CHƯƠNG I : TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG 1. Tổng quan chung về hệ thống 1. Giới thiệu đề tài nghiên cứu Như chúng ta đã biết, trong những năm gần đây, bắt đầu từ năm 2017, các môn Toán, Tổ hợp Khoa học tự nhiên (Vật lý, Hóa học, Sinh học), Tổ hợp Khoa học xã hội ( Lịch sử, Địa lý, Giáo dục công dân), Ngoại ngữ đều thi theo hình thức trắc nghiệm trên mẫu giấy thi do bộ Giáo Dục và Đào Tạo Việt Nam ban hành để tiến hành xét tuyển lấy điểm thi vào các trường Cao Đẳng , Đại Học…. Nếu như không được sự hỗ trợ của máy móc thì sẽ gây rất nhiều khó khăn cho các giáo viên, giảng viên trong quá trình chấm thi có thể mất rất nhiều thời gian và rất dễ gây nhầm lẫn trong kết quả, ảnh hưởng rất lớn đến năng lực và điểm thi của học sinh, sinh viên.
Để khắc phục tình trạng trên thì người ta đã sử dụng chấm bài thi quét bằng tia hồng ngoại, tuy nhiên biện pháp đó không được tối ưu hóa. Từ những yêu cầu thực tế đó, những đòi hỏi sự chính xác ngày càng cao trong cuộc sống, cộng với sự hợp tác phát triển mạnh mẽ của trí tuệ nhân tạo AI nên chúng em đã chọn đề tài :” Nghiên cứu, thiết kế hệ thống chấm bài thi tự động ứng dụng công nghệ xử lý ảnh” nhằm đáp ứng nhu cầu của nền giáo dục nước nhà để có thể chuẩn xác hơn trong khi chấm các bài thi và dễ dàng hơn đối với giáo viên, giảng viên sử dụng, góp phần phát triển khoa học kĩ thuật, nền văn minh tiên tiến, hướng đến công nghệ hiện đại 4. Mô tả nhiệm vụ công nghệ Hệ thống có khả năng: Kéo lần lượt từng bài thi trong tệp bài thi được xếp vào khay Đọc được số báo danh trong bài thi Nhận dạng được bài thi trắc nghiệm bằng Python - OpenCV Nhận dạng ra những câu đúng và sai để tính ra số điểm trên thang điểm 10 Sau khi chấm xong bài thi có thể tự động chuyển qua bài thi khác Downloaded by mon hon (monmon1@gmail. Cấu trúc thiết bị - Hệ thống có mô hình tương tự như hình ảnh dưới đây: Cấu trúc hệ thống bao gồm: Camera Python OpenCV ARDUINO Arduino UNO R3 Động cơ Động cơ bước – Step motor 42 x 48 Module điều khiển động cơ Module L298 Khung nhôm định hình Nhôm định hình 2020 EU Trục Vít-me Trục + Đai ốc Vít me 8mm Gối đỡ thanh trượt Kẹp trục SK8 Thanh trượt Thanh trượt mạ Crom Ø 8mm Đầu khớp nối trục động cơ Đầu khớp nối trục động cơ 5x8 mm Đèn chiếu sáng Led thanh 220V – 300 mm 1.
Mục tiêu của đề tài Thiết bị chấm bài thi trắc nghiệm tự động là hệ thống có thể được sử dụng rộng rãi trong môi tường học đường trong thời gian sắp tới. Giải pháp thông minh nhờ trí tuệ nhân tạo thực hiện giúp con người phân tích chuẩn xác và nhanh hơn. Giải pháp này đã được nước ngoài thực hiện rất nhiều và rộng rãi, nhưng ở Việt Nam vẫn còn hạn chế do vẫn còn nhiều sai số trong hệ thống xử lý và thực hiện chưa được tối ưu hóa 1 cách tối đa nhất. Đây là hệ thống hoàn toàn tự động, nhưng vẫn phải có sự giám sát của người thực hiện.
Từ ý tưởng ban đầu, dựa vào những kiến thức đã được học, nhóm bắt đầu tiến hành tìm hiểu những lý thuyết liên quan đến xử lý ảnh và sau đó bắt tay vào thiết kế và lập trình thực tế với các yêu cầu cơ bản như sau: Tìm hiểu công nghệ xử lý ảnh: + Tổng quan xử lý ảnh. + Phân tích và lựa chọn các phương pháp xử lý ảnh. + Tìm hiểu ứng dụng xử lý ảnh trong thực tế. Tìm hiểu thuật toán điều khiển động cơ bằng arduino.
Downloaded by mon hon (monmon1@gmail.com) lOMoARcPSD|39211872 Tính toán thiết kế băng chuyền. Thiết kế phần mềm. Tính toán thiết kế khung thiết bị. Phương pháp nghiên cứu Đây là một đề tài khá hay và ứng dụng thực tế, nhưng trong thời gian thực hiện đồ án nhóm thực hiện đề tài gặp rất nhiều khó khăn trong việc thu thập nguồn tài liệu Nhóm thực hiện theo 2 phương pháp chủ yếu như sau: a) Phương pháp tham khảo tài liệu Nguồn tài liệu chủ yếu bằng tiếng Anh và tiếng Việt được tìm kiếm trên Internet và thư viện trường.
Tham khảo tài liệu nghiên cứu khoa học do các thầy hướng dẫn soạn thảo. Các bài viết và video trên Internet b) Phương pháp thực hành Lập trình giải quyết bài toán nhận biết lỗi đúng sai trên bài thi trắc nghiệm Tính toán và thiết kế cho hệ thống cơ khí để dễ dàng nắm bắt được lý thuyết so với thực tế. Phạm vi và giới hạn đề tài Thiết bị chấm bài thi trắc nghiệm tự động chỉ được ứng dụng rộng rãi trong môi trường giáo dục nên thực tế cũng chưa thể tìm hiểu hết được chức năng. Trong phạm vi là đề tài nghiên cứu tốt nghiệp, với những giới hạn về thời gian, tài chính và tầm hiểu biết.
Nhóm xây dựng, tính toán và thiết kế mô hình với những chức năng như sau: Nhận diện lỗi đúng/sai trong bài thi trắc nghiệm đã được tô đáp án Tính toán thiết kế băng chuyền để di chuyển bài thi Tính toán, thiết kế thiết bị kéo giấy tự động Hiển thị điểm ra màn hình Downloaded by mon hon (monmon1@gmail. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn đề tài Thông tin về điểm số của từng bài thi ứng với từng số báo danh được cập nhật và chính xác Giảm bớt thời gian chấm bài thi của giáo viên hoàn toàn được tự động hóa, nhanh chóng và chính xác. Nhờ công nghệ cao mà trí tuệ nhân tạo đem lại giúp chúng ta có thể đánh giá tốt hơn về năng lực của sinh viên trong nền giáo dục nước nhà. Tiết kiệm thời gian, coogn sức của giáo viên, đồng thời khó xảy ra sai sót, gian lận khi chấm bài thi.
Tiện nghi, dễ sử dụng với mọi người. Giảm thiểu khiếu nại do sai số về điểm khi đánh giá năng lực mỗi học sinh, sinh viên qua bài thi trắc nghiệm. Thiết bị chất lượng cao, hệ thống haotj động bền bỉ, lâu dài và liên tục. Xuất báo cáo về điểm khi cần thiết Dễ dàng quản lý, điều khiển hoàn toàn tự động Hệ thống bảo mật tuyệt đối do dùng dùng đến mạng lưới Internet, chống thất thoát dữ liệu mật truyền ra ngoài.
Downloaded by mon hon (monmon1@gmail.com) lOMoARcPSD|39211872 Chương II: Cơ sở lý thuyết 2. Nguyên lý hoạt động Hình 0.1 Sơ đồ nguyên lý hoạt động của hệ thống chấm bài thi trắc nghiệm tự động 2. Sơ đồ khối hệ thống chấm bài thi trắc nghiệm tự động Sơ đồ khối hệ thống chấm thi trắc nghiệm tự động do nhóm đề xuất đượcgiới thiệu như Hình 1.1, trong đó có những khối chức năng cơ bản như sau: Phần cứng Hệ thống kéo giấy được nhóm thiết kế tích hợp với Camera và đèn trợ sáng phía trên. Đây là một hệ thống cơ khí tự động được điều khiển bằng Board mạch Arduino từ khay đựng phiếu thi tới vị trí xác định để camera thu nhận hình ảnh.
Camera sẽ được kết nối với máy vi tính có cài đặt phần mềm Python – OpenCV. Phần cứng này sẽ được điều khiển bằng các phần mềm driver (Arduino IDE) trên máy tính. Phần mềm Nhận dạng vùng chưa phiếu thi trong ảnh được thu nhận bởi camera. Vùng chứa thông tin trên phiếu thi bao gồm: mã đề, số báo danh và phần trả lời).
Do thời gian và được tìm hiểu chưa được chuyên sâu, nhóm chỉ nhận dạng vùng làm bài thi và mã đề trên giấy thi sau đó hệ thống sẽ xử lý thông tin sẽ đề ra kết quả. Kết quả sẽ được hiện ra màn hình để được dúng ta nhìn thấy, mở rộng hơn nữa là có thể được lưu vào file hoặc cơ sở dữ liệu để in ấn, thống kê. Cơ chế làm việc Cơ chế làm việc của hệ thống được chia làm 3 quá trình: a) Quá trình thu nhận ảnh Downloaded by mon hon (monmon1@gmail.com) lOMoARcPSD|39211872 Tập phiếu trả lời trắc nghiệm được đưa vào khay kéo giấy. Thông qua hệ thống kéo giấy, phiếu trả lời trắc nghiệm được đưa đến vị trí xác định để camera thu nhận ảnh.
Khi phiếu trả lời trắc nghiệm tới vị trí chụp, tín hiệu chỉ thị chụp được gửi tới camera để camera thu nhận ảnh. Kết thúc quá trình thu nhận ảnh, tín hiệu chỉ thị tời được gửi tới hệ thống tời giấy. Hệ thống tời giấy sẽ đưa phiếu trả lời trắc nghiệm từ vị trí chụp ra ngoài, đồng thời đưa phiếu trả lời trắc nghiệm mới vào vị trí chụp. b) Quá trình đọc thông tin trên ảnh Dữ liệu ảnh từ quá trình 1 được tiền xử lý nhằm mục đích lọc nhiễu và nâng cao chất lượng ảnh.
Sau đó, thông qua việc xác định 4 đỉnh của phiếu trả lời trắc nghiệm trong ảnh, góc nghiêng của phiếu trả lời trắc nghiệm sẽ được tính toán, tự động điều chỉnh góc nghiêng và chuẩn hóa ảnh theo một tỉ lệ xác định. Ảnh sau chuẩn hóa được trích chọn các vùng thông tin: vùng số báo danh, vùng mã đề, vùng trả lời. Việc sử dụng thuật toán nhận dạng dấu tích trên từng vùng sẽ cho ta thông tin bài thi. c) Quá trình đánh giá và xuất kết quả Thông tin từ quá trình trên sẽ được xem xét và tính toán theo phần trăm số câu được tô đúng trên bài thi.
Tiến hành so sánh thông tin thu thập được với cơ sở dữ liệu với đáp án tương ứng. Ta sẽ nhận được kết quả bài thi. Kết quả này sẽ được đưa ra màn hình hiển thị để hỗ trợ giáo viên có thể chấm điểm trực tiếp vào bài thi. Hệ thống điều khiển Để điều khiển Motor của hệ thống kéo giấy và băng tải thì nhóm đã lựa chọn Board mạch Arduino để điều khiển tốc độ động cơ, đi kèm với đó là Module L298.
Vi điều khiển Arduino a) Arduino là gì? Arduino Uno là một board mạch vi điều khiển được phát triển bởi Arduino.cc, một nền tảng điê ̣n tử mã nguồn mở chủ yếu dựa trên vi điều Downloaded by mon hon (monmon1@gmail.com) lOMoARcPSD|39211872 khiển AVR Atmega328P. Với Arduino chúng ta có thể xây dựng các ứng dụng điê ̣n tử tương tác với nhau thông qua phần mềm và phần cứng hỗ trợ. Phần cứng bao gồm một board mạch nguồn mở được thiết kế trên nền tảng vi xử lý AVR Atmel 8bit, hoặc ARM, Atmel 32-bit,… Tuy nhiên phiên bản thường được sử dụng nhiều nhất là Arduino Uno và Arduino Mega.