BỘ CÔNG THƯƠNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI KHOA CƠ KHÍ ĐỒ ÁN MÔN HỌC CƠ ĐIỆN TỬ ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU, THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐẾM SỐ LƯỢNG VÀ PHÂN LOẠI SẢN PHẨM THEO MÀU SẮC Giảng viên hướng dẫn Th S Ngu.
BỘ CÔNG THƯƠNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI KHOA CƠ KHÍ - - ĐỒ ÁN MƠN HỌC CƠ ĐIỆN TỬ ĐỀ TÀI: NGHIÊN CỨU, THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐẾM SỐ LƯỢNG VÀ PHÂN LOẠI SẢN PHẨM THEO MÀU SẮC Giảng viên hướng dẫn : Th.S Nguyễn Đức Minh Nhóm sinh viên thực hiện: Nguyễn Minh Trường 2019606048 Nguyễn Quốc Trường 2016606401 Lớp : ME6052.1 Khoa : Cơ khí Hà Nội - 2022 PHIẾU HỌC TẬP NHĨM 14 I Thơng tin chung Tên lớp: ME6052.1 Khóa: 14 Tên nhóm : Nhóm 14 Họ tên thành viên: Nguyễn Quốc Trường MSV: 2019606401 Lớp: CĐT – K14 Nguyễn Minh Trường MSV: 2019606048 Lớp: CĐT – K14 II Nội dung học tập Tên chủ đề: Nghiên cứu, thiết kế hệ thống đếm phân loại sản phẩm theo màu sắc Hoạt động sinh viên - Nội dung 1: Tổng quan hệ thống (L4.2) - Nội dung 2: Cơ sở lý thuyết hệ thống (L4.2) - Nội dung 3: Tính tốn, thiết kế mơ hình hệ thống (L4.1, L4.3) - Nội dung 4: Viết báo cáo Sản phẩm nghiên cứu: Báo cáo thu hoạch mơ hình sản phẩm (nếu có) III Nhiệm vụ học tập Hồn thành đồ án theo thời gian quy định (từ ngày 13/03/2022 đến ngày 20/06/2022) Báo cáo nội dung nghiên cứu theo chủ đề giao trước hội đồng đánh giá IV Học liệu thực tiểu luận, tập lớn, đồ án/dự án Tài liệu học tập: [1] Tài liệu hướng dẫn đồ án môn học Cơ Điện tử, Bộ môn Cơ điện tử [2] Nguyễn Văn Khang, Nguyễn Phong Điền, Cơ điện tử, NXB KH&KT Phương tiện, nguyên liệu thực tiểu luận, tập lớn, đồ án/dự án (nếu có): Máy tính, linh kiện dụng cụ điện tử theo nhu cầu sử dụng KHOA CƠ KHÍ GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN TS Nguyễn Anh Tú ThS Nguyễn Đức Minh LỜI CẢM ƠN Để thực hồn thành đề tài này, nhóm xin gởi lời chân thành cảm ơn thầy Khoa Cơ Khí tạo điều kiện tốt cho em hoàn thành đề tài Những kiến thức bổ ích mà Thầy Cơ dạy, áp dụng vào đề tài Đồ Án nhiều, từ kiến thức nhỏ nhặt học lớn Một lần nhóm xin gửi lời cám ơn đến tất Thầy Cơ, khơng có Thầy Cơ thỉ nhóm khó hồn thành đề tài Ngoài cố gắng thân, nhóm em khơng thể khơng nhắc đến cơng lao vạch hướng cho đề tài hướng dẫn yêu cầu đề tài mà thầy Th.S Nguyễn Đức Minh truyền đạt cho nhóm em kiến thức bổ ích ứng dụng thực tế Thầy Th.S Nguyễn Đức Minh ân cần bảo tận tình Giải thích rõ ràng chỗ mà nhóm em chưa hiểu Mặc dù nhóm em cố gắng hoàn thành tốt đề tài cách hoàn chỉnh nhất, khơng thể tránh sai sót định công tác nghiên cứu, tiếp cận thực tế, hạn chế kiến thức lẫn thời gian thực Rất mong nhận góp ý quý thầy cô bạn để đề tài hoàn chỉnh hon Xin chân thành cảm ơn! Nhóm thực đề tài Nguyễn Minh Trường Nguyễn Quốc Trường LỜI CAM ĐOAN Đề tài “ Nghiên cứu, thiết kế hệ thống đếm phân loại sản phẩm theo màu sắc” nhóm tơi tự nghiên cứu thực dựa vào việc tham khảo tài liệu trước khơng chép từ tài liệu hay cơng trình nghiên cứu có Nếu có vi phạm nhóm tơi xin chịu trách nhiệm với viết bảng báo cáo Nhóm thực đề tài Nguyễn Minh Trường Nguyễn Quốc Trường NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN TÓM TẮT Ngày khoa học kỹ thuật phát triển không ngừng ngành công nghệ kỹ thuật điện, điện tử, điện tử, tự động hóa Vì ứng dụng nhiều công nghiệp Trong lĩnh vực kinh tế, đời sống xã hội điều khiển tự động ngày phát triển rộng rãi Các ngành điện tử, tự động hóa trở thành ngành mũi nhọn cơng nghiệp, trình độ tự động hố quốc gia đánh giá kinh tế quốc gia Chính lẽ mà việc phát triển ngành việc cần thiết Xuất phát từ nhu cầu tự động nhà máy với mong muốn giảm sức lao động người từ tăng suất sản xuất thực đề tài “Nghiên cứu, thiết kế hệ thống đếm phân loại sản phẩm theo màu sắc” Đề tài mơ hình phân loại sản phẩm theo màu sắc (đỏ, xanh, vàng) Dựa ngơn ngữ Python với thư viện OpenCV thực Laptop Kit Arduino Mega Ở sử dụng đặc điểm riêng biệt màu sắc để nhận dạng sau phân loại sản phẩm Kết thực đề tài nhận dạng sản phẩm có màu sắc (đỏ, xanh, vàng) với việc đếm sản phẩm theo màu sắc sản phẩm DANH MỤC HÌNH Hình 1.1: Hệ thống phân loại cà chua tự động 10 YHình 1: Sơ đồ khối hệ thống 13 Hình 2: Cảm biến hồng ngoại E18- D80NK .14 Hình 3: Camera ESP32-CAM .16 Hình 4: Sơ đồ chân camera ESP32-CAM 17 Hình 5: Động DC sevor MG996R 17 Hình 6: Mạch hạ áp XL4015 .18 Hình 7: Mạch Điều Khiển Động Cơ DC BTS7960 .19 Hình 8: Nguồn 24V-5A .19 Hình 9: Màn LCD tích hợp I2C 20 Hình 10: Băng tải PVC mini .21 Hình 11: Động DC 21 Hình 12: Cấu tạo động DC 22 Hình 13: Ngun lí hoạt động động điện chiều 22 Hình 14: Các công tắc nút nhấn 23 Hình 15:Đèn báo 23 Hình 16: Tủ điện 24 Hình 17: Arduino mega 2560 25 Hình 18: Mơ hình màu RGB .31 Hình 19: Không gian màu HSV 32 Hình 20: Khơng gian màu CMYK 32 YHình 1: Thuật ảnh 33 tốn xử lý Hình 2: Hình chụp từ camera .33 Hình 3: Chuyển sang không gian màu HSV .34 Hình 4: Ảnh nhị phân 34 Hình 5: Lọc vật màu đỏ 35 Hình 6: Khoanh vùng đối tượng dán nhãn .35 Hình 7: Động mã JM37-550 Handson Technology 40 Hình 8: Thiết kế mơ hình Solidworks 41 Hình 9: Bộ điều khiển động băng tải 42 Hình 10: Cảm biến đếm số lượng servo phân loại phơi theo màu sắc 42 Hình 11: Nút dừng khẩn cấp .43 Hình 12: Cấp nguồn Arduino 43 Hình 13: LCD .43 Hình 14: Reset 44 Hình 15: Lưu đồ thuật toán điều khiển 44 Hình 16: Chương trình điều khiển 45 Hình 17: Mơ chương trình phần mềm Proteus .46 MỤC LỤC LỜI CẢM ƠN LỜI CAM ĐOAN NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN TÓM TẮT .4 DANH MỤC HÌNH ẢNH .5 MỤC LỤC .7 CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG 10 1.1 Giới thiệu chung: 10 1.2 Các yêu cầu bản: 10 1.3 Phương pháp nghiên cứu, phạm vi giới hạn nghiên cứu 11 1.4 Ý nghĩa thực tế: 11 CHƯƠNG 2: XÂY DỰNG MƠ HÌNH HỆ THỐNG 13 2.1 Thiết kế sơ đồ khối hệ thống: 13 2.2 Phân tích, lựa chọn cảm biến thiết bị 14 2.2.1 Cảm biến hồng ngoại E18- D80NK: .14 2.2.2 ESP32-CAM: 15 2.2.3 Động DC sevor MG996R: 17 2.2.4 Mạch hạ áp XL4015: .17 2.2.5 Mạch điều khiển động DC BTS7960: .18 2.2.6 Nguồn 24V-5A: 19 2.2.6 Màn LCD tích hợp I2C: 19 2.2.7 Băng tải 20 2.2.8 Động DC 21 Hình 4: Ảnh nhị phân red_mask = cv2.inRange(hsv, red_lower, red_upper) yellow_mask = cv2.inRange(hsv, yellow_lower, yellow_upper) blue_mask = cv2.inRange(hsv, blue_lower, blue_upper) Lọc màu cài đặt Hình 5: Lọc vật màu đỏ red_mask = cv2.dilate(red_mask, kernal) res_red = cv2.bitwise_and(frame, frame, mask=red_mask) yellow_mask = cv2.dilate(yellow_mask, kernal) res_yellow = cv2.bitwise_and(frame, frame, mask=yellow_mask) blue_mask = cv2.dilate(blue_mask, kernal) res_blue = cv2.bitwise_and(frame, frame, mask=blue_mask) Xác định đối tượng dán nhãn 35 Hình 6: Khoanh vùng đối tượng dán nhãn contours, hierarchy = cv2.findContours(red_mask, cv2.RETR_TREE, cv2.CHAIN_APPROX_SIMPLE) for pic, contour in enumerate(contours): area = cv2.contourArea(contour) if (area > 3000): x, y, w, h = cv2.boundingRect(contour) frame = cv2.rectangle(frame, (x, y), (x + w, y + h), (0, 0, 255), 2) cv2.putText(frame, "Mau Do", (x, y), cv2.FONT_HERSHEY_SIMPLEX, 1.0, (0, 0, 255)) print('Mau Do') Arduino_serial.write('1'.encode()) contours, hierarchy = cv2.findContours(yellow_mask, cv2.RETR_TREE, cv2.CHAIN_APPROX_SIMPLE) for pic, contour in enumerate(contours): area = cv2.contourArea(contour) if (area > 3000): x, y, w, h = cv2.boundingRect(contour) frame = cv2.rectangle(frame, (x, y), (x + w, y + h), (0, 255, 217), 2) 36 cv2.putText(frame, "Mau Vang", (x, y), cv2.FONT_HERSHEY_SIMPLEX, 1.0, (0, 255, 217)) print('Mau Vang') Arduino_serial.write('2'.encode()) contours, hierarchy = cv2.findContours(blue_mask, cv2.RETR_TREE, cv2.CHAIN_APPROX_SIMPLE) for pic, contour in enumerate(contours): area = cv2.contourArea(contour) if (area > 3000): x, y, w, h = cv2.boundingRect(contour) frame = cv2.rectangle(frame, (x, y), (x + w, y + h), (255, 0, 0), 2) cv2.putText(frame, "Mau xanh", (x, y), cv2.FONT_HERSHEY_SIMPLEX, 1.0, (255, 0, 0)) print('Mau xanh') Arduino_serial.write('3'.encode()) Arduino_serial.write('0'.encode()) Đồng thời, ta phân loại thông qua tín hiệu xuất đối tượng cần phân loại gửi tín hiệu phân loại Arduino Trong đó: – màu đỏ – màu vàng – màu xanh 3.2 Tính tốn thiết kế hệ thống 3.2.1 Băng tải Băng tải có nhiệm vụ dẫn sản phẩm đến dừng vị trí định sẵn đưa sản phẩm khay phân loại cuối băng tải - Chọn tốc độ v = 0,1 (m/s) 37 - Đường kính rulo D = 40 (mm), đường kính trục 10( mm) - Khối lượng băng tải: 2,5 (kg) (bao gồm khối lượng rulo , băng tải phôi) - Khối lượng phôi: 0,5 (kg) Tính tốn cơng suất động cơ: : Cơng suất định mức động : Công suất đẳng trị động P cần thiết P: Công suất làm việc trục cơng tác Ta có: (3.1) F> Với: = + + (3.2) Trong đó: - k = 1: hệ số ma sát lăn - = 1: hệ số ma sát trượt - : lực ma sát - : lực ma sát trượt - : lực ma sát lăn - g = 9,8 (m/s2 ): gia tốc trọng trường Thay vào công thức (3.2) ta được: = 30 N Mặt khác: = (3.3) (3.4) Trong đó: - F = = 30 (N) - V = 0.1(m/s) 38 Thay vào (3.4) ta = (W) Ta có: P= (3.5) Với N: Hiệu suất hệ truyền động.= Trong đó: N= (3.6) Tra bảng 2.3 Trị số hiệu suất loại truyền “Tính tốn thiết kế Hệ dẫn động khí” Trịnh Chất - Lê Văn Uyển, ta có: = 0.75: Hiệu suất băng tải = 0.995: Hiệu suất ổ lăn = 0.999: Hiệu suất khớp nối Thay vào công thức (3.6) ta được: N = 0.73 (3.7) Với N = 0.73 = (W) thay vào công thức (3.5) ta được: P = 4,2 (W) Xác định số vịng quay rulơ trục thứ cấp hộp giảm tốc: Do động rulo băng tải kết nối với khớp nối cứng nên ta có: (3.8) Trong đó: - : số vòng quay động Với v = 0,1 (m/s) D = 0.04 (m) thay vào công thức (3.8) ta được: Xác đinh momen: (3.9) Trong đó: : Momen động Thay F = 30(N) D =0,04 (m) công thức (3.9) ta được: 39 Chọn động cơ: Nhóm chủ động tính tốn chọn động có sẵn hộp giảm tốc bán thị trường Chọn động mã JM37-550 S550 Handson Technology Hình 7: Động mã JM37-550 Handson Technology Băng tải: Chọn băng tải có chất liệu vải, chiều dày (mm), rộng 60 (mm), chiều dài tiến hành cắt nối tiến hành chế tạo thực 3.2.2 Thiết kế khí Solidworks 40 41 Hình 8: Thiết kế mơ hình Solidworks 3.3 Tính tốn thiết kế hệ thống điện – điện tử 3.3.1 Bộ điều khiển động băng tải: Thiết kế mô kết nối mạch điều khiển động động DC giảm tốc băng tải với vi điều khiển Arduino phần mềm fritzing, điều khiển động thông qua công tắc hai vị trí hiển thị đèn báo Hình 9: Bộ điều khiển động băng tải 3.3.2 Cảm biến đếm số lượng servo phân loại phôi theo màu sắc: Thiết kế mô kết nối động DC servo sử dụng nguồn 6V hạ áp từ nguồn 24V cảm biến hồng ngoại phát vật với Arduino 42 Hình 10: Cảm biến đếm số lượng servo phân loại phôi theo màu sắc 3.3.3 Nút dừng khẩn cấp: Để ngắt đột ngột hoạt động hệ thống xảy lỗi, cố Hình 11: Nút dừng khẩn cấp 3.3.4 Cấp nguồn Arduino: Sử dụng nguồn 8V hạ áp từ nguồn 24V cấp từ nguồn 24v – 5a 43 Hình 12: Cấp nguồn Arduino 3.3.5 LCD: Hiện thị số lượng sản phẩm đếm theo màu sắc cảm biến hồng ngoại Hình 13: LCD 3.3.6 Reset: Đặt lại đếm số lượng ban đầu hệ thống Hình 14: Reset 44 3.4 Xây dựng chương trình điều khiển Lưu đồ thuật tốn điều khiển Hình 15: Lưu đồ thuật tốn điều khiển Chương trình điều khiển xây dựng phần mềm Arduino IDE 45 Hình 16: Chương trình điều khiển Thực mơ chương trình phần mềm Proteus 46 Hình 17: Mơ chương trình phần mềm Proteus 47 CHƯƠNG 4: KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN 4.1 Kết Luận: 4.1.1 Kết đạt Lập trình điều khiển phần mềm Arduino IDE Lập trình xử lý ảnh phần mềm Pycharm sử dụng ngôn ngữ python Mô phần mềm Proteus Thiết kế mơ hình phần mềm Solidwork 2018 Nhận dạng màu sắc qua camera hoạt động tốt 4.1.2 Hạn chế Mặc dù cố gắng thực tốt đề tài, nhóm cịn gặp số hạn chế sau: Quá trình nhận dạng dừng lại nhận diện màu sắc Do nhận dạng camera nên nhiều cịn bị phụ thuộc ánh sáng môi trường Xử dụng camera không chuyên dụng nên hình ảnh cịn nhiễu 4.2 Hướng phát triển: Từ kết đạt hạn chế, em có số đề xuất cho hướng phát triển mơ hình sau này: Phát triển hệ thống thêm nhận diện hình dạng đối tượng Sử dụng thêm chức quét mã QR CODE Hệ thống kiểm tra mạch điện tử 48 TÀI LIỆU THAM KHẢO Tác giả: Lê Văn Uyển, Trịnh Chất Tính tốn thiết kế hệ dẫn động khí ( Tập 1,2) Nhà xuất giáo dục Giáo trình mơn học xử lý ảnh Đại học Thái Nguyên Khoa Công Nghệ Thông tin TS Hồ Văn Sung, Xử lý ảnh số - Lý thuyết thực hành với Matlab (2009), Nhà xuất Khoa học Kỹ thuật PGS TS Nguyễn Quang Hoan, Giáo trình Xử lý ảnh (Năm 2006), Học viện Cơng nghệ Bưu Viễn thơng 49 ... “Nghiên cứu, thiết kế hệ thống phân loại sản phẩm theo màu sắc? ?? sử dụng công nghệ xử lý ảnh giúp việc phân loại xác 1.2 Các yêu cầu bản: Hệ thống đếm phân loại sản phẩm theo màu sắc có kiểu dáng nhỏ... biệt màu sắc để nhận dạng sau phân loại sản phẩm Kết thực đề tài nhận dạng sản phẩm có màu sắc (đỏ, xanh, vàng) với việc đếm sản phẩm theo màu sắc sản phẩm DANH MỤC HÌNH Hình 1.1: Hệ thống phân loại. .. phẩm theo màu sắc? ?? Thiết kế mơ hình phân loại sản phẩm (sử dụng sản phẩm phôi) theo màu (đỏ, xanh, vàng) Ở phần tìm hiểu chi tiết phương pháp nhận dạng màu sắc sản phẩm phân loại sản phẩm theo màu