Đồ án thiết kế xe cho người tàn tật

Với sự phát triển của khoa học kỹ thuật đang tác động đến các lĩnh vực, đặc biệt là lĩnh vực điện tử đã tạo ra bước nhảy vọt vượt bậc trong nhiều lĩnh vực của đời sống xã hội, góp phần mang đến cuộc sống tốt đẹp hơn, đặc biệt là sức khỏe của con người. Với những kiến thức đã được học, em mong muốn “thiết kế mô hình xe hỗ trợ cho người tàn tật”, những con người không gặp may mắn trong cuộc sống. Hiện tại có rất nhiều công nghệ đã được áp dụng để chế tạo các sản phẩm xe thông mình như điều khiển qua bluetooth, điều khiển qua cử chỉ của con con người, điều khiển qua giọng nói.v.v. Công nghệ nhận dạng giọng nói là một giải pháp thích hợp. Nó cho phép người sử dụng có thể điều khiển theo khẩu lệnh của mình bằng những lệnh đã được cài đặt từ trước, từ đó người sử dụng có thể điều khiển một cách dễ dàng, linh hoạt, độ tin cậy cao. Trên cơ sở đó, em đã lựa chọn công nghệ nhận dạng giọng nói để thực hiện “thiết kế mô hình xe hỗ trợ cho người tàn tật”.

MỤC LỤC 1 DANH MỤC HÌNH ẢNH 2 DANH MỤC BẢNG 3 MỞ ĐẦU Hiện xu hướng áp dụng khoa học công nghệ kỹ thuật vào mặt đời sống xã hội Khoa học kỹ thuật không giúp tăng suất, chất lượng sản xuất mà giúp nâng cao chất lượng sống người dân mặt sức khỏe tinh thần, đặc biệt người khuyết tật không gặp may mắn sống Trong công nghệ đại công nghệ nhận dạng giọng nói để điều khiển xe mô hình sử dụng phổ biến Do có ưu điểm tính thông minh tương tác cao so với phương pháp xe thủ công phương pháp khác Xuất phát từ nhu cầu thực tế, em chọn đề tài “Nghiên cứu thiết kế mô hình xe hỗ trợ cho người tàn tật” nhằm giúp đỡ người tàn tật dễ dàng sinh hoạt, hòa nhập với xã hội Đề tài trình bày trình em tìm hiểu, thiết kế kiểm tra tính thực tiễn thiết bị bao gồm chương: • Chương 1: Tổng quan hệ thống Trình bày, giới thiệu mô hình xe hỗ trợ cho người tàn tật, từ lựa chọn mô hình phù hợp cho đề tài • Chương 2: Phân tích thiết kế hệ thống Phân tích toán thực tế, yêu cầu cần thiết việc thiết kế mô hình Sau dựa phân tích đưa phương pháp thiết kế, lựa chọn linh kiện chế tạo sản phẩm • Chương 3: Hoàn thiện hệ thống Trình bày trình thử nghiệm mô hình thực tế, đánh giá kết thu đề hướng phát triển tương lai Sau nhiều tháng nỗ lực nghiên cứu phát triển, em đạt số kết định Mặc dù thiếu sót mặt kiết thức thiết bị hạn chế linh kiện thiết nên em tránh khỏi sai sót Vì em mong nhận ý kiến đóng góp thầy cô giáo bạn bè Em xin chân thành cảm ơn! 4 CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG 1.1 Giới thiệu hệ thống Với phát triển khoa học kỹ thuật tác động đến lĩnh vực, đặc biệt lĩnh vực điện tử tạo bước nhảy vọt vượt bậc nhiều lĩnh vực đời sống xã hội, góp phần mang đến sống tốt đẹp hơn, đặc biệt sức khỏe người Với kiến thức học, em mong muốn “thiết kế mô hình xe hỗ trợ cho người tàn tật”, người không gặp may mắn sống Hiện có nhiều công nghệ áp dụng để chế tạo sản phẩm xe thông điều khiển qua bluetooth, điều khiển qua cử con người, điều khiển qua giọng nói.v.v Công nghệ nhận dạng giọng nói giải pháp thích hợp Nó cho phép người sử dụng điều khiển theo lệnh lệnh cài đặt từ trước, từ người sử dụng điều khiển cách dễ dàng, linh hoạt, độ tin cậy cao Trên sở đó, em lựa chọn công nghệ nhận dạng giọng nói để thực “thiết kế mô hình xe hỗ trợ cho người tàn tật” 1.2 Mục tiêu đề tài Thiết kế “Mô hình xe hỗ trợ cho người tàn tật” thông minh, nhạy, tương tác linh hoạt với người sử dụng, phù hợp với môi trường học tập Từ phát triển ý tưởng, đưa hệ thống vào thực tế Từ thu kiến thức thiết kế, chế tạo, nguyên lý hoạt động thiết bị có hệ thống 1.3 Giới hạn đề tài Việc xây dựng mô hình cho phù hợp với điều kiện nghiên cứu học tập, tùy vào thực tế để xây dựng phát triển hướng tương lai để hoàn thiện sản phẩm đạt chất lượng cao, đáp ứng nhu cầu sử dụng 1.4 Phương pháp nghiên cứu Trong thực tế nay, phương pháp truyền thống xe lăn tay hay chân, số phương pháp áp dụng xe đẩy có động cơ, xe lăn điện, xe lăn điều khiển giọng nói Một số phương pháp hỗ trợ người tàn tật nghiên cứu nay: 5 Hình 1.1 Xe lăn đẩy tay • Xe lăn đẩy tay: Là sản phẩm thủ công dành cho người khuyết tật, khỏe mạnh, tự vận hành xe điều khiển xe Ưu điểm xe đẩy dạng tay người sử dụng tự vận hành được, nhẹ, mang xa Tuy nhiên, xe không nên sử dụng người cao tuổi người dùng phải vận động từ thắt lưng đến hai tay, mệt trình sử dụng Ngoài tình trạng xước tay vận hành xe phổ biến, ảnh hưởng đến sức khỏe 6 Hình 1.2 Xe lăn điện • Xe lăn điện: Là sản phẩm kết hợp lăn tay truyền thống hệ thống động ác quy đại, giúp cho người dùng dễ dàng điều khiển mà không tốn sức điều khiển xe lăn tay Tuy nhiên, có mặt hạn chế phụ thuộc vào nguồn lượng điện, độ linh hoạt chưa thực tốt Hình 1.3 Xe lăn điều khiển giọng nói • Xe lăn điều khiển giọng nói: Thay phải dùng tay để điều khiển người ngồi việc lệnh cho xe “tiến, lùi, trái, phải ” giọng nói Chiếc xe tự động nhận dạng giọng nói thực theo Sản phẩm có độ động cao, không 7 cần dùng sức để vận hành xe, người dùng thoải mái điều khiển xe mà không lo trở ngại bên khác Đây sáng chế xe lăn điện cho người tàn tật độc đáo Tuy nhiên sản phẩm trình nghiên cứu nên nhiều nhược điểm người sử dụng phải phát âm chuẩn so với giọng nói điều khiển ban đầu Mặc dù vậy, xe lăn điều khiển giọng nói đánh giá sản phẩm công nghệ tương lai 1.5 Đề xuất Các phương pháp kể có tính khả thi cao Mỗi phương pháp có ưu nhược điểm riêng nhà nghiên cứu tiếp tục phát triển, khắc phục nhược điểm Với lực thân độ lớn đề tài, em định sử dụng phương pháp xe lăn điều khiển giọng nói để nghiên cứu thực thiết kế Mục tiêu em hướng tới thiết kế sản phẩm có tính ứng dụng thực tế, hỗ trợ người tàn tật dễ dàng việc sinh hoạt ngày Với yêu cầu đề tài đặt ra, em dự kiến lựa chọn linh kiện như: Module nhận dạng giọng nói VR3, cảm biến âm CN07 để nhận lệnh điều khiển, Arduino Uno R3 làm vi xử lý trung tâm, thực điều khiển toàn hoạt động hệ thống Module L298, động giảm tốc DC sử dụng để điều khiển động mô hình xe 1.6 Nhận xét Trong chương em tìm hiểu hệ thống hỗ trợ cho người tàn tật nay, em nhận thấy hệ thống ” Xe lăn điều khiển giọng nói” có nhiều ưu điểm vượt trội tính năng, độ linh hoạt so với hệ thống khác Qua em đề xuất hệ thống xe hỗ trợ cho người tàn tật sử dụng công nghệ nhận dạng giọng nói Trong chương em sâu vào phân tích thiết kế mô hệ thống x trên, tìm hiểu lựa chọn linh kiện phù hợp CHƯƠNG 2: PHÂN TÍCH VÀ THIẾT KẾ HỆ THỐNG 2.1 Yêu cầu hệ thống • Khối nhận dạng giọng nói phải đảm bảo độ xác cao, có yêu cầu lệnh từ người sử dụng phải nhận dạng chuẩn, không bị nhầm lẫn lệnh điều khiển 8 • Hệ thống có kết cấu chắn, độ bền cao, dễ dàng khắc phục có hỏng hóc xảy • Giá thành sản phẩm không cao • Hệ thống thân thiện an toàn với người sử dụng Từ yêu cầu trên, em lựa chọn thiết bị xây dựng, thiết kế hệ thống mô hình xe hỗ trợ cho người tật 2.2 Thiết kế hệ thống 2.2.1 Sơ đồ khối hệ thống Sơ đồ khối hệ thống bao gồm khối: Khối nhận lệnh, khối điều khiển, khối cấu chấp hành khối nguồn Hình 2.1 Sơ đồi khối hệ thống Khối nguồn: Cung cấp cung cấp nguồn DC, đảm bảo hoạt động cho toàn hệ thống  Nguồn adapter: Kích thước nhỏ gọn, chi tiết phần cứng chắn, chất lượng hoàn thiện cao Tuy nhiên, cần phải có nguồn 220V để chuyển đổi nguồn DC nên không thuận tiện cho việc lắp đặt mô hình xe 9 Hình 2.2 Nguồn adapter  Pin DC: Kích thước nhỏ gọn, dễ dàng sử dụng lắp đặt thiết bị yêu cầu động Hình 2.3 Nguồn pin DC  Từ đó, em chọn phương án sử dụng nguồn Pin DC để đảm bảo tính động cao xe mô hình Khối nhận lệnh: Nhiệm vụ khối ghi âm giọng nói cài lệnh từ trước, nhận lệnh thu gửi đến khối xử lý liệu để điều khiển thiết bị  Cảm biến âm CN07: Được sử dụng để phát âm thanh, tiếng động xung quanh từ báo tín hiệu xuất chân tín hiệu 10 10 Hình 2.13 Lưu đồ thuật toán 2.2.4 Nguyên lý hoạt động hệ thống Khi khởi động hệ thống, khối nhận dạng giọng nói sẵn sàng nhận lệnh từ người sử dụng Khi người sử dụng yêu cầu lệnh qua microphone, khối nhận lệnh phân tích giọng nói dựa vào lệnh yêu cầu ban đầu, xuất tín hiệu điều khiển đưa đến khối 20 20 điều khiển trung tâm Khối xỷ lý trung tâm xử lý tín hiệu điều khiển nhận được, đưa lệnh điều khiển đến khối chấp hành 2.3 Nhận xét Trong chương em thực tìm hiểu linh kiện, vẽ sơ đồ nguyên lý hệ thống, xây dựng chương trình cho hệ thống mô hình xe hỗ trợ cho người tàn tật Sang chương em trình bày bước thiết kế mô hình thiết kế sản phẩm hoàn chỉnh 21 21 CHƯƠNG HOÀN THIỆN HỆ THỐNG 3.1 Các bước thực Bước 1: Chế tạo - Cấp nguồn 8V cho Arduino L298 qua chân V-in GND - Cấp nguồn 5V cho Module nhận dạng giọng nói VR3 qua chân 5V - GND Arduino Uno Nối dây Arduino Uno R3với Module VR3: ARUDINO 5V VOICE RECOGNITION MODULE V3 RX GND GND 5V TX Bảng 1: Ghép nối Arduino Uno R3 với Module VR3 - Nối dây Arduino Uno R3 với Module L298: ARDUINO L298 IN1 IN2 IN3 IN4 ENA 10 ENB GND GND Bảng 2: Ghép nối Arduino Uno R3 với Module L298 22 22 Hình 3.1 Mạch 3D mô Proteus 7.8 Bước 2: Hoàn thiện sản phẩm Hình 3.2 Sản phẩm trình hoàn thiện 23 23 Bước 3: Kiểm thử  Hoàn thiện phần cứng, cấp nguồn cho thiết bị chạy thử không xảy tượng chập cháy  Tiến hành nạp chương trình điều khiển cho thiết bị: • Bước 1: Chọn Tools -> board:”Arduino/Genuino uno’’ Hình 3.3 Hướng dẫn chọn Board Arduino • Bước 2: Chọn Tools -> Port :”COM3” Hình 3.4 Hướng dẫn chọn cổng kết nối Arduino 24 24 • Bước 3: Nạp chương trình phần mềm Arduino IDE Hình 3.5 Nạp code chương trình cho hệ thống 3.2 Kiểm tra hiệu chỉnh Sau nạp chương trình cho thiết bị xảy tượng khối nhận lệnh giọng nói không nhận lệnh người sử dụng Đèn báo tín hiệu module nhận dạng giọng nói không báo có tín hiệu Hình 3.6 Sản phẩm kiểm tra bị lỗi 25 25 Đánh giá lại hệ thống, em nhận thấy module nhận dạng giọng nói đấu nối sai chân TX RX Sau kiểm tra khắc phục lỗi, thiết bị hoạt động ổn định 3.3 Kết - Mạch chạy ổn định, hoạt động tốt, tính linh hoạt cao - Không xảy tượng hỏng hóc, chập cháy - Hoàn thiện sản phẩm Hình 3.7 Sản phẩm đóng hộp Ưu điểm: • Mạch giọng nói có độ xác cao • Đơn giản, dễ sử dụng Nhược điểm: • Mạch giọng nói dạng phụ thuộc, phải training lại thay đổi người sử dụng • Kết cấu đơn giản, chức phụ trợ 26 26 3.4 Nhận xét Trong chương em “thiết kế mô hình xe hỗ trợ cho người tàn tật”, sản phẩm hoàn thiện đánh giá chất lượng, kiểm tra khắc phục lỗi mắc phải Sản phẩm hoàn thiện có tính ứng dụng cao, hỗ trợ tốt cho người tàn tật KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN Kết luận Tuy thời gian có hạn hẹp hướng dẫn tận tình thầy giáo Th.s Đào Tô Hiệu với cố gắng thân, em hoàn thành đề tài thời gian quy định Sau hoàn thành đề tài, em tìm hiểu nắm vững kiến thức như: - Tìm hiểu nắm bắt nguyên lý cấu tạo board Arduino Uno R3 Tìm hiểu nắm bắt nguyên lý hoạt động Module nhận dạng giọng nói Voice recognition V3 - Hiểu cấu tạo phương pháp điều khiển động giảm tốc Dc - Sử dụng phần mềm mô phỏng, lập trình để thiết kế hệ thống Hướng phát triển tương lai Hiện nay, hạn chế mặt thời gian công nghệ linh kiện nên sản phẩm chưa thực hoàn thiện, chưa đáp ứng đầy đủ toán yêu cầu thực tế đặt ra, tương lai em tiếp tục cải tiến thiết bị, tìm giải pháp để đáp ứng yêu cầu thực tế, hạn chế nhược điểm thiết bị, phát triển hệ thống nhận dạng giọng nói không phụ thuộc Mong muốn em đưa sản phẩm vào ứng dụng thực tế, giúp hỗ trợ người tàn tật việc sinh hoạt, lại mô hình tốt 27 27 TÀI LIỆU THAM KHẢO Tìm hiểu tài liệu module nhận dạng giọng nói Voice Recognition Module V3 http://arduino.vn/bai-viet/955-gioi-thieu-mo-dun-voice-recognition-module-v3dieu-kien-giong-noi-voi-arduino https://drive.google.com/file/d/0B4vt-olV258teHpPUnJUSG1fRW8/view https://codebender.cc/utilities/download/340601?referrer=thaidinh25 http://k2.arduino.vn/img/2016/07/06/0/2621_882450-1467809062-0thuvienvr3.rar http://arduino.vn/tags/software-serial Tìm hiểu Arduino Uno R3 http://arduino.vn/bai-viet/42-arduino-uno-r3-la-gi Tìm hiểu module L298 http://tae.vn/mach-dieu-khien-dong-co-l298 Tìm hiểu động giảm tốc DC http://banlinhkien.vn/category-193-b0-dong-co-dc-giam-toc.html 28 28 PHỤ LỤC PHỤ LỤC – MÃ NGUỒN FIRMWARE #include #include "VoiceRecognitionV3.h" VR myVR(2,3); uint8_t records[7]; uint8_t buf[64]; int PinA = 7; int PinB = 6; int Speed1 = 9; int PinC = 4; int PinD = 5; int Speed2 = 10; #define tien (0) #define lui (1) #define trai (2) #define phai (3) #define dung (4) void printSignature(uint8_t *buf, int len) { int i; for(i=0; i0x19 && buf[i]0){ printSignature(buf+4, buf[3]); } else{ Serial.print("NONE"); } Serial.println("\r\n"); } void setup() { myVR.begin(9600); Serial.begin(115200); Serial.println("Elechouse Voice Recognition V3 Module\r\nControl LED sample"); pinMode(PinA, OUTPUT); pinMode(PinB,OUTPUT); pinMode(Speed1,OUTPUT); pinMode(PinC,OUTPUT); pinMode(PinD,OUTPUT); pinMode(Speed2,OUTPUT); if(myVR.clear() == 0){ Serial.println("Recognizer cleared."); }else{ Serial.println("Not find VoiceRecognitionModule."); Serial.println("Please check connection and restart Arduino."); while(1); } 30 30 if(myVR.load((uint8_t)tien) >= 0) { Serial.println("tien loaded"); } if(myVR.load((uint8_t)lui) >= 0) { Serial.println("lui loaded"); } if(myVR.load((uint8_t)trai) >= 0) { Serial.println("trai loaded"); } if(myVR.load((uint8_t)phai) >= 0) { Serial.println("phai loaded"); } if(myVR.load((uint8_t)dung) >= 0) { Serial.println("dung loaded"); } } void loop() { int ret; ret = myVR.recognize(buf, 50); if(ret>0){ switch(buf[1]){ case tien: analogWrite(Speed1, 67); digitalWrite(PinA, HIGH); digitalWrite(PinB, LOW); analogWrite(Speed2, 67); digitalWrite(PinC, HIGH); digitalWrite(PinD, LOW); break; case lui: analogWrite(Speed1, 67); digitalWrite(PinA, LOW); digitalWrite(PinB, HIGH); 31 31 analogWrite(Speed2, 67); digitalWrite(PinC, LOW); digitalWrite(PinD, HIGH); break; case trai: analogWrite(Speed1, 67); digitalWrite(PinA, LOW); digitalWrite(PinB, HIGH); analogWrite(Speed2, 67); digitalWrite(PinC, LOW); digitalWrite(PinD, LOW); delay(1400); analogWrite(Speed1, 67); digitalWrite(PinA, LOW); digitalWrite(PinB, LOW); analogWrite(Speed2, 67); digitalWrite(PinC, LOW); digitalWrite(PinD, LOW); break; case phai: analogWrite(Speed1, 67); digitalWrite(PinA, LOW); digitalWrite(PinB, LOW); analogWrite(Speed2, 67); digitalWrite(PinC, LOW); digitalWrite(PinD, HIGH); delay(1400); analogWrite(Speed1,67); digitalWrite(PinA, LOW); digitalWrite(PinB, LOW); analogWrite(Speed2, 67); digitalWrite(PinC, LOW); digitalWrite(PinD, LOW); break; case dung: analogWrite(Speed1,67); digitalWrite(PinA, LOW); digitalWrite(PinB, LOW); analogWrite(Speed2, 67); digitalWrite(PinC, LOW); 32 32 digitalWrite(PinD, LOW); break; default: Serial.println("Record function undefined"); break; } printVR(buf); } } 33 33 NHẬN XÉT CỦA GIẢNG VIÊN HƯỚNG DẪN ………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………… Điểm đánh giá giảng viên hướng dẫn: …………………………………………………… Thái Nguyên, ngày tháng năm 2017 GIẢNG VIÊN HƯỚNG DẪN ThS Đào Tô Hiệu 34 34 ... giọng nói để thực thiết kế mô hình xe hỗ trợ cho người tàn tật 1.2 Mục tiêu đề tài Thiết kế “Mô hình xe hỗ trợ cho người tàn tật thông minh, nhạy, tương tác linh hoạt với người sử dụng, phù... thiện an toàn với người sử dụng Từ yêu cầu trên, em lựa chọn thiết bị xây dựng, thiết kế hệ thống mô hình xe hỗ trợ cho người tật 2.2 Thiết kế hệ thống 2.2.1 Sơ đồ khối hệ thống Sơ đồ khối hệ thống... so với phương pháp xe thủ công phương pháp khác Xuất phát từ nhu cầu thực tế, em chọn đề tài “Nghiên cứu thiết kế mô hình xe hỗ trợ cho người tàn tật nhằm giúp đỡ người tàn tật dễ dàng sinh hoạt,