Báo cáo bài tập lớn môn iot Đề tài mô hình xe ô tô Điều khiển sử dụng giọng nói

I.Đặc tả các tính năng chính của hệ thốngMô hình xe ô tô điều khiển sử dụng giọng nói là một dự án thú vị trong lĩnh vực Internet of Things IoT và nhúng.. Dự án này nhằm phát triển một h

HỌC VIỆN CÔNG NGHỆ BƯU CHÍNH VIỄN THÔNG

KHOA CƠ BẢN I

BÁO CÁO BÀI TẬP LỚN MÔN : IoT

ĐỀ TÀI: MÔ HÌNH XE Ô TÔ ĐIỀU KHIỂN SỬ DỤNG GIỌNG NÓI

Nhóm thực hiện : 08

Thành viên : Nguyễn Huy Du – B20DCCN125

Nghiêm Văn Nam – B20DCCN449 Nguyễn Việt Anh – B20DCCN065

Nhóm lớp học : 02

Giảng viên hướng dẫn : Trần Tiến Công

Hà Nội - 2023

I.Đặc tả các tính năng chính của hệ thống

Mô hình xe ô tô điều khiển sử dụng giọng nói là một dự án thú vị trong lĩnh vực Internet of Things (IoT) và nhúng Dự án này nhằm phát triển một hệ thống xe ô tô mô hình có khả năng lắng nghe và hiểu các lệnh điều khiển từ người dùng thông qua giọng nói, qua một ứng dụng di động Đây là một sự kết hợp giữa công nghệ điều khiển

xe mô hình và nhận dạng giọng nói, mang lại trải nghiệm tương tác tiện lợi và thú vị

Dự án này có thể được ứng dụng trong giáo dục để giúp mọi người hiểu về IoT, lập trình, và điều khiển thiết bị từ xa Nó cũng có thể được sử dụng trong lĩnh vực giải trí, cho phép người chơi tương tác với mô hình xe một cách độc đáo và thú vị Trong các ứng dụng thám hiểm, nó có thể được sử dụng để điều khiển xe mô hình trong môi trường khó khăn hoặc không thân thiện với con người

Dưới đây là một số tính năng chính của hệ thống:

- Điều khiển xe bằng thao tác tay: Tính năng này cho phép

người sử dụng điều khiển một số chức năng của xe từ xa thông qua ứng dụng trên điện thoại di động hoặc thiết bị thông minh khác Điều này có thể bao gồm việc mở/khóa cửa xe, bật/tắt đèn,

và khởi động/tắt động cơ từ xa

- Điều khiển xe bằng giọng nói: Tính năng này cho phép

người dùng sử dụng giọng nói để thực hiện các lệnh và điều khiển các chức năng của xe, chẳng hạn như mở/khóa cửa xe, bật/tắt đèn, và khởi động/tắt động cơ từ xa hay điều hướng đến địa điểm

cụ thể

- Cảnh báo va chạm: Tính năng này thường sử dụng các

cảm biến như cảm biến siêu âm, cảm biến tiệm cận, hoặc cảm biến gia tốc để phát hiện sự va chạm Cảm biến này sẽ liên tục theo dõi khoảng cách hoặc tốc độ thay đổi của xe

- Lái tự động tránh vật cản: Sử dụng cảm biến siêu âm hoặc

cảm biến hồng ngoại để liên tục đo khoảng cách đến vật cản xung quanh xe mô hình Dựa vào thông tin vật cản, đưa ra quyết định

về hướng di chuyển an toàn nhất để tránh vật cản

II Cách thức thu nhập và truyền dữ liệu

1 Thu thập dữ liệu khi điều khiển bằng thao tác tay

Người dùng nhấn các nút điều hướng hiển thị trên ứng dụng

di động để tạo lệnh điều khiển cho xe

2 Thu thập dữ liệu khi điều khiển bằng giọng nói

- Sử dụng API hoặc thư viện điều khiển giọng nói như Google Speech-to-Text hoặc Apple's Speech Recognition để thu thập dữ liệu giọng nói từ người dùng qua ứng dụng di động

- Ứng dụng di động sẽ thu thập âm thanh từ microphone của thiết bị

di động và chuyển chúng thành văn bản

3 Thu thập dữ liệu từ sensor cảm biến khoảng cách

Sensor cảm biến khoảng cách sẽ ghi lại khoảng cách giữa xe và vật cản phía trước Sensor sẽ đưa ra dữ liệu xem có vật cản phía trước không để đưa ra thông báo

4 Truyền dữ liệu đến xe mô hình

 Sử dụng kết nối Wi-Fi hoặc Bluetooth để kết nối giữa vi điều khiển ESP32 điện thoại di động Sử dụng giao thức MQTT, TCP/IP hoặc Bluetooth GATT để gửi và nhận dữ liệu giữa hai thiết bị Có thể sử dụng thư viện và SDK phù hợp để lập trình giao tiếp Wi-Fi hoặc Bluetooth trong vi điều khiển và ứng dụng di động

Khi dữ liệu giọng nói được chuyển đổi thành văn bản, văn bản này

sẽ truyền từ ứng dụng di động đến xe mô hình Cách thức truyền dữ liệu có thể thực hiện qua kết nối Bluetooth hoặc Wi-Fi:

* Kết nối Bluetooth: có thể sử dụng một module Bluetooth

trên cả điện thoại di động và xe mô hình Dữ liệu văn bản được gửi qua Bluetooth từ điện thoại di động và nhận bởi xe

mô hình Sau đó, xe mô hình có thể xử lý và thực hiện các lệnh từ dữ liệu giọng nói

* Kết nối Wifi: Sử dụng mạng Wi-Fi để truyền dữ liệu giọng

nói từ điện thoại di động đến một máy chủ hoặc vi điều khiển trung tâm trên xe mô hình Xe mô hình có thể kết nối đến máy chủ qua Wi-Fi để lấy dữ liệu giọng nói và xử lý

 Sử dụng giao tiếp GPIO hoặc giao tiếp I2C để kết nối ESP32 với cảm biến siêu âm hoặc cảm biến hồng ngoại ESP32 đọc dữ liệu

từ cảm biến để xác định khoảng cách đến vật cản và các thông tin khác

III Các phần cứng sử dụng

1 Vi điều khiển ESP32

 ESP32 là một vi điều khiển tích hợp nhiều chức năng, bao gồm

vi xử lý lõi kép, Wi-Fi, Bluetooth, và nhiều cổng giao tiếp khác

 Sở hữu hai lõi xử lý Tensilica LX6, cho phép xử lý đa nhiệm và hiệu suất cao trong các ứng dụng phức tạp

 Hỗ trợ kết nối Wi-Fi 802.11 b/g/n và Bluetooth 4.2/BLE, mở rộng khả năng giao tiếp và tương tác với các thiết bị khác

 Có nhiều chân GPIO (General Purpose Input/Output) và các cổng giao tiếp như SPI, I2C, UART, GPIO, ADC, và nhiều cổng khác, tạo sự linh hoạt cho các ứng dụng đa dạng

 Được trang bị bộ nhớ flash tích hợp, hỗ trợ lưu trữ và thực thi chương trình một cách thuận tiện

 Có các chế độ tiết kiệm năng lượng và các tính năng quản lý nguồn cung cấp, giúp tối ưu hóa sự tiêu thụ năng lượng

 Sử dụng mô hình tổ chức phần cứng và phần mềm modul để

dễ dàng tích hợp và phát triển ứng dụng

 Có khả năng cập nhật chương trình thông qua kết nối Wi-Fi, giúp quá trình phát triển và bảo dưỡng trở nên thuận tiện

 Với nhiều tính năng và chức năng tích hợp, ESP32 có khả năng đáp ứng đa dạng các ứng dụng IoT và các dự án nhúng khác

2 Module L298N Motor Driver

 L298N là một module điều khiển động cơ hai chiều, chủ yếu được thiết kế để điều khiển động cơ DC và motor stepper

 Bao gồm hai cầu H-bridge (mỗi cầu H có thể điều khiển một động cơ), cung cấp khả năng thay đổi hướng quay và tốc độ của động cơ

 Có thể điều khiển thông qua ngõ vào điều khiển TTL

(transistor-transistor logic), giúp dễ dàng tích hợp với các vi điều khiển như Arduino

 Hỗ trợ điều khiển tốc độ của động cơ thông qua PWM (Pulse Width Modulation), giúp điều chỉnh mức công suất đưa vào động cơ

 Chấp nhận mức điện áp đầu vào rộng, thường từ 5V đến 35V, làm cho nó thích hợp cho nhiều loại động cơ

 Có tính năng bảo vệ quá nhiệt và quá dòng để đảm bảo an toàn cho module và động cơ

 Cung cấp nhiều cổng giao tiếp như cổng điều khiển, cổng nguồn, và cổng kết nối với động cơ, tạo sự linh hoạt trong sử dụng

 Thường được sử dụng trong các dự án robot, xe tự lái, máy in 3D và các ứng dụng khác đòi hỏi điều khiển động cơ

3 Motor DC

 Motor DC chuyển động bằng cách sử dụng nguyên tắc của lực

từ (force from a magnetic field) Dòng điện chạy qua cuộn dây trong trường từ tạo ra bởi nam châm, tạo ra lực đẩy (thường được gọi là lực Lorentz) làm quay rotor

 Bao gồm một rotor (trục quay) và stator (bộ phận cố định) Rotor thường là một nam châm hoặc có các cánh quay, trong khi stator bao gồm cuộn dây và nam châm tạo ra trường từ

 Motor DC hoạt động với nguồn điện dòng liên tục (DC) Điện

áp và dòng điện đưa vào motor ảnh hưởng đến tốc độ quay và lực đẩy tạo ra

 Thường được sử dụng trong nhiều ứng dụng như robot, thiết bị điện tử, ô tô, máy công nghiệp, và nhiều hệ thống tự động khác

 Tốc độ quay của motor DC có thể được kiểm soát thông qua việc điều chỉnh điện áp đưa vào hoặc sử dụng các kỹ thuật điều khiển như PWM (Pulse Width Modulation)

 Motor DC thường độ bền cao và có thể hoạt động ổn định trong thời gian dài khi được sử dụng đúng cách

4 Cảm biến siêu âm HC-SR04

 Sử dụng sóng siêu âm để đo khoảng cách Cảm biến gửi một xung siêu âm và đo thời gian nó mất để sóng âm phản xạ từ vật cản và trở lại cảm biến

 Bao gồm một bộ phận phát sóng và một bộ phận thu sóng Cả hai phần này thường được đặt gần nhau trên một module

 Có 4 chân chính: VCC (5V), Trig (tín hiệu điều truyền), Echo (tín hiệu nhận), và GND (đất) Tín hiệu Trig khởi động xung siêu

âm, trong khi tín hiệu Echo trả về thời gian trôi qua từ khi phát đến khi nhận được sóng âm phản xạ

 Có thể đo khoảng cách từ một vài centimet đến một vài mét, tùy thuộc vào điều kiện môi trường và cài đặt

 Cảm biến thường mang lại độ chính xác và độ tin cậy tốt trong việc đo khoảng cách

 Thường được sử dụng trong các dự án robot tự lái, hệ thống tránh vật cản, đo khoảng cách cho các ứng dụng IoT, và nhiều ứng dụng khác đòi hỏi đo khoảng cách

 Dễ dàng tích hợp với các vi điều khiển như Arduino, Raspberry

Pi, và nhiều nền tảng nhúng khác thông qua việc sử dụng GPIO

5 Servo Motor SG90

 Servo motor SG90 thuộc dạng servo motor, một loại động cơ chuyển động theo một góc cụ thể

 Có khả năng chuyển động trong một khoảng góc nhất định, thường từ 0 đến 180 độ

 Hoạt động ổn định ở điện áp thấp, thường là từ 4.8V đến 6V

 Góc quay của servo motor có thể được kiểm soát chính xác thông qua một tín hiệu PWM (Pulse Width Modulation)

 Được thiết kế với kích thước nhỏ gọn, thích hợp cho các dự án

có hạn chỗ

 Hoạt động trong chế độ giữ góc với sự giữ góc chính xác, giúp duy trì vị trí mong muốn

 Thường được sử dụng trong các dự án robot, máy in 3D, cổng điều khiển từ xa, và nhiều ứng dụng khác đòi hỏi kiểm soát chuyển động góc

 Có thể điều chỉnh cơ hạn góc quay thông qua điều chỉnh cơ cấu bánh răng nếu cần

 Dễ tích hợp và điều khiển với các vi điều khiển như Arduino, Raspberry Pi, và các nền tảng nhúng khác

IV Sơ đồ thiết kế

1 Đặc tả tiến trình

2 Đặc tả mô hình miền

3 Đặc tả mô hình thông tin

4 Thông số dịch vụ

5 Đặc tả cấp độ IoT

6 Đặc tả thành phần chức năng

7 Đặc tả thành phần hoạt động

V Giao diện