(Luận văn thạc sĩ hcmute) xây dựng cơ sở dữ liệu và ứng dụng logic mờ để phân loại tôm thương phẩm bị nhiễm tạp chất

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH LUẬN VĂN THẠC SĨ NGUYỄN THÀNH NHƠN XÂY DỰNG CƠ SỞ DỮ LIỆU VÀ ỨNG DỤNG LOGIC MỜ ĐỂ PHÂN LOẠI TÔM THƯƠNG PHẨM BỊ NHIỄM TẠP CHẤT NGÀNH: KỸ THUẬT ĐIỆN TỬ - 605270 S K C0 Tp Hồ Chí Minh, tháng 10/2014 Luan van BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH LUẬN VĂN THẠC SĨ NGUYỄN THÀNH NHƠN XÂY DỰNG CƠ SỞ DỮ LIỆU VÀ ỨNG DỤNG LOGIC MỜ ĐỂ PHÂN LOẠI TÔM THƯƠNG PHẨM BỊ NHIỄM TẠP CHẤT NGÀNH: KỸ THUẬT ĐIỆN TỬ - 605270 Tp Hồ Chí Minh, tháng 10 năm 2014 Luan van BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH LUẬN VĂN THẠC SĨ NGUYỄN THÀNH NHƠN XÂY DỰNG CƠ SỞ DỮ LIỆU VÀ ỨNG DỤNG LOGIC MỜ ĐỂ PHÂN LOẠI TÔM THƯƠNG PHẨM BỊ NHIỄM TẠP CHẤT NGÀNH: KỸ THUẬT ĐIỆN TỬ - 605270 Hướng dẫn khoa học: TS NGUYỄN CHÍ NGƠN Tp Hồ Chí Minh, tháng 10 năm 2014 Luan van LÝ LỊCH KHOA HỌC (Dùng cho nghiên cứu sinh & học viên cao học) I LÝ LỊCH SƠ LƢỢC Họ & tên: NGUYỄN THÀNH NHƠN Giới tính: Nam Ngày, tháng, năm sinh: 1977 Nơi sinh: Đồng Tháp Quê quán: Lấp Vò – Đồng Tháp Dân tộc: Kinh Chức vụ, đơn vị công tác trước học tập, nghiên cứu: Giảng viên, khoa Điện-Điện tử Trường Cao Đẳng Nghề Đồng Tháp Chỗ riêng địa liên lạc:Trường Cao Đẳng Nghề Đồng Tháp, Số 02 Trần Phú, P.3, TP Sa đéc, Đồng Tháp Điện thoại quan: 0673 774 059 Điện thoại riêng: 0917203669 Fax: E-mail: nthanhon@gmail.com II QUÁ TRÌNH ĐÀO TẠO Đại học: Hệ đào tạo: Chính quy Thời gian đào tạo từ 1997 đến 2002 Nơi học (trường, thành phố): Trường Đại Học Cần Thơ, TP Cần Thơ Ngành học: Điện tử Tên đồ án, luận án mơn thi tốt Hồn thành tín nghiệp: Thạc sĩ: Hệ đào tạo: quy Thời gian đào tạo từ 10/2012 đến 10/2014 Nơi học (trường, thành phố): Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật Tp.hcm Ngành học: Kỹ Thuật Điện Tử Tên luận văn:Xây dựng sở liệu ứng dụng Logic mờ để phân loại tôm thƣơng phẩm bị nhiễm tạp chất Ngày & nơi bảo vệ luận văn: Ngày 26 Tháng 10 năm 2014, Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật Tp.hcm Người hướng dẫn: Ts Nguyễn Chí Ngơn Trình độ ngoại ngữ: tiếng Anh - mức độ: B1 Học vị, học hàm, chức vụ kỹ thuật đƣợc thức cấp; số bằng, ngày & nơi cấp: Luan van Bằng Kỹ Sư Điện tử, số bằng: B407101, cấp ngày 10 tháng năm 2002, Trường ĐHCần Thơ III QUÁ TRÌNH CƠNG TÁC CHUN MƠN KỂ TỪ KHI TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC Nơi công tác Thời gian 2002-2006 2006 đến Nhà máy xi măng An Giang Công việc đảm nhận Nhân viên Kĩ thuật Trường Cao Đẳng Nghề Đồng Giảng viên khoa Điện-Điện Tháp tử XÁC NHẬN CỦA CƠ QUAN (Ký tên, đóng dấu) Ngày 05 tháng 11 năm 2014 Người khai Nguyễn Thành Nhơn Luan van LỜI CAM ĐOAN Tơi xin cam đoan cơng trình nghiên cứu Các số liệu, kết nêu luận văn trung thực chưa cơng bố cơng trình khác T.p.Hồ Chí Minh, tháng 10 năm 2014 (Ký tên ghi rõ họ tên) Nguyễn Thành Nhơn i Luan van LỜI CẢM TẠ Đề tài “Xây dựng sở liệu ứng dụng logic mờ để phân loại tôm thương phẩm bị nhiễm tạp chất” hoàn thành với hướng dẫn trực tiếp TS Nguyễn Chí Ngơn,Trưởng Khoa Công Nghệ, Trường Đại Học Cần Thơ Trước tận tình em xin bày tỏ lịng biết ơn sâu sắc lời cảm ơn chân thành đến thầy Nguyễn Chí Ngơn, người tận tình hướng dẫn giúp đỡ em nhiều suốt thời gian thực đề tài Em xin gửi lòng tri ân quý thầy cô trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật Hồ Chí Minh tận tình hướng dẫn truyền đạt kiến thức, phương pháp nghiên cứu kinh nghiệm thời gian khoá học 2012-2014 Những kiến thức kinh nghiệm tảng giúp người thực hoàn thành tốt luận văn Em xin gửi lời cảm ơn đến Ban Giám Hiệu, quý thầy khoa Điện - Điện Tử Trường Cao Đẳng Nghề Đồng Tháp tạo điều kiện thuận lợi cho em tham gia hồn thành khóa học T.p.Hồ Chí Minh, tháng 10 năm 2014 Học viên thực Nguyễn Thành Nhơn ii Luan van TÓM TẮT Để ứng dụng thuật tốn Logic mờ phân loại tơm thương phẩm (Tôm nguyên liệu) bị bơm tạp chất thạch rau câu (Agra), Cellulose sodium glycolat Đề tài giải dựa vấn đề xác định khác biệt tỷ trọng tôm tôm bị bơm tạp chất, thứ hai xây dựng tập liệu mờ quan hệ tỷ trọng tôm theo tỷ lệ phần trăm tạp chất đưa vào thứ ba thiết kế chi tiết phần cứng, cảm biến thông minh phần mềm thực thuật toán logic mờ để xây dựng mơ hình phân loại tơm bị bơm tạp chất Nội dung đề tài giải ba vấn đề nêu trên, dựa theo định luật Ascimet xác định khác biệt tỷ trọng tôm tôm bị bơm tạp chất, phương pháp lấy mẫu thực nghiệm xây dựng tập liệu mờ quan hệ tỷ trọng tôm theo tỷ lệ phần trăm tạp chất bơm vào tôm, phần mềm Matlab chọn để thực cho thuật toán logic mờ áp dụng vi điều khiển kết hợp cảm biến siêu âm thu thập liệu ngõ vào cho hệ thống Kết hệ thống công cụ Matlab/ Simulink fuzzy logic hiển thị cho thấy thay đổi tỷ trọng hay khối lượng riêng theo tỷ lệ phần trăm tạp chất tôm bị bơm thông qua đồ thị thông số cụ thể iii Luan van ABTRACT For application fuzzy logic algorithm classified commercial shrimp (materials shrimp) were pumped impurities agar edible seaweed (Agra) or sodium cellulose glycolate This problem is solved based on three issues the first, identified differences proportion of prawns and shrimps were pumped impurities, the second set of data to build fuzzy relationship between shrimp ratio density percentage impurities substance is pumped into the third, detailed design intelligent sensor hardware & software implementation of fuzzy logic algorithms to build the classification model shrimp pumped impurities The content subject had to solve three problems are based on laws Ascimet determine the proportion of different shrimp and shrimp pumped impurities, the sampling method was developed empirical data sets fuzzy related between shrimp ratio density percentage of impurities is pumped into shrimp, Matlab software has been chosen to implement the fuzzy logic algorithm and application microcontroller combines ultrasonic sensors collect data input for the systems Results of the system is the tool Matlab/ Simulink fuzzy logic display shows the ratio density changes according to the specific weight or percentage of impurities shrimp pumped through graphs and specific parameters iv Luan van MỤC LỤC Nội dung Trang Trang bìa Quyết định giao đề tài Lý lịch cá nhân LỜI CAM ĐOAN i LỜI CẢM TẠ ii TÓM TẮT iii MỤC LỤC v DANH SÁCH CÁC HÌNH .vii DANH SÁCH CÁC BẢNG ix Chương 1TỔNG QUAN 1 Tính cấp thiết đề tài 1 Tình hình nghiên cứu ngồi nước Mục đích nhiệm vụ đề tài 1.3.1 Mục đích 1.3.2 Nhiệm vụ Đối tượng phạm vi áp dụng đề tài Cơ sở lý luận phương pháp nghiên cứu Bố cục đề tài Chương CƠ SỞ LÝ THUYẾT 2.1 Phương pháp nhận biết tôm bị bơm tạp chất 2.2 Cơ sở lý thuyết xây dựng mô hình phân loại tơm thương phẩm bị bơm tạp chất kỹ thuật logic mờ 2.2.1 Phân tích xử lý đại lượng ngõ vào 2.2.2 Xây dựng hệ mờ cho đối tượng 2.2.3 Thiết kế điều khiển mờ 29 v Luan van Luận văn Kết MATLAB/ Simulink mô thay đổi tỷ lệ tạp chất tôm thương phẩm bị bơm tạp chất dựa thay đổi tỷ trọng bảng 3.7  Chế độ offline kết đạt 90%, kết khả thi  Chế độ online kết chưa đạt (53%) Nguyên nhân Sai số chế độ phân loại online xác định cảm biến siêu âm HY-SRF05 dùng để đo thể tích mẫu tơm mơ hình có độ xác khơng cao Trang 49 Luan van Luận văn Chương KẾT LUẬN 4.1 Kết thực đề tài Thiết kế mô hình phần cứng hình 4.1; Xây dựng chương trình phần mềm dựa MATLAB/ Simulink để nhận biết, phân loại tôm nguyên liệu bị bơm tạp chất mô kết cho hai chế độ: offline khả thi; online chưa đạt (chương 3) Cảm biến siêu âm Bình đo thể tích Kit vi điều khiển Kết nối với PC Hình 4.1: Mơ hình thực nghiệm phân loại tôm bị bơm tạp chất Từ kết thực đề tài mơ hình phần cứng, phần mềm đề tài đưa giải pháp phương tiện để nhận biết, phát hiện, phân loại tỷ lệ tạp chất bơm vào tôm nguyên liệu Tuy nhiên mơ hình phần cứng đề tài có cảm biến nhận biết giá trị thể tích thay đổi nên chưa có tính linh động Vì cần xây dựng mơ hình hệ thống có tính linh động có hai cảm biến: xác định khối lượng thể tích cho mẫu cần đo Trang 50 Luan van Luận văn 4.2 Kết luận đề nghị Nghiên cứu xây dựng mơ hình cho phép phân loại xác định tỷ lệ tạp chất (thử nghiệm thạch rau câu) có tơm ngun liệu Mơ hình hoạt động dựa theo nguyên lý thay đổi khối lượng riêng mẫu tôm bị nhiễm tạp chất, chế phân loại xác định tỷ lệ tạp chất xác định theo định luật Acsimet Cùng khối lượng mẫu thử trường hợp tơm có khơng có nhiễm tạp chất, ngâm vào bình nước chuẩn làm cho cột nước bình dâng lên khác Từ thơng số khối lượng thể tích mẫu thử, phân loại mờ áp dụng để ước lượng tỷ lệ tạp chất bị nhiễm mẫu thử Mơ hình phân loại tơm xây dựng MATLAB/Simulink cho thấy khả phân loại khả thi Tuy nhiên, việc xác định chiều cao cột chất lỏng bình chứa cảm biến siêu âm chưa cho kết mong muốn số lượng mẫu để xây dựng liệu tham chiếu chưa nhiều Điều cần tiếp tục nghiên cứu kiểm nghiệm thời gian tới Mơ hình thành cơng đóng góp cơng cụ khách quan để giải khó khăn gặp phải Đồng Bằng Sơng Cửu Long việc kiểm sốt tình trạng bơm tạp chất vào tôm nguyên liệu Trang 51 Luan van Luận văn TÀI LIỆU THAM KHẢO Tiếng việt Bộ NN&PTNN, Chỉ thị số 1430/CT-BNN-QLCL “Tăng cường kiểm soát tạp chất tơm ngun liệu”, ngày 17/5/2010 Chính Phủ, Nghị định số 31/2010/NĐ-CP “Quy định xử phạt vi phạm hành lĩnh vực thủy sản”, ngày 29/3/2010 Thủ tướng Chính phủ, Nghị định số 20/CT-TTg việc ngăn chặn hành vi đưa tạp chất vào tôm nguyên liệu sản xuất kinh doanh tơm có chứa tạp chất, ngày 01/8/2014 GS.TSKH Trần Văn Đắc Thuỷ lực đại cương NXB Giáo dục Năm 2003 Nguyễn Tài Thủy lực NXB Khoa học Năm 1995 TS Ngô Văn Thuyên Đo lường thông minh Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật Tp.HCM Lê văn Doanh, Phạm Thượng Hàn, Nguyễn Văn Hòa, Đào Văn Tân Các cảm biến kỹ thuật đo lường điều khiển NXB KH&KT Hà Nội năm 2001 Nguyễn Việt Hùng, Nguyễn Tấn Đời, Trương Ngọc Anh,Tạ Văn Phương Bài giảng Điều khiển thông minh Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật Tp.HCM PGS.TS Quyền Huy Ánh Mơ Hình Hóa - Mô Phỏng Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật Tp.HCM 10 Huỳnh Thái Hồng Hệ thống điều khiển thơng minh NXB Đại học Quốc gia Tp.HCM Năm 2006 11 Nguyễn Đình Phú Vi xử lý Trường ĐH Sư Phạm Kỹ Thuật Tp.HCM Năm 2007 Tiếng Anh 12 ROBERT BABUSKA, FUZZY AND NEURAL CONTROL, DISC course Lecture Notes (september 2004), Delft Center for Systems and Control 13 Kazuo Tanaka, Hua O Wang Fuzzy Control Systems Design and Analysis: A Linear Matrix Inequality Approach 2011 Trang 52 Luan van Luận văn 14 Timothy J Ross FUZZY LOGIC WITH ENGINEERING APPLICATIONS University of New Mexico, USA 15 The MathWorks, Inc., Fuzzy Logic Toolbox User’s Guide, 2014 16 Demo - help MATLAB R2013a 17 Datasheet HY-SRF05 URL: http://www.robot electronics.co.uk/htm/srf05tech.htm (Acessed Aug 2014) 18 PIC C Help Trang 53 Luan van Luận văn PHỤ LỤC A Sơ đồ phần cứng HY_SRF05 PIC_16F877A “Bộ thu thập liệu” VR 1K 5 10 11 12 13 14 15 16 Vcc Trig Echo OUT GND HY - SRF05 LCD 2X16 Vss VDD V0 RS RW E D0 D1 D2 D3 D4 D5 D6 D7 BL+ BL- +5V 13 14 C3 10uF C4 10uF R1IN T1OUT R1OUT T1IN R2IN T2OUT R2OUT T2IN C1+ C1C2+ C2V+ V- Vcc GND 12 11 10 16 15 15 16 17 18 23 24 25 26 MAX 232 C5 10uF C6 10uF U26 C1 GND 13 33 C2 OSC 20MHZ 14 33 12 31 COM-RS232 MCLR*/VPP RA0/AN0 RA1/AN1 RA2/AN2/VREF-/CVREF RA3/AN3/VREF+ RA4/T0CKI/C1OUT RA5/AN4/SS*/C2OUT RC0/T1OSO/T1CKI RC1/T1OSI/CCP2 RC2/CCP1 RC3/SCK/SCL RC4/SDI/SDA RC5/SDO RC6/TX/CK RC7/RX/DT RB0/INT RB1 RB2 RB3/PGM RB4 RB5 RB6/PGC RB7/PGD RD0/PSP0 RD1/PSP1 RD2/PSP2 RD3/PSP3 RD4/PSP4 RD5/PSP5 RD6/PSP6 RD7/PSP7 OSC1/CLKIN RE0/RD*/AN5 RE1/WR*/AN6 RE2/CS*/AN7 33 34 35 36 37 38 39 40 19 20 21 22 27 28 29 30 10 OSC2/CLKOUT VSS VSS PIC16F877A VDD VDD 11 32 Sơ đồ mạch đo thể tích dùng HY_SRF05 – PIC_16F877A Trang 54 Luan van Luận văn PHỤ LỤC B Chương trình PIC C Thu - Truyền - Nhận tập dùng HY_SRF05 PIC_16F877A #include #FUSES NOWDT, HS, NOPUT, NOPROTECT, NODEBUG, NOBROWNOUT, NOLVP, NOCPD, NOWRT #use delay(clock=20000000) #use rs232(baud=9600, xmit=PIN_C6, rcv=PIN_C7) /////////DEFINE- PIN: LCD SRF05-//////// #define LCD_ENABLE_PIN PIN_D2 // Chan E LCD noi voi D2 #define LCD_RS_PIN PIN_D0 // Chan RS LCD noi voi D0 #define LCD_RW_PIN PIN_D1 // Chan Rw LCD noi voi D1 #define LCD_DATA4 PIN_D4 // Chan D4 LCD noi voi D4 #define LCD_DATA5 PIN_D5 #define LCD_DATA6 PIN_D6 #define LCD_DATA7 PIN_D7 #define SRF05_TRIGGER1 PIN_B1 // Chan Trig SRF05 noi voi B1 #define SRF05_ECHO PIN_B0 #define NO_OBJECT // Chan Echo SRF05 noi voi B0 #use fast_io(a) #use fast_io(b) #use fast_io(c) #use fast_io(e) #include #byte porta=0x05 #byte portb=0x06 #byte portc=0x07 #byte trisa=0x85 #byte trisb=0x86 Trang 55 Luan van Luận văn #byte trisc=0x87 /////- KHAI BAO BIEN TOAN CUC-//// int8 count_rcv=0,count_xmt=0; char buffer_rcv[10],buffer_xmt[10],str_value[10]; ///////////-NGAT NGOAI-///////////// unsigned int32 num_pulse=0; int1 range_ok=0; #INT_EXT void Ngat_Ngoai(void) { disable_interrupts(GLOBAL); num_pulse+=get_timer1(); range_ok=1; enable_interrupts(GLOBAL); } ///////-NGAT NHAN NOI TIEP RS232-///////// #INT_RDA void rcv_data() { disable_interrupts(GLOBAL); buffer_rcv[count_rcv]=getc(); count_rcv++; if (count_rcv>9) { count_rcv=0; } enable_interrupts(GLOBAL); } ///////////NGAT TIMER 1//////////// Trang 56 Luan van Luận văn #INT_TIMER1 void Ngat_Timer1(void) { disable_interrupts(GLOBAL); num_pulse+=0xffff; enable_interrupts(GLOBAL); } //////-TAO XUNG KICH TRIGER-/////// void SRF05_StartRange() { while(!range_ok) { output_high(SRF05_TRIGGER1); delay_ms(15); // Phai tao xung len co lon it nhat 10ms output_low(SRF05_TRIGGER1); // Bat dau phep B1 while(!(input(SRF05_ECHO))); // Doi cho den chan ECHO duoc keo len cao B0 { } set_timer1(0); enable_interrupts(GLOBAL); delay_ms(50); } } /////-LAY GIA TRI KHOANG CACH-//// float SRF05_GetDistance() { float time_us=0,distance=0; SRF05_StartRange(); Trang 57 Luan van Luận văn disable_interrupts(GLOBAL); if(num_pulse>180000) { num_pulse=0; range_ok=0; return NO_OBJECT; } else { time_us=num_pulse/5; //5 xung =1us distance=(time_us/58)*10; num_pulse=0; range_ok=0; return distance; } } ////////-LAY GIA TRI THE TICH-//////// float volume_1, k_cach; int16 volumetric() { k_cach=SRF05_GetDistance(); volume_1=abs(1050 -(abs(100 - k_cach)*900/319)); return volume_1; } ////////-HAM CHUYEN DOI SANG MA ASSCI-///////// int32 temp; void convert_assci (int32 x) { str_value[0] = x/1000+ 0x30;//DON_VI Trang 58 Luan van Luận văn temp = x%1000; str_value[1] = temp/100+ 0x30;//CHUC temp = temp%100; str_value[2] = temp/10+ 0x30;//TRAM str_value[3] = temp%10+ 0x30;//NGHIN } ////HAM TRUYEN BYTE NOI TIEP-/// void funtion_xmt() { count_xmt=0; while(count_xmt