Đồ án tốt nghiệp: Thiết kế Robot hỗ trợ trẻ em học tập

Chia sẻ: Xylitol Extra | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:84

Thêm vào BST

Báo xấu

116
lượt xem 24
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Đồ án tốt nghiệp gồm các mục tiêu nghiên cứu: Tìm hiểu tổng quan về các module Arduino, Shield L293D, Bluetooth, cảm biến, Servo. Viết chương trình giao tiếp giữa các module Arduino, Shield, cảm biến, Bluetooth, Servo. Viết chương trình ứng dụng trên điện thoại sử dụng Android Studio. Giao tiếp giữa vi xử lý Arduino và ứng dụng trên điện thoại qua Bluetooth.

Chủ đề:

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

Lưu

Nội dung Text: Đồ án tốt nghiệp: Thiết kế Robot hỗ trợ trẻ em học tập

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 03 năm 2018 NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Họ tên sinh viên: Nguyễn Quốc Thái MSSV: 14141290 Nguyễn Phước Tài MSSV: 14141269 Chuyên ngành: CNKT Điện tử - Truyền thông Mã ngành: 141 Hệ đào tạo: Đại học chính quy Mã hệ: Khóa: 2014 Lớp: 14141DT1 I. TÊN ĐỀ TÀI: THIẾT KẾ ROBOT HỖ TRỢ TRẺ EM HỌC TẬP II. NHIỆM VỤ 1. Các số liệu ban đầu: Nguyễn Văn Hiệp, Đinh Quang Hiệp, “Giáo trình lập trình Android Cơ Bản”, NXB Đại Học Quốc Gia Tp.HCM, 2015. 2. Nội dung thực hiện: Xây dựng mô hình Robot có thể di chuyển, phát nhạc, phát giọng nói, kích thước nhỏ gọn. Sử dụng Arduino UNO R3 và Shield L293D làm bộ điều khiển trung tâm điều khiển các động cơ. Module HC-05 làm trung gian giao tiếp Bluetooth giữa vi xử lý Arduino và ứng dụng trên điện thoại. III. NGÀY GIAO NHIỆM VỤ: 20/03/2018 IV. NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ: 12/07/2018 V. HỌ VÀ TÊN CÁN BỘ HƯỚNG DẪN: ThS. Nguyễn Văn Hiệp 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 03 năm 2018 LỊCH TRÌNH THỰC HIỆN ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Họ tên sinh viên 1: Nguyễn Quốc Thái Lớp: 14141DT1B MSSV: 14141290 Họ tên sinh viên 2: Nguyễn Phước Tài Lớp: 14141DT1B MSSV: 14141269 Tên đề tài: THIẾT KẾ ROBOT HỖ TRỢ TRẺ EM HỌC TẬP Xác nhận Tuần/ngày Nội dung GVHD - Gặp GVHD để phổ biến quy định: thực hiện chọn đề tài, tên đề tài, thời gian làm việc. 1 (02/04 - 08/05) - Duyệt đề tài. - Viết đề cương cho đề tài. - Tìm hiểu tổng quan về Arduino. 2 - Tìm hiểu về cách thức lập trình ứng dụng trên (09/04 - 15/04) điện thoại với Android Studio. - Tìm hiểu tổng quan về Arduino. 3 - Tìm hiểu về cách thức lập trình ứng dụng trên (16/04 - 22/04) điện thoại với Android Studio. - Thiết kế sơ đồ khối, giải thích chức năng các 4 khối. (23/04 - 29/04) - Tính toán lựa chọn linh kiện cho từng khối. - Thiết kế sơ đồ nguyên lý và giải thích hoạt động 5 của mạch. (30/04 - 06/05) - Lập trình ứng dụng Android. - Thi công mạch, xây dựng mô hình. 6 (07/05 - 13/05) - Lập trình ứng dụng Android. - Thi công mạch, xây dựng mô hình. 7 (14/05 - 20/05) - Lập trình ứng dụng trên điện thoại. iii
- Thi công mạch, xây dựng mô hình. 8 (21/05 - 27/05) - Lập trình ứng dụng trên điện thoại. - Kiểm tra, hoàn thiện mô hình, chạy thử và sửa lỗi. 9 (28/05 - 03/06) - Viết báo cáo. - Kiểm tra, hoàn thiện mô hình, chạy thử và sửa lỗi. 10 (11/06 - 17/06) - Viết báo cáo. - Kiểm tra, hoàn thiện mô hình, chạy thử và sửa lỗi. 11 (18/06 - 24/06) - Viết báo cáo. - Hoàn thiện, chỉnh sửa báo cáo gửi cho GVHD để 12 (25/06 - 01/07) xem xét góp ý lần cuối trước khi in báo cáo. - Nộp quyển báo cáo và báo cáo đề tài. 13 (02/07 - 09/07) - Thiết kế Slide báo cáo. GV HƯỚNG DẪN (Ký và ghi rõ họ và tên) iv
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 Nguyễn Quốc Thái – Nguyễn Phước Tài v
LỜI CẢM ƠN “Đi khắp thế gian không ai tốt bằng mẹ” “Gánh nặng cuộc đời không ai khổ bằng cha”. Chúng con cảm ơn Cha Mẹ, đã sinh ra chúng con và nuôi dưỡng chúng con cho đến ngày trưởng thành. Cảm ơn Cha Mẹ, về những tháng ngày nhọc nhằn đã làm Cha Mẹ còng lưng. Đã hy sinh tất cả cuộc đời để cho chúng con có ngày hôm nay, được học tập, được trưởng thành… Chúng con yêu Cha Mẹ nhiều. Chúng con xin gửi đến Cha Mẹ lời biết ơn chân thành nhất, hy vọng Cha Mẹ luôn sống vui tươi và mãi mãi ở bên chúng con. Để có thể hoàn thành đề tài này, nhóm sinh viên thực hiện xin gửi lời cảm ơn chân thành đến các Thầy/Cô trong khoa Đào Điện Điện Tử, trường Đại học Sư Phạm Kỹ Thuật Thành Phố Hồ Chí Minh, những người đã truyền đạt cho tôi những kiến thức quý báu, chỉ dẫn và định hướng cho nhóm trong quá trình học tập. Đây là những tiền đề để nhóm có thể hoàn thành được đề tài cũng như trong sự nghiệp sau này. Đặc biệt, nhóm xin chân thành cảm ơn Thầy Nguyễn Văn Hiệp đã tận tình hướng dẫn và tạo điều kiện thuận lợi cho nhóm trong suốt thời gian thực hiện đồ án tốt nghiệp. Nhóm xin được phép gửi đến thầy lòng biết ơn và lời cảm ơn chân thành và sâu sắc nhất. Kiến thức, kinh nghiệm và cái tâm nghề nghiệp của thầy đã không những đã giúp đỡ nhóm hoàn thành tốt đề tài mà còn là tấm gương để nhóm học tập và noi theo trên con đường sau này. Bên cạnh đó, nhóm cũng xin cảm ơn các anh, chị khóa trước cũng như các bạn sinh viên trong lớp 14141DT1 đã nhiệt tình đóng góp ý kiến và chia sẽ kinh nghiệm để giúp nhóm hoàn thành đề tài này. Cuối cùng, mặc dù đã cố gắng hoàn thành nhiệm vụ đề tài đặt ra và đảm bảo thời hạn nhưng do kiến thức còn hạn hẹp chắc chắn sẽ không tránh khỏi những thiếu sót, mong Thầy/Cô và các bạn sinh viên thông cảm. Nhóm mong nhận được những ý kiến của Thầy/Cô và các bạn sinh viên. Xin chân thành cảm ơn! TP.HCM, ngày 01 tháng 7 năm 2018 Sinh viên thực hiện Nguyễn Quốc Thái Nguyễn Phước Tài vi
MỤC LỤC TRANG TRANG PHỤ BÌA ..................................................................................................... i NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ....................................................................... ii LỊCH TRÌNH THỰC HIỆN ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP .......................................... iii LỜI CAM ĐOAN ......................................................................................................v LỜI CẢM ƠN .......................................................................................................... vi MỤC LỤC ............................................................................................................... vii LIỆT KÊ HÌNH ẢNH ............................................................................................. ix LIỆT KÊ BẢNG ..................................................................................................... xii DANH SÁCH CÁC TỪ VIẾT TẮT .................................................................... xiii TÓM TẮT .............................................................................................................. xiv CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN .....................................................................................1 1.1 ĐẶT VẤN ĐỀ .................................................................................................1 1.2 MỤC TIÊU NGHIÊN CỨU ............................................................................1 1.3 NỘI DUNG NGHIÊN CỨU ............................................................................2 1.4 GIỚI HẠN .......................................................................................................2 1.5 BỐ CỤC ..........................................................................................................2 CHƯƠNG 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT .........................................................................4 2.1 MỘT SỐ NGHIÊN CỨU VỀ SỰ PHÁT TRIỂN CỦA TRẺ EM TỪ 2-5 TUỔI .......................................................................................................................4 2.1.1 Sự phát triển thể chất của trẻ em ............................................................4 2.1.2 Sự phát triển tâm lý của trẻ em ...............................................................5 2.1.3 Sự phát triển cảm xúc và ngôn ngữ .........................................................6 2.1.4 Những vấn đề tương tác giữa trẻ em và thiết bị .....................................7 2.2 GIỚI THIỆU VỀ HỆ ĐIỀU HÀNH ANDROID .............................................7 2.2.1 Giới thiệu hệ điều hành Android .............................................................7 2.2.2 Lịch sử hệ điều hành Android .................................................................8 2.2.3 Ứng dụng cho hệ điều hành Android ....................................................10 2.2.4 Phiên bản hệ điều hành Android...........................................................11 2.2.5 Đặc điểm hệ điều hành Android ...........................................................12 2.2.6 Kiến trúc cơ bản của hệ điều hành Android .........................................13 2.3 GIỚI THIỆU VỀ BLUETOOTH...................................................................15 2.3.1 Định nghĩa .............................................................................................15 2.3.2 Đặc điểm ...............................................................................................15 2.3.3 Phương thức hoạt động Bluetooth ........................................................16 2.4 GIỚI THIỆU ĐIỀU KHIỂN ĐỘNG CƠ DC (PWM) ....................................16 2.4.1 Giới thiệu...............................................................................................16 2.4.2 Nguyên lý ...............................................................................................17 2.4.3 Cách tạo ra PWM để điều khiển ...........................................................18 vii
CHƯƠNG 3. TÍNH TOÁN VÀ THIẾT KẾ .........................................................19 3.1 GIỚI THIỆU..................................................................................................19 3.2 TÍNH TOÁN VÀ THIẾT KẾ HỆ THỐNG ...................................................20 3.2.1 Sơ đồ khối hệ thống ...............................................................................20 3.2.2 Tính toán và thiết kế ..............................................................................21 3.3 THIẾT KẾ APP ỨNG DỤNG .......................................................................33 3.3.1 Yêu cầu ..................................................................................................33 3.3.2 Thiết kế ứng dụng ..................................................................................34 CHƯƠNG 4. THI CÔNG HỆ THỐNG ................................................................38 4.1 GIỚI THIỆU..................................................................................................38 4.2 THI CÔNG MÔ HÌNH ROBOT ...................................................................38 4.3 THI CÔNG BOARD ĐIỀU KHIỂN ROBOT ...............................................40 4.3.1 Thi công board mạch ............................................................................40 4.3.2 Lắp ráp và kiểm tra ...............................................................................40 4.4 LẬP TRÌNH ĐIỀU KHIỂN ROBOT ............................................................42 4.4.1 Lưu đồ giải thuật ...................................................................................42 4.4.2 Lập trình điều khiển Robot....................................................................49 4.5 LẬP TRÌNH ỨNG DỤNG ............................................................................51 4.5.1 Giới thiệu phần mềm lập trình Android Studio.....................................51 4.5.2 Lập trình ứng dụng................................................................................51 CHƯƠNG 5. KẾT QUẢ_NHẬN XÉT_ĐÁNH GIÁ ............................................58 5.1 KẾT QUẢ......................................................................................................58 5.1.1 Kết quả nghiên cứu: ..............................................................................58 5.1.2 Kết quả thi công: ...................................................................................58 5.2 NHẬN XÉT – ĐÁNH GIÁ. ..........................................................................67 CHƯƠNG 6. KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN......................................69 6.1 KẾT LUẬN ...................................................................................................69 6.2 HƯỚNG PHÁT TRIỂN ................................................................................69 TÀI LIỆU THAM KHẢO ......................................................................................70 viii
LIỆT KÊ HÌNH ẢNH Hình 2.1. Sơ đồ kiến trúc hệ điều hành Android ......................................................13 Hình 2.2. Biểu đồ PWM ............................................................................................17 Hình 3.1. Sơ đồ kết nối tổng quát .............................................................................19 Hình 3.2. Sơ đồ khối của hệ thống ............................................................................20 Hình 3.3. Kích thước các module trong mô hình ......................................................21 Hình 3.4. Động cơ DC ..............................................................................................23 Hình 3.5. Sơ đồ nguyên lý Motor Driver Shield L293D ..........................................23 Hình 3.6. Sơ đồ kết nối Motor Driver Shield L293D và Arduino Uno R3...............24 Hình 3.7. Board mạch Arduino Uno R3 ...................................................................25 Hình 3.8. Sơ đồ kết nối SRF – 04 và Arduino Uno R3.............................................27 Hình 3.9.Giản đồ thời gian SRF - 04 ........................................................................27 Hình 3.10. Sơ đồ kết nối Servo G90 và Arduino Uno R3 ........................................29 Hình 3.11. Module HC - 05 ......................................................................................29 Hình 3.12. Sơ đồ kết nối Bluetooth HC – 05 và Arduino Uno R3 ...........................31 Hình 3.13. Pin Lithium Ion .......................................................................................32 Hình 3.14. Sơ đồ nguyên lý toàn mạch .....................................................................33 Hình 3.15. Giao diện màn hinh bắt đầu ....................................................................34 Hình 3.16. Giao diện màn hình các mục lựa chọn ....................................................35 Hình 3.17. Giao diện màn hình lựa chọn “Tiếng Anh” và “Tiếng Việt” ..................35 Hình 3.18. Giao diện màn hình “Học chữ” ...............................................................36 Hình 3.19. Giao diện màn hình “Luyện tập” ............................................................36 Hình 3.20. Giao diện màn hình “Nghe truyện cổ tích” .............................................37 Hình 4.1. Mặt dưới mô hình ......................................................................................38 Hình 4.2. Mặt trên mô hình .......................................................................................39 Hình 4.3. Mô hình tổng quát .....................................................................................39 Hình 4.4. Mô hình kết nối Arduino Uno R3 và Shield L293D .................................40 Hình 4.5. Giá đỡ cảm biến SF04 ...............................................................................41 Hình 4.6. Mô hình kết nối động cơ DC và Shield L293D ........................................41 Hình 4.7. Đế nguồn ...................................................................................................41 Hình 4.8. Lưu đồ chương trình chính của hệ thống ..................................................42 ix
Hình 4.9. Lưu đồ chương trình thu dữ liệu từ cảm biến SRF-04 ..............................43 Hình 4.10. Lưu đồ chương trình xử lý dữ liệu ..........................................................44 Hình 4.11. Lưu đồ chương trình con dò hướng ........................................................45 Hình 4.12. Lưu đồ chương trình con so sánh khoảng cách .......................................46 Hình 4.13. Lưu đồ chương trình con rẽ trái ..............................................................47 Hình 4.14. Lưu đồ chương trình con rẽ phải .............................................................48 Hình 4.15. Giao diện phần mềm IDE ........................................................................49 Hình 4.16. Chức năng các Icon trong phần mềm IDE ..............................................49 Hình 4.17. Giao diện Arduino IDE ...........................................................................50 Hình 4.18. Chương trình đã viết ...............................................................................50 Hình 4.19. Lưu đồ chương trình giao diện màn hình bắt đầu ...................................52 Hình 4.20. Giao diện màn hình bắt đầu ứng dụng Bé Học Mẫu Giáo ......................53 Hình 4.21. Lưu đồ chương trình con danh sách lựa chọn .........................................54 Hình 4.22. Giao diện các mục tùy chọn trong app Bé Học Mẫu Giáo .....................55 Hình 4.23. Lưu đồ chương trình con giao diện “Bé học hình dạng” ........................56 Hình 4.24. Giao diện “Bé học hình dạng” ................................................................57 Hình 5.1. Mô hình phía trước ...................................................................................59 Hình 5.2. Mô hình nhìn ngang ..................................................................................59 Hình 5.3. Mô hình phía sau .......................................................................................60 Hình 5.4. Mô hình phía trên ......................................................................................60 Hình 5.5. Giao diện bắt đầu ......................................................................................61 Hình 5.6. Giao diện các mục tùy chọn ......................................................................61 Hình 5.7. Giao diện chọn học chữ cái Tiếng Anh hoặc Tiếng Việt ..........................62 Hình 5.8. Giao diện “Học chữ cái Tiếng Anh” .........................................................62 Hình 5.9. Giao diện “Học chữ cái Tiếng Việt” .........................................................63 Hình 5.10. Giao diện “Bé học hình dạng” ................................................................63 Hình 5.11. Giao diện “Bé học số” .............................................................................64 Hình 5.12. Giao diện “Bé học con vật” .....................................................................64 Hình 5.13. Giao diện “Bé luyện chữ” .......................................................................65 Hình 5.14. Giao diện “Bé luyện hình dạng” .............................................................65 Hình 5.15. Giao diện “Bé luyện số” ..........................................................................66 Hình 5.16. Giao diện “Bé luyện con vật” .................................................................66 x
Hình 5.17. Giao diện “Nghe truyện cổ tích” .............................................................67 xi
LIỆT KÊ BẢNG Bảng 2.1. Một số phiên bản hệ điều hành Android...................................................11 Bảng 3.1. Tổng khối lượng các linh kiện ..................................................................22 Bảng 3.2. Thông số mạch Arduino Uno R3 ..............................................................26 Bảng 3.3. Chức năng các chân HC – 05 ...................................................................30 Bảng 3.4. Dòng và điện áp tiêu thụ của các thiết bị ..................................................31 xii
DANH SÁCH CÁC TỪ VIẾT TẮT STT Từ viết tắt Nghĩa đầy đủ 1 IC Integrated Circuit 2 IoT Internet of Things 3 IDE Integrated Development Environment 4 GPIO General-purpose input/output 5 I2C Inter-Integrated Circuit 6 OS Operating System 7 NFC Near-Field Communications 8 CSS Cascading Style Sheets 9 PHP Hypertext Preprocessor 10 I/O Input/Output 11 MCU Microprocessor Control Unit Universal Asynchronous Receiver – 12 UART Transmitter 13 LCD Liquid Crystal Display 14 HTML Hyper Text Markup Language 15 HTTP Hyper Text Transfer Protocol 16 DVM Dalvik Virtual Machine 17 PWM Pulse Width Modulation 18 CPU Central Processing Unit xiii
TÓM TẮT Với xu hướng phát triển của xã hội, văn minh nhân loại, những tiến bộ gần đây trong các thuật toán lập trình và trí tuệ nhân tạo, khả năng Robot dịch chuyển từ xưởng, nhà máy tới trường học và nhà, thậm chí chăm sóc và dạy dỗ những đứa trẻ sẽ chỉ còn trong tương lai. Những con Robot ngày nay không chỉ đơn thuần phục vụ như một thiết bị giải trí. Nghiên cứu cho thấy Robot sẽ đóng vai trò quan trọng trong sự phát triển cảm xúc, xã hội và nhận thức của trẻ. Robot là sản phẩm giúp trẻ tiếp xúc với công nghệ, nhất là điện thoại thông minh với mục đích học tập thay vì chơi các trò chơi. Góp phần giúp trẻ phát triển văn hóa giao tiếp, hòa nhập bằng việc giao tiếp Robot tránh các trường hợp sử dụng điện thoại dẫn đến tự kỉ. Tiếp xúc các kiến thức nền tảng bằng các ứng dụng học tập được lập trình và nạp vào điện thoại. Các bậc phụ huynh có thể kiểm soát được thời gian chơi của trẻ em thông phần mềm được tích hợp sẵn trong Robot. Vì vậy chúng tôi chọn đề tài “THIẾT KẾ ROBOT HỖ TRỢ TRẺ EM HỌC TẬP “. Chúng có thể là trợ lý đắc lực ở các trường mầm non giúp trẻ học các kỹ năng về toán học, ngữ pháp và ngôn ngữ. Theo đó, nền giáo dục tự động hóa sẽ đóng vai trò chủ chốt. Giáo viên chỉ làm trợ giảng, hỗ trợ chuẩn bị dụng cụ cho buổi học, việc truyền đạt kiến thức sẽ do Robot đảm nhiệm. xiv
CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN Chương 1. TỔNG QUAN 1.1 ĐẶT VẤN ĐỀ Theo dự báo, sau kỷ nguyên Internet sẽ là kỷ nguyên Robot. Trong vòng 20 năm nữa, mỗi người hay mỗi gia đình sẽ cần một Robot thay cho một chiếc máy tính cá nhân như hiện nay. Để có thể hội nhập và phát triển trong xu thế đó, Việt Nam đang đi theo hướng phát triển Robot, tiến hành cuộc Cách mạng Công nghệ và tự động hóa… Vì vậy, đất nước cần có một đội ngũ các nhà khoa học, chuyên gia tâm huyết, có hiểu biết và năng lực thực sự trong lĩnh vực này. Tuy nhiên, với tình hình hiện nay thì chưa thể đáp ứng được, giải pháp mà chúng tôi lựa chọn chính là ươm mầm tài năng cho thế hệ trẻ tương lai, đưa Robot vào chương trình giảng dạy và cho các em làm quen với bộ môn Khoa học Công nghệ này theo một cách dễ dàng và đầy hứng thú. Chúng tôi hoàn toàn có thể cho trẻ làm quen với Robot bằng những bước khởi đầu cơ bản nhất như chơi mà học, học mà chơi, sẽ không làm quá tải, ngược lại giúp các em giải trí lành mạnh sau các giờ học căng thẳng, giúp kích thích khả năng sáng tạo và tự khám phá thế giới khoa học mà các em yêu thích. Việc học thông qua Robot còn mang lại rất nhiều lợi ích khác. Nó giúp các em có thể vận dụng, kết hợp tốt các môn đã học như toán, vật lý, tin học, ngoại ngữ, xây dựng và củng cố các kỹ năng mềm như làm việc nhóm, giải quyết vấn đề… chuẩn bị hành trang, tri thức để các em có thể tự tin hòa nhập với thế giới. Chúng tôi đã quyết định thực hiện đề tài: “THIẾT KẾ ROBOT HỖ TRỢ TRẺ EM HỌC TẬP” sử dụng Arduino UNO R3 và Shield L293D làm bộ điều khiển trung tâm điều khiển các động cơ. Module HC - 05 làm trung gian giao tiếp Bluetooth giữa vi xử lý Arduino và ứng dụng trên điện thoại. 1.2 MỤC TIÊU NGHIÊN CỨU • Tìm hiểu tổng quan về các module Arduino, Shield L293D, Bluetooth, cảm biến, Servo. • Viết chương trình giao tiếp giữa các module Arduino, Shield, cảm biến, Bluetooth, Servo. • Viết chương trình ứng dụng trên điện thoại sử dụng Android Studio. BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH 1
CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN • Giao tiếp giữa vi xử lý Arduino và ứng dụng trên điện thoại qua Bluetooth. 1.3 NỘI DUNG NGHIÊN CỨU Các nội dung mà nhóm cần thực hiện bao gồm: • NỘI DUNG 1: Tìm hiểu ưu điểm, nhược điểm của mô hình Robot trong việc giáo dục trẻ ở các trường học. • NỘI DUNG 2: Đưa ra các giải pháp khắc phục, thiết kế mô hình phù hợp, thiết kế các khối điều khiển. • NỘI DUNG 3: Thiết kế và thi công mạch giao tiếp với Arduino, Shield L293D, Servo, cảm biến siêu âm SRF-04. • NỘI DUNG 4: Thiết kế và thi công mạch giao tiếp với Bluetooth HC - 05 và ứng dụng điện thoại. • NỘI DUNG 5: Viết chương trình điều khiển cho Arduino, Shield L293D, Servo, cảm biến siêu âm SRF - 04 và Bluetooth bằng Arduino IDE. • NỘI DUNG 6: Viết chương trình cho Bluetooth HC - 05 và ứng dụng điện thoại bằng Android Studio. • NỘI DUNG 7: Lắp ráp các khối và tiến hành điều khiển thử nghiệm các thiết bị. • NỘI DUNG 8: Chỉnh sửa các lỗi xuất hiện. • NỘI DUNG 9: Viết báo cáo thực hiện. 1.4 GIỚI HẠN ❖ Các giới hạn của đề tài: • Động cơ DC điều khiển bánh xe Robot di chuyển. • Sử dụng Arduino và Shield L293D điều khiển động cơ DC. • Sử dụng Servo G90 hỗ trợ cảm biến siêu âm SRF - 04 hoạt động. • Sử dụng phần mềm Android Studio viết ứng dụng. 1.5 BỐ CỤC ❖ Chương 1: Tổng quan. Trình bày đặt vấn đề dẫn nhập lý do chọn đề tài, mục tiêu, nội dung nghiên cứu, các giới hạn thông số và bố cục đồ án. BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH 2
CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN ❖ Chương 2: Cơ sở lý thuyết. Trình bày một số nghiên cứu về sự phát triển của trẻ em từ 2 – 5 tuổi, giới thiệu chung hệ điều hành Android, Bluetooth và các động cơ DC(PWM). ❖ Chương 3: Tính toán thiết kế. Trình bày sơ đồ khối hệ thống, cách tính toán các thông số kỹ thuật của các khối sử dụng, thiết kế các khối với yêu cầu đặt ra ban đầu. ❖ Chương 4: Thi công hệ thống. Trình bày các mạch đã thiết kế và trình tự lắp ráp thi công mô hình, board điều khiển Robot, lập trình điều khiển Robot và lập trình cho ứng dụng trên điện thoại. ❖ Chương 5: Kết quả_ Nhận xét_ Đánh giá Trình bày các kết quả đạt được, chưa đạt được, đưa ra đánh giá về những kết quả đạt được so với mục tiêu ban đầu. ❖ Chương 6: Kết luận và hướng phát triển. Đề ra các phương án khắc phục và hướng phát triển của đề tài. BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH 3
CHƯƠNG 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT Chương 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT 2.1 MỘT SỐ NGHIÊN CỨU VỀ SỰ PHÁT TRIỂN CỦA TRẺ EM TỪ 2-5 TUỔI 2.1.1 Sự phát triển thể chất của trẻ em Các chỉ số đánh giá sự phát triển thể chất trẻ em bao gồm: Chiều cao, cân nặng, vòng đầu. a. Tăng trưởng về chiều cao Tăng trưởng nhanh từ 0 - 4 tuổi: 50 cm lúc sinh, 100 cm lúc 4 tuổi. Tăng trưởng trung bình 5 - 6 cm/năm từ 4 tuổi đến tuổi bắt đầu tuổi dậy thì. Giảm dần và ngừng tăng trưởng vào cuối tuổi dậy thì. Bình thường đứa trẻ phát triển trong vùng tăng trưởng về chiều cao bình thường của nó. Nếu như trong quá trình theo dõi thấy có sự thay đổi về vùng tăng trưởng chiều cao phản ánh một sự quá phát triển hoặc một sự kém phát triển về tốc độ tăng trưởng, cả 2 đều biểu hiện sự bất thường [7]. Dùng công thức sau để tính nhanh một cách ước lượng chiều cao của trẻ: X = 75 cm + 5 cm (N -1) (2.1) N: số tuổi của trẻ lớn hơn 1 tuổi. b. Tăng trưởng về cân nặng Theo dõi sự phát triển cân nặng bằng biểu đồ DS hoặc biểu đồ Percentile. Cũng có ý nghĩa giống như theo dõi sự phát triển chiều cao bằng biểu đồ. Trong thực hành lâm sàng có thể sử dụng công thức tính nhanh sau đây khi trong tay không có sẵn biểu đồ biểu diễn chiều cao, cân nặng, vòng đầu [9]: • Cân nặng trẻ dưới 6 tháng tuổi = Cân nặng lúc sinh + 600 (n). • Cân nặng trẻ trên 6 tháng = Cân nặng lúc sinh + 500 (n). Trong đó n là số tháng, N là số tuổi. c. Tăng trưởng về vòng đầu Tăng trưởng não bộ tăng nhanh trong năm đầu và gần như kết thúc vào 6 tháng tuổi. Để theo dõi sự tăng trưởng của vòng đầu sẽ đo đường kính của vòng đầu và theo BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH 4
CHƯƠNG 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT dõi bằng biểu đồ DS (SD) hoặc biểu đồ Percentile. Có công thức tính mối liên quan giữa vòng đầu của trẻ 1 tuổi và chiều cao như sau [11]: PC = T/2 + 10. (2.2) Trong đó: PC: đường kính vòng đầu, T: chiều cao. ❖ Vòng đầu của trẻ từ 1 tháng đến 5 tuổi: • Trẻ sơ sinh đủ tháng có vòng đầu trung bình 30 ± 1,83 cm. • 3 tháng đầu tăng gần 3cm/tháng sau đó chậm dần. • 1 tuổi: được 43 ± 1.5cm, năm đầu vòng đầu của trẻ tăng được gần 15cm. • 2 - 3 tuổi mỗi năm tăng 2cm sau đó mỗi năm tăng được 0,5 - 1cm. • Đến 5 tuổi vòng đầu: 45 - 50cm. 2.1.2 Sự phát triển tâm lý của trẻ em Nếu nói rằng giai đoạn từ 0 đến 3 tuổi là giai đoạn kiến tạo những cấu trúc về mặt cơ thể và tâm lý thì giai đoạn từ 3 - 5 tuổi là giai đoạn tiếp nhận những kỹ năng và kiến thức làm nền tảng cho sự hình thành nhân cách và năng lực. Vì thế, khi trẻ được 5 tuổi thì bé đã có khả năng tiếp thu một lượng kiến thức không nhỏ. Theo A.X Macarenco, một nhà giáo dục nổi tiếng của Nga thì: “Nền tảng của giáo dục chủ yếu được xây dựng từ khi trước 5 tuổi, nó chiếm đến 90% chất lượng của cả quá trình giáo dục” [9]. Chúng ta có thể thấy rõ điều này khi chứng kiến những hoạt động chơi đùa không mệt mỏi của các em, không chỉ là sự vui thích mà trẻ còn có khả năng tập trung để hiểu và chấp nhận luật lệ của các trò chơi, còn trong lớp thì đã biết ngồi yên để lắng nghe các câu chuyện kể. Đa số trẻ trong giai đoạn này phát triển tốt kỹ năng sử dụng bàn tay, biết cầm viết chì và cắt bằng kéo, nhận ra phần lớn các mẫu tự và cách đọc các mẫu tự này, nhận ra sự khác biệt của các hình khối, biết phân biệt lớn – bé , cao – thấp, xa – gần…Vì thế, một mặt phụ huynh cần phải tích cực giúp các em thu đạt được những kỹ năng quan trọng và cần thiết, nhưng mặt khác không nên nhồi nhét những điều vượt quá mức phát triển mà các em có thể đạt được để khi bước vào lớp Một, có thể làm trẻ sớm mệt mỏi trước khối lượng kiến thức khá lớn mà trẻ sẽ phải tiếp thu trong suốt thời gian ở tiểu học (Cấp 1) để rồi sẽ gặp nhiều khó khăn ở các cấp học cao hơn [8]. BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH 5
CHƯƠNG 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT 2.1.3 Sự phát triển cảm xúc và ngôn ngữ Ở lứa tuổi này, tình cảm đã bắt đầu phức tạp và phân hóa, từ quan hệ gắn bó mẹ - con, trẻ bắt đầu có nhu cầu giao lưu tình cảm nhiều hơn giữa mẹ - con ở trẻ trai và bố - con ở trẻ gái. Trẻ đòi hỏi sự quan tâm chăm sóc một cách cụ thể và đa dạng hơn, vì vậy đã xuất hiện ở trẻ những biểu hiện về tình cảm rõ ràng cũng như những phản ứng chống đối dưới nhiều hình thức khác nhau. Điều này khiến cho trẻ dễ có những tổn thương sâu sắc nếu không nhận được sự cảm thông hay được đáp ứng từ phía cha mẹ. Hoạt động và sở thích của trẻ 5 tuổi xoay quanh gia đình và nhà trường. Trẻ thích chơi với đồ chơi của mình ở nhà nhưng cũng biết chia sẻ đồ chơi với bạn bè ở trường. Ngoài các buổi học thì một vài buổi học vẽ hay chơi thể thao mỗi tuần không phải là nhiều, nhưng đừng bắt trẻ tham gia quá nhiều hoạt động ngoại khóa trong giai đoạn này vì đây mới chỉ là những bước khởi động cho cả một hành trình dài sau khi trẻ đã vào lớp Một. Trẻ 5 tuổi vẫn thích chơi qua trí tưởng tượng. Con gái thường thích chơi nấu nướng, chăm sóc búp bê, tái hiện cuộc sống ở gia đình và nhà trường trong khi chơi. Con trai bên cạnh việc chơi những trò chơi sắm vai làm siêu nhân hay hiệp sĩ, robot hay quái vật… cũng có thể chơi như vậy, nếu như không bị diễu cợt và chắc chắn là chúng ta không nên diễu cợt! Ở lứa tuổi này trẻ dễ có sự sợ hãi các con vật, bóng tối và một số người chung quanh đã vô tình hay cố ý hù doạ trẻ. Điều này cũng một phần do tác động từ các câu chuyện kể và do sự phát triển trí tưởng tượng khá phong phú của trẻ [7]. Đây là lứa tuổi phát triển khá hoàn chỉnh về khả năng giao tiếp, trẻ có thể nói những câu đầy đủ, đôi khi phức tạp cũng như hiểu được những câu nói dài của người khác. Điều này là cơ sở cho trẻ tiếp nhận những kiến thức của lớp Một và các cấp học tiếp theo. Mặc dù vậy, khi giao tiếp với trẻ, chúng ta vẫn không nên sử dụng lối nói với những ý nghĩa ẩn dụ, nước đôi theo kiểu, nói vậy mà không phải vậy! Vì có thể gây ra những hiểu lầm, hay khiến cho trẻ có những nhận thức tiêu cực về bản thân và sự hiểu biết sai lệch về người khác. Trong lứa tuổi này, trẻ có thể dễ dàng tiếp nhận một ngoại ngữ và cả những từ ngữ thô tục “không có trong từ điển”. Vì thế đây là một “đối tác” quan trọng cho các cơ sở dạy ngoại ngữ, và họ đã vận dụng nhiều kỹ xảo chiêu sinh khác nhau khiến cho nhiều bậc cha mẹ bị thu hút nên đã tìm cách thúc đẩy con đi học ngoại ngữ mà không BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH 6
CHƯƠNG 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT quan tâm đến cá tính, sở thích hay năng lực thực sự của trẻ, có phù hợp với những kiến thức đó hay không. Điều này vô tình đã đặt một áp lực lên trên đứa trẻ, khiến cho một số trẻ chưa đến trường mà đã trở nên “ngán” chuyện đi học [9]. 2.1.4 Những vấn đề tương tác giữa trẻ em và thiết bị Tương tác với trẻ bằng sự giao tiếp không lời như là cử động cơ thể và biểu hiện gương mặt. • Thứ nhất, gọi là tương tác có kịch bản - nghĩa là một số cử động cơ thể được lập trình trước. • Thứ hai, một hệ thống kiểm soát giúp giáo viên kiểm soát cử động robot từ xa. • Thứ ba, trẻ em có thể nắm quyền kiểm soát robot. Robot chạy trong không gian và phát ra âm thanh sinh động làm kích thích sự tò mò của trẻ. Dạy trẻ học tập bằng ứng dụng trên điện thoại. Sử dụng các công cụ nhận diện cảm xúc của mình (như công cụ phân tích giọng nói, biểu hiện trên khuôn mặt và các tín hiệu phi ngôn ngữ khác) Robot trong gia đình có thể làm phong phú thêm các kỹ năng nhận thức của trẻ em khi ở nhà như giúp trẻ giải quyết những vấn đề toán học và tập đọc. Giúp trẻ em nâng cao kỹ năng ngôn ngữ chính và xây dựng từ vựng lớn hơn thông qua các hoạt động kể chuyện. Mục tiêu thiết kế các robot xã hội không phải thay thế con người mà để hỗ trợ con người. 2.2 GIỚI THIỆU VỀ HỆ ĐIỀU HÀNH ANDROID 2.2.1 Giới thiệu hệ điều hành Android Android là một hệ điều hành dựa trên nền tảng Linux được thiết kế dành cho các thiết bị di động có màn hình cảm ứng như điện thoại thông minh và máy tính bảng. Ban đầu, Android được phát triển bởi Tổng công ty Android, với sự hỗ trợ tài chính từ Google và sau này được chính Google mua lại vào năm 2005. Android ra mắt vào năm 2007 cùng với tuyên bố thành lập Liên minh thiết bị cầm tay mở. Một hiệp hội gồm các công ty phần cứng, phần mềm và viễn thông với mục tiêu đẩy mạnh BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH 7