Đồ Án HCMUTE: Điều Khiển Robot Bằng Giọng Nói Sử Dụng Smartphone

Khám phá đồ án HCMUTE về điều khiển robot bằng giọng nói qua smartphone, ứng dụng công nghệ hiện đại trong tự động hóa và trí tuệ nhân tạo.

• Tác giả: Trương Nguyễn Quang Huy
• Người hướng dẫn: TS. Nguyễn Thanh Hải
• Trường học: Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật TP.HCM
• Chuyên ngành: CNKT Điện Tử Truyền Thông
• Đề tài: Điều Khiển Robot Bằng Giọng Nói Qua Smartphone
• Loại tài liệu: đồ án tốt nghiệp
• Năm xuất bản: 2014
• Địa điểm: Tp. Hồ Chí Minh

Mục lục chi tiết

• 1. CHƯƠNG 1: DẪN NHẬP
• 1.1. Lý do chọn đề tài
• 1.2. Nội dung nghiên cứu
• 1.3. Bố cục đề tài
• 2. CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT
• 2.1. Giới thiệu bo mạch Arduino
• 2.2. Giới thiệu về bo mạch Arduino UNO R3
• 2.3. Phần mềm lập trình
• 2.4. Giới thiệu về mạch giao tiếp Bluetooth HC 05
• 2.4.1. Mô tả về mạch
• 2.4.2. Giao tiếp của Bluetooth HC05
• 2.4.3. Chuẩn truyền dữ liệu
• 2.4.4. Ưu điểm
• 2.4.5. Nhược điểm
• 2.5. Giới thiệu về Android Studio
• 2.5.1. Sơ lượt về sử dụng Android Studio
• 3. CHƯƠNG 3: THIẾT KẾ HỆ THỐNG
• 3.1. Giới thiệu hệ thống
• 3.2. Sơ đồ khối toàn hệ thống
• 3.3. Thiết kế ứng dụng dùng Android Studio
• 3.4. Lưu đồ cho ứng dụng nhận diện giọng nói
• 3.5. Thiết kế Robot
• 3.5.1. Giới thiệu mạch điều khiển động cơ L298
• 3.5.2. Giới thiệu động cơ DC giảm tốc
• 3.5.3. Cấu tạo phần khung xe Robot
• 3.6. Tính toán khoảng cách sử dụng cảm biến siêu âm SRF 05
• 3.7. Lưu đồ cho chương trình trên Arduino
• 4. CHƯƠNG 4: KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU
• 4.1. Ứng dụng nhận diện giọng nói trên SmartPhone
• 4.2. Thiết kế xe robot
• 4.3. Hoạt động của toàn hệ thống
• 5. CHƯƠNG 5: KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN
• 5.1. Hướng phát triển

Tóm tắt

I. Giới thiệu về điều khiển robot bằng giọng nói

Trong bối cảnh công nghệ ngày càng phát triển, việc điều khiển robot bằng giọng nói thông qua smartphone đã trở thành một xu hướng mới. Công nghệ này không chỉ giúp người dùng tương tác dễ dàng với robot mà còn mở ra nhiều ứng dụng thực tiễn trong đời sống hàng ngày. Việc sử dụng ứng dụng điều khiển robot trên smartphone cho phép người dùng thực hiện các lệnh từ xa, mang lại sự tiện lợi và hiệu quả trong việc điều khiển các thiết bị tự động. Theo nghiên cứu, công nghệ nhận diện giọng nói đang ngày càng hoàn thiện, với nhiều ứng dụng như Google Voice Input hay Apple Siri, giúp người dùng dễ dàng thao tác mà không cần sử dụng tay.

1.1. Lý do chọn đề tài

Việc điều khiển robot bằng giọng nói có ý nghĩa quan trọng, đặc biệt đối với những người gặp khó khăn trong việc di chuyển. Hệ thống này giúp họ thực hiện các công việc như mở đèn, di chuyển đồ vật mà không cần phải di chuyển đến gần. Sự kết hợp giữa nhận diện giọng nói và vi điều khiển tạo ra một giải pháp hiệu quả, tiết kiệm công sức và thời gian cho người sử dụng.

II. Cơ sở lý thuyết

Chương này trình bày các khái niệm cơ bản về robot thông minh, giao diện người dùng và các công nghệ liên quan đến điều khiển từ xa. Hệ thống điều khiển sử dụng Bluetooth để kết nối giữa smartphone và robot, cho phép truyền tải dữ liệu một cách nhanh chóng và hiệu quả. Việc sử dụng cảm biến giọng nói giúp robot nhận diện các lệnh từ người dùng, từ đó thực hiện các hành động tương ứng. Các công nghệ như trí tuệ nhân tạo và mạng nơron cũng được áp dụng để cải thiện khả năng nhận diện và phản hồi của robot.

2.1. Giới thiệu về bo mạch Arduino

Bo mạch Arduino là một trong những nền tảng phổ biến nhất cho việc phát triển các ứng dụng robot tự động. Với khả năng lập trình linh hoạt và dễ dàng, Arduino cho phép người dùng thiết kế và điều khiển robot một cách hiệu quả. Việc sử dụng bo mạch này kết hợp với các cảm biến và động cơ giúp tạo ra một hệ thống điều khiển hoàn chỉnh, có khả năng thực hiện các lệnh từ smartphone thông qua ứng dụng điều khiển robot.

III. Thiết kế hệ thống

Thiết kế hệ thống bao gồm việc xây dựng giao diện người dùng trên smartphone và cấu hình các thành phần phần cứng của robot. Ứng dụng nhận diện giọng nói được phát triển trên nền tảng Android, cho phép người dùng dễ dàng tương tác với robot. Hệ thống sử dụng Bluetooth để kết nối smartphone với robot, giúp truyền tải lệnh một cách nhanh chóng. Các thành phần như động cơ, cảm biến và bo mạch điều khiển được lắp ráp một cách hợp lý để đảm bảo robot hoạt động hiệu quả.

3.1. Thiết kế ứng dụng trên Android

Ứng dụng được phát triển bằng Android Studio, cho phép người dùng dễ dàng nhập lệnh bằng giọng nói. Giao diện đơn giản, dễ sử dụng giúp người dùng không gặp khó khăn trong việc điều khiển robot. Ứng dụng sử dụng Google Voice Input để nhận diện giọng nói và chuyển đổi thành lệnh điều khiển. Sau khi nhận diện, lệnh sẽ được gửi qua Bluetooth đến robot, từ đó robot sẽ thực hiện các hành động tương ứng như di chuyển, dừng lại hoặc quay trái, phải.

IV. Kết quả nghiên cứu

Kết quả nghiên cứu cho thấy hệ thống điều khiển robot bằng giọng nói hoạt động hiệu quả và ổn định. Robot có khả năng nhận diện và thực hiện các lệnh cơ bản như chạy, dừng, quay trái và quay phải. Việc sử dụng cảm biến giọng nói giúp tăng cường độ chính xác trong việc nhận diện lệnh. Hệ thống cũng cho thấy khả năng hoạt động tốt trong môi trường thực tế, mở ra nhiều cơ hội ứng dụng trong các lĩnh vực như y tế, giáo dục và giải trí.

4.1. Hướng phát triển

Hệ thống có thể được mở rộng để hỗ trợ nhiều lệnh hơn và cải thiện khả năng nhận diện giọng nói. Việc tích hợp thêm các công nghệ như trí tuệ nhân tạo có thể giúp robot tự động học hỏi và cải thiện khả năng phản hồi theo thời gian. Ngoài ra, việc phát triển các ứng dụng trên nền tảng khác như iOS cũng là một hướng đi tiềm năng, giúp mở rộng đối tượng người dùng.

Trích đoạn nội dung tài liệu

Chương 1: Dẫn nhập, trình bày về lý do chọn đề tài, nội dung nghiên cứu, bố cục đồ án và giới hạn của đồ án. - Chương 2: Cơ sở lý thuyết. Đây là chương này trình bày khái quát về các board mạch sử dụng như: Bộ xử lý của Robot, phần truyền tín hiệu của 2 do an ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Robot, động cơ sử dụng,. các phần mềm viết ứng dụng, phần mềm lập trình.

- Chương 3: Thiết kế và tính toán. Chương này trình bày về thiết kế ứng dụng điều khiển giọng nói gồm có sơ đồ khối hệ thống, các lưu đồ cho ứng dụng, lưu đồ cho robot, giới thiệu các bộ thư viện dùng để viết ứng dụng, trình bày về các phần cứng và phần thiết kế robot. - Chương 4: Kết quả nghiên cứu. Trình bày sản phẩn đã hoàn thiện và các kết quả đạt được khi hoàn thành của đồ án, nêu ra hướng phát triển của đồ án.

- Chương 5: Kết luận và hướng phát triển. Trình bày những gì đã làm được và chưa làm được so với mục tiêu và nêu hướng phát triển cho đồ án. 3 do an ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP CHƯƠNG 2 CƠ SỞ LÝ THUYẾT 2. Giới thiệu bo mạch Arduino 2.

Giới thiệu về bo mạch Arduino UNO R3 Nhắc tới dòng mạch Arduino dùng để lập trình, điều đầu tiên mà người ta thường nhắc tới đó chính là dòng Arduino UNO. Hiện dòng mạch này đã phát triển tới thế hệ thứ 3 (R3) đó là Arduino Uno R3.1 Các thông số của Board Arduino UNO R3 Vi điều khiển ATmega328 họ 8bit Điện áp hoạt động 5V DC (chỉ được cấp qua cổng USB) Tần số hoạt động 16 MHz Dòng tiêu thụ khoảng 30mA Điện áp vào khuyên dùng 7-12V DC Điện áp vào giới hạn 6-20V DC Số chân Digital I/O 14 (6 chân hardware PWM) Số chân Analog 6 (độ phân giải 10bit) Dòng tối đa trên mỗi chân I/O 30 mA Dòng ra tối đa (5V) 500 mA Dòng ra tối đa (3.3V) 50 mA 32 KB (ATmega328) với 0.5KB dùng bởi Bộ nhớ flash bootloader SRAM 2 KB (ATmega328) EEPROM 1 KB (ATmega328) 4 do an ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Hình 2.1 Bo mạch Arduino UNO R3  Sơ lượt về các chân của bo Arduino UNO  GND (Ground): cực âm của nguồn điện cấp cho Arduino UNO. Khi ta dùng các thiết bị sử dụng những nguồn điện riêng biệt thì những chân này phải được nối với nhau. Dòng tối đa cho phép ở chân này là 500mA.

Dòng tối đa cho phép ở chân này là 50mA.  Vin (Voltage Input): để cấp nguồn ngoài cho Arduino UNO, ta phải nối cực dương của nguồn với chân này và cực âm của nguồn với chân GND.  IOREF: điện áp hoạt động của vi điều khiển trên Arduino UNO có thể được đo ở chân này. Và điện áp luôn là 5V.Ta không được lấy nguồn 5V từ chân này để sử dụng bởi chức năng của chân này không phải là cấp nguồn.

 RESET: việc nhấn nút Reset trên board để reset vi điều khiển tương đương với việc chân RESET được nối với GND qua 1 điện trở 10KΩ.  Chân Serial: 0 (RX) và 1 (TX): dùng để gửi (transmit – TX) và nhận (receive – RX) dữ liệu TTL Serial. Arduino Uno có thể giao tiếp với thiết bị khác thông qua 2 chân này.  Chân PWM (~): 3, 5, 6, 9, 10, và 11: cho phép ta xuất ra xung PWM với độ phân giải 8bit (giá trị từ 0 → 255 tương ứng với 0V → 5V) bằng hàm analogWrite(), ta có thể điều chỉnh được điện áp ra ở chân này từ mức 0V đến 5V.

5 do an ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP  Chân giao tiếp SPI: 10 (SS), 11 (MOSI), 12 (MISO), 13 (SCK). Ngoài các chức năng thông thường, 4 chân này còn dùng để truyền phát dữ liệu bằng giao thức SPI với các thiết bị khác.  LED 13: trên Arduino UNO có 1 đèn led màu cam (kí hiệu chữ L). Khi bấm nút Reset, bạn sẽ thấy đèn này nhấp nháy để báo hiệu.

Nó được nối với chân số 13. Khi chân này được người dùng sử dụng, LED sẽ sáng. Phần mềm lập trình Đi cùng với Board Arduino là một phần mềm hỗ trợ phát triển tích hợp : IDE (Integrated Development Environment) cho phép người dùng viết các chương trình cho Arduino bằng ngôn ngữ C hoặc C++. Giao diện chính của phần mềm 6 do an ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP 2.

Giới thiệu về mạch giao tiếp Bluetooth HC 05 2. Mô tả về mạch Hình 2.3 Mạch giao tiếp Bluetooth HC05 Bảng 2.2 Mô tả về mạch giao tiếp Bluetooth HC05 Điện áp hoạt động 3.3V khi Pairing 30 mA Dòng điện khi hoạt động sau khi pairing hoạt động truyền nhận bình thường 8 mA 1200, 2400, 4800, 9600, 19200, 38400, Baudrate UART 57600, 115200( mặc định là 9600) Dải tần sóng hoạt động 2.4GHz Kích thước 26.2 mm Pairing code 1234 Tự động kết nối. Module có hai chế độ làm việc ( có thể lựa chọn chế độ bằng cách thay đổi trạng Đáp ứng theo lệnh: Khi làm việc ở chế thái chân 34 KEY) độ này, ta có thể gửi các lệnh AT để giao tiếp với module. 7 do an ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP 2.

Giao tiếp của Bluetooth HC05 Ta giao tiếp với HC05 bằng tập lệnh AT sử dụng phần mềm Hercules Setup Untility trên PC. Cài đặt phần mềm, sau đó mở ứng dụng chọn Serial, giao diện giao tiếp với cổng nối tiếp sẽ hiện ra. Ta kết nối module Bluetooth với PC bằng USB TO COM PL2303 như sau + RX -> TX của module HC05 + TX -> RX của module HC05 + VCC -> Chân cấp nguồn 5V + GND -> Chân nối đất Cắm vào máy tính, nối KEY lên 3.3V (ở ngay trên HC05 có chân 3.4 Giao diện của phần mềm Hercules Setup Untility trên PC Chuyển sang tab serial rồi chọn cổng COM (vào manage máy tính để xem PL2303 ở cổng nào rồi chọn cổng thực hiện), Baud là 38400, datasize là 8 bit, parity None, Handshake OFF, mode Free. Rồi ấn OPEN.

MASTER: - Gõ AT rồi ấn SEND, hiện OK là được, nếu hiên ERROR, ấn tiếp lần nữa - Gõ AT+ORGL, ấn SEND 8 do an ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP - Gõ AT+RMAAD, ấn SEND - Gõ AT+NAME= MASTER (có thể đổi tên khác, ko nhất thiết MASTER) - Gõ AT+UART=57600,0,0 (có thể số khác không nhất thiết tốc độ baud là 57600), ấn SEND - Gõ AT+PSWD=abcd (abcd là số nhé), ấn SEND - Gõ AT+ROLE=1, ấn SEND - Gõ AT+CMODE=1, ấn SEND (Kết nối vs mọi module kể cả khác địa chỉ, miễn cùng PSWD) - Gõ AT+INIT, ấn SEND để master bắt đầu tìm kiếm - Gõ AT+INQ, ấn SEND SLAVE: - AT, ấn SEND - AT+NAME=SLAVE, ấn SEND, đặt tên - AT+UART=57600,0,0, ấn SEND - AT+PSWD=abcd, ấn SEND, phải giống vs MASTER nếu muốn kết nối 2 cái - AT+ROLE=0, ấn SEND. Chuẩn truyền dữ liệu Bluetooth là một công nghệ cho phép truyền thông giữa các thiết bị với nhau mà không cần dây dẫn, đây là một chuẩn điện tử. Công nghệ Bluetooth là một công nghệ dựa trên tần số vô tuyến và bất cứ một thiết bị nào có tích hợp bên trong công nghệ này đều có thể truyền thông với các thiết bị khác với một khoảng cách nhất định về cự ly để đảm bảo công suất cho việc phát và nhận sóng. Công nghệ này thường được sử dụng để truyền thông giữa hai loại thiết bị khác nhau.

9 do an ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP 2. Ưu điểm  Tiêu thụ năng lượng thấp.  Cho phép ứng dụng được nhiều loại thiết bị bao gồm các thiết bị cầm tay và điện thoại di động.  Giá thành ngày một giảm.

 Khoảng cách giao tiếp cho phép giữa hai thiết bị kết nối có thể lên đến 100m. Bluetooth sử dụng băng tần 2.4GHz, tốc độ truyền dữ liệu có thể đạt tới mức tới đa 1Mbps mà các thiết bị không cần phải trực tiếp thấy nhau.  Dễ dàng trong việc phát triển ứng dụng: Bluetooth kết nối một ứng dụng này với một ứng dụng khác thông qua chuẩn Bluetooth, do đó có thể độc lập về phần cứng cũng như hệ điều hành sử dụng.  Tính tương thích cao, được nhiều nhà sản xuất phần cứng cũng như phần mềm hỗ trợ.

Nhược điểm  Khoảng cách kết nối còn ngắn so với công nghệ mạng không dây khác.  Chỉ kết nối được hai thiết bị với nhau, không kết nối thành mạng. Giới thiệu về Android Studio Android Studio là một IDE (Intergrated Development Environment) được google xây dựng và cung cấp miễn phí cho các nhà phát triển ứng dụng Android. Android studio dựa vào IntelliJ IDEA, là một IDE tốt cho nhất Java hiện nay.

Do đó Android Studio là môi trường phát triển ứng dụng tốt nhất cho Android. Với bộ công cụ này của Google, việc phát triển ứng dụng Android sẽ trở nên dễ dàng hơn. Ta chỉ cần cài đặt Java SDK và Android Studio là có thể bắt đầu phát triển ứng dụng Android.  SDK (Software Development Kit) là Bộ Công Cụ Phát Triển Phần Mềm.

Nó bao gồm một hoặc nhiều API, programming tools, documentation và một số thứ cần thiết khác cho phép tạo ra các ứng dụng cho các gói phần mềm hoặc các nền tảng thông qua một ngôn ngữ lập trình nào đó (Java, C#, C++, 10 do an ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Objective-C, …). Thuật ngữ này được sử dụng bởi Microsoft, Sun Microsystems, và một số công ty khác.Một số SDK thường dùng: o Android SDK: bộ công cụ phát triển ứng dụng trên nền tảng android o Windows SDK: bộ công cụ phát triển ứng dụng chạy trên nền tảng Windows o Java SDK: hay nói cách khác là JDK, JDK là một tập con mở rộng của SDK, hay nói cách khác JDK là SDK for Java hoặc Java SDK  API (Application Programming Interface) là giao diện lập trình ứng dụng. Mục đích chính của một API là truy xuất đến tập các hàm hay dùng hay nói cách khác API chứa những hàm dựng sẵn để sử dụng khi lập trình. API thường là một phần của bộ SDK.

Một số API thường dùng: o API java: javax.net: gói System, các hàm trong ADO. o API android: các hàm input/output, SQLITE,. Sơ lượt về sử dụng Android Studio Tạo project mới Hình 2.5 Đặt tên cho Project trong Android studio 11 do an ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP  Application Name: Tên ứng dụng muốn đặt  Company Domain: Tên domain công ty, thường được dùng để kết hợp với tên Application để tạo thành Package (chú ý viết thường hết và có ít nhất 1 dấu chấm).  Package name: Nó sẽ tự động nối ngược Company Domain với Application name.

 Project location: Là nơi lưu trữ ứng dụng. Sau đó nhấp Next để tiếp tục.6 Chọn phiên bản Android mà ứng dụng sẽ chạy Ở hộp thoại trên cho phép ta lựa chọn là ứng dụng sẽ được viết cho những thiết bị nào (Phone and Tablet, TV, Wear) Ở mục Minium SDK, quy định phiên bản android tối thiếu để chạy ứng dụng.