Nghiên cứu hệ thống giám sát an ninh và năng 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 MÁY TÍNH

NGHIÊN CỨU HỆ THỐNG GIÁM SÁT AN NINH VÀ
NĂNG LƯỢNG

GVHD: NGUYỄN NGÔ LÂM
SVTH: HUỲNH MINH PHÚC
MSSV: 14119043
SVTH: NGUYỄN CÔNG TUẤN ANH
MSSV: 14119137

SKL 0 0 6 5 6 6

Tp. Hồ Chí Minh, tháng 07/2018


BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƢỜNG ĐẠI HỌC SƢ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH
KHOA ĐÀO TẠO CHẤT LƢỢNG CAO

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

NGHIÊN CỨU HỆ THỐNG GIÁM SÁT
AN NINH VÀ NĂNG LƢỢNG

SVTH:

MSSV:
HUỲNH MINH PHÚC
14119043
NGUYỄN CƠNG TUẤN ANH
14119137
Khố : 2014 - 2018
Ngành : CƠNG NGHỆ KỸ THUẬT MÁY TÍNH
GVHD: Th.S NGUYỄN NGƠ LÂM

Tp. Hồ Chí Minh, tháng 7 năm 2018


CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM
Độc lập – Tự do – Hạnh phúc
----***---Tp. Hồ Chí Minh, ngày 19 tháng 7 năm 2018

NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
Họ và tên sinh viên:
- Huỳnh Minh Phúc
- Nguyễn Công Tuấn Anh
Ngành: Cơng nghệ kỹ thuật máy tính
Giảng viên hƣớng dẫn: ThS. Nguyễn Ngô Lâm
Ngày nhận ề tài: 09/02/2018

MSSV:
- 14119043
- 14119137
Lớp: 14119CL2
ĐT: 0908.434.763
Ngày nộp ề tài: 19/07/2018

1. Tên ề tài:
NGHIÊN CỨU HỆ THỐNG GIÁM SÁT AN NINH VÀ NĂNG LƢỢNG
2. Các số liệu, tài liệu ban ầu:
Tài liệu:
- Đồ án “Xử lý ảnh trên kit myRIO”, Lê Khánh Nhựt, 2015.
- Đồ án “Điều khiển xe từ xa sử dụng kit myRIO”, Phan Tấn Anh và Nguyễn
Anh Tuấn, 2016.
3. Nội dung thực hiện ề tài:
- Tìm hiểu ngơn ngữ lập trình ồ họa Labview.
- Tìm hiểu kit myRIO.
- Tìm hiểu module o năng lƣợng.
- Tìm hiểu xử lý ảnh trên Labview.
- Xây dụng ứng dụng o năng lƣợng và phát hiện chuyển ộng.
4. Sản phẩm: Chƣơng trình và mơ hình hệ thống giám sát an ninh và năng lƣợng.
TRƢỞNG NGÀNH

GIẢNG VIÊN HƢỚNG DẪN

i


CỘNG HOÀ XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM

Độc lập – Tự do – Hạnh Phúc
*******

PHIẾU NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƢỚNG DẪN
Họ và tên Sinh viên: .................................................................MSSV: .................................
.................................................................................................. ..............................................

Ngành: ......................................................................................................................................
Tên ề tài: ................................................................................................................................
.................................................................................................................................................
Họ và tên Giáo viên hƣớng dẫn: ..............................................................................................
NHẬN XÉT
1. Về nội dung ề tài & khối lƣợng thực hiện:
.................................................................................................................................................
.................................................................................................................................................
.................................................................................................................................................
.................................................................................................................................................
2. Ƣu iểm:
.................................................................................................................................................
.................................................................................................................................................
.................................................................................................................................................
.................................................................................................................................................
3. Khuyết iểm:
.................................................................................................................................................
.................................................................................................................................................
.................................................................................................................................................

4. Đề nghị cho bảo vệ hay không?
.......................................................................................................................................
5. Đánh giá loại:
.................................................................................................................................................
6. Điểm:……………….(Bằng chữ: ....................................................................................... )
.................................................................................................................................................
Tp. Hồ Chí Minh, ngày …… tháng……năm 2018
Giáo viên hƣớng dẫn
(Ký & ghi rõ họ tên)

ii


CỘNG HOÀ XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM

Độc lập – Tự do – Hạnh Phúc
*******

PHIẾU NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN PHẢN BIỆN
Họ và tên Sinh viên: .................................................................MSSV: .................................
.................................................................................................................................................
Ngành: ......................................................................................................................................
Tên ề tài: ................................................................................................................................
.................................................................................................................................................
Họ và tên Giáo viên phản biện: ...............................................................................................
.................................................................................................................................................
NHẬN XÉT
1. Về nội dung ề tài & khối lƣợng thực hiện:
.................................................................................................................................................
.................................................................................................................................................
.................................................................................................................................................
.................................................................................................................................................
2. Ƣu iểm:
.................................................................................................................................................
.................................................................................................................................................
.................................................................................................................................................
.................................................................................................................................................
3. Khuyết iểm:
.................................................................................................................................................
.................................................................................................................................................

4. Đề nghị cho bảo vệ hay khơng?
.................................................................................................................................................
5. Đánh giá loại:
.................................................................................................................................................
6. Điểm:……………….(Bằng chữ: ....................................................................................... )
.................................................................................................................................................
Tp. Hồ Chí Minh, ngày……tháng……năm 2018
Giáo viên phản biện
(Ký & ghi rõ họ tên)

iii


LỜI MỞ ĐẦU
Hiện nay với sự tiến bộ của khoa học công nghệ và kỹ thuật, các ứng dụng
của công nghệ ƣợc áp dụng rộng rãi trong ngành kỹ thuật góp phần ƣa chất lƣợng
cuộc sống con ngƣời ngày càng ƣợc nâng cao. Nó giúp chúng ta trong mọi việc từ
trồng trọt chăn nuôi ến khám phá các iều mới lạ trong cuộc sống. Với sự ngày
càng phát triển mạnh mẽ của Kit phát triển thì việc tự ộng hóa trong iều khiển các
ứng dụng trở nên dễ dàng và nhanh chóng hơn, ồng thời giúp ngƣời lập trình dễ
dàng thao tác và tạo ra nhiều ứng dụng khác nhau. Nhu cầu ảm bảo an ninh ngày
càng cao, muốn ƣợc ảm bảo an ninh cho tài sản của con ngƣời thì khơng chỉ ơn
thuần con ngƣời tham gia mà bên cạnh ó cần phải có những hệ thống tự ộng giám
sát và phân tích.
Vì thế mà nhóm ã chọn ề tài tốt nghiệp theo hƣớng xây dựng hệ thống
giám sát ảm bảo an ninh, bên cạnh ó cũng theo dõi ƣợc mức tiêu hao năng lƣợng
của các thiết bị.

iv

LỜI CÁM ƠN
Trƣớc hết, nhóm thực hiện ề tài xin gửi lời cảm ơn chân thành tới thầy
Nguyễn Ngô Lâm ã hƣớng dẫn, góp ý giúp nhóm có những kiến thức cũng nhƣ
kinh nghiệm trong quá trình thực hiện ề tài. Nhóm xin gửi lời cảm ơn ến quý nhà
trƣờng ã hỗ trợ trang thiết bị cho ề tài này. Bên cạnh ó nhóm cũng xin gửi lời
cảm ơn ến các bạn trong lớp ã hỗ trợ nhóm trong quá trình thực hiện. Mặc dù có
nhiều cố gắng, song thời gian thực hiện ồ án có hạn và lĩnh vực nghiên cứu rộng
lớn nên ồ án cịn có nhiều hạn chế. Nhóm rất mong nhận ƣợc nhiều sự góp ý của
các thầy/cơ ể hồn thiện hơn sản phẩm của mình.
Xin chân thành cảm ơn!

v


MỤC LỤC
NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ........................................................................... i
PHI U NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƢỚNG DẪN .......................................... ii
PHI U NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN PHẢN BIỆN ............................................ iii
LỜI MỞ ĐẦU ........................................................................................................... iv
LỜI CÁM ƠN .............................................................................................................v
MỤC LỤC ................................................................................................................. vi
DANH MỤC CÁC TỪ VI T TẮT ........................................................................ viii
DANH MỤC BẢNG BIỂU .................................................................................... viii
DANH MỤC HÌNH ẢNH ...................................................................................... viii
Chƣơng 1

TỔNG QUAN .........................................................................................1

1.1.

Tình hình nghiên cứu hiện nay ......................................................................1

1.2.

Mục tiêu ề tài ...............................................................................................1

1.3.

Đối tƣợng và phạm vi nghiên cứu .................................................................1

1.4.

Bố cục ồ án. .................................................................................................2

Chƣơng 2
2.1.

CƠ SỞ LÝ THUY T .............................................................................3

Module o iện năng .....................................................................................3

2.1.1.

Giới thiệu ................................................................................................3

2.1.2.

Chuẩn truyền thông UART .....................................................................5

2.2.

Xử lý ảnh và thị giác máy tính ......................................................................6

2.2.1.

Giới thiệu ................................................................................................6

2.2.2.

Những vấn ề cơ bản trong xử lí ảnh .....................................................6

2.3.

MyRIO 1900 ................................................................................................13

2.3.1.

Giới thiệu ..............................................................................................13

2.3.2.

Phần cứng..............................................................................................14

2.3.3.

Ngõ vào ra .............................................................................................14

2.3.4.

Môi trƣờng phát triển - Labview ..........................................................16

Chƣơng 3

THI T K - XÂY DỰNG HỆ THỐNG ..............................................18

3.1.

Sơ ồ khối hệ thống .....................................................................................18

3.1.1.

Yêu cầu hệ thống ..................................................................................18
vi


3.1.2.
3.2.

Sơ ồ khối .............................................................................................18

Thiết kế, tính tốn hệ thống .........................................................................19

3.2.1.

Thu ảnh từ môi trƣờng bằng camera .....................................................19

3.2.2.

Khối o iện áp, cơng suất, dịng iện năng lƣợng ..............................20

3.2.3.

Thiết kế khối xử lý trung tâm ...............................................................21

3.2.4.

Khối nguồn cung cấp cho hệ thống ......................................................22

Chƣơng 4

PHẦN MỀM .........................................................................................23

4.1.

Xử lý o iện năng ......................................................................................23

4.2.

Xử lý web service ........................................................................................26

4.3.

Xử lý phát hiện chuyển ộng .......................................................................28

4.3.1.

Lƣu ồ thuật toán ..................................................................................28

4.3.2.

Thu ảnh từ camera ................................................................................28

4.3.3.

Tách ảnh nền .........................................................................................30

4.3.4.

Tiền xử lý ..............................................................................................32

4.3.5.

Phân oạn ..............................................................................................35

4.3.6.

Lọc nhiễu ..............................................................................................36

4.3.7.

Tìm bao lồi (convex hull) .....................................................................38

4.3.8.

Nhận dạng .............................................................................................39

Chƣơng 5

K T QUẢ THỰC NGHIỆM ................................................................41

5.1.

Phần cứng ....................................................................................................41

5.2.

Phần mềm ....................................................................................................42

5.2.1.

Kết quả o iện năng ............................................................................43

5.2.2.

Web service ...........................................................................................45

5.2.3.

Phát hiện chuyển ộng ..........................................................................46

Chƣơng 6

K T LUẬN VÀ HƢỚNG PHÁT TRIỂN ............................................49

6.1.

Kết luận........................................................................................................49

6.1.1.

Ƣu iểm ................................................................................................49

6.1.2.

Khuyết iểm ..........................................................................................49

6.2.

Hƣớng phát triển ..........................................................................................49

TÀI LIỆU THAM KHẢO .........................................................................................50
Phụ lục 1 HƢỚNG DẪN CÀI ĐẶT LABVIEW ......................................................51
vii


DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT
Ký hiệu viết tắt
MXP
MSP
UART
TTL

Tên đầy đủ
NI myRIO Expansion Port
NI myRIO System Port
Universal Asynchronous Receiver-Transmitter
Transistor-transistor logic

DANH MỤC BẢNG BIỂU

Bảng 2.1 Các lệnh giao tiếp với module Pzem004 .....................................................4
Bảng 2.2 Bảng mơ tả các tín hiệu dạng MXP ...........................................................15
Bảng 2.3 Bảng mơ tả các tín hiệu dạng MSP............................................................16
Bảng 4.1 Mô tả công cụ tách ảnh nền .......................................................................30
Bảng phụ lục 1. Cấu hình u cầu.............................................................................51

DANH MỤC HÌNH ẢNH
Hình 2.1 Module Pzem004 .........................................................................................3
Hình 2.2 Sơ ồ kết nối Pzem004.................................................................................4
Hình 2.3 Kết nối chuẩn truyền thơng UART ..............................................................5
Hình 2.4 Minh họa cách xử lý thứ nhất ......................................................................7
Hình 2.5 Minh họa cách xử lý thứ hai. .......................................................................8
Hình 2.6 Ảnh trƣớc và sau khi phân oạn...................................................................9
Hình 2.7 Lƣợc ồ mức xám ......................................................................................10
Hình 2.8 Ảnh trƣớc khi lọc nhiễu (trái) và sau khi lọc nhiễu (phải). ........................11
Hình 2.9 Convex hull ................................................................................................12
Hình 2.10 Sơ dồ khối phần cứng NI myRIO ............................................................14
Hình 2.11 Các ngõ kết nối dạng MXP ......................................................................15
Hình 2.12 Các ngõ kết nối dạng MSP. ......................................................................16
Hình 2.13 Chƣơng trình mẫu trên Labview ..............................................................17
Hình 3.1 Sơ ồ khối chức năng của hệ thống ...........................................................18
Hình 3.2 Camera có kết nối cổng USB với thiết bị iều khiển.................................20
Hình 4.1 Cấu hình cho UART ở chế ộ ghi dữ liệu .................................................23
Hình 4.2 Cấu hình cho UART ở chế ộ ọc dữ liệu .................................................24
viii


Hình 4.3 Chƣơng trình ọc giá trị iện áp ................................................................24
Hình 4.4 Chƣơng trình ọc giá trị dịng iện ............................................................25
Hình 4.5 Chƣơng trình ọc giá trị cơng suất .............................................................25

Hình 4.6 Chƣơng trình ọc giá trị iện năng ............................................................26
Hình 4.7 Trong chƣơng trình chính gọi các subVI ể ọc các thơng số ..................26
Hình 4.8 Chƣơng trình hiển thị các thơng số trên lên trang web ..............................27
Hình 4.9 Lƣu ồ thuật tốn phát hiện chuyển ộng. .................................................28
Hình 4.10 Chụp với ộ phân giải 640x480 ...............................................................29
Hình 4.11 Chụp với ộ phân giải 320x240 ...............................................................29
Hình 4.12 Cơng cụ tách ảnh nền ...............................................................................30
Hình 4.13 Minh họa sử dụng buffer trong tách nền ..................................................31
Hình 4.14 Giao diện hỗ trợ xử lý ảnh .......................................................................32
Hình 4.15 Cơng cụ chuyển ảnh màu sang ảnh xám ..................................................32
Hình 4.16 Cài ặt chuyển ảnh xám ...........................................................................33
Hình 4.17 Red Plane .................................................................................................34
Hình 4.18 Green Plane ..............................................................................................34
Hình 4.19 Blue Plane ................................................................................................34
Hình 4.20 Cơng cụ phân oạn ...................................................................................35
Hình 4.21 Cài ặt phân oạn .....................................................................................35
Hình 4.22 Ảnh xám (trái) và ảnh sau khi phân oạn (phải). .....................................36
Hình 4.23 Ảnh sau khi phân oạn với các ngƣỡng khác nhau..................................36
Hình 4.24 Cơng cụ lọc nhiễu.....................................................................................37
Hình 4.25 Cài ặt cài ặt lọc nhiễu ...........................................................................37
Hình 4.26 Ảnh trƣớc khi lọc nhiễu (trái) và sau khi lọc nhiễu (phải). ......................38
Hình 4.27 Cài ặt tìm bao lồi ....................................................................................38
Hình 4.28 Ảnh trƣớc (trái) và sau khi tìm bao lồi (phải). .........................................39
Hình 4.29 Đối tƣợng cần nhận ạng. ........................................................................39
Hình 4.30 Cơng cụ phân tích ối tƣợng. ..................................................................39
Hình 4.31 Minh họa ối tƣợng sau khi ã nhận dạng chuyển ộng .........................40
Hình 5.1 Mơ hình thực nghiệm (bên ngồi). .............................................................41
Hình 5.2 Mơ hình thực nghiệm (bên trong) ..............................................................42
Hình 5.3 Giao diện chƣơng trình ..............................................................................42
Hình 5.4 Biểu ồ o dịng, áp, cơng suất và năng lƣợng ..........................................43

Hình 5.5 Biểu ồ o dịng, áp, cơng suất và năng lƣợng ..........................................44
Hình 5.6 Biểu ồ o dịng, áp, cơng suất và năng lƣợng ..........................................45
Hình 5.7 Giao diện web service ................................................................................46
ix


Hình 5.8 Khơng có chuyển ộng...............................................................................47
Hình 5.9 Khi có chuyển ộng 1 ................................................................................47
Hình 5.10 Khi có chuyển ộng 2 ..............................................................................48
Hình phụ lục 1.1. Thƣ mục chứa tệp tin cài ặt. .......................................................52
Hình phụ lục 1.2. Giao diện cài ặt labview .............................................................53
Hình phụ lục 1.3. Giao diện cài ặt labview .............................................................53
Hình phụ lục 1.4. Thơng tin sản phẩm ......................................................................54
Hình phụ lục 1.5. Thơng tin ngƣời dùng ...................................................................54
Hình phụ lục 1.6. Đƣờng dẫn nơi cài ặt ..................................................................55
Hình phụ lục 1.7. Thỏa thuận cấp phép ....................................................................56
Hình phụ lục 1.8. Quá trình cài ặt ...........................................................................57

x


Chƣơng 1
TỔNG QUAN
1.1. Tình hình nghiên cứu hiện nay
Hiện nay, với sự phát triển mạnh mẽ của khoa học và cơng nghệ, nhiều thiết bị
máy móc ngày nay tiêu thụ năng lƣợng ngày càng nhiều ể phục vụ nhu cầu của
con ngƣời. Tuy nhiên, cũng có một phần năng lƣợng trong số ó là sự lãng phí do
thiếu sự kiểm soát chặt chẽ của con ngƣời làm dẫn ến sự thiết hụt về năng lƣợng.
Do ó cần có một giải pháp ể hỗ trợ giám sát năng lƣợng một cách thuận tiện hơn.
Bên cạnh việc giám sát năng lƣợng, thì giám sát an ninh cũng là một ƣu tiên

hàng ầu. Nhóm thực hiện ồ án ã ề ra ý tƣởng nghiên cứu một mơ hình hai trong
một, vừa giám sát ƣợc an ninh thông qua camera, vừa giám sát nguồn năng lƣợng
của các thiết bị. Với tên ề tài “Nghiên cứu hệ thống giám sát an nình và năng
lƣợng”, nhóm hy vọng sẽ góp một phần nào cho cơng cuộc cách mạng công nghiệp
hiện nay.
1.2. Mục tiêu đề tài
Nghiên cứu và xây dựng mơ hình giám sát an ninh và năng lƣợng cho một hộ
gia ình, với các thiết bị cơ bản nhƣ èn, quạt. Thiết kế giao diện ể giám sát thông
qua internet. Hệ thống cho phép ngƣời sử dụng giám sát ƣợc an ninh và năng
lƣợng tiêu thụ của các thiết bị trong gia ình một cách trực quan và nhanh chóng.
1.3. Đối tƣợng và phạm vi nghiên cứu
Đối tƣợng nghiên cứu:
- Kit myRIO.
- Lập trình ồ hoạ cho kit myRIO trên Labview.
- Xử lý ảnh trên Labview.
- Module o iện năng.
- Camera.
Phạm vi nghiên cứu của ề tài:
- Nghiên cứu các ặc iểm của kit myRIO có khả năng ứng dụng vào nội
dung ề tài.
- Nghiên cứu lâp trình ồ hoạ trên Labview.
- Giao tiếp kit myRIO với module ể o các ại lƣợng iện nhƣ iện áp,
dịng iện, cơng suất và iện năng.
- Giao tiếp kit myRIO với camera ể thu thập hình ảnh.
- Xử lý ảnh trên Labview.

1


-

Xây dựng ứng dụng ể giám sát hệ thống thông qua mạng.

1.4. Bố cục đồ án.
Nội dung ồ án ƣợc chia thành những chƣơng nhƣ sau:
Chƣơng 1: Tổng quan.
Giới thiệu tình hình nghiên cứu hiện nay, mục tiêu ề tài và phạm vi nghiên cứu.
Chƣơng 2: Cơ sở lý thuyết.
Giới thiệu module o iện năng và chuẩn truyền thông UART, sơ lƣợc xử lý ảnh và
thị giác máy tính, giới thiệu kit myRIO 1900 và môi trƣờng phát triển.
Chƣơng 3: Tính tốn và thiết kế.
Sơ ồ khối hệ thống, tính toán và thiết kế phần cứng giữa module o iện năng và
khối xử lý trung tâm
Chƣơng 4: Phần mềm
Chƣơng trình giao tiếp với module o iện năng và web service.
Nghiên cứu phƣơng pháp phát hiện chuyển ộng trên labview và kit myRIO.
Chƣơng 5: Kết quả thực nghiệm.
Kết quả nghiên cứu và mơ hình thực nghiệm, ánh giá kết quả ạt ƣợc.
Chƣơng 6: Kết luận và hƣớng phát triển.
Kết luận toàn bộ kết quả nghiên cứu và ƣa ra hƣớng phát triển.

2


Chƣơng 2
CƠ SỞ LÝ THUYẾT
2.1. Module đo điện năng
2.1.1. Giới thiệu
Module o iện năng Pzem004 là mạch o iện năng AC, ƣợc hỗ trợ chuẩn
giao tiếp UART với vi iều khiển. Module ƣợc sử dụng ể o gần nhƣ toàn bộ các

thông số về nguồn iện xoay chiều của một hay nhiều thiết bị tiêu thụ iện. Nhƣ là
iện áp hoạt ộng của nguồn, dịng iện tiêu thụ, cơng suất và năng lƣợng tiêu thụ.
Module Pzem004 có thể o iện áp từ 80-260VAC, dòng từ 0-100A. Pzem004 ƣợc
ứng dụng khá rộng rãi nhƣ giám sát thông số iện xoay chiều ở trạm iện, ộng cơ,
công tơ mét iện tử,…
Thông số kỹ thuật:
- Công suất o hoạt ộng: 0 ~ 22kW.
- Năng lƣợng o hoạt ộng: 0 ~ 9999kWh.
- Điện áp o hoạt ộng: 80 ~ 260 VAC.
- Dòng iện o hoạt ộng: 0 ~ 100 A.
- Giao tiếp UART mức logic TTL 5VDC, với baudrate mặc ịnh 9600.
- Có opto cách ly an toàn giữa mạch o và mạch nhận tín hiệu UART.
- Lƣu trữ thơng số năng lƣợng tiêu thụ trong bộ nhớ.
- Có nút nhấn Reset, nhấn giữ 5 giây ể xóa các thơng số về 0.
- Kích thƣớc 30x70 mm.

Hình 2.1 Module Pzem004
Sơ ồ kết nối Pzem004:

3


Hình 2.2 Sơ ồ kết nối Pzem004
Bảng 2.1 Các lệnh giao tiếp với module Pzem004
STT Chức năng Header
Data
Checksum
Mô tả
1
Điện áp

B0
C0 A8 01 01 00 1A
Gửi lệnh ọc giá
trị iện áp từ vi
iều khiển tới
module
A0
00 E6 02 00 00 88
Phản hồi giá trị
iện áp của
module (giá trị là
230.2V)
2
Dòng iện
B1
C0 A8 01 01 00 1B
Gửi lệnh ọc giá
trị dòng iện ến
module
A1
00 11 20 00 00 D2
Phản hòi giá trị
dòng iện của
module(giá trị là
17.32A)
3
Công suất
B2
C0 A8 01 01 00 1C
Gửi lệnh ọc giá

trị công suất
A2
08 98 00 00 00 42
Phản hồi giá trị
công suất(giá trị là
2200W)
4
Năng lƣợng B3
C0 A8 01 01 00 1D
Gửi lệnh ọc giá
trị năng lƣợng
A3
01 86 9F 00 00 C9
Phản hồi giá trị
nang lƣợng (giá trị

4


5

Đặt ịa chỉ B4
của module
A4

C0 A8 01 01 00

1E

00 00 00 00 00

A4

là 99999Wh)
Gửi lệnh cài ặt
ịa chỉ của module
Phản hồi việc cài
ặt thành công

2.1.2. Chuẩn truyền thông UART
Chuẩn truyền thông UART là kiểu truyền thông tin nối tiếp không ồng bộ.
UART thƣờng ƣợc dùng trong máy tính cơng nghiệp, truyền thông, vi iều khiển,
hay một số các thiết bị truyền tin khác. Mục ích của chuẩn truyền thơng UART là
ể truyền dữ liệu qua lại với nhau nhƣ truyền tín hiệu từ máy tính ến modem, hoặc
là truyền từ vi iều khiển ến vi iều khiển. Để tạo thành một chuẩn giao tiếp cần
sử dụng với bộ chuyển ổi mức iện áp ể tạo thành một chuẩn giao tiếp, thông
thƣờng UART sẽ sử dụng iện áp 0V cho mức logic 0 và 5V cho mức logic 1.

Hình 2.3 Kết nối chuẩn truyền thông UART
Các thông số trong chuẩn truyền thông UART:
- Baud rate (tốc ộ Baud): Khi truyền nhận khơng ồng bộ ể hai module
hiểu ƣợc nhau thì cần quy ịnh một khoảng thời gian cho 1 bit truyền
nhận, nghĩa là trƣớc khi truyền thì tốc ộ phải ƣợc cài ặt ầu tiên. Theo
ịnh nghĩa thì tốc ộ baud là số bit truyền trong một giây.
- Frame (khung truyền): Do kiểu truyền thông nối tiếp này rất dễ mất dữ
liệu nên ngoài tốc ộ, khung truyền cũng ƣợc cài ặt từ ban ầu ể tránh
bớt sự mất mát dữ liệu này. Khung truyền quy ịnh số bit trong mỗi lần

5

-

-

-

truyền, các bit báo nhƣ start, stop, các bit kiểm tra nhƣ parity, và số bit
trong một data.
Bit Start: Là bit bắt ầu trong khung truyền Bit này nhằm mục ích báo
cho thiết bị nhận biết quá trình truyền bắt ầu.
Data: Dữ liệu cần truyền Data không nhất thiết phải 8 bit, có thể là 5, 6, 7,
8, 9. Trong truyền thông UART bit LSB sẽ ƣợc truyền i trƣớc, bit MSB
ƣợc truyền i sau.
Parity bit: Là bit kiểm tra ộ chính xác của dữ liệu. Có 2 loại parity: chẵn
(even parity), lẻ (old parity). Parity chẵn là bit parity thêm vào ể tổng số
bit 1 trong data và parity bằng chẵn, parity lẻ là bit parity thêm vào ể
tổng số bit 1 trong data và parity bằng lẻ. Bit Parity là khơng bắt buộc nên
có thể dùng hoặc khơng.
Bit Stop: là bit báo cáo kết thúc khung truyền. Thƣờng là mức 5V. Và có
thể có 1 hoặc 2 bit stop.

2.2. Xử lý ảnh và thị giác máy tính
2.2.1. Giới thiệu
Xử lý ảnh là một ngành khoa học ang có tốc ộ phát triển rất nhanh bởi tính
ứng dụng thực tế của của nó. Cơng việc của xử lý ảnh là ứng dụng các thuật toán xử
lý ể thay ổi một tấm ảnh thành một tấm ảnh phù hợp với mon muốn của con
ngƣời.
Thị giác máy tính là thu nhận các hình ảnh từ thế giới thực và ứng dụng xử lý
ảnh, phân tích và nhận dạng ể trích xuất các thơng tin mong muốn thành các dữ

liệu có thể lƣu trữ hoặc ứng dụng vào các lĩnh vực không cần sự giám sát của con
ngƣời, hoặc thậm chí là con ngƣời không thể làm ƣợc.
2.2.2. Những vấn đề cơ bản trong xử lí ảnh
2.2.2.1. Thu nhận ảnh
Ảnh có thể thu thận thông qua camera hoặc ƣợc quét trên máy scan. Thơng
thƣờng, ảnh sau khi nhận ƣợc có thể ở hai dạng là tính hiệu tƣơng tự hoặc tín hiệu
số, nhƣng ể có thể lƣu trữ trên máy tính hay ể ứng dụng vào xử lý ảnh thì bắt
buộc phải sử dụng ảnh số.
Ảnh số là một ma trận các iểm ảnh (pixel), ây là ơn vị nhỏ nhất của một
tấm ảnh. Mỗi iểm ảnh tƣng ứng với ộ xám hoặc màu sắc nhất ịnh. Xử lý ảnh
chính là xử lý trên từng pixel này.
2.2.2.2. Tách ảnh nền
Video là một chuỗi các ảnh tĩnh, mỗi tấm ảnh ều có sự khác biệt nhau về
giá trị của từng pixel. Phƣơng pháp nhận dạng ối tƣợng chuyển ộng mà nhóm

6


thực hiện dựa trên sự khác nhau giữa các pixel của tấm ảnh thứ nhất và tấm ảnh thứ
2, ể có ƣợc sự khác nhau ó bằng cách trừ 2 tấm ảnh với nhau.
Về cơ bản thì các phƣơng pháp tách ảnh nền ều có iểm chung là trừ 2 tấm
ảnh ể tìm ra sự khác biệt. Có 2 cách xử lý mà nhóm ã ề xuất và thử nghiệm ể
kiểm chứng tín quả khi áp dụng vào ề tài.
Cách thứ nhất là sử dụng một tấm ảnh tĩnh, tấm ảnh này dùng làm ảnh nền và
ƣợc sử dụng xuyên suốt trong quá trình xử lý. Tấm ảnh thứ hai là ảnh mà sẽ xuất
hiện ối tƣợng chuyển ộng. Ảnh thứ nhất và thứ hai bắt buộc phải giống nhau về
ảnh nền. Sau khi trừ hai tấm ảnh và xử lý threshold sẽ tìm ra ƣợc ối tƣợng.

Hình 2.4 Minh họa cách xử lý thứ nhất
Cách thứ hai là sử dụng hai tấm ảnh kế tiếp nhau của một ối tƣợng ang

chuyển ộng và cũng thực hiện trừ hai tấm ảnh này. Sau khi sử lý threshold cũng sẽ
tìm ƣợc phần chuyển ộng của ối tƣợng.

7


Hình 2.5 Minh họa cách xử lý thứ hai.
Về thuật tốn xử lý thì cả hai cách ều giống nhau là trừ hai tấm ảnh. Thuật
tốn ƣợc mơ tả nhƣ bên dƣới.
Giả sử có một tấm ảnh A với kích thƣớc 5x5, và một tấm ảnh B (hiện tại, có
một ối tƣợng ang chuyển ộng) kích thƣớc 5x5. Trừ 2 tấm ảnh sẽ có ƣợc ối
tƣợng ang chuyển ộng.

[

]

[

]

[
]
Ở kết quả |A - B|, phần bằng 0 chính là nền của tấm ảnh, ây là phần sẽ
không thay ổi hoặc thay ổi ít khi có ối tƣợng chuyển ộng suất hiện.
[2,1,3,4,1,2] chính là ối tƣợng ang chuyển ộng.
Trên thực tế, nền của tấm ảnh khơng hồn tồn bằng 0 mà là một kết quả có
giá trị pixel rất thấp, do ó cần phải phân oạn ảnh ể loại bỏ hoàn toàn phần nền
này.

8


2.2.2.3. Tiền xử lý
Tiền xử lý là quá trình tăng cƣờng nhầm nâng cao chất lƣợng ảnh. Do ảnh
thu từ mơi trƣờng có thể bị ảnh hƣởng của nguồn sáng, do nhiễu hoặc chất lƣợng
của thiết bị thu ảnh làm ảnh thị suy biến. Chính vì vậy cần tăng cƣờng ể khôi phục
lại các chi tiết bị biến dạng của ảnh, làm nổi bậc các ặc tính cần thiết cho q trình
nhận dạng.
Q trình này bao gồm nhiều cơng oạn nhỏ nhƣ:
- Chuyển ổi sang ảnh xám
- Điều chỉnh ộ sáng của ảnh.
- Tăng ộ tƣơng phản.
- Tăng ộ sắc nét,…
2.2.2.4. Phân đoạn
Phân oạn là quá trình phân tách ối tƣợng cần khảo sát tách biệt với các
thành phần khác của tấm ảnh. Một phƣơng pháp phân oạn ơn giản nhất là sử
dụng một ngƣỡng mức xám và thực hiện phân tách ối tƣợng dựa vào ngƣỡng ó,
những iểm ảnh dƣới ngƣỡng sẽ thuộc về nền, những iểm trên ngƣỡng thuộc về
ối tƣợng. Kết quả sau cùng nhận ƣợc là một tấm ảnh với các pixel có giá trị nằm
trong khoảng [0,1].

Hình 2.6 Ảnh trƣớc và sau khi phân oạn.
Phƣơng pháp phân oạn ảnh ƣợc thực hiện dựa trên lƣợc ồ mức xám của
ảnh. Lƣợc ồ mức xám thể hiện tần suất xuất hiện của mỗi mức xám trong ảnh. Từ
lƣợc ồ mức xám sẽ chọn ra ƣợc ngƣỡng thích hợp ể chuyển ảnh xám sang ảnh
nhị phân.
Giả sử có ảnh A với các giá trị mức xám nhƣ bên dƣới.

9

[
]
Từ ảnh A trên, dựa vào tần suất xuất hiện của mức xám sẽ có lƣợc ồ nhƣ
hình bên dƣới. Ngƣỡng phân oạn thích hợp nhất là giá trị mức xám có tần suất
xuất hiện ít nhất. Trong ví dụ bên dƣới 2 là giá trị mức xám thích hợp, nên sẽ chọn
2 làm ngƣỡng ể thực hiện phân oạn.
7
6
5
4
3
2
1
0
0

1

2

3

4

5

6

7

Mức xám

Hình 2.7 Lƣợc ồ mức xám
Từ ngƣỡng mức xám ã tìm ƣợc, thực hiện chuyển ổi nhị phân trên ảnh A
bằng cách chuyển các giá trị mức xám lớn hơn ngƣỡng về bit 1 và ngƣợc lại các giá
trị mức xám nhỏ hơn ngƣỡng về bit 0, kết quả ta có ảnh A’ nhƣ bên dƣới.

[

]

2.2.2.5. Lọc nhiễu
Lọc nhiễu là q trình loại bỏ các chi tiết có kích thƣớc nhỏ và các ối tƣợng
thừa trong ảnh.

10


Hình 2.8 Ảnh trƣớc khi lọc nhiễu (trái) và sau khi lọc nhiễu (phải).
Về phƣơng pháp thì có nhiều bộ lọc ể khử nhiễu nhƣ lọc trung bình (Mean filter)
và lọc trung vị (Median filter).
a. Mean filter
Bộ lọc trung bình là thay thế mỗi giá trị iểm ảnh bằng giá trị trung bình của
các iểm ảnh lân cận. Đây là một bộ lọc tuyến tính ơn giản với tác dụng làm mịn
ảnh, khử nhiễu,..
Ví dụ về bộ lọc trung bình với kernel 3x3:
4

2

6

5

3

8

7

1

9

Tìm giá trị trung bình.

Kết quả của iểm ảnh sau khi áp dụng bộ lọc trung bình.
*

*

*

*

5

*

*
*
*
“*” là điểm ảnh sẽ được tính trung bình bằng các điểm ảnh lân cận.
Nhƣợc iểm của bộ lọc này là làm mất ộ chi tiết và giảm chất lƣợng của
ảnh.
b. Median filter

11


Lọc Median khắc phục ƣợc những hạn chế của bộ lọc Mean. Bộ lọc này sẽ
thay thế iểm ảnh bằng giá trị trung vị của các iểm ảnh lân cận. Bộ lọc trung vị
hiệu quả hơn bộ lọc trung bình ở chỗ nó giữ ộ nét của ảnh khi vẫn loại bỏ nhiễu.
Ví dụ về bộ lọc trung vị với kernel 3x3:
4

25

6

0

47

18

7
11 29

Tìm trung vị bằng cách sắp xếp các giá trị pixel theo thứ tự tăng dần và chọn
giá trị nằm giữa.
0, 4, 6, 7, 11, 18, 25, 29, 47
Kết quả của iểm ảnh sau khi áp dụng bộ lọc trung vị.
*

*

*

*

11

*

*
*
*
“*” là điểm ảnh sẽ được tính trung vị bằng các điểm ảnh lân cận.
2.2.2.6. Tìm bao lồi
Convex hull là kỹ thuật tìm hình bao của ối tƣợng. Trong toán học, biên tự
nhiên của một tập iểm ƣợc gọi là bao lồi (convex hull)

Hình 2.9 Convex hull
Ở hình minh họa trên là tập hợp các iểm ngẫu nhiên. Bao lồi của một tập
iểm ƣợc ịnh nghĩa là một a giác lồi nhỏ nhất chứa toàn bộ tập iểm này. Cũng
có thể coi bao lồi là một ƣờng ngắn nhất bao quanh một tập iểm.
Áp dụng kỹ thuật bao lồi vào phát hiện chuyển ộng vì trong trƣờng hợp với
1 ối tƣợng ang chuyển ộng sẽ tạo ra các chi tiết có ộ phức tạp cao, sau khi phân

12


oạn có khả năng sẽ cho ra nhiều ối tƣợng tách biệt nhau nên cần phải xử lý bao
lồi ể gộp các ối tƣợng này làm một.
2.2.2.7. Nhận dạng
Dựa vào các ặt trƣng của từng ối tƣợng cũng nhƣ mục ích xử lý ảnh, sẽ
thực hiện chọn lọc và phân tích ể trích ra các thơng tin cần thiết cho mục ích xử
lý ảnh.
Với mục ích phát hiện chuyển ộng, cần trích ƣợc thơng tin nhƣ có bao
nhiêu ối tƣợng trong ảnh, vị trí của từng ối tƣợng. Cuối cùng là dựa vào các
thơng tin ó ể nhận dạng ối tƣợng.
2.3. MyRIO 1900
2.3.1. Giới thiệu
National Instruments myRIO-1900 là thiết bị ƣợc phát triển cho mục ích
nghiên cứu và giáo dục nhờ khả năng tái cấu hình thiết bị. Thiết bị bao gồm 10 ngõ
vào analog, 6 ngõ ra analog, 40 ngõ vào/ra số, wifi, LED, nút nhấn, cảm biến gia
tốc, Xilinx FPGA, bộ vi ử lý lõi kép ARM cortex-A9. Hỗ trợ lập trình với Labview
hoặc ngơn ngữ C.

13