phương trình hồi quy dạng tổng qt…………………………………….19
(2.5): Cơng thức tính phương sai……………………………………………......19
(2.6): Cơng thức tính phương sai từ bộ dữ liệu mẫu…………………………...19
(2.7): Cơng thức tỷ trọng…………………………………………………………21
(3.1): Công suất trên trục công tác………………………………………………25
(3.2): Công suất cần thiết trên trục động cơ…………………………………….25
(3.3): Cơng thức tính số vịng quay sơ bộ………………………………………..25
(3.4); Cơng thức tính vận tốc trung bình của xích……………………………...27
(3.5): Cơng thức xác định khoảng cách trục giữa hai bánh xích………………27
(3.6): Đường kính vịng chia bánh xích dẫn……………………………………..27
(3.7): Đường kính vịng chia bánh xích bị dẫn………………………………….28
(3.8): Đường kính vịng đỉnh bánh xích dẫn…………………………………….28
(3.9): Đường kính vịng đỉnh bánh xích bị dẫn…………………………………28
(3.10): Đường kính vịng đáy bánh xích dẫn……………………………………28
(3.11): Đường kính vịng đáy bánh xích bị dẫn…………………………………28
(3.12): Định luật bảo toàn cơ năng………………………………………………29
(3.13): Định luật II Newton………………………………………………………30
(4.1): Phương trình hồi quy tuyến tính bậc nhất……………………………….62

x

do an


DANH SÁCH CÁC BẢNG BIỂU
Bảng 2.1: Chọn số răng đĩa xích bánh dẫn ......................................................... 13

---------------------------------------------------------------------------------Bảng 3.1: Thơng số động cơ ................................................................................ 26
Bảng 3.2: Tổng kết thơng số bộ truyền xích ống con lăn ...................................28
Bảng 3.3: Các thông số thiết kế máng phân loại ................................................ 31

Bảng 3.4: Chú thích tên các phần tử trên mạch điều khiển ............................... 41

---------------------------------------------------------------------------------Bảng 4.1: Kết quả thực nghiệm bàn cân Loadcell .............................................. 56
Bảng 4.2: Các giá trị để xây dựng phương trình hồi quy...................................61
Bảng 4.3: Kết quả thực nghiệm khoảng giá trị tỷ trọng ....................................65
Bảng 4.4: Kết quả thực nghiệm tổng hợp ........................................................... 67

xi

do an


DANH SÁCH CÁC HÌNH ẢNH, BIỂU ĐỒ
Hình 1.1: Cơng đoạn tiếp nhận và lựa chọn bưởi của thương lái ........................2
Hình 1.2: Bưởi được bọc lưới và dán nhãn mác ...................................................3
Hình 1.3: Đóng thùng và xuất hàng lên xe............................................................3
Hình 1.4: Gian hàng bưởi da xanh ở hội chợ Xuân 2019 tại hồ Bán Nguyệt ......4
Hình 1.5: Quả loại 1, loại 2 và loại 3 (trái sang phải) ...........................................4
Hình 1.6: Thực nghiệm sự liên hệ giữa tỷ trọng và độ chín của bưởi .................6
Hình 1.7: Bưởi được di chuyển theo các trục xoay ..............................................7
Hình 1.8: Bưởi được phân loại theo từng kích cỡ ở mỗi lỗ trịn ..........................7
Hình 1.9: Bưởi di chuyển đến từng khay lớn ứng với từng loại ..........................8
Hình 1.10: Bưởi di chuyển đến nơi rửa sạch và lau chùi tự động .......................9
Hình 1.11: Bưởi sau khi được rửa sạch và lau chùi tự động ................................9
Hình 1.12: Bưởi sau khi được rửa sạch và lau chùi tự động .............................. 10
Hình 1.13: Bưởi sau khi đã phân loại, nằm gọn trong từng thùng chứa ........... 10

---------------------------------------------------------------------------------Hình 2.1: Bảng trị số cơng suất cho phép của bộ truyền xích ............................ 14
Hình 2.2: Nguyên lý hoạt động của van đảo chiều ............................................. 15
Hình 2.3: Van 5/2 tác động một chiều .................................................................15

Hình 2.4: Xy lanh tác động kép ........................................................................... 16
Hình 2.5: Định nghĩa khơng gian màu RGB ...................................................... 17
Hình 2.6: Sơ đồ các bước trong xử lý ảnh .......................................................... 17
Hình 2.7: Hình minh họa bình phương nhỏ nhất tuyến tính ............................. 20
Hình 2.8: Cấu trúc của một hệ thống kiểm soát qua web server ....................... 21
Hình 2.9: Các thành phần của một LAMP Server ............................................. 21
Hình 2.10: Cấu trúc một hệ thống sử dụng LAMP Server ................................ 22
Hình 2.11: Trình tự thiết lập một LAMP Server ............................................... 22

---------------------------------------------------------------------------------Hình 3.1: Mơ phỏng 3D trên Solidworks của mơ hình cơ khí ........................... 23
Hình 3.2: Băng tải vận chuyển bưởi....................................................................24
Hình 3.3: Động cơ DC S6KA90B-W70 ............................................................... 25
Hình 3.4: Biểu đồ phân bố lực trên băng tải ........... Error! Bookmark not defined.
Hình 3.5: Biễu diễn các lực tác động lên quả bưởi trên máng ........................... 29
Hình 3.6: Xy lanh hành trình 20cm ....................................................................32
Hình 3.7: Mơ hình 3D chi tiết gá xy lanh 1 (trái) và các xy lanh 2, 3, 4 (phải) ..32
Hình 3.8: Chi tiết gá các xy lanh 2, 3, 4............................................................... 33
Hình 3.9: Mơ hình 3D xy lanh gắn chi tiết chắn đỡ khi bưởi lăn xuống máng .33
xii

do an


Hình 3.10: Xy lanh gắn chi tiết đỡ bưởi .............................................................. 34
Hình 3.11: Mơ hình 3D của bàn cân ...................................................................34
Hình 3.12: Mơ hình thực tế của bàn cân (in 3D) ................................................ 35
Hình 3.13: Mơ hình 3D của đế đỡ Loadcell ........................................................ 35
Hình 3. 14: Mơ hình thực tế của đế đỡ Loadcell (in 3D) ....................................36
Hình 3.15: Hộp chống nhiễu ................................................................................ 36
Hình 3.16: Sơ đồ trình tự gia cơng bộ khung cơ khí .......................................... 37

Hình 3.17: Q trình lắp ráp - hồn thiện bộ khung cơ khí cho máy ............... 37
Hình 3.18: Sơ đồ hành trình bước các xy lanh ở chế độ phân loại khối lượng .39
Hình 3.19: Sơ đồ hành trình bước các xy lanh ở chế độ phân loại tỷ trọng ......39
Hình 3.20: Mạch điều khiển của hệ thống được thiết kế trên AutoCAD .......... 40
Hình 3.21: Mạch Arduino Mega 2560.................................................................42
Hình 3.22: Raspberry Pi 3 B+ ............................................................................ 43
Hình 3.23: Cấu tạo Loadcell ................................................................................ 44
Hình 3.24: Điện trở Strain Gauge và cầu điện trở Wheatstone ......................... 44
Hình 3.25: Sơ đồ kết nối dây Loadcell - HX711- Arduino Mega 2560 .............. 46
Hình 3.26: Cảm biến E18-D80NK .......................................................................46
Hình 3.27: Van solenoid 5/2 SM5100-C6 ............................................................ 46
Hình 3.28: Webcam Logitech C270 ....................................................................47
Hình 3.29: Giao diện điều khiển và giám sát máy phân loại bưởi ..................... 52
Hình 3.30: Giao diện điều khiển và giám sát khi đang xử lý ảnh quả bưởi ......53
Hình 3.31: Bảng dữ liệu giám sát ........................................................................53
Hình 3.32: Giao diện web giám sát khối lượng (đồ thị) và số lượng từng loại ..54

---------------------------------------------------------------------------------Hình 4.1: Thực nghiệm trên cân điện tử và bàn cân loadcell ............................ 55
Hình 4.2: Biểu đồ mơ tả kết quả thực nghiệm bàn cân Loadcell ....................... 57
Hình 4.3: Dụng cụ đo ( xơ nước hình trụ có vạch sẵn mực nước) ..................... 58
Hình 4.4: Đo mực nước dâng đế tính thể tích các quả bưởi .............................. 59
Hình 4.5: Giao diện xử lý ảnh sau khi chạy ba lần để tính diện tích một quả ..60
Hình 4.6: Đồ thị biểu diễn mối quan hệ hồi quy giữa S và V ............................. 63
Hình 4.7: Giao diện chương trình XLA sau khi nhập phương trình hồi quy ...63
Hình 4.8: Hình ảnh máy sau khi hồn thành ..................................................... 66
Hình 4.9: Bưởi được băng tải vận chuyển đến vị trí cân và lấy ảnh ................. 66
Hình 4.10: Các trường hợp phân loại khi vận hành: loại 1, loại 2, loại 3.......... 66
Hình 4.11: Biểu đồ mô tả sự tương quan giữa khối lượng bưởi thực nghiệm...71
Hình 4.12: Biểu đồ mơ tả sự tương quan giữa thể tích bưởi thực nghiệm ........72

---------------------------------------------------------------------------------xiii

do an


Sơ đồ 3.1: Sơ đồ khối mô tả cấu trúc hệ thống điều khiển .................................38
Sơ đồ 3.2: Nguyên lý hoạt động của Loadcell ..................................................... 45
Sơ đồ 3.3: Lưu đồ giải thuật điều khiển phân loại bưởi .....................................47
Sơ đồ 3.4: Lưu đồ giải thuật xử lý ảnh................................................................ 48
Sơ đồ 3.5: Lưu đồ giải thuật xử lý ảnh................................................................ 49
Sơ đồ 3.6: Sơ đồ mô tả nguyên lý hoạt động của hệ thống .................................50

xiv

do an


CHƯƠNG 1 GIỚI THIỆU TỔNG QUAN
1.1

Lý do chọn đề tài
Bưởi da xanh là một trong năm loại cây ăn quả đặc sản của tỉnh Bến Tre nói
riêng và đồng bằng sơng Cửu Long nói chung, được xác định là cây trồng chủ
lực, có lợi thế trong phát triển kinh tế nông nghiệp của Việt Nam ở hiện tại cũng
như tương lai. Hiệu quả kinh tế từ cây bưởi da xanh mang lại là không thể phủ
nhận, vượt trội hẳn so với các loại cây trồng khác, bình quân cho thu nhập từ
400-500 triệu đồng/ha/năm.
Thông qua các tổ hợp tác xã sản xuất, thu mua cũng như khâu phân loại đầu
vào nghiêm ngặt ngày càng được chú trọng đã giúp người trồng bưởi an tâm
hơn, vì đã giảm được vấn đề bị thương lái ép giá như trước đây.

Tuy nhiên, sản lượng bưởi đạt chuẩn chất lượng VietGAP và GlobalGAP
chưa nhiều, diện tích nhỏ nên chưa ổn định được nguồn sản phẩm và sự đồng
đều về chất lượng khi khách hàng u cầu.
Trong q trình sản xuất, thu mua, đóng gói sản phẩm bưởi để xuất khẩu,
phân loại là khâu quan trọng nhất, quyết định chất lượng đầu ra của quả bưởi
đến tay người tiêu dùng.
Không chỉ vậy, thời đại của cuộc Cách mạng Công nghiệp 4.0 đã đặt ra yêu
cầu tất yếu về việc tự động hóa dây chuyền sản xuất kể cả ở nông nghiệp.
Nhận ra được vấn đề này, nhóm đã quyết định nghiên cứu, thiết kế và chế tạo
mơ hình máy phân loại bưởi hướng đên mục tiêu phục vụ nhu cầu tiêu thụ bưởi
da xanh của các vựa trái cây nói riêng, góp phần đẩy mạnh việc tiêu thụ và xuất
khẫu các mặt hàng nông sản nói chung.

1.2

Ý nghĩa thực tiễn của đề tài
 Tiết kiệm thời gian so với phương pháp phân loại thủ công truyền thống.
 Giảm thiểu chi phí th nhân cơng với mục tiêu có thể thay thế 2-3 người khi
phân loại thủ công.

1

do an


1.3

Khảo sát đề tài
1.3.1 Khảo sát cách thức phân loại bưởi trên thị trường

Tiến hành tìm hiểu những tiêu chí phân loại bưởi da xanh của các thương lái
cũng như xem quy trình phân loại, đóng gói bưởi ở vựa trái cây. Bên cạnh đó, cũng
trực tiếp hỗ trợ bán bưởi ở hội chợ xuân để nghiên cứu thị hiếu mua bưởi của người
tiêu dùng.
a. Tham quan và tìm hiểu quy trình phân loại bưởi ở vựa trái cây Lê Hải
(3/2019, Châu Thành, Bến Tre)
Quy trình xử lý, phân loại và đóng gói bưởi:
 Cơng đoạn 1: Tiếp nhận bưởi da xanh
Bưởi da xanh được phân loại sơ bộ về cân nặng, độ chín, kích cỡ, loại bỏ
khuyết tật, sâu bệnh. Sau đó, được vận chuyển đến khu vực tạm trữ nguyên
liệu, lưu trữ tạm thời trong các sọt nhựa.

Hình 1.1: Công đoạn tiếp nhận và lựa chọn bưởi của thương lái 1
 Công đoạn 2: Xử lý rửa trái
Bưởi da xanh được rửa với nước và dung dịch Clorin để làm sạch bụi bẩn,
khử trùng, diệt khuẩn, loại bỏ nấm mốc, làm khơ.
 Cơng đoạn 3: Đóng gói
Bưởi sẽ được bao trái, dán nhãn và bọc túi lưới.
Tiếp theo, chúng sẽ được sắp xếp vào bao bì carton.
Cuối cùng, họ sẽ đóng đai thùng carton và xếp thùng lên pallet.
1

Ảnh chụp của tác giả về công đoạn tiếp nhận và phân loại bưởi ở vựa trái cây Lê Hải (3/2019)

2

do an


Hình 1.2: Bưởi được bọc lưới và dán nhãn mác 2

 Công đoạn 4: Lưu kho hoặc bảo quản lạnh
Tiến hành mã hóa lơ hàng, lưu kho tạm thời.
Bưởi được bảo quản lạnh ở 5oC.
 Công đoạn 5: Xuất hàng
Bưởi da xanh được chuyển lên xe tải hoặc container lạnh, sau đó được vận
chuyển đến khách hàng nội địa và xuất khẩu.

Hình 1.3: Đóng thùng và xuất hàng lên xe3

2
3

Ảnh chụp của tác giả về cơng đoạn bao bì, dán nhãn và bọc túi lưới tại vựa trái cây Lê Hải (3/2019)
Ảnh chụp của tác giả về cơng đoạn đóng thùng và xuất hàng lên xe tại vựa trái cây Lê Hải (3/2019)

3

do an


Hình 1.4: Gian hàng bưởi da xanh ở hội chợ Xuân 2019 tại hồ Bán Nguyệt 4
b. Kết luận
Qua những tìm hiểu và trải nghiệm thực tế về bưởi da xanh, có thể đúc kết được
rằng trên thị trường thu mua bưởi hiện nay, người ta phân loại dựa vào những yếu tố
chính như sau:
 Khối lượng:
- Loại 1: từ 1.4kg trở lên (thông thường tối đa 3kg).
- Loại 2: từ 1.1 đến 1.4kg.
- Loại 3: từ 0.7 đến 1.1kg

Hình 1.5: Quả loại 1, loại 2 và loại 3 (trái sang phải) 5
Ảnh chụp của tác giả ở gian hàng bưởi da xanh hội chợ Xuân - nơi tác giả trực tiếp hỗ trợ bán bưởi để tìm
hiểu thị hiếu người tiêu dùng
5
Ảnh ba loại bưởi được chụp trực tiếp (quả loại 1) và có tham khảo internet (hai quả còn lại)
4

4

do an


Trên thực tế, yếu tố khối lượng trong phân loại bưởi mang tính chất tương đối
vì khoảng giá trị khối lượng ở từng loại sẽ thay đổi (không nhiều) theo từng thời
điểm, tùy theo nhu cầu và giá cả trên thị trường trong nước cũng như xuất khẩu.
Tuy nhiên, khối lượng vẫn được xem là yếu tố tiên quyết trong việc phân loại bưởi
để mua bán.
 Độ chín: khi chín, vỏ bưởi có màu xanh đến ngả vàng, khá mỏng và dễ bóc
tách. Múi bưởi màu hồng đỏ, mọng nước, bó chặt và dễ tách khỏi vách, có vị
ngọt thanh, không chua và mùi thơm đặc trưng. Đây là yếu tố phải cần đến
những cá nhân có kinh nghiệm để nhận biết và lựa chọn vì nó khơng thể hiện
một cách rõ ràng ra bên ngồi.
 Kích cỡ, hình dáng bên ngồi:
- Loại 1: quả bưởi trịn đều, đồng màu, mỏng vỏ, khơng bị sâu bệnh.
- Loại 2: trịn đều, đồng màu.
- Loại 3: trịn đều, đồng màu, có thể chấp nhận một vùng màu
khuyết tật nhỏ.
→ Cần phân tích thêm tỷ trọng (khối lượng / thể tích) để có thể phân loại chính
xác hơn. Qua khảo sát thực tế, nhận thấy rằng khi xét ở từng loại, những quả có tỷ
trọng trong ngưỡng phù hợp (đủ độ chín) thường cho múi bưởi mọng nước và mang

vị ngọt (độ Brix) đặc trưng, có chất lượng tốt hơn.
Giả sử, ta có hai quả bưởi A và B có cùng kích cỡ nhưng quả A nặng hơn quả B
thì chúng ta sẽ ưu tiên chọn quả A vào loại tốt hơn. Bởi lẽ, quả A nặng hơn nhưng
to bằng quả B chứng tỏ ở quả B khối lượng vỏ bưởi chiếm phần lớn và cho chất
lượng múi bưởi kém hơn. Tương tự với việc hai quả A và B có khối lượng bằng
nhau nhưng quả B lại to hơn.
Do đó, tỷ trọng được lựa chọn là một yếu tố để đánh giá độ chín và chất lượng
múi bưởi trong phân loại.

5

do an


Hình 1.6: Thực nghiệm sự liên hệ giữa tỷ trọng và độ chín của bưởi 6

Ngồi ra, hiện nay, theo tiêu chuẩn VietGAP nói riêng và GlobalGAP nói
chung, người ta còn phân loại dựa trên độ Brix (cho biết mật độ đường trong dung
dịch, một độ Brix tương ứng với 1 gram đường sacarozo trong 100 gram dung
dịch), thì cả 3 loại đều phải đạt độ Brix 10 - 13%.
Trên cơ sở khảo sát các cách thức phân loại bưởi như trên, nhóm quyết định
phân loại bưởi theo các tiêu chí: khối lượng và tỷ trọng, yếu tố vùng khác màu
(khuyết tật) dùng để loại bỏ những quả chưa đạt (phế phẩm). Trong đó, sẽ có hai
chế độ phân loại: phân loại chỉ theo khối lượng và phân loại theo cả khối lượng - tỷ
trọng để người dùng linh hoạt trong việc lựa chọn.

Ảnh chụp của tác giả khi thử nghiệm sự liên hệ giữa chất lượng múi bưởi, độ chín và độ dày của vỏ (tỷ
trọng bưởi)
6

6

do an


1.3.2

Phân tích các dự án liên quan

a. Hệ thống phân loại bưởi trong một nhà máy ở Trung Quốc
Nguyên lý hoạt động:
 Các quả bưởi sẽ được băng tải đưa đến vị trí phân loại theo kích thước.

Hình 1.7: Bưởi được di chuyển theo các trục xoay 7
 Ở vị trí phân loại theo kích thước, với các ống xoay cỡ lớn chứa nhiều lỗ trịn
ứng với từng kích cỡ từng loại khác nhau, bưởi với kích thước tương ứng sẽ
dễ dàng lọt vào bên trong.

Hình 1.8: Bưởi được phân loại theo từng kích cỡ ở mỗi lỗ trịn 8
7

Ảnh lấy từ video trên Youtube ( />
7

do an


 Sau khi lọt vào bên trong ống xoay, các quả bưởi sẽ di chuyển đến các khay
lớn ứng với từng loại. Sau đó bưởi sẽ được băng tải dẫn đến nơi đóng gói.

Hình 1.9: Bưởi di chuyển đến từng khay lớn ứng với từng loại 9

Ưu điểm:
 Phân loại được kích thước bưởi một cách linh hoạt với số lượng bưởi
lớn.
 Năng suất cao.
Nhược điểm:
 Hệ thống này chỉ phân loại theo kích thước trong khi cịn nhiều yếu tố
quan trọng quyết định chất lượng quả bưởi như cân nặng, màu sắc bên
ngồi.
 Cần một khơng gian rất lớn để lắp đặt và sử dụng hệ thống.
 Chi phí khá tốn kém.

8
9

Ảnh lấy từ video trên Youtube ( />Ảnh lấy từ video trên Youtube ( />
8

do an


b. Hệ thống phân loại bưởi do công ty KW Automation (Australia )
sản xuất
Nguyên lý hoạt động:
 Các quả bưởi sẽ được rửa sạch, lau chùi tự động trước khi được băng tải vận
chuyển đến nơi phân loại.

Hình 1.10: Bưởi di chuyển đến nơi rửa sạch và lau chùi tự động 10

Hình 1.11: Bưởi sau khi được rửa sạch và lau chùi tự động 11
 Từng quả bưởi sẽ nằm trên một ngăn và được vận chuyển dọc theo một line
để phân loại, khi đi ngang qua thùng chứa nào ứng với loại đó, hệ thống sẽ
10
11

Ảnh lấy từ video trên Youtube ( />Ảnh lấy từ video trên Youtube ( />
9

do an