Đồ án tốt nghiệp thiết kế và thi công hệ thống phân loại sản phẩm chai lỗi tem nhãn

Để có thể ứng dụng cáckiến thức đã được học và nghiện cứu vào thực tiễn em đã quyết định chọn đề tài “ Thiết kếvà thi công hệ thống phân loại sản phẩm chai lỗi tem nhãn ”.. Giao diện của

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP HỒ CHÍ MINH

KHOA ĐÀO TẠO CHẤT LƯỢNG CAO

-ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

NGÀNH CÔNG NGHỆ KỸ THUẬT ĐIỆN TỬ - TRUYỀN THÔNG

Đề tài:

THIẾT KẾ VÀ THI CÔNG HỆ THỐNG PHÂN LOẠI SẢN PHẨM CHAI LỖI TEM NHÃN

GVHD: PGS TS Nguyễn Thanh Hải SVTH : Phạm Văn Nhựt

MSSV : 17141215

TP HỒ CHÍ MINH – 07/2023

CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM

Độc lập – Tự do – Hạnh phúc

Tp Hồ Chí Minh ngày 1 tháng 7 năm 2023

NHIỆM VỤ KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP

Họ và tên sinh viện : Phạm Văn Nhựt

Chuyên ngành: Điện tử công nghiệp

Hệ đào tạo: Đại học chính quy

1 Tên đề tài: Thiết kế và thi công hệ thống khóa điện tử đa phương án mở

2 Các số liệu, tài liệu ban đầu:

Sử dụng máy tính xử lý ảnh, hiện thị đầu vào camera Arduino Uno R3 để thực hiện điều khiển Còn có các thiết bị khác như động cơ băng tải, servo Sản phẩm phân loại bao gồm: nhãn nguyên và nhãn lỗi (Thầy nhớ mẫu đâu có phần TLTK này, em vào website

BM để xem các mẫu và các yêu cầu liên quan đến 1 báo cáo ĐATN nhé)

[1] Trần Văn Tuấn, Phạm Văn Long, “Thiết kế và thi công hệ thống phân loại sản phẩm bút chì theo màu sắc”, Đồ án tốt nghiệp, trường ĐHSPKT, Tp.HCM, 2019 [2] Nguyễn Văn Tài, Nguyễn Minh Đức, “Thiết kế và thi công mô hình phân loại đai ốc dùng xử lý ảnh”, Đồ án tốt nghiệp, trường ĐHSPKT, Tp.HCM, 2019 [3] Đặng Minh Cảnh, Võ Thành Mỹ, “Thiết kế và thi công mô hình phân loại ba loại trái cây” Đồ án tốt nghiệp, trường ĐHSPKT, Tp.HCM, 2021

[4] Võ Thanh Duy, Trần Quốc Dưỡng, “Ứng dụng xử lý ảnh vào thiết kế và thi công mô hình phân loại trái cây” Đồ án tốt nghiệp, trường ĐHSPKT, Tp.HCM, 2020 [5] Phan Thanh Phong, Nguyễn Hiền Minh, “Ứng dụng xử lý ảnh trong phân loại sản phẩm” đồ án tốt nghiệp, trường SPKT, Tp.HCM, 2019

[6] Lê Thanh Phong, Đặng Hoài Vũ “ Ứng dụng xử lý ảnh trong hệ thống băng truyền phân loại sản phẩm”, trường Đại học GTVT,Tp.HCM, 2021

[7] Phạm Phát Đạt, Hoàng Đức Thành “Thiết kế và thi công hệ thống phân loại sản phẩm bút chì dùng mạng nơ ron”, trường SPKT, Tp.HCM,2022

3 Nội dung thực hiện đề tài:

- Tham khảo tài liệu, đọc và tóm tắt tài liệu đưa ra các hướng đề tài

- Thiết kế sơ đồ khối, sơ đồ nguyên lý

- Thiết kế, tính toán, kết nối board Arduino với động cơ DC, Servo, Camera

- Thiết kế, xây dựng phần cứng, thi công mạch, mô hình cho sản phẩm - Viết chương trình điều khiển cho mô hình

- Chạy thử, kiểm tra, đánh giá, hiệu chỉnh

- Viết báo cáo thực hiện

- Bảo vệ luận văn

4 Sản phẩm: Mô hình băng chuyền bao gồm 1 động cơ DC để di chuyển sản, 2 Servo để phân loại, 1 Camera để lấy hình ảnh trực tiếp từ băng chuyền

(Trang này là bắt buộc?)

CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM

Độc lập – Tự do – Hạnh phúc

Tp Hồ Chí Minh ngày 1 tháng 7 năm 2023

PHIẾU NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN

Họ và tên Sinh viên: Phạm Văn Nhựt

MSSV: 17141053

Ngành: Công nghệ kỹ thuật Điện tử công nghiệp Tên đề tài: Họ và tên Giáo viên hướng dẫn: PGS TS Nguyễn Thanh Hải NHẬN XÉT 1 Về nội dung đề tài & khối lượng thực hiện (tách riêng file ra và điền sẵn hết rồi gửi Thầy xem lại để chỉnh trước khi ký)

2 Ưu điểm:

3 Khuyết điểm :

4 Đề nghị cho bảo vệ hay không?

5 Đ ánh giá loại:

6 Điểm: ……….(Bằng chữ: )

Tp Hồ Chí Minh, ngày 01 tháng 08 năm 2021

Giáo viên hướng dẫn

TÓM TẮT

Trong xã hội hiện đại ngày nay, tự động hóa đang là xu hướng và phát triển mạnh.Tự động hóa có thể thấy rõ được quá trình sản xuất phân loại sản phẩm Để có thể ứng dụng các

kiến thức đã được học và nghiện cứu vào thực tiễn em đã quyết định chọn đề tài “ Thiết kế

và thi công hệ thống phân loại sản phẩm chai lỗi tem nhãn ” Đề tài được thực hiện với

yêu cầu về nhận dạng và phân loại về hình ảnh Giao diện của hệ thống được hiển thị trên máy tính để giám sát quá trình nhận dạng và phân loại

Đề tài sử dụng các kiến thức về xử lý ảnh, vi điều khiển Ngôn ngữ lập trình chính được

sử dụng là Python, đây là một ngôn ngữ lập trình được sử dụng rất nhiều trong các công nghệ thiên về xử lý ảnh Các thiết bị phần cứng được sử dụng như Board Arduino Uno R3

có vai trò là bộ điều khiển động cơ DC, Servo dùng làm tay gạt sản phẩm, Camera chụp ảnh đầu vào

Kết quả thực hiện em đã nghiên cứu và thi công được hệ thống phân loại nhãn lỗi với yêu cầu đề tài Hệ thống hoạt động ổn định với độ chính xác cao và dễ dàng giám sát bằng máy tính

(Các em cần lưu ý hình thức, đừng để Thầy nhất nữa

- Không chưa trống đầu trang và cuối trang

- Không tùy tiện chấm phảy, cần rà soát đúng

- Các font chữ, kích cỡ, khoảng cách dòng phẩn chuẩn, không được chỗ này kiểu này, chỗ kia kiểu kia

- Tuyệt đối không copy/past)

MỤC LỤC

NHIỆM VỤ KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP 2

PHIẾU NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN 4

Chương 1 TỔNG QUAN 8

Giới thiệu 8

1.1 Mục tiêu đề tài 9

1.2 Giới hạn đề tài 9

1.3 Nội dung nghiên cứu 9

1.4 Bố cục 10

Chương 2 CƠ SỞ LÝ THUYẾT 11

2.1 Nhận dạng sản phẩm 11

2.2 Mô hình phân loại sản phẩm 13

2.3 Giới thiệu phần cứng 13

2.3.1 Vi điềều khi nể 13

2.3.2 Đ ng c servoộ ở 14

Chương 3 TÍNH TOÁN VÀ THIẾT KẾ 15

3.1 Giới thiệu 15

3.2 Tính toán và thiết kế phần cứng 15

3.2.1 Thiết kế sơ đồ khối hệ thống 15

3.2.2 Tính toán và thiết kế sơ đồ mạch 15

3.2.3 Sơ đồ kết nối toàn hệ thống 15

Chương 4 THI CÔNG HỆ THỐNG 16

4.1 Giới thiệu 16

4.2 Thi công hệ thống 16

4.2.1 Thi công mô hình 16

4.2.2 kết luận 16

Chương 5 KẾT QUẢ - NHẬN XÉT – ĐÁNH GIÁ 17

5.1 Kết quả 17

5.1.1 Kết quả về lý thuyết 17

5.1.2 Thu thập tập mẩu ảnh 17

5.1.3 Kết quả về mô hình 17

5.1.4 kết quả thực nghiệm của hệ thống 17

5.2 Nhận xet và đánh giá chung 17

5.3 Tài liệu hướng dẫn sử dụng và thao tác 17

Chương 6 KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN 18

6.1 Kết luận 18

6.2 Hướng phát triển 18

Chương 1 TỔNG QUAN

Giới thiệu

Ngày nay, khoa học công nghệ đang ngày một phát triển, giúp cho con người tự động hóa các dây chuyền trong nhà máy, giảm công sức bỏ ra và tiết kiệm được nhân công, lại đạt được hiệu quả cao hơn trong sản xuất Công nghiệp ngày càng đòi hỏi phải chính xác và hiệu quả để đáp ứng xu thế tự động hóa Ngành công nghiệp đóng gói sản phẩm, thực phẩm cũng như trong lĩnh vực điện, điện tử là những ngành cần sự chính xác trong đảm bảo đầu ra, để tiết kiệm nhân công trong việc kiểm tra thành phẩm với một tốc độ

và sự chính xác cao, công nghệ xử lý ảnh ra đời và không ngừng phát triển để ngày càng hoàn thiện hơn

Xử lý ảnh và những ứng dụng của xử lý ảnh ra đời là rất cần thiết cho cuộc sống Xử

lý ảnh đã có lịch sử hình thành từ khá lâu và được vận dụng trong những lĩnh vực như dân sự, quân sự, y tế và nhiều lĩnh vực trong đời sống khác Ứng dụng đầu tiên là nâng cao chất lượng ảnh báo được truyền từ London đến New York qua cáp ở những năm đầu thế kỉ 20 Từ nửa sau thế kỉ 20 đến nay, các phương pháp xử lý, nâng cao chất lượng, ảnh đang được cải thiện và phát triển không ngừng Tuy nhiên, mới chỉ khoảng một thập niên trở lại đây, kiến thức xử lý ảnh mới được đưa vào để giảng dạy tại một vài trường đại học tại Việt Nam nhưng cũng đang còn hạn chế ở các thành phố lớn

Những năm gần đây ở nước ta thì việc ứng dụng xử lý ảnh đã và đang được triển khai trên các ứng dụng để nhận dạng biển số xe, đọc mã vạch, kiếm tra chất lượng thành phẩm sau cùng, kiểm tra lỗi thiết bị,… Nhưng nhìn chung thì việc ứng dụng xử lý ảnh vẫn chưa tối ưu và còn khá ít ứng dụng, nếu được đầu tư và nghiên cứu nhiều hơn thì trong tương lai chắc chắn lĩnh vực này sẽ còn phát triển mạnh mẽ Hiện nay đã có nhiều

đề tài nghiên cứu về phân loại sản phẩm dùng thị giác máy, cụ thể là xử lý ảnh như đề tài “Thiết kế và thi công hệ thống phân loại bút chì theo màu sắc” của sinh viên trường Đại học Sư Phạm – Kỹ thuật TP.HCM sử dụng Webcam, Arduino Uno R3, động cơ servo và phần mềm Matlab để phân loại bút chì theo màu sắc Hay đề tài “Thiết kế và thi công dây chuyền phân loại đai ốc ứng dụng xử lý ảnh” do sinh viên Nguyễn Văn Tài – Nguyễn Minh Đức thực hiện, dây chuyển sử dụng vi điều khiển trung tâm là

STM32F103C8T6 dùng thư viện mã nguồn mở OpenCV viết trên ngôn ngữ C++ giúp phân loại đai ốc bị sai kích thước, bị méo

Và theo đó, xử lý ảnh trong phân loại sản phẩm đã và đang được nghiên cứu khá nhiều Đi cùng với các dây chuyền sản xuất tự động thì việc những sản phẩm bị lỗi là vấn đề vẫn còn tồn đọng và cần phương án giải quyết Đây là vấn đề không mới và có ở hầu hết các nhà máy, việc phân loại sản phẩm bị lỗi tự động sẽ giúp tiết kiệm nhân lực

và đảm bảo chất lượng sản phẩm trước khi tiến hành các công đoạn tiếp theo Trên cơ sở

đã trình bày, chúng em đã quyết định tìm hiểu và chọn đề tài mang tính thực tiễn và

nghiên cứu phù hợp với ngành sản xuất là “Thiết kế và thi công hệ thống dây chuyền phân loại sản phẩm chai bia bị lỗi tem nhãn” bằng phương pháp xử lý ảnh dùng phần

mềm của Google

1.1 Mục tiêu đề tài

Thiết kế và thi công hệ thống phân loại sản phẩm lỗi tem nhãn, sử dụng YoloV4 để huấn luyện và nhận biết được nhãn của chai Sử dụng vi điều khiển Arduino Uno R3 nhận dữ liệu

từ camera thông qua máy tính để điều khiển các thiết bị như động cơ DC, động cơ Servo

1.2 Giới hạn đề tài

Đề tài tập trung vào phân loại những chai bia bị dán lỗi tem nhãn, cụ thể là dán lệch nhãn Không phân loại chai chưa có tem nhãn Hình ảnh chụp phải ở điều kiện đủ ảnh sáng

1.3 Nội dung nghiên cứu

Trong quá trình thực hiện Khóa luận tốt nghiệp với đề tài Thiết kế và thi công hệ thống dây chuyền phân loại sản phẩm chai bia bị lỗi tem nhãn, nhóm chúng em sẽ tập trung giải quyết và hoàn thành những nội dung sau:

- Nội dung 1: Tìm hiểu, tóm tắt các đề tài đã nghiên cứu có liên quan đến điều

khiển, phân loại có sử dụng xử lý ảnh

- Nội dung 2: Tìm hiểu về YoloV4, Traning, động cơ và các linh kiện liên quan

- Nội dung 3: Thu thập hình ảnh sản phẩm

- Nội dung 4: Phân biệt nhãn chai bằng mạng máy tính YoloV4

- Nội dung 5: Lắp ráp, thiết kế mô hình hệ thống.

- Nội dung 6: Viết chương trình cho toàn hệ thống và kiểm tra lỗi

- Nội dung 7: Chạy thử nghiệm và hiệu chỉnh hệ thống, hoàn thành mô hình

- Nội dung 8: Viết và hoàn thiện báo cáo thực hiện

- Nội dung 9: Bảo vệ luận văn.

1.4 Bố cục

Nội dung đề tài gồm những phần sau:

Chương 1: tổng quan

Trình bày lý do chọn đề tài, giới thiệu về đề tài, nêu ra mục tiêu, nội dung nghiên cứu và những giới hạn của đề tài

Chương 2: Cơ sở lý thuyết

Trình bày các cơ sở lý thuyết để thực hiện đề tài như xử lý ảnh, mạng máy tính YoloV4 và giới thiệu các linh kiện, thiết bị sử dụng trong hệ thống

Chương 3: Tính toán và thiết kế hệ thông

Thiết kế sơ đồ khối của hệ thống, đưa ra sơ đồ nguyên lý, sơ đồ kết nối của các khối

và thực hiện tính toán Thiết kế giao diện, mạng máy tính

Chương 4: Thi công hệ thống

Trình bày quá trình thiết kế mô hình hệ thống, vẽ lưu đồ giải thuật và viết chương trình điều khiển

Chương 5: Kết quả, nhận xét, đánh giá

Đưa ra những kết quả đạt được về kiến thức, mô hình thi công và hiệu suất đạt được của hệ thống Rút ra nhận xét, đánh giá kết quả đạt được so mới mục tiêu đề ra

Chương 6 kết luận và hướng phát triển

Đưa ra những kết luận về những ưu điểm, nhược điểm của hệ thống và đề ra hướng phát triển cho đề tài

Chương 2 CƠ SỞ LÝ THUYẾT

2.1 Nhận dạng sản phẩm

2.1.1 Tổng quản về xử lý ảnh

Xử lý ảnh là một lĩnh vực mang tính khoa học và công nghệ Nó là một nghành khoa học mới mẻ so với nhiều ngành khoa học khác nhưng tốc độ phát triển của nó rất nhanh, kích thích các trung tâm nghiên cứu, ứng dụng, đặc biết là máy tính chuyên dụng riêng cho

nó

Xử lý ảnh là kỹ thuật áp dụng trong việc tăng cường và xử lý các ảnh thu nhận được

từ các thiết bị như camera, webcam… Do đó, xử lý ảnh đã được ứng dụng và phát triên trong rất nhiều lĩnh vực quan trọng như:

Trong lĩnh vực quân sự: xử lý và nhận dạng ảnh quân sự

Trong lĩnh vực giao tiếp người máy: nhận diện ảnh, xử lý âm thanh, đồ họa Trong lĩnh vực an toàn, bảo mật: nhận diện khuôn mặt người, nhận diện vân tay, mẫu mắt,

Trong lĩnh vực giải trí: trò chơi điện tử

Trong lĩnh vực y tế : xử lý ảnh y sinh, chụp X quang, MRI,…

Các phương pháp xử lý ảnh bắt đầu từ các ứng dụng chính: nâng cao chất lượng và phân tích ảnh Ứng dụng đầu tiên được biết đến là nâng cao chất lượng ảnh báo được truyền từ Luân Đôn đến New York từ những nằm 1920 Vấn đề nâng cao chất lượng ảnh được phát triển vào khoảng những năm 1955 Điều này có thể giải thích được vì sau thế chiến thứ hai, máy tính phát triển nhanh tạo điều kiện cho quá trình xử lý ảnh số được thuận lợi hơn Năm 1964, máy tính đã có khả năng xử lý và nâng cao chất lượng ảnh từ mặt trăng và vệ tinh Ranger 7 của mỹ bao gồm: làm nổi đường biên và lưu ảnh Từ năm

1964 đến nay, các phương tiện xử lý, nâng cao chất lượng như mạng Nơ-ron nhân tạo, các thuật toán xử lý hiện đại và cải tiến, các ông cụ nén ảnh ngày càng được áp dụng rộng rãi

và thu được nhiều kết quả khả quan hơn

Sau đây, ta sẽ xét các bước cần thiết trong quá trình xử lý ảnh Đầu tiên, ảnh tự nhiên

từ thế giới bên ngoài được thu nhận qua các thiết bị thu (như camera, máy chụp ảnh) Trước đây, ảnh thu qua Camera là các ảnh tương tự (loại Camera ống kiểu CCIR) Gần đây với sự phát triển của công nghệ, ảnh màu hoặc đen trắng được lấy ra từ Camera, sau đó chuyển trực tiếp thành ảnh số tạo thuận lợi cho xử lý tiếp theo Mặt khác ảnh có thể được quét từ vệ tính chụp trực tiếp bằng máy quét ảnh Hình 2.1 dưới đây mô tả các bước trong

xử lý ảnh

Hình 2.1: Các bước cơ bản trong xử lý ảnh

Sơ đồ này bao gồm các thành phần sau:

Thu thập ảnh (Image Acquisition)

Ảnh có thể thu thập qua Camera màu hoặc trắng đen Thường ảnh nhận qua Camera

là ảnh tương tự (loại Camera ống chuẩn CCIR với tần số 1/25, mỗi ảnh 25 dòng ), cũng có loại Camera đã số hóa (như CCD – Chang Couple Device) là loại photodiot tạo cường độ sáng tại mỗi điểm ảnh

Camera thường dùng là loại quét dòng, ảnh tạo ra có dang hai chiều Chất lượng ảnh thu nhận được phụ thuộc vào thiết bị thu, và môi trường (ánh sáng, phong cảnh)

Tiền xử lý (Image Processing)

Sau bộ thu nhận, ảnh có thể nhiễu độ tương phản thấp nên cần đưa vào bộ tiền xử lý

để nâng cao chất lượng Chức năng chính của bộ tiền xử lý là lọc nhiễu, nâng độ tương phản để làm ảnh rõ hơn, nét hơn,

Phân đoạn (Segnebtation) hay phân vùng ảnh

Phân vùng ảnh là tách một ảnh đầu vào thành các vùng thành phần để biểu diễn phân tích, nhận dạng ảnh

Ví dụ: để nhận dạng phông chữ (hoặc mã vạch) trên phong bì thư cho mục đích phân loại bưu phẩm, cần chia các câu chữ về địa chỉ hoặc tên người thành các từ, các chữ, các số (hoặc các vạch) riêng biệt để nhận dạng

Đây là phân phức tập khó khăn nhất trong xử lý ảnh và cũng dễ gây lỗi, làm mất độ chính xác cảu ảnh Kết quả nhận dạng ảnh phụ thuộc rất nhiều vào công đoạn này

Biểu diễn ảnh (Image Representation)

Đây là phần sâu phân đoạn chứa các điểm nahr vủa vùng ảnh (ảnh đã phân đoạn) cộng với mã liên kết ở các cùng lân cận Việc biến đổi các số liệu này thành dạng thích hợp

là cần thiết cho xử lý tiếp theo bằng máy tính Việc chọn các tính chất để thể hiện ảnh gọi

là trích chọn đặc trưng (Feature Extration) gắn với việc tách các đặc tính của ảnh dưới dạng các thông tin định lượng haocwj làm cơ sở để phân biệt lớp đối tượng này với lớp đối tượng khác trong phạm vi ảnh nhận được

Ví dụ: trong nhận dạng ký tự trên phong bì thư, chúng ta miêu tả các đặc trưng của từng ký tự giúp phân biệt ký tự này với ký tự khác

Nhận dạng và nội suy ảnh (Image recognition and Interpretation)

Nhận dạng ảnh

Biểu diễn ảnh

Phân đoạn ảnh

Tiền xử

lý ảnh

Thu

nhận

ảnh

Cơ sở tri thức