Luận Văn Thiết kế và thi công dây chuyền phân loại đai ốc ứng dụng xử lý ảnh

B
TR

NGă

GIỄOăD Că&ă ÀOăT O

I H CăS ăPH M K THU T TP. H

CHệăMINH

KHOAă I N ậ I N T
B

MỌNă I N T

CỌNGăNGHI P ậ Y SINH

--------------------------------

ỄNăT T NGHI P
NGÀNHăCỌNGăNGH K THU Tă I N T

TRUY NăTHỌNG

TÀI: THI T K VÀăTHIăCỌNGăDỂYăCHUY N
PHỂNăLO Iă AIă C

NG D NG X

GVHD: THS.ăVÕă

SVTH:

Lụă NH

CăD NG

NGUY NăV NăTÀIăăăăăă 15141273
NGUY NăMINHă

C 15141135

Tp. H ChíăMinhă- 6/2019



TR

NGă HăSPKTăTP.ăH ăCHệăMINH
KHOAă I N- I NăT
B ăMỌNă I NăT ăCỌNGăNGHI Păậ Y SINH

C NGăHọAăXÃăH IăCH ăNGH AăVI TăNAM
CăL Pă- T ăDOă- H NHăPHÚC
----o0o----

Tp. HCM, ngƠy 20 tháng 6 n m 2019

NHI MăV ă
H tên sinh viên:
Chuyên ngƠnh:

H đƠo t o:
Khóa:
I. TểN

ăỄNăT TăNGHI P

Nguy n V n TƠi
Nguy n Minh
c
K thu t đi n t - truy n thông
i h c chính quy
2015

MSSV: 15141273
MSSV: 15141135
Mư ngƠnh: 141
Mư h : 1
L p: 15141DT2C

TÀI: THI TăK ăVÀăTHIăCỌNGăDỂYăCHUY NăPHỂNăLO Iă

AIă Că NGăD NGăX ăLụă NH

II. NHI M V
1. Các s li u ban đ u:
Mô hình dơy chuy n phơn lo i đai c ng d ng x lỦ nh s d ng đ ng c DC
12V, khung xơy d ng b ng nhôm đ nh hình, camera s d ng lƠ lo i webcam C270,
vi đi u khi n s d ng STM32F103C8T6, ph n x lỦ nh dùng máy vi tính. Giao
ti p gi a máy tính vƠ vi đi u khi n qua IC PL2303 d a trên giao ti p UART.
Ch ng trình x lỦ nh trên máy tính vi t b ng ngôn ng C++ d a trên b th vi n

mư ngu n m OpenCV vƠ đ c t o giao di n b ng ph n m m QT Creator.
2. N i dung th c hi n:
- Tìm hi u cách th c ho t đ ng c a các h th ng phơn lo i dùng x lỦ nh.
- Tìm hi u chu n giao ti p UART, đ ng c DC, c m bi n h ng ngo i, encoder.
- Tìm hi u v vi đi u khi n STM32F103C8T6.
- Thi t k vƠ thi công mô hình dơy chuy n phơn lo i.
- Thi t k vƠ thi công m ch đi n cho h th ng.
- Vi t ch ng trình x lỦ nh trên máy tính dùng ph n m m QT Creator.
- Vi t ch ng trình đi u khi n cho vi đi u khi n STM32F103C8T6
- Ch y th nghi m mô hình, ch nh s a vƠ hoƠn thi n h th ng.
- Th c hi n vi t lu n v n báo cáo.
- Ti n hƠnh báo cáo đ tƠi t t nghi p.
III. NGÀY GIAO NHI M V :
18/2/2019
IV. NGÀY HOÀN THÀNH NHI M V :
20/6/2019
V. H VÀ TểN CÁN B H NG D N:
ThS. Võ
c D ng
CỄNăB ăH
SINH

NGăD NăăăăăăăăăăăăăăăăăăăăăăăăăBM.ă I NăT ăCỌNGăNGHI Păậ Y

i


TR

B

NG H SPKT TP. H CHệ MINH
KHOAă I N- I N T
MỌNă I N T CỌNGăNGHI P ậ Y SINH

C NGăHọAăXÃăH I CH NGH AăVI T NAM
C L P - T DO - H NHăPHÚC
----o0o----

Tp. HCM, ngƠy 18 tháng 02 n m 2019

L CHăTRỊNHăTH C HI Nă
H tên sinh viên 1: Nguy n Minh
H tên sinh viên 2: Nguy n V n TƠi

c

ỄNăT T NGHI P

L p: 15141DT2C

MSSV: 15141135

L p: 15141DT2C

MSSV: 15141273

Tên đ tƠi: THI T K VÀăTHIăCỌNGăDỂYăCHUY NăPHỂNăLO I

AIă C

Tu n/ngƠy

NG D NG X

Lụă NH

N iădung

Xácănh nă
GVHD

- G p GVHD đ nghe ph bi n yêu c u lƠm đ
án, ti n hƠnh ch n đ tƠi, GVHD ti n hƠnh xét
(18/02 - 24/02) duy t đ tƠi.
Tu n 1

Tu n 2
(25/02 - 03/03)
Tu n 3
(04/03 - 10/03)
Tu n 4
(11/03 - 17/03)

- Vi t đ c

ng tóm t t n i dung đ án.

- Tìm hi u t ng quan vƠ ph ng th c ho t đ ng
c a các Module STM32f103c8t6, Camera

- Tìm hi u v công ngh x lỦ nh
- Tìm hi u vƠ nghiên c u đi u khi n đ ng c vƠ
khí nén dùng STM32f103c8t6.
- Tìm hi u k t n i Camera đ thu th p hình nh

Tu n 5

- Tìm hi u vƠ nghiêm c u giao ti p Uart gi a máy
(18/03 - 24/03) tính vƠ STM32f103c8t6.
Tu n 6 - 7

- Tìm hi u cách l p trình vƠ ngôn ng vi t cho x
(25/03 - 07/04) lỦ nh

ii


Tu n 8

- Mô ph ng m ch, ki m tra vƠ cơn ch nh m ch.

(08/04 - 14/04) - V PCB.
Tu n 9 - 10

- Ti n hƠnh thi công m ch.

(15/04 - 28/04) - Ki m tra m ch thi công.
Tu n 11
(29/04 - 05/05)
Tu n 12 ậ 13

(06/05 - 19/05)
Tu n 14

- Ki m tra vƠ c i ti n h th ng

- Vi t báo cáo nh ng n i dung đư lƠm.

(20/05- 26/05)

- HoƠn thi n báo cáo vƠ g i cho GVHD đ xem
xét góp Ủ l n cu i tr c khi in vƠ báo cáo.

Tu n 15

- N p quy n báo cáo vƠ báo cáo đ tƠi.

(27/05 - 02/06) - Thi t k Slide báo cáo.

GV H

NG D N

(KỦ vƠ ghi rõ h vƠ tên)

iii


L IăCAMă OAN
tƠi nƠy lƠ do nhóm t th c hi n, d a vƠo m t s đ tƠi tr

c đó c ng nh các

tƠi li u tham kh o vƠ không sao chép t tƠi li u hay công trình đư có tr

c đó.

TP. H Chí Minh, ngƠy 20/6/2019
Ng

i th c hi n đ tƠi

Nguy n V n TƠi

Nguy n Minh

c

iv


L I C Mă N
L i đ u tiên, nhóm th c hi n đ tƠi xin g i l i c m n chơn thƠnh đ n th y
Võ

c D ng - gi ng viên khoa i n- i n t , đư theo sát h tr vƠ h

ng d n nhóm

m t cách chi ti t trong quá trình th c hi n đ tƠi. Th y luôn h tr h t mình, gi i đáp
th c m c, ch ra sai sót c ng nh g i Ủ nh ng ph

ng án th c hi n sao cho kh thi vƠ

d ti p c n nh t.
Trong quá trình th c hi n

án t t ngi p chúng em đư nh n đ

vƠ ng h c a các th y, cô trong khoa

c s giúp đ

i n- i n t . S h tr c a các th y, cô đư

góp ph n không nh giúp chúng em hoƠn thƠnh đ tƠi nƠy.
Nhóm đ tƠi c ng xin c m n các b n sinh viên trong khoa

i n- i n t đư

nhi t tình giúp đ , h tr nhóm, chia s kinh nghi m. Nh ng đóng góp c a các b n
luôn đ

c nhóm ti p nh n vƠ xem xét k l

ng.

Cu i cùng, nhóm xin c m n chơn thƠnh vƠ sơu s c đ n nh ng ng
bi t lƠ quỦ ph huynh - nh ng ng

i thơn đ c

i luôn bên c nh h tr h t mình v tƠi chính c ng

nh tinh th n trong su t quá trình h c t p c ng nh th c hi n đ tƠi nƠy.
Dù đư c g ng vƠ n l c tuy nhiên v i nh ng h n ch v ki n th c vƠ kinh
nghi m, đ tƠi không th tránh đ

c còn nhi u thi u sót. Nhóm mong nh n đ

cs

đóng góp, nh n xét đ c a các th y, cô vƠ b n bè đ có th hoƠn thi n đ tƠi h n
Xin chơn thƠnh c m n!

Ng

i th c hi n đ tƠi

Nguy n V n TƠi

Nguy n Minh

c

v


M CL C
L CH TRỊNH TH C HI N

ÁN T T NGHI P ......................................................................... ii

L I CAM OAN ..............................................................................................................................iv
L I C M N ..................................................................................................................................... v
LI T Kể HỊNH ............................................................................................................................... viii
LI T Kể B NG ................................................................................................................................. x
TịM T T ..........................................................................................................................................xi
Ch

ng 1. T NG QUAN ................................................................................................................... 1
TV N

1.1

.................................................................................................................... 1

1.2

M C TIểU VÀ GI I H N................................................................................................ 2

1.3

N I DUNG NGHIểN C U ............................................................................................... 2

1.4

GI I H N........................................................................................................................... 3

1.5

B C C .............................................................................................................................. 3

Ch

ng 2. C S Lụ THUY T ........................................................................................................ 5

2.1.

T NG QUAN V X

Lụ NH ........................................................................................ 5

2.1.1.

Gi i thi u v

nh s .................................................................................................... 5

2.1.2.

Ph

2.1.3.

Gi i thi u v th vi n OpenCV vƠ camera Logitech C270 ........................................ 6

ng pháp thu nh n nh .......................................................................................... 6

i u ch nh đ sáng vƠ đ t

2.1.4.
2.1.5.

ng ph n ......................................................................... 7

L c nhi u nh .............................................................................................................. 8

2.2.

TỊM

NG BIểN C A NH ...................................................................................... 13

2.3.

GIAO TI P UART ........................................................................................................... 15

2.4.

VI I U KHI N STM32F103C8T6 ................................................................................ 17

2.4.1.

T ng quan ................................................................................................................. 17

2.4.2.

C u trúc h th ng ...................................................................................................... 18

2.4.3.

Tìm hi u GPIO .......................................................................................................... 21

2.4.4.

Timer vƠ PWM.......................................................................................................... 23

2.5.

NG C DC .................................................................................................................. 25

2.6.

ENCODER ........................................................................................................................ 26

2.7.

C M BI N H NG NGO I ............................................................................................. 29

Ch

ng 3. TệNH TOÁN VÀ THI T K H TH NG .................................................................... 31

3.1.

THI T K S

3.2.

TệNH TOÁN THI T K M CH ..................................................................................... 32

3.2.1.

KH I ................................................................................................. 31

Kh i vi đi u khi n vƠ giao ti p máy tính .................................................................. 32

vi


3.2.2.

Kh i c m bi n vƠ encoder ......................................................................................... 35

3.2.3.

Kh i công su t đi u khi n t i .................................................................................... 35

3.2.4.

Kh i ngu n ................................................................................................................ 39

3.2.5.

M ch PCB ................................................................................................................. 41

3.2.6.

S đ nguyên lỦ toƠn m ch ....................................................................................... 43

3.3.

Ch

TệNH TOÁN THI T K MỌ HỊNH ................................................................................ 44

3.3.1.

C c u c p phôi ......................................................................................................... 44

3.3.2.

B ng t i ..................................................................................................................... 46

3.3.3.

C c u phơn lo i........................................................................................................ 46

3.3.4.

H p đi n .................................................................................................................... 49

ng 4. THI CỌNG H TH NG ................................................................................................ 50

4.1.

GI I THI U ..................................................................................................................... 50

4.2.

THI CỌNG M CH I N ................................................................................................ 50

4.2.1.

Linh ki n s d ng trong m ch đi n........................................................................... 50

4.2.2.

L p ráp vƠ ki m tra m ch đi n .................................................................................. 51

4.3.

THI CỌNG MỌ HỊNH ..................................................................................................... 52

4.3.1.

V t li u, linh ki n s d ng ........................................................................................ 52

4.3.2.

Các b

4.4.

c thi công ..................................................................................................... 53

L P TRỊNH H TH NG................................................................................................. 57

4.4.1.

L u đ gi i thu t cho vi đi u khi n........................................................................... 57

4.4.2.

L u đ gi i thu t cho ch

4.4.3.

Ph n m m QT Creator .............................................................................................. 65

4.4.4.

Trình biên d ch Keil µVision 5 ................................................................................. 70

ng trình x lỦ nh ........................................................... 63

Ch

ng 5. K T QU - NH N XÉT ậ ÁNH GIÁ ........................................................................ 75

Ch

ng 6. K T LU N VÀ H

NG PHÁT TRI N ...................................................................... 81

6.1.

K T LU N ....................................................................................................................... 81

6.2.

H

NG PHÁT TRI N .................................................................................................... 81

TÀI LI U THAM KH O................................................................................................................. 82
PH L C.......................................................................................................................................... 83

vii


LI TăKể HỊNH
Hình

Trang

Hình 2. 1 Các b c x lỦ nh .....................................................................................5
Hình 2. 2 Hình nh Webcam Logitech C270 ..............................................................7
Hình 2. 3 M t m t n l c kích th c 3x3 ...................................................................9
Hình 2. 4 Ví d v ph n t trung v ..........................................................................10
Hình 2. 5 Các h ng xét giá tr .................................................................................15
Hình 2. 6 S đ c u trúc các kh i c a STM32F103C8T6 ........................................18
Hình 2. 7 S đ ngu n xung clock c a STM32F103C8T6 ......................................20
Hình 2. 8 Thanh ghi c u hình ch c n ng chơn GPIO c a port .................................22
Hình 2. 9 Thanh ghi đ c giá tr ngõ vƠo ...................................................................23
Hình 2. 10 Thanh ghi ch n giá tr ngõ ra c a port ....................................................23
Hình 2. 11 ng c GA25 ........................................................................................26
Hình 2. 12 a encoder t ng đ i ki u quay ............................................................28
Hình 2. 13 Hình nh encoder quang 100 xung .........................................................28

Hình 2. 14 Led phát h ng ngo i ................................................................................29
Hình 2. 15 Kí hi u đi- t quang .................................................................................29
Hình 2. 16 Kí hi u transistor quang ..........................................................................30
Hình 2. 17 C m bi n h ng ngo i E18-D80NK .........................................................30
Hình 3. 1 S đ kh i c a h th ng. ...........................................................................31
Hình 3. 2 S đ m ch vi đi u khi n ..........................................................................33
Hình 3. 3 M ch chuy n USB UART PL2303 ...........................................................34
Hình 3. 4 C ng domino k t n i c m bi n vƠ encoder ...............................................35
Hình 3. 5 S đ k t n i c m bi n vƠ encoder ...........................................................35
Hình 3. 6 S đ m ch công su t đi u khi n đ ng c DC dùng PWM......................36
Hình 3. 7 S đ m ch công su t đi u khi n đ ng c DC b ng relay .......................37
Hình 3. 8 S đ m ch công su t đi u khi n servo ....................................................38
Hình 3. 9 S đ m ch công su t đi u khi n led r i ..................................................38
Hình 3. 10 S đ m ch led báo tr ng thái các t i .....................................................39
Hình 3. 11 S đ m ch ngu n ...................................................................................41
Hình 3. 12 Hình nh m ch PCB ................................................................................41
Hình 3. 13 Hình nh 3D c a m ch in m t trên .........................................................42
Hình 3. 14 Hình nh 3D c a m ch in nhìn nghiêng..................................................42
Hình 3. 15 S đ nguyên lỦ toƠn m ch .....................................................................43
Hình 3. 16 Hình nh con l n thi t k ........................................................................44
Hình 3. 17 Hình nh bánh r ng thi t k ....................................................................45
Hình 3. 18 M t tr c puly .........................................................................................46
Hình 3. 19 Tr c ph c a đ a quay .............................................................................47
Hình 3. 20 Puly tr c đ a ............................................................................................48
Hình 3. 21 S đ n i dơy h p đi n............................................................................49
viii


Hình 4. 1 M ch sau khi hƠn linh ki n .......................................................................51
Hình 4. 2 Hình nh bánh r ng th c t .......................................................................53

Hình 4. 3 Hình nh c c u c p phôi sau khi thi công ...............................................53
Hình 4. 4 B ng t i m t bên........................................................................................54
Hình 4. 5 B ng t i m t trên .......................................................................................54
Hình 4. 6 C m bi n h ng ngo i phát hi n phôi ........................................................55
Hình 4. 7 H p camera vƠ khung đ a quay .................................................................55
Hình 4. 8 C c u g t phôi .........................................................................................56
Hình 4. 9 Encoder vƠ puly truy n đ ng cho đ a quay ...............................................56
Hình 4. 10 Mô hình nhìn t phía tr c .....................................................................57
Hình 4. 11 Mô hình nhìn t trên xu ng ....................................................................57
Hình 4. 12 L u đ ch ng trình chính......................................................................58
Hình 4. 13 L u đ hƠm kh i t o GPIO .....................................................................59
Hình 4. 14 L u đ hƠm kh i t o UART ...................................................................60
Hình 4. 15 L u đ hƠm x lỦ PWM .........................................................................61
Hình 4. 16 L u đ hƠm đi u khi n Servo .................................................................62
Hình 4. 17 L u đ hƠm nh n d li u ........................................................................63
Hình 4. 18 L u đ ch ng trình chính x lỦ nh .....................................................64
Hình 4. 19 C a s lƠm vi c c a QT Creator .............................................................66
Hình 4. 20 Giao di n kh i đ ng QT Creator ............................................................67
Hình 4. 21 C a s t o New Project ...........................................................................67
Hình 4. 22 t tên vƠ ch n đ ng d n l u project ...................................................68
Hình 4. 23 Giao di n ch ng trình sau khi t o project m i .....................................68
Hình 4. 24 Thêm đ ng d n th vi n OpenCV vƠo project .....................................69
Hình 4. 25 Giao di n l p trình UI c a QT Creator ...................................................69
Hình 4. 26 Bi u t ng trình biên d ch Keil µVision 5 .............................................70
Hình 4. 27 Giao di n c a trình biên d ch Keil µVision 5 .........................................70
Hình 4. 28 Th vi n cho STM32F1 ..........................................................................71
Hình 4. 29 Cơy th m c ch a project .......................................................................71
Hình 4. 30 T o project m i .......................................................................................72
Hình 4. 31 Menu dùng đ ch n chip STM32F103C8 ...............................................72
Hình 4. 32 C a s c u hình cho project ....................................................................73

Hình 4. 33 T o th m c main.c.................................................................................74
Hình 4. 34 Cơy th m c c a project .........................................................................74
Hình 5. 1 C p ngu n cho mô hình ............................................................................ 75
Hình 5. 2 Giao di n ch ng trình x lỦ nh trên máy tính ....................................... 75
Hình 5. 3 ai c t l ng c p phôi r i xu ng b ng t i ............................................... 76
Hình 5. 4 ai c sau khi đ c ch p b i camera ....................................................... 77
Hình 5. 5 Các đai c t b ng t i t i đ a phơn lo i ..................................................... 77
Hình 5. 6 Thanh g t đai c đ t yêu c u ..................................................................... 78
ix


Hình 5. 7 Servo g t v t không đ t yêu c u ............................................................... 78
Hình 5. 8 Các hình ch p đ c l u l i trong th m c................................................ 79

LI TăKể B NG
B ng

Trang

B ng 3. 1 B ng c u hình ch đ n p c a vi đi u khi n ............................................ 33
B ng 3. 2 i n áp ho t đ ng vƠ dòng tiêu th c a m t s linh ki n ........................ 40
B ng 4. 1 Danh sách các linh ki n ............................................................................ 50
B ng 4. 2 Các linh ki n, v t li u đ c s d ng trong mô hình ................................ 52

x


TịMăT T
ng d ng th giác máy vƠo đ i s ng vƠ s n xu t lƠ m t đi u t t y u hi n nay
nh m giúp t ng n ng su t vƠ đ m b o s tin c y, chính vì v y nh m ti p c n các ki n

th c m i vƠ theo k p s phát tri n c a k thu t, nhóm quy t đ nh th c hi n đ tƠi
ắThi t k vƠ thi công dơy chuy n phơn lo i đai c ng d ng x lỦ nh”, đơy lƠ mô
hình phơn lo i s n ph m. Ho t đ ng c a mô hình d a trên nguyên lỦ x lỦ tín hi u s
(hình nh) v i ngôn ng l p trình C++ vƠ th vi n OpenCV nh m phơn bi t các đai
c không đúng kích th

c, sau đó chuy n tín hi u v cho m ch đi n trung tơm x lỦ

đi u khi n các c c u ch p hƠnh. M c tiêu c a đ tƠi lƠ thi công m t mô hình dơy
chuy n có th phơn lo i các đai c kích c khác nhau. Vi c x lỦ hình nh đ
tính đ m nhi m nh m đ m b o t c đ x lỦ. Ch

ng trình x lỦ đ

c máy

c vi t thƠnh ph n

m m có giao di n đ tr c quan vƠ d qu n lỦ.

xi


Ch

ngă1.ăT NG QUAN

T V Nă

1.1

Công nghi p ngƠy cƠng phát tri n, các nhƠ máy đ

c xơy d ng kh p n i. Trong các

nhƠ máy thì dơy chuy n t đ ng hóa c ng ngƠy cƠng ph bi n, thay th cho vi c s d ng
nhơn công, gi m công s c b ra nh ng l i đ t đ

c hi u qu cao h n.

dơy truy n s n xu t t đ ng luôn lƠ v n đ phơn lo i s n ph m.

i kèm v i các

ơy lƠ v n đ không

m i vƠ có m t h u h t m i nhƠ máy nó không ch giúp ti t gi m nhơn l c mƠ còn giúp
đ m b o ch t l

ng c a s n ph m tr

c khi xu t x

ng.

Phơn lo i s n ph m có nhi u cách, tùy vƠo y u t c n phơn lo i vƠ s n ph m mƠ
ta có th ch n l a cách th c phù h p nh phơn lo i theo kích th

c, theo mƠu s c, theo

hình d ng, theo l i… Trong đó phơn lo i theo s n ph m l i lƠ ph c t p nh t tuy nhiên
đơy c ng lƠ v n đ xu t hi n

t t c các dơy chuy n s n xu t.

s n ph m l i ta có th s d ng th giác máy tính c th lƠ ph
v i ph

có th phơn lo i theo
ng pháp x lỦ hình nh,

ng pháp nƠy có th x lỦ nhanh vƠ chính xác các l i mƠ ngay c m t th

ng

c ng khó nh n bi t, v i nh ng s n ph m nhi u chi ti t, các l i ph c t p thì ta c n k t
h p v i các ph

ng pháp nh m ng n -ron, h c máy… đ x lỦ đ t đ

c hi u qu [1-

2].
Hi n nay đư có nhi u nghiên c u v phơn lo i s n ph m dùng th giác máy mƠ c th
lƠ x lỦ nh, các công ty c ng cho ra đ i nhi u lo i smart camera tích h p s n b x lỦ
hình nh ng d ng cho công nghi p. Tuy nhiên giá thƠnh các camera nƠy lƠ r t cao vƠ
ch phù h p cho các nhƠ máy l n v i nh ng dơy chuy n hi n đ i. NgoƠi ra c ng đư có
nhi u đ tƠi c a sinh viên nghiên c u v
c , dơy chuy n. Phan V n Ph

ng d ng x lỦ nh ho c v đi u khi n đ ng

ng vƠ Tr n Trí Tơm nghiên c u đ tƠi ắ ng d ng x lỦ

nh c nh báo tƠi x ng g t” s d ng th vi n OpenCV l p trình trên n n t ng Window
vƠ Linux (kit Raspberry) đ c nh báo tƠi x ng g t qua vi c x lỦ hình ch p đ xác
đ nh tƠi x nh m hay m m t, có c nh báo n u tƠi x ng g t [3]. Phan Tr ng Thu t vƠ
Nguy n V n
c u các ph

úng th c hi n đ tƠi ắPhơn lo i s n ph m dùng camera” qua đó nghiên
ng th c ng d ng x lỦ nh đ phơn lo i đ i t

ng [4]. Lê Qu c Nh t vƠ

Chơu Thái B o th c hi n ắNh n d ng th t mƠu cho cáp k t n i trong công nghi p
dùng x lỦ nh”, s d ng th vi n OpenCV vƠ ph n m m Visual Studio 2013 (C++) đ
B

MỌNă I N T

CỌNGăNGHI P- Y SINH

1


nh n di n th t mƠu cho dơy cáp k t n i, h th ng có giao di n th ng kê thông s mƠu,
ki m tra sai s so v i mƠu chu n [5]. Tr n Thanh Sang vƠ Tr n M nh Hùng th c hi n
đ tƠi ắThi t k h th ng nh n d ng bi n s xe” t đó đ a ra nh ng ph

ng pháp phát

hi n bi n s xe d a trên vi c x lỦ hình nh [6]. Lê Doưn Th ng v i đ tƠi ắThi t k thi
công b đi u khi n máy ch y b đi n” đư nghiên c u kit STM32F103VET6 vƠ s d ng
kit nƠy đ đi u khi n t c đ đ ng c đ ng c DC c a máy ch y b [7].
V i m c đích nghiên c u, h c h i vƠ áp d ng nh ng ki n th c đư đ

c h c v x lỦ

nh, vi đi u khi n, đi n t c b n…, chúng em quy t đ nh th c hi n đ tƠi ắThi t k vƠ
thi công dơy chuy n phơn lo i đai c ng d ng x lỦ nh”. Dơy chuy n s d ng vi đi u
khi n trung tơm lƠ STM32F103C8T6, c m bi n h ng ngo i, đ ng c DC, USB camera
đ l y nh, đèn led chi u sáng m u, máy tính v i h đi u hƠnh Window đ x lỦ nh s
d ng th vi n mư ngu n m OpenCV. Dơy chuy n có th phơn lo i các đai c b sai
kích th

c, b l ch tơm, b méo. Các thông s c a dơy chuy n có th cƠi đ t vƠ giám sát

qua ph n m m trên máy tính.

u đi m c a vi c s d ng USB camera k t h p máy tính

cùng b x lỦ dùng vi đi u khi n lƠ giá thƠnh r , nh g n, có th th c hi n, v n hƠnh vƠ
s a ch a d dƠng. [8]

1.2

M CăTIểUăVÀăGI I H N

Thi t k vƠ thi công m t dơy chuy n có th phơn lo i đai c ng d ng x lỦ nh dùng

th vi n mư ngu n m OpenCV vi t trên ngôn ng C++. Dơy chuy n có th phơn lo i
các đai c b sai kích th

c, b méo. Các thông s c a dơy chuy n có th cƠi đ t vƠ giám

sát qua ph n m m trên máy tính s d ng h đi u hƠnh Window. Máy tính s giao ti p
v i vi đi u khi n thông qua giao ti p UART.

1.3

N IăDUNGăNGHIểNăC U

-

Tìm hi u cách th c ho t đ ng c a các h th ng phơn lo i dùng x lỦ nh.

-

Tìm hi u chu n giao ti p UART, đ ng c DC, c m bi n h ng ngo i, encoder.

-

Tìm hi u v vi đi u khi n STM32F103C8T6.

-

Thi t k vƠ thi công mô hình dơy chuy n phơn lo i.

-

Thi t k vƠ thi công m ch đi n cho h th ng.

-

Vi t ch

ng trình x lỦ nh trên máy tính dùng ph n m m QT Creator.

-

Vi t ch

ng trình đi u khi n cho vi đi u khi n STM32F103C8T6

B

MỌNă I N T

CỌNGăNGHI P- Y SINH

2


-

Ch y th nghi m mô hình, ch nh s a vƠ hoƠn thi n h th ng.

-

Th c hi n vi t lu n v n báo cáo.

-

Ti n hƠnh báo cáo đ tƠi t t nghi p.

1.4

GI I H N
-

S d ng USB Camera đ thu nh n nh vƠ dùng máy tính PC ho c laptop trên h
đi u hƠnh Window đ x lỦ hình nh thu đ

-

c.

Dơy chuy n phơn lo i đai c l c giác lo i M10 đ dƠy 8mm, kho ng các gi a 2
đ nh đ i di n lƠ 18.9mm, kho ng cách gi a 2 c nh đ i di n lƠ 17mm v i các đai
c có kích th

1.5
Ch

c khác

-

Dơy chuy n ch d ng

-

Dơy chuy n s d ng đ ng c gi m t c DC 12V

B

m c mô hình, kích th

c nh .

C C

ngă1: T NG QUAN.

Trình bƠy, đ t v n đ d n nh p lỦ do ch n đ tƠi, m c tiêu, n i dung nghiên c u, các
gi i h n thông s vƠ b c c đ án.
Ch

ngă2:ăC ăS

LụăTHUY T.

Gi i thi u các c s lỦ thuy t g m lỦ thuy t v x lỦ nh, các linh ki n vƠ thi t b s
d ng đ thi t k h th ng vƠ trình bƠy các chu n truy n, giao th c.
Ch

ngă3:ăTệNHăTOỄNăVÀăTHI T K H TH NG.

Thi t k s đ kh i c a h th ng, đ a ra s đ nguyên lí c a các kh i trong h th ng
vƠ th c hi n vi c tính toán thi t k .

Ch

ngă4:ăTHIăCỌNGăH TH NG.

Trình bƠy v thi t k l u đ , đ a ra gi i thu t vƠ vi t ch

ng trình. Quá trình thi công

m ch đi n, mô hình h th ng hoƠn ch nh.
Ch

ngă5:ăK T QU - NH NăXÉT - ỄNHăGIỄ.
a ra k t qu đ t đ

c sau khi thi công mô hình, rút ra nh ng nh n xét, đánh giá

toƠn b h th ng.

B

MỌNă I N T

CỌNGăNGHI P- Y SINH

3


Ch

ngă6:ăK T LU NăVÀăH

NGăPHỄTăTRI N.

Trình bƠy nh ng k t lu n v h th ng nh ng ph n đư lƠm vƠ ch a lƠm, đ ng th i nêu
ra h

B

ng phát tri n cho h th ng

MỌNă I N T

CỌNGăNGHI P- Y SINH

4


Ch
2.1.

ngă2. C ăS

T NG QUAN V X

LụăTHUY T

Lụă NH

X lỦ nh lƠ quá trình x lỦ s tín hi u

đơy lƠ tín hi u hình nh. Hi n nay x lỦ

nh đang phát tri n r t m nh m , vì ng d ng c a nó r t r ng vƠ h u ích bao g m

r t

nhi u l nh v c: s n xu t, kinh t , đ i s ng, y t , quơn s … Chúng ta có th chia x lỦ
nh thƠnh b n nhóm ng v i b n l nh v c chính: x lỦ nơng cao ch t l

ng nh, nh n

d ng nh, truy v n nh vƠ nén nh. Trong đ tƠi nƠy s tìm hi u v l nh v c nh n d ng
nh. Các b

c c b n c a x lỦ nh nh hình 2.1

Hình
2.1.2.Các
1b bc xc xlý lýnh nh
Hình
1 Các

2.1.1. Gi i thi u v

nh s

nh s lƠ t p h p các đi m nh (Pixel) có giá tr m c xám xác đ nh dùng đ mô
nh g n v i nh th t, trong đ tƠi nƠy ch xét đ n nh 2 chi u, m t nh sau khi đ

t

s hóa có th đ

c

c mô t nh m t ma tr n đi m A[M, N] trong không gian hai chi u

trong đó M vƠ N lƠ s c t vƠ s hƠng c a các đi m nh. M t đi m nh b t kì lúc nƠy s
có t a đ A(x, y) v i 0=c a nh.

nh có đ phơn gi i cƠng cao thì nh cƠng tr nên chơn th c vƠ s c nét h n.

Giá tr c a m i đi m nh s quy t đ nh mƠu s c c a nh ta g i lƠ m c xám c a đi m
nh, giá tr nƠy có th lƠ m t s ( nh nh phơn, nh xám) ho c m t t p h p các giá tr
( nh mƠu). X lỦ nh lƠ ta x lỦ các giá tr nƠy trong ma tr n nh đ đ

c m t k t qu

mong mu n. S bit c a m t b c nh chính lƠ s các giá tr m c xám có th có, ví d m t
nh 8bit s có

=256 giá tr m c xám t 0 đ n 255 t

ng t

nh 16bit thì s có

giá

tr .
Tùy theo giá tr dùng đ bi u di n đi m nh mƠ ta có th phơn ra 3 lo i nh chính
thông d ng:
+ nh nh phơn: giá tr m i đi m nh lƠ 0 ho c 1, ngh a lƠ tr ng ho c đen. Chính
vì v y mƠ còn g i lƠ nh đen tr ng
B

MỌNă I N T

CỌNGăNGHI P- Y SINH

5


+ nh xám: giá tr m i đi m nh n m trong gi i giá tr t 0 đ n 255, ngh a lƠ c n
8 bits hay 1 byte đ bi u di n m i đi m nh nƠy.
+ nh mƠu RGB: m i đi m nh có giá tr g m 3 mƠu đ (Red) + xanh l c (Green)
+ xanh d

ng (Blue). M i mƠu có giá tr t 0 đ n 255, ngh a lƠ m i đi m nh c n 24bits

hay 3bytes đ bi u di n. NgoƠi h mƠu RGB còn có nhi u h mƠu khác phù h p v i
nh ng m c đích khác nhau nh h CMYK, h HSV…

2.1.2. Ph

ngăphápăthuănh n nh

nh t nhiên t th gi i ngoƠi đ
máy ch p nh). Tr

c đơy, nh đ

c thu qua Camera lƠ các nh t

s phát tri n c a khoa h c công ngh
thƠnh nh s nên không c n b

c thu nh n qua các thi t b thu (nh Camera,

nh đ

ng t . Gi đơy, v i

c thu nh n t c m bi n vƠ chuy n tr c ti p

c chuy n đ i t t

ng t sang s . Có nhi u thi t b cho

phép thu nh ví d đi n tho i di đ ng, máy ch p hình, máy scan, webcam…Các thi t b
nƠy đ u cho ra nh v i nh ng đ nh d ng nh đư đ

c quy đ nh phù h p cho máy tính

nh JPG, PNG, JPEG… chính vì v y vi c đ c chúng trên máy tính lƠ r t d dƠng. Trong
đ tƠi nƠy s d ng camera lo i webcam đ thu nh n hình nh th c t .

2.1.3. Gi i thi u v th ăvi n OpenCV vƠăcameraăLogitech C270
 Th vi n OpenCV

OpenCV (Open Computer Vision) lƠ m t th vi n mư ngu n m hƠng đ u cho
x lỦ v th giác máy tính, machine learning, x lỦ nh. OpenCV đ

c vi t b ng C/C++,

vì v y có t c đ tính toán r t nhanh, có th s d ng v i các ng d ng liên quan đ n th i
gian th c. Opencv có th h tr cho C/C++, Python Java vì v y h tr đ

c cho Window,

Linux, MacOs l n Android, iOS. OpenCV có c ng đ ng h n 47 nghìn ng
s l

ng download v

i dùng vƠ

t quá 6 tri u l n vƠ v n đang m r ng liên t c.

Opencv có r t nhi u ng d ng:

B

-

Nh n d ng nh

-

X lỦ hình nh

-

Ph c h i hình nh/video

-

Th c t

MỌNă I N T

o.

CỌNGăNGHI P- Y SINH

6


OpenCV v n đang đ

c đóng góp vƠ phát tri n liên t c, nó đ c bi t phù h p cho

nh ng ng d ng x lỦ hình nh đ n gi n vì th vi n d s d ng vƠ nhi u h tr t
c ng đ ng.
 Camera Logitech C270
Webcam Logitech C270 ch p hình vƠ quay film có th đ t đ phơn gi i HD 720p
(1280 x 720 pixel). V i đ phơn gi i nƠy hình nh thu đ

c trung th c vƠ khá s c nét.

NgoƠi ra, Webcam C270 có ch đ ch nh sáng t đ ng s giúp hình nh sáng h n k c
trong đi u ki n ánh sáng t i, góc ch p lên t i 60 đ . T c đ khung hình đ t 30fps (30
khung hình m t giơy) t c đ nƠy giúp vi c ch p các v t chuy n đ ng v i t c đ không
quá nhanh đ

c th c hi n chính xác. S d ng chu n giao ti p USB nên vi c k t n i v i

máy tính r t d dƠng

Hình 2. 2 Hình nh Webcam Logitech C270

2.1.4.

i u ch nhăđ sángăvƠăđ t

ngăph n

sáng c a nh ph thu c vƠo giá tr c a m i pixel t o nên nh. Vì v y đ thay
đ i đ sáng nh ta thay đ i giá tr m c sáng các pixel. V i g vƠ f lƠ nh tr

c vƠ sau khi

bi n đ i ta có công th c đi u ch nh đ sáng nh sau:
g(x,y) = a*f(x,y)+ b

(2.1)

 a, b: h ng s t ch n.
 f(x,y): m c sáng c a pixel trong nh t i đi m có t a đ (x,y).
 g(x,y): m c sáng c a pixel trong nh t i đi m có to đ (x,y) sau khi bi n đ i.

B

MỌNă I N T

CỌNGăNGHI P- Y SINH

7


NgoƠi vi c thay đ i b ng ph n m m ta có th t ng đ sáng nh b ng ph n c ng nh l p
thêm đèn r i, dùng t m n n mƠu sáng…

2.1.5. L c nhi u nh
M t nh khi đ

c ch p th

ng kèm theo các nhi u, các nhi u nƠy có nhi u

nguyên nhơn gơy nên: ánh sáng không đ , ch t l
do các y u t môi tr

ng xung quanh, do sai s l

s lo i nhi u ph bi n th

ng thi t b thu không t t, nh h

ng

ng t hóa hay sai s truy n … M t

ng xu t hi n trong nh:

 Nhi uăđ c l p v i d li u nh:
-

LƠ m t lo i nhi u c ng (additive noise): nh thu đ

c f(i,j) lƠ t ng c a nh đúng

(true image) vƠ nhi u n(i,j): f(i,j) = s(i,j) + n(i,j)
-

Thông tin nh có t n s th p, còn nhi u nh h
nƠy có th đ

ng đ n t n s cao vƠ nh h

ng

c gi m đi khi s d ng b l c thông th p

 Nhi u ph thu căvƠoăd li u:
-

Nhi u xu t hi n khi có s b c x đ n s c n m r i rác trên b m t nh, đ l m
ch m trên b m t tùy thu c vƠo b

-

c sóng c a đi m nh.

Do có s giao thoa gi a các sóng nh nên lƠm xu t hi n nh ng v t l m đ m trên
nh

 Nhi u Gauss:
-

Nhi u nƠy có đ
đ m các photon (l

-

c do b n ch t r i r c c a b c x (h th ng ghi nh b ng cách
ng t ánh sáng)

LƠ nhi u c ng vƠ đ c l p (independent, additive noise) ậ nhi u n(i,j) có phơn tán
Gauss (trung bình = zero) đ

-

c mô t b i đ l ch chu n, hay ph

ng sai

M i pixel trong nh nhi u lƠ t ng giá tr pixel đúng (true pixel) vƠ pixel ng u
nhiên

 Nhi u mu i ậ tiêuă(Saltă&ăPepperănoise):ă
-

LƠ m t lo i nhi u xung, sinh ra do x y ra sai s trong quá trình truy n d li u.

-

Nh ng đi m nh có th mang giá tr c c đ i ho c c c ti u. V i nh xám n u m t
đi m nh có giá tr c c đ i (t c c

ng đ sáng b ng 255) thì nó s t o ra m t

đ m tr ng trên nh, trông gi ng nh h t ắmu i”. VƠ ng

B

MỌNă I N T

CỌNGăNGHI P- Y SINH

c l i n u m t đi m nh

8


có giá tr c c ti u (t c c

ng đ sáng b ng 0) thì s t o ra m t đ m đen, gi ng

nh ắtiêu”. V y nên còn g i lƠ nh mu i tiêu.

có th x lỦ m t cách chính xác vƠ hi u qu , nh c n đ
chung c a các ph

c l c nhi u. Nguyên t c

ng pháp l c nh s lƠ cho ma tr n nh nhơn ch p v i m t ma tr n

l c (Kernel) hay còn đ
(Kernel) còn có th đ

c g i lƠ các phép tính nhơn ch p trên nh. Ma tr n l c l c
c g i lƠ c a s ch p, c a s l c, m t n ...
G = M*I

 I: LƠ nh g c đ

c s d ng đ l c s

(2.2)
nh.

 G: LƠ nh ra sau khi th c hi n xong phép l c s

nh.

 M: LƠ ma tr n l c (Mask, kernel).
V i m i phép l c ta có nh ng ma tr n l c (Kernel) khác nhau, không có m t quy
đ nh c th nƠo cho vi c xác đ nh M. T ng các ph n t trong ma tr n M th
 Tpt > 1:

nh sau khi th c hi n xong phép l c s

ng lƠ 1

nh (G) có đ sáng l n h n so

v i nh ban đ u (F).
 Tpt < 1: nh sau khi th c hi n xong phép l c s

nh (G) có đ sáng nh h n so

v i nh ban đ u (F).

Hình 2. 3 M t m t n l c kích th
M t s ph

c 3x3

ng pháp l c phù h p đ x lỦ m t lo i nhi u nh t đ nh. M t s b l c

thông d ng nh l c trung v , l c trung bình, l c thông th p, l c thông cao…
 L c trung v
L c trung v lƠ m t k thu t l c phi tuy n (non-linear), b l c nƠy đ
ph bi n trong x lỦ nh, l c trung v còn đ

c g i lƠ b l c h ng. ụ t

thu t toán l c trung v lƠ s d ng m t c a s l c (th
l

ng chính c a

ng lƠ ma tr n 3x3) quét qua l n

t t ng đi m nh c a nh đ u vƠo input. T i v trí m i đi m nh l y giá tr c a các

đi m nh t
B

c s d ng r t

ng ng trong vùng 3x3 c a nh g c "l p" vƠo ma tr n l c. Sau đó s p x p

MỌNă I N T

CỌNGăNGHI P- Y SINH

9


các đi m nh trong c a s nƠy theo th t (t ng d n ho c gi m d n tùy Ủ). Cu i cùng,
gán đi m nh n m chính gi a (trung v ) c a dưy giá tr đi m nh đư đ

cs px p

trên

cho giá tr đi m nh đang xét c a nh đ u ra output.
Cho m t dưy s

,

,

đ

, ...,

c s p x p theo th t t ng d n ho c gi m d n.

Khi đó

đ

c tính b i công th c sau:

-

N unl :

(2.3)

-

N u n ch n:

(2.4)

Hình 2. 4 Ví d v ph n t trung v
Các b

-

c th c hiên khi s d ng b l c trung v :
Quét ma tr n l c lên các thƠnh ph n c a nh g c, đi n các giá tr đ

c quét vƠo

ma tr n l c.
-

L y các thƠnh ph n trong c a s l c đ x lỦ.

-

S p x p theo th t các thƠnh ph n trong c a s l c.

-

L u l i thƠnh ph n trung v , gán cho nh output.
Ví d cho nh I kích th

c 5x5 nh sau:
1

2

1

6

8

4

5

1

3

9

3

1

5

4

5

4

5

1

2

2

6

6

9

7

7

S d ng ma tr n l c M kích th

B

MỌNă I N T

c 3x3 xét t i I(3,3):

CỌNGăNGHI P- Y SINH

10


1

2

1

6

8

4

5

1

3

9

3

1

5

4

5

4

5

1

2

2

6

6

9

7

7

Các giá tr sau khi s p x p t th p t i cao:
1

1

1

2

3

4

5

5

5

K t qu 3 chính lƠ giá tr trung v c n tìm, lúc nƠy ta gán giá tr 3 cho pixel t i v trí
I(3,3) trong nh.
Vì ph i s p x p l i m i khi ma tr n l c di chuy n đ n m t pixel nên b l c nƠy
có t c đ không cao, hi u qu gi m n u nh có kích th

c l n. Tuy nhiên b l c trung

v có nhi u u đi m nh giúp lo i b nhi u nh ng v n đ m b o đ phơn gi i, nó khá
hi u qu đ i v i hai lo i nhi u: nhi u đ m (speckle noise) vƠ nhi u mu i tiêu (saltpepper noise).
 L cătrungăbình
L c trung bình lƠ lo i l c tuy n tính, v i ph

ng pháp thay th giá tr m i đi m nh

b ng trung bình tr ng s c a các đi m trong vùng lơn c n. Gi s r ng dùng m t ma tr n
l c (3x3) quét qua t ng đi m nh c a nh đ u vƠo. T i v trí m i đi m nh l y giá tr
c a các đi m nh t

ng ng trong vùng (3x3) c a nh g c đ t vƠo ma tr n l c. Giá tr

đi m nh c a nh đ u ra lƠ giá tr trung bình c a t t c các đi m trong nh trong ma tr n
l c.
Các b
m ng
-

c th c hi n l c trung bình v i nh đ u vƠo I vƠ I(x,y) lƠ đi m nh đang xét,

ng :
B

c 1: Quét ma tr n l c lên các thƠnh ph n c a nh g c, đi n các giá tr đ

c

quét vƠo ma tr n l c

B

c 2: Tính t ng các thƠnh ph n trong ma tr n l c, chia t ng nƠy v i s l

-

B

-

các ph n t c a c a s l c ra m t giá tr I
B

c 3: Hi u ch nh:

+ N uI x y -I

MỌNă I N T

xy >

thì I(x,y) = I

CỌNGăNGHI P- Y SINH

ng

xy .
xy .

11


+ N uI x y -I

Giá tr ng

ng

xy ≤

có th có ho c không tùy vƠo m c đích s d ng.

Ví d I lƠ m t ma tr n kích th

S d ng ma tr n l c kích th

V yI

thì I(x,y) = I(x,y).

c 5x5:
1

2

1

6

8

4

5

1

3

9

3

1

5

4

5

4

5

1

2

2

6

6

9

7

7

c 3x3 xét t i I(3,3), không s d ng ng
1

2

1

6

8

4

5

1

3

9

3

1

5

4

5

4

5

1

2

2

6

6

9

7

7

ng:

sau khi l c s có giá tr 3.
Sau khi s d ng b l c trung bình, chênh l ch đ sáng các đi m nh s gi m

xu ng ngh a lƠ s không có s đ t bi n v giá tr c a các đi m nh lơn c n nhau. Vì các
nhi u ng u nhiên th

ng lƠ các đi m có giá tr đ t bi n m nh so v i đi m xung quanh

nên b l c trung bình s giúp gi m các nhi u nƠy hi u qu ví d nh nhi u mu i tiêu.
Tuy nhiên b i vì các c nh ho c đ
đ i m nh v c

ng biên trong nh c ng đ c tr ng b i quá trình bi n

ng đ nên l c trung bình có th lƠm m các c nh vƠ đ

ng biên.

 L c Gauss
B l c Gauss lƠ m t b l c r t h u ích vƠ thông d ng, đ

c th c hi n b ng cách

nhơn ch p nh đ u vƠo v i m t ma tr n l c Gauss sau đó c ng chúng l i đ t o thƠnh
nh đ u ra. Vì bi n đ i Fourier c a m t Gaussian s t o ra m t Gaussian khác cho nên
B

MỌNă I N T

CỌNGăNGHI P- Y SINH

12