Thiết kế hệ thống phân loại rác sử dụng công nghệ xử lý ảnh

BỘ CÔNG THƯƠNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI KHOA CƠ KHÍ BÀI TẬP LỚN MÔN HỌC THIẾT KẾ HỆ THỐNG CƠ ĐIỆN TỬ Giáo viên hướng dẫn: TS Nguyễn Văn Trường Sinh viên thực hiện: Nguyễn Văn Anh 2018603336 Giáp Hải Bình 2018604533 Hà Nội-2021 BỘ CÔNG THƯƠNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI KHOA CƠ KHÍ BÀI TẬP LỚN MÔN HỌC THIẾT KẾ HỆ THỐNG CƠ ĐIỆN TỬ Giáo viên hướng dẫn: TS Nguyễn Văn Trường Sinh viên thực hiện: Nguyễn Văn Anh 2018603336 Giáp Hải Bình 2018604533 Hà Nội-2021 PHIẾU HỌC TẬP CÁ NHÂN/NHĨM I Thơng tin chung Tên lớp: ME6061.2 Tên nhóm: N02 STT Họ tên Nguyễn Văn Anh Giáp Hải Bình Khóa: 13 MSV 2018603336 2018604533 II Nội dung học tập Tên chủ đề: Thiết kế hệ thống phân loại rác sử dụng công nghệ xử lý ảnh Hoạt động sinh viên Nội dung 1: Phân tích nhiệm vụ thiết kế - Thiết lập danh sách yêu cầu Nội dung 2: Thiết kế sơ - Xác định vấn đề - Thiết lập cấu trúc chức - Phát triển cấu trúc làm việc - Lựa chọn cấu trúc làm việc Nội dung 3: Thiết kế cụ thể - Xây dựng bước thiết kế cụ thể - Tích hợp hệ thống - Phác thảo sản phẩm phần mềm CAD và/hoặc vẽ phác Áp dụng cơng cụ hỗ trợ: Mơ hình hóa mô phỏng, CAD, HIL,… để thiết kế sản phẩm Sản phẩm nghiên cứu: Báo cáo thu hoạch tập lớn III Nhiệm vụ học tập Hoàn thành tập lớn theo thời gian quy định (từ ngày 25/03/2021 đến ngày 02/05/2021) Báo cáo sản phẩm nghiên cứu theo chủ đề giao trước hội đồng đánh giá IV Học liệu thực tiểu luận, tập lớn, đồ án/dự án Tài liệu học tập: Bài giảng môn học thiết kế hệ thống điện tử tài liệu tham khảo Phương tiện, nguyên liệu thực tiểu luận, tập lớn, đồ án/dự án (nếu có): Máy tính KHOA CƠ KHÍ GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN TS Nguyễn Văn Trường TS Nguyễn Anh Tú NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN Hà Nội, ngày tháng năm 2020 Giáo viên hướng dẫn ĐÁNH GIÁ, NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN PHẢN BIỆN Hà Nội, ngày tháng năm 2020 Giáo viên chấm phản biện MỤC LỤC MỤC LỤC .6 DANH MỤC HÌNH ẢNH DANH MỤC BẢNG LỜI MỞ ĐẦU 10 CHƯƠNG 1: PHÂN TÍCH NHIỆM VỤ THIẾT KẾ 11 1.1 NHU CẦU THỊ TRƯỜNG 11 1.2 KHẢO SÁT THỊ TRƯỜNG 12 1.2.1 Tiềm nhu cầu Việt Nam: .12 1.2.2 Các sản phẩm có thị trường 13 1.2.3 Khảo sát khách hàng .14 1.2.4 Khả công ty 17 1.3 HÌNH THÀNH Ý TƯỞNG, LÊN CHIẾN LƯỢC, MỤC TIÊU 17 1.4 THIẾT LẬP DANH SÁCH YÊU CẦU 18 CHƯƠNG 2: THIẾT KẾ SƠ BỘ 21 2.1 XÁC ĐỊNH CÁC VẤN ĐỀ CƠ BẢN 21 2.2 XÁC LẬP CẤU TRÚC CHỨC NĂNG 22 2.2.1 Cấu trúc chức tổng thể 22 2.2.2 Cấu chúc chức cụ thể 23 2.3 PHÁT TRIỂN CẤU TRÚC LÀM VIỆC 24 2.4 LỰA CHỌN CẤU TRÚC LÀM VIỆC 25 2.4.1 Phương pháp định tính .25 2.4.2 Phương pháp định lượng 27 CHƯƠNG 3: THIẾT KẾ CỤ THỂ 28 3.1 XÂY DỰNG CÁC BƯỚC XÂY DỰNG THIẾT KẾ CỤ THỂ 28 3.2 TÍCH HỢP HỆ THỐNG .48 3.3 THIẾT KẾ CHI TIẾT 51 PHỤ LỤC 52 TÀI LIỆU THAM KHẢO 52 CÂU HỎI KHẢO SÁT 53 DANH MỤC HÌNH ẢNH Hình 1: Thùng rác thông minh Xiaomi Ninestars 13 Hình 2: Thùng rác Magic Bin nhóm sinh viên trường đại học FPT 14 Hình 3: Cấu trúc chức tổng thể thùng rác thơng minh 22 Hình 4: Cấu trúc chức cụ thể thùng rác thông minh 23 Hình 5: Nắp đậy 31 Hình 6: Cửa 32 Hình 7: Đai 32 Hình 8: Raspberry Pi model B 33 Hình 9: Quy trình xây dựng thuật tốn 34 Hình 10: Nhận diện vật thể 34 Hình 11: Sơ đồ thuật toán .36 Hình 12: Mơ hình lưu trữ liệu 37 Hình 13: Camera raspberry Pi Module V2 8MP 38 Hình 14: Động bước 39 Hình 15: Động servo 40 Hình 16: Thơng số kĩ thuật Arduino Uno R3 .40 Hình 17:Cảm biến siêu âm US-100 41 Hình 18: Màn hình cảm ứng 42 Hình 19: Driver động bước T6600 43 Hình 20: Bộ chuyển đổi nguồn từ 220V sang 12V 44 Hình 21: Bộ chuyển đổi nguồn 5V .44 Hình 22: Bóng đèn LED .45 Hình 23: Bản lề .45 Hình 24: Đầu nối khung nhơm định hình 46 Hình 25: Vị trí thiết bị điện tử lắp cụm phân loại(góc nhìn sau) 48 Hình 26: Vị trí thiết bị điện tử lắp cụm phân loại(góc nhìn trước) 48 Hình 27: Cụm chuyển động 49 Hình 28: Sơ đồ khối kết nối thiết bị điện-điện tử 49 Hình 29: Hệ thống hoàn chỉnh 50 Hình 30: Cơ cấu bên 50 DANH MỤC BẢNG Bảng 1: Đánh giá hệ thống phương pháp định tính .27 Bảng 2: Đánh giá hệ thống phương pháp định lượng 27 Bảng 3: Các phận thực chức 30 LỜI MỞ ĐẦU Với phát triển nhanh xã hội, rác thải sinh nhiều Điều có nghĩa lượng lớn rác thải tạo năm tăng cách khơng mong muốn Nhiều rác thải có nghĩa nhiều tiêu thụ lãng phí nguồn tài nguyên Phân loại tái chế điều cần thiết để giảm nguồn rác thải Hầu hết loại chất thải tạo phân loại nhà Càng rác thải ném phải trả phí vận chuyển rác Phân loại rác nhà rẻ cho người tiêu dùng Hầu hết rác thải tạo hộ gia đình bao gồm bao bì, thức ăn thừa giấy, giẻ Con người nên phân chia giấy, bao bì, thức ăn thừa chất thải nguy hại từ chất thải khác để tiết kiệm tài nguyên thiên nhiên Công nghệ xử lý ảnh ngày phát triển với cách mạng 4.0 Nó giúp nhận diện vật thể Cơng nghệ mở rộng gần đầy nhờ công cụ mã nguồn mở giúp lập trình dễ dàng tính tốn giá phải Nhận đề tài thiết kế thùng rác thông minh sử dụng công nghệ xử lý ảnh môn học Thiết kế hệ thống điện tử, hội để chúng em ôn tập lại kiến thức môn học tìm hiểu thêm nhiều kiến thức Chúng em chân thành cảm ơn thầy Nguyễn Văn Trường thầy mơn tận tình giúp đỡ chúng em thực đề tài Nhóm thực tập lớn 10 Hình 24: Đầu nối khung nhơm định hình Bước 7: Chi tiết phận thực chức có tính đến phận thực chức phụ Các phận thực chức phải điều chỉnh để phù hợp với giải pháp chọn cho phận thực chức phụ Điều dẫn đến điều sau:  Động điện: lựa chọn động bước có gắn pulley  Camera: gắn nghiêng để có góc chụp rộng  Khung: thiết kế cho phù hợp với hình dạng động cơ, vị trí thùng rác chọn  Bộ xử lí ảnh camera: có vỏ bảo vệ  Bộ vi xứ lí: có vỏ bảo vệ Bước 8: Chi tiết hóa phận thực chức phụ trợ hoàn thành bố cục sơ - Bố trí  Bố trí camera phía thùng chứa rác (phía chưa phân loại)  Bộ xử lí ảnh camera vi xử lí nằm khung, để che chắn bảo vệ khung 46 - Lựa chọn vít kết nối theo tiêu chuẩn ISO, dễ dàng tìm mua thị trường - Sản xuất  Sản xuất dễ dàng cấu đơn giản - Lắp ráp  Lắp ráp dễ dàng, gọn chi tiết - Bảo trì  Bảo trì dễ, thường xuyên kiểm tra dây đai Bước 9: Đánh giá sử dụng tiêu chí kinh tế kỹ thuật Vì có phương án cuối phát triển nên khơng có lựa chọn tham gia, đánh giá phương án cuối dựa tiêu chí rút từ danh sách yêu cầu Mục đích xác định loại bỏ điểm yếu Quy trình bao gồm bước sau:   Xác định tiêu chí đánh giá  Đánh giá xem thơng số có đáp ứng tiêu chí đánh giá hay không  Xác định đánh giá tổng thể  Tìm kiếm điểm yếu  Loại bỏ điểm yếu, yêu cầu Để đánh giá, sử dụng 11 số 13 tiêu chí sử dụng để đánh giá concepts Việc sử dụng trọng số khơng cần thiết Một đề xuất sau đưa để cải thiện thông số nhận hai điểm:  Một số lỗi điều hành có Điểm yếu: tốc độ động cơ: tốc độ đặt giá trị cao cần thiết cho tốc độ tăng mô-men xoắn cực đại; trình chạy động nên diễn từ từ nhiệt lượng tỏa Biện pháp khắc phục: phạm vi cho phép tăng tốc vận hành hiển thị tốc kế động Máy tự động tắt tốc độ cao Thông báo đến người dùng  Dễ dàng vận hành, sửa chữa Điểm yếu: Phải có thẻ thông tin xác nhận người dùng máy hoạt động Biện pháp khắc phục: Phổ cập người dùng hiểu làm thẻ xác minh  Mức độ an toàn cao Điểm yếu: động đai quay Biện pháp khắc phục: cung cấp vỏ bảo vệ 47 3.2 Tích hợp hệ thống Lắp ghép thiết bị điện tử với nhau: Hình 25: Vị trí thiết bị điện tử lắp cụm phân loại(góc nhìn sau) Hình 26: Vị trí thiết bị điện tử lắp cụm phân loại(góc nhìn trước) 48 Lắp cụm chuyển động lên khung: Hình 27: Cụm chuyển động Đi dây thiết bị điện - điện tử: Hình 28: Sơ đồ khối kết nối thiết bị điện-điện tử 49 Lắp chi tiết lại để tạo thành hệ thống hồn chỉnh Hình 29: Hệ thống hồn chỉnh Hình 30: Cơ cấu bên 50 3.3 Thiết kế chi tiết Các vẽ chi tiết, vẽ lắp, vẽ phân rã trình bày cuối báo cáo 51 Phụ lục Tài liệu tham khảo [1] Bộ môn Cơ điện tử, Đề cương giảng môn thiết kế hệ thống điện tử, ĐHCNHN [2] Robert H Bishop (2007), The mechatronics handbook điện tử, NXB đại học quốc gia Hà Nội [3] G Pahl, W Beitz (2008), Engineering design, Springer [4] Matchett, E., 1963 The Controlled Evolution of Engineering Design, Institution of Engineering Designers, London [5] Matousek, R., 1963 Engineering Design: A Systematic Approach, Blackie, London 52 Câu hỏi khảo sát 53 54 ... Tên chủ đề: Thiết kế hệ thống phân loại rác sử dụng công nghệ xử lý ảnh Hoạt động sinh viên Nội dung 1: Phân tích nhiệm vụ thiết kế - Thiết lập danh sách yêu cầu Nội dung 2: Thiết kế sơ - Xác... thể Cơng nghệ mở rộng gần đầy nhờ công cụ mã nguồn mở giúp lập trình dễ dàng tính tốn giá phải Nhận đề tài thiết kế thùng rác thông minh sử dụng công nghệ xử lý ảnh môn học Thiết kế hệ thống điện... thiết kế cụ thể Bước 1: Nhận diện phương án Các mục sau từ danh sách yêu cầu xác định xác định tính phương án: - Xác định bố cục:  Hệ thống nhận diện, phân loại rác xử dụng công nghệ xử lý ảnh