(Đồ án tốt nghiệp) nghiên cứu và ứng dụng module trợ lý ảo trên hệ thống điều hòa ô tô

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH CƠNG TRÌNH NGHIÊN CỨU KHOA HỌC CỦA SINH VIÊN NGHIÊN CỨU VÀ ỨNG DỤNG MODULE TRỢ LÝ ẢO TRÊN HỆ THỐNG ĐIỀU HỊA Ơ TƠ MÃ SỐ: SV2022-09 CHỦ NHIỆM ĐỀ TÀI: NGUYỄN VĂN THANH PHÚC SKC008106 Tp Hồ Chí Minh, tháng 11/2022 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐH SƯ PHẠM KỸ THUẬT TPHCM BÁO CÁO TỔNG KẾT ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU KHOA HỌC CỦA SINH VIÊN NGHIÊN CỨU VÀ ỨNG DỤNG MODULE TRỢ LÝ ẢO TRÊN HỆ THỐNG ĐIỀU HỊA Ơ TƠ MÃ SỐ: SV2022-09 Thuộc nhóm ngành khoa học: Kỹ thuật SV thực hiện: Dân tộc: Nguyễn Văn Thanh Phúc Kinh Lớp, khoa: 181451E , Khoa Cơ khí động lực Ngành học: Nam, Nữ: Nam Năm thứ:5/Số năm đào tạo: năm Kỹ thuật Ơ tơ Người hướng dẫn: ThS Nguyễn Thành Tuyên TP HỒ CHÍ MINH, Tháng 11 Năm 2022 i MỤC LỤC MỤC LỤC i DANH MỤC CÁC HÌNH iii DANH MỤC CÁC BẢNG vi MỞ ĐẦU 1 Đặt vấn đề Tổng quan tài liệu 2.1 Tổng quan tóm lược đề tài 2.2 Nghiên cứu nước 2.2.1 Nghiên cứu nước 2.2.2 Nghiên cứu nước 2.3 Những vấn đề tồn 2.4 Phương án giải vấn đề 2.5 Đối tượng phạm vi nghiên cứu Mục tiêu nghiên cứu phương pháp nghiên cứu 3.1 Mục tiêu 3.2 Phương pháp nghiên cứu CHƯƠNG 1: CƠ SỞ LÝ THUYẾT 1.1 Cơ sở lý thuyết hệ thống điều hịa tơ Toyota Vios 2007 1.1.1 Vị trí thành phần hệ thống điều hòa 1.1.2 Sơ đồ điều khiển hệ thống điều hòa 1.1.3 Sơ đồ mạch điện 12 1.1.4 Nguyên lý hoạt động hệ thống điều hòa 17 1.2 Nghiên cứu trợ lý ảo túy 23 1.2.1 Cấu trúc trợ lý ảo túy 23 1.2.2 Sử dụng Google Speech Recognition nhận dạng giọng nói .24 1.2.3 Phản hồi âm 26 1.2.4 Logic engine 26 1.3 Cơ sở xây dựng giao diện tương tác người dùng Tkinter 29 1.4 Cơ sở Raspberry Pi Model B+ sử dụng nghiên cứu .33 1.4.1 Tự động chạy chương trình khởi động Raspberry Pi Model B+ [17] 33 1.4.2 Tự động shutdown Raspberry với ngôn ngữ Python 35 1.5 Arduino Nano dụng nghiên cứu 36 1.5.1 Phương pháp giao tiếp Raspberry Pi với Arduino 36 ii 1.5.2 Phương pháp điều khiển động DC encoder 38 CHƯƠNG 2: KẾT QUẢ VÀ ĐÁNH GIÁ 38 2.1 Kết nghiên cứu trợ lý ảo hệ thống điều hịa tơ Toyota Vios 2007 38 2.1.1 Kết thu thập thơng số đo đạt hệ thống điều hịa cần thiết cho nghiên cứu 38 2.1.2 Kết nghiên cứu cấu thay hệ thống điều hòa 41 2.1.3 Kết nghiên cứu chương trình trợ lý ảo Raspberry Pi model B+ 46 2.1.3.1 Chương trình luồng xử lý lệnh điều kiện đáp ứng yêu cầu người dùng 46 2.1.3.2 Chương trình luồng giao tiếp với Arduino điều khiển cấu chấp hành 61 2.1.3.3 Chương trình luồng giao tiếp với POWER ARDUINO để tắt Raspberry kiểm tra trạng thái điều hòa 62 2.1.3.4 Chương trình giao diện người dùng 64 2.1.4 Kết nghiên cứu chương trình điều khiển Arduino 66 2.1.4.1 Chương trình quản lý cung cấp nguồn tắt Raspberry Arduino 66 2.1.4.2 Chương trình tính tốn điều khiển cấu chấp hành Arduino 68 2.2 Thực nghiệm kết nghiên cứu 76 2.2.1 Thực nghiệm chế độ mở tắt hệ thống trợ lý ảo 77 2.2.2 Thử nghiệm mức độ gió 79 2.2.3 Thử nghiệm với chế độ tăng giảm nhiệt độ 81 2.2.4 Thử nghiệm đáp ứng cấu chấp hành 84 2.2.5 Đánh giá kết thực nghiệm 88 CHƯƠNG 3: KẾT LUẬN VÀ ĐỀ XUẤT PHÁT TRIỂN 89 3.1 Ý nghĩa khoa học 89 3.2 Ý nghĩa thực tiễn 89 3.3 Đề xuất hướng nghiên cứu phát triển 90 Tài liệu tham khảo 93 Phụ lục 96 iii DANH MỤC CÁC HÌNH Hình 1.1: Vị trí bố trị phận hệ thống điều hòa Hình 1.2: Sơ đồ điều khiển hệ thống điều hòa Hình 1.3: Vị trí chế dộ hoạt động van điều khiển hướng gió Hình 1.4: Các cửa gió khoang hàng khách 11 Hình 1.5: Núm vặng vị trí 18 Hình 1.6: Vị trí công tắc núm xoay LOW 19 Hình 1.7: Vị trí cơng tắc núm xoay M1 19 Hình 1.8: Vị trí cơng tắc núm xoay M2 20 Hình 1.9: Vị trí cơng tắc núm xoay H1 21 Hình 1.10: Sơ đồ hoạt động trợ lý ảo giọng nói 23 Hình 1.11: Lưu đồ giải thuật logic engine 27 Hình 1.12: Lưu đồ giải thuật kết hợp giao tiếp giọng nói cảm ứng 29 Hình 1.13: Hiển thị nút nhấn (button) tkinter 30 Hình 1.14: Hiển thị lable tkinter 31 Hình 1.15: Vị trí đối tượng giao diện tkinter 32 Hình 1.16: Config(thay đổi) biểu tượng button tkinter 33 Hình 1.17: Khởi tạo trình tử động chạy chương trình Python 35 Hình 1.18: Lưu đồ xử lý tín hiệu OFF khóa điện 36 Hình 1.19: Lưu đồ điều vị trí động kết hợp khâu P PID 38 Hình 2.1: Cụm điều khiển điều hòa Toyota Vios 2007 39 Hình 2.2: Kết đo thực nghiệm góc cấu lấy gió 39 Hình 2.3: Kết đo thực nghiệm góc cấu điều chỉnh hướng gió 40 Hình 2.4: Kết đo thực nghiệm góc giới hạn cấu điều chỉnh nhiệt độ .40 Hình 2.5: Relay thay tiếp điểm cụm cấu điều chỉnh lưu lượng gió 41 Hình 2.6: Relay thay tiếp điểm A/C sưởi kính sau 41 Hình 2.7: Hình Cơ cấu phục vụ cho điều khiển cụm điều chỉnh lấy gió trong/ngồi 42 Hình 2.8: Kích thước cấu phục vụ cho điều khiển cánh lấy gió trong/ngồi 42 Hình 2.9: Cơ cấu phục vụ cho điều khiển cụm điều chỉnh cánh nhiệt 43 Hình 2.10: Kích thức cấu phục vụ cho điều khiển cụm điều chỉnh cánh nhiệt .43 Hình 2.11: Cơ cấu phục vụ cho điều khiển cụm điều chỉnh hướng gió .44 Hình 2.12: Kích thức cấu phục vụ cho điều khiển cụm điều chỉnh hướng gió .44 Hình 2.13: Mơ hình ráp 3D trước thực nghiệm 45 Hình 2.14: Mơ hình thực nghiệm thay cụm điều khiển 46 iv Hình 2.15: Sơ đồ giao tiếp luồng xử lý Raspberry với Arduino 46 Hình 2.16: Lưu đồ giải thuật luồng 47 Hình 2.17: Lưu đồ giải thuật kiểm tra điều kiện tắt điều hịa 48 Hình 2.18: Lưu đồ giải thuật kiểm tra điều kiện mở điều hịa 49 Hình 2.19: Lưu đồ giải thuật kiểm tra điều kiện giảm gió 49 Hình 2.20: Lưu đồ giải thuật kiểm tra điều kiện tăng gió 50 Hình 2.21: Lưu đồ giải thuật kiểm tra điều kiện tăng nhiệt 51 Hình 2.22: Lưu đồ giải thuật kiểm tra điều kiện giảm nhiệt 51 Hình 2.23: Lưu đồ giải thuật kiểm tra điều kiện điều chỉnh hướng gió vào mặt xuống chân 52 Hình 2.24: Lưu đồ giải thuật kiểm tra điều kiện điều chỉnh hướng gió xơng kính chắn gió 52 Hình 2.25: Lưu đồ giải thuật kiểm tra điều kiện điều chỉnh hướng gió xuống chân 53 Hình 2.26: Lưu đồ giải thuật kiểm tra điều kiện điều chỉnh hướng gió xuống chân xơng kính chắn gió 53 Hình 2.27: Lưu đồ giải thuật kiểm tra điều kiện điều chỉnh hướng gió vào mặt .54 Hình 2.28: Lưu đồ giải thuật kiểm tra điều kiện mở sưởi kính chắn gió sau .54 Hình 2.29: Lưu đồ giải thuật kiểm tra điều kiện tắt sưởi kính chắn gió sau 55 Hình 2.30: Lưu đồ giải thuật kiểm tra điều kiện lấy gió tuần hồn 55 Hình 2.31: Lưu đồ giải thuật kiểm tra điều kiện lấy gió ngồi mơi trường .55 Hình 2.32: Lưu đồ giải thuật hàm chức lấy gió trong/ngồi 56 Hình 2.33: Lưu đồ giải thuật hàm chức mở tắt điều hòa 57 Hình 2.34: Lưu đồ giải thuật hàm chức tăng/giảm gió 58 Hình 2.35: Lưu đồ giải thuật hàm chức tăng/ giảm nhiệt độ 59 Hình 2.36: Lưu đồ giải thuật hàm chức thay đổi chế độ hướng gió 60 Hình 2.37: Lưu đồ giải thuật hàm chức sưởi kính chắn gió sau .61 Hình 2.38: Lưu đồ giải thuật luồng giao tiếp với ARDUINO CONTROL 62 Hình 2.39: Lưu đồ giải thuật luồng chương trình shutdown hệ thống .64 Hình 2.40: Lưu đồ giải thuật luồng giao diện người dùng 65 Hình 2.41: kết giao diện người dùng 65 Hình 2.42: Sơ đồ khối power Arduino điều khiển quản lý cung cấp nguồn 66 Hình 2.43: Sơ đồ khối ARDUINO CONTROL với nhiệm vụ điều khiển cấu chấp hành 66 Hình 2.44: Lưu đồ giải thuật chương trình code POWER ARDUINO .68 Hình 2.45: Lưu đồ giải thuật chương trình code POWER ARDUINO .70 v Hình 2.46: Lưu đồ giải thuật chương trình code Arduino đếm xung encoder 71 Hình 2.47: Lưu đồ giải thuật chương trình code Arduino điều khiển tăng giảm nhiệt độ 72 Hình 2.48: Lưu đồ giải thuật chương trình code Arduino điều khiển thay đổi vị trí hướng gió 73 Hình 2.49: Lưu đồ giải thuật chương trình code Arduino điều khiển lấy gió trong/ngồi 74 Hình 2.50: Lưu đồ giải thuật chương trình code Arduino điều khiển mở/tắt sưởi kính chắn gió sau xe 75 Hình 2.51: Lưu đồ giải thuật chương trình code Arduino điều khiển mở/tắt điều hịa 75 Hình 2.52: Lưu đồ giải thuật chương trình code Arduino điều khiển thay đổi tốc độ quạt gió 76 Hình 2.53: Kết khởi động hệ thống trợ lý ảo 78 Hình 2.54: Kết tắt hệ thống trợ lý ảo 79 Hình 2.55: Kết điều chỉnh gió mức độ 80 Hình 2.56: Kết điều chỉnh gió mức độ 80 Hình 2.57: Kết điều chỉnh gió mức độ 81 Hình 2.58: Kết điều chỉnh gió mức độ 81 Hình 2.59: Khi cánh điều chỉnh nhiệt vị trí trung gian thiệt độ đạt xe 32o 82 82 83 83 Hình 2.60: Giảm mức nhiệt xuống mức nhiệt bắt đầu giảm cịn 30° Hình 2.61: Khi giảm mức nhiệt xuống mức nhiệt độ giảm xuống 24° Hình 2.62: Khi giảm nhiệt độ tối đa thiệt độ rơi xuống 19° o Hình 2.63: Khi tăng mức nhiệt lên nhiệt độ tăng lên gần đến 50 84 Hình 2.64: Kết thử nghiệm cấu chấp hành điều chỉnh hướng gió 86 Hình 2.65: Kết thử nghiệm cấu chấp hành điều chỉnh nhiệt độ .87 Hình 2.66: Kết thử nghiệm cấu chấp hành lấy gió 88 Hình 3: Giao diện đề xuất phát triển 92 vi DANH MỤC CÁC BẢNG Bảng 1.1: Giao tiếp hộp điều khiển liên quan hệ thống điều hịa Bảng 1.2: Vị trí van điều khiển tương ứng chế độ 11 Bảng 1.3: Lưu lượng gió chế độ hướng gió 11 vii BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐH SƯ PHẠM KỸ THUẬT TPHCM THÔNG TIN KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU CỦA ĐỀ TÀI Thông tin chung: - Tên đề tài: Nghiên cứu ứng dụng Module trợ lý ảo hệ thống điều hòa - Chủ nhiệm đề tài: Nguyễn Văn Thanh Phúc Mã số SV:18145424 - Lớp: 181451E Khoa: Cơ khí động lực - Thành viên đề tài: Stt Họ tên MSSV Lớp Khoa Nguyễn Văn Thanh Phúc 18145424 181451E Cơ khí động lực Lê Dương Chánh 18145312 181451A Cơ khí động lực - Người hướng dẫn:ThS.Nguyễn Thành Tuyên Mục tiêu đề tài: Mục đích đề tài tương tác tiện nghi ngun điều hịa tơ hồn tồn thơng qua trợ lý ảo giọng nói tương tác với trợ lý ảo thông qua giao diện người dùng người dùng không giao tiếp với trợ lý ảo giọng nói Tạo tiền đề cho cơng trình nghiên cứu hệ thống tiện nghi thơng minh khoa Cơ khí động lực trường Đại học Sư phạm kỹ thuật Tính sáng tạo: Đề tài nghiên cứu trợ lý ảo hệ thống điều hịa tơ đưa giải pháp kết hợp máy tính nhúng, vi điều khiển can thiệp hệ thống điện khí xe để gián tiếp giải phần nguyên nhân dẫn đến tai nạn ô tô Đây đề tài lĩnh vực công nghệ ô tô can thiệp vào hệ thống điện thân xe để thay nâng cấp tiện nghi ô tô trở nên thơng minh từ người dùng thao tác mà lại dễ dàng sử dụng Kết nghiên cứu: Quá trình thực nghiệm thử nghiệm lần với tất chức có chức giao tiếp giọng nói Sau lần chạy thực nghiệm cho thấy kết sau: - Phần cứng gồm module trợ lý ảo cấu chấp hành hoạt động tốt sau lần thử nghiệm hồn tồn khơng có hư hỏng, nhiệt độ đảm bảo không cao không sinh viii nhiệt linh kiện cơng suất Do q trình chọn linh kiện có cơng suất dư so với tính tồn đo thực nghiệm - Vấn đề nguồn điện cung cấp cho module hoạt động bình thường từ 2A đến 2.5A Ở trạng thái khơng hoạt động tất tải điện module tắt trừ Arduino nhận tín hiệu từ cơng tắt máy ln hoạt động dòng hoạt động nhỏ vài trăm miliampe tương đương nuôi hộp ECU ô tô Module lắp đặt không ảnh hưởng đến hệ thống cung cấp điện ô tô Nếu ô tô để lâu không hoạt động phải nên cân nhắc việc thay ắc quy có dung lượng lớn Các tải tiêu tốn dịng nhiều Raspberry kết hợp với LCD hiển thị - Giao diện hình hiển thị rõ vị trí bố trí có tầm nhìn tốt cho tài xế người điều khiển - Vị trí bố trí cấu chấp hành hộp module hồn tồn hợp lý không ảnh hưởng đến nguyên xe So sánh kích thước tồn cấu chấp hành so với nguyên xe không chênh lệch Hộp điều khiển bố trí khoang trước ghế phụ cấu chấp hành bố trí phía sau lắp đặt vị trí hình - Các giắc nhóm tự nghiên cứu chế tạo hồn tồn đáp ứng cường độ dịng điện hệ thống Các cấu in 3D thay hoàn toàn đáp ứng độ bền - Tuy trợ lý ảo chưa áp dụng cơng nghệ AI(trí tuệ nhân tạo) hệ thống trợ lý ảo sử dụng não logic đáp ứng hoàn toàn chức vai trò hệ thống nguyên xe - Kết việc nhận dạng lệnh người dùng hồn tồn chấp nhận lệnh người dùng đưa trực quan thư viện Command.py nhóm nghiên cứu hoạt động tốt dù lập trình với giải thuật túy chưa sử dụng công cụ nâng cao khác - Cơ cấu chấp hành hệ thống đáp ứng với tốc độ ổn định hoàn toàn tương ứng với tốc độ đáp ứng hệ thống nguyên Nhưng tốc độ mở hệ thống tương đối lâu 52 giây Cịn thời gian tắt hệ thống chấp nhận 16 giây - Về phần giao tiếp giọng nói hệ thống giao tiếp Tiếng Việt giọng phổ thông miền Nam lệnh liên quan đến hệ thống điều hòa Khả nhận dạng xác gần 90% phần cịn lại tiếng lóng nên nhận dạng sai Dù có phương pháp khắc phục chưa thể đầy đủ cần có thời gian thu thập liệu liên quan đến ngơn ngữ vùng miền tiếng lóng vùng miền Q trình thực nghiệm nhóm chưa thử nghiệm với giọng vùng miền khác nên khơng có kết phần thử nghiệm