Nghiên cứu, thiết kế chế tạo thiết bị giám sát quá trình phát triển của tảo trong hệ thống nuôi tảo liên tục bằng công nghệ xử lý ảnh

Để đảm bảo cho một hệ thống nuôi lớn như vậy cần có một hệ thống điều khiển, giám sát lớn, theo dõi, đảm bảo những thông số quan trọng và cần thiết trong quá trình nuôi.. Vì khối lượng c

HỌC VIỆN NÔNG NGHIỆP VIỆT NAM

KHOA CƠ – ĐIỆN

BẰNG CÔNG NGHỆ XỬ LÝ ẢNH

Người thực hiện : TRẦN VĂN LỰC

Mã sinh viên : 604926 Lớp : K60TDHB Chuyên ngành : Tự Động Hóa Giáo viên hướng dẫn : ThS NGUYỄN KIM DUNG Địa điểm thực hiện : Khoa Cơ – Điện

Hà Nội – Năm 2021

LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan các kết quả nghiên cứu được trình bày trong đồ án là trung thực, khách quan và chưa từng dụng 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 cảm ơn, các thông tin trích dẫn trong đồ án này đều được chỉ rõ nguồn gốc

Hà Nội, ngày tháng năm 2021

Sinh viên thực hiện

Trần Văn Lực

LỜI CẢM ƠN

Trong suốt quá trình học tập và thực hiện đồ án tốt nghiệp, bên cạnh sự nỗ lực và cố gắng của bản thân, em đã nhận được sự động viên và giúp đỡ rất lớn của nhiều cá nhân và tập thể

Với lòng kính trọng và biết ơn sâu sắc, em xin được bày tỏ lời cảm ơn chân thành tới Bộ môn Tự Động Hóa khoa Cơ – Điện , Học Viện Nông Nghiệp Việt Nam đã cho phép em thực hiện đề tài này

Đặc biệt em xin gửi lời cảm ơn tới giảng viên Th.S Nguyễn Kim Dung người đã giành nhiều thời gian, công sức tận tình giúp đỡ, động viên và tạo mọi điều kiện thuận lợi cho em trong suốt quá trình nghiên cứu và thực hiện đề tài

Em cũng xin chân thành cảm ơn thầy, cô giáo, bạn bè và những người thân

đã động viên, giúp đỡ và tạo điều kiện tốt nhất cho em hoàn thành tốt đợt thực tập này

Do kiến thức và thời gian còn hạn chế nên đồ án không thể tránh khỏi những thiếu sót, mong quý thầy cô, và các bạn đóng góp ý kiến để đồ án của em được hoàn chỉnh tốt hơn

Cuối cùng em xin kính chúc toàn thể các thầy cô giáo trong khoa Cơ Điện, các thầy cô trong Học Viện Nông Nghiệp Việt Nam cùng toàn thể bạn bè người thân sức khỏe, hạnh phúc và thành đạt

Em xin chân thành cảm ơn!

Hà Nội, ngày tháng năm 2021

Sinh viên thực hiện

Trần Văn Lực

MỤC LỤC

LỜI CAM ĐOAN i

LỜI CẢM ƠN ii

MỤC LỤC iii

DANH MỤC BẢNG v

DANH MỤC HÌNH vi

MỞ ĐẦU 1

1 Đặt vấn đề 1

2 Mục đích nghiên cứu của đề tài 2

3 Giới hạn đề tài 2

4 Thời gian và địa điểm thực hiện 2

Chương I: TỒNG QUAN TÀI LIỆU 3

1.1.Tổng quan về tảo và quá trình sinh trưởng của tảo 3

1.1.1 Khái niệm chung về tảo 3

1.1.2 Phân loại tảo 4

1.1.3 Tảo Chlorella vulgaris 7

1.1.4 Đặc điểm sinh học của Tảo 8

1.1.5 Một số công nghệ nuôi vi tảo thực tế 11

1.2 Tổng quan về công nghệ xử lý ảnh 13

1.2.1 Khái quát về xử lý ảnh 13

1.2.2.Những vấn đề cơ bản trong xử lý ảnh 15

1.3 Ứng dụng của công nghệ xử lý ảnh trong đời sống: 18

1.3.1 Giảm nhiễu của bức ảnh 18

1.3.2 Điều chỉnh tương phản 18

1.3.3 Tìm cạnh (đường biên của vật) 19

1.3.4 Nén ảnh 19

1.3.5 Phục chế ảnh 19

1.4 Ứng dụng của xử lý ảnh trong công nghiệp 20

Chương II: NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 21

2.1 Bài toán công nghệ 21

2.2 Thiết kế thiết bị giám sát quá trình phát triển của tảo dựa trên màu sắc 22

2.2.1 Cấu trúc tổng quan về thiết bị 22

2.2.2 Giải thích hoạt động của thiết bị 23

2.2.3 Lựa chọn thiết bị 23

2.2.4 Ngôn ngữ lập trình dùng cho bộ xử lý ảnh 32

2.2.5 Hệ thống kiểu dữ liệu trong python 32

2.2.6 Thư viện Open Cv 33

2.2.7 Giới thiệu PyQt5 (phần mềm thiết kế giao diện người dùng) 36

2.3 Thu thập cơ sở dữ liệu 38

2.4 Xây dựng thuật toán xác định thời điểm thu hoạch tảo 42

2.4.1 Thuật toán K – Láng giềng gần nhất (K-Nearest Neighbors) 42

2.4.2 Xây dựng thuật toán đối với đề tài: 43

2.5 Lưu đồ thuật toán 46

2.6 Các bước thiết kế giao diện HMI: 48

Chương III: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 53

3.1 Hình ảnh thực tế của thiết bị: 53

3.2 Thực nghiệm đánh giá hệ thống: 54

3.2.1 Thử nghiệm: 54

KẾT LUẬN VÀ ĐỀ NGHỊ 68

1 Kết luận 68

2 Đề nghị 68

TÀI LIỆU THAM KHẢO 70

PHỤ LỤC 71

DANH MỤC BẢNG

Bảng 2.1: Dữ liệu sau khi thu thập: 40 Bảng 3.1: Kết quả thử nghiệm với mật độ 25.5250 triệu tế bào/ml và D

√2700 55 Bảng 3.2: Kết quả thử nghiệm với mật độ 25.5250 triệu tế bào/ml và D

90√10 57 Bảng 3.3: Kết quả thử nghiệm với mật độ 20.4200 triệu tế bào/ml và

D √2700 59 Bảng 3.4: Kết quả thử nghiệm với mật độ 20.4200 triệu tế bào/ml và

D 90√10 60 Bảng 3.5: Kết quả thử nghiệm với mật độ 15.1259 triệu tế bào/ml và

D √2700 63 Bảng 3.6: Kết quả thử nghiệm với mật độ 15.1259 triệu tế bào/ml và

D 90√10 65

DANH MỤC HÌNH

Hình 1.1: Tế bào tảo 3

Hình 1.2: Tảo lục 5

Hình 1.3: Tảo đỏ 6

Hình 1.4: Tảo xoắn ( tảo nước ngọt ) 6

Hình 1.5: Tảo nước mặn (Rong Mơ) 7

Hình 1.6: Đồ thị biểu hiện sự sinh trưởng của tảo 10

Hình 1.7: Hệ thống nuôi trong phòng thí nghiệm 11

Hình 1.8: Hệ thống nuôi khép kín Photobioreactorpainn 12

Hình 1.9: Môi trường nuôi trong hệ thống luôn được tuần hoàn nhờ máy bơm 12

Hình 1.10: Hệ thống bể nuôi Raceway 12

Hình 1.11: Nuôi tảo Chlorella ở quy mô công nghiệp 13

Hình 1.12: Quy trình xử lý ảnh 14

Hình 1.13: Ảnh trước và sau khi lọc nhiễu 18

Hình 1.14: Ảnh trước và sau khi điều chỉnh độ tương phản 18

Hình 1.15: Ảnh trước và sau khi áp dụng thuật toán tìm cạnh 19

Hình 1.16: Ảnh trước và sau khi nén 19

Hình 1.17: Ảnh trước và sau khi phục chế 19

Hình 1.18: Kiểm tra số serial của nhãn thuốc 20

Hình 1.19: Kiểm tra linh kiện điện tử 20

Hình 2.1: Tổng quan thiết bị 22

Hình 2.2: Raspberry Pi 3 model B 24

Hình 2.3: Hình ảnh thực tế Raspberry Pi 3B 25

Hình 2.4: Thẻ nhớ cho raspberry 27

Hình 2.5: Cổng chuyển đổi 27

Hình 2.6: Nguồn nuôi cho raspberry 27

Hình 2.8: Màn hình cảm ứng 7 inch 28

Hình 2.9: Bơm Nhu Động Kamoer Peristaltic Pump NKP-DCL-S10B 12VDC 29

Hình 2.10: Led hắt 12v 29

Hình 2.11: Lọ nhựa trong suốt 30

Hình 2.12: Biến trở 31

Hình 2.13: Nhựa Mica đen 31

Hình 2.14: Relay 31

Hình 2.15: Quá trình lấy dữ liệu tại phòng thí nghiệm 39

Hình 2.16: Mô tả về thuật toán k-NN 43

Hình 2.17: Lưu đồ của một chu trình thực hiện 46

Hình 2.18: Lưu đồ của một chu trình xử lý ảnh 47

Hình 2.19: Phần mềm PyQt5 Designer 48

Hình 2.20: Cửa sổ New Form 48

Hình 2.21: Cửa sổ làm việc chính của phần mềm PyQT5 Designer 49

Hình 2.22: Cửa sổ thiết kế giao diện 49

Hình 2.23: Cửa sổ Widget Box và Property Editor 50

Hình 2.24: Hoàn thành và lưu file hiển thị giao diện 51

Hình 2.25: Chuyển đổi File ui sang file py bằng cmd 51

Hình 2.26: Giao diện sau khi lập trình xong các chức năng 52

Hình 3.1: Thiết bị khi lấy mẫu 53

Hình 3.2: Thiết bị sau khi hoàn thành 54

Hình 3.3: Trạng thái bơm đang được kích hoạt với mật độ được chọn để thu hoạch là: 25.5250 (Triệu tế bào/ml) và D 90√10 58

Hình 3.4: Trạng thái bơm đang được kích hoạt với mật độ được chọn để thu hoạch là: 20.4200 (Triệu tế bào/ml) và D 90√10 62

Hình 3.5: Trạng thái bơm đang được kích hoạt với mật độ được chọn để thu hoạch là: 15.1259 (Triệu tế bào/ml) và D 90√10 66

MỞ ĐẦU

1 Đặt vấn đề

Đất nước ta là một trong những nước có nền nông nghiệp phát triển mạnh

Là một nước đang dần bắt kịp với những sự phát triển về khoa học – kỹ thuật tiên tiến của thế giới Trong đó, lĩnh vực kĩ thuật điều khiển tự động hóa là một trong những yếu tố quan trọng để phát triển và giảm bớt được một số quy trình, tiết kiệm được lao động và giải quyết được bài toán kinh tế Không những thế,

nó đóng vai trò cực kì quan trọng trong hầu hết các lĩnh vực như công nghiệp, nông nghiệp, dịch vụ… góp phần đẩy mạnh nền kinh tế của nước ta

Thực phẩm sạch – một trong những tâm điểm của ngành nông nghiệp ta Thực phẩm sạch là loại thực phẩm được gieo trồng, chăm sóc bởi kĩ thuật nông nghiệp an toàn, nói không với hóa chất độc hại, không sử dụng chất kích thích tang trưởng để nâng cao sản lượng hay lợi nhuận

Công nghệ nuôi tảo mới du nhập vào Việt Nam trong những năm gần đây, thế nhưng nhờ sự cần cù, học hỏi chăm chỉ mà công nghệ nuôi tảo đã phát triển rất nhanh Tảo là một trong những thực vật có sự phát triển, sinh sôi rất nhanh nhưng lại yêu cầu về vấn đề vệ sinh và môi trường nuôi rất khắt khe, phải đảm bảo rất nhiều yếu tố Để đảm bảo được những vấn đề đó, đồng thời giảm bớt được sự tác động của con người vào trong quá trình nuôi cần có sự vào cuộc của ngành tự động hóa Để đảm bảo cho một hệ thống nuôi lớn như vậy cần có một

hệ thống điều khiển, giám sát lớn, theo dõi, đảm bảo những thông số quan trọng

và cần thiết trong quá trình nuôi Vì khối lượng công việc trong những mô hình như vậy rất lớn, nên em quyết định lựa chọn đề tài là 1 khâu nhỏ trong quá trình

đó nhưng cũng không kém quan trọng, đó là “Nghiên cứu, thiết kế chế tạo

thiết bị giám sát quá trình phát triển của tảo trong hệ thống nuôi tảo liên tục bằng công nghệ xử lý ảnh” để giúp con người có thể biết được thời điểm

Với việc nghiên cứu, triển khai và phát triển đề tài này sẽ giúp em có cái nhìn cụ thể, rõ ràng hơn về công nghệ xử lý ảnh hiện nay Từ đó hướng đến phát triển nền nông nghiệp nuôi trồng với công nghệ cao, hiện đại Đề tài này tập trung vào việc xây dựng thuật toán, xác định thời điểm thu hoạch cũng như giám sát được quá trình sinh trưởng và phát triển của tảo trong quá trình nuôi liên tục

2 Mục đích nghiên cứu của đề tài

Trong phạm vi của đề tài này, chỉ đi sâu vào những phần quan trọng đó là xây dựng thuật toán xử lý ảnh để phát hiện thời điểm thu hoạch tảo, sau đó phát tín hiệu điều khiển để bơm dung dịch nuôi tảo để giúp mật độ tảo không thay đổi

3 Giới hạn đề tài

Trong đề tài này, em chọn đối tượng để quan sát, xây dựng thuật toán là

Vi Tảo chlorella vulgaris một loại tảo có hàm lượng dinh dưỡng cao làm thực phẩm cho con người Trong đó, phần điều khiển và giám sát là so sánh ảnh liên tục trong quá trình của tảo phát triển với mẫu Từ đó đưa ra được kết luận trạng thái phát triển của tảo ở từng thời điểm lấy mẫu và đưa ra tín hiệu điều khiển

4 Thời gian và địa điểm thực hiện

- Thời gian: Từ tháng 9/2020 đến tháng 3/2021

- Địa điểm: Khoa cơ điện, Học Viện Nông Nghiệp Việt Nam

Chương I: TỒNG QUAN TÀI LIỆU 1.1.Tổng quan về tảo và quá trình sinh trưởng của tảo

1.1.1 Khái niệm chung về tảo

Tảo (hay cỏ biển) là một nhóm thực vật lớn và đa dạng, bao gồm các sinh

vật thông thường là tự dưỡng, gồm một hay nhiều tế bào có cấu tạo đơn giản, có màu khác nhau, luôn luôn có chất diệp lục nhưng chưa có rễ, thân, lá Hầu hết tảo sống trong nước Đây là những sinh vật mà vách thân chứa xenluloza, là những sinh vật tự dưỡng vì chứa diệp lục, quang hợp nhờ ánh sáng và CO2 Cơ quan dinh dưỡng còn gọi là tản Tảo có nhiều dạng: đơn bào, sợi xiên, sợi phân nhánh, hình ống, hình phiến Tảo không có mô dẫn truyền Nhóm tảo có trên

100000000 loài hiện sống trên Trái Đất

Tảo có cấu tạo cơ thể dạng tán, dạng đơn độc hay tập đoàn, dạng sợi hay

mô mềm Nhiều đa dạng đơn bào có thể chuyển động và có thể có mối quan hệ với protozoa Về hình thái tảo rất đa dạng, một số lớn tảo nâu (Phaeophycotta)

có kich thước tương đương với một cây nhỏ: tảo lục, tảo đỏ, tảo xoắn, rong mơ

Hình 1.1: Tế bào tảo

1.1.2 Phân loại tảo

Có rất nhiều loại, nhưng phổ biến được chia ra làm 4 nhóm tảo chính như:

a, Tảo lục

Tảo lục là một nhóm lớn các loài tảo, mà thực vật có phôi (Embryophyta) (hay thực vật bậc cao) đã phát sinh ra từ đó Như vậy, chúng tạo nên một nhóm cận ngành, mặc dù nhóm bao gồm cả tảo lục và phân giới Thực vật có phôi là đơn ngành (và thường được biết đến với tên gọi là giới Thực vật - Plantae) Tảo lục bao gồm trùng roi đơn bào và tập đoàn trùng roi (thường nhưng không phải luôn luôn với 2 roi trên 1 tế bào), cũng như các dạng khuẩn cầu và khuẩn sợi, sống thành tập đoàn khác và các dạng tảo biển vĩ mô Có khoảng 6.000 loài tảo lục Nhiều loài sống cả đời ở dạng đơn bào, trong khi những loài khác tạo thành dạng tập đoàn, tập đoàn định số (coenobium) hoặc sợi dài hay tảo biển vĩ mô phân dị cao

Hầu hết các dạng tảo lục đều chứa các lục lạp Chúng bao gồm diệp lục a và b, khiến chúng có màu xanh lục sáng (cũng như các chất nhuộm màu phụ thêm như β-caroten hay diệp hoàng (xanthophyll)), và có loại nang thể xếp đống

Tất cả tảo lục đều có ti thể với lớp màng trong phẳng Khi có mặt thì các roi thường được giữ chặt bởi một hệ thống các vi quản và dây dạng sợi hình chữ thập, nhưng chúng không có trong các loài thực vật có phôi và luân tảo, thay vì thế các loài này có một dải các vi quản Các roi được sử dụng để di chuyển sinh vật Tảo lục thường có màng tế bào chứa xenluloza, và trải qua sự phân bào có

tơ mở không có trung thể

Hình 1.2: Tảo lục

b, Tảo đỏ

Tảo đỏ là những sinh vật quang tự dưỡng thuộc ngành Rhodophyta Phần lớn các loài rong đều thuộc nhóm này Các thành viên trong ngành có đặc điểm chung là màu đỏ tươi hoặc tía Màu sắc của chúng là do các hạt sắc tố phycobilin tạo thành Phycobilin là sắc tố đặc trưng cho tảo đỏ và vi khuẩn lam Người ta cho rằng lục lạp của tảo đỏ có nguồn gốc từ vi khuẩn lam cộng sinh với tảo mà thành

Hiện nay đã phân loại được gần 4.000 loài tảo đỏ, phần lớn sống ở biển, chỉ có một số ít sống ở nước ngọt Mặc dù tảo đỏ có mặt ở tất cả các đại dương nhưng chúng chỉ phổ biến ở các vùng biển ấm nhiệt đới nơi chúng có thể phân

bố sâu hơn bất kỳ một sinh vật quang hợp nào Tảo đỏ là các sinh vật đa bào và

cơ thể phân nhiều nhánh Tuy nhiên, cơ thể chúng lại không có sự biệt hóa thành các mô riêng biệt Thành tế bào tảo đỏ có một lớp cứng bằng cellulose ở bên trong và một lớp gelatin ở bên ngoài Tế bào của chúng có thể có một hay nhiều nhân tùy thuộc vào từng loài Tế bào phân chia bằng cách nguyên phân Tảo đỏ hoàn toàn không có roi bơi; không có các tế bào có khả năng di chuyển ở bất kỳ

dạng nào

Hình 1.3: Tảo đỏ

c, Tảo xoắn ( tảo nước ngọt)

Tảo xoắn (tên khoa học là Spirulina platensis) là một loại vi tảo dạng sợi xoắn màu xanh lục, chỉ có thể quan sát thấy hình xoắn sợi do nhiều tế bào đơn cấu tạo thành dưới kính hiển vi Chúng cũng không phải thuộc chi Spirulina mà lại là thuộc chi Arthrospira Tên khoa học hiện nay của loài này là Arthrospira platensis, thuộc bộ Oscilatoriales, họ Cyanobacteria Tảo Spirulina đã được nghiên cứu từ nhiều năm nay Chúng có những đặc tính ưu việt và giá trị dinh dưỡng cao Các nhà khoa học trên thế giới đã coi tảo Spirulina là sinh vật có ích cho loài người

Hình 1.4: Tảo xoắn ( tảo nước ngọt )

d, Tảo nước mặn ( Rong Mơ)

Rong mơ sống ở nước biển, sống thành từng đám lớn, bám vào đá hoặc san hô nhờ giá bám ở gốc, chưa có rễ, thân, lá Rong mơ có màu nâu vì trong tế bào ngoài chất diệp lục còn có chất màu phụ màu nâu Rong mơ cũng quang hợp

và tự tạo ra chất dinh dưỡng (dinh dưỡng tự dưỡng) Ngoài sinh sản vô tính,

rong mơ còn sinh sản hữu tính (kết hợp giữa tinh trùng và noãn cầu).Chúng và Tảo xoắn cũng được liệt vào danh sách những thực vật bậc thấp do không có đủ

rễ, thân, lá thật sự như ở một cây thông thường

Hình 1.5: Tảo nước mặn (Rong Mơ)

1.1.3 Tảo Chlorella vulgaris

Chlorella có trên trái đất chúng ta từ thời kỳ tiền sử, cách đây khoảng 2,5

tỷ năm Nhưng mãi đến năm 1890, sau khi phát minh ra kính hiển vi thì người ta mới xác định được nó là loại thực vật đơn bào

Tảo Chlorella phát triển mạnh ở Hà Lan từ sau năm 1800 Đến cận năm

1900, người ta biết rõ nó và nhân giống lên rất nhanh Các nhà khoa học ở nhiều nước khác nhau, đặc biệt là ở Đức bắt đầu nghiên cứu loại tảo này và có ý tưởng sản xuất thực phẩm từ tảo Chlorella

Chlorella là một chi của tảo lục đơn bào, thuộc về ngành Chlorophyta Chlorella có dạng hình cầu, đường kính khoảng 2-10 μm và không có tiên mao Chlorella có màu xanh lá cây nhờ sắc tố quang hợp chlorophyll -a và b trong lục

dioxit, nước, ánh sáng mặt trời, và một lượng nhỏ các khoáng chất để tái sản xuất Tên Chlorella được lấy từ tiếng Hy Lạp"chloros"có nghĩa là màu xanh lá cây và phần hậu tố lấy từ tiếng Latin có nghĩa là"nhỏ bé"

1.1.4 Đặc điểm sinh học của Tảo

a, Vị trí, phân loại, tên gọi

- Loài: Chlorella vulgaris

b, Đặc điểm sinh học của tảo Chlorella

Chlorella được gọi đơn giản là tảo xanh, đơn bào có kích thước 2 – 10 µm không roi và chứa sắc tố quang hợp xanh lá cây là hợp chất Chlorophyll-a và Chlorophyll-b trong lục lạp Nhờ vậy Chlorella có khả năng quang hợp, lấy Carbon Dioxid, nước và lượng nhỏ chất khoáng, biến đổi năng lượng ánh sáng mặt trời thành hợp chất hữu cơ đơn giản để nó sinh trưởng và phát triển

Người ta tin rằng Chlorella là nguồn gốc thực phẩm, là nguồn năng lượng đầy tiềm năng, vì theo lý thuyết thì nó có khả năng biến đổi 8% năng lượng mặt trời thành năng lượng trong tảo Ngoài ra, nó còn là nguồn thức ăn giàu Protein (khoảng 60%) và chất béo, Carbonhydrate, chất xơ, chất khoáng và Vitamin

Vì Chlorella là loài tảo tế bào đơn bào nên việc thu hoạch và chế biến có khó khăn Ngày nay, người ta nuôi trồng loại tảo này trong điều kiện công nghiệp, nuôi trong hồ hoặc bể rộng có đủ dinh dưỡng cũng như ánh sáng và được quấy đảo liên tục nên năng suất cao hơn so với phát triển trong điều kiện

tự nhiên Việc canh tác và thu hoạch cũng được trang bị cơ giới nên có thể sản xuất với số lượng tương đối lớn

Khi sử dụng tảo Chlorella làm thực phẩm, người ta nhận thấy vấn đề tiêu hóa tế bào tảo gặp trở ngại, do cấu tạo thành tế bào tảo chống lại sự tiêu hóa để bảo vệ tế bào tảo Nhưng vấn đề này đã được giải quyết từ năm 1975, trong quá trình chế biến người ta đã nghiên cứu phá hủy màng tế bào của nó và nâng cao khả năng tiêu hóa các chất dinh dưỡng trong tảo lên trên 80%, phát minh này đã được cấp Patent (bằng sáng chế)

c, Vòng đời của Chlorella

Gồm 4 giai đoạn:

- Giai đoạn tăng trưởng: ở giai đoạn này các tự bào tử sẽ tăng nhanh về kích thước nhờ các sản phẩm sinh tổng hợp

- Giai đoạn bắt đầu chín: Tế bào mẹ chuẩn bị quá trình phân chia

- Giai đoạn chín mùi: tế bào nhân lên trong điều kiện có sáng hoặc trong bóng tối

- Giai đoạn phân cắt: Màng tế bào mẹ bị vỡ ra,các tự bào tử được phóng thích ra ngoài: Sinh trưởng – trưởng thành – Thành thục – Phân chia

Dưới những điều kiện sống tối ưu, nhiều ánh sáng, nước trong và không khí sạch, Chlorella sinh sản với tốc độ vô cùng lớn Một tế bào Chlorella sẽ phân chia thành 2-8 tế bào con trong thời gian chưa đầy 24 giờ Tuổi thọ của 1 vòng đời tế bào phụ thuộc vào cường độ ánh sáng mặt trời, nhiệt độ và nguồn dinh dưỡng trung bình là khoảng 7 giờ

Hình 1.6: Đồ thị biểu hiện sự sinh trưởng của tảo

d, Công dụng của tảo

- Đối với cơ thể con người:

Chlorella pyrenoidosa khi được hấp thụ vào cơ thể còn có tác dụng sau: Tăng cường interferon, làm sạch máu, gan, thận và ruột, kích thích sinh sản tế bào hồng cầu, tăng oxy cho các tế bào và não, trợ tiêu hóa, kích thích quá trình sửa chữa ở các mô; giúp tăng PH máu để đạt trạng thái kiềm hơn; giúp giữ cho trái tim hoạt động bình thường; giúp tăng cường sản phẩm của các khu hệ sinh vật trong đường tiêu hóa Tất cả mọi người đều dùng được các sản phẩm từ rong này để điều trị các căn bệnh như: mệt mỏi kinh niên (fatigue), áp huyết cao, tim mạch, mất trí nhớ, cholesterol cao, lão hóa da, ngộ độc máu, tuần hoàn máu kém, đau đầu, rối loạn giấc ngủ, sưng và đau khớp, béo phì và các bệnh nhiễm trùng, dị ứng, chấn thương

- Một số công dụng khác có thể kể đến như:

+ Làm thức ăn cho Tôm, Cá

+ Xử lý nước thải…

1.1.5 Một số công nghệ nuôi vi tảo thực tế

Việc nuôi trồng quy mô lớn các loài vi tảo trên thế giới đã bắt đầu tại Nhật Bản vào năm 1960 Đến nay, có nhiều loài vi tảo đã được nuôi trồng với quy mô công nghiệp, trong đó điển hình nhất có thể kể tới các loài vi tảo, Chlorella, Dunalliella, Spirulina… Để nuôi trồng vi tảo ở quy mô công nghiệp, người nuôi trồng sẽ phải hiểu rất rõ về các đặc điểm sinh lý, hóa sinh của từng loại tảo Hiện có hai hệ thống nuôi tảo chính là nuôi theo hệ thống hở (Opened Ecosystem-O.E.S) và nuôi theo hệ thống kín (Closed Ecosystem-C.E.S) Việc nuôi trồng vi tảo ở quy mô công nghiệp cũng đòi hỏi đầu tư cơ sở hạ tầng và các thiết bị kỹ thuật đặc biệt Một số công nghệ nuôi trồng vi tảo truyền thống có thể

kể đến như:

a, Nuôi trong phòng thí nghiệm

Hình 1.7: Hệ thống nuôi trong phòng thí nghiệm

b,Hệ thống nuôi Biodiractor

Hình 1.8: Hệ thống nuôi khép kín Photobioreactorpainn

Hình 1.9: Môi trường nuôi trong hệ thống luôn được tuần hoàn nhờ máy bơm

c, Hệ thống nuôi vi tảo bằng bể nuôi Raceway

Hình 1.10: Hệ thống bể nuôi Raceway

d, Nuôi theo hệ thống hở, quy mô công nghiệp

Công nghệ nuôi trồng Chlorella theo hệ thống hở (O.E.S): thường được

áp dụng ở các trang trại nuôi có qui mô lớn (công nghiệp) Trong mô hình này tảo sử dụng trực tiếp ánh sáng từ mặt trời Các trang trại qui mô lớn thường được lắp đặt hệ thống cánh quạt khuấy đảm bảo cho tảo hấp thụ tốt ánh sáng và tránh các sợi tảo bị chìm xuống đáy Do là hệ thống nuôi hở nên kiểu nuôi này phụ thuộc rất lớn vào điều kiện thời tiết nên cần có giải pháp quản lý tốt Đây là

mô hình nuôi cần đầu tư lớn và có khả năng kiểm soát được các yếu tố lý hoá học Tảo sử dụng ánh sáng nhân tạo hay tự nhiên từ mặt trời

Hình 1.11: Nuôi tảo Chlorella ở quy mô công nghiệp

1.2 Tổng quan về công nghệ xử lý ảnh

1.2.1 Khái quát về xử lý ảnh

Xử lý ảnh là một phân ngành trong xử lý số tín hiệu với tín hiệu là xử lý

là ảnh Đây là một phân ngành khoa học mới rất phát triển trong những năm gần đây Con người thu nhận thông tin qua các giác quan, trong đó thị giác đóng vai trò quan trọng nhất Đó cũng chính là mục tiêu mà xử lý ảnh nghiên cứu chính Gồm 4 lĩnh vực chính:

- Xử lý nâng cao chất lượng ảnh

- Nhận dạng ảnh

- Nén ảnh

- Truy vấn vết ảnh

Sau khi đã xác định được bài toán cần xử lý, từ đó đưa ra các giải pháp để

xử lý nhưng đều phải trải qua các bước sau:

- Thu thập dữ liệu mẫu

- Tiền xử lý dữ liệu mẫu

- Tiến hành cho máy tính xử lý

- Thu kết quả

Trong đó, việc cho máy tính xử lý là công đoạn phức tạp nhất, đòi hỏi phải thực thi rất nhiều thuật toán Quá trình xử ảnh được xem như là quá trình thao tác ảnh đầu vào nhằm cho ra kết quả mong muốn Kết quả đầu ra của một quá trình xử lý ảnh có thể là một ảnh tốt hơn hoặc một kết luận

Hình 1.12: Quy trình xử lý ảnh

Thu nhận ảnh: Đây là công đoạn đầu tiên mang tính quyết định đối với quá trình XLA Ảnh đầu vào sẽ được thu nhận qua các thiết bị nhớ camera, sensor, máy scanner,v.v… và sau đó các tín hiệu này sẽ được số hóa Việc lựa chọn các thiết bị thu nhận ảnh sẽ phụ thuộc vào đặc tính của các đối tượng cần

xử lý Các thông số quan trọng ở bước này là độ phân giải, chất lượng màu, dung lượng bộ nhớ và tốc độ thu nhận ảnh của các thiết bị

Tiền xử lý: Ở bước này, ảnh sẽ được cải thiện về độ tương phản, khử nhiễu, khử bóng, khử độ lệch,v.v… với mục đích làm cho chất lượng ảnh trở lên tốt hơn nữa, chuẩn bị cho các bước xử lý phức tạp hơn về sau trong quá trình XLA Quá trình này thường được thực hiện bởi các bộ lọc

Xử lý ảnh: Bao gồm 2 bước chính:

- Phân đoạn ảnh: phân đoạn là bước then chốt trong xử lý ảnh Giai đoạn này phân tích ảnh thành những vùng có cùng tính chất nào đó dựa theo biên hay các vùng liên thông Tiêu chuẩn để xác định các vùng liên thông có thể là cùng màu, cùng mức xám, … v v Mục đích là để có một miêu tả tổng hợp về nhiều phần tử khác nhau cấu tạo nên ảnh thô Vì lượng thông tin chứa trong ảnh rất lớn, trong khi đa số các ứng dụng chúng ta chỉ cần trích một vài đặc trưng nào

đó Do vậy cần có một quá trình để giảm lượng thông tin khổng lồ đó Quá trình này bao gồm phân vùng ảnh và trích chọn đặc tính chủ yếu

- Tách các đặc tính: Kết quả của bước phân đoạn ảnh thường được cho dưới dạng dữ liệu điểm ảnh thô, trong đó hàm chứa biên của một vùng ảnh, hoặc tập hợp tất cả các điểm ảnh thuộc về chính vùng ảnh đó

Thu kết quả: Đây là bước cuối cùng trong quá trình xử lý ảnh Từ các khâu xử lý ảnh trên mà ta đưa ra kết quả Có thể là một kết luận hoặc một bức ảnh với chất lượng tốt hơn…v v

1.2.2.Những vấn đề cơ bản trong xử lý ảnh

a Các khái niệm cơ bản:

• Phần tử ảnh (Pixel -Picture Element) Ảnh trong thực tế là một ảnh liên tục về không gian và về giá trị độ sáng Để có thể xử lý bằng máy tính cần thiết phải tiến hành số hóa ảnh Trong quá trình số hóa người ta biến đổi từ tín hiệu liên tục sang tín hiệu rời rạc thông qua quá trình lấy mẫu (rời rạc hóa về không gian) và lượng hóa thành phần về giá trị mà về nguyên tắc bằng mắt thường không phân biệt được hai điểm kề nhau Trong quá trình này người ta sử dụng khái niệm Picture element mà ta quen gọi hay viết là Pixel Vậy 1 ảnh là một tập hợp các pixel

• Mức xám (Gray level) là kết quả sự mã hóa tương ứng với một cường độ sáng của mỗi điểm ảnh với một giá trị số - kết quả của quá trình lượng hóa Cách mã hóa kinh điển thường dùng 16, 32 hay 64 mức Mã hóa 256 mức là phổ

dụng nhất do lý do kĩ thuật Vì 28 = 256 (0,1,… 255), nên với 256 mức, mỗi pixel sẽ được mã hóa bởi 8 bit

• Độ phân giải (Resolation) của ảnh là mật độ điểm ảnh được ấn định trên một ảnh số được hiển thị

• Ảnh số là tập hợp các điểm ảnh với mức xám phù hợp dùng để mô tả ảnh gần với ảnh thật

Trong biểu diễn ảnh, người ta thường dùng các phần tử đặc trưng của ảnh

là pixel Nhìn chung có thể một hàm hai biến chứa các thông tin như biểu diễn của một ảnh Các mô hình biểu diễn cho ta một mô tả logic hay định lượng các tính chất của hàm này Trong biểu diễn ảnh cần chú ý đến tính trung thực hoặc các tiêu chuẩn “thông minh” để đo chất lượng ảnh hoặc tính hiệu quả của các kĩ thuật xử lý

Một số mô hình thường được dùng trong biểu diễn ảnh: mô hình bài toán,

mô hình thống kê Trong mô hình bài toán, ảnh hai chiều được biểu diễn nhờ các hàm hai biến trực giao gọi là các hàm cơ sở Còn mô hình thống kê, một ảnh được coi như một phần tử của một tập hợp đặc trưng bởi các đại lượng như: kỳ vọng toán học, hiệp biến, phương sai, moment

c Biến đổi ảnh (Image Transform):

Thuật ngữ biến đổi ảnh thường dùng để nói tới một lớp các ma trận đơn vị

và các kĩ thuật dùng để biến đổi ảnh

Biến đổi ảnh nhằm làm giảm các nguyên nhân của ảnh để việc xử lý hiệu quả hơn Như làm rõ hơn các thông tin mà ngời dùng quan tâm nhưng người dùng phải chấp nhận mất đi một số thông tin cần thiết

d Phân tích ảnh:

Phân tích ảnh liên quan đến việc xác định các độ đo định lượng của 1 ảnh

để đưa ra một mô tả đầy đủ về ảnh

Quá trình phân tích ảnh thực chất bao gồm nhiều công đoạn nhỏ Trước hết là công việc tăng cường ảnh để nâng cao chất lượng ảnh, giai đoạn tiếp theo

là phát hiện các đặc tính như phát hiện biên, phân vùng ảnh, trích chọn các đặc tính v.v

• Tăng cường ảnh – khôi phục ảnh:

Tăng cường ảnh là một bước quan trọng, tạo tiền đề cho xử lý ảnh Nó gồm các kỹ thuật như: lọc độ tương phản, khử nhiễu, nổi màu…

Khôi phục ảnh là nhằm loại bỏ các suy giảm trong ảnh

e Nhận dạng ảnh:

Nhận dạng ảnh là quá trình liên quan đến các mô tả đối tượng mà người

ta muốn đặc tả nó Quá trình nhận dạng thường đi sau quá trình trích chọn các đặc tính chủ yếu của đối tượng Có hai kiểu mô tả đối tượng:

• Mô tả tham số (nhận dạng theo tham số)

• Mô tả theo cấu trúc (nhận dạng theo cấu trúc)

Trên thực tế người ta đã áp dụng kỹ thuật nhận dạng khá thành công với nhiều đối tượng khác nhau như: nhận dạng ảnh vân tay, nhận dạng chữ viết

f Nén ảnh:

Dữ liệu ảnh cũng như các dữ liệu khác cần phải lưu trữ hay truyền đi trên mạng mà lượng thông tin để biểu diễn cho một ảnh là rất lớn Do đó làm giảm lượng thông tin hay nén dữ liệu là một nhu cầu cần thiết

Nén dữ liệu là quá trình làm giảm lượng thông tin “ dư thừa” trong dữ liệu gốc và do vậy lượng thông tin thu được sau khi nén thường nhỏ hơn dữ liệu gốc

rất nhiều

1.3 Ứng dụng của công nghệ xử lý ảnh trong đời sống:

Kĩ thuật xử lý ảnh hiện nay đang ngày càng phát triển để phục vụ con người Một số ứng dụng có thể thấy được như:

1.3.1 Giảm nhiễu của bức ảnh

Hình 1.13: Ảnh trước và sau khi lọc nhiễu

1.3.2 Điều chỉnh tương phản

Hình 1.14: Ảnh trước và sau khi điều chỉnh độ tương phản

1.3.3 Tìm cạnh ( đường biên của vật )

Hình 1.15: Ảnh trước và sau khi áp dụng thuật toán tìm cạnh

1.4 Ứng dụng của xử lý ảnh trong công nghiệp

Hình 1.18: Kiểm tra số serial của nhãn thuốc

Hình 1.19: Kiểm tra linh kiện điện tử

Và còn rất nhiều các ứng dụng khác nữa

Chương II: NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

2.1 Bài toán công nghệ

Trên giao diện của thiết bị sẽ bao gồm 2 chế độ làm việc của hệ thống để người dùng có thể lựa chọn Ở chế độ tự động thì mẫu sẽ tự lấy mẫu từ bể và đánh giá theo thời gian đã cài đặt sẵn, còn ở chế độ bằng tay thì khi muốn lấy mẫu thì người dùng sẽ nhấn nút chụp và sau đó bộ xử lý trung tâm sẽ tiến hành lấy và phân tích trạng thái hiện tại của tảo Mẫu thu được sẽ được so sánh với cơ

sở dữ liệu đã có trong bộ xử lý ảnh, từ đó phân tích đánh giá sự phát triển của tảo Thông qua quá trình đánh giá sự phát triển của tảo, có thể xác định được thời điểm thu hoạch tảo mong muốn

Cơ sở dữ liệu là bộ ảnh mẫu với các mức độ màu sắc khác nhau tương ứng với các mật độ tảo khác nhau Mẫu cần được đánh giá được so sánh xem gần ảnh nào nhất trong bộ ảnh mẫu Dữ liệu của mỗi lần chụp sẽ được lưu trữ làm cơ sở trong lần so sánh tiếp theo, kết quả đạt được sẽ được so sánh với lần ngay trước đó Nếu ảnh mẫu đậm hơn có thể kết luận tảo đang phát triển và ngược lại Khi kết luận tảo đang ở giai đoạn thu hoạch, bộ xử lý sẽ phát ra tín hiệu để kích hoạt bơm để thu hoạch tảo và duy trì trạng thái hiện tại của tảo trong bể nuôi

Phần giao diện của hệ thống sẽ hiện 3 mẫu tảo có mật độ khác nhau và kèm theo mật độ của từng mẫu để người dùng có thể lựa chọn màu sắc của tảo mong muốn khi thu hoạch Mật độ tảo hiển thị trên giao diện là mật độ của mẫu, người dùng có thể tham khảo để lựa chọn mẫu thu hoạch Thiết bị và giao diện được nghiên cứu chủ yếu là xác định thời điểm thu hoạch tảo và đánh giá trạng thái phát triển của tảo dựa trên màu sắc chứ không xác định rõ mật độ tảo Việc xác định rõ mật độ của tảo sẽ được nghiên cứu và trình bày ở một đề tài khác và thiết bị được thiết kế sẽ sử dụng chung phần cứng với đề tài

Từ công nghệ trên trong nghiên cứu này em tiến hành các bước như sau:

- Xây dựng bộ cơ sở dữ liệu là bộ ảnh có kích thước 30x30 pixel

- Xây dựng thuật toán xác định thời điểm thu hoạch tảo

- Thử nghiệm hệ thống

- Trong quá trình thử nghiệm ta lưu lại các bức ảnh đã chụp và cắt chúng với kích thước 30x30 pixel với cùng tọa độ của bức ảnh mẫu

2.2 Thiết kế thiết bị giám sát quá trình phát triển của tảo dựa trên màu sắc

2.2.1 Cấu trúc tổng quan về thiết bị

Hình 2.1: Tổng quan thiết bị

Cấu trúc của thiết bị gồm 2 phần:

a Phần điều hành trung tâm:

b Buồng chụp: Là một buồng kín để ngăn toàn bộ ánh sáng từ môi trường bên ngoài trong quá trình lấy mẫu Gồm:

- Hệ thống chiếu sáng nhân tạo (LED)

- Camera

- Bình lấy mẫu

- Bơm lấy mẫu

2.2.2 Giải thích hoạt động của thiết bị

Giao diện HMI được thiết kế cho phép người dùng có thể giao tiếp được với thiết bị thông qua màn hình cảm ứng, tảo từ bể nuôi được bơm vào bình lấy mẫu thông qua bơm nhu động Mẫu tảo được bơm vào bình lấy mẫu và sau đó mẫu sẽ chảy tràn và quay về bể nuôi thông qua hệ thống ống dẫn Bơm lấy mẫu được kích hoạt bằng tay bằng công tắc ở trên thiết bị

Người dùng sẽ chọn chế độ làm việc của thiết bị trên giao diện ở màn hình cảm ứng Ở chế độ làm việc tự động, thiết bị sẽ tự động chụp và phân tích kết quả với thời gian cài đặt, bơm sẽ được bật liên tục để quá trình lấy mẫu xảy

ra chính xác nhất Khi tảo đạt đến mức thu hoạch được thì bộ xử lý sẽ phát ra tín hiệu và kích hoạt Relay, nếu chất lượng tảo có vấn đề thì trên giao diện sẽ có thông báo để kiểm tra lại chất lượng của tảo Khi muốn dừng việc chụp thì ta sẽ

ấn nút Dừng ở trên giao diện Với chế độ làm việc bằng tay, ta ấn nút chụp thì

hệ thống sẽ chụp lại mẫu tảo và phân tích, nếu tảo đạt đến mức thu hoạch thì sẽ phát ra tín hiệu kích hoạt bơm và nếu chất lượng tảo có vấn đề thì hệ thống sẽ phát ra thông báo

2.2.3 Lựa chọn thiết bị

A Bộ xử lý ảnh

Máy tính nhúng Raspberry model Pi 3B

Raspberry Pi là chiếc máy tính kích thước nhỏ được tích hợp nhiều phần cứng mạnh mẽ đủ khả năng chạy hệ điều hành và cài đặt được nhiều ứng dụng

với mục tiêu chính là giảng dạy máy tính cho trẻ em và tạo ra một công cụ giá rẻ (chỉ vài chục USD) để sinh viên nghiên cứu học tập Tuy nhiên, sau khi xuất hiện, Raspberry Pi được cộng đồng đánh giá cao về tính ứng dụng với phần cứng được hỗ trợ tốt, Pi đã nhanh chóng phát triển một cách rộng rãi Người ta

đã tích hợp mọi thứ cần thiết trong đó để có thể sử dụng như một cái máy vi tính Trên bo mạch của Pi có CPU, GPU, RAM, khe cắm thẻ microSD, Wi-Fi, Bluetooth và 4 cổng USB 2.0

Hệ điều hành cho Raspberry Pi có rất nhiều Ubuntu Mate, Snappy Core Ubuntu, Window 10 Iot Core, Osmc, OpenElec Pinet, RiscOS, nhưng Raspbian là hệ điều hành chính thức của Raspberry, do chính nhà sản xuất đưa

ra Đây là một hệ điều hành cơ bản nhất, dễ sử dụng nhất mà hãng khuyến cáo

sử dụng

Hình 2.2: Raspberry Pi 3 model B

Thông số phần cứng của raspberry model Pi 3B như sau:

Sản xuất tại: nhà máy Sony tại Anh (Made in UK / PRC), chính hãng RS Components

-1.2GHz 64-bit quad-core ARM Cortex-A53 CPU (BCM2837)

-1GB RAM (LPDDR2 SDRAM)

-On-board Wireless LAN - 2.4 GHz 802.11 b/g/n (BCM43438)

-On-board Bluetooth 4.1 + HS Low-energy (BLE) (BCM43438)

-4 x USB 2.0 ports

-10/100 Ethernet

-40 GPIO pins

-Full size HDMI 1.3a port

-Combined 3.5mm analog audio and composite video jack

-Camera interface (CSI)

-Display interface (DSI)

- MicroSD slot

-VideoCore IV multimedia/3D graphics core @ 400MHz/300MHz

Hình 2.3: Hình ảnh thực tế Raspberry Pi 3B

Bộ vi xử lý của Raspberry Pi là chip SoC (System-On-Chip) Broadcom

BCM2837 chạy ở tốc độ 1.2 GHz Chip này tương đương với nhiều loại được sử dụng trong

smartphone phổ thông hiện nay, và có thể chạy được hệ điều hành Linux Tích hợp trên chip này là nhân đồ họa (GPU) Broadcom VideoCore IV GPU này đủ mạnh để có thể chơi 1 số game phổ thông và phát video chuẩn full HD

- Hệ thống GPIO (General Purpose Input Output) : gồm 40 chân chia

làm hai hang Đúng như tên gọi của nó, từ đây ta có thể kết nối và điều khiển rất nhiều thiết bị điện tử/cơ khí khác

-Ngõ HDMI : dùng để kết nối Pi với màn hình máy tính hay tivi có hỗ trợ

cổng HDMI

-Ngõ RCA Video (analog) : khi thiết kế Pi người ta cũng tính đến trường

hợp người sử dụng ở các nước đang phát triển không có điều kiện sắm một chiếc

tivi đời mới tích hợp cổng HDMI Vì vậy cổng video analog này được thêm vào, giúp Raspberry Pi có thể kết nối với chiếc tivi đời cũ

-Ngõ audio 3.5mm : kết nối dễ dàng với loa ngoài hay headphone Đối

với tivi có cổng HDMI, ngõ âm thanh được tích hợp theo đường tín hiệu HDMI nên không cần sử dụng ngõ audio này

-Cổng CSI: khe cắm này là để cắm modul camera vào Raspberry Pi

Chúng ta có thể chụp hình, quay phim, … làm việc tất cả các tác vụ như trên một camera bình thường

-Cổng DSI: nơi đây sẽ giúp ta có thể kết nối Raspberry Pi với màn hình

cảm ứng để hiển thị và sử dụng Raspberry một cách trực quan nhất Chúng ta có thể thực hiện các tác vụ tương đương như khi sử dụng chuột và bàn phím

-Cổng USB: một điểm mạnh nữa của Raspberry Pi là tích hợp 4 cổng

USB 2.0 Ta có thể kết nối với bàn phím, chuột hay webcam, bộ thu GPS… qua

đó có thể mở rộng phạm vi ứng dụng Vì Raspberry Pi chạy Linux nên hầu hết thiết bị chỉ cần cắm-và-chạy (Plug-and-Play) mà không cần cài driver phức tạp

-Cổng Ethernet: cho phép kết nối Internet dễ dàng Cắm dây mạng vào

Pi, kết nối với màn hình máy tính hay tivi và bàn phím, chuột là có thể lướt web

dễ dàng

-Khe cắm thẻ SD: Raspberry Pi không tích hợp ổ cứng Thay vào đó nó

dùng thẻ SD để lưu trữ dữ liệu Toàn bộ hệ điều hành Linux sẽ hoạt động trên thẻ SD này vì vậy nó cần kích thước thẻ nhớ tối thiểu 4 GB và dung lượng hỗ trợ tối đa là 32 GB và tốc độ đọc ghi cao khuyên dùng Class 10

-Jack nguồn micro USB 5V, tối thiểu 700mA: nhờ thiết kế này mà ta có

thể tận dụng các sạc điện thoại di động trên thị trường để cấp nguồn điện cho Raspberry Pi(Nếu chạy các tác vụ nặng hoặc kết nối ổ cứng ngoài thì cần cấp nguồn ổn định, nếu không sẽ làm hỏng raspberry

B Một số thiết bị ngoại vi của Raspberry Pi 3B:

- Kết nối với Raspberry Pi thông qua cáp ribbon đi kèm dài 15 cm

- Camera Module được hỗ trợ với phiên bản mới nhất của Raspbian

E Bơm

Vì để tảo không bị vỡ nát trong quá trình lấy mẫu nên ta sử dụng loại bơm nhu động Loại bơm này không sử dụng bánh răng, nên khi bơm tảo lấy mẫu thì tảo sẽ không bị vỡ nát trong quá trình bơm

Hình 2.9: Bơm Nhu Động Kamoer Peristaltic Pump NKP-DCL-S10B 12VDC

- Chuyển động dẫn bằng ba bánh xe phía trong

- Nhiệt độ môi trường hoạt động: 0~40 độ C, độ ẩm <80%

- Trọng lượng: 110g

F Nguồn sáng cấp cho thiết bị

Ta sử dụng loại Led hắt 3 bóng 12V Đặc điểm của loại bóng này là nhỏ gọn và có độ sáng cao

Hình 2.10: Led hắt 12v

Thông số kỹ thuật :

- Số lượng : 3 bóng 1 thanh

- Điện áp : 12V

- Công suất : khoảng 0.7W

- Công suất 20 thanh: Khoảng 14.4W

- Chống nước : IP65

G Lọ đựng mẫu chụp

Vì khi chụp là ta cố định camera và lọ chụp có thể tháo lắp dễ dàng nên

ta sử dụng loại hộp trong suốt Dưới đây là loại hộp em sử dụng trong thiết bị của mình

Hình 2.11: Lọ nhựa trong suốt

Để điều chỉnh độ sáng của đèn, ta sử dụng 1 con biến trở mắc cùng với đèn

để điều chỉnh điện áp cấp vào đèn Từ đó điều chỉnh độ sáng của đèn theo mong muốn

Hình 2.12: Biến trở

H Vỏ thiết bị

Để thiết bị không bị ảnh hưởng của ánh sáng bên ngoài nên ta lựa chọn vật liệu để làm buồng chụp của thiết bị là Nhựa Mica đen Khi dùng Mica đen chế tạo buồng chụp thì bên trong sẽ được cách ly với ánh sáng bên ngoài, hạn chế nhiễu khi lấy mẫu

Hình 2.13: Nhựa Mica đen

K Relay

Dùng để đóng cắt bơm cấp dung dịch cho bể nuôi

Hình 2.14: Relay

Thông Số Kỹ Thuật Của Module Relay:

- Nguồn đầu vào : 5 VDC

- Chân IN: kích mở relay

- Jump H/L level trigger: thiết lập mức điều khiển relay Có 2 mức : HIGH / LOW

có hình thức rất sáng sủa, cấu trúc rõ ràng, thuận tiện cho người mới học lập trình Cấu trúc của Python còn cho phép người sử dụng viết mã lệnh với số lần

gõ phím tối thiểu

Cũng giống như C và một vài ngôn ngữ lập trình khác, python cũng có các từ khóa riêng như C/C ++, các từ khóa của Python đều ở dạng chữ thường :

Một số đặc điểm của python có thể nói tới như:

- Python tăng cường sử dụng từ khóa tiếng Anh, hạn chế các ký hiệu và cấu trúc cú pháp so với các ngôn ngữ khác

- Python là một ngôn ngữ phân biệt kiểu chữ HOA, chữ thường

2.2.5 Hệ thống kiểu dữ liệu trong python

Python sử dụng hệ thống kiểu duck typing, còn gọi là latent typing (tự động xác định kiểu) Có nghĩa là, Python không kiểm tra các ràng buộc về kiểu

dữ liệu tại thời điểm dịch, mà là tại thời điểm thực thi Khi thực thi, nếu một thao tác trên một đối tượng bị thất bại, thì có nghĩa là đối tượng đó không sử