Xây dựng mô hình thùng rác di chuyển tự động và theo cử chỉ tay

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP NGÀNH CƠNG NGHỆ KỸ THUẬT MÁY TÍNH XÂY DỰNG MƠ HÌNH THÙNG RÁC DI CHUYỂN TỰ ĐỘNG VÀ THEO CỬ CHỈ TAY GVHD: LÊ MINH SVTH: NGÔ XUÂN THỊNH MSSV: 15119047 SVTH: NGUYỄN PHẠM HOÀI ÂN MSSV: 15119002 SKL 0 Tp Hồ Chí Minh, tháng 12/2019 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ MINH KHOA ĐÀO TẠO CHẤT LƯỢNG CAO TP Hồ Chí Minh, ngày 29 tháng 12 năm 2019 NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỚT NGHIỆP Họ tên sinh viên: Ngơ Xn Thịnh MSSV: 15119047 Nguyễn Phạm Hoài Ân 15119002 MSSV: ĐỒ ÁN TỚT NGHIỆP Ngành: Cơng nghệ kỹ thuật máy tính 15119CL1B XÂY Lớp: DỰNG MƠ HÌNH THÙNG RÁC Giảng viên hướng dẫn: ThS Lê Minh ĐT: DI Ngày CHUYỂN TỰ ĐỘNG VÀ THEO CỬ nộp CHỈ TAY nhận đề tài: 17/9/2019 Ngày đề tài: 29/12/2019 SVTH : NGÔ XUÂN Tên đề tài: Xây dựng mơ hình thùng THỊNH rác di chuyển tự động15119047 theo cử tay SVTH : NGUYỄN PHẠM HOÀI ÂN 15119002 Các số liệu, tài liệu: ban đầu:- Giáo KHÓA 2015 2019trình “Python – Võ Tuấn Duy Giáo trìnhNGÀNH “Machine: Learning – Vũ Tiệp”.MÁY TÍNH CƠNGcơNGHỆ KỸHữu THUẬT Nội dung thực đềGVHD tài: Thiết :kế xây LÊ dựngMINH mô hình robot thùng rác di động có ThS khả di chuyển khu vực công cộng bao gồm phần mềm (giao diện điều khiển qua app, chương trình xử lý nhận diện cử bàn tay, chương trình xử lý tránh né vật cản) phần cứng robotCHÍ (động cơ, cảm biến khoảng cách, Camera, …) TP HỒ MINH, THÁNG 12 NĂM 2019 CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc lập – Tự – Hạnh phúc *** TP Hồ Chí Minh, ngày 30 tháng 12 năm 2019 NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỚT NGHIỆP Họ tên sinh viên: Ngơ Xn Thịnh MSSV: 15119047 Nguyễn Phạm Hồi Ân MSSV: 15119002 Ngành: Cơng nghệ kỹ thuật máy tính Giảng viên hướng dẫn: ThS Lê Minh Ngày nhận đề tài: 17/9/2019 Lớp: 15119CL1B ĐT: Ngày nộp đề tài: 30/12/2019 Tên đề tài: Xây dựng mơ hình thùng rác di chuyển tự động theo cử tay Các số liệu, tài liệu ban đầu: Giáo trình “Python – Võ Tuấn Duy Giáo trình “Machine Learning – Vũ Hữu Tiệp” Nội dung thực đề tài: Thiết kế xây dựng mơ hình robot thùng rác di động có khả di chuyển khu vực cơng cộng bao gồm phần mềm (giao diện điều khiển qua app, chương trình xử lý nhận diện cử bàn tay, chương trình xử lý tránh né vật cản) phần cứng robot (động cơ, cảm biến khoảng cách, Camera, …) Sản phẩm: Mơ hình thùng rác di động bao gồm giải pháp phần mềm xử lý tránh vật cản, xử lý nhận diện cử bàn tay (bàn tay mở), giao tiếp qua app điều khiển phần cứng mơ hình thùng rác di động TRƯỞNG NGÀNH GIẢNG VIÊN HƯỚNG DẪN i CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc lập – Tự – Hạnh phúc *** TP Hồ Chí Minh, ngày 30 tháng 12 năm 2019 PHIẾU NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN Họ tên Sinh viên: Ngô Xuân Thịnh MSSV: 15119047 Nguyễn Phạm Hồi Ân MSSV: 15119002 Ngành: Cơng nghệ kỹ thuật máy tính Tên đề tài: Xây dựng mơ hình thùng rác di chuyển tự động theo cử tay Họ tên Giáo viên hướng dẫn: ThS Lê Minh NHẬN XÉT Về nội dung đề tài & khối lượng thực hiện: Ưu điểm: Khuyết điểm: Đề nghị cho bảo vệ hay không? Đánh giá loại: Điểm: ……… (Bằng chữ:………………………………………………….) GIẢNG VIÊN HƯỚNG DẪN ii CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc lập – Tự – Hạnh phúc *** TP Hồ Chí Minh, ngày 30 tháng 12 năm 2019 PHIẾU NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN PHẢN BIỆN Họ tên Sinh viên: Ngơ Xn Thịnh MSSV: 15119047 Nguyễn Phạm Hồi Ân MSSV: 15119002 Ngành: Cơng nghệ kỹ thuật máy tính Tên đề tài: Xây dựng mơ hình thùng rác di chuyển tự động theo cử tay Họ tên Giáo viên phản biện: NHẬN XÉT Về nội dung đề tài & khối lượng thực hiện: Ưu điểm: Khuyết điểm: Đề nghị cho bảo vệ hay không? Đánh giá loại: Điểm: ………… (Bằng chữ:……………………………………………… ) GIẢNG VIÊN PHẢN BIỆN iii LỜI CẢM ƠN Trong thời gian thực đề tài này, nhóm thực nhận nhiều giúp đỡ, đóng góp ý kiến bảo nhiệt tình quý thầy cô và bạn bè Nhóm thực xin gửi lời cảm ơn chân thành đến thầy ThS Lê Minh, giảng viên mơn “Máy tính - Viễn thơng” - Trường đại học Sư Phạm Kỹ Thuật TP.HCM là người tận tình hướng dẫn, bảo nhóm suốt trình thực đề tài Nhóm thực xin chân thành cảm ơn thầy cô giáo Trường đại học Sư Phạm Kỹ Thuật TP.HCM nói chung, thầy cô Khoa Đào Tạo Chất Lượng Cao mơn “Máy tính – Viễn thơng” nói riêng, cho nhóm kiến thức môn đại cương môn học chuyên ngành, giúp nhóm thực có sở lý thuyết vững vàng tạo điều kiện giúp đỡ nhóm thực suốt q trình học tập Đề tài “Xây dựng mơ hình thùng rác di chuyển tự động và theo cử tay” là nhóm tự thực dựa vào tham khảo số tài liệu trước đó Trong trình thực hiện, nhóm cố gắng để hồn thành tốt đề tài này, cịn thiếu sót, mong đóng góp ý kiến thầy cô, bạn để đề tài hoàn thiện Tp Hồ Chí Minh, tháng 12 năm 2019 Nhóm sinh viên thực Ngơ Xn Thịnh – Nguyễn Phạm Hồi Ân ` iv LỜI MỞ ĐẦU Ngày nay, thành phố lớn Việt Nam với phát triển kinh tế kèm theo đó nước ta phải đối mặt với vấn đề bùng nổ dân số ô nhiễm môi trường Thông qua phương tiện truyền thơng, dễ dàng thấy hình ảnh, bài báo phản ánh thực trạng môi trường Mặc dù ban ngành, đoàn thể sức kêu gọi bảo vệ môi trường, bảo vệ nguồn nước, nghiêm cấm xả rác nơi công cộng.… có vẻ là chưa đủ để cải thiện tình trạng nhiễm ngày trở nên trầm trọng Nắm bắt vấn đề với gợi ý giáo viên hướng dẫn, nhóm định thực đề tài “XÂY DỰNG MÔ HÌNH THÙNG RÁC DI CHUYỂN TỰ ĐỘNG VÀ THEO CỬ CHỈ TAY” Hệ thống giải vấn đề việc giảm thiểu vấn đề xả rác thông qua việc cung cấp robot thùng rác số nơi công cộng trường học, cơng viên, nơi làm việc, văn phịng… Ngồi việc ý tưởng mong muốn góp phần cải tạo mơi trường nhiễm, đó cịn là vận dụng trải nghiệm học vào đề tài nhằm đạt mục đích đề cho hiệu v MỤC LỤC NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP PHIẾU NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN ii PHIẾU NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN PHẢN BIỆN iii LỜI CẢM ƠN iv LỜI MỞ ĐẦU v MỤC LỤC vi DANH SÁCH HÌNH ix DANH SÁCH BẢNG xi DANH SÁCH CÁC TỪ VIẾT TẮT xii CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN 1.1 Đặt vấn đề 1.2 Tình hình nghiên cứu 1.2.1 Tình hình nghiên cứu nước 1.2.2 Tình hình nghiên cứu ngồi nước 1.3 Tính cấp thiết đề tài 1.4 Mục đích đề tài 1.5 Phương pháp nghiên cứu 1.6 Bố cục đồ án CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT LIÊN QUAN 2.1 Tổng quan mạng nơ-ron 2.1.1 Giới thiệu mạng nơ-ron 2.2 Tởng quan mạng nơ-ron tích chập 2.2.1 Định nghĩa mạng nơ-ron tích chập 2.2.2 Cấu trúc mạng nơ-ron tích chập vi 2.2.3 Ứng dụng mạng nơ-ron tích chập cho tốn nhận dạng cử tay…………………………………………………………………………… 14 2.3 Tổng quan kit Jetson Nano 17 2.4 Tổng quan bo mạch phát triển Node MCU ESP32 19 2.5 Tổng quan cảm biến khoảng cách hồng ngoại Sharp 22 2.6 Tổng quan Camera Pi Noir v2 23 2.7 Tổng quan module L298 25 2.8 Tổng quan động DC giảm tốc 26 2.9 Tổng quan mạch hiển thị NEOPixel 26 CHƯƠNG 3: XÂY DỰNG VÀ THIẾT KẾ HỆ THỐNG 28 3.1 Giới thiệu tóm tắt 28 3.1.1 Yêu cầu chung hệ thống 28 3.1.2 Đặc tả hệ thống 28 3.1.3 Phương án thiết kế 28 3.2 Sơ đồ khối 29 3.3 Thiết kế phần cứng 31 3.3.1 Khối xử lý ảnh 31 3.3.2 Khối cảm biến khoảng cách 33 3.3.3 Khối động 34 3.3.4 Khối xử lý trung tâm 35 3.3.5 Khối nguồn 36 3.3.8 Sơ đồ nguyên lý toàn hệ thống 37 3.4 Thiết kế phần mềm 37 3.4.1 Thiết kế chương trình di chuyển tự động giao diện App 37 3.4.1.1 Lưu đồ giải thuật chương trình 38 3.4.1.2 Sơ đồ cấu trúc mạng nơ-ron tích chập ứng dụng cho toán nhận dạng cử bàn tay 43 CHƯƠNG 4: KẾT QUẢ THỰC NGHIỆM 48 vii 4.1 Phần cứng 48 4.2 Phần mềm 49 CHƯƠNG 5: KẾT QUẢ SO SÁNH, THỰC NGHIỆM, PHÂN TÍCH, TỔNG HỢP 51 5.1 Kết nhận dạng cử bàn tay 51 5.2 Nhận xét đánh giá mơ hình hệ thống 55 CHƯƠNG 6: KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN 56 6.1 Kết luận 56 6.2 Hướng phát triển 56 6.3 Ứng dụng tương lai gần 56 TÀI LIỆU THAM KHẢO 58 PHỤC LỤC 60 Hướng dẫn sử dụng mơ hình robot thùng rác 60 viii