Đồ án tốt nghiệp thiết kế và thi công hệ thống phân loại sản phẩm chai lỗi tem nhãn

Bạn đang xem bản rút gọn của tài liệu. Xem và tải ngay bản đầy đủ của tài liệu tại đây (1.28 MB, 18 trang )

Trang 1<div class="page_container" data-page="1">

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP. HỒ CHÍ MINHKHOA ĐÀO TẠO CHẤT LƯỢNG CAO

</div>Trang 2<div class="page_container" data-page="2">

CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM

Độc lập – Tự do – Hạnh phúc

Tp. Hồ Chí Minh ngày 1 tháng 7 năm 2023

NHIỆM VỤ KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP

Họ và tên sinh viện : Phạm Văn Nhựt

Chuyên ngành: Điện tử công nghiệp Hệ đào tạo: Đại học chính quy

1. Tên đề tài: Thiết kế và thi cơng hệ thống khóa điện tử đa phương án mở. 2. Các số liệu, tài liệu ban đầu:

Sử dụng máy tính xử lý ảnh, hiện thị đầu vào camera. Arduino Uno R3 để thực hiện điều khiển. Cịn có các thiết bị khác như động cơ băng tải, servo. Sản phẩm phân loại bao gồm: nhãn nguyên và nhãn lỗi. (Thầy nhớ mẫu đâu có phần TLTK này, em vào website BM để xem các mẫu và các yêu cầu liên quan đến 1 báo cáo ĐATN nhé)

[1] Trần Văn Tuấn, Phạm Văn Long, “Thiết kế và thi công hệ thống phân loại sản phẩm bút chì theo màu sắc”, Đồ án tốt nghiệp, trường ĐHSPKT, Tp.HCM, 2019.

[2] Nguyễn Văn Tài, Nguyễn Minh Đức, “Thiết kế và thi công mô hình phân loại đai ốc dùng xử lý ảnh”, Đồ án tốt nghiệp, trường ĐHSPKT, Tp.HCM, 2019.

[3] Đặng Minh Cảnh, Võ Thành Mỹ, “Thiết kế và thi cơng mơ hình phân loại ba loại trái cây” Đồ án tốt nghiệp, trường ĐHSPKT, Tp.HCM, 2021.

[4] Võ Thanh Duy, Trần Quốc Dưỡng, “Ứng dụng xử lý ảnh vào thiết kế và thi cơng mơ hình phân loại trái cây” Đồ án tốt nghiệp, trường ĐHSPKT, Tp.HCM, 2020. [5] Phan Thanh Phong, Nguyễn Hiền Minh, “Ứng dụng xử lý ảnh trong phân loại sản phẩm” đồ án tốt nghiệp, trường SPKT, Tp.HCM, 2019.

[6] Lê Thanh Phong, Đặng Hoài Vũ “ Ứng dụng xử lý ảnh trong hệ thống băng truyền phân loại sản phẩm”, trường Đại học GTVT,Tp.HCM, 2021

[7] Phạm Phát Đạt, Hoàng Đức Thành “Thiết kế và thi công hệ thống phân loại sản phẩm bút chì dùng mạng nơ ron”, trường SPKT, Tp.HCM,2022

3. Nội dung thực hiện đề tài:

- Tham khảo tài liệu, đọc và tóm tắt tài liệu đưa ra các hướng đề tài.

- Thiết kế sơ đồ khối, sơ đồ nguyên lý.

- Thiết kế, tính tốn, kết nối board Arduino với động cơ DC, Servo, Camera.

</div>Trang 3<div class="page_container" data-page="3">

- Thiết kế, xây dựng phần cứng, thi cơng mạch, mơ hình cho sản phẩm - Viết chương trình điều khiển cho mơ hình.

- Chạy thử, kiểm tra, đánh giá, hiệu chỉnh. - Viết báo cáo thực hiện.

- Bảo vệ luận văn.

4. Sản phẩm: Mơ hình băng chuyền bao gồm 1 động cơ DC để di chuyển sản, 2 Servo để phân loại, 1 Camera để lấy hình ảnh trực tiếp từ băng chuyền.

(Trang này là bắt buộc?)

</div>Trang 4<div class="page_container" data-page="4">

CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM

Độc lập – Tự do – Hạnh phúc

Tp. Hồ Chí Minh ngày 1 tháng 7 năm 2023

PHIẾU NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN

Họ và tên Sinh viên: Phạm Văn Nhựt

MSSV: 17141053

Ngành: Công nghệ kỹ thuật Điện tử công nghiệp Tên đề tài: Họ và tên Giáo viên hướng dẫn: PGS. TS. Nguyễn Thanh Hải NHẬN XÉT 1. Về nội dung đề tài & khối lượng thực hiện (tách riêng file ra và điền sẵn hết rồi gửi Thầy xem lại để chỉnh trước khi ký) Tp. Hồ Chí Minh, ngày 01 tháng 08 năm 2021

Giáo viên hướng dẫn

</div>Trang 5<div class="page_container" data-page="5">

TÓM TẮT

Trong xã hội hiện đại ngày nay, tự động hóa đang là xu hướng và phát triển mạnh.Tự động hóa có thể thấy rõ được q trình sản xuất phân loại sản phẩm. Để có thể ứng dụng các

kiến thức đã được học và nghiện cứu vào thực tiễn em đã quyết định chọn đề tài “ Thiết kếvà thi công hệ thống phân loại sản phẩm chai lỗi tem nhãn ”. Đề tài được thực hiện với

yêu cầu về nhận dạng và phân loại về hình ảnh. Giao diện của hệ thống được hiển thị trên máy tính để giám sát q trình nhận dạng và phân loại.

Đề tài sử dụng các kiến thức về xử lý ảnh, vi điều khiển. Ngơn ngữ lập trình chính được sử dụng là Python, đây là một ngôn ngữ lập trình được sử dụng rất nhiều trong các cơng nghệ thiên về xử lý ảnh. Các thiết bị phần cứng được sử dụng như Board Arduino Uno R3 có vai trò là bộ điều khiển động cơ DC, Servo dùng làm tay gạt sản phẩm, Camera chụp ảnh đầu vào.

Kết quả thực hiện em đã nghiên cứu và thi công được hệ thống phân loại nhãn lỗi với yêu cầu đề tài. Hệ thống hoạt động ổn định với độ chính xác cao và dễ dàng giám sát bằng máy tính.

(Các em cần lưu ý hình thức, đừng để Thầy nhất nữa - Không chưa trống đầu trang và cuối trang - Khơng tùy tiện chấm phảy, cần rà sốt đúng

- Các font chữ, kích cỡ, khoảng cách dịng phẩn chuẩn, không được chỗ này kiểu này, chỗ kia kiểu kia

- Tuyệt đối không copy/past)

</div>Trang 6<div class="page_container" data-page="6">

MỤC LỤC

NHIỆM VỤ KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP...2

PHIẾU NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN...4

3.2.1 Thiết kế sơ đồ khối hệ thống...15

3.2.2 Tính toán và thiết kế sơ đồ mạch...15

3.2.3 Sơ đồ kết nối tồn hệ thống...15

Chương 4. THI CƠNG HỆ THỐNG...16

5.1.4 kết quả thực nghiệm của hệ thống...17

5.2 Nhận xet và đánh giá chung...17

</div>Trang 7<div class="page_container" data-page="7">

5.3 Tài liệu hướng dẫn sử dụng và thao tác...17

Chương 6. KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN...18

6.1 Kết luận...18

6.2 Hướng phát triển...18

</div>Trang 8<div class="page_container" data-page="8">

Chương 1. TỔNG QUAN

Giới thiệu

Ngày nay, khoa học công nghệ đang ngày một phát triển, giúp cho con người tự động hóa các dây chuyền trong nhà máy, giảm công sức bỏ ra và tiết kiệm được nhân công, lại đạt được hiệu quả cao hơn trong sản xuất. Cơng nghiệp ngày càng địi hỏi phải chính xác và hiệu quả để đáp ứng xu thế tự động hóa. Ngành cơng nghiệp đóng gói sản phẩm, thực phẩm cũng như trong lĩnh vực điện, điện tử là những ngành cần sự chính xác trong đảm bảo đầu ra, để tiết kiệm nhân công trong việc kiểm tra thành phẩm với một tốc độ và sự chính xác cao, công nghệ xử lý ảnh ra đời và không ngừng phát triển để ngày càng hoàn thiện hơn.

Xử lý ảnh và những ứng dụng của xử lý ảnh ra đời là rất cần thiết cho cuộc sống. Xử lý ảnh đã có lịch sử hình thành từ khá lâu và được vận dụng trong những lĩnh vực như dân sự, quân sự, y tế và nhiều lĩnh vực trong đời sống khác. Ứng dụng đầu tiên là nâng cao chất lượng ảnh báo được truyền từ London đến New York qua cáp ở những năm đầu thế kỉ 20. Từ nửa sau thế kỉ 20 đến nay, các phương pháp xử lý, nâng cao chất lượng, ảnh đang được cải thiện và phát triển không ngừng. Tuy nhiên, mới chỉ khoảng một thập niên trở lại đây, kiến thức xử lý ảnh mới được đưa vào để giảng dạy tại một vài trường đại học tại Việt Nam nhưng cũng đang còn hạn chế ở các thành phố lớn.

Những năm gần đây ở nước ta thì việc ứng dụng xử lý ảnh đã và đang được triển khai trên các ứng dụng để nhận dạng biển số xe, đọc mã vạch, kiếm tra chất lượng thành phẩm sau cùng, kiểm tra lỗi thiết bị,… Nhưng nhìn chung thì việc ứng dụng xử lý ảnh vẫn chưa tối ưu và còn khá ít ứng dụng, nếu được đầu tư và nghiên cứu nhiều hơn thì trong tương lai chắc chắn lĩnh vực này sẽ còn phát triển mạnh mẽ. Hiện nay đã có nhiều đề tài nghiên cứu về phân loại sản phẩm dùng thị giác máy, cụ thể là xử lý ảnh như đề tài “Thiết kế và thi công hệ thống phân loại bút chì theo màu sắc” của sinh viên trường Đại học Sư Phạm – Kỹ thuật TP.HCM sử dụng Webcam, Arduino Uno R3, động cơ servo và phần mềm Matlab để phân loại bút chì theo màu sắc. Hay đề tài “Thiết kế và thi công dây chuyền phân loại đai ốc ứng dụng xử lý ảnh” do sinh viên Nguyễn Văn Tài – Nguyễn Minh Đức thực hiện, dây chuyển sử dụng vi điều khiển trung tâm là

</div>Trang 9<div class="page_container" data-page="9">

STM32F103C8T6 dùng thư viện mã nguồn mở OpenCV viết trên ngôn ngữ C++ giúp phân loại đai ốc bị sai kích thước, bị méo.

Và theo đó, xử lý ảnh trong phân loại sản phẩm đã và đang được nghiên cứu khá nhiều. Đi cùng với các dây chuyền sản xuất tự động thì việc những sản phẩm bị lỗi là vấn đề vẫn còn tồn đọng và cần phương án giải quyết. Đây là vấn đề khơng mới và có ở hầu hết các nhà máy, việc phân loại sản phẩm bị lỗi tự động sẽ giúp tiết kiệm nhân lực và đảm bảo chất lượng sản phẩm trước khi tiến hành các công đoạn tiếp theo. Trên cơ sở đã trình bày, chúng em đã quyết định tìm hiểu và chọn đề tài mang tính thực tiễn và

nghiên cứu phù hợp với ngành sản xuất là “Thiết kế và thi công hệ thống dây chuyềnphân loại sản phẩm chai bia bị lỗi tem nhãn” bằng phương pháp xử lý ảnh dùng phần

mềm của Google.

1.1.Mục tiêu đề tài

Thiết kế và thi công hệ thống phân loại sản phẩm lỗi tem nhãn, sử dụng YoloV4 để huấn luyện và nhận biết được nhãn của chai. Sử dụng vi điều khiển Arduino Uno R3 nhận dữ liệu từ camera thơng qua máy tính để điều khiển các thiết bị như động cơ DC, động cơ Servo.

1.2.Giới hạn đề tài

Đề tài tập trung vào phân loại những chai bia bị dán lỗi tem nhãn, cụ thể là dán lệch nhãn. Khơng phân loại chai chưa có tem nhãn. Hình ảnh chụp phải ở điều kiện đủ ảnh sáng.

1.3.Nội dung nghiên cứu

Trong q trình thực hiện Khóa luận tốt nghiệp với đề tài Thiết kế và thi công hệ thống dây chuyền phân loại sản phẩm chai bia bị lỗi tem nhãn, nhóm chúng em sẽ tập trung giải quyết và hoàn thành những nội dung sau:

- Nội dung 1: Tìm hiểu, tóm tắt các đề tài đã nghiên cứu có liên quan đến điều

khiển, phân loại có sử dụng xử lý ảnh.

- Nội dung 2: Tìm hiểu về YoloV4, Traning, động cơ và các linh kiện liên quan

- Nội dung 3: Thu thập hình ảnh sản phẩm

- Nội dung 4: Phân biệt nhãn chai bằng mạng máy tính YoloV4

- Nội dung 5: Lắp ráp, thiết kế mơ hình hệ thống.

- Nội dung 6: Viết chương trình cho toàn hệ thống và kiểm tra lỗi

</div>Trang 10<div class="page_container" data-page="10">

- Nội dung 7: Chạy thử nghiệm và hiệu chỉnh hệ thống, hồn thành mơ hình

- Nội dung 8: Viết và hoàn thiện báo cáo thực hiện

- Nội dung 9: Bảo vệ luận văn.1.4.Bố cục

Nội dung đề tài gồm những phần sau:

Chương 1: tổng quan

Trình bày lý do chọn đề tài, giới thiệu về đề tài, nêu ra mục tiêu, nội dung nghiên cứu và những giới hạn của đề tài.

Chương 2: Cơ sở lý thuyết

Trình bày các cơ sở lý thuyết để thực hiện đề tài như xử lý ảnh, mạng máy tính YoloV4 và giới thiệu các linh kiện, thiết bị sử dụng trong hệ thống.

Chương 3: Tính tốn và thiết kế hệ thơng

Thiết kế sơ đồ khối của hệ thống, đưa ra sơ đồ nguyên lý, sơ đồ kết nối của các khối và thực hiện tính tốn. Thiết kế giao diện, mạng máy tính.

Chương 4: Thi cơng hệ thống

Trình bày q trình thiết kế mơ hình hệ thống, vẽ lưu đồ giải thuật và viết chương trình điều khiển.

Chương 5: Kết quả, nhận xét, đánh giá

Đưa ra những kết quả đạt được về kiến thức, mơ hình thi cơng và hiệu suất đạt được của hệ thống. Rút ra nhận xét, đánh giá kết quả đạt được so mới mục tiêu đề ra.

Chương 6 kết luận và hướng phát triển

Đưa ra những kết luận về những ưu điểm, nhược điểm của hệ thống và đề ra hướng phát triển cho đề tài.

</div>Trang 11<div class="page_container" data-page="11">

Chương 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT

2.1 Nhận dạng sản phẩm

2.1.1 Tổng quản về xử lý ảnh

Xử lý ảnh là một lĩnh vực mang tính khoa học và cơng nghệ. Nó là một nghành khoa học mới mẻ so với nhiều ngành khoa học khác nhưng tốc độ phát triển của nó rất nhanh, kích thích các trung tâm nghiên cứu, ứng dụng, đặc biết là máy tính chun dụng riêng cho nó

Xử lý ảnh là kỹ thuật áp dụng trong việc tăng cường và xử lý các ảnh thu nhận được từ các thiết bị như camera, webcam… Do đó, xử lý ảnh đã được ứng dụng và phát triên trong rất nhiều lĩnh vực quan trọng như:

Trong lĩnh vực quân sự: xử lý và nhận dạng ảnh quân sự

Trong lĩnh vực giao tiếp người máy: nhận diện ảnh, xử lý âm thanh, đồ họa. Trong lĩnh vực an tồn, bảo mật: nhận diện khn mặt người, nhận diện vân tay, mẫu mắt,..

Trong lĩnh vực giải trí: trị chơi điện tử.

Trong lĩnh vực y tế : xử lý ảnh y sinh, chụp X quang, MRI,…

Các phương pháp xử lý ảnh bắt đầu từ các ứng dụng chính: nâng cao chất lượng và phân tích ảnh. Ứng dụng đầu tiên được biết đến là nâng cao chất lượng ảnh báo được truyền từ Luân Đôn đến New York từ những nằm 1920. Vấn đề nâng cao chất lượng ảnh được phát triển vào khoảng những năm 1955. Điều này có thể giải thích được vì sau thế chiến thứ hai, máy tính phát triển nhanh tạo điều kiện cho quá trình xử lý ảnh số được thuận lợi hơn. Năm 1964, máy tính đã có khả năng xử lý và nâng cao chất lượng ảnh từ mặt trăng và vệ tinh Ranger 7 của mỹ bao gồm: làm nổi đường biên và lưu ảnh. Từ năm 1964 đến nay, các phương tiện xử lý, nâng cao chất lượng như mạng Nơ-ron nhân tạo, các thuật toán xử lý hiện đại và cải tiến, các ông cụ nén ảnh ngày càng được áp dụng rộng rãi và thu được nhiều kết quả khả quan hơn.

Sau đây, ta sẽ xét các bước cần thiết trong quá trình xử lý ảnh. Đầu tiên, ảnh tự nhiên từ thế giới bên ngoài được thu nhận qua các thiết bị thu (như camera, máy chụp ảnh). Trước đây, ảnh thu qua Camera là các ảnh tương tự (loại Camera ống kiểu CCIR). Gần đây với sự phát triển của công nghệ, ảnh màu hoặc đen trắng được lấy ra từ Camera, sau đó chuyển trực tiếp thành ảnh số tạo thuận lợi cho xử lý tiếp theo. Mặt khác ảnh có thể được quét từ vệ tính chụp trực tiếp bằng máy qt ảnh. Hình 2.1 dưới đây mơ tả các bước trong xử lý ảnh

</div>Trang 12<div class="page_container" data-page="12">

Hình 2.1: Các bước cơ bản trong xử lý ảnh

Sơ đồ này bao gồm các thành phần sau:

Thu thập ảnh (Image Acquisition)

Ảnh có thể thu thập qua Camera màu hoặc trắng đen. Thường ảnh nhận qua Camera là ảnh tương tự (loại Camera ống chuẩn CCIR với tần số 1/25, mỗi ảnh 25 dịng ), cũng có loại Camera đã số hóa (như CCD – Chang Couple Device) là loại photodiot tạo cường độ sáng tại mỗi điểm ảnh.

Camera thường dùng là loại qt dịng, ảnh tạo ra có dang hai chiều. Chất lượng ảnh thu nhận được phụ thuộc vào thiết bị thu, và môi trường (ánh sáng, phong cảnh).

Tiền xử lý (Image Processing)

Sau bộ thu nhận, ảnh có thể nhiễu độ tương phản thấp nên cần đưa vào bộ tiền xử lý để nâng cao chất lượng. Chức năng chính của bộ tiền xử lý là lọc nhiễu, nâng độ tương phản để làm ảnh rõ hơn, nét hơn,

Phân đoạn (Segnebtation) hay phân vùng ảnh

Phân vùng ảnh là tách một ảnh đầu vào thành các vùng thành phần để biểu diễn phân tích, nhận dạng ảnh.

Ví dụ: để nhận dạng phông chữ (hoặc mã vạch) trên phong bì thư cho mục đích phân loại bưu phẩm, cần chia các câu chữ về địa chỉ hoặc tên người thành các từ, các chữ, các số (hoặc các vạch) riêng biệt để nhận dạng.

Đây là phân phức tập khó khăn nhất trong xử lý ảnh và cũng dễ gây lỗi, làm mất độ chính xác cảu ảnh. Kết quả nhận dạng ảnh phụ thuộc rất nhiều vào công đoạn này.

Biểu diễn ảnh (Image Representation)

Đây là phần sâu phân đoạn chứa các điểm nahr vủa vùng ảnh (ảnh đã phân đoạn) cộng với mã liên kết ở các cùng lân cận. Việc biến đổi các số liệu này thành dạng thích hợp là cần thiết cho xử lý tiếp theo bằng máy tính. Việc chọn các tính chất để thể hiện ảnh gọi là trích chọn đặc trưng (Feature Extration) gắn với việc tách các đặc tính của ảnh dưới dạng các thông tin định lượng haocwj làm cơ sở để phân biệt lớp đối tượng này với lớp đối tượng khác trong phạm vi ảnh nhận được.

Ví dụ: trong nhận dạng ký tự trên phong bì thư, chúng ta miêu tả các đặc trưng của từng ký tự giúp phân biệt ký tự này với ký tự khác.

Nhận dạng và nội suy ảnh (Image recognition and Interpretation)

</div>Trang 14<div class="page_container" data-page="14">

yêu của hệ thống và tham khảo khảo của các đề tài trước đó, tơi lựa chọn board Arduino Uno R3 bởi sự linh hoạt và giá thành phù hợp.

Arduino Uno R3 là một board vi mạch được phát triển bởi Arduino.cc, một nền tảng điện tử mã nguồn mở chủ yếu dựa trên vi điều khiển AVR Atmega328P. Arduino được kết nối với máy tính thông quá USB để giao tiếp với phần mềm Arduino IDE, phù hợp với Window, Mac và cả Linux Systems, nhưng Window vẫn được đánh giá cao hơn đối với người dùng. Để viết được chương trình cho hệ thống điều khiển trong IDE cần sử ngôn C hoặc C++. Khi sử dụng USB có thể cấp nguồn cho vi điều khiển hoặc sử dụng nguồn điện ngoài.

2.3.2 Động cở servo

Q trình nền sản xuất cơng nghiệp phát triển đi đôi với sự phát triền của các hệ thống điều khiển. Công nghệ ngày càng hiện đại đỏi hỏi các hệ thống điều khiển ngày càng phải tinh vi hơn, chính xác hơn và có thể đáp ứng nhanh hơn để đảm bảo được quá trình sản xuất hiệu quả đạt tối đa. Từ những yêu cầu trên, các nhà máy sản xuất tự động đã chuyển từ máy móc lạc hậu và phương thức điều khiện, vẫn hành cũ sang Robot, CNC,… xu hướng này kéo theo nhu cầu sử dụng Servo trong điều khiển tự động ngày càng phát triền. Phần lớn các đề tài đã tham khảo trước đó, các nhóm đều sử dụng Servo để gạt sản phẩm như bút chì, trái cây. Vì thế mà Servo MG996R sẽ là sự lựa chọn an toàn, phù hợp nhất cho đề tài Phân loại chai bị lỗi tem nhãn của em.

</div>