BÀI tập lớn môn IOT cơ bản THIẾT bị hỗ TRỢ THUYẾT TRÌNH BẰNG cử CHỈ

TỔNG LIÊN ĐỒN LAO ĐỘNG VIỆT NAM
TRƯỜNG ĐẠI HỌC TƠN ĐỨC THẮNG
KHOA CÔNG NGHỆ THÔNG TIN

BÀI TẬP LỚN MÔN IOT CƠ BẢN

THIẾT BỊ HỖ TRỢ THUYẾT TRÌNH
BẰNG CỬ CHỈ

Người hướng dẫn: GV ĐỖ TRÍ NHỰT
Người thực hiện: PHÙNG QUỐC ĐẠT - 518H0482
ĐINH HỒNG HÀ - 518H0171
Lớp : 18H50205
Khoá : 22

THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH, NÃM
2021


TỔNG LIÊN ĐỒN LAO ĐỘNG VIỆT NAM
TRƯỜNG ĐẠI HỌC TƠN ĐỨC THẮNG
KHOA CÔNG NGHỆ THÔNG TIN

BÀI TẬP LỚN MÔN IOT CƠ BẢN

THIẾT BỊ HỖ TRỢ THUYẾT TRÌNH
BẰNG CỬ CHỈ

Khố : 22

Người hướng dẫn: GV ĐỖ TRÍ NHỰT

Người thực hiện: PHÙNG QUỐC ĐẠT - 518H0482
ĐINH HỒNG HÀ - 518H0171
Lớp : 18H50205

THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH, NÃM
2021


3

LỜI CẢM ƠN
Trước khi bắt đầu vào làm bài tiểu luận, lời đầu đầu tiên em muốn gửi gắm là
lời cảm ơn chân thành dành cho: thầy Đỗ Trí Nhựt vì đã vơ cùng tận tâm và nhiệt tình
trong cơng tác giảng dạy. Vì vậy kết quả của bài tiểu luận này một phần rất lớn là nhờ
có thầy.
Mặc dù mô tuýp làm bài tiểu luận cho trọng số cuối kì cũng đã quen thuộc với
em, nhưng trong quá trình làm bài, thiếu sót là điều khơng thể tránh khỏi, vì vậy rất
mong nhận được sự đánh giá và nhận xét của thầy để có thể giúp em hồn thiện hơn
trong tương lai.
Và cuối cùng, là lời kính chúc sức khỏe và niềm vui dành cho thầy và gia
đình.


ĐỒ ÁN ĐƯỢC HỒN THÀNH
TẠI TRƯỜNG ĐẠI HỌC TƠN ĐỨC THẮNG
Tôi xin cam đoan đây là sản phẩm đồ án của riêng tôi và được sự hướng dẫn của
thầy Đỗ Trí Nhựt. Các nội dung nghiên cứu, kết quả trong đề tài này là trung thực và
chưa công bố dưới bất kỳ hình thức nào trước đây. Những số liệu trong các bảng biểu
phục vụ cho việc phân tích, nhận xét, đánh giá được chính tác giả thu thập từ các
nguồn khác nhau có ghi rõ trong phần tài liệu tham khảo.

Ngồi ra, trong đồ án cịn sử dụng một số nhận xét, đánh giá cũng như số liệu
của các tác giả khác, cơ quan tổ chức khác đều có trích dẫn và chú thích nguồn gốc.
Nếu phát hiện có bất kỳ sự gian lận nào tơi xin hồn tồn chịu trách nhiệm
về nội dung đồ án của mình. Trường đại học Tôn Đức Thắng không liên quan đến
những vi phạm tác quyền, bản quyền do tôi gây ra trong q trình thực hiện (nếu có).
TP. Hồ Chí Minh, ngày 19 tháng 10 năm 2021
Tác giả
(ký tên và ghi rõ họ tên)

PHÙNG QUỐC ĐẠT
ĐINH HỒNG HÀ


5

MỤC LỤC


CHƯƠNG 1. GIỚI THIỆU
1.1LÝ DO CHỌN ĐỀ TÀI
Thuyết trình là q trình truyền đạt thơng tin từ người thuyết trình đến người
nghe về một chủ đề. Quá trình truyền đạt thơng tin này có hiệu quả cao, khiến người
nghe dễ nắm bắt được thơng tin mà người thuyết trình truyền tải. Việc thuyết trình diễn
ra ở bất cứ đâu, như tại các trường học, các cơng ty, doanh nghiệp,... Chính vì những
lý do trên mà thuyết trình được xem là công việc cực kỳ quan trọng, mà mọi người đều
cần làm tốt, dù là những điều nhỏ nhất, đặc biệt là những sinh viên như chúng em cũng
rất chú trọng.
Sự thành cơng của việc thuyết trình khơng những nằm ở nội dung thuyết trình,
mà cịn nhờ cách biểu diễn thơng qua ngơn ngữ hình thể, hay là sự tiện lợi khi chuyển
nội dung thuyết trình để quá trình thuyết trình tránh bị đứt đoạn.

Trong thời kỳ công nghệ 4.0 hiện nay, sự phát triển, phổ biến của các thiết bị di
động laptop, máy tính bảng, điện thoại giúp chúng ta soạn thảo, tạo dựng nội dung
thuyết trình ở khắp nơi, cùng với vơ vàn thiết bị khác nhỏ gọn có thể kết nối và giao
tiếp với những thiết bị di động đó ngày càng trở nên dễ dàng mà chính những sinh viên
như chúng em cũng có thể tự nghiên cứu và ứng dụng để đáp ứng nhu cầu cuộc sống.
Như vậy, vấn đề đặt ra là phải làm sao để tạo ra một thiết bị đeo tay, nhận dạng
cử chỉ và lệnh từ người thuyết trình, và sau đó sẽ truyền tín hiệu điều khiển về máy tính
để chuyển nội dung thuyết trình một cách dễ dàng. Từ đó giúp cho việc thuyết trình trở
nên lành mạch, khơng bị gián đoạn và kết hợp được với ngơn ngữ hình thể để tạo nên
bài thuyết trình càng tốt hơn.

1.2MỤC TIÊU CHỌN ĐỀ TÀI


Áp dụng được công nghệ Bluetooth, tạo nên một thiết bị người dùng HID
(Human Interface Device) để giao tiếp giữa thiết bị hỗ trợ thuyết trình với máy tính
xách tay.
Cơng nghệ Bluetooth có các ưu điểm sau:
Được sử dụng rộng rãi, tích hợp sẵn trên hầu hết các thiết bị di động như laptop,
điện thoại, máy tính bảng,...
Bluetooth có mức tiêu thụ điện năng thấp (đặc biệt là BLE - Bluetooth Low
Energy), phù hợp cho các ứng dụng loT không cần khoảng cách truyền quá xa và
truyền tốc độ quá cao.
Chi phí thấp.
Khi nghiên cứu đề tài này, em muốn phát huy thành quả ứng dụng của vi điều
khiển để tạo ra sản phẩm có ích trong cuộc sống. Khơng chỉ vậy mà nó cịn là sự khởi
đầu cho các nghiên cứu sau này, tiền đề cho Đồ án 2 và Đồ án tốt nghiệp.
Ngồi ra, q trình thực hiện đề tài cũng là cơ hội để em kiểm tra và áp dụng
những kiến thức đã được học ở trường lớp, những kiến thức đã tự tìm tịi học hỏi thêm
tại thời đại học. Đồng thời phát huy sự sáng tạo và giải quyết các vấn đề theo yêu cầu

đặt ra. Và đây cũng là dịp để bản thân em tích lũy kiến thức, trau dồi thêm kinh nghiệm
nhằm hồn thành tốt các đồ án sắp tới, và tham gia vào các hoạt động sản xuất của xã
hội.

1.3ĐỐI TƯỢNG NGHIÊN CỨU
-

Vi điều khiển ESP32.

-

Cảm biến gia tốc ADXL345.

-

Công nghệ Bluetooth Low Energy (BLE).

-

Thiết bị người dùng HID.

1.4PHẠM VI NGHIÊN CỨU
-

Đọc và xử lý các giá trị của các cảm biến.


-

Truyền dữ liệu từ thiết bị HID đến thiết bị cuối (laptop, điện thoại, ...).

1.5NHIỆM VỤ ĐỀ TÀI
Đề tài trình bày ứng dụng của Bluetooth, kết hợp với HID và vi điều khiển
ESP32 được thiết kế cùng với các module cảm biến đã có trên thị trường.
-

Đề tài tập trung nghiên cứu các vấn đề:

-

Thu thập dữ liệu từ cảm biến, và đưa về vi điều khiển xử lý dữ liệu.

-

Cấu hình tạo thiết bị người dùng HID Bluetooth.

-

Kết nối và giao tiếp giữa thiết bị hỗ trợ thuyết trình và thiết bị cuối (laptop).

CHƯƠNG 2. LÝ THUYẾT CƠ BẢN
2.1VI ĐIỀU KHIỂN ESP32
ESP32 là vi điều khiển 32bit, với cấu hình cao, tích hợp nhiều giao thức cả có
dây và không dây nên được sử dụng rộng rãi trong lập trình nhúng và loTs.
ESP32 khá nổi bật vì cấu hình cao, giá thành rẻ so với cấu hình nó mang lại,
đồng thời tích hợp Bluetooth 4.2 và Bluetooth LE nên, tích hợp cảm biến điện dung và
có thể lập trình dễ dàng nhờ trình soạn thảo biên dịch Arduino IDE nên em đã chọn vi
điều khiển này cho đề tài.
Dưới đây là hình ảnh của một module ESP32 có trên thị trường:

Hình 2.1 Hình ảnh của vi điều khiển ESP32-S của hãng AiThinker.
Dưới đây là sơ đồ chân của vi điều khiển ESP32:

ESP32 DEVKITV1 - DOIT
version with 36 GPIOs

í EN

I GPIO1 UARTOTX I

Ị lnpInput OÍ1N

GPIO3 ' UARTORX I

líKGPlO-p’ A0C1CH6 GPIO34

Inputonly

RTC-GPIO5 AOC1CH7

GPIO35

[ art-GPIOa 11 TOUCH9 1I ADC1CH4 I GPIO32 I

RTC GPIO7
I mC GPIO17~|

II

OM3

]| ADC2CHÕ |[

I 0AC2

GPIO25 I

ADC2 CH9 11

GPIO26 I

ITOUCH7 11 ADC2 CH7 11

GPIO27 I

I RtCGPtH6~| HSPICIK
RTC-GPD15 HSPIMISO

GPIO21 . I2CSOA I
GPIO19 VSPI MISO I

I KTC GPIOB TQUCH8 j [ ADC1 CHS j GPIO33
I KTC GPIO6

[ GPIO23 11’ VSPIMOSI I
I GPIO22 ; I2CSCI

Inpulonlv i fĩTC_GPIOO II Sensorvp ÌAŨCICHĨ GPIŨ36

. GPIO18 VSPI CIX I
GPIO5 VSPICSO
GPIO17 i UART 2 TX

TOUCH6

ị ADC2 CH6 I

GPI014

[ GPIO16 Ị [ UART 2 RX I

TOUCHS

: AD<2 CHS I

GPIŨ12

I GPIO4 I I APQ CHO I [ TOUCHO 11 ltlC
I RTC GP1O14 HSPI MOSI POUCH4 I ADC2 CHA GPIO13
*

I SHD/SD2 GPIO9

*

|sWP/SŨ3Ệ BPIOĨO I

*

I CSC/CMO GPIOU

GPIO15 ADC2CH3 TOUCH3 ị HSPI cso i IHC GPIO13
GPIOO ADC2 CHI TQUCHl HĨC Gnoiĩ
I GPIO8 ị I SOI/SD1 *
ị GPIO7 SDO/SDÕ i *
GPIO6 SCK/O.K.I *

* Pins SCK/CLK, SDO/SDO, SDI/SD1, SHD/SD2, SWP/SD3 and SCS/CMD, namely, GPIO6 to GPIO11 are connected to the
integrated SPI flash integrated on ESP-VVROOM-32 and are not recommended for other uses.


Hình 2.2 Sơ đồ chân của vi điều khiển ESP32.
Cấu hình:
+ CPU: Xtensa Dual-Core LX6 microprocessor.
+ Tốc độ xử lý : 160MHz - 240MHz.
+ Tốc độ xung nhịp đọc bộ nhớ flash: 40Mhz - 80MHz.
+ RAM: 520 KB SRAM (trong đó 8 KB RAM RTC tốc độ cao, 8KB RAM tốc
độ thấp (hoạt động trong chế độ ngủ sâu)).
-

Giao tiếp không dây :
+ Wi-Fi : 802.11 b/g/n/e/i.
+ Bluetooth : v4.2 BR/EDR và BLE.

-

Các thông số khác:

+ GPIO: 34 cổng.
+ DAC 8-bit: 2 cổng.
+ ADC 12-bit: 16 cổng.
+ I2C: 2 cổng.
+ UART: 3 cổng.
+ I2S: 2 cổng.
+ SPI.
+ CAN bus 2.0.
+ IR (TX/RX).
+ PWM: tất cả các chân.

-

Cảm biến tích hợp:
+ 1 cảm biến Hall (cảm biến từ trường).
+ 1 cảm biến đo nhiệt độ.
+ Cảm biến điện dung với 10 đầu vào khác nhau.

-

Nguồn điện hoạt động:
+ Nhiệt độ hoạt động: -40 độ C ^ +85 độ C


+ Điện áp hoạt động: 2.2V - 3.6V
+ Dòng điện hoạt động: 0.2uA - 260mA
- Sơ đồ chân, tên gọi và chức năng của các chân ESP32-S:


Bảng 2.1 Chức năng và mô tả chức năng của mỗi chân vi điều khiển ESP32.

Interíace

ADC

ultra Low Noise
Analog Pre-Amplifier
DAC

Touch Sensor

signal

Pin

ADCI_CH0

SENS0R_VP

ADC1_CH3

SENSOR-VN

ADC1_CH4

1032

ADC1_CH5

1033

ADC1_CH6

1034

ADC1_CH7

1035

ADC2_CH0

104

ADC2_CH1

100

ADC2_CH2

102

ADC2_CH3

1015

ADC2_CH4

1013

ADC2_CH5

1012

ADC2_CH6

1014

ADC2_CH7

1027

ADC2_CH8
ADC2_CH9

1025
1026

SENSOR—VP
SENSOR_VN

1036
1039

DAC_1

1025

DAC-2

1026

TOUCHO

104

TOUCHl

100

TOUCH2

102

TOUCH3

1015

TOUCH4

1013

TOUCH5

1012

TOUCH6

1014

TOUCH7

1027

Punction

Two 12-bit SAR ADCs

Provides about 60dB gain by using
large
capacitors on PCB
Two 8-bit DACs

Capacitive touch sensors

2.2CƠNG NGHỆ BLUETOOTH
Bluetooth là một chuẩn cơng nghệ truyền thông không dây tầm gần giữa các
thiết bị điện tử. Công nghệ này hỗ trợ việc truyền dữ liệu qua các khoảng cách ngắn
giữa các thiết bị di động và cố định, tạo nên các mạng cá nhân khơng dây.
Bluetooth có thể đạt được tốc độ truyền dữ liệu 1Mb/s, kết nối của Bluetooth là
vô hướng và sử dụng băng tần 2.4GHz.


Bluetooth cho phép kết nối và trao đổi thông tin giữa các thiết bị như điện thoại
di động, máy tính xách tay, máy in, máy ảnh số, các thiết bị IoT. Bluetooth được tích
hợp rộng rãi, do đó mà sử dụng Bluetooth rất tiện lợi.
Các ứng dụng nổi bật của Bluetooth gồm:
-

Điều khiển và giao tiếp không dây giữa hai thiết bị, giữa điện thoại di động và
loa/tai nghe không dây.

-

Mạng khơng dây giữa các máy tính cá nhân trong một khơng gian hẹp địi hỏi
ít băng thơng.

-

Giao tiếp khơng dây với các thiết bị vào ra của máy tính, ví dụ như chuột, bàn
phím, máy in.

-

Thay thế các giao tiếp kết nối vật lý dùng dây truyền thống giữa các thiết bị
đo, thiết bị định vị dùng GPS, thiết bị y tế, máy quét mã vạch và các thiết bị điều
khiển
giao thông.

-

Điều khiển từ xa cho các thiết bị trò chơi điện tử như Wii (Nintendo) và
PlayStation của Sony.

-

Kết nối Internet cho máy tính hoặc điện thoại khác bằng cách dùng điện thoại
di động thay modem.


Hình 2.3 Các kết nối của Bluetooth.

2.3CẢM BIẾN GIA TỐC ADXL345
Module cảm biến gia tốc ADXL345 (GY-291) là module cảm biến độ nghiêng
và đo gia tốc 3 trục, tiêu thụ điện năng thấp, độ phân giải cao (13 bit), chi phí thấp.
Module ADXL345 thường dùng trong các thiết bị di động, thiết bị IoT, có chức năng
đo độ nghiêng và đo gia tốc tịnh tiến theo 3 trục.


/

Hình 2.4 Hình ảnh module ADXL345 (GY-291).


Dưới đây là sơ đồ chân của module ADXL345:
SCUSCLK

VDD Ifo

SDAíSDI/SDIO
SDO/ALT ADDRESS

GW
RESERVED

RESERVED
NC

GW
GhEi
Vẹ

INT2
INTi

cs

Hình 2.5 Sơ đồ chân của IC ADXL345.
- Thơng số kỹ thuật của module ADXL345:
+ Điện áp hoạt động: 3.3 - 5 VDC.
+ Dòng điện tiêu thụ: 23pA.
+ Độ phân giải: Có thể cấu hình 8-10-12 bit, và tối đa lên đến 13 bit.
+ Giao tiếp: SPI hoặc I2C (Khi giao tiếp SPI thì chân CS nối GND).

2.4THIẾT BỊ NGƯỜI DÙNG HID
Cổng thiết bị người dùng (HID - Human Interface Device) là một tiêu chuẩn
cho các thiết bị máy tính mà được vận hành bởi con người. Tiêu chuẩn này cho phép dễ
dàng sử dụng các thiết bị này mà khơng cần bất kỳ phần mềm hay trình điều khiển bổ
sung nào.
HID là một tiêu chuẩn được tạo ra nằm đơn giản hóa q trình cài đặt các thiết
bị đầu vào thông qua từng giao thức cụ thể cho từng thiết bị như chuột, bàn phím,...
Một thiết bị tuân thủ HID bao gồm khung dữ liệu chứa tất cả các hành động của thiết
bị.


Hình 2.6 Danh sách thiết bị HID trong Device Manager của Windows.
Ví dụ: Bàn phím có một phím để chỉnh âm lượng. Khi nhấn phím đó, bộ mơ tả
HID sẽ cho biết mục đích hành động đó được lưu trữ trong khung dữ liệu ở đâu và lệnh
đó sẽ được thực thi.
Định dạng của khung dữ liệu từ bàn phím HID theo như tài liệu tham khảo như
sau:
Các mã mô tả của các phím được sử dụng gửi đi khi chuyển slide cũng được

tham khảo như sau:


Bảng 2.2 Khung dữ liệu bàn phím HID.
Byte
0
1
2
3
4
5
6
7

phân

Mơ tả
Phím tổ hợp (Ctrl, Alt, Shift,..)
Byte đặc tả HID

Các phím ký tự trên bàn phím

Bảng 2.3 Bảng mã mơ tả một số phím trên bàn phím HID.
Mã thập
Mã thập lục
Mơ tả
0

0 (0x0)

Khơng có

75

4B (0x4B)

Page Up

78

4E (0x4E)

Page Down

CHƯƠNG 3. MƠ TẢ HỆ THỐNG
3.1U CẦU VÀ SƠ ĐÔ KHỐI HỆ THỐNG
3.1.1

Yêu cầu của hệ thống

- Hệ thống có các chức năng sau:
+ Chuyển slide kế tiếp PowerPoint khi phẩy tay theo chiều thuận.
+ Chuyển lại slide PowerPoint trước đó khi phẩy tay theo chiều ngược lại.
+ Cuộn tài liệu xuống PDF, Word, trình duyệt khi phẩy tay theo chiều thuận.
+ Cuộn tài liệu lên PDF, Word, trình duyệt khi phẩy tay theo chiều ngược lại.


+ Qua các dữ liệu nhận được từ cảm biến, hệ thống sẽ xử lý và đưa ra tín hiệu
điều khiển phù hợp với hành vi của người sử dụng. Người dùng cũng có thể cài đặt chế
độ hoạt động cho thiết bị.

3.1.2

Sơ đồ khối và chức năng mỗi khối

- Chức năng từng khối:
+ Khối xử lý trung tâm: Nhận dữ liệu từ các cảm biến, xử lí và gửi tín hiệu
điều khiển đến các thiết bị được kết nối Bluetooth như laptop, điện thoại, và đồng thời
gửi tín hiệu tình trạng pin và chế độ hoạt động của thiết bị đến các bóng LED.
+ Khối cảm biến gia tốc: Đọc dữ liệu về gia tốc theo các trục và gửi về khối xử
lý trung tâm để tính tốn, nhận dạng hành vi.
KHỐI CẢM BIẾN GIA
NỐI
TỐC

KHỐI XỬ LÝ TRUNG

THIẾT BỊ KẾT

TÂM, BLUETOOTH

(LAPTOP, ĐIỆN
THOẠI)

Hình 3.7 Sơ đồ khối của hệ thống.

3.1.3

Hoạt động của hệ thống

Khi hệ thống được cấp nguồn, các khối cảm biến gồm khối cảm biến điện dung,
khối cảm biến gia tốc sẽ gửi dữ liệu đến khối xử lí trung tâm qua giao thức I2C. Khối
xử lý trung tâm thực hiện kết nối Bluetooth ghép đôi với thiết bị trình chiều (laptop,
điện thoại). Sau đó, khối xử lý trung tâm tính tốn để nhận diện hành vi của người
dùng, đồng thời gửi tín hiệu điều khiển tương ứng đến thiết bị kết nối thông qua
Bluetooth.

3.2 THIẾT KẾ HỆ THỐNG PHẦN CỨNG
3.2.1 Khối cảm biến gia tốc
Với thị trường hiện nay, có rất nhiều loại module cảm biến gia tốc như
ADXL345 (GY-291), ADXL335 (GY-61), MMA8452, LSM303DLHC (GY-511),...
chúng khá giống nhau về chức năng và thiết kế, chuẩn kết nối (I2C, SPI).


Với các tính năng phù hợp với thiết kế của hệ thống và mức giá hợp lý, em đã
chọn module ADXL345 cho hệ thống.
ADXL345 là module cảm biến độ nghiêng 3 trục, tiêu thụ năng lượng thấp, độ
phân giải cao. ADXL345 có chức năng đơ gia tốc trọng trường tĩnh trong ứng dụng đo
góc nghiêng, ngồi ra nó cịn đo gia tốc động từ các chuyển động hoặc rung động của
vật thể.
Chân SCL của module ADXL345 nối với chân SCL (GPIO22) của ESP32-S
(U1).
Chân SDA của module ADXL345 nối với chân SDA (GPIO21) của ESP32-S
(U1).
Kết nối ESP32-S với ADXL345 được thể hiện như hình 3.2.
q
co

U2

co

3.3V

ư>
SDA/SDI/SDIO
SDO/ALT_ADDRESS
RESERVED_2
NC
INT2
INT1

VDD_I/O
GND_1
RESERVED_1
GND_2
GND_3
vs

13
12
11
10
9
8

SDA.

lo
ADXL345

Hình 3.8 Kết nối giữa vi điều khiển ESP32 và cảm biến gia tốc ADXL345.

3.2.3

Khối xử lí trung tâm, bluetooth


Trên thị trường hiện nay có nhiều Board nhúng như: ARM, Raspberry, Arduino,
PIC, ESP.. .với nhiều tính năng và mức giá khác nhau.
Với sự thông dụng và gần gũi, đồng thời vi điều khiển ESP32 cũng được tích
hợp sẵn kết nối khơng dây như Bluetooth, WiFi, ngồi ra cịn có các cảm biến chạm và
hỗ trợ nhiều giao thức kết nối vật lý khác như I2C, SPI, UART.
Khối xử lí trung tâm có sơ đồ kết nối mơ tả như sau:
+ Chân SCL (GPIO 22) của ESP32-S nối với chân SCL của module ADXL345.
+ Chân SDA (GPIO 21) của ESP32-S nối với chân SDA của module
ADXL345.

Hình 3.9 Sơ đồ kết nối của vi điều khiển ESP32.