Như đã trình bày ở chương 3, để thực hiện việc điều khiển các thiết bị từ máy tính ta cần sử dụng một thiết bị trung gian. Trong phần thực nghiệm này, chúng tôi đã sử dụng một thiết bị( tạm gọi là thiết bị điều khiển trung gian - ElecDeviceControler) có cấu tạo chính như sau :
• Bộ vi xử lý sử dụng chip PIC18F425
• Một khối kết nối:sử dụng các thiết bị cho phép giao tiếp với máy tính thông qua cổng COM xử dụng IC max 323
• Một khối công suất: sử dụng IC ULN2004A/SO để điều khiển một bộ rơ le sử dụng cho việc đóng mở các mạch điện.
Với những thiết bị trên cùng bài toán đặt ra là phải thực hiện việc điều khiển từ máy tính, nên trong phần thực nghiệm này, chúng tôi có đưa ra một giao thức đơn giản
để thực hiện các giao tiếp truyền thông giữa máy tính và thiết bị điều khiển trung gian. Giao thức trên về cơ bản gồm các đặc điểm sau:
• Các tín hiệu điều khiển được mã hóa dưới dạng 1 gói 2 bytes được biểu diễn trong hệ cơ sô 16 là A0XY. Trong đó:
o A0: là mã hóa ID của thiết bị điều khiển trung gian( giúp phân biệt nó với các thiết bị khác căm vào máy tính)
o X: là mã hóa ID của các thiết bị cần điều khiển. Theo đó với 4 bit này ta có thể mã hóa được tối đa 16 thiết bị.
o Y: là mã hóa các lệnh có thể thực hiện trên thiết bị. Cũng theo đó ta có thể có tối đa 16 lệnh. Con số 16 này có thể là bé tuy nhiên với bài toán đơn giản của chúng ta nó là phù hợp.
Chú ý: Ngoài mô ta ở trên, sẽ còn có một số gói đặc biệt sử dụng để kiểm tra trạng thái của các thành phần trong hệ thống.
• Giao thức biên nhận được thực một cách đơn giản đó là mỗi khi nhận đủ một gói, nếu việc điều khiển thực hiện thành công, thiết bị điều khiển trung gian sẽ gửi lại đúng gói vừa nhần được về máy tính như một gói biên nhận.
• Việc kiểm soát lỗi trên đường truyền được thực hiện bằng cách sau. Do dữ liệu được truyền trên đường truyền theo gói một byte một, mà mỗi gói dữ liệu của ta cần 2 byte nên cần có cách để kiểm tra xem có nhận đúng gói cần nhận không. Để thực hiện việc kiểm tra này hệ thống thực hiện như sau: sau khi nhận byte thứ nhất, nếu byte thứ hai không đến trong khoảng 10 mili giây kế tiếp thì coi như gói đó bị lỗi và hủy; quy ước là không truyền 2 gói dữ liệu liên tiếp trong khoảng 100 mili giây nên nếu gói nào đến trong khoảng 100 mili giây kể từ khi nhận gói trước đó cũng bị hủy bỏ, coi như lỗi.
4.3 Một số hình ảnh và mô tả về chương trình demo
Chương trình demo bao gồm hai thành phần chính đó là thành phần chương trình trên server và thành phần chương trình chạy trên PPC. Trong phần này chúng tôi xin được trình bày các hình minh họa về chương trình theo luồng của hệ thống
Thành phần chương trình trên server được viết dưới dạng một chương trình dòng lệnh với tên gọi là PC.ConsolerServer (hình 4.5)
Hình 4.5: ConsolerServer khi khởi động
Chương trình này cho phép người dùng thiết lập những thông tin cơ bản của hệ thống. Nhận ảnh từ camera xử lý và lưu lại ảnh cũng như thông tin về các đồ vật sau khi nhận diện. Các ảnh này sẽ được thu lại và xử lý một cách tự động với tần suất 1 giây lại cập nhật ảnh mới một lần.
Thành phần thứ hai là chương trình trên PPC tên gọi là PDA.Application. Nó được viết dưới dạng một ứng dụng trên hệ điều hành window mobile 5.0. Khi khởi động chương trình này, người dùng sẽ cần chọn địa chỉ của server đang chạy và đăng nhập vào hệ thống (hình 4.6)
Hình 4.6: Màn hình đăng nhập
Sau khi đăng nhập thành công, người dùng có thể sử dụng các chức năng của hệ thống. Người dùng có thể xem hình ảnh hiện thời ghi lại bởi camera, hình ảnh này đã được xử lý và đánh dấu vị trí của các đồ vật trong hình (hình 4.7)
Hình 4.7: Hình ảnh đã nhận diện được tái hiện trên PPC
Tại màn hình này người cùng có thể chọn đồ vật đơn giản bằng cách chọn đồ vật trên màn hình cảm ứng của PPC. Chương trình sẽ hiện ra một bảng điều khiển cho phép người dùng điều khiển các đồ vật(hình 4.8).
Hình 4.8: Bảng điều khiển thiết bị
Ngay sau đó tín hiệu điều khiển này sẽ được truyền tới chương trình trên server. ( hình 4.9)
Hình 4.9: ConsolerServer khi nhận lệnh điều khiển từ PPC
Sau khi nhận được lệnh điều khiển từ PPC , ConsolerServer sẽ kiểm tra trạng thái của thiết bị và thực hiện điều khiển thiết bị đó.
Lệnh và trạng thái của các thiết bị điều khiển sẽ được hiện trên phần hiển thị trạng thái của thiết bị điều khiển trung gian (hình 5.9).
Hình 4.10: Thiết bị điều khiển trung gian
4.4 Kết quả và đánh giá
Đã xây dựng được một hệ thống giám sát và điều khiển nhà thông minh đơn giản sử dụng IP camera. Các đồ vật được nhận diện và điều khiển khá chính xác. Tuy nhiên, chương trình cũng có một số hạn chế như: thời gian để ảnh truyền từ PC về PPC còn chưa thực sự nhanh, dung lượng bộ nhớ yêu cầu của chương trình trên PC là khá lớn. (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
Chương 5. Kết luận và hướng phát triển
5.1 Kết luận
Qua việc nghiên cứu và tiến hành triển khai đề tài “xây dựng hệ thống giám sát và điều khiển nhà thông minh: nhận diện và điều khiển trạng thái vật thể qua ip camera”, chúng tôi đã đạt được một số thành quả như sau:
• Đưa ra được một phương pháp nhận diện đồ vật đơn giản, thời gian xử lý nhanh mà vẫn đảm bảo được độ chính xác tương đối cao.
• Đã triển khai được một cách điều khiển các thiết bị trong nhà với những chức năng cơ bản từ máy tính sử dụng những giao thức đơn giản kết hợp với các thiết bị điện tử thông dụng.
• Xây dựng được một hệ thống giám sát và điều khiển nhà thông minh đơn giản với các chức năng cơ bản là cho phép ghi lại hình ảnh một căn phòng, tái hiện lên màn hình cảm ứng của PPC. Đồng thời cho phép điều khiển các thiết bị thông qua việc nhận diện chúng trong ảnh.
Những kết quả trên cùng với các kiến thức đã tích lũy được trong quá trình nghiên cứu sẽ là tiền đề cho việc phát triển một hệ thống nhà thông minh thực sự hoàn thiện với những giải pháp tốt về mặt công nghệ cũng như thỏa mãn tối đa nhu cầu của người sử dụng như tính tự động, linh hoạt, độ chính xác, tốc độ và đặc biệt là phải thật sự thân thiện với con người.
5.2 Hướng phát triển của đề tài
Hiện tại, đề tài mới chỉ dừng lại ở việc phát triển 2 thành phần của một ứng dụng hệ thống giám sát và điều khiển nhà thông minh đơn giản. Trong tương lai, đề tài cần được nghiên cứu và phát triển theo một số hướng chính sau:
• Bài toán nhận diện đồ vật: Cần phát triển thuật toán, định nghĩa các luật tốt hơn nhằm tăng độ chính xác cũng như tốc độ nhận diện. Phát triển các bộ luật để sinh ra được nhiều cách đánh dấu hiệu quả hơn để có thể áp dụng cho một hệ thống lớn hơn. Ngoài ra, cần kết hợp việc nhận diện với việc luồng hóa dữ liệu ảnh thu được từ camera thành video để có thể truyền hình ảnh liên tục và trong thời gian thực.
• Bài toán điều khiển các thiết bị từ máy tính: với bài toán này chúng ta có hai hướng phát triển. Thứ nhất là phát triển phương pháp đang triển khai tức là sử dụng
một thiết bị trung gian để điều khiển các thiết bị khác. Tuy nhiên cách này có một điểm yếu lớn đó là, các đồ vật thì đa dạng phong phú với rất nhiều những chức năng khác nhau, hơn nữa các nhà sản xuất thường không cung cấp các phương thức giao tiếp trực tiếp với thiết bị nên các chức năng có thể điều khiển được bằng phương pháp này là không nhiều và chất lượng điều khiển cũng khó đạt kết quả cao. Do đó chúng ta có cách thứ hai đó là hợp tác với các nhà sản xuất, cố gắng xây dựng nên những chuẩn trong truyền thông và giao tiếp giữa các thiết bị và máy tính, nó sẽ giúp việc phát triển một hệ thống hoàn chỉnh, tính thống nhất cao, tạo được những tiện lợi tối đa cho người dùng.
Đó là hướng phát triển chi tiết của các bái toán nhỏ trong một hệ thống nhà thông minh tổng thể của chúng ta. Theo đó, việc nghiên cứu của nhóm chúng tôi sẽ là xây dựng nên một hệ thống nhà thông minh hoàn chỉnh với các tiêu chí sau:
• Cung cấp một chức năng giám sát hoàn thiện hơn, theo đó không chỉ giám sát ngôi nhà bằng hình ảnh mà còn giám sát bằng trạng thái của bản thân các thiết bị trong nhà. • Cùng với chức năng giám sát sẽ là những chức năng về an ninh an toàn như khả năng tự cảnh báo nhanh nhất tới người dùng mà cụ thể là chiếc PPC của người dùng các mối đe dọa như hỏa hoạn, trộm đột nhập ...
• Việc giám sát cũng như điều khiển cần được thực hiện trong thời gian thực.
• Phát triển các công nghệ kết nối cho phép người dùng có thể điều khiển ngôi nhà của mình đa dạng hơn ( có thể dùng kết nối bluetooth, hay là kết nối thông qua internet ...)
Trên đây là một số hướng nghiên cứu cụ thể trong tương lai giúp chúng ta có một ngôi nhà thực sự “thông minh”.
TÀI LIỆU THAM KHẢO
[1] Claudio Caldato, Andrea Monaci, Douglas Heins. Document analysis method to detect BW/color areas and corresponding scanning device. United State Patent, 2004
[2] Crandall David J, Luo Jiebo. Method for detecting color objects in digital images.
[3] H. Rowley, S. Baluja, T. Kanade. Rotation Invariant Neural Network- Based Face Detection. In Proceedings of the IEEE Conference on Computer Vision and Pattern Recognition, 1998
[4] H. Schneiderman and T. Kanade. A Statistical Method for 3D object detection applied to faces and cars. In Proceedings of the IEEE Conference on Computer Vision and Pattern Recognition, 2000
[5] h tt p :/ / h c s. s o u r ce f o r g e . n e t / [6] http://openremote.org
[7] http://sandbox.xerox.com/ubicomp/ [8] http://wikipedia.org/
[9] http://www.mandelbrot-dazibao.com/HSV/HSV.htm
[10] Huan Wang, Wynne Hsu, Kheng Guan Goh, Mong Li Lee. An Effective Approach to Detect Lesions in Color Retinal Images.
[11] J. Coughlan, R. Manduchi*, M. Mutsuzaki* và H. Shen. Rapid and Robust Algorithms for Detecting Colour Targets. In AIC Colour 05 - 10th Congress of the International Colour Association, 2005
[12] Kia Silverbrook, Paul Lapstun. Digital image detection method and apparatus. United State Patent, 2002