Tổng Quan
Trợ lý ảo
Trợ lý ảo, một khái niệm công nghệ mới, lần đầu tiên xuất hiện vào năm 1961 tại Hội chợ Thế giới Seattle với thiết bị IBM Shoebox, có khả năng nhận diện giọng nói Đến năm 1970, Bộ Quốc phòng Hoa Kỳ và cơ quan DARPA đã có những bước tiến quan trọng trong việc phát triển công nghệ này.
Bộ này đã phát triển công cụ "Harpy" có thể nhận dạng khoảng 1000 từ, tương đương vốn từ vựng của một đứa bé 3 tuổi.
Vào những năm 1990, các nhà sản xuất hàng đầu như Microsoft, IBM, Philips và Lernout & Hauspie bắt đầu nghiên cứu và áp dụng trợ lý ảo trên máy tính cá nhân Sự kiện ra mắt điện thoại thông minh đầu tiên, IBM Simon, vào năm 1994 đã đặt nền móng cho sự phát triển của các trợ lý ảo thông minh hiện nay.
Vào năm 2011, Siri, trợ lý ảo số hiện đại đầu tiên, đã được giới thiệu trên chiếc iPhone 4S của Apple, đánh dấu bước ngoặt quan trọng trong công nghệ điện thoại thông minh.
Kể từ năm 2017, trợ lý ảo đã thu hút sự chú ý của người dùng nhờ vào các ứng dụng thực tiễn, đặc biệt là nhờ sự đầu tư mạnh mẽ từ những tập đoàn lớn như Amazon với Alexa, Google với Google Assistant và Apple với Siri.
Hình 2.1: Các trợ lý ảo trên các dòng Smartphone
Trợ lý ảo là phần mềm được phát triển dựa trên trí thông minh nhân tạo (AI), được tích hợp sâu vào hệ điều hành bởi các nhà phát triển công nghệ Mục tiêu chính của trợ lý ảo là hỗ trợ người dùng trong việc sử dụng thiết bị một cách dễ dàng hơn, dựa trên thói quen sử dụng thường ngày của họ.
Google Assistant là trợ lý ảo do Google phát triển, ra mắt tại hội nghị nhà phát triển vào tháng 5 năm 2016 Khác với Google Now, Google Assistant có khả năng tham gia vào các cuộc trò chuyện hai chiều, mang đến trải nghiệm tương tác tốt hơn cho người dùng.
Google Assistant ban đầu được tích hợp vào ứng dụng nhắn tin Google Allo và loa thông minh Google Home Sau đó, vào tháng 2 năm 2017, Google đã mở rộng Assistant ra các thiết bị Android khác, bao gồm điện thoại thông minh bên thứ ba và thiết bị Android Wear, và phát hành ứng dụng riêng trên iOS vào tháng 5 Để hỗ trợ các nhà phát triển bên thứ ba, Google đã ra mắt bộ phát triển phần mềm (SDK) vào tháng 4 năm 2017, cho phép họ xây dựng phần cứng tương thích với Google Assistant Nhờ vậy, Assistant đã được mở rộng hỗ trợ cho nhiều thiết bị, bao gồm xe hơi và thiết bị nhà thông minh, với khả năng bổ sung chức năng từ các nhà phát triển bên thứ ba.
Người dùng có thể tương tác với Google Assistant qua giọng nói tự nhiên hoặc nhập liệu bằng bàn phím Các chức năng cơ bản của Assistant tương tự như Google Now, bao gồm tìm kiếm trên Internet, đặt sự kiện trên lịch và báo thức, điều chỉnh cài đặt phần cứng, và hiển thị thông tin từ tài khoản Google Ngoài ra, Google còn bổ sung tính năng nhận diện vật thể và thu thập thông tin qua máy ảnh, hỗ trợ mua sắm và chuyển tiền.
Vào ngày 6 tháng 5 năm 2019, Google đã chính thức bổ sung tiếng Việt vào danh sách ngôn ngữ hỗ trợ của Google Assistant Điều này cho phép người dùng Việt Nam sử dụng câu lệnh bằng tiếng Việt để thực hiện các truy vấn và nhận thông tin một cách dễ dàng.
Trước đây, người dùng Việt Nam phải ra lệnh cho Google Assistant bằng tiếng Anh hoặc ngôn ngữ nước ngoài khác, gây khó khăn trong việc sử dụng Rào cản ngôn ngữ này đã hạn chế sự phổ biến của Google Assistant và các trợ lý ảo khác tại Việt Nam.
2.1.3 Loa thông minh Google Home
Google Home là thương hiệu loa thông minh của Google, cho phép người dùng tương tác qua lệnh thoại với Google Assistant Thiết bị tích hợp nhiều dịch vụ nội bộ và bên thứ ba, giúp người dùng nghe nhạc, kiểm soát video và nhận tin tức bằng giọng nói Ngoài ra, Google Home hỗ trợ tự động hóa gia đình, cho phép điều khiển thiết bị thông minh trong nhà Sản phẩm đầu tiên được phát hành tại Hoa Kỳ vào tháng 11 năm 2016, và sau đó được phát hành toàn cầu từ năm 2017.
Google Home và Google Assistant đã được cải tiến qua các bản cập nhật phần mềm, bổ sung nhiều chức năng hữu ích theo thời gian Người dùng có thể đặt nhiều loa trong các phòng khác nhau để phát nhạc đồng bộ Đặc biệt, bản cập nhật tháng 4 năm 2017 đã cho phép thiết bị nhận diện giọng nói của tối đa sáu người dùng Vào tháng 5 năm 2017, Google giới thiệu nhiều tính năng mới, bao gồm gọi điện thoại miễn phí tại Hoa Kỳ và Canada, thông báo trước các sự kiện trong lịch, phản hồi trực quan trên thiết bị di động hoặc TV hỗ trợ Chromecast, phát âm thanh qua Bluetooth, và khả năng thêm lời nhắc và lịch hẹn.
Loa Google Home ra mắt vào tháng 11 năm 2016 với thiết kế hình trụ và đèn LED trạng thái Đến tháng 10 năm 2017, Google giới thiệu hai sản phẩm mới: Google Home Mini nhỏ gọn và Google Home Max lớn hơn Năm 2018, Google phát hành Google Home Hub, một loa thông minh tích hợp màn hình cảm ứng 7 inch Tiếp theo, vào tháng 5 năm 2019, Google công bố Google Nest Hub Max với màn hình 10 inch và camera.
Internet Of Thing
Internet of Things (IoT) là khái niệm chỉ các đối tượng có thể nhận biết và tồn tại trong một kiến trúc kết nối Trong viễn cảnh này, mọi vật, động vật và con người được cấp định danh và khả năng tự động truyền tải dữ liệu qua mạng mà không cần tương tác giữa con người với nhau hoặc giữa con người với máy IoT phát triển từ sự hội tụ của các công nghệ không dây, hệ thống vi cơ điện tử (MEMS) và Internet Thuật ngữ này được Kevin Ashton, nhà khoa học sáng lập Trung tâm Auto-ID tại MIT, giới thiệu vào năm 1999.
Trong Internet of Things (IoT), "thing" hay sự vật có thể là một trang trại động vật với bộ tiếp sóng chip sinh học, một chiếc xe ô tô trang bị cảm biến để cảnh báo lái xe khi lốp quá non, hoặc bất kỳ đồ vật nào, tự nhiên hay do con người sản xuất, có thể gán địa chỉ IP và truyền tải dữ liệu qua mạng Để trở thành một ứng dụng IoT, một sự vật phải đáp ứng hai thuộc tính: đầu tiên, nó phải là một ứng dụng internet; thứ hai, nó cần thu thập thông tin từ vật chủ.
Hình 2.7 minh họa sự gia tăng nhanh chóng của giao tiếp máy – máy trong IoT, với ví dụ điển hình là tủ lạnh thông minh Tủ lạnh này không chỉ đơn thuần là một thiết bị lưu trữ thực phẩm mà còn được trang bị cảm biến kiểm tra số lượng thực phẩm, cảm biến nhiệt độ và cảm biến phát hiện cửa mở Tất cả thông tin này được truyền tải lên internet Khi người dùng thiết lập danh mục thực phẩm, tủ lạnh sẽ thông báo khi có sản phẩm sắp hết, và nếu các sản phẩm được gắn mã ID, nó sẽ tự động gửi yêu cầu nhập hàng đến siêu thị, giúp nhân viên giao hàng đưa thực phẩm đến tận nhà.
Hình 2.8: Ứng dụng tủ lạnh trong IoT
IoT mang đến nhiều hiệu quả thiết thực cho con người và đang được tích hợp vào mọi thứ xung quanh chúng ta Từ vòng tay thông minh, thiết bị gia dụng trong nhà, đến các khu vườn ươm hạt giống và cả động vật, con người đều sử dụng giải pháp IoT.
Ứng dụng IoT trong lĩnh vực vận tải chủ yếu được thể hiện qua việc gắn chip GPS lên xe chở hàng, giúp kiểm soát lộ trình, tốc độ và thời gian di chuyển Việc này không chỉ nâng cao hiệu quả quản lý vận chuyển mà còn cho phép xử lý kịp thời khi xe đi sai lộ trình hoặc gặp sự cố, ngay cả ở những khu vực không có mạng di động Ngoài ra, ứng dụng này còn giúp kiểm soát lượng nhiên liệu tiêu hao theo lộ trình đã định sẵn.
Hình 2.10: Theo dõi lộ trình đi của xe chở hàng. Ứng dụng trong lĩnh vực sản xuất nông nghiệp:
Quá trình sinh trưởng và phát triển của cây trồng bao gồm nhiều giai đoạn từ hạt nảy mầm đến ra hoa kết trái, mỗi giai đoạn yêu cầu chăm sóc khác nhau về dinh dưỡng và tưới tiêu Sự chăm sóc này đòi hỏi nỗ lực bền bỉ của người nông dân Tuy nhiên, nhờ ứng dụng khoa học kỹ thuật và cảm biến để đo nhiệt độ, độ ẩm, độ pH của đất, hệ thống tự động tưới tiêu và bón phân phù hợp với từng giai đoạn phát triển của cây Người nông dân giờ đây chỉ cần kiểm tra và quan sát hoạt động của hệ thống chăm sóc cây trồng qua màn hình máy tính kết nối mạng.
Hình 2.11: Theo dõi tình trạng sinh trưởng của cây trồng.
Mỗi loại nông sản sẽ được gắn mã ID, giúp tủ lạnh tự động gửi thông báo khi sắp hết hàng Ngay khi nhận được thông báo, cơ sở dữ liệu của trang trại sẽ biết được nhu cầu và nhanh chóng cung cấp nông sản tận nhà cho bạn Ứng dụng này mang lại tiện ích cho hệ thống nhà thông minh.
Trong những năm gần đây, khi thế giới chuyển mình vào kỷ nguyên Internet of Things, nhà thông minh đã trở thành xu hướng công nghệ không thể thiếu, định hình tiêu chuẩn cho nhà ở hiện đại Trong một căn hộ thông minh, tất cả các thiết bị như rèm cửa, điều hòa, dàn âm thanh, hệ thống ánh sáng, an ninh và thiết bị nhà tắm được kết nối và hoạt động tự động theo kịch bản lập trình sẵn, nhằm đáp ứng nhu cầu sử dụng của khách hàng một cách tối ưu.
Vào buổi sáng, hệ thống tự động tắt đèn và điều chỉnh rèm cửa để giảm tiếng ồn từ đường phố, đồng thời tối ưu hóa ánh sáng tự nhiên Vào buổi tối, đèn sáng lên, rèm cửa được kéo lên, cho phép người dùng chiêm ngưỡng cảnh thành phố lung linh ánh đèn, trong khi âm nhạc nhẹ nhàng vang lên với những giai điệu yêu thích của gia đình.
Hệ thống nhà thông minh tự động kích hoạt chế độ "Ra khỏi nhà" khi cả gia đình đi vắng, giúp tắt hoặc đóng toàn bộ thiết bị điện tử gia dụng Khi chủ nhân trở về, mọi thiết bị sẽ khôi phục lại trạng thái trước đó, và nước nóng sẽ được chuẩn bị sẵn từ vài phút trước Đặc biệt, hệ thống an ninh hoạt động 24/24, thông báo cho chủ nhà về mọi thay đổi "đáng ngờ" trong ngôi nhà, bất kể họ đang ở đâu.
Blynk
Đây là một nền tảng IoT được ưa thích bởi hơn 500.000 kỹ sư trong lĩnh vực IoT trên toàn thể giới.
Có ba thành phần chính trong nền tảng Blynk:
Blynk App - cho phép tạo giao diện cho sản phẩm của bạn bằng cách kéo thả các widget khác nhau mà nhà cung cấp đã thiết kế sẵn.
Máy chủ Blynk đóng vai trò quan trọng trong việc xử lý dữ liệu giữa điện thoại, máy tính bảng và phần cứng Người dùng có thể lựa chọn sử dụng Blynk Cloud hoặc tự thiết lập máy chủ Blynk riêng để phục vụ nhu cầu của mình.
As an open-source solution, it allows for easy integration with various devices and even enables the use of Raspberry Pi as a server for the system.
Thư viện Blynk hỗ trợ hầu hết các nền tảng phần cứng phổ biến, cho phép giao tiếp hiệu quả với máy chủ và xử lý tất cả các lệnh gửi và nhận.
Hình 2.13: Sơ đồ hệ sinh thái Blynk
Nguyên lý hoạt động của Blynk là khi người dùng nhấn nút trong ứng dụng, yêu cầu sẽ được gửi đến server của Blynk Server sau đó kết nối với phần cứng thông qua thư viện, và thiết bị phần cứng sẽ truyền dữ liệu ngược lại đến server.
Vì thế chúng ta có thể tự mình xây dụng một hệ sinh thâí nhà thông minh dựa trên nền tảng của Blynk
- Cung cấp API & giao diện người dùng tương tự cho tất cả các thiết bị và phần cứng được hỗ trợ
- Kết nối với server bằng cách sử dụng:Wifi, Bluetooth và BLE, Ethernet, USB (Serial), GSM, …
- Các tiện ích trên giao diện được nhà cung cấp dễ sử dụng
- Thao tác kéo thả trực tiếp giao diện mà không cần viết mã
- Dễ dàng tích hợp và thêm chức năng mới bằng cách sử dụng các cổng kết nối ảo được tích hợp trên blynk app
- Theo dõi lịch sử dữ liệu
- Thông tin liên lạc từ thiết bị đến thiết bị bằng Widget
Nhà thông minh
Nhà thông minh là loại hình nhà được trang bị các thiết bị điện và điện tử có khả năng tự động hóa hoặc điều khiển từ xa, giúp thay thế con người trong các thao tác quản lý Hệ thống này cho phép người dùng tương tác thông qua bảng điều khiển điện tử, ứng dụng di động, máy tính bảng hoặc giao diện web.
Trong một căn nhà thông minh, tất cả các thiết bị từ phòng ngủ, phòng khách đến toilet đều được trang bị bộ điều khiển điện tử kết nối Internet và điện thoại di động Điều này cho phép chủ nhà điều khiển từ xa hoặc lập trình hoạt động của thiết bị theo lịch trình Ngoài ra, các đồ gia dụng có khả năng hiểu và tương tác với nhau, tạo ra một hệ thống thông minh và tiện lợi.
- Điều khiển chiếu sáng (on/off, dimmer, scence, timer, logic, )
- Điều khiển mành, rèm, cửa cổng
- Hệ thống an ninh, báo động, báo cháy
- Điều khiển điều hòa, máy lạnh
- Hệ thống âm thanh đa vùng
- Hệ thống Bảo vệ nguồn điện
2.2.3 Các hệ sinh thái nhà thông minh trên thế giới:
Với sự gia tăng nhu cầu về nhà thông minh toàn cầu, các công ty công nghệ hàng đầu đã phát triển hệ sinh thái SmartHome riêng biệt Trung tâm của các hệ sinh thái này là trợ lý ảo tích hợp AI, kết hợp với các thiết bị điện thông minh kết nối IoT và phần mềm hỗ trợ trên smartphone.
Tiêu biểu trong các hệ sinh thái này phải kể đến: Amazon, Google, Samsung, Xiaomi, GeekLink, …
Thiết bị và giải pháp công nghệ
Kit NodeMCU Lua ESP8266
Chip ESP8266, do Espressif phát triển, cung cấp giải pháp giao tiếp Wifi cho thiết bị IoT Điểm nổi bật của ESP8266 là tích hợp các mạch RF như balun, công tắc antenna, bộ khuếch đại công suất TX và bộ lọc RX trong kích thước chỉ 5x5mm, giúp giảm thiểu kích thước board mạch và số lượng linh kiện cần thiết.
Hình 3.1: Module NodeMCU Lua ESP8266
Module thu phát Wifi ESP8266 NodeMCU Lua là một kit phát triển dựa trên chip Wifi SoC ESP8266, thiết kế thân thiện với người dùng Nó cho phép lập trình và nạp code trực tiếp thông qua trình biên dịch của Arduino, giúp đơn giản hóa quá trình phát triển ứng dụng trên ESP8266.
Hình 3.2: Sơ đồ nguyên lý kit NodeMCU ESP8266 Thông số kỹ thuật:
- IC chính: ESP8266 Wifi SoC.
- Phiên bản firmware: NodeMCU Lua
- Chip nạp và giao tiếp UART: CH340
- GPIO tương thích hoàn toàn với firmware Node MCU.
- Cấp nguồn: 5VDC MicroUSB hoặc Vin.
- GIPO giao tiếp mức 3.3VDC
- Tích hợp Led báo trạng thái, nút Reset, Flash.
- Tương thích hoàn toàn với trình biên dịch Arduino.
Công tắc cảm ứng
Ngày nay, nhiều thiết bị gia dụng và điện tử như bếp từ, bảng công tắc điều khiển nhà thông minh và điện thoại sử dụng nút bấm điện dung Các nút này chỉ cần chạm để hoạt động, không cần nhấn như nút bấm cơ truyền thống Đặc điểm nổi bật của chúng là không thể nhấn "lõm" vì được thiết kế trên bề mặt nhựa hoặc kính phẳng.
Nút bấm điện dung được phát triển nhằm thay thế nút bấm cơ truyền thống, mang lại sự tinh tế và hiện đại cho các thiết bị điện tử IC TTP224 là một giải pháp phổ biến cho cảm ứng điện dung, thường được sử dụng trong các thiết bị điều khiển, với khả năng tự động xử lý 4 cực chạm và cung cấp 4 đầu ra trực tiếp.
Hình 3.3: Sơ đồ nguyên lý mạch công tắc cảm ứng Thông tin chung về IC TTP224-ASD (SSOP20)
- Dòng điện tiêu thụ tại VDD = 3V không tải: 2.5uA ở low power mode và
- Thời gian đáp ứng tại VDD = 3V là 100mS ở fast mode và 200mS ở low power mode
- Có thể điều chỉnh độ nhạy cho cảm biến bằng tụ ngoài gắn vào touch pad
- Cung cấp 2 chế độ là fast mode và low power mode được lựa chọn bởi chân
- Có thể điều chỉnh thời gian chạm tối đa 120s/64s/16s bởi các chân MOT1, MOT0
Hình 3.4: Mặt công tắc cảm ứng Điều chỉnh độ nhạy:
Kích thước điện cực và điện dung của đường dây kết nối trên PCB là những yếu tố quan trọng ảnh hưởng đến độ nhạy của cảm biến Để đạt hiệu quả tối ưu, độ nhạy của cảm biến cần được điều chỉnh phù hợp với từng ứng dụng cụ thể trên PCB TTP224-ASD cung cấp nhiều phương pháp linh hoạt để điều chỉnh độ nhạy của cảm biến, giúp nâng cao hiệu suất hoạt động.
Kích thước và độ dày của bản cực có ảnh hưởng quan trọng đến độ nhạy của thiết bị Sử dụng bản cực lớn hơn có thể nâng cao độ nhạy, nhưng cần đảm bảo kích thước nằm trong phạm vi hiệu quả cho phép Đồng thời, bản cực mỏng cũng giúp tăng cường độ nhạy, tuy nhiên độ dày phải thấp hơn giá trị cực đại cho phép để đảm bảo hiệu suất tối ưu.
Giá trị của tụ Cs: Thêm các tụ Cs (xem schematic) vào để điều chỉnh độ nhạy của cảm biến.
Khi không sử dụng tụ nối mass, độ nhạy sẽ đạt mức cao nhất Điện dung của tụ Cs càng lớn thì độ nhạy càng giảm Do đó, giá trị của tụ nên được chọn trong khoảng từ 0pF đến 50pF.
Để tối ưu hóa thiết kế, độ dày và kích thước bản cực không thể thay đổi, vì vậy chúng ta nên chọn kích thước 15x15mm Đối với tụ Cs, giá trị 10pF là cần thiết và có thể điều chỉnh tùy theo mục đích sử dụng cụ thể.
Khi để chân TOG, OD, AHLB ở mặc định (để hở) thì cảm biến sẽ ở direct mode và CMOS active high output.
Module relay 4 kênh
Relay là thiết bị đóng cắt cơ bản, nó được sử dụng rất nhiều trong cuộc sống và trong các thiết bị điện tử.
Cấu tạo Relay gồm 2 phần:
- Cuộn hút: Tạo ra năng lượng từ trường để hút tiếp điểm về phía mình Tùy vào điện áp làm việc người ta chia Relay ra:
Cặp tiếp điểm trong relay hoạt động khi không có từ trường, với tiếp điểm 1 tiếp xúc với tiếp điểm 2 nhờ lực lò xo Khi có năng lượng từ trường, tiếp điểm 1 sẽ bị hút và chuyển sang tiếp điểm 3 Relay có thể được thiết kế với 1, 2 hoặc nhiều cặp tiếp điểm khác nhau.
Relay 4 Kênh 5V gồm 4 rơ le hoạt động tại điện áp 5VDC, chịu được hiệu điện thế lên đến 250VAC 10A Relay 4 kênh 5V được thiết kế chắc chắn, khả năng cách điện tốt Trên module đã có sẵn mạch kích relay sử dụng transistor và IC cách ly quang giúp cách ly hoàn toàn mạch điều khiển (vi điều khiển) với rơ le bảo đảm vi điều khiển hoạt động ổn định Có sẵn header rất tiện dụng khi kết nối với vi điều khiển.
Relay 4 kênh sử dụng chân kích mức Thấp (0V), khi có tín hiệu 0V vào chân IN thì relay sẽ nhảy qua thường hở của Relay Ứng dụng dùng với relay module khá nhiều bao gồm cả điện DC hay AC.
Hình 3.6: Module relay 4 kênh Thông số kỹ thuật:
- Sử dụng điện áp nuôi 5VDC.
- 4 Relay đóng ngắt ở điện thế kích bằng 0V nên có thể sử dụng cho cả tín hiệu 5V hay 3v3 (cần cấp nguồn ngoài), mỗi Relay tiêu thụ dòng khoảng 80mA
- Điện thế đóng ngắt tối đa: AC250V – 10A hoặc DC30V – 10A.
- Có đèn báo đóng ngắt trên mỗi Relay.
Đèn led 6W
Đèn LED Bulb tiết kiệm năng lượng hơn, chỉ tiêu thụ một nửa công suất so với đèn Compact nhưng có tuổi thọ cao gấp 5 lần Với hiệu suất sáng đạt trên 90lm/w, đèn LED Bulb cung cấp ánh sáng trực tiếp và mạnh mẽ.
Mặt trước đèn được làm bằng nhựa PC nên ánh sáng tản đều, chống chói lóa;
Thân đèn được thiết kế bằng nhựa PBT có khả năng chống cháy và chịu nhiệt cao
Các chỉ số quang thông và hiệu năng của đèn đều vượt trội so với đèn truyền thống.
Kiểu dáng đa dạng về kiểu dáng và màu sắc trắng, vàng, đỏ, xanh dương, xanh lá.
Bóng đèn LED 3W có hiệu suất phát sáng vượt trội so với bóng đèn compact và sợi tóc, với kích thước nhỏ gọn, dễ dàng lắp đặt ở nhiều vị trí khác nhau Sản phẩm không chứa chất độc hại, thân thiện với môi trường và thiết kế của nó phù hợp với các chóa lon compact cũ.
Hình 3.8: Bảng thông số kỹ thuật đèn led 3W 3.5 Phần mềm IDE Đây là phần mềm dùng để lập trình nạp code vô kit NodeMCU Lua ESP8266
Cấu trúc một chương trình trong phần mềm IDE:
Phần 1: Khai báo biến Đây là phần khai báo kiểu biến, tên các biến, định nghĩa các chân trên board một số kiểu khai báo biến thông dụng:
Từ "define" có nghĩa là định nghĩa, trong khi hàm #define được sử dụng để gán một chân hoặc ngõ ra với một tên cụ thể Ví dụ, cú pháp #define led 13 giúp gán tên "led" cho chân số 13.
Chú ý: sau #define thì không có dấu “,” (dấy phẩy)
Khai báo các kiểu biến khác nhau như int (kiểu số nguyên) và float là rất quan trọng trong lập trình Để tìm hiểu thêm về các kiểu biến và công dụng của chúng, bạn có thể tham khảo thông tin chi tiết tại arduino.cc.
Phần 2: Thiết lập (void setup())
Phần này dùng để thiết lập cho chương trình, cần nhớ rõ cấu trúc của nó void setup()
Cấu trúc của nó có dấu ngoặc nhọn ở đầu và ở cuối, nếu thiếu phần này khi kiểm tra chương trình thì chương trình sẽ báo lỗi.
Phần này dùng để thiết lập các tốc độ truyền dữ liệu, kiểu chân là chân ra hay chân vào Trong đó:
Để truyền dữ liệu từ board Arduino lên máy tính, bạn cần sử dụng lệnh `Serial.begin(9600);` Để xác định kiểu chân của một biến, sử dụng lệnh `pinMode(biến, kiểu vào hoặc ra);`, ví dụ: `pinMode(ChanDO, INPUT);` để thiết lập chân đó là đầu vào.
Dùng để viết các lệnh trong chương trình để mạch Arduino thực hiện các nhiệm vụ mà chúng ta mong muốn, thường bắt đầu bằng: void loop()
Một số câu lệnh, cấu trúc thường gặp:
Bảng 2.1 Một số câu lệnh thường gặp
Ký hiệu, câu lệnh Ý nghĩa
Dấu // dùng để giải thích, khi nội dung giải thích nằm trên 1 dòng,
// khi kiểm tra chương trình thì phần kiểm tra sẽ bỏ qua phần này, không kiểm tra,
*/ đoạn, tức có thể xuống dòng được
Câu lệnh #define được sử dụng để định nghĩa và xác định tên cho một biến, ví dụ như #define led 13, nhằm gán chân 1 cho biến Để điều khiển trạng thái của chân, cú pháp sử dụng là digitalWrite(chân, trạng thái), trong đó trạng thái có thể là HIGH hoặc LOW Ví dụ, để bật đèn LED, ta sử dụng digitalWrite(led, HIGH); và để tắt, ta dùng digitalWrite(led, LOW); Lưu ý rằng mỗi câu lệnh cần có dấu chấm phẩy ở cuối.
Có ý nghĩa dùng để băm xung (PWM), thường dùng để điều analogWrite(chân, khiển tốc độ động cơ, độ sáng giá trị); led,
Lệnh "digitalRead(chân)" được sử dụng để đọc giá trị số tại chân, trong khi "analogRead(chân)" dùng để đọc giá trị analog tại chân Cả hai lệnh này đều có chức năng quan trọng trong việc thu thập dữ liệu từ các cảm biến trong các dự án điện tử.
Delay có nghĩa là chờ, trì hoãn hoặc duy trì trạng thái Lệnh delay được sử dụng để thiết lập thời gian trì hoãn, được tính bằng mili giây, trong đó 1 giây tương đương với 1.000 mili giây Câu lệnh if() trong lập trình có nghĩa là "nếu", với điều kiện nằm trong dấu ngoặc đơn.
SVTH: Mai Thanh Tuấn Trang 26
Trong phần 5 của bài viết về cảm biến độ ẩm đất, nếu giá trị đọc được của biến giatriAnalog lớn hơn 500, thì lệnh digitalWrite(Led,HIGH) sẽ được thực hiện để bật đèn LED, sau đó hệ thống sẽ chờ 1 giây trước khi tiếp tục Ngược lại, nếu giá trị giatriAnalog nhỏ hơn hoặc bằng 500, sẽ không có hành động nào được thực hiện.
SVTH: Mai Thanh Tuấn Trang 27
Phần mềm IDE
GIỌNG NÓI VỚI GOOGLE ASSISTANT
Khối xử lí trung tâm Công Tắc
Node MCU Esp8266 Cảm Ứng
Hình 4.1: Sơ đồ khối hệ thống
Khối nguồn: Đây là khối để cung cấp điện cho toàn bộ hệ thống điện Gồm có hai nguồn:
Nguồn cho mạch điều khiển: tạo ra dòng điện và điện thế ổn định cung cấp an toàn cho cả mạch Ở đây có thể dùng nguồn 6V-24V
Nguồn cho các thiết bị điện: Dùng điện 220V
Khối xử lí trung tâm NodeMCU Lua Esp8266:
Thiết kế điều khiển thiết bị bằng giọng nói với Google Assistant (Google Home)
Sơ đồ khối
Khối xử lí trung tâm Công Tắc
Node MCU Esp8266 Cảm Ứng
Hình 4.1: Sơ đồ khối hệ thống
Khối nguồn: Đây là khối để cung cấp điện cho toàn bộ hệ thống điện Gồm có hai nguồn:
Nguồn cho mạch điều khiển: tạo ra dòng điện và điện thế ổn định cung cấp an toàn cho cả mạch Ở đây có thể dùng nguồn 6V-24V
Nguồn cho các thiết bị điện: Dùng điện 220V
Khối xử lí trung tâm NodeMCU Lua Esp8266:
NodeMCU Lua ESP8266 được trang bị chip WiFi ESP8266EX trong module ESP-12E, giúp kết nối WiFi một cách dễ dàng Thiết bị này cho phép xử lý tín hiệu để điều khiển các thiết bị điện thông qua Google Assistant, Blynk và công tắc cảm ứng.
Mô hình này sử dụng module relay 4 kênh để điều khiển và đóng ngắt bốn thiết bị điện trong nhà một cách hiệu quả Khối công tắc cảm ứng giúp người dùng dễ dàng quản lý các thiết bị điện, mang lại sự tiện lợi và linh hoạt trong việc sử dụng.
Sử dụng Blynk để điều khiển thiết bị điện trong nhà một cách thủ công khi không có sự hỗ trợ của Google Assistant Blynk hoạt động như một sever giúp kết nối và điều khiển các thiết bị qua wifi.
Bạn có thể điều khiển các thiết bị điện trong nhà thông qua ứng dụng Blynk trên smartphone và nền tảng web Blynk trên máy tính Ngoài ra, với trợ lý ảo Google Assistant, bạn có thể điều khiển thiết bị điện bằng giọng nói qua smartphone, loa thông minh Google Home Mini và nhiều thiết bị khác.
Các thiết bị điện trong nhà như đèn, quạt, máy bơm, và máy lạnh có thể được kết nối và điều khiển bằng giọng nói thông qua trợ lý ảo Google Assistant, cùng với công tắc cảm ứng và ứng dụng Blynk.
Với đề tài này tôi sử dụng đèn công suất nhỏ để mô phỏng các thiết bị điện trong nhà: đèn phòng khác
Sơ đồ kết nối
Mô hình điều khiển thiết bị điện trong nhà qua Wifi sử dụng phần cứng kết nối theo sơ đồ dưới đây, với khối xử lý trung tâm là kít NodeMCU Lua ESP 8266.
Hình 4.2: Sơ đồ kết nối 4.3 Mạch thực tế
Hình 4.3 Giao diện mặt trước của hệ thống
Hình 4.4 Giao diện mặt sau của hệ thống
SVTH: Mai Thanh Tuấn Trang 31
Báo cáo nghiên cứu khoa học 4.4 Lưu đồ giải
Nhận tín hiệu điều khiển từ
Google Assistant/Blynk/Công Tắc
Tín hiệu điều khiển bật tắt thiết bị
Giám sát trên Blynk và công tắc cảm ứng
Hình 4.6: Lưu đồ giải thuật
Nguyên lý hoạt động của hệ thống: Điều khiển bằng giọng nói với Google Assistant:
Khi sử dụng Google Assistant để điều khiển thiết bị, câu lệnh đã được cài đặt sẽ được nhận và truyền qua IFTTT xuống Blynk Từ Blynk, lệnh sẽ tiếp tục được gửi đến NodeMCU Lua ESP8266, nơi nó sẽ xử lý dữ liệu và kích hoạt relay tương ứng với các mức logic để bật tắt thiết bị theo yêu cầu.
Khi nhận tín hiệu điều khiển từ ứng dụng Blynk, NodeMCU Lua ESP8266 sẽ xử lý dữ liệu để kích hoạt các relay tương ứng, từ đó điều khiển thiết bị điện và đồng bộ trạng thái với công tắc cảm ứng.
Khi nhận tín hiệu từ công tắc cảm ứng, NodeMCU Lua ESP8266 sẽ xử lý dữ liệu và kích hoạt các relay tương ứng để điều khiển thiết bị điện, đồng thời đồng bộ trạng thái lên ứng dụng Blynk.
Lưu đồ giải thuật
5.1.1 Những mặt đã làm được
Mạch điện được thiết kế và thi công hoàn chỉnh với các module nhỏ, đã trải qua nhiều lần thử nghiệm và hoạt động ổn định trong thực tế.
- Hệ thống đã điều khiển được bằng giọng nói với Google Assistant
- Xây dựng được mô hình để ứng dụng điều khiển các thiết bị điện trong nhà bằng công tắc cảm ứng
- Hệ thống có thể điều khiển được thiết bị điện từ xa thông qua wifi bằng phần mềm Blynk
Việc đồng bộ hóa điều khiển thiết bị điện trong nhà bằng công tắc cảm ứng với ứng dụng Blynk đã giúp người dùng dễ dàng giám sát các thiết bị thông qua giao diện thân thiện của Blynk.
5.1.2 Những hạn chế, tồn tại
- Điều khiển thiết bị bằng giọng nói vẫn còn chậm
- Điều khiển thiết bị qua công tắc cảm ứng còn hơn chậm
- Mạch điều khiển vẫn chưa có thể sử dụng được nguồn 220 V trực tiếp mà vẫn phài sử dụng nguồn riêng để cung cấp cho mạch
- Đồng bộ trạng thái giữa công tắc cảm ứng và phần mềm Blynk còn chậm
5.2 Hướng phát triển đề tài
- Khắc phục các hạn chế, tồn tại của hệ thống
- Tự phát triển app Android, IOS để điều khiển thiết bị qua wifi
Tích hợp mạch công tắc cảm ứng với ESP 8266 giúp tạo ra công tắc thông minh, có khả năng đồng bộ hóa với các hệ sinh thái Smart Home hiện có trên thị trường.