Hệ thống phân loại xoài cát hòa lộc dựa vào độ chín cân nặng và khuyết điểm trên bề mặt xoài

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP NGÀNH CÔNG NGHỆ KỸ THUẬT CƠ ĐIỆN TỬ HỆ THỐNG PHÂN LOẠI XỒI CÁT HỊA LỘC DỰA VÀO ĐỘ CHÍN CÂN NẶNG VÀ KHUYẾT ĐIỂM TRÊN BỀ MẶT XOÀI GVHD: TS ĐỖ VĂN HIẾN SVTH: MAI XUÂN LINH TRẦN THANH TOÀN LÊ TRUNG DŨNG S K L 9 Tp Hồ Chí Minh, tháng 8/2023 BỘ GIÁO DỤC & ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP HỒ CHÍ MINH KHOA ĐÀO TẠO CHẤT LƯỢNG CAO -⸙∆⸙ - ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Đề Tài: Hệ Thống Phân Loại Xồi Cát Hịa Lộc Dựa Vào Độ Chín Cân Nặng Và Khuyết Điểm Trên Bề Mặt Xoài GVHD: TS Đỗ Văn Hiến SVTH: Mai Xuân Linh MSSV: 19146013 Trần Thanh Toàn MSSV: 19146057 Lê Trung Dũng MSSV: 19146166 Tp Hồ Chí Minh tháng 08 năm 2023 GIỚI THIỆU TRƯỜNG ĐH SPKT TP HỒ CHÍ MINH KHOA ĐÀO TẠO CHẤT LƯỢNG CAO CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM ĐỘC LẬP - TỰ DO - HẠNH PHÚC o0o Tp HCM, tháng 08 năm 2023 BÁO CÁO THỰC HIỆN ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Họ tên sinh viên 1: Mai Xuân Linh Lớp: 19146CL1A MSSV: 19146013 Họ tên sinh viên 2: Trần Thanh Toàn Lớp: 19146CL1A MSSV: 19146057 Họ tên sinh viên 2: Lê Trung Dũng Lớp: 19146CL1B MSSV: 19146166 Tên đề tài: Hệ thống phân loại xoài dựa vào màu sắc khối lượng Tuần/ngày Tuần Tuần Tuần Nội dung Xác nhận GVHD Nhận đồ án, tìm hiểu đề tài Tìm hiểu hướng làm đề tài, chọn vi xử lý điều khiển, ngơn ngữ lập trình Tìm hiểu Raspberry Pi mode B ngơn ngữ lập trình Python Tuần Tuần 5,6,7 Tuần 8, 9, 10 Vẽ thiết kế sơ cho hệ thống Hoàn chỉnh phân loại độ chín dựa vào màu sắc xồi, lập trình phân loại Tiến hành thiết kế phần cứng cho toàn hệ thống Tuần 11, 12, 13 Thiết kế phần điện cho hệ thống Tuần 14, 15, 16 Đưa chương trình lập trình vào hệ thống hồn thành báo cáo Báo Cáo TÓM TẮT ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP i GIỚI THIỆU TÓM TẮT ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Việt Nam ta từ xưa đến đất nước trội mảng nông nghiệp Nông sản nước ta thị trường giới nói chung thị trường giới nói riêng ln có chỗ đứng định Để giữ vững điều đó, yêu cầu sản phẩm không ngừng nâng cao không riêng với số lượng mà cịn chất lượng Các nơng sản bật Việt Nam ta có nhiều xồi cát Hịa Lộc số đó.Xồi cát Hịa Lộc mang mùi thơm đặc trưng chín và thịt xồi vơ Đó lý xồi cát Hịa Lộc ln ưa chuộng Tỉnh Tiền Giang nơi sản xuất xoài cát Hịa Lộc lớn nhất, đơn giản tên gọi ta biết điều - Hịa Lộc xã thuộc tỉnh Tiền Giang Tuy nơi sản xuất xoài lớn đa số quy trình từ chăm sóc, thu hoạch phân loại xồi giải cách thủ công Việc dẫn đến tốn chi phí thời gian mà độ hiệu lại không cao Cho nên việc kết hợp khoa học vào nông nghiệp vấn đề vô quan trọng Biết điều đó, nhóm em dùng kiến thức học trường định thực đề tài: "Hệ thống phân loại xồi cát Hịa Lộc dựa vào độ chín, cân nặng khuyết điểm bề mặt xoài." Nội dung đề tài bao gồm:  Tổng quan đề tài  Cơ sở lý thuyết thuật tốn  Tính tốn, thiết kế hệ thống khí, dẫn động mơ hình  Thiết kế, chế tạo hệ thống mạch điện  Xây dựng thuật tốn , lập trình, điều khiển tín hiệu, …  Kết luận, đánh giá, thực nghiệm khắc phục lỗi Sau hoàn thành đề tài, nhóm thấy có hiệu việc phân loại xồi, giảm nhân cơng mà hiệu lại tăng Tuy nhiên có số khuyết điểm việc hiển thị, chưa tối ưu nhiệm vụ cho hệ thống, Hướng phát triển: khắc phục khuyết điểm vận hành, cải thiện tính ổn định cho băng tải, ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ii GIỚI THIỆU ABSTRACT Vietnam has always been a prominent country in the field of agriculture, and its agricultural products have a significant presence in both the global and specific markets To maintain this position, the requirements for agricultural products have continuously been raised, not only in terms of quantity but also quality Among the outstanding agricultural products of Vietnam, Hoa Loc mangoes stand out as one of them Hoa Loc mangoes are renowned for their characteristic fragrance when ripe and their exceptionally sweet flesh, making them highly favored The largest production of Hoa Loc mangoes takes place in Tien Giang province, and as the name suggests, Hoa Loc is a commune within Tien Giang province Despite being the largest mango producer, most of the processes, including care, harvesting, and sorting of mangoes, are still done manually This leads to higher costs and time consumption with relatively low efficiency Therefore, integrating science into agriculture is one of the crucial issues.Understanding the significance of this, our group decided to undertake the project: "A classification system for Hoa Loc mangoes based on ripeness, weight, and surface defects," utilizing the knowledge acquired from our studies at schoolTopics include:       Overview of the topic Algorithmic theoretical basis Calculation, design mechanical system, drive of the model Design and manufacture electrical circuits Building algorithms, programming, signal control, Conclusion, evaluation, experiment and error correction After completing the project, our group observed that there was a significant improvement in mango classification, reducing the need for manual labor while increasing efficiency However, some shortcomings were identified, such as display issues and suboptimal task allocation for the system Development direction: To address these shortcomings during operation, we aim to enhance the stability of the conveyor system and improve the display functionality By doing so, we hope to optimize the mango classification process further, making it more reliable and efficient With these improvements, we believe that our system will become even more valuable in the agricultural industry, providing a model for other mango-producing regions to adopt similar technologies for enhanced productivity and quality control ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP iii GIỚI THIỆU LỜI CẢM ƠN Khoảng thời gian bốn năm gắn bó với Trường Đại học Sư phạm Kỹ Thuật điều tuyệt vời nhóm chúng em.Chúng em học tập, nghiên cứu quen biết nhiều bạn trường Thời gian trôi qua thoăn thoắt, cậu sinh viên bỡ ngỡ cậu sinh viên năm cuối tự tin lĩnh Chúng em xin gửi lời cảm ơn đến quý thầy cô giáo Khoa Chất Lượng Cao, "người lái đị" tận tình bảo chúng em suốt khoảng thời gian đại học Bên cạnh đó, chúng em muốn dành lời cảm ơn chân thành đến với giảng viên hướng dẫn TS Đỗ Văn Hiến, người thầy chúng em trải qua khoảng thời gian làm đồ án tốt nghiệp đầy căng thẳng đồng thời vui Khi gặp khó khăn hay vấn đề nan giải, thầy giúp đỡ, giải đáp cho chúng em, giúp chúng em tìm hướng giải đắn để hoàn thành đề tài Cuối xin gửi đến lời cảm ơn đến thành viên nhóm, người bạn, người đồng hành nỗ lực để hoàn thành đề tài cách hồn thiện Tuy có lúc cãi nhau, nhóm gạt hiềm khích để đến cuối chặng đường Thành phố Hồ Chí Minh, ngày tháng năm 2023 Sinh viên thực Mai Xuân Linh Trần Thanh Toàn Lê Trung Dũng ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP iv GIỚI THIỆU MỤC LỤC Giới thiệu BÁO CÁO THỰC HIỆN ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP i TÓM TẮT ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ii ABSTRACT iii LỜI CẢM ƠN iv MỤC LỤC v DANH SÁCH HÌNH ix DANH SÁCH BẢNG xii CHƯƠNG 1:TỔNG QUAN 1.1 Giới thiệu xoài 1.2 Tính cấp thiết đề tài 1.3 Ý nghĩa khoa học thực tiễn đề tài 1.4 Mục tiêu nghiên cứu đề tài 1.5 Đối tượng phạm vi nghiên cứu đề tài 1.5.1 Đối tượng nghiên cứu: 1.5.2 Phạm vi nghiên cứu đề tài: 1.6 Phương pháp tiếp cận 1.6.1 Cách tiếp cận 1.6.2 Phương pháp nghiên cứu 1.7 Nghiên cứu tình hình ngồi nước 1.8 Nghiên cứu tình hình nước 1.9 Nghiên cứu đặc tính xồi cát Hịa Lộc 1.10 Thông số đầu vào sản phẩm ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP v GIỚI THIỆU 1.11 Kết cấu ĐATN CHƯƠNG : CƠ SỞ LÝ THUYẾT 2.1 Tổng quan xử lý ảnh 2.1.1 Khái niệm xử lý ảnh 2.1.2 Các vấn đề xử lý ảnh 10 2.2 Tổng quan ngơn ngữ lập trình Python thư viện OpenCV 12 2.2.1 Ngơn ngữ lập trình Python 12 2.2.2 Thư viện OpenCV 13 2.2.3 Các không gian màu: 13 2.2.4 Cách chỉnh sửa ảnh nhị phân 15 2.2.5 Dùng ngưỡng ảnh xám 16 2.3 Lý thuyết Machine Learning 18 2.3.1 Supervised learning 18 2.3.2 Unsupervised Learning 18 2.3.3 Semi-Supervised Learning 19 2.3.4 Reinforcement Learning 19 2.4 Lý thuyết Deep Learning 19 2.5 Convolutional Neural Network (CNN) 19 2.5.1 Convolution Layer (Lớp tích chập) 20 2.5.2 Pooling Layer (lớp gộp) 21 2.5.3 Fully connected layer 22 2.6 Phương án xử lý sản phẩm 22 2.6.1 Phương án xử lý khuyết tật độ chín 22 2.6.2 Phương án cân khối lượng 23 CHƯƠNG : THIẾT KẾ CƠ KHÍ 24 3.1 Sơ đồ khối sơ đồ truyền động 24 3.2 Tính tốn chiều dài băng tải, chiều dài khung 25 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP vi GIỚI THIỆU 3.2.1 Băng tải 1: 25 3.2.2 Băng tải 2: 27 3.2.3 Băng tải 3: 28 3.2.4 Bề rộng băng tải: 29 3.2.5 Tính tốn khung: 29 3.3 Tính tốn chọn xylanh 29 3.4 Tính chọn động truyền động: 31 3.4.1 Tính chọn động cơ: 31 3.4.2 Công suất trục 35 3.4.3 Vòng quay trục 36 3.4.4 Momen xoắn trục : 36 3.4.5 Lựa chọn truyền động 36 3.4.6 Thiết kế khâu phân loại 37 3.4.7 Tính tốn truyền động 37 3.4.8 Tính tốn trục 42 CHƯƠNG : THIẾT KẾ ĐIỆN 46 4.1 Thiết kế lựa chọn khối thiết bị 46 4.1.1 Khối điều khiển xử lý ảnh 46 4.1.2 Khối điều khiển xử lý cấu chấp hành 47 4.1.3 Giao tiếp Raspberry Arduino 48 4.1.4 Module giao tiếp 49 4.1.5 Khối nguồn 50 4.1.6 Khối cách ly tín hiệu 51 4.1.7 Khối IN/OUT 52 4.1.8 Khối xử lý khối lượng 56 4.2 Sơ đồ kết nối điện 60 CHƯƠNG 5: THIẾT KẾ ĐIỀU KHIỂN 61 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP vii GIỚI THIỆU 5.1 Lưu đồ giải thuật tổng quát 61 5.2 Chi tiết bước nhận diện độ chín xồi 62 5.3 Quy trình thực cân khối lượng : 66 5.4 Quy trình thực Detect 68 5.4.1 Thu nhập hình ảnh 68 5.4.2 Gia tăng liệu 69 5.4.3 Lựa chọn module huấn luyện 70 5.4.4 Sự phát triển thuật tốn mơ hình YOLO 71 5.4.5 Tiến hành huấn luyện 76 Chương THI CƠNG MƠ HÌNH, THỰC NGHIỆM 79 6.1 Thi cơng mơ hình: 79 6.2 Kết thực nghiệm 83 6.2.1 Kết phân loại độ chín xồi 83 6.2.2 Kết xác định khối lượng xoài 83 6.2.3 Kết nhận diện khuyết điểm xoài 84 Chương 7: KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN 86 7.1 Kết luận 86 7.2 Hướng phát triển 86 TÀI LIỆU THAM KHẢO 87 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP viii A(1:1) 9.4 3.9 5.5 B(1:1) 1.5 Fold 1.5 Flat pattern 10 Ch n 90 2xCh n 90 46 45 B A 4xR10 15 95 65 12xR3.3 15 15 67.5 50 140 15 90 90 65 95 15 40 58.5 15 10 40 15 140 66 206 Y u c u k thu t : Dung sai k ch th c : d y t m : 3mm 0.2 Ng iv Ki m tra L Trung D ng 25-06-23 V n Hi n i H c S Ph m K Thu t TPHCM Khoa : o T o Ch t L ng Cao Ng nh : CNKT C i nT Base Motor CT3 1:2 33H8 10H7 37 0.5 X 45 204 30 210 30 270 0.5 Ng iv Ki m tra L Trung D ng 25.06.23 V n Hi n Tr ng H.SPKT - Khoa : CLC L p : 19146CL1B Ng nh : CNKT C i nT Rulo1 CT3 1:1 33H8 10H7 37 0.5 X 45 204 30 85 210 325 0.5 Ng iv Ki m tra L Trung D ng 25.06.23 V n Hi n Tr ng H.SPKT - Khoa : CLC L p : 19146CL1B Ng nh : CNKT C i nT Rulo2 CT3 1:1 31H8 35 10H7 0.5 X 45 204 115 210 60 385 0.5 Ng iv Ki m tra L Trung D ng 25.06.23 V n Hi n Tr ng H.SPKT - Khoa : CLC L p : 19146CL1B Ng nh : CNKT C i nT Rulo3 CT3 1:1 31H8 10H7 35 0.5 X 45 60 210 60 330 0.5 Ng iv Ki m tra L Trung D ng 25.06.23 Rulo4 V n Hi n Tr ng H.SPKT - Khoa : CLC L p : 19146CL1B Ng nh : CNKT C i nT CT3 1:1 27H8 31 10H7 0.5 X 45 204 115 210 30 355 0.5 Ng iv Ki m tra L Trung D ng 25.06.23 V n Hi n Tr ng H.SPKT - Khoa : CLC L p : 19146CL1B Ng nh : CNKT C i nT Rulo5 CT3 1:1 27 10 31 0.5 X 45 204 30 210 30 270 0.5 Ng iv Ki m tra L Trung D ng 25.06.23 V n Hi n Tr ng H.SPKT - Khoa : CLC L p : 19146CL1B Ng nh : CNKT C i nT Rulo6 CT3 1:1 Ng iv Ki m tra L Trung D ng 25.05.23 V n Hi n Tr ng : H.SPKT -Khoa:CLC L p: 19146CL1B Ng nh : CNKT C i nT B n v 3D 1:6 10 24 30 29 11 27 13 12 17 40 38 41 18 19 22 16 20 21 16 35 37 25 39 36 14 42 A(1:2) 29 28 23 36 34 32 33 15 ITEM 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 QTY 1 12 1 1 1 1 1 1 1 1 1 12 PARTS LIST PART NUMBER Khung S t TH N Bi TH N Rulo4 Base Bi B ng T i Rulo5 B ng T i Bu ng XLA Base Push Base Sensor Sensor M ng PL SP Base Motor Base B ng T i Rulo6 Rulo1 Rulo2 Loadcell Base loadceell Rulo3 Base Bi B ng T i T ng B ng t i Base xylanh1 Base Sensor - XLA Pully 3M XyLanh Motor 3M-1 3M-2 ISO 4017 - M3.5 x ISO 4032 - M8 36 37 38 66 14 82 ISO 4017 - M6 x 20 ISO 4017 - M5 x 16 ISO 4032 - M6 39 14 ISO 4032 - M5 40 41 42 16 ISO 4017 - M6 x 12 ISO 4017 - M8 x 50 ISO 7092 - ST - 140 HV 31 Ng iv Ki m tra L Trung D ng 25-06-23 V n Hi n i H c S Ph m K Thu t TPHCM Khoa : o T o Ch t L ng Cao Ng nh : CNKT C i nT DESCRIPTION Hexagon head screws Hexagon nuts, style Product grades A and B Hexagon head screws Hexagon head screws Hexagon nuts, style Product grades A and B Hexagon nuts, style Product grades A and B Hexagon head screws Hexagon head screws Plain washers-Small series-Product grade A B NV L P 1:4 Người vẽ Kiểm tra Lê Trung Dũng 25.06.23 Đỗ Văn Hiến Trường ĐH.SPKT - Khoa: CLC Lớp:19146CL1B Ngành:CNKT Cơ Điện Tử BẢN VẼ ĐIỆN 1:1 01 Người vẽ Lê Trung Dũng Kiểm tra Đỗ Văn Hiến Trường ĐH.SPKT - Khoa: CLC Lớp:19146CL1B Ngành:CNKT Cơ Điện Tử 25.06.23 Arduino with Sensor 1:1 01 Người vẽ Lê Trung Dũng Kiểm tra Đỗ Văn Hiến Trường ĐH.SPKT - Khoa: CLC Lớp:19146CL1B Ngành:CNKT Cơ Điện Tử 25.06.23 CONTROL LOADCELL 1:1 01 Người vẽ Lê Trung Dũng Kiểm tra Đỗ Văn Hiến Trường ĐH.SPKT - Khoa: CLC Lớp:19146CL1B Ngành:CNKT Cơ Điện Tử 25.06.23 Control Solendoid 1:1 01 ồn Tổ ong 12V ồn Tổ ong 24V ạch Hạ Áp ạch Hạ Áp Người vẽ Lê Trung Dũng Kiểm tra Đỗ Văn Hiến Trường ĐH.SPKT - Khoa: CLC Lớp:19146CL1B Ngành:CNKT Cơ Điện Tử 25.06.23 POWER SUPPLY 1:1 01 S K L 0