Thuyết minh đồ án điều khiển thiết bị bằng giọng nói

Đồ án điều khiển thiết bị qua giọng nói BluetoothCác bạn có nhu cầu hỗ trợ đồ án ,đặt đồ án, liên hệ : https:www.facebook.comdoangiaresvSố điện thoại : 0565271668Link youtube : https:www.youtube.comwatch?v=JWtcl_jct=15s

1 BỘ CÔNG THƯƠNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI - XXX Đ Ồ ÁN TỐT NGHIỆ P ĐẠI HỌC ĐIỆN TỬ VIỄN THÔN G THIẾT KẾ MODUL ĐIỀU KHIỂN THIẾT BỊ BẰNG GIỌNG NÓI QUA BLUETOOTH CBHD: XXX Sinh viên: XXXX Mã số sinh viên: XXX ĐIỆN TỬ VIỄN THÔNG Hà Nội – 2021 MỤC LỤC MỤC LỤC .4 DANH MỤC VIẾT TẮT DANH MỤC HÌNH ẢNH LỜI CẢM ƠN LỜI MỞ ĐẦU CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ ĐIỀU KHIỂN THIẾT BỊ BẰNG GIỌNG NÓI QUA BLUETOOTH .12 1.1 Điều khiển thiết bị qua bluetooth 12 1.3 Mục tiêu 14 CHƯƠNG 2: CƠ SƠ LÝ THUYẾT .15 2.1 Phân tích vấn đề đồ án lựa chọn 16 2.1.1 Yêu cầu 16 2.1.2 Điều kiện buộc 16 2.2 Thiết kế nguyên lý .17 2.4 Kết luận chương 19 CHƯƠNG 3: THIẾT KẾ HỆ THỐNG 20 3.1 Sơ đồ khối nguyên lí làm việc hệ thống 20 3.1.1 Sơ đồ khối .20 3.1.2 Nguyên lí làm việc 21 3.2 Chức khối linh kiện hệ thống 21 3.2.1 Khối nguồn 21 3.2.2 Khối module bluetooth 22 3.2.3 Khối xử lý trung tâm .23 3.2.4 Khối điều khiển .25 3.2.5 Khối chấp hành .25 3.4.1 Sơ đồ nguyên lí .27 DANH MỤC VIẾT TẮT Viết tắtTiếng anhTiếng việtIICInter-Integrated CircuitTruyền thông nối tiếp dâyUARTUniversal Asynchronous Receiver-TransmitterTruyền thông nối tiếp song songPICPeripheral Interface ControllerBộ điều khiển giao tiếp ngoại viPCBPrinted Circuit BoardMạch inRISCReduced Intruction Set ComputerPhương pháp thiết kế vi xử lýPIRPassive infrared sensorCảm biến hồng ngoại thụ độngI/OInput/OutputĐầu vào/Đầu raADCAnalog-to-Digital ConverterMạch chuyển đổi tương tự/sốPWMPulse-width modulationĐiều chế độ rộng xungSRAMStatic Random Access MemoryBộ nhớ tĩnh DANH MỤC HÌNH ẢNH LỜI CẢM ƠN Trong suốt trình thực đồ án, với giúp đỡ nhiệt tình quý thầy cô, hướng dẫn mặt lý thuyết lựa chọn thiết bị, phương pháp cách thức thiết kế Em xin gửi lời cảm ơn đến: Giáo viên hướng dẫn XXX định hướng, nhiệt tình giúp đỡ, bảo tận tình tạo điều kiện tốt cho nhóm suốt q trình nghiên cứu đồ án Em xin gửi lời cảm ơn chân thành tới gia đình, bạn bè, thầy cô động viên, cổ vũ đóng góp ý kiến q trình học tập, nghiên cứu trình làm báo cáo đồ án tốt nghiệp Tuy nhiên trình nghiên cứu đề tài, kiến thức cịn hạn chế nên em cịn nhiều thiếu sót tìm hiểu, đánh giá trình bày đề tài Rất mong nhận quan tâm, góp ý thầy giảng viên môn để đô án em đầy đủ hoàn chỉnh Em xin chân thành cảm ơn! Sinh viên XXX XXX LỜI MỞ ĐẦU Lý chọn đề tài Khoảng thời gian từ năm 2001 đến khoảng thời gian mà công ty, doanh nghiệp nước áp dụng nhiều tiến khoa học- kĩ thuật vào ngành công nghiệp chủ chốt Việt Nam, dây chuyền công nghệ đời nhằm đơn giản hóa q trình sản xuất, máy móc đại bắt đầu thay người Hàng loạt sản phẩm tự động hóa tiên tiến phát minh bán rộng rãi thị trường như: robot hút bụi sàn phẳng Nhật sản xuất, máy giặt đa năng, máy rửa chén tự động, thiết bị giám sát nhà qua Internet, … Đối với nước ngồi việc nghiên cứu ứng dụng giọng nói việc chế tạo để ứng dụng vào đời sống sản xuất mở vài năm gần Như Mỹ ứng dụng để điều khiển robotcam Y Khoa Dưới hướng dẫn thầy Bùi Như Phong Em định chọn nội dung “Thiết kế module điều khiển thiết bị giọng nói qua bluetooth” để làm đồ án Báo cáo đồ án bố cục thành chương: Chương 1: Tổng quan điều khiển thiết bị giọng nói qua bluetooth Chương 2: Cơ sở lý thuyết Chương 3: Thiết kế hệ thống Chương 4: Kết ứng dụng Em xin chân thành cảm ơn thầy, cô khoa Điện tử, đặc biệt thầy Bùi Như Phong - người tận tình bảo giúp đỡ em hồn thành đồ án tốt nghiệp Em xin chân thành cảm ơn! 10 Mục tiêu đề tài Về phía đề tài, “Thiết kế module điều khiển thiết bị giọng nói qua bluetooth” sử dụng vi điều khiển làm trung tâm với module bluetooth thông qua app điện thoại android điều khiển thiết bị bị điện, điện tử gia đình +Nắm bắt cấu trúc phần cứng, sơ đồ khối, nguyên lý làm việc mạch điều khiển +Tìm hiểu lập trình phần mềm Arduino IDE giao tiếp với Module Bluetooth +Áp dụng kiến thức học để thiết kế module điều khiển thiết bị giọng nói qua bluetooth Mục tiêu sản phẩm: +Sản phẩm hoạt động ổn định với đầy đủ chức cần thiết cho việc điều khiển thiết bị điện, điện tử +Sản phẩm nhỏ, gọn, mang tính thẩm mỹ cao +Giá thành sản phẩm phù hợp với người tiêu dùng Đối tượng nghiên cứu: +Tìm hiểu module điều khiển thiết bị điện, điện tử +Board Arduino Nano, Module Bluetooth HC-05, Android Studio +Giải pháp thiết kế, chương trình điều khiển +Thiết kế module điều khiển thiết bị điện, điện tử giọng nói qua bluetooth Phương pháp nghiên cứu: +Tham khảo tài liệu: Các đề tài liên quan, tìm kiếm thơng tin Internet +Tự thiết kế viết phần mềm điều khiển theo yêu cầu đặt 17 2.2 Thiết kế nguyên lý Về mặt nguyên lý, để thiết kế module điều khiển dựa yêu cầu điều kiện buộc Cần phải xây dựng sơ đồ tổng quát hệ thống: Khối xử lý Khối đầu vào trung tâm Bắt đầu Khối đầu Khối đầu vào / Khối xử lý Bắt đầu trung tâm Nhận tín hiệu từ google assistant nútKhối nhấnnguồn app Khối Nhận tín hiệunguồn từ google Hình 2: Sơ đồ khối tổng quát assistant nút nhấn app thông quacho module - Khối nguồn: Cung cấp Dữ điệnliệu áp phù hợp hệ thống hoạt động bluetooth  arduino nano - Khối điều khiển trung tâm: Arduino Nano V3.0 ATmega328P - Khối đầu vào: Module thu phát bluetooth HC-05, app điều khiển Dữ liệu thông qua module - Khối đầu ra: Thiết bị điều khiển bluetooth  arduino nano Tín hiệu điều 2.3 Thiết kế kỹ thuật khiển bật tắt thiết - Xây dựng lưu đồ thuật tốn bị tổng qt hệ thống: Tín hiệu điều khiển bật tắt thiết Tắt thiết bị bị Bật thiết bị Tắt thiết bị Bật thiết bị Giám sát app điều khiển LOW HIGH Giám sát app điều khiển18 Hình 3: Lưu đồ thuật tốn tổng qt - 19 Cấu trúc liệu app nhận diện module bluetooth truyền vào board arduino theo chuẩn giao tiếp UART Sau nhận liệu vi điều khiển arduino gửi tín hiệu chân kết nối đầu thiết bị điều khiển theo chương trình - Linh kiện sử dụng: board Adruino Nano, module Bluetooth HC05, ic ULN2803, - Thiết bị: led, fan 12V,… - Phần mềm lập trình: Arduino IDE, Android Studio 2.4 Kết luận chương Dựa sơ lý thuyết điều khiển thiết bị giọng nói qua bluetooth , xác định yêu cầu mặt lý thuyết kỹ thuật Nắm rõ vấn đề cần giải cho đồ án 20 CHƯƠNG 3: THIẾT KẾ HỆ THỐNG 3.1 Sơ đồ khối nguyên lí làm việc hệ thống 3.1.1 Sơ đồ khối Thiết kế hệ thống điều khiển gồm điều khiển với ngõ công suất ứng dụng điện thoại thông minh tảng Android Ứng dụng kết nối với điều khiển thông qua Bluetooth để điều khiển thiết bị Ngồi ra, khơng kết nối với điện thoại điều khiển thiết bị điều khiển Cụ thể sau: KHỐI ĐIỀU KHIỂN (ĐIỆN THOẠI ANDROID) KHỐI MODULE BLUETOOTH KHỐI TRUNG MODULE NGUỒN TÂM XỬ LÝ KHỐI CHẤP HÀNH Hình 1: Sơ đồ khối 21 3.1.2 Nguyên lí làm việc Ta kết nối Bluetooth smartphone với module Bluetooth HC-05 thông qua app điều khiển viết android Sau kết nối thành cơng ta nhấn vào hình máy ghi âm app nói thơng qua google assistant (cần có 3G Wifi) nhận diện giọng nói lấy liệu chữ gửi đến bluetooth HC-05 thông qua kết nối bluetooth HC05 điện thoại, sau từ HC-05 truyền liệu vào board arduino Nano Khi nhận liệu arduino xử lí lệnh, gửi tín hiệu chân out đến chân kích Rơ-le kích cho Rơ-le đóng ngắt thiết bị theo ý muốn 3.2 Chức khối linh kiện hệ thống 3.2.1 Khối nguồn Hình 2: Khối nguồn Khối nguồn tạo dòng điện điện ổn định cung cấp an toàn cho mạch.Mạch ổn áp có chức tạo điện áp nhỏ điện áp đầu vào ln trì mức áp áp đầu vào tăng/giảm Hệ thống dùng nguồn chiều có dải điện áp đầu 12VDC hạ áp qua Module ổn áp LM2596 xuống 5VDC để nuôi vi điều khiển, module bluetooth HC- 05 Thông số kỹ thuật module LM2596: + + + + + + Điện áp In: - 40V DC Điện áp Out: 1.5 – 35V DC Dòng Max: 3A Cơng suất: 15W Kích thước: 40x21.5x13.5mm Điều chỉnh điện áp đầu biến trở Hình 3: Module LM2596 22 + Hiệu suất: 92% 3.2.2 Khối module bluetooth Trên thị trường có nhiều module Bluetooth hỗ trợ vi điều khiểu giao tiếp với thiết bị khác thông qua kết nối Bluetooth, số module Bluetooth thường sử dụng thực tế như: module Bluetooth HC-05, module Bluetooth HC-06 Tuy nhiên, module Bluetooth HC-05 lựa chọn tố ưu cho đồ án vì: giá thành rẻ so với Module khác, tốc độ hoạt động phù hợp với truyền liệu điều khiển thiết bị, dễ dàng mua thị trường Việt Nam, nhiều người sử dụng đánh giá ổn định Hình 4: Moduled Bluetooth Thơng số kỹ thuật: + Điện áp hoạt động: 3.3 - 5VDC + Mức điện áp chân giao tiếp: TTL tương thích 3.3VDC 5VDC + Dòng điện hoạt động: Pairing 30 mA, sau pairing hoạt động truyền nhận bình thường mA + Baudrate UART chọn được: 1200, 2400, 4800, 9600, 19200, 38400, 57600, 115200 23 + Support profiles: Bluetooth serial port (MASTER and SLAVE) + Bluetooth protocol: Bluetooth specification v2.0 + EDR + Frequency: 2.4 GHz ISM band + Modulation: GFSK (Gaussian frequency shift keying) + Transmit power: = dBm, class + Sensitivity: = -84 dBm at 0.1% BER + Rate: Asynchronous: 2.1 Mbps (max.)/160 kbps + Synchronous: Mbps/1 Mbps + Security features: authentication and encryption + Kích thước: 15.2 x 35.7 x 5.6mm Sơ đồ chân HC-05: + KEY: Chân để chọn chế độ hoạt động AT Mode Data Mode + VCC: chân cấp nguồn từ 3.6V đến 6V bên module có ic nguồn chuyển điện áp 3.3V cấp cho IC BC417 + GND: nối với chân nguồn GND + TXD,RND: hai chân UART để giao tiếp module hoạt động mức logic 3.3V + STATE : không cần quan tâm đến chân này.[2] 3.2.3 Khối xử lý trung tâm Mô tả: Arduino Nano dùng vi điều khiển ATmega328 Bộ não xử lí tác vụ đơn giản điều khiển đèn LED nhấp nháy, xử lí tín hiệu cho xe điều khiển từ xa, điều khiển động bước, điều khiển Hình 5: Board Arduino Nano 24 động serve, làm trạm đo nhiệt độ – độ ẩm hiển thị lên hình LCD,… hay ứng dụng khác Thông số kỹ thuật: + Vi điều khiển: ATmega 328 họ bit + Điện áp hoạt động: VDC (chỉ cấp qua cổng USB) + Tần số hoạt động: 16 MHz + Dòng tiêu thụ: 30 mA + Điện áp vào khuyên dùng: 7-12 VDC + Điện áp vào giới hạn: 6-20 VDC + Số chân Digital I/O: 14 ( chân hardware PWM) + Số chân Analog: 8( độ phân giải 10 bit) + Dòng tối đa chân I/O: 40mA + Flash Memory: 32KB (2 KB Bootloader) + SRAM: KB + EEPROM: 1KB + Tích hợp Led báo nguồn, Led chan D13, LED RX, TX + Kích thước: 18.542 x 43.18mm.[1] Hình 6: Sơ đồ chân Arduino Nano 25 3.2.4 Khối điều khiển Tất loại điện thoại chạy hệ điều hành android cài ứng dụng android, ứng dụng viết ngôn ngữ Java nhằm tạo giao diện trực quan, dễ sử dụng cho việc điều khiển giám sát thiết bị điện Có khả điều khiển, giám sát thiết bị 3.2.5 Khối chấp hành Hình 7: Khối chấp hành Bộ phận chấp hành có IC ULN2803 nối với thiết bị điện.Vi xử lí sau xử lí tín hiệu gửi lệnh điều khiển thơng qua ic đệm cấp nguồn bật tắt thiết bị ULN 2803 vi mạch đệm, chất cấu tạo mảng darlington chịu dòng đện lớn điện áp cao, có chứa cặp transistor NPN ghép darlington cực góp hở với cực phát chung Mỗi kênh ULN 2803 có diode chặn sử dụng trường hợp tải có tính cảm ứng, ví dụ relay ULN 2803 có khả điều khiển kênh riêng biệt, nối trực tiếp với vi điều khiển 5V Bên cạnh đó, kênh ULN 2803 chịu dịng điện lớn khoảng thời gian dài lên tới 500mA với biên độ đỉnh lên tới 600mA Hình 8: IC ULN2803 26 Thông số kỹ thuật: + + + + + Điện áp max: 50V (Vce) Điện áo vào max: 30V (Vin) Dòng điện đầu liên tục: Ic = 500mA Dòng điện đầu vào liên tục: IIN = 25mA Công suất tiêu tán cặp darlington: 1W 3.4 Thiết kế phần cứng Với đồ án thiết kế mạch điện tử với đề tài “ Module điều khiển thiết bị giọng nói qua sóng Bluetooth”, việc thiết kế phần cứng mạch hệ thống cụ thể chia làm khối bản: 27 - Khối nguồn - Khối module Bluetooth - Khối xử lí - Khối điều khiển - Khối chấp hành 3.4.1 Sơ đồ ngun lí Hình 9: Sơ đồ ngun lí tồn mạch 3.4.2 Mạch in 28 Hình 10: Mạch in 3.4.3 Mạch 3D Hình 11: Mạch 3D 29 3.5 Thiết kế phần mềm 3.5.1 Thiết kế lập trình phần mềm android Android Studio lần công bố hội nghị Google I/O vào năm 2013 phát hành cho công chúng vào năm 2014 sau nhiều phiên beta khác Trước phát hành, nhà phát triển Android thường sử dụng công cụ Eclipse IDE, IDE Java chung hỗ trợ nhiều ngơn ngữ lập trình khác Android Studio IDE (Mơi trường phát triển tích hợp) thức cho tảng Android, phát triển Google sử dụng để tạo phần lớn ứng dụng mà bạn sử dụng hàng ngày.[3] Hình 12: Giao diện Android Studio 3.5.1.1 Phần mềm app điều khiển - App điều khiển có tên Bluetooth Control lập trình Android Studio - App chạy hệ điều hành android 30 Hình 13: Giao diện phần mềm điện thoại - Giao diện thiết với nút ấn ON/OFF Trạng thái bật tắt thiết bị hiển thị thông qua màu sắc ấn Khi bật thiết bị nút ON màu đỏ/ OFF màu đen Khi tắt thiết bị ngược lại ON màu đen/ OFF màu đỏ - Biểu tưởng micro dùng muốn điều khiển giọng nói Click vào biểu tưởng nói 3.5.1.2 Lưu đồ giải thuật chương trình smartphone Hình 14:Lưu đồ giải thuật app điều khiển • Giải thích lưu đồ thuật toán: Trước mở ứng dụng, Smartphone cần bật bluetooth kết nối với địa HC- 05 Nếu kết nối lần đầu kết nối cần nhập mật Sau kết nối xong, mở app điều khiển lên thấy danh sách thiết bị cần 31 điều khiển Người dùng lệnh cho điều khiển cách ấn nút app click vào biểu tưởng micro để phát giọng nói điều khiển Ứng dụng nhận liêu gửi đến moudle điều khiển để thực lệnh, từ thiết bị hoạt động theo yêu cầu • Code lập trình phần mềm: ... việc điều khiển thiết bị +Có thể điều khiển thiết bị gia đình cách nhanh chóng tiện lợi 12 CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ ĐIỀU KHIỂN THIẾT BỊ BẰNG GIỌNG NÓI QUA BLUETOOTH 1.1 Điều khiển thiết bị qua... module điều khiển thiết bị giọng nói qua bluetooth” để làm đồ án Báo cáo đồ án bố cục thành chương: Chương 1: Tổng quan điều khiển thiết bị giọng nói qua bluetooth Chương 2: Cơ sở lý thuyết Chương... quát hệ thống: Tín hiệu điều khiển bật tắt thiết Tắt thiết bị bị Bật thiết bị Tắt thiết bị Bật thiết bị Giám sát app điều khiển LOW HIGH Giám sát app điều khiển1 8 Hình 3: Lưu đồ thuật tốn tổng qt