Thiết kế và chế tạo hệ thống phân loại cà chua tự động theo màu sắc và khối lượng

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

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
NGÀNH CƠNG NGHỆ KỸ THUẬT CƠ ĐIỆN TỬ

THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO HỆ THỐNG PHÂN LOẠI CÀ CHUA
TỰ ĐỘNG THEO MÀU SẮC VÀ KHỐI LƯỢNG

GVHD: TS. HUỲNH QUANG DUY
SVTH: TRẦN QUỐC DUY
HÀ HUY HỒNG
THÂN NGUYỄN KHƠI NGUN

S K L 0 1 1 1 1 6

Tp. Hồ Chí Minh, tháng 8/2023


TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP.HCM
KHOA ĐÀO TẠO CHẤT LƯỢNG CAO

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
ĐỀ TÀI:

THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO HỆ THỐNG PHÂN
LOẠI CÀ CHUA TỰ ĐỘNG THEO MÀU SẮC
VÀ KHỐI LƯỢNG

SVTH

: TRẦN QUỐC DUY

MSSV : 19146170

HÀ HUY HOÀNG

MSSV : 19146188

THÂN NGUYỄN KHƠI NGUN

MSSV : 19146034

KHĨA : 2019 - 2023
NGÀNH : CÔNG NGHỆ KỸ THUẬT CƠ ĐIỆN TỬ
GVHD

: TS. HUỲNH QUANG DUY

TP. Hồ Chí Minh, tháng 8 năm 2023


TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP. HCM

CỘNG HOÀ XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM

KHOA ĐÀO TẠO CHẤT LƯỢNG CAO

Độc lập - Tự do – Hạnh phúc

NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
Giảng viên hướng dẫn: TS. Huỳnh Quang Duy
MSSV: 19146170

ĐThoại: 0349634521

MSSV: 19146188

ĐThoại: 0973206604

Thân Nguyễn Khôi Nguyên MSSV: 19146034

ĐThoại: 0344478901

Sinh viên thực hiện : Trần Quốc Duy
Hà Huy Hoàng
1. Mã số đề tài:

TÊN ĐỀ TÀI: THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO HỆ THỐNG PHÂN LOẠI CÀ CHUA TỰ
ĐỘNG THEO MÀU SẮC VÀ KHỐI LƯỢNG.
2. Các số liệu, tài liệu ban đầu:
 Trên thế giới, q trình sản xuất địi hỏi ngày càng chính xác và nhanh chóng
để đáp ứng xu thế hiện đại.
 Các hệ thống phân loại sản phẩm hiện nay cịn thủ cơng sử dụng nhiều người.
 Phát triển hệ thống phân loại sản phẩm dựa trên xử lý ảnh và khối lượng.
3. Nội dung chính của đồ án:
 Tìm hiểu, nghiên cứu cơ cấu phân loại theo màu sắc và khối lượng.
 Thiết kế và chế tạo hệ thống phân loại theo khối lượng và màu sắc.
 Lập trình điều khiển cơ cấu chấp hành và giám sát khối lượng màu sắc trên Web
Server.

 Gia công lắp ráp.
 Thử nghiệm, nhận xét và đánh giá kết quả phân loại.
4. Các sản phẩm dự kiến





Hệ thống máy phân loại cà chua theo màu sắc và khối lượng.
Tập bản vẽ thiết kế.
Báo cáo.
Tài liệu hướng dẫn.

5. Ngày giao đồ án:
6. Ngày nộp đồ án:
Tiếng Anh



Tiếng Việt

■

Trình bày bảo vệ: Tiếng Anh



Tiếng Việt

■

7. Ngơn ngữ trình bày: Bản báo cáo:

i


TRƯỞNG KHOA

TRƯỞNG NGÀNH

GIẢNG VIÊN HƯỚNG DẪN

(Ký, ghi rõ họ tên)

(Ký, ghi rõ họ tên)

(Ký, ghi rõ họ tên)

Được phép bảo vệ .................................................................

(GVHD Ký, ghi rõ họ tên)

ii


LỜI CAM KẾT
 Tên đề tài: THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO HỆ THỐNG PHÂN LOẠI CÀ CHUA TỰ
ĐỘNG THEO MÀU SẮC VÀ KHỐI LƯỢNG.
 GVHD: TS. Huỳnh Quang Duy.
 Họ tên sinh viên: Trần Quốc Duy.

 MSSV: 1914170.
 Địa chỉ sinh viên: 90 đường số 9, phường Trường Thọ, thành phố Thủ Đức,
thành phố Hồ Chí Minh.
 Số điện thoại liên lạc: 0349634521.
 Email:
 Ngày nộp khóa luận tốt nghiệp (ĐATN):
 Lời cam kết: “Tơi xin cam đoan khố luận tốt nghiệp (ĐATN) này là cơng
trình do chính tơi nghiên cứu và thực hiện. Tôi không sao chép từ bất kỳ một bài viết
nào đã được công bố mà khơng trích dẫn nguồn gốc. Nếu có bất kỳ một sự vi phạm
nào, tơi xin chịu hồn tồn trách nhiệm”.
Tp. Hồ Chí Minh, Ngày 2 Tháng 8 năm 2023
Ký tên

i


NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN
..................................................................................................................................
..................................................................................................................................
..................................................................................................................................
..................................................................................................................................
..................................................................................................................................
..................................................................................................................................
..................................................................................................................................
..................................................................................................................................
..................................................................................................................................
..................................................................................................................................
..................................................................................................................................
..................................................................................................................................
..................................................................................................................................

..................................................................................................................................
..................................................................................................................................
..................................................................................................................................
..................................................................................................................................
..................................................................................................................................
..................................................................................................................................
..................................................................................................................................
Tp.HCM, ngày…..tháng…..năm 2023
Giáo viên hướng dẫn

ii


NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN PHẢN BIỆN
..................................................................................................................................
..................................................................................................................................
..................................................................................................................................
..................................................................................................................................
..................................................................................................................................
..................................................................................................................................
..................................................................................................................................
..................................................................................................................................
..................................................................................................................................
..................................................................................................................................
..................................................................................................................................
..................................................................................................................................
..................................................................................................................................
..................................................................................................................................
..................................................................................................................................
..................................................................................................................................

..................................................................................................................................
..................................................................................................................................
..................................................................................................................................
..................................................................................................................................
Tp.HCM, ngày…..tháng…năm 2023
Giáo viên phản biện

iii


LỜI CẢM ƠN
Kết thúc giai đoạn học tập tại trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật TP. Hồ Chí
Minh, nhóm chúng em cảm thấy như hồn thành một hành trình quan trọng, cùng với
việc hoàn tất đồ án tốt nghiệp. Những năm tháng gắn bó với trường đã làm cho nhóm
chúng em nhận ra tình u sâu sắc với nơi này. Nhà trường và quý thầy cô đã không
chỉ dạy những kiến thức chun ngành, mà cịn hình thành tư duy đạo đức, lý tưởng
sống, là những phần không thể thiếu trong cuộc sống và công việc của chúng em sau
này.
Đầu tiên, nhóm chúng em muốn gửi lời cảm ơn sâu sắc đến tồn thể giảng viên,
thầy, cơ tại Đại học Sư phạm Kỹ thuật TP. Hồ Chí Minh, và đặc biệt là Khoa Đào tạo
Chất lượng cao.
Nhóm chúng em đầy lòng biết ơn thầy Huỳnh Quang Duy, người đã hết mình
hướng dẫn, truyền cảm hứng khi chúng em gặp khó khăn và thử thách, đồng thời tận
tâm giúp đỡ để chúng em có thể hồn thiện đồ án tốt nghiệp.
Nhóm Chúng em xin chân thành cảm ơn HỘI ĐỒNG BẢO VỆ ĐỒ ÁN TỐT
NGHIỆP năm 2023 đã dành thời gian quý giá của mình để lắng nghe và phản hồi,
góp ý cho nhóm, mang lại nhiều lợi ích cho nhóm.
Cuối cùng, mặc dù chúng em đã cố gắng hết sức để hoàn thiện đồ án tốt nghiệp,
nhưng do giới hạn về thời gian, kinh phí, kỹ năng và kinh nghiệm, chúng em khơng
thể tránh khỏi những lỗi. Do đó, nhóm chúng em rất mong muốn nhận được ý kiến

phản hồi từ q thầy, cơ và cơng ty, để nhóm chúng em có thể tiếp tục hồn thiện.

iv


TĨM TẮT
Ngày nay, xã hội ngày càng phát triển. Cơng nghiệp hóa, hiện đại hóa ngày càng
được nâng cao để phát triển đất nước và cải thiện cuộc sống của người dân. Vì vậy
việc ứng dụng khoa học kỹ thuật ngày càng rộng rãi, phổ biến mang lại hiệu quả cao
và trong hầu hết các lĩnh vực kinh tế, kỹ thuật cũng như trong đời sống xã hội. Xét
điều kiện cụ thể nước ta trong cơng nghiệp hóa, hiện đại hóa sử dụng ngày càng nhiều
thiết bị hiện đại để điều khiển tự động các quá trình sản xuất, gia cơng và chế biến
sản phẩm,…Điều này dẫn đến việc hình thành các hệ thống sản xuất linh hoạt, cho
phép tự động hóa ở mức độ cao trên cơ sở các máy CNC, robot cơng nghiệp.Trong
đó có một khâu quan trọng ảnh hưởng đến chất lượng sản phẩm là hệ thống phân loại
sản phẩm. Vì vậy nhóm nhận thấy việc thiết kế và chế tạo hệ thống phân loại cà chua
tự động là điều rất cần thiết. Nhóm tập trung nghiên cứu các phương pháp chọn bộ
truyền, nghiên cứu các phương pháp cấp phôi, nghiên cứu các phương pháp cơ cấu
gạt phơi. Nhóm nghiên cứu tính tốn chọn động cơ, bộ truyền, tiến hành thiết kế
khung máy và các cơ cấu chấp hành để đạt được yêu cầu của đề tài. Nghiên cứu xây
dựng hệ thống điện cho đề tài. Cuối cùng nhóm nghiên cứu, lưu trữ dữ liệu phân loại
lên hệ thống Web Server trên máy tính.
Kết quả, nhóm đã nghiên cứu, thiết kế và chế tạo thành công hệ thống máy
phân loại cà chua tự động. Theo đó sẽ phân loại được 4 loại. Loại 1 cà chua đỏ lớn
hơn 10 gam. Loại 2 cà chua đỏ nhỏ hơn 10 gam. Loại 3 cà chua vàng. Loại 4 cà chua
xanh. Các thông số màu sắc và khối lượng sẽ được hiển thị LCD để người vận hành
theo dõi. Ngoài ra trên hệ thống Web Server cũng sẽ hiển thị màu sắc và khối lượng
để người công nhân giám sát từ xa.
Bài báo cáo được xây dựng với 8 chương chính. Cụ thể:
CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU ĐỀ TÀI.

CHƯƠNG 2: TỔNG QUAN NGHIÊN CỨU CỦA ĐỀ TÀI.
CHƯƠNG 3: CƠ SỞ LÝ THUYẾT.
CHƯƠNG 4: PHƯƠNG ÁN THIẾT KẾ CƠ KHÍ.
CHƯƠNG 5: THIẾT KẾ HỆ THỐNG CƠ KHÍ.
CHƯƠNG 6: THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐIỆN – ĐIỀU KHIỂN.
CHƯƠNG 7: KẾT QUẢ VÀ THỰC NGHIỆM.
CHƯƠNG 8: KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN.

v


ABSTRACT
Today, society is developing day by day. Industrialization and modernization
are increasingly being enhanced to develop the country and improve people's lives.
Therefore, the application of science and technology is increasingly widespread and
popular, bringing high efficiency in most economic and technical fields as well as in
social life. Considering the specific conditions of our country in industrialization and
modernization, more and more modern equipment is used to automatically control
the production, processing and product processing processes, etc. This leads to the
formation of into flexible production systems, allowing high-level automation on the
basis of CNC machines and industrial robots. In which, an important stage affecting
product quality is the product classification system. Therefore, the group realized that
it is very necessary to design and manufacture an automatic tomato grading system.
The group focused on research on transmission selection methods, embryo feeding
methods, and research methods. stripper mechanism. The research team calculates
and selects the motor, transmission, conducts the design of the chassis and the
actuators to achieve the requirements of the project. Research on building the
electrical system for the topic. Finally, the research team stores the classification data
on the web Server system on the computer.
As a result, the team has successfully researched, designed and manufactured

an automatic tomato sorting machine system. Accordingly, it will be classified into 4
types. Type 1 red tomato is larger than 10g. Type 2 red tomatoes less than 10g. Type
3 yellow tomatoes. Type 4 green tomatoes. Color and weight parameters will be
displayed on LCD for operator monitoring. In addition, the webserver system will
also display color and volume for workers to monitor remotely.
The report is built with 8 main chapters. Specifically:
CHAPTER 1: INTRODUCTION TO THE TOPIC.
CHAPTER 2: RESEARCH OVERVIEW OF THE TOPIC.
CHAPTER 3: THEORETICAL BASIS.
CHAPTER 4: MECHANICAL DESIGN CHAPTER.
CHAPTER 5: MECHANICAL SYSTEM DESIGN.
CHAPTER 6: ELECTRICAL - CONTROL SYSTEM DESIGN.
CHAPTER 7: RESULTS AND EXPERIMENTS.
CHAPTER 8: CONCLUSIONS AND DEVELOPMENT DIRECTIONS.

vi


MỤC LỤC
NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ........................................................................... i
LỜI CAM KẾT ............................................................................................................ i
NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN ....................................................... ii
NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN PHẢN BIỆN ......................................................... iii
LỜI CẢM ƠN ............................................................................................................ iv
TÓM TẮT................................................................................................................... v
ABSTRACT .............................................................................................................. vi
MỤC LỤC ................................................................................................................ vii
DANH MỤC HÌNH ẢNH ......................................................................................... xi
DANH MỤC BẢNG BIỂU ...................................................................................... xv
DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT ......................................................................... xvi

CHƯƠNG 1. GIỚI THIỆU TỔNG QUAN................................................................ 1
1.1. Tính cấp thiết của đề tài................................................................................... 1
1.2. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài......................................................... 1
1.2.1. Ý nghĩa khoa học của đề tài ..................................................................... 1
1.2.2. Ý nghĩa thực tiễn của đề tài ...................................................................... 2
1.3. Mục tiêu nghiên cứu của đề tài........................................................................ 3
1.4. Đối tượng và phạm vi của đề tài...................................................................... 3
1.4.1. Đối tượng nghiên cứu ............................................................................... 3
1.4.2. Phạm vi của đề tài..................................................................................... 4
1.5. Phương pháp nghiên cứu ................................................................................. 4
1.5.1. Cơ sở pháp luận ........................................................................................ 4
1.5.2. Các phương pháp nghiên cứu cụ thể ........................................................ 5
1.6. Kết cấu của đồ án tốt nghiệp ........................................................................... 6
CHƯƠNG 2. TỔNG QUAN NGHIÊN CỨU CỦA ĐỀ TÀI..................................... 7
2.1. Giới thiệu về cà chua ....................................................................................... 7
2.2. Tính cấp thiết của tự động hóa trong sản xuất................................................. 8

vii


2.2.1. Giới thiệu về tự động hóa ......................................................................... 8
2.2.2. Ứng dụng tự động hóa trong cuộc sống hiện nay..................................... 8
2.2.3. Vai trị của tự động hóa trong phân loại sản phẩm ................................... 9
2.3. Đặc tính của hệ thống ...................................................................................... 9
2.4. Kết cấu của hệ thống ..................................................................................... 10
2.5. Tình hình nghiên cứu..................................................................................... 11
2.5.1. Tình hình nghiên cứu trong nước ........................................................... 11
2.5.2. Tình hình nghiên cứu ngồi nước........................................................... 11
2.6. Tồn tại hệ thống ............................................................................................. 12
2.7. Giới hạn đề tài ............................................................................................... 12

CHƯƠNG 3. CƠ SỞ LÝ THUYẾT ......................................................................... 14
3.1. Tìm hiểu về xử lý ảnh .................................................................................... 14
3.1.1. Giới thiệu về xử lý ảnh ........................................................................... 14
3.1.2. Tìm hiểu về ảnh xám .............................................................................. 14
3.1.3. Giới thiệu không gian màu RGB và HSV .............................................. 15
3.2. Giới thiệu về Yolo ......................................................................................... 16
3.2.1. Yolo là gì? .............................................................................................. 16
3.2.1. Cách hoạt động của Yolo. ...................................................................... 17
3.3. Tổng quan về vi điều khiển và máy tính nhúng ............................................ 18
3.3.1. Giới thiệu về vi điều khiển ..................................................................... 18
3.3.2. Giới thiệu về máy tính nhúng ................................................................. 19
3.4. Giao thức I2C ................................................................................................ 20
3.4.1. Quá trình hoạt động của I2C .................................................................. 21
3.4.2. Ưu điểm và nhược điểm của I2C............................................................ 22
3.5. Tổng quan về cơ sở dữ liệu Firebase ............................................................. 22
3.5.1. Giới thiệu về cơ sở dữ liệu Firebase ....................................................... 22
3.5.2. Ưu điểm và nhược điểm của cơ sở dữ liệu Firebase .............................. 23
CHƯƠNG 4. PHƯƠNG ÁN THIẾT KẾ ................................................................. 26
4.1. Những mục tiêu cần đạt được trong đề tài .................................................... 26
viii


4.1.1. Yêu cầu của máy .................................................................................... 26
4.1.2. Yêu cầu của sản phẩm khi phân loại ...................................................... 26
4.1.3. Sơ đồ khối ............................................................................................... 27
4.1.4. Nguyên lý hoạt động .............................................................................. 27
4.2. Nguyên lý, phương án thiết kế từng cụm cơ cấu làm việc ............................ 28
4.2.1. Cơ cấu băng tải ....................................................................................... 28
4.2.2. Cơ cấu cấp phôi ...................................................................................... 32
4.2.3. Cụm cơ cấu gạt phôi ............................................................................... 34

4.2.4. Thiết kế sử dụng bộ phân loại ................................................................ 35
CHƯƠNG 5. THIẾT KẾ HỆ THỐNG CƠ KHÍ ...................................................... 38
5.1. Yêu cầu thiết kế ............................................................................................. 38
5.1.1 Yêu cầu thiết kế máy phân loại sản phẩm ngoài thị trường .................... 38
5.1.2 Yêu cầu về kết cấu cơ khí máy ................................................................ 38
5.1.3. Quy trình vận hành và các nội dung cần tính tốn, thiết kế ................... 39
5.2. Thiết kế hình dáng và thiết kế khung máy .................................................... 39
5.2.1.Phương án thiết kế khung máy ................................................................ 39
5.2.2. Thiết kế kích thước khung máy .............................................................. 40
5.3. Tính tốn thiết kế cụm cấp cơ khí ................................................................. 40
5.3.1. Tính tốn thiết kế cụm cấp phơi ............................................................. 40
5.3.2. Tính toán thiết kế cụm cân khối lượng ................................................... 43
5.3.3 Thiết kế buồng xử lý ảnh ......................................................................... 44
5.3.4. Tính tốn thiết kế cụm phân loại ............................................................ 45
5.4. Tính tốn thiết kế hệ thống ............................................................................ 46
5.4.1. Tính tốn lựa chọn băng tải .................................................................... 46
5.4.2. Tính tốn lựa chọn động cơ kéo băng tải ............................................... 49
5.4.3. Tính tốn lựa chọn đai ............................................................................ 56
5.4.4. Tính tốn lựa chọn pully......................................................................... 59
5.5. Tính sức bền khung máy ............................................................................... 60
5.5.1. Tính sức bền thanh thép nằm ngang ....................................................... 61
ix


5.5.2. Tính sức bền thanh thép thẳng đứng ...................................................... 64
5.5.3. Tính sức bền khung thép. ....................................................................... 68
CHƯƠNG 6. THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐIỆN – ĐIỀU KHIỂN ............................... 73
6.1. Thiết kế hệ thống điện ................................................................................... 73
6.1.1. Sơ đồ khối của hệ thống ......................................................................... 73
6.1.2. Giới thiệu thiết bị điện ............................................................................ 73

6.2. Quy trình nhận diện quả và xử lý cà chua ..................................................... 77
6.2.1. Quy trình xử lý ảnh................................................................................. 77
6.2.2. Xử lý ảnh tìm trái hư .............................................................................. 78
6.2.3. Phân loại màu sắc cà chua ...................................................................... 81
6.3. Cân khối lượng .............................................................................................. 83
6.3.1. Giới thiệu thiết bị .................................................................................... 83
6.3.2. Quy trình thực hiện ................................................................................. 86
6.4. Điều khiển động cơ cho cơ cấu cấp phôi và cơ cấu gạt. ............................... 88
6.4.1. Giới thiệu động cơ servo ........................................................................ 88
6.4.2. Quy trình thực hiện ................................................................................. 89
6.5. Chương trình điều khiển ................................................................................ 91
6.6. Sơ đồ mạch điện ............................................................................................ 92
6.7. Thiết kế hệ thống giám sát từ xa ................................................................... 93
6.7.1. Sơ đồ khối tổng quát hệ thống giám sát từ xa ........................................ 93
6.7.2. Quá trình thực hiện ................................................................................. 94
6.7.3. Kết quả.................................................................................................... 95
CHƯƠNG 7. KẾT QUẢ VÀ THỰC NGHIỆM ...................................................... 98
7.1. Thực nghiệm .................................................................................................. 98
7.2. Quy trình vận hành hệ thống ....................................................................... 100
7.3. Kết quả ......................................................................................................... 102
7.3.1. Kết cấu cơ khí ....................................................................................... 102
7.3.2. Hệ thống điện – điều khiển ................................................................... 102
7.3.5. Kết quả sau khi phân loại. .................................................................... 103
x


CHƯƠNG 8. TỔNG KẾT VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN ....................................... 106
8.1. Những mặt đạt được .................................................................................... 106
8.2. Những mặt hạn chế của đề tài ..................................................................... 106
8.3. Hướng phát triển .......................................................................................... 107

TÀI LIỆU THAM KHẢO ...................................................................................... 108
PHỤ LỤC ............................................................................................................... 111

xi


DANH MỤC HÌNH ẢNH
Hình 2.1. Cà chua đỏ ................................................................................................. 7
Hình 3.1. Ảnh xám ................................................................................................... 14
Hình 3.2. Ma trận có kích thước 600x800. .............................................................. 15
Hình 3.3. Khơng gian màu RGB.............................................................................. 15
Hình 3.4. Khơng gian màu HSV .............................................................................. 16
Hình 3.5. Hoạt động của Yolo ................................................................................. 17
Hình 3.6. Bản đồ xác suất lớp .................................................................................. 17
Hình 3.7. Giới thiệu vi điều khiển ........................................................................... 19
Hình 3.8. Giới thiệu máy tính nhúng ....................................................................... 20
Hình 3.9. Giao tiếp giữa Master và Slave. ............................................................... 21
Hình 3.10. Khung truyền của một gói Message I2C. .............................................. 21
Hình 3.11. Giới thiệu Firebase. ................................................................................ 23
Hình 3.12. Cơ sở dữ liệu Firebase hỗ trợ cho dự án. ............................................... 24
Hình 4.1. Sơ đồ khối của quá trình phân loại. ......................................................... 27
Hình 4.2. Phác thảo 3D máy phân loại cà chua ....................................................... 28
Hình 4.3. Bộ truyền đai răng [7] .............................................................................. 29
Hình 4.4. Bộ truyền xích [8] .................................................................................... 30
Hình 4.5. Hình ảnh 3D cơ cấu căng đai ................................................................... 31
Hình 4.6. Cơ cấu căng đai thực tế ............................................................................ 31
Hình 4.7. Cơ cấu cấp phơi khơng sử dụng cánh gạt gạt .......................................... 32
Hình 4.8. Cơ cấu cấp phơi sử dụng cánh gạt ........................................................... 33
Hình 4.9. Hình 3D cơ cấu gạt phơi .......................................................................... 34
Hình 4.10. Xi lanh gạt phơi [9] ................................................................................ 34

Hình 4.11. Động cơ servo motor MG996R ............................................................. 35
Hình 5.1. Kích thước khung máy............................................................................. 40
Hình 5.2. Thơng số miếng gạt.................................................................................. 41
Hình 5.3.Thơng số thanh trượt ................................................................................. 41

xi


Hình 5.4. Động cơ servo MG996R .......................................................................... 42
Hình 5.5. Hệ thống cấp phơi .................................................................................... 43
Hình 5.6. Kích thước của cần gạt. ........................................................................... 43
Hình 5.7. Hệ thống cân ............................................................................................ 44
Hình 5.8. Buồng xử lý ảnh ....................................................................................... 45
Hình 5.9. Thanh gạt phân loại.................................................................................. 45
Hình 5.10. Cụm phân loại ........................................................................................ 46
Hình 5.11. Tấm băng tải .......................................................................................... 48
Hình 5.12. Kéo băng tải ........................................................................................... 49
Hình 5.13. Kích thước của đoạn băng ..................................................................... 49
Hình 5.14. AC Motor [12] ....................................................................................... 55
Hình 5.15: Đai S5M [13] ......................................................................................... 59
Hình 5.16: Pully răng S5M. [14] ............................................................................. 60
Hình 5.17: Cụm băng tải .......................................................................................... 60
Hình 5.18. Kết cấu khung máy ................................................................................ 61
Hình 5.19. Đặt lực lên khung AB,biểu đồ nội lực,biểu đồ moment uốn ................. 62
Hình 5.20. Moment xoắn khung AB........................................................................ 63
Hình 5.21. Biểu đồ momen xoắn trên AB ............................................................... 63
Hình 5.22. Mặt cắt thép ống dạng chữ C 68x30x3(mm) ......................................... 64
Hình 5.23. Sơ đồ thanh SP,TQ ................................................................................ 65
Hình 5.24. Sơ đồ lực thanh SP ................................................................................. 66
Hình 5.25. Biểu đồ lực kéo, nén thanh SP ............................................................... 66

Hình 5.26. Biểu đồ moment uốn theo phương x của thanh SP................................ 66
Hình 5.27. Biểu đồ moment uốn theo phương y của thanh SP................................ 67
Hình 5.28. Mặt cắt thép ống dạng vng 30x30x1(mm) ......................................... 68
Hình 5.29. Đặt lực vào khung thép .......................................................................... 69
Hình 5.30. Giá trị lực ............................................................................................... 69
Hình 5.31. Đặt lực vào khung thép và thơng số chia lưới ....................................... 70
Hình 5.32. Ứng suất của khung thép ....................................................................... 71
xii


Hình 5.33. Hệ số an tồn.......................................................................................... 71
Hình 5.34. Chuyển vị của khung thép theo phương thẳng đứng ............................. 72
Hình 5.35. Mơ hình máy 3D .................................................................................... 72
Hình 6.1. Sơ đồ khối điều khiển .............................................................................. 73
Hình 6.2. Sơ đồ quy trình nhận diện và xử lý cà chua ............................................. 77
Hình 6.3. Dữ liệu tập training .................................................................................. 78
Hình 6.4. Dữ liệu tập validation .............................................................................. 78
Hình 6.5. Đánh nhãn cà chua hư .............................................................................. 79
Hình 6.6. Training model trên google colab ............................................................ 79
Hình 6.7. Đường cong Precision – Confidence Curve ............................................ 80
Hình 6.8. Đường cong Precision – Recall Curve..................................................... 80
Hình 6.9. Kết quả sau khi train model bằng Yolo V5 ............................................. 81
Hình 6.10. Lưu đồ xử lý ảnh .................................................................................... 82
Hình 6.11. Nhận diện màu sắc cà chua đỏ ............................................................... 83
Hình 6.12. Một loại Strain gauge [15] ..................................................................... 83
Hình 6.13. Mạch cầu Wheatstone ............................................................................ 84
Hình 6.14. Sự thay đổi điện áp của Loadcell khi có tải ........................................... 84
Hình 6.15. Loadcell 1kg .......................................................................................... 84
Hình 6.16. Kích thước loadcell 1kg ......................................................................... 85
Hình 6.17. Mạch chuyển đổi loadcell HX711 ......................................................... 85

Hình 6.18. Cấu tạo của HX711 ................................................................................ 85
Hình 6.19. Đồng bộ thời gian điều khiển đầu vào, đầu ra và lựa chọn khuếch đại dữ
liệu. ........................................................................................................................... 86
Hình 6.20. Cấu hình GPIO cho STM32................................................................... 87
Hình 6.21. Kết quả khi cân ...................................................................................... 88
Hình 6.22. Điều chế độ rộng xung để điều khiển góc quay động cơ....................... 88
Hình 6.23. Thời gian động cơ quay liên tục ............................................................ 89
Hình 6.24. Khởi tạo PWM trên MXCube ................................................................ 90
Hình 6.25. Cấu hình tần số Clock ............................................................................ 90

xiii


Hình 6.26. Sơ đồ điều khiển .................................................................................... 91
Hình 6.27. Sơ đồ mạch điện..................................................................................... 92
Hình 6.28. Sơ đồ khối của hệ thống giám sát .......................................................... 93
Hình 6.29. Sơ đồ quy trình thực hiện của hệ thống. ................................................ 94
Hình 6.30. Giao diện web ........................................................................................ 96
Hình 6.31. Kết quả phân loại trên web .................................................................... 96
Hình 6.32. Firebase lưu trữ kết quả phân loại ......................................................... 97
Hình 7.1. Mơ hình máy thực tế ................................................................................ 98
Hình 7.2. Firebase lưu trữ kết quả ........................................................................... 99
Hình 7.3. Bấm nút start để bắt đầu hệ thống ......................................................... 100
Hình 7.4. Cà chua được cân ................................................................................... 101
Hình 7.5. Giá trị cân hiển thị LCD. ....................................................................... 101
Hình 7.6. Màu sắc và khối lượng hiển thị lên web ................................................ 101
Hình 7.7. Màu sắc hiển thị lên LCD ...................................................................... 101
Hình 7.8. Cà chua được đẩy xuống máng .............................................................. 102
Hình 7.9. Sơ đồ mạch điện..................................................................................... 103
Hình 7.10. Bảng điện hệ thống .............................................................................. 103

Hình 7.11. Loại 1 được phân loại hiện thị trên Web Server lưu trữ trên Firebase 104
Hình 7.12. Loại 2 được phân loại hiện thị trên Web Server lưu trữ trên Firebase 104
Hình 7.13. Loại 3 được phân loại hiện thị trên Web Server lưu trữ trên Firebase 104
Hình 7.14. Loại 4 được phân loại hiện thị trên Web Server lưu trữ trên Firebase 105
Hình 7.15. Kết quả phân loại lưu trữ Firebase ....................................................... 105

xiv


DANH MỤC BẢNG BIỂU
Bảng 1.1. Tiêu chí phân loại ...................................................................................... 3
Bảng 3.1. Ưu nhược điểm của I2C .......................................................................... 22
Bảng 4.1. Ưu nhược điểm cơ cấu cấp phôi không sử dụng cánh gạt....................... 33
Bảng 4.2. Ưu nhược điểm cơ cấu cấp phôi sử dụng cánh gạt .................................. 33
Bảng 4.3. Ưu nhược điểm xi lanh ............................................................................ 34
Bảng 4.4. Ưu nhược điểm động cơ servo motor ...................................................... 35
Bảng 4.5. Ưu nhược điểm xử lý ảnh trong phân loại ............................................... 36
Bảng 4.6. Ưu nhược điểm sử dụng cảm biến để phân loại ...................................... 37
Bảng 5.1. Thơng số kích thước khung máy ............................................................. 40
Bảng 5.2. Tỷ trọng vật liệu rời ................................................................................. 47
Bảng 5.3. Trị số của hệ số ma sát f và e f . ........................................................... 52
Bảng 5.4. Trị số hiệu suất của các loại bộ truyền và ổ ............................................ 54
Bảng 5.5. Tiêu chuẩn chọn chiều rộng đai ............................................................... 57
Bảng 5.6. Thông số của đai ...................................................................................... 58
Bảng 5.7. Bảng thông số Pully 1 và Pully 2 ............................................................ 59
Bảng 5.8. Thông số lực căng và cường lực kéo đứt băng tải vải ............................. 68
Bảng 6.1. Các thiết bị điều khiển được dùng. .......................................................... 74
Bảng 7.1. Năng suất phân loại thực tế mơ hình ....................................................... 98
Bảng 7.2. Biểu đồ thống kê phân loại trong 1 giờ ................................................... 98
Bảng 7.3. Kiểm nghiệm màu sắc và khối lượng của cà chua ................................ 100

xv


DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT
Ý nghĩa

Từ viết tắt
I2C

Inter-Integrated Circuit

CPU

Central Processing Unit

OpenCV
IOT

Open Source Computer Vision Library
Internet of Things

xvi


CHƯƠNG 1. GIỚI THIỆU TỔNG QUAN
Để hiểu rõ hơn về đề tài mà nhóm sẽ thực hiện thì trong chương đầu tiền này,
nhóm xin trình bày các vấn đề tổng quan của đề tài bao gồm: tính cấp thiết của đề tài,
ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài, mục tiêu nghiên cứu, đối tượng nghiên cứu,
phương pháp nghiên cứu.

1.1. Tính cấp thiết của đề tài
Đề tài “Phân loại cà chua dựa vào màu sắc và khối lượng” có tính cấp thiết cao
trong bối cảnh hiện nay, đặc biệt là trong lĩnh vực nông nghiệp công nghệ cao và nhu
cầu ngày càng tăng của thị trường về chất lượng sản phẩm nông nghiệp.
Trước hết, cà chua là một loại trái cây quan trọng, được sử dụng rộng rãi trên
toàn cầu. Tuy nhiên, việc đảm bảo chất lượng cà chua từ quá trình thu hoạch đến khi
đưa đến tay người tiêu dùng địi hỏi phải có quy trình phân loại chính xác và hiệu
quả. Cà chua khơng chín đúng mức hoặc q chín, cà chua có màu sắc hoặc khối
lượng khơng phù hợp có thể ảnh hưởng đến chất lượng tổng thể và giá trị thương mại
của sản phẩm.
Tiếp theo, việc sử dụng cơng nghệ trong q trình phân loại giúp tăng cường
hiệu suất và chính xác. Thơng qua việc sử dụng công nghệ và dữ liệu lớn, chúng ta
có thể đạt được mức độ phân loại chính xác cao hơn so với phương pháp thủ công,
giúp tối ưu hóa quy trình sản xuất và đảm bảo chất lượng sản phẩm.
Cuối cùng, với xu hướng phát triển của công nghệ 4.0 và hướng đi của nền nông
nghiệp hiện đại, việc nghiên cứu và phát triển các phương pháp phân loại tự động,
chính xác là cần thiết. Nó khơng chỉ góp phần cải tiến quy trình sản xuất, tăng năng
suất và chất lượng sản phẩm mà cịn hỗ trợ cơng tác quản lý, kiểm soát chất lượng,
và giảm thiểu rủi ro trong sản xuất nơng nghiệp. Vì những lý do trên, đề tài phân loại
cà chua dựa vào màu sắc và khối lượng khơng chỉ cần thiết mà cịn rất cần thiết trong
bối cảnh hiện nay.
1.2. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài
1.2.1. Ý nghĩa khoa học của đề tài
Đề tài mang ý nghĩa khoa học quan trọng trong việc nghiên cứu và ứng dụng
trong lĩnh vực nơng nghiệp, cơng nghệ tự động hóa và khoa học dữ liệu. Phân loại
chính xác cà chua theo màu sắc và khối lượng cung cấp nền tảng cho việc xây dựng
các phương pháp tự động và các mơ hình học máy để đánh giá chất lượng sản phẩm
và thuộc tính của sản phẩm nông nghiệp này.

1

Đầu tiên, là cơ sở để cung cấp cho nghiên cứu và phát triển phương pháp phân
loại tự động trong lĩnh vực nơng nghiệp và cơng nghệ tự động hóa. Việc xây dựng
các thuật tốn và mơ hình máy học để phân loại và đánh giá cà chua dựa trên các đặc
điểm màu sắc và khối lượng đóng góp vào việc phát triển cơng nghệ tự động hóa
thơng minh và nhận dạng hình ảnh trong nơng nghiệp.
Thứ hai, giúp đánh giá chất lượng và thuộc tính của cà chua một cách khách
quan và đáng tin cậy. Màu sắc và khối lượng của cà chua là các thông số quan trọng
thể hiện độ chín, độ chất lượng và giá trị dinh dưỡng. Việc phân loại chính xác đảm
bảo sự nhất quán và đồng đều trong chất lượng của sản phẩm, tạo lịng tin cho người
tiêu dùng và đảm bảo an tồn thực phẩm.
Thứ ba, cung cấp thông tin quan trọng trong việc quản lý nguồn cung cấp và
kiểm soát chất lượng. Các thông số này giúp quản lý kế hoạch sản xuất, đảm bảo đáp
ứng đúng tiêu chuẩn chất lượng và quy trình sản xuất. Việc phân loại chính xác giúp
tối ưu hóa q trình sản xuất, tiết kiệm chi phí và tăng năng suất.
Tổng kết lại, đề tài phân loại cà chua dựa vào màu sắc và khối lượng đóng góp
ý nghĩa khoa học quan trọng trong nghiên cứu và ứng dụng trong lĩnh vực nông
nghiệp, công nghệ tự động hóa và khoa học dữ liệu. Nó mang lại giá trị nghiên cứu
và ứng dụng rộng rãi, từ việc phát triển cơng nghệ tự động hóa thơng minh và nhận
dạng hình ảnh đến việc quản lý chất lượng, nghiên cứu công nghệ thực phẩm và phát
triển các sản phẩm nông nghiệp chất lượng cao.
1.2.2. Ý nghĩa thực tiễn của đề tài
Đề tài “Phân loại cà chua dựa vào màu sắc và khối lượng” mang lại nhiều lợi
ích thực tiễn, đặc biệt trong lĩnh vực tự động hóa trong nơng nghiệp. Những hệ thống
tự động phân loại cà chua có thể giúp tăng cường hiệu suất và chất lượng thu hoạch,
đồng thời giảm thiểu rủi ro về sức khỏe và an tồn lao động do các hoạt động thu
hoạch thủ cơng. Với mơ hình phân loại này, người nơng dân có thể đảm bảo rằng chỉ
những quả cà chua chín đúng mức, có màu sắc và khối lượng phù hợp mới được chọn.
Từ đó vừa giúp nâng cao chất lượng sản phẩm, mà còn giúp cải thiện giá trị thương

mại của cà chua.
Hơn nữa, việc phân loại cà chua dựa trên màu sắc và khối lượng khơng chỉ cung
cấp lợi ích đối với nơng dân mà cịn góp phần nâng cao chất lượng cuộc sống của
người tiêu dùng. Bằng cách đảm bảo rằng chỉ những quả cà chua tốt nhất mới được
chọn, chúng ta có thể tăng cường sự an tâm của người tiêu dùng về chất lượng sản
phẩm họ mua.
Với những lợi ích to lớn này, đề tài phân loại cà chua dựa trên màu sắc và khối
lượng không chỉ mang lại giá trị thực tiễn trong việc cải thiện hiệu suất và chất lượng

2


thu hoạch cà chua, mà còn là bước tiến quan trọng trong việc thúc đẩy sự phát triển
bền vững của ngành nông nghiệp hiện đại.
1.3. Mục tiêu nghiên cứu của đề tài
Dựa vào việc khảo sát, đánh giá các nhu cầu thực tế trong các vấn đề liên quan
phân loại cà chua nhóm chúng em đưa ra một số mục tiêu của đề tài như sau:
Bảng 1.1. Tiêu chí phân loại

Phân loại

Màu sắc

Khối lượng

Loại 1

Đỏ

>=10g

Loại 2

Đỏ

<10g

Loại 3

Vàng

Không quan tâm

Loại 4

Xanh

Không quan tâm

Dựa vào Bảng 1.1 tiêu chí phân loại mục tiêu của nhóm em là quan tâm đến
việc phân loại cà chua loại 1 và loại 2.
Từ tiêu chí đó nhóm chúng em lên phương án thiết kế, tính tốn và xây mơ hình
cơ khí. Xây dựng hệ thống điện điều khiển đáp ứng tiêu chí mà nhóm đã đề.
Cuối cùng, xây dựng một hệ thống giám sát từ xa bằng Web Server. Điều này
có thể giúp giám sát dễ dàng và giúp tiết kiệm thời gian hơn.
1.4. Đối tượng và phạm vi của đề tài
1.4.1. Đối tượng nghiên cứu
Đối tượng nghiên cứu của đề tài là sự kết hợp giữa quả cà chua và công nghệ
phân loại.
Đầu tiên, quả cà chua, với sự thay đổi màu sắc từ xanh khi non tới đỏ khi chín,

đóng vai trị quan trọng trong nghiên cứu này. Việc đánh giá và phân loại sự biến đổi
màu sắc, từ việc xác định các mức độ màu sắc khác nhau tương ứng với từng giai
đoạn chín, đến việc tìm hiểu mối liên hệ màu sắc và chất lượng cà chua, là mục tiêu
chính. Đồng thời, khối lượng của cà chua, thay đổi từ lúc non tới khi chín, cũng là
đối tượng của nghiên cứu. Xác định mối quan hệ giữa khối lượng và chất lượng cà
chua, cũng như các biến đổi khối lượng phổ biến trong q trình chín của cà chua, là
những điểm quan trọng được nghiên cứu.
Phần thứ hai của đối tượng nghiên cứu tập trung vào công nghệ phân loại. Điều
này bao gồm việc tìm hiểu và phát triển các cơng nghệ nhận dạng màu sắc, từ phần
3


cứng như máy ảnh số, đến phần mềm với các thuật tốn nhận dạng màu sắc. Cùng
với đó, cơng nghệ đo khối lượng, kết hợp phần cứng như cân điện tử, loadcell và phần
mềm với thuật toán xử lý dữ liệu về khối lượng, cũng là một yếu tố quan trọng. Cuối
cùng, việc phát triển hoặc tùy chỉnh các thuật toán phân loại dựa trên màu sắc và khối
lượng là một phần không thể thiếu trong nghiên cứu này.
1.4.2. Phạm vi của đề tài
Tìm hiểu về cách đo màu sắc: Nghiên cứu cách sử thư viện OpenCV và các
thuật toán xử lý ảnh để xác định các thông số màu sắc của cà chua bằng hệ thống màu
(RGB, HSV...) để phân loại theo ngưỡng của màu sắc, và sử dụng mơ hình học máy
(CNN, YoloV5) từ đó xác định được quả cà chua đó thuộc nhóm phân loại nào.
Đo lường khối lượng cà chua: Nghiên cứu về các phương pháp đo lường khối
lượng của cà chua, bằng cách sử dụng cân điện tử (loadcell 1kg), từ đó kết hợp giữ
khối lượng và màu sắc của cà chua lại tiếp tục đưa ra quyết định phân loại nó thuộc
nhóm nào mà nhóm đã xác định từ đầu.
Xây dựng một hệ thống hồn chỉnh kết hợp thơng tin màu sắc nhận được từ
phần xử lý ảnh và khối lượng từ cảm biến loadcell để phân loại cà chua từ đó thiết kế
phần cơ khí, thiết kế giao diện và mạch điều khiển phù hợp để xử lý dữ liệu và đưa
ra quyết định phân loại thuộc nhóm phân loại nào. Cùng với đó xây dựng một trang

web có thể giám sát từ xa với việc sử dụng Firebase để lưu thông tin để giúp lưu trữ
dữ liệu sau khi phân loại để đánh giá chất lượng phân loại một cách tốt nhất.
1.5. Phương pháp nghiên cứu
1.5.1. Cơ sở pháp luận
Cơ sở phương pháp luận của đề tài “Phân loại cà chua dựa vào màu sắc và khối
lượng” là sự kết hợp linh hoạt của nghiên cứu trường hợp, thống kê mô tả, học máy,
cũng như việc ứng dụng các công nghệ tiên tiến.
Nghiên cứu trường hợp: Đầu tiên và quan trọng nhất, đề tài yêu cầu việc thu
thập một bộ dữ liệu đáng kể về cà chua từ nhiều nguồn khác nhau, như các trang trại,
vườn cây trồng, chợ địa phương cũng như các cửa hàng bách hóa xanh. Q trình này
bao gồm việc xây dựng một danh mục cà chua đa dạng, mỗi loại được ghi nhận với
thông tin chi tiết về màu sắc và khối lượng, cùng các thông tin khác như độ chín, loại
giống,và điều kiện trồng. Màu sắc và khối lượng cà chua sẽ được đánh giá thông qua
công cụ nhận dạng màu sắc như cảm biến màu, và thiết bị đo khối lượng chính xác
như loadcell.
Thống kê mô tả: Sau khi thu thập dữ liệu, thống kê mô tả sẽ được áp dụng để
tổng hợp, sắp xếp và phân tích dữ liệu, từ đó xác định các xu hướng, mơ hình và mối
liên hệ giữa các biến số. Thống kê mô tả giúp chúng ta hiểu rõ hơn về mối liên hệ
4