Cơ sở lý thuyết về lập trình - Thiết kế và chế tạo- 123docz.net

Web server hay còn gọi là máy chủ web, trong đó được kết nối và liên kết mạng máy tính mở rộng. Máy chủ web được cài đặt các chương trình để phục vụ ứng dụng web, chứa tồn bộ dữ liệu và nắm quyền quản lý. Web server có thể lấy thơng tin request từ phía trình duyệt web và gửi phần hồi tới máy khách thông qua HTTP hoặc giao thức khác. Những web server được sử dụng nhiều nhất hiện nay: Apache, Nginx, IIs… [9]

Về mặt phần cứng: Web server là một máy tính lưu trữ các file thành phần tạo nên một website (ví dụ: HTML, images, CSS, và file javacript...) và truyền chúng tới người dùng cuối. Web server được kết nối đến internet và truy cập thông qua một domain giống như mozilla.org. [9]

Về mặt phần mềm: Web server bao gồm một số phần kiểm soát người dùng web truy cập đến file host tại tối thiểu một HTTP server. Một HTTP server là một phần của phần mềm nó hiểu là URLs (web address) và HTTP (là phương thức để trình duyệt của bạn hiển thị trang web). Ở mức cơ bản nhất, bất cứ một trình duyệt nào cần một file host trên một web server, trình duyệt đó sẽ request file đó thơng qua HTTP. Khi một yêu cầu được gửi đến địa chỉ web server đúng thì HTTP server gửi trở lại một yêu cầu thông qua HTTP. [9]

Hình 2.15: Truyền nhận dữ liệu thơng qua Webserver

2.5.2. Cơ sở lý thuyết về xử lý ảnh a. Khái niệm xử lý ảnh a. Khái niệm xử lý ảnh

Xử lý ảnh là một lĩnh vực mang tính khoa học và cơng nghệ. Nó là một ngành 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 biệt là máy tính chun dụng riêng cho nó.

Các phương pháp xử lý ảnh bắt đầu từ các ứng dụng chính: nâng cao chất lượng ảnh và phân tích ảnh. Ứng dụng đầu tiên được biết đến là nâng cao chất lượng ảnh báo được

16 truyền qua cáp từ Luân đôn đến New York từ những năm 1920. Vấn đề nâng cao chất lượng ảnh có liên quan tới phân bố mức sáng và độ phân giải của ảnh. Việc 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 thuận lợi. 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, lưu ảnh. Từ năm 1964 đến nay, các phương tiện xử lý, nâng cao chất lượng, nhận dạng ảnh phát triển không ngừng. Các phương pháp tri thức nhân tạo như mạng nơron nhân tạo, các thuật toán xử lý hiện đại và cải tiến, các công cụ nén ảnh ngày càng được áp dụng rộng rãi và thu nhiều kết quả khả quan.

Xử lý ảnh đóng vai trị quan trọng trong tương tác giữa người với máy tính. Q trình xử lý nhận dạng ảnh là một quá trình gồm các thao tác nhằm biến đổi một ảnh đầu và để cho ra một kết quả hoặc một kết luận.

Hình 2.16 Quá trình xử lý ảnh

Đầu tiên, ảnh tự nhiên từ thế giới ngoài được thu nhận qua các thiết bị thu (như Camera, máy chụp ảnh). Sau đó, q trình xử lý ảnh thì ảnh được chuyển trực tiếp thành ảnh số tạo thuận lợi cho xử lý tiếp theo. Kết quả của xử lý ảnh có thể là: cho ra một ảnh tốt hơn theo mong muốn của người dùng; Phân tích ảnh để thu được thơng tin để phân loại ảnh và nhận biết ảnh; Rút ra những nhận xét, kết luận…vv. [13]

b. Các bước cơ bản trong quá trình xử lý ảnh

● Thu nhận ảnh (Image Acquisition)

Ảnh có thể thu nhận qua máy ảnh màu hoặc trắng đen, máy quét ảnh , máy quay,.v.v… Chất lượng một ảnh thu nhận được phụ thuộc vào thiết bị thu, vào môi trường (ánh sáng, phong cảnh). Sau đó, ảnh được chuyển đổi ADC (số hóa ảnh) .Quá trình chuyển đổi ADC (Analog to Digital Converter) để thu nhận dạng số hóa của ảnh.

● Tiền xử lý ảnh (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 ảnh là lọc nhiễu, nâng độ tương phản để làm ảnh rõ hơn, nét hơn. Ảnh sẽ được cải thiện về độ tương phản, khử nhiễu, khơi phục ảnh, nắn chỉnh hình học, ... [13]

● Phân đoạn ảnh (Segmentation)

Phân đoạn ảnh là tách một ảnh đầu vào thành các vùng thành phần để biểu diễn phân tích, nhận dạng ảnh. Đây là phần phức tạp khó khăn nhất trong xử lý ảnh và cũng dễ lỗi, làm mất độ chính xác của ảnh. Kết quả nhận dạng phụ thuộc rất nhiều vào công đoạn này. Kết quả của việc phân đoạn ảnh thường là các dữ liệu điểm ảnh thô, hàm chứa biên của một vùng ảnh hoặc tập hợp tất cả các điểm ảnh trong một vùng ảnh đó. [13]

● Biểu diễn và mô tả ảnh (Image Representation and Description)

Biểu diễn ảnh: Đầu ra ảnh sau phân đoạn chứa các điểm ảnh của vùng ảnh (ảnh đã phân đoạn) cộng với mã liên kết với các vùng 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 Selection) gắn với việc tách các đặc tính của ảnh dưới dạng các thông tin định lượng hoặc làm cơ sở để phân biệt lớp đối tượng này với đối tượng khác trong phạm vi ảnh nhận được.

Mơ tả ảnh: Ảnh sau khi được số hóa sẽ được lưu vào bộ nhớ hoặc chuyển sang các khâu tiếp theo để phân tích ảnh. Nếu lưu trữ ảnh trực tiếp từ ảnh thơ thì địi hỏi dung lượng bộ nhớ rất lớn và không hiệu quả cho các ứng dụng sau này. Thơng thường, các ảnh thơ đó được biểu diễn hay mã hóa lại theo các đặc điểm của ảnh được gọi là các đặc trưng như: biên ảnh, vùng ảnh. [13]

● Nhận dạng và nội suy ảnh (Image Recognition and Interpretation)

Nhận dạng ảnh là quá trình xác định ảnh. Quá trình này thường thu được bằng cách so sánh với mẫu chuẩn đã được lọc (hoặc lưu) từ trước. Nội suy là phán đoán theo ý nghĩa trên cơ sở nhận dạng. Có nhiều cách phân loai ảnh khác nhau về ảnh. Theo lý thuyết về nhận dạng, các mơ hình tốn học về ảnh được phân theo hai loại nhận dạng ảnh cơ bản: nhận dạng theo tham số, nhận dạng theo cấu trúc. [13]

● Cơ sở tri thức (Knowledge Base)

Ảnh là một đối tượng khá phức tạp về đường nét, độ sáng tối, dung lượng điểm ảnh, môi trường để thu ảnh phong phú kéo theo nhiễu. Trong nhiều khâu xử lý ảnh và phân tích ảnh ngồi việc đơn giản hóa các phương pháp tốn học đảm bảo tiện lợi cho xử lý, người ta mong muốn bắt chước quy trình tiếp nhận và xử lý ảnh theo cách của con người. Trong các bước xử lý ảnh đó, nhiều khâu hiện nay đã xử lý theo các phương pháp trí tuệ con người. Vì vậy, ở đây các cơ sở tri thức được phát huy.

18 Hình 2.18: Sơ đồ phân tích và xử lý ảnh

Việc trích chọn hiệu quả các đặc điểm giúp cho việc nhận dạng các đối tượng ảnh chính xác, với tốc độ tính tốn cao và dung lượng lưu trữ được giảm xuống. Các đặc điểm của đối tượng được trích chọn tùy theo mục đích nhận dạng trong q trình xử lý ảnh.

Một số đặc điểm của ảnh: đặc điểm không gian, đặc điểm biến đổi, đặc điểm biên và đường biên. [13]

Chương 3: THIẾT KẾ 3.1. Khảo sát thị trường và nhu cầu thực tế của hệ thống

Qua khảo sát của hơn 20 cửa hàng trên địa bàn TP.HCM nhóm nhận thấy những tiệm bán đồ uống họ có nhu cầu giảm lượng rác thải từ ly nhựa hoặc giấy, còn các tiệm đồ uống sang trọng họ muốn đổi mới sử dụng ly thủy tinh để tăng hứng thú của người dùng cũng như tiết kiệm nhân viên cho việc dọn dẹp. Do mong muốn và đề xuất của các cửa hàng trên đa phần giống nhau nên nhóm đã chọn ra 5 cửa hàng tiêu biểu sau đây:

Bảng 3.1: Khảo sát những cửa hàng trên địa bàn Thành phố Hồ Chí Minh

STT Cửa hàng Địa chỉ Kích thước sản phẩm

1 SYNARY SMART HUB

HCMUTE Số 1 Võ Văn Ngân Ly cao 5cm, đường kính đế 4cm. 2 FRESCO COFFE Số 121 Lê Lợi, Phường Bến Thành, Quận 1 Ly cao 8cm, đường kính đế 5cm

3 MonKey in Black Coffee 698 Sư Vạn Hạnh, P12, Q10

Ly cao 4cm, đường kính đế 5cm

4 Phuc Long Coffee & Tea

1012 Đ. Kha Vạn Cân, Linh Chiểu, Thủ Đức, Thành phố Hồ Chí Minh,

Việt Nam

Ly cao 6cm, đường kính 5cm hoặc 10cm

5 The Coffee House

66E, Hoàng Diệu 2, Phường Linh Trung,Thủ Đức, TPHCM. Ly hoặc chén cao 5cm, đường kính đáy 6-7cm

Nhóm đã khảo sát và được dung tích trên ly phục vụ cửa hàng Fresco bằng bột bánh mỳ và được những thông số sau:

Bảng 3.2: Thông số thu thập đầu vào cho ly bánh Cửa hàng Cửa hàng

Kích thước ly ở Fresco Coffee

Ca cao bánh Expresso

20 Hình 3.1: Ly bánh dùng với bột ca cao

Hình 3.2: Ly dùng với cà phê Expresso

3.2. Thông số kỹ thuật, các yêu cầu kỹ thuật về hệ thống muốn phát triển

Ngồi ra hiện nay cà phê gói trên thị trường sau khi cho nước sơi vào thì dung tích là 72ml. Từ đó nhóm lựa chọn thơng số đầu vào cho máy và ly bánh:

Kích thước ly mong muốn:

Bảng 3.3: Thơng số kích thước ly bánh Đường kính mặt trên 54mm Đường kính mặt dưới 42mm Chiều cao 42mm Dung tích 75ml Góc cơn 7°

21 Hình 3.3: Thiết kế 3D ly bánh

Kích thước hệ thống:

Bảng 3.4: Thơng số kích thước hệ thống máy

Chiều dài 400mm

Chiều rộng 260mm

Chiều cao 650mm

3.3. Sơ đồ khối máy

Hình 3.5: Sơ đồ khối của máy

3.4. Danh sách các khối trong máy

: Nguồn 24VDC cấp cho MCU và 220VAC cấp cho Driver.

: Nhận tín hiệu điều khiển từ Web, tín hiệu analog từ bộ đọc nhiệt độ, xử lý và truyền tín hiệu cho Driver điều khiển điện trở sấy.

: Bộ chuyển tín hiệu cảm biến nhiệt độ sang tín hiệu analog

: Van1, Van2 điều khiển Xy lanh1, Xy lanh2.

Battery MICRO- CONTROLLER UNIT Temp transducer 1 Temp transducer 2 Valve1 Valve2

23 : Xylanh ép bột vào khuôn.

: Xylanh đẩy bột ra khỏi khn.

: Nhận tín hiệu điều khiển từ MCU điều khiển điện trở sấy.

: Điện trở sấy gia nhiệt cho khuôn trên. : Điện trở sấy gia nhiệt cho khuôn dưới.

: Khuôn trên.

: Khuôn dưới

: Cảm biến nhiệt độ

: Quan sát quá trình làm việc của máy.

: Máy nén khí:: : Máy nén khí

3.5. Thiết kế cơ khí cho máy nướng bánh một khn 3.5.1. Tính tốn chọn xy lanh

Từ lựa chọn ở phần 2.3, nhóm chọn dẫn động định hình khn bánh bằng xy lanh. Ta có cơng thức tính lực cần để xylanh thực hiện chu trình duỗi và co:

𝐹𝑡𝑖ế𝑛 = 𝑝.𝜋.𝐷2

4 (1)

𝐹𝑙ù𝑖 = 𝑝.𝜋. (𝐷

2− 𝑑2)

4 (2)

Để xác định được các lực 𝐹𝑡𝑖ế𝑛 , 𝐹𝑙ù𝑖 , nhóm đã thực hiện thử các hoạt động nén, đo lực tác động lên khn bằng cân để từ đó lựa chọn được xylanh phù hợp.

Cylinder1 Cylinder2 DRIVER Heat ring1 Heat ring2 Upper Cup Lower Cup

Temp Sensor1 Temp Sensor2

Camera

24 Hình 3.6: Xác định lực 𝐹𝑡𝑖ế𝑛 để chọn xylanh ép phù hợp

Xylanh cho việc nén bột:

Với thơng số cần thiết cho mơ hình: + Hành trình co và duỗi: 150mm. + Lựa chọn xylanh 2 chiều.

+ Lực cần thiết cho việc nén được bột: Bột ở dạng trịn nên ta tính dự kiến cần

𝐹𝑡𝑖ế𝑛 =100 N.

+ Chọn lực xylanh co: 𝐹𝑙ù𝑖 = 0,5𝐹𝑡𝑖ế𝑛 = 50 𝑁.

+ Máy nén khí cung cấp áp suất p = 6 bar = 6x105. Từ hai công thức trên, ta được thông số:

- Đường kính xylanh: 100 = 6𝑥105. 𝜋.(𝐷𝑥10−3)

4 ⇒ D = 14,567(mm). - Đường kính piston: 50 = 6𝑥105. 𝜋.(14,567𝑥10−3 − 𝑑𝑥10−3)

25 Như vậy nhóm đã tính được đường kính piston cũng như đường kính xylanh để phù hợp với hành trình yêu cầu để đạt được lực cần thiết là ϕd = 10(mm), ϕD = 14(mm).

Xylanh cho việc đẩy bột ra khỏi khuôn:

Tương tự với yêu cầu nén bột, xylanh cần cho việc đưa bột bánh sau khi nướng ra khỏi khn có những thơng số sau:

+ Hành trình co và duỗi: 50mm. + Lựa chọn xylanh 2 chiều.

+ Lực cần thiết cho việc nén được bột: Bột lúc này sau khi nướng nhẹ nên nhóm tính dự kiến cần 𝐹𝑡𝑖ế𝑛 = 10 𝑁.

+Chọn lực xylanh co: 𝐹𝑙ù𝑖 = 0,5𝐹𝑡𝑖ế𝑛 = 5𝑁.

+ Máy nén khí cung cấp áp suất p = 6 bar = 6x105.

Vì những yêu cầu tương tự như với yêu cầu nén bột, yêu cầu cho việc đẩy bột ra khỏi khn lại có u cầu về lực thấp hơn, nên để giảm giá thành và tiện cho việc thay thế, nhóm chọn xylanh đẩy bột có thơng số tương tự: ϕd = 10(mm), ϕD = 14(mm).

3.5.2. Thiết kế khung cơ khí

Tải trọng dự tính lên khung máy:

+ 2 Xylanh tổng tải 1 kg: 10N

+ Van và các thiết bị khác 500g: 0,5N

Nhóm đã lựa chọn thiết kế khung của máy bằng phần mềm Solidworks. Sau những lựa chọn thiết kế để cơ cấu được vững nhất có thể mà vật liệu có thể đạt nhẹ nhất, nhóm đã chọn thiết kế phần đế đỡ xylanh bằng nhôm tấm dày 1 li và phần khung sẽ bằng sắt lỗ để có thể nhẹ nhất có thể.

26 Hình 3.8: Kiểm định bền khung máy dựa trên tải dự tính

Sau khi kiểm định tổng hợp tải tác động lên khung máy, nhóm đã quyết định chọn sẽ làm khung máy bằng sắt lỗ và đế nhôm tấm để đỡ xylanh cho cơ cấu.

Bệ đỡ bằng nhôm tấm cần yêu cầu về khả năng chịu tải trọng khi bệ đỡ chịu tác động của lực nén từ xylanh nén bột, đồng thời là tải từ thiết bị ngoại vi, điều khiển như Raspberry Pi 3, Arduino, xy lanh… nên dự tính tải trọng đặt là 100N thì chuyển vị cao nhất theo trục z đạt ∆z=0,0000658 mm.

3.5.3. Thiết kế Solidworks

Hình 3.9: Thiết kế nháp máy ép ly bằng bột bánh

28 Hình 3.11: Bản vẽ khung đỡ trong của máy

29 Hình 3.13: Bản vẽ thiết kế gia cơng khn trên

30 Hình 3.15: Bản vẽ thiết kế đế đẩy ly

31 Hình 3.17: Bản vẽ khung ngồi máy

32 Hình 3.19: Bản vẽ xy lanh hành trình 50 và 150

3.6. Thiết kế cơ khí máy làm bánh bốn khn

Hình 3.20: Mơ hình máy bốn khn

Dựa trên thơng số từ thiết kế một khn, nhóm em đã dự tính triển khai làm mơ hình bốn khn qua các chuỗi cơ cấu sản xuất công nghiệp bao gồm khâu băng tải chia và dẫn bột vào máy, khâu định hình và nướng bánh, khâu lấy bánh và kiểm tra, khâu nướng chín bánh. Nhưng do kinh phí và thời gian có hạn, cộng thêm những ảnh hưởng của đại dịch Covid-19, nhóm khơng thể hồn thành tất cả các khâu nói trên. Thay vào đó nhóm sẽ trình

33 bày những ý tưởng của mình về cơ cấu định hình và nướng bánh cho máy bốn khuôn và cơ cấu lấy bánh.

a. Kiểm nghiệm bền

Tải trọng dự tính lên khung máy:

+ 6 xy lanh tổng tải 3 kg: 30N

+ Van và các thiết bị khác 500g: 0,5N

Hình 3.21: Kiểm định bền đế đỡ xy lanh dưới