Đang tạo bản xem trước...
HỌC VIỆN NÔNG NGHIỆP VIỆT NAM KHOA CƠ ĐIỆN ------------ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐỀ TÀI: THIẾT KẾ HỆ THỐNG GIÁM SÁT VÀ CẢNH BÁO BỆNH PHẤN TRẮNG TRÊN CÂY DƯA CHUỘT BẰNG TRÍ TUỆ NHÂN TẠO Giảng viên hướng dẫn : TS. NGÔ TRÍ DƯƠNG Sinh viên thưc hiện : PHẠM TRUNG DUẨN Msv : 605521 Lớp : K60 – TDHB Hà Nội - 2021
LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi, các kết quả nghiên cứu được trình bày trong đồ án là trung thực, khách quan và chưa từng dùng để bảo vệ cho bất kỳ đồ án môn học nào. Tôi xin cam đoan rằng mọi sự giúp đỡ cho việc thực hiện đồ án đã được cám ơn, các thông tin trích dẫn trong đồ án này đều được chỉ rõ nguồn gốc. Hà Nội, ngày tháng năm 2021 Tác giả đồ án Phạm Trung Duẩn i
LỜI CẢM ƠN Để hoàn thành tốt bài khóa luận tốt nghiệp này trước tiên cho phép em xin được gửi lời biết ơn sâu sắc nhất đến Thầy giáo TS. NGÔ TRÍ DƯƠNG và ThS. NGÔ QUANG ƯỚC, em cảm ơn thầy đã tận tâm, nhiệt tình không quản ngại khó khăn, vất vả để theo sát hướng dẫn em trong suốt quá trình thực tập và khóa luận tốt nghiệp vừa qua. Nhờ những tâm huyết đối với sinh viên của Thầy mà em đã biết và áp dụng thành thạo những kiến thức đã học vào đề tài tốt nghiệp và để chuẩn bị cho ngành nghề công việc sau khi ra trường. Đồng thời em cũng gửi lời cảm ơn trân thành nhất đến toàn thể quý thầy cô trong Trường Học Viện Nông nghiệp Việt Nam nói chung, các thầy cô trong Khoa Cơ – Điện và bộ môn: Tự Động Hóa nói riêng đã bỏ công sức truyền đạt lại những kiến thức cho chúng em trong những năm theo học tại trường. Mặc dù đã có nhiều cố gắng, song chắc chắn không tránh khỏi thiếu sót nhất định. Rất mong được sự đóng góp ý kiến của Hội đồng chấm đồ án tốt nghiệp, và các đọc quan tâm đến đề tài của đồ án. Cuối cùng chúng em chúc Thầy giáo TS. NGÔ TRÍ DƯƠNG Và ThS. NGÔ QUANG ƯỚC cùng quý thầy cô trong Học Viện luôn mạnh khỏe để giảng dạy và công tác tốt. Em xin chân thành cảm ơn! Hà Nội, tháng năm 2021 Sinh viên ii
MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN ..................................................................................................i LỜI CẢM ƠN ...................................................................................................... ii MỤC LỤC .......................................................................................................... iii DANH MỤC BẢNG ............................................................................................v DANH MỤC HÌNH.............................................................................................vi CHƯƠNG I: TỔNG QUAN VỀ TÀI LIỆU.........................................................4 1.1 Tổng quan về xử lý ảnh ..................................................................................4 1.2 Những vấn đề trong xử lý ảnh .......................................................................5 1.3 Tổng quan về trí tuệ nhân tạo .........................................................................7 1.3.1 Giới thiệu về trí tuệ nhân tạo .......................................................................7 1.3.2 Tìm hiểu về Máy học ( Machine Learning )................................................9 1.3.3 Tìm hiểu về Học Sâu (Deep Learning)......................................................11 1.3.4 Mối quan hệ giữa AI, Machine Learing và DeepLearning........................13 1.4 Ứng dụng công nghệ trí tuệ nhân tạo trong đời sống. ..................................13 1.5 Yêu cầu thiết kế mô hình ..............................................................................24 CHƯƠNG II: Đối tượng và phương pháp nghiên cứu .......................................26 2.1 Đối tượng nghiên cứu ...................................................................................26 2.1.1 Tổng quan về cây dưa chuột ......................................................................26 2.1.2 Kĩ thuật xử lý ảnh ......................................................................................46 2.2. Nội dung nghiên cứu....................................................................................68 2.3. Phương pháp nghiên cứu .............................................................................68 CHƯƠNG III: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN ...................................................70 3.1. Sơ đồ tổng quát ............................................................................................70 3.1.1. Sơ đồ khối hệ thống ..................................................................................70 3.1.2 Sơ đồ cấu trúc hoạt động ...........................................................................70 3.1.3. Sơ đồ khối quá trình train ảnh ..................................................................71 iii
3.2 Thiết kế phần cứng........................................................................................72 3.2.1 Robot..........................................................................................................72 3.2.2 Lựa chọn thiết bị ........................................................................................74 3.3. Lưu đồ thuật toán .........................................................................................81 3.4 Bộ dữ liệu......................................................................................................82 3.4.1 Chuẩn bị dữ liệu.........................................................................................82 3.4.2 Train YOLO V4 trên Colaboratory ...........................................................83 3.5 Chạy thử robot và gửi dữ liệu. ......................................................................87 3.6 Kết quả và thảo luận .....................................................................................90 3.6.1 Kết quả .......................................................................................................90 3.6.2 Thảo luận ...................................................................................................90 3.7 Hoạch toán ....................................................................................................91 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ ............................................................................92 TÀI LIỆU THAM KHẢO ..................................................................................94 Phụ Lục ...............................................................................................................95 iv
DANH MỤC BẢNG Bảng 3.6. Kết quả chạy thực tế tại nhà lưới........................................................ 90 Bảng 3.7. Bảng hoạch toán ................................................................................. 91 v
DANH MỤC HÌNH Hình 1.1. Quá trình xử lý ảnh ...............................................................................4 Hình 1.2. Các bước cơ bản trong một hệ thống xử lý ảnh....................................5 Hình 1.3. Ảnh sau khi đã được xóa nền................................................................7 Hình 1.4 Machine Learning .................................................................................9 Hình 1.5. DeepLearning......................................................................................11 Hình 1.6. Mối quan hệ giữa AI, Machine Learning, DeepLearning ..................13 Hình 1.7. Hệ thống Camera nhận dạng khuôn mặt ............................................14 Hình 1.8. Công nghệ xử lý ảnh giúp nhận diện xe .............................................15 Hình 1.9. Ứng dụng xử lý ảnh trong y học .........................................................15 Hình 1.10. Ứng dụng công nghệ trí tuệ nhân tạo vào trong máy X-Quang .......16 Hình 1.11. Áp dụng công nghệ trí tuệ nhân tạo vào kỹ thuật siêu âm ...............16 Hình 1.12.Giám sát tình trạng máy móc.............................................................17 Hình 1.13. Đọc mã vạch sản phẩm .....................................................................19 Hình 1.14. Kiểm tra 3d .......................................................................................20 Hình 1.15. Phân loại sản phẩm theo màu sắc .....................................................24 Hình 2.1. Cây dưa chuột, rễ cây dưa chuột.........................................................26 Hình 2.2. Thân cây dưa chuột, tua cuốn mọc trên thân chính ............................27 Hình 2.3. Lá mầm cây dưa chuột........................................................................28 Hình 2.4. Lá cây dưa chuột.................................................................................28 Hình 2.5. Hoa cây dưa chuột ..............................................................................29 Hình 2.6. Giải phẫu hoa cây dưa chuột...............................................................29 Hình 2.7. Giải phẫu trái dưa leo..........................................................................30 Hình 2.8. Dưa leo thuộc nhóm cây ưa nhiệt .......................................................31 Hình 2.9. Chuẩn bị nền nhà lưới.........................................................................32 Hình 2.10. Hệ thống chiếu sáng và giám sát nhà lưới ........................................33 Hình 2.11. Chuẩn bị bầu cây và hệ thống tưới ...................................................33 vi
Hình 2.12. Dung dịch dinh dưỡng ......................................................................34 Hình 2.13. Trồng cây ươm vào bầu ....................................................................34 Hình 2.14. Cây dưa chuột sau 2 tuần..................................................................35 Hình 2.15. Cây dưa chuột sau 3 tuần đậu hoa ....................................................35 Hình 2.16. Cây dưa chuột sau 25-28 ngày đậu quả ............................................35 Hình 2.17. Cây dưa chuột sau 45-50 ngày bắt đầu tàn .......................................36 Hình 2.18. Hình ảnh lá dưa chuột mới bị bệnh phấn trắng ................................37 Hình 2.19. Lá bị bệnh phấn trắng từ 7-10 ngày..................................................38 Hình 2.20. Lá bị bệnh phấn trắng sau 14 ngày ...................................................38 Hình 2.21. Bệnh thối rễ trên cây dưa chuột........................................................40 Hình 2.22. Bệnh khảm trên cây dưa chuột .........................................................41 Hình 2.23. Bệnh sương mai trên cây dưa chuột .................................................42 Hình 2.24. Bệnh thối trái non trên cây dưa chuột...............................................44 Hình 2.25. Bệnh phấn trắng trên cây dưa chuột .................................................45 Hình 2.26. Sơ đồ cấu trúc thuật toán trong LeNet-5 ..........................................50 Hình 2.27. Sơ đồ cấu trúc thuật toán trong AlexNet ..........................................50 Hình 2.28. Sơ đồ cấu trúc thuật toán trong VGG-16..........................................50 Hình 2.29. Sơ đồ cấu trúc thuật toán trong GoogleLeNet ..................................51 Hình 2.30. Sơ đồ cấu trúc thuật toán trong ResNet ............................................51 Hình 2.31. Mô hình Yolo....................................................................................52 Hình 2.32. Kết quả so sánh YOLOv4 với các SOTA ở thời điểm hiện tại ........53 Hình 2.33. Mạch Raspberry PI 3B......................................................................54 Hình 2.34. Mặt trước của Module Camera Raspberry .......................................55 Hình 2.35. Các khối chức năng CPU S7-1200 ...................................................57 Hình 2.36. Các kết nối của PLC S7-1200...........................................................58 Hình 2.37. Sơ đồ cắm các đầu kết nối để cài hệ điều hành ................................58 Hình2.38. Hướng dẫn cài đặt hệ điều hành trung tâm........................................59 vii
Hình2.39. Giao diện sau khi đã cài đặt xong hệ điều hành trung tâm Raspberry Pi3....................................................................................59 Hình 2.40. Cấu trúc của Open CV......................................................................60 Hình 2.41. Cài thư viện.......................................................................................62 Hình 2.42. Cài thư viện OpenCV .......................................................................62 Hình 2.43. Cài thư viện OpenCV cho Raspberry PI ..........................................63 Hình 2.44. Giao diện Visual Studio 2015...........................................................64 Hình 2.45. Cài OpenCV trên visual....................................................................64 Hình 2.46. Cài OpenCV trên visual....................................................................65 Hình 2.47. Build lib OpenCV trên Visual Studio...............................................65 Hình 2.48. Giao diện Thonny Python IDE .........................................................68 Hình 3.1. Sơ đồ khối hệ thống ............................................................................70 Hình 3.2. Sơ đồ cấu trúc hoạt động hệ thống .....................................................70 Hình 3.3. Sơ đồ khối quá trình train ảnh ............................................................71 Hình 3.4. Robot...................................................................................................72 Hình 3.5. Hình ảnh khung nhôm thiết kế khung xe............................................72 Hình 3.6. Bánh xe dùng trong mô hình ..............................................................73 Hình 3.7. Hình ảnh Động Cơ DC Servo GM25-370 DC Geared Motor............73 Hình 3.8. Hình ảnh Động cơ RC Servo MG996.................................................74 Hình 3.9. Hình ảnh cơ cấu vít-me.......................................................................74 Hình 3.10. Raspberry Pi3....................................................................................75 Hình 3.11. Sơ đồ chân tín hiệu module L298N ..................................................76 Hình 3.12. Arduino Nano ...................................................................................77 Hình 3.13. Hình ảnh Modul Webcam Dahua Z2+ Plus......................................78 Hình 3.14. Hình ảnh Màn hình LCD 5″ cho Raspberry .....................................79 Hình 3.15. Modul sim 800l.................................................................................79 Hình 3.16. Modul ESP8266 v1...........................................................................80 Hình 3.17. Lưu đồ thuật toán quá trình xử lí ảnh ...............................................81 viii
Hình 3.18. Giao diện phần mềm labellmg..........................................................82 Hình 3.19. Gán nhãn ảnh ....................................................................................82 Hình 3.20. Ảnh mã hoá sau khi gán nhãn...........................................................83 Hình 3.21. Tạo code block..................................................................................83 Hình 3.22. Dán code chọn tài khoản Google Driver ..........................................84 Hình 3.23. Tải mã nguồn YOLO V4 về Driver..................................................84 Hình 3.24. UPLOAD file lên Google Driver......................................................84 Hình 3.25. Giải nén file data.zip.........................................................................84 Hình 3.26. Tạo file Yolo.Names.........................................................................85 Hình 3.27. Tạo file train.txt và val.txt ................................................................85 Hình 3.28. Tạo file Yolo.data .............................................................................85 Hình 3.29. Biên dịch mã nguồn Darknet ............................................................86 Hình 3.30.Download pretrain weight .................................................................86 Hình 3.31. Train..................................................................................................86 Hình 3.32. Thông số kết quả sau khi train..........................................................86 Hình 3.33. Ảnh nhận dạng bệnh phấn trắng .......................................................87 Hình 3.34. Ảnh dưa chuột trong nhà lưới...........................................................87 Hình 3.35. Robot chụp ảnh lá dưa chuột bị bệnh phấn trắng .............................88 Hình 3.36. Kết quả hiển thị trên màn hình LCD của robot ................................88 Hình 3.37. Gửi cảnh báo cây bị bệnh phấn trắng về Sim và Email....................88 Hình 3.38. Robot chụp ảnh lá dưa chuột không bị bệnh ...................................89 Hình 3.39. Gửi dữ liệu cây không bị bênh về Sim và Email..............................89 ix
MỞ ĐẦU 1. Đặt vấn đề Hiện nay trên thế giới, việc ứng dụng các công nghệ điều khiển vào trong sản xuất là rất nhiều và cần thiết trong các ngành nghề kể cả trong nông nghiệp. Trong nông nghiệp, nhờ ứng dụng các công nghệ điều khiển hiện đại mà năng suất và chất lượng cây trồng tăng lên đáng kể. Với công nghệ trồng rau quả trong nhà lưới có sự hỗ trợ của các thiết bị điều khiển đã cho những kết quả ngoài mong đợi như năng suất cao, chất lượng tốt, sạch, an toàn mà còn có thể trồng những loại cây mà từ trước không phải là truyền thống của vùng miền. Ở Việt Nam, việc trồng rau quả trong nhà lưới đang phát triển nhanh chóng đem lại lợi ích cao cho người nông dân. Tuy nhiên, do chi phí đầu tư cao nên việc ứng dụng chỉ hạn chế trong các nông trang lớn có khả năng về kinh tế, hoặc chỉ điều khiển ở dạng bán tự động nên vẫn cần nhiều nhân công trong việc điều khiển vì hầu hết các trang thiết bị điều khiển đều phải nhập từ nước ngoài nên giá thành cao. Do đó cần phải có hướng nghiên cứu, thiết kế và chế tạo những thiết bị này ngay ở trong nước để giảm chi phí, phù hợp với điều kiện kinh tế của người nông dân và điều kiện môi trường ở Việt Nam. Sự phát triển và tiến bộ không ngừng của khoa học kỹ thuật thì trí tuệ nhân tạo là một trong những đề tài cần được quan tâm và phát triển. Từ những nghiên cứu ban đầu về xử lý ảnh, phân loại, giám sát,… thì trí tuệ nhân tạo đã được nghiên cứu chuyên sâu và ứng dụng rất nhiều trong cuộc sống. Bên cạnh đó, sự phổ biến của kit Raspberry Pi với kích thước nhỏ gọn, được xem như máy tính thu nhỏ nên có nhiều đề tài nghiên cứu và ứng dụng kit Raspberry Pi trong thực tiễn. Ứng dụng kit Raspberry Pi vào xử lý nhằm đưa ra một số giải pháp giám sát để áp dụng vào đời sống. Trong thời gian gần đây biến đổi khí hậu đã làm thay đổi môi trường sống của cây cũng như gây ra nhiều bệnh tật trên cây trồng, dẫn đến thiệt hại 1
Hiển thị 11 trang đầu. Tải tài liệu để xem đầy đủ.
Chưa có bình luận nào. Hãy là người đầu tiên!
Bình luận (0)
Chưa có bình luận nào. Hãy là người đầu tiên!