Điều khiển thiết bị bằng giọng nói sử dụng thiết bị Raspberry Pi

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC QUỐC TẾ HỒNG BÀNG

PHẠM KIM PHƯỢNG

Tên đề tài luận văn:
ĐIỀU KHIỂN THIẾT BỊ BẰNG GIỌNG NÓI VỚI RASPBERRY PI 2

Chuyên ngành
Mã số học viên

:
:

Khoa học máy tính
126011019

LUẬN VĂN THẠC SỸ KHOA HỌC MÁY TÍNH

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC :
TS BÙI VĂN MINH

TP HỒ CHÍ MINH – NĂM 2016


CHƯƠNG 5: KẾT QUẢ ĐẠT ĐƯỢC VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN CỦA
ĐỀ TÀI
Trình bày tổng kết lại những kết quả đạt được của luận văn, những mặt còn hạn
chế và hướng phát triển của đề tài trong tương lai để tạo ra được một sản phẩm
hoàn chỉnh ứng dụng rộng rãi với mô hình điều khiển thiết bị điện thông qua
giọng nói.

8


7. MỤC LỤC
CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN......................................................................... 14
1.1
GIỚI THIỆU ................................................................................... 14
1.1.1 Lý do chọn đề tài, lĩnh vực nghiên cứu .......................................... 14
1.1.2 Những nghiên cứu đã thực hiện trên máy tính nhúng Raspberry Pi và
câu hỏi, giả thiết nghiên cứu của đề tài ................................................... 15
1.1.3 Mục tiêu nghiên cứu đối tượng nghiên cứu, giới hạn phạm vi nghiên
cứu: .......................................................................................................... 19
1.1.4 Những nội dung chính yếu cần nghiên cứu ................................... 19
1.2 TỔNG QUAN TÀI LIỆU ........................................................................ 20
1.2.1 Raspberry Pi là gì ? ........................................................................ 20
1.2.2 Các phiên bản của Raspberry Pi [23] ............................................. 20
1.2.3 Các hệ điều hành cho máy tính nhúng Raspberry Pi 2 .................. 27
CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT ............................................................ 31
2.1 KHÁI NIỆM VỀ ÂM THANH ............................................................. 31
2.1.1 Khái niệm về âm thanh: ................................................................. 31
2.1.2 Các hiệu ứng âm thanh:................................................................. 32
2.1.3 Nguyên lý chuyển đổi A/D: .......................................................... 33
2.1.4. Điều chế xung biên: ...................................................................... 34
2.1.5 Lấy mẫu lý tưởng: ......................................................................... 35
2.1.6. Định lý Nyquist và hiện tượng chồng phổ: ................................... 37
2.1.7. Lấy mẫu thực tế: ........................................................................... 38
2.1.8 Lượng tử hoá: ................................................................................ 40
2.1.9. Mã hoá: ......................................................................................... 45
2.1.10. Dither:......................................................................................... 46

2.1.11 Các tần số lấy mẫu chuẩn: ........................................................... 49
2.1.12 Chức năng tiền nhấn: .................................................................. 50
2.2 TỔNG QUAN VỀ XỬ LÝ TIẾNG NÓI .............................................. 51
2.2.1.Tổng quan về xử lý tiếng nói ......................................................... 51
2.2.2 Cấu trúc ngôn ngữ nói .................................................................... 55
2.3 XỬ LÝ TÍN HIỆU SỐ TRONG XỬ LÝ TIẾNG NÓI ......................... 59
2.3.1 Xử lý tín hiệu số ............................................................................. 59
2.3.2 Phép biến đổi Fourier ..................................................................... 60
2.3.3 Phép biến đổi Fourier rời rạc.......................................................... 60
2.3.4 Các bộ lọc số và cửa sổ .................................................................. 62
2.3.5 Biểu diễn tín hiệu tiếng nói: ........................................................... 62
2.3.6 Mã hóa tiếng nói............................................................................. 66
2.4 NHẬN DẠNG TIẾNG NÓI.................................................................. 70
2.4.1 Các hệ thống nhận dạng tiếng nói .................................................. 70
2.4.2 Mạng Neuron nhân tạo (Artificial Neural Network- ANN) .......... 77
CHƯƠNG 3: TỔNG QUAN, THIẾT KẾ VÀ THỰC HIỆN ĐIỀU KHIỂN
THIẾT BỊ ĐIỆN BẰNG GIỌNG NÓI. ....................................................... 83
3.1
Nhận dạng giọng nói là gì ? ............................................................ 83
3.2
Tổng hợp âm thanh là gì ?............................................................... 84
9


3.3
Nền tảng thực hiện .......................................................................... 84
3.4
Giới thiệu về Jasper ......................................................................... 84
CHƯƠNG 4: ĐIỀU KHIỂN VÀ LẮP ĐẶT THIẾT BỊ ............................ 86
4.1

Thiết kế điều khiển. ......................................................................... 86
4.2
Lắp đặt thiết bị điện......................................................................... 86
4.3
Cơ chế hoạt động: ........................................................................... 89
4.4
Sử dụng thư viện ............................................................................. 90
4.5
Thiết kế điều khiển .......................................................................... 91
4.6
Sơ đồ kết nối.................................................................................... 92
CHƯƠNG 5: KẾT QUẢ ĐẠT ĐƯỢC VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN ĐỀ TÀI. 97
5.1
Kết quả đạt được ............................................................................. 97
5.2
Thuận lợi: ........................................................................................ 97
5.3
Khó khăn ......................................................................................... 97
5.4
Hạn chế ............................................................................................ 97
5.5
Hướng phát triển đề tài.................................................................... 97

10


8. DANH MỤC HÌNH VẼ
Hình 1.1 Quá trình lắp ráp chiếc xe ô tô điều khiển từ xa sử dụng Raspberry Pi
Hình 1.2 Bộ RasPiLapse của Rick Adam
Hình 1.3 Hệ thống máy tính Raspberry Pi trên xe ô tô của Suzuki Swift

Hình 1.4 Máy pha cafe
Hình 1.5 Quang phổ kế
Hình 1.6 Thiết bị đo nhiệt và độ ẩm
Hình 2.1 Raspberry Pi Zero
Hình 2.2 Raspberry Pi 2 Model B
Hình 2.3 Raspberry Pi 3
Hình 2.4 RaspberryPi 2
Hình 2.5 Chi tiết trên Board RaspberryHình 2.6 40 chân GPIO
Hình 2.7 Giao diện hệ điều hành Raspbian
Hình 2.8 Hệ điều hành Noobs
Hình3.1: Nguyên lý chuyển đổi A/D:
Hình3.2 : Điều chế xung biên
Hình 3.3 Quá trình lấy mẫu (PAM) trong miền thời gian (sau điều chế biên độ
xung)
Hình 3.4. Phổ điều chế với các biên phụ (fs∀fmax) xung quanh tần số lấy mẫu
trong miền tần số.
Hình 3.5 Khôi phục tín hiệu audio tương tư
Hình 3.6 Hiện tượng chồng phổ
Hình 3.7 Lấy mẫu thực tế của hiện tượng chồng phổ
Hình 3.8 Quá trình lấy mẫu và giữ trong miền tần số

11


Hình 3.9 a) thời gian lấy mẫu và giá trị lượng tử hoá 4 bit
Hình 3.9 b) giá trị giư
Hình 3.9 c) sai số lượng tử hoa
Hình 3.10 Mức lượng tử và lỗi lượng tư
Hình 3.11 Xác suất trung bình nằm giữa hai giá trị là +Q/2 và – Q/2:
Hình 4.1: Các thành phần cơ bản của một hệ thống chuyển đổi văn bản thành

tiếng nói
Hình 4.2 : Chuyển đổi các từ đã chuẩn hóa sang các âm vị tương ứng
Hình 4.3 : Bộ máy phát âm
Hình 5.1 : Mô hình hóa nguồn âm đối với âm hưu thanh
Hình 5.2 Cách biểu diễn lý học và toán học
a. Mô hình lý học giữa đoạn ống m và m + 1
b. Mô hình toán học của đoạn ống thứ m
Hình 5.3 một số ứng dụng trong lĩnh vực xử lý tiếng nói.
Hình 6.1 tần số cơ bản không thay đổi của không dấu
Hình 6.2 tần số cơ bản giảm dần của dấu huyền
Hình 6.3 Tần số cơ bản tăng dần của dấu sắc
Hình 6.4 Tần số cơ bản của dấu nặng
Hình 6.5 Tần số cơ bản của dấu hỏi
Hình 6.6 Tần số cơ bản của dấu ngã
Hình 6.7 Biên độ và tần số cơ bản giảm dần về phía cuối câu.của các từ trong
câu trần thuật
Hình 6.8 Hình ảnh dạng sóng và tần số cơ bản của câu không có ngữ điệu và câu
có từ để hỏi
Hình 6.9 Các chuyển tiếp trạng thái trong mô hình Markov
Hình 6.10 Sự tiến hóa của mô hình Markov
Hình 6.11: Kiến trúc tổng quát của một ANN
Hình 6.12: Quá trình xử lý thông tin của một ANN
12


Hình 6.13: Mối quan hệ giữa Internal Activation và kết quả (output)
Hình 8.1 Relay
Hình 8.2 : Cơ chế hoạt động của phần mềm
Hình 8.3: Mô hình thiết kế điều khiển
Hình 8.4 Sơ đồ kết nối

Hình 8.5 Relay
Hình 8.6 Sản phẩm
9. DANH MỤC BẢNG
Bảng 4.1 Ngữ âm học và âm vị học
Bảng 5.1 Công thức cho biến đổi ZT
Bảng 5.2 Các dãy và DFT tương ứng của chúng
Bảng 9.1 Kết quả nhận dạng
10. DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT
DSP: Diagital Signal Processor – Xử lý tín hiệu số
PCM: Pulse Code Modulation – Kỹ thuật điều chế xung mã
PAM: Pulse Amplitude Modulation - Phương pháp điều chế xung biên PAM
TTS: Text-to-Speech - Hệ thống chuyển văn bản thành tiếng nói
NTSC (National Teltevision System Committee) - hệ video được sử dụng hầu
hết ở Bắc Mỹ và Nam Mỹ
PAL (Phase Alternating Line) - hệ Video được dùng phần lớn ở Châu Âu, châu
Á
FT (Fourier Transform) - biến đổi Fourier
FFT (Fast Fourier Transform) - biến đổi Fourier nhanh
HMM (Hidden Markov Model) - Mô hình Markov ẩn

13


CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN
1.1

GIỚI THIỆU

1.1.1 Lý do chọn đề tài, lĩnh vực nghiên cứu
Với tình hình phát triển mạnh mẽ của khoa học kỹ thuật, công nghệ thông tin

đang trở nên nóng hơn bao giờ hết. Công nghệ hiện đại, tự động hóa trở thành
một điểm nóng của các nhà khoa học nghiên cứu và phát triển. Để mọi thứ trở
nên tiện lợi hơn các nhà khoa học đã không ngừng miệt mài phát triển các phần
mềm, ứng dụng, phần cứng để phục vụ cho nhu cầu sống hằng ngày để trở nên
tiện lợi hơn. Ngày nay, vấn đề đảm bảo an toàn và tự động hoá ngày càng được
các doanh nghiệp, cơ quan đánh giá cao về ích lợi mà hệ thống đem lại. Một số
công ty ở Việt Nam cũng đã không ngừng đầu tư và phát triển có nhiều hệ thống
và điều khiển bằng giọng nói như: Switch air, BKAV (dự án Smart home),…
ngoài ra Sự phát triển của khoa học kỹ thuật ngày càng nhanh góp phần nâng
cao năng suất lao động. Đặc biệt sự ra đời và phát triển các công nghệ mới nhằm
tạo ra sự tự động hóa, sự tiện lợi trong xã hội cũng như trong công nghiệp. Đối
với các nước ngoài thì việc điều khiển bằng giọng nói đã được nghiên cứu và
chế tạo để ứng dụng vào đời sống và sản suất cũng chỉ mới ra đời vài năm trở lại
đây. Như ở MỸ đã được ứng dụng để điều khiển robotcam trong y khoa. Riêng
ở nước ta lĩnh vực này còn khá mới. Do đó chúng ta cần có sự đầu tư để nghiên
cứu theo kịp công nghệ mới này để phục vụ cho nhu cầu xã hội.
Từ những lý do trên, thấy được khả năng phát triển và nhu cầu tìm hiểu về điều
khiển bằng giọng nói của chính bản thân và của những người yêu thích mong
muốn được sử dụng công nghệ này, tôi đã bắt tay vào thực hiện nghiên cứu đề
tài tôi đã quyết định thực hiện đề tài: “ĐIỀU KHIỂN THIẾT BỊ BẰNG GIỌNG
NÓI THÔNG QUA MÁY TÍNH NHÚNG RASPBERRY PI”
- Tình hình nghiên cứu đề tài (Giới thiệu và đánh giá sơ bộ các công trình
nghiên cứu đã có của các tác giả trong và ngoài nước liên quan đến đề tài luận
văn):
Những ứng dụng tuyệt vời từ Raspberry Pi:
14


Raspberry Pi là máy tính Linux phục vụ cho những công việc thông thường có
kích thước như một chiếc thẻ tín dụng được sản xuất bởi Raspberry

Pi Foundation, là tổ chức phi lợi nhuận với tiêu chí xây dựng hệ thống mà nhiều
người có thể sử dụng được trong những công việc tùy biến khác nhau.
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. Tuy nhiên, với sức sáng tạo vô biên của con người, chúng ta đã biến
Raspberry Pi thành rất nhiều sản phẩm khác nhau với khả năng ứng dụng tuyệt
vời.
1.1.2 Những nghiên cứu đã thực hiện trên máy tính nhúng Raspberry Pi và
câu hỏi, giả thiết nghiên cứu của đề tài
1.1.2.1 Làm xe ô tô điều khiển từ xa [23]
Trang CMProgrammers đã đưa lên một clip giới thiệu cách làm một chiếc ô tô
điều khiển từ xa với việc lặp đặt lên đó một bộ máy tính Raspberry Pi.

Hình 1.1 Quá trình lắp ráp chiếc xe ô tô điều khiển từ xa sử dụng Raspberry Pi

15


1.1.2.2. Thiết bị hỗ trợ chụp time – lapse: [23]
RasPiLapse là một bộ thiết bị do Rick Adam chế tạo dựa trên nền tảng thiết bị
của Raspberry Pi. Một thiết bị hỗ trợ chụp ảnh time-lapse chuyên nghiệp có thể
lấy đi của chúng ta đến 650 USD (khoảng 13,6 triệu đồng), thế nhưng, với sản
phẩm được điều khiển bởi Pi của nhà phát triển Rick Adam, cái giá này giảm
xuống chỉ còn vài chục USD.

Hình 1.2 Bộ RasPiLapse của Rick Adam
1.1.2.3. Raspberry Car – Hệ thống máy tính cho ô tô [23] [24]
Nếu chúng ta lái một chiếc xe hơi thế hệ cũ, chưa được trang bị các thiết bị giải
trí tối tân, hãy để Raspberry Pi giúp ta. Tính đến thời điểm này, đã có vài hệ
thống máy tính cho xe hơi được phát triển từ Pi, thậm chí chúng còn đi kèm với

một màn hình cảm ứng. Có thể kể đến ví dụ điển hình của suzukiswift.

Hình 1.3 Hệ thống máy tính Raspberry Pi trên xe ô tô của Suzuki Swift
16


1.1.2.4. Máy pha cà phê hoạt động qua di động [23]
Một nhà phát triển người Đức có tên Sacha Wolter cùng một vài người bạn của
mình đã “chế tạo” lại chiếc máy pha cà phê Nespresso bằng cách gắn nó với một
chiếc Raspberry Pi. Kết quả là phiên bản mới của chiếc máy pha cà phê này có
thể được kích hoạt thông qua điện thoại.

Hình 1.4 Máy pha cafe
1.1.2.5. Làm Quang phổ kế với Raspberry Pi [23]
Bob LeSuer đã chế tạo một bộ Quang phổ kế giá rẻ và hữu dụng dựa trên
Raspberry Pi. Điều ấn tượng là họ đã kết hợp giữa ngôn ngữ Mathematica và C.
Đó là ứng dụng đầu tiên của ngôn ngữ Mathematica, đã nhìn thấy trên Pi và cho
thấy đó là một nền tảng tuyệt vời để tạo ra các đồ thị khoa học.

Hình 1.5 Quang phổ kế

17


1.1.2.6. Đo nhiệt và độ ẩm [23] [25]
Chúng ta đều cần đo nhiệt độ và độ ẩm cho phòng máy chủ hoặc phòng làm
việc, phòng họp, nhưng thiết bị chuyên dụng có thể đắt đỏ. Raspberry Pi có thể
làm điều này chỉ với chi phí chừng 50 USD. Thiết bị giám sát sẽ truy cập đến cơ
sở dữ liệu SQL và lấy dữ liệu từ nhiều cảm biến, tạo thành đồ thị giao diện web.
Vì hướng đẫn theo từng bước nên qua đó, ta cũng có thể biết được cảm biến

Raspberry Pi đọc dữ liệu và lưu trữ kết quả của cảm biến như thế nào đến cơ sở
dữ liệu.

Hình 1.6 Thiết bị đo nhiệt và độ ẩm
Trong luận văn này tôi nghiên cứu tập trung vào việc trả lời câu hỏi: làm
sao để lập trình ứng dụng trên thiết bị Raspberry Pi 2,Việc thu nhận tín hiệu
và xử lí tín hiệu từ Raspberry Pi như thế nào? Lắp đặt sao cho phù hợp? Lập
trình xử lý giọng nói như thế nào? Xử lý tín hiệu từ các cảm biến ra sao? rờ
le hoạt động như thế nào?

18


1.1.3 Mục tiêu nghiên cứu đối tượng nghiên cứu, giới hạn phạm vi nghiên
cứu:
•

Nghiên cứu cách sử dụng các chân tín hiệu của mạch Raspberry P2 và
ứng dụng của nó vào việc lập trình cho đề án.

•

Sử dụng thư viện của Jasper để xử lý giọng nói.

•

Cách thiết lập và xử lý giọng nói.

•

Cách kết nối mạch Raspberry Pi.

•

Cách lập trình xử lý giọng nói để điều khiển thiết bị.

•

Cách điều khiển thiết bị điện (đèn, quạt, cửa, rèm …) thông qua rờ le.

1.1.4 Những nội dung chính yếu cần nghiên cứu
•

Tìm hiểu ngôn ngữ lập trình python, hệ điều hành Raspbian

•

Tìm hiểu thư viện của Jasper.

•

Xử lý giọng nói và điều khiển bật tắt thiết bị điện 220V và ứng dụng cảm
biến nhiệt để xác định được nhiệt độ.

•

Tìm hiểu phương thức hoạt động của Relay trong việc ngắt nguồn mạch
điện chính.

•

Tìm hiểu cách lập trình, cách sử dụng hiệu quả máy tính nhúng Raspberry
Pi 2 để phục vụ đề tài.

19


1.2 TỔNG QUAN TÀI LIỆU
Trình bày tổng quan về các bước thực hiện chọn thiết bị, phần mềm cài đặt, lý
thuyết về xử lý tiếng nói và công nghệ liên quan từ đó chọn giải pháp thực hiện
cho luận văn.
1.2.1 Raspberry Pi là gì ?
Raspberry Pi là máy tính giá 35USD kích cỡ như iPhone và chạy HĐH
Linux. Với mục tiêu chính của chương trình là giảng dạy máy tính cho trẻ em.
Được phát triển bởi Raspberry Pi Foundation – là tổ chức phi lợi nhuận với tiêu
chí xây dựng hệ thống mà nhiều người có thể sử dụng được trong những công
việc tùy biến khác nhau.[5]
1.2.2 Các phiên bản của Raspberry Pi [23]
1.2.2.1 Raspberry Pi Zero
Ngày 25/11/2015 Raspberry Pi Foundation đưa ra một sản phẩm mới
nhất, được mệnh danh là nhỏ nhất trong các sản phẩm Raspberry Pi với tên
gọi Raspberry Pi Zero. Bo mạch chỉ dài 65mm, rộng 30mm và dày 5mm. Nó
có điều khác biệt so với các sản phẩm trước.
Trong khi Raspberry Pi 2 đánh dấu một mốc quan trọng trong cấu hình
lẫn thiết kế bên ngoài của Raspberry Pi thì phiên bản Zero lại gần như đi ngược
lại. Raspberry Pi Zero giảm cả về kích thước lẫn giá tiền. Nó nhỏ hơn tới 3 lần
so với Raspberry Pi 2. Tuy nhiên nó vẫn là anh em nhà RPI và chúng ta sẽ theo
dõi các thông tin chi tiết hơn về bản Zero này ở phía dưới.

20

Hình 2.1 Raspberry Pi Zero
Thông số kỹ thuật của Raspberry Pi Zero
•

CPU: Broadcom BCM2835, tốc độ tối đa 1GHz.

•

RAM: 512MB

•

Nguồn: 5V, cung cấp qua cổng Micro USB, chỉ tiêu hết 160mA ngay cả
khi kết nối với màn hình HDMI

•

Kích thước: 65mm x 30mm x 5mm

•

Video & Audio: Hỗ trợ audio và video 1080P HD qua cổng mini HDMI

•

Lưu trữ: Thẻ MicroSD.

•

Hệ điều hành: Linux. Tất cả các phiên bản hệ điều hành Linux hiện tại
trên Raspberry Pi đều chạy với Raspberry Pi Zero.

Các kết nối trên Raspberry Pi Zero
•

Khe cắm thẻ MicroSD: Như Raspberry Pi 2, Pi Zero sử dụng
thẻ MicroSD để lưu trữ và cài đặt hệ điều hành.

•

Cổng Mini HDMI: Đầu ra video trên Pi Zero là cổng mini HDMI. Việc
kết nối cũng đơn giản như các phiên bản trước. Vì sử dụng cổng mini

21


HDMI nên trong bộ kit Pi Zero sẽ có đi kèm một đầu chuyển Mini HDMI
sang HDMI.
•

Micro USB: Có 2 cổng Micro USB trên Pi Zero. Một cổng cho kết nối dữ
liệu, cổng còn lại để cấp nguồn điện. Và vì sử dụng cổng dữ liệu là Micro
USB nên bộ kit của Pi Zero cũng có một cáp USB OTG để ta có thể kết
nối đến một USB Hub khác, giúp ta có thể sử dụng nhiều cổng USB hơn
cho chuột, bàn phím,..

•

Chân GPIO: Pi Zero cũng có 40 chân GPIO như A+, B+ và RPi2, nhưng
chỉ là các khe chân có sẵn. Để sử dụng ta cần mua thêm các chân và hàn
vào mạch. Bộ kit của Pi Zero cũng bao gồm cả 40 chân này.

•

Chân RUN Mode: Pi Zero có thêm 2 chân được gọi là RUN mode, nó có
thể được sử dụng để làm nút reset Pi Zero.

Hình 2.2 Raspberry Pi 2 Model B
1.2.2.2. Sự khác biệt giữa Raspberry Pi 2 Model B và Pi Zero:
Pi Zero sử dụng bộ vi xử lý lõi đơn BCM2835 với RAM 512MB như trong
Raspberry Pi 1.
Để tiết kiệm không gian một số thiết bị đã được thay thế bằng các thiết bị tương
ứng nhỏ hơn hoặc loại bỏ hoàn toàn, ví dụ:
•

4 cổng USB và cổng Ethernet đã được thay thế bằng một cổng Micro
USB dữ liệu trên Pi Zero.

22


•

40 chân GPIO có sẵn nhưng không có các giắc đi kèm. Ta sẽ cần có thêm
bộ jack để có 40 chân GPIO hoàn chỉnh.

•

Cổng HDMI trên Raspberry Pi 2 được thay thế bằng cổng Mini HDMI
trên Pi Zero. Điều này đòi hỏi một bộ chuyển đổi từ Mini HDMI sang
HDMI để có thể sử dụng trong các thiết bị thông dụng như tivi, màn hình
máy tính đời mới. Tuy nhiên Pi Zero vẫn hỗ trợ Full HD 1080p.

•

Chân cắm camera và màn hình đã được gỡ bỏ cùng với jack AV 3.5 cũ.

1.2.2.3 Raspberry Pi 3 – Hỗ Trợ Wifi Và Bluetooth – Made In The UK
Ngày 29/01/2016, Raspberry Pi Foundation chính thức ra mắt Raspberry
Pi 3 với rất nhiều điểm cải tiến mới với cấu hình mạnh hơn, hỗ trợ nhiều tính
năng hơn. Raspberry Pi 3 với CPU ARM Cortex-A53 Quadcore 1.2GHz 64-bit,
RAM 1GB và đặc biệt hỗ trợ chuẩn Wifi 802.11n cùng Bluetooth 4.1. Bên cạnh
đó, Raspberry Pi 3 hoàn toàn tương thích ngược với Raspberry Pi 2, vì vậy có
thể sử dụng các phụ kiện như vỏ, nguồn, bàn phím, thẻ nhớ cũ mà không phải
đầu tư mới.

Hình 2.3 Raspberry Pi 3
Hơn nữa, hệ điều hành Raspbian chuyên dùng với máy tính Raspberry Pi
cũng được cập nhật lên phiên bản mới để hỗ trợ khả năng tính toán 64-bit,
những nền tảng khác ví dụ như RetroPie hay KODI ta phải chờ cập nhật lên thì
mới ứng dụng 64-bit được.
23


Thông tin cấu hình Raspberry Pi 3:
•

Broadcom BCM2837 chipset running at 1.2 GHz

•

64-bit quad-core ARM Cortex-A53

•

802.11 b/g/n Wireless LAN

•

Bluetooth 4.1 (Classic & Low Energy)

•

Dual core Videocore IV® Multimedia co-processor

•

1 GB LPDDR2 memory

•

Supports all the latest ARM GNU/Linux distributions and Windows 10
IoT

•

MicroUSB connector for 2.5 A power supply

•

1 x 10/100 Ethernet port

•

1 x HDMI video/audio connector

•

1 x RCA video/audio connector

•

4 x USB 2.0 ports

•

40 GPIO pins

•

Chip antenna

•

DSI display connector

•

MicroSD card slot

•

Dimensions: 85 x 56 x 17 mm

24


Hình 2.4 RaspberryPi 2
Raspberry Pi sản xuất bởi 3 OEM: Sony, Qsida, Egoman. Và được phân
phối chính bởi Element14, RS Components và Egoman.
Nhiệm vụ ban đầu của dự án Raspberry Pi là tạo ra máy tính rẻ tiền có
khả năng lập trình dành cho 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 không thay thế hoàn toàn hệ thống để bàn hoặc máy xách
tay. Ta không 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, môi 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 toán rẻ tiền cho những bài học trải nghiệm lập trình

25

Hình 2.5 Chi tiết trên Board Raspberry
• Các lỗ bắt vít, kích thước, hình dạng và vị trí các chân cổng không thay
đổi.
• Có 4 cổng USB 2.0.
• 40 GPIO giúp cho việc kết nối và giao tiếp với các module và cảm biến
trở nên dễ dàng.

Hình 2.6 40 chân GPIO
• Cổng HDMI chuẩn với chất lượng hình ảnh Full HD.
• Cổng Ethernet giúp dễ dàng kết nối mạng.
• Cổng đầu ra 3.5mm cho cả hình ảnh và âm thanh.
• Cổng kết nối với Raspberry Pi Camera Module CSI.
26


• Cổng kết nối với ngõ màn hình hiển thị riêng của Raspberry Pi DSI.
• Khe cắm thẻ MicroSD Card thay cho ổ cứng.
• Nhân xử lý hình ảnh VideoCore VI 3D mạnh mẽ.
- Nguồn: [3]
1.2.3 Các hệ điều hành cho máy tính nhúng Raspberry Pi 2
Nhân xử lý ARM Cortex A7 giúp Raspberry Pi 2 có thể chạy được tất cả
các hệ điều hành ARM GNU/Linux, bao gồm Snappy Ubuntu Core, đồng thời
hãng Microsoft cũng đã ra quyết định hỗ trợ phiên bản Windows 10 cho
Raspberry Pi, đây là một lợi thế rất lớn cho các nhà phát triển.[5]
Đây là một số hệ điều hành dành cho Raspberry pi 2:
1.2.3.1 Raspbian
Raspbian là phiên bản hệ điều hành phổ biến nhất trên Raspberry Pi. Đa
số người dùng sẽ được khuyên sử dụng phiên bản HĐH này. Nhưng tại sao?

Hình 2.7 Giao diện hệ điều hành Raspbian

Raspbian là một hệ điều hành dễ sử dụng và với sự hỗ trợ tốt của cộng
đồng trên thế giới. Hơn thế nữa, Raspbian là phiên bản không chính thức của
Debian Wheezy – một phiên bản Linux có tiếng. Raspbian rất đơn giản và quen
thuộc. Nó là nền tảng rất tốt cho những người mới bắt đầu làm quen với
27


Raspberry Pi nói riêng và Linux nói chung. Giống như một chiếc máy tín
Windows, Raspbian bao gồm các ứng dụng đa phương tiện và đồ họa (xem ảnh,
xem phim, soạn thảo notepad), và nếu chúng ta cần nhiều hơn, ta có thể cài thêm
các gói phần mềm khác như trình duyệt internet, nhắn tin, bộ phần mềm văn
phòng,…
1.2.3.1.1.Cài đặt hệ điều hành Raspbian cho pi [33]
1.2.3.1.2 Cài đặt WEBIOPI [33]
1.2.3.1.4 Cài đặt thư viện DHT11 [33]
2.3.1.4 Hướng dẫn chạy file [33]
1.2.3.2. Noobs
Như chúng ta đã biết, HĐH NOOBS hiện tại hỗ trợ 6 hệ điều hành bao gồm:
Raspbian, Pidora, OPENELEC, RaspBMC, RISC OS và Arch Linux. Thông
thường, ta có thể download từng hệ điều hành xuống và sử dụng hệ điều hành
nào ta cảm thấy cần thiết. NOOBS thì khác, nó gom tất cả 6 hệ điều hành trên
vào một gói ứng dụng. Chúng ta chỉ cần download về, copy vào thẻ nhớ và có
một bộ cài đặt hỗ trợ đầy đủ các hệ điều hành trên.

28


Hình 2.8 Hệ điều hành Noobs
Ubuntu Mate
Openelec

Pinet
Osmc
Risc os
1.2.3.3 Windows 10 IOT core
Microsoft hiện tại đã chính thức công bố Windows 10 IoT Core, một bản
Windows 10 được tinh gọn để phù hợp với việc sử dụng trên các thiết bị Internet
of Things. Hiện có hai bo mạch IoT đã hỗ trợ cho hệ điều hành mới này là
Raspberry Pi 2 và Minnowboard Max. Nó có thể hoạt động mà không cần màn
hình hiển thị, phù hợp để làm OS cho những máy móc công nghiệp hay các loại
thiết bị nhỏ gọn. Thực chất Windows 10 IoT Core cũng không có giao diện
desktop hay cửa sổ truyền thống như Windows 10 bình thường, thay vào đó lập
trình viên sẽ phải viết ra các ứng dụng universal để đóng vai trò giao diện. So
với bản thử nghiệm lúc trước thì bản chính thức ngày hôm nay đã hỗ trợ đầy đủ
29


cho Bluetooth, Wi-Fi, ngôn ngữ lập trình Python và bộ khung Node.js, cùng với
đó là nhiều tính năng liên quan đến universal app.
1.2.3.3.1. Cài đặt Windows 10 IOT core [33]
1.2.3.3.2. Những thiết bị cần thiết khi cài đặt Windows 10 IOT core [33]
1.2.3.3.3 Cài đặt hệ điều hành Windows 10 trên máy tính [33]
1.2.3.3.4. Cài đặt Visual Studio 2015 Community [33]
1.2.3.3.5. Cài Windows 10 IOT Core [33]

30


CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT
2.1 KHÁI NIỆM VỀ ÂM THANH
2.1.1 Khái niệm về âm thanh:

Âm thanh được phát ra từ sự rung động của các vật thể trong không khí sóng âm
lan truyền do sự dao động của không khí, năng lượng sóng âm cũng bị hấp thu
và phản xạ trên các vật cản và dĩ nhiên sóng cũng đi vòng qua các vật cản nhỏ
(hiện tượng nhiễu xạ) và bị làm lệch đi khi vận tốc truyền âm qua các môi
trường bị thay đổi. Vd: môi trường không khí, hay môi trường nước (hiện tượng
khúc xạ). Đặt tính vật lý của âm: tần số, chu ky, áp lực âm học.
- Tần số: tần số dao động trong thời gian một giây.
- Chu kỳ: thời gian hoàn thành một dao động.
- Áp lực âm học: các dao động của vật thể tuỳ theo hướng dịch chuyển gây ra
tác động nén hoặc giãn lên một vật thể khác (có thể là vật thể dùng để đo), đơn
vị tính là Pascal, N/m2
- Biên độ: giá rị cực đại của áp lực âm học.
- Cường độ: chỉ công suất âm thanh tác dụng lên bề mặt là 1cm2, cường độ tỷ lệ
với bình phương áp lực âm học. Đơn vị tính của cường độ là W/cm2 - Bước
sóng là đoạn đường truyền sóng đi được trong một chu ky
- Tần số riêng: khi ta đặt tay vào một vật và vật đó rung lên và sẽ phát ra các
sóng âm, ở sóng âm nghe được rõ nhất ứng với một tần số xác định thì được gọi
là tần số riêng của vật. Tần số riêng thay đổi tuỳ theo kích thước hình học, bản
chất của vật bị kích thích.
- Tần số cộng hưởng: dao động với biên độ mạnh nhất của một vật thể, lúc đó
các dao động ở dạng tích luỹ năng lượng. Kích thích và dạng năng lượng ở dạng
tổn hao ít nhất.

31