đề tài thiết kế mô hình nuôi và huấn luyện cá tự động

TÓM TẮT Tên đề tài: Thiết kế mô hình nuôi và huấn luyện cá tự động Sinh viên thực hiện: Nguyễn Trần Chí Tâm Mã sinh viên: 2050551200222 Lớp: 20TDH2 Nội dung đề tài: Tìm hiểu tổng quan về

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT

KHOA ĐIỆN – ĐIỆN TỬ

CÁ TỰ ĐỘNG

Người hướng dẫn : ThS Dương Quang Thiện

Sinh viên thực hiện : Nguyễn Trần Chí Tâm

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT

KHOA ĐIỆN – ĐIỆN TỬ

CÁ TỰ ĐỘNG

Người hướng dẫn : ThS Dương Quang Thiện

Sinh viên thực hiện : Nguyễn Trần Chí Tâm

Mã sinh viên : 2050551200222

Đà Nẵng, 06/2024

NHẬN XÉT CỦA NGƯỜI HƯỚNG DẪN

NHẬN XÉT CỦA NGƯỜI PHẢN BIỆN

TÓM TẮT

Tên đề tài: Thiết kế mô hình nuôi và huấn luyện cá tự động Sinh viên thực hiện: Nguyễn Trần Chí Tâm

Mã sinh viên: 2050551200222 Lớp: 20TDH2

Nội dung đề tài: Tìm hiểu tổng quan về hệ thông nuôi và huấn luyện cá tự động Tổng quan về thiết bị và phần mềm quan trọng

Thiết kế hệ thống và chế tạo mô hình nuôi và huấn luyện cá tự động Lập trình điều khiển hệ thống

Thử nghiệm , phân tích, đánh giá và kết quả

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT

KHOA ĐIỆN – ĐIỆN TỬ

CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM

Độc lập – Tự do – Hạnh phúc

NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

Giảng viên hướng dẫn: ThS Dương Quang Thiện

Sinh viên thực hiện: Nguyễn Trần Chí Tâm Mã SV: 2050551200222

1 Tên đề tài:

Thiết kế mô hình nuôi và huấn luyện cá tự động

2 Các thông số, tài liệu ban đầu

+ Khảo sát quy trình chăm sóc cá thủ công và tự động hiện nay + Các tài liệu và bài báo liên quan đến điều khiển tự động, lập trình điều khiển thiết bị

3 Nội dung chính của đồ án

+ Tổng quan về hệ thống nuôi và huấn luyện cá tự động + Tổng quan về các thiết bị và phần mềm quan trọng + Thiết kế hệ thống và chế tạo mô hình

+ Lập trình và điều khiển + Thử nghiệm, phân tích, đánh giá và kết quả của đề tài + Kết luận và hướng phát triển của đề tài

4 Các sản phẩm dự kiến:

+ Mô hình thực tế hệ thống nuôi và huấn luyện cá tự động + Thuật toán xử lý ảnh giám sát số lượng cá và cơ cấu huấn luyện cá + Báo cáo thuyết minh đề tài

5 Ngày nhận đồ án: 19/01/2024 6 Ngày nộp đồ án: 03/06/2024

Đà Nẵng, ngày … tháng … năm 2024

ThS Dương Quang Thiện

LỜI NÓI ĐẦU

Trong những năm gần đây, nuôi cá cảnh đã trở thành một sở thích phổ biến ở Việt Nam và cũng như trên toàn thế giới, không chỉ mang lại niềm vui và thư giãn mà còn góp phần tạo nên một không gian sống sinh động và gần gũi với thiên nhiên Tuy nhiên, việc nuôi và chăm sóc cá cảnh không phải lúc nào cũng dễ dàng Người nuôi cá phải đối mặt với nhiều thách thức như duy trì môi trường sống ổn định, cung cấp thức ăn đúng cách và đảm bảo sức khỏe cho cá Điều này đòi hỏi không chỉ thời gian và công sức mà còn kiến thức chuyên môn sâu rộng

Từ những lý do trên nhóm chúng em đã chọn đề tài "Thiết kế mô hình nuôi và huấn luyện cá tự động" từ nhu cầu thực tiễn trong việc nâng cao hiệu quả và tiện ích của việc nuôi cá cảnh Mục tiêu chính của đề tài là nghiên cứu và phát triển một hệ thống tự động hóa có khả năng giám sát và quản lý toàn diện quá trình nuôi và huấn luyện cá Hệ thống này không chỉ giúp tối ưu hóa điều kiện sống của cá mà còn giảm bớt gánh nặng cho người nuôi về mặt thời gian và công sức, tạo điều kiện cho mọi người có thể tiếp cận với việc nuôi và chăm sóc cá cảnh một cách dễ dàng hơn

Trong quá trình thực hiện đề tài, do kiến thức và kinh nghiệm thực tế còn hạn chế, chúng em khó tránh khỏi những thiếu sót và sai sót Chúng em rất mong nhận được những ý kiến đóng góp quý báu từ quý thầy cô để chúng em có thể học hỏi và hoàn thiện hơn

Chúng em xin chân thành cảm ơn thầy ThS Dương Quang Thiện, người đã tận tâm hướng dẫn và hỗ trợ nhóm trong suốt quá trình thực hiện đồ án này Bên cạnh đó, chúng em cũng xin gửi lời biết ơn sâu sắc đến quý thầy cô Bộ môn Tự động hóa và toàn thể thầy cô trong khoa Điện - Điện tử, những người đã trang bị cho chúng em những kiến thức và kỹ năng cần thiết trong suốt thời gian qua

Chúng em xin chân thành cảm ơn!

LỜI CAM ĐOAN

Kính gửi Hội đồng bảo vệ đồ án tốt nghiệp ngành Công nghệ Kỹ thuật Điều khiển và Tự động hóa Nhóm chúng em gồm Nguyễn Hữu Hoà, Nguyễn Trần Chí Tâm Chúng

em xin cam đoan đề tài “Thiết kế mô hình nuôi và huấn luyện cá tự động” là công

trình nghiên cứu của chúng em và dưới sự hướng dẫn của thầy ThS Dương Quang Thiện Các kết quả trong đồ án tốt nghiệp là trung thực và không sao chép từ bất kỳ đồ án hoặc các công trình nghiên cứu đã có từ trước

Em xin chịu hoàn toàn trách nhiệm với nội dung trong đồ án này

Người cam đoan {Chữ kí, họ và tên sinh viên}

Nguyễn Trần Chí Tâm

MỤC LỤC

TÓM TẮT iii

NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP iv

LỜI NÓI ĐẦU v

LỜI CAM ĐOAN vi

1.1 Tính cấp thiết của đề tài 2

1.2 Tổng quan về tình hình nghiên cứu 2

1.2.1 Tổng quan về các loại hồ nuôi cá phổ biến hiện nay 2

1.2.2 Tổng quan về các phương pháp/giải pháp 4

1.2.3 Tiêu chí của đề tài 5

1.2.4 Lựa chọn giải pháp cho đề tài 5

1.2.5 Tổng quan về hệ thống đề xuất 6

1.3 Mục tiêu nghiên cứu 6

1.4 Đối tượng nghiên cứu 7

1.4.1 Hệ thống tự động hoá 7

1.4.2 Hệ thống giám sát số lượng cá 7

1.4.3 Cơ cấu huấn luyện cá tự động 8

1.5 Ý nghĩa của hệ thống 8

1.6 Tính mới của đề tài 9

CHƯƠNG 2: TỔNG QUAN VỀ THIẾT BỊ VÀ PHẦM MỀM 10

2.1 Khái quát chung về PLC 10

2.1.1 Tổng quan về PLC S7-1200 10

2.1.2 Thành phần PLC S7-1200 11

2.1.3 PLC dùng trong đề tài 12

2.2 Tổng quan về Arduino 13

2.2.1 Arduino dùng trong đề tài 13

2.3 Tổng quan về phần mềm TIA Portal 13

2.4 Tổng quan về phần mềm Visual Studio Code 14

2.5 Phần mềm Arduino IDE 15

2.6 Tổng quan về xử lý ảnh 16

2.6.1 Các công cụ xử lý ảnh 17

2.6.2 Tổng quan về OpenCv 19

CHƯƠNG 3: THIẾT KẾ HỆ THỐNG VÀ CHẾ TẠO MÔ HÌNH 21

3.1 Thiết kế tính chọn động cơ và các thiết bị 21

3.1.1 Tính toán động cơ cho cơ cấu huấn luyện 21

3.1.2 Tính toán chọn động cơ bơm cho hệ thống 22

3.1.3 Tính toán chọn rơle trung gian 23

3.2.11 Máy lọc Baoyu BY-105 32

3.2.12 Máy cho ăn tự động 33

4.3 Bảng phân công ngõ vào/ra của hệ thống 45

4.4 Lưu đồ giải thuật 45

4.4.1 Lưu đồ giải thuật chính của hệ thống 45

4.4.2 Lưu đồ chương trình con chế độ auto 47

4.4.3 Lưu đồ giải thuật chế độ manual 48

4.4.4 Lưu đồ giải thuật chương trình xử lý ảnh 49

4.5 Giản đồ thời gian hệ thống 50

4.6 Thiết kế giao diện giám sát 51

4.6.1 Cấu hình thiết bị 51

4.6.2 Giao diện giám sát mô hình của hệ thống 51

CHƯƠNG 5: THỬ NGHIỆM, PHÂN TÍCH, ĐÁNH GIÁ VÀ KẾT QUẢ 53

5.1 Thử nghiệm 53

5.2 Phân tích 55

5.3 Đánh giá 56

5.4 Kết quả 56

KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN 57

TÀI LIỆU THAM KHẢO 58

PHỤ LỤC 61

Phụ lục 1: Chương trình Arduino 61

Phụ lục 2: Chương trình xử lý ảnh 62

Phụ lục 3: Chương trình PLC 65

Hình 2.6 Nhận diện vật thể với OpenCv [14] 20

Hình 3.1.Động cơ bước 57HBP80AL4 [17] 25

Hình 3.2.Động cơ bơm Atman AT 8000 [18] 26

Hình 3.11 Máy lọc Baoyu BY-105 [27] 33

Hình 3.12 Máy cho ăn [28] 33

Hình 4.4 Lưu đồ giải thuật chính của hệ thống 46

Hình 4.5 Lưu đồ giải thuật chương trình auto 47

Hình 4.6 Lưu đồ giải thuật chương trình manual 48

Hình 4.7 Lưu đồ giải thuật chương trình xử lý ảnh 49

Hình 4.8 Giản đồ thời gian hệ thống 50

Hình 4.9 Cấu hình thiết bị 51

Hình 4.10 Giao diện giám sát WINCC của hệ thống 51

DANH SÁCH BẢNG BIỂU

Bảng 2.1 Thông số kỹ thuật các loại CPU [3] 12

Bảng 2.2 Danh sách module hỗ trợ PLC [3] 12

Bảng 3.1 Bảng thông số kỹ thuật động cơ bước 57HBP80AL4 [17] 25

Bảng 4.1 Bảng phân công đầu vào/ra của hệ thống 45

Bảng 5.1 Kết quả bật tắt các thiết bị chế độ manual 53

Bảng 5.2 Kết quả bật tắt thiết bị ở chế độ auto 54

Bảng 5.3 Kết quả thông tin máy làm lạnh hoạt động 55

Bảng 5.4 Kết quả thông tin máy làm nóng hoạt động 55

MỞ ĐẦU

Đề có thể hoàn thành đề tài này, nhóm sinh viên thực hiện xin gửi lời cảm ơn chân thành đến các Thầy/Cô trong khoa Điện - Điện Tử, trường Đại học Sư Phạm Kỹ Thuật – Đại học Đà Nẵng, những người đã truyền đạt cho em những kiến thức quý báu, chỉ dẫn và định hướng cho nhóm trong quá trình học tập Đây là những tiền đề để nhóm có thể hoàn thành được đề tài cũng như trong sự nghiệp sau này

Đặc biệt, nhóm xin chân thành cảm ơn Thầy ThS Dương Quang Thiện đã tận tình hướng dẫn và tạo điều kiện thuận lợi cho nhóm trong suốt thời gian thực hiện Đồ Án Tốt Nghiệp Nhóm xin được phép gửi đến thầy lòng biết ơn và lời cảm ơn chân thành và sâu sắc nhất Kiến thức, kinh nghiệm và cái tâm nghề nghiệp của thầy không những đã giúp đỡ nhóm hoàn thành tốt đề tài mà còn là tắm gương đề nhóm học tập và noi theo trên con đường sau này

Cuối cùng, mặc dù đã có gắng hoàn thành nhiệm vụ đề tài đặt ra và đảm bảo thời hạn nhưng do kiến thức còn hạn hẹp nên chắc chắn sẽ không tránh khỏi những thiếu sót, mong quý Thâầy/Cô và các bạn sinh viên thông cảm Nhóm mong nhận được những ý kiến của Thầy/Cô và các bạn sinh viên

Nhóm chúng em xin chân thành cảm ơn!

CHƯƠNG 1: TÌM HIỂU TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG NUÔI VÀ

HUẤN LUYỆN CÁ TỰ ĐỘNG

1.1 Tính cấp thiết của đề tài

Việc nuôi cá cảnh có những khó khăn nhất định Một trong những khó khăn lớn nhất đó chính là người nuôi không có thời gian chăm sóc Để duy trì được một bể cá thì không thể thiếu đi sự tác động thường xuyên của con người Việc đó khiến rất nhiều người e ngại khi quyết định nuôi một bể cá Hoặc họ sẽ từ bỏ sau một thời gian ngắn vì không có thời gian chăm sóc Đây chính là vấn đề mà nhóm chúng em đang quan tâm

Với sự phát triển của công nghệ hiện nay thì việc ứng dụng chúng trong việc thu thập dữ liệu, quản lí, cung cấp thông tin… Là một nhu cầu tất yếu Do đó chúng ta phải nắm bắt và vận dụng nó một cách hiệu quả, nhằm góp phần vào sự phát triển nền khoa học kỹ thuật nói chung và sự phát triển kỹ thuật điện tử nói riêng để ứng dụng vào thực tiễn góp phần đưa cuộc sống con người ngày càng tốt hơn

Để giải quyết những vấn đề trên, với sự phát triển của vi điều khiển nhóm chúng

em đã tìm hiểu và bắt tay vào thực hiện đề tài “THIẾT KẾ MÔ HÌNH NUÔI VÀ HUẤN LUYỆN CÁ TỰ ĐỘNG” Dự án chúng em đưa ra sẽ có hiệu quả hơn các thiết

bị có sẵn trên thị trường Thiết bị này sẽ thay thế cho việc nuôi cá bằng tay bằng chức năng tự động sẵn có Nó sẽ giám sát những thay đổi vật lý của môi trường nuôi và duy trì cho các điều kiện lý tưởng với những thay đổi cần thiết Ngoài ra, người sử dụng còn có thể năm bắt thông tin cũng như điều chỉnh một số thông số cho thiết bị thông qua WINCC Đây cũng là một trong những yếu tố khác biệt so với các thiết bị đang có trên thị trường mà chúng em đang chú trọng và phát triển nó

1.2 Tổng quan về tình hình nghiên cứu

1.2.1 Tổng quan về các loại hồ nuôi cá phổ biến hiện nay 1.2.1.1 Hồ cá hình chữ nhật

Bể cá hình chữ nhật là một trong những lựa chọn phổ biến và được ưa chuộng nhất trong thế giới của cá cảnh Với thiết kế đơn giản và tiện lợi, bể cá hình chữ nhật phù hợp với nhiều không gian sống khác nhau, từ nhà ở cá nhân đến văn phòng làm việc hay các khu vực công cộng

Đặc điểm chính của bể cá hình chữ nhật là hình dạng dài và hẹp, có thể đặt trên

bàn làm việc hoặc treo trên tường để tiết kiệm không gian Bề mặt dài của bể cũng cung cấp một diện tích lớn để xây dựng một cảnh quan thủy sinh đa dạng với nhiều loại cây thủy sinh và đồ trang trí

Bể cá hình chữ nhật cũng có thể được trang bị các thiết bị lọc và áp lực để duy trì môi trường nước lý tưởng cho cá cảnh Điều này giúp cho việc chăm sóc bể và duy trì sự khỏe mạnh cho cá và thực vật trong bể trở nên thuận tiện hơn

Với tính linh hoạt và thiết kế đơn giản, bể cá hình chữ nhật là một sự lựa chọn tuyệt vời cho những người yêu thích cá cảnh, từ người mới bắt đầu đến những người có kinh nghiệm, mang lại không gian sống sinh động và tươi mới cho mọi môi trường sống

Hình 1.1 Hồ cá hình chữ nhật [1]

1.2.1.2 Hồ nuôi cá hình trụ

Bể cá hình trụ là một lựa chọn tuyệt vời cho những ai yêu thích cá cảnh và muốn mang một phong cách độc đáo vào không gian sống của mình Được thiết kế với hình dạng tròn hoặc hình trụ, bể cá này tạo nên một màn trình diễn tuyệt vời cho các loài cá và các loại cây thủy sinh

Bể cá hình trụ cũng cung cấp môi trường sống lý tưởng cho cá cảnh nhờ vào luồng nước lưu thông tốt, giúp các loài cá và các loại thực vật sống mà không gặp phải vấn đề về lượng oxy cần thiết Hơn nữa, việc chăm sóc và vệ sinh bể cá hình trụ cũng dễ dàng hơn so với các loại hình bể cá khác

Thiết kế hình trụ của bể cá không chỉ mang lại cái nhìn thú vị mà còn tối ưu hóa không gian sử dụng

Hình 1.2 Hồ nuôi cá hình trụ [2]

1.2.2 Tổng quan về các phương pháp/giải pháp

❖ Giải pháp 1:Sử dụng ESP32 thực hiện các chức năng tự động cho ăn, lọc, sưởi, làm

mát, thay nước, giám sát mực nước, ổn định chất lượng nước, đếm và giám sát số

lượng cá trong hồ bằng xử lý ảnh và giám sát từ xa qua app mobile ❖ Ưu điểm:

➢ Giá thành rẻ ➢ Giám sát qua app từ xa thuận tiên ➢ Dễ xử lý tín hiệu đầu vào từ các cảm biến thông qua các module trung gian

❖ Nhược điểm:

➢ Tín hiệu đầu vào/ra dễ bị nhiễu ➢ Tính ổn định không cao

❖ Giải pháp 2: 2 chế độ thủ công và tự động ➢ Chế độ tự động: Sử dụng PLC S7-1200 thực hiện các chức năng tự động cho

ăn, lọc , sưởi, bật tắt đèn, làm mát, thay nước, giám sát mực nước, ổn định chất lượng nước, cơ cấu huấn luyện săn mồi , giám sát số lượng cá trong hồ bằng xử

lý ảnh, hiển thị và giám sát qua WINCC ➢ Chế độ thủ công: Điều khiển các chức năng bằng các bút nhấn trên màn hình

WINCC ❖ Ưu điểm:

➢ Tính ổn định cao ➢ Chống nhiễu tốt

➢ Dễ mở rộng các module đầu vào/ra ➢ Cải tiến thêm chức năng ổn định chất lượng nước, giám sát số lượng cá trong

hồ, cơ cấu huấn luyện săn mồi, hiển thị và giám sát qua WINCC

❖ Nhược điểm:

➢ Giá thành cao ➢ Nhận tín hiệu từ các loại cảm biến phức tạp

1.2.3 Tiêu chí của đề tài

❖ Tiêu chí cần có trong đề tài 1 Độ chính xác của việc đếm số lượng cá: Mức độ đồng nhất giữa số liệu đếm

được và số lượng thực tế của cá trong hồ

2 Độ tin cậy và ổn định của hệ thống: Khả năng hoạt động ổn định và đáng tin

cậy của mô hình trong mọi điều kiện môi trường và ánh sáng

3 Hiệu suất và tốc độ xử lý: Khả năng xử lý ảnh và đếm số lượng cá một cách

nhanh chóng và hiệu quả

4 Tính linh hoạt và mở rộng: Khả năng mở rộng và điều chỉnh hệ thống để áp

dụng cho các hồ thủy sinh khác nhau và để nâng cấp về công nghệ trong tương lai

5 Chi phí: Tính hợp lý của chi phí đầu tư ban đầu và chi phí vận hành để triển

khai và duy trì hệ thống

6 Tính dễ sử dụng và bảo trì: Độ phức tạp của giao diện người dùng, khả năng

huấn luyện và sử dụng hệ thống một cách dễ dàng, cùng với khả năng bảo trì và sửa chữa sau này

1.2.4 Lựa chọn giải pháp cho đề tài

Trong quá trình nghiên cứu và đánh giá các giải pháp công nghệ đã được đề ra ở mục trước, nhóm chúng em đã quyết định lựa chọn giải pháp thứ 2 Lựa chọn này được đưa ra sau khi xem xét kĩ lưỡng đáp ứng đủ các yếu tố quan trọng như tự động hoá, tối ưu hoá điều kiện sống, hiệu suất và tốc độ xử lý cao, dễ sử dụng và bảo trì

Việc áp dụng công nghệ tự động hoá sẽ tạo ra một môi trường thuỷ sinh tối ưu, nơi mà các yếu tố như cung cấp thức ăn và điều chỉnh môi trường sẽ được tự động hoá một cách chính xác và linh hoạt, điều này giúp cá phát triển mạnh mẽ

Bên cạnh đó việc áp dụng công nghệ xử lý ảnh vào việc đếm số lượng cá trong hồ giúp người nuôi có thể giám sát qua WINCC một cách chính xác và hiệu quả

Vấn đề cho ăn mồi tươi tự động và huấn luyện tập tính săn mồi của cá đã được giải quyết trong đề tài này Cơ cấu huấn luyện cá tự động hẹn giờ theo thời gian thực đáp ứng linh hoạt cho người sử dụng

1.2.5 Tổng quan về hệ thống đề xuất 1.2.5.1 Hình vẽ phác hoạ sơ bộ về hệ thống

Hình 1.3 Bảng vẽ phác hoạ sơ bộ hệ thống

❖ Các thành phần chính: 1 Dàn lạnh

2 Camera đếm và giám sát số lượng cá 3 Sủi

4 Dàn sưởi 5 Cảm biến PH 6 Máy cho ăn 7 Lọc

8 Cơ cấu huấn luyện cá

1.3 Mục tiêu nghiên cứu

Mục tiêu nghiên cứu của đề tài "Mô hình nuôi và huấn luyện cá tự động" nhằm phát triển một hệ thống thông minh và tự động hóa toàn diện để cải thiện hiệu quả và chất lượng của việc nuôi cá Cụ thể, các mục tiêu chính bao gồm:

Tối ưu hóa môi trường sống cho cá: Xây dựng một hệ thống tự động giám sát số lượng cá trong hồ và điều chỉnh các yếu tố môi trường như nhiệt độ, pH, độ đục, và chất lượng nước để tạo điều kiện sống lý tưởng, từ đó giảm thiểu rủi ro về sức khỏe và tăng cường sự phát triển của cá

Phát triển hệ thống tự động cho ăn và huấn luyện: Sử dụng công nghệ cảm biến và tự động hóa để thiết lập các quy trình cho ăn và huấn luyện, đảm bảo cung cấp đầy đủ dinh dưỡng và không cần can thiệp thủ công thường xuyên

Tiết kiệm thời gian và công sức cho người nuôi: Phát triển một hệ thống tự động giúp giảm thiểu công việc thủ công, từ đó tiết kiệm thời gian và công sức cho người nuôi, đồng thời đảm bảo tính nhất quán và hiệu quả trong quá trình chăm sóc

Khả năng ứng dụng rộng rãi: Thiết kế hệ thống linh hoạt và dễ sử dụng, phù hợp với nhiều loại bể nuôi cá cảnh khác nhau, từ quy mô nhỏ trong gia đình đến các bể nuôi lớn tại các khu vui chơi

1.4 Đối tượng nghiên cứu

1.4.1 Hệ thống tự động hoá

❖ Công nghệ cảm biến: Sử dụng các cảm biến đo lường các thông số môi trường như nhiệt độ, độ pH, độ đục, và chất lượng nước Các cảm biến này cung cấp dữ liệu liên tục cho hệ thống giám sát

❖ Hệ thống điều khiển tự động: Phát triển các bộ điều khiển tự động có khả năng điều chỉnh các yếu tố môi trường dựa trên dữ liệu từ cảm biến, bao gồm điều khiển nhiệt độ, điều chỉnh pH và hệ thống lọc nước

❖ Thiết bị cho ăn tự động: Tích hợp các máy cho ăn tự động được lập trình để cung cấp thức ăn cho cá vào những thời điểm và lượng phù hợp nhằm đảm bảo dinh dưỡng đầy đủ và nhất quán

❖ Hệ thống chiếu sáng và lọc nước: Sử dụng đèn LED và hệ thống lọc nước tự động để duy trì môi trường sống trong lành và thuận lợi cho cá cảnh

1.4.2 Hệ thống giám sát số lượng cá

Đối tượng nghiên cứu của đề tài này là hệ thống giám sát số lượng cá cảnh trong hồ bằng xử lý ảnh, một công nghệ tiên tiến nhằm theo dõi và quản lý cá cảnh trong các bể nuôi một cách hiệu quả và tiện lợi Hệ thống này sử dụng các camera và các kỹ thuật xử lý ảnh để tự động nhận diện và đếm số lượng cá cảnh Quy trình xử lý bao gồm việc

thu thập hình ảnh từ camera đặt trong hồ, sau đó tiền xử lý hình ảnh để cải thiện chất lượng và loại bỏ nhiễu, tiếp theo là áp dụng các thuật toán nhận diện và theo dõi cá để đếm chính xác số lượng cá trong bể Hệ thống dễ dàng giúp người nuôi dễ dàng giám sát số lượng cá Hơn nữa, với khả năng cập nhật dữ liệu theo thời gian thực, hệ thống còn hỗ trợ phát hiện sớm các vấn đề bất thường, từ đó giúp người nuôi có các biện pháp xử lý kịp thời, đảm bảo môi trường sống tốt nhất cho cá cảnh

1.4.3 Cơ cấu huấn luyện cá tự động

Cơ cấu huấn luyện tập tính săn mồi tự động của cá cảnh, một hệ thống được thiết kế để cung cấp thức ăn mồi tươi cho cá một cách chính xác và đều đặn Hệ thống này sử dụng các cảm biến và bộ điều khiển để tự động hóa quá trình cho ăn, đảm bảo rằng cá cảnh luôn được cung cấp đủ dinh dưỡng mà không cần sự can thiệp thường xuyên của con người

Các thành phần chính của cơ cấu bao gồm một bộ chứa thức ăn, cơ chế phân phối tự động và hệ thống điều khiển Bộ chứa thức ăn được thiết kế để bảo quản thức ăn, giữ cho chúng luôn sạch sẽ Cơ chế phân phối tự động được lập trình để phát thức ăn vào các thời điểm đã định sẵn trong ngày, điều này giúp duy trì thói quen ăn uống và tạo được tập tính săn mồi của cá, ngăn ngừa tình trạng quá nhiều thức ăn gây ô nhiễm nước Việc nghiên cứu và phát triển cơ cấu huấn luyện săn mồi tự động không chỉ giúp giảm bớt công việc cho người nuôi cá mà còn đảm bảo sức khỏe và sự phát triển tối ưu cho cá cảnh

1.5 Ý nghĩa của hệ thống

Hệ thống nuôi và huấn luyện cá tự động kết hợp giám sát số lượng cá mang lại nhiều lợi ích quan trọng trong nuôi trồng thủy sản và quản lý môi trường sống của cá Trước hết, hệ thống này tự động hóa các quá trình chăm sóc như cho ăn, kiểm tra và duy trì chất lượng nước, giúp người nuôi tiết kiệm thời gian và công sức Sự tự động hóa này đảm bảo cá được chăm sóc liên tục và nhất quán, giảm thiểu rủi ro do lỗi của con người Việc giám sát số lượng cá một cách tự động cũng mang lại nhiều ý nghĩa quan trọng Hệ thống sử dụng các cảm biến và công nghệ nhận dạng hình ảnh để theo dõi chính xác số lượng cá trong bể hoặc ao nuôi Điều này giúp người nuôi dễ dàng phát hiện các vấn đề như cá bị mất, chết hoặc tăng trưởng không đều Qua đó, người nuôi có

thể kịp thời điều chỉnh các điều kiện nuôi dưỡng hoặc áp dụng các biện pháp can thiệp cần thiết, đảm bảo đàn cá luôn ở trạng thái tốt nhất

Bên cạnh đó, hệ thống còn hỗ trợ việc huấn luyện cá, giúp chúng phát triển các kỹ năng đặc biệt và cải thiện hành vi

Đề tài nuôi và huấn luyện cá cảnh tự động mang đến nhiều lợi ích về mặt an toàn, môi trường, và hiệu quả quản lý Về mặt an toàn, hệ thống tự động hóa giúp giảm thiểu rủi ro cho người nuôi khi phải tiếp xúc trực tiếp với môi trường nước, hóa chất, và các thiết bị điện Điều này đặc biệt quan trọng trong việc duy trì an toàn sức khỏe cho người nuôi, nhất là khi họ phải thực hiện các công việc tỉ mỉ và thường xuyên

Về mặt môi trường, việc sử dụng công nghệ tự động trong nuôi và huấn luyện cá cảnh giúp giảm thiểu lãng phí tài nguyên và tối ưu hóa việc sử dụng nước và thức ăn Hệ thống tự động có thể được lập trình để cung cấp lượng thức ăn vừa đủ, giúp hạn chế tình trạng dư thừa thức ăn gây ô nhiễm nước Bên cạnh đó, việc kiểm soát tự động các chỉ số chất lượng nước như pH, nhiệt độ, và oxy hòa tan sẽ đảm bảo môi trường sống tốt nhất cho cá, giảm thiểu các bệnh tật và tỷ lệ tử vong

1.6 Tính mới của đề tài

Trước hết, việc tích hợp công nghệ tự động hóa vào quá trình chăm sóc cá cảnh giúp người nuôi tiết kiệm thời gian và công sức, đồng thời đảm bảo môi trường sống tối ưu cho cá một cách liên tục và ổn định Hệ thống tự động có thể kiểm soát nhiệt độ, độ pH và mức oxy trong nước một cách chính xác, điều mà các hồ cá thông thường khó có thể duy trì lâu dài

Thứ hai, công nghệ giám sát thông minh sử dụng camera kết hợp công nghệ xử lý ảnh để theo dõi số lượng cá trong hồ một cách chính xác Từ đó phát hiện những tổn thất trong hồ để đưa ra những biện pháp xử lý nhanh chóng Điều mà các hệ thống nuôi cá truyền thống khó có thể đạt được

Cuối cùng, các giải pháp huấn luyện cá cảnh thông qua thiết bị và phần mềm tự động không chỉ mang lại cơ hội nghiên cứu hành vi của cá mà còn tạo nên trải nghiệm thú vị cho người nuôi Cá có thể được huấn luyện để thực hiện các tập tính săn mồi, cũng như giúp người nuôi trong việc cho ăn mồi tươi 1 cách tự động

CHƯƠNG 2: TỔNG QUAN VỀ THIẾT BỊ VÀ PHẦM MỀM

2.1 Khái quát chung về PLC

2.1.1 Tổng quan về PLC S7-1200

Bộ điều khiển logic khả trình PLC S7-1200 mang lại tính linh hoạt và sức mạnh để điều khiển nhiều thiết bị đa dạng hỗ trợ các yêu cầu về điều khiển tự động Sự kết hợp giữa thiết kế thu gọn, cấu hình linh hoạt và tập lệnh mạnh mẽ đã khiển cho S7-1200 trở thành một giải pháp hoàn hảo dành cho việc điều khiển nhiều ứng dụng đa dạng khác nhau

Kết hợp một bộ vi sử lý, một bộ nguồn tích hợp, các ngõ vào và mạch ngõ ra trong một kết cấu thu gọn, CPU trong S7-1200 đã tạo ra một PLC mạnh mẽ Sau khi tải xuống một chương trình, CPU sẽ chứa các mạch logic được yêu cầu để giám sát và điều khiển các thiết bị nằm trong ứng dụng CPU giám sát các ngõ vào và làm thay đổi ngõ ra theo logic của chương trình, có thể bao gồm các hoạt động như logic Boolean, việc đếm, định thì, các phép toán phức hợp và việc truyển thông với các thiết bị thông minh khác

Một số tính năng bảo mật giúp bảo vệ việc truy xuất đến cả CPU và chương trình điều khiển

CPU cung cấp một cỏng PROFINET để giao tiếp qua một mạng PROFINET Các modul truyền thông là có sẵn dành cho việc giao tiếp qua các mạng RS232 hay RS485 [3]

Hình 2.1 PLC S7-1200 [3]

2.1.2 Thành phần PLC S7-1200

➢ Bộ phận kết nối nguồn ➢ Các bộ phận kết nối nối dây có thể được tháo và khe cắm thẻ nhớ nằm dưới

nắp phía trên ➢ Các LED trạng thái dành cho I/O tích hợp ➢ Bộ phận kết nối PROFINET (phía trên của CPU)

Bộ nhớ làm việc Bộ nhớ nạp Bộ nhớ giữ lại

25kb 1MB 2kB

50kB 2MB 2kB I/O tích hợp cục bộ

Kiểu số Kiểu tương tự

6 ngõ vào/ 4 ngõ ra 2 ngõ ra

8 ngõ vào/ 6 ngõ ra 2 ngõ ra

14 ngõ vào/ 10 ngõ ra

2 ngõ ra

Kích thước ảnh tiến trình 1024 byte ngõ vào (I) và 1024 byte ngõ ra (Q)

Vuông pha

3 3 tại 100 kHz 3 tại 80 kHz

4 3 tại 100 kHz 1 tại 30 kHz 3 tại 80 kHz 1 tại 20 kHz

6 3 tại 100 kHz 3 tại 30 kHz 3 tại 80 kHz 3 tại 20 kHz

Tốc độ thực thi tính toán thực 18 µs/lệnh Tốc độ thực thi Boolean 0.1 µs/lệnh

Bảng 2.1 Thông số kỹ thuật các loại CPU [3]

Họ S7-1200 cung cấp một số lượng lớn các module tín hiệu và bảng tín hiệu để mở rộng dung lượng của CPU Có thể lắp đặt thêm các module truyền thông để hỗ trợ các giao thức truyền thông khác

Module Chỉ ngõ vào Chỉ ngõ ra Kết hợp In/Out

Module tín hiệu (SM)

Kiểu số

8 x DC In 8 x DC Out

8 x Relay In

8 x DC In/ 8 x DC Out 8 x DC In/ 8 x Relay Out

16 x DC In 16 x DC Out

16x RelayOut

16 x DC In/ 16 x DC Out 16 x DC In/16 x Relay Out

Kiểu tương tự

4 x Analog In 8 x Analog In

2 x Analog In 4x Analog In

4 x Analog In/2 x Analog Out

Bảng tín hiệu (SB)

Hình 2.2 Sơ đồ đấu nối dây CPU 1214 DC/DC/DC [4] 2.2 Tổng quan về Arduino

Arduino Uno là một board mạch vi điều khiển được phát triển bởi Arduino.cc, một nền tảng điện tử mã nguồn mở chủ yếu dựa trên vi điều khiển AVR Atmega328P Với Arduino chúng ta có thể xây dựng các ứng dụng điện tử tương tác với nhau thông qua phần mềm và phần cứng hỗ trợ

Khi arduino chưa ra đời, để làm được một dự án điện tử nhỏ liên quan đến lập trình, biên dịch, chúng ta cần đến sự hỗ trợ của các thiết bị biên dịch khác để hỗ trợ Ví dụ như, dùng Vi điều khiển PIC hoặc IC vi điều khiển họ 8051 , chúng ta phải thiết kế chân nạp onboard, hoặc mua các thiết bị hỗ trợ nạp và biên dịch như mạch nạp 8051, mạch nạp PIC…

Hiện nay trên thị trường có rất nhiều phiên bản Arduino như Arduino Uno R3, Arduino Uno R3 CH340, Arduino Mega2560, Arduino Nano, Arduino Pro Mino, Arduino Lenadro, Arduino Industrial [5]

2.2.1 Arduino dùng trong đề tài

Sau khi xem xét các tiêu chí về tính năng và tính linh hoạt thì nhóm đã quyết định chọn Arduino Uno R3 thực hiện phần nhận tín hiệu analog từ các loại cảm biến

2.3 Tổng quan về phần mềm TIA Portal

TIA Portal viết tắt của Totally Integrated Automation Portal là một phần mềm tổng hợp của nhiều phần mềm điều hành quản lý tự động hóa, vận hành điện của hệ thống Có thể hiểu, TIA Portal là phần mềm tự động hóa đầu tiên, có sử dụng chung 1 môi trường/ nền tảng để thực hiện các tác vụ, điều khiển hệ thống.TIA Portal được phát triển vào năm 1996 bởi các kỹ sư của Siemens, nó cho phép người dùng phát triển và viết các

phần mềm quản lý riêng lẻ một cách nhanh chóng, trên 1 nền tảng thống nhất Giải pháp giảm thiểu thời gian tích hợp các ứng dụng riêng biệt để thống nhất tạo hệ thống

TIA Portal - Tích hợp tự động toàn diện là phần mềm cơ sở cho tất cả các phần mềm khác phát triển: Lập trình, tích hợp cấu hình thiết bị trong dải sản phẩm Đặc điểm TIA Portal cho phép các phần mềm chia sẻ cùng 1 cơ sở dữ liệu, tạo nên tính thống nhất, toàn vẹn cho hệ thống ứng dụng quản lý, vận hành

TIA Portal tạo môi trường dễ dàng để lập trình thực hiện các thao tác: Thiết kế giao diện kéo nhã thông tin dễ dàng, với ngôn ngữ hỗ trợ đa dạng, Quản lý phân quyền User, Code, Project tổng quát, Thực hiện go online và Diagnostic cho tất cả các thiết bị trong project để xác định bệnh, lỗi hệ thống, Tích hợp mô phỏng hệ thống, Dễ dàng thiết lập cấu hình và liên kết giữa các thiết bị Siemens

Hiện tại phần mềm TIA Portal có nhiều phiên bản như TIA Portal V14, V14, V16, V17 [6]

Hình 2.3 TIA Portal [7] 2.4 Tổng quan về phần mềm Visual Studio Code

Visual Studio là hệ thống tập hợp tất cả những gì liên quan tới phát triển ứng dụng, bao gồm trình chỉnh sửa mã, trình thiết kế, gỡ lỗi Tức là, bạn có thể viết code, sửa lỗi, chỉnh sửa thiết kế ứng dụng dễ dàng chỉ với 1 phần mềm Visual Studio mà thôi Không dừng lại ở đó, người dùng còn có thể thiết kế giao diện, trải nghiệm trong Visual Studio như khi phát triển ứng dụng Xamarin, UWP bằng XAML hay Blend vậy

❖ Tính năng của phần mềm Visual Studio Code Phần mềm lập trình Visual Studio của Microsoft hỗ trợ sử dụng trên nhiều nền tảng khác nhau Không giống như các trình viết code khác, Visual Studio sử dụng được trên cả Windows, Linux và Mac Systems Điều này cực kỳ tiện lợi cho lập trình viên trong quá trình ứng dụng

Đa ngôn ngữ lập trình Không chỉ hỗ trợ đa nền tảng, Visual Studio cũng cho phép sử dụng nhiều ngôn ngữ lập trình khác nhau từ C#, F#, C/C++, HTML, CSS, Visual Basic, JavaScript,… Bởi vậy, Visual Studio có thể dễ dàng phát hiện và thông báo cho bạn khi các chương trình có lỗi

Phần mềm Visual Studio cũng tích hợp các loại thiết bị đầu cuối, giúp người dùng không cần chuyển đổi giữa hai màn hình hay trở về thư mục gốc khi thực hiện một thao tác cần thiết nào đó [8]

Hình 2.4 Phần mềm Visual Studio Code [9] 2.5 Phần mềm Arduino IDE

Arduino IDE là một phần mềm mã nguồn mở chủ yếu được sử dụng để viết và biên dịch mã vào module Arduino

Đây là một phần mềm Arduino chính thức, giúp cho việc biên dịch mã trở nên dễ dàng mà một người bình thường không có kiến thức kỹ thuật cũng có thể làm được

Nó có các phiên bản cho các hệ điều hành như MAC, Windows, Linux và chạy trên nền tảng Java đi kèm với các chức năng và lệnh có sẵn đóng vai trò quan trọng để gỡ lỗi, chỉnh sửa và biên dịch mã trong môi trường

Có rất nhiều các module Arduino như Arduino Uno, Arduino Mega, Arduino Leonardo, Arduino Micro và nhiều module khác

Mỗi module chứa một bộ vi điều khiển trên bo mạch được lập trình và chấp nhận thông tin dưới dạng mã

Mã chính, còn được gọi là sketch, được tạo trên nền tảng IDE sẽ tạo ra một file Hex, sau đó được chuyển và tải lên trong bộ điều khiển trên bo

Môi trường IDE chủ yếu chứa hai phần cơ bản: Trình chỉnh sửa và Trình biên dịch, phần đầu sử dụng để viết mã được yêu cầu và phần sau được sử dụng để biên dịch và tải mã lên module Arduino

Môi trường này hỗ trợ cả ngôn ngữ C và C ++ [10]

Hình 2.5 Phần mềm Arduino IDE [11] 2.6 Tổng quan về xử lý ảnh

Xử lý ảnh bằng Python là một lĩnh vực đầy hứa hẹn và thú vị, nơi mà các kỹ thuật và công cụ lập trình được sử dụng để phân tích, chỉnh sửa và hiểu hình ảnh số Python, với sự hỗ trợ từ các thư viện mạnh mẽ như OpenCV, PIL (Pillow), và scikit-image, đã trở thành ngôn ngữ lập trình phổ biến cho các ứng dụng xử lý ảnh nhờ tính đơn giản và tính linh hoạt của nó

OpenCV (Open Source Computer Vision Library) là một thư viện mã nguồn mở hàng đầu, cung cấp nhiều công cụ và thuật toán tiên tiến cho các nhiệm vụ xử lý và phân tích hình ảnh như phát hiện đối tượng, nhận diện khuôn mặt, và theo dõi chuyển động Pillow, một nhánh của PIL, hỗ trợ xử lý ảnh cơ bản như mở, thao tác, và lưu trữ các định dạng hình ảnh khác nhau Trong khi đó, scikit-image, một thư viện dựa trên NumPy và SciPy, cung cấp các thuật toán xử lý ảnh hiệu quả, từ lọc ảnh đến phân đoạn và trích xuất đặc trưng

2.6.1 Các công cụ xử lý ảnh

❖ OpenCV OpenCV là viết tắt của Open Source Computer Vision Library Thư viện này bao gồm khoảng hơn 2000 thuật toán được tối ưu hóa hữu ích cho thị giác máy tính và học máy Có một số cách bạn có thể sử dụng OpenCV trong xử lý hình ảnh như sau:

➢ Chuyển đổi hình ảnh từ không gian màu này sang không gian màu khác, chẳng hạn như giữa BGR và HSV, BGR và màu xám, v.v

➢ Thực hiện ngưỡng trên hình ảnh, như, ngưỡng đơn giản, ngưỡng thích ứng, v.v ➢ Làm mịn hình ảnh, như, áp dụng các bộ lọc tùy chỉnh cho hình ảnh và làm mờ hình

ảnh ➢ Thực hiện các phép toán hình thái trên ảnh ➢ Xây dựng hình kim tự tháp

➢ Trích xuất tiền cảnh từ hình ảnh bằng thuật toán GrabCut ➢ Phân đoạn ảnh sử dụng thuật toán watershed

❖ Hình ảnh Scikit: Scikit là một thư viện mã nguồn mở được sử dụng để tiền xử lý hình ảnh Nó sử dụng học máy với các chức năng tích hợp và có thể thực hiện các hoạt động phức tạp trên hình ảnh chỉ với một vài chức năng

Scikit hoạt động với các mảng numpy và là một thư viện khá đơn giản ngay cả đối với những người mới làm quen với python Một số thao tác có thể được thực hiện bằng hình ảnh scikit là:

➢ Để triển khai các hoạt động tạo ngưỡng, hãy sử dụng phương thức try_all_threshold () trên hình ảnh Nó sẽ sử dụng bảy thuật toán ngưỡng toàn cầu Đây là trong mô-đun bộ lọc

➢ Để thực hiện phát hiện cạnh, hãy sử dụng phương thức sobel () trong mô-đun bộ lọc Phương pháp này yêu cầu hình ảnh thang độ xám 2D làm đầu vào, vì vậy chúng ta cần chuyển đổi hình ảnh sang thang độ xám

➢ Để thực hiện làm mịn gaussian, hãy sử dụng phương thức gaussian () trong đun bộ lọc

mô-➢ Để áp dụng cân bằng biểu đồ, hãy sử dụng mô-đun phơi sáng ➢ Để áp dụng cân bằng biểu đồ bình thường cho hình ảnh gốc, hãy sử dụng phương

thức equalize_hist () ➢ Để áp dụng cân bằng thích ứng, hãy sử dụng phương thức equalize_adapthist () ➢ Để xoay hình ảnh, hãy sử dụng hàm xoay () trong mô-đun biến đổi

➢ Để thay đổi tỷ lệ hình ảnh, hãy sử dụng hàm rescale () từ mô-đun biến đổi ➢ Để áp dụng các phép toán hình thái, hãy sử dụng hàm binary_e wear () và

binary_dilation () trong mô-đun hình thái học ❖ PIL / PILLOW

PIL là viết tắt của Python Image Library Đây là một trong những thư viện mạnh mẽ, hỗ trợ một loạt các định dạng hình ảnh như PPM, JPEG, TIFF, GIF, PNG và BMP Nó có thể giúp bạn thực hiện một số thao tác trên hình ảnh như xoay, thay đổi kích thước, cắt xén, chia tỷ lệ màu xám, v.v Hãy xem qua một số thao tác đó

➢ Để tải một hình ảnh, hãy sử dụng phương thức open () ➢ Để hiển thị một hình ảnh, hãy sử dụng phương thức show () ➢ Để biết định dạng tệp, hãy sử dụng thuộc tính format

➢ Để biết kích thước của hình ảnh, hãy sử dụng thuộc tính size ➢ Để biết về thuộc tính chế độ sử dụng định dạng pixel

➢ Để lưu tệp hình ảnh sau khi xử lý, hãy sử dụng phương thức save () Pillow lưu tệp hình ảnh ở định dạng png

➢ Để thay đổi kích thước hình ảnh, hãy sử dụng phương thức resize () nhận hai đối số là chiều rộng và chiều cao

➢ Để cắt hình ảnh, hãy sử dụng phương thức crop () lấy một đối số dưới dạng một bộ hộp xác định vị trí và kích thước của vùng được cắt

➢ Để xoay hình ảnh, hãy sử dụng phương thức xoay () nhận một đối số là số nguyên hoặc số thực thể hiện mức độ xoay

❖ NumPy:

Với thư viện này, bạn cũng có thể thực hiện các kỹ thuật hình ảnh đơn giản, chẳng hạn như lật hình ảnh, trích xuất các tính năng và phân tích chúng

Hình ảnh có thể được biểu diễn bằng các mảng đa chiều và do đó kiểu của chúng là NdArrays Hình ảnh màu là một mảng có 3 chiều Bằng cách cắt mảng đa chiều, các kênh RGB có thể được tách ra

Dưới đây là một số thao tác có thể được thực hiện bằng NumPy trên hình ảnh (hình ảnh được tải trong một biến có tên test_img bằng cách sử dụng imread)

➢ Để lật hình ảnh theo hướng dọc, hãy sử dụng np.flipud (test_img) ➢ Để lật hình ảnh theo hướng ngang, hãy sử dụng np.fliplr (test_img) ➢ Để đảo ngược hình ảnh, hãy sử dụng test_img [:: – 1] (hình ảnh sau khi lưu trữ

dưới dạng mảng numpy được đặt tên là <img_name>) [12]

2.6.2 Tổng quan về OpenCv

OpenCV (được viết tắt từ Open Computer Vision) là một bộ công cụ phần mềm để xử lý hình ảnh, video, phân tích và học máy theo thời gian thực Bộ công cụ này có hơn 2500 thuật toán được sử dụng cổ điển và hiện đại được tối ưu hóa cho thị giác máy tính và học máy

OpenCV hỗ trợ nhiều ngôn ngữ lập trình như C, C++, Java, Python,…tối ưu hóa thiết kế đa nền tảng và có khả năng hoạt động trên nhiều phần cứng khác nhau Được thiết kế để tận dụng tất cả các khả năng có có sẵn trong phần cứng, OpenCV giúp đảm bảo mang lại hiệu suất tốt nhất cho các ứng dụng máy tính sử dụng bộ công cụ này [13]

2.6.2.1 Các tính năng chính của OpenCv

❖ Phân tích hình ảnh cơ bản: OpenCv cung cấp các công cụ để thực hiện các phép biến đổi hình học, thay đổi kích thước, xoay, và cắt ảnh Thư viện cũng hỗ trợ các kỹ thuật chỉnh sửa hình ảnh như cân bằng sáng tối, điều chỉnh màu sắc và lọc nhiễu ❖ Phát hiện và nhận diện đối tượng: OpenCv có nhiều thuật toán tiên tiến để phát hiện và nhận diện đối tượng, như phát hiện khuôn mặt, mắt, và chuyển động Các thuật toán này bao gồm Haar cascades, HOG (Histogram of Oriented Gradients), và các phương pháp học máy

❖ Theo dõi đối tượng: Thư viện hỗ trợ các kỹ thuật theo dõi đối tượng trong video, cho phép theo dõi vị trí và chuyển động của đối tượng qua các khung hình liên tiếp ❖ Thị giác máy tính 3D: Thư viện cung cấp các công cụ để tái tạo và phân tích các đối

tượng 3D từ các hình ảnh 2D, bao gồm các phương pháp stereo vision và cấu trúc từ chuyển động (structure from motion)

❖ Hỗ trợ đa nền tảng: OpenCv có thể chạy trên nhiều hệ điều hành khác nhau như Windows, Linux, macOS, Android và iOS, giúp các nhà phát triển dễ dàng triển khai các ứng dụng trên nhiều thiết bị và nền tảng khác nhau

Hình 2.6 Nhận diện vật thể với OpenCv [14]

CHƯƠNG 3: THIẾT KẾ HỆ THỐNG VÀ CHẾ TẠO MÔ HÌNH

3.1 Thiết kế tính chọn động cơ và các thiết bị

3.1.1 Tính toán động cơ cho cơ cấu huấn luyện

❖ Yêu cầu về động cơ motor step truyền động cho cơ cấu vít me: ➢ Kích thước nhỏ gọn, dễ gá đặt

➢ Mạch điều khiển đơn giản ❖ Tính chọn động cơ motor step với các thông số sau:

➢ Chiều dài thanh vít me (L): 1m = 1000mm ➢ Bước vít (P): 10mm

➢ Lực kéo tối đa (F): 10 kg/cm ➢ Hệ số ma sát (μ): 0.9

❖ Xác đinh số bước mà vít me cần phải thực hiện để di chuyển 1 lần dài bằng bước của vít

n= LP=

10,01=100 ( Bước)

(3.1) ❖ Xác định số bước cần thiết

➢ Chọn một động cơ bước có 200 bước mỗi vòng, để di chuyển 1m, cơ cấu vít me sẽ cần phải thực hiện

200=100200=0,5 ( Vòng)

(3.2) ❖ Lực kéo trên vit me sau khi ma sát

➢ Đơn vị chuyển đổi cần thiết: 1 kg/cm = 9.81 N/m ➢ Lực kéo tối đa (F) đã cho là 10 kg/cm, chuyển đổi sang đơn vị N/m:

➢ Lực kéo tối đa trên vít me (F_vit) có thể tính bằng công thức:

F_vit = 98.1 × 0.9 = 88.29 N ❖ Động cơ bước cần có đủ mô-men xoắn để vượt qua lực kéo tối đa và vượt qua ma

sát Mô-men xoắn cần thiết (T) có thể tính bằng công thức: [15]

P × 2000 ×  × 

(3.5)

T = F_vitP × 2000 ×  ×  =

88.290,01 × 2000 ×  × 0.9 = 1,58 (𝑁𝑚) ❖ Kết luận: Với yêu cầu và các lực tính toán trên nên nhóm đã quyết định chọn động

cơ bước size 57 57HBP80AL4 kích thước mặt bích 57x57mm, Chiều dài thân 80mm, momen xoắn 2 Nm, dòng điện 3A, đường kính trục 8mm, 4 dây

3.1.2 Tính toán chọn động cơ bơm cho hệ thống

Ta có một hồ thủy sinh kích thước 200x100x100 cm Chọn một bơm phù hợp để đảm bảo lưu lượng nước trong hồ được duy trì ổn định và đảm bảo sức khỏe cho các sinh vật sống trong hồ

Lưu lượng nước (Q) cần thiết được khuyến nghị là thay đổi toàn bộ lượng nước trong hồ từ gấp 4 lần mỗi giờ

Thể tích hồ (V) = 2000 (lít) Lưu lượng nước tối thiểu 𝑄𝑚𝑖𝑛 :

𝑄𝑚𝑖𝑛 = 𝑉 = 2000(𝑙í𝑡/𝑔𝑖ờ) Lưu lượng nước tối đa 𝑄𝑚𝑎𝑥:

𝑄𝑚𝑎𝑥 = 𝑉 × 4 = 2000 × 4 = 8000 (𝑙í𝑡/𝑔𝑖ờ) ❖ Công thức tính công suất cho động cơ bơm: [16]

𝑃 = (𝑄 × 𝐻 × ) ÷ (102 × ) (3.7) ➢ Trong đó:

• P: Công suất hoạt động thực của máy bơm (kW) • Q: Lưu lượng nước (𝑚3/s)

• H: Cột áp của máy (m) • : Tỉ trọng của nước (kg/𝑚3) • : Hiệu suất bơm Thường là 0,8 ❖ Tính toán công suất cho động cơ bơm:

➢ Q = 8000 (lít/giờ) = 8𝑚3/ℎ

➢ 1 giờ = 3600 (giây) ➢  = 1000 (kg/𝑚3) ➢  = 0,8

➢ H = 2,4 (m) 𝑃 = ( 8 ÷ 3600 × 2,4 × 1000 ) ÷ (102 × 0,8) = 0,065 (𝑘𝑊) = 65 (𝑊) ❖ Kết luận: Với yêu cầu và các tính toán trên nên nhóm đã quyết định chọn động cơ

Atman AT 8000 với công suất 65W và lưu lượng bơm 8000L/H

3.1.3 Tính toán chọn rơle trung gian

❖ Công thức tính công suất tiếp điểm

➢ Trong đó • P là công suất (Watt) • V là điện áp (Volt) • I là dòng điện (Ampere) ❖ Tính toán công suất chọn role trung gian

➢ Điện áp điều khiển cuộn dây: 220V AC ➢ Dòng điện điều khiển cuộn dây: 5A ➢ Dòng điện tiếp điểm: 5A

𝑃 = 200 × 5 = 1000 (𝑊) ❖ Kết luận: Với yêu cầu tính toán trên nên nhóm đã quyết định chọn role trung gian

MY2N-J 220VAC / Chính Hãng Omron / relay 8 chân - B5H21

3.1.4 Tính toán chọn sưởi

❖ Công thức tính công suất tiếp điểm

➢ Trong đó • P là công suất cần thiết của thiết bị sưởi (watt) • V là thể tích của hồ cá (lít)

• ΔT là chênh lệch nhiệt độ giữa nhiệt độ mong muốn và nhiệt độ môi trường (°C)

• k là hệ số cách nhiệt (thường dùng giá trị trung bình là 0.05) ❖ Tính toán chọn sưởi

➢ Thể tích của hồ mục 3.1.2 đã tính = 2000 lít ➢ ΔT = 𝑇𝑚𝑜𝑛𝑔𝑚𝑢𝑜𝑛 − 𝑇𝑚𝑜𝑖𝑡𝑟𝑢𝑜𝑛𝑔 = 28 − 23 = 5°𝐶

𝑃 = 2000 × 5 × 0.05 = 500 (𝑊)

❖ Kết luận: Với yều cầu tính toán trên nên nhóm đã quyết định chọn sưởi HEATER PERIHA HE 500W

3.1.5 Tính toán chọn bộ lọc

❖ Công thức tính công suất cho bộ lọc

➢ Trong đó: • P là công suất cần cho bộ lọc • V là thể tích của hồ được tính 2000L ở mục 3.1.2 • 2 là đại diện cho một lượng nước lọc tối thiểu trên 1 giờ ❖ Tính toán chọn bộ lọc

P = 2000 × 2 = 4000 (Lít/giờ) ❖ Kết luận: Với yêu cầu tính toán trên nhóm quyết định chọn lọc BaoYu BY-105

3.1.6 Tính toán chọn đèn

❖ Công thức tính chọn công suất đèn

➢ Trong đó: • P là công suất cần cho đèn • V là thể tích của hồ được tính 2000L ở mục 3.1.2 • 0.1 là khoảng ánh sáng cần trên mỗi lít nước ( hồ nuôi không có cây thuỷ sinh) ❖ Tính toán chọn đèn

𝑃 = 2000 × 0.1 = 200 (𝑊) ❖ Kết luận: Với yêu cầu tính toán trên nhóm đã quyết định chọn loại đèn Đèn LED

Vật liệu cách điện 500VDC100MMin

Bảng 3.1 Bảng thông số kỹ thuật động cơ bước 57HBP80AL4 [17]

Hình 3.1.Động cơ bước 57HBP80AL4 [17]

3.2.2 Động cơ bơm Atman AT 8000

❖ Thông số kỹ thuật ➢ Công suất: 65W ➢ Lượng bơm: 8000L/H ➢ Đẩy cao: 3,5m

➢ Đầu ra: 20-26-33-37mm ➢ Trọng lượng: 3kg

➢ Kích thước thực: 26*12,5*16cm ➢ Kích thước đóng gói: 30*13*18cm

Hình 3.2.Động cơ bơm Atman AT 8000 [18]

3.2.3 Nguồn tổ ong

❖ Thông số kỹ thuật ➢ Đầu vào: AC 110-220V +- 15% ➢ Đầu ra: dc 12V/24V, 5A-30A ➢ Vỏ kim loại

➢ Sử dụng trong nhà, không chống nước

Hình 3.3 Nguồn tổ ong 24V [19]