(Luận văn thạc sĩ) 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 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 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 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 môn 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: Bằng Kỹ Sư Điện tử, số bằng: B407101, cấp ngày 10 tháng năm 2002, Trường ĐHCần Thơ III Q 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 XÁC NHẬN CỦA CƠ QUAN (Ký tên, đóng dấu) tử Ngày 05 tháng 11 năm 2014 Người khai Nguyễn Thành Nhơn 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 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 mơ 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 2.3 Xây dựng hệ thống điều khiển mờ Matlab & Simulink 30 2.4 Xây dựng thiết mơ hình mơ 30 Chương XÂY DỰNG BẢNG THAM CHIẾU, MƠ HÌNH NHẬN BIẾT VÀ PHÂN LOẠI TÔM BỊ BƠM TẠP CHẤT 35 3.1 Thu thập liệu phương pháp thực nghiệm đo tính trực tiếp 35 3.2 Xây dựng tập mờ 36 3.3 Xây dựng mơ hình nhận biết phân loại tôm bị bơm tạp chất 37 3.3.1 Thiết kế thực thi mơ hình 37 3.3.1.1 Thu thập liệu: 37 3.3.1.2 Xử lý liệu thuật toán Logic mờ 42 3.3.1.3 Mơ hình Logic mờ dùng MATLAB Simulink giao tiếp truyền thông với cảm biến thông minh 45 3.3.1.4 Kết mơ thực nghiệm mơ hình phân loại tôm bị bơm tạp chất 46 3.3.1.5 So sánh kết chế độ offline online 48 3.3.2 Đánh giá, nhận xét kết hệ thống 48 Chương KẾT LUẬN 50 4.1 Kết thực đề tài 50 4.2 Kết luận đề nghị 51 TÀI LIỆU THAM KHẢO 52 PHỤ LỤC A Sơ đồ phần cứng HY_SRF05 PIC_16F877A “Bộ thu thập liệu” 54 PHỤ LỤC B Chương trình PIC C thu - truyền - nhận tập dùng HY_SRF05 PIC_16F877A 55 vi Luận văn Chương TỔNG QUAN 1 Tính cấp thiết đề tài Khoảng năm 2009 trở lại “Tôm thương phẩm” Việt Nam, đặc biệt tỉnh Đồng Bằng Sông Cửu Long bị số thương lái chủ động bơm tạp chất như: Aga (thạch rau câu), chất Cellulose sodium glycolat nhằm tăng lợi nhuận bất chính, theo_VnExpress.net 1kg chất CMC, Aga (giá khoảng 60.000-70.000 đồng/kg) pha thành 50 lít dung dịch, bơm cho 500 kg tôm Như trọng lượng lô hàng gia tăng lên 10%, kích cỡ tơm tăng lên khoảng 20% Việc làm không gây thiệt hại kinh tế trực tiếp đến ngành nuôi xuất ni tơm Việt Nam mà cịn thương hiệu tôm Việt Nam thị trường quốc tế Theo sô liệu thiệt hại công bố: “Cuối năm 2009, phải trả giá đắt 40 container tôm xuất bị ách tắc cửa Móng Cái bị bơm chích.” Dẫn lời Ơng Trần Thiện Hải - Chủ tịch Hiệp hội Chế biến Xuất thủy sản Việt Nam, điều mà Chính phủ có số cơng văn, thị ban hành nhằm ngăn chặn tình trạng Ngày 17/5/2010, Bộ Nông nghiệp phát triển nông thôn “Cơng văn khẩn số 1430/CT-BNN-QLCL” cảnh báo tình hình bơm tạp chất vào tôm tỉnh Cà Mau, Bạc Liêu, Sóc Trăng, Kiên Giang đề nghị địa phương mở chiến dịch chống tôm tạp chất.[1] Nghị định số 31/2010/NĐ- CP cho phép, quan quản lý nhà nước rút giấy phép kinh doanh, đình hiệu lực cơng nhận an tồn thực phẩm từ 6-12 tháng đơn vị chế biến thủy hải sản vi phạm hành vi mua bán, chế biến tôm tạp chất.[2] Chỉ thị 20/CT-TTg ngày tháng năm 2014 việc ngăn chặn hành vi đưa tạp chất vào tơm ngun liệu sản xuất kinh doanh tơm có chứa tạp chất.[3] Hiện việc nhận biết tôm bị bơm tạp chất nói trên, dựa vào giác quan người quan sát phình to căng cứng bất thường đầu thân tôm Trang Luận văn phát qua kiểm tra đột xuất Đội Quản Lý Thị Trường sở thu mua Hình 1.1: Ảnh Quản lý thị trường thu gom tôm bị bơm tạp chất Điều khó kiểm tra phát với lượng lớn tơm tôm bị bơm tạp chất mà cá nhân hay nhóm người cố tình trộn vào Từ thơng qua tìm hiểu trao đổi trực tiếp với Thầy hướng dẫn, Thầy đồng ý nhận hướng dẫn đề tài “Xây dựng sở liệu ứng dụng logic mờ để phân loại tôm thương phẩm bị nhiễm tạp chất” Đề tài tập trung nghiên cứu giải số vấn đề đặt ra: (i) Tôm thương phẩm bị bơm tạp chất phân biệt dựa nguyên lý thay đổi tỷ trọng tôm không bị bơm tạp chất tôm bị bơm tạp chất; (ii) Cách thực cho đề tài tạo mẫu có chứa tỷ lệ tạp chất khác đo thực nghiệm thiết bị đo lường chuẩn hoá để xác định khối lượng riêng, tỷ trọng cho mẫu; (iii) Xây dựng tập liệu mẫu chuẩn cho hệ thống tự động nhận biết thay đổi tỷ trọng cảm biến thông minh phân loại tỷ lệ tạp chất tôm thuật tốn Logic mờ; (iv) Xây dựng mơ hình thực nghiệm nhận biết, phân loại tôm nguyên liệu bị bơm tạp chất với biến thay đổi thể tích, biến khối lượng tôm kết mẫu hiển thị hình PC LCD 16x2 Tình hình nghiên cứu ngồi nước Hiện tình trạng tơm ngun liệu bị bơm tạp chất tỉnh Đồng Bằng Sông Cửu Long gây thiệt hại kinh tế uy tín cho ngành chế biến xuất tôm Việt Nam Do số quan có biện pháp mặt hành ban hành cơng văn, thị, thơng tư để xử lý ngăn chặn tình trạng này[1-3] Trang 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 Luận văn Chương KẾT LUẬN 4.1 Kết thực đề tài Thiết kế mơ 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 tơm 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 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 ngun 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 tôm 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 Sông Cửu Long việc kiểm sốt tình trạng bơm tạp chất vào tơm ngun liệu Trang 51 Luận văn TÀI LIỆU THAM KHẢO Tiếng việt Bộ NN&PTNN, Chỉ thị số 1430/CT-BNN-QLCL “Tăng cường kiểm sốt 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 - Mơ Phỏng Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật Tp.HCM 10 Huỳnh Thái Hoàng Hệ thống điều khiển thông 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 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 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 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 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 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 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 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