(TIỂU LUẬN) bài tập lớn môn IOT cơ bản THIẾT bị hỗ TRỢ THUYẾT TRÌNH BẰNG cử CHỈ

TỔNG LIÊN ĐOÀN LAO ĐỘNG VIỆT NAM TRƯỜNG ĐẠI HỌC TÔN ĐỨC THẮNG KHOA CÔNG NGHỆ THÔNG TIN BÀI TẬP LỚN MÔN IOT CƠ BẢN THIẾT BỊ HỖ TRỢ THUYẾT TRÌNH BẰNG CỬ CHỈ Người hướng dẫn: GV ĐỖ TRÍ NHỰT Người thực hiện: PHÙNG QUỐC ĐẠT – 518H0482 ĐINH HỒNG HÀ – 518H0171 Lớp : 18H50205 Khoá THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH, NĂM 2021 : 22 TỔNG LIÊN ĐỒN LAO ĐỘNG VIỆT NAM TRƯỜNG ĐẠI HỌC TÔN ĐỨC THẮNG KHOA CÔNG NGHỆ THÔNG TIN BÀI TẬP LỚN MÔN IOT CƠ BẢN THIẾT BỊ HỖ TRỢ THUYẾT TRÌNH BẰNG CỬ CHỈ Người hướng dẫn: GV ĐỖ TRÍ NHỰT Người thực hiện: PHÙNG QUỐC ĐẠT – 518H0482 ĐINH HỒNG HÀ – 518H0171 Lớp : 18H50205 Khoá : 22 THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH, NĂM 2021 i LỜI CẢM ƠN Trước bắt đầu vào làm tiểu luận, lời đầu em muốn gửi gắm lời cảm ơn chân thành dành cho: thầy Đỗ Trí Nhựt vơ tận tâm nhiệt tình cơng tác giảng dạy Vì kết tiểu luận phần lớn nhờ có thầy Mặc dù mô tuýp làm tiểu luận cho trọng số cuối kì quen thuộc với em, trình làm bài, thiếu sót điều khơng thể tránh khỏi, mong nhận đánh giá nhận xét thầy để giúp em hoàn thiện tương lai Và cuối cùng, lời kính chúc sức khỏe niềm vui dành cho thầy gia đình ii ĐỒ ÁN ĐƯỢC HỒN THÀNH TẠI TRƯỜNG ĐẠI HỌC TƠN ĐỨC THẮNG Tơi xin cam đoan sản phẩm đồ án riêng hướng dẫn thầy Đỗ Trí Nhựt Các nội dung nghiên cứu, kết đề tài trung thực chưa công bố hình thức trước Những số liệu bảng biểu phục vụ cho việc phân tích, nhận xét, đánh giá tác giả thu thập từ nguồn khác có ghi rõ phần tài liệu tham khảo Ngồi ra, đồ án cịn sử dụng số nhận xét, đánh số liệu tác giả khác, quan tổ chức khác có trích dẫn thích nguồn gốc Nếu phát có gian lận tơi xin hồn tồn chịu trách nhiệm nội dung đồ án Trường đại học Tơn Đức Thắng không liên quan đến vi phạm tác quyền, quyền tơi gây q trình thực (nếu có) TP Hồ Chí Minh, ngày 19 tháng 10 năm 2021 Tác giả (ký tên ghi rõ họ tên) PHÙNG QUỐC ĐẠT ĐINH HỒNG HÀ MỤC LỤC CHƯƠNG GIỚI THIỆU 1.1 LÝ DO CHỌN ĐỀ TÀI .2 1.2 MỤC TIÊU CHỌN ĐỀ TÀI 1.3 ĐỐI TƯỢNG NGHIÊN CỨU .4 1.4 PHẠM VI NGHIÊN CỨU 1.5 NHIỆM VỤ ĐỀ TÀI CHƯƠNG LÝ THUYẾT CƠ BẢN 2.1 VI ĐIỀU KHIỂN ESP32 .5 2.2 CÔNG NGHỆ BLUETOOTH .8 2.3 CẢM BIẾN GIA TỐC ADXL345 10 2.4 THIẾT BỊ NGƯỜI DÙNG HID 12 CHƯƠNG MÔ TẢ HỆ THỐNG 14 3.1 YÊU CẦU VÀ SƠ ĐỒ KHỐI HỆ THỐNG 14 3.1.1 Yêu cầu hệ thống 14 3.1.2 Sơ đồ khối chức khối 15 3.1.3 Hoạt động hệ thống 15 3.2 THIẾT KẾ HỆ THỐNG PHẦN CỨNG 16 3.2.1 Khối cảm biến gia tốc 3.2.3 Khối xử lí trung tâm, bluetooth 16 17 CHƯƠNG GIỚI THIỆU 1.1 LÝ DO CHỌN ĐỀ TÀI Thuyết trình trình truyền đạt thơng tin từ người thuyết trình đến người nghe chủ đề Q trình truyền đạt thơng tin có hiệu cao, khiến người nghe dễ nắm bắt thơng tin mà người thuyết trình truyền tải Việc thuyết trình diễn đâu, trường học, cơng ty, doanh nghiệp,… Chính lý mà thuyết trình xem công việc quan trọng, mà người cần làm tốt, dù điều nhỏ nhất, đặc biệt sinh viên chúng em trọng Sự thành cơng việc thuyết trình khơng nằm nội dung thuyết trình, mà cịn nhờ cách biểu diễn thơng qua ngơn ngữ hình thể, tiện lợi chuyển nội dung thuyết trình để trình thuyết trình tránh bị đứt đoạn Trong thời kỳ công nghệ 4.0 nay, phát triển, phổ biến thiết bị di động laptop, máy tính bảng, điện thoại giúp soạn thảo, tạo dựng nội dung thuyết trình khắp nơi, với vơ vàn thiết bị khác nhỏ gọn kết nối giao tiếp với thiết bị di động ngày trở nên dễ dàng mà sinh viên chúng em tự nghiên cứu ứng dụng để đáp ứng nhu cầu sống Như vậy, vấn đề đặt phải để tạo thiết bị đeo tay, nhận dạng cử lệnh từ người thuyết trình, sau truyền tín hiệu điều khiển máy tính để chuyển nội dung thuyết trình cách dễ dàng Từ giúp cho việc thuyết trình trở nên lành mạch, không bị gián đoạn kết hợp với ngơn ngữ hình thể để tạo nên thuyết trình tốt 1.2 MỤC TIÊU CHỌN ĐỀ TÀI Áp dụng công nghệ Bluetooth, tạo nên thiết bị người dùng HID (Human Interface Device) để giao tiếp thiết bị hỗ trợ thuyết trình với máy tính xách tay Cơng nghệ Bluetooth có ưu điểm sau: Được sử dụng rộng rãi, tích hợp sẵn hầu hết thiết bị di động laptop, điện thoại, máy tính bảng,… Bluetooth có mức tiêu thụ điện thấp (đặc biệt BLE – Bluetooth Low Energy), phù hợp cho ứng dụng IoT không cần khoảng cách truyền xa truyền tốc độ cao Chi phí thấp Khi nghiên cứu đề tài này, em muốn phát huy thành ứng dụng vi điều khiển để tạo sản phẩm có ích sống Khơng mà cịn khởi đầu cho nghiên cứu sau này, tiền đề cho Đồ án Đồ án tốt nghiệp Ngoài ra, trình thực đề tài hội để em kiểm tra áp dụng kiến thức học trường lớp, kiến thức tự tìm tịi học hỏi thêm thời đại học Đồng thời phát huy sáng tạo giải vấn đề theo yêu cầu đặt Và dịp để thân em tích lũy kiến thức, trau dồi thêm kinh nghiệm nhằm hoàn thành tốt đồ án tới, tham gia vào hoạt động sản xuất xã hội 1.3 ĐỐI TƯỢNG NGHIÊN CỨU - Vi điều khiển ESP32 - Cảm biến gia tốc ADXL345 - Công nghệ Bluetooth Low Energy (BLE) - Thiết bị người dùng HID 1.4 PHẠM VI NGHIÊN CỨU - Đọc xử lý giá trị cảm biến 4 - Truyền liệu từ thiết bị HID đến thiết bị cuối (laptop, điện thoại,…) 1.5 NHIỆM VỤ ĐỀ TÀI Đề tài trình bày ứng dụng Bluetooth, kết hợp với HID vi điều khiển ESP32 thiết kế với module cảm biến có thị trường - Đề tài tập trung nghiên cứu vấn đề: - Thu thập liệu từ cảm biến, đưa vi điều khiển xử lý liệu - Cấu hình tạo thiết bị người dùng HID Bluetooth Kết nối giao tiếp thiết bị hỗ trợ thuyết trình thiết bị cuối (laptop) CHƯƠNG LÝ THUYẾT CƠ BẢN 2.1 VI ĐIỀU KHIỂN ESP32 ESP32 vi điều khiển 32bit, với cấu hình cao, tích hợp nhiều giao thức có dây không dây nên sử dụng rộng rãi lập trình nhúng IoTs ESP32 bật cấu hình cao, giá thành rẻ so với cấu hình mang lại, đồng thời tích hợp Bluetooth 4.2 Bluetooth LE nên, tích hợp cảm biến điện dung lập trình dễ dàng nhờ trình soạn thảo biên dịch Arduino IDE nên em chọn vi điều khiển cho đề tài Dưới hình ảnh module ESP32 có thị trường: Hình 2.1 Hình ảnh vi điều khiển ESP32-S hãng AiThinker Dưới sơ đồ chân vi điều khiển ESP32: Hình 2.2 Sơ đồ chân vi điều khiển ESP32 Cấu hình: + + CPU: Xtensa Dual-Core LX6 microprocessor + Tốc độ xử lý : 160MHz – 240MHz + Tốc độ xung nhịp đọc nhớ flash: 40Mhz – 80MHz RAM: 520 KB SRAM (trong KB RAM RTC tốc độ cao, 8KB RAM tốc độ thấp (hoạt động chế độ ngủ sâu)) - Giao tiếp không dây : + Wi-Fi : 802.11 b/g/n/e/i + Bluetooth : v4.2 BR/EDR BLE - Các thông số khác: + GPIO: 34 cổng + DAC 8-bit: cổng + ADC 12-bit: 16 cổng + I2C: cổng + UART: cổng + I2S: cổng + SPI + CAN bus 2.0 + IR (TX/RX) + PWM: tất chân - Cảm biến tích hợp: + cảm biến Hall (cảm biến từ trường) + cảm biến đo nhiệt độ + Cảm biến điện dung với 10 đầu vào khác - Nguồn điện hoạt động: + Nhiệt độ hoạt động: -40 độ C  +85 độ C + Điện áp hoạt động: 2.2V – 3.6V + Dòng điện hoạt động: 0.2uA – 260mA - Sơ đồ chân, tên gọi chức chân ESP32-S: Bảng 2.1 Chức mô tả chức chân vi điều khiển ESP32 2.2 CÔNG NGHỆ BLUETOOTH Bluetooth chuẩn công nghệ truyền thông không dây tầm gần thiết bị điện tử Công nghệ hỗ trợ việc truyền liệu qua khoảng cách ngắn thiết bị di động cố định, tạo nên mạng cá nhân không dây Bluetooth đạt tốc độ truyền liệu 1Mb/s, kết nối Bluetooth vô hướng sử dụng băng tần 2.4GHz 9 Bluetooth cho phép kết nối trao đổi thông tin thiết bị điện thoại di động, máy tính xách tay, máy in, máy ảnh số, thiết bị IoT Bluetooth tích hợp rộng rãi, mà sử dụng Bluetooth tiện lợi Các ứng dụng bật Bluetooth gồm: - Điều khiển giao tiếp không dây hai thiết bị, điện thoại di động loa/tai nghe khơng dây - Mạng khơng dây máy tính cá nhân khơng gian hẹp địi hỏi băng thông - Giao tiếp không dây với thiết bị vào máy tính, ví dụ chuột, bàn phím, máy in - Thay giao tiếp kết nối vật lý dùng dây truyền thống thiết bị đo, thiết bị định vị dùng GPS, thiết bị y tế, máy quét mã vạch thiết bị điều khiển giao thông - Điều khiển từ xa cho thiết bị trò chơi điện tử Wii (Nintendo) PlayStation Sony - Kết nối Internet cho máy tính điện thoại khác cách dùng điện thoại di động thay modem 10 Hình 2.3 Các kết nối Bluetooth 2.3 CẢM BIẾN GIA TỐC ADXL345 Module cảm biến gia tốc ADXL345 (GY-291) module cảm biến độ nghiêng đo gia tốc trục, tiêu thụ điện thấp, độ phân giải cao (13 bit), chi phí thấp Module ADXL345 thường dùng thiết bị di động, thiết bị IoT, có chức đo độ nghiêng đo gia tốc tịnh tiến theo trục 11 Hình 2.4 Hình ảnh module ADXL345 (GY-291) 12 Dưới sơ đồ chân module ADXL345: Hình 2.5 Sơ đồ chân IC ADXL345 - Thông số kỹ thuật module ADXL345: + Điện áp hoạt động: 3.3 – VDC + Dịng điện tiêu thụ: 23µA + Độ phân giải: Có thể cấu hình 8-10-12 bit, tối đa lên đến 13 bit + Giao tiếp: SPI I2C (Khi giao tiếp SPI chân CS nối GND) 2.4 THIẾT BỊ NGƯỜI DÙNG HID Cổng thiết bị người dùng (HID – Human Interface Device) tiêu chuẩn cho thiết bị máy tính mà vận hành người Tiêu chuẩn cho phép dễ dàng sử dụng thiết bị mà không cần phần mềm hay trình điều khiển bổ sung HID tiêu chuẩn tạo nằm đơn giản hóa q trình cài đặt thiết bị đầu vào thông qua giao thức cụ thể cho thiết bị chuột, bàn phím,… Một thiết bị tuân thủ HID bao gồm khung liệu chứa tất hành động thiết bị 13 Hình 2.6 Danh sách thiết bị HID Device Manager Windows Ví dụ: Bàn phím có phím để chỉnh âm lượng Khi nhấn phím đó, mơ tả HID cho biết mục đích hành động lưu trữ khung liệu đâu lệnh thực thi Định dạng khung liệu từ bàn phím HID theo tài liệu tham khảo sau: Các mã mơ tả phím sử dụng gửi chuyển slide tham khảo sau: 14 Bảng 2.2 Khung liệu bàn phím HID Bả Mã thập phân 75 78 CHƯƠNG MÔ TẢ HỆ THỐNG 3.1 YÊU CẦU VÀ SƠ ĐỒ KHỐI HỆ THỐNG 3.1.1 Yêu cầu hệ thống - Hệ thống có chức sau: + Chuyển slide PowerPoint phẩy tay theo chiều thuận + lại Chuyển lại slide PowerPoint trước phẩy tay theo chiều ngược + Cuộn tài liệu xuống PDF, Word, trình duyệt phẩy tay theo chiều thuận + Cuộn tài liệu lên PDF, Word, trình duyệt phẩy tay theo chiều ngược lại 15 + Qua liệu nhận từ cảm biến, hệ thống xử lý đưa tín hiệu điều khiển phù hợp với hành vi người sử dụng Người dùng cài đặt chế độ hoạt động cho thiết bị 3.1.2 Sơ đồ khối chức khối - Chức khối: + Khối xử lý trung tâm: Nhận liệu từ cảm biến, xử lí gửi tín hiệu điều khiển đến thiết bị kết nối Bluetooth laptop, điện thoại, đồng thời gửi tín hiệu tình trạng pin chế độ hoạt động thiết bị đến bóng LED + Khối cảm biến gia tốc: Đọc liệu gia tốc theo trục gửi khối xử lý trung tâm để tính tốn, nhận dạng hành vi KHỐI XỬ LÝ TRUNG TÂM, BLUETOOTH KHỐI CẢM BIẾN GIA TỐC THIẾT BỊ KẾT NỐI (LAPTOP, ĐIỆN THOẠI) Hình 3.7 Sơ đồ khối hệ thống 3.1.3 Hoạt động hệ thống Khi hệ thống cấp nguồn, khối cảm biến gồm khối cảm biến điện dung, khối cảm biến gia tốc gửi liệu đến khối xử lí trung tâm qua giao thức I2C Khối xử lý trung tâm thực kết nối Bluetooth ghép đôi với thiết bị trình chiều (laptop, điện thoại) Sau đó, khối xử lý trung tâm tính tốn để nhận diện hành vi người dùng, đồng thời gửi tín hiệu điều khiển tương ứng đến thiết bị kết nối thông qua Bluetooth 3.2 THIẾT KẾ HỆ THỐNG PHẦN CỨNG 3.2.1 Khối cảm biến gia tốc Với thị trường nay, có nhiều loại module cảm biến gia tốc ADXL345 (GY-291), ADXL335 (GY-61), MMA8452, LSM303DLHC (GY-511),… chúng giống chức thiết kế, chuẩn kết nối (I2C, SPI) 16 Với tính phù hợp với thiết kế hệ thống mức giá hợp lý, em chọn module ADXL345 cho hệ thống ADXL345 module cảm biến độ nghiêng trục, tiêu thụ lượng thấp, độ phân giải cao ADXL345 có chức gia tốc trọng trường tĩnh ứng dụng đo góc nghiêng, ngồi cịn đo gia tốc động từ chuyển động rung động vật thể Chân SCL module ADXL345 nối với chân SCL (GPIO22) ESP32-S (U1) Chân SDA module ADXL345 nối với chân SDA (GPIO21) ESP32-S (U1) Kết nối ESP32-S với ADXL345 thể hình 3.2 Hình 3.8 Kết nối vi điều khiển ESP32 cảm biến gia tốc ADXL345 3.2.3 Khối xử lí trung tâm, bluetooth 17 Trên thị trường có nhiều Board nhúng như: ARM, Raspberry, Arduino, PIC, ESP…với nhiều tính mức giá khác Với thông dụng gần gũi, đồng thời vi điều khiển ESP32 tích hợp sẵn kết nối khơng dây Bluetooth, WiFi, ngồi cịn có cảm biến chạm hỗ trợ nhiều giao thức kết nối vật lý khác I2C, SPI, UART… Khối xử lí trung tâm có sơ đồ kết nối mơ tả sau: + Chân SCL (GPIO 22) ESP32-S nối với chân SCL module ADXL345 + Chân SDA (GPIO 21) ESP32-S nối với chân SDA module ADXL345 Hình 3.9 Sơ đồ kết nối vi điều khiển ESP32  ... VIỆT NAM TRƯỜNG ĐẠI HỌC TÔN ĐỨC THẮNG KHOA CÔNG NGHỆ THÔNG TIN BÀI TẬP LỚN MÔN IOT CƠ BẢN THIẾT BỊ HỖ TRỢ THUYẾT TRÌNH BẰNG CỬ CHỈ Người hướng dẫn: GV ĐỖ TRÍ NHỰT Người thực hiện: PHÙNG QUỐC... hình tạo thiết bị người dùng HID Bluetooth Kết nối giao tiếp thiết bị hỗ trợ thuyết trình thiết bị cuối (laptop) CHƯƠNG LÝ THUYẾT CƠ BẢN 2.1 VI ĐIỀU KHIỂN ESP32 ESP32 vi điều khiển 32bit, với cấu... giao tiếp thiết bị hỗ trợ thuyết trình với máy tính xách tay Cơng nghệ Bluetooth có ưu điểm sau: Được sử dụng rộng rãi, tích hợp sẵn hầu hết thiết bị di động laptop, điện thoại, máy tính bảng,…