Đồ án tốt nghiệp Kỹ thuật điện tử truyền thông: Điều khiển xe lăn điện bằng giọng nói hoặc smartphone

Chia sẻ: Trần Thị Tan | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:100

Thêm vào BST

Báo xấu

127
lượt xem 27
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Mục tiêu của đề tài này là sử dụng mạch nhận dạng giọng nói đồng thời kết hợp với việc điều khiển qua smartphone của chúng ta để để ứng dụng vào việc điều khiển xe lăn. Xe lăn sẽ được người dùng điều khiển tiến, lùi, rẽ trái, rẽ phải và tăng, giảm tốc độ theo nhu cầu.

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Đồ án tốt nghiệp Kỹ thuật điện tử truyền thông: Điều khiển xe lăn điện bằng giọng nói hoặc smartphone

TRƯỜNG ĐH SPKT TP. HỒ CHÍ MINH CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM KHOA ĐIỆN-ĐIỆN TỬ ĐỘC LẬP - TỰ DO - HẠNH PHÚC BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH ----o0o---- Tp. HCM, ngày 20 tháng 12 năm 2019 NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Họ tên sinh viên 1: Lê Văn Luận MSSV: 15141206 Chuyên ngành: Kỹ thuật Điện - Điện tử Mã ngành: 141 Hệ đào tạo: Đại học chính quy Mã hệ: 1 Khóa: 2015 Lớp: 1 Họ tên sinh viên 2: Phạm Minh Kha MSSV: 13141132 Chuyên ngành: Kỹ thuật Điện - Điện tử Mã ngành: 141 Hệ đào tạo: Đại học chính quy Mã hệ: 1 Khóa: 2013 Lớp: 1 I. TÊN ĐỀ TÀI: ĐIỀU KHIỂN XE LĂN ĐIỆN BẰNG GIỌNG NÓI HOẶC SMARTPHONE II. NHIỆM VỤ 1. Các số liệu ban đầu: • Xe lăn điện. • Xe chạy tiến, chạy lùi, xoay trái, xoay phải, điều chỉnh thay đổi tốc độ di chuyển. • Sử dụng các module có sẵn trên thị trường để phục vụ thi công đề tài. 2. Nội dung thực hiện: • Tìm hiểu về xe lăn điện. • Tìm hiểu chuẩn truyền thông UART. • Tìm hiểu về cách điều chế độ rộng xung PWM. • Tìm hiểu về mạch công suất điều khiển động cơ DC. i
• Tìm hiểu về module wifi ESP8266, mạch nhận dạng giọng nói Voice Recognition V3, mạch giảm áp DC LM2596, cầu H BTS7960. • Tìm hiểu về ứng dụng MIT App Inventor viết phần mềm Android. • Thiết kế giao diện để điều khiển: App android. • Viết chương trình điều khiển cho ESP8266, nạp code và chạy thử nghiệm sản phẩm, chỉnh sửa và hoàn thiện hệ thống. • Thực hiện viết luận văn báo cáo. • Tiến hành báo cáo đề tài tốt nghiệp. III. NGÀY GIAO NHIỆM VỤ: 26/08/2019 IV. NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ: 26/12/2019 V. HỌ VÀ TÊN CÁN BỘ HƯỚNG DẪN: TH. S NGUYỄN THANH NGHĨA CÁN BỘ HƯỚNG DẪN BM. ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH ii
TRƯỜNG ĐH SPKT TP. HỒ CHÍ MINH CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM KHOA ĐIỆN-ĐIỆN TỬ ĐỘC LẬP - TỰ DO - HẠNH PHÚC BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH ----o0o---- Tp. HCM, ngày 20 tháng 12 năm 2019 LỊCH TRÌNH THỰC HIỆN ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Họ tên sinh viên 1: Lê Văn Luận Lớp: 15141DT2A MSSV: 15141206 Họ tên sinh viên 2: Phạm Minh Kha Lớp: 13141DT1A MSSV: 13141132 Tên đề tài: ĐIỀU KHIỂN XE LĂN ĐIỆN BẰNG GIỌNG NÓI HOẶC SMARTPHONE Xác nhận Tuần/ngày Nội dung GVHD - Gặp GVHD để nghe phổ biến yêu cầu làm đồ án, Tuần 1 tiến hành chọn đồ án. (26/8 –1/9) - GVHD tiến hành xét duyệt đề tài. Tuần 2 - Viết đề cương (2/9 – 8/9) - Viết lịch trình làm đề tài -Tìm hiểu cơ sở lý thuyết liên quan với đề tài: xe Tuần 3 lăn điện, mạch nhận dạng giọng nói Voice (9/9 – 15/9) Recognition V3,mạch giảm áp DC LM2596 3A, ESP8266 NodeMCU, mạch cầu H BTS7960, các chuẩn giao tiếp,... -Tìm hiểu cơ sở lý thuyết liên quan với đề tài: xe Tuần 4 lăn điện, mạch nhận dạng giọng nói Voice (16/9 – 22/9) Recognition V3, ESP8266 NodeMCU, mạch giảm áp DC LM2596 3A, động cơ DC giảm tốc, mạch cầu H BST7960, các chuẩn giao tiếp,... - Tìm hiểu về giao tiếp giữa các module và thiết bị. Tuần 5 - Tiến hành thiết kế sơ đồ khối, giải thích chức (23/9– 29/9) năng các khối. iii
- Tính toán thiết kế khối nguồn Tuần 6 - Tìm hiểu về giao tiếp giữa các module và thiết bị. (30/9 – 6/10) - Tiến hành thiết kế sơ đồ khối, giải thích chức năng các khối. - Tính toán thiết kế khối nguồn động của mạch. Tuần 7 -Kết nối tất cả các khối lại và thiết kế sơ đồ toàn (7/10 – 13/10) mạch, giải thích nguyên lý hoạt động của mạch. Tuần 8 -Kết nối tất cả các khối lại và thiết kế sơ đồ toàn (14/10 – 20/10) mạch, giải thích nguyên lý hoạt động của mạch. Tuần 8 - Lập trình cho module ESP8266 NodeMCU. (21/10 – 27/10) Tuần 9 - Lập trình cho module ESP8266 NodeMCU và tiến (28/10 –3/11) hành test xe. Tuần 10 - Lập trình cho module ESP8266 NodeMCU và tiến (4/11 – 10/11) hành test xe. Tuần 11 - Lập trình module ESP8266 NodeMCU và tiến (11/11 – 17/11) hành test xe. Tuần 12 - Lập trình cho module ESP8266 NodeMCU và tiến (18/11 – 24/11) hành test xe. - Viết báo cáo những nội dung đã làm. Tuần 13 - Lập trình cho module ESP8266 NodeMCU và tiến (25/11 – 1/12) hành test xe. -- Viết báo cáo những nội dung đã làm. Tuần 14 - Viết báo cáo những nội dung đã làm. (2/12 – 8/12) Tuần 15 - Hoàn thiện báo cáo và gởi cho GVHD để xem xét (9/12 – 15/12) góp ý lần cuối trước khi in và báo cáo. Tuần 16 - Nộp quyển báo cáo. (16/12 – 22/12) iv
Tuần 17 - Làm slide báo cáo và báo cáo đề tài. (23/12 – 29/12) GV HƯỚNG DẪN (Ký và ghi rõ họ và tên) v
LỜI CAM ĐOAN Đề tài này là do chúng tôi tự thực hiện dựa vào một số tài liệu trước đó và không sao chép từ tài liệu hay công trình đã có trước đó. Người thực hiện đề tài Lê Văn Luận Phạm Minh Kha vi
LỜI CẢM ƠN Sau khi đã hoàn thành đề tài, lời nói đầu tiên nhóm em xin gửi lời cảm ơn chân thành đến các quý Thầy, Cô của Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật TP Hồ Chí Minh chung và đặc biệt là các Thầy, Cô của Khoa Điện - Điện Tử nói riêng đã dành hết tâm huyết giảng dạy, truyền đạt những kinh nghiệm và những kiến thức quý báu cho chúng em trong suốt 4 năm học vừa qua, tạo tiền đề để thực hiện được đề tài này và tạo nền tảng cho tương lai sau này của chúng em. Nhóm em xin cảm ơn sâu sắc và chân thành nhất tới Thầy NGUYỄN THANH NGHĨA đã trực tiếp hướng dẫn chúng em một cách tận tình nhất trong suốt quá trình làm đề tài, Thầy luôn tạo điều kiện và hỗ trợ chúng em hết sức mình, cung cấp các thiết bị và đưa ra hướng đi, cách giải quyết phù hợp nhất để chúng em vượt qua khó khăn. Một lần nữa em xin chân thành cảm ơn Thầy. Cuối cùng chúng em xin gửi lời cảm ơn đến gia đình, người thân và bạn bè đã giúp đỡ về vật chất lẫn tinh thần để nhóm em có thể hoàn thành đề tài này dễ dàng hơn. Xin cảm ơn mọi người. Trong quá trình tìm hiểu và thực hiện đề tài, vì thời gian và kiến thức của chúng em có giới hạn nên không thể có những thiếu sót. Vì vậy, nhóm chúng em mong rằng sẽ nhận những đóng góp quý báu của các Thầy, Cô để đề tài của chúng em được hoàn thiện hơn. Người thực hiện đề tài Lê Văn Luận Phạm Minh Kha vii
MỤC LỤC NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ................................................................................ i LỊCH TRÌNH THỰC HIỆN ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP .................................................... iii LỜI CAM ĐOAN ........................................................................................................... vi LỜI CẢM ƠN ................................................................................................................vii MỤC LỤC ................................................................................................................... viii DANH MỤC HÌNH ẢNH .............................................................................................. xi DANH MỤC BẢNG .................................................................................................... xiv DANH SÁCH CÁC TỪ VIẾT TẮT ............................................................................. xv TÓM TẮT..................................................................................................................... xvi Chương 1. TỔNG QUAN................................................................................................ 1 1.1. ĐẶT VẤN ĐỀ .......................................................................................................... 1 1.2. MỤC TIÊU ............................................................................................................... 2 1.3. NỘI DUNG NGHIÊN CỨU .................................................................................... 2 1.4. GIỚI HẠN ................................................................................................................ 3 1.5. BỐ CỤC ................................................................................................................... 3 Chương 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT .................................................................................... 4 2.1. TỔNG QUAN VỀ XE LĂN..................................................................................... 4 2.1.1. Lịch sử phát triển ................................................................................................... 4 2.1.2. Sự đa dạng của xe lăn ............................................................................................ 6 2.1.3. Ưu và nhược điểm ............................................................................................... 16 2.2. ĐIỀU KHIỂN TỐC ĐỘ ĐỘNG CƠ SỬ DỤNG PWM ......................................... 16 2.2.1. Giới thiệu ............................................................................................................. 16 2.2.2. Nguyên lý điều chế độ rộng xung PWM ............................................................. 16 2.2.3. Phương pháp điều chế độ rộng xung PWM ........................................................ 18 2.2.4. Ứng dụng của điều chế độ rộng xung PWM trong điều khiển ............................ 18 2.3. CHUẨN GIAO TIẾP UART.................................................................................. 18 2.3.1. Khái niệm ............................................................................................................ 18 2.3.2. Các đặc điểm quan trọng trong chuẩn truyền thông UART ................................ 20 2.3.3. Ứng dụng ............................................................................................................. 21 viii
2.3.4. Ưu và nhược điềm ............................................................................................... 21 2.4. CHUẨN GIAO TIẾP WI-FI .................................................................................. 22 2.4.1. Giới thiệu ............................................................................................................. 22 2.4.2. Nguyên tắc hoạt động .......................................................................................... 22 2.4.3. Một số chuẩn kết nối ........................................................................................... 23 2.5. GIỚI THIỆU PHẦN CỨNG .................................................................................. 24 2.5.1. Module Wifi ESP8266 NodeMCU ...................................................................... 24 2.5.2. Mạch cầu H - BTS7960 ....................................................................................... 28 2.5.3. Động cơ DC giảm tốc .......................................................................................... 31 2.5.4. Mạch hạ áp LM2596 ........................................................................................... 37 2.5.5. Mạch nhận dạng giọng nói Voice Recognition V3 ............................................. 38 2.5.6. Nguồn pin ............................................................................................................ 43 Chương 3. TÍNH TOÁN VÀ THIẾT KẾ ...................................................................... 45 3.1. GIỚI THIỆU ........................................................................................................... 45 3.2. TÍNH TOÁN VÀ THIẾT KẾ HỆ THỐNG ........................................................... 45 3.2.1. Thiết kế sơ đồ khối hệ thống ............................................................................... 45 3.2.2. Tính toán và thiết kế ............................................................................................ 46 Chương 4. THI CÔNG HỆ THỐNG ............................................................................. 51 4.1. LẬP TRÌNH HỆ THỐNG ...................................................................................... 51 4.2. GIAO DIỆN ĐIỀU KHIỂN.................................................................................... 54 4.3. GIỚI THIỆU PHẦN LẬP TRÌNH VI ĐIỀU KHIỂN ............................................ 57 4.4. HUẤN LUYỆN GIỌNG NÓI CHO MODULE VR3 ............................................ 58 4.5. PHẦN MỀM LẬP TRÌNH CHO ĐIỆN THOẠI ................................................... 62 4.6. VIẾT TÀI LIỆU HƯỚNG DẪN SỬ DỤNG, THAO TÁC ................................... 64 4.6.1. Viết tài liệu hướng dẫn sử dụng .......................................................................... 64 4.6.2. Quy trình thao tác ................................................................................................ 67 Chương 5. KẾT QUẢ_NHẬN XÉT_ĐÁNH GIÁ ........................................................ 68 5.1. KẾT QUẢ ĐẠT ĐƯỢC ......................................................................................... 68 5.1.1. Tổng quát kết quả đạt được ................................................................................. 68 5.1.2. Kết quả mạch điều khiển trung tâm ..................................................................... 68 5.1.3. Kết quả thực nghiệm............................................................................................ 71 ix
5.1.4. Kết quả ứng dụng điều khiển............................................................................... 71 5.2. NHẬN XÉT, ĐÁNH GIÁ ...................................................................................... 72 Chương 6. KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN .................................................. 73 6.1. KẾT LUẬN ............................................................................................................ 73 6.2. HƯỚNG PHÁT TRIỂN ......................................................................................... 73 PHỤ LỤC ...................................................................................................................... 75 x
DANH MỤC HÌNH ẢNH Hình 2.1. Miêu tả chiếc xe lăn thời xưa ở Trung Quốc ...................................................4 Hình 2.2. Stephan Farffler trên chiếc ghế tự hành đầu tiên trên thế giới ........................5 Hình 2.3. Ghế gấp và ghế cứng .......................................................................................6 Hình 2.4. Xe lăn hướng dẫn viên hiện nay ......................................................................9 Hình 2.5. Xe lăn hỗ trợ hiện nay ...................................................................................10 Hình 2.6. Xe lăn nghiêng và ngả ...................................................................................12 Hình 2.7. Xe lăn đứng ...................................................................................................13 Hình 2.8. Xe lăn thể thao ............................................................................................... 14 Hình 2.9. Xe lăn thông minh .........................................................................................15 Hình 2.10. Một số dạng sóng điều chế độ rộng xung ....................................................17 Hình 2.11. Một số dạng sóng điều chế độ rộng xung và điện áp trung bình tương ứng .......................................................................................................................................18 Hình 2.12. Kết nối UART giữa hai vi điều khiển .........................................................19 Hình 2.13. Các thành phần của một khung dữ liệu .......................................................20 Hình 2.14. Kết nối wifi giữa các thiết bị .......................................................................22 Hình 2.15. Các chuẩn kết nối Wifi ................................................................................23 Hình 2.16. Sơ đồ chân chip ESP8266EX ......................................................................25 Hình 2.17. Hình ảnh module wifi ESP8266 nodeMCU ngoài thực tế ..........................26 Hình 2.18. Sơ đồ chân của ESP8266 .............................................................................28 Hình 2.19. Mạch cầu BTS7960 .....................................................................................29 Hình 2.20. Sơ đồ nguyên lý ...........................................................................................30 Hình 2.21. Cấu tạo của một động cơ giảm tốc .............................................................. 31 Hình 2.22. Cấu tạo động cơ DC ....................................................................................32 Hình 2.23. Ảnh thực tế của stato ...................................................................................33 Hình 2.24. Ảnh thực tế của roto ....................................................................................34 Hình 2.25. Cấu tạo hộp giảm tốc ...................................................................................35 Hình 2.26. Động cơ DC thực tế được sử dụng trên xe lăn ............................................37 Hình 2.27. Module giảm áp LM2596 ............................................................................38 Hình 2.28. Mạch hạ áp LM2596 ...................................................................................38 xi
Hình 2.29. Module nhận dạng giọng nói .......................................................................39 Hình 2.30. Các loại nhận diện người nói .......................................................................40 Hình 2.31. Sơ đồ khối của hệ thống nhận dạng giọng nói ............................................41 Hình 2.32. Sơ đồ của quá trình huấn luyện ...................................................................41 Hình 2.33. Sơ đồ của quá trình nhận dạng ....................................................................43 Hình 2.34. Nguồn thực tế dùng cho xe lăn điện ............................................................ 43 Hình 3.1. Sơ đồ khối hệ thống .......................................................................................45 Hình 3.2. Sơ đồ kết nối ..................................................................................................48 Hình 3.3. Nguồn sử dụng trên xe lăn.............................................................................49 Hình 4.1. Lưu đồ giải thuật toàn hệ thống .....................................................................51 Hình 4.2. Lưu đồ giải thuật toàn điều khiển bằng app ..................................................52 Hình 4.3. Lưu đồ giải thuật toàn điều khiển bằng giọng nói .........................................53 Hình 4.4. Giao diện thiết kế giao diện ứng dụng...........................................................54 Hình 4.5. Giao diện lập trình cho giao diện ứng dụng ..................................................55 Hình 4.6. Biểu tượng ứng dụng và ứng dụng điều khiển mô hình ................................ 55 Hình 4.7. Các đối tượng có trong ứng dụng điều khiển ................................................57 Hình 4.8. Code mẫu .......................................................................................................57 Hình 4.9. Số lệnh mà module có thể thực hiện ............................................................. 58 Hình 4.10. Cửa sổ khi nạp code huấn luyện ..................................................................59 Hình 4.11. Cửa sổ khi nạp code huấn luyện ..................................................................59 Hình 4.12. Cửa sổ khi nạp code huấn luyện xong .........................................................60 Hình 4.13. Cửa sổ khi nhập lệnh huấn luyện ................................................................ 60 Hình 4.14. Cửa sổ khi đã huấn luyện xong ...................................................................61 Hình 4.15. Cửa số khi nhập lệnh load ...........................................................................61 Hình 4.16. Cửa sổ khi load thành công .........................................................................62 Hình 4.17. Giao diện quản lý của project ......................................................................63 Hình 4.18. Giao diện thiết kế.........................................................................................63 Hình 4.19. Giao diện lập trình .......................................................................................64 Hình 4.20. Công tắc bật/tắt nguồn sử dụng cho xe lăn .................................................65 Hình 4.21. Điểm truy cập wifi .......................................................................................65 Hình 4.22. Biểu tượng của app điều khiển ....................................................................65 xii
Hình 4.23. Giao diện app điều khiển. ............................................................................67 Hình 4.24. Quy trình thao tác sử dụng. .........................................................................67 Hình 5.1 Cửa sổ Serial Monitor ....................................................................................69 Hình 5.2 Kết nối các module thực tế .............................................................................70 Hình 5.3 Hộp điều khiển hoàn chỉnh .............................................................................70 Hình 5.4 Giao diện hoàn chỉnh ......................................................................................70 Hình 5.5 Xe lăn hoàn chỉnh ...........................................................................................70 xiii
DANH MỤC BẢNG Bảng 2.1. So sánh thông số các chuẩn wifi. ....................................................................... 24 Bảng 3.2. Kết nối ESP8266 NodeMCU với module BTS7960. ........................................ 47 Bảng 3.2. Kết nối ESP8266 NodeMCU với module VR3. ................................................ 48 xiv
DANH SÁCH CÁC TỪ VIẾT TẮT STT Từ viết tắt Từ đầy đủ 1 CPU Central Processing Unit 2 I/O Input/Output 3 IEEE Institute of Electrical and Electronics Engineers 4 PWM Pulse Width Modulation 5 Rx Receiver 6 Tx Transmitter 7 UART Universal Asynchronous Receiver – Transmitter 8 VR3 Voice Recognition V3 9 Wi-fi Wireless Fidelity 10 WLAN wireless local area network xv
TÓM TẮT Có thể thấy thế giới đang trong thời kì thay đổi ngày càng văn minh và hiện đại hơn một cách không ngừng. Vì vậy, đời sống càng hiện đại càng không thể thiêú sự hiện diện của các thiết bị điện tử. Các thiết bị này xuất hiện ở khắp mọi nơi phục vụ cho lợi ích của con người, từ sinh hoạt cho đến sản xuất. Mọi thiết bị điện tử lúc bấy giờ tập trung vào sự chính xác, tốc độ nhanh là trong những thứ mà người tiêu dùng cần thiết khi sử dụng. Và trong những số đó nền công nghệ đang được phát triển và ưa chuổng trong lúc bấy giở đó là công nghệ điều khiển từ xa. Nó đã góp phần rất lớn trong việc điều khiển các thiết bị mà con người ta chỉ cần ngồi tại chỗ mà không cần phải đến trực tiếp thiết bị vận hành. Hiện nay ứng dụng lớn nhất của ngành điện tử điều khiển từ xa này là thiết kế những ngôi nhà thông minh, ứng dụng này dường như ngày nay đã khá là phổ biến. Và trong suốt hơn 4 năm học tại trường Đại học Sư phạm Kỹ Thuật, em đã được học rất nhiều kiến thức về điều khiển tự động, vi xử lý, lập trình C, …em muốn ứng dụng những kiến thức này để thực hiện một đề tài có ý nghĩa. Vì vậy mà em đã quyết định chọn đề tài “Điều khiển xe lăn điện bằng giọng nói hoặc smartphone” là đề tài luận văn tốt nghiệp. Đây là một đề tài có ý nghĩa nhân văn sâu sắc, giúp ích cho những người tàn tật không có khả năng điều khiển xe lăn bằng tay hoặc chân. Xe lăn điều khiển thông minh là một phương tiện tuyệt vời dành cho những người già, người khuyết tật, đặc biệt với những người sức khỏe yếu, chỉ với những câu lệnh đơn giản là họ có thể yêu cầu xe di chuyển được mà không phải phụ thuộc quá nhiều vào người khác nữa. Nội dung chính trong đề tài: • Sử dụng Module nhận dạng giọng nói Voice Recognition V3, cầu H- BTS7960, Module giảm áp DC LM2596 3A, Module ESP8266 NodeMCU làm khối điều khiển trung tâm. • Thiết kế giao diện diện khiển trên điện thoại Android. • Sử dụng module BTS7960 điều khiển động cơ. xvi
CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN Chương 1. TỔNG QUAN 1.1. ĐẶT VẤN ĐỀ Thế giới đang trong làn sóng của cuộc cách mạng công nghiệp 4.0. Công nghệ về điều khiển thông minh và điều khiển tự động cũng phát triển theo, chúng được ứng dụng trong nhiều lĩnh vực trong công nghiệp, đời sống và trong cả y học. Dạo gần đây khi mà nhu cầu sống con người đang càng ngày được cải thiện thì những công nghệ ấy càng được quan tâm. Nhận dạng tiếng nói là đề tài nhận được sự quan tâm, nghiên cứu của khá nhiều nhà khoa học trong suốt những thập niên vừa qua. Kết quả của những sự nghiên cứu này đã được ứng dụng vào các phần mềm nhận dạng tiếng anh và gần đây chúng ta đã có phần mềm nhận dạng tiếng việt. Tiếng nói cùng với chữ viết là hai thành phần cơ bản nhất của ngôn ngữ, tiếng nói hình thành trước chữ viết và phát triển trong suốt lịch sử phát triển của loài người. Tiếng nói đã, đang và sẽ luôn là phương tiện giao tiếp chủ yếu của con người bởi lẽ giao tiếp bằng tiếng nói là cách thức đơn giản, tự nhiên và đóng vai trò quan trọng trong đời sống con người. Ngày nay, cùng với sự phát triển của khoa học kỹ thuật, các nhà khoa học đã tạo ra các loại máy móc dần thay thế lao động chân tay, trí óc của con người nhưng việc giao tiếp giữa người với máy vẫn phổ biến là những thao tác phức tạp và cần được đào tạo. Chính vì lẽ đó mà việc nghiên cứu phát triển các loại thiết bị có khả năng giao tiếp với con người qua giọng nói đã và đang nhận được sự quan tâm của nhiều nhà khoa học trên thế giới, cũng như người tiêu dùng tuy nhiên mức độ phổ biến vẫn còn rất hạn chế. Sinh trắc học – hay công nghệ sử dụng các đặc điểm sinh học của con người để nhận diện là một lĩnh vực rất đa dạng và có nhiều ứng dụng quan trọng trong thực tiễn. Trong các lĩnh vực của sinh trắc học, tiếng nói nhận được rất nhiều sự quan tâm do tính tự nhiên của giọng nói, sự dễ dàng trong thu thập và sử dụng giọng nói trong quá trình nhận diện người nói. Nhiều phương pháp đã được nghiên cứu và đạt được những hiệu quả nhất định trong quá trình nhận diện người nói. Nhận dạng tiếng nói của con người đã và đang thu hút sự quan tâm nghiên cứu của nhiều nhà khoa học khi mà công nghệ tự động hóa ngày càng có nhiều ứng dụng trong thực tiễn cuộc sống. BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH 1
CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN Tác giả Hoàng Ngọc Giàu đã nghiên cứu đề tài: “Xe lăn điện điều khiển bằng tay kết hợp bằng giọng nói” từ năm 2012 dựa vào hai nguyên tắc điều khiển chính đó là điều khiển bằng tay qua Joystick và điều khiển bằng giọng nói qua hệ thống nhận dạng giọng nói. Sản phẩm được thiết kế và thi công nhằm giúp đỡ những người khuyết tật có được sự di chuyển thuận tiện và dễ dàng hơn. Một điều đáng nói nữa, thông qua App Android của Smartphone giờ đây ta có thể điều khiển xử lý và đưa tín hiệu đến vi điều khiển, điều khiển thiết bị như đề tài mà tác giả Trần Minh Luân – Lâm Thành Đạt nghiên cứu: “Thiết kế và thi công hệ thống thiết bị điều khiển nhà thông minh”. Và trong suốt hơn 4 năm học tại trường Đại học Sư phạm Kỹ Thuật, em đã được học rất nhiều kiến thức về điều khiển tự động, vi xử lý, lập trình C … em muốn ứng dụng những kiến thức này để thực hiện một đề tài có ý nghĩa. Vì vậy mà em đã quyết định chọn đề tài “Điều khiển xe lăn điện bằng giọng nói hoặc smartphone” là đề tài luận văn tốt nghiệp. Đây là một đề tài có ý nghĩa nhân văn sâu sắc, giúp ích cho những người tàn tật không có khả năng điều khiển xe lăn bằng tay hoặc chân. Xe lăn điều khiển thông minh là một phương tiện tuyệt vời dành cho những người già, người khuyết tật, đặc biệt với những người sức khỏe yếu, chỉ với những câu lệnh đơn giản là họ có thể yêu cầu xe di chuyển được mà không phải phụ thuộc quá nhiều vào người khác nữa. 1.2. MỤC TIÊU Mục tiêu của đề tài này là sử dụng mạch nhận dạng giọng nói đồng thời kết hợp với việc điều khiển qua smartphone của chúng ta để để ứng dụng vào việc điều khiển xe lăn. Xe lăn sẽ được người dùng điều khiển tiến, lùi, rẽ trái, rẽ phải và tăng, giảm tốc độ theo nhu cầu. 1.3. NỘI DUNG NGHIÊN CỨU Nội dung nghiên cứu của nhóm được chia ra các nội dung chính sau: • NỘI DUNG 1: Tìm hiểu về xe lăn điện: lịch sử phát triển, ứng dụng. • NỘI DUNG 2: Nghiên cứu về lý thuyết và cách sử dụng các loại mudule cần thiết. • NỘI DUNG 3: Đề ra các giải pháp thiết kê mô hình, lựa chọn các thiết bị linh kiện trong việc thiết kế mô hình. BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH 2
CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN • NỘI DUNG 4: Tìm hiểu, sử dụng và cài đặt các phần mềm lập trình cũng như phần mềm dùng để thiết kế giao diện điều khiển. • NỘI DUNG 5: Viết chương trình điều khiển và kiểm tra kết quả. 1.4. GIỚI HẠN • Xe lăn chạy trên địa hình bằng phẳng dễ chạy. • Điều khiển thông qua mạng mạng wifi nên chỉ có thể điều khiển ở một phạm vi nhất định nếu vượt quá thì sẽ không hoạt động được. • Nguồn hoạt động chính của mạch là pin nên do đó có hạn chế về thời gian sử dụng • Tính bảo mật của ứng dụng điều khiển không cao. 1.5. BỐ CỤC Nội dụng đề tài phần bố các chương sau: Chương 1: Tổng Quan Trong chương này trình bày về những tiện ích khi ứng dụng công nghệ vào thực tiễn cuộc sống, đặc biệt là trong lĩnh vực y học. Từ đó, lý luận dẫn đến việc làm rõ ràng mục tiêu lựa chọn, nội dung nghiên cứu, giới hạn đề tài và bộ cục của đề tài. Chương 2: Cơ Sở Lý Thuyết Chương này trình bày về cơ sở lý thuyết liên quan đến đề tài bao gồm cơ sở lý thuyết về xe lăn điện, các chuẩn giao tiếp. Trình bày cơ sở lý thuyết về các thiết bị sử dụng trong mô hình như: Vi điểu khiển các module, thiết bị và phần mềm thiết kế giao diện. Chương 3: Tính Toán Và Thiết Kế Trong chương này trình bày về thiết kế, tính toán những phần như: thiết kế sơ đồ khối hệ thống, sơ đồ nguyên lí từng khối. Chương 4: Thi Công Hệ Thống Trong chương này thiết kế giao diện điều khiển. Vẽ lưu đồ giải thuật, viết chương trình cho hệ thống. Hướng dẫn quy trình sử dụng cho hệ thống. Chương 5: Kết Quả Nhận Xét Đánh Giá Chương này trình bày về các kết quả đạt được, những hạn chế, từ những kết quả đó đưa ra đánh giá về mô hình và đánh giá quá trình thực hiện. Chương 6: Kết Luận Và Hướng Phát Triển Chương này trình bày về những thảnh quả đạt được trong suốt thời gian thực hiện, rút ra kết luận và hướng phát triển trong tương lai để đề tài hoàn thiện hơn. BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH 3
CHƯƠNG 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT Chương 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT 2.1. TỔNG QUAN VỀ XE LĂN 2.1.1. Lịch sử phát triển Một xe lăn là một chiếc ghế với bánh xe, được sử dụng khi đi bộ rất khó hoặc không thể do bệnh tật, chấn thương, hoặc khuyết tật. Xe lăn có nhiều định dạng khác nhau để đáp ứng nhu cầu cụ thể của người dùng. Chúng có thể bao gồm sự thích nghi chỗ ngồi chuyên biệt, điều khiển cá nhân và có thể cụ thể cho các hoạt động cụ thể, như được thấy với xe lăn thể thao và xe lăn bãi biển. Sự khác biệt được công nhận rộng rãi nhất là giữa xe lăn có trợ lực (‘xe điện’), trong đó lực đẩy được cung cấp bởi pin và động cơ điện, và xe lăn đẩy bằng tay, trong đó lực đẩy được cung cấp bởi người sử dụng, người ngồi xe lăn đẩy xe lăn bằng tay (‘tự hành’), hoặc do một người phục vụ đẩy từ phía sau (‘tiếp viên đẩy’). Những ghi chép sớm nhất về đồ nội thất có bánh xe là một dòng chữ được tìm thấy trên một phiến đá ở Trung Quốc và một chiếc giường trẻ em được vẽ trong một bức tranh trên chiếc bình Hy Lạp, cả hai có niên đại từ thế kỷ thứ 6 đến thế kỷ thứ 5 trước Công nguyên. Những ghi chép đầu tiên về ghế có bánh xe được sử dụng để vận chuyển người khuyết tật có niên đại đến ba thế kỷ sau tại Trung Quốc; Người Trung Quốc đã sử dụng xe cút kít sớm để di chuyển người cũng như các vật nặng. Một sự khác biệt giữa hai chức năng đã không được thực hiện trong vài trăm năm nữa, cho đến khoảng năm 525 sau Công nguyên, khi hình ảnh những chiếc ghế có bánh xe được làm đặc biệt để chở người bắt đầu xuất hiện trong nghệ thuật Trung Quốc. Hình 2.1. Miêu tả chiếc xe lăn thời xưa ở Trung Quốc BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH 4