báo cáo bài tập lớn đề tài hệ thống phân loại sản phẩm theo màu sắc

Hệ thống phân loại giúp tổ chức các sản phẩm vào các danh mục khác nhau dựa trên các đặc điểm như kích thước, chất liệu, hình dáng và đặc biệt là màu sắc.. Như vậy, hệ thống phân loại sả

ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI

Giảng viên hướng dẫn: TS Nguyễn Xuân Thuận

Nhóm sinh viên thực hiện: Nguyễn Mạnh Cường – 20205482 Cao Tiến Nghĩa – 20205384

Bùi Quốc Việt - 20216275 Mã lớp: 145713

Danh sách phân công làm việc:

Nguyễn Mạnh Cường – 20205482 Thiết kế, tạo tác hệ thống cơ khí …

Cao Tiến Nghĩa – 20205384 Thiết kế, tạo tác hệ thống cơ khí …

Bùi Quốc Việt - 20216275 Lập trình Arduino và giao diện …

I Đặt vấn đề

1 Lý do chọn đề tài

Trong công nghiệp, việc phân loại sản phẩm đóng vai trò quan trọng trong quản lý và tối ưu hóa quy trình sản xuất Hệ thống phân loại giúp tổ chức các sản phẩm vào các danh mục khác nhau dựa trên các đặc điểm như kích thước, chất liệu, hình dáng và đặc biệt là màu sắc Phân loại sản phẩm theo màu sắc không chỉ giúp quản lý hàng hoá hiệu quả mà còn tạo điều kiện thuận lợi cho quá trình sản xuất và chuỗi cung ứng

Trong môi trường sản xuất công nghiệp, việc sắp xếp sản phẩm theo màu sắc có thể giúp tối ưu hóa quy trình sản xuất bằng cách giảm thiểu thời gian chờ đợi, giảm lỗi và tăng cường hiệu suất lao động Đồng thời, nó cung cấp thông tin chi tiết về xu hướng và nhu cầu thị trường, giúp doanh nghiệp thích nghi nhanh chóng với thị trường đang biến động

Như vậy, hệ thống phân loại sản phẩm theo màu sắc là một trong những biện pháp mạnh và ưu việt, đóng vai trò quan trọng trong việc định hình và tối ưu hóa quy trình sản xuất trong công nghiệp

Do đó, nhóm đã quyết định chọn đề tài này để làm nội dung trong bài tập lớn của môn học

2 Kết quả cần đạt

Mô hình hệ thống phân loại sản phẩm theo màu sắc sẽ phải đáp ứng được các yêu cầu sau:

- Có thể phân loại được sản phẩm theo màu sắc - Có thể đếm số lượng từng loại

- Người dùng có thể thực hiện các thao tác điều khiển cơ bản tới hệ thống trên giao diện máy tính

II Phương pháp và phạm vi kiến thức

Đề tài được thực hiện dựa qua hai phương pháp chính:

- Phương pháp lý thuyết:

• Tìm hiểu về các linh kiện cần thiết trong nhiều nguồn tài liệu trên giảng đường và Internet

• Nắm bắt các kiến thức cơ bản và cần thiết trong lập trình C++, C#, lập trình trên Arduino IDE, và cách giao tiếp giữa giao diện Winform và

1 Arduino Uno R3

Arduino Uno R3 là một bo mạch phổ biến trong dòng sản phẩm Arduino, được thiết kế để dễ sử dụng và lý tưởng cho những người mới bắt đầu với lập trình và điện tử Dưới đây là một số thông tin chính về Arduino Uno R3:

Dòng tối đa trên mỗi chân I/O 30 mA

Hình 1 Bo mạch Arduino Uno R3 chíp dán

Nhóm quyết định sử dụng Arduino Uno R3 vì đây là nền tảng phổ biến để thực hiện các dự án điện tử cũng như lập trình điều khiển Đồng thời, bo mạch có giá cả hợp lí, dễ sử dụng và phù hợp với sinh viên mới làm quen với các dự án điện tử

2 Cảm biến màu sắc TCS230

Cảm biến TCS230 là một trong những cảm biến màu sắc được sử dụng để nhận biết và phân loại màu sắc trong các ứng dụng điện tử

- Nguyên lý hoạt động:

Cảm biến TCS320 hoạt động dựa trên nguyên lý phản xạ ánh sáng Cảm biến có dãy 8x8 diode quang và bộ chuyển đổi dòng điện sang tần số Ánh sáng được phản xạ trở lại và được cảm nhận bởi các diode quang Sau đó, đọc ánh sáng của diode quang nhận được bằng bộ chuyển đổi dòng điện sang tần số để chuyển đổi

Hình 2 Cảm biến màu sắc TCS230

thành tín hiệu song xung vuông Tần số của sóng xung vuông này tỷ lệ thuận với cường độ ánh sáng và là tín hiệu đầu ra của cảm biến.

Trên thực tế, các diode quang của cảm biến màu có bốn bộ lọc màu khác nhau (thường gồm đỏ, xanh dương, xanh lá và không màu) và mỗi bộ lọc màu có 16 diode được kết nối song song với nhau

- Cấu hình chân cảm biến được mô tả như hình 3: • S0, S1: Điều chỉnh độ khuếch đại của tần số vào • S2, S3: Cấp tần số vào cho diode quang

• OUT: Đưa ra tần số ra của cảm biến

• GND, VCC: chân nối đất và chân cấp nguồn

• OE: Kích hoạt hoặc vô hiệu hoá đầu ra của cảm biến

3 Cảm biến hồng ngoại HW201

Cảm biến hồng ngoại HW201 (Hình 4) là một trong những cảm biến vật cản thông dụng trong các dự án Arduino

- Nguyên lý hoạt động của module cảm biến:

Hình 3 Cấu hình chân TCS230

Hình 4 Module cảm biến hồng ngoại HW201

Cảm biến hồng ngoại hoạt động bằng cách phát sóng tia hồng ngoại và đo lường sự phản xạ hoặc sự hấp thụ của tia đó từ bề mặt đối tượng Khi có sự chuyển động hoặc sự hiện diện của đối tượng, cảm biến sẽ nhận diện sự thay đổi trong tín

Việc sử dụng cảm biến hồng ngoại HW201 giúp nhóm có thể kiểm soát hoạt động của hệ thống dựa vào việc phát hiện vật trước khi phân loại, quyết định cơ cấu chấp hành tiếp tục hay tạm dừng quá trình

3 Động cơ Servo SG90

Động cơ Servo SG90 (Hình 6) là một loại động cơ servo nhỏ gọn và phổ biến trong các ứng dụng điều khiển cơ học nhỏ có tốc độ phản ứng nhanh, các bánh răng được làm bằng nhựa và điều khiển góc quay bằng phương pháp điều chỉnh

4 Bộ khung hệ thống

Vì các linh kiện điển tử cần thiết không quá lớn về kích cỡ và trọng lượng, đồng thời nên dùng vật liệu có tải trọng nhỏ nhẹ để ổn định tốc độ quay của servo, nhóm quyết định sử dụng bìa 2 lớp thông dụng để làm khung của hệ thống

Một số chi tiêt của bộ khung được minh hoạ ở hình 7 và 8 dưới đây:

Bìa có chiều dày khoảng 5 mm Khung bìa ngoài ở hình 7 khi chưa lắp ghép

Ngoài ra, sử dụng bìa giúp tiết kiệm chi phí một cách tối ưu và có thể dễ dàng thay thế khi xảy ra sự cố hoặc sai sót trong quá trình tạo tác

Mô hình lắp ghép hoàn chỉnh của hệ thống thể hiện ở hình 9

5 Sơ đồ mắc mạch của hệ thống

Hình 9 Mô hình hoàn chỉnh của hệ thống

IV Phần mềm điều khiển và giao diện người dùng 1 Arduino IDE

Arduino IDE (Integrated Development Environment) là một môi trường phát triển tích hợp được thiết kế đặc biệt cho việc lập trình các bo mạch Arduino nói chung và Arduino Uno R3 nói riêng Hình 10 thể hiện giao diện môi trường làm việc trong Arduino IDE

Arduino IDE tạo môi trường lập trình và nạp code điều khiển cho bo mạch qua ngôn ngữ C/C++ Đồng thời, mạch có thể được điều khiển và hiển thị giá trị qua Serial Monitor trong Arduino IDE

2 Giao diện điều khiển và hiển thị

Hình 10 Giao diện phần mềm Arduino IDE

Về giao diện người dùng, nhóm quyết định lập trình giao diện điều khiển qua môi trường lập trình Winform C# Giao diện thiết kế như trên hình 11

1- Hiển thị cổng kết nối 2- Bắt đầu

3- Dừng

4- Đặt lại ban đầu 5- Hiển thị màu hiện tại

6- Hiển thị số lượng tổng 7- Tuỳ chọn màu phân loại 8- Thống kê số lượng mỗi màu 9- Thoát chương trình

Để điều khiển hệ thống qua giao diện Form, mạch Arduino cần được kết nối với máy tính qua Serial Port (‘COMx’) Nhóm quyết định kết nối bằng dây cáp USB 2.0 – Type B thông dụng cho Arduino để giao tiếp, đồng thời máy tính cũng sẽ cấp nguồn cho toàn bộ hệ thống

V Kết quả đạt được

Hệ thống hoạt động đạt kết quả mong đợi là có thể phân loại được vật theo màu sắc (cụ thể là các khối màu lập phương) và đếm được số lượng sản phẩm mỗi loại (tối đa 4 màu: Lam, Đỏ, Lục, Vàng)

Hình 11 Giao diện hiển thị và điều khiển cơ bản

Giao diện điều khiển và hiển thị đã kết nối được với hệ thống và Arduino Người dùng có thể thực hiện các thao tác điều khiển cơ bản tới hệ thống

Hệ thống có thể vận hành tự động nhờ cảm biến hồng ngoại phát hiện vật cản

VI Kết luận

Hệ thống phân loại sản phẩm theo màu sắc là dự án đầu tiên của nhóm Hoạt động của hệ thống đã đạt được các yêu cầu cơ bản, song vẫn còn tồn tại những vấn đề cần khắc phục

Những vấn đề đó bao gồm lỗi vật bị kẹt ở đầu vào, nhận dạng sai màu, phát hiện vật không đúng ở cảm biến hồng ngoại Nguyên nhân do sai lệch trong quá trình chế tác, cắt dán và điều kiện ánh sáng thay đổi trong quá trình hoạt động

Ngoài ra, giao tiếp giữa giao diện form và hệ thống còn tồn tại độ trễ lớn do phối hợp các quá trình chưa tốt và code lập trình giao diện chưa thực sự tối ưu

Như vậy, nhóm đã hoàn thành bài tập lớn của học phần Kỹ thuật lập trình trong cơ điện tử qua việc đưa ra mô hình hệ thống phân loại sản phẩm theo màu sắc Qua quá trình làm bài tập lớn, nhóm đã tiếp thu nhiều hơn về kiến thức và kinh nghiệm trong lập trình và mạch điện tử, làm nền tảng để phát triển trong tương lai