Đồ án điều khiển thiết bị qua giọng nói BluetoothCác bạn có nhu cầu hỗ trợ đồ án ,đặt đồ án, liên hệ : https:www.facebook.comdoangiaresvSố điện thoại : 0565271668Link youtube : https:www.youtube.comwatch?v=JWtcl_jct=15s
TỔNG QUAN VỀ ĐIỀU KHIỂN THIẾT BỊ BẰNG GIỌNG NÓI QUA BLUETOOTH
Điều khiển thiết bị qua bluetooth
Ngày nay, với sự phát triển mạnh mẽ của xã hội và công nghệ, nhu cầu trao đổi thông tin giải trí và điều khiển thiết bị từ xa ngày càng cao, trong khi hệ thống dây cáp phức tạp không còn đáp ứng được Công nghệ không dây đã ra đời và phát triển, mang lại nhiều lợi ích cho cuộc sống hàng ngày Trong những năm gần đây, công nghệ truyền nhận dữ liệu không dây như RF, Wifi, Bluetooth, và NFC đã có những bước tiến vượt bậc, đặc biệt là trong các hệ thống điều khiển và giám sát từ xa Bluetooth, một công nghệ lâu đời, luôn được cải tiến về tốc độ và bảo mật Tại Việt Nam, thị trường sản phẩm điều khiển thiết bị không dây còn hạn chế, chủ yếu là hàng nhập khẩu với giá cao Việc thiết kế sản phẩm điều khiển không dây trong nước không chỉ tăng thêm sự lựa chọn cho người tiêu dùng mà còn giúp giảm giá thành và phát triển các hệ thống điều khiển thông minh.
Hình 1 1: Điều khiển thiết bị qua bluetooth
Bluetooth là công nghệ kết nối không dây tầm ngắn hoạt động trên băng tần 2.4GHz, cho phép kết nối các thiết bị cá nhân như điện thoại và laptop, tạo thành mạng cục bộ nhỏ Khi hai thiết bị kết nối qua Bluetooth, người dùng có thể dễ dàng chia sẻ thông tin Bên cạnh đó, Bluetooth cũng cung cấp môi trường truyền dẫn tín hiệu, giúp điều khiển các thiết bị gia đình thông qua các module và vi điều khiển.
1.2 Giới thiệu về Google Assistant
Google Assistant là trợ lý ảo do Google phát triển, ra mắt tại hội nghị nhà phát triển vào tháng 5 năm 2016 Khác với Google Now, Google Assistant cho phép người dùng tham gia vào các cuộc trò chuyện hai chiều, mang đến trải nghiệm tương tác tốt hơn.
Google Assistant ban đầu được tích hợp vào ứng dụng nhắn tin Google Allo và loa thông minh Google Home Sau đó, vào tháng 2 năm 2017, Google mở rộng Assistant ra các thiết bị Android khác, bao gồm điện thoại thông minh của bên thứ ba và thiết bị Android Wear Đến tháng 5 cùng năm, Assistant được phát hành dưới dạng ứng dụng riêng trên iOS Việc ra mắt bộ phát triển phần mềm (SDK) vào tháng 4 năm 2017 cho phép các nhà phát triển bên thứ ba tạo ra phần cứng tương thích với Google Assistant Nhờ đó, Assistant đã được mở rộng hỗ trợ cho nhiều thiết bị, bao gồm xe hơi và các thiết bị nhà thông minh, với khả năng bổ sung chức năng từ các nhà phát triển bên thứ ba.
Người dùng có thể tương tác với Google Assistant bằng giọng nói tự nhiên hoặc nhập liệu qua bàn phím Các chức năng cơ bản của Google Assistant tương tự như Google Now, bao gồm tìm kiếm trên Internet, đặt sự kiện lịch và báo thức, điều chỉnh cài đặt phần cứng, và hiển thị thông tin từ tài khoản Google Ngoài ra, Google cũng đã bổ sung các tính năng mới cho Assistant, như nhận diện và thu thập thông tin về vật thể qua camera, hỗ trợ mua sắm và chuyển tiền.
Hình 1 2: Sử dụng google asistant trên smartphone
Vào 6-5-2019, Google đã bổ sung tiếng Việt vào danh sách những ngôn ngữ được hỗ trợ bởi Google Assistant Nhờ đó, người Việt đã có thể sử dụng những câu lệnh bằng tiếng Việt để hỏi đáp, truy vấn thông tin Còn trước đây,người Việt muốn sử dụng Google Assistant buộc phải ra lệnh bằng tiếng Anh(hoặc một ngôn ngữ nước ngoài khác) Rào cản ngôn ngữ khiến cho GoogleAssistant cũng như các trợ lý ảo khác không được sử dụng rộng rãi tại ViệtNam.
Mục tiêu
Trong đồ án sẽ sử dụng tính năng kết nối của Bluetooth và nhận diện giọng nói của Google Assistant để làm cơ sở thiết kế.
Thiết kế một module điều khiển thiết bị qua giọng nói và Bluetooth, sử dụng ứng dụng trên smartphone để thực hiện việc điều khiển Dự án sẽ được triển khai dựa trên lý thuyết và xây dựng mô hình thực tiễn.
Chương 1 trình bày tổng quan về việc điều khiển thiết bị thông qua công nghệ Bluetooth và giọng nói, đồng thời xác định mục tiêu và nội dung chính của đề tài Bài viết cũng đề xuất hướng phát triển và thiết kế module điều khiển thiết bị bằng giọng nói qua Bluetooth, nhằm nâng cao trải nghiệm người dùng và tối ưu hóa hiệu suất điều khiển.
Không đạt yêu cầu Đạt yêu cầu
-Các cấu trúc dữ liệu
-Các giao tiếp vào ra
- sơ đồ tổng quát của hệ thống
- Tính toán, ước lượng thời gian thiết kế module điều khiển
- Yêu cầu về việc thiết kế module
- điều kiện để module hoạt động khi điều qua giọng nói cũng như bluetooth.
Tìm hiểu về bluetooth, google assistant,các module liên quan…
CƠ SƠ LÝ THUYẾT
Phân tích vấn đề đồ án lựa chọn
Với bài toán thiết kế module điều khiển thiết bị bằng giọng nói qua bluetooth, sẽ có những yêu cầu chung và điều kiện ràng buộc.
1) Module được thiết kế để áp dụng điều khiển các thiết bị (AC/DC) từ xa.
2) Điều khiển được nhiều thiết bị ở nhiều bộ module.
3) App điều khiển dễ sử dụng
4) Kích thích nhỏ gọn tiện lợi trong việc lắp đặt
5) Có hiển thị trạng thái khi bật tắt hay điều khiển thiết bị.
6) Chi phí vừa phải không quá 10 triệu VND.
7) Các module và công nghệ tùy chọn.
1) Module làm việc với nguồn nuôi 12V- 24V DC có kèm module giảm áp.
2) Smartphone dùng để điều khiển thiết bị qua app phải kết nối internet khi dùng giọng nói.
3) Thời gian bật tắt khi điều khiển thiết bị ≤ 3s.
4) Điều khiển được với đúng khoảng cách của Bluetooth (≤10m).
5) Điều kiện môi trường: Trong nhà, nhiệt độ 18 0 C đến 36 0 C.
6) An toàn khi sử dụng.
Hình 2 1:Sơ đồ cơ sở lý thuyết
Thiết kế nguyên lý
Để thiết kế module điều khiển hiệu quả, cần xác định các yêu cầu và điều kiện ràng buộc Việc xây dựng một sơ đồ tổng quát của hệ thống là bước cần thiết để đảm bảo tính khả thi và hiệu suất của module.
- Khối nguồn: Cung cấp điện áp phù hợp cho hệ thống hoạt động.
- Khối điều khiển trung tâm: Arduino Nano V3.0 ATmega328P
- Khối đầu vào: Module thu phát bluetooth HC-05, app điều khiển.
- Khối đầu ra: Thiết bị điều khiển.
- Xây dựng lưu đồ thuật toán tổng quát của hệ thống:
Khối xử lý trung tâm
Khối xử lý trung tâm Khối nguồn
Khối đầu ra Bắt đầu
Bắt đầu Nhận được tín hiệu từ google assistant hoặc nút nhấn trên app
Nhận được tín hiệu từ google assistant hoặc nút nhấn trên app
Dữ liệu thông qua module bluetooth arduino nano
Dữ liệu thông qua module bluetooth arduino nano
Tín hiệu điều khiển bật tắt thiết bị
Tín hiệu điều khiển bật tắt thiết Tắt thiết bịbị
Giám sát trên app điều khiển
Giám sát trên app điều khiển
Hình 2 2: Sơ đồ khối tổng quát
Giám sát trên app điều khiển
Hình 2 3: Lưu đồ thuật toán tổng quát
Cấu trúc dữ liệu trên ứng dụng được nhận diện qua module Bluetooth và truyền đến board Arduino thông qua giao thức UART Sau khi tiếp nhận dữ liệu, vi điều khiển Arduino sẽ gửi tín hiệu đến các chân kết nối đầu ra, từ đó điều khiển các thiết bị theo chương trình đã được lập trình.
- Linh kiện được sử dụng: board Adruino Nano, module Bluetooth HC-
- Phần mềm lập trình: Arduino IDE, Android Studio.
THIẾT KẾ HỆ THỐNG
Sơ đồ khối và nguyên lí làm việc của hệ thống
Hệ thống điều khiển được thiết kế bao gồm bộ điều khiển với ngõ ra công suất, kết hợp ứng dụng trên điện thoại thông minh nền tảng Android Ứng dụng này cho phép kết nối với bộ điều khiển qua Bluetooth để điều khiển thiết bị dễ dàng Ngoài ra, người dùng vẫn có thể điều khiển thiết bị trực tiếp trên bộ điều khiển ngay cả khi không kết nối với điện thoại.
KHỐI TRUNG TÂM XỬ LÝ MODULE NGUỒN
KHỐI ĐIỀU KHIỂN (ĐIỆN THOẠI ANDROID)
Ta kết nối Bluetooth giữa smartphone với module Bluetooth HC-05 thông qua app điều khiển được viết trên android.
Sau khi kết nối thành công, người dùng chỉ cần nhấn vào biểu tượng máy ghi âm trên ứng dụng và nói, Google Assistant sẽ nhận diện giọng nói qua kết nối 3G hoặc Wifi Dữ liệu chữ được chuyển đến module Bluetooth HC-05 qua kết nối Bluetooth giữa HC-05 và điện thoại, sau đó HC-05 sẽ truyền dữ liệu này vào board Arduino Nano.
Khi Arduino nhận được dữ liệu chính xác, nó sẽ xử lý lệnh và gửi tín hiệu ra các chân output để kích hoạt Rơ-le, từ đó điều khiển việc đóng ngắt thiết bị theo yêu cầu.
Chức năng của từng khối và các linh kiện trong hệ thống
Khối nguồn tạo ra dòng điện và điện thế ổn định, đảm bảo an toàn cho mạch Mạch ổn áp có nhiệm vụ tạo ra điện áp thấp hơn điện áp đầu vào và duy trì mức áp này bất chấp sự biến động của điện áp đầu vào Hệ thống sử dụng bộ nguồn một chiều với dải điện áp đầu ra 12VDC, sau đó hạ áp qua module ổn áp LM2596 xuống 5VDC để cấp nguồn cho vi điều khiển và module Bluetooth HC-05.
Thông số kỹ thuật module LM2596:
+ Điều chỉnh điện áp đầu ra bằng biến trở
Trên thị trường hiện nay, có nhiều module Bluetooth hỗ trợ vi điều khiển giao tiếp với thiết bị khác, trong đó module Bluetooth HC-05 và HC-06 là những lựa chọn phổ biến Tuy nhiên, module Bluetooth HC-05 được ưu tiên cho đồ án này nhờ vào giá thành rẻ, tốc độ hoạt động phù hợp cho truyền dữ liệu điều khiển, dễ dàng mua tại Việt Nam và được nhiều người sử dụng với đánh giá cao về tính ổn định.
+ Điện áp hoạt động: 3.3 - 5VDC + Mức điện áp chân giao tiếp: TTL tương thích 3.3VDC và 5VDC.
+ Dòng điện khi hoạt động: khi Pairing 30 mA, sau khi pairing hoạt động truyền nhận bình thường 8 mA.
+ Baudrate UART có thể chọn được: 1200, 2400, 4800,
+ Support profiles: Bluetooth serial port (MASTER and SLAVE)
+ Bluetooth protocol: Bluetooth specification v2.0 + EDR + Frequency: 2.4 GHz ISM band
+ Modulation: GFSK (Gaussian frequency shift keying) + Transmit power: = 4 dBm, class 2
+ Sensitivity: = -84 dBm at 0.1% BER + Rate: Asynchronous: 2.1 Mbps (max.)/160 kbps + Synchronous: 1 Mbps/1 Mbps
+ Security features: authentication and encryption + Kích thước: 15.2 x 35.7 x 5.6mm
Chân AT Mode/Data Mode cho phép người dùng chọn chế độ hoạt động, trong khi chân VCC cung cấp nguồn điện từ 3.6V đến 6V Bên trong module, có một IC nguồn giúp chuyển đổi điện áp về 3.3V để cấp cho IC BC417.
+ GND: nối với chân nguồn GND.
+ TXD,RND: đây là hai chân UART để giao tiếp module hoạt động ở mức logic 3.3V.
+ STATE : không cần quan tâm đến chân này.[2]
3.2.3 Khối xử lý trung tâm
Arduino Nano là một vi điều khiển sử dụng chip ATmega328, có khả năng xử lý các tác vụ đơn giản như điều khiển đèn LED nhấp nháy, xử lý tín hiệu cho xe điều khiển từ xa và điều khiển động cơ bước.
Hình 3 5: Board Arduino Nano động cơ serve, làm một trạm đo nhiệt độ – độ ẩm và hiển thị lên màn hình LCD,… hay những ứng dụng khác.
+ Vi điều khiển: ATmega 328 họ 8 bit
+ Điện áp hoạt động: 5 VDC (chỉ được cấp qua cổng USB) + Tần số hoạt động: 16 MHz
+ Điện áp vào khuyên dùng: 7-12 VDC
+ Điện áp vào giới hạn: 6-20 VDC
+ Số chân Digital I/O: 14 ( 6 chân hardware PWM)
+ Số chân Analog: 8( độ phân giải 10 bit)
+ Dòng tối đa trên mỗi chân I/O: 40mA
+ Flash Memory: 32KB (2 KB Bootloader)
+ Tích hợp Led báo nguồn, Led chan D13, LED RX, TX
Hình 3 6: Sơ đồ chân Arduino Nano
Tất cả điện thoại chạy hệ điều hành Android đều có thể cài đặt ứng dụng Android, được phát triển bằng ngôn ngữ Java Ứng dụng này mang đến giao diện trực quan và dễ sử dụng, cho phép người dùng điều khiển và giám sát tối đa 8 thiết bị điện.
Bộ phận chấp hành sử dụng IC ULN2803 để kết nối với các thiết bị điện Sau khi xử lý tín hiệu, vi xử lý sẽ gửi lệnh điều khiển thông qua IC đệm để bật tắt thiết bị.
ULN 2803 là vi mạch đệm với cấu tạo gồm các mảng darlington cho phép chịu dòng điện lớn và điện áp cao, bao gồm 8 cặp transistor NPN ghép darlington Mỗi kênh có một diode chặn, thích hợp cho tải cảm ứng như relay ULN 2803 có khả năng điều khiển 8 kênh riêng biệt và có thể kết nối trực tiếp với vi điều khiển 5V Mỗi kênh có thể chịu dòng điện lên tới 500mA trong thời gian dài, với biên độ đỉnh đạt 600mA.
+ Điện áp ra max: 50V (Vce)
+ Điện áo vào max: 30V (Vin)
+ Dòng điện đầu ra liên tục: Ic = 500mA
+ Dòng điện đầu vào liên tục: IIN = 25mA
+ Công suất tiêu tán trên mỗi cặp darlington: 1W
Đồ án thiết kế mạch điện tử với chủ đề “Module điều khiển thiết bị bằng giọng nói qua sóng Bluetooth” bao gồm việc thiết kế phần cứng của hệ thống, được chia thành 5 khối cơ bản.
Hình 3 9: Sơ đồ nguyên lí toàn mạch
3.5.1 Thiết kế lập trình phần mềm trên android
Android Studio lần đầu tiên được công bố tại hội nghị Google I/O vào năm
Android được phát hành công khai vào năm 2014 sau nhiều phiên bản beta, với sự phát triển bắt đầu từ năm 2013 Trước khi ra mắt, các nhà phát triển thường sử dụng Eclipse IDE, một công cụ lập trình Java hỗ trợ nhiều ngôn ngữ khác nhau.
Android Studio là IDE chính thức cho nền tảng Android, được phát triển bởi Google, và là công cụ chủ yếu để phát triển hầu hết các ứng dụng mà người dùng sử dụng hàng ngày.
Hình 3 12: Giao diện của Android Studio
3.5.1.1 Phần mềm app điều khiển
- App điều khiển có tên Bluetooth
Control được lập trình bởi Android
- App chạy trên hệ điều hành android.
Giao diện thiết bị được thiết kế với các nút ON/OFF rõ ràng Trạng thái hoạt động của thiết bị được thể hiện qua màu sắc của nút khi nhấn: khi bật, nút ON sẽ có màu đỏ và nút OFF màu đen; khi tắt, màu sắc sẽ đổi ngược lại, với nút ON màu đen và nút OFF màu đỏ.
- Biểu tưởng micro dùng khi muốn điều khiển bằng giọng nói Click vào biểu tưởng và nói.
3.5.1.2 Lưu đồ giải thuật chương trình trên smartphone
Hình 3 14:Lưu đồ giải thuật app điều khiển
• Giải thích lưu đồ thuật toán:
Trước khi sử dụng ứng dụng, hãy bật Bluetooth trên smartphone và kết nối với địa chỉ HC-05 Nếu đây là lần đầu tiên kết nối, bạn sẽ cần nhập mật khẩu Sau khi kết nối thành công, mở ứng dụng điều khiển để xem danh sách các thiết bị cần quản lý.
Hình 3 13: Giao diện phần mềm trên điện thoại