Tải bản đầy đủ - 0 (trang)
CHƯƠNG 2. GIẢI PHÁP YÊU CẦU THIẾT BỊ PHÂN LOẠI VÀ ĐÁNH GIÁ CHẤT LƯỢNG QUẢ XOÀI

CHƯƠNG 2. GIẢI PHÁP YÊU CẦU THIẾT BỊ PHÂN LOẠI VÀ ĐÁNH GIÁ CHẤT LƯỢNG QUẢ XOÀI

Tải bản đầy đủ - 0trang

2.2. Các phương pháp phân loại và đánh giá xoài qua bề mặt hiện nay



2.2.1. Sử dụng cảm biến màu

Trên thế giới hiện nay, có rất nhiều máy móc phân loại màu sắc vật thể sử dụng cảm

biến màu sắc, đặc biệt là trong trường hợp phân loại màu quả xanh/chín như cà chua, táo,

xồi,...hay các vật thể nhỏ như hạt cà phê.

Các thiết bị này chỉ cần bộ xử lý có tốc độ vừa phải và dễ dàng thiết kế như Arduino,

kèm theo cảm biến màu. Tổng chi phí cho một thiết bị như vậy ước tính là khoảng 50 USD

(Arduino Nano và cảm biến màu TCS3200) . So với các thiết bị sử dụng phương pháp khác

thì giá thành tương đối rẻ.



Hình GIẢI PHÁP YÊU CẦU THIẾT BỊ PHÂN LOẠI VÀ ĐÁNH GIÁ CHẤT LƯỢNG QUẢ XOÀI-2:

Cảm biến màu TCS3200



Tuy nhiên nhược điểm chính là cảm biến màu chỉ nhận biết được 1 màu, tức là muốn

phân loại độ xanh/chín của quả và mức độ khuyết tật của quả cần phải sử dụng nhiều cảm

biến, hoặc sử dụng vòng lặp, điều này khiến chi phí và độ phức tạp của hệ thống tăng lên.

Hiện nay có một số loại cảm biến sử dụng nhiều kênh màu, tuy nhiên giá thành của nó

khá cao như ASTECH CR5-FO (4 kênh màu, tốc độ phản hồi khoảng 5-10ms) có mức giá là

578 Euro tương đương khoảng 15 triệu VNĐ.

Các thiết bị sử dụng những loại cảm biến như vây có giá rất đắt tiền khi và thường sử

dụng ở các nước phát triển hoặc các tập đồn lớn, có ngành chế biến, xuất khẩu hoa quả được

chuyên biệt hóa mỗi cơ sở chỉ làm một hoặc hai cơng đoạn chính.



2.2.2. Phương pháp quét laser từ trên không

Hiện nay trên thế giới có một thiết bị từ trường “Linkưping “ ở Thụy Điển trong

nghiên cứu “Thiết bị dò tìm trái xồi và ước tính thời gian trưởng thành“.

Thiết bị sử dụng cảm biến Lidar quét lại ảnh 3D của cây xoài từ phía xa, đưa vào bộ xử

lý hình ảnh, đưa ra đánh giá về độ chín của quả, sử dụng cơ cấu chấp hành là cánh tay Robot

để hái quả ngay trên cây.



13



Hình GIẢI PHÁP YÊU CẦU THIẾT BỊ PHÂN LOẠI VÀ ĐÁNH GIÁ CHẤT LƯỢNG QUẢ XOÀI-3:

Robot với cánh tay hái quả sử dụng cảm biến Lidar







Ưu điểm: tính tự động hóa cao, tốc độ đo cực nhanh khi so sánh với phương pháp thủ

công.







Nhược điểm: giá thành của cảm biến Lidar cũng giống như cảm biến màu có giá

thành rất cao và chưa thể đáp ứng được chi phí nếu sử dụng trực tiếp cho chủ các

nông trại.



2.2.3. Phương pháp phân loại và đánh giá thủ công

Sử dụng trực tiếp thị giác mắt để kiểm tra màu sắc của quả và các dị biệt trên các loại

quả, tuy nhiên phương pháp này không được sử dụng trong ngành xuất khẩu trái cây do tính

chính xác, và thiếu vệ sinh khi chạm trực tiếp da tay hoặc các đồ vật có bụi bẩn ngay trước

khi đóng gói sản phẩm. Điều này có thể gây ra độ hỏng của quả do các vi sinh trên da tay hay

các vật thể tiếp xúc với quả, đặc biệt là trong quá trình vận chuyển hay lưu trữ sau khi đóng

gói.



14



Hình GIẢI PHÁP U CẦU THIẾT BỊ PHÂN LOẠI VÀ ĐÁNH GIÁ CHẤT LƯỢNG QUẢ XỒI-4:

Phương pháp phân loại quả xồi thủ cơng



 Ưu điểm: đơn giản, khơng cần máy móc, dễ thực hiện nên được áp dụng một cách

rộng rãi





Nhược điểm:

o

o

o



Gây ra sai số lớn;

Khơng thể phân loại chính xác các khuyết tật trên bề mặt quả;

Phân loại mức độ chín của quả xồi theo cảm tính và thường khơng



chính xác

o Tốc độ phân loại, đánh giá rất chậm.

Tại Việt Nam, đa số các nông trại hoa quả sau khi trưng thu (ước tính thời gian quả chín

và trưng thu hàng loạt) sau đó vận chuyển cho các đầu mối ở chợ, địa phương tiêu thụ, chỉ

thơng qua quy trình đánh giá thủ cơng. Còn các cơ sở trưng thu, đầu mối ở chợ cũng thực hiện

quy trình thủ cơng và trong q trình này quả xồi nói riêng hay trái cây nói chung đều bị tiếp

xúc mơi trường ơ nhiễm, nơi có các vi sinh khuẩn gây bệnh cho trái cây.

Ngành xuất khẩu hoa quả của Việt Nam chủ yếu là nhập khẩu sang Trung Quốc, do quy

trình kiểm tra đầu vào của trái cây khơng cần tính chính xác cao. Tuy nhiên thị phần trái cây

nhập khẩu vào Trung Quốc của Việt Nam vẫn xếp sau Thái Lan.



2.3. Bài tốn cơng nghệ đặt ra và lựa chọn giải pháp

2.3.1. Bài toán công nghệ đặt ra

Những phương pháp phân loại trái cây hiện nay hoặc có giá thành khá cao, hoặc khơng

đảm bảo tính chính xác. Cơng nghệ cao sẽ mất chi phí vơ cùng lớn, còn quy trình thủ cơng lại

làm giảm tính chính xác và độ uy tín bị đánh giá thấp.



15



2.3.2. Đề xuất mơ hình thay thế đánh giá, phân loại quả trên băng tải tự động

Thiết bị đo được đặt vng góc với băng tải phụ và đăt cách băng tải phụ khoảng 30 cm

hoặc sẽ tự động thay đổi độ cao với yêu cầu của người dùng sao cho quả xồi khi chạy qua

thiết bị thì bề mặt quả xoài nằm gần tâm giữa camera và khung hình của camera có thể chứa

tồn bộ bề mặt quả.



Hình GIẢI PHÁP YÊU CẦU THIẾT BỊ PHÂN LOẠI VÀ ĐÁNH GIÁ CHẤT LƯỢNG QUẢ XỒI-5:

Q trình tác các loại quả theo theo yêu cầu



Hệ thống băng chuyền là các mắt xích nối tiếp nhau, mỗi mắt sẽ đặt 1 quả lên và có thể

xoay đa hướng, cụ thể là 2 hướng trái phải để quả có thể nghiêng sang các ô phân loại.



Hình GIẢI PHÁP YÊU CẦU THIẾT BỊ PHÂN LOẠI VÀ ĐÁNH GIÁ CHẤT LƯỢNG QUẢ XỒI-6:

Mơ hình tổng quan thiết bị đánh giá và phân loại quả xồi



Mơ hình đánh giá, phân loại chất lượng quả trên băng tải tự động được mơ tả như hình

2-4 và 2-5 với q trình như sau:





Bước 1: Từng quả Xồi được đặt lên băng tải, khâu này có thể tự động hoặc thủ công

sao cho khoảng cách đều nhau







Bước 2: Khi quả xoài chạy qua vùng đặt cảm biến hồng ngoại, khối xử lý trung tâm

sẽ nhận được thông tin quả xồi đang chạy tới gần vùng chụp, mục đích của bước

này em sẽ trình bày trong phần thuật tốn xử lý ảnh.

16







Bước 3: Khi quả xoài chạy đến vùng chụp, thực hiện cơng việc chụp ảnh quả Xồi

qua camera và tiến hành phân tích







Bước 4: Sau 1 thời gian phân tích, khối xử lý ra quyết định phân loại quả Xồi này

vào từng nhóm phân loại, được chia ra ở mức độ khuyết tật bề mặt, chất lượng quả.



Hình GIẢI PHÁP YÊU CẦU THIẾT BỊ PHÂN LOẠI VÀ ĐÁNH GIÁ CHẤT LƯỢNG QUẢ XOÀI-7:

Sơ đồ tổng quan thiết bị đánh giá và phân loại quả xoài trên băng chuyền



Sơ đồ tổng quan phần cứng hệ thống thiết bị đánh giá và phân loại quả xoài trên băng

tải tự động bao gồm:





Khối nguồn







Khối xử lý trung tâm







Khối đo bao gồm cảm biến hồng ngoại và Camera, riêng khối LED tương tác tác

gián tiếp với thiết bị bằng việc cung cấp ánh sáng tự nhiên







Khối hiển thị LCD kết nối với bộ xử lý được đặt phía trên băng tải.



2.3.3. Mơ hình thiết bị đánh giá và phân loại quả xoài cầm tay

Thay vì lắp đặt trên băng tải, trong 1 quy trình tự động như phân xưởng, người dùng có

thể sử dụng thiết bị như một máy ảnh với kích thước nhỏ gọn trong lòng bàn tay khi đi trưng

thu trực tiếp. Sau khi khởi động thiết bị, người dùng đặt thiết bị vng góc với bề mặt quả và

bấm nút chụp hình, thao tác lặp lại với các mặt còn lại của quả, áng chừng mỗi quả chỉ cần

chụp từ 3-4 hình ảnh, khi đó camera làm nhiêm vụ thu nhận hình ảnh, sau đó đưa những hình

ảnh đó vào bộ xử lý trung tâm qua bus nối giữa chúng. Dữ liệu hình ảnh được bộ xử lý trung

tâm xử lý hình ảnh. Luồng xử lý hình ảnh, trích xuất sẽ thu được các thơng tin cần thiết như

đặc tính màu, phần khuyết tật (đen) trên bề mặt quả. Từ đó đưa ra kết luận quả xanh/chín và

đạt/khơng đạt.



17



Hình GIẢI PHÁP YÊU CẦU THIẾT BỊ PHÂN LOẠI VÀ ĐÁNH GIÁ CHẤT LƯỢNG QUẢ XOÀI-8:

Mặt dưới thiết bị đánh giá chất lượng quả cầm tay



Thiết bị cầm tay được thiết kế với kích thước hợp lý, sử dụng đèn LED để giúp camera

có thể tập trung hơn vào bề mặt vật thể cần đo. ngồi ra sử dụng pin dự phòng để cung cấp

điện cho thiết bị có thể hoạt động liên tục khơng cần nguồn, giúp cho cơng nhân có thể vận

dụng, di chuyển hệ thống một cách linh hoạt tại những nơi khơng có điện hay khơng tiện kết

nối.



Hình GIẢI PHÁP YÊU CẦU THIẾT BỊ PHÂN LOẠI VÀ ĐÁNH GIÁ CHẤT LƯỢNG QUẢ XOÀI-9:

Sơ đồ tổng quan thiết bị cầm tay



Đối với thiết bị cầm tay, phần cứng hệ thống được rút gọn lại như Hình 2-7 gồm:

camera, bộ vi xử lý trung tâm, và màn hình cảm ứng LCD 3,5 inch hiển thị giao diện người

dùng.

2.3.4. Lựa chọn thiết bị phần cứng

a) Phân tích lựa chọn bộ xử lý trung tâm

Đối với hệ thống của đề tài này, bộ xử lý trung tâm là trái tim của hệ thống, đảm bảo

duy trì các hoạt động xử lý một cách trơn tru, yêu cầu nhỏ gọn, tiết kiệm năng lượng. Có một

số lựa chọn như: Máy tính PC, FPGA, máy tính nhúng. Các ưu, nhược điểm của chúng được

trình bày trong Bảng 2-1.



Bộ xử lý trung tâm



Máy tính PC



FPGA



Máy tính nhúng



18



Kích thước



To, cồng kềnh



Nhỏ gọn



Nhỏ gọn



Tốc độ xử lý



Cao



Cao



Trung bình



Tiêu thụ điện năng



Cao



Thấp



Thấp



Giá thành



Cao



Cao



Thấp



Bảng GIẢI PHÁP YÊU CẦU THIẾT BỊ PHÂN LOẠI VÀ ĐÁNH GIÁ CHẤT LƯỢNG QUẢ XOÀI-1:

Bảng so sánh các bộ xử lý trung tâm



Ta tổng kết thơng tin từ bảng trên như sau:





Máy tính PC rất cồng kềnh, không thể đặt tại các tuyến đường, tiêu thụ nhiều điện

năng và giá thành tương đối cao;







FPGA khả năng xử lý tín hiệu tốt, nhanh, tuy nhiên giá thành là khá cao. Giá chỉ

riêng một con chip FPGA đã từ 10-30$;







Máy tính nhúng Raspberry Pi có kích thước rất nhỏ gọn, tiêu thụ ít điện năng mà giá

thành lại khá rẻ.



Do đó, đề tài sử dụng máy tính nhúng Raspberry Pi, với kích thước rất nhỏ gọn, chỉ

xấp chỉ một chiếc điện thoại, chạy hệ điều hành mở linux, tốc độ xử lý vừa đủ, mà giá thành

lại khá rẻ (giá chỉ 30-40$). Raspberry Pi thực hiện thu thập hình ảnh từ camera, xử lý số liệu

ngay tại hiện trường mà không cần truyền về trung tâm giám sát.

Raspberry Pi là một máy tính có kích thước nhỏ gọn chỉ bằng một chiếc điện thoại,

được phát triển tại Anh bởi Raspberry Pi Foundation, phiên bản đầu tiên ra đời vào năm 2012,

với mục đích ban đầu là thúc đẩy việc giảng dạy về khoa học máy tính cơ bản trong các

trường học. Raspberry Pi chạy hệ điều hành Linux. Phiên bản đầu bao gồm bộ xử lý

ARM1176 700MHz, 256MB RAM (Hình 2-9).



Hình GIẢI PHÁP YÊU CẦU THIẾT BỊ PHÂN LOẠI VÀ ĐÁNH GIÁ CHẤT LƯỢNG QUẢ XOÀI-10:

Bộ vi xử lý Raspberry Pi3



Tháng 2 năm 2015, thế hệ thứ hai được phát hành với nhân ARM Cortex A7 900MHz

và 1GB RAM. Đến tháng 1 năm 2016, phiên bản mới nhất và mạnh nhất hiện nay của

19



Tài liệu bạn tìm kiếm đã sẵn sàng tải về

CHƯƠNG 2. GIẢI PHÁP YÊU CẦU THIẾT BỊ PHÂN LOẠI VÀ ĐÁNH GIÁ CHẤT LƯỢNG QUẢ XOÀI

Tải bản đầy đủ ngay(0 tr)

×