LỜI NÓI ĐẦUNgày nay thế giới đang sống trong kỷ nguyên công nghệ thông tin, nơi màcác hoạt động của công nghệ, kỹ thuật được ứng dụng rộng rãi trên mọi lĩnh vựctrong cuộc sống thường nhậ
PHÂN TÍCH YÊU CẦU
Khảo sát và phân tích bài toán
a Giới thiệu về hệ thống
Ngày nay, các bộ vi điều khiển đang có ứng dụng ngày càng rộng rãi trên nhiều lĩnh vực kĩ thuật và đời sống xã hội Hầu hết các thiết bị từ đơn giản đến phức tạp như: “ thiết bị điều khiển tự động, thiết bị văn phòng thiết bị trong gia đình” đều có dùng các thiết bị vi điều khiển Hệ thống chiếu sáng thông minh sử dụng cảm biến chuyển động và âm thanh là một ứng dụng hứa hẹn trong việc tối ưu hóa việc điều khiển ánh sáng trong các không gian Thay vì sử dụng công tắc hoặc điều khiển từ xa, người dùng có thể sử dụng tiếng vỗ tay để điều chỉnh độ sáng và thời gian hoạt động của đèn
Qua đó, để thấy rõ được ứng dụng của vi điều khiển, nhóm em xin được trình bày về đề tài: “Xây dựng hệ thống chiếu sáng thông minh bằng cảm biến chuyển động và âm thanh.” b Nhu cầu ý tưởng
Cảm biến chuyển động: Hệ thống có khả năng nhận diện được chuyển động của người.
Tích hợp âm thanh: Hệ thống cần có khả năng nhận dạng và hiểu lệnh từ âm thanh phát ra từ tiếng vỗ tay và âm thanh điều khiển qua giọng nói của người dùng. Điều khiển đèn: Hệ thống phải có khả năng điều khiển đèn thông qua âm thanh. Ở báo cáo này nhóm em sẽ thực hiện trên hai đèn 220V để mô phỏng cho đề tài đã chọn. c Mục tiêu đề tài
Bằng kiến thức hiện có, thực hiện mô phỏng bằng công cụ Proteus, thiết kế mạch in cho một đề tài tùy chọn và vận dụng lập trình hợp ngữ cụ thể là xây dựng một hệ thống mô phỏng trên Proteus để kiểm tra tích hợp chuyển động, âm thanh và điều khiển đèn.
Sử dụng module cảm biến thân nhiệt chuyển động PIR để nhận diện sự chuyển động, sau đó sử dụng cảm biến âm thanh (ví dụ: Module MDL172) để nhận dạng lệnh từ người dùng kết hợp với module Bluetooth để nhận tín hiệu điều khiển bằng âm thanh từ xa.
Kết nối với mạch điều khiển đèn để thực hiện bật tắt đèn dựa trên cảm ứng âm thanh d Kết Luận
Hệ thống chiếu sáng thông minh bằng cảm biến chuyển động và âm thanh có tiềm năng ứng dụng rộng rãi trong các không gian như nhà ở, văn phòng, khách sạn và các khu vực công cộng Việc tích hợp âm thanh giúp tối ưu hóa trải nghiệm người dùng và tiết kiệm năng lượng Proteus là một công cụ tuyệt vời để mô phỏng và kiểm tra hệ thống trước khi triển khai chương trình trong thực tế.
Lựa chọn giải pháp
Module cảm biến chuyển động: Chọn một module cảm biến chuyển động phù hợp (ví dụ: PIR HC-SR501) để xử lý việc nhận diện có sự chuyển động của người, từ đó cho phép cảm biến âm thanh hoạt động.
Module cảm biến âm thanh: Chọn một module cảm biến âm thanh phù hợp (ví dụ: MDL172) để xử lý lệnh từ người dùng Module này sẽ giúp hệ thống hiểu và phản hồi dựa trên âm thanh tiếng vỗ tay.
Arduino hoặc vi điều khiển khác: Sử dụng Arduino hoặc vi điều khiển khác để kết nối với module cảm biến thân nhiệt chuyển động, cảm biến âm thanh và điều khiển đèn. b Giải pháp thiết kế
Mạch mô phỏng trên Proteus: Xây dựng mạch mô phỏng trên Proteus để kiểm tra tích hợp cảm biến thân nhiệt chuyển động, cảm biến âm thanh và điều khiển đèn Sử dụng các linh kiện như module cảm biến thân nhiệt chuyển động, cảm biến âm thanh, vi điều khiển, và đèn LED.
Kết nối giữa module và vi điều khiển: Thiết kế giao tiếp giữa module cảm biến thân nhiệt chuyển động, cảm biến âm thanh và vi điều khiển Đảm bảo rằng nhận diện được người và lệnh từ tiếng vỗ tay được truyền đến vi điều khiển để điều chỉnh đèn. c Xác định bài toán và giới hạn của đề tài
Bài toán: Xây dựng hệ thống chiếu sáng thông minh bằng cảm biến chuyển động và âm thanh.
Giới hạn: Hệ thống chỉ điều khiển đèn thông qua âm thanh khi xác định được có sự chuyển động của người, điều khiển cụ thể từng đèn Bên cạnh đó còn có module Bluetooth để điều khiển đèn riêng biệt so với các cảm biến Không xây dựng các tính năng phức tạp khác (ví dụ: điều chỉnh độ sáng), các thiết bị cảm biến còn chưa thực sự chính xác.
Kết luận: Bài toán này đòi hỏi tích hợp kiến thức về vi điều khiển, cảm biến chuyển động, cảm biến âm thanh và mô phỏng trên Proteus Việc xây dựng hệ thống chiếu sáng thông minh bằng cảm biến âm thanh có thể mang lại hiệu quả và tiện ích trong việc quản lý ánh sáng trong các không gian khác nhau.
THIẾT KẾ HỆ THỐNG
Mô hình kiến trúc tổng quát của hệ thống
Hình 2 1: Mô hình kiến trúc của hệ thống.
Sử dụng: Mạch cấp nguồn cho board test và adapter 5V – 1A.
Nhiệm vụ: Cung cấp nguồn cho các khối: Khối vào, khối xử lý, khối giao tiếp, khối ra.
Sử dụng: Cảm biến âm thanh KY-037, Cảm biến PIR HC-SR501.
Nhiệm vụ: Phát hiện âm thanh hoặc chuyển động Dữ liệu từ các cảm biến này sau đó được truyền vào vi điều khiển để xử lý
Sử dụng: Vi điều khiển Arduino Uno R3.
Nhiệm vụ: Xử lý dữ liệu từ các cảm biến và điều khiển các thiết bị đầu ra như đèn LED hoặc relay
Sử dụng: 2 Relay 5V 1 kênh, 2 bóng đèn 220V.
Nhiệm vụ: Điều khiển các thiết bị đầu ra như đèn hoặc các thiết bị khác dựa trên dữ liệu từ khối xử lý.
Sơ đồ thuật toán
Hình 2 2: Sơ đồ thuật toán.
Kịch bản hoạt động
Khởi tạo: Đầu tiên, chương trình khởi tạo các biến và chân cho cảm biến âm thanh, cảm biến PIR, hai relay và kết nối Bluetooth.
Thiết lập: Trong hàm setup(), chương trình đặt chế độ cho các chân, khởi động giao tiếp nối tiếp và Bluetooth.
Vòng lặp chính: Trong hàm loop(), chương trình liên tục kiểm tra cảm biến PIR, xử lý vỗ tay nếu có người được phát hiện và xử lý các lệnh Bluetooth.
Xử lý phát hiện PIR: Nếu cảm biến PIR phát hiện có người, chương trình sẽ đặt personDetected thành true Nếu không, personDetected sẽ được đặt thành false, số lần vỗ tay sẽ được đặt lại về 0 và cả hai relay sẽ được tắt.
Xử lý phát hiện vỗ tay: Nếu có người được phát hiện, chương trình sẽ kiểm tra cảm biến âm thanh để phát hiện vỗ tay Nếu giá trị cảm biến âm thanh vượt ngưỡng, số lần vỗ tay sẽ tăng lên Nếu thời gian từ lần vỗ tay cuối cùng vượt quá 1500ms, chương trình sẽ kiểm tra số lần vỗ tay và điều khiển relay tương ứng.
Xử lý các lệnh Bluetooth: Nếu có dữ liệu từ kết nối Bluetooth, chương trình sẽ đọc chuỗi và kiểm tra các lệnh Nếu lệnh khớp với một trong các lệnh đã định nghĩa, chương trình sẽ điều khiển relay tương ứng.
XÂY DỰNG HỆ THỐNG
Xây Dựng Hệ thống
a Mô phỏng hệ thống trong ứng dụng Proteus
Hình 4 1: Mô phỏng hệ thống trong ứng dụng Proteus. b Xây dựng hệ thống phần cứng
Hình 4 2: Vỏ ngoài của hệ thống.
Hình 4 3: Các thiết bị bên trong.
Kiểm thử và bào trì
Kiểm thử
+ Độ chính xác nhận diện: Thực hiện các thử nghiệm với nhiều giọng nói khác nhau, bao gồm các giọng nói ở các độ tuổi, giới tính và ngôn ngữ khác nhau.
+ Phản hồi với lệnh thoại: Kiểm tra xem hệ thống có phản hồi chính xác với các lệnh bật/tắt đèn, thay đổi độ sáng, hay thay đổi màu sắc
+Bật/tắt đèn: Đảm bảo đèn bật/tắt đúng với lệnh nhận được.
+Thay đổi Đèn: h Kiểm thử hiệu năng:
+Độ trễ phản hồi: Đo thời gian từ khi phát lệnh giọng nói đến khi hệ thống thực hiện hành động tương ứng.
+Khả năng xử lý nhiều lệnh cùng lúc: Kiểm tra hệ thống khi nhận nhiều lệnh giọng nói cùng lúc hoặc liên tục
Hình 5 Hệ thống với từng lệnh thoại khác nhau