bản báo cáo kĩ thuật thiết bị bật tắt bằng tín hiệu âm thanh

V ấn đề đặt ra: Nước ta đang trong thời kì hiện đại hóa , chúng ta đã đạt được thành tựu v nhi u mề ề ặt như khoa học, văn hóa ,kinh tế,...Xã hội ngày càng phát triển, chúng ta luôn hướn

1

Đại H c Bách Khoa Hà N ọ ội

Trường Điện-Điện t ử



BẢN BÁO CÁO KĨ THUẬT

Thiết bị: b t t t b ng tín ậ ắ ằ hiệ u âm thanh

Giảng viên hướng dẫn: Thầy Nguyễn Tiến Dũng

Nhóm th c hi n: Nhóm Demon Cave ự ệ

Thành viên: 1 Nguyễn Thanh Chiến (Leader)

2 Trần Đức Mạnh

3 Phạm Hoàng Hà

4 Đỗ Hoàng Phúc

5 Nguyễn Thế Anh

Đại H c Bách Khoa Hà N ọ ội

Trường Điện-Điện t ử



BẢN BÁO CÁO KĨ THUẬT

Thi b ết ị: b t t t b ng tín hi u âm thanh ậ ắ ằ ệ

Giảng viên hướng dẫn: Thầy Nguyễn Tiến Dũng

Nhóm th c hi n: Nhóm Demon Cave ự ệ

Thành viên: 1 Nguy n Thanh Chi n (Leader) ễ ế

2 Trần Đức M nh ạ

3 Phạm Hoàng Hà

4 Đỗ Hoàng Phúc

5 Nguy n Th Anh ễ ế

3

Mục l c ụ

Mục lục 3

I ĐẶT VẤN ĐỀ 4

1 V ấn đề đặt ra: 4

2 Đối tượng khách hàng: 4

3 Thị trường tiềm năng: 4

4 Khu vực áp dụng: 4

5 Nhu cầu khách hàng : 4

II CHẾ TẠO KĨ THUẬT 5

1 Chỉ tiêu chứ năng 5 c a) Chỉ tiêu chức năng 5

2 Chỉ tiêu phi chức năng 5

3 Chi tiết công việc 6

III THUẬT TOÁN S D Ử ỤNG 6

1 S ơ đồ hóa c u trúc s n ph ấ ả ẩm 6

2 Thu ật toán s d ử ụng 7

IV THỰC THI 8

4.1 Phần cứ ng: 8

a) Chọn linh kiện: 8

b) Chế t o s n ph ạ ả ẩm 12

c) Thiết kế mạ 12 ch 4.2 Ph n m ầ ề m-L ậ p trình và làm code: 13

V CH ẠY THỬ, ĐO ĐẠC, L P B NG TH NG KÊ:Ậ Ả Ố 15

VI TỔNG KẾT: 16

VII HÌNH ẢNH THỰ C TẾ 16

VIII TÀI LI U THAM KHỆ ẢO: 19

I ĐẶT VẤN ĐỀ

1 V ấn đề đặt ra:

Nước ta đang trong thời kì hiện đại hóa , chúng ta đã đạt được thành tựu v nhi u mề ề ặt như khoa học, văn hóa ,kinh tế, Xã hội ngày càng phát triển, chúng ta luôn hướng tới sự tiện lợi, đáp ứng nhu c u thi t th c cầ ế ự ủa bản thân và xã hội.Từ đó thôi thúc chúng ta tìm tòi, nghiên cứu khoa học

kĩ thuật để áp dụng vào đời sống,giải phóng sức lao động của con người Việc phát minh ra " Hệ thống c m biả ến âm thanh để bật tắt đèn" giúp

chúng ta gi i quyả ết khó khăn khi phải tìm công tắc đèn vào buổ ối t i, khi đang nằm yên hay không mu n di chuyố ển hay đơn giản thỏa mãn đam mê công ngh c a gia ch giúp sinh hoệ ủ ủ ạt trong gia đình tiện ích nh t ấ

2 Đối tượng khách hàng:

Khách hàng c n tìm gi i pháp cho ngôi nhà thông minh; nhầ ả ững căn

hộ, khách s n có nhu c u c i ti n thiạ ầ ả ế ết b tị ự động; khách hàng có nhu cầu nâng cao hệ thống an ninh cho gia đình,

3 Thị trường tiềm năng:

Sản ph m phù h p v i nhi u công trình, dẩ ợ ớ ề ự án thông minh đòi hỏi độ phản ứng nhanh và dễ dàng tương tác

S n phả ẩm đáp ứng được tiêu chí đối với thị trường đồ gia d ng là ụ

nhỏ g n, d lọ ễ ắp đặt, an toàn, tính ổn định cao

4 Khu v c áp dự ụng:

Có th tích h p v i nhi u thi t bể ợ ớ ề ế ị, đa số được ứng d ng làm công tụ ắc

áp d ng cho các công trình, ụ căn hộ,…

Giúp h n ch yêu cạ ế ầu đi lại, hỗ trợ công tác an ninh

H n ch : Công t c s c m nh n r t nhạ ế ắ ẽ ả ậ ấ ạy trong môi trường yên tĩnh

và s kém nh y nẽ ạ ếu trong môi trường n ào ồ

5 Nhu c u khách hàng : ầ

5

Sản ph m d s d ng, an toàn, ti n lẩ ễ ử ụ ệ ợi, giá cả hợp lí, thi t k tế ế ối ưu,

ưa nhìn, tính ổn định cao Thông tin sản phẩm cần rõ ràng đi kèm với

chính sách b o hành h p lí ả ợ

II CHẾ T ẠO KĨ THUẬT.

1 Chỉ tiêu chứ năng c

a) Chỉ tiêu chức năng

Đầu vào: m t tín hi u ộ ệ âm thanh có cường độ > 65 dB

Đầu ra: Thiết bị chuyển đổi âm thanh thành d ng bit 0/1 chuyạ ển đến

Relay và được Relay chuy n thành 2 tr ng thái (HIGH) và (LOW) ể ạ

Nếu thi t bế ị điều khiển đang trạng thái t t s lắ ẽ ập tức được bật Nếu thi t bế ị điều khiển đang trạng thái m s lở ẽ ập t c b tứ ị ắt đi

Hệ thống biến đổi đầu vào thành đầu ra

Hình 1 Mô hình hệ thống biến đổi đầu vào thành đầu ra

Âm thanh: Âm thanh t nguừ ồn phát được truy n t i thuy t bề ớ ế ị

Độ nh y và Chuyạ ển đổi tín hiệu số: sau khi xác nhận điều kiện

khuyếch đại hai âm thanh > 65dB liên tiếp nhau dưới 1 giây , tín hiệu âm thanh sẽ được xác định tín hi u d ng digital ệ ạ

Module Relay: d a vào tín hi u sự ệ ố, module điều khiển sẽ t ng ự độ xác nhận đổi tr ng thái ạ HIGH và LOW để đóng mở ạch điệ m n

2 Chỉ tiêu phi chức năng

Thiết bị nh y v i âm thanh v tay ạ ớ ỗ

Thiết bị hoạt động ổn định, đặc biệt trong môi trường ồn ào bởi âm thanh nói chuyện

Giá c phù h p, dả ợ ễ tiếp cận đố ới nhóm ngườ ử ụi v i s d ng

Bền, ch ng cháy khi ng n m ch ố ắ ạ

Module Relay đóng mở mạch điện

Chuyển đổi

và x lí tín ử hiệu s ố

Điều chỉnh độ nhạy

Âm thanh

Dễ dàng lắp đặt, thay th linh ki n và s a chế ệ ử ữa

3 Chi ti t công vi c ế ệ

Bảng 2 Công việc nhóm

III THUẬT TOÁN SỬ D NG Ụ

1 Sơ đồ hóa cấu trúc sản phẩm

Bảng 1 Quy trình ho : ạt động

1 Nguyễn Thanh Chi n ế Thiết kế mã ngu n l p trình, thuy t trình ồ ậ ế

2 Đỗ Hoàng Phúc Tìm ki m linh ki ế ện, powerpoint

3 Phạm Hoàng Hà Hỗ trợ làm báo cáo, lắp đặt sản phẩm

4 Trần Đức Mạnh Lập báo cáo, h ỗ trợ ắp đặt l

5 Nguyễn Th Anh ế Tìm ki m linh ki n ế ệ

Mạch điều khiển(arduino)

Cảm bi n ế

Bộ nhớ

Máy tính

Thiết bị Bật/ tắt

Thư viện

7

Ý nghĩa tín hiệu : Khi cảm biến nhận được tín hiệu âm thanh thì sản phẩm mới khởi chạy và bật tắt thiết bị sáng được

Cảm biến: có chức năng thu nhận tín hiệu âm thanh và khuếch đại tín

hiệu truyền đến cho mạch arduno

Arduno có chức năng xác nhận và truyền lệnh bật tắt đến relay sau khi

nhận được tín hiệu của cảm biến đưa vào

Relay có chức năng là công tắc điện tử điều khiển bật tắt thiết bị sáng

Thư viện và máy tính có chức năng khởi tạo tạo chương trình thông qua phần mềm arduno IDE và ngôn ngữ C

Bộ nhớ tích hợp có chứ năng lưu trữ code được nạp vào Arduino và là dữ liệu để Arduino làm việc với các thiết bị khi được cấp nguồn điện điện

Thiết bị bật tắt: Relay (5VDC 250VA) có chức năng nhận diện tín hiệu

-số từ Arduino và đưa ra kết quả bật tắt thiết bị

Nguyên lí hoạt động : tín hiệu âm thanh được cảm biến thu nhận đi qua mạch

khuếch đại tín hiệu vào arduno Arduno nhận được tín hiệu truyền vào ra lệnh cho relay bật tắt thiết bị sáng

2 Thuật toán s dử ụng

Lưu đồ thuật toán được nạp vào thiết bị

Bảng 2 Nguyên lý ho : ạt động c ủa s n ph m ả ẩ

IV THỰC THI

4.1 Phần c ng: ứ

a) Chọn linh ki n: ệ

Arduino Nano FT232 v3.0

9

Dòng điện tiêu thụ

16MHz và không có chương trình nào chạy trên board)

 Arduino Arduino Nano FT232 v3.0 : V i tính ớ ổn định và độ phổ biến

cao, có khả năng chống cháy khi gặp trường h p ng n m ch, giá c vợ ắ ạ ả ừa

phải, đáp ứng đủ số lượng các cổng cho nguồn điện, cổng kết n i cảm ố

biến và relay



Module sound sensor:

Chất liệu FR4

Hole Diameter 3mm

Kích c module ỡ 4 * 1.5 * 1.1cm / 1.6 * 0.6 *

0.4in Kích c gói ở 10 * 8 * 1.5cm / 3.9 * 3.1 *

0.6in Trọng lượng 13g / 0.5oz

Chất liệu FR4

Mục đích: Giá rẻ, dễ tiếp cận, tính ổn định cao , có thể thay đổi độ nhạy với

âm thanh b ng bi n tr ằ ế ở

Module relay 12V

11

Kích mức cao

Tiếp điểm relay 220V 10A ( Lưu ý tiếp điểm ,

NC : Thường đóng NO: Thường mở COM: Chân chung

Nguồn Adapter 12V-1A và 1 Jack n i ngu n 5.5 40.000vnd ố ồ –

Board tr ng+ dây nắ ối

Ưu điểm : phù h p v i Aruduino Nano FT232 v3.0 ợ ớ

Tổng c ng:251.000VND ộ

b) Chế t o s n phạ ả ẩm

Linh ki n ệ Chân k t n i s dế ố ử ụng

Arduino Chân 5V, GND, các chân Digital

Module sound sensor VCC,GND,OUT

Module relay 12VDC VCC,GND,IN,COM,NO,NC

c) Thiết k mế ạ ch

Hình 1 Chi ti t mế ạch điều khi n b ng tín hi u âm thanh ể ằ ệ

Bộ phận Chức năng / nhiệm v ụ

Cảm bi n âm thanh ế Thu th p tín hi u âm thanh ậ ệ

Ardiuno

Xử lý tín hi u âm thanh t c m bi n thông qua ệ ừ ả ế code đã đượ ập trình và đưa ra tín hiệc l u bật tắt Module relay 5V10A Nhận tín hiệu điều khiển b t /t t t Ardiuno Bậ ắ ừ ật/

tắt dòng điện

Nguồn điện xoay

chiều Cung c p nguấ ồn điện cho bóng đèn

Bóng đèn Phát sáng

13

Ý nghĩa mạch: Cảm biến âm thanh có chức năng nhận diện tín hiệu âm thanh

với điều kiện đã được thiết lập trên arduino Arduino nhận được tín hiệu âm sẽ đưa ra tín hiệu điều khiển tới module relay 5V10A Relay sẽ làm nhiệm vụ thay

đổi B t/ tậ ắt bóng đèn

4.2 Phần mềm-Lập trình và làm code:

- Phần mềm s d ng: ArduinoIDE ử ụ

Bảng 3: Chương trình nạp vào Arduino điều khi n ể

15

V CH ẠY THỬ, ĐO ĐẠC, L P B NG TH NG KÊ: Ậ Ả Ố

Tín hiệu ra (Bóng đèn): B t/Tậ ắt Trạng thái đèn ban đầu: Tắt

Chuẩn bị:

Nguồn điện DC Bộ nguồn 12V-1A 5.5*2.1mm

mã Code Bảng 3: Chương trình nạp vào Arduino điều

khiển Bóng đèn Sử d ng bóng Led 220V ụ

1 Chạy thử trong môi trường phòng kín không có ti ng, k t h p s l n v ế ế ợ ố ầ ỗ

tay đã thiế ật l p cách nhau dưới 1s

Vỗ tay 2 l n cách nhau ầ dưới 1s

với cường độ > 61dB Bóng đèn sáng

Vỗ tay 3 l n cách nhau ầ dưới 1s

với cường độ > 61dB Bóng đèn tắt

Vỗ tay <2 l n cách nhau ầ dưới 1s

với cường độ >= 61 dB Không có hiện tượng nào x y ra ả

Vỗ tay >3 l n cách nhau ầ dưới 1s

với cường độ >= 61 dB

Không có hiện tượng nào x y ra ả

 Chạy sản phẩm trong môi trường có tiếng nói :

 Kết quả: sản ph m hoẩ ạt động ổn định, không bị ảnh hưởng bởi âm

thanh nói truyện bình thường

 Chạy th sử ản phảm trong điều kiện ngoài tr i có xe c : ờ ộ

 Kết quả: C m bi n âm thanh có phả ế ản ứng phát sáng đèn liên tục với âm thanh xe c và thi t bộ ế ị không ổn định

Kết luận: S n ph m phù h p s dả ẩ ợ ử ụng trong điều ki n t p âm nh , ti ng v ệ ạ ỏ ế ỗ tay để tương tác với thiết bị có mức cường độ âm lđủ ớn

VI TỔNG K ẾT:

Sản phẩm đáp ứng được các tiêu chí đề ra

o So sánh v i thớ ị trường:

 Ưu điểm:

+ Kh c phắ ục được vấn đề ạp âm trong môi trường nói truyện t

+ S n ph m nhả ẩ ẹ, dễ ắm đặt l

+ S d ng nguử ụ ồn 12VDC, dễ ảo dưỡ b ng và thay th ế

 Nhược điểm:

+ Giá c còn khá cao so v i giá thả ớ ị trường

+ Thi t kế ế chưa được nhỏ gọn

o Một s c i tiố ả ến đề xuất:

Sản ph m có th l p trình thêm m t sẩ ể ậ ộ ố chức năng như hẹn giờ tắt, ho c k t hợp modul role nhiều cổng để điều khiển nhiều ặ ế

bóng m t lúc ộ

Có th thay th mể ế ạch Arduino nano với m t s mộ ố ạch tương

tự : Arduino mini(75.000vnđ), Arduino uno (45.000),… đều chạy được với code đã viết, giúp giảm chi phí đáng kể, thi t bế ị cũng trở nên nh g n vỏ ọ ới người dùng

Khi s d ng Module Relay d b giử ụ ễ ị ật nên cần có biện pháp bảo v ệ

o Bài h c rút ra: ọ

+,Phải nâng cao ki n thế ức v mề ạch điện để tránh m t th i gian ấ ờ

đi tìm nguyên nhân mạch bị gián đoạn

+,Nắm bắt thông tin thị trường và lựa ch n phọ ụ kiện hợp lí

+,Cần tìm hiểu rõ hơn về các mã ngu n ồ

VII HÌNH NH THẢ ỰC T Ế

17

Hình 2 Hình nh s n phả ả ẩm thưc tê

Hình 2 Module sound sensor

Hình 3 Arduino Nano FT232 v3.0

Hình 3 Module relay 12V

19

VIII TÀI LI ỆU THAM KH ẢO:

Ý tưởng+tham khảo linh kiện:

https://www.youtube.com/watch?v=5MT7rNxRVsc&t=36s&ab_channe l=ThanhT%C3%BAVlogs

Tham kh o mã nguả ồn : https://machdienlythu.vn/bat-tat-den-bang-tieng-vo-tay-su-dung-arduino/

Tham kh o các lả ệnh : http://arduino.vn/reference

Tìm ki m linh ki n ế ệ : https://chotroihn.vn/