Điều khiển xe robot bằng giọng nói với raspberry pi

TÊN ĐỀ TÀI: ĐIỀU KHIỂN XE ROBOT BẰNG GIỌNG NÓI VỚI RASPBERRY PI 3 II.. Điều khiển bằng giọng nói hiện nay đang được ứng dụng rộng rãi như xe oto, nhà điều khiển bằng giọng nói và điểu kh

BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH

KHOA ĐIỆN – ĐIỆN TỬ

BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH

Tp:HCM ngày 01 thánh 07 năm 2018

NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

Họ tên sinh viên: Phanh Thanh Toàn MSSV: 11141222

Võ Hoàng Khánh MSSV: 11141102

Khóa : 11 Lớp 11141DT1A

I TÊN ĐỀ TÀI: ĐIỀU KHIỂN XE ROBOT BẰNG GIỌNG NÓI VỚI RASPBERRY PI 3

II NHIỆM VỤ

1 Các số liệu ban đầu:

(ghi những thông số, tập tài liệu tín hiệu, hình ảnh,…)

Thông số ban đầu là xử lý tín hiệu âm thanh

Tài liệu: Giáo trình Kỹ thuật truyền số liệu

2 Nội dung thực hiện: (ghi những nội dung chính cần thực hiện như trong phần tổng quan)

Đặt vấn đề , nêu ra mục tiêu đề tài,những nội dung nghiên cứu, bố cục của đề tài và cuối cùng là những giới hạn của đề tài

IV NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ: 30/06/2018

V HỌ VÀ TÊN CÁN BỘ HƯỚNG DẪN: Th.S Nguyễn Duy Thảo

CÁN BỘ HƯỚNG DẪN BM ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH

BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH o0o

Tên đề tài: ĐIỀU KHIỂN XE ROBOT BẰNG GIỌNG NÓI VỚI RASPBERRY PI 3

GV HƯỚNG DẪN

(Ký và ghi rõ họ và tên

Đề tài này là do tôi tự thực hiện dựa vào một số tài liệu trước đó và không sao chép

từ tài liệu hay công trình đã có trước đó

Người thực hiện đề tài

Phan Thanh Toàn Võ Hoàng Khánh

Lời đầu tiên nhóm sinh viên thực hiện đề tài xin gửi lời cám ơn chân thành tới các thầy cô giáo trong trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật Thành Phố Hồ Chí Minh nói chung và các thầy cô giáo trong khoa Điện – Điện tử nói riêng đã tận tình giảng dạy, truyền đạt cho tôi những kiến thức, kinh nghiệm quý báu trong suốt thời gian qua

Đặc biệt chúng tôi xin gửi lời cảm ơn sâu sắc đến thầy Nguyễn Duy Thảo

đã định hướng, hướng dẫn tận tình và tạo điều kiện tốt nhất cho chúng tôi trong suốt quá trình chúng tôi thực hiện đề tài

Sau cùng chúng tôi xin gửi lời cảm ơn tới các anh, chị, các bạn đã giúp đỡ, chia sẻ kinh nghiệm, đóng góp ý kiến cho chúng tôi để hoàn thành tốt đề tài Trong quá trình thực hiện đề tài này sẽ không tránh khỏi thiếu xót Rất mong nhận được sự góp ý của quý thầy cô và các bạn để đề tài được hoàn thiện hơn

Nhóm thực hiện đề tài xin chân thành cảm ơn!

Nhóm thực hiện đề tài Phan Thanh Toàn Võ Hoàng Khánh

MỤC LỤC

Trang bìa I Nhiệm vụ đồ án II Lịch trình III Cam đoan IV Lời cảm ơn V Mục lục VI Liệt kê hình vẽ VII Liệt kê bảng vẽ ……….……… VIII Tóm tắt IX

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN 4

1.1.Đặt vấn đề 4

1.2.Mục tiêu 4

1.3.Nội dung nghiên cứu 4

1.4.Giới hạn 4

1.5.Bố cục 4

CHƯƠNG 2 CƠ SỞ LÝ THUYẾT 4

2.1.Tổng quan về xe robot điều khiển bằng giọng nói………5

2.1.2 Ưu điểm của xe robot điều khiển bằng giọng nói 5

2.2 Giới thiệu phần cứng 6

2.2.1 Giới thiệu Raspberry Pi 3 6

2.2.2 Hệ điều hành và phần mềm 15

2.2.3 Mạch công suất cầu H (L298N)……… ………14

2.2.4 Cảm biến siêu âm 17

2.2.5 Board Arduino 20

2.2.6 USB Sound Card 21

2.2.7 Micro không dây Daile V10 24

3.2.1 Thiết kế sơ đồ khối hệ thống 32

3.2.2 Sơ đồ nguyên lý của toàn mạch 32

CHƯƠNG 4 THI CÔNG HỆ THỐNG 44

4.1 Giới thiệu 44

4.2.Thi công hệ thống 44

4.2.1.Chuẩn bị phần cứng 44

4.2.2 Lắp ráp và kiểm tra 45

4.3 Lập trình hệ thống 54

4.3.1 Lưu đồ của 1 hệ thống điều khiển xe robot bằng giọng nói 54

4.3.2 Phần mềm lập trình visual studio 2017 55

CHƯƠNG 5 KẾT QUẢ_NHẬN XÉT_VÀ ĐÁNH GIÁ 60

5.1 Cảm biến 61

5.2.Bộ điều khiển động cơ 62

5.3.Bộ vi điều khiển 63

5.4.Kết đạt được………63

CHƯƠNG 6 KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN………67

6.1 Kết luận ……… 67

6.2 Những hạn chế của đề tài………67

6.3 Hướng phát triển……….67

TÀI LIỆU THAM KHẢO PHU LỤC

Hình Trang

Hình 2.1 Hình ảnh xe robot điều khiển bằng giọng nói… 5

Hình 2.2 Bo mạch Raspberry Pi 3 6

Hình 2.3 Sơ đồ cấu tạo Raspberry Pi 7

Hinh 2.4 Sơ đồ chân GPIO Raspberry pi……… ……… 8

Hình 2.7 Hệ điều hành SNAPPY ………… ……….……… …… 11

Hình 2.10 Module mạch cầu H L298N………14

Hình 2.11 Sơ đồ nguyên lý L298N 15

Hình 2.16 Phản xạ sóng siêu âm theo góc 20

Hình 2.17 Vùng phát hiện của SRF04 20

Hình 2.18 Board Arduino Mega 2560 20

Hình 2.19 Hình ảnh vi điều khiển board Arduino Mega 2560 21

Hình 2.20.Hình ảnh các chân ngõ vào/ra board Arduino Mega 2560………… …21

Hình 2.23 Động cơ DC GA25 26

Hình 2.24 Module Led Matrix 8x8 MAX7219 27

Hình 3.1 Sơ đồ khối của hệ thống 28

Hình 3.2 Sơ đồ nguyên lý mạch nguồn 29

Hình 3.3 Sơ đồ nguyên lý mạch hạ áp 30

Hình 3.4 Sơ đồ chân Raspberry pi 3 30

Hình 3.5 Sơ đồ nguyên lý Module điều khiển động cơ L298N 31

Hình 3.6 Sơ nguyên lý Module Cảm biến Siêu âm SRF04 31

Hình 3.7 Sơ đồ nguyên lý Toàn mạch 32

Hình 3.8 Sơ đồ kết nối Raspberry pi 3 với module điều khiển động cơ L298N … 33

Hình 3.9 Sơ đồ kết nối module Cảm biến siêu âm với Raspberry pi 3 33

Hình 4.1 động cơ và bánh xe 45

Hình 4.2 khung xe robot 45

Hình 4.3 Pin dự phòng 5v 46

Hình 4.5 Pin cell 3.7v 47

Hình 4.6 Mạch giảm áp DC-DC 47

Hình 4.11 Hình ảnh thực tế kết nối raspberry pi với module SRF04 50

Hình 4.12 Hình ảnh thực tế kết nối raspberry pi với module L298N 50

Hình 4.13 Mô hình thực tế xe robot phía trước 51

Hình 4.14 Mô hình thực tế xe robot phía sau 52

Hình 4.16 Giao diện đăng nhập Windows 10 IoT Core trên web 55

Hình 4.18 Giao diện kết nối Windows 10 IoT Core qua PowerShell 56

Hình 4.20 Giao diện điều khiển Windows 10 IoT Core qua PowerShell 57

LIỆT KÊ BẢNG Bảng Trang Bảng 4.2.Bảngso sánh một vài thuộc tính của hệ điều hành Windows………… 58

và thậm chí thông qua màn hình cảm ứng Tất cả các thiết bị này đòi hỏi một số loại tiếp xúc vật lý để vận hành chúng.Với hang thập kỹ qua thì công nghệ xử lý thông tin ngày càng được nân cao Một loại thông tin đầu vào ra đời đó là xử lý giọng nói

Đồ án này trình bày kết quả nghiên cứu điều khiển xe robot bằng giong nói sử dụng kít Rasberry pi 3 tương tác với 2 phần mềm đó là Microsoft windows 10 Iot core và Microsoft visual studio 2017

hiện nay Nó mang lại rất nhiều lợi ý cho con người trong vấn đề di chuyển và điều khiển mọi vật không chỉ là xe

Với hàng thập kỷ qua công nghê mới có một sự đột biến mới so với công nghệ cũ.Các thiết bị không dây bắt đâu ra đời làm cho mọi thứ trở nên đơn giản hơn Và với sự nâng cao phần mềm và phần cứng thì một loại đầu vào mới được ra đời : tín hiệu bằng giọng nói

Điều khiển bằng giọng nói (nói chung), xe điều khiển bằng giọng nói (nói riêng) sẽ

là một xu hướng phát triển trong tương lại Và sẽ là một nghành công nghiệp rất mạnh Điều khiển bằng giọng nói hiện nay đang được ứng dụng rộng rãi như xe oto, nhà điều khiển bằng giọng nói và điểu khiến chiếc điện thoại của chúng ta

Hiện nay ở Việt Nam thì cộng nghệ điều khiển bằng giọng nói chưa phát triển nhiều như ở nước ngoài Nhưng đặc biệt điều khiển xe bằng giọng nói chúng ta đã chế tạo ra được xe lăn điều khiển bằng giọng nói dành cho những người bị khuyết

cả tay lẫn chân.Ý tưởng này được cả 2 bạn Khánh và Đạt cùng nghiên cứu và thực hiện và giành được giải nhất cuộc thi khoa học kỹ thuật cấp quốc gia Hiện tại sản phẩm được nâng cấp và cải tiến hơn nữa để giúp đỡ những người khuyết tật việt Nam Còn một vài nghiên cứu khác nữa như “ Ngôi nhà thông minh điều khiển bằng giọng nói “ được nghiên cứu và phát triển bởi công ty lumy việt nam và “ Điều khiển thiết bị bằng giọng nói”

Trên thế giới hiện nay điều khiển bằng giọng nói đang là một xu thế và sẽ thay thế các loại điều khiển khác trong tương lai Hiên tại có rất là nhiều nước đang nghiên

cứu và phát triển cộng nghệ này Đầu năm 2018 CES đã cho ra đời chiếc bồn cầu đa năng và được điều khiển bằng giọng nói, chiếc TV LG được điều khiển bằng giọng nói, iphone và Samsung cũng đã phát triển công nghệ điều khiển bằng giọng nói lên điện thoại của 2 hãng điện thoại lớn nhất thế giới này

1.2.MỤC TIÊU

 Đề tài có những mục tiêu chính như sau :

1.3.NỘI DUNG NGHIÊN CỨU

 Đề tài điều khiển xe robot bằng giọng nói với raspberrypi 3 có các nội dung chính như sau:

1.4.GIỚI HẠN

 Đề tài hệ thống điều khiển xe bằng giọng nói có các giới hạn bao gồm:

 Hiện tại nhóm chỉ có thể điều khiển xe bằng ngôn ngữ tiếng anh

 Mục tiêu của đề tài

 Giới hạn

Chương 2: Cơ sở lý thuyết

Chương 3: Tính toán và thiết kế

Chương 5: Kết Quả, Nhận Xét và Đánh Giá

 Bộ điều khiển động cơ

CHƯƠNG 2.CƠ SỞ LÝ THUYẾT

2.1.TỔNG QUAN VỀ XE ROBOT ĐIỀU KHIỂN BẰNG GIỌNG NÓI 2.1.1 Định nghĩa xe robot điều khiển bằng giọng nói

Xe robot điều khiển bằng giọng nói (tiếng Anh:speech controlled car robot) là tí hiệu tiếng nói khi qua micro sẽ được xử lý và nhận dạng trên kit raspberry pi 3 sau

đó phát tín hiệu điều khiển mạch công suất Mạch công suất là mạch cầu H sẽ điều khiển 2 động cơ chạy theo tiếng nói mà mình đã nói

 Một xe robot điều khiển bằng giọng nói , thường bao gồm các tính năng:

 Xe có thể chay tới, lui, qua trái, qua phải, đướng lại

Hình 2.1 Hình ảnh xe robot điều khiển bằng giọng nói

2.1.2 Ưu điểm xe điều khiển bằng giọng nói

Xe điều khiển bằng giọng nói có ưu điểm là chúng ta không cần thông qua một tiếp xúc vật lý nào để điều khiển thiết bị

Xe điều khiển bằng wifi hay blutooth thì chúng ta cần một chiếc điện thoại cài giao diện mới điều khiển được nhưng đối với xe robot điều khiển bằng giọng nói chúng ta chỉ cần sử dụng tiếng nói của chúng ta thì có thể điều khiển được

Hình 2.2: Bo mạch Raspberry Pi 3

Raspberry Pi sản xuất bởi 3 OEM: Sony, Qsida, Egoman Và được phân phối

chính bởi Element14, RS Components và Egoman

Raspberry pi 3 ra đời nhằm tạo ra một máy tính rẻ tiền cho sinh viên, nhưng

dựng xoay quanh bộ xử lí SoC Broadcom BCM2835 ( là chip xử lí mobile mạnh

mẽ có kích thước nhỏ hay được dùng trong điện thoại di động ) bao gồm CPU , GPU , bộ xử lí âm thanh /video và các tính năng khác … tất cả được tích hợp

b Cấu trúc phần cứng raspberry pi 3

Hình 2.3: Sơ đồ cấu tạo Raspberry Pi

 Raspberry Pi có hai phiên bản, Model A có giá 25$ và Model B có giá 35$ Model

B như hình trên thông dụng hơn cả Model B bao gồm những phần cứng và những cổng giao diện:

Broadcom Đây là loại SoC (system on chip) tức là trên chip này tích hợp cùng lúc:

nên Raspberry Pi 3 có thể chạy được Ubuntu core và Windows 10 core mượt mà

thay vào đó là thẻ nhớ SD Tất cả dữ liệu sẽ được lưu trữ trên thẻ nhớ này Cần dùng ít nhất là thẻ 4GB class 4 (4MB/s) cho Raspberry Pi (khuyên dùng thẻ 8GB class 10)

thiết như chuột, bàn phím và usb wifi

được hỗ trợ và tín hiệu HDMI có thể dễ dàng chuyển đổi thành các chuẩn khác như DVI, RCA, hoặc SCART

không có màn hình hỗ trợ HDMI Âm thanh và hình ảnh lấy ra từ cổng này có chất lượng kém hơn một chút so với từ cổng HDMI

Raspberry Pi không có nút nguồn Micro USB được chọn làm cổng cấp nguồn Nguồn cấp cho Raspberry Pi là 5v điện áp (bắt buộc) và dòng nên lớn hớn 1A Cấp nguồn quá 5v sẽ rất dễ làm cháy board mạch

hình OLED

 Cổng CSI (Camera Serial Interface): Cổng này dùng để kết nối với module camera riêng của Raspberry Pi Module này thu được hình ảnh chất lượng lên đến 1080p

các IO này của Raspberry Pi cũng được sử dụng để xuất tín hiệu ra led, thiết bị… hoặc đọc tín hiệu vào từ các nút nhấn, công tắc,cảm biến… Ngoài ra còn có các IO tích hợp các chuẩn truyền dữ liệu UART, I2C và SPI.Sơ đồ chân GPIO Raspberry

pi

Hình 2.4: Sơ đồ chân GPIO của Raspberry

 Trong 40 chân GPIO bao gồm :

GPIO 14 & 15 được thiết lập sẵn là chân input

 2 chân ID EEPROM

micro SD dung lượng tùy chọn ( nên >=4G)

2.2.2 Hệ điều hành và phần mềm

Về cơ bản Raspberry Pi có khá nhiều OS linux chạy được nhưng vẫn có sự thiếu vắng của Ubuntu (do CPU ARMv6) Điểm danh một số Distributions Linux (nhúng) chạy trên Raspberry Pi như Raspbian,Pidora, openSUSE, OpenWRT, OpenELEC,…

a Raspbian:

Hình 2.5: Giao diện của Raspbian

Đây là bản build Linux dựa trên nên Debian (Gần giống ubuntu) với giao diện LXDE (thay vì GNOME) Có đầy đủ web browser, media player, tools, etc … Nói

chung HĐH này dành cho những người muốn dùng Raspberry Pi như một cái PC

b Ubuntu Mate

Tương tự như Raspbian, Ubuntu Mate cũng hướng đến người dùng sử dụng Raspberry Pi như máy tính văn phòng Tuy nhiên Ubuntu Mate có giao diện đẹp

hơn rất nhiều so với Raspbian Được phát triển từ Ubuntu – hệ điều hành được xem

là đối đầu trực tiếp với Windows

Hình 2.6: Giao diện Ubuntu Mate

Martin Wimpress và Rohith Madhavan là cha đẻ của Ubuntu Mate được phát triển

từ nền Ubuntu gốc Theo tác giả, nó được tối ưu rất tốt với Raspberry Pi 2 và 3, tuy nhiên để đảm bảo tốc độ cao nhất bạn nên sử dụng thẻ MicroSD từ class 6 trở lên Theo đánh giá của chúng tôi, Ubuntu Mate mới nhất (15.04) có tốc độ cũng rất nhanh, giao diện đẹp, hỗ trợ đầy đủ các phần mềm thông dụng cho nhu cầu văn phòng

c Snappy Core Ubuntu

Hình 2.7 Hệ điều hành SNAPPY

Những năm trước đây, Canonical đã làm việc không ngừng để mở rộng hệ điều hành Ubuntu tới nhiều sản phẩm khác nhau Giờ đây, họ đã giới thiệu một hệ điều hành rút gọn của Ubuntu, nó được tạo ra với nhiệm vụ là chạy các ứng dụng đám mây và trở thành một phần quan trọng trong IoT (Internet of Things), giúp các thiết

bị (điện thoại, tivi, đèn, quạt, đồng hồ, nồi cơm điện, …) trong đời sống kết nối với nhau một cách hoàn hảo.

Snappy Ubuntu Core được xây dựng trong dự án Ubuntu Core Ubuntu Core là nhân của hệ điều hành Ubuntu, khá trần trụi nhưng là một thành phần rất quan trọng của hệ điều hành Ubuntu, Snappy Ubuntu Core được thiết kế để chạy trong một môi trường khá hạn chế Thế mạnh của nó là chạy được nhiều ứng dụng mà không cần một hệ điều hành Ubuntu đầy đủ

d Windows 10 IoT Core

Hình 2.8 Giao diện hệ điều hành Windows 10 IoT core

Tương tự như Snappy Core Ubuntu, Windows 10 IoT Core cũng chỉ có nhân của Windown, nó không có giao diện đồ họa hay các phần mềm thông dụng như Office,

… Windows 10 IoT được sử dụng cho mục đích phát triển các ứng dụng IoT Microsoft cho biết IOT Core được thiết kế để có thể hoạt động với một loạt các ngôn ngữ mã nguồn mở, khiến các nhà sản xuất dễ dàng cài đặt trên các thiết bị của mình cũng như phát triển ứng dụng riêng cho mình

Phiên bản này cũng hỗ trợ các kết nối bluetooth và Wi-Fi giúp các thiết bị có thể

dễ dàng kết nối không dây và truy cập internet

Microsoft cho biết IoT Core được thiết kế để có thể hoạt động với một loạt các ngôn ngữ mã nguồn mở, giúp các nhà sản xuất dễ dàng cài đặt trên các thiết bị của mình cũng như phát triển ứng dụng riêng cho mình

Vì mới phát hành nên cũng chưa có nhiều ứng dụng chạy trên hệ điều hành này, chủ yếu là tùy theo yêu cầu của mình mà lập trình viên tự xây dựng và cài đặt Vào lúc mới phát hành cũng có các cuộc thi lập trình ứng dụng trên hệ điều hành này để

kích thích người dùng nghiên cứu và sử dụng, cũng như để xây dựng một kho ứng

dụng phong phú cho nó

Sắp tới, IoT Core có thể sẽ được cài đặt trên những chiếc TV Box và các thiết bị

điện tử khác trong gia đình, với nhiều ứng dụng hơn Nếu muốn phát triển ứng dụng

mã nguồn mở cho Windows IoT, ta chỉ cần PC có cài đặt phiên bản Windows 10

(Build 10240) và Visual Studio 2015 để có thể lập trình ứng dụng cho riêng mình

e OSMC và OpenELEC

Đây là 2 hệ điều hành phổ biến cho nhu cầu giải trí qua Raspberry Pi OSMC

được phát triển từ RaspBMC còn OpenELEC thì đi lên từ Xbian Cả OSMC và

OpenELEC đều được phát triển để chạy KODI, tuy nhiên OSMC được phát triển

với đầy đủ nền tảng của Debian ở phía dưới, vì vậy OSMC có thể làm được nhiều

điều hơn OpenELEC Cả 2 hệ điều hành này phù hợp cho nhu cầu biến Raspberry

Pi thành một Media Center trong nhà của bạn hoặc làm một thiết bị chơi

Video/Audio trên xe ô tô.Về giao diện, nếu OpenELEC sử dụng nguyên giao diện

đẹp đẽ của Koidi thì OSMC được thiết kế lại giao diện mới với các menu đơn giản

hơn trên nền chữ trắng Thoạt nhìn bạn sẽ thấy OSMC có giao diện không bắt mắt,

tuy nhiên nếu sử dụng lâu dài thì theo chúng tôi, đơn giản luôn là điều tốt nhất Mặc

dù vậy, như chúng tôi đã nói ở trên, OSMC có nhiều tùy chọn hơn OpenELEC rất

nhiều Dĩ nhiên, nếu bạn chỉ quan tâm đến việc chơi Video/Audio thì hệ điều hành

nào cũng được

Hình 2.9: Giao diện hệ điều hành OSMC

2.2.3 Mạch công suất cầu H (L298N)

a Định nghĩa :

Mạch cầu H điều khiển động cơ L298N cho phép bạn kiểm soát tốc độ và hướng của hai động cơ DC ,hoặc kiểm soát một động cơ bước lưỡng cực một cách dễ dàng

Hình 2.10 Module mạch cầu H L298N

b Cấu tạo Mạch cầu H

 Power GND chân này là GND của nguồn cấp cho Động cơ

IN4 Chức năng các chân này tôi sẽ giải thích ở bước sau Output A: nối với động

cơ A bạn chú ý chân +, - Nếu bạn nối ngược thì động cơ sẽ chạy ngược Và chú ý nếu bạn nối động cơ bước, bạn phải đấu nối các pha cho phù hợp

 Sơ đồ nguyên lý

Hình 2.11: Sơ đồ nguyên lý L298N

c Nguyên lý hoạt động

logic “1” (nối với nguồn 5V) thì cho phép mạch cầu H hoạt động, nếu ở mức logic

“0” thì mạch cầu H không hoạt động

d Thông số kỹ thuật

re nhé các bạn)

2.2.4 Cảm biến siêu âm

a Định nghĩa:

Cảm biến khoảng cách siêu âm HC-SRF04 được sử dụng rất phổ biến để xác định khoảng cách vì rẻ và chính xác Cảm biến sử dụng sóng siêu âm và có thể đo khoảng cách trong khoảng từ 2 -> 300 cm, với độ chính xác gần như chỉ phụ thuộc vào cách lập trình

Hình 2.12: Module cảm biến siêu âm

b Cấu tạo

Có 4 chân là Vcc, Trig, Echo, GND

Hình 2.13: Sơ đồ nối chân SRF04

c Nguyên lý hoạt động

Hình 2.14: Nguyên lý hoạt động SR04

Để đo khoảng cách, ta sẽ phát 1 xung rất ngắn (5 microSeconds ) từ chân Trig Sau đó, cảm biến sẽ tạo ra 1 xung High ở chân Echo cho đến khi nhận lại được sóng phản xạ ở pin này Chiều rộng của xung sẽ bằng với thời gian sóng siêu âm được phát từ cảm biển và quay trở lại

Tốc độ của âm thanh trong không khí là 340 m/s (hằng số vật lý), tương đương với 29,412 microSeconds/cm (106 / (340*100)) Khi đã tính được thời gian, ta sẽ chia cho 29,412 để nhận được khoảng cách

 Nguyên tắc phát và nhận phản hồi của sóng siêu âm cơ bản của SRF04

Nguyên tắc cơ bản của sonar: là tạo ra một xung âm thanh điện tử và sau đó lắng nghe tiếng vọng tạo ra khi các làn sóng âm thanh số truy cập một đối tượng và được phản xạ trở lại

Để tính thời gian cho phản hồi trở về, một ước tính chính xác có thể được làm bằng khoảng cách tới đối tượng

Xung âm thanh tạo ra bởi SRF04 là siêu âm, nghĩa là nó là ở trên phạm vi nhận xét của con người Trong khi tần số thấp hơn có thể được sử dụng trong các loại ứng dụng, tần số cao hơn thực hiện tốt hơn cho phạm vi ngắn, nhu cầu độ chính xác cao

Hình 2.15 Nguyên tắc cơ bản của sonar

Một số đặc điểm khác của cảm biến siêu âm SRF04

Mức độ của sóng âm hồi tiếp phụ thuộc vào cấu tạo của đối tượng và góc phản xạ của nó:

Hình 2.16 Phản xạ sóng siêu âm theo góc

Một tín hiệu mềm có thể cho ra tín hiệu phản hồi yếu hoặc không có phản hồi Một đối tượng ở một góc cân đối thì mới có thể chuyển thành tín hiệu phản chiếu

Nếu ngưỡng của vùng phát hiện đối tượng được đặt quá gần so với cảm biến, các đối tượng trên một đường có thể bị va chạm tại một điểm mù Nếu ngưỡng này được đặt ở một khoảng cách quá lớn từ cảm biến thì các đối tượng sẽ được phát hiện mà không phải là trên một đường va chạm

Hình 2.17 Vùng phát hiện của SRF04 2.2.5 Board Arduino

a Định nghĩa:

Mạch Arduino Mega 2560 là dòng mạch Arduino phổ biến, khi mới bắt đầu làm quen, lập trình với Arduino thì mạch Arduino thường nói tới chính là dòng Arduino Mega 2560

Hình 2.18 Board Arduino Mega 2560

Arduino Mega có thể sử dụng 3 vi điều khiển họ 16 bit AVR là: ATmega16 (Board Arduino Mega R2), ATmega1280, ATmega2560 (Board Arduino Mega R3) Bộ não này có thể xử lí những tác vụ đơn giản như điều khiển đèn LED nhấp nháy, xử lí tín hiệu cho xe điều khiển từ xa, điều khiển động cơ bước, điều

khiển động cơ serve, làm một trạm đo nhiệt độ – độ ẩm và hiển thị lên màn hình LCD,… hay những ứng dụng khác

 Các chân năng lượng

các thiết bị sử dụng những nguồn điện riêng biệt thì những chân này phải được nối với nhau

đo ở chân này Và dĩ nhiên nó luôn là 5V Mặc dù vậy bạn không được lấy nguồn 5V từ chân này để sử dụng bởi chức năng của nó không phải là cấp nguồn

chân RESET được nối với GND qua 1 điện trở 10KΩ

 Bộ nhớ sử dụng

 256KB bộ nhớ Flash: những đoạn lệnh bạn lập trình sẽ được lưu trữ trong bộ nhớ Flash của vi điều khiển Thường thì sẽ có khoảng vài KB trong số này sẽ được dùng cho bootloader

lập trình sẽ lưu ở đây Bạn khai báo càng nhiều biến thì càng cần nhiều bộ nhớ RAM Khi mất điện, dữ liệu trên SRAM sẽ bị mất

giống như một chiếc ổ cứng mini nơi bạn có thể đọc và ghi dữ liệu của mình vào đây mà không phải lo bị mất khi cúp điện giống như dữ liệu trên SRAM

 Các cổng vào/ra trên Arduino Board:

có 2 mức điện áp là 0V và 5V với dòng vào/ra tối đa trên mỗi chân là 40mA Ở mỗi chân đều có các điện trở pull-up từ được cài đặt ngay trong vi điều khiển

ATmega2560 (mặc định thì các điện trở này không được kết nối)

RX) dữ liệu TTL Serial Arduino Uno có thể giao tiếp với thiết bị khác thông qua 2 chân này

→ 28-1 tương ứng với 0V → 5V) bằng hàm analogWrite() Nói một cách đơn giản, bạn có thể điều chỉnh được điện áp ra ở chân này từ mức 0V đến 5V thay vì chỉ cố định ở mức 0V và 5V như những chân khác

 Chân giao tiếp SPI: 10 (SS), 11 (MOSI), 12 (MISO), 13 (SCK) Ngoài các chức năng thông thường, 4 chân này còn dùng để truyền phát dữ liệu bằng giao thức SPI với các thiết bị khác

10bit (0 → 210-1) để đọc giá trị điện áp trong khoảng 0V → 5V

Hình 2.20 Hình ảnh các chân ngõ vào/ra board Arduino Mega 2560

2.2.6 USB Sound Card

a Giới thiệu USB Sound Card

Một USB Sound Card là thiết bị tuy nhỏ nhưng rất hữu ích cho máy tính và laptop USB Sound Card có nhiều chức năng cho phép nó biến bất kỳ máy tính thành một giải pháp âm thanh rạp hát tại nhà

Mặc dù tên là USB Sound Card nhưng nó là một thiết bị trông giống như một chiếc hộp, giúp bạn kết nối với máy tính

sang kỹ thuật số

hiệu từ analog sang kỹ thuật số để cho bạn thưởng thức chất lượng âm thanh 3D tuyệt vời

micro 3,5mm (màu đỏ)

2.2.7 Micro không dây Daile V10

a Giới thiệu Micro không dây Daile V10

đem lại những âm thanh sắc nét

bằng một chiếc USB Bluetooth ĐI kèm với 1 dây kết nối 2 đầu 3.5 ly và 1 jack chuyển đổi 3.5->6.5 ly để có thể kết nối vào cổng mic mà mọi chiếc loa kéo, loa xách tay, dàn âm thanh đều được trang bị Các bạn cũng có thể kết nối mic với các loại cardsound thu âm như XOX10 hoặc cardsound trên máy tính để sử dụng như mic BM800 nha

b Đặc điểm kỹ thuật

2.2.8 Động cơ DC

a Giới thiệu động cơ DC

Motor giảm tốc 12v (min 6v) DC365 là loại motor kim loại sử dụng loại hộp giảm tốc GA25 bánh răng thép Bền có độ chính xác cao giá thành tốt

2.2.9 Led Matrix 8x8 MAX7219

a Giới thiệu Led Matrix 8x8 MAX7219

Led Matrix 8x8 MAX7219 dùng ic 7219 để điều led matrix 1 cách dễ dàng và đơn giản hơn, chỉ cần 3 dây dữ liệu và 2 dây nguồn Module 8x8 ledmatrix sử dụng rất đơn giản, có thể điều chỉnh độ sáng của led ngay trên phần mềm

Hình 2.24 Module Led matrix 8x8 MAX7219

b Thông số kỹ thuật

CHƯƠNG 3.TÍNH TOÁN VÀ THIẾT KẾ

3.1 GIỚI THIỆU

Trong đề tài này chúng em thiết kế mô hình xe robot gồm một kit raspberry pi điều khiển cảm biến siêu âm và thông qua mạch cầu H điều khiển 4 động cơ

 Mô hình cần thiết kế như sau:

3.2 TÍNH TOÁN VÀ THIẾT KẾ HỆ THỐNG

3.2.1 Thiết kế sơ đồ khối hệ thống

Hình 3.1 Sơ đồ khối của hệ thống

 Mạch gồm các khối chính:

 Khối thu: nhận tín hiệu giọng nói đưa về khối xử lý trung tâm để điều khiển thiết bị ngõ ra

 Khối Cảm biến: truyền nhận tín hiệu đọc được với khối xử lý trung tâm để điều khiển thiết bị ngõ ra

 Khối công suất: nhận tín hiệu từ ngõ ra của khối xử lý trung tâm để điều khiển động cơ

a Khối nguồn

 Khối nguồn:

Sử dụng nguồn pin cell 3,7V, 2A cung cấp cho toàn bộ mạch hoạt động

Hình 3.2 Sơ đồ nguyên lý mạch nguồn

 Nguồn hạ áp LM2596:

đổi từ 14V sang nguồn 5V, 3A cung cấp Raspberry pi 3hoạt động