Đồ án thiết kế hệ thống giao tiếp điều khiển thiết bị thông minh tại HCMUTE

• Tác giả: Kiều Minh Triết
• Người hướng dẫn: TS. Trương Ngọc Sơn
• Trường học: Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật Thành Phố Hồ Chí Minh
• Chuyên ngành: Công Nghệ Kỹ Thuật Điện Tử - Truyền Thông
• Đề tài: Thiết Kế Hệ Thống Giao Tiếp, Điều Khiển Thiết Bị Thông Minh
• Loại tài liệu: đồ án tốt nghiệp
• Năm xuất bản: 2020
• Địa điểm: Thành Phố Hồ Chí Minh

• LỜI CẢM ƠN
• 1. CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN
• 1.1. TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU
• 1.2. MỤC TIÊU ĐỀ TÀI
• 1.3. GIỚI HẠN ĐỀ TÀI
• 1.4. ĐỐI TƯỢNG VÀ PHẠM VI NGHIÊN CỨU
• 1.4.1. Đối tượng nghiên cứu
• 1.4.2. Phạm vi nghiên cứu
• 1.5. BỐ CỤC ĐỀ TÀI
• 2. CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT
• 2.1. Raspberry Pi
• 2.2. Cảm biến âm thanh tích hợp AGC MAX9814
• 2.3. LCD
• 2.4. Bộ chuyển đổi âm thanh sang USB (USB Sound Card)
• 3. CHƯƠNG 3: THIẾT KẾ HỆ THỐNG GIAO TIẾP, ĐIỀU KHIỂN THIẾT BỊ BẰNG GIỌNG NÓI
• 3.1. SƠ ĐỒ KHỐI CỦA HỆ THỐNG
• 3.2. SƠ ĐỒ MẠCH NGUYÊN LÝ CỦA HỆ THỐNG
• 3.3. THIẾT KẾ HỆ THỐNG GIAO TIẾP, ĐIỀU KHIỂN THIẾT BỊ BẰNG GIỌNG NÓI
• 3.3.1. Khối thu thiết bị âm thanh
• 3.3.2. Khối xử lý trung tâm
• 3.3.3. Khối điều khiển thiết bị
• 3.3.4. Mạch khuếch đại âm thanh PAM8403
• 3.3.5. Mô-đun cảm biến nhiệt độ DS18B20
• 3.3.6. LƯU ĐỒ GIẢI THUẬT CỦA HỆ THỐNG
• 4. CHƯƠNG 4: KẾT QUẢ VÀ THỰC HIỆN
• 4.1. HỆ THỐNG CHÍNH
• 4.2. HOẠT ĐỘNG CỦA HỆ THỐNG
• 5. CHƯƠNG 5: KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN ĐỀ TÀI
• 5.1. Hướng phát triển
• TÀI LIỆU THAM KHẢO

I. Thiết kế Hệ thống Giao tiếp Điều khiển Thiết bị Thông minh

Đồ án tốt nghiệp Thiết kế hệ thống giao tiếp, điều khiển thiết bị thông minh tại HCMUTE tập trung vào việc phát triển một hệ thống sử dụng nhận diện giọng nói để điều khiển các thiết bị gia dụng. Hệ thống tích hợp Raspberry Pi Zero W làm bộ xử lý trung tâm, kết hợp với các cảm biến như cảm biến âm thanh tích hợp AGC MAX9814, mô-đun cảm biến nhiệt độ DS18B20, và mạch relay để điều khiển thiết bị. Giao tiếp máy tính được thực hiện qua USB Sound Card. Phần mềm được lập trình bằng Python, sử dụng Google Speech API cho nhận diện giọng nói và thuật toán khoảng cách Levenshtein để xử lý ngôn ngữ. Giao diện người dùng đơn giản, hiển thị thông tin trên màn hình LCD. Hệ thống hướng đến mục tiêu tạo ra giải pháp tự động hóa trong nhà ở, góp phần vào sự phát triển của nhà thông minh và thành phố thông minh. Nghiên cứu này nằm trong phạm vi nghiên cứu khoa học, cụ thể là một dự án tốt nghiệp thuộc lĩnh vực công nghệ thông tin và điện tử viễn thông. Hệ thống này thể hiện ứng dụng thực tiễn của Internet of Things (IoT) và công nghệ điều khiển, đặc biệt trong bối cảnh Công nghiệp 4.0.

1.1. Thu thập và Xử lý Dữ liệu

Hệ thống sử dụng cảm biến âm thanh để thu nhận tín hiệu giọng nói. Cảm biến âm thanh tích hợp AGC MAX9814 tự động điều chỉnh độ khuếch đại, đảm bảo chất lượng tín hiệu. Tín hiệu âm thanh được chuyển đổi sang dữ liệu số thông qua USB Sound Card và truyền đến Raspberry Pi Zero W. Raspberry Pi xử lý dữ liệu sử dụng thư viện Google Speech API để chuyển đổi giọng nói thành văn bản. Thuật toán khoảng cách Levenshtein được áp dụng để so sánh văn bản nhận được với các lệnh đã được lập trình sẵn, đảm bảo độ chính xác trong việc hiểu ý định người dùng. Dữ liệu nhiệt độ từ mô-đun cảm biến nhiệt độ DS18B20 cũng được xử lý song song để cung cấp thông tin bổ sung cho người dùng. Việc xử lý dữ liệu này là một phần quan trọng trong quá trình phát triển phần mềm, đảm bảo tính chính xác và hiệu quả của hệ thống. Đây là một ví dụ ứng dụng của xử lý tín hiệu và xử lý ngôn ngữ tự nhiên trong một hệ thống IoT thực tế. Kiến trúc hệ thống được thiết kế để đảm bảo tính bảo mật dữ liệu.

1.2. Điều khiển Thiết bị và Giao diện Người dùng

Sau khi xử lý dữ liệu, Raspberry Pi Zero W gửi lệnh điều khiển đến các thiết bị thông qua mạch relay. Hệ thống hiện tại điều khiển 2 đèn và 2 quạt. Giao diện người dùng được thiết kế đơn giản, hiển thị thông tin trên màn hình LCD 16x2, bao gồm nhiệt độ và thời gian thực. Thiết kế giao diện người dùng cần đảm bảo tính dễ sử dụng và trực quan, giúp người dùng dễ dàng tương tác với hệ thống. Đây là một ví dụ minh họa về thiết kế hệ thống và triển khai hệ thống trong lĩnh vực nhà thông minh. Lập trình nhúng trên Arduino hay các nền tảng tương tự cũng có thể được áp dụng để phát triển hệ thống tương tự. Kiểm thử hệ thống được thực hiện để đánh giá hiệu quả và độ tin cậy của hệ thống, đảm bảo tính ổn định trong hoạt động thực tế. Việc lựa chọn ESP32 hoặc Raspberry Pi phụ thuộc vào yêu cầu cụ thể của hệ thống.

1.3. Đánh giá và Hướng Phát Triển

Đồ án đã thành công trong việc xây dựng một hệ thống điều khiển thiết bị thông minh bằng giọng nói. Hệ thống hoạt động ổn định và đáp ứng được các yêu cầu cơ bản. Tuy nhiên, còn một số hạn chế cần được khắc phục trong các nghiên cứu tiếp theo. An ninh mạng và bảo mật dữ liệu cần được cải thiện để đảm bảo tính bảo mật cao hơn. Phát triển phần mềm cần tập trung vào việc nâng cao độ chính xác của nhận diện giọng nói tiếng Việt, đặc biệt là trong môi trường nhiều tạp âm. Tích hợp thêm các thiết bị và cảm biến khác sẽ làm tăng tính năng và ứng dụng của hệ thống. Nghiên cứu này góp phần vào việc ứng dụng công nghệ điều khiển từ xa và ứng dụng di động trong nhà thông minh. Việc quản lý dự án tốt là rất cần thiết để đảm bảo chất lượng và tiến độ của dự án. Báo cáo kỹ thuật cần trình bày chi tiết các khía cạnh kỹ thuật của dự án.