(Đồ án tốt nghiệp) thiết kế thi công hệ thống phân loại sản phẩm

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

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
NGÀNH CNKT ĐIỀU KHIỂN VÀ TỰ ĐỘNG HĨA

THIẾT KẾ THI CƠNG HỆ THỐNG
PHÂN LOẠI SẢN PHẨM

GVHD: THS. PHÙNG SƠN THANH
SVTH: NGUYỄN VĂN YÊN
MSSV: 16151319
SVTH: LÝ QUANG KHẢI
MSSV: 16151033

SKL007184

Tp. Hồ Chí Minh, tháng 07/2020


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

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

THIẾT KẾ THI CÔNG
HỆ THỐNG PHÂN LOẠI SẢN PHẨM
SVTH : NGUYỄN VĂN YÊN
MSSV: 16151319
LÝ QUANG KHẢI

MSSV: 16151033
Khóa : 2016
Ngành : CNKT ĐIỀU KHIỂN VÀ TỰ ĐỘNG HÓA
GVHD : THS. PHÙNG SƠN THANH

Thành phố Hồ Chí Minh, tháng 07 năm 2020


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

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

THIẾT KẾ THI CÔNG
HỆ THỐNG PHÂN LOẠI SẢN PHẨM
SVTH : NGUYỄN VĂN YÊN
MSSV: 16151319
LÝ QUANG KHẢI
MSSV: 16151033
Khóa : 2016
Ngành : CNKT ĐIỀU KHIỂN VÀ TỰ ĐỘNG HÓA
GVHD : THS. PHÙNG SƠN THANH

Thành phố Hồ Chí Minh, tháng 07 năm 2020


CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA
VIỆT NAM ĐỘC LẬP - TỰ DO HẠNH PHÚC

---***--Tp. Hồ Chí Minh, ngày 09 tháng 07 năm 2020

NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
Họ và tên sinh viên 1: Nguyễn Văn Yên

MSSV: 16151319

Họ và tên sinh viên 2: Lý Quang Khải

MSSV: 16151033

Chuyên ngành: CNKT Điều khiển và Tự động hóa

Lớp: 16151CLB

Giảng viên hướng dẫn:ThS. Phùng Sơn Thanh

Điện thoại: 0983960600

Ngày nhận đề tài: 04/03/2020

Ngày nộp đề tài: 27/07/2020

1. Tên đề tài: Thiết kế thi công hệ thống phân loại sản phẩm
2. Các số liệu, tài liệu ban đầu
- Về tài liệu: nghiên cứu và tìm hiểu các đề tài đã có về hệ thống phân loại màu sắc
sản phẩm, phân loại sản phẩm dựa vào barcode , số lượng, logo. Phân tích ưu nhược
điểm của chúng để tìm ra phương hướng cải tiến, nâng cao thuật tốn điều khiển để
tối ưu hóa phần cứng, tăng tốc độ xử lí nhằm tiết kiệm chi phí đầu tư cũng như nâng
cao năng xuất hoạt động.
- Về thiết bị: Camera, PLC, băng tải, van điện từ khí nén, xilanh, cảm biến quang,

khung hệ thống.
3. Nội dung thực hiện
- Tìm hiểu cấu tạo, nguyên lý hoạt động và lập trình điều khiển Camera trên ngơn
ngữ lập trình Python và truyền thơng sang cho PLC. Song song đó là đưa số liệu đã
được xử lí lên web server để dễ dàng theo dõi và giám sát
- Nghiên cứu thuật toán xử lý ảnh để nhận diện barcode, nhận diện logo và số lượng
sản phẩm dựa trên thư viện nguồn mở OpenCV.
- Điều khiển hệ thống van điện từ khí nén và xilanh phân loại sản phẩm vào đúng
lane thích hợp.
Hồn thiện, sửa lỗi và cải thiện hệ thống.
4.

Sản phẩm: Báo cáo tiểu luận, mơ hình phần cứng, chương trình điều khiển.
TRƯỞNG NGÀNH

GIẢNG VIÊN HƯỚNG DẪN

Khoa ĐT CLC – ĐH SPKT TP.HCM

i


CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA
VIỆT NAM ĐỘC LẬP - TỰ DO HẠNH PHÚC

*******

PHIẾU NHẬN XÉT CỦA GIẢNG VIÊN HƯỚNG DẪN
Họ tên sinh viên 1: Nguyễn Văn Yên

MSSV: 16151319

Họ tên sinh viên 2: Lý Quang Khải

MSSV: 16151033

Chuyên ngành: CNKT Điều khiển và Tự động hóa
Tên đề tài: Thiết kế thi công hệ thống phân loại sản phẩm
Họ và tên Giảng viên hướng dẫn: ThS. Phùng Sơn Thanh

NHẬN XÉT
1.

Về nội dung đề tài và khối lượng thực hiện

......................................................................................................................................
......................................................................................................................................
2.

Ưu điểm

......................................................................................................................................
......................................................................................................................................
3.

Khuyết điểm

......................................................................................................................................
......................................................................................................................................
4.

Đề nghị cho bảo vệ hay không?

......................................................................................................................................
5.

Đánh giá loại: ........................................................................................................

6. Điểm: ....................
GIẢNG VIÊN HƯỚNG DẪN
(Ký và ghi rõ họ và tên)

Khoa ĐT CLC – ĐH SPKT TP.HCM

ii


CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA
VIỆT NAM ĐỘC LẬP - TỰ DO HẠNH PHÚC

*******

PHIẾU NHẬN XÉT CỦA GIẢNG VIÊN PHẢN BIỆN
Họ tên sinh viên 1: Nguyễn Văn Yên

MSSV: 16151319

Họ tên sinh viên 2: Lý Quang Khải

MSSV: 16151033

Chuyên ngành: CNKT Điều khiển và Tự động hóa
Tên đề tài: Thiết kế thi công hệ thống phân loại sản phẩm
Họ và tên Giảng viên phản biện:

NHẬN XÉT
1.

Về nội dung đề tài và khối lượng thực hiện

......................................................................................................................................
......................................................................................................................................
2.

Ưu điểm

......................................................................................................................................
......................................................................................................................................
3.

Khuyết điểm

......................................................................................................................................
......................................................................................................................................
4.

Đề nghị cho bảo vệ hay không?

......................................................................................................................................
5.

Đánh giá loại: ........................................................................................................

6. Điểm: ....................
GIẢNG VIÊN PHẢN BIỆN
(Ký và ghi rõ họ và tên)

Khoa ĐT CLC – ĐH SPKT TP.HCM

iii


LỊCH TRÌNH THỰC HIỆN ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
Họ tên sinh viên 1: Nguyễn Văn Yên
Họ tên sinh viên 2: Lý Quang Khải
Chuyên ngành: CNKT Điều khiển và Tự động hóa
Tên đề tài: Thiết kế thi công hệ thống phân loại sản phẩm

Tuần/ngày

1-2

3

4-5

6
7-8

9-11

12-14
15

16-17


Khoa ĐT CLC – ĐH SPKT TP.HCM

iv


CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA
VIỆT NAM ĐỘC LẬP - TỰ DO HẠNH PHÚC

*******

LỜI CAM ĐOAN
Đồ án tốt nghiệp này là cơng trình nghiên cứu của nhóm, được thực hiện
dưới sự hướng dẫn khoa học của ThS. Phùng Sơn Thanh. Các số liệu, mơ hình được
trình bày trong luận văn này hồn tồn trung thực.
Nhóm xin cam kết đề tài này là do nhóm tự thực hiện dựa vào một số tài liệu
trước đó và khơng sao chép từ tài liệu hay cơng trình đã có trước đó.
Nhóm thực hiện đề tài xin hoàn toàn chịu trách nhiệm về lời cam đoan này.

Nhóm thực hiện đề tài
Nguyễn Văn Yên
Lý Quang Khải

Khoa ĐT CLC – ĐH SPKT TP.HCM

v


LỜI CẢM ƠN
Lời đầu tiên, nhóm thực hiện đề tài xin gửi lời cảm ơn chân thành nhất đến
ThS. Phùng Sơn Thanh đã tận tình giúp đỡ, giải đáp các thắc mắc, hướng dẫn nhóm
thực hiện đề tài, tạo mọi điều kiện tốt nhất từ bố trí phịng thí nghiệm đến các thiết
bị vật tư trong suốt thời gian nhóm thực hiện đề tài. Những kiến thức bổ ích từ Thầy
được áp dụng vào đề tài rất nhiều, từ những kiến thức nhỏ nhặt cho tới những bài
học lớn. Một lần nữa nhóm thực hiện đề tài xin được gửi lời cảm ơn chân thành đến
Thầy.
Để hoàn thành tốt đồ án tốt nghiệp này, nhóm đã nhận được sự giúp đỡ nhiệt tình
của các quý thầy cơ khoa Điện – Điện tử nói chung và các giảng viên ngành Điều
khiển và Tự động hóa nói riêng đã trang bị những kiến thức cần thiết, đóng góp ý
kiến và giải đáp những thắc mắc liên quan đến đề tài.
Nhóm cũng xin gửi lời cảm ơn đến tập thể lớp 16151CLB đã đóng góp ý kiến
giúp cải thiện hệ thống, giúp đỡ nhóm trong suốt q trình thực hiện đề tài. Xin cảm
ơn gia đình và bạn bè đã ln bên cạnh động viên, khích lệ tinh thần để nhóm có thể
hồn thành tốt đề tài này.
Nhóm thực hiện đề tài!

Khoa ĐT CLC – ĐH SPKT TP.HCM

vi


TĨM TẮT
Trong đề tài này, nhóm sử dụng băng chuyền để vận chuyển các sản phẩm,
Camera được sử dụng để phân loại vật thể dựa trên barcode, logo và số lượng của

chúng bao gồm 2 khâu chính: xử lý dữ liệu thu thập được từ camera và so sánh,
phân loại. Quá trình phân loại sản phẩm sẽ dựa trên việc thu thập thông tin về mã,
logo, số lượng, của các đối tượng thông qua hệ thống Camera. Nếu sản phẩm có các
yếu tố đúng quy định về mã, logo, số lượng, sẽ được lưu trữ trong kho. Còn ngược
lại sản phẩm khác với quy định, nó sẽ được gỡ khỏi băng chuyền và phân loại thành
các làn thích hợp.
Sau khi đã nhận dạng được barcode, số lượng, logo vật thể trên băng chuyền
bằng công nghệ xử lý ảnh đã được thực nghiệm đạt được độ chính xác cao. Cơ cấu
van điện từ khí nén và xilanh sẽ nhận tín hiệu từ PLC phân loại sản phẩm vào lane
quy định. Tuy nhiên, hệ thống đơi lúc hoạt động vẫn cịn thiếu ổn định do ảnh
hưởng của một số yếu tố như ánh sáng tự nhiên gây nên bóng của vật thể nên gây ra
nhận dạng ảnh bị lỗi.
Cuối cùng, nhóm sử dụng phần mềm Pycharm để lập trình chương trình xử lý
ảnh dựa trên ngơn ngữ lập trình Python trên thư viện nguồn mở OpenCV có thể giao
tiếp được với PLC. Kết quả thu được là hệ thống phân loại sản phẩm dựa trên 3 yếu
tố : logo, barcode, số lượng và giao tiếp với PLC hoạt động đúng với yêu cầu đề ra.

Khoa ĐT CLC – ĐH SPKT TP.HCM

vii


SUMMARY
In this project, we use the conveyor to move the products, cameras are used to
classify objects based on code, logo and their number includes two main stages:
processing collected data by camera and compare, categorize. The product
classification process will be based on the collection of information about code,
logo, quantity, of objects through the Camera system. If the product has elements
that comply with code, logo, quantity, will be stored in the warehouse. Otherwise
the product is different from the regulation, it will be removed from the conveyor

and classified into appropriate lanes.
After identifying the code, the number, the logo of the object on the conveyor
belt by image processing technology have been experimented with high accuracy.
Electromagnetic valve and xilanh will receive a signal from the PLC acting on the
stick, pushing the product into the specified lane. However, the system sometimes
operates still unstable due to the influence of a number of factors such as natural
light causing shadows of the object, resulting in faulty image recognition.
Finally, we used Pycharm software to program image processing programs based
on the Python programming language on the OpenCV open source library that could
communicate with the PLC. The result is a product classification system based on 3
factors: logo, code, quantity and communication with the PLC to operate properly
according to the requirements.

Khoa ĐT CLC – ĐH SPKT TP.HCM

viii


MỤC LỤC
NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP.......................................................................................i
PHIẾU NHẬN XÉT CỦA GIẢNG VIÊN HƯỚNG DẪN..................................................ii
PHIẾU NHẬN XÉT CỦA GIẢNG VIÊN PHẢN BIỆN...................................................iii
LỊCH TRÌNH THỰC HIỆN ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP........................................................iv
LỜI CAM ĐOAN.....................................................................................................................v
LỜI CẢM ƠN..........................................................................................................................vi
TÓM TẮT...............................................................................................................................vii
SUMMARY...........................................................................................................................viii
MỤC LỤC................................................................................................................................ix
DANH MỤC BẢNG BIỂU..................................................................................................xiii
DANH MỤC HÌNH ẢNH....................................................................................................xiv

DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT..............................................................................................xvii
CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN...................................................................................................1
1.1 Đặt vấn đề........................................................................................................................1
1.2 Mục tiêu nghiên cứu......................................................................................................2
1.3 Nội dung nghiên cứu......................................................................................................2
1.4 Giới hạn đề tài.................................................................................................................3
CHƯƠNG 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT.......................................................................................4
2.1. Tổng quan về phân loại sản phẩm..............................................................................4
2.1.1 Các phương pháp phân loại sản phẩm...................................................................4
2.1.2 Phương pháp phân loại sản phẩm dùng xử lí ảnh..................................................4
2.2 Tổng quan về xử lí ảnh..................................................................................................5
2.2.1 Xử lý ảnh số...........................................................................................................6
2.2.2 Điểm ảnh................................................................................................................6
2.2.3 Độ phân giải ảnh.................................................................................................... 6
2.2.4 Mức xám................................................................................................................7
2.2.5 Biểu diễn ảnh......................................................................................................... 7
2.2.6 Phân tích ảnh..........................................................................................................7
2.2.7 Nhận dạng và phân loại ảnh...................................................................................8

Khoa ĐT CLC – ĐH SPKT TP.HCM

ix


2.2.8
2.3

Thư viện mã nguồn mở Open

Cảm biến phát hiện vật thê .................................................

2.3.1 Cảm biến siêu âm ............................................................................................
2.3.2

Cảm biến quang thu phát chu

2.3.3

Cảm biến tiệm cận ................

2.4

Các thuật toán xử lí ảnh ......................................................

2.4.1 Thuật toán Feature Matching ( Brute Force Matcher) nối điểm ảnh. .................
2.4.2

Thuật toán nhận diện vật thể

2.4.3

Thuật toán đọc mã barcode ..

2.5

Mạng truyền thông công nghiệp .........................................

2.5.1

Truyền thông Modbus...........

2.5.2

Truyền thông Profibus ..........

2.5.3

Giao tiếp giữa Camera với PL

2.5.4

Giao tiếp giữa Rasberry với P

2.6

Phương thức giao tiếp giữa PLC với máy tính...................

2.7

Trung tâm xử lí tín hiệu .......................................................

2.7.1

Giới thiệu về Raspberry ........

2.7.2

Giới thiệu về PLC S7-1200 ..

2.8

Cơ cấu chấp hành ................................................................

2.8.1

Xilanh ...................................

2.8.2

Động cơ step..........................

CHƯƠNG 3. TÍNH TỐN THIẾT KẾ........................................................................
3.1

Giới thiệu ..............................................................................

3.2

Phương pháp lựa chọn .........................................................

3.3

Đề xuất sơ đồ khối ................................................................

3.4

Yêu cầu thiết kế ....................................................................

3.4.2. Mạch động lực ................................................................................................
3.4.3. Sơ đồ kết nối khối nguồn ................................................................................

3.4.4. Sơ đồ kết nối van điện từ khí nén và xilanh .....................................................
3.4.5. Sơ đồ kết nối PLC và thiết bị ..........................................................................

Khoa ĐT CLC – ĐH SPKT TP.HCM

x


3.2

Yêu cầu điều khiên ...............................................................

3.3

Linh kiện phần cứng ............................................................

3.3.1

Camera ..................................

3.3.2

Băng tải .................................

3.3.3 PLC S7-1200...................................................................................................
3.3.4 Nguồn tổ ong 12V ...........................................................................................
3.3.5

CB đóng ngắt ........................

3.3.6

Relay .....................................

3.3.7

Xi lanh khí nén .....................

3.3.8

Van điện từ khí nén ...............

3.3.9

Cảm biến quang ....................

3.3.10 Module 4 led..................................................................................................
3.3.11 Nút nhấn ........................................................................................................
3.3.12 Đèn báo .........................................................................................................
3.4

Điều khiên và giám sát .........................................................

CHƯƠNG 4. THI CƠNG HỆ THỐNG........................................................................
4.1

Ngun lí hoạt động .............................................................

4.1

Thi cơng phần cơ khí............................................................

4.2

Thi cơng phần tủ điện ..........................................................

4.2

Lập trình điều khiên ............................................................

4.2.1

Thuật toán xử lý ảnh .............

4.2.2 Lưu đồ giải thuật chương trình PLC .................................................................
CHƯƠNG 5. KẾT QUẢ NHẬN XÉT ĐÁNH GIÁ ......................................................
5.1 Kết quả .................................................................................................................
5.1.1

Mơ hình ................................

5.1.2

Phần tủ điện ..........................

5.2

Giao diện webserver ............................................................

5.3

Thực nghiệm..........................................................................

5.3.1. Sai logo – sai số lượng ....................................................................................
5.3.2. Sai logo – đúng số lượng ................................................................................

Khoa ĐT CLC – ĐH SPKT TP.HCM

xi


5.3.3. Đúng logo – sai số lượng....................................................................................50
5.3.4. Đúng logo – đúng số lượng.................................................................................51
5.4 Lỗi xảy ra và hướng khắc phục..................................................................................52
5.4.1 Lỗi xảy ra.............................................................................................................52
5.4.2 Cách khắc phục....................................................................................................52
5.5 Nhận xét, đánh giá.......................................................................................................52
CHƯƠNG 6. KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN...................................................53
6.1 Kết luận.........................................................................................................................53
6.1.1 Ưu điểm............................................................................................................... 53
6.1.2 Nhược điểm..........................................................................................................53
6.2 Hướng phát triên..........................................................................................................53
TÀI LIỆU THAM KHẢO.....................................................................................................55
PHỤ LỤC................................................................................................................................57

Khoa ĐT CLC – ĐH SPKT TP.HCM

xii

DANH MỤC BẢNG BIỂU
Bảng 3.3 Thông số kỹ thuật băng tải....................................................................... 30
Bảng 3.4 Thông số kĩ thuật của PLC 1214C AC/DC/RL......................................... 31
Bảng 3.5 Thông số kĩ thuật của nguồn tổ ong 12V.................................................. 31
Bảng 3.6 Thông số kĩ thuật của CB đóng ngắt 2 cực............................................... 32
Bảng 3.7 Thơng số kĩ thuật của Relay Omrom MY2N-GS DC24, 8 chân...............32
Bảng 3.8 Thông số kĩ thuật của xi lanh SMC CDJ2D............................................. 33
Bảng 3.9 Thông số kĩ thuật của van điện từ khí nén Airtac 4V210-08....................33
Bảng 3.10 Thông số kĩ thuật của cảm biến quang E3F DS30C4 NPN.................... 34
Bảng 3.11 Thông số kĩ thuật của Module 4 led Samsung Rohs...............................34
Bảng 3.12 Thông số kĩ thuật của nút nhấn............................................................... 35
Bảng 3.13 Thông số kĩ thuật của đèn báo................................................................ 35
Bảng 5.1 Bảng tỉ lệ quá trình thực nghiệm trường hợp 1......................................... 48
Bảng 5.2 Bảng tỉ lệ quá trình thực nghiệm trường hợp 2......................................... 49
Bảng 5.3 Bảng tỉ lệ quá trình thực nghiệm trường hợp 3......................................... 50
Bảng 5.4 Bảng tỉ lệ quá trình thực nghiệm trường hợp 4......................................... 51

Khoa ĐT CLC – ĐH SPKT TP.HCM

xiii


DANH MỤC HÌNH ẢNH
Hình 1.1 Xử lí ảnh số................................................................................................1
Hình 2.1 Phân loại sản phẩm theo Barcode...............................................................4
Hình 2.2 Phân loại táo theo kích thước và màu sắc dùng xử lí ảnh...........................5
Hình 2.3 Cơng nghệ xử lí ảnh....................................................................................5
Hình 2.4 Mơ tả điểm ảnh...........................................................................................6
Hình 2.5 So sánh độ phân giải ảnh............................................................................7
Hình 2.6 Dải mức xám..............................................................................................7

Hình 2.7 Nhận dạng các vật thể trong ảnh.................................................................8
Hình 2.8 Logo OpenCV............................................................................................9
Hình 2.9 Cảm biến siêu âm..................................................................................... 10
Hình 2.10 Cảm biến quang thu phát chung.............................................................. 11
Hình 2.11 Cảm biến tiệm cận.................................................................................. 12
Hình 2.12 Kết quả match điểm ảnh sau khi dùng thuật tốn Feature Matching (Brute
Force Matcher)........................................................................................................ 13
Hình 2.13 Kết quả sau khi dùng thuật tốn Hough Circle Transform......................14
Hình 2.14 Đầu ra của chương trình.......................................................................... 15
Hình 2.15 Mạng truyền thơng cơng nghiệp............................................................. 15
Hình 2.16 Giao thức truyền thơng Modbus............................................................. 16
Hình 2.17 Giao thức truyền thơng Profibus............................................................. 17
Hình 2.18 Thư viện PyModbusTCP........................................................................ 18
Hình 2.19 Giao tiếp giữa Rasberry với PLC............................................................ 18
Hình 2.20 Cáp RS 232............................................................................................. 19
Hình 2.21 Cáp Ethernet........................................................................................... 19
Hình 2.22 Raspberry Pi 3........................................................................................ 20
Hình 2.23 PLC Seimens 1214C DC/DC/DC........................................................... 21
Hình 2.24 Xilanh điện............................................................................................. 22
Hình 2.25 Xilanh khí nén........................................................................................ 23
Hình 2.26 Xilanh thủy lực....................................................................................... 23
Hình 2.27 Step motor.............................................................................................. 24
Hình 3.1 Sơ đồ bố trí thiết bị phần cứng.................................................................. 26
Hình 3.2 Mạch động lực của hệ thống..................................................................... 27
Hình 3.3 Sơ đồ kết nối khối nguồn của hệ thống..................................................... 27
Hình 3.4 Sơ đồ kết nối van điện từ khí nén và xilanh.............................................. 28

Khoa ĐT CLC – ĐH SPKT TP.HCM

xiv

Hình 3.5 Sơ đồ kết nối PLC và thiết bị.................................................................... 28
Hình 3.6 Webcam 2.0.............................................................................................. 29
Hình 3.7 Băng tải..................................................................................................... 30
Hình 3.8 PLC 1214C............................................................................................... 30
Hình 3.9 Nguồn tổ ong 12V.................................................................................... 31
Hình 3.10 CB đóng ngắt 2 cực................................................................................ 31
Hình 3.11 Relay trung gian Omrom MY2N-GS DC24, 8 chân...............................32
Hình 3.12 Xi lanh khí nén SMC CDJ2D................................................................. 32
Hình 3.13 Van điện từ khí nén Airtac 4V210-08...................................................... 33
Hình 3.14 Cảm biến quang E3F DS30C4 NPN....................................................... 33
Hình 3.15 Module 4 led Samsung Rohs.................................................................. 34
Hình 3.16 Nút nhấn xanh, đỏ................................................................................... 34
Hình 3.17 Đèn báo xanh 24V.................................................................................. 35
Hình 3.18 Lập trình dữ liệu cho Webserver............................................................. 35
Hình 3.19 Lập trình kết nối Webserver.................................................................... 36
Hình 3.20 Giao diện hiển thị Webserver.................................................................. 36
Hình 4.1 Ngun lí hoạt động.................................................................................. 37
Hình 4.2 Kích thước giá đỡ camera......................................................................... 38
Hình 4.3 Khoảng cách từ mắt đọc camera đến sản phẩm........................................ 38
Hình 4.4 Hệ thống Van điện từ khí nén và xi lanh................................................... 39
Hình 4.5 Băng tải và lane phân loại......................................................................... 39
Hình 4.6 Kích thước sản phẩm và lane phân loại.................................................... 40
Hình 4.7 Thi cơng tủ điện đấu nối nguồn cho PLC.................................................. 40
Hình 4.8 Hình chụp bên ngồi tủ điện..................................................................... 41
Hình 4.9 Thuật tốn xử lý ảnh................................................................................. 41
Hình 4.10 Lưu đồ giải thuật chương trình PLC....................................................... 42
Hình 5.1 Ảnh chụp từ đằng trước mơ hình.............................................................. 45
Hình 5.2 Ảnh chụp từ phía sau mơ hình.................................................................. 45

Hình 5.3 Ảnh chụp từ bên trên mơ hình.................................................................. 46
Hình 5.4 Ảnh chụp phía bên trong tủ điện............................................................... 46
Hình 5.5 Giao diện Webserver khi hệ thống hoạt động........................................... 47
Hình 5.6 Ảnh từ camera thực nghiệm trường hợp 1................................................ 48
Hình 5.7 Kết quả thực nghiệm trường hợp 1........................................................... 48
Hình 5.8 Ảnh từ camera thực nghiệm trường hợp 2................................................ 49
Hình 5.9 Kết quả thực nghiệm trường hợp 2........................................................... 49

Khoa ĐT CLC – ĐH SPKT TP.HCM

xv


Hình 5.10 Ảnh từ camera thực nghiệm trường hợp 3.............................................. 50
Hình 5.11 Kết quả thực nghiệm trường hợp 3......................................................... 50
Hình 5.12 Ảnh từ camera thực nghiệm trường hợp 4.............................................. 51
Hình 5.13 Kết quả thực nghiệm trường hợp 4......................................................... 51
Hình 6.1 Dobot Magician........................................................................................ 54
Hình 6.2 Dobot M1.................................................................................................. 54

Khoa ĐT CLC – ĐH SPKT TP.HCM

xvi


DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT
OpenCV : Open Source Computer Vision
I/O: Input/Output
Profibus: Process Field Bus
Tia Portal: Totally Integrated Automation Portal

Khoa ĐT CLC – ĐH SPKT TP.HCM

xvii


CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN
1.1 Đặt vấn đề

Hình 1.1 Xử lí ảnh số
Ngày nay, với sự phát triển vượt bậc của khoa học máy tính, ngành cơng nghiệp
xử lý ảnh đã đạt được nhiều thành tựu và tiến bộ vượt bậc. Trong đó, nhận dạng và
phân loại hình ảnh đang là một trong những lĩnh vực được theo đuổi một cách tích
cực nhất, cho phép giảm giá thành sản phẩm và tối đa hóa đầu ra. Đây là ngành
khoa học cịn tương đối mới mẻ so với các ngành khoa học khác, là đối tượng
nghiên cứu chính trong lĩnh vực thị giác máy tính.
Nhờ các hệ thống xử lý ảnh, con người đã giảm được một khối lượng lớn công
việc lẫn tiết kiệm thời gian cũng như tăng sự chính xác trong việc đưa ra các quyết
định liên quan đến hình ảnh trên nhiều lĩnh như trong y học để phát hiện khối u, giải
phẫu, cải thiện ảnh X quang, nhận dạng đường biên mạch máu; trong cuộc sống
hàng ngày xử lý ảnh được dùng để cải thiện hình ảnh màn hình TV, laptop, điện
thoại; trong cơng nghiệp đóng gói xử lý ảnh có nhiệm vụ kiểm tra xem các sản
phẩm đã được dán nhãn hay chưa hay bao bì có đúng với sản phẩm được đóng gói
hay khơng; trong cơng nghiệp dược phẩm, áp dụng xử lý ảnh để kiểm tra số lượng
thuốc có trong vỉ thuốc hay trong lĩnh vực điện - điện tử xử lý ảnh được dùng để
phát hiện khuyết tật các mối hàn trên bo mạch. Ngồi ra, xử lý ảnh cịn được áp
dụng để nhận dạng khuôn mặt, vân tay, mống mắt, chữ viết trong bảo mật, nhận
dạng vật thể, phân loại chất lượng sản phẩm trong ngành Robotics.
Trong sản xuất công nghiệp cũng như nông nghiệp, việc kiểm tra ngoại quan đối
với sản phẩm là vô cùng cần thiết. Công việc này giúp cho sản phẩm trước khi tung

ra thị trường có chất lượng đồng đều, loại bỏ các sản phẩm không phù hợp trong

Khoa ĐT CLC – ĐH SPKT TP.HCM


quá trình sản xuất và phân loại chúng theo từng nhóm chất lượng khác nhau. Ví dụ:
phân loại gạch men thành loại 1, loại 2, loại 3; phân loại rau củ quả thành loại chín,
loại chín vừa, loại xanh, hay trong ngành thương mại dịch vụ phân loại các phương
tiện giao thơng khác nhau cho việc thu phí cầu đường, thu phí ở các bãi giữ xe
Tầm quan trọng của kiểm tra ngoại quan là không thể phủ nhận và hiện nay chủ
yếu do con người đảm nhiệm. Tuy nhiên, để đạt được năng suất cao và tránh các sai
sót chủ quan (do mệt mỏi, do phân loại tính chất tương đối,) việc tự động hóa khâu
kiểm tra ngoại quan thay thế cho con người thực hiện là công việc vô cùng cần thiết.
Xuất phát từ nhu cầu thực tiễn đó, nhóm thực hiện đã tiến hành nghiên cứu ứng
dụng công nghệ xử lý ảnh phân loại bằng nhiều yếu tố để phân loại sản phẩm thay
thế cho khâu kiểm tra ngoại quan do con người thực hiện. Quá trình phân loại sản
phẩm sẽ được thực hiện dựa trên việc thu thập thông tin về 3 yếu tố của sản phẩm
bao gồm: barcode, logo và số lượng sản phẩm thông qua hệ thống Camera. Nếu vật
thể có những yếu tố đúng theo quy định sẽ được đưa vào kho chứa sản phẩm, ngược
lại nếu vật thể có yếu tố khác quy định thì sẽ được loại bỏ khỏi băng chuyền đưa
vào những lane đã được định sẵn.
1.2 Mục tiêu nghiên cứu
Thiết kế, lập trình và vận hành được đề tài “Thiết kế thi công hệ thống phân loại
sản phẩm” dựa trên các thuật toán phát hiện biên vật thể, phát hiện đường thẳng
trong hình vng và nhận diện barcode, logo cũng như số lượng sản phẩm bằng việc
sử dụng thư viện nguồn mở OpenCV.
Sử dụng thành thạo PLC và những ứng chức năng mở rộng của nó để áp dụng
vào hệ thống. Đưa những dữ liệu đã được xử lí lên webserver để người vận hành có
thể dễ dàng quan sát cũng như trong việc khắc phục sự cố. Xác định được chính xác
số lượng sản phẩm, logo, đọc mã barcode đã được định sẵn. Từ đó có thể phân loại

chính xác sản phẩm sai logo, sai số lượng hoặc sản phẩm đúng vào các lane theo
quy định ban đầu,
Phân tích và xử lý được các tình huống có thể xảy ra trong q trình hệ thống
hoạt động. Mơ hình lắp ráp thực tế được điều khiển và theo dõi trực tiếp trên phần
mềm máy tính, từ đó đưa ra được những ứng dụng thực tế của xử lý ảnh trong khoa
học và đời sống.
1.3 Nội dung nghiên cứu
Phương pháp cơ bản nhất để thay thế cho việc kiểm tra ngoại quan bằng mắt
người đó là dùng mắt nhân tạo Camera. Camera có thể thay thế cho đơi mắt của con
người trong việc thu nhận hình ảnh xung quanh.
Tuy nhiên, mắt con người kết hợp bộ não với hàng tỉ nơron thần kinh có thể
phân biệt và xử lý các hình ảnh từ đơn giản đến phức tạp một cách nhanh chóng và

Khoa ĐT CLC – ĐH SPKT TP.HCM


chính xác, cịn đối với việc xây dựng một hệ thống dùng Camera cho việc xử lý
hình ảnh thì kết quả của việc thu nhận và xử lý phụ thuộc rất nhiều vào chương trình
và thuật tốn điều khiển. Với mỗi ứng dụng phân loại sản phẩm sẽ có một đặc thù
riêng như kích thước, hình dáng, màu sắc vật thể cần xử lý.
Để đề tài nghiên cứu mang tính khả thi cao và phù hợp với trình độ khả năng của
nhóm, nhóm đã lựa chọn đề tài “Thiết kế thi công hệ thống phân loại sản phẩm” bao
gồm các nội dung chính như sau:
Chương 1: Tổng quan đề tài: Trình bày tổng quan sơ bộ về các yêu cầu đề ra
ban đầu bao gồm đặt vấn đề, mục tiêu đề tài, nội dung nghiên cứu và giới hạn đề tài.
Chương 2: Cơ sở lý thuyết: Trình bày các phương pháp giải quyết có thể dùng
để thực hiện việc thiết kế và thi cơng hệ thống.
Chương 3: Tính tốn thiết kế: Xuất phát từ yêu cầu thiết kế và yêu cầu điều
khiển của đề tài, trình bày các tính tốn thiết kế và lựa chọn thiết bị phần cứng hệ
thống.

Chương 4: Thi công hệ thống: Tiến hành thi công, lắp ráp mơ hình đã thiết kế;
trình bày lưu đồ thuật tốn và lập trình điều khiển; vận hành hệ thống.
Chương 5: Kết quả, nhận xét và đánh giá: Trình bày kết quả của quá trình thực
hiện đề tài, nghiên cứu được những gì, minh chứng và giải thích.
Chương 6: Kết luận và hướng phát triển: Kết luận chung về ưu điểm, nhược
điểm, khó khăn gặp phải trong suốt q trình thực hiện đề tài; khẳng định những kết
quả đạt được, đề xuất ý kiến cải thiện khuyết điểm và định hướng phát triển trong
tương lai.
1.4 Giới hạn đề tài
Đề tài thực hiện đối với đối tượng đó là sản phẩm với kích cỡ, logo, và
barcode do nhóm sinh viên tự tạo ra
Nhận diện được logo, số lượng và đọc mã barcode của sản phẩm
Đề tài dừng lại ở việc nhận diện và phân loại sản phẩm dựa theo logo, số
lượng và đọc mã barcode. Tuy nhiên việc phân loại dựa trên mã barcode và
các kĩ thuật điều khiển khác nằm ngồi phạm vi của đề tài Hiển thị các thơng
số về sản phẩm trên webserver
Điều khiển mơ hình qua hai chế độ: Nút nhấn và Webserver

Khoa ĐT CLC – ĐH SPKT TP.HCM


CHƯƠNG 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT
2.1. Tổng quan về phân loại sản phẩm
Hiện nay với sự phát triển vượt bậc về khoa học kĩ thuật, đặc biệt là về khối
ngành tự động hóa. Việc phát triền những mà máy sản xuất với năng suất và tốc độ
cao là nhu cầu cần thiết. Để đáp ứng được nhu cầu này các hệ thống phân loại sản
phẩm tốc độ cao đã được ra đời và thay thế dần dần con người. Một số hệ thống
phân loại sản phẩm được áp dụng hiện nay là: Phân loại sản phẩm dựa vào màu sắc
phân loại sản phẩm dựa vào chiều cao, phân loại sản phẩm dựa vào máy quét mã
vạch, phân loại sản phẩm dùng xử lí ảnh,...

2.1.1 Các phương pháp phân loại sản phẩm
Với việc xử dụng cảm biến màu sắc , cảm biến quang . máy quét mã vạch
barcode vào hệ thống phân loại sản phẩm thì sẽ có những ưu điểm nổi trội như:Tốc
độ xử lí nhanh, lập trình đơn giản, vận hành dễ dàng,... Ngồi những ưu điểm trên
thì những phương pháp này tồn tại một số khuyết điểm : có thể tốn thêm nhân cơng
để quét mã vạch, tính đồng bộ không cao, chỉ nhận diện được đơn lẻ sản phẩm có
mã vạch, màu sắc hoặc chiều cao, chứ khơng nhận điện được đồng thời những ́u
tố trên

Hình 2.1 Phân loại sản phẩm theo Barcode
2.1.2 Phương pháp phân loại sản phẩm dùng xử lí ảnh
Việc phát triển vượt bậc của xử lí ảnh đã mở ra một bước tiến mới trong việc
phân loại sản phẩm. Sử dụng xử lí ảnh sẽ khắc phục được những khuyết điểm của
hệ thống phân loại sản phẩm trước đây, có tính đồng bộ cao, có thể lập trình thay
đổi sản phẩm phân loại. Tiết kiệm được chi phí đầu tư vì có thể tích hợp được cả
barcode, logo, màu sắc, số lượng, chiều cao,... vào trong một chương trình xử lí
Khoa ĐT CLC – ĐH SPKT TP.HCM