(Đồ án tốt nghiệp) điều khiển xe thu gom rác thải từ xa bằng smartphone

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP NGÀNH CÔNG NGHỆ KỸ THUẬT ĐIỆN TỬ - TRUYỀN THÔNG ĐIỀU KHIỂN XE THU GOM RÁC THẢI TỪ XA BẰNG SMARTPHONE GVHD: THS.NGUYỄN NGƠ LÂM SVTH: PHẠM TRÍ NHÂN MSSV: 16141359 SVTH: TRỊNH QUỐC TOẢN MSSV: 16141084 SKL007191 Tp Hồ Chí Minh, tháng 08/2020 TRƢỜNG ĐẠI HỌC SƢ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH KHOA ĐÀO TẠO CHẤT LƢỢNG CAO  ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐIỀU KHIỂN XE THU GOM RÁC THẢI TỪ XA BẰNG SMARTPHONE SVTH: PHẠM TRÍ NHÂN - 16141359 TRỊNH QUỐC TOẢN - 16141084 Khố: 2016 - 2020 Ngành: Cơng nghệ kỹ thuật Điện tử, Truyền thơng GVHD: ThS.NGUYỄN NGƠ LÂM Tp Hồ Chí Minh, tháng năm 2020 TRƢỜNG ĐẠI HỌC SƢ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH KHOA ĐÀO TẠO CHẤT LƢỢNG CAO  ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐIỀU KHIỂN XE THU GOM RÁC THẢI TỪ XA BẰNG SMARTPHONE SVTH: PHẠM TRÍ NHÂN - 16141359 TRỊNH QUỐC TOẢN - 16141084 Khố: 2016 - 2020 Ngành: Cơng nghệ kỹ thuật Điện tử, Truyền thơng GVHD: ThS.NGUYỄN NGƠ LÂM Tp Hồ Chí Minh, tháng năm 2020 LỜI CẢM ƠN Trong thời gian làm đồ án tốt nghiệp, nhóm nhận nhiều giúp đỡ, đóng góp ý kiến bảo nhiệt tình thầy hướng dẫn, gia đình bạn bè Nhóm xin gửi lời cảm ơn đến thầy Ths.Nguyễn Ngô Lâm, trưởng ngành CNKT Điện tử - Truyền thơng CN Máy tính – trường ĐH Sư phạm – Kỹ thuật TPHCM người tận tình hướng dẫn, bảo nhóm suất q trình thực đồ án tốt nghiệp Nhóm xin chân thành cảm ơn thầy cô giáo trường ĐH Sư phạm – Kỹ thuật TPHCM nói chung, thầy ngành nói riêng dạy dỗ cho nhóm kiến thức môn đại cương môn chuyên ngành, giúp nhóm có sở lý thuyết vững vàng tạo điều kiện giúp đỡ nhóm suốt q trình học tập Cuối cùng, nhóm xin chân thành cảm ơn gia đình bạn bè, ln tạo điều kiện, quan tâm, giúp đỡ, động viên nhóm suốt q trình học tập hồn thành khố luận tốt nghiệp Tp Hồ Chí Minh, ngày 26 tháng năm 2020 I LỜI MỞ ĐẦU Hiện nay, người sống thời đại công nghiệp 4.0, công nghiệp tập trung vào công nghệ kĩ thuật số kết nối qua tảng Internet of things, truy cập liệu thời gian thực Cùng với phát tri n đa dạng ngành công nghiệp vi xử lí nên tài nguyên vi xử lý nâng cao đ đáp ứng ứng d ng khác thực tế Truyền thơng khơng dây ngày tiến bộ, tốc độ truyền chất lượng nâng cao Cơng nghệ ngày phát tri n đòi hỏi ứng d ng vào hoạt động đời sống người nhằm giảm sức lao động, tăng suất sản xuất, tránh tác động xấu môi trường cơng việc tới sức khỏe người Chính nhóm lựa chọn thiết kế đề tài “Điều khiển xe thu gom rác từ xa smartphone” nhằm tìm hi u thêm vi điều n, mạng truyền thông không dây… đáp ứng nhu cầu cấp thiết người Việc điều n xe nhiều cách nhóm lựa chọn điều n giọng nói điều n tay Smartphone có th ki m tra vị trí xe thu gom rác II MỤC LỤC Trang bìa LỜI CẢM ƠN I LỜI MỞ ĐẦU II MỤC LỤC III DANH MỤC CÁC BIỂU ĐỒ VÀ HÌNH ẢNH V DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU VII CÁC TỪ VIẾT TẮT VIII CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN 1.1 Tình hình nghiên cứu và ngoài nƣớc 1.1.1 Đặt vấn đề 1.1.2 Tính cấp thiết đề tài 1.2 Mục tiêu đề tài 1.3 Giới hạn đề tài 1.4 Phƣơng pháp nghiên cứu 1.5 Đối tƣợng và phạm vi nghiên cứu 1.6 Bố cục quyền báo cáo CHƢƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT LIÊN QUAN 2.1 Raspberry Pi 2.1.1 Giới thiệu chung 2.1.2 Phần cứng Raspberry Pi 2.1.3 Thông số kỹ thuật 2.1.4 Hệ điều hành Raspberry Pi 2.1.5 Chức Wifi 2.2 Board Andruino Uno R3 11 2.2.1 Giới thiệu chung 11 2.2.2 Thông số kỹ thuật 12 2.3 Ngôn ngữ Python 12 2.4 GPS 12 2.4.1 Giới thiệu chung 12 2.4.2 Hoạt động GPS 13 2.4.3 Độ xác GPS 14 2.4.4 Các thành phần GPS 14 2.4.5 Tín hiệu GPS 15 2.5 Nhận dạng giọng nói 17 2.6 App Inventor 19 III CHƢƠNG 3: XÂY DỰNG VÀ THIẾT KẾ HỆ THỐNG 21 3.1 Mơ hình hệ thống 21 3.1.1 Yêu cầu hệ thống 21 3.1.2 Mơ hình hệ thống 21 3.1.3 Hoạt động hệ thống 21 3.2 Thiết kế phần cứng 22 3.2.1 Chức phần cứng 22 3.2.2 Sơ đồ khối hệ thống 22 3.2.3 Thiết kế khối 25 3.3 Thiết kế phần mềm 36 3.3.1 Chức hoạt động phần mềm 36 3.3.2 Yêu cầu hệ thống 37 3.3.3 Lưu đồ hoạt động 37 CHƢƠNG 4: KẾT QUẢ THỰC HIỆN 46 4.1 Kết phần cứng 46 4.2 Kết phần mềm 47 CHƢƠNG 5: KẾT LUẬN VÀ HƢỚNG PHÁT TRIỂN 51 5.1 Kết luận 51 5.2 Hạn chế và hƣớng phát triển tƣơng lai 51 TÀI LIỆU THAM KHẢO 53 PHỤ LỤC 54 IV DANH MỤC CÁC BIỂU ĐỒ VÀ HÌNH ẢNH Hình 1.1 Một số xe thu gom rác thải Hình 1.2 Một số loại robot thu gom rác thải tự động điều khiển từ xa .2 Hình 2.1 Cấu tạo Raspberry Pi Hình 2.2 Sơ đồ chân GPIO Raspberry Pi Hình 2.3 Sơ đồ khối Raspberry Pi Hình 2.4 Mơ hình hoạt động Wifi Hình 2.5 Lịch sử đời chuẩn Wifi Hình 2.6 Sơ đồ khối Arduino UNO R3 11 Hình 2.7 Nguyên lý hoạt động GPS 13 Hình 2.8 Frame Navigation message 16 Hình 2.9 Điều chế tín hiệu GPS 17 Hình 2.10 Các trình nhận dạng tiếng nói 19 Hình 3.1 Mơ hình hoạt động hệ thống 21 Hình 3.2 Sơ đồ khối tồn hệ thống 24 Hình 3.3 Sơ đồ chân module proteus 25 Hình 3.4 Sơ đồ nguyên lý module GPS 26 Hình 3.5 Sơ đồ kết nối module với khối xử lý – gửi tín hiệu GPS 27 Hình 3.6 Sơ đồ kết nối Arduino module GPS 27 Hình 3.7 Sơ đồ nguyên lý ISD1820 28 Hình 3.8 Sơ đồ chân module proteus 28 Hình 3.9 Sơ đồ kết nối module với khối xử lý trung tâm 29 Hình 3.10 Hình dạng thực tế cấu tạo Servo 30 Hình 3.11 Sơ đồ chân biểu đồ xung PWM Servo 30 Hình 3.12 Sơ đồ chân Servo proteus 30 Hình 3.13 Sơ đồ kết nối Raspberry Pi với Servo 30 Hình 3.14 Sơ đồ nguyên lý module L298N 31 Hình 3.15 Sơ đồ chân L298 proteus 31 Hình 3.16 Sơ đồ kết nối module L298N với động DC 32 Hình 3.17 Sơ đồ kết nối chip wifi 33 Hình 3.18 Sơ đồ kết nối Arduino Raspberry Pi 33 Hình 3.19 Sơ đồ kết nối Raspberry Pi với module L298N 34 Hình 3.20 Sơ đồ kết nối cung cấp nguồn 11,1V 3,7V 36 Hình 3.21 Lưu đồ giải thuật tổng quát hệ thống 37 Hình 3.22 Lưu đồ giải thuật chức nhận dạng giọng nói 38 Hình 3.23 Lưu đồ giải thuật so sánh kết chuyển đổi giọng nói 39 Hình 3.24 Lưu đồ giải thuật chức điều khiển tay 40 V h Lƣu đồ giải thuật xử lý và gửi tín hiệu GPS Raspberry Pi Giải thích lưu đồ: - Tiến hành khai báo thư viện, biến - Thiết lập tốc độ baud đồng với tốc độ xử lý module - Ki m tra có liệu GPS, gửi Raspberry thơng qua UART - Nếu khơng có liệu gửi 5000 ms, gửi No GPS detected Hình 3.28 Lưu đồ giải thuật xử lý gửi tín hiệu GPS Raspberry Pi 44 i Lƣu đồ giải thuật xuất liệu GPS Giải thích lƣu đồ: - Hàm gửi giá trị tọa độ, ngày thời gian nhận - Những giá trị in hình đ giúp điều n xe - Nếu không nhận liệu, hình xuất Not Available Hình 3.29 Lưu đồ giải thuật xuất liệu GPS 45 Chƣơng 4: KẾT QUẢ THỰC HIỆN 4.1 Kết phần cứng Qua trình thiết kế phần cứng, chọn lựa linh kiện, nhóm tiến hành ki m tra kết nối module, linh kiện với cho sản phẩm hình bên Hình 4.1 Xe sau kết nối dây hồn tất Hình th sau kết nối dây hoàn tất cho khối xử lý trung tâm, khối định vị GPS, khối nguồn,… Hình 4.2 Hồn thiện mơ hình Hình th xe sau đóng hộp (vỏ), trang trí, sơn màu cho giống loại xe thu gom rác thải Qua trình nghiên cứu, nhóm thực đề tài đạt vấn đề sau: Đã hi u ứng d ng chức bo Raspberry Pi Xây dựng hệ thống điều n xe từ xa chức wifi bo Ứng 46 d ng web server Raspberry Pi đ trao đổi liệu Smartphone bo Các yếu tố ảnh hưởng đến hệ thống: dây nối bọc keo trách ngắn mạch, chạm mạch dẫn đến hư khối xử lý trung tâm Nguồn cung cấp liên t c nhiều phải có máy tính Smartphone kết nối liên t c với hệ thống đ trì điều n ki m sốt 4.2 Kết phần mềm Sau hoàn thành giai đoạn thiết kế ứng d ng kết nối với web server Raspberry Pi nhóm thu kết sau th qua hình ảnh: Hình 4.3 Giao diện Hình 4.4 Giao diện xác định vị trí GPS Các hình th giao diện ứng d ng Hình 4.3 th giao diện mở ứng d ng hi n thị nút nhấn lựa chọn chức mà ta muốn điều n hi n thị Hình 4.4 giao diện xác định vị trí GPS nhấn chọn nút Add Place giao diện chính, có th nhấn nút Current Location đ xác định vị trí dừng xe lựa chọn chức lưu vị trí nút Save Place 47 Hình 4.5 Giao diện danh sách vị trí lưu Hình 4.6 Giao diện Google Map hi n thị vị trí Hai hình th chức khác ứng d ng Hình 4.5 giao diện hi n thị danh sách vị trí xác định lưu lại server Firebase cần nhấn chọn vị trí lưu danh sách hi n thị giao diện hình 4.6 gọi ứng d ng Google Map cho thấy vị trí Tại hình 4.7, sau nhận tín hiệu điều n từ server Raspberry Pi hi n thị lên hình máy tính thơng tin điều n hình Các lệnh tương ứng với tín hiệu điều n hi n thị lên hình Ngồi ra, cịn hi n thị ngày giờ, địa ip, tốc độ mơ hình cho người dùng biết Khi có tín hiệu điều n dừng lại, mơ hình yêu cầu truy xuất GPS hi n thị kèm theo thông tin khác nêu Từ đấy, có th thấy việc kết nối khối hồn thiện khơng có sai sót kĩ thuật phần mềm phần cứng 48 Hình 4.7 Nhận tín hiệu điều n giọng nói từ server Hình 4.8 Nhận tín hiệu điều n tay từ server 49 Hình 4.9 Nhận tín hiệu đóng/mở cửa hầm rác 50 Chƣơng 5: KẾT LUẬN VÀ HƢỚNG PHÁT TRIỂN 5.1 Kết luận Qua trình thực đồ án “Điều Khiển Xe Thu Gom Rác Thải Từ Xa Bằng Smartphone” nhóm thực vấn đề sau: - - Tìm hi u lí thuyết GPS, cách truyền nhận xử lí tín hiệu GPS Tìm hi u phương pháp nhận diện giọng nói, hệ thống nhận diện giọng nói Google Tìm hi u ngôn ngữ python Raspberry, xây d ng serve đơn giản từ địa ip Raspberry Biết phương pháp tạo ứng d ng Android đơn giản dùng khối mã (blocks) mà không dùng đến ngơn ngữ lập trình Có th truyền nhận liệu UART Raspberry Arduino Tìm hi u hệ thống nhúng Raspberry Thiết kế xây dựng mơ hình xe đơn giản, hoạt động yêu cầu 5.2 Hạn chế hướng phát triển tương lai Trong trình thực đề tài cịn gặp nhiều khó khăn tiếp xúc với module mới, ứng d ng thiết kế chưa đẹp - Do sử d ng wifi nên phạm vi hoạt động bị giới hạn wifi chưa phải công nghệ truyền thông không dây có phạm vi xa - Việc nhận dạng giọng nói cịn thực lâu yếu tố mơi trường bị ảnh hưởng tiếng ồn gây nên việc nhận dạng sai, giọng nói người có cách phát âm khác nên có th gây nên nhận dạng sai từ - Tùy vào tốc độ wifi mà việc tín hiệu truyền tới xử lý trung tâm nhanh hay chậm nên có th gây việc đáp ứng chậm - Việc nhận xử lý tín hiệu GPS cịn chậm chưa đáp ứng kịp thời với việc thay đổi vị trí liên t c Do tín hiệu GPS mà nhóm sử d ng tín hiệu cần phải lấy trực tiếp từ tín hiệu vệ tinh Trong thời gian tới, ta có th phát tri n Hệ thống “Điều Khiển Xe Thu Gom Rác Thải Từ Xa Bằng Smartphone” như: - Thay wifi công nghệ truyền thông không dây khác LoRa đ tăng phạm vi hoạt động - Thiết kế thêm hệ thống cảnh bảo vật cản cảm biến siêu nhằm khắc ph c khuyết m đáp ứng cịn chậm gây nên việc xe có th tơng vào vật cản nêu khơng có tín hiệu dừng kịp thời - Sử d ng mơ hình áp d ng động lớn cách thay nguồn chiều nguồn xoay chiều có cơng suất lớn - 51 - - - Có th tăng tốc độ tiếp nhận tín hiệu GPS cách cài thêm số module khác module SBG-190 thiết bị xạ giúp tăng cường tín hiệu GPS Thiết kế ứng d ng tương tác với người dùng hệ điều hành IOS Xây dựng dựa ngơn ngữ lập trình JAVA, HTML đ tối ưu hóa chức Tìm cách rút ngắn thời gian nhận diện giọng nói thời gian truyền nhận liệu 52 TÀI LIỆU THAM KHẢO Datasheet of Raspberry Pi, rPi_DATA_CM3plus_1p0 [2] Datasheet of Arduino Uno R3, Arduino-A000066-datasheet [3] Datasheet of Module GPS GY – NEO 6M V2, GY-NEO6MV2-GPSModule-Datasheet [4] Datasheet of Module DC L298N, L298N Motor Driver [5] Datasheet of Module ISD1820, ISD1820-ETC [6] Datasheet of SG90, sg90_datasheet [7] Programming at Python Speed A Conversation with Guido van Rossum, Part III by Bill Venners on January 27, 2003 [8] Guido van Rossum Stepping Down from Role as Python's Benevolent Dictator For Life by Carlie Fairchild on July 12, 2018 [9] Term paper of Computer network CSE:205 Wireless Fidelity(wifi) & IEEE 802.11 specification by Mr.Piyush Agnihotri & Ashish Butani [10] Mạng Không Dây, Trần Thanh Hoa, Viện công nghệ Thông tin & Truyền thông – Đại học Bách Khoa Hà Nội, 2014 [11] Global Positioning System Standard Positioning Service Signal Specification by NAVSTAR, 2nd Edition on June 2, 1995 [12] Finding the repeat times of the GPS constellation, GPS Solutions (Springer) by Agnew, D.C and Larson, K.M 2007 [13] United States Coast Guard, General GPS News on September 9, 2005 [14] Bài giảng Xử Lý Tiếng Nói, Đại học Hàng hải Việt Nam, Hải Phòng, 2001 [1] Bài báo cáo em xin dừng đây, mong quý thầy bạn có góp ý thêm xin liên hệ với nhóm email 16141359@student.hcmute.edu.vn (Phạm Trí Nhân) 16141084@student,hcmute.edu.vn (Trịnh Quốc Toản) 53 PHỤ LỤC HƢỚNG DẪN THIẾT LẬP VÀ SỬ DỤNG Sau ki m tra cấp nguồn cho toàn hệ thống ta thực bước sau: Bước 1: Thiết lập khối xử lý trung tâm (server) Kết nối ngoại vi (màn hình, chuột, bàn phím) vào board nhúng Raspberry Pi Nếu khơng có ngoại vi có th dùng Bitvise SSH Client tích hợp sẵn laptop đ kết nối vào Raspberry Pi Hướng dẫn kết nối với Raspberry Pi qua Bitvise SSH Client: Sau mở Bitvise SSH Client, nhập địa ip Raspberry Pi vào Host hình Ở nhóm có địa ip Raspberry Pi 192.168.43.16 Sau nhập địa ip kết nối, giao diện lên bảng đ nhập username password Raspberry Pi đ có th kết nối điều n với Raspberry Pi từ xa thông qua Bitvise SSH Client Username password mặc định Raspberry Pi sau cài đặt hệ điều hành “pi” “pi” 54 Sau kết nối thành cơng, hình terminal mở lên Tiếp theo chuy n đến thư m c chứa file code cần chạy Cú pháp: cd /home/pi/Adafruit_IO_Python/examples/basics Đ chạy chương trình: python3 DEmo1.py Nếu thực thao tác xuất dịng „Starting Server‟ Bước 2: Cài đặt ứng d ng điện thoại Tải file doantotnghiep.apk điện thoại, cài đặt ứng d ng thông thường Sau cài đặt xong, giao diện ứng d ng hình Điện thoại cài đặt ứng d ng, Xe máy tính phải kết nối chung hệ thống hệ thống wifi Khi tất hồn tất ta có điều n theo yêu cầu 55 Kết thúc hoạt động ta nhập lệnh sudo shutdown -h now terminal đ tắt Raspberry nhằm tránh tình trạng cháy thiết bị 56 ... tạo xe thu gom rác thải Với cơng nghệ 4.0 việc có th điều n xe đơn giản Có nhiều cách khác đ điều n chúng lái xe trực tiếp, hay tiên tiến điều n chúng từ xa Việc điều n xe từ xa có nhiều cách điều. .. rác Nhưng chúng lại có sức chứa tương đối phù hợp cho qui mơ nhỏ Hình 1.2 Một số loại robot thu gom rác thải tự động điều n từ xa Vì vậy, nhóm thực đề tài ? ?Điều khiển xe thu gom rác thải từ xa. .. loại xe thu gom rác thải truyền thống cần điều n trực tiếp từ người Chúng cần người trực tiếp đẩy, lái tới địa m thu gom rác Hình 1.1 Một số xe thu gom rác thải Và nước lớn phát tri n giới loại xe