Bài viết này trình bày việc xây dựng một ứng dụng điều khiển, giám sát các thiết bị bằng giọng nói. Mục tiêu của nhóm tác giả hướng tới điều khiển các thiết bị điện cao áp, điều khiển robot,… và các thiết bị khác trong công nghiệp bằng giọng nói có sự tương tác qua lại với người vận hành.
XÂY DỰNG PHẦN MỀM ỨNG DỤNG ĐIỀU KHIỂN, GIÁM SÁT CÁC THIẾT BỊ TRONG CƠNG NGHIỆP BẰNG GIỌNG NĨI CĨ TƯƠNG TÁC BUILDING AN APPLICATION FOR CONTROLLING AND MONITORING INDUSTRY DEVICES BY INTERACTIVE VOICE ĐOÀN HỮU KHÁNH1* LƯU VĂN THỦY2, BÙI THÀNH ĐẠT2, NGUYỄN XUÂN THỊNH2, NGUYỄN TUẤN HIỆP2, BÙI NHƯ HUY2 1Khoa Điện - Điện Tử, Trường Đại học Hàng hải Việt Nam 2Sinh viên Khoa Điện - Điện tử, Trường Đại học Hàng hải Việt Nam *Email liên hệ: khanhvima@gmail.com Tóm tắt Bài báo trình bày việc xây dựng ứng dụng điều khiển, giám sát thiết bị giọng nói Mục tiêu nhóm tác giả hướng tới điều khiển thiết bị điện cao áp, điều khiển robot,… thiết bị khác cơng nghiệp giọng nói có tương tác qua lại với người vận hành Với việc nghiên cứu khái qt cơng nghệ điều khiển giọng nói, nhóm tác giả lựa chọn thư viện giọng nói Microsoft tích hợp phần mềm Visual studio 2017 để xây dựng ứng dụng điều khiển giám sát thiết bị Tín hiệu điều khiển giọng nói sau thu micro xử lý thuật tốn, so sánh với kịch lập trình trước để đưa tín hiệu điều khiển gửi đến thiết bị điều khiển khả trình PLC (bộ điều khiển khả trình), để điều khiển thiết bị Ngồi phần mềm lập trình để giám sát phụ tải quan trọng cần, có cố xảy với phụ tải này, phần mềm gửi tín hiệu thơng báo cho người sử dụng biết giọng nói đề xuất giải pháp điều khiển ứng với trường hợp cụ thể Từ khóa: Điều khiển giọng nói, ứng dụng điều khiển giám sát Abstract This article presents the construction of an application for controlling and monitoring industry devices by interactive voice The goal of the group of authors is to control high-voltage electrical equipment, robot control, and other devices in the industry by voice with interaction with the operator With an overview of voice control technology, the group of authors selected Microsoft's voice library built into Visual Studio software 2017 to build control and monitoring application The voice control signal, after being captured by the microphone, is processed by algorithms, compared to the pre-programmed scripts to deliver control signals sent to programmable controller devices such as PLCs to control devices In addition, the software is programmed to monitor important loads if necessary, when problems occur with these loads, the software will send a signal informing the operator by voice and propose the next control solution for each specific case Keywords: Voice control, a control and monitoring application Đặt vấn đề Ngày với bùng nổ thông tin với phát triển công nghệ cao, đặc biệt lĩnh vực tự động hóa Việc giao tiếp người với máy tính có thay đổi nhanh, khơng đơn dùng thiết bị chuột hay bàn phím để lệnh mà sử dụng cử chỉ, giọng nói biểu khn mặt Cơng nghệ áp dụng rộng rãi nhiều lĩnh vực khác kể đến số ứng dụng như: - Trợ lý ảo: phần mềm xây dựng dựa tảng trí thơng minh nhân tạo AI, giúp đưa câu trả lời cho người dùng giao tiếp người với - Nhà thông minh (Smart Home): Điều khiển thiết bị công nghệ làm cho nhà trở nên có sức sống điều khiển bật tắt đèn, đóng mở cửa, bật tắt bình nóng lạnh [3], - Smart TV: giúp người sử dụng điều khiển kênh mong muốn hay tìm kiếm nội dung mà khơng cần ấn phím điều khiển - Điều khiển xe lăn giọng nói cho người khuyết tật: Ra lệnh điều khiển giọng nói để điều khiển xe lăn tiến, lùi, sang trái [5],… - Ứng dụng Labview để điều khiển động điện giọng nói [4]; - Điều khiển giọng nói thiết bị Android, IOS: Giúp cho người sử dụng thao tác nhanh phần mềm hệ thống hay mở khóa thiết bị dễ dàng [3] Tuy nhiên chưa có nghiên cứu xây dựng ứng điều khiển giám sát giọng nói phần mềm Visual Studio kết nối với thiết bị trường cơng nghiệp Xuất phát từ thực 76 Tạp chí Khoa học Công nghệ Hàng hải Số 59 - 8/2019 tiễn tính cấp thiết chương trình ứng dụng thông minh nhằm hướng đến phát triển thời đại khoa học cơng nghệ 4.0 Nhóm nghiên cứu xây dựng ứng dụng điều khiển giám sát giọng nói có kết nối khơng dây với thiết bị công nghiệp qua chuẩn truyền thông không dây Ethernet Ưu nhược điểm điều khiển giọng nói - Ưu điểm: Khả truy cập: dùng giọng nói để điều khiển nhập liệu dễ dàng, tiện lợi dùng bàn phím, điều khiển từ xa,… nhiều; Tốc độ nhanh điều khiển thông thường - Nhược điểm: Thiết lập dạy: trình ghi nhận, làm quen với giọng nói gặp đơi chút phức tạp tốn thời gian; Một số phần mềm bắt nói lại khơng nhận diện giọng nói người vận hành; Từ vựng hạn chế: phần mềm xử lý lâu từ vừa nói khơng nằm từ điển nó, cải thiện dần để hoàn thiện phần mềm Để thử nghiệm ứng dụng điều khiển, giám sát giọng nói, nhóm tác giả tiến hành xây dựng tủ mơ hình điều khiển tủ giả lập cố trình bày Phần 3 Xây dựng tủ mơ hình điều khiển tủ giả lập cố 3.1 Xây dựng sơ đồ khối chung Sơ đồ khối chung hệ thống xây dựng Hình Ứng dụng điều khiển giám sát giọng nói cài máy tính nhận tín hiệu điều khiển qua Micro phát tín hiệu âm tương tác với người sử dụng qua loa có cố xảy hay dự báo trước cố Ứng dụng kết nối không dây với mạng LAN nội internet muốn điều khiển từ khoảng cách xa cần Các thiết bị PLC, HMI (màn hình tương tác người-máy) kết nối vào mạng LAN để tương tác với ứng dụng điều khiển Đầu PLC kết nối với thiết bị cơng nghiệp cần điều khiển bơm, quạt, bóng đèn, Hình Sơ đồ khối chung hệ thống điều khiển robot, máy cắt cao áp,… 3.2 Xây dựng tủ mơ hình điều khiển tủ giả lập cố 3.2.1 Lựa chọn thiết bị phần cứng xây dựng tủ Để thử nghiệm ứng dụng mình, nhóm tác giả lựa chọn thiết bị phần cứng trước xây dựng tủ điều khiển tủ giả lập cố liệt kê Bảng Vì định hướng áp dụng công nghiệp nên từ việc lựa chọn phần cứng nhóm tác giả lựa chọn thiết bị sử dụng rộng rãi công nghiệp [2] Bảng Tên thiết bị phần cứng STT 10 11 12 Tên thiết bị Tủ mơ hình điều khiển 40x35x25 Tủ giả lập cố 33,6x15x28,4 Bộ đổi nguồn 220VAC-24V DC PLC Delta (Module DVP12-SE) Màn hình HMI DOP-B07E415 Aptomat Cầu chì 5A Router Động 24VDC Quạt điện Đèn Ổ cắm Sl 1 1 1 1 1 ĐộNG CƠ QUạT ĐèN XANH ĐèN Đỏ Hỡnh Bờn ngoi t mơ hình điều khiển Tủ mơ hình điều khiển xây dựng gồm xử lý trung tâm PLC12SE hỗ trợ cổng truyền thông công nghiệp tốc độ cao Ethernet [1] Bố trí bên ngồi bên tủ xây dựng Hình hình Tủ giả lập cố gồm phận hình cảm ứng HMI inch nhằm tạo tình cố để thử nghiệm ứng dụng điều khiển giám sát điện áp thấp, điện áp cao, tần số thấp, tần số cao, động bị q tải…Hình hình ảnh xây dựng bên ngồi tủ giả lập cố Tạp chí Khoa học Cơng nghệ Hàng hải Số 59 - 8/2019 77 Hình Hình hình ảnh bên ngồi tủ mơ hình điều khiển tủ giả lập cố sau xây dựng thành công AC-DC CONVERTER PLC 12SE RELAY 24VDC RELAY 24VDC RELAY 24VDC RELAY 24VDC No.1 No.2 No.3 No.4 hình cảm ứng hMI inch ROUTER WIFI Hình Bố trí bên tủ điều khiển Hình Tủ mơ hình điều khiển tủ giả lập cố hồn thành Hình Tủ giả lập cố Hình Bên tủ mơ hình điều khiển sau hồn thành Xây dựng ứng dụng điều khiển giọng nói 4.1 Xây dựng thuật tốn điều khiển Hình thuật tốn điều khiển giọng nói Khi có lệnh điều khiển giọng nói tín hiệu số hóa đưa vào thư viện nhận diện giọng nói để so sánh với lệnh sở liệu [6] Cơ sở liệu nhóm tác giả lưu file text để dễ dàng thêm bớt cần thay đổi hay cấu hình hệ thống Nếu lệnh điều khiển có sở liệu, ứng dụng gửi tín hiệu đến PLC để điều khiển thiết bị trường Hình thuật tốn giám sát giọng nói Các thơng số cần giám sát đo đạc cảm biến để gửi ứng dụng để giám sát liên tục qua chuẩn cơng nghiệp Modbus TCP Khi tín hiệu giám sát đến ngưỡng cảnh báo, báo động, ứng dụng gửi thơng báo giọng nói loa để báo cho người vận hành biết, đồng thời đưa gợi ý giải pháp điều khiển tốt để người điều khiển định xử lý 4.2 Xây dựng giao diện phần mềm ứng dụng chương trình điều khiển Sau xây dựng xong thuật tốn điều khiển, nhóm tác giả xây dựng giao diện ứng dụng để điều khiển thử nghiệm tủ mơ hình điều khiển tủ giả lập cố Hình Giao diện điều khiển gồm trợ lý ảo để tương tác với người vận hành, đèn báo trạng thái, báo trạng thái làm việc phụ tải tủ mơ hình điều khiển Ngồi hình có textbox để nhập địa IP trường hợp cần điều khiển đối tượng khác mạng LAN Sau xây dựng giao diện ứng dụng điều khiển, nhóm tác giả tiến hành lập trình ngơn ngữ C# phần mềm Visual Studio 2017 78 Tạp chí Khoa học Cơng nghệ Hàng hải Số 59 - 8/2019 Bắt đầu Bắt đầu Hệ thống điều khiển hoạt động Có tín hiệu điều khiển giọng nói Sai Đúng Có thông số giám sát đến ng-ỡng cảnh báo, báo động Đúng Tín hiệu đ-ợc nhận Micro đ-ợc số hóa Tín hiệu số hóa đ-ợc đ-a vào th- viƯn nhËn diƯn giäng nãi Sai Ph¸t tÝn hiƯu cảnh báo, báo động giọng nói đề xuất giải pháp xử lý có tùy tr-ờng hợp So sánh lệnh nhận đ-ợc với lệnh sở liệu Sai Lặp lại thông báo giọng nói Lệnh điều khiển lệnh có sở liệu Sai Ng-ời vận hành xác nhận lệnh điều khiển Đúng Đúng Gửi lệnh điều khiển PLC để điều khiển thiết bị Tự động gửi lệnh xử lý t-ơng ứng đến thiết bị Kết thúc Kết thóc Hình Thuật tốn điều khiển giọng nói Hình Thuật tốn giám sát thiết bị Hình Giao diện ứng dụng điều khiển giọng nói 4.3 Thử nghiệm hệ thống Sau hoàn thiện phần mềm ứng dụng, nhóm tác giả thực thử nghiệm hệ thống với tính cho kết là: - Bật, tắt: bơm, quạt, đèn giọng nói với thời gian đáp ứng nhanh - Khi động hoạt động, tạo tín hiệu điện áp nguồn thấp từ hình HMI, ứng dụng gửi cảnh báo giọng nói cho người sử dụng biết đề xuất dừng bơm để kiểm tra khắc phục trước tiếp tục hoạt động Tạp chí Khoa học Cơng nghệ Hàng hải Số 59 - 8/2019 79 Hình 10 Ứng dụng điều khiển hoạt động sẵn sàng nhận lệnh điều khiển Hình 11 Thử tính điều khiển giọng nói Kết thử nghiệm cho thấy hệ thống hoạt động tốt, đáp ứng đầy đủ yêu cầu đặt xây dựng Kết luận Nhóm tác giả sau thời gian nghiên cứu xây dựng hoàn thiện ứng dụng điều khiển giọng nói có khả tương tác sở cơng nghệ nhận diện giọng nói để điều khiển thiết bị giám sát thiết bị để đảm bảo an tồn cơng tác Bài báo đáp ứng nhiệm vụ yêu cầu đặt ra: - Xây dựng thành công mô hình vật lý đơn giản kết nối với ứng dụng điều khiển giám sát giọng nói; - Phát nhận diện giọng nói để điều khiển xác thiết bị; - Khả điều khiển tương tác đơn giản; - Có thể mở rộng ghép nối module tương tự để thực việc thu thập liệu phục vụ cho ứng dụng điều khiển giám sát cảnh báo khác Hướng nghiên cứu báo tiến hành áp dụng thử nghiệm nhà máy cụ thể để điều khiển thiết bị điện cao áp, điều khiển robot, giám sát phụ tải quan trọng giọng nói,… làm bước đệm trước áp dụng rộng rãi công nghiệp TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Đinh Anh Tuấn, Hệ thống điều khiển giám sát thu thập liệu SCADA, NXB Hàng Hải, 2017 [2] Trần Thế San, Nguyễn Ngọc Phương, Thiết kế mạch lập trình PLC, NXB Khoa học kỹ thuật, 2016 [3] Arthi.J.E, M.Jagadeeswari, Control of Electrical Appliances through Voice Commands, IOSR Journal of Electrical and Electronics Engineering (IOSR-JEEE), 2014 [4] Charlton Rodney D’Souza, Cedric Damien D’Souza, Sandeep Deepak D Souza, Sanil D’Souza, Rolen Lionel Rodrigues, Voice Operated Control of a Motor Using LabVIEW, Electrical and Electronic Engineering, 2017 [5] Priya C A, Saadiya, Bhagyashree, S D Pranjala, Mr Supreeth H S G, Voice Controlled Wheelchair for Physically Disabled People, International Journal for Research in Applied Science & Engineering Technology (IJRASET), 2018 [6] Microsoft speech application SDK, https://msdn.microsoft.com/en-us/ms986944.aspx Ngày nhận bài: 24/4/2019 Ngày nhận sửa: 14/5/2019 Ngày duyệt đăng: 21/5/2019 80 Tạp chí Khoa học Cơng nghệ Hàng hải Số 59 - 8/2019 ... luận Nhóm tác giả sau thời gian nghiên cứu xây dựng hoàn thiện ứng dụng điều khiển giọng nói có khả tương tác sở cơng nghệ nhận diện giọng nói để điều khiển thiết bị giám sát thiết bị để đảm... áp,… 3.2 Xây dựng tủ mơ hình điều khiển tủ giả lập cố 3.2.1 Lựa chọn thiết bị phần cứng xây dựng tủ Để thử nghiệm ứng dụng mình, nhóm tác giả lựa chọn thiết bị phần cứng trước xây dựng tủ điều khiển... lệnh điều khiển có sở liệu, ứng dụng gửi tín hiệu đến PLC để điều khiển thiết bị trường Hình thuật tốn giám sát giọng nói Các thơng số cần giám sát đo đạc cảm biến để gửi ứng dụng để giám sát