Phương pháp nghiên cứu khoa học Giải quyết ỨNG DỤNG CÁC NGUYÊN TẮC SÁNG TẠO TRONG XÂY DỰNG THUẬT TOÁN TÍNH SỐ BƯỚC CHÂN TRÊN iPHONE

ĐẠI HỌC QUỐC GIA THÀNH PH Ố HỒ CHÍ MINH


TRƢỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ THÔNG TIN















PHƢƠNG
PHÁP NGHIÊN CỨU KHOA HỌC
TRONG TIN HỌC


ỨNG DỤNG CÁC NGUYÊN TẮC SÁNG TẠO
TRONG XÂY DỰNG THUẬT TOÁN TÍNH SỐ
BƢỚC

CHÂN TRÊN iPHONE.

GVHD : GS. TSKH. HOÀNG VĂN KIẾM
Học viên: Vũ Thế Nhân – CH1301030





TPHCM, tháng 5 năm 2014
MỤC LỤC
Chương
I: LÝ THUYẾT VÀ THỰC NGHIỆM 2
1. Cảm biến 2
1.1 Khái niệm về cảm biến 2
1.2 Đặc điểm của cảm biến 2
1.3. Một số loại cảm biến trên smartphone 3
1.4. Ứng dụng phổ biến của cảm biến 3
2. Xử lý tín hiệu cảm biến 4
2.1. Giới thiệu bộ lọc Kalman 4
2.2. Xử lý tín hiệu từ gia tốc kế 7
2.3.
Phương

pháp tính số
bước
chân từ tín hiệu của gia tốc kế 9
2.4. Kết quả đạt được 12
Chương
II: ỨNG DỤNG NGUYÊN TẮC SÁNG TẠO TRÊN SỰ PHÁT TRIỂN CẢM
BIẾN VÀ TRONG QUÁ TRÌNH THỰC HIỆN 15
1. Ứng dụng nguyên tắc sáng tạo trên sự phát triển của cảm biến: 15
1.1. Nguyên tắc phân nhỏ: 15
1.2. Nguyên tắc phẩm chất cục bộ: 15
1.3. Nguyên tắc kết hợp: 16
1.4. Nguyên tắc vạn năng: 16
1.5. Nguyên tắc năng động: 16
1.6. Nguyên tắc rẽ thay cho đắt: 17
1.7. Nguyên tắc thay thế sơ đồ cơ học: 17
1.8. Nguyên tắc sử dụng vật liệu tổng hợp: 18
2. Ứng dụng nguyên tắc sáng tạo trong quá trình thực hiện: 18
2.1. Nguyên tắc phân nhỏ: 18
2.2. Nguyên tắc “tách khỏi”: 18
2.3. Nguyên tắc phẩm chất cục bộ: 19
2.4. Nguyên tắc kết hợp: 19
2.5. Nguyên tắc vạn năng: 19
2.6. Nguyên tắc gây ứng xuất sơ bộ: 20
2.7. Nguyên tắc thực hiện sơ bộ: 20
2.8. Nguyên tắc năng động: 20
2.9. Nguyên tắc sử dụng trung gian: 21
2.10. Nguyên tắc đổi màu: 21
Chương
III: ỨNG DỤNG NGUYÊN TẮC SÁNG TẠO 22

Vũ Thế Nhân – CH1301030
1 | T r a n g

TỔNG QUAN



Việc khai thác ứng dụng của cảm biến đã được đề cập từ rất lâu. Trong bài báo
"Activity Recognition from User-Annotated Acceleration Data" (1), 2 tác giả Ling Bao
và Stephen S. Intille đã ứng dụng gia tốc kế vào việc nhận dạng hành động của người sử
dụng. Hai tác giả trên đã dùng 5 gia tốc kế gắn tại 5 vị trí khác nhau trên người sử dụng
để ghi nhận được nhiều loại hành động của người dùng như đứng, đi bộ, chạy, ngồi,
Kết hợp với việc so sánh với các dữ liệu gia tốc của 20 người tình nguyện trong phòng thí
nghiệm, từ đó phân loại hành động của người sử dụng. Và độ chính xác với cách làm của
họ là 84%. Tuy nhiên, việc gắn 5 gia tốc kế lên người sử dụng là không tiện dụng, đồng
thời gia tốc kế mà họ sử dụng là gia tốc kế riêng biệt.

Trong bài báo "A simple method for reliable footstep detection on embedded sensor
platforms” của tác giả Ryan Libby (2), gia tốc kế được ứng dụng để nhận biết bước đi của
người dùng. Trong cách thức tiến hành, Ryan sử dụng một thiết bị tích hợp gia tốc kế và
đặt nó ở hông người sử dụng. Kết quả tốt nhất trong phần nhận biết bước đi khi người
dùng đi bộ là 99,5%.

Ở đề tài “Xây dựng thuật toán tính số bước chân trên iPhone”, em thực hiện xây
dựng thuật toán tính số bước chân dựa vào bộ lọc Kalman. Và em xin được áp dụng để
làm đề tài cho chuyên đề này, nhằm phân tích phân tích các nguyên tắc sáng tạo được áp
dụng trong quá phát triển cảm biến trên iPhone cũng như trong quá trình thực hiện đề tài
Vũ Thế Nhân – CH1301030
2 | T r a n g

Chƣơng
I: LÝ THUYẾT VÀ THỰC NGHIỆM
1. Cảm biến
1.1 Khái niệm về cảm biến

Cảm biến là một thiết bị đo một đại lượng vật lý và chuyển đổi nó thành tín hiệu để
người hoặc thiết bị khác có thể đọc được. Ví dụ: nhiệt kế thủy ngân chuyển đổi sự thay
đổi nhiệt độ thành sự độ cao của cột thủy ngân trong ống thủy tinh để có thể đọc được.

Hầu hết các cảm biến đều được canh chỉnh độ chính xác dựa vào các chuẩn đã biết.
Ví dụ: nhiệt độ của nước đá là 0
o
C và nhiệt dộ của nước đang sôi là 100
o
C thì ta sẽ đánh
dấu được bảng chia nhiệt độ cho nhiệt kế.

Bản thân cảm biến cũng ảnh hưởng đến kết quả đo đạc. Ví dụ: nếu dung nhiệt kế
thủy ngân vào ly nước để đo nhiệt độ nước thì bản thân cảm biến cũng ảnh hưởng đến
nhiệt độ đo được của nước trong ly. Do đó, cảm biến phải được thiết kế sao cho mức ảnh
hưởng của nó đến giá trị mà cảm biến đo được là nhỏ nhất.

1.2 Đặc điểm của cảm biến

Độ nhạy của cảm biến được định nghĩa là độ thay đổi giá trị của cảm biến tương
ứng với một lượng thay đổi của đại lượng cần đo. Ví dụ: nếu như cột thủy ngân của nhiệt
kế dâng lên 1cm khi nhiệt độ tăng 1
o
C thì độ nhạy của cảm biến là 1cm/
o

C. Cảm biến có
khả năng ghi nhận được những thay đổi càng nhỏ thì càng nhạy.

Độ phân giải của cảm biến là sự thay đổi nhỏ nhất của giá trị cần đo mà cảm biến có
thể ghi nhận được.


Vũ Thế Nhân – CH1301030
3 | T r a n g

1.3. Một số loại cảm biến trên smartphone

- Ambient Light Sensor (ALS): cảm biến ánh sáng.

- Proximity Sensor: cảm biến gần.

- Accelerometer: gia tốc kế.

- Magnetometer: cảm biến từ trường.
- Gyroscope : cảm biến con quay hồi chuyển.


1.4. Ứng dụng phổ biến của cảm biến

- Ứng dụng của Ambient Light sensor (cảm biến ánh sáng): dựa vào khả
năng đo lượng ánh sáng (độ sáng) của môi trường xung quanh. Giảm điện
năng tiêu thụ bằng cách điều chỉnh độ sáng màn hình phù hợp với môi trường
sử dụng. Điều chỉnh độ sáng của không gian xung quanh nhờ vào việc nhận
biết mức ánh sáng tương ứng.
- Ứng dụng của Proximity Sensor (cảm biến gần): cảm biến gần được dùng

để đo độ gần của một vật thể bằng cách phát ra tia hồng ngoại và đo độ mạnh
của tín hiệu phản hồi. Cảm biến gần được dùng chủ yếu để nhận biết khi nào
người dùng đặt điện thoại gần tai nhằm tắt màn hình để tiết kiệm điện năng
và tắt cảm ứng màn hình để tránh việc vô tình phát sinh sự kiện chạm màn
hình.
- Ứng dụng của Accelerometer (gia tốc kế): Với khả năng nhận biết trạng
thái chuyển động, rung lắc, và trạng thái, gia tốc kế được dùng trong nhiều
loại ứng dụng như tiện ích, game, đo sức khỏe, v.v
- Ứng dụng của cảm biến từ trường: Cảm biến từ trường được tích hợp khá
nhiều trên các loại smartphone. Với khả năng xác định hướng, cảm biến từ
trường được kết hợp với định vị GPS để xác định tuyến đường mà người
dùng đã đi.
- Ứng dung của Gyroscope (cảm biến con quay hồi chuyển): Tương tự như
gia tốc kế, cảm biến con quay hồi chuyển cũng được ứng dụng chủ yếu vào
Vũ Thế Nhân – CH1301030
4 | T r a n g

các trò chơi, các tiện ích mà trong đó điện thoại được điều khiển bằng cách
nghiêng điện thoại qua lại.
2. Xử lý tín hiệu cảm biến
2.1. Giới thiệu bộ lọc Kalman

2.1.1. Khái niệm về bộ lọc

Bộ lọc là phương pháp loại bỏ những giá trị không quan tâm và giữ lại những giá trị
cần thiết. Thông thường, bộ lọc được sử dụng để lọc tín hiệu nhiễu ra khỏi tín hiệu cần
đo. Trên thực tế, không thể lọc được toàn bộ tín hiệu nhiễu ra khỏi tín hiệu thực tế, vì vậy
bộ lọc chỉ có thể lọc ra tín hiệu ước lượng gần đúng so với tín hiệu thực.

Hình 1. Mô hình bộ l
ọc


2.1.2. Giới thiệu về bộ lọc Kalman

Năm 1960, R.E Kalman đã công bố bài báo nổi tiếng về một giải pháp truy hồi để
giải quyết bài toán lọc thông tin rời rạc tuyến tính (discrete data linear filtering) mang tên
"A New Approach to Linear Filtering and Prediction Problems".

Bộ lọc Kalman là tập hợp các phương trình toàn học mô tả phép tính hồi quy để ước
lượng trạng thái một quá trình sao cho phương sai giữa giá trị ước đoán và giá trị thật là
nhỏ nhất.
Vũ Thế Nhân – CH1301030
5 | T r a n g



2.1.3. Giới thiệu về bộ lọc Kalman rời rạc

Bộ lọc Kalman rời rạc sử dụng cho bài toán ước lượng trạng thái một quá trình được
mô hình hóa một cách rời rạc theo thời gian.

Trạng thái của quá trình được mô tả theo phương trình ngẫu nhiên tuyến
tính:

x
k
= A*x
k-1
+ B*u
k-1
+ w
k-1
, w ~ (0, Q) (1)




Kết quả đo được z được mô tả theo phương trình:



z
k
= H*x
k
+ v
k
,v ~ (0,R) (2)




Nếu x có kích thước n, u có kích thướng l, z có kích thước m thì khi đó:

- A: ma trận kích thước n x n. Thể hiện mối quan hệ giữa x và trạng thái trước nó.
- B: ma trận kích thướng n x l. Thể hiện mối quan hệ giữa u và x.
- u : tín hiệu điều khiển.
- w : tín hiệu nhiễu của hệ thống.
- H: ma trận kích thước n x m.
- v : tín hiệu nhiễu đo đạc.
- Qua mô hình hệ thống, ta thấy bộ lọc Kalman rời rạc là đi tìm giá trị ước lượng x khi
biết được mô hình trạng thái của x và giá trị đo được z phụ thuộc vào x.

Để tìm được giá x gần đúng với giá trị thật nhất, Kalman đã đưa ra mô hình bộ lọc

Kalman dưới đây:
Vũ Thế Nhân – CH1301030
6 | T r a n g







Trong đó:

Hình 2. Mô hình xử lí của bộ lọc Kalman rời rạc


- P: ma trận sai số của hệ thống.
- x
-

:giá trị ước đoán từ mô hình hệ thống.
- x: giá trị tính toán được.

Bộ lọc Kalman rời rạc gồm 2 phần:


- Time Update: dựa vào mô hình trạng thái đã thiết lập và giá trị x tiền nghiệm tính
được tính toán giá trị ước đoán x. Và điều chỉnh giá trị sai số P.
- Measurement Update: tính toán giá trị thật x dựa vào giá trị ước đoán, giá trị đo được
và sai số ước lượng.

Ta có thể mô hình Kalman rời rạc một cách tổng quát như sau:
Vũ Thế Nhân – CH1301030
7 | T r a n g


Mô hình hệ thống


Giá trị đo được

2


Ước đoán giá trị x
4



Tính toán giá trị x

3

2


Ước đoán sai số
Tính toán sai số

4



Hình 4. Mô hình tổng quát bộ lọc Kalman rời rạc

Thứ tự thực hiện từ 1 đến 4 và lặp lại.


2.2. Xử lý tín hiệu từ gia tốc kế


2.2.1.
Phƣơng
pháp lọc nhiễu ứng dụng bộ lọc Kalman rời rạc

Như đã nêu trên, để sử dụng bộ lọc Kalman rời rạc, ta cần mô hình hóa hệ thống

theo hai phương trình ngẫu nhiên tuyến tính của bộ lọc Kalman rời rạc:
(1) với A=1, u=0
x

k
= x
k-1
+ w
k-1
, w ~ (0, Q)


Kết quả đo được chỉ bao gồm giá trị tín hiệu thật và thêm vào lượng nhiễu nên H

=1 và được mô tả theo phương trình:


(2) với H=1


z
k
= x
k
+ v
k
,v ~ (0,R)
Vũ Thế Nhân – CH1301030
8 | T r a n g




Hình 53. Mô hình bộ lọc Kalman rời rạc cho tín hiệu cảm

b
i
ến








Trước Sau


Hình 6. Tín hiệu 3 trục x, y, z của accelerometer
trƣớc
và sau khi qua bộ l
ọc

Kalman rời rạc

Qua hình 6, ta thấy bộ lọc Kalman rất hiệu quả trong việc lọc nhiễu tín hiệu của
cảm biến đặc biệt là tín hiệu gia tốc kế.
Vũ Thế Nhân – CH1301030
9 | T r a n g

2.3.
Phƣơng
pháp tính số
bƣớc

chân từ tín hiệu của gia tốc kế



Tín hiệu từ gia
tốc kế
n


Bộ lọc
Kalman





Lọc cực trị cục
bộ




Số bước chân



Hình 74. Sơ đồ
phƣơng
pháp tính số
bƣớc

chân

Với tín hiệu từ gia tốc kế, xác định kiểu đặt điện thoại để xác định giá trị trục của
gia tốc kế có biến đổi nhiều và có thể tính được bước chân từ đó. Kiểu đặt máy và giá trị
trục tương ứng như sau:

o Với kiểu cầm tay: lấy tín hiệu trục z.

o Với kiểu bỏ túi áo: lấy tín hiệu trục y.

o Với kiểu bỏ túi quần: lấy tín hiệu trục z.


Thông số nhiễu em sử dụng R= 0.02, Q:0.5, và thông số nhiễu thay đổi tùy vào
kiểu đặt điện thoại và được xác định dựa vào bộ dữ liệu thu được để có kết quả tốt nhất.




Hình 8. Tín hiệu từ gia tốc
kế





Hình 9. Tín hiệu từ gia tốc kế qua 1 lần lọc Kalman với thông số nhiễu thấp
Vũ Thế Nhân – CH1301030
10 | T r a n g

Hình 105. Tín hiệu từ gia tốc kế qua 1 lần lọc Kalman với thông số nhiễu cao




Hình 11. Tín hiệu từ gia tốc kế qua 3 lần lọc Kalman với thông số nhiễu thấp

Với tín hiệu sau 3 lần lọc Kalman (tín hiệu K), em sử dụng bộ lọc bước đi em đề
xuất. Mục đích bộ lọc bước đi là lọc giữ lại những cực trị cục bộ: bao gồm dãy tín hiệu
tăng và dãy tín hiệu giảm. Cách thức lọc bước đi như sau:

Nếu (K
i
- K
i-1
> d):
T
i
:= T
i-1
+ k.


Nếu (K
i-1
- K
i

> d):
Nếu T
i-1
= 0 : T
i
:= T lớn nhất cục bộ kề
trước.
Nếu T
i-1
> 0 : T
i
:= T
i-1
- k .
Nếu T
i
< 0: T
i
:= 0.





Trong đó:

Nếu (| K
i-1
- K
i

| <= d): T
i
= 0.


K: tín hiệu sau khi qua bộ lọc Kalman.

T: tín hiệu sau khi lọc cực trị.

d: tham số sai lệch.

k: hằng số bất kì.
Vũ Thế Nhân – CH1301030
11 | T r a n g




Hình 12. Kết quả sau khi lọc
bƣớc
đi

- Tín hiệu thứ 1: tín hiệu sau bộ lọc Kalman K.

- Tín hiệu thứ 2: tín hiệu T.




Kết quả lọc

bƣớc
đi


Sau khi qua lọc bước đi, ta có thể dễ dàng tính bước đi S từ dãy tín hiệu T. Với mỗi
cặp tăng giảm có cực trị kề và bằng nhau thì giá trị S =1 và đó là một bước chân.




Hình 13.
Bƣớc
đi S từ dãy tín hiệu T

Vũ Thế Nhân – CH1301030
12 | T r a n g

- Tín hiệu thứ 1: tín hiệu T.
- Tín hiệu thứ 2: tín hiệu S.

Kết quả tín hiệu S

Từ tín hiệu S, số giá trị S = 1 chính là là số bước chân nhận diện được.


2.4. Kết quả đạt đƣợc

Nhóm tiến hành thu thập dữ liệu số bước đi với 2 kiểu cầm tay và bỏ túi áo. Dữ liệu
tính được thu thập từ việc cho người sử dụng ứng dụng PathTracker và 5 ứng dụng đếm
số bước chân có lượng Rating cao trên Appstore bao gồm: Pedometer 2.2.2 with GPS+,

Stepmetr, Pedometer Pro, Pedometer 2.2.2 và Footstep.

Với kiểu cầm tay, chúng em thu thập trên 21 người thử nghiệm và thu thập 61 bộ dữ
liệu với 20640 bước bao gồm 5 mức: 20, 40, 60, 80, 100 bước. Với kiểu bỏ túi chúng em
thu thập trên 6 người thử nghiệm và thu thập 22 bộ dữ liệu với 7560 bước bao gồm 5
mức: 20, 40, 60, 80, 100 bước.

Độ chính xác trung bình của chúng em ở kiểu cầm tay là 96.3%, và ở kiểu bỏ túi là

96.7%. Ở 2 kiểu ứng dụng của chúng em đều đạt được độ chính xác cao nhất trong số

các ứng dụng được thử nghiệm.




Tên người
thực hiện

Số
bước
chân
Applications

Path
Tracker
Pedometer
2.2.2 with
GPS+

Stepmetr

Pedometer
Pro

Pedometer
2.2.2

Footstep
Trân
20
19
19
14
19
18
18
Truc Anh
20
20
18
16
17
11
18
Phuc
40
38
31

27
27
36
27
Khoi
40
39
34
31
25
27
37
Thao
60
55
52
40
52
57
54
Truc Anh
60
57
43
58
55
26
66
Thao
80

77
77
57
45
76
72
Vũ Thế Nhân – CH1301030
13 | T r a n g

Ngon
80
72
61
40
75
59
58
Bảng 1. Một số bộ dữ liệu tính
bƣớc
đi thu thập trên các ứng dụng
Vũ Thế Nhân – CH1301030
14 | T r a n g

100.0%


90.0%


80.0%


70.0%


60.0%


50.0%

40.0%


30.0%


20.0%


10.0%


0.0%


95.6%


84.6%






67.8%



79.2%

78.8%


84.7%
PathTracker Pedometer
2.2.2 with
GPS+
Stepmetr Pedometer Pro Pedometer
2.2.2

Footstep



Hình 6. Biểu đồ độ chính xác trung bình của các ứng dụng ở kiểu cầm tay



100.0%


90.0%


80.0%


70.0%

60.0%


50.0%


40.0%


30.0%


20.0%


10.0%


0.0%

96.7%

92.4%



78.9%

88.8%
92.0%

89.8%

PathTracker Pedometer
2.2.2 with
GPS+
Stepmetr Pedometer Pro Pedometer
2.2.2

Footstep



Hình 7. Biểu đồ độ chính xác trung bình của các ứng dụng ở kiểu bỏ túi
Vũ Thế Nhân – CH1301030
15 | T r a n g

Chƣơng
II: ỨNG DỤNG NGUYÊN TẮC SÁNG TẠO TRÊN
SỰ PHÁT TRIỂN CẢM BIẾN VÀ TRONG QUÁ TRÌNH
THỰC HIỆN

1. Ứng dụng nguyên tắc sáng tạo trên sự phát triển của
cảm biến:

1.1. Nguyên tắc phân nhỏ:

 Nội
dung:

- Chia các đối tượng thành các phần độc lập.

- Làm đối tượng trở nên tháo lắp được.

- Tăng mức độ phân nhỏ của đối tượng.

 Ứng
dụng
:

- Các loại chuyển động, biến khác nhau được phân ra và xây dựng các
cảm biến khác nhau. Ví dụ: cảm biến ánh sáng, cảm biến gia tốc, cảm
biến gốc quay.
- Bên trong mỗi cảm biến: các biến đổi được chia ra làm các đại lượng
đặc trưng khác nhau: Ví dụ: trên cảm biến gia tốc có 3 đại lượng: x, y
và z. Đặc trưng cho gia tốc ở 3 chiều của điện thoại.

1.2. Nguyên tắc phẩm chất cục bộ:

 Nội
dung:


- Chuyển đối tượng (hay môi trường bên ngoài, tác động bên ngoài) có
cấu trúc đồng nhất thành không đồng
nhất.


- Các phần khác nhau của đối tượng phải có những chức năng khác nhau.

- Mỗi phần của đối tượng phải ở trong những điều kiện thích hợp nhất
đối với công việc.
 Ứng d
ụng
:
Vũ Thế Nhân – CH1301030
16 | T r a n g

- Các cảm biến được quản lí một cách độc lập và được bố trí ở những vị trí
khác nhau, nhằm tạo ra sự quản lí dễ dàng và tạo ra hiệu quả cao nhất khi
sử dụng. Ví dụ: cảm biến gần được đặt ở phần trên cũng phía trước của
điện thoại để cảm biến điện thoại đang ở trạng thái nào.

1.3. Nguyên tắc kết hợp:

 Nội
dung:


- Kết hợp các đối tượng đồng nhất hoặc các đối tượng dành cho các đối

tượng kế cận.

- Kết hợp về mặt thời gian các hoạt động đồng nhất hoặc kế cận.

 Ứng
dụng
:

- Các cảm biến được tích hợp trên một thiết bị điện thoại và có thể được sử

dụng kết hợp với nhau nhằm tạo ra hiệu quả cao nhất, tiện lợi nhất, đáp
ứng được nhu cầu người sử dụng. Ví dụ: cảm biến gia tốc và cảm biến
con quay được dùng kết hợp rất nhiều trong các ứng dụng, trò chơi.

1.4. Nguyên tắc vạn năng:

 Nội
dung:


- Đối tượng thực hiện một số chức năng khác nhau, do đó là không cần
sự tham gia của đối tượng khác.
 Ứng
dụng:


- Cảm biến gia tốc ngoài chức năng cảm biến gia tốc còn có thể được sử
dụng để đo góc quay của điện thoại (một chức năng của cảm biến con
quay) trong nhiều trượng hợp

1.5. Nguyên tắc năng động:

 Nội
dung:


- Cần thay đổi các đặc trưng của đối tượng hay môi trường bên ngoài sao

cho chúng ưu trên từng giai đoạn công việc.
Vũ Thế Nhân – CH1301030

17 | T r a n g

- Phân chia đối tượng thành từng phần có khả năng dịch chuyển đối với
nhau.
 Ứng
dụng:


Cảm biến có nhiều sự truy xuất dữ liệu với những kiểu dữ liêu khác nhau
và có những trạng thái khác nhau ứng với môi trường cụ thể. Ví dụ: cảm
biến con quay có nhiều dữ liệu khác nhau như bộ ba (x,y,z) hay ma trận
góc quay. Cảm biến gần có trạng thái tắt/mở tùy thuộc vào điều kiện cụ
thể.

1.6. Nguyên tắc rẽ thay cho đắt:

 Nội
dung:


- Thay thế đối tượng đắt tiền bằng bộ các đối tượng rẻ có chất lượng kém

hơn.

 Ứng
dụng:


- Các cảm biển ngày càng được sản xuất với công nghệ tiên tiến với các vật
liệu rẻ hơn nhưng chất lượng vẫn đáp ứng được nhu cầu sử dụng.

1.7. Nguyên tắc thay thế sơ đồ cơ học:

 Nội
dung:


- Thay thế sơ đồ cơ học bằng điện, quang, nhiệt, âm hoặc mùi vị.

- Sử dụng điện trường, từ trường và điện từ trường trong tương tác đối với

đối tượng.

- Chuyển các trường đứng yên sang chuyển động, các trường cố định
sang thay đổi theo thời gian, các trường đồng nhất sang có cấu trúc nhất
định.
- Sử dụng các trường kết hợp với các hạt sắt từ.

 Ứng
dụng:


- Các cảm biến được chuyển từ mô hình cơ học sang cảm biển sử dụng

điện. Ví dụ: cảm bến con quay.

Vũ Thế Nhân – CH1301030
18 | T r a n g

1.8. Nguyên tắc sử dụng vật liệu tổng hợp:

 Nội dung:

- Chuyển từ các vật liệu đồng nhất sang sử dụng các vật liệu hợp
thành

(composite). Sử dụng các loại vật liệu mới.

 Ứng dụng:

- Vật liệu các cảm biển ngày nay được làm từ các vật liệu tổng hợp, tăng
độ

bền và giảm kích thước.


2. Ứng dụng nguyên tắc sáng tạo trong quá trình thực hiện:
2.1. Nguyên tắc phân nhỏ:

 Nội dung:

- Chia các đối tượng thành các phần độc lập.

- Làm đối tượng trở nên tháo lắp được.

- Tăng mức độ phân nhỏ của đối tượng.

 Ứng dụng:

- Phân nhỏ các chức năng của tứng cảm biến.

- Phân nhỏ các quá trình xử lí tín hiệu của cảm biến.

- Phân nhỏ các giai đoạn, đặc trưng của tính hiệu.

- Phân trạng thái của điện thoại ra các trạng thái cụ thể.



2.2. Nguyên tắc “tách khỏi”:

 Nội dung:

- Tách phần gây “phiền phức” (tính chất “phiền phức”) hay ngược
lại, tách phần duy nhất “cần thiết” (tính chất “cần thiết”) ra khỏi đối
tượng.
 Ứng dụng:

Vũ Thế Nhân – CH1301030
19 | T r a n g

- Tách các tính hiệu gây nhiễu trong các giá trị lấy được của cảm biến.
Đây là quá trình cần thiết cho việc xây dựng ứng dụng dựa trên tín hiệu
cảm biến. Đặc biệt là cảm biến gia tốc.

2.3. Nguyên tắc phẩm chất cục bộ:

 Nội dung:

- Chuyển đối tượng (hay môi trường bên ngoài, tác động bên ngoài) có cấu

trúc đồng nhất thành không đồng nhất.

- Các phần khác nhau của đối tượng phải có những chức năng khác nhau.

- Mỗi phần của đối tượng phải ở trong những điều kiện thích hợp nhất đối
với công việc.
 Ứng
dụng
:

- Các cảm biến được xử lí và ứng dụng giá trị cảm biến ở một vị trí nhất

định trong xử lí của ứng dụng.


2.4. Nguyên tắc kết hợp:

 Nội
dung:


- Kết hợp các đối tượng đồng nhất hoặc các đối tượng dành cho các đối

tượng kế cận.

- Kết hợp về mặt thời gian các hoạt động đồng nhất hoặc kế cận.

 Ứng
dụng

:

- Các cảm biến hay giá trị của một cảm biến được sử dụng ở một quy trình
xử lí cho một chức năng. Ví dụ: các giá trị gia tốc kế được dùng ở quy
trình nhận diện bước đi và kết hợp với cảm biến con quay tạo nên ứng
dụng cụ thể hoàn chỉnh.

2.5. Nguyên tắc vạn năng:

 Nội
dung:


Vũ Thế Nhân – CH1301030
20 | T r a n g

- Đối tượng thực hiện một số chức năng khác nhau, do đó là không cần
sự tham gia của đối tượng khác.
 Ứng
dụng:


- Quy trình khử nhiểu cho giá trị của các cảm biến có thể được sử dụng cho
những quy trình của ứng dụng khác nhau, cho các thiết bị khác nhau.
2.6. Nguyên tắc gây ứng xuất sơ bộ:

Nội dung:
- Gây ứng suất trước đối với đối tượng để chống lại ứng suất không cho
phép hoặc không mong muốn khi đối tượng làm việc (hoặc gây ứng suất
trước để khi làm việc sẽ dùng ứng suất ngược lại).

 Ứng
dụng:


- Trong quá trình xử lí và nhận diện tính hiệu, xử dụng các ngưỡng và thuật

toán để "bắt" những khả năng xảy ra ngoại lệ không mong muốn.





2.7. Nguyên tắc thực hiện sơ bộ:

 Nội
dung:


- Thực hiện trước sự thay đổi cần có, hoàn toàn hoặc từng phần đối với đối

tượng.

- Cấn sắp xếp đối tượng trước, sao cho chúng có thể hoạt động từ vị trí
thuận lợi nhất, không mất thời gian dịch chuyển.
 Ứng
dụng:


- Trước khi xử lí tính hiệu, tính hiêu cảm biến được cắt đi đầu và cuối là
những giá trị không cần thiết và có thẻ gay sai lệch kết quả.

2.8. Nguyên tắc năng động:

 Nội
dung:


- Cần thay đổi các đặc trưng của đối tượng hay môi trường bên ngoài sao
Vũ Thế Nhân – CH1301030
21 | T r a n g

cho chúng tối ưu trên từng giai đoạn công việc.
- Phân chia đối tượng thành từng phần có khả năng dịch chuyển đối với
nhau.
 Ứng
dụng:


- Ứng dụng nhận diện bước chân có thể được sử dụng ở những vị trí đặt
điện thoại khác nhau, như bỏ túi áo, túi quần, cầm tay. Nhằm tăng tính
tiện lợi cho người sử dụng.
2.9. Nguyên tắc sử dụng trung gian:

 Nội dung:

- Sử dụng đối tượng trung gian, chuyển tiếp.

 Ứng
dụng:

- Trong quá trình đếm số bước chân, giá trị cảm biến được xử lí qua 1 bộ

lọc trung gian trước khi tiến hành đếm số bước chân.


2.10. Nguyên tắc đổi màu:

 Nội
dung:


- Thay đổi màu sắc của đối tượng hay mội trường bên ngoài.

- Thay đổi độ trong suốt của đối tượng hay môi trường bên ngoài.

- Để có thể quan sát được những đối tượng hay những quá trình, sử dụng
các chất phụ gia màu, huỳnh quang.
- Nếu các chất phụ gia đó đã được sử dụng, dùng các nguyên tử đánh dấu.

- Sử dụng các hình vẽ, ký hiệu thích hợp.

 Ứng
dụng:


- Các giá trị tín hiểu cảm biến ở mỗi giai đoạn xử lí được thể hiện ở một
màu khác nhau. Mục đích là dễ dàng kiểm soát cũng như qua sát giá trị
cảm biến ở mỗi giai đoạn.

22 | T r a n g

Chƣơng
III: ỨNG DỤNG NGUYÊN TẮC SÁNG TẠO

ĐƢA
RA NHỮNG
HƢỚNG
PHÁT TRIỂN CHO ĐỀ TÀI




Dựa trên nguyên tắc vạn năng: xấy dựng thuật toán và ứng dụng cho nhiều l
oạ
i

điện thoại khác nhau.



Dựa trên nguyên tắc năng động: xây dựng thuật toán và ứng dụng nhận biết hành
động đi của những tập hợp người có những đặc trưng đi khác nhau, như người già,
người trẻ; người châu Á, người Châu Âu


Dựa trên nguyên tác kết hợp, năng động, vạn năng: xây dựng thuật toán và ứng
dụng nhận biết các hành động di chuyển đa dạng của con người như: lên xuống
cầu thang, chuyển trạng thái từ đứng sang ngồi, từ ngồi sang đứng, trạng thái nằm
, đạp xe, chạy bộ

Dựa trên nguyên tắc kết hợp: xây dựng thuật toán và ứng dụng xây dựng bản
đồ


cục bộ bằng sợ kết hợp giữa cái cảm biến và kết hợp giữa các quá trình sử
dụng.