I. Tổng quan
Đề tài 'Hệ thống phân loại cà chua tự động' được thực hiện trong bối cảnh nền công nghiệp 4.0, nơi mà thị giác máy tính đóng vai trò quan trọng trong việc tối ưu hóa quy trình sản xuất. Hệ thống này không chỉ giúp phân loại cà chua theo độ chín mà còn phát hiện các trái bị hỏng, từ đó nâng cao năng suất và chất lượng sản phẩm. Việc ứng dụng xử lý ảnh trong phân loại trái cây giúp giảm thiểu thời gian và công sức của công nhân, đồng thời cải thiện hiệu quả sản xuất. Hệ thống này có thể được áp dụng rộng rãi trong các nhà máy chế biến thực phẩm, giúp giảm chi phí nhân công và tăng cường khả năng cạnh tranh trên thị trường.
1.1 Mục tiêu của đề tài
Mục tiêu chính của đề tài là ứng dụng các thuật toán xử lý ảnh để phát hiện và phân biệt quả cà chua theo độ chín, kích thước và tình trạng hư hỏng. Hệ thống sẽ xây dựng một giao diện SCADA kết hợp với Web server để người dùng có thể dễ dàng vận hành và giám sát. Đề tài cũng hướng đến việc thiết kế mô hình mô phỏng quá trình vận hành, từ đó tạo ra một giải pháp hiệu quả cho việc phân loại sản phẩm trong ngành nông nghiệp thông minh.
1.2 Hạn chế và khả năng áp dụng
Mặc dù đề tài có nhiều tiềm năng, nhưng vẫn tồn tại một số hạn chế như chỉ dừng lại ở mức độ mô phỏng và không thể phân loại đồng thời nhiều trái cà chua. Tuy nhiên, khả năng áp dụng của hệ thống này rất lớn, đặc biệt trong các nhà máy sản xuất hiện đại, nơi mà việc phân loại sản phẩm theo màu sắc và kích thước là rất cần thiết. Hệ thống này có thể giúp cải thiện quy trình sản xuất, giảm chi phí và nâng cao chất lượng sản phẩm, đáp ứng nhu cầu ngày càng cao của thị trường.
II. Cơ sở lý thuyết
Xử lý ảnh là một lĩnh vực quan trọng trong công nghệ hiện đại, đặc biệt trong thị giác máy tính. Các bước cơ bản trong xử lý ảnh bao gồm thu nhận ảnh, tiền xử lý, phân đoạn ảnh và nhận dạng. Việc áp dụng các kỹ thuật như phân ngưỡng ảnh và thuật toán Otsu giúp tách biệt các đối tượng trong ảnh, từ đó xác định được các đặc điểm của quả cà chua. Hệ thống sử dụng các không gian màu như RGB và HSV để phân tích màu sắc của cà chua, giúp nâng cao độ chính xác trong việc phân loại.
2.1 Các kỹ thuật xử lý ảnh
Các kỹ thuật xử lý ảnh được sử dụng trong đề tài bao gồm chuyển đổi không gian màu, phân ngưỡng ảnh và bộ lọc Gaussian. Chuyển đổi không gian màu giúp cải thiện khả năng phân đoạn dựa trên màu sắc, trong khi phân ngưỡng ảnh giúp tách biệt các đối tượng trong ảnh. Bộ lọc Gaussian được sử dụng để làm mịn ảnh, giảm nhiễu và cải thiện chất lượng hình ảnh trước khi thực hiện các bước phân tích tiếp theo. Những kỹ thuật này đóng vai trò quan trọng trong việc phát hiện và phân loại cà chua một cách chính xác.
2.2 Thiết bị và phần mềm sử dụng
Hệ thống sử dụng các thiết bị như PLC S7-1200, camera, và các cảm biến hồng ngoại để thu thập dữ liệu và điều khiển quá trình phân loại. Phần mềm như Microsoft Visual Studio và SQL Server được sử dụng để xây dựng giao diện SCADA và quản lý cơ sở dữ liệu. Việc tích hợp các thiết bị và phần mềm này giúp tạo ra một hệ thống phân loại tự động hiệu quả, đáp ứng nhu cầu sản xuất hiện đại.
III. Thiết kế hệ thống
Thiết kế hệ thống phân loại cà chua tự động bao gồm các yêu cầu phần cứng và phần mềm cụ thể. Hệ thống cần đảm bảo tính chính xác và hiệu quả trong việc phân loại. Các yêu cầu phần cứng bao gồm việc lựa chọn các thiết bị phù hợp như PLC, camera và cảm biến. Phần mềm cần được lập trình để điều khiển hệ thống một cách linh hoạt và dễ dàng. Sơ đồ kết nối phần cứng và thiết kế phần mềm sẽ được trình bày chi tiết để đảm bảo hệ thống hoạt động trơn tru.
3.1 Yêu cầu phần cứng
Yêu cầu phần cứng của hệ thống bao gồm việc lựa chọn PLC S7-1200 để điều khiển các thiết bị, camera để thu thập hình ảnh và cảm biến để phát hiện trái cà chua. Các thiết bị này cần được kết nối một cách hợp lý để đảm bảo tín hiệu được truyền tải chính xác. Hệ thống cũng cần có nguồn điện ổn định và các thiết bị hỗ trợ như relay và van điện từ để điều khiển dòng chảy của khí nén trong quá trình phân loại.
3.2 Yêu cầu phần mềm
Phần mềm cần được thiết kế để điều khiển hệ thống một cách hiệu quả. Giao diện SCADA sẽ cho phép người dùng dễ dàng giám sát và điều khiển quá trình phân loại. Phần mềm cũng cần tích hợp với cơ sở dữ liệu để lưu trữ thông tin về quá trình phân loại và tình trạng của từng trái cà chua. Việc lập trình cần đảm bảo tính linh hoạt và khả năng mở rộng trong tương lai, đáp ứng nhu cầu ngày càng cao của ngành nông nghiệp thông minh.
