BÁO cáo đồ án tốt NGHIỆP đề tài xây DỰNG mô HÌNH NHÀ THÔNG MINH điều KHIỂN BẰNG GIỌNG nói

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI VIỆN ĐIỆN TỬ - VIỄN THÔNG BÁO CÁO ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐỀ TÀI: XÂY DỰNG MƠ HÌNH NHÀ THƠNG MINH ĐIỀU KHIỂN BẰNG GIỌNG NÓI Giáo viên hướng dẫn: TS Nguyễn Ngọc Văn Sinh viên thực hiện: Hà Nội, 7-2020 TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI VIỆN ĐIỆN TỬ - VIỄN THÔNG BÁO CÁO ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐỀ TÀI: XÂY DỰNG MƠ HÌNH NHÀ THƠNG MINH ĐIỀU KHIỂN BẰNG GIỌNG NÓI Giáo viên hướng dẫn: TS Nguyễn Ngọc Văn Sinh viên thực hiện: Hà Nội, 7-2020 ĐÁNH GIÁ QUYỂN THỰC TẬP TỐT NGHIỆP (Dành cho giảng viên hướng dẫn) Tên giảng viên đánh giá: TS Nguyễn Ngọc Văn Họ tên Sinh viên: Ngô Đức Hiển MSSV:20158140 Tên đồ án: Xây dựng mơ hình nhà thơng minh điều khiển giọng nói Chọn mức điểm phù hợp cho sinh viên trình bày theo tiêu chí đây: Rất (1); Kém (2); Đạt (3); Giỏi (4); Xuất sắc (5) Có kết hợp lý thuyết thực hành (20) Nêu rõ tính cấp thiết quan trọng đề tài, vấn đề c giả thuyết (bao gồm mục đích tính phù hợp) phạm ứng dụng đồ án Cập nhật kết nghiên cứu gần (trong nước/quốc t Nêu rõ chi tiết phương pháp nghiên cứu/giải vấn đề Có kết mơ phỏng/thực nghiệm trình bày rõ ràng kết qu Có khả phân tích đánh giá kết (15) Kế hoạch làm việc rõ ràng bao gồm mục tiêu phương pháp dựa kết nghiên cứu lý thuyết cách có hệ thố Kết trình bày cách logic dễ hiểu, tất kết q phân tích đánh giá thỏa đáng Trong phần kết luận, tác giả rõ khác biệt (nếu có) đạt mục tiêu ban đầu đề đồng thời cung cấp lậ luận để đề xuất hướng giải thực tương Kỹ viết đồ án (10) Đồ án trình bày mẫu quy định với cấu trúc chương l đẹp mắt (bảng biểu, hình ảnh rõ ràng, có tiêu đề, đán thứ tự giải thích hay đề cập đến đồ án, có lề cách sau dấu chấm, dấu phẩy v.v), có mở đầu chương kết l chương, có liệt kê tài liệu tham khảo có trích dẫn quy Kỹ viết xuất sắc (cấu trúc câu chuẩn, văn phong khoa họ lập luận logic có sở, từ vựng sử dụng phù hợp v.v.) Thành tựu nghiên cứu khoa học (5) (chọn trường hợp) Có báo khoa học đăng chấp nhận đăng/đạt giải SVNC khoa học giải cấp Viện trở lên/các giải thưởng khoa 10a 10b 10c Điểm tổng Điểm tổng quy đổi thang 10 (quốc tế/trong nước) từ giải trở lên/ Có đăng ký phát m sáng chế Được báo cáo hội đồng cấp Viện hội nghị sinh viên nghiên cứu khoa học không đạt giải từ giải trở lên/Đ giải khuyến khích kỳ thi quốc gia quốc tế khác v chuyên ngành TI contest Khơng có thành tích nghiên cứu khoa học Nhận xét khác (về thái độ tinh thần làm việc sinh viên) Ngày: … / … / 20… Người nhận xét (Ký ghi rõ họ tên) ĐÁNH GIÁ QUYỂN BÁO CÁO THỰC TẬP TỐT NGHIỆP (Dùng cho cán phản biện) Giảng viên đánh giá: Họ tên sinh viên: Ngô Đức Hiển MSSV: 20158140 Tên đồ án: Xây dựng mơ hình nhà thơng minh điều khiển giọng nói Chọn mức điểm phù hợp cho sinh viên trình bày theo tiêu chí đây: Rất (1); Kém (2); Đạt (3); Giỏi (4); Xuất sắc (5) Có kết hợp lý thuyết thực hành (20) Có khả phân tích đánh giá kết (15) Nêu rõ tính cấp thiết quan trọng đề tài, vấn đề giả thuyết (bao gồm mục đích tính phù hợp) phạm vi ứng đồ án Cập nhật kết nghiên cứu gần (trong nước/quốc tế) Nêu rõ chi tiết phương pháp nghiên cứu/giải vấn đề Có kết mơ phỏng/thực nghiệm trình bày rõ ràng kết đạt Kế hoạch làm việc rõ ràng bao gồm mục tiêu phương pháp thực dựa kết nghiên cứu lý thuyết cách có hệ thống Kết trình bày cách logic dễ hiểu, tất kết phân tích đánh giá thỏa đáng Trong phần kết luận, tác giả rõ khác biệt (nếu có) kết qu mục tiêu ban đầu đề đồng thời cung cấp lập luận để đề x hướng giải thực tương lai Kỹ viết đồ án (10) Đồ án trình bày mẫu quy định với cấu trúc chương logic v mắt (bảng biểu, hình ảnh rõ ràng, có tiêu đề, đánh số thứ tự giải thích hay đề cập đến đồ án, có lề, dấu cách sau dấu c dấu phẩy v.v), có mở đầu chương kết luận chương, có liệt kê tài tham khảo có trích dẫn quy định Kỹ viết xuất sắc (cấu trúc câu chuẩn, văn phong khoa học, lập logic có sở, từ vựng sử dụng phù hợp v.v.) Thành tựu nghiên cứu khoa học (5) (chọn trường hợp) Có báo khoa học đăng chấp nhận đăng/đạt giải SVN 10a khoa học giải cấp Viện trở lên/các giải thưởng khoa học (quốc tế/ nước) từ giải trở lên/ Có đăng ký phát minh sáng chế Được báo cáo hội đồng cấp Viện hội nghị sinh viên nghiên khoa học không đạt giải từ giải trở lên/Đạt giải khuyến khí 10b kỳ thi quốc gia quốc tế khác chuyên ngành TI contest 10c Khơng có thành tích nghiên cứu khoa học Điểm tổng Điểm tổng quy đổi thang 10 Nhận xét khác cán phản biện Ngày: … / … / 20… Người nhận xét (Ký ghi rõ họ tên) LỜI NÓI ĐẦU Thế giới bước vào cách mạng công nghiệp 4.0 với hội thách thức, đòi hỏi hệ trẻ phải có thay đổi phù hợp để thích ứng thành cơng Trong lịch sử, nhân loại trải qua ba cách mạng công nghiệp, đem tới thay đổi toàn diện cho sống người Không phải ngoại lệ, cách mạng 4.0 với tảng vạn vật kết nối, tự động hóa trí tuệ nhân tạo dự đốn tạo mặt hồn tồn cho giới Những cơng việc nặng nhọc địi hỏi tính sáng tạo thay robot, Internet với tốc độ siêu nhanh phủ sóng khắp nơi thay đổi cách ta làm việc giao tiếp Đồng thời, cỗ máy với khả tính tốn xử lý siêu việt xuất nhiều quan, viện nghiên cứu Những thành tựu công nghệ xuất ngày nhiều, tiêu biểu Alpha Go Google dành chiến thắng tuyệt đối trước nhà vô địch cờ vây giới, công ty Nhật Bản bắt đầu thử nghiệm Robot thay cho nhân viên văn phịng tơ tự hành xuất ngày nhiều đường phố… Internet of Things – IoT hay gọi vạn vật kết nối, vạn vật vật, vật thể, thiết bị Mỗi vật thể có ID (định danh riêng), tất kết nối với thông qua môi trường mạng Internet Từ tạo mạng lưới thơng minh, có khả truyền tải, trao đổi liệu, thông tin qua lại Tất điều khiển từ xa người mà không cần phải tiếp xúc trực tiếp với thiết bị Cụ thể người điều khiển thiết bị trọng nhà như: máy giặt, tủ lạnh, tivi, đèn, máy lạnh,… Hoạt động từ trình điều khiển Smartphone máy tính bảng hay laptop Cơng nghệ IoT phát triển dựa kết hợp công nghệ mạng Internet (mạng không dây Wifi, mạng viễn thông băng rộng 4G, 5G) công nghệ – điện tử Sự kết hợp từ công nghệ đại mang đến nhiều ứng dụng, đáp ứng nhu cầu Từ giúp tăng trưởng hiệu chất lượng công việc Một thành tựu vạn vật kết nối vài năm trở lại “Nhà Thơng Minh” hay Smart Home Ở Việt Nam, nhiều mơ hình nhà thơng minh áp dụng vào thực tế mang lại cho người sống tiện nghi Nhận thấy nhu cầu phát triển thực tiễn Smart Home Việt Nam, chúng em chọn đề tài: “Xây dựng mơ hình nhà thơng minh điều khiển giọng nói” nhắm hướng tới việc xây dựng mơ hình giám sát điều khiển thơng qua Smartphone mạng Internet Trong trình thực đề tài thực tập này, em xin gửi lời cảm ơn chân thành tới Thầy Nguyễn Ngọc Văn, Viện Điện tử - Viễn thông, trường Đại học Bách Khoa Hà Nội, hướng dẫn tận tình dẫn bước, cung cấp tài liệu nghiên cứu quý báu, hướng nghiên cứu để em thực yêu cầu thực tập Trong trình thực đề tài, dựa theo kết đạt bước đầu, dù cố gắng nhiên không tránh khỏi thiếu sót hạn chế định Vì vậy, 3.4.1.3 Ưu điểm sử dụng Firebase Hình 42: Firebase hoạt động tảng điện toán đám mây, an toàn bảo mật [2] Triển khai ứng dụng nhanh chóng: Firebase tiết kiệm nhiều thời gian quản lý đồng tất liệu cho người dùng Song song đó, cịn cung cấp hosting hỗ trợ xác thực thông tin khách hàng khiến việc triển khai ứng dụng nhanh chóng Bảo mật: Hoạt động tảng đám mây cloud, sử dụng kết nối thông qua giao thức bảo mật SSL cho phép phân quyền người dùng sở liệu Javascript, đặc điểm Firebase giúp nâng cao độ bảo mật cho ứng dụng Hình 43: Các ứng dụng tảng Firbase có độ bảo mật thông tin cao [3] Sự ổn định: Hầu hết ứng dụng tảng Firebase hoạt động ổn định chúng viết dựa tảng cloud cung cấp Google Hơn nữa, nhờ Firebase mà việc nâng cấp hay bảo trì Server diễn đơn giản mà không cần phải dừng lại 55 Hình 44: Các ứng dụng chạy tảng Firebase hoạt động ổn định Ngoài ưu điểm, “Firebase” phần Realtime Database, phần Database Cơ sở liệu họ tổ chức theo kiểu trees, parent-children, kiểu Table nên quen với SQL gặp khó khăn từ mức đơi chút tới nhiều 3.4.2 Thiết lập cấu hình cho Firebase Cloud Firebase Google nên để sử dụng Firebase cần phải có tài khoản Google Hình 45: Sử dụng tài khoản Google để đăng nhập Firebase Sau truy xuất đến bảng điều khiển để khởi tạo dự án IoT tảng Cloud Firebase 56 Hình 46: Mỗi dự án khởi tạo lưu server Google, phát triển dự án cũ tạo dự án Tạo đặt tên cho dự án, sử dụng Google Analytic cho dự án Hình 47: Mộ số ứng dụng mà Google Analytics mang lại Sau khởi tạo thành công Project, vào Project Overview, chọn Project Settings 57 Hình 48: Các dịch vụ mà Firebase cung cấp bao gồm Authentication, Database, Storage, Hosting, Functions Machine Learning Tại Project Setting, nhận Web API Key 58 Hình 49: Cách lấy Web API Key, liên quan đến vấn đề bảo mật nên API key người dùng bảo mật không nên chia sẻ cho Tại cửa sổ Service Account, người quản lí cấu hình SDK lấy Firebase Token Key Hình 50: Cấu hình quản trị SDK Node JS vào thẻ Database secrets để lấy Firebase Token Key Hình 51: Lấy mã Firebase Token 59 Khởi tạo sở liệu, quay trở lại Project Over View chọn Database, khởi tạo Database thẻ Realtime Database Hình 52: Khởi tạo Realtime Database Hình 53: Cấu hình luồng liệu cho Datsabase Start in locked mode: Không chấp nhận nhập xuất liệu mà liệu lưu cố định, thay đổi Start in test mode: Cho phép nhập xuất liệu Để phù hợp cho việc điều khiển giám sát, nên Firebase Database cấu hính dạng test mode Sau tạo xong Database, tiến hành lấy đường dẫn Firebase host 60 Hình 54: Firebase host Database khởi tạo người quản lí có thành phần bảo mật: Web API Key Firebase Token Key Firebase host Cấu hình Firebase cho phần cứng: #include #include #define FIREBASE_HOST "xxxxxxxxxxxxxxx" // điền Firebase host #define FIREBASE_AUTH "xxxxxxxxxxxxxxx" // điền Firebase Token Key #define WIFI_SSID “xxxxxxxxxxxx" // id wifi #define WIFI_PASSWORD "xxxxxxxxxxxxxx" // mật wifi Kết nối đến wifi Firebase: void WiFiConnection(){ WiFi.begin(WIFI_SSID, WIFI_PASSWORD); Serial.print("Connecting to Wi-Fi"); while (WiFi.status() != WL_CONNECTED) { Serial.print("."); delay(300); } Serial.println(); Serial.print("Connected with IP: "); Serial.println(WiFi.localIP()); Serial.println(); 61 Firebase.begin(FIREBASE_HOST, FIREBASE_AUTH); Firebase.reconnectWiFi(true); } Cấu hình Firebase cho phần mềm: Hình 55: Sử dụng Firebase DB để kết nối app Firebase 62 Hình 56: Cấu hình Firebase cho app Trong FirebaseToken điền Web API Key Trong FirebaseURL điền Firebase host 3.4.3 Xây dựng sở liệu cho nhà Cơ sở liệu nhà viết dạng chuỗi JSON đóng gói tảng Node JS (Một tảng Server Side xây dựng dựa nên tảng Javascript Engine) Chúng bao gồm hai phần key value Một chuỗi JSON trình bày sau: { "username" : "thehalfheart", "email" : "thehalfehart@gmail.com", "website" : "freetuts.net", "title" : "Học lập trình với JSON" } 63 Như vậy, sở liệu nhà bao gồm: { "tên thiết bị" : "trạng thái", "tên cảm biến" : "giá trị thông số", } Các thành phần sơ sở liệu nhà dạng {“key”:“value”} sau: “tt_denpk” : “0” – đèn phòng khách với trạng thái tắt (tương ứng giá trị 0) trạng thái mở (tương ứng giá trị 1) “tt_quatpk” : “0” – quạt phòng khách với trạng thái tắt (tương ứng giá trị 0) trạng thái mở (tương ứng giá trị 1) “tt_tivi” : “0” – tivi với trạng thái tắt (tương ứng giá trị 0) trạng thái mở (tương ứng giá trị 1) “tt_denpn” : “0” – đèn phòng ngủ với trạng thái tắt (tương ứng giá trị 0) trạng thái mở (tương ứng giá trị 1) “tt_quatpn” : “0” – quạt phòng ngủ với trạng thái tắt (tương ứng giá trị 0) trạng thái mở (tương ứng giá trị 1) “tt_dennvs” : “0” – đèn nhà vệ sinh với trạng thái tắt (tương ứng giá trị 0) trạng thái mở (tương ứng giá trị 1) “tt_denbep” : “0” – đèn nhà bếp với trạng thái tắt (tương ứng giá trị 0) trạng thái mở (tương ứng giá trị 1) “tt_bep” : “0” – bếp với trạng thái tắt (tương ứng giá trị 0) trạng thái mở (tương ứng giá trị 1) “temp” : “float(temp)” – giá trị nhiệt độ với giá trị số thực “humi” : “float(humi)” – giá trị độ ẩm với giá trị số thực “gasval”: “float(gasValue)” – giá trị nồng độ khí gas với giá trị số thực “ppmval” : “float(ppmValue)” – giá trị nồng độ khí có hại với giá trị số thực “watval” : “int(watValue)” – giá trị mực chất lỏng với giá trị số nguyên 3.4.4 Xây dựng sở liệu người dùng Cơ sở liệu người dùng lưu sở liệu app, sở liệu lưu đến phần mềm gỡ bỏ khỏi điện thoại thơi Cơ sở liệu người dùng bao gồm: Username: Tên người dùng username đăng nhập Passwork: Mật đăng nhập New_passwork: Mật cập nhật người dùng 64 3.5 Một số kịch thử nghiệm Thông thường, nhà thông minh điều khiển cách bật tắt thiết bị nhà qua hoạt động bấm phím giọng nói ứng dụng điện thoại tùy theo nhu cầu người sử dụng Ngoài chúng em thử thêm số kịch khác để điều khiển nhà thơng minh:  Khi có khách tới Chúng ta cần nói “Phịng khách tối q” đèn phịng khách, đèn phịng bếp tivi bật lên  Khi ngủ Chúng ta nói “Tơi ngủ” quạt phịng ngủ bật lên, tất thiết bị lại tắt  Khi nhà vào buổi tối Khi nói “ Tơi nhà” tồn đèn nhà bật lên 3.6 Đánh giá độ xác Hiện đồ án chúng em chạy xác Đơi lúc ứng dụng android khơng nhận dạng lệnh điều khiển phát âm chưa chuẩn nhiên phần điều khiển tay hoạt động nhanh xác Đánh giá độ xác mạch đo nhiệt độ + Dựa lần đo vào ngày mùng bọn em có kết đo bảng đây: Bảng 3: Bảng biểu diễn kết mạch đo nhiệt độ so với thực tế Giờ 65 Dựa kết bảng khẳng định mạch đạt độ xác 90% so với kết thực tế Các mạch cịn lại chạy xác so với nguyên lí mạch 66 3.7 Kết luận Như vậy, module cho nhà thông minh thiết kế với đầy đủ chức giám sát trực quan, điều khiển chiếu sáng, cảnh báo để điều khiển vào/ra, điều khiển từ xa tay giọng nói qua ứng dụng android hoàn chỉnh 67 KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN ĐỀ TÀI Hiện nước phát triển giới sử dụng nhiều nhà thông minh phục vụ cho đời sống hàng ngày cần thiết Ở Việt Nam việc sử dụng ngơi nhà thơng minh cịn hạn chế Tuy nhiên, tương lai có phát triển kinh tế đất nước gia đình có điều kiện, bên cạnh việc chế tạo thiết bị điện công nghệ cao ngày phát triển, dẫn đến giá thành thiết bị giảm Việc ứng dụng nhà thông minh Việt Nam phổ biến mang tính thời Với mơ hình ngơi nhà thơng minh quản lý giám sát thiết bị điện - điện tử nhà cách tự động, đơn giản thuận tiện, không cần phải tới trực tiếp nơi xảy cố hay thời gian kiểm tra an ninh nhà Hướng nghiên cứu mở cho nhiều ý tưởng thiết thực Đề tài hồn tồn áp dụng vào triển khai thực tế đầu tư kinh phí cộng tác cá nhân tổ chức quan tâm “Ngôi nhà thông minh điều khiển giọng nói” đề tài địi hỏi nhiều thời gian nghiên cứu nhà có nhiều phương pháp điều khiển để ngơi nhà ngày thông minh Nhưng, bọn em trình bày trên, ngơi nhà thơng minh đơn gian phức tạp tùy theo tính mà chủ nhà mong muốn Trong thời gian làm đồ án vừa qua, em nghiên cứu hệ thống thông dụng nhà thông minh Theo đó, bọn em đã: Tìm hiểu hệ thống ngơi nhà thơng minh thực tế Tìm hiểu hệ thống sử dụng nhà thông minh như: hệ thống chiếu sáng, báo cháy, nhiệt độ, điều khiển thiết bị giọng nói , v.v … Tuy nhiên, giới hạn thời gian trình độ nên thực đề tài lần bọn em không tránh khỏi hạn chế Bọn em mong góp ý thầy bạn để xây dựng nhà thông minh với điều khiển tối ưu để áp dụng vào thực tiễn sống hàng ngày 68 TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] https://vi.wikipedia.org/wiki/Android_(h%E1%BB%87_%C4%91i%E1%BB %81u_h%C3%A0nh) truy cập lần cuối ngày 31/05/2020 [2] https://firebase.google.com/docs/database/android/start truy cập lần cuối ngày 31/05/2020 [3] http://www.smarthome.com.vn/luxury truy cập lần cuối ngày 30/05/2020 [4] https://tissmarthome.com.vn/ truy cập lần cuối ngày 30/05/2020 [5] https://nhathongminhviet.vn/nha-thong-minh-schneider-electric truy cập lần cuối ngày 30/05/2020 [6] https://vi.wikipedia.org/wiki/Hypertext_Transfer_Protocol truy cập lần cuối ngày 31/05/2020 [7] https://arduino.vn/ truy cập lần cuối ngày 25/06/2020 [8] https://arduino.esp8266.vn/wifi/smartconfig.html truy cập lần cuối ngày 02/06/2020 [9] https://hocarm.org/smartconfig-voi-esp8266/ truy cập lần cuối ngày27/06/2020 [10] http://khoahocphattrien.vn/cong-nghe/4-cau-phan-cua-internet-ofthings/2015092612598962p1c859.htm truy cập lần cuối ngày 21/05/2020 [11] https://developer.android.com/guide/topics/ui/layout/recyclerview truy cập lần cuối ngày 30/05/2020 [12] https://iotmakervn.github.io/iot-starter-book/ truy cập lần cuối ngày 28/06/2020 [13] https://arduino.esp8266.vn/wifi/smartconfig.html truy cập lần cuối ngày 01/06/2020 69 ... TỬ - VIỄN THÔNG BÁO CÁO ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐỀ TÀI: XÂY DỰNG MƠ HÌNH NHÀ THƠNG MINH ĐIỀU KHIỂN BẰNG GIỌNG NÓI Giáo viên hướng dẫn: TS Nguyễn Ngọc Văn Sinh viên thực hiện: Hà Nội, 7-2020 ĐÁNH GIÁ QUYỂN... em chọn đề tài: ? ?Xây dựng mơ hình nhà thơng minh điều khiển giọng nói? ?? nhắm hướng tới việc xây dựng mơ hình giám sát điều khiển thơng qua Smartphone mạng Internet Trong q trình thực đề tài thực... dẫn đồ án tốt nghiệp TS Nguyễn Ngọc Văn Em xin cam đoan tồn nội dung trình bày đồ án kết trình tìm hiểu nghiên cứu em Các liệu nêu đồ án ? ?Xây dựng mơ hình nhà thơng minh điều khiển giọng nói? ??