BỘ GIÁO DỤC & ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP. HỒ CHÍ MINH
KHOA ĐIỆN – ĐIỆN TỬ
BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH
---------------------------------

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
NGÀNH CÔNG NGHỆ KỸ THUẬT ĐIỆN TỬ TRUYỀN THÔNG

ĐỀ TÀI:

NGHIÊN CỨU, THIẾT KẾ VÀ THI CÔNG
MÔ HÌNH ĐẾM VÀ PHÂN LOẠI SẢN PHẨM
THEO CÂN NẶNG, MÀU SẮC
GVHD: Th.S NGUYỄN ĐÌNH PHÚ
SVTH:
1. PHẠM THỊ THANH THẢO 15141284
2. PHAN TRẦN HOÀI VŨ 15141333
Tp. Hồ Chí Minh – 06/2019


BỘ GIÁO DỤC & ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP. HỒ CHÍ MINH
KHOA ĐIỆN – ĐIỆN TỬ
BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH
---------------------------------

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
NGÀNH KỸ THUẬT ĐIỆN TỬ TRUYỀN THÔNG
ĐỀ TÀI:



Phan Trần Hoài Vũ

MSSV: 15141333

Chuyên ngành:

Điện tử công nghiệp

Mã ngành:

41

Hệ đào tạo:

Đại học chính quy

Mã hệ:

1

Khóa:

2015

Lớp:

15141DT2A

I. TÊN ĐỀ TÀI: NGHIÊN CỨU, THIẾT KẾ VÀ THI CÔNG MÔ HÌNH ĐẾM


CÁN BỘ HƯỚNG DẪN BM.

ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH

ii


TRƯỜNG ĐH SPKT TP. HỒ CHÍ MINH

CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT

KHOA ĐIỆN-ĐIỆN TỬ

NAM

BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y

ĐỘC LẬP - TỰ DO - HẠNH PHÚC

SINH

----o0o----

Tp. HCM, ngày tháng năm 2019
LỊCH TRÌNH THỰC HIỆN ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
Họ tên sinh viên 1: Phạm Thị Thanh Thảo
Lớp: 1514DT2A ............................................................ MSSV: 15141284
Họ tên sinh viên 2: Phan Trần Hoài Vũ
Lớp: 1514DT2A ............................................................ MSSV: 15141333

Tuần 4

Tiến hành lập trình nhận diện phân loại màu sắc.

(11-17/03/2019)
Tuần 5

Hoàn chỉnh phân loại màu sắc, lập trình phân loại

(18-24/03/2019)

cân nặng

Tuần 6, 7, 8

Tiến hành thiết kế phần cứng cho toàn bộ hệ

(25-14/04/2019)

thống.

iii


Tuần 9, 10, 11,

Chạy thử nghiệm hệ thống và hiệu chỉnh sao cho

12


Lời đầu tiên, nhóm đề tài xin gởi lời cảm ơn chân thành đến Thầy Nguyễn
Đình Phú - giảng viên khoa Điện-Điện tử, Trường ĐH Sư phạm Kỹ thuật Tp. HCM
đã theo sát hỗ trợ và hướng dẫn nhóm một cách chi tiết trong quá trình thực hiện đề
tài. Thầy luôn hỗ trợ hết mình, giải đáp thắc mắc, chỉ ra sai sót cũng như gợi ý những
phương án thực hiện sao cho khả thi và dễ tiếp cận nhất.
Nhóm cũng xin gửi lời cảm ơn đến quý thầy(cô) trong khoa Điện-Điện tử đã
tận tình giải đáp thắc mắc, nguyện vọng trong quá trình thực hiện đề tài của nhóm.
Sự hỗ trợ của quý thầy(cô) đóng góp một phần không nhỏ vào thành công ngày hôm
nay.
Nhóm đề tài cũng xin cảm ơn các bạn sinh viên trong khoa Điện-Điện tử đã
nhiệt tình giúp đỡ, hỗ trợ nhóm, đặc biệt là tập thể lớp 15141DT2A. Những đóng góp
của các bạn luôn được nhóm tiếp nhận và đánh giá cao.
Cuối cùng, nhóm xin cảm ơn chân thành và sâu sắc đến Cha, Mẹ - những người
luôn bên cạnh hỗ trợ hết mình về tài chính cũng như tinh thần trong suốt những năm
tháng qua.
Thành công của đề tài ngày hôm nay chính là một phần đóng góp to lớn của
mọi người. Một lần nữa, nhóm xin gởi lời cảm ơn chân thành nhất đến quý thầy cô,
bạn bè và quý phụ huynh đã hỗ trợ nhóm thực hiện đề tài hoàn chỉnh.
Xin chân thành cảm ơn!

Người thực hiện đề tài
Phạm Thị Thanh Thảo

Phan Trần Hoài Vũ

vi


MỤC LỤC
LỜI CẢM ƠN ........................................................................................................... vi


Phương pháp phân loại theo màu sắc ...................................................18

2.2.3.

Phương pháp phân loại theo cân nặng ..................................................18

2.3. GIỚI THIỆU PHẦN CỨNG ....................................................................... 19
2.3.1.

Raspberry Pi 3 model B [5] ..................................................................19

2.3.2.

USB Camera .........................................................................................22

2.3.3.

Cảm biến cân nặng ................................................................................23

2.3.4.

Xi-lanh khí nén (air cylinder)[7]...........................................................26

2.3.5.

Van điện từ (solenoid) ..........................................................................28

Chương 3: TÍNH TOÁN VÀ THIẾT KẾ .................................................................30
3.1. TỔ CHỨC CÁC KHỐI TRONG HỆ THỐNG ........................................... 30

Sơ nguyên lý toàn mạch........................................................................49

Chương 4: THI CÔNG HỆ THỐNG ........................................................................50
4.1. GIỚI THIỆU ................................................................................................ 50
4.2. THI CÔNG HỆ THỐNG ............................................................................. 50
4.2.1.

Thi công board mạch ............................................................................50

4.4.2.

Lắp ráp và kiểm tra ...............................................................................51

4.3

ĐÓNG GÓI VÀ THI CÔNG MÔ HÌNH .................................................... 54

4.4

LẬP TRÌNH HỆ THỐNG ........................................................................... 56

4.4.1

Lưu đồ giải thuật ...................................................................................56

4.4.2

Giao diện hệ thống ................................................................................63

4.5

5.3.2.

Đánh giá kết quả ...................................................................................86

Chương 6: KẾT LUẬN – HƯỚNG PHÁT TRIỂN ..................................................87
6.1. KẾT LUẬN ................................................................................................. 87
6.2. HƯỚNG PHÁT TRIỂN .............................................................................. 88
viii


TÀI LIỆU THAM KHẢO .........................................................................................89
PHỤ LỤC ..................................................................................................................90

ix


LIỆT KÊ HÌNH VẼ
Hình 2. 1. Giới thiệu về xử lý ảnh ...............................................................................5
Hình 2. 2 Quá trình xử lý ảnh .....................................................................................6
Hình 2. 3 Các lân cận ảnh ...........................................................................................9
Hình 2. 4 Các trường hợp biên ..................................................................................11
Hình 2. 5 Mô hình màu không gian màu RGB. ........................................................14
Hình 2. 6 Mô hình màu HSV ....................................................................................15
Hình 2. 7. Dải màu sắc (H) trong hệ màu HSV ........................................................16
Hình 2. 8 Sắc đỏ hoặc đỏ hồng chiếm trên 90% diện tích bề mặt quả (quả đỏ) .......17
Hình 2. 9 Sắc vàng hoặc cam chiếm 30÷90% diện tích bề mặt quả (quả cam) .......17
Hình 2. 10. Sắc lục chiếm hầu như toàn bộ bề mặt quả (quả xanh) .........................18
Hình 2. 11 Raspberry Pi 3 Model B ..........................................................................19
Hình 2. 12 Sơ đồ Raspberry Pi3 model B .................................................................20
Hình 2. 13. USB camera cho Raspberry Pi ...............................................................22

38
Hình 3. 12. Nguyên lý làm việc của PWM – Điều chế độ rộng xung.
39
Hình 3. 13. Mạch điều khiển tốc độ động cơ DC bằng phương pháp PWM dùng IC
555
40
Hình 3. 14. Sơ đồ nguyên lý mạch điều khiển tốc độ động cơ
41
Hình 3. 15. Hình ảnh thực tế Module PWM 12-40VDC/10A
42
Hình 3. 17 Sơ đồ kết nối module PWM và động cơ DC
43
x


Hình 3. 18 Sơ đồ bố trí các xi-lanh và cảm biến tiệm cận trên băng tải
Hình 3. 19. Nguồn 5V 2.5A cung cấp cho Raspberry Pi
Hình 3. 20 . Nguồn 5V 1.5 A cung cấp cho board mạch chính
Hình 3. 21. Nguồn 12V 5A cung cấp cho băng tải
Hình 3. 22. Nguồn 24V 5A cung cấp cho van điện từ
Hình 3. 23. Mạch điện sơ đồ nguyên lý toàn mạch

43
47
47
48
48
49

Hình 4. 1. Mạch PCB board mạch chính của hệ thống .............................................51

Hình 4. 30. Băng tải di chuyển cà chua loại 5 đến cuối băng chuyền ......................74
Hình 4. 31. Cà chua sau khi được hệ thống phân loại. .............................................75
xi


Hình 5. 1. Giao diện màn hình LCD sau khi mở chương trình chính. ......................77
Hình 5. 2. Số lượng cà chua được cập nhật sau khi hệ thống xử lý mỗi quả ............78
Hình 5. 3. Giao diện web tùy chỉnh các thông số về loại sản phẩm .........................78
Hình 5. 4. Dữ liệu được lưu dữ tại firebase ..............................................................79
Hình 5. 5. Hệ thống hoàn thiện của đề tài (đầu băng chuyền, ngõ vào của cà chua)79
Hình 5. 6. Hệ thống hoàn thiện của đề tài (phía trái so với đầu băng chuyền) .........80
Hình 5. 7. Bố trí và lắp đặt các module, board mạch trong hộp điện điều khiển......81
Hình 5. 8. Hình Hình ảnh chụp phía trên của buồng chụp ảnh khi cung cấp điện hoạt
động hệ thống ............................................................................................................82
Hình 5. 9. Hình Hệ thống hoàn thiện của đề tài(phía phải so với đầu băng chuyền)
...................................................................................................................................82
Hình 5. 10. Các van điện từ được bố trí ngay dưới băng chuyền. ............................83
Hình 5. 11. Kết quả thực nghiệm đối với nhóm cà chua (thực hiện ngày 25/5/2019).
...................................................................................................................................84

xii


LIỆT KÊ BẢNG BIỂU
Bảng 3. 1. Dòng tiêu thụ các ngoại vi Raspberry Pi .................................................46

Bảng 4. 1. Thông tin các thiết bị, linh kiện sử dụng cho mạch .................................50

xiii


Nông sản sau khi thu hoạch sẽ được phân loại thành loại 1, loại 2, ...với những
tiêu chuẩn khác nhau về trọng lượng, màu sắc, hình dáng, … Nhờ vậy, người nông
dân cũng như thương lái có thể dễ dàng định giá cho từng loại nông sản, tránh được
tình trạng ép giá, nông dân phải bán rẻ nông sản. Chẳng hạn, giá dưa chuột thường
bấp bênh, không ổn định, dao động từ 7.000 - 10.000 đồng/kg nhưng vào chính vụ
thu hoạch, giá dưa giảm chỉ còn 4.000 - 5.000 đồng/kg đôi lúc bị rớt xuống còn
khoảng 500-1.000 đồng/kg mà vẫn khó tiêu thụ. Trong khi đó, sản phẩm dưa chuột
của bà con Tiên Lãng, Hải Phòng đang được chế biến thành dưa chuột bao tử đóng
hộp xuất khẩu đi nhiều nước trên thế giới. Phân loại dưa chuột ở đây theo nhiều tiêu
chuẩn vì mỗi thị trường thường có một tiêu chuẩn nhất định, không đồng nhất. Nhưng
với phương pháp phân loại bằng tay truyền thống thì người nông dân cũng như các
cơ sở chế biến khó có thể đáp ứng chính xác các yêu cầu tiêu chuẩn được.
Với sự ra đời và phổ biến rộng rãi của băng tải công nghiệp, chúng ta gần như
có thể tối ưu hóa mọi lĩnh vực, trong đó có việc chế biến và phân loại nông sản. Thông
qua việc tự động hóa ở các khâu, sử dụng những công nghệ, sản phẩm của khoa học
kỹ thuật, băng tải công nghiệp có thể giảm thiểu sai sót, giảm bớt nhân công, cho thời
gian làm việc liên tục cũng như hiệu suất làm việc cao. Hiện nay trên thị trường trong
nước và ngoài nước đã có các sản phẩm băng chuyền phân loại nông sản có quy mô
lớn công nghiệp, dùng cảm biến hoặc cánh tay robot để xác định kích thước, màu sắc.
Tuy nhiên các hệ thống này tương đối lớn, vận hành phức tạp, điều chỉnh các thông
số sản phẩm phải thường phức tạp. Điều này không phù hợp với quy mô sản xuất nhỏ

BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP - Y SINH
1


CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN
như nông dân hoặc tiểu thương lái do tính chất sản xuất, tính chất thay đổi chất lượng
nông sản hàng năm cũng như sự thay đổi về tiêu chuẩn ở các thị trường.
Với mục đích có thể tạo ra một hệ thống phân loại sản phẩm theo dây chuyền,

• NỘI DUNG 3: Xử lý phân loại sản phẩm theo cân nặng.
• NỘI DUNG 4: Giải pháp thiết kế giao diện Web localhost tùy chỉnh các đặc
trưng về màu sắc và chỉ số về cân nặng của hệ thống.

BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP - Y SINH
2


CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN

• NỘI DUNG 5: Hoàn thiện hệ thống điều khiển và mô hình, tiến hành chạy
mẫu.
• NỘI DUNG 6: Đánh giá kết quả thực hiện.

1.4.

GIỚI HẠN
-

Thiết kế mô hình băng chuyền phân loại nông sản.

-

Sử dụng động cơ DC để làm hoạt động băng tải.

-

Sử dụng xi-lanh khí nén làm cơ cấu phân loại.

-

Nhóm đề tài đặt vấn đề dẫn nhập, lý do chọn đề tài, mục tiêu, nội dung nghiên
cứu, các giới hạn thông số và bố cục đồ án.
• Chương 2: Cơ Sở Lý Thuyết.

BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP - Y SINH
3


CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN
Nội dung chương bao gồm lý thuyết cơ bản về xử lý ảnh, phương pháp cơ bản
để nhận dạng và phân loại ảnh, cảm biến cân nặng, giới thiệu cơ bản về Raspberry
Pi, ngôn ngữ lập trình Python và thư viện hỗ trợ Open CV, xi-lanh khí nén.
• Chương 3: Thiết Kế và Tính Toán
Từ những cơ sở lý thuyết có được, nhóm đề tài sẽ trình bày về sơ đồ khối,
công thức tính toán và kết nối của hệ thống.
• Chương 4: Thi Công Hệ Thống
Sau khi thực hiện tính toán và thiết kế, nhóm đề tài sẽ tiến hành thi công hệ
thống và trình bày lại quá trình thi công tại chương này.
• Chương 5: Kết Qủa - Nhận Xét - Đánh Giá
Những kết quả đạt được cùng với những nhận xét, đánh giá về toàn bộ hệ thống
nhóm đề tài sẽ tóm tắt tại Chương 5.
• Chương 6: Kết Luận và Hướng Phát Triển
Cuối cùng, nhóm xin được trình bày những kết luận đã được rút ra trong suốt
quá trình thực hiện đề tài cùng với hướng phát triển, cải tiến của đề tài sao cho phù
hợp với thực tế hơn.

BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP - Y SINH
4



lý. Các thông số quan trọng ở bước này là độ phân giải, chất lượng màu, dung
lượng bộ nhớ và tốc độ thu nhận ảnh của các thiết bị.
• Quá trình tiền xử lý[1]: Ở bước này, ảnh sẽ được cải thiện về độ tương phản,
khử nhiễu, khử bóng, khử độ lệch… với mục đích làm cho chất lượng ảnh trở
lên tốt hơn nữa, chuẩn bị cho các bước xử lý phức tạp hơn về sau trong quá
trình xử lý ảnh. Quá trình này thường được thực hiện bởi các bộ lọc.
• Trích chọn đặc điểm[1] (hoặc trích chọn đặc trưng): Đặc trưng ảnh ở đây
chính là đặc trưng nội dung ảnh, hay nói cách khác là nội dung thực sự của các
bức ảnh. Nội dung ảnh được thể hiện bằng màu sắc, hình dạng, kết cấu, các
đặc trưng cục bộ… hay bất cứ thông tin nào có từ chính nội dung ảnh. Phạm
vi đề tài bao gồm nhận biết màu sắc từ bề mặt quả cà chua nên đặc trưng được
trích chọn là màu sắc.
• Hậu xử lý[1]: có nhiệm vụ xử lý các đặc điểm đã trích chọn, có thể lược bỏ
hoặc biến đổi các đặc điểm này để phù hợp với các kỹ thuật cụ thể sử dụng
trong hệ quyết định.

BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP - Y SINH
6


CHƯƠNG 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT
• Hệ quyết định và lưu trữ[1]: có nhiệm vụ đưa ra quyết định (phân loại) dựa
trên dữ liệu đã học lưu trong khối lưu trữ
• Đối chiếu, so sánh và kết luận[1]: đưa ra kết luận cuối cùng dựa vào những
cơ sở của hệ quyết định.

2.1.2. Những vấn đề xử lý ảnh[2]
a. Điểm ảnh (Picture Element)
Là đơn vị cơ bản nhất để tạo nên một bức ảnh kỹ thuật số. Địa chỉ của điểm
ảnh được xem như là một tọa độ (x, y) nào đó. Một bức ảnh kỹ thuật số, có thể được

thu nhỏ tùy ý mà không bị vỡ, không xuất hiện răng cưa như ảnh raster. Dữ liệu trong
ảnh vector nhỏ, do vậy thường tiết kiệm dung lượng lưu trữ hơn ảnh raster.
Tuy thế, màu sắc trong ảnh vector nhìn không thật, màu sắc ít tinh tế hơn ảnh
raster.
Thông thường người ta sử dụng ảnh vector trong thiết kế các logo, banner,
giao diện đồ họa… Loại ảnh này gần như không xuất hiện khi đề cập đến xử lý ảnh /
thị giác máy tính.
c. Phân loại ảnh [1]
Mức xám của điểm ảnh là cường độ sáng, gán bằng một giá trị tại điểm đó.
Các mức ảnh xám thông thường: 16, 32, 64, 128, 256. Mức được sử dụng thông dụng
nhất là 265, tức là dùng 1byte để biểu diễn mức xám. Trong đó:
• Ảnh nhị phân: Là ảnh có 2 mức trắng và đen, chỉ có 2 giá trị 0 và 1 và chỉ sử
dụng 1bit dữ liệu trên 1 điểm ảnh.
• Ảnh đen trắng: Là ảnh có hai màu đen, trắng (không chứa màu khác) với
mức xám ở các điểm ảnh có thể khác nhau.
• Ảnh màu: Là ảnh kết hợp của 3 màu cơ bản lại với nhau để tạo ra một thế
giới màu sinh động. Người ta thường dùng 3byte để mô tả mức màu, tức là có khoảng
16, 7 triệu mức màu.
d. Quan hệ giữa các điểm ảnh
Lân cận ảnh là tập hợp những điểm ảnh có xung quanh điểm ảnh đang xét.
Có 2 loại lân cận ảnh: lân cận 4 và lân cận 8.

BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP - Y SINH
8


CHƯƠNG 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT

Hình 2. 3 Các lân cận ảnh
4 điểm ảnh lân cận 4 theo cột và hàng với tọa độ lần lượt là (x+1, y), (x-1, y),