ỨNG DỤNG xử lý ẢNH đọc mã BARCODE CHO sản PHẨM tốc độ CAO

BỘ CÔNG THƯƠNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP THỰC PHẨM TPHCM KHOA CƠNG NGHỆ ĐIỆN – ĐIỆN TỬ KHỐ LUẬN TỐT NGHIỆP NGÀNH CÔNG NGHỆ KỸ THUẬT ĐIỀU KHIỂN VÀ TỰ ĐỘNG HÓA ỨNG DỤNG XỬ LÝ ẢNH ĐỌC MÃ BARCODE CHO SẢN PHẨM TỐC ĐỘ CAO GVHD: ThS TÊN SINH VIÊN: MSSV: LỚP: 0… THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH, THÁNG 11 NĂM 2021 BỘ CÔNG THƯƠNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP THỰC PHẨM TPHCM KHOA CÔNG NGHỆ ĐIỆN – ĐIỆN TỬ KHỐ LUẬN TỐT NGHIỆP NGÀNH CƠNG NGHỆ KỸ THUẬT ĐIỀU KHIỂN VÀ TỰ ĐỘNG HÓA ỨNG DỤNG XỬ LÝ ẢNH ĐỌC MÃ BARCODE CHO SẢN PHẨM TỐC ĐỘ CAO GVHD: ThS TÊN SINH VIÊN: MSSV: LỚP: THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH, THÁNG 11 NĂM 2021 TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP THỰC PHẨM TP HỒ CHÍ MINH KHOA CN ĐIỆN – ĐIỆN TỬ CỘNG HOÀ XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc lập – Tự – Hạnh phúc PHIẾU GIAO NHIỆM VỤ (Phiếu phải đóng vào trang báo cáo) Họ tên sinh viên giao đề tài (Số lượng sinh viên: 1) (1) Tên đề tài: Ứng dụng xử lý ảnh đọc mã barcode cho sản phẩm tốc độ cao Nhiệm vụ đề tài: - Xây dựng giao diện điều khiển hệ thống - Xây dựng mơ hình thực tế đọc barcode tốc độ cao (dự kiến 5-10 sản phẩm/s) - Xây dựng thuật toán xử lý ảnh đọc barcode - Viết chương trình điều khiển cho mạch điều khiển - Xây dựng mơ hình thực nghiệm - Xây dựng phương pháp kiểm tra đánh giá kết đạt Ngày giao nhiệm vụ khóa luận tốt nghiệp: 10/08/2021 Ngày hoàn thành nộp khoa: 15/11/2021 TP Hồ Chí Minh, ngày 15 tháng 11 năm 2021 P Trưởng khoa P Trưởng môn - - Giảng viên hướng dẫn TRƯỜNG ĐẠI HỌC CƠNG NGHIỆP CỘNG HỒ XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM THỰC PHẨM TP HỒ CHÍ MINH Độc lập – Tự – Hạnh phúc KHOA CN ĐIỆN – ĐIỆN TỬ BẢN NHẬN XÉT CỦA GIẢNG VIÊN HƯỚNG DẪN KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP Họ tên sinh viên giao đề tài (số lượng…01…): (1 Ngành: Cơng nghệ kỹ thuật điều khiển tự động hóa Tên đề tài: Ứng dụng xử lý ảnh đọc mã barcode cho sản phẩm tốc độ cao Tổng quát KLTN: Số trang: 56 Số chương: 05 Số bảng số liệu: Số hình vẽ: 32 Số tài liệu tham khảo: 07 Phần mềm tính tốn: 01 Mơ hình kèm theo: 01 mơ hình đọc mã Barcode cho sản phẩm tốc độ cao Nhận xét: a) Về tinh thần, thái độ làm việc sinh viên: - Sinh viên có nhiều cố gắng q trình thực đề tài - Sinh viên có thái độ nghiêm túc q trình thực đề tài b) Những kết đạt KLTN: - Sinh viên xây dựng mơ hình thực nghiệm theo u cầu đề c) Những hạn chế KLTN: - Chưa xây dựng phương pháp kiểm tra đánh giá rõ ràng Đề nghị: Được bảo vệ Không bảo vệ  TP HCM, ngày 15 tháng 11 năm 2021 Giảng viên hướng dẫn (Ký ghi rõ họ tên) NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN PHẢN BIỆN - - Người nhận xét (Kí tên ghi rõ họ tên) - - LỜI CAM ĐOAN Tơi xin cam đoan cơng trình nghiên cứu riêng hướng dẫn thầy ThS Lê Minh Thanh Các nội dung nghiên cứu, kết đề tài trung thực chưa cơng bố hình thức trước Những số liệu bảng biểu phục vụ cho việc phân tích, nhận xét, đánh giá tác giả thu thập từ nguồn khác có ghi rõ phần tài liệu tham khảo Ngồi ra, Khóa luận tốt nghiệp cịn sử dụng số nhận xét, đánh số liệu tác giả khác, quan tổ chức khác có trích dẫn thích nguồn gốc Nếu phát có gian lận tơi xin hồn tồn chịu trách nhiệm nội dung Khóa luận tốt nghiệp Trường Đại học Cơng nghiệp Thực phẩm TPHCM không liên quan đến vi phạm tác quyền, quyền tơi gây q trình thực (nếu có) TP Hồ Chí Minh, ngày 12 tháng 10 năm 2021 Sinh viên - - LỜI CẢM ƠN Em xin chân thành cảm ơn tất Thầy Cô khoa Công nghệ Điện - Điện Tử tận tình dạy dỗ, giúp đỡ em thời suốt q trình học tập trường Đại học Cơng nghiệp thực phẩm TP.HCM Xin cảm ơn thầy cô trực tiếp dạy bảo em thầy cô gián tiếp giúp đỡ em trình tìm kiếm tài liệu cho việc thực đồ án tốt nghiệp Đặc biệt em xin trân trọng cảm ơn Thầy ThS Lê Minh Thanh – Người tận tình hướng dẫn, cung cấp tài liệu truyền đạt nhiều ý kiến thiết thực suốt trình thực đồ án Những kinh nghiệm quý báu mà Thầy truyền đạt hành trang vững giúp em tự tin nghề nghiệp sau Xin cảm ơn gia đình bạn bè ủng hộ, động viên, giúp đỡ em vượt qua khó khăn suốt thời gian vừa qua để em hồn thành nhiệm vụ học tập đồ án tốt nghiệp cách tốt Mặc dù có nhiều cố gắng với kiến thức hạn hẹp thời gian tiếp xúc với thực tế chưa nhiều, báo cáo đồ án em tránh khỏi nhiều thiếu sót Em mong có ý kiến đóng góp chân thành Thầy Cơ kiến thức báo cáo hoàn thành TP Hồ Chí Minh, ngày 12 tháng 10 năm 2021 Sinh viên - - TÓM TẮT Cùng với phát triển xã hội tiến khoa học kỹ thuật, sản phẩm từ thực phẩm, đồ dùng, sách vở, … có mã barcode riêng chúng Từ đây, người ta truy xuất tồn thơng tin sản phẩm nguồn gốc xuất xứ, thông số kỹ thuật, vật liệu, … đảm bảo sản phẩm hãng Đặc biệt mã barcode sản phẩm ngày phát huy ưu điểm tích cực chúng mà đại dịch covid 19 diễn ra, khiến hoạt động xã hội diễn từ xa, nhu cầu chuyển giao hàng hóa người thư từ, bưu phầm, hàng hóa online Có thể nói thời điểm bùng nổ mua sắm trực tuyến sàn thương mại điện tử, với người dùng đơn giản cần đưa điện thoại kiểm tra mã barcode sản phẩm hồn tồn có nguồn thơng tin đầy đủ, xác, đáng tin cậy sản phẩm Câu hỏi đặt nơi bưu điện, công ty giao hàng, sàn giao dịch thương mại điện tử, nhà sản xuất số lượng lớn, họ làm để quản lý số lượng hàng hóa khổng lồ cách nhanh chóng xác nhất? Ở Việt Nam, sàn giao dịch thương mại điện tử Shoppee, Tiki, … dịch vụ giao hàng nhanh, giao hàng tiết kiệm, bưu điện VNPost, ngày phát triển Với số lượng hàng cần phân loại lớn đa phần họ sử dụng nguồn nhân công túy làm công việc phân loại dễ gây nhàm chán Có thể thấy với phương pháp thủ cơng dễ gây sai sót, nhầm lẫn, tốn nhiều nhân công, suất thấp, nhiều thời gian Hiện tượng tương tự xảy nhà máy sản xuất sản phẩm công suất lớn họ tốn khoản chí phí, nhân công không nhỏ cho khâu kiểm tra mã sản phẩm mà hiệu đem lại chưa cao Từ thực tế nhu cầu trên, sinh viên ngành Tự động hóa với kiến thức trang bị, em định chọn đề tài “Ứng dụng xử lý ảnh cho đọc mã barcode tốc độ cao” So với mơ hình tồn mơ hình em có ưu điểm hệ thống đĩa quay gọn nhẹ, thuận tiện tốc độ kiểm tra nhanh Mặt khác em sử dụng mã vạch, loại mã sử dụng phổ biến sản phẩm - - MỤC LỤC LỜI CẢM ƠN vi TÓM TẮT… .vii MỤC LỤC… .viii DANH SÁCH BẢNG ix DANH SÁCH HÌNH xi CHƯƠNG TỔNG QUAN VỀ ĐỀ TÀI .1 1.1 Lý chọn đề tài 1.2 Mục đích 1.3 Đối tượng nghiên cứu .2 1.4 Phương pháp nghiên cứu CHƯƠNG CƠ SỞ LÝ THUYẾT 2.1 Nhu cầu ứng dụng đọc mã barcode 2.1.1 Kiểm tra, xác định nguồn gốc sản phẩm 2.1.2 Phân loại sản phẩm 2.2 Các phương pháp đọc mã barcode 2.2.1 Quét mã qua điện thoại di động 2.2.2 Sử dụng máy quét mã vạch .9 2.2.3 Ứng dụng xử lý ảnh 10 2.3 Lựa chọn thiết bị 13 2.3.1 Kiểm tra, xác định nguồn gốc sản phẩm 13 2.3.2 Kiểm tra, xác định nguồn gốc sản phẩm 15 2.3.3 Cảm biến khoảng cách omron E3F-DS30B4 16 2.3.4 Encoder Roptary LPD-3806-600BM-G5-24C 17 2.3.5 Nhơm định hình 18 2.3.6 Arduino R3 .20 2.3.7 Bộ nguồn cấp 24V 24 2.4 Đối tượng kiểm tra .25 2.5 Mã vạch barcode 25 - - 2.6 Phần mềm, thư viện sử dụng 34 2.6.1 Thư viện Zxing .34 2.6.2 OpenCV 35 2.6.3 Ngôn ngữ lập trình C# 37 2.6.4 Phần mềm lenSensor .39 2.6.5 Arduino IDE 40 CHƯƠNG THIẾT KẾ VÀ THI CÔNG MẠCH 42 3.1 Yêu cầu đề tài 42 3.2 Tính tốn, lựa chọn khoảng cách chụp ảnh cho hệ thống .42 3.3 Lập trình Arduino 43 3.3.1 Kết nối mạch điều khiển 43 3.3.2 Chức khối 44 3.3.3 Lập trình upload chương trình cho Arduino 46 3.4 Lưu đồ thuật toán 47 3.4.1 Lưu đồ thuật toán điều khiển thu ảnh 47 3.4.2 Lưu đồ thuật toán xử lý ảnh 48 CHƯƠNG KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN .50 4.1 Đối tượng nghiên cứu 50 4.2 Xây dựng chương trình cho hệ thống đọc barcode .51 4.2.1 Các bước xây dựng hệ thống C# .51 4.2.2 Giao diện hoạt động hệ thống 54 4.3 Kết kiểm tra 55 CHƯƠNG KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN .56 5.1 Kết luận 56 5.2 Hướng phát triển đề tài 56 TÀI LIỆU THAM KHẢO 58 DANH SÁCH BẢNG - - - Khối nút nhấn: thực khởi động, dừng reset lại chương trình hệ thống Hình 3.6 Khối nút nhấn 3.3.3 Lập trình upload chương trình cho Arduino Hình 3.2 Upload chương trình cho Arduino  Mở phần mềm Arduino, khung soạn thảo tiến hành soạn thảo chương trình  Chọn Ctrl + U để upload chương trình vào Arduino - - 3.4 Lưu đồ thuật toán 3.4.1 Lưu đồ thuật tốn điều khiển thu ảnh Hình 3.3 Lưu đồ thuật toán điều khiển thu ảnh chế hardtrigger - - Trong đồ án nghiên cứu này, việc thực thu ảnh thực dựa chế hardtrigger Bước 1: Khởi tạo biến đếm sản phẩm, xung Bước 2: Đo tốc độ vòng quay dựa vào encoder lưu vào biến đếm xung sản phẩm countPulse Bước 3: Kiểm tra biến đếm xung Bước 4: Nếu bước gửi tín hiệu trigger camera, sai quay lại bước Bước 5: Kết thúc chương trình 3.4.2 Lưu đồ thuật tốn xử lý ảnh Trong đó: Igray: Biến chứa ảnh đầu vào dạng gray ProductID: Biến chứa mã sản phẩm Sau thu ảnh, ta tiến hành xử lý ảnh thu xử lý ảnh thực đọc mã barcode sản phẩm Bước 1: Khởi tạo biến chứa ảnh đầu vào dạng Gray Bước 2: Đối chiếu, kiểm tra biến ảnh đầu vào dạng Gray chưa Bước 3: Nếu bước đúng, thực tìm kiếm đường biên vùng sản phẩm, sai quay lại bước khởi tạo ban đầu Bước 4: Thực cắt vùng ROI ảnh dựa vào đường biên tìm kiếm Bước 5: Đọc barcode vùng ROI lưu vào biến chứa mã sản phẩm ProductID Bước 6: Kiểm tra biến chứa mã sản phẩm ProductID Bước 7: Nếu bước đúng, thực hiển thị mã barcode sản phẩm, sai đưa cảnh báo lỗi sản phẩm không chứa mã Bước 8: Kết thúc chương trình xử lý ảnh, đọc mã - - Hình 3.4 Lưu đồ thuật toán xử lý ảnh - - CHƯƠNG KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 4.1 Đối tượng nghiên cứu Hình 4.1 Mơ hình sản phẩm Mơ hình khí hệ thống đọc mã barcode sản phẩm tốc độ cao bao gồm: - Mâm xoay với encoder điều khiển tốc độ mâm quay - Cảm biến phát có sản phẩm qua - Camera tiến hành chụp cảm biến gửi tín hiệu phát sản phẩm qua - Bộ nguồn cấp điện cho hệ thống - Mạch điều khiển hệ thống - Khung nhôm gá hệ thống - Hộp ghim chứa mã barcode - - 4.2 Xây dựng chương trình cho hệ thống đọc barcode 4.2.1 Các bước xây dựng hệ thống C# Các bước thiết kế giao diện C# thực sau: Bước 1: Vào Visual Studio tạo Project Hình 4.2 Tạo project Bước 2: Chọn Winform (application) để tạo ứng dụng cho chương trình - - Hình 4.3 Chọn Windows Form App(.NET Framework) Bước 3: Đặt tên cho ứng dụng vị trí lưu Hình 4.4 Khởi tạo thông tin app Bước 4: Vào giao diện thiết kế visual studio - - Hình Giao diện với 1-ToolBox, 2-Giao diện chính, 3-Thơng tin quản lý giao diện Bước 5: Bắt đầu nạp code cho ứng dụng Hình 4.6 Giao diện viết code cho ứng dụng - - 4.2.2 Giao diện hoạt động hệ thống Giao diện hệ thống đọc mã barcode tốc độ cao thiết kế dựa tiêu chí đơn giản, dễ sử dụng mà đáp ứng đầy đủ thông tin cần cung cấp, hiển thị Giao diện hiển thị chương trình đọc mã barcode gồm bốn phần chính: - Phần trung tâm: vùng hiển thị ảnh thu từ camera hiển thị kết đọc mã barcode - Phần thông tin cá nhân: tên sinh viên, mã sinh viên, giảng viên hướng dẫn - Phần thông tin sản phẩm: Mã barcode đọc tốc độ đọc mã sản phẩm - Phần cài đặt: + Cài đặt thông số cho camera kích thước ảnh, chiều dài, chiều rộng, độ sáng, độ nhiễu ảnh, thực kết nối ngắt kết nối với camera + Cài đặt phần điều khiển arduino: lựa chọn cổng Port, khoảng cách cảm biển kết nối + Runtime Information: Hiển thị thông tin phần kết chạy, kết nối hệ thống Hình 4.7 Giao diện hệ thống Thao tác hoạt động: Bước 1: Mở camera tiến hành cài đặt thông số cho camera Bước 2: Đặt chiều dài, chiều rộng vùng chụp, độ sáng, … - - Bước 3: Kết nối camera Bước 4: Cài đặt phần điều khiển Bước 5: Chọn cổng kết nối, khoảng cách cảm biến Bước 6: Kết nối phần điều khiển Bước 7: Đưa mã cần kiểm tra vào vùng camera Bước 8: Chọn TestImage Bước 9: Quan sát kết mã code tốc độ đọc mã 4.3 Kết kiểm tra Hình Giao diện kiểm tra mã barcode Kết kiểm tra 100 lần với mẫu barcode khác Bảng 4.1 Kết kiểm tra mã barcode 100 lần Số lần kiểm Phát tra 100 88 Phát Không phát sai - - Độ xác 88% Kết kiểm tra đọc mã barcode với tốc độ đọc Bảng 4.2 Bảng kiểm tra mã barcode với vị trí khác cho tốc độ đọc khác STT Barcode ID Tốc độ đọc (ms) 6930114532309 210 6930114532309 224 6930114532309 234 6930114532309 209 4977564000417 211 4977564000417 222 - - 4977564000417 194 6930114532309 215 6930114532309 124 10 6930114532309 123 - - CHƯƠNG KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN 5.1 Kết luận Thiết kế hệ thống kiểm đọc mã barcode đề tài thú vị mang tính thực tiễn cao Với nhu cầu phát triển xã hội sản xuất, đặt biệt sản phẩm thơng minh ngày có tiêu chuẩn cao chất lượng việc cần có hệ thống đọc mã xác, tốc độ tự động hóa vơ cần thiết Hệ thống đọc mã barcode kết hợp camera xử lý hình ảnh giúp trình kiểm tra diễn xác, nhanh chóng hơn, đồng thời góp phần giảm thiểu nhân lực tăng suất, hiệu công việc cho nhà sản xuất Kết đạt được: - Thiết kế hoàn thiện hệ thống đọc barcode đảm bảo yêu cầu đề - Có thêm nhiều hiểu biết loại barcode phương pháp đọc mã barocde có thị trường, phương pháp lựa chọn thiết bị tính tốn, cài đặt hệ thống để thu hình ảnh với chất lượng tốt - Tạo sản phẩm có tính thiết thực ứng dụng cao - Hệ thống nhận diện tương đối xác mã barcode có sản phẩm - Giao diện hệ thống đọc mã barcode trực quan, dễ sử dụng - Có thêm nhiều kiến thức xử lý ảnh, OpenCV - Rèn luyện kỹ tìm kiếm thơng tin, phân tích, tự nghiên cứu - Có thêm kỹ trình bày, biểu đạt báo cáo nghiên cứu khoa học Ưu điểm: - Hệ thống đọc barcode đạt tốc độ cao khoảng 150ms/sản phẩm - Hệ thống có giao diện đơn giản, dễ sử dụng Nhược điểm: - Do điều kiện không cho phép nên sản phẩm dừng lại mơ hình thực nghiệm - Mơ hình có tính thẩm mĩ chưa cao 5.2 Hướng phát triển đề tài Với điều kiện kinh tế eo hẹp, kiến thức nhiều hạn chế thời gian thực đề tài gấp rút nên mơ hình đọc mã barcode tốc độ cao em cịn nhiều thiếu sót, đặc biệt tính thẩm mĩ khả tối ưu Trong tương lai, em mong muốn tiếp - - tục cải thiện mơ hình ngày hồn thiện để ứng dụng vào thực tế Đặc biệt q trình cải thiện hệ thống ngồi việc nâng cao độ xác, em cịn mong muốn hệ thống xử lý nhiều lỗi khó trước giải đa dạng loại mã sử dụng loại lỗi xảy mã sản phẩm mờ, trầy xước Tăng tốc độ xử lý từ sản phẩm/1s lên 20 sản phẩm/1s Từ giải toán đọc mã sản phẩm cách đa dạng linh hoạt Trong trình thực đồ án em gặp khơng khó khăn việc cài đặt thiết bị, lên ý tưởng thực hiện…nhưng với nhiệt tình giúp đỡ sinh viên thầy ThS Lê Minh Thanh, em hồn thành đồ án tốt nghiệp Em xin gửi lời cảm ơn chân thành đến thầy thầy cô ban hội đồng hướng dẫn tạo điều kiện cho em hoàn thiện đồ án tốt nghiệp cách tốt - - TÀI LIỆU THAM KHẢO Sách, giáo trình tham khảo: [1] Trần Hồn, Trích “Luận văn thạc sĩ”, Trường Đại học Bách khoa TPHCM, 2017 [2] PGS TS Đỗ Năng Tồn, TS Phạm Việt Bình, Giáo trình mơn học Xử lý ảnh, Trường Đại học Thái Nguyên, 2007 [3] Nguyễn Thị Hoàng Lan, Xử lý ảnh, Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội, 2014 Trang web tham khảo: [1] http://hano.cf/ (trang hướng dẫn cài đặt opencv + visual + tài liệu) [2] https://funvision.blogspot.com/ (Trang hướng dẫn xử lý ảnh) [3] https://docs.opencv.org/2.4/index.html [4] https://abnerrjo.github.io/ - - ... Ứng dụng xử lý ảnh đọc mã barcode cho sản phẩm tốc độ cao Nhiệm vụ đề tài: - Xây dựng giao diện điều khiển hệ thống - Xây dựng mơ hình thực tế đọc barcode tốc độ cao (dự kiến 5-10 sản phẩm/ s)... thống ứng dụng công nghệ xử lý ảnh đọc mã barcode kết hợp đĩa xoay tạo nên sản phẩm chất lượng cao tốc độ xử lý hiệu Sản phẩm phù hợp với lĩnh vực hoạt động sản xuất có sử dụng mã barcode Đề... - Cảm biến phát vật cần đọc mã - Đĩa xoay sản phẩm tốc độ cao - Ứng dụng xử lý ảnh đọc mã barcode - Giao diện đọc mã 1.3 Đối tượng nghiên cứu - Đối tượng nghiên cứu: Mã barcode có hộp ghim giấy