Điều khiển hệ thống iot bằng giọng nói

BỘ CÔNG THƯƠNG
TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP TP.HCM
KHOA CÔNG NGHỆ THƠNG TIN
-------------------

NGUYỄN HỒNG GIANG
TRẦN VĂN SANG

ĐIỀU KHIỂN HỆ THỐNG IOT
BẰNG GIỌNG NĨI
Ngành: Cơng Nghệ Thơng Tin
Giảng viên hướng dẫn: Th.S Nguyễn Thành Thái

TP. HỒ CHÍ MINH, Tháng 12 Năm 2022
INDUSTRIAL UNIVERSITY OF HO CHI MINH CITY
FALCUTY OF INFORMATION TECHNOLOGY

----------------


Nguyen Hoang Giang
Tran Van Sang

CONTROL THE IOT SYSTEM BY VOICE

Major: Information Technology

Instructor: MS. Nguyen Thanh Thai

HO CHI MINH CITY, DECEMBER 2022

ABSTRACT
In recent years, the explosion of the internet of things (IoT) in the industrial
revolution 4.0 has resulted in many new technologies being developed that have had
far-reaching impacts on life, production, education. education... creates many new
jobs, new technologies contribute to the development of all aspects of society. That
has created great opportunities and challenges for us, in order to keep up with the
development of the times, we must promptly grasp this change so as not to be left
behind and keep up with the rapid development. speed of technology...
In this report, a voice control IoT system is developed where the users can
remotely access the home appliances. The users can merely provide voice
commands or text messages through which they will be able to turn the appliances
ON or OFF depending upon the necessity.
With the above thoughts and with the guidance of Mr. Nguyen Thanh Thai, the
group decided to choose the topic "Control the IoT system by voice".

LỜI CẢM ƠN
Đề tài này là kết quả của q trình học tập và rèn luyện của nhóm tại Khoa
Công nghệ công tin, Trường Đại học Công nghiệp TP.HCM. Để thực hiện thành
công được đề tài này, chúng em xin chân thành cảm ơn đến quý thầy, cô trong Khoa
Công nghệ thông tin đã rèn luyện, truyền đạt kiến thức và những kinh nghiệm quý

3


báu cho chúng em trong suốt quá trình học tập cũng như giúp đỡ chúng em hồn
thành đề tài khóa luận.
Đặc biệt, nhóm em xin gửi lời cảm ơn chân thành đến Thầy Nguyễn Thành
Thái đã tận tình hướng dẫn nhóm, góp ý cũng như tạo mọi điều kiện về kiến thức,
hỗ trợ tài liệu để nhóm hồn thành đề tài nghiên cứu này.

Do thời gian thực hiện còn hạn chế và sự khó khăn trong việc vừa học vừa làm
nên trong q trình thực hiện nhóm khơng tránh khỏi những thiếu xót, hạn chế.
Kính mong nhận được sự góp ý của q thầy, cơ để đề tài của nhóm ngày càng hồn
thiện hơn trong tương lai.
Nhóm chúng em xin chân thành cảm ơn.
TP. Hồ Chí Minh, ngày 8 tháng 12 năm 2022
Nhóm sinh viên thực hiện

Nguyễn Hồng Giang

Trần Văn Sang

NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN
.............................................................................................................................................
.............................................................................................................................................
.............................................................................................................................................
.............................................................................................................................................

4


.............................................................................................................................................
.............................................................................................................................................
.............................................................................................................................................
.............................................................................................................................................
.............................................................................................................................................
.............................................................................................................................................
.............................................................................................................................................
.............................................................................................................................................
Phần đánh giá: (thang điểm 10)

-

Thái độ thực hiện:
Nội dung thực hiện:
Kỹ năng trình bày:
Tổng hợp kết quả:

Điểm bằng số: …… …. Điểm bằng chữ: ............................................................................
TP. Hồ Chí Minh, ngày ….. tháng 12 năm 2022
Giáo viên hướng dẫn

Th.s Nguyễn Thành Thái

NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN PHẢN BIỆN 1
.............................................................................................................................................
.............................................................................................................................................
.............................................................................................................................................
.............................................................................................................................................
.............................................................................................................................................

5


.............................................................................................................................................
.............................................................................................................................................
TP. Hồ Chí Minh, ngày … tháng 12 năm 2022
Giảng viên phản biện

NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN PHẢN BIỆN 2

.............................................................................................................................................
.............................................................................................................................................
.............................................................................................................................................
.............................................................................................................................................
.............................................................................................................................................

6


.............................................................................................................................................
.............................................................................................................................................
TP. Hồ Chí Minh, ngày … tháng 12 năm 2022
Giảng viên phản biện

7


MỤC LỤC

8


DANH MỤC HÌNH ẢNH

9


DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT
IoT

Internet of Things:

API

Application Programming Interface

VNC

Virtual Network Computing

FRD

Firebase Realtime Database

JSON

JavaScript Object Notation

REST

Representational State Transfer

HTTP

HyperText Transfer Protocol

10


LỜI MỞ ĐẦU

Những năm gần đây, sự bùng nổ của internet vạn vật (IoT) trong cuộc cách
mạng công nghiệp 4.0 đã có nhiều ngành cơng nghệ mới được phát triển từ đó đã
có những tác động sâu rộng vào trong cuộc sống, sản xuất, giáo dục... tạo ra nhiều
việc làm mới, cơng nghệ mới góp phần phát triển mọi mặt của xã hội. Điều đó đã
tạo ra những cơ hội và thách thức lớn đối với chúng ta,để có thể theo kịp sự phát
triển của thời đại phải kịp thời nắm bắt sự thay đổi này để không bị tụt hậu, theo kịp
với sự phát triển nhanh chóng của cơng nghệ..
Trên cơ sở nền tảng kiến thức đã được học, được đào tạo trong môi trường
giáo dục tại Trường Đại học Cơng nghiệp Thành phố Hồ Chí Minh, nhóm nghiên
cứu đã tìm hiểu và đề xuất phương án vận dụng giọng nói để điều khiển hệ thống
IoT. Vận dụng những kiến thức được học về lập trình, kết hợp nghiên cứu tài liệu,
tham khảo ý kiến của thầy, cô để giải quyết bài toán nêu trên.
Với những suy nghĩ trên cùng với sự hướng dẫn của Thầy Nguyễn Thành Thái
nhóm đã quyết định chọn đề tài “Điều khiển hệ thống IOT bằng giọng nói”.

11


Điều khiển hệ thống IoT bằng giọng nói

GVHD: Th.s Nguyễn Thành Thái

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN
1.1 Đặt vấn đề
Như chúng ta đã biết, Internet of Things (IOT) đang phát triển mạnh trong
những năm gần đây, đi kèm với nó là sự phát triển của một loạt các công nghệ mới.
Trợ lý ảo giọng nói (Voice Assistant) là một trong những cơng nghệ có tốc độ phát
triển nhanh nhất, các trợ lý xuất hiện khắp mọi nơi từ các thiết bị loa thơng minh,
máy tính cá nhân, đồng hồ, tai nghe và cả trên các thiết bị điện thoại thông minh
giúp chúng ta có thể điều khiển các thiết bị trong nhà thơng qua giọng nói một cách

dễ dàng, mang lại sự tiện lợi cho người dùng.
Một thực tế rất gần với con người là trong chính căn nhà của mình, mong
muốn được dụng cơng nghệ tự động hóa càng được rộng rãi, tất cả đồ dùng trong
nhà từ phòng ngủ, phòng khách đến toilet đều gắn các bộ điều khiển điện tử có thể
kết nối với Internet và điện thoại di động, cho phép chủ nhân điều khiển vật dụng từ
xa hoặc lập trình cho thiết bị ở nhà hoạt động theo lịch thời gian đúng mong muốn.
Nhu cầu về kiểm soát hệ thống thiết bị điện và điều khiển thiết bị thông minh ngày
càng phổ biến như kiểm tra trạng thái của đèn, quạt, máy lạnh, các thiết bị khác, có
thể mở hay tắt và các thiết bi ̣điện trong nhà từ xa bằng thiết bị điện thoại di động,
thiết bị máy tính thơng qua mạng internet. Hiện nay với nền khoa học phát triển với
các trợ lý ảo thông minh hỗ trợ AI như: Google Assistant (Google), Alexa
(Amazon), Siri (Apple), Cortana (Microsoft), … Các thiết bị trong ngôi nhà thơng
minh ngồi được điều khiển qua các app trên điện thoại, web,… còn được điều
khiển qua trợ lý ảo cũng dần được phát triển. Cũng do những ưu điểm vượt trội:
Không cần đi dây điện điều khiển, chỉ cần cấp nguồn cho thiết bị, toàn bộ thiết
bị được kết nối Internet bằng WiFi.
Không cần bộ điều khiển trung tâm, bộ chuyển đổi vì tất cả được lưu trữ và xử
lý trên Cloud.
Linh hoạt trong lắp đặt, có thể lắp đặt với nhà đã hồn chỉnh vì khơng cần phải
đi dây điều khiển.
Với nền tảng được phát triển dựa trên trí tuệ nhân tạo, Machine Learning,
Natural Language Processing (xử lý ngôn ngữ tự nhiên) và Speech Recognition
(nhận dạng lời thoại), các trợ lý ảo mang đến cho người dùng nhiều trải nghiệm thú

SVTH: Nguyễn Hoàng Giang – 20126571
Trần Văn Sang – 20126541

Trang

Điều khiển hệ thống IoT bằng giọng nói

GVHD: Th.s Nguyễn Thành Thái

vị và góp phần nâng cao chất lượng cuộc sống của họ. Nó có thể giúp người dùng
tìm kiếm thơng tin, tìm vị trí đường đi, bật ứng dụng hay điều khiển các thiệt bị
trong nhà hồn tồn thơng qua giọng nói của người dùng mà khơng cần người dùng
phải chạm tay vào. Hơn nữa, do được phát triển từ trí tuệ nhân tạo nên nó có thể học
được thói quen của người dùng qua từng ngày, từ đó nó có thể đưa ra các gợi ý hay
hành động một cách chính xác nhất với yêu cầu người dùng hơn. Điều đó cũng
đồng nghĩa với việc nếu chúng ta dùng các trợ lý ảo càng nhiều thì nó sẽ càng
“thông minh” và “thấu hiểu” chúng ta hơn. [1]
Trong số các trợ lý ảo hiện nay, qua tìm hiểu nhóm thấy được Google
Assistant là trợ lý ảo có tốc độ phát triển nhanh, công nghệ vượt trội, hỗ trợ nhiều
ngôn ngữ và được tích hợp hầu hết trên các loại smartphone hiện nay.
Nhận thấy được xu hướng phát triển và tầm quan trọng không thể thiếu của trợ
lý ảo đối với các hệ thống IoT trong tương lai, sau khi tham khảo và nhận được sự
tư vấn của giảng viên nhóm quyết định thực hiện đề tài “Điều khiển hệ thống IOT
bằng giọng nói” sử dụng trợ lý ảo Google Assistant Actions, Dialogflow, Cloud
Functions for Firebase, Firebase Realtime DB và Raspberry.
1.2 Mục đích nghiên cứu
Đề tài “Điều khiển hệ thống IOT bằng giọng nói” mục tiêu của đề tài này là
tạo ra một hệ thống Voice Assistant sử dụng trong hệ thống IoT tích hợp với những
cơng nghệ hiện có để điều khiển các thiết bị bằng giọng nói và bằng điện thoại
thông minh. Dựa trên python và actions google.
1.3 Nhiệm vụ nghiên cứu
Tìm hiểu cách thức hoạt động của một hệ thống IoT sử dụng trình điều khiển
giọng nói bằng cách thức chuyển đổi http yêu cầu được gửi đi từ người dùng để
thực thi đến các hệ thống của Raspberry pi.
Tìm hiểu cơng nghệ dialogflow và cách thức hoạt động của dialogflow với các

function requets được trả về từ webhook.
Viết chương trình điều khiển cho Raspberry trao đổi và xử lý các dữ liệu từ
cảm biến và hoạt động từ actions google.
Thử nghiệm và điều chỉnh phần cứng cũng như chương trình để mơ hình được
tối ưu và hồn thiện nhất có thể.
Viết báo cáo luận văn.

SVTH: Nguyễn Hoàng Giang – 20126571
Trần Văn Sang – 20126541

Trang


Điều khiển hệ thống IoT bằng giọng nói

GVHD: Th.s Nguyễn Thành Thái

Tiến hành báo cáo đồ án tốt nghiệp.
1.4 Giới hạn
Xây dựng hệ thống IOT điều khiển bằng giọng nói với quy mơ nhỏ với các
cơng nghệ hiện có như dialogflow, firebase, nodejs, reactjs, ….
Vì phạm vi hạn chế nên chỉ thực hiện ở mức local vẫn chưa thể tích hợp và
public phát triển ra thành 1 hệ thống lớn.
1.5 Phương pháp nghiên cứu
Hệ thống sử dụng Raspberry Pi 3 Model B để kết nối và xử lý các phương
thức thuật toán và kết nối đến realtime database: Firebase
Sử dụng các cảm biến thông dụng như: DHT11 để thu thập nhiệt độ, độ ẩm và
thiết kế các thông tin, động cơ Servo SG90 để điều khiển đóng mở cửa.
Sử dụng các thiết bị điện như đèn và quạt để thiết kế mơ hình nhà.
Tìm hiểu và sử dụng các cơng nghệ như: Dialogflow, WebHook, Reactjs,

Nodejs, Actions Google, kết hợp với Voice Assistant.
Sử dụng nền tảng Vercel để hỗ trợ ngôn ngữ python, nodejs,…
Ngôn ngữ sử dụng: Python, Javascript trên nền tảng Nodejs và Reactjs.

SVTH: Nguyễn Hoàng Giang – 20126571
Trần Văn Sang – 20126541

Trang


Điều khiển hệ thống IoT bằng giọng nói

GVHD: Th.s Nguyễn Thành Thái

CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT
2.1 Khái niệm về Internet of Things (IoT)
IoT là một kịch bản của thế giới, khi mà mỗi đồ vật, con người được cung cấp
một định danh của riêng mình, và tất cả có khả năng truyền tải, trao đổi thông tin,
dữ liệu qua một mạng duy nhất mà không cần đến sự tương tác trực tiếp giữa người
với người, hay người với máy tính. IoT đã phát triển từ sự hội tụ của công nghệ
không dây, công nghệ vi cơ điện tử và Internet. Nói đơn giản là một tập hợp các
thiết bị có khả năng kết nối với nhau, với Internet và với thế giới bên ngồi để thực
hiện một cơng việc nào đó.
2.2 Lịch sử ra đời

Thuật

ngữ

Hình 2.1 Internet of Thing

“Internet of things” (viết tắt là IoT) dạo gần đây xuất hiện khá nhiều và thu hút
khơng ít sự quan tâm chú ý của thế giới cơng nghệ. Vì sự bùng nổ của IoT trong
tương lai sẽ có tác động mạnh mẽ tới cuộc sống, cơng việc và xã hội lồi người.
Thực tế thì Internet of things đã xuất hiện từ nhiều thập kỷ trước. Tuy nhiên mãi đến
những năm 1999 cụm từ IoT mới được đưa ra bởi Kevin Ashton, Ông là một nhà
khoa học đã sáng lập ra Trung tâm Auto-ID ở đại học MIT, nơi thiết lập các quy
chuẩn toàn cầu cho RFID (một phương thức giao tiếp khơng dây dùng sóng radio)
cũng như một số loại cảm biến khác. [2]

SVTH: Nguyễn Hoàng Giang – 20126571
Trần Văn Sang – 20126541

Trang


Điều khiển hệ thống IoT bằng giọng nói

GVHD: Th.s Nguyễn Thành Thái

Vào năm 1982, đã có những ý tưởng đầu tiên về một mạng lưới các thiết bị
thông minh được đưa ra thảo luận rộng rãi. Và đó cũng đánh dấu sự ra đời của chiếc
máy bán nước Cocacola ở Đại học Carnegie Mellon. Nó đã trở thành thiết bị đầu
tiên được kết nối Internet, có khả năng báo cáo kiểm kho và báo cáo độ lạnh của
những chai nước mới đưa vào máy. Năm 1999, Kevin Ashton lần đầu tiên đề cập
đến Internet of Things tại buổi thuyết trình của công ty Procter & Gamble.Năm
2000 – 2013, Internet of things (IoT) được nghiên cứu ứng dụng rộng rãi vào các
lĩnh vực đời sống như đồ gia dụng, thiết bị chăm sóc sức khỏe. Một số sản phẩm
tiêu biểu như: Fibit – đồng hồ theo dõi sức khỏe, máy tạo nhịp tim không dây, dịch
vụ vận chuyển hàng không … Năm 2014, số lượng thiết bị di động và máy móc kết
nối với internet vượt dân số thế giới lúc bấy giờ. Và cuối cùng đến năm 2015, các

mơ hình robot IoT, trang trại IoT được công bố và đưa vào ứng dụng cũng như phát
triển cho đến ngày nay. [2]
2.3 Ứng dụng của IoT trong đời sống
Một số lĩnh vực nổi bật hiện nay được ứng dụng IoT nhiều nhất như:
- Nhà thông minh
- Quản lý các thiết bị cá nhân: thiết bị đeo tay để đo nhịp tim huyết áp
- Quản lý môi trường: Xử lý trong các tình huống khẩn cấp
- Quản lý giao thơng
- Lĩnh vực mua sắm thông minh
- Đồ dùng sinh hoạt hằng ngày: như máy pha coffee, bình nóng lạnh
- Tự động hóa: các công xưởng sản xuất xe hơi đã áp dụng công nghệ IoT để cắt
giảm hầu hết các công nhân, thay vào đó là các bộ máy tích hợp trí thông minh
nhân tạo cho năng suất tăng gấp nhiều lần và độ chính xác cao hơn.
2.4 Các thành phần và kiến trúc của một hệ thống iot
2.4.1 Thành phần
- Sensor: Các cảm biến như cảm biến nhiệt độ, độ ẩm, cảm biến tiệm cận,
cảm biến ánh sáng v.v…
- Local Processing: Các xử lý tín hiệu đầu vào cục bộ trước khi đẩy lên đám
mây.
- Local Storage: Lưu trữ cục bộ của dữ liệu cần xử lý
- Network: Phần cứng kết nối mạng
- Internet: Kết nối ra internet
- Cloud Processing: Xử lý tính tốn đám mây

SVTH: Nguyễn Hồng Giang – 20126571
Trần Văn Sang – 20126541

Trang

Điều khiển hệ thống IoT bằng giọng nói

GVHD: Th.s Nguyễn Thành Thái

- Cloud Storage: Lưu trữ đám mây
2.4.2 Kiến trúc

Hình 1.2 Kiến trúc hệ thống IOT
Cổng giao tiếp (Gateway): Dữ liệu đi từ vật lên cloud và ngược lại thông qua
các cổng. Cổng cung cấp khả năng kết nối giữa mọi thứ và phần cloud của giải pháp
IoT, cho phép xử lý và lọc dữ liệu trước khi chuyển nó sang cloud (để giảm khối
lượng dữ liệu để xử lý và lưu trữ chi tiết) và truyền các lệnh điều khiển từ cloud
sang mọi thứ.
Cổng cloud (Cloud Gateway): Tạo điều kiện nén dữ liệu và truyền dữ liệu an
toàn giữa các cổng trường và máy chủ IoT trên cloud. Nó cũng đảm bảo khả năng
tương thích với các giao thức khác nhau và giao tiếp với các cổng trường sử dụng
các giao thức khác nhau tùy thuộc vào giao thức nào được hỗ trợ bởi các cổng.
Bộ xử lý dữ liệu trực tuyến: Đảm bảo chuyển đổi hiệu quả dữ liệu đầu vào
sang hồ dữ liệu và các ứng dụng điều khiển. Khơng có dữ liệu đơi khi có thể bị mất
hoặc bị hỏng.
Hồ dữ liệu (Data Lake): Hồ dữ liệu được sử dụng để lưu trữ dữ liệu được tạo
bởi các thiết bị được kết nối ở định dạng tự nhiên. Dữ liệu lớn xuất hiện theo “đợt”
hoặc trong luồng – Stream. Khi dữ liệu là cần thiết cho những hiểu biết có ý nghĩa,
nó được trích xuất từ một hồ dữ liệu và được tải vào một kho dữ liệu lớn.
Kho dữ liệu lớn (BigData warehouse): Dữ liệu được lọc và xử lý trước cần
thiết cho thông tin chi tiết có ý nghĩa được trích xuất từ hồ dữ liệu vào kho dữ liệu
lớn. Kho dữ liệu lớn chỉ chứa dữ liệu được làm sạch, có cấu trúc và khớp (so với hồ

SVTH: Nguyễn Hoàng Giang – 20126571
Trần Văn Sang – 20126541

Trang


Điều khiển hệ thống IoT bằng giọng nói

GVHD: Th.s Nguyễn Thành Thái

dữ liệu chứa tất cả các loại dữ liệu được tạo bởi cảm biến). Ngoài ra, kho dữ liệu
lưu trữ thông tin ngữ cảnh về sự vật và cảm biến (ví dụ: nơi cài đặt cảm biến) và các
ứng dụng điều khiển lệnh gửi đến mọi thứ.
Phân tích dữ liệu (Data Analytics): Các nhà phân tích dữ liệu có thể sử dụng
dữ liệu từ kho dữ liệu lớn để tìm xu hướng và đạt được những hiểu biết có thể hành
động. Ví dụ, khi được phân tích (và trong nhiều trường hợp – được hiển thị trong sơ
đồ, sơ đồ, infographics), hiệu suất của các thiết bị, giúp xác định sự thiếu hiệu quả
và tìm ra cách cải thiện hệ thống IoT (làm cho nó đáng tin cậy hơn, nhiều khách
hàng hơn- định hướng). Ngoài ra, các mối tương quan và các mẫu được tìm thấy
bằng tay có thể góp phần hơn nữa vào việc tạo ra các thuật tốn cho các ứng dụng
điều khiển.
Học Máy và các mơ hình Machine Learning tạo ra: Với học máy, có một cơ
hội để tạo ra các mơ hình chính xác và hiệu quả hơn cho các ứng dụng điều khiển.
Các mô hình được cập nhật thường xun (ví dụ, một lần trong một tuần hoặc một
lần trong tháng) dựa trên dữ liệu lịch sử được tích lũy trong một kho dữ liệu lớn.
Khi khả năng ứng dụng và hiệu quả của các mơ hình mới được các nhà phân tích dữ
liệu kiểm tra và phê duyệt, các mơ hình mới được sử dụng bởi các ứng dụng điều
khiển. Các ứng dụng điều khiển: Gửi lệnh tự động và cảnh báo đến các bộ truyền
động.
Ứng dụng người dùng: Là một thành phần phần mềm của hệ thống IoT cho
phép kết nối người dùng với hệ thống IoT và cung cấp các tùy chọn để giám sát và
kiểm sốt những thứ thơng minh của họ (trong khi chúng được kết nối với mạng của

những thứ tương tự, ví dụ như nhà hoặc ơ tơ và kiểm sốt bởi một hệ thống trung
tâm). Với ứng dụng di động hoặc web, người dùng có thể theo dõi trạng thái của đồ
vật, gửi lệnh để điều khiển ứng dụng, đặt tùy chọn hành vi tự động (thông báo và
hành động tự động khi dữ liệu nhất định đến từ cảm biến).

SVTH: Nguyễn Hoàng Giang – 20126571
Trần Văn Sang – 20126541

Trang


Điều khiển hệ thống IoT bằng giọng nói

GVHD: Th.s Nguyễn Thành Thái

CHƯƠNG 3: THIẾT BỊ PHẦN CỨNG VÀ CÁC NỀN TẢNG
3.1 Raspberry Pi
3.1.1 Giới thiệu về Raspberry Pi

Hình 3.1 Raspberry Pi

SVTH: Nguyễn Hoàng Giang – 20126571
Trần Văn Sang – 20126541

Trang


Điều khiển hệ thống IoT bằng giọng nói

GVHD: Th.s Nguyễn Thành Thái

Raspberry Pi là từ để chỉ các máy tính chỉ có một board mạch (hay cịn gọi là
máy tính nhúng) kích thước chỉ bẳng một thẻ tín dụng, được phát triển tại Anh bởi
Raspberry Pi Foundation với mục đích ban đầu là thúc đẩy việc giảng dạy về khoa
học máy tính cơ bản trong các trường học và các nước đang phát triển.
Raspberry Pi sản xuất bởi 3 OEM: Sony, Qsida, Egoman. Và được phân phối
chính bởi Element14, RS Components và Egoman. [3]
Nhiệm vụ ban đầu của dự án Raspberry Pi là tạo ra máy tính rẻ tiền có khả
năng lập trình cho những sinh viên, nhưng Pi đã được sự quan tầm từ nhiều đối
tượng khác nhau. Đặc tính của Raspberry Pi xây dựng xoay quanh bộ xử lí SoC
Broadcom BCM2835 (là chip xử lí mobile mạnh mẽ có kích thước nhỏ hay được
dùng trong điện thoại di động) bao gồm CPU, GPU, bộ xử lí âm thanh /video, và
các tính năng khác … tất cả được tích hợp bên trong chip có điện năng thấp này.
Raspberry Pi khơng thay thế hồn tồn hệ thống để bàn hoặc máy xách tay.
Bạn khơng thể chạy Windows trên đó vì BCM2835 dựa trên cấu trúc ARM nên
không hỗ trợ mã x86/x64, nhưng vẫn có thể chạy bằng Linux với các tiện ích như
lướt web, mơi trường Desktop và các nhiệm vụ khác. Tuy nhiên Raspberry Pi là một
thiết bị đa năng đáng ngạc nhiên với nhiều phần cứng có giá thành rẻ nhưng rất
hoàn hảo cho những hệ thống điện tử, những dự án DIY, thiết lập hệ thống tính tốn
rẻ tiền cho những bài học trải nghiệm lập trình.
Đánh giá ưu điểm và nhược điểm của Rasbery PI:
* Ưu Điểm:
Hỗ trợ ngoại vi rộng rãi:
- Raspberry Pi đi kèm với 26 chân GPIO thực sự rất hữu ích cho các dự án
nhúng và phần cứng giao tiếp. Các chân này thực sự hữu ích trong việc giao tiếp
linh kiện. Bạn có thể kết hợp nhiều cảm biến kỹ thuật số với nhau do số lượng chân
GPIO được cung cấp nhiều. Nó hỗ trợ hầu hết các thiết bị ngoại vi được hỗ trợ bởi
Arduino.
- Nó có rất nhiều phụ kiện có bán trên thị trường. Bạn sẽ tìm thấy nhiều vỏ
Raspberry Pi với các thiết kế khác nhau, Raspberry pi HATs, quạt, tản nhiệt, .... Bạn

cũng sẽ tìm thấy cả một cộng đồng lớn và hỗ trợ. Nó được cho là máy tính một bo
mạch phổ biến nhất hiện nay.
Nhiều cảm biến:

SVTH: Nguyễn Hoàng Giang – 20126571
Trần Văn Sang – 20126541

Trang


Điều khiển hệ thống IoT bằng giọng nói

GVHD: Th.s Nguyễn Thành Thái

- Như đã nói ở phần trên rằng nó đi kèm với rất nhiều Chân GPIO, vì vậy việc
hỗ trợ nhiều cảm biến cùng một lúc là điều hiển nhiên. Bạn có thể kết nối nhiều
màn hình, module, cảm biến, … với nó. Trừ khi nó khơng phải là analog.
Hỗ trợ tất cả các loại code:
- Đây là một trong những phần tốt nhất của bo mạch này, nếu chúng ta so sánh
nó với arduino, bạn sẽ biết rằng arduino chỉ hỗ trợ C, C ++. Trong khi bo mạch này
hoạt động như một máy tính một bo. Bạn sẽ có được một mơi trường máy tính để
bàn Linux, trong đó bạn có thể viết mã bằng hầu hết mọi ngơn ngữ, có thể là C, C +
+, C #, Ruby, Java, Python, ...
- Sự hỗ trợ cho tất cả các loại code làm cho bo mạch này trở nên nổi tiếng, một
trong những mục tiêu chính của nền tảng raspberry pi là cung cấp máy tính giá rẻ
cho mọi người để họ có thể học lập trình. Những người xây dựng nền tảng này đã
thực sự đạt được mục tiêu của mình trong việc cung cấp máy tính giá rẻ cho mọi
người, để có thể học lập trình một cách dễ dàng.
- Tiến tới tương lai, mọi thứ đều chuyển sang kỹ thuật số, vì vậy chúng ta ngày
càng cần nhiều lập trình viên hơn. Raspberry Pi thực sự đang giúp những người

không thể bỏ ra nhiều tiền cho máy tính để bàn.
Bộ xử lý nhanh hơn:
- Nói về nhân. Khi chúng ta so sánh nó với Arduino và các bo mạch khác, bạn
sẽ có một bộ xử lý nhanh hơn. Arduino đi kèm với một bộ điều khiển, trong khi ở
đây Raspberry Pi đi kèm với bộ xử lý 1,6 GHz trong biến thể 3B của Raspberry Pi.
- Bộ xử lý nhanh hơn có nghĩa là hiệu suất tốt. Cái giá bỏ cho hiệu suất của bo
pi raspberry thực sự tuyệt vời. Điện Tử Tương Lai đảm bảo với bạn rằng bạn sẽ
không đạt được nhiều hiệu suất trên bất kỳ bo mạch nào ở mức giá đó.
* Nhược điểm:
Thiếu bộ nhớ trong eMMC:
- Vì raspberry pi khơng có bất kỳ bộ nhớ trong nào nên nó cần thẻ micro SD
để hoạt động như một bộ nhớ trong. Chúng ta đều biết rằng thẻ SD không nhanh.
Ngay cả khi chúng ta so sánh thẻ micro SD tốc độ cao class 10 với bộ nhớ trong
eMMC. Nó thiếu hiệu suất, vì vậy điều này làm tăng thời gian khởi động của bo
mạch và tốc độ đọc / ghi của pi raspberry.
- Nhiều nhà sản xuất bo mạch như Beagle-bone và bo mạch Asus Tinker hiện
đang sử dụng bộ nhớ trong eMMC để có tốc độ cao hơn. Họ cũng cung cấp một tùy

SVTH: Nguyễn Hoàng Giang – 20126571
Trần Văn Sang – 20126541

Trang


Điều khiển hệ thống IoT bằng giọng nói

GVHD: Th.s Nguyễn Thành Thái

chọn để mở rộng bộ nhớ trong bằng thẻ SD bên ngoài. Thời gian khởi động của bo
mạch rất ít và siêu nhanh. Điện Tử Tương Lai nghĩ rằng đội ngũ raspberry pi nên

suy nghĩ về điều này trong bo mạch sắp tới của họ.
Bộ xử lý đồ họa bị thiếu:
- Quá trình đồ họa tốt là một điều rất quan trọng, nếu bạn thích chỉnh sửa ảnh,
chỉnh sửa video và chơi game. Khơng có nó máy tính của bạn chỉ là một củ khoai
tây. Nhiều người cần bộ xử lý đồ họa để có thể thực hiện một số tác vụ nhất định.
Trong khi pi raspberry khơng có đơn vị GPU mà thay vào đó bộ xử lý thực hiện tất
cả các nhiệm vụ cho nó, điều này thực sự không hiệu quả.
- Bo mạch Asus Tinker đi kèm với một bộ xử lý đồ họa. Bạn có thể chơi các
trò chơi Android trên bo mạch trong khi cài đặt hệ điều hành Android một cách dễ
dàng. Bạn có thể chỉnh sửa ảnh và video nhanh hơn.
Khơng thực tế bằng máy tính để bàn:
- Khi chúng ta nhìn vào bức tranh lớn hơn của bo mạch này và nghĩ về nó như
một máy tính để bàn. Nó thiếu rất nhiều thứ. Ngay cả khi bạn mua pi raspberry mới
nhất với ram 4GB. Nó thiếu một số hiệu suất. Nó được giới thiệu hiển thị video 4K
ở 60 FPS nhưng trên thực tế nó ít hơn một chút và bạn sẽ thấy một số hiện tượng
giật hình trong video 4K 60 FPS.
- Nếu bạn mở quá nhiều tab, bo mạch sẽ bắt đầu chậm lại một chút. Nó cần
một số cải tiến và tối ưu hóa trong phần mềm và phần cứng.
Q nóng:
- Bo mạch khơng đi kèm với bất kỳ tấm tản nhiệt nào được dán sẵn hoặc bất
kỳ quạt làm mát nào. Vì raspberry pi 3 được trang bị bộ vi xử lý mạnh mẽ và nhiều
tính năng, nên sau một lúc sử dụng nó sẽ bắt đầu nóng lên do kích thước bo mạch
tương tự như những mẫu trước đó mà tản nhiệt lại khơng phù hợp. Nếu bạn sử dụng
liên tục 6 - 7 tiếng mà khơng có điều hịa, tản nhiệt, nó sẽ nóng lên rất nhiều trên
70°C.

SVTH: Nguyễn Hoàng Giang – 20126571
Trần Văn Sang – 20126541

Trang

Điều khiển hệ thống IoT bằng giọng nói

GVHD: Th.s Nguyễn Thành Thái

3.1.2 Phần cứng

Hình 3.2 Chi tiết phần cứng của Raspberry PI
Pi

3

Raspberry
Model B+

là sản phẩm mới nhất trong gia đình Raspberry Pi, nổi bật với chip 4 nhân 64-bit có
tốc độ 1.4GHz – nhanh nhất từ trước đến nay! Phiên bản mới còn hỗ trợ Wifi Dualband 2.4GHz và 5GHz, Bluetooth 4.2/Bluetooth Low Energy, cổng Ethernet tốc độ
cao (300Mbps) và Power over Ethernet (PoE) thông qua PoE HAT.
Trái tim của Raspberry Pi là chip SoC (System-On-Chip) Broadcom
BCM2835 chạy ở tốc độ 700mHz. Chip này tương đương với nhiều loại được sử
dụng trong smartphone phổ thơng hiện nay, và có thể chạy được hệ điều hành
Linux. Tích hợp trên chip này là nhân đồ họa (GPU) Broadcom VideoCore IV. GPU
này đủ mạnh để có thể chơi 1 số game phổ thơng và phát video chuẩn full HD.
Hệ thống GPIO (General Purpose Input Output): gồm 26 chân chia làm hai
hang. Đúng như tên gọi của nó, từ đây ta có thể kết nối và điều khiển rất nhiều thiết
bị điện tử/cơ khí khác.

SVTH: Nguyễn Hoàng Giang – 20126571
Trần Văn Sang – 20126541

Trang


Điều khiển hệ thống IoT bằng giọng nói

GVHD: Th.s Nguyễn Thành Thái

Hình 3.3 Chân cắm của Raspberry Pi

SVTH: Nguyễn Hồng Giang – 20126571
Trần Văn Sang – 20126541

Trang


Điều khiển hệ thống IoT bằng giọng nói

GVHD: Th.s Nguyễn Thành Thái

Ngõ HDMI: dùng để kết nối Pi với màn hình máy tính hay tivi có hỗ trợ cổng
HDMI.
Ngõ RCA Video (analog): khi thiết kế Pi người ta cũng tính đến trường hợp
người sử dụng ở các nước đang phát triển khơng có điều kiện sắm một chiếc tivi đời
mới tích hợp cổng HDMI. Vì vậy cổng video analog này được thêm vào, giúp
Raspberry Pi có thể kết nối với chiếc tivi đời cũ.
Ngõ audio 3.5mm: kết nối dễ dàng với loa ngồi hay headphone. Đối với tivi
có cổng HDMI, ngõ âm thanh được tích hợp theo đường tín hiệu HDMI nên không
cần sử dụng ngõ audio này.
Cổng CSI: khe cắm này là để cắm modul camera vào Raspberry Pi. Khi sản

xuất Raspberry Pi thì nhà sản xuất cịn sản xuất thêm một modul camera 5MP
nhưng người mua không được hỗ trợ mà phải mua thêm. Chúng ta có thể chụp hình,
quay phim, ... làm việc tất cả các tác vụ như trên một camera bình thường.
Cổng DSI: nơi đây sẽ giúp ta có thể kết nối Raspberry Pi với màn hình cảm
ứng để hiển thị và sử dụng Raspberry một cách trực quan nhất. Chúng ta có thể thực
hiện các tác vụ tương đương như khi sử dụng chuột và bàn phím.

SVTH: Nguyễn Hồng Giang – 20126571
Trần Văn Sang – 20126541

Trang