Nghiên cứu, thiết kế, chế tạo mô hình máy phân loại bưởi da xanh

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP NGÀNH KỸ THUẬT CƠ ĐIỆN TỬ NGHIÊN CỨU – THIẾT KẾ – CHẾ TẠO MƠ HÌNH MÁY PHÂN LOẠI BƯỞI DA XANH GVHD: TƯỞNG PHƯỚC THỌ SVTH: TRẦN HẢI DƯƠNG MSSV: 15146021 SVTH: NGUYỄN HÒA HẬU MSSV: 15146032 SVTH: NGUYỄN HỮU ĐỨC MSSV: 15146027 SKL005460 Tp Hồ Chí Minh, tháng 07/2019 TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH KHOA ĐÀO TẠO CHẤT LƯỢNG CAO ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP NGHIÊN CỨU – THIẾT KẾ – CHẾ TẠO MƠ HÌNH MÁY PHÂN LOẠI BƯỞI DA XANH GVHD : ThS TƯỞNG PHƯỚC THỌ SVTH : TRẦN HẢI DƯƠNG MSSV : 15146021 SVTH : NGUYỄN HÒA HẬU MSSV : 15146032 SVTH : NGUYỄN HỮU ĐỨC MSSV : 15146027 Khóa : 2015 Ngành : CNKT CƠ ĐIỆN TỬ Tp.Hồ Chí Minh, tháng 07 năm 2019 CỘNG HỒ XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc lập – Tự – Hạnh Phúc -*** - NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Giảng viên hướng dẫn: ThS Tưởng Phước Thọ Sinh viên thực hiện: Nguyễn Hòa Hậu Nguyễn Hữu Đức Trần Hải Dương Ngành: CNKT Cơ điện tử Ngày nhận đề tài: Tên đề tài: - Nghiên cứu, thiết kế chế tạo mơ hình máy phân loại bưởi da xanh Mục tiêu đề tài: - Thiết kế chế tạo mơ hình máy phân loại bưởi da xanh - Hoàn thành khâu xử lý ảnh để nhận diện, phân tích vùng khác màu tính thể tích bưởi - Hồn thành vấn đề xử lý liệu, điều khiển qua máy tính vi điều khiển Nội dung thực đề tài: - Thiết kế mơ hình máy phân loại bưởi da xanh - Tính tốn lựa chọn thiết bị, linh kiện cho mơ hình - Viết chương trình xử lý ảnh giám sát hệ thống Visual Studio - Viết chương trình điều khiển Arduino - Tạo trang web giám sát & điều khiển thông qua Raspberry - Thi cơng lắp đặt mơ hình khí - Thi công lắp đặt linh kiện điện tử - Vận hành mơ hình khắc phục sai sót nảy sinh Sản phẩm dự kiến: - Mơ hình máy phân loại bưởi da xanh điều khiển hai chế độ phân loại theo khối lượng tỷ trọng, giám sát qua web server TRƯỞNG NGÀNH GIẢNG VIÊN HƯỚNG DẪN i CỘNG HOÀ XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc lập – Tự – Hạnh Phúc -*** - PHIẾU NHẬN XÉT CỦA GIẢNG VIÊN HƯỚNG DẪN Họ tên sinh viên: MSSV: Ngành: Tên đề tài: Họ tên Giảng viên hướng dẫn: NHẬN XÉT Về nội dung đề tài & khối lượng thực hiện: Ưu điểm: Khuyết điểm: Đề nghị cho bảo vệ hay không? Đánh giá loại: Điểm:………(Bằng chữ: .) Tp Hồ Chí Minh, ngày tháng năm 20… Giảng viên hướng dẫn (Ký & ghi rõ họ tên) ii CỘNG HOÀ XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc lập – Tự – Hạnh Phúc -*** - PHIẾU NHẬN XÉT CỦA GIẢNG VIÊN PHẢN BIỆN Họ tên sinh viên: MSSV: Ngành: Tên đề tài: Họ tên Giảng viên phản biện: NHẬN XÉT Về nội dung đề tài & khối lượng thực hiện: Ưu điểm: Khuyết điểm: Đề nghị cho bảo vệ hay không? Đánh giá loại: Điểm:…………(Bằng chữ: ) thán năm 20… g Giảng viên phản biện (Ký & ghi rõ họ tên) Tp Hồ Chí Minh, ngày iii LỜI CẢM ƠN Đầu tiên, chúng em xin chân thành gửi lời cảm ơn đến nhà trường, khoa Đào tạo chất lượng cao, ngành CNKT Cơ điện tử, thầy tận tình giảng dạy, truyền đạt cho chúng em kiến thức sở chuyên môn suốt bốn năm học vừa qua Chúng em xin chân thành cảm ơn ThS Tưởng Phước Thọ, thầy trực tiếp hướng dẫn, bảo tận tình, định hướng, góp ý dẫn tài liệu thực đồ án Cuối chúng em xin gửi lời cảm ơn sâu sắc đến gia đình , người bên cạnh, động viên hỗ trợ để nhóm hồn thành đồ án Mặc dù cố gắng nỗ lực nhiều, song đồ án chắn khơng thể tránh khỏi thiếu sót Kính mong nhận góp ý dẫn q thầy để nhóm hồn thành đồ án tốt học kỳ Xin chân thành cảm ơn! Nhóm sinh viên thực iv TÓM TẮT Đề tài: Nghiên cứu, thiết kế chế tạo máy phân loại bưởi da xanh Bưởi da xanh loại trái có giá trị cao, có tiềm vượt trội xuất Để đạt tiêu chuẩn VietGap nói riêng, GlobalGap nói chung, đáp ứng nhu cầu tiêu dùng khách hàng, cần phân loại đầu vào cách nghiêm ngặt Do đó, phân loại giai đoạn quan trọng nhất, định chất lượng sản phẩm tiêu thụ Hiện nay, vựa trái thuê nhiều nhân công để tiếp nhận, phân loại đóng gói bưởi Họ phân loại dựa kinh nghiệm số bí tiết lộ Hơn nữa, bưởi da xanh lại mang nhiều yếu tố phân loại phức tạp, khơng dựa vào kích cỡ màu sắc loại trái khác Nhận vấn đề này, nhóm định nghiên cứu, thiết kế chế tạo máy phân loại bưởi với mục tiêu phục vụ nhu cầu tiêu thụ bưởi da xanh góp phần đẩy mạnh việc tiêu thụ mặt hàng nơng sản nói chung Để xác định đâu yếu tố phân loại bưởi da xanh, trực tiếp gặp nhà vườn trồng bưởi, tham quan vựa trái thương lái để tham khảo cách thức phân loại, từ đưa định hướng cụ thể cho đường nghiên cứu Bên cạnh đó, tiến hành thu thập phân tích tài liệu, thơng tin dự án phân loại trái có ngồi nước Sau đó, xây dựng mơ hình lý thuyết tiến hành thiết kế mơ hình khí, song song với việc thiết kế hệ thống điều khiển cho máy Khi thiết kế hoàn thành, bắt đầu lựa chọn vật liệu, thiết bị bao gồm vật tư, linh kiện có sẵn bán thị trường Tiếp theo, tiến hành thi cơng mơ hình liên tục cải thiện sản phẩm Tiến hành thực nghiệm phân tích mơ hình hồn thành, ghi nhận ưu - nhược điểm, tìm cách khắc phục thiếu sót, đo đạc thông số hoạt động thiết bị để so sánh kết tính tốn lý thuyết Cuối cùng, đánh giá kết rút kết luận Sau hồn thành mơ hình, tiến hành thực nghiệm phân loại với đặc trưng thuộc loại lần, thu kết phân loại theo khối lượng xác đạt sai số Tuy nhiên, kết thể tích nhiều sai số Bưởi phân loại tương thích với tiêu chí thực tế Tỷ lệ thành cơng ước tính 70% Bên cạnh đó, linh hoạt thay đổi chế độ phân loại (khối lượng tỷ trọng) giám sát thông số phân loại giao diện điều khiển WinForm Nhìn chung, mơ hình đáp ứng tiêu chí đặt ban đầu phân loại sát với thực tế Những hạn chế đa phần nằm xử lý ảnh chưa thể tối ưu thuật tốn nên cịn xử lý chậm, sai số nhiễu Mơ hình phát triển theo hướng ứng dụng AI, Machine Learning để đạt hiệu Bên cạnh đó, mở rộng phạm vi dán nhãn, bọc lưới đóng gói tự động bưởi da xanh v MỤC LỤC NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP PHIẾU NHẬN XÉT CỦA GIẢNG VIÊN HƯỚNG DẪN PHIẾU NHẬN XÉT CỦA GIẢNG VIÊN PHẢN BIỆN LỜI CẢM ƠN TÓM TẮT DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT DANH SÁCH CÁC BẢNG BIỂU DANH SÁCH CÁC HÌNH ẢNH, BIỂU ĐỒ CHƯƠNG GIỚI THIỆU TỔNG QUAN 1.1 Lý chọn đề tài 1.2 Ý nghĩa thực tiễn đề tài 1.3 Khảo sát đề tài 1.3.1 Khả 1.3.2 Phân 1.4 Mục tiêu nghiên cứu 1.5 Đối tượng, phạm vi công cụ nghiên cứu 1.5.1 Đối 1.5.2 Phạm 1.5.3 Côn 1.6 Phương pháp nghiên cứu 1.6.1 Cơ s 1.6.2 Các 1.7 Kết cấu báo cáo đồ án CHƯƠNG 2CƠ SỞ LÝ THUYẾT 2.1 Lựa chọn động điện 2.2 Truyền động xích 2.2.1 Xác 2.2.2 Xác 2.3 Các phần tử hệ thống khí nén 2.3.1 Van 2.3.2 Xy l 2.4 Xử lý ảnh vi với 1, 2, tỷ trọng bưởi loại 1, loại loại Bảng Quả Loại Loại Loại Cần kết hợp điều kiện: - Khối lượng m: điều kiện cần, yếu tố quan trọng thực tế (khảo sát thương lái) để phân loại - Tỷ trọng RD: điều kiện đủ, yếu tố định chất lượng múi bưởi, độ ngọt, độ chín kích cỡ thẩm mỹ (thể tích quy định) 65 4.1.4 Thực nghiệm tổng hợp Để đánh giá sai số kết qua lần vận hành, tiến hành thực nghiệm loại lần với đặc trưng phân thuộc loại, thu kết bảng 7.1 Hình 4.8: Hình ảnh máy sau hồn thành55 Hình 4.9: Bưởi băng tải vận chuyển đến vị trí cân lấy ảnh56 Hình 4.10: Các trường hợp phân loại vận hành: loại 1, loại 2, loại 357 (từ phải sang trái) 55 giả Ảnh chụp tác mơ hình mơ hình Ảnh chụp tác mơ hình 56 giả 57 Ảnh chụp tác giả 66 Bảng 4.4: Kết thực nghiệm tổng hợp Quả Quả loại Lần thứ (i) Kết m (kg) 1= V (dm3) (%) 1,76 = 3,94 ảnh chụp từ giao diện xử lý m (kg) V (dm3) (%) ảnh chụp từ giao diện xử lý 67 m (kg) V (dm3) (%) ảnh chụp từ giao diện xử lý m (kg) V (dm3) (%) ảnh chụp từ giao diện xử lý m (kg) V (dm3) (%) ảnh chụp từ giao diện xử lý m (kg) V (dm3) (%) ảnh chụp từ giao diện xử lý m (kg) V (dm3) (%) ảnh chụp từ giao diện xử lý m (kg) V (dm3) (%) ảnh chụp từ giao diện xử lý Chú thích , : ký hiệu khối lượng thể tích bưởi , : khối lượng bưởi đo cân điện tử bàn cân Loadcell (đơn vị: kg) , : thể tích đo qua mực nước dâng thông qua xử lý ảnh (đơn vị: dm3) : tỷ lệ phần trăm diện tích vùng khác màu bề mặt bưởi ảnh (đơn vị: %) Hình 4.11: Biểu đồ mơ tả tương quan khối lượng bưởi thực nghiệm cân điện tử bàn cân loadcell58 Chú thích: đường biểu diễn giá trị khối lượng đo cân điện tử đường biểu diễn giá trị khối lượng đo loadcell vùng sai số hai khối lượng 58 Ảnh lấy từ giao diện phần mềm vẽ đồ thị Graph 71 Hình 4.12: Biểu đồ mơ tả tương quan thể tích bưởi thực nghiệm qua đo đạc mực nước xử lý ảnh59 Chú thích: đường biểu diễn giá trị thể tích đo qua mực nước dâng đường biểu diễn giá trị thể tích tính qua xử lý ảnh vùng sai số hai thể tích 59 Ảnh lấy từ giao diện phần mềm vẽ đồ thị Graph 72 4.2 Phân tích & nhận xét kết đạt Sau tiến hành thực nghiệm phân loại lần với đặc trưng thuộc loại, thu kết sau: - Về khối lượng: phân chia loại quả, tương thích với kết phân loại mục tiêu - Về tỷ trọng nhận biết khuyết tật: nhiều hạn chế sai số nhiễu xử lý tính thể tích nhận biết vùng khác màu Tuy nhiên, cho kết với loại - Các vấn đề khác: o Đôi bưởi lăn vào hộp bị vướng vào che nên rơi chậm vào cân lăn nhanh không lọt vào bàn cân mà rơi thẳng xuống máng o Màn che gây vướng lúc bưởi lăn vào hộp chống nhiễu o Bưởi đảm bảo chất lượng, bị dập the sau phân loại - Tỷ lệ thành cơng ước tính đạt 70% Ưu điểm: Từ kết nhận thấy máy phân loại xác mặt khối lượng đạt sai số Nhược điểm: Kết xử lý ảnh bị nhiễu chưa xử lý triệt để ảnh hưởng màu sắc phần background xung quanh nên gây sai số, nhiên nhận thấy kết phân loại chế độ tỷ trọng đạt yêu cầu phân loại thực tế 4.3 Giải pháp - Sử dụng PLC làm xử lý trung tâm thay Arduino dễ bị nhiễu từ trường (gây reset) dùng chung với van điện từ Nghiên cứu xây dựng lại tốt thuật toán xử lý ảnh nhận diện vùng khác màu bưởi để phân tích tính lại kích thước bưởi xác Nghiên cứu ứng dụng AI, machine learning để đạt hiệu tốt phân loại theo tiêu chí nêu 73 CHƯƠNG 5.1 KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN Những kết đạt        5.2 Vận dụng kiến thức truyền động điều khiển Tính tốn lựa chọn vật liệu, thiết bị cần thiết cho mơ hình Viết chương trình xử lý ảnh để tính thể tích gần bưởi Thiết kế - lắp ráp mơ hình Phân loại xác theo khối lượng Tạo Webserver để giám sát điều khiển từ xa Vận hành máy chạy theo kết mong muốn Những kết chưa đạt Kết tính thể tích phân tích vùng khác màu bưởi cịn nhiều sai số o Chưa đảm bảo hoàn toàn chất lượng bưởi cách tốt sau phân loại o Một vài vấn đề chưa khắc phục cách triệt để như: đơi lúc bưởi khơng rơi hồn tồn vào cân, bưởi rơi xuống máng đơi lúc cịn vướng lại, bưởi bị vướng vào che o 5.4 Hướng phát triển đề tài  Mở rộng phạm vi dán nhãn, bọc lưới đóng gói tự động bưởi da xanh  Nghiên cứu để phân loại chi tiết, tối ưu hiệu (độ chín, độ brix …) thông qua AI, machine learning 74 TÀI LIỆU THAM KHẢO Tiếng Việt [1] Trần Thiên Phúc, ĐH Bách Khoa TP.HCM, Thiết kế chi tiết máy công dụng chung (2011) [2] PGS.TS Nguyễn Quang Hoan, Học viện công nghệ bưu viễn thơng, [3] Nguyễn Văn Dự – Nguyễn Đăng Bình, Quy hoạch thực nghiệm kỹ thuật (2011) [4] Nguyễn Ngọc Phương – Nguyễn Trường Thịnh, Hệ thống điều khiển tự động khí nén (2012) [5] Website từ điển bách khoa toàn thư (tiếng Việt): https://vi.wikipedia.org Tiếng Anh [6] Rafael C.Gonzalez, Richard E Woods, Digital Image Processing, rd (2008) [7] George A F Seber and Alan J.Lee, Linear Regression Analysis, (2003) nd Edition Edition [8] Derek Molloy, Exploring Raspberry Pi (2016) [9] Website hướng dẫn tạo trang web: https://www.w3schools.com 75 ... tài: - Nghiên cứu, thiết kế chế tạo mơ hình máy phân loại bưởi da xanh Mục tiêu đề tài: - Thiết kế chế tạo mơ hình máy phân loại bưởi da xanh - Hoàn thành khâu xử lý ảnh để nhận diện, phân tích... Cơ cấu chấp hành xy lanh bố trí trước máng phân loại 1.4 - 1.5 - Mục tiêu nghiên cứu Thiết kế chế tạo mơ hình máy phân loại bưởi da xanh Phân loại bưởi theo hai tiêu chí: khối lượng tỷ trọng... Xin chân thành cảm ơn! Nhóm sinh viên thực iv TĨM TẮT Đề tài: Nghiên cứu, thiết kế chế tạo máy phân loại bưởi da xanh Bưởi da xanh loại trái có giá trị cao, có tiềm vượt trội xuất Để đạt tiêu