Điều khiển xe robot bằng giọng nói với rRspberry pi 3

BỘ GIÁO DỤC & ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP. HỒ CHÍ MINH KHOA ĐIỆN – ĐIỆN TỬ BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH -------------------------------- ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP NGÀNH CÔNG NGHỆ KỸ THUẬT ĐIỆN TỬ TRUYỀN THÔNG ĐỀ TÀI: ĐIỀU KHIỂN XE ROBOT BẰNG GIỌNG NÓI VỚI RASPBERRY PI 3 GVHD: ThS. Nguyễn Duy Thảo SVTH: Phan Thanh Toàn MSSV: 11141222 Tp. Hồ Chí Minh - 07/2018 BỘ GIÁO DỤC & ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP. HỒ CHÍ MINH KHOA ĐIỆN – ĐIỆN TỬ BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH --------------------------------- ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP NGÀNH KỸ THUẬT ĐIỆN TỬ TRUYỀN THÔNG ĐỀ TÀI: ĐIỀU KHIỂN XE ROBOT BẰNG GIỌNG NÓI VỚI RASPBERRY PI 3 GVHD: Th.S Nguyễn Duy Thảo SVTH: Phan Thanh Toàn MSSV: 11141222 Tp. Hồ Chí Minh – 07/2018 TRƯỜNG ĐH SPKT TP. HỒ CHÍ MINH KHOA ĐIỆN-ĐIỆN TỬ BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM ĐỘC LẬP - TỰ DO - HẠNH PHÚC ----o0o---- Tp:HCM ngày 01 thánh 07 năm 2018 NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Họ tên sinh viên: Phanh Thanh Toàn MSSV: 11141222 Võ Hoàng Khánh MSSV: 11141102 Chuyên ngành: Điện Tử Công Nghiệp Mã ngành: 141 Hệ đào tạo: Đại học chính quy Mã hệ: 11 Khóa : 11 Lớp 11141DT1A I. TÊN ĐỀ TÀI: ĐIỀU KHIỂN XE ROBOT BẰNG GIỌNG NÓI VỚI RASPBERRY PI 3 II. NHIỆM VỤ 1. Các số liệu ban đầu: (ghi những thông số, tập tài liệu tín hiệu, hình ảnh,) ............................................... Thông số ban đầu là xử lý tín hiệu âm thanh .............................................................. Tài liệu: Giáo trình Kỹ thuật truyền số liệu ................................................................. ...................................................................................................................................... ...................................................................................................................................... 2. Nội dung thực hiện: (ghi những nội dung chính cần thực hiện như trong phần tổng quan) ........................ Đặt vấn đề , nêu ra mục tiêu đề tài,những nội dung nghiên cứu, bố cục của đề tài và cuối cùng là những giới hạn của đề tài......................................................................... ...................................................................................................................................... ...................................................................................................................................... ...................................................................................................................................... ...................................................................................................................................... III. NGÀY GIAO NHIỆM VỤ: 20/03/2018 IV. NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ: 30/06/2018 V. HỌ VÀ TÊN CÁN BỘ HƯỚNG DẪN: Th.S Nguyễn Duy Thảo CÁN BỘ HƯỚNG DẪN BM. ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH TRƯỜNG ĐH SPKT TP. HỒ CHÍ MINH KHOA ĐIỆN-ĐIỆN TỬ BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM ĐỘC LẬP - TỰ DO - HẠNH PHÚC ----o0o---- Tp. HCM, ngày 20 tháng 03 năm 2018 LỊCH TRÌNH THỰC HIỆN ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Họ tên sinh viên 1: Phan Thanh Toàn Lớp: 11141DT1A MSSV:11141222 Họ tên sinh viên 2: Võ Hoàng Khánh Lớp: 11141DT1A MSSV:11141102 Tên đề tài: ĐIỀU KHIỂN XE ROBOT BẰNG GIỌNG NÓI VỚI RASPBERRY PI 3 Tuần/ngày Nội dung Xác nhận GVHD Tuần1 Chọn đề tài Tuần 2 Tìm hiểu và nhận đề tài Tuần 3 Nhận đề tài để thực hiên Tuần 4 Nghiên cứu về đề tài Tuần 5 Tìm tài liệu về đề tài Tuần 6 Chuẩn bị và mua linh kiện Tuần 7 Tiến hành thi công phần cứng Tuần 8 Thi công phần cứng Tuần 9 Thi công phần cứng Tuần 10 Viết chương trình Tuần 11 Viết chương trình Tuần 12 Nạp code và chạy đề mode Tuần 13 Hoàng thành 100% sản phẩm Tuần 14 Viết báo cáo đề tài Tuần 15 Hoàng thành file báo cáo GV HƯỚNG DẪN (Ký và ghi rõ họ và tên LỜI CAM ĐOAN Đề tài này là do 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 Phan Thanh Toàn Võ Hoàng Khánh LỜI CẢM ƠN Lời đầu tiên nhóm sinh viên thực hiện đề tài xin gửi lời cám ơn chân thành tới các thầy cô giáo trong trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật Thành Phố Hồ Chí Minh nói chung và các thầy cô giáo trong khoa Điện – Điện tử nói riêng đã tận tình giảng dạy, truyền đạt cho tôi những kiến thức, kinh nghiệm quý báu trong suốt thời gian qua. Đặc biệt chúng tôi xin gửi lời cảm ơn sâu sắc đến thầy Nguyễn Duy Thảo đã định hướng, hướng dẫn tận tình và tạo điều kiện tốt nhất cho chúng tôi trong suốt quá trình chúng tôi thực hiện đề tài. Sau cùng chúng tôi xin gửi lời cảm ơn tới các anh, chị, các bạn đã giúp đỡ, chia sẻ kinh nghiệm, đóng góp ý kiến cho chúng tôi để hoàn thành tốt đề tài. Trong quá trình thực hiện đề tài này sẽ không tránh khỏi thiếu xót. Rất mong nhận được sự góp ý của quý thầy cô và các bạn để đề tài được hoàn thiện hơn. Nhóm thực hiện đề tài xin chân thành cảm ơn! Nhóm thực hiện đề tài Phan Thanh Toàn Võ Hoàng Khánh MỤC LỤC Trang bìa ............................................................................................................................ I Nhiệm vụ đồ án ................................................................................................................. II Lịch trình ........................................................................................................................ III Cam đoan ........................................................................................................................ IV Lời cảm ơn ....................................................................................................................... V Mục lục ............................................................................................................................ VI Liệt kê hình vẽ ................................................................................................................ VII Liệt kê bảng vẽ . VIII Tóm tắt ........................................................................................................................... IX CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN ............................................................................... 4 1.1.Đặt vấn đề ............................................................................................................. 4 1.2.Mục tiêu ................................................................................................................ 4 1.3.Nội dung nghiên cứu ............................................................................................. 4 1.4.Giới hạn ................................................................................................................. 4 1.5.Bố cục .................................................................................................................... 4 CHƯƠNG 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT ................................................................... 4 2.1.Tổng quan về xe robot điều khiển bằng giọng nói5 2.1.2. Ưu điểm của xe robot điều khiển bằng giọng nói. ............................................ 5 2.2. Giới thiệu phần cứng ........................................................................................... 6 2.2.1. Giới thiệu Raspberry Pi 3 ................................................................................. 6 2.2.2. Hệ điều hành và phần mềm. ............................................................................ 15 2.2.3. Mạch công suất cầu H (L298N)..14 2.2.4 Cảm biến siêu âm. ............................................................................................ 17 2.2.5. Board Arduino ................................................................................................. 20 2.2.6. USB Sound Card ............................................................................................. 21 2.2.7. Micro không dây Daile V10 ............................................................................ 24 2.2.8. Động cơ DC .................................................................................................... 26 2.2.9. Led Matrix 8x8 MAX7219 ............................................................................. 26 CHƯƠNG 3. TÍNH TOÁN VÀ THIẾT KẾ ................................................... 27 3.1. Giới thiệu ............................................................................................................ 28 3.2. Tính toán và thiết kế hệ thống ............................................................................ 28 3.2.1. Thiết kế sơ đồ khối hệ thống ........................................................................... 32 3.2.2. Sơ đồ nguyên lý của toàn mạch ....................................................................... 32 CHƯƠNG 4. THI CÔNG HỆ THỐNG .......................................................... 44 4.1. Giới thiệu ............................................................................................................ 44 4.2.Thi công hệ thống ................................................................................................ 44 4.2.1.Chuẩn bị phần cứng ......................................................................................... 44 4.2.2. Lắp ráp và kiểm tra ......................................................................................... 45 4.3. Lập trình hệ thống .............................................................................................. 54 4.3.1. Lưu đồ của 1 hệ thống điều khiển xe robot bằng giọng nói. ........................... 54 4.3.2. Phần mềm lập trình visual studio 2017 ........................................................... 55 CHƯƠNG 5. KẾT QUẢ_NHẬN XÉT_VÀ ĐÁNH GIÁ ............................... 60 5.1. Cảm biến ............................................................................................................ 61 5.2.Bộ điều khiển động cơ ........................................................................................ 62 5.3.Bộ vi điều khiển ................................................................................................. 63 5.4.Kết đạt được63 CHƯƠNG 6. KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN67 6.1 Kết luận ..67 6.2 Những hạn chế của đề tài67 6.3 Hướng phát triển.67 TÀI LIỆU THAM KHẢO PHU LỤC....................................................................................................... LIỆT KÊ HÌNH VẼ Hình Trang Hình 2.1. Hình ảnh xe robot điều khiển bằng giọng nói. ........................................... 5 Hình 2.2. Bo mạch Raspberry Pi 3 ................................................................................. .6 Hình 2.3. Sơ đồ cấu tạo Raspberry Pi ............................................................................ .7 Hinh 2.4. Sơ đồ chân GPIO Raspberry pi.......................8 Hình 2.7. Hệ điều hành SNAPPY .........11 Hình 2.10. Module mạch cầu H L298N14 Hình 2.11. Sơ đồ nguyên lý L298N. ............................................................................. 15 Hình 2.16. Phản xạ sóng siêu âm theo góc ................................................................... 20 Hình 2.17. Vùng phát hiện của SRF04 ......................................................................... 20 Hình 2.18. Board Arduino Mega 2560 ........................................................................ 20 Hình 2.19. Hình ảnh vi điều khiển board Arduino Mega 2560 .................................... 21 Hình 2.20.Hình ảnh các chân ngõ vào/ra board Arduino Mega 2560...21 Hình 2.23. Động cơ DC GA25..................................................................................26 Hình 2.24. Module Led Matrix 8x8 MAX7219........................................................27 Hình 3.1. Sơ đồ khối của hệ thống ................................................................................ 28 Hình 3.2. Sơ đồ nguyên lý mạch nguồn ........................................................................ 29 Hình 3.3. Sơ đồ nguyên lý mạch hạ áp ......................................................................... 30 Hình 3.4. Sơ đồ chân Raspberry pi 3 ............................................................................ 30 Hình 3.5. Sơ đồ nguyên lý Module điều khiển động cơ L298N ................................... 31 Hình 3.6. Sơ nguyên lý Module Cảm biến Siêu âm SRF04 ........................................ 31 Hình 3.7. Sơ đồ nguyên lý Toàn mạch .......................................................................... 32 Hình 3.8. Sơ đồ kết nối Raspberry pi 3 với module điều khiển động cơ L298N . ... 33 Hình 3.9. Sơ đồ kết nối module Cảm biến siêu âm với Raspberry pi 3. ....................... 33 Hình 4.1. động cơ và bánh xe........................................................................................ 45 Hình 4.2. khung xe robot ............................................................................................... 45 Hình 4.3. Pin dự phòng 5v ............................................................................................ 46 Hình 4.5. Pin cell 3.7v ................................................................................................... 47 Hình 4.6. Mạch giảm áp DC-DC .................................................................................. 47 Hình 4.7. Module led matrix ......................................................................................... 47 Hình 4.8. Hình ảnh mình họa kết nối sai giữa Raspberry pi với Srf04..48 Hình 4.9. Hình ảnh minh họa kết nối đúng giữa Raspberry pi với Srf04 ..................... 48 Hình 4.10. Mạch cầu phân áp........................................................................................ 49 Hình 4.11. Hình ảnh thực tế kết nối raspberry pi với module SRF04 .......................... 50 Hình 4.12. Hình ảnh thực tế kết nối raspberry pi với module L298N .......................... 50 Hình 4.13. Mô hình thực tế xe robot phía trước ........................................................... 51 Hình 4.14. Mô hình thực tế xe robot phía sau ............................................................... 52 Hình 4.16. Giao diện đăng nhập Windows 10 IoT Core trên web ............................... 55 Hình 4.18. Giao diện kết nối Windows 10 IoT Core qua PowerShell .......................... 56 Hình 4.20. Giao diện điều khiển Windows 10 IoT Core qua PowerShell .................... 57 LIỆT KÊ BẢNG Bảng Trang Bảng 4.2.Bảngso sánh một vài thuộc tính của hệ điều hành Windows....58 TÓM TẮT Trong những năm qua, khoa học máy tính và xử lý thông tin có những bước tiến vượt bậc và ngày càng có những đóng góp to lớn vào cuộc cách mạng khoa học kỹ thuật hiện đại. Đặc biệt sự ra đời và phát triển nhanh chóng của kỹ thuật số làm cho ngành điện tử trở nên phong phú và đa dạng hơn. Nó góp phần rất lớn trong việc đưa kỹ thuật hiện đại thâm nhập rộng rãi vào mọi lĩnh vực của hoạt động sản xuất, kinh tế và đời sống xã hội. Từ những hệ thống máy tính lớn đến những hệ thống máy tính cá nhân, từ những việc điều khiển các máy công nghiệp đến các thiết bị phục vụ đời sống hằng ngày của con người. Trong các hệ thống đó, việc trao đổi thông tin là vô cùng quan trọng. Công nghệ truyền tin trước đây bàn phím và thậm chí thông qua màn hình cảm ứng. Tất cả các thiết bị này đòi hỏi một số loại tiếp xúc vật lý để vận hành chúng.Với hang thập kỹ qua thì công nghệ xử lý thông tin ngày càng được nân cao. Một loại thông tin đầu vào ra đời đó là xử lý giọng nói. Đồ án này trình bày kết quả nghiên cứu điều khiển xe robot bằng giong nói sử dụng kít Rasberry pi 3 tương tác với 2 phần mềm đó là Microsoft windows 10 Iot core và Microsoft visual studio 2017. hiện nay. Nó mang lại rất nhiều lợi ý cho con người trong vấn đề di chuyển và điều khiển mọi vật không chỉ là xe CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH 1 CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN 1.1.ĐẶT VẤN ĐỀ. Nhận dạng giọng nói có nghĩa là dịch từ được nói sang văn bảng tương đương. Có thể chia làm 2 phần sau : xử lý tín hiệu và bộ giải mã giọng nói. Xe điều khiển bằng giọng nói là một đề tài đang được rất nhiều người quan tâm các loại xe hiện nay ta phải điều khiển thông qua một sự tiếp xúc vật lý để điều khiển được, còn đối với xe điều khiển bằng giọng nói ta không cần thông qua bất cứ vật trung gian nào mà chúng ta điều khiển trực tiếp bằng giọng nói của mình . Vô cùng tiện lợi. Với hàng thập kỷ qua công nghê mới có một sự đột biến mới so với công nghệ cũ.Các thiết bị không dây bắt đâu ra đời làm cho mọi thứ trở nên đơn giản hơn . Và với sự nâng cao phần mềm và phần cứng thì một loại đầu vào mới được ra đời : tín hiệu bằng giọng nói. Điều khiển bằng giọng nói (nói chung), xe điều khiển bằng giọng nói (nói riêng) sẽ là một xu hướng phát triển trong tương lại. Và sẽ là một nghành công nghiệp rất mạnh. Điều khiển bằng giọng nói hiện nay đang được ứng dụng rộng rãi như xe oto, nhà điều khiển bằng giọng nói và điểu khiến chiếc điện thoại của chúng ta. Hiện nay ở Việt Nam thì cộng nghệ điều khiển bằng giọng nói chưa phát triển nhiều như ở nước ngoài. Nhưng đặc biệt điều khiển xe bằng giọng nói chúng ta đã chế tạo ra được xe lăn điều khiển bằng giọng nói dành cho những người bị khuyết cả tay lẫn chân.Ý tưởng này được cả 2 bạn Khánh và Đạt cùng nghiên cứu và thực hiện và giành được giải nhất cuộc thi khoa học kỹ thuật cấp quốc gia. Hiện tại sản phẩm được nâng cấp và cải tiến hơn nữa để giúp đỡ những người khuyết tật việt Nam. Còn một vài nghiên cứu khác nữa như “ Ngôi nhà thông minh điều khiển bằng giọng nói “ được nghiên cứu và phát triển bởi công ty lumy việt nam và “ Điều khiển thiết bị bằng giọng nói”. Trên thế giới hiện nay điều khiển bằng giọng nói đang là một xu thế và sẽ thay thế các loại điều khiển khác trong tương lai. Hiên tại có rất là nhiều nước đang nghiên CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH 2 cứu và phát triển cộng nghệ này. Đầu năm 2018 CES đã cho ra đời chiếc bồn cầu đa năng và được điều khiển bằng giọng nói, chiếc TV LG được điều khiển bằng giọng nói, iphone và Samsung cũng đã phát triển công nghệ điều khiển bằng giọng nói lên điện thoại của 2 hãng điện thoại lớn nhất thế giới này. 1.2.MỤC TIÊU  Đề tài có những mục tiêu chính như sau :  Điều khiển xe robot chạy tiến ,lùi ,trái và phải  Sử dụng cảm biến siêu âm ở trước để tránh vật cản  Sử dụng ardiuno làm mắt led ma trận cho xe  Viết chương trình điều khiển cho kit raspberry pi 3  Thi công mô hình xe robot  Sản phẩm cuối cùng và chạy thực tế 1.3.NỘI DUNG NGHIÊN CỨU  Đề tài điều khiển xe robot bằng giọng nói với raspberrypi 3 có các nội dung chính như sau:  NỘI DUNG 1: Thu thập dữ liệu quy trình thiết kế một hệ thống điều khiển xe bằng giọng nói.  NỘI DUNG 2: Các giải pháp thiết kế hệ thống, mô hình điều khiển xe bằng giọng nói  NỘI DUNG 3: Lựa chọn các thiết bị trong việc thiết kế mô hình điều khiển xe bằng giọng nói  NỘI DUNG 4: Viết chương trình và thiết kế hệ thống điều khiển.  NỘI DUNG 5: Thiết kế mô hình.  NỘI DUNG 6: Đánh giá kết quả thực hiện 1.4.GIỚI HẠN  Đề tài hệ thống điều khiển xe bằng giọng nói có các giới hạn bao gồm:  Vấn đề phát âm khác biệt. cần một giọng nói chuẩn để điều khển xe. CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH 3  Hiện tại nhóm chỉ có thể điều khiển xe bằng ngôn ngữ tiếng anh  Chẫm trễ trong khâu xử lý giọng nói nên điều khiễn sẽ tiếp nhận trễ một ít  Vì điều kiện kinh tế không cho phép nên micro nhận dạng trong một khoảng 1m- 3m. 1.5.BỐ CỤC  Nội dung đề tài gồm các phần sau: Chương 1: Tổng quan