Thiết kế và chế tạo máy phân loại cà chua

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ TP HỒ CHÍ MINH Đ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO MÁY PHÂN LOẠI CÀ CHUA NGÀNH: KỸ THUẬT CƠ - ĐIỆN TỬ GIẢNG VIÊN HƯỚNG DẪN: PGS.TS Nguyễn Thanh Phương Sinh viên thực hiện: MSSV: Lớp: Phan Triệu Sơn Lâm 1811030212 18DCTA2 Doãn Trọng Thuận 1811032756 18DCTA2 Bùi Quốc Huy 1811030240 18DCTA2 Tp Hồ Chí Minh, ngày 28 tháng năm 2022 MỤC LỤC Phiếu đăng ký tên đề tài ĐATN Phiếu giao nhiệm vụ LỜI CAM ĐOAN .i LỜI CẢM ƠN ii MỤC LỤC iii DANH SÁCH CÁC HÌNH .xi DANH SÁCH CÁC BẢNG xiv LỜI MỞ ĐẦU Chương 1: TỔNG QUAN 1.1 Đặt vấn đề 1.2 Mục tiêu đề tài 1.3 Nội dung nghiên cứu 1.4 Phạm vi giới hạn 1.5 Bố cục Chương 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT 2.1 Đặc tính cà chua 2.1.1 Quả cà chua [15] 2.1.2 Dinh dưỡng cà chua [15] 2.1.3 Giá trị dinh dưỡng dược tính chứa cà chua [16] vi 2.2 Nhu cầu phân loại cà chua Việt Nam [17] 2.3 Tổng quan hệ thống máy phân loại cà chua [17] 2.4 Xử lý ảnh, vấn đề xử lý ảnh [1] 2.4.1 Xử lý ảnh gì? 2.4.2 Các vấn đề xứ lý ảnh 10 2.4.2.1 Một số khái niệm 10 2.4.2.2 Khử nhiễu 11 2.4.2.3 Chỉnh mức xám 11 2.4.2.4 Phân tích ảnh 12 2.4.2.5 Nhận dạng 12 2.4.2.6 Nén ảnh 14 2.5 Giới thiệu ngôn ngữ lập trình Python thư viện OpenCV 15 2.5.1 Ngơn ngữ lập trình python [2] 15 2.5.2 Thư viện OpenCV [3] 15 2.5.2.1 OpenCV gì? 15 2.5.2.2 Các ứng dụng OpenCV 16 2.5.2.3 Chức OpenCV 16 2.6 Phương pháp phát biên nhận dạng màu sắc 17 2.6.1 Phương pháp phát biên vật thể [10] 17 2.6.1.1 Giới thiệu 17 2.6.1.2 Phương pháp phát biện biên Canny [4] 18 vii 2.6.2 Phương pháp nhận dạng màu sắc 20 2.6.2.1 Giới thiệu không gian màu [5] 20 2.6.2.2 Không gian màu HSV phương pháp phân loại vật theo màu sắc 24 2.7 Giới thiệu phần cứng 26 2.7.1 Raspberry Pi Model B+ [6] 26 2.7.1.1 Giới thiệu 26 2.7.1.2 Cấu hình phần cứng 27 2.7.1.3 Sơ đồ chân 28 2.7.2 Camera Raspberry Pi V1 5MP [12] 30 2.7.3 Băng tải mini động DC giảm tốc 31 2.7.3.1 Băng tải mini 31 2.7.3.2 Động DCM33123000 120K 12V 25rpm 32 2.7.4 Cảm biến vật cản hồng ngoại E18 - D80NK [13] 34 2.7.5 Động RC Servo MG996R 36 2.7.5.1 Giới thiệu động RC Servo [7] 36 2.7.5.2 Động RC Servo MG996R [14] 39 Chương 3: TÍNH TỐN VÀ THIẾT KẾ 42 3.1 Khối xử lý trung tâm 43 3.1.1 Chọn vi xử lý 43 3.1.2 Cài hệ điều hành cho Raspberry Pi: 45 3.2 Khối camera 49 viii 3.3 Khối cảm biến 52 3.4 Khối động 52 3.5 Khối nguồn 54 3.6 Webserver Firebase 56 3.7 Khối hiển thị 58 Chương 4: THI CƠNG VÀ LẬP TRÌNH HỆ THỐNG 59 4.1 Thi công hệ thống 59 4.2 Lập trình hệ thống 67 4.2.1 Phương pháp phân loại cà chua 67 4.2.2 Lưu đồ giải thuật toàn hệ thống 70 4.2.3 Lập trình phân loại cà chua theo màu sắc kích thước 72 4.2.4 Phân loại cà chua 76 4.2.5 Giao diện web để tùy chỉnh thông số cà chua 78 4.2.6 Giao diện người dùng 80 4.2.7 Lưu trữ realtime database Firebase 81 4.3 Viết tài liệu hướng dẫn sử dụng 82 Chương 5: KẾT QUẢ, NHẬN XÉT, ĐÁNH GIÁ 89 5.1 Kết đạt 90 5.2 Nhận xét kết 93 5.3 Đánh giá hệ thống 94 Chương 6: KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN 95 ix 6.1 Kết luận 95 6.2 Hướng phát triển 96 TÀI LIỆU THAM KHẢO 97 PHỤ LỤC 99 Code chương trình xử lý ảnh: 99 Code HTML giao diện web: 116 Code CSS cho giao diện: 120 x DANH SÁCH CÁC HÌNH HÌNH TRANG Hình 2.1: Q trình xử lý ảnh Hình 2.2: Các bước hệ thống xử lý ảnh 10 Hình 2.3: Non - maximum Suppression 19 Hình 2.4: Lọc ngưỡng 20 Hình 2.5: Không gian màu RGB 20 Hình 2.6: Khơng gian màu CMYK 21 Hình 2.7: Khơng gian màu HSV 22 Hình 2.8: Khơng gian màu CIE LAB 23 Hình 2.9: Dải màu H - S 24 Hình 2.10: Máy tính nhúng Raspberry Pi 3B+ 27 Hình 2.11: Sơ đồ chân Raspberry Pi 3B+ 29 Hình 2.12: Module camera Pi 30 Hình 2.13: Băng tải mini 32 Hình 2.14: Nguyên lý hoạt động động 33 Hình 2.15: Cảm biến vật cản hồng ngoại E18 - D80NK 35 Hình 2.16: Sơ đồ dây cảm biến E18 - D80NK 36 Hình 2.17: Bên RC Servo 37 Hình 2.18: Biểu đồ xung PWM cho RC Servo 38 xi Hình 2.19: RC Servo MG996R 39 Hình 3.1: Sơ đồ khối tồn hệ thống 42 Hình 3.2: Sơ đồ kết nối Raspberry Pi 44 Hình 3.3: Hệ điều hành Raspbian 46 Hình 3.4: Hệ điều hành Unbuntu Mate 47 Hình 3.5: Module camera Pi kết nối với Raspberry Pi 50 Hình 3.6: Led buồng camera 51 Hình 3.7: Cơ cấu đẩy 52 Hình 3.8: Cơ cấu đẩy 53 Hình 3.9: Nguồn tổ ong 12V - 5A 54 Hình 3.10: Adapter 5V - 3A cho Kit 55 Hình 3.11: Adapter 5V - 3A 56 Hình 3.12: LCD HDMI 5.5" 58 Hình 4.1: Buồng chụp camera 60 Hình 4.2: Board mạch đặt buồng camera 61 Hình 4.3: Led buồng camera 62 Hình 4.4: Cảm biến lắp giá đỡ 62 Hình 4.5: Máng trượt cà chua 63 Hình 4.6: Nối dây vào kit cấp nguồn cho Servo, cảm biến 65 Hình 4.7: Mơ hình hồn chỉnh nhìn theo chiều ngang 66 Hình 4.8: Mơ hình hồn chỉnh nhìn theo chiều dọc 66 xii Hình 4.9: Quả cà chua xanh 68 Hình 4.10: Quả cà chua vàng 68 Hình 4.11: Quả cà chua đỏ 69 Hình 4.12: Lưu đồ giải thuật tồn hệ thống 70 Hình 4.13: Lưu đồ chụp ảnh 72 Hình 4.14: Lưu đồ giải thuật tính kích thước phân loại màu sắc dùng xử lý ảnh 73 Hình 4.15: Lưu đồ phân loại cà chua 77 Hình 4.16: Giao diện Web 78 Hình 4.17: Giao diện giao tiếp với người dung 80 Hình 4.18: Realtime Database Firebase 81 Hình 4.19: Đèn báo hiệu Raspberry hoạt động 82 Hình 4.20: Đèn led buồng camera sáng, băng tải hoạt động 83 Hình 4.21: Giao diện nhập thơng số phân loại 84 Hình 4.22: Thông số loại cà chua cập nhật lưu trữ Firebase 85 Hình 4.23: Cà chua băng tải di chuyển 86 Hình 4.24: Cần gạt Servo đưa trước cà chua đến 87 Hình 4.25: Cà chua đến vị trí cảm biến đẩy 87 Hình 5.1: Giao diện người dùng chạy chương trình 91 Hình 5.2: Kết phân loại thử nghiệm cà chua 92 xiii DANH SÁCH CÁC BẢNG BẢNG TRANG Bảng 2.1: Thông sô màu H hệ HSV 25 Bảng 3.1: Dòng điện tiêu thụ Kit ngoại vi 55 Bảng 4.1: Vị trí chân Kit điều khiển RC Servo cảm biến 64 Bảng 4.2: Bảng tham khảo nhập kích thước cà chua 79 Bảng 5.1: Bảng thông số chạy thử nghiệm 90 xiv pwm.start(6) print('Waiting for tomato to reach position ') while not sensor_state: time.sleep(0.3) sensor_state=not GPIO.input(sensor_number) pwm.ChangeDutyCycle(11) time.sleep(2) pwm.stop() print('clasify finish') temp=0 while True: tk.update() state=not GPIO.input(17) if (state==1) and (temp==0): time.sleep(1.95) image_ori=chupanh() contour,S=edge_processing(image_ori) S=S/1000 110 if S Tomato 116 // Your web app's Firebase configuration // For Firebase JS SDK v7.20.0 and later, measurementId is optional var firebaseConfig = { apiKey: "AIzaSyBmTGDSDHFnUeCZR-fkXo5eyc3sSgo_AWI", authDomain: "tomatoproject-34613.firebaseapp.com", databaseURL: "https://tomatoproject-34613-default-rtdb.firebaseio.com", projectId: "tomatoproject-34613", storageBucket: "tomatoproject-34613.appspot.com", messagingSenderId: "314684044499", appId: "1:314684044499:web:cc7c03ff550be45d345026" }; // Initialize Firebase firebase.initializeApp(firebaseConfig); firebase.analytics(); function writeData() { var x = document.getElementById("Loai").value; firebase.database().ref(x).set({ min: document.getElementById("min").value, 117 max: document.getElementById("max").value, RED: document.getElementById("red").checked, ORANGE: document.getElementById("orange").checked, GREEN: document.getElementById("green").checked, }); } Phân Loại Cà Chua Loại 1 Loại 2 Loại 3 118 RED ORANGE GREEN Kích thước tối thiểu: Kích thước tối đa: Submit

119 Code CSS cho giao diện: /* { margin: 0px; padding:0px; box-sizing:border-box; font-size: 100px; } */ html{ font-family:"Arial",sans-serif; } img{ position:absolute; width:100%; height:100%; 120 background:url('https://images.pexels.com/photos/162830/tomatoes-tomato-harvesthealthy-food-162830.jpeg?auto=compress&cs=tinysrgb&dpr=2&h=650&w=940'); background-size: cover; filter:blur(2px); z-index: -1; } wrap{ position:relative; width:400px; height:450px; border:1px solid red; margin :10px auto; } form{ position:absolute; 121 width:100%; height:90%; padding-top:20px; padding-left:50px; } title{ display:block; width:250px; height:20px; font-size:25px; color: white; margin-bottom:15px; margin-top: 15px; } Type{ width:200px; height:auto; margin-bottom:10px; 122 font-size:20px; } Name{ display:block; font-size:35px; width:autopx; height:20px; color: white; margin:0 50px 0; } btn{ margin: 30px 30px 30px 230px; font-size: 20px; } typename{ font-size:25px; color: white; 123 } minmax{ font-size:20px; color: black; } 124 ... máy phân loại cà chua [17] Sau thu hoạch, trước đưa nông sản thị trường, cần phải trải qua nhiều khâu phân loại để loại bỏ sản phẩm chưa đạt yêu cầu Riêng với hệ thống phân loại cà chua, cà chua. .. cho hệ thống phân loại phân loại dựa màu sắc kích thước Và nhiều hệ thống thực phân loại cà chua mà chưa thực giám sát, quản lý việc phân loại Vì cần xây dựng việc giám sát trình phân loại cho hệ... lý thuyết Giới thiệu đặc tính cà chua, nhu cầu phân loại cà chua Việt Nam tổng quan hệ thống máy phân loại cà chua Tìm hiểu khái niệm xử lý ảnh, phương pháp phân loại theo màu sắc kích thước,