(Đồ án hcmute) điều khiển robot tập thể dục bằng giọng nói trên điện thoại android

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP.HCM KHOA ĐIỆN - ĐIỆN TỬ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP NGÀNH CÔNG NGHỆ KỸ THUẬT ĐIỆN TỬ - TRUYỀN THÔNG ĐIỀU KHIỂN ROBOT TẬP THỂ DỤC BẰNG GIỌNG NÓI TRÊN ĐIỆN THOẠI ANDROID GVHD: ThS NGUYỄN THỚI SVTH: NGUYỄN ĐỨC LỘC MSSV: 11141124 SVTH: HUỲNH CHÍ PHI MSSV: 11141156 SKL 0 2 Tp Hồ Chí Minh, tháng 1/2016 an ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP PHẦN I an i ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP PHIẾU GIAO NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Thông tin sinh viên Họ tên: Nguyễn Đức Lộc MSSV: 11141124 Tel: 01265503455 Email: nguyenducloc19@gmail.com Họ tên: Huỳnh Chí Phi MSSV: 11141156 Tel: 01699079246 Email: huynhphi56@gmail.com Thông tin đề tài Tên đề tài: ĐIỀU KHIỂN ROBOT TẬP THỂ DỤC BẰNG GIỌNG NÓI TRÊN ĐIỆN THOẠI ANDROID Đồ án tốt nghiệp đƣợc thực tại: Bộ môn Điện Tử Viễn Thông, Khoa Điện - Điện Tử, Trƣờng Đại Học Sƣ Phạm Kỹ Thuật Thành Phố Hồ Chí Minh Thời gian thực hiện: Từ ngày 15/9/2015 đến 22/1/2016 Các nhiệm vụ cụ thể đề tài - Thiết kế thi cơng mơ hình robot tập thể dục điều khiển giọng nói thơng qua Buetooth Smartphone, điều khiển nhiều giọng nói - Nghiên cứu cách lập trình Arduino, thiết kế giao diện điều khiển Android sử dụng Mit Inventor Lời cam đoan sinh viên Chúng – Nguyễn Đức Lộc Huỳnh Chí Phi cam đoan ĐATN cơng trình nghiên cứu thân dƣới hƣớng dẫn thạc sỹ Nguyễn Thới Các kết công bố ĐATN trung thực không chép từ cơng trình khác Tp.HCM, ngày tháng năm 2016 SV thực đồ án Nguyễn Đức Lộc Huỳnh Chí Phi Tp.HCM, ngày Xác nhận Bộ Mơn tháng năm 2016 Giáo viên hƣớng dẫn (Ký ghi rõ họ tên học hàm học vị) an ii ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP TRƢỜNG ĐẠI HỌC SPKT TPHCM Khoa Điện - Điện Tử Bộ Môn Điện Tử Công Nghiệp CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc lập - Tự - Hạnh phúc Tp Hồ Chí Minh,ngày 22 tháng năm 2016 LỊCH TRÌNH THỰC HIỆN ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Họ tên sinh viên 1: Nguyễn Đức Lộc Lớp: 11141DT1 Họ tên sinh viên 2: Huỳnh Chí Phi MSSV:11141124 Lớp: 11141DT1 MSSV:1141153 Tên đề tài: ĐIỀU KHIỂN ROBOT TẬP THỂ DỤC BẰNG GIỌNG NÓI TRÊN ĐIỆN THOẠI ANDROID Xác nhận GVHD Tuần/ngày Nội dung 10/10/2015-17/10/2015 Đăng kí tên đề tài với môn 18/10/2015-25/10/2015 Nộp đề cƣơng sơ lƣợc đề tài cho giáo viên hƣớng dẫn 26/11/2015-3/11/2015 Tìm hiểu, thiết kế thi cơng mơ hình robot 4/11/2015-11/11/2015 Thiết kế thực mơ hình robot 12/11/2015-19/11/2015 30/12/2015-6/1/2015 Vẽ lƣu đồ cho phần mềm quản lý, viết chƣơng trình cho phần mềm quản lý Vẽ lƣu đồ giải thuật vi xử lý, viết chƣơng trình điều khiển board ArduinoMega 2560 Vẽ lƣu đồ giải thuật vi xử lý, viết chƣơng trình điều khiển board Arduino Mega 2560 Lắp ráp mơ hình hồn chỉnh, demo hệ thống 7/1/2015-14/1/2015 Hiệu chỉnh hệ thống viết báo cáo 20/11/2015-21/11/2015 22/12/2015-29/12/2015 GV HƢỚNG DẪN (Ký ghi rõ họ tên) ThS Nguyễn Thới an iii ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP LỜI CẢM ƠN Em xin chân thành cảm ơn quý thầy cô môn Điện Tử Công Nghiệp trang bị cho em kiến thức giúp đỡ em giải khó khăn trình làm đồ án Đặt biệt em xin gởi lời cảm ơn sâu sắc đến Thầy ThS Nguyễn Thới - Giảng viên môn Cơ sở kỹ thuật điện tử trực tiếp hƣớng dẫn tận tình giúp đỡ tạo điều kiện để hoàn thành tốt đề tài Cũng xin gửi lời cảm ơn đến bạn lớp 111411DT chia sẻ trao đổi kiến thức nhƣ kinh nghiệm quý báu thời gian thực đề tài Xin chân thành cảm ơn! an iv ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP MỤC LỤC Nội dung Trang PHẦN I: GIỚI THIỆU……………………………………………………… i NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP……………………………………… ii LỊCH TRÌNH THỰC HIỆN ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP……………………… iii LỜI CẢM ƠN……………………………………………………………… iv MỤC LỤC………………………………………………………………… v DANH SÁCH HÌNH……………………………………………………… x DANH SÁCH BẢNG……………………………………………………… ix TÓM TẮT………………………………………………………………… x PHẦN II: NỘI DUNG……………………………………………………… xi CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN……………………………………………… 1.1 Mục đích đề tài:…………………………………………………… 1.2 Nhiệm vụ giới hạn đề tài:……………………………………… 1.2.1 Nhiệm vụ đề tài:………………………………………………… 1.2.2 Giới hạn đề tài:…………………………………………………… 1.3 Phƣơng pháp nghiên cứu:…………………………………………… 1.4 Tóm tắt đề tài:…………………………………………………………… CHƢƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT……………………………………… 2.1 Công nghệ Bluetooth…………………………………………………… 2.1.1 Khái niệm công nghệ Bluetooth:…………………………………… 2.1.2Chuẩn kết nối Bluetooth:……………………………………………… 2.1.3 Ứng dụng phổ biến:…………………………………………………… 2.1.4Bảo mật công nghệ Bluetooth……………………………………… 2.1.5 Ƣu điểm công nghệ Bluetooth:…………………………………… an v ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP 2.1.6 Hạn chế công nghệ Bluetooth:…………………………………… 2.2 Tìm hiểu Servo……………………………………………………… 2.2.1 Phân loại, cấu tạo động Servo DC……………………………… 2.2.2 Nguyên lí hoạt động động Servo DC………………………… 10 2.3 Google App Inventor…………………………………………………… 10 2.4 Cảm biến gia tốc MPU 6050……………………………………………… 12 2.4.1 Tổng quan……………………………………………………………… 12 2.4.2 Thông số kĩ thuật:……………………………………………………… 13 2.4.3 Kết nối Arduino Mega 2560:…………………………………………… 14 2.4.3.1 Giới thiệu sơ lƣợc I2C:……………………………………………… 14 2.4.3.2 Quá trình đọc ghi liệu I2C:……………………………… 15 2.4.4 Ƣu nhƣợc điểm:………………………………………………………… 16 2.5Arduino Mega 2560……………………………………………………… 17 2.5.1 Tổng quan:……………………………………………………………… 17 2.5.2 Thông số kỹ thuật: ……………………………………………………… 17 2.5.3 Nguồn:…………………………………………………………………… 18 2.5.4 Ngõ vào ngõ ra:……………………………………………………… 19 2.5.5 Các chuẩn truyền liệu:……………………………………………… 20 2.5.6 Bộ nhớ:…………………………………………………………………… 20 2.5.7 Lập trình cho Arduino Mega 2560:………………………………… … 21 CHƢƠNG 3: THIẾT KẾ MƠ HÌNH………………………………………… 23 3.1 Ý tƣởng thiết kế…………………………………………………… ……… 24 3.2 Sơ đồ khối:………………………………………………………………… 24 3.2.1 Khối điều khiển trung tâm:……………………………………………… 24 3.2.2 Khối cảm biến:………………………………………………………… 25 3.2.3 Khối Robot:……………………………………………………………… 27 an vi ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP 3.2.4 Khối hiển thị thông tin, nhận giọng :…………………………………… 29 3.2.5 Khối nguồn : …………………………………………………………… 30 3.2.6 KhốiBluetooth: ………………………………………………………… 31 3.3 Sơ đồ nguyên lý:…………………………………………………………… 32 3.4 Thiết kế phần mềm quản lý hệ thống:……………………………………… 34 3.5 Lƣu đồ giải thuật:………………………………………………………… 36 3.5.1 Lƣu đồ phần mềm điện thoại:……………………………………… 36 3.5.2 Lƣu đồ xử lý vi xử lý:……………………………………………… 37 CHƢƠNG 4: THI CƠNG MƠ HÌNH:……………………………………… 39 4.1 Phần cứng:………………………………………………………………… 40 4.1.1 Mạch in mạch thi công:……………………………………………… 40 4.1.2 Mơ hình thực tế:………………………………………………………… 41 4.2 Phần mềm điều khiển: …………………………………………………… 45 4.2.1 Giao diện đăng nhập hệ thống:………………………………………… 45 CHƢƠNG 5: KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU, KẾT LUẬN, HƢỚNG PHÁT TRIỂN 46 5.1 Kết nghiên cứu:……………………………………………………… 47 5.2 Kết luận:…………………………………………………………………… 47 5.3 Hƣớng phát triển:………………………………………………………… 47 PHẦN III: PHU LỤC………………………………………………………… 48 TÀI LIỆU THAM KHẢO…………………………………………………… 49 NỘI DUNG ĐÍNH KÈM (CD)……………………………………………… 50 an vii ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP DANH SÁCH HÌNH Hình Trang Hình 2.1 Khả kết nối Bluetooth.………………………………………… Hình 2.2Tai nghe bluetooth khơng dây Apple………………………………… Hình 2.3Chuột khơng dây bluetooth…………………………………………… Hình 2.4: : Iphone dùng bluetooth điều khiển radio.…………………………… Hình 2.5: Động servo.……………………………………………………… Hình 2.6: Cấu tạo động Servo.…………………………………………… 10 Hình 2.7: App Inventor………………………………………………………… 11 Hình 2.8: Giao diện App Inventor……………………………………………… 11 Hình 2.9 Cảm biến MPU 6050………………………………………………… 12 Hình 2.10 Mơ trục quay Mpu 6050……………………………… 12 Hình 2.11 Sơ đồ khối MPU- 6050…………………………………………… 13 Hình 2.12 I2C Arduino Mega 2560……………………………………… 14 Hình 2.13 Đọc liệu I2C……………………………………………… 15 Hình 2.14 Ghi liệu I2C 16 Hình 2.15: Arduino Mega 2560…………………………………………… 17 Hình 2.16: Sơ đồ chân Arduino Mega 2560…………………………… 18 Hình 2.17: Mơi trƣờng lập trình Arduino………………………………… 21 Hình 2.18: Cửa sổ giao tiếp Serial…………………………………………… 22 Hình 3.1: Sơ đồ khối hệ thống………………………………………………… 24 Hình 3.2 Cổng giao tiếp I/O board Arduino Mega 2560……………………… 25 Hình 3.3 Cấu tạo board Arduino Mega 2560…………………………… 26 Hình 3.4: Cách kết nối cảm biến …………………………………………… 27 Hình 3.5: Sơ đồ vị trí Servo robot……………………………………… 28 Hình 3.6 Động Tower Pro MG90s………………………………………… 28 an viii ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Hình 3.7 Hình ảnh robot lắp ráp xong.…………………………………… 29 Hình 3.8 Giao diện phần mềm hiển thị thơng tin ……………………………… 30 Hình 3.9 Khối nguồn ………………………………………………………… 30 Hình 3.10 Cách kết nối HC-05 với Arduino …………………………………… 31 Hình 3.11Sơ đồ ngun lý hệ thống mơ Proteus.…………… 32 Hình 3.12 Đăng nhập gmail vào MIT Inventor.………………………… 33 Hình 3.13 Tạo project …………………………………………………… 34 Hình 3.14 Giao diện thao tác MIT Inventor.………………………………… 34 Hình 3.15 Code App Inventor.…………………………………………… 35 Hình 3.16 Lƣu đồ điện thoại.……………………………………………… 37 Hình 3.17 Lƣu đồ vi xử lí.………………………………………………… 38 Hình 4.1Mạch in giao tiếp Arduino Mega 2560 với với Bluetooth HC-05.…… 40 Hình 4.2 Kết nối thực tế Arduino Mega 2560 với với Bluetooth HC-05.……… 40 Hình 4.3 Ảnh sau thi cơng ………………………………………………… 41 Hình 4.4: Mơ hình thực tế Robot ……………………………………………… 42 Hình 4.5 Một số tƣ thực đƣợc ………………………………………… 43 Hình 4.5: Giao diện đăng nhập hệ thống.……………………………………… 45 DANH SÁCH BẢNG Bảng Trang Bảng 2.1: Thông số kỹ thuật Arduino Mega 2560…………………………… 18 Bảng 3.1Thông số cảm biến MPU 6050…………………………………… 26 Bảng 3.2 Thông số cụ thể Servo Tower Pro MG90s…………………………… 28 an ix ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Hình 3.18Lƣu đồ điện thoại 3.5.2 Lƣu đồ xử lý vi xử lý:  Ban đầu, hệ thống nhận giọng nói gửi đến module Bluetooth kết nối với Arduino  Thông tin trả chuỗi liệu cài đặt từ trƣớc cho phép nhập thực động tác  Cảm biến MPU 6050 phát robot ngã thơng báo lên hình điện thoại, đồng thời phát tín hiệu cảnh báo điện thoại CHƯƠNG 3: THIẾT KẾ MÔ HÌNH Trang 37 an ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Hình 3.19Lƣu đồ vi xử lí CHƯƠNG 3: THIẾT KẾ MƠ HÌNH Trang 38 an ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP CHƢƠNG IV THI CƠNG MƠ HÌNH CHƯƠNG 4: THI CƠNGMƠ HÌNH Trang 39 an ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP 4.1 Phần cứng: 4.1.1 Mạch in mạch thi công: Mạch in kết nối Arduino Mega 2560 với Bluetooth HC-05 Hình 4.1 Mạch in giao tiếp Arduino Mega 2560 với với Bluetooth HC-05 Hình 4.2 Kết nối thực tế Arduino Mega 2560 với với Bluetooth HC-05 CHƯƠNG 4: THI CƠNGMƠ HÌNH Trang 40 an ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Hình 4.3 Ảnh sau thi cơng CHƯƠNG 4: THI CƠNGMƠ HÌNH Trang 41 an ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP 4.1.2 Mô hình thực tế Robot: Hình 4.4: Mơ hình thực tế Robot CHƯƠNG 4: THI CƠNGMƠ HÌNH Trang 42 an ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Một số động tác thực đƣợc: CHƯƠNG 4: THI CƠNGMƠ HÌNH Trang 43 an ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Hình 4.5: Một số tƣ thực đƣợc CHƯƠNG 4: THI CƠNGMƠ HÌNH Trang 44 an ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP 4.2 Phần mềm quản lý: 4.2.1 Giao diện đăng nhập hệ thống: Để đăng nhập vào phần mềm, phải điền tên đăng nhập mật vào giao diện đăng nhập hình 4.5, thơng tin đăng nhập phần mềm chuyển đến giao diện xử lý hệ thông, sai thơng báo đăng nhập khơng thành cơng Hình 4.5: Giao diện đăng nhập hệ thống CHƯƠNG 4: THI CƠNGMƠ HÌNH Trang 45 an ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP CHƢƠNG V KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU KẾT LUẬN HƢỚNG PHÁT TRIỂN ĐỀ TÀI CHƢƠNG 5: KẾT QUẢ, KẾT LUẬN, HƢỚNG PHÁT TRIỂN an Trang 46 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP 5.1 Kết nghiên cứu:  Sau thực đề tài“ĐIỀU KHIỂN ROBOT TẬP THỂ DỤC BẰNG GIỌNG NÓI TRÊN ĐIỆN THOẠI ANDROID” đề tài hoàn thành nội dung nhƣ sau:  Về cơng nghệ Bluetooth:  Tìm hiểu Bluetooth  Tìm hiểu cấu tạo ngun lí Servo  Về thiết kế:  Tìm hiểu đặc tính linh kiện sử dụng  Thiết kế mạch điều khiển  Xây dựng phần mềm quản lý sở liệu kèm  Xây dựng mơ hình robot  Về thi cơng:  Thiết kế thi cơng mơ hình robot  Làm mạch in, viết chƣơng trình thực phép thử nhiều lần để tăng độ xác cho mơ hình  Kết tổng quát đạt đƣợc:  Thiết kế xây dựng thành công mô robot nhỏ gọn, đơn giản, dễ sử dụng  Khả nhận giọng nói 90%  Điều khiển robot bẳng nhiều giọng nói  Kết nối thành cơng mơ hình phần mềm quản lý  Tính tốn lấy giá trị điện xác xấp xỉ với thực tế 5.2 Kết luận: Bằng nỗ lực thân ngƣời nhóm với tìm tịi, nghiên cứu học hỏi, nhóm thực đề tài cố gắng hoàn thành đề tài thời gian quy định Thực đƣợc yêu cầu điều khiển robot giọng nói Tuy trình thực đề tài có số thiếu sót khó khăn định nhƣ giới hạn kiến thức chuyên môn, thời gian nghiên cứu…Do đề tài khơng tránh khỏi sai sót.Nhƣng với giúp đỡ thầy cô bạn bè lớp, nhƣ tìm hiểu, trao đổi diễn đàn giúp nhóm thực đề tài khắc phục mặt thiếu sót hồn thành đề tài với kết tốt 5.3 Hƣớng phát triển:  Sau hoàn thành đề tài với kiến thức chun mơn nhƣ điều kiện kinh tế nhóm thực thực với nhƣng kết đạt đƣợc Để đề tài thực tốt đem lại đạt hiệu cao phát triển số vấn đề sau:  Kết nối qua wifi để có khoảng cách điều khiễn xa  Sử dụng Servo có lực nâng lớn để robot hoạt động uyển chuyển CHƢƠNG 5: KẾT QUẢ, KẾT LUẬN, HƢỚNG PHÁT TRIỂN an Trang 47 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP PHẦN III PHỤ LỤC Trang48 an ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP TÀI LIỆU THAM KHẢO [1]Thực hành chế tạo Robot điều khiển từ xa - NXB Đà Nẵng [2] Datasheet Arduino Mega 2560 [3] Datasheet Servo Mg90s Towerpro [4] Arduino.vn, Arduino.cc … PHỤ LỤC Trang49 an ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP NỘI DUNG ĐÍNH KÈM (CD) Nội dung bao gồm: Nội dung:  Trình bày  Tài liệu tham khảo (bao gồm datasheet) Mã nguồn:  Chƣơng trình ứng dụng Arduino Mega 2560  Giao diện thiết kế App Inventor Sơ đồ mạch:  Sơ đồ nguyên lý mạch điều khiển  Hình ảnh thực tế mơ hình PHỤ LỤC Trang50 an an