Python, với sự phát triển mạnh mẽ, đang trở thành một trong những ngôn ngữ lập trình hàng đầu được sử dụng trong nhiều lĩnh vực, bao gồm tự động hóa công nghiệp. Đặc biệt, trong xử lý ảnh và lập trình nhúng, Python đã thể hiện sức mạnh đáng kể với khả năng tích hợp dễ dàng, cộng đồng hỗ trợ rộng lớn, và hàng loạt thư viện chuyên dụng.

Python trong tự động hóa

Trong ngành tự động hóa, Python được sử dụng chủ yếu để viết các chương trình điều khiển, quản lý dữ liệu, và tự động hoá quy trình sản xuất. Nhờ vào khả năng dễ học và cú pháp đơn giản, Python giúp các kỹ sư tự động hóa nhanh chóng xây dựng và triển khai các giải pháp để điều khiển hệ thống hoặc thiết bị tự động.

Python hỗ trợ rất nhiều thư viện mạnh mẽ như PyModbus cho giao tiếp với các thiết bị điều khiển qua giao thức Modbus, Paho-MQTT để truyền dữ liệu qua MQTT trong các hệ thống IoT, hay pySerial cho việc giao tiếp với các thiết bị nhúng qua cổng serial.

Python trong xử lý ảnh cho tự động hóa

Xử lý ảnh là một lĩnh vực quan trọng trong tự động hóa, đặc biệt trong các ứng dụng như giám sát sản xuất, kiểm tra chất lượng sản phẩm, và robot công nghiệp. Python, với thư viện nổi tiếng như OpenCV, giúp các kỹ sư có thể xây dựng các giải pháp xử lý ảnh nhanh chóng và hiệu quả.

Ví dụ, với OpenCV, Python có thể giúp nhận diện hình ảnh, theo dõi đối tượng, phát hiện lỗi bề mặt sản phẩm, và thậm chí điều khiển robot dựa trên dữ liệu từ camera. Một số tác vụ phổ biến trong xử lý ảnh bằng Python bao gồm:

• Phát hiện cạnh: Dùng thuật toán Canny hoặc Sobel để phát hiện cạnh sản phẩm, kiểm tra độ chính xác hoặc phát hiện lỗi.
• Nhận diện vật thể: Dựa trên các mô hình học máy hoặc deep learning, Python có thể nhận diện các đối tượng trong ảnh, giúp quá trình kiểm tra sản phẩm trở nên tự động và chính xác.
• Theo dõi đối tượng: Python có thể theo dõi đối tượng di chuyển trong dây chuyền sản xuất, hỗ trợ giám sát và tối ưu hóa quy trình sản xuất.

Python trong lập trình nhúng

Lập trình nhúng là lĩnh vực quan trọng trong tự động hóa, nơi các hệ thống vi xử lý hoặc vi điều khiển được lập trình để thực hiện các chức năng cụ thể như điều khiển động cơ, cảm biến, hoặc giao tiếp với các thiết bị ngoại vi. Python, với sự hỗ trợ của nền tảng MicroPython, giúp việc lập trình cho các hệ thống nhúng như ESP32, STM32, và Raspberry Pi trở nên dễ dàng hơn.

MicroPython và lập trình nhúng

MicroPython là phiên bản rút gọn của Python, được tối ưu hoá cho các hệ thống nhúng. Nó cho phép lập trình viên sử dụng Python để lập trình các thiết bị vi xử lý thay vì sử dụng các ngôn ngữ truyền thống như C/C++. Với MicroPython, việc giao tiếp với cảm biến, điều khiển động cơ, và thu thập dữ liệu trở nên nhanh chóng và đơn giản hơn.

Một ví dụ điển hình trong lập trình nhúng là điều khiển hệ thống cảm biến nhiệt độ và độ ẩm bằng ESP32 và Python. Các bước chính để lập trình nhúng với MicroPython trên ESP32 bao gồm:

1. Thiết lập kết nối: Sử dụng thư viện machine trong MicroPython để thiết lập và điều khiển các chân GPIO của vi điều khiển.
2. Giao tiếp với cảm biến: Sử dụng các giao thức phổ biến như I2C hoặc SPI để giao tiếp với cảm biến, ví dụ đọc dữ liệu từ cảm biến DHT11 để theo dõi nhiệt độ và độ ẩm.
3. Xử lý và hiển thị dữ liệu: Xử lý dữ liệu cảm biến thu thập được và gửi về máy tính qua giao thức MQTT hoặc hiển thị trên màn hình LCD.

Tại sao Python lại phù hợp với ngành tự động hóa?

• Dễ học và phát triển nhanh chóng: Python có cú pháp rõ ràng, dễ hiểu, giúp các kỹ sư và nhà phát triển nhanh chóng làm quen và xây dựng ứng dụng.
• Khả năng tích hợp mạnh mẽ: Python có thể dễ dàng tích hợp với các hệ thống nhúng, hệ thống điều khiển công nghiệp, và các phần mềm quản lý sản xuất, giúp tối ưu hóa quá trình phát triển.
• Thư viện đa dạng: Python có nhiều thư viện hỗ trợ cho các ứng dụng khác nhau trong tự động hóa như giao tiếp thiết bị, xử lý tín hiệu, hay phân tích dữ liệu.
• Hỗ trợ IoT: Python có thể dễ dàng giao tiếp với các thiết bị IoT thông qua các giao thức như MQTT, HTTP, giúp theo dõi và điều khiển từ xa.

Kết luận

Python đã và đang trở thành công cụ đắc lực trong lĩnh vực tự động hóa, đặc biệt là trong xử lý ảnh và lập trình nhúng. Với khả năng phát triển nhanh chóng và cộng đồng hỗ trợ rộng lớn, Python giúp các kỹ sư tự động hóa tạo ra các giải pháp hiệu quả hơn, từ đó thúc đẩy quá trình công nghiệp hóa và tự động hóa sản xuất trở nên linh hoạt và hiện đại hơn.

Một vài khóa học Python miễn phí 

https://www.w3schools.com/python/

https://www.geeksforgeeks.org/python-programming-language-tutorial/

Giảng viên Lê Hoài Giang
Bộ môn Điện – Cơ khí
FPT Polytechnic Cần Thơ