I

MỤC LỤC
DANH MỤC HÌNH ẢNH ............................................................................. IV
DANH MỤC BẢNG BIỂU ......................................................................... VII
Lời mở đầu ..................................................................................................VIII
Lời cảm ơn ..................................................................................................... IX
Chương 1:

GIỚI THIỆU CHUNG VỀ HỆ THỐNG PHÂN LOẠI MÃ

QRCODE…… ............................................................................................... ..1
1.1

Lịch sử nghiên cứu................................................................................. 1

1.2

Các vấn đề đặt ra ................................................................................... 3

1.3

Đối tượng nghiên cứu ............................................................................ 3

1.4

Phương pháp thực hiện ......................................................................... 4

1.5

Dự kiến kết quả đạt được ...................................................................... 4

Chương 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT ................................................................ 5
2.1

Bài tốn cơng nghệ trạm phân loại sản phẩm bằng mã QR code ..... 5

2.1.1

Quy trình cơng nghệ .................................................................... 5

2.1.2

Qr code là gì ? ............................................................................. 5

2.1.3

Bài tốn công nghệ đặt ra của trạm phân loại sản phẩm sử dụng

QR code….. .................................................................................................... 8
2.1.4

Phương pháp tạo và nhận dạng QR code .................................... 8

2.1.5


Giới thiệu về phần mềm Visual Studio ..................................... 10

2.1.6

Kết nối giao diện C# với PLC ................................................... 12

2.1.7

Tạo giao diện nhận dang và tạo mã Qrcode.............................. 13

2.2

Các thành phần của hệ thống phân loại ............................................ 19

2.2.1

Cơ cấu băng tải.......................................................................... 19


II
2.2.2

Nguồn cấp điện ......................................................................... 21

2.2.3

Động cơ DC .............................................................................. 23

2.2.4


Cơ cấu tay gắp sản phẩm .......................................................... 24

2.2.5

Cảm biến tiện cận ...................................................................... 27

2.3

Hệ thống điều khiển của hệ thống phân loại ..................................... 28

2.3.1

Bộ điều khiển khả trình PLC .................................................... 28

2.3.2

Bộ điều khiển lập trình PLC S7-1200 ....................................... 33

2.4

Phần mềm điều khiển giám sát hệ thống phân loại .......................... 36

2.4.1

Chức năng của Wincc ............................................................... 36

2.4.2

Các đặc điểm chính của Wincc ................................................. 38


2.4.3

Cấu hình giao diện Wincc ......................................................... 39

Chương 3:

TÍNH TỐN THIẾT KẾ HỆ THỐNG PHÂN LOẠI MÃ

QRCODE

................................................................................................ 41

3.1

Thiết kế hệ thống cơ khí ...................................................................... 41

3.1.1

Tổng quan về hệ thống .............................................................. 41

3.1.2

Tính tay gắp khí nén................................................................. 42

3.1.3

Tính tốn thơng số băng tải ....................................................... 47

3.1.4


Tính chọn động cơ băng tải....................................................... 48

3.2

Xây dựng thuật toán điều khiển ......................................................... 51

3.2.1

Lựa chọn bộ điều khiển trung tâm ............................................ 51

3.2.2

Sơ đồ khối ................................................................................. 54

3.3

Thiết kế hệ thống điện – điện tử ......................................................... 54

3.3.1

Nguồn cấp điện DC 24V-10A................................................... 54

3.3.2

Lựa chọn cảm biến .................................................................... 55

3.3.3

Lựa chọn camera ....................................................................... 56



III
3.3.4

Nút nhấn .................................................................................... 57

3.3.5

Lựa chọn van điện từ................................................................. 58

3.3.6

Sơ đồ đấu nối hệ thống.............................................................. 59

3.3.7

Xây dựng chương trình giám sát trên wincc ............................. 60

3.3.8

Lắp ráp, chế tạo, thi công thiết kế ............................................. 63

3.3.9

Lưu đồ thuật toán ...................................................................... 69

Chương 4: KẾT LUẬN VÀ ĐỊNH HƯỚNG PHÁT TRIỂN ................. 72
4.1

Kết quả thực nghiệm ........................................................................... 72


4.1.1

Kết luận ..................................................................................... 72

4.1.2

Kết quả đạt được ....................................................................... 72

4.2

Đánh giá két quả thu được.................................................................. 72

4.3

Hướng phát triển trong tương lai....................................................... 73

Tài liệu tham khảo ........................................................................................ 74
PHỤ LỤC ....................................................................................................... 75


IV

DANH MỤC HÌNH ẢNH
Hình 2.1: Mơ tả mã QR code ............................................................................ 6
Hình 2.2: Mã vạch truyền thống và mã QR code ............................................. 7
Hình 2.3: Thư viện đọc video từ webcam ......................................................... 9
Hình 2.4: Thư viện giải mã Qr code ............................................................... 10
Hình 2.5: Phần mềm visual studio .................................................................. 10
Hình 2.6: Kết nối giao diện C# với PLC......................................................... 13

Hình 2.7: Giao diện trang chủ Visual Studio.................................................. 13
Hình 2.8: Những phương thức thiết kế trong Visual Studio ........................... 14
Hình 2.9: Màn hình khởi tạo của WinForm.................................................... 14
Hình 2.10: Thanh cơng cụ thiết kế Tool Box .................................................. 15
Hình 2.11: Đưa phần tử vào biểu mẫu ........................................................... 15
Hình 2.12: Cơng cụ điều chỉnh phần tử thiết kế ............................................. 16
Hình 2.13: Hàm điều khiển của phần tử ......................................................... 16
Hình 2.14: Các câu lệnh để cài đặt Aforge.Net .............................................. 17
Hình 2.15: Nhập câu lệnh vào chương trình .................................................. 17
Hình 2.16: Khởi tạo giao diện tạo mã Qrcode ............................................... 17
Hình 2.17: Mã hóa sản phẩm.......................................................................... 18
Hình 2.18: Scan QR code mã hóa về định dạng văn bản ............................... 19
Hình 2.19: Cấu tạo của băng tải..................................................................... 20
Hình 2.20: Băng tải cao su ............................................................................. 20
Hình 2.21: Băng tải xích ................................................................................. 21
Hình 2.22: Băng tải rulo ................................................................................. 21
Hình 2.23: Cấu tạo nguồn switching .............................................................. 22
Hình 2.24: Sơ đồ nguyên lý nguồn switching ................................................. 23
Hình 2.25: Động cơ DC .................................................................................. 23
Hình 2.26: Tay gắp khí nén Festo ................................................................... 25
Hình 2.27: Tay gắp khí nén ............................................................................. 25
Hình 2.28: Robot cơng nghiệp của ABB ......................................................... 26


V
Hình 2.29:Robot cơng nghiệp của KUKA....................................................... 26
Hình 2.30: Sơ đồ nguyên lý của cảm biến tiệm cận........................................ 27
Hình 2.31: Cấu trúc của PLC ......................................................................... 29
Hình 2.32: Sơ đồ khối PLC ............................................................................. 32
Hình 2.33: Sơ đồ cấu trúc hoạt động của bộ điều khiển PLC ........................ 33

Hình 2.34: PLC S7-1200 ................................................................................. 34
Hình 2.35: Ví dụ về phần mềm wincc ............................................................. 38
Hình 2.36: Khai báo địa chỉ IP cho PLC........................................................ 39
Hình 2.37: Khai báo của sổ Wincc advanced. ................................................ 40
Hình 2.38: Connect và nối dây với máy tính .................................................. 40
Hình 3.1: Sơ đồ hệ thống phân loại Qrcode ................................................... 41
Hình 3.2: Bản vẽ cơ khí hệ thống phân loại sản phẩm Qrcode ...................... 41
Hình 3.3: Tay gắp khí nén ............................................................................... 43
Hình 3.4: Các lực tác động khi kẹp phơi ........................................................ 44
Hình 3.5: Tay kẹp khí nén MHZ2-16D ........................................................... 45
Hình 3.6: Xylanh Airtrac TN16x125s ............................................................. 46
Hình 3.7: Băng tải phân loại sản phẩm .......................................................... 47
Hình 3.8: Lực tác dụng lên băng tải ............................................................... 49
Hình 3.9:Động cơ DC giảm tốc có chổi than GA 25 ...................................... 51
Hình 3.10: PLC S7-1200 CPU 1212C AD/DC/RL ......................................... 53
Hình 3.11: Sơ đồ khối hệ thống ...................................................................... 54
Hình 3.12: Nguồn cấp điện DC 24V-10A ....................................................... 55
Hình 3.13: Cảm biến tiệm cận E3F DS30C4 .................................................. 56
Hình 3.14: Webcam Dahua Z2+ ..................................................................... 57
Hình 3.15: Nút nhấn nhả LA38-203................................................................ 57
Hình 3.16: Van điện từ khí nén 5/2 ................................................................. 58
Hình 3.17: Sơ đồ đấu nối PLC ........................................................................ 59
Hình 3.18: Sơ đồ mạch khí nén ....................................................................... 60
Hình 3.19: Thiết lập giao diện home trong Wincc.......................................... 60


VI
Hình 3.20: Mơ phỏng giám sát hệ thống trên phần mềm wincc ..................... 61
Hình 3.21: Ấn nút start trên phần mềm giám sát ............................................ 62
Hình 3.22: Cảm biến 1 nhận tín hiệu và sản phẩm được đưa tới vị trí tay gắp

......................................................................................................................... 62
Hình 3.23: Băng tải dừng và tay gắp thực hiện các thao tác gắp, nhả vật .... 63
Hình 3.24: Phần điện thực tế .......................................................................... 64
Hình 3.25: Hệ thống băng tải vả cảm biến đầu băng tải................................ 64
Hình 3.26: Lắp ráp hệ thống camera .............................................................. 65
Hình 3.27 : Bộ phận tay gắp sản phẩm........................................................... 65
Hình 3.28: Hình ảnh hệ thống phân loại sản phẩm thực tế............................ 66
Hình 3.29: : Lưu đồ thuật tốn hệ thống ........................................................ 69
Hình 3.30: Lưu đồ dừng hệ thống ................................................................... 70
Hình 3.31: Lưu đồ tiến trình 1 ........................................................................ 70
Hình 3.32: Lưu đồ tiến trình 2 ........................................................................ 71
Hình 3.33: Lưu đồ tiến trình 3 ........................................................................ 71


VII

DANH MỤC BẢNG BIỂU
Bảng 2.1: Bảng thơng số các dịng CPU S7-1200 ......................................... 35
Bảng 3.1: Thông số kỹ thuật của tay kẹp khí nén MHZ2-16D....................... 45
Bảng 3.2: Bảng thơng số kỹ thuật xyloanh Airtrac TN16x125s .................... 47
Bảng 3.3: Bảng thông số động cơ DC giảm tốc có chổi than GA 25 ............ 51
Bảng 3.4: Thông số PLC S7-1200 CPU 1212CAC/DC/RL ........................... 53
Bảng 3.5: Thông số kỹ thuật nguồn cấp điện DC 24V-10A ........................... 55
Bảng 3.6: Thông số kỹ thuật cảm biến tiệm cân E3F DS30C4 ..................... 56
Bảng 3.7: Thông số kỹ thuật webcam dahua Z2+ ......................................... 57
Bảng 3.8: Thông số kỹ thuật van điện từ khí nén........................................... 59
Bảng 3.9: Bảng chi tiết các module hệ thống ................................................ 66


VIII


Lời mở đầu
Xã hội ngày nay càng phát triển, nhu cầu về vật chất và tình thần của con
người ngày càng tăng lên, vì thế bài tốn về cung cấp ln được các nhà sản
xuất tìm cách giải quyết. Tự động hóa trong dây chuyền sản xuất là một phương
án cấp thiết, nó địi hỏi sự nhanh chóng, chính xác, tăng năng xuất, giảm thiểu
sức lao động của con người. Q trình sản xuất được tự động hóa cao giúp năng
suất được nâng cao và giảm chi phí tăng tính cạnh tranh cho các doanh nghiệp.
Xét điều kiện cụ thể ở nước ta trong cơng cuộc cơng nghiệp hóa, hiện đại
hóa sử dụng càng nhiều thiết bị hiện đại dể điều khiển tự động các q trình sản
xuất, gia cơng,…. Điều này dẫn tới việc hình thành các hệ thống sản xuất linh
hoạt, cho phép tự động hóa ở mức độ cao đối với sản xuất hàng loạt trên cơ sở
sử dụng các máy tự động, robot công nghiệp,… Trong đó có một khâu quan
trọng ảnh hưởng đến chất lượng hành hóa bán ra là hệ thống phân loại sản
phẩm.
Đồ án “ Nghiên cứu, thiết kế hệ thống phân loại sản phẩm mã QR code ”
được nghiên cứu nhằm củng cố kiến thức, đồng thời giúp cho sinh viên chúng
em thấy được mối liên hệ giữa những kiến thức đã học ở trường với những kiến
thức thực tiễn bên ngoài, để sau này khi ra trường làm việc có thêm những kinh
nghiệm quý giá trong công việc. Đề tài trên có nhiều ứng dụng quan trọng trong
nhiều lĩnh vực như vận chuyển, kiểm tra hàng hóa và phân loại sản phẩm hỗ
trợ tối ưu cho con người trong cuộc sống hiện đại ngày nay.


IX

Lời cảm ơn
Lời đầu tiên em xin gửi lời cảm ơn chân thành tới các thầy cô giáo trong
khoa đã nhiệt tình giúp đỡ chúng em về các kiến thức liên quan tới lĩnh vực
nghiên cứu của đề tài trong thời gian thực hiện đề tài, cũng như các kiến thức

mà các thầy cô đã truyền đạt cho chúng em trong suốt thời gian học tập tại
trường.
Đề tài “ Nghiên cứu và thiết kế hệ thống phân loại sản phẩm mã QR code ”
mà nhóm chúng em lựa chọn cho đồ án tốt nghiệp sẽ giúp ích cho việc thúc đẩy
sự phát triển của các ngành công nghiệp, năng cao sản lưởng , giảm hao phí.
Trong q trình thực hiện bài báo cáo, nhóm em đã cố gắng hết sức để hoàn
thành một cách tốt nhất. Nhưng với lượng kiến thức và trải nghiệm cịn hạn chế
nên khó tránh khỏi những sai sót mong thầy cơ đóng góp để đề tài của em được
hoàn thiện hơn.
Chúng em cũng xin gửi lời cảm ơn trân thành đến T.S Phan Đình Hiếu đã
nhiệt tình quan sát, tận tình hướng dẫn chỉ bảo và chỉ ra những điều cần sửa đổi
bổ sung giúp đỡ để nhóm chúng em đạt được từng yêu cầu của đề tài.
Chúng em xin chân thành cảm ơn !
Hà Nội, ngày… tháng…năm 2022
Nhóm sinh viên thực hiện
Đỗ Thăng Long
Nguyễn Ngọc Long
Nguyễn Đàm Lâm


X

NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN
..........................................................................................................
..........................................................................................................
..........................................................................................................
..........................................................................................................
..........................................................................................................
..........................................................................................................
..........................................................................................................

..........................................................................................................
..........................................................................................................
..........................................................................................................
..........................................................................................................
..........................................................................................................
..........................................................................................................
..........................................................................................................
..........................................................................................................
..........................................................................................................
..........................................................................................................
..........................................................................................................
..........................................................................................................
..........................................................................................................
..........................................................................................................
..........................................................................................................
..........................................................................................................
..........................................................................................................
..........................................................................................................
..........................................................................................................
Hà Nội, ngày…tháng…năm 2022
Chữ kí của GVHD


XI

NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN PHẢN BIỆN
..........................................................................................................
..........................................................................................................
..........................................................................................................
..........................................................................................................

..........................................................................................................
..........................................................................................................
..........................................................................................................
..........................................................................................................
..........................................................................................................
..........................................................................................................
..........................................................................................................
..........................................................................................................
..........................................................................................................
..........................................................................................................
..........................................................................................................
..........................................................................................................
..........................................................................................................
..........................................................................................................
..........................................................................................................
..........................................................................................................
..........................................................................................................
..........................................................................................................
..........................................................................................................
..........................................................................................................
..........................................................................................................
..........................................................................................................
Hà Nội, ngày…tháng…năm 2022
Chữ kí của GVPB


1

Chương 1:


GIỚI THIỆU CHUNG VỀ HỆ THỐNG

PHÂN LOẠI MÃ QRCODE
1.1

Lịch sử nghiên cứu

Ngày nay, việc tập trung hóa - tự động hóa cơng tác quản lí, giám sát và điều
khiển các hệ thống tự động nhằm năng cao hiệu quả của quá trình sản xuất,
tránh rủi ro, tiết kiệm được chi phí.
Hệ thống phân loại sản phẩm được ứng dụng nhiều trong sản xuất tự động
hàng hóa với số lượng lớn, giúp phân loại nhanh những sản phẩm đạt yêu cầu
và những sản phẩm bị lỗi (phế phẩm) cũng như phân loại thành những nhóm
có đặc điểm khác nhau phục vụ cho những công đoạn sản xuất sau này.
Trong các nhà máy sản xuất hàng thực phẩm, nhà máy sản xuất gạch ốp lát
cho ngành xây dựng hay sản xuất các chi tiết cơ khí, linh kiện điện tử…, dịng
sản phẩm được tạo ra sau hàng loạt những qui trình công nghệ cần được kiểm
tra để đảm bảo loại bỏ được những phế phẩm cùng với đó phân loại những sản
phẩm đạt chất lượng thành những nhóm cùng loại khác khau, tạo điều khiện
thuận lợi cho quá trình lưu kho để phân phối ra thị trường hay phục vụ tốt hơn
cho những công đoạn sản xuất tiếp theo. Hơn nữa, nó cịn có thể tích hợp thêm
chức năng dãn nhãn, đếm và quản lý sản phẩm..., giúp nâng chất lượng của sản
phẩm và nâng cao hiệu quả hoạt động của dây chuyền sản xuất.
Từ những yêu cầu thực tế đó mà hệ thống tự động phân loại sản phẩm đã
sớm được hình thành và phát triển, trở thành một khâu quan trọng trong một hệ
thống sản xuất tự động, để thực hiện chức năng kiểm tra, phân loại đảm bảo sự
vận hành liên tục của dịng phơi liệu trong q trình sản xuất tự động. Đạt được
mục tiêu nâng cao tính cạnh tranh của sản phẩm, làm chủ giá thành và chất
lượng sản phẩm, tăng khả năng linh hoạt phát triển sản phẩm, thay đổi mẫu mã
đáp ứng nhu cầu thị trường.

Ngày nay cùng với sự phát triển của các ngành khoa học kỹ thuật, kỹ thuật
điện- điện tử và điều khiển tự động đóng vai trị hết sức quan trọng trong mọi


2
lĩnh vực khoa học, quản lý, công nghiệp tự động hóa, cung cấp thơng tin. Do
đó chúng ta phải nắm bắt và vận dụng nó một cách có hiệu quả nhằm góp phần
vào sự nghiệp phát triển nền khoa học kỹ thuật thế giới nói chung và trong sự
phát triển kỹ thuật điều khiển tự động nói riêng. Với những kỹ thuật tiên tiến
như vi xử lý, PLC, vi mạch số… được ứng dụng vào lĩnh vực điều khiển, thì
các hệ thống điều khiển cơ khí thơ sơ, với tốc độ xử lý chậm chạp ít chính xác
được thay thế bằng các hệ thống điều khiển tự động với các lệnh chương trình
đã được thiết lập trước.
Trong quá trình hoạt động ở các nhà xưởng, xí nghiệp hiện nay, việc tiết
kiệm điện năng là nhu cầu rất cần thiết, bên cạnh đó ngành cơng nghiệp ngày
càng phát triển các cơng ty xí nghiệp đã đưa tự động hóa và sản xuất để tiện ích
cho việc quản lý dây chuyền và sản phẩm cho toàn bộ hệ thống một cách hợp
lý là yêu cầu thiết yếu, tiết kiệm được nhiều thời gian cũng như quản lý một
cách dễ dàng.
Hệ thống phân loại sản phẩm hoạt động trên nguyên lý sử dụng webcam để
nhận dạng mã QR của sản phẩm trên băng tải và thông qua cơ cấu tay gắp phân
loại sản phẩm sang các kho chứa khác nhau.
Từ nguyên lý làm việc trên ta thấy muốn hệ thống hoạt động được cần những
chuyển động cần thiết:
•

Chuyển động của băng chuyền. Để truyền chuyển động quay cho trục

của băng chuyền ta dùng động cơ điện một chiều thông qua bộ truyền bánh răng
trụ răng thẳng trung gian.

•

Chuyển động tịnh tiến của các cơ cấu tay gắp khí nén.

Những lợi ích mà hệ thống phân loại sản phẩm đem lại cho chúng ta là rất
lớn, cụ thể như:
•

Giảm sức lao động, tránh được sự nhàm chán trong công việc, cải thiện

được điều kiện làm việc của con người, tạo cho con người tiếp cận với sự tiến


3
bộ của khoa học kỹ thuật và được làm việc trong mơi trường ngày càng văn
minh hơn.
•

Nâng cao năng suất lao động, tạo tiền đề cho việc giảm giá thành sản

phẩm, cũng như thay đổi mẫu mã một cách nhanh chóng.
•

Giúp cho việc quản lý và giám sát trở nên rất đơn giản, bởi vì nó khơng

những thay đổi điều kiện làm việc của cơng nhân mà cịn có thể giảm số lượng
công nhân đến mức tối đa…
1.2

Các vấn đề đặt ra


Mục tiêu đặt ra là thiết kế: Hệ thống phân loại sản phẩm sử dụng webcam để
phát hiện mã QR code, có kiểu dáng nhỏ gọn, dễ dàng lắp đặt, bảo trì, sửa chữa.
Để thiết kế được chúng ta cần thiết kế cơ khí và điều khiển được động cơ và
hệ thống hoạt động tự động dựa vào lập trình và điều khiển của PLC. Ngồi ra
cịn có các vấn đề khác như là: vật liệu mơ hình, nguồn cung cấp, tính tốn
thơng số chi tiết...
Các vấn đề cần được giải quyết đó là:
•

Vấn đề cơ khí: phân tích tính tốn và lựa chọn vật liệu, thơng số kỹ thuật

của các chi tiết sao cho thỏa mãn yêu cầu của đề tài: nhỏ, gọn, nhẹ, bền, có tính
thẩm mỹ cao, dễ dàng lắp đặt và sửa chữa.
•

Vấn đề nhận biết sản phẩm: Phân tích hình ảnh từ camera để xử lý số

liệu phân loại sản phẩm Qrcode
•

Vấn đề điều khiển: điều khiển hoàn toàn tự động, dễ dàng vận hành.

•

Vấn đề an tồn: đảm bảo an tồn cho người sử dụng và sản phẩm không

bị hỏng.
1.3


Đối tượng nghiên cứu

Đối tượng nghiên cứu bao gồm:
-

Hệ thống phân loại sản phẩm mã Qrcode

-

Tay gắp robot điều khiển bằng khí nén


4
1.4

Phương pháp thực hiện

Bao gồm hai phương pháp thực hiện
•

Phương pháp nghiên cứu lý thuyết:

-

Nắm bắt các nội dung kiến thức liên quan từ các tài liệu qua sách vở, các

diễn đàn, internet.
-

Tìm hiểu về các bài tồn, mơ hình hóa giúp cho việc tính tốn và chọn


các trang bị điện và cơ khí cho phần thiết kế hệ thống.
Tìm hiểu các tài liệu, cơ sở lý thuyết về các loại động cơ, hệ thống cảm

-

biến,…
Tìm hiểu về cơ sở lý thuyết, ứng dụng viết chương trình điều khiển hệ

-

thống phân loại và tay gắp cơ khí cho bộ điều khiển PLC.
•

Phương pháp nghiên cứu thực nghiệm:

-

Thực hiện nghiên cứu, tìm hiểu, lấy ý tưởng về các hệ thống, đề tài đã

có, đã đi vào vận hành trong thực tế.
-

Sử dụng phần mềm TIA Portal (SIMATIC STEP 7 & WINCC) và

Factory IO làm công cụ để mô phỏng hệ thống.
Sử dụng phần mềm Soliworks để thiết kế và mô phỏng hệ thống cơ khí.

1.5
-


Dự kiến kết quả đạt được
Xây dựng thành cơng mơ hình cơ khí 3D hệ thống phân loại sản phẩm

mã Qrcode bằng phần mềm Solidworks.
-

Xây dựng được chương trình điều khiển cho hệ thống hoạt động ổn định

theo dự kiến đề ra.
-

Lắp ráp, hồn thiện mơ hình sản phẩm, vận hành đúng so với thực

nghiệm.


5

Chương 2:
2.1

CƠ SỞ LÝ THUYẾT

Bài tốn cơng nghệ trạm phân loại sản phẩm bằng mã QR code

2.1.1 Quy trình cơng nghệ
Giai đoạn 1: Cảm biến tiệm cận đầu băng tải phát hiện có sản phẩm, động

-


cơ khởi động, băng tải chạy.
Giai đoạn 2: Khi sản phẩm chạy đến cuối băng tải, cảm biến tiệm cận 2

-

sẽ phát hiện, động cơ tắt, băng tải dừng hoạt động.
Giai đoạn 3: Camera quét mã Qrcode đồng thời tay gắp robot hoạt động,

-

mã qrcode được nhận diện trên màn hình máy tính.
Giai đoạn 4: Tay gắp thực hiện gắp vật và nhả vật vào tới vị trí xác định

-

trước. Lúc này hệ thống hoạt động ở hai chế độ:
+ Manual: Người dùng lựa chọn vị trí trên màn hình, tay nhả vào vị trí đó.
+ Auto: Tay gắp nhả vật vào vị trí đã được lập trình từ trước.
2.1.2 Qr code là gì ?
-

Khái niệm:
QR Code (mã QR) là viết tắt của Quick response code (Tạm dịch: Mã phản

hồi nhanh), hoặc có thể gọi là Mã vạch ma trận (Matrix-barcode) hay Mã vạch
2 chiều (2D). Đây là một dạng thơng tin được mã hóa để hiển thị sao cho máy
có thể đọc được. QR Code xuất hiện lần đầu tiên vào năm 1994, được tạo ra
bởi Denso Wave (công ty con của Toyota).. QR Code cho phép quét và đọc mã
nhanh hơn bằng các thiết bị như máy đọc mã vạch hoặc điện thoại có camera

với ứng dụng cho phép qt mã, vơ cùng tiện lợi cho người dùng.
-

Cấu tạo: Gồm nhiều hình vng màu đen với nền trắng được sắp xếp

trong một lưới hình vng, trong đó một số ơ dùng để cảm biến hình ảnh định
vị (3 ơ vng lớn ở 3 góc), cịn lại chứa thơng tin định dạng, phiên bản, dữ liệu
và mã sửa lỗi (ECC – phương pháp phát hiện và sửa lỗi xảy ra khi truyền dữ
liệu).


6

Hình 2.1: Mơ tả mã QR code

Trong đó:
+ (1) Hoa văn định vị (Finder pattern): Các hoa văn định vị nằm ở 3 góc của
mã QR. Mục đích của chúng là biểu thị hướng cho mã, giúp camera có thể xác
định được phạm vi mã cũng như đọc thông tin ngay trong trường hợp mã bị
biến dạng.
+ (2) Thông tin định dạng (Format Information): Các mẫu định dạng có chức
năng sửa lỗi, quyết định mức độ sửa lỗi của mã QR. Để giúp cho việc cân bằng
giữa các ô đen và trắng trên mã, chức năng Mask được thiết lập. Dựa vào 8 loại
nguyên tắc, các thông tin lưu trên mã QR vẫn đảm bảo sự toàn vẹn cũng như
màu sắc của các ô đen trắng để bảo đảm sự cân bằng.
+ (3) Vùng dữ liệu (Data): Chứa những dữ liệu thực tế.
+ (4) Mô-đun (Module): Các ô đen mã QR chứa các đoạn mã nhị phân và
mang giá trị là 1, các ơ trắng có giá trị là 0. Tập hợp các ơ chính là các thơng
tin lưu trữ vào mã QR.
+ (5) Ký hiệu căn chỉnh (Alignment pattern): Giúp định hướng mã QR, có

thể giải mã từ mọi góc độ. Ngay cả khi mã đang ngược hoặc ở một góc khác,
máy vẫn có thể đọc được mã một cách dễ dàng.
+ (6) Mẫu thời gian (Timing pattern): Khi sử dụng mẫu này, máy quét có thể
biết được độ lớn của ma trận dữ liệu.


7
+ (7) Thông tin phiên bản (Version pattern): Chỉ định phiên bản của mã QR,
được xác định bởi số lượng mơ-đun. Hiện tại, có tất cả 40 phiên bản từ 1 đến
40. Phiên bản 1 gồm 21 mô-đun, mỗi phiên bản tiếp theo sẽ tăng thêm 4 môđun cho đến khi đạt đến phiên bản 40 với tổng số 177 mơ-đun. Càng nhiều mơđun bên trong mã QR, nó sẽ có nhiều dung lượng lưu trữ hơn. Đối với mục đích
tiếp thị, thường dũng mã QR với phiên bản từ 1 đến 7.
+ (8) Vùng yên tĩnh (Quiet zone): Đây là không gian trống xung quanh mã,
cho phép bộ đọc mã phân biệt mã QR với môi trường xung quanh.
-

Đặc điểm:
Cùng là mã vạch nhưng QR Code lại là phiên bản cải tiến của mã vạch truyền

thống. Mã vạch truyền thống là một dãy các vạch được xếp liền kề nhau, chỉ
chứa được tối đa 20 ký tự số, trong khi đó thì mã QR có khả năng chứa tối đa
7.089 ký tự số và 4.296 ký tự chữ số. Điều này cho phép lượng thông tin truyền
tải sẽ nhiều hơn, hỗ trợ tốt hơn cho người dùng, đặc biệt là những doanh nghiệp
kinh doanh muốn gửi thông điệp đến khách hàng của mình. Khơng chỉ thế, nếu
so về kích thước thì QR Code chiếm ít khơng gian hơn rất nhiều so với mã vạch
truyền thống. Nếu in trên sản phẩm hoặc danh thiếp thì sẽ nhỏ gọn và tăng tính
thẩm mỹ hơn.
Một mã QR có thể chứa đựng một địa chỉ web (URL), các thông tin liên hệ
của cá nhân hoặc doanh nghiệp như sản phẩm, địa chỉ email, số điện thoại, địa
chỉ nhà, tin nhắn SMS,…Cũng tùy thuộc vào thiết bị đọc mã QR mà khi quét
nó sẽ dẫn tới một trang web, gọi đến một số điện thoại, xem một tin nhắn,…


Hình 2.2: Mã vạch truyền thống và mã QR code


8
2.1.3 Bài tốn cơng nghệ đặt ra của trạm phân loại sản phẩm sử dụng
QR code
Bài toán đặt ra một số yêu cầu vận hành cơ bản mô phỏng hệ thống làm việc
trong thực tế. Khi nhấn start băng tải vận hành đưa các sản phẩm vào khu vực
phân loại. Tại khu vực phân loại bố trí webcam để nhận dạng mã QR code trên
sản phẩm. Ở chế độ manual người dùng thao tác điều khiển cơ cấu tay máy
thông qua nút nhấn trên giao diện wincc. Ở chế độ auto, khi nhận dạng được
mã QR trên sản phẩm chương trình nhận dạng tự động gửi tín hiệu phân loại
đến PLC để điều khiển cơ cấu phân loại. Các trạng thái vận hành của hệ thống
được giám sát trên giao diện Wincc. Khi nhấn stop hệ thống dừng hoạt động.
2.1.4 Phương pháp tạo và nhận dạng QR code
❖

Tạo mã Qrcode

Bước 1: Tạo chuỗi nhị phân: Tạo chuỗi nhị phân bao gồm dữ liệu và thơng
tin về chế độ mã hóa, cũng như độ dài dữ liệu. Bước này bao gồm:
-

Mã hóa bộ chỉ chế độ

-

Mã hóa độ dài của dữ liệu


-

Má hóa dữ liệu

-

Hồn thành các bit

-

Giới hạn các chuỗi thành các chuỗi con 8 bit
Bước 2: Tạo bộ sửa lỗi: Trong mã Qrcode chứa bộ mã sửa lỗi Reed-

Solomon. Các khối dữ liệu dự phòng đảm bảo rằng mã Qrcode vẫn được đọc
cho dù có một phần khơng nhận diện được. Bước này bao gồm:
-

Tìm ra có bao nhiêu mã sửa lỗi cần được tạo

-

Tạo một thông điệp đa thức

-

Tạo một bộ đa thức


9
Bước 3: Chọn mẫu mặt nạ tốt nhất: Sử dụng mơ hình mặt nạ cho phép tạo ra

8 mã QR khác nhau và sau đó chọn một trong số đó để dễ dàng nhất cho đọc
Qr khi quét. Bước này bao gồm:
-

Tạo mã QR

-

Thêm thông tin Loại

-

Thêm thông tin phiên bản

-

Thêm dữ liệu bits

-

Hồn tất mã QR

❖

Quy trình phát hiện và đọc mã QR
Quy trình phát hiện và đọc mã Qr được thực hiện qua các bước sau:

-

Phát hiện Position Detection Patterns (các mẫu phát hiện vị trí)


-

Xác đinh phiên bản sử dụng

-

Gỡ bỏ mặt nạ để lấy dữ liệu thô

-

Đọc các cell data và các cell sửa lỗi để trích rút dữ liệu cần thiết.
Hệ thống sử dụng webcam, kết nối với máy tính cá nhân qua cổng USB. Việc

nhận dạng mã QR được thực hiện thông qua giao diện winform C#. Chương
trình giao diện C# sẽ tham gia điều khiển PLC trong quá trình vận hành của hệ
thống.
Cách thư viện hỗ trợ trên ứng dụng C# bao gồm các thư viện sau:
•

Thư viện đọc video từ webcam bao gồm: Aforge, Aforge.video,

Aforge.video.DirectShow

Hình 2.3: Thư viện đọc video từ webcam