Ứng dụng chatbot để điều khiển nhà thông minh
Bạn đang xem bản rút gọn của tài liệu. Xem và tải ngay bản đầy đủ của tài liệu tại đây (4.41 MB, 91 trang )
BỘ GIÁO DỤC & ĐÀO TẠO
TRƢỜNG ĐẠI HỌC SƢ PHẠM KỸ THUẬT TP. HỒ CHÍ MINH
KHOA ĐIỆN – ĐIỆN TỬ
BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH
---------------------------------
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
NGÀNH CÔNG NGHỆ KỸ THUẬT ĐIỆN TỬ TRUYỀN THÔNG
ĐỀ TÀI:
ỨNG DỤNG CHATBOT VÀO
ĐIỀU KHIỂN NHÀ THÔNG MINH
GVHD: TS. Nguyễn Mạnh Hùng
SVTH: Nguyễn Minh Hùng MSSV: 14141139
Tp. Hồ Chí Minh - 06/2018
BỘ GIÁO DỤC & ĐÀO TẠO
TRƢỜNG ĐẠI HỌC SƢ PHẠM KỸ THUẬT TP. HỒ CHÍ MINH
KHOA ĐIỆN – ĐIỆN TỬ
BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH
---------------------------------
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
NGÀNH KỸ THUẬT ĐIỆN TỬ TRUYỀN THÔNG
ĐỀ TÀI:
ỨNG DỤNG CHATBOT VÀO ĐIỀU
KHIỂN NHÀ THÔNG MINH
GVHD: TS. Nguyễn Mạnh Hùng
SVTH: Nguyễn Minh Hùng
Tp. Hồ Chí Minh - 06/2018
i
MSSV: 14141139
TRƢỜNG ĐH SPKT TP. HỒ CHÍ MINH
KHOA ĐIỆN-ĐIỆN TỬ
BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH
CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM
ĐỘC LẬP - TỰ DO - HẠNH PHÚC
----o0o---Tp. HCM, ngày 28 tháng 06 năm 2018
NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
Họ tên sinh viên:
Chuyên ngành:
Hệ đào tạo:
Khóa:
Nguyễn Minh Hùng
Kỹ thuật Điện Tử Truyền Thông
Đại học chính quy
2014
MSSV: 14141139
Mã ngành: 14141
Mã hệ:
1
Lớp:
14141DT3B
I. TÊN ĐỀ TÀI: ỨNG DỤNG CHATBOT VÀO ĐIỀU KHIỂN NHÀ THÔNG MINH
II. NHIỆM VỤ
1. Các số liệu ban đầu:
- 1 chatbot đƣợc tạo ra trên nền tảng Dialogflow.
- 1 kit raspberry Pi3 B.
- 1 Mạch dimmer điều khiển độ sáng của bóng đèn.
- 2 Module Relay 5V 2 kênh điều khiển đóng/mở đèn, quạt.
- 1 động cơ servo MG90S điều khiển đóng/mở cửa.
- 1 Module cảm biến nhiệt độ, độ ẩm DHT11.
2. Nội dung thực hiện:
- Tìm hiểu nền tảng Dialogflow và tạo ra chatbot dựa trên nền tảng này.
- Tìm hiểu kit Raspberry Pi 3 và ngôn ngữ lập trình Python.
- Tạo webhook để nhận dữ liệu từ Dialogflow, xử lí dữ liệu để trả lại đồng thời điều
khiển thiết bị trong nhà.
- Thiết kế và thi công mạch điều khiển dimmer.
- Tìm hiểu cách điều khiển động cơ servo, cảm biến nhiệt độ, độ ẩm DHT11.
- Thi công mô hình nhà thông minh, kết nối các module lại với nhau.
III. NGÀY GIAO NHIỆM VỤ:
16/03/2018
IV. NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ: 28/06/2018
V. HỌ VÀ TÊN CÁN BỘ HƢỚNG DẪN:
TS. Nguyễn Mạnh Hùng
CÁN BỘ HƢỚNG DẪN
BM. ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH
ii
TRƢỜNG ĐH SPKT TP. HỒ CHÍ MINH
KHOA ĐIỆN-ĐIỆN TỬ
BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH
CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM
ĐỘC LẬP - TỰ DO - HẠNH PHÚC
----o0o---Tp. HCM, ngày 28 tháng 06 năm 2018
LỊCH TRÌNH THỰC HIỆN ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
Họ tên sinh viên: Nguyễn Minh Hùng
Lớp: 14141DT3B
MSSV: 14141139
Tên đề tài: Ứng dụng chatbot và điều khiển nhà thông minh
Tuần/ngày
Nội dung
Tuần 1
Gặp GVHD để nghe phổ biến yêu cầu làm đồ án,
(16/03 - 23/03) tiến hành chọn đồ án
Tuần 2
GVHD tiến hành xét duyệt đề tài
Tuần 3
Viết tóm tắt yêu cầu đề tài đã chọn: đề tài làm cái
gì, nội dung thiết kế, các thông số giới hạn của đề
tài
Tuần 4
Tiến hành thiết kế sơ đồ khối, giải thích chức
năng các khối
Tuần 5
- Tìm hiểu các khái niệm liên quan đến đề tài
nhƣ API, webhook
- Thực hiên thiết kế trên Dialogflow
Tuần 6
- Cài đặt các gói thƣ viện cần thiết cho Raspberry
- Thực hiện tạo webhook và xử lí dữ liệu nhận
đƣợc
Tuần 7
Tuần 8
Tuần 9
- Thực hiện code phần back-end để hoàn thiện
yêu cầu xử lí trả về dữ liệu cho Dialogflow, điều
khiển phần cứng.
- Sử dụng ngrok để public server online
iii
Xác nhận
GVHD
Tuần 10
- Thiết kế sơ đồ nguyên lí mạch dimmer
- Tiến hành vẽ PCB, chọn linh kiện
- Tiến hành thi công mạch
- Kiểm tra mạch thi công
Tuần 11
- Thi công mô hình đồ án
Tuần 12
- Kiểm tra, đánh giá mô hình
Tuần 13
- Viết báo cáo những nội dung đã làm
Tuần 14
- Hoàn thiện báo cáo và gởi cho GVHD để xem
xét góp ý lần cuối trƣớc khi in và báo cáo
Tuần 15
Tiến hành làm silde báo cáo và các nhiệm vụ liên
quan đến đồ án tốt nghiệp
GV HƢỚNG DẪN
(Ký và ghi rõ họ và tên)
iv
LỜI CAM ĐOAN
----- -----
Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi và đƣợc sự hƣớng
dẫn khoa học của Ts. Nguyễn Mạnh Hùng. Các nội dung nghiên cứu, kết quả trong
đề tài này là do tôi tự thực hiện dựa vào một số tài liệu trƣớc đó và không sao chép
từ tài liệu hay công trình đã có trƣớc đó. Những thông tin phục vụ cho đề tài đƣợc
chính tác giả thu thập từ các nguồn khác nhau có ghi rõ trong phần tài liệu tham
khảo.
Tôi xin chịu mọi trách nhiệm về công trình nghiên cứu của riêng mình!
Sinh viên thực hiện
Nguyễn Minh Hùng
v
LỜI CẢM ƠN
----- -----
Trong thời gian làm đồ án tốt môn học, em đã nhận đƣợc nhiều sự giúp đỡ,
đóng góp ý kiến và chỉ bảo nhiệt tình của thầy cô, gia đình và bạn bè.
Em xin gửi lời cảm ơn chân thành đến Ts. Nguyễn Mạnh Hùng, giảng viên Bộ
môn Điện Tử Công Nghiệp – Y Sinh - Trƣờng ĐH Sƣ Phạm Kỹ Thuật TP.HCM,
ngƣời đã tận tình hƣớng dẫn, chỉ bảo em trong suốt quá trình làm đồ án.
Em cũng xin chân thành cảm ơn các thầy cô giáo trong trƣờng ĐH Sƣ Phạm
Kỹ Thuật TP.HCM nói chung, các thầy cô trong Bộ môn Điện Tử Công Nghiệp – Y
Sinh nói riêng đã dạy dỗ cho em kiến thức về các môn đại cƣơng cũng nhƣ các môn
chuyên ngành, giúp em có đƣợc cơ sở lý thuyết vững vàng và tạo điều kiện giúp đỡ
em trong suốt quá trình học tập.
Cuối cùng, em xin chân thành cảm ơn gia đình và bạn bè, đã luôn tạo điều
kiện, quan tâm, giúp đỡ, động viên em trong suốt quá trình học tập và hoàn thành
đồ án môn học.
Sinh viên thực hiện
Nguyễn Minh Hùng
vi
MỤC LỤC
Trang bìa ..................................................................................................................... i
Nhiệm vụ đồ án .......................................................................................................... ii
Lịch trình ................................................................................................................... iii
Cam đoan.....................................................................................................................v
Lời cảm ơn ................................................................................................................ vi
Mục lục ..................................................................................................................... vii
Liệt kê hình vẽ ........................................................................................................... xi
Liệt kê bảng vẽ ........................................................................................................ xiv
Tóm tắt ......................................................................................................................xv
Chƣơng 1. TỔNG QUAN .........................................................................................1
1.1
ĐẶT VẤN ĐỀ ...............................................................................................1
1.2
MỤC TIÊU ....................................................................................................1
1.3
NỘI DUNG NGHIÊN CỨU .........................................................................2
1.4
GIỚI HẠN .....................................................................................................2
1.5
BỐ CỤC ........................................................................................................3
Chƣơng 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT .............................................................................4
2.1
TỔNG QUAN VỀ CHATBOT .....................................................................4
2.1.1
Khái niệm về chatbot ..............................................................................4
2.1.2
Phân loại chatbot .....................................................................................4
2.1.3
Xử lý ngôn ngữ tự nhiên (Natural Language Processing) ......................5
2.2
TỔNG QUAN VỀ API ..................................................................................5
2.2.1
Khái niệm về API ...................................................................................5
2.2.2
Mô hình của một API..............................................................................6
2.2.3
Các tác vụ thực hiện qua API .................................................................6
2.3
WEBHOOK ...................................................................................................7
2.3.1
Khái niệm Webhook ...............................................................................7
2.3.2
Hoạt động của Webhook.........................................................................7
2.4
TỔNG QUAN VỀ DIALOGFLOW .............................................................8
2.4.1
Giới thiệu về Dialogflow ........................................................................8
2.4.2
Cấu trúc của Dialogflow .........................................................................9
a. Agent ...........................................................................................................10
vii
b. Intent ...........................................................................................................10
c. Entities .........................................................................................................15
d. Fulfillment ...................................................................................................17
e. Integrations ..................................................................................................17
2.5
RASPBERRY PI 3 ......................................................................................18
2.5.1
Giới thiệu về Board Raspberry Pi .........................................................18
2.5.2
Phần cứng của Raspberry Pi 3 ..............................................................18
a. Nguồn cung cấp ...........................................................................................20
b. Các cổng giao tiếp .......................................................................................20
c. Các chân giao tiếp GPIO của kit .................................................................22
2.5.3
2.6
Hệ điều hành Raspbian cho kit Raspberry Pi .......................................23
ĐỘNG CƠ SERVO .....................................................................................24
2.6.1
Giới thiệu động cơ servo.......................................................................24
2.6.2
Nguyên lý hoạt động của động cơ servo...............................................25
2.7
CẢM BIẾN NHIỆT ĐỘ DHT11 .................................................................27
2.8
MODULE RELAY 2 CHANNEL 5V .........................................................27
2.9
MOSFET .....................................................................................................28
2.9.1
Cấu tạo Mosfet ......................................................................................29
2.9.2
Nguyên lí hoạt động ..............................................................................30
Chƣơng 3. TÍNH TOÁN VÀ THIẾT KẾ ..............................................................31
3.1
GIỚI THIỆU ................................................................................................31
3.2
TÍNH TOÁN VÀ THIẾT KẾ HỆ THỐNG ................................................31
3.2.1
Thiết kế sơ đồ khối hệ thống ................................................................31
a. Sơ đồ khối hệ thống ....................................................................................31
b. Sơ đồ mô hình hệ thống ..............................................................................32
3.2.2
Tính toán và thiết kế mạch....................................................................32
a. Thiết kế khối Dialogflow ............................................................................33
b. Thiết kế khối điều khiển raspberry .............................................................33
c. Thiết kế khối điều khiển động lực...............................................................33
d. Thiết kế khối nguồn ....................................................................................35
Chƣơng 4. THI CÔNG HỆ THỐNG .....................................................................36
4.1
GIỚI THIỆU ................................................................................................36
viii
4.2
THIẾT KẾ DIALOGFLOW........................................................................36
4.2.1
Lƣu đồ giải thuật ...................................................................................36
4.2.2
Thiết kế cho yêu cầu điều khiển ON-OFF ............................................37
a. Tạo mới Agent.............................................................................................37
b. Tạo entities ..................................................................................................38
c. Tạo Intent ....................................................................................................39
d. Fulfillment ...................................................................................................42
e. Integrations ..................................................................................................43
4.2.3
Mở rộng cho điều khiển ON-OFF ........................................................44
a. Thêm mới entities........................................................................................44
b. Thêm mới intent ..........................................................................................45
4.2.4
Kết quả hoàn chỉnh trên Dialogflow .....................................................46
a. Intents ..........................................................................................................46
b. Entities ........................................................................................................46
4.3
LẬP TRÌNH TRÊN RASPBERRY PI 3 .....................................................46
4.3.1
Giới thiệu ngôn ngữ lập trình Python ...................................................46
a. Lịch sử của Python ......................................................................................47
b. Các phiên bản Python đã phát hành ............................................................47
c. Đặc điểm của ngôn ngữ lập trình Python ....................................................48
4.3.2
Giới thiệu phần mềm lập trình Python 3 IDLE ....................................49
4.3.3
Lƣu đồ giải thuật ...................................................................................50
4.3.4
Viết chƣơng trình hệ thống ...................................................................51
4.3.5
Public server lên internet bằng ngrok ...................................................52
4.4
THI CÔNG MẠCH ĐIỀU KHIỂN DIMMER ............................................53
4.4.1
Sơ đồ mạch PCB Dimmer.....................................................................54
4.4.2
Thi công mạch ......................................................................................55
4.5
ĐÓNG GÓI VÀ THI CÔNG MÔ HÌNH ....................................................56
4.5.1
Đóng gói bộ điều khiển .........................................................................56
4.5.2
Thi công mô hình ..................................................................................57
4.6
KẾT QUẢ VẬN HÀNH HỆ THỐNG ........................................................61
4.7
TÀI LIỆU HƢỚNG DẪN, THAO TÁC .....................................................63
4.7.1
Tài liệu hƣớng dẫn sử dụng ..................................................................63
ix
4.7.2
Quy trình thao tác .................................................................................63
Chƣơng 5. KẾT QUẢ_NHẬN XÉT_ĐÁNH GIÁ ................................................65
5.1
DIALOGFLOW...........................................................................................65
5.1.1
Dialogflow ............................................................................................65
5.1.2
Các khái niệm liên quan........................................................................65
5.2
RASPBERRY PI 3 ......................................................................................66
5.2.1
Raspberry Pi 3 .......................................................................................66
5.2.2
Công cụ ngrok .......................................................................................66
5.3
PHẦN CỨNG ..............................................................................................66
5.3.1
Mạch điều khiển dimmer ......................................................................66
5.3.2
Động cơ Servo ......................................................................................67
5.3.3
Module Relay 2 kênh 5V ......................................................................67
5.3.4
Module cảm biến DHT11 .....................................................................67
5.4
NHẬN XÉT VÀ ĐÁNH GIÁ .....................................................................67
Chƣơng 6. KẾT LUẬN VÀ HƢỚNG PHÁT TRIỂN ..........................................69
6.1
KẾT LUẬN .................................................................................................69
6.2
HƢỚNG PHÁT TRIỂN ..............................................................................69
TÀI LIỆU THAM KHẢO ......................................................................................70
PHỤ LỤC .................................................................................................................71
x
LIỆT KÊ HÌNH VẼ
Hình
Trang
Hình 2.1: Khái niệm chatbot .......................................................................................4
Hình 2.2: Khái niệm về API ........................................................................................5
Hình 2.3: Giới thiệu Dialogflow .................................................................................8
Hình 2.4: Các phần của Dialogflow ............................................................................9
Hình 2.5: Các mục trong một Intent .........................................................................10
Hình 2.6: Hình ảnh mục context ...............................................................................11
Hình 2.7: Hình ảnh mục Events ................................................................................12
Hình 2.8: Hình ảnh mục Training Phrases ................................................................12
Hình 2.9: Hình ảnh của mục Action & Parameters...................................................13
Hình 2.10: Hình ảnh mục Responses ........................................................................14
Hình 2.11: Hình ảnh của mục Fulfillment ................................................................15
Hình 2.12: Hình ảnh của mục Entities ......................................................................16
Hình 2.13: Các nền tảng tích hợp trong Integrations ................................................17
Hình 2.14: Board Raspberry Pi .................................................................................18
Hình 2.15: Phần cứng của Raspberry Pi ...................................................................19
Hình 2.16: Các cổng giao tiếp trên Raspberry ..........................................................21
Hình 2.17: Sơ đồ chân GPIO ....................................................................................22
Hình 2.18: Hình ảnh thực tế các chân GPIO .............................................................23
Hình 2.19: Giao diện hệ điều hành Raspbian............................................................24
Hình 2.20: Hình ảnh động cơ Servo..........................................................................24
Hình 2.21: Điều khiển động cơ servo bằng Duty Cycle ...........................................26
Hình 2.22: Cảm biến nhiệt độ - độ ẩm DHT11 .........................................................27
Hình 2.23: Module Relay 2 channel 5V ...................................................................28
Hình 2.24: Hình ảnh Mosfet......................................................................................29
Hình 2.25: Các cực của Mosfet .................................................................................29
Hình 2.26: Hình ảnh các loại Mosfet ........................................................................30
Hình 3.1: Sơ đồ khối hệ thống ..................................................................................31
Hình 3.2: Sơ đồ thiết kế mô hình ..............................................................................32
Hình 3.3: Sơ đồ các khối điều khiển động lực ..........................................................33
Hình 3.4: Sơ đồ nguyên lí mạch dimmer ..................................................................34
xi
Hình 4.1: Lƣu đồ thiết kế trên Dialogflow ................................................................36
Hình 4.2: Tạo mới Agent ..........................................................................................37
Hình 4.3: Cài đặt các thông số cho Agent.................................................................38
Hình 4.4: Thực hiện tạo mới Entities ........................................................................38
Hình 4.5: Hình ảnh entities on-off ............................................................................39
Hình 4.6: Hình ảnh entities led .................................................................................39
Hình 4.7: Tạo mới intents .........................................................................................40
Hình 4.8: Bảng Action và Parameters .......................................................................41
Hình 4.9: Mục Responses .........................................................................................41
Hình 4.10: Kích hoạt Fulfillment cho Intent .............................................................42
Hình 4.11: Đặt link webhook trong mục Fulfillment................................................42
Hình 4.12: Tùy chỉnh trong Integrations ...................................................................43
Hình 4.13: Giao diện trò chuyện chatbot ..................................................................43
Hình 4.14: Thêm mới entities room ..........................................................................44
Hình 4.15: Thêm mới entities status .........................................................................44
Hình 4.16: Thêm mới Intent on-off:condition ..........................................................45
Hình 4.17: Kết quả thao tác trên Intent mới..............................................................45
Hình 4.18: Kết quả hoàn thành Intent .......................................................................46
Hình 4.19: Kết quả hoàn thành Entities ....................................................................46
Hình 4.20: Ngôn ngữ Python ....................................................................................47
Hình 4.21: Giao diện Python 3 IDLE .......................................................................49
Hình 4.22: Thao tác file trên giao diện Python 3 IDLE ............................................49
Hình 4.23: Các phần của giao diện ...........................................................................50
Hình 4.24: Lƣu đồ điều khiển trên Raspberry Pi ......................................................51
Hình 4.25: Giới thiệu ngrok ......................................................................................53
Hình 4.26: Hình ảnh chạy ngrok ...............................................................................53
Hình 4.27: Sơ đồ mạch in PCB .................................................................................54
Hình 4.28: Sơ đồ linh kiện 3D ..................................................................................54
Hình 4.29: Hình ảnh mạch thi công ..........................................................................55
Hình 4.30: Hình ảnh mạch sau thi công ....................................................................56
Hình 4.31: Đóng gói bộ điều khiển ...........................................................................56
Hình 4.32: Thi công khối đèn xoay chiều .................................................................57
xii
Hình 4.33: Kết nối đèn với module Relay ................................................................57
Hình 4.34: Kết nối đèn với mạch dimmer .................................................................58
Hình 4.35: Kết nối Module DHT11 vào đúng vị trí..................................................59
Hình 4.36: Đặt đúng động cơ servo vào vị trí ...........................................................59
Hình 4.37: Kết nối với Raspberry Pi .........................................................................60
Hình 4.38: Hình ảnh mô hình thi công hoàn chỉnh ...................................................60
Hình 4.39: Điều khiển thiết bị thông qua giao diện ..................................................61
Hình 4.40: Kết quả sau khi nhận yêu cầu điều khiển ................................................61
Hình 4.41: Yêu cầu điều khiển đóng mở cửa............................................................62
Hình 4.42: Thực hiện mở cửa ...................................................................................62
Hình 4.43: Truy vấn thông tin nhiệt độ .....................................................................63
Hình 4.44: Lƣu đồ hƣớng dẫn sử dụng .....................................................................64
xiii
LIỆT KÊ BẢNG
Bảng
Trang
Bảng 2.1: Bảng thông số kỹ thuật của Raspberry Pi .................................................20
Bảng 2.2: Các chân của Servo...................................................................................25
Bảng 2.3: Hình ảnh xung tƣơng ứng với góc quay ...................................................26
Bảng 4.1: Các phiên bản Python đã phát hành .........................................................47
Bảng 4.2: Danh sách linh kiện ..................................................................................55
xiv
TÓM TẮT
Trong những năm gần đây ngƣời ta thƣờng nhắc nhiều đến AI (trí tuệ nhân
tạo) và những ứng dụng rộng rãi của chúng. Nhóm em rất thích thú khi biết những
thành tựu mà AI(trí tuệ nhân tạo) sẽ mang lại trong tƣơng lai, đặc biệt là những ứng
dụng hiệu quả của chatbot trong kinh doanh và khoa học kỹ thuật. Và để bắt kịp xu
hƣớng đó, nhóm chúng em quyết định chọn chatbot làm đối tƣợng nghiên cứu và
ứng dụng cụ thể vào điều khiển nhà thông minh.
Nhà thông minh đƣợc thiết kế sử dụng Raspberry Pi 3 cho việc điều khiển và
giám sát những thiết bị trong nhà thông qua việc giao tiếp với chatbot. Việc mô
phỏng các thiết bị trong nhà đƣợc thể hiện bằng làm mô hình ngôi nhà và các thiết
bị điện bên trong. Một số thiết bị đƣợc điều khiển thông qua việc trò chuyện với
chatbot:
Điều khiển mở/tắt các thiết bị dân dụng.
Điều khiển tuyến tính các thiết bị.
Giám sát nhiệt độ và độ ẩm trong nhà.
Có thể mở/tắt tất cả các thiết bị cùng 1 lúc hoặc từng thiết bị.
Đóng mở cửa bằng động cơ servo.
xv
CHƢƠNG 1. TỔNG QUAN
Chƣơng 1. TỔNG QUAN
ĐẶT VẤN ĐỀ
1.1
Trong những năm gần đây ngƣời ta thƣờng nhắc nhiều đến AI (trí tuệ nhân
tạo) và những ứng dụng rộng rãi của chúng. Nhóm em rất thích thú khi biết những
thành tựu mà AI (trí tuệ nhân tạo) sẽ mang lại trong tƣơng lai, đặc biệt là những ứng
dụng hiệu quả của chatbot trong kinh doanh và khoa học kỹ thuật. Và để bắt kịp xu
hƣớng đó, nhóm chúng em quyết định chọn chatbot làm đối tƣợng nghiên cứu và
ứng dụng cụ thể vào điều khiển nhà thông minh.
Chatbot là một lĩnh vực của trí tuệ nhân tạo, chatbot thực hiện hội thoại thông
minh giữa máy tính với ngƣời dùng thông qua trò chuyện trực tiếp. Với việc cung
cấp thông tin cho từng ngữ cảnh để điều khiển các thiết bị khác nhau qua internet.
Đồng thời ngày nay mạng lƣới Internet đang ngày càng trở nên phổ biến, điều đó
khiến cho việc điều khiển thiết bị từ xa qua mạng Internet trở nên dễ dàng và tiện
lợi hơn.
Nhà thông minh đƣợc thiết kế sử dụng Raspberry Pi 3 cho việc điều khiển và
giám sát những thiết bị trong nhà thông qua việc giao tiếp với chatbot. Ngoài việc
điều khiển các thiết bị trong nhà bằng app android nhƣ những đề tài về smarthome
đã có, ngƣời dùng có thể giao tiếp với chatbot về mọi thứ và điều khiển thiết bị
trong gia đình thông qua việc trò chuyện với chatbot. So với việc điều khiển bằng
thao tác cứng nhắt trên các app android thông thƣờng nhƣ các đề tài về IoT đã có
trƣớc đây, ngƣời dùng có thể trò chuyện với chatbot nhƣ một trợ lí ảo giúp ngƣời
dùng quản lí và điều khiển hoạt động của ngôi nhà. Vì những lý do đó, nhóm sinh
viên quyết định thực hiện đề tài “Ứng dụng chatbot vào điều khiển nhà thông
minh”.
1.2
MỤC TIÊU
Tạo ra đƣợc chatbot giao tiếp với ngƣời dùng và thực hiện nhiệm vụ khi có
yêu cầu từ ngƣời dùng thông qua mạng internet. Đồ án đƣợc nghiên cứu, khảo sát,
xây dựng với mục định áp dụng những kiến thức đã học và tìm hiểu đƣợc để thiết
kế, tạo ra một hệ thống chatbot để điều khiển thiết bị 1 cách hoàn chỉnh.
BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH
1
CHƢƠNG 1. TỔNG QUAN
Một số chức năng của hệ thống điều khiển bằng hệ thống chatbot:
Điều khiển mở/tắt các thiết bị dân dụng.
Điều khiển tuyến tính các thiết bị.
Giám sát nhiệt độ và độ ẩm trong nhà.
Có thể mở/tắt tất cả các thiết bị cùng 1 lúc hoặc từng thiết bị.
1.3
NỘI DUNG NGHIÊN CỨU
NỘI DUNG 1: Tìm hiểu về khái niệm chatbot và cách tạo ra chatbot.
NỘI DUNG 2: Tìm hiểu về các khái niệm về API, Webhook và trang
dialogflow.com (tiền thân là API.AI).
NỘI DUNG 3: Tìm hiểu các khái niệm intent, entity, fulfillment,.... và tạo ra
một chatbot từ Dialogflow để phục vụ đề tài.
NỘI DUNG 4: Tìm hiểu định dạng Json và cách trích xuất dữ liệu liệu để
nhận biết yêu cầu từ ngƣời dùng.
NỘI DUNG 5: Tìm hiểu về kit raspberry pi 3 và ngôn ngữ lập trình python.
NỘI DUNG 6: Lập trình giao tiếp giữa raspberry pi 3 với chatbot bằng
webhook thông qua mạng internet.
NỘI DUNG 7: Thiết kế, thi công và lập trình khối điều khiển công suất, cảm
biến trong nhà.
NỘI DUNG 8: Thiết kế, thi công mô hình nhà thông minh.
NỘI DUNG 9: Chạy thử nghiệm và cân chỉnh hệ thống.
NỘI DUNG 10: Đánh giá kết quả thực hiện.
1.4
GIỚI HẠN
Tạo ra chatbot cơ bản có thể trò chuyện với ngƣời dùng và thực hiện điều
khiển thiết bị trong nhà khi có yêu cầu từ ngƣời dùng.
Thiết kế mô hình ngôi nhà thông minh.
Giám sát ngôi nhà bằng cảm biến và giao tiếp với ngƣời dùng qua chatbot.
Dùng chatbot để điều khiển đèn, quạt, đóng mở cửa.... để mô phỏng ngôi nhà
thông minh.
Hệ thống hoạt động thông qua mạng internet, chatbot giao tiếp đơn giản.
BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH
2
CHƢƠNG 1. TỔNG QUAN
1.5
BỐ CỤC
Chƣơng 1: Tổng Quan
Chƣơng này trình bày đặt vấn đề dẫn nhập lý do chọn đề tài, mục tiêu, nội
dung nghiên cứu, các giới hạn thông số và bố cục đồ án.
Chƣơng 2: Cơ Sở Lý Thuyết
Chƣơng này trình bày tổng quát về các lý thuyết có liên quan đến các vấn đề
mà đề tài sẽ dùng để thực hiện thiết kế, thi công cho đề tài. Tìm hiểu về nền tảng
Dialogflow.com, các khái niệm API, webhook và tìm hiểu rõ về kit Raspberry pi 3.
Chƣơng 3: Thiết Kế và Tính Toán
Giới thiệu tổng quan về các yêu cầu của đề tài mà mình thiết kế và các tính
toán, thiết kế sơ đồ khối hệ thống và các khối .
Chƣơng 4: Thi Công Hệ Thống
Chƣơng này trình bày kết quả thi công trên phần mềm và phần cứng, quá
trình thi công mạch PCB. Xây dựng mô hình nhà thông minh và thực hiện kết nối
các module với nhau.
Chƣơng 5: Kết Quả, Nhận Xét và Đánh Giá
Chƣơng này trình bày kết quả của cả quá trình nghiên cứu làm đề tài, nêu lên
những kiến thức đã học đƣợc từ quá trình làm đồ án, nhận xét và đánh giá sản
phẩm.
Chƣơng 6: Kết Luận và Hƣớng Phát Triển
Trình bày ngắn gọn những kết quả thu đƣợc từ đó tiến hành kết luận, đánh
giá sản phẩm có đạt hay không, từ đó đƣa ra hƣớng phát triển để tăng chức năng,
khả năng cho sản phẩm.
BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH
3
CHƢƠNG 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT
Chƣơng 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT
2.1
TỔNG QUAN VỀ CHATBOT
2.1.1 Khái niệm về chatbot
Định nghĩa một cách đơn giản nhất, chatbot là một chƣơng trình máy tính
tƣơng tác với ngƣời dùng bằng ngôn ngữ tự nhiên dƣới một giao diện đơn giản, âm
thanh hoặc dƣới dạng tin nhắn.
Hình 2.1: Khái niệm chatbot
Về cơ bản, chatbot là một hình thức thô sơ của phần mềm trí tuệ nhân tạo. Nó
hoạt động độc lập, có thể tự động trả lời những câu hỏi hoặc xử lý tình huống càng
thật càng tốt. Phạm vi và sự phức tạp của chatbot đƣợc xác định bởi thuật toán của
ngƣời tạo nên chúng.
Chatbot là sự kết hợp của các kịch bản có trƣớc và tự học trong quá trình
tƣơng tác. Với các câu hỏi đƣợc đặt ra, chatbot sẽ dự đoán và phản hồi chính xác
nhất có thể. Nếu tình huống đó chƣa xảy ra (không có trong dữ liệu), chatbot sẽ bỏ
qua nhƣng sẽ đồng thời “bắt chƣớc” để áp dụng cho các cuộc trò chuyện thƣờng
xuyên (lặp đi lặp lại nhiều lần) về sau.
2.1.2 Phân loại chatbot
Theo đúng cách mà chúng tƣơng tác với ngƣời dùng, các chatbot thƣờng đƣợc
chia thành 2 loại:
BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH
4
CHƢƠNG 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT
- Audiotory (âm thanh):
+ Siri (Apple).
+ Google Assistant (Google).
+ Cortana (Microsoft).
+ Javis của Tony – Stark.
- Textual (tin nhắn):
+ Thời trang - tƣ vấn quần áo (H&M).
+ Thực phẩm - order pizza (Dominos Pizza).
+ Làm đẹp - stylish cá nhân (Sephora).
+ Giao thông - thông tin tàu điện vùng Kanto (qmau.me).
2.1.3 Xử lý ngôn ngữ tự nhiên (Natural Language Processing)
Để chatbot có thể hiểu đƣợc ngƣời dùng nói gì thì ta phải dùng đến NLP
(Natural Language Processing). Xử lý ngôn ngữ tự nhiên (NLP) là một nhánh của
Trí tuệ nhân tạo, tập trung vào việc nghiên cứu sự tƣơng tác giữa máy tính và ngôn
ngữ tự nhiên của con ngƣời. Mục tiêu của lĩnh vực này là giúp máy tính hiểu và
thực hiện hiệu quả những nhiệm vụ liên quan đến ngôn ngữ của con ngƣời nhƣ:
tƣơng tác giữa ngƣời và máy, cải thiện hiệu quả giao tiếp giữa con ngƣời với con
ngƣời, hoặc đơn giản là nâng cao hiệu quả xử lý văn bản và lời nói. NLP đƣợc
Dialogflow sử dụng để tạo ra những chatbot thông minh.
2.2
TỔNG QUAN VỀ API
2.2.1 Khái niệm về API
Hình 2.2: Khái niệm về API
API (Application Programming Interface) là một giao diện lập trình ứng
dụng mà một hệ thống máy tính hay ứng dụng cung cấp để cho phép các yêu cầu
BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH
5
CHƢƠNG 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT
dịch vụ có thể đƣợc tạo ra từ các chƣơng trình máy tính khác, và/hoặc cho phép dữ
liệu có thể đƣợc trao đổi qua lại giữa chúng.
2.2.2 Mô hình của một API
API bao gồm ba phần:
-
Ngƣời dùng: ngƣời đƣa ra yêu cầu.
-
Máy khách: máy tính gửi yêu cầu tới máy chủ.
-
Máy chủ: máy tính phản hồi yêu cầu.
Máy chủ đƣợc xây dựng nó thu thập và lƣu trữ dữ liệu. Khi máy chủ đó đang
chạy, các lập trình viên tạo ra dữ liệu, bao gồm các end point (điểm cuối) nơi có thể
tìm thấy dữ liệu cụ thể. Sau đó, ngƣời dùng bên ngoài có thể truy vấn (hoặc tìm
kiếm) dữ liệu trên máy chủ hoặc xây dựng một chƣơng trình chạy tìm kiếm trên cơ
sở dữ liệu và biến thông tin đó thành định dạng có thể sử dụng khác.
Nhiều công ty sử dụng các API mở từ các công ty lớn hơn nhƣ Google và
Facebook để truy cập dữ liệu không có sẵn. Trong trƣờng hợp này các API làm
giảm đáng kể các rào cản phát triển đối với các công ty nhỏ hơn.
2.2.3 Các tác vụ thực hiện qua API
API là cách để hai máy tính (phần mềm) giao tiếp với nhau. Có bốn loại hành
động mà API có thể thực hiện:
GET: yêu cầu dữ liệu từ máy chủ.
POST: gửi các thay đổi từ máy khách đến máy chủ khi thêm thông tin
vào máy chủ, nhƣ tạo một mục mới.
PUT: sửa đổi hoặc thêm vào thông tin hiện có.
DELETE: xóa thông tin hiện có.
Khi bạn kết hợp các end point (điểm cuối) với các hành động này, bạn có thể
tìm kiếm hoặc cập nhật mọi thông tin có sẵn trên API. Bạn sẽ cần phải kiểm tra tài
liệu API để tìm hiểu cách mã hóa các hành động này, vì chúng hoàn toàn khác nhau.
- Thực hiện một yêu cầu trên một máy chủ:
BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH
6
CHƢƠNG 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT
HTTP: giao thức truyền siêu văn bản. Đây là cách bạn truy cập trang web
bằng cách nhập URL vào thanh tìm kiếm trong trình duyệt của bạn. Đây là một cách
thực sự dễ dàng để truy cập dữ liệu.
Định dạng văn bản: XML, JSON. Đây là những ngôn ngữ chính để truy cập
dữ liệu qua API. Khi bạn nhận đƣợc dữ liệu của mình, bạn sẽ cần phải biết đọc mã
XML hoặc JSON để hiểu những gì máy chủ đã cung cấp cho bạn.
- Ý tƣởng và các bƣớc trong quy trình API:
Hầu hết các API đều yêu cầu key (mã khóa) API. Khi bạn tìm thấy API
bạn muốn sử dụng, hãy xem tài liệu về các yêu cầu truy cập. Hầu hết
các API sẽ yêu cầu bạn hoàn tất xác minh danh tính, chẳng hạn nhƣ
đăng nhập bằng tài khoản Google của bạn. Bạn sẽ nhận đƣợc một chuỗi
ký tự và số duy nhất để sử dụng khi truy cập API, thay vì chỉ thêm
email và mật khẩu của bạn.
Các công cụ sẵn có (và thƣờng miễn phí) giúp bạn điều hƣớng các yêu
cầu của mình để truy cập các API hiện có bằng key API mà bạn nhận
đƣợc. Bạn vẫn sẽ cần phải biết một số cú pháp từ tài liệu, nhƣng có rất
ít kiến thức mã hóa cần thiết.
Cách tốt nhất tiếp theo để lấy dữ liệu từ API là tạo URL từ tài liệu API
hiện có.
Nhìn chung, yêu cầu API trông không khác nhiều so với URL trình duyệt
thông thƣờng, nhƣng dữ liệu đƣợc trả về sẽ ở dạng dễ đọc cho máy tính.
2.3
WEBHOOK
2.3.1 Khái niệm Webhook
Webhook là một HTTP callback: là 1 công cụ để truy vấn và lƣu trữ dữ liệu
của một Event xác định. Khi một trong những sự kiện đƣợc kích hoạt, nó sẽ gửi một
HTTP POST đến URL đã đƣợc cấu hình webhook.
2.3.2 Hoạt động của Webhook
Một ứng dụng web đang triển khai Webhook sẽ POST một thông báo tới một
URL khi một event xảy ra. Events này do ngƣời dùng cấu hình và URL này đƣợc
ngƣời dùng đăng ký với trang web. Hay nói cách khác, bằng cách cho phép ngƣời
BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH
7
CHƢƠNG 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT
dùng chỉ định một URL cho các sự kiện khác nhau, ứng dụng sẽ POST dữ liệu tới
các URL đó khi các sự kiện xảy ra. Sau khi nhận đƣợc thông báo thành công,
webhook sẽ trả về status code 200 OK về cho trang web.
Những đặc điểm của webhook:
Push: nhận dữ liệu theo thời gian thực
Bất cứ khi nào một events đã đƣợc cấu hình trƣớc xảy ra thì ngay lập
tức dữ liệu sẽ gửi đến URL đã đăng ký ngay lập tức với thời gian thực.
Pipes: nhận dữ liệu và truyền đi
Một Pipe xảy ra khi WebHook của bạn không chỉ nhận dữ liệu thời
gian thực, mà còn tiếp tục thực hiện khi có một event mới, kích hoạt các
hành động không liên quan đến sự kiện ban đầu.
Plugins: xử lý dữ liệu và trả lại thứ gì đó
Đây là nơi mà toàn bộ web trở thành một nền tảng lập trình. Bạn có thể
sử dụng Webhook này để cho phép ngƣời khác mở rộng ứng dụng của
bạn. Ý tƣởng chung là một ứng dụng web gửi dữ liệu qua Webhook cũng sẽ
sử dụng phản hồi từ webhooks để sửa đổi dữ liệu của riêng nó. Theo cách
này, webhook thay đổi ứng dụng của bạn nếu bạn muốn cho phép những
ngƣời khác thực sự mở rộng và nâng cao khả năng của ứng dụng của bạn.
2.4
TỔNG QUAN VỀ DIALOGFLOW
2.4.1 Giới thiệu về Dialogflow
Hình 2.3: Giới thiệu Dialogflow
Dialogflow.com (tiền thân là API.AI) là một API do Google cung cấp nhằm
giúp các lập trình viên dễ dàng hơn khi lập trình các sản phẩm có giao tiếp giữa
BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH
8
CHƢƠNG 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT
ngƣời dùng với sản phẩm thông qua các đoạn hội thoại bằng văn bản (text) hoặc
giọng nói (voice).
Dialogflow là nền tảng về công nghệ tƣơng tác giữa con ngƣời và máy tính
dựa trên các cuộc trò truyện bằng ngôn ngữ tự nhiên và có thể đƣợc sử dụng để phát
hiện các từ khóa và ý định trong câu của ngƣời dùng. Vai trò của nó là giúp xây
dựng chatbots sử dụng Machine Learning.
Với DialogFlow hỗ trợ các tích hợp với các nền tảng, dịch vụ khác nhau nhƣ
Facebook Messenger, các nền tảng Google, Skype, v.v... chatbot của bạn sẽ làm
việc với mọi nền tảng này nếu bạn thiết lập tích hợp đúng cách.
Dialogflow sử dụng trí tuệ nhân tạo (AI) giúp phân tích ngôn ngữ tự nhiên để
hiểu đƣợc những gì ngƣời dùng đƣa vào.
Hiện Dialogflow có 2 phiên bản:
-
Standad: Hoàn toàn miễn phí để sử dụng
-
Và Enterprise: Cần trả một ít tiền
2.4.2 Cấu trúc của Dialogflow
Dialogflow gồm có 5 phần chính là Agent, Intent, Entities, Fulfillment và
Intergrations.
Hình 2.4: Các phần của Dialogflow
BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH
9
