Đồ án tốt nghiệp: Máy rót nước tự động cho người khiếm thị - SV. Nguyễn Duy Luật

Khám phá đồ án máy rót nước thông minh cho người khiếm thị. Tích hợp cảm biến, âm thanh và chữ nổi giúp lựa chọn loại nước và dung tích chính xác.

• Tác giả: Nguyễn Duy Luật
• Người hướng dẫn: ThS. Bùi Hữu Hiên
• Trường học: Trường Đại Học Công Nghệ Tp. Hồ Chí Minh
• Chuyên ngành: Kỹ Thuật Điện Tử - Viễn Thông
• Đề tài: Máy Rót Nước Thông Minh Cho Người Khiếm Thị
• Loại tài liệu: Đồ Án Tốt Nghiệp
• Năm xuất bản: 2022
• Địa điểm: Tp. Hồ Chí Minh

Tóm tắt

I. Giới thiệu về Máy Rót Nước Thông Minh cho Người Khiếm Thị

Máy rót nước thông minh cho người khiếm thị là một giải pháp công nghệ tiên tiến được phát triển nhằm hỗ trợ cuộc sống hàng ngày của những người có khiếm khuyết thị. Đây là một thiết bị điện tử không thể thiếu trong các gia đình và trung tâm hỗ trợ người khuyết tật. Sản phẩm này kết hợp các cảm biến hiện đại, vi điều khiển Arduino Mega và hệ thống âm thanh thông minh để giúp người dùng phân biệt loại nước, kiểm soát dung tích nước một cách an toàn và hiệu quả. Máy rót nước thông minh không chỉ là một thiết bị tiện ích mà còn là một giải pháp nhân đạo, tạo điều kiện cho những người khiếm thị sống độc lập và tự tin trong các hoạt động hàng ngày.

1.1. Khái Niệm và Mục Đích Phát Triển

Máy rót nước cho người khiếm thị được thiết kế với mục đích chính là giúp những người mất thị lực có thể sử dụng nước một cách an toàn và độc lập. Thay vì phải phụ thuộc vào người khác, người khiếm thị có thể tự mình điều khiển quá trình rót nước, từ việc chọn loại nước, dung tích mong muốn đến việc nhận biết mực nước trong bình. Công nghệ này giảm thiểu các nguy hiểm tiềm ẩn như đổ nước bỏng hoặc làm đổ nước vô tình.

1.2. Tầm Quan Trọng trong Cải Thiện Chất Lượng Cuộc Sống

Sự phát triển của máy rót nước thông minh đánh dấu một bước tiến lớn trong công nghệ hỗ trợ người khuyết tật. Nó không chỉ tạo thuận tiện mà còn nâng cao tự tin và độc lập của người khiếm thị. Các tính năng như thông báo âm thanh đa ngôn ngữ, bảng điều khiển nổi braille giúp người dùng dễ dàng tương tác và kiểm soát thiết bị.

II. Cấu Trúc và Thành Phần Kỹ Thuật

Máy rót nước thông minh được cấu thành từ nhiều thành phần kỹ thuật tiên tiến, tất cả được tích hợp một cách hợp lý để tạo ra một hệ thống hoàn chỉnh. Vi điều khiển Arduino Mega là trái tim của hệ thống, điều khiển tất cả các chức năng chính. Cảm biến hồng ngoại phát hiện sự hiện diện của ly nước, trong khi cảm biến siêu âm HC-SR04 đo lường mực nước trong bình một cách chính xác. Module thẻ SD được sử dụng để lưu trữ và phát ra các thông báo âm thanh hướng dẫn người dùng. Bàn phím braille cho phép người khiếm thị lựa chọn các tùy chọn khác nhau. Tất cả các thành phần này hoạt động cùng nhau để tạo nên một giải pháp máy rót nước hoàn hảo.

2.1. Vi Điều Khiển Arduino Mega và Các Cảm Biến

Arduino Mega đóng vai trò trung tâm trong hệ thống máy rót nước cho người khiếm thị. Các cảm biến hồng ngoại phát hiện ly nước, cảm biến siêu âm đo mực nước, tạo phản hồi kỹ thuật chính xác. Hệ thống này cho phép phát hiện loại nước và dung tích một cách tự động, cung cấp thông tin thời gian thực cho người dùng.

2.2. Hệ Thống Âm Thanh và Bàn Phím Braille

Module thẻ SD lưu trữ các thông báo âm thanh hướng dẫn bằng Tiếng Việt và Tiếng Anh. Bàn phím nổi braille giúp người khiếm thị dễ dàng nhận diện và chọn lựa các chức năng. Hệ thống này được thiết kế để tương tác trực quan, phù hợp với nhu cầu của người dùng khiếm thị.

III. Chức Năng Chính và Ưu Điểm

Máy rót nước thông minh cho người khiếm thị sở hữu nhiều chức năng ưu việt được thiết kế để đáp ứng nhu cầu riêng biệt của những người mất thị lực. Thiết bị này có khả năng phân biệt loại nước, kiểm soát dung tích nước một cách chính xác, và cảnh báo mực nước. Bảng điều khiển với chữ nổi braille cho phép người dùng lựa chọn bình nước, loại nước và dung tích mong muốn. Hệ thống thông báo âm thanh cung cấp hướng dẫn chi tiết từng bước, từ việc đặt ly đến khi quá trình rót nước hoàn tất. Giải pháp này giúp giảm thiểu các nguy hiểm tiềm ẩn, tăng cường độc lập và tự tin của người khiếm thị trong các hoạt động sinh hoạt hàng ngày.

3.1. Phát Hiện Loại Nước và Kiểm Soát Dung Tích

Máy rót nước có thể phân biệt loại nước thông qua các chương trình được lập trình sẵn. Cảm biến siêu âm cho phép kiểm soát dung tích nước một cách chính xác, đảm bảo rót đúng lượng nước mong muốn. Tính năng này giúp người khiếm thị sử dụng nước một cách an toàn và hiệu quả.

3.2. Thông Báo Thông Minh và An Toàn Sử Dụng

Hệ thống thông báo âm thanh thông minh cảnh báo khi nước sắp hết, khi ly đã đầy, và khi mực nước vượt quá an toàn. Giải pháp này giúp phòng ngừa các tai nạn như đổ nước bỏng hoặc nước chảy tràn. Người dùng hoàn toàn kiểm soát được quá trình từ đầu đến cuối.

IV. Ứng Dụng Thực Tiễn và Tương Lai Phát Triển

Máy rót nước thông minh cho người khiếm thị có thể được lắp đặt trong các gia đình, trung tâm hỗ trợ người khuyết tật, viện dưỡng lão và các cơ sở y tế. Sản phẩm này giúp những người khiếm thị sống độc lập hơn, giảm bớt gánh nặng cho gia đình và những người chăm sóc. Trong tương lai, công nghệ này có thể được cải tiến thêm, như tích hợp kết nối WiFi để giám sát từ xa, nâng cao độ chính xác của các cảm biến, hoặc mở rộng ứng dụng cho các thiết bị khác trong nhà bếp. Giải pháp này phản ánh cam kết của xã hội trong việc tạo môi trường thân thiện với những người khuyết tật.

4.1. Ứng Dụng trong Các Cơ Sở Chăm Sóc

Máy rót nước thông minh rất thích hợp cho các gia đình, trung tâm hỗ trợ người khuyết tật, viện dưỡng lão và bệnh viện. Thiết bị này giúp giảm thiểu sự phụ thuộc vào người chăm sóc, nâng cao chất lượng cuộc sống cho người khiếm thị. Giải pháp này đã được chứng minh hiệu quả trong các thử nghiệm thực tế.

4.2. Hướng Phát Triển Công Nghệ Trong Tương Lai

Tương lai của máy rót nước cho người khiếm thị rất sáng sủa với các cải tiến dự kiến như tích hợp công nghệ IoT, hệ thống học máy để tối ưu hóa chức năng, và giao diện người dùng thân thiện hơn. Công nghệ này có tiềm năng mở rộng sang các thiết bị nhà bếp khác, tạo nên một hệ thống sinh hoạt toàn diện cho người khiếm thị.

Trích đoạn nội dung tài liệu

LỜI MỞ ĐẦU Lời đầu tiên em xin chân thành cám ơn tất cả các thầy cô giáo đã tận tình hƣớng dẫn và chỉ bảo hết sức nhiệt tình trong thời gian em làm Đồ Án Tốt Nghiệp vừa qua, đặc biệt là Viện Kỹ Thuật Hutech đã tạo mọi điều kiện thuận lợi để em hoàn thành đồ án này. Em cũng vô cùng biết ơn thầy Th.s Bùi Hữu Hiên ngƣời đã trực tiếp hƣớng dẫn và chỉ bảo hết sức tận tình để cho em có thể hoàn thành Đồ Án Máy rót nƣớc cho ngƣời khiếm thị, với kiến thức và thời gian hạn chế nên sẽ không tránh khỏi nhiều sai sót. Với ƣớc mong đƣợc học hỏi, có nhiều kinh nghiệm em rất mong nhận đƣợc sự góp ý và chỉ bảo của các thầy cô giáo, hƣớng dẫn để rút kinh nghiệm lần sau làm tốt hơn. Em xin chân thành cám ơn ! Ngƣời thực hiện: Nguyễn Duy Luật xiii CHƢƠNG 1 : GIỚI THIỆU 1.1 Tính cấp thiết của đề tài - Với sự phát triển của công nghệ xã hội ngày nay thì việc sáng tạo và phát triển ra những thiết bị thông minh rất đƣợc quan tâm, đặc biệt là trong xã hội ngày nay tạo ra những thiết bị giúp cho những ngƣời khuyết tật, đó cũng là một món quà giúp cho họ có động lực để sớm hồi phục, giúp họ trong sinh hoạt hằng ngày đƣợc dễ dàng hơn.

- Việc rót nƣớc hàng ngày rất đơn giản nhƣng đối với ngƣời khiếm thị và ngƣời già thì rất khó khăn, bởi vì không nhìn thấy đƣợc dẫn đến lúc rót nƣớc sẽ bị tràn ly. - Thực tế trên thế giới hiện nay có nhiều loại máy rót nƣớc nhƣng giá thành của nó quá cao không, không giúp gì đƣợc cho ngƣời già và ngƣời khiếm thị. Do đó em đã suy nghĩ và tìm cách nào để ngƣời khiếm thị và ngƣời già có thể rót nƣớc một cách dễ dàng mà không cần phiền đến những ngƣời xung quanh. - Máy không chỉ có thể rót nƣớc mà có thể dùng để rót đƣợc nhiều chất lỏng khác nhƣ tƣơng ớt, nƣớc tƣơng, nƣớc mắm…., chỉ cần là chất lỏng thì đều có thể dùng đƣợc.

- Để có thể giải quyết những vấn đề trên, tôi đã lên ý tƣởng về hệ thống rót nƣớc cho ngƣời khiếm thị giúp họ giải quyết các vấn đề cần thiết trong sinh hoạt hằng ngày cũng nhƣ giúp họ có thêm động lực để phát triển bản thân, thực hiện ƣớc mơ của họ.2 Tình hình nghiên cứu - Thực tế, trên thế giới hiện nay có nhiều loại máy rót nƣớc nhƣng giá thành cao và không giúp đỡ đƣợc cho ngƣời già, ngƣời khiếm thị, chƣa có nhiều nhiều nghiên cứu phát triển hệ thống máy rót nƣớc cho ngƣời khiếm thị. Vì 1 lý do này, nên em đã nghiên cứu chế tạo máy rót nƣớc tự động cho ngƣời khiếm thị. - Mục đích của nghiên cứu này là tạo ra một thiết kế bộ phân phối tự động cung cấp sự tiện lợi và an toàn cho những ngƣời khiếm thị khi đƣa nƣớc nóng đến bộ phân phối. Nghiên cứu này sử dụng vi điều khiển Arduino Mega làm điều khiển chính, cảm biến gần để phát hiện sự hiện diện của thủy tinh và cảm biến siêu âm HC-SR04 nhƣ là yếu tố quyết định mực nƣớc cao và mô-đun thẻ SD để phát âm thanh.

Nghiên cứu này sử dụng phƣơng pháp nghiên cứu và phát triển. Máy rót nƣớc này có thể tự động nói với ngƣời mù và tắt vòi nƣớc khi đã rót đủ yêu cầu của họ để trƣớc trong bình không thể tràn ra ngoài. - Máy rót nƣớc tự động là một thiết bị cũng cấp nƣớc và cho phép ngƣời khiếm thị có thể lấy nhiều nƣớc theo yêu cầu mong muốn của họ, có thể kiểm soát đƣợc loại nƣớc, lƣợng nƣớc. - Máy rót nƣớc tự động cho ngƣời khiếm thị cũng đã đƣợc hoàn thiện nhằm mang đến nhiều lợi ích đến cho họ, thực hiện và đơn giản hóa các vấn đề cho ngƣời khiếm thị.3 Mục đích nghiên cứu - Trong thực tế hiện nay, những ngƣời khiếm thị họ sẽ gặp nhiều trở ngại trong việc thực hiện các tƣơng tác xã hội trong cuộc sống hằng ngày.

Đặc biệt với ngƣời khiếm thị họ không có khả năng quan sát, hạn chế trong việc thực hiện các hoạt động của họ. - Một ví dụ đơn giản là lấy nƣớc để uống trong máy rót nƣớc cho ngƣời khiếm thị. Nếu nƣớc đƣợc lấy từ máy rót nƣớc tự động là nƣớc lạnh thì rủi ro cũng không nguy hiểm, nhƣng nếu họ lấy nƣớc nóng thì tất nhiên nó sẽ rất rủi ro và nƣớc nóng có thể tràn và sẽ làm bỏng cơ thể của họ. Xuất phát từ nhu cầu đó , ý tƣởng về việc nghiên cứu, thiết kế và chế tạo ra máy rót nƣớc tự động cho ngƣời khiếm thị đã đƣợc nghiên cứu và triển khai.

Hiện tại, đề tài này 2 đang đƣợc thử nghiệm vào nhà ở cá nhân là chủ yếu, ngƣời dùng sẽ biết đƣợc mình rót nƣớc ở bình nào, loại nƣớc mình rót, mực nƣớc mình muốn rót, thông tin rất cụ thể. - Một số lợi ích thu đƣợc từ việc sử dụng máy rót nƣớc cho ngƣời khiếm thị : + Có thể giảm nguy cơ rót nƣớc nóng trong hệ thống. + Có thể đào tạo sự độc lập và giúp đỡ các hoạt động của những ngƣời khiếm thị trong việc lấy nƣớc của họ. + Có thể chọn mực nƣớc theo nhu cầu của họ - Giúp họ giải quyết các vấn đề trong sinh hoạt hằng ngày dễ dàng hơn.4 Nhiệm vụ nghiên cứu Đề tài của em có tên “Máy rót nƣớc cho ngƣời khiếm thị”.

Hệ thống đã đƣợc đi vào vận hành ổn định từ trƣớc đó, nhƣng vẫn còn một số khuyết điểm và nó không hoạt động theo đúng nhƣ kì vọng, vì vậy tôi đã đặt ra các nhiệm vụ cần làm để tối ƣu và hoàn thiện hệ thống nhƣ sau: - Tìm hiểu cảm biến siêu âm - Tìm hiểu cảm biến hồng ngoại - Tìm hiểu về arduino - Tìm hiểu về module ghi đọc thẻ nhớ SD - Thiết kế và thi công mạch - Viết chƣơng trình điều khiển 1.5 Phƣơng pháp nghiên cứu Tôi đã tham khảo các mô hình về máy rót nƣớc cho ngƣời khiếm thị để có thể hỗ trợ cho ngƣời khiếm thị có thể rót đƣợc những gì họ muốn, có thể chọn và kiểm soát đƣợc mực chất lỏng mà họ mong muốn, rồi sau đó tích góp lại và thực hiện trên mô hình thực tế để phát triển và tối ƣu hóa trên mô hình của tôi, nhằm khắc phục các vấn đề chƣa đƣợc giải quyết của các mô hình đã có sẵn hiện nay. Để phát triển và hình thành mô hình này tôi đã 3 lập trình và phát triển trên phần mềm Arduino IDE, thiết kế thi công mạch, thiết kế vỏ sản phẩm bằng formex đơn giản.6 Các kết quả đạt đƣợc của đề tài Mô hình đã hoạt động tốt, tiện lợi, mô hình này có thể giúp ngƣời khiếm thị rót đƣợc lƣợng chất lỏng họ cần, thông báo cho họ về loại lƣợng chất lỏng và chất lỏng mà họ rót, mang lại sự an toàn cho ngƣời sử dụng.7 Kết cấu của đồ án Đồ Án Tốt Nghiệp Gồm có 6 Chƣơng: - Chƣơng 1: Giới thiệu - Chƣơng 2: Tổng quan giải pháp - Chƣơng 3: Phƣơng pháp giải quyết - Chƣơng 4: Quy trình thiết kế - Chƣơng 5: Thi công - Chƣơng 6: Đánh giá kết quả, kết luận 4 CHƢƠNG 2: TỔNG QUAN GIẢI PHÁP 2.1 Những đặc điểm và các chức năng thƣờng thấy trong một máy rót nƣớc cho ngƣời khiếm thị - Lấy chính xác lƣợng nƣớc và tự ngắt - Cảnh báo tình trạng nƣớc trong bình - Hệ thống ba máy bơm để điều khiển lƣu lƣợng nƣớc - Bảng điều khiển để lựa chọn loại nƣớc và lƣợng nƣớc - Hệ thống loa để thông báo đến ngƣời dùng Một yếu tố quan trọng không kém so với mức độ tiện lợi chính là sự an toàn khi sử dụng máy rót nƣớc, giúp cho ngƣời khiếm thị có thể dễ dàng sử dụng trong sinh hoạt hằng ngày.2 Giới thiệu phần mềm Arduino IDE Hình 2.1 : Phần mềm Adruino Arduino IDE là một phần mềm mã nguồn mở chủ yếu đƣợc sử dụng để viết và biên dịch mã vào module Arduino. Đây là một phần mềm Arduino chính thức, giúp cho việc biên dịch mã trở nên dễ dàng mà ngay cả một ngƣời bình thƣờng không có kiến thức kỹ thuật cũng có thể làm đƣợc. Nó có các phiên bản cho các hệ điều hành nhƣ MAC, Windows, Linux và chạy trên nền tảng Java đi kèm với các chức năng và lệnh có sẵn đóng vai trò quan trọng để gỡ lỗi, chỉnh sửa và biên dịch mã trong môi trƣờng.

Có rất nhiều các module Arduino nhƣ Arduino Uno, Arduino Mega, Arduino 5 Leonardo, Arduino Micro và nhiều module khác. Mỗi module chứa một bộ vi điều khiển trên bo mạch đƣợc lập trình và chấp nhận thông tin dƣới dạng mã. Mã chính, còn đƣợc gọi là sketch, đƣợc tạo trên nền tảng IDE sẽ tạo ra một file Hex, sau đó đƣợc chuyển và tải lên trong bộ điều khiển trên bo. Môi trƣờng IDE chủ yếu chứa hai phần cơ bản: Trình chỉnh sửa và Trình biên dịch, phần đầu sử dụng để viết mã đƣợc yêu cầu và phần sau đƣợc sử dụng để biên dịch và tải mã lên module Arduino.

Môi trƣờng này hỗ trợ cả ngôn ngữ C và C ++. Nguyên lý hoạt động của Arduino IDE: Khi ngƣời dùng viết mã và biên dịch, IDE sẽ tạo file Hex cho mã. File Hex là các file thập phân Hexa đƣợc Arduino hiểu và sau đó đƣợc gửi đến bo mạch bằng cáp USB. Mỗi bo Arduino đều đƣợc tích hợp một bộ vi điều khiển, bộ vi điều khiển sẽ nhận file hex và chạy theo mã đƣợc viết.3 Các linh kiện trong hệ thống 2.1 Arduino mega 2650 Arduino Mega2560 là một vi điều khiển bằng cách sử dụng ATmega2560.2 : Arduino mega 2560 Arduino Mega2560 khác với tất cả các vi xử lý trƣớc giờ vì không sử dụng FTDI chip điều khiển chuyển tín hiệu từ USB để xử lý.

Thay vào đó, nó sử dụng ATmega16U2 lập trình nhƣ là một công cụ chuyển đổi tín hiệu từ USB. Ngoài ra, 6 Arduino Mega2560 cơ bản vẫn giống Arduino Uno R3, chỉ khác số lƣợng chân và nhiều tính năng mạnh mẽ hơn, nên các bạn vẫn có thể lập trình cho con vi điều khiển này bằng chƣơng trình lập trình cho Arduino Uno R3.1 Các thông số cơ bản của Arduino mega 2560  54 chân digital (15 có thể đƣợc sử dụng nhƣ các chân PWM)  16 đầu vào analog  4 UARTs (cổng nối tiếp phần cứng)  1 thạch anh 16 MHz  1 cổng kết nối USB  1 jack cắm điện,  1 đầu ICSP  1 nút reset 2.