Ứng dụng xử lý ảnh phân loại sản phẩm theo mã vạch

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 & TỰ ĐỘNG HÓA ỨNG DỤNG XỬ LÝ ẢNH PHÂN LOẠI SẢN PHẨM THEO MÃ VẠCH GVHD: THS LÊ THỊ HỒNG LAM SVTH: ĐOÀN TRUNG HÀ NGUYỄN THÀNH NGUYÊN SKL009215 Tp.Hồ Chí Minh, tháng 8/2022 BỘ GIÁO DỤC & ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP HỒ CHÍ MINH KHOA ĐIỆN – ĐIỆN TỬ BỘ MÔN TỰ ĐỘNG ĐIỀU KHIỂN  ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ỨNG DỤNG XỬ LÝ ẢNH PHÂN LOẠI SẢN PHẨM THEO MÃ VẠCH SVTH: ĐỒN TRUNG HÀ NGUYỄN THÀNH NGUN Khóa: 2018 Ngành: CNKT ĐIỀU KHIỂN & TỰ ĐỘNG HÓA GVHD: ThS LÊ THỊ HỒNG LAM Tp Hồ Chí Minh, tháng 08 năm 2022 CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc lập – Tự – Hạnh phúc *** NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Họ tên Sinh Viên 1: Đoàn Trung Hà MSSV: 18151170 Họ tên Sinh Viên 2: Nguyễn Thành Nguyên MSSV: 18151210 Giảng viên hướng dẫn: ThS Lê Thị Hồng Lam SĐT: 0909287087 Tên đề tài: Ứng dụng xử lý ảnh phân loại sản phẩm theo mã vạch Các số liệu, tài liệu ban đầu: Nội dung thực đề tài: − Thiết kế phần cứng hệ thống phân loại sản phẩm theo mã vạch − Lập trình điều khiển qt mã vạch cơng nghệ xử lý ảnh − Viết chương trình PLC điều khiển giám sát hệ thống phân loại − Áp dụng chương trình điều khiển đọc mã vạch vào mơ hình thực cho việc phân loại sản phẩm theo loại Sản phẩm: − Mơ hình phân loại bưu kiện theo mã code − Chương trình điều khiển dùng ngơn ngữ PLC Python − Giao diện điều khiển giám sát Tkinter WinCC − Quyển báo cáo đồ án tốt nghiệp Tp Hồ Chí Minh, ngày 07 tháng 07 năm 2022 TRƯỞNG NGÀNH GIẢNG VIÊN HƯỚNG DẪN Khoa ĐT – ĐH SPKT TP.HCM i CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc lập – Tự – Hạnh phúc *** PHIẾU NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN Họ tên Sinh Viên 1: Đoàn Trung Hà MSSV: 18151170 Họ tên Sinh Viên 2: Nguyễn Thành Nguyên MSSV: 18151210 Ngành: CNKT Điều Khiển Tự Động Hóa Tên đề tài: ỨNG DỤNG XỬ LÝ ẢNH PHÂN LOẠI SẢN PHẨM THEO MÃ VẠCH Họ tên Giáo viên hướng dẫn: ThS Lê Thị Hồng Lam NHẬN XÉT Về nội dung đề tài & khối lượng thực hiện: Nội dung khối lượng công việc phù hợp với đồ án tốt nghiệp Nghiên cứu, thiết kế thi cơng hồn chỉnh hệ thống phân loại sản phẩm theo mã vạch điều khiển PLC Bao gồm thiết kế thi công khí, lập trình PLC điều khiển, hệ thống điều khiển giám sát giao diện Tkinter Scada Ưu điểm: Khuyết điểm: Tốc độ băng tải chậm, không thay đổi tốc dộ động Đề nghị cho bảo vệ hay không? Cho phép bảo vệ Đánh giá loại: Tốt Điểm:……….(Bằng chữ: ) Tp Hồ Chí Minh, ngày 06 tháng 08 năm 2022 Giảng viên hướng dẫn ii LỊCH TRÌNH THỰC HIỆN ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Tuần – Tuần Lựa chọn đề tài tìm hiểu thiết bị, linh kiện cần có mơ hình Tuần – Tuần Mua thiết bị tìm hiều phần mềm lập trình Tuần – Tuần Tiến hành lắp ráp thiết bị Tuần – Tuần Đấu nối thiết bị với tiến hành lập trình điều khiển Tuần – Tuần 10 Viết chương trình PLC đổ xuống PLC thực Tuần 11 – Tuần 12 Chạy thử chương trình sửa lỗi Tuần 13 – Tuần 14 Thiết kế giao diện điều khiển giám sát Tuần 15 – Tuần 16 Hồn tất mơ hình viết báo cáo iii LỜI CẢM ƠN Trong thời gian học tập trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật TP Hồ Chí Minh em thầy giáo giảng dạy tận tình, truyền đạt cho em kiến thức bổ ích em có vốn kiến thức quan cho chuyên ngành em sau Trên thực tế khơng có thành công mà không gắn liền với hỗ trợ, giúp đỡ dù hay nhiều, dù trực tiếp hay gián tiếp người khác Em xin chân thành cảm ơn ban giám hiệu nhà trường, quý thầy cô ThS Lê Thị Hồng Lam tận tâm giảng dạy cho em để giúp em hoàn thành tốt khóa học Em xin kính chúc q thầy ngày khỏe mạnh để phấn đấu đạt thành tích cao công tác giảng dạy Chúc trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật TP Hồ Chí Minh niềm tin, tảng vững cho nhiều hệ sinh viên với bước đường học tập Với điều kiện thời gian kinh nghiệm hạn chế học viên nên báo cáo tránh thiếu sót Em mong nhận bảo, đóng góp ý kiến q thầy để em có điều kiện bổ sung, nâng cao ý thức mình, phục vụ tốt công tác thực tế sau Em xin chân thành cảm ơn! iv MỤC LỤC NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP i PHIẾU NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN ii LỊCH TRÌNH THỰC HIỆN ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP iii LỜI CẢM ƠN iv MỤC LỤC v DANH SÁCH HÌNH ẢNH viii DANH SÁCH BẢNG BIỂU xi Chương TỔNG QUAN 1.1 Đặt vấn đề 1.2 Mục tiêu 1.3 Phương pháp nghiên cứu 1.4 Nội dung nghiên cứu 1.5 Giới hạn đề tài 1.6 Ý nghĩa thực tiễn Chương CƠ SỞ LÝ THUYẾT 2.1 Lý thuyết mã vạch 2.1.1 Khái niệm mã vạch 2.1.2 Quy ước đọc mã vạch 2.1.3 Cách nhận diện mã vạch Tổng quan Xử lý ảnh 2.2.1 Thu nhận ảnh (Image Acquisition) 2.2.2 Tiền xử lý (Image processing) 2.2.3 Phân đoạn (Segmentation) hay phân vùng ảnh 2.2.4 Biểu diễn ảnh (Image Representation) 2.2 2.2.5 Nhận dạng nội suy ảnh (Image Recognition and Interpretation) 10 2.2.6 Cơ sơ tri thức (Knowledge Base) 10 2.2.7 2.3 Mô tả 10 Tổng quan hệ thống phân loại sản phẩm 11 2.3.1 Giới thiệu hệ thống phân loại sản phẩm theo mã vạch 11 2.3.2 Một vài hệ thống phân loại sản phẩm theo mã vạch có 11 2.4 2.4.1 Cơ sở lý thuyết phần cứng 12 PLC 12 2.4.1.1 Giới thiệu chung PLC 12 2.4.1.2 Giới thiệu PLC Siemens S7 – 1200 13 v 2.4.1.3 Ưu, nhược điểm PLC 14 2.4.1.4 Ứng dụng PLC thực tế 15 2.4.2 Động điện 15 2.4.3 Cảm biến 16 2.4.3.1 Giới thiệu chung cảm biến 16 2.4.3.2 Cấu tạo chung loại cảm biến 17 2.4.3.3 Phân loại cảm biến 17 2.4.3.4 Vai trị cảm biến cơng nghiệp 18 2.4.3.5 Ứng dụng cảm biến thực tế 18 2.4.4 Xy lanh khí nén 19 2.4.4.1 Giới thiệu chung 19 2.4.4.2 Cấu tạo 19 2.4.4.3 2.4.4.4 2.4.4.5 Nguyên lý hoạt động 20 Phân loại 21 Ứng dụng xy lanh khí nén thực tế 22 2.4.5 Van điện từ khí nén 23 2.4.5.1 Giới thiệu van điện từ khí nén 23 2.4.5.2 Cấu tạo 24 2.4.5.3 Phân loại 24 2.4.5.4 Ứng dụng 25 2.4.6 Relay trung gian 25 2.4.6.1 Giới thiệu relay 25 2.4.6.2 Cấu tạo relay 26 2.4.6.3 Nguyên lý hoạt động relay 26 2.4.6.4 2.4.6.5 2.4.7 Phân loại relay 27 Ứng dụng relay thực tế 28 Băng tải 28 2.4.7.1 Giới thiệu băng tải 28 2.4.7.2 Cấu tạo băng tải 28 2.4.7.3 Nguyên lý hoạt động băng tải 29 2.4.7.4 Phân loại băng tải 30 2.4.8 2.4.8.1 Camera 33 Giới thiệu camera 33 2.4.8.2 Phân loại camera 33 2.4.8.3 Ứng dụng camera 35 2.4.9 Nguồn tổ ong 37 2.4.9.1 Giới thiệu nguồn tổ ong 37 2.4.9.2 Cấu tạo nguồn tổ ong 38 vi 2.4.9.3 Nguyên lý hoạt động nguồn tổ ong 39 2.4.9.4 Ứng dụng nguồn tổ ong 39 2.5 Cơ sở lý thuyết phần mềm lập trình 39 2.6 Mạng truyền thông công nghiệp 40 Chương THI CÔNG PHẦN CỨNG 42 3.1 Yêu cầu thiết kế 42 3.2 Lựa chọn thiết bị hệ thống 42 3.2.1 Lựa chọn PLC 42 3.2.2 Lựa chọn relay 43 3.2.1 Lựa chọn cảm biến 44 3.2.2 Lựa chọn động 46 3.2.3 Lựa chọn băng tải 47 3.2.4 Lựa chọn van điện từ khí nén 47 3.2.5 Lựa chọn xy lanh 48 3.2.6 Lựa chọn nút nhấn, switch 49 3.2.7 Lựa chọn nguồn 50 3.2.8 Lựa chọn camera 51 3.3 Lưu đồ giải thuật 52 3.4 Sơ đồ đấu dây 53 3.5 Mơ hình hệ thống 54 Chương THIẾT KẾ PHẦN MỀM 55 4.1 Thiết kế giao diện điều khiển 55 4.2 Tạo giao diện giám sát WinCC 56 Chương KẾT QUẢ THỰC HIỆN 57 5.1 Kết lý thuyết 57 5.2 Kết thực nghiệm 57 Chương KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN 60 6.1 Kết luận 60 6.1.1 Kết đạt 60 6.1.2 Hạn chế 60 6.1.3 Khó khăn gặp phải 61 6.1.4 Kinh nghiệm kiến thức đạt 61 6.2 Hướng phát triển đề tài 61 TÀI LIỆU THAM KHẢO 62 vii DANH SÁCH HÌNH ẢNH Hình 1.1 Dây chuyền đọc mã vạch phân loại sản phẩm Hình 1.2 Phân loại cà chua theo màu sắc Hình 1.3 Phân loại hàng hóa theo kích thước Hình 2.1 Ví dụ mã vạch Hình 2.2 Dây chuyền phân loại bưu kiện 12 Hình 2.3 Dây chuyền phân loại hành lý sân bay 12 Hình 2.4 PLC hãng Siemens 13 Hình 2.5 PLC hãng Mitsubishi 13 Hình 2.6 PLC hãng Omron 13 Hình 2.7 PLC Siemens S7-1200 14 Hình 2.8 Động điện pha 16 Hình 2.9 Động điện pha 16 Hình 2.10 Động DC servo giảm tốc Jgb37 16 Hình 2.11 Động bước 16 Hình 2.12 Cảm biến tiệm cận hồng ngoại E18-D80NK 17 Hình 2.13 Cảm biến điện dung 17 Hình 2.14 Cảm biến đo khoảng cách 17 Hình 2.15 Cảm biến áp suất model ST18 17 Hình 2.16 Cấu tạo xy lanh khí nén 20 Hình 2.17 Xy lanh khí nén tác động đơn 21 Hình 2.18 Ký hiệu điện của xy lanh tác động đơn 21 Hình 2.19 Xy lanh khí nén tác động kép 21 Hình 2.20 Ký hiệu điện của xy lanh tác động kép 21 Hình 2.21 Xy lanh vị trí 21 Hình 2.22 Xy lanh xoay SMC MSQB-50A 22 Hình 2.23 Xy lanh kẹp HFK 22 Hình 2.24 Van điện từ khí nén AIRTAC 4V210 – 08 24 Hình 2.25 Cấu tạo của relay trung gian 26 Hình 2.26 Relay trung gian 12VDC 27 Hình 2.27 Relay trung gian 24VDC 27 viii