Đồ án tốt nghiệp hệ thống điều khiển và giám sát các thiết bị trong nhà
Bạn đang xem bản rút gọn của tài liệu. Xem và tải ngay bản đầy đủ của tài liệu tại đây (9.46 MB, 128 trang )
BỘ GIÁO DỤC & ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ 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:
HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN VÀ GIÁM SÁT
CÁC THIẾT BỊ TRONG NHÀ
GVHD: Ths. Nguyễn Việt Hùng
SVTH : Phạm Văn Huy
Tp. Hồ Chí Minh - 01/2018
MSSV: 12141099
BỘ GIÁO DỤC & ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ 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:
HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN VÀ GIÁM SÁT
CÁC THIẾT BỊ TRONG NHÀ
GVHD: Ths.Nguyễn Việt Hùng
SVTH : Phạm Văn Huy
Tp. Hồ Chí Minh - 01/2018
MSSV: 12141099
TRƯỜNG ĐH. SƯ PHẠM KỸ THUẬT
CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM
TP. HỒ CHÍ MINH
ĐỘC LẬP - TỰ DO - HẠNH PHÚC
KHOA ĐIỆN-ĐIỆN TỬ
BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH
Tp. HCM, ngày 13 tháng 01 năm 2018
NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
Họ tên sinh viên:
Chuyên ngành:
Hệ đào tạo:
Khóa:
Phạm Văn Huy
Kỹ thuật Điện - Điện tử
Đại học chính quy
2012
I. TÊN ĐỀ TÀI:
TRONG NHÀ.
II. NHIỆM VỤ
HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN VÀ GIÁM SÁT CÁC THIẾT BỊ
Mssv: 12141099
Mã ngành:141
Mã hệ: 1
Lớp: 1214DT2B
1. Các số liệu ban đầu:
(ghi những thông số, tập tài liệu tín hiệu, hình ảnh,…) ...............................................
......................................................................................................................................
......................................................................................................................................
......................................................................................................................................
......................................................................................................................................
2. Nội dung thực hiện:
Tìm hiều và lựa chọn nguồn, module kết nối Bluetooth, module Wifi và vi điều khiển.
Viết ứng dụng Android để SmartPhone nhận tín hiệu từ giọng nói con người, xử lý
và đưa tín hiệu đến vi điều khiển
Thiết kế và thi công các module khối điều khiển: Module Arduino Uno R3, Module
Wifi ESP 8266 Node MCU và Module Bluetooth HC-06.
Kết nối các module lại với nhau.
Chạy thử, kiểm tra và cân chỉnh mô hình.
Viết sách luận văn tốt nghiệp.
Báo cáo đồ án tốt nghiệp.
III. NGÀY GIAO NHIỆM VỤ:
25/09/2017
IV. NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ: 13/01/2018
V. HỌ VÀ TÊN CÁN BỘ HƯỚNG DẪN:
ThS. Nguyễn Việt Hùng
BM. ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH
TRƯỜNG ĐH. SƯ PHẠM KỸ THUẬT
CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM
TP. HỒ CHÍ MINH
ĐỘC LẬP - TỰ DO - HẠNH PHÚC
KHOA ĐIỆN-ĐIỆN TỬ
BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP-Y SINH
Tp. HCM, ngày 13 tháng 01 năm 2018
LỊCH TRÌNH THỰC HIỆN ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
Họ tên sinh viên: Phạm Văn Huy
Lớp: 121412DT2B
MSSV: 12141099
Tên đề tài: HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN VÀ GIÁM SÁT CÁC THIẾT BỊ TRONG NHÀ
Tuần/ngày
Xác nhận
GVHD
Nội dung
Nhận giáo viên hướng đẫn và chọn đề tài
Tuần 1
16/10-22/10/2017
Nộp đề cương và phiếu lịch trình thực hiện
Tuần 2
23/10-29/10/2017
Tìm tài liệu liên quan và nghiên cứu
Tuần 3
30/10-5/11/2017
Tìm hiểu về Arduino và các Module liên quan
Tuần 4
6/11-12/11/2017
Tìm hiểu về cách truyền nhận dữ liệu giữa các
Tuần 5
Module và Arduino
13/11-19/11/2017
Tìm hiểu về App Inventor
Tuần 6
20/11-26/11/2017
Tìm hiểu về Firebase
Tuần 7
27/11-3/12/2017
Lên sơ đồ khối và viết chương trình cho
Tuần 8
Arduino, Module
4/12-10/12/2017
Lên sơ đồ khối và viết chương cho App
Tuần 9
Inventor
11/12-17/12/2017
Thi công mạch và chạy thử chương trình
Tuần 10
18/12-24/12/2017
Hoàn thiện App và kết nối điều khiển với
Tuần 11
mạch, kiểm tra lỗi và khắc phục sự cố
25/12-31/12/2017
Thi công và kết nối mạch với mô hình
Tuần 12
1/1-7/1/2018
Hoàn chỉnh mạch và viết luận văn
Tuần 13
8/1-13/1/2018
GV HƯỚNG DẪN
(Ký và ghi rõ họ và tên)
LỜI CAM ĐOAN
LỜI CAM ĐOAN
Đề tài này là do tôi tự thực hiện dựa vào một số tài liệu trước đó và không sao chép từ tài
liệu hay công trình đã có trước đó.
Các kết quả công bố trong Đồ án tốt nghiệp “HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN VÀ GIÁM SÁT
CÁC THIẾT BỊ TRONG NHÀ” là trung thực và không sao chép từ công trình nào khác
Những người thực hiện đề tài
Phạm Văn Huy
BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH
iii
LỜI CẢM ƠN
LỜI CẢM ƠN
Em xin gởi lời cảm ơn sâu sắc đến Thầy Nguyễn Việt Hùng - Giảng viên bộ môn Điện
Tử Công Nghiệp đã nhiệt tình giúp đỡ và hướng dẫn bọn em trong việc thực hiện đề tài.
Em xin gởi lời chân thành cảm ơn các thầy cô trong Khoa Điện - Điện Tử đã tạo những
điều kiện tốt nhất cho em hoàn thành đề tài.
Em cũng gửi lời đồng cảm ơn đến các bạn bè, các bạn có cùng đam mê đã chia sẻ trao đổi
kiến thức cũng như những kinh nghiệm quý báu trong thời gian thực hiện đề tài.
Xin chân thành cảm ơn!
Những người thực hiện đề tài
Phạm Văn Huy
BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH
iv
MỤC LỤC
MỤC LỤC
Nhiệm vụ đồ án ................................................................................................................ i
Lịch trình ........................................................................................................................ ii
Cam đoan . ..................................................................................................................... iii
Lời cảm ơn ..................................................................................................................... iv
Mục lục ............................................................................................................................v
Liệt kê hình ................................................................................................................... vii
Liệt kê bảng .....................................................................................................................x
Tóm tắt .......................................................................................................................... xi
CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN ............................................................................ 1
1.1. Đặt vấn đề .......................................................................................................... 2
1.2. Mục tiêu ............................................................................................................. 2
1.3. Nội dung nghiên cứu .......................................................................................... 2
1.4. Giới hạn .............................................................................................................. 3
1.5. Bố cục ................................................................................................................ 3
CHƯƠNG 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT ................................................................ 5
2.1 Giới thiệu về Firebase ........................................................................................ 6
2.1.1 Khái niệm về Firebase .................................................................................. 6
2.1.2 đặc điểm và tính năng ................................................................................... 7
2.2 Công nghệ bluetooth .......................................................................................... 8
2.2.1 Khái niệm về bluetooth ................................................................................ 8
2.2.2 Các đặc điểm của bluetooth........................................................................ 10
2.2.3 Ưu nhược điểm của bluetooth .................................................................... 10
2.3 Giới thiệu về hệ điều hành Android ................................................................. 10
2.3.1 Android là gì ............................................................................................... 10
2.3.2 Lịch sử phát triển của Android ................................................................... 11
2.3.3 Các phiên bản của Android ........................................................................ 11
2.3.4 Ưu nhược điểm của Android ...................................................................... 13
2.3.5 Kiến trúc cơ bản của hệ điều hành Android ............................................... 14
2.4 Một số Module sử dụng trong mô hình ............................................................ 18
2.4.1 Vi điều khiển .............................................................................................. 18
BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH
v
MỤC LỤC
2.4.2 Module bluetooth ....................................................................................... 24
2.4.3 Module Wifi ESP8266 Node MCU ........................................................... 26
CHƯƠNG 3. TÍNH TOÁN VÀ THIẾT KẾ. ................................................ 28
3.1 Giới thiệu .......................................................................................................... 29
3.2 Sơ đồ khối hệ thống .......................................................................................... 30
3.3 Tính toán thiết kế .............................................................................................. 31
3.3.1 Thiết kế App trên điện thoại ....................................................................... 31
3.3.2 Thiết kế mô hình robot ................................................................................ 33
3.4 Sơ đồ nguyên lý hệ thống ................................................................................. 39
CHƯƠNG 4. THI CÔNG HỆ THỐNG ...................................................... 41
4.1 Giới thiệu. .......................................................................................................... 42
4.2 Thi công hệ thống ............................................................................................... 42
4.2.1 Thi công App trên điện thoại ........................................................................ 42
4.2.2 Thi công mô hình mạch ................................................................................ 73
4.2.3 Thi công mô hình thiết bị ............................................................................. 77
4.2.2 Lắp ráp mạch vào mô hình ........................................................................... 78
CHƯƠNG 5. KẾT QUẢ_NHẬN XÉT_ĐÁNH GIÁ ................................. 95
5.1 Kết quả... ............................................................................................................ 96
5.2 Nhận xét .............................................................................................................. 97
5.3 Đánh giá .............................................................................................................. 97
CHƯƠNG 6. KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN. ........................... 98
6.1 Kết luận . ............................................................................................................. 99
6.2 Hướng phát triển ................................................................................................. 99
TÀI LIỆU THAM KHẢO………………………………………………….100
PHỤ LỤC
................................................................................................. 101
HƯỚNG DẪN SỬ DỤNG ........................................................................... 111
BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH
vi
LIỆT KÊ HÌNH VẼ
LIỆT KÊ HÌNH VẼ
Hình
Trang
Hình 2.1. Firebase. ........................................................................................................ 6
Hình 2.2. Giao thức bảo mật SSL. ................................................................................ 7
Hình 2.3. Biểu tượng bluetooth. .................................................................................... 9
Hình 2.4. Ứng dụng Bluetooth điều khiển các thiết bị ngoại vi. .................................. 9
Hình 2.5. Kiến trúc ngăn xếp của hệ thống Android. ................................................... 15
Hình 2.6. Hệ thống vi điều khiển cơ bản ...................................................................... 18
Hình 2.7. Sơ đồ và chức năng chân Arduino Uno R3................................................... 19
Hình 2.8. Giao tiếp 2 hệ thống dùng chuẩn UART....................................................... 21
Hình 2.9. Nguyên lý hoạt động chuẩn UART............................................................... 21
Hình 2.10. Các chân giao tiếp SPI trên Uno R3 ........................................................... 22
Hình 2.11. Kết nối giữa 2 thiết bị dùng SPI .................................................................. 23
Hình 2.12. Kết nối giữa nhiều thiết bị dùng SPI ........................................................... 23
Hình 2.13. Module Bluetooth HC-06............................................................................ 24
Hình 2.14. Sơ đồ chân và chức năng của ESP8266 ...................................................... 26
Hình 3.1. Sơ đồ khối hệ thống ...................................................................................... 30
Hình 3.2. Giao diện đăng nhập và chọn hình thức điều khiển ...................................... 31
Hình 3.3. Giao diện bluetooth và wifi ........................................................................... 32
Hình 3.4. Màn hình chờ của điện thoại khi đang nhận giọng nói ................................. 32
Hình 3.5. Bố trí thiết bị ................................................................................................. 33
Hình 3.6. Động cơ DC .................................................................................................. 34
Hình 3.7. Sơ đồ nguyên lý điều khiển động cơ ............................................................. 34
Hình 3.8. Sơ đồ nguyên lý khối bluetooth .................................................................... 35
Hình 3.9. Module Bluetooth HC-06 thực tế .................................................................. 35
Hình 3.10. Sự tiện dụng của Node MCU ...................................................................... 36
Hình 3.11. Sơ đồ chân của Node MCU ........................................................................ 36
Hình 3.12. Giao tiếp giữa Node MCU và Uno R3 ........................................................ 37
Hình 3.13. Sơ đồ nối dây vi điều khiển trong Broad Arduino Uno R3 ........................ 37
Hình 3.14. Sơ đồ nối dây mạch nạp trong Arduino Uno R3 ......................................... 38
Hình 3.15. Sơ đồ nguyên lý mô hình ............................................................................ 39
Hình 4.1. Công cụ App Inventor ................................................................................... 42
Hình 4.2. Giao diện của trang web đăng ký tài khoản google ...................................... 43
BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH
vii
LIỆT KÊ HÌNH VẼ
Hình 4.3. Giao diện trang web MIT App Inventor ....................................................... 44
Hình 4.4. Giao diện công cụ App Inventor 2 ................................................................ 44
Hình 4.5. Mục Projects.................................................................................................. 45
Hình 4.6. Mục Connect ................................................................................................. 46
Hình 4.7. Mục Build...................................................................................................... 46
Hình 4.8. Giao diện hộp thoại ....................................................................................... 47
Hình 4.9. Giao diện gồm các công cụ thiết kế app ...................................................... 47
Hình 4.10. Mục User Interface ...................................................................................... 48
Hình 4.11. Mục Layout ................................................................................................. 48
Hình 1.12. Mục Media .................................................................................................. 49
Hình 4.13. Mục Sensors ................................................................................................ 49
Hình 4.14. Mục Social. ................................................................................................. 50
Hình 4.15. Mục Storage ................................................................................................ 50
Hình 4.16. Mục Connectivity ........................................................................................ 51
Hình 4.17. Mục Viewer ................................................................................................. 51
Hình 4.18. Mục Components ........................................................................................ 52
Hình 4.19. Mục Properties ............................................................................................ 52
Hình 4.20. Màn hình đăng nhập và kết nối ................................................................... 53
Hình 4.21. VerticalArrangement1 ................................................................................. 54
Hình 4.22. HorizontalArrangement1 ............................................................................ 54
Hình 4.23. Giao diện màn hình bluetooth của app........................................................ 55
Hình 4.24. HorizontalArrangement5. ........................................................................... 55
Hình 4.25. HorizontalArrangement6 ............................................................................ 55
Hình 4.26. TableArrangement4..................................................................................... 56
Hình 4.27. HorizontalArrangement10 .......................................................................... 56
Hình 4.28. HorizontalArrangement7 ............................................................................ 57
Hình 4.29. HorizontalScrollArrangement1 ................................................................... 57
Hình 4.30. Màn hình điều khiển bằng wifi ................................................................... 58
Hình 4.31. Lable_text .................................................................................................... 58
Hình 4.32. HorizontalArrangement30 .......................................................................... 58
Hình 4.33. Các thành phần ẩn ....................................................................................... 59
Hình 4.34. Lưu đồ chương trình app điện thoại Android ............................................. 61
Hình 4.35. Lưu đồ cập nhật dữ liệu .............................................................................. 61
Hình 4.36. SpeechRecognizer1 ..................................................................................... 64
BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH
viii
LIỆT KÊ HÌNH VẼ
Hình 4.37. Sự kiện button để điều khiển đèn ................................................................ 65
Hình 4.38. Sự kiện button để điều khiển quạt ............................................................... 66
Hình 4.39. Sự kiện FirebaseDB1.DataChanged ........................................................... 66
Hình 4.40. Sự kiện Initialize ......................................................................................... 67
Hình 4.41. Sự kiện FirebaseDB1.GotValue .................................................................. 67
Hình 4.42. Sự kiện Timer .............................................................................................. 68
Hình 4.43. Sự kiện LickPicker1.Before/AfterPicking .................................................. 68
Hình 4.44. Sự kiện của manhinhbluetooth.Initialize .................................................... 69
Hình 4.45. Hàm thủ tục(1) ............................................................................................ 71
Hình 4.46. Hàm thủ tục(2) ............................................................................................ 72
Hình 4.47. Các biến sử dụng ......................................................................................... 73
Hình 4.48. Sơ đồ mạch nguyên lý ................................................................................. 74
Hình 4.49. Mạch in layout............................................................................................. 75
Hình 4.50. Sơ đồ chân và vị trí linh kiện ...................................................................... 76
Hình 4.51. Mạch hoàn thiện .......................................................................................... 77
Hình 4.52. Lắp ráp thiết bị vào mạch. ........................................................................... 79
Hình 4.53. Lưu đồ chương trình vi điều khiển.............................................................. 80
Hình 4.54. Lưu đồ truyền nhận dữ liệu và cập nhật của ESP ....................................... 81
Hình 4.55. Giao diện phần mềm Arduino IDE ............................................................. 82
Hình 5.1. Kết quả đạt được(1)....................................................................................... 96
Hình 5.1. Kết quả đạt được(2)....................................................................................... 97
BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH
ix
LIỆT KÊ BẢNG
LIỆT KÊ BẢNG
Bảng
Trang
Bảng 3.1. Bảng liệt kê điện áp và dòng điện các linh kiện sử dụng trong mạch
……………………………………………………………………………………..38
Bảng 4.1. Danh sách và thông số các linh kiện …………...………………………73
BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH
x
TÓM TẮT
TÓM TẮT
Với sự phát triển mạnh mẽ của công nghệ nói chung và các tập đoàn công nghệ nói riêng
thì đã giúp ích con người rất nhiều, hơn thế nữa đã giúp chất lượng cuộc sống con người
ngày càng được nâng cao. Có những công nghệ mà cách đây vài năm, người ta thậm chí
không dám nghĩ đến nhưng bây giờ đã được thử nghiệm và dần thành hiện thực.
Một số tập đoàn công nghệ đã trình diễn những công nghệ hiện đại như Sony đã trình
diễn Loa và Tivi tích hợp Google assistant. Cụ thể, 1 cái loa 360 độ đã được kết nối với
hệ thống điện và loa trong nhà, chúng ta có thể dễ dàng ra lệnh mở đèn, mở nhạc, mở tivi,
v.v.... Tuy công nghệ nghệ này không mới nhưng sắp tới sẽ là xu thế của một ngôi nhà
thông mình nào cũng phải có.
Với ý tưởng trên và để khắc phục điểm yếu của hệ thống là : chi phí cao, không hỗ trợ
Tiếng Việt. Vì vậy, chúng em làm ra đề tài là để xây dựng lại mô hình trên và đặc biệt là
để ngừơi Việt dễ dàng sử dụng. Bằng cách sử dụng và lập trình Arduino làm trung tâm
xử lý và các modul để tương tác với trung tâm điều khiển và thiết bị thông qua ứng dụng
trên điện thoại.
Nhóm thực hiện đề tài
Phạm Văn Huy
BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH
xi
CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN
Chương 1. TỔNG QUAN
BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH
1
CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN
1.1.
ĐẶT VẤN ĐỀ
Trong thời đại Công Nghiệp 4.0 các dây chuyền công nghệ mới lần lượt ra đời
nhằm đơn giản hóa quá trình sản xuất, máy móc hiện đại đã bắt đầu thay thế con người
chúng ta. Hàng loạt các sản phẩm tự động hóa tiên tiến được phát minh và bán rộng rãi
trên thị trường giúp nâng cao chất lượng sống và tăng hiệu suất công việc. Đối với
nước ngoài thì việc nghiên cứu và ứng dụng giọng nói để ứng dụng vào đời sống và
sản xuất chỉ mới mở ra trong vài năm gần đây. Ví dụ như Google có trợ lý ảo GG
assistant, Amazon có Alexa và Apple có siri. Thấy được khả năng phát triển và nhu
cầu tìm hiểu về điều khiển thiết bị bằng giọng nói của chính bản thân và những người
yêu thích mong muốn được sử dụng dịch vụ này, những người thực hiện đã bắt tay vào
thực hiện đồ án: HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN VÀ GIÁM SÁT CÁC THIẾT BỊ
TRONG NHÀ. Đồ án HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN VÀ GIÁM SÁT CÁC THIẾT
BỊ TRONG NHÀ nhằm khai thác yếu tố giọng nói trong việc điều khiển thiết bị, vốn
thường được thực hiện bằng tay. Đồ án này giúp cho sinh viên hiểu rõ hơn về ứng
dụng nhận dạng, xử lí giọng nói sẵn có của Google, được sử dụng trong việc điều
khiển thiết bị của mình. Qua quá trình tìm hiểu, nhận thấy Arduino thích hợp trong
việc thực hiện đề tài này, nhóm đề tài đã khai thác sử dụng Arduino trong đồ án của
mình. Đề tài được ứng dụng để điều khiển nhà thông minh. Điện thoại di động hiện
nay đang được sử dụng rộng rãi, nên việc tận dụng thiết bị này trong việc điều khiển
thiết bị cũng góp phần vào việc khai thác thêm giá trị sử dụng của điện thoại di động
trong đời sống hàng ngày.
1.2 MỤC TIÊU
Mục tiêu của đề tài là thiết kế một mô hình thiết bị hoạt động bằng cách nhận lệnh từ
giọng nói của con người thông qua điện thoại Smartphone. Mô hình có thể ứng dụng
trong việc điều khiển, giám sát những ngôi nhà hiện đại nào cũng phải có.
1.3 NỘI DUNG NGHIÊN CỨU
Tìm hiều và lựa chọn nguồn, module kết nối Bluetooth, module Wifi và vi điều
khiển.
Viết ứng dụng Android để SmartPhone nhận tín hiệu từ giọng nói con người, xử
lý và đưa tín hiệu đến vi điều khiển
BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH
2
CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN
Thiết kế và thi công các module khối điều khiển: Module Arduino Uno R3,
Module Wifi ESP 8266 Node MCU và Module Bluetooth HC-06.
Kết nối các module lại với nhau.
Chạy thử, kiểm tra và cân chỉnh mô hình.
Viết sách luận văn tốt nghiệp.
Báo cáo đồ án tốt nghiệp.
1.4
GIỚI HẠN
Không thể tích hợp AI hoặc Machine learning vào hệ thống.
Ứng dụng chỉ tương thích với hệ điều hành Android.
Việc nhận diện giọng nói đôi khi chưa chính xác do nói không chuẩn giọng.
1.5.
BỐ CỤC
Chương 1: Tổng quan.
Chương 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.
Chương 2: Cơ Sở Lý Thuyết.
Chương này trình bày khái quát về công nghệ Bluetooth, giới thiệu về Firebase,
các thông số và ý nghĩa của các linh kiện chính sử dụng cho thiết kế bộ điều
khiển (vi điều khiển Arduino, module Bluetooth HC-06, module Wifi ESP 8266
Node MCU ), kiến thức cơ bản về hệ điều hành Android hỗ trợ cho lập trình phần
mềm điều khiển trên điện thoại ở chương sau.
Chương 3: Thiết Kế và Tính Toán
Chương này sẽ trình bày sơ đồ khối của bộ điều khiển, đưa ra các phương án
thực hiện và lựa chọn phương án tối ưu nhất để thực hiện. Chương này cũng trình
bày các yêu cầu cần có đối với phần mềm điều khiển trên điện thoại từ đó làm cơ
sở để viết ứng dụng trên điện thoại. Ngoài ra còn trình bày phần yêu cầu đối với
phần mềm điều khiển của vi điều khiển và lưu đồ hoạt động của chương trình.
Chương 4: Thi Công Hệ Thống
Chương này gồm có các nội dung sau: Thi công App trên điện thoại, thi công mô
hình, lưu đồ giải thuật phần mềm và quy trình thao tác.
BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH
3
CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN
Chương 5: Kết Quả, Nhận Xét và Đánh Giá
Chương này sẽ trình bày các kết quả đạt được sau thời gian thực hiện đề tài gồm
có hình ảnh về sản phẩm (bộ điều khiển và ứng dụng trên điện thoại), đánh giá
sai số, tính ổn định của hệ thống, thời gian đáp ứng của hệ thống, tính dễ sử
dụng, …
Chương 6: Kết Luận và Hướng Phát Triển
Chương này sẽ đưa ra những kết luận sau khi hoàn thành sản phẩm, các hướng
phát triển của đề tài để có thể phát triển sản phẩm tốt hơn trong tương lai.
BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH
4
CHƯƠNG 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT
Chương 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT
BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH
5
CHƯƠNG 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT
2.1 GIỚI THIỆU VỀ FIREBASE:
2.1.1 Khái niệm về Firebase:
Hình 2.1. Firebase
Firebase là một dịch vụ cơ sở dữ liệu thời gian thực, hoạt động trên nền tảng đám mây
được cung cấp bởi Google nhằm giúp các lập trình phát triển nhanh các ứng dụng bằng
cách đơn giản hóa các thao tác với cơ sở dữ liệu. Nếu cần xây dựng một ứng dụng cho
mobile hoặc các thiết bị di động khác, mà bạn đang gặp khó khăn vì không biết chọn
dịch vụ VPS nào, loại database gì . . . thì Firebase sẽ là dịch vụ dành cho bạn.
2.1.2 Đặc điểm và tính năng:
Realtime Database
Firebase lưu trữ dữ liệu database dưới dạng JSON và thực hiện đồng bộ database tới
tất cả các client theo thời gian thực. Cụ thể hơn là bạn có thể xây dựng được client đa
nền tảng (cross-platform client) và tất cả các client này sẽ cùng sử dụng chung một
database đến từ Firebase và có thể tự động cập nhật mỗi khi dữ liệu trong database
được thêm mới hoặc sửa đổi.
Tự động tính toán quy mô ứng dụng của bạn, giúp bạn dễ dàng hơn rất nhiều mỗi khi
cần nâng cấp hay mở rộng dịch vụ. Ngoài ra Firebase sử dụng NoSQL, giúp cho
database của bạn sẽ không bị bó buộc trong các bảng và các trường mà bạn có thể tùy
ý xây dựng database theo cấu trúc của riêng bạn.
Cho phép bạn phân quyền một cách đơn giản bằng cú pháp tương tự như javascript.
Khi ứng dụng của bạn muốn phát triển, bạn không cần lo lắng về việc nâng cấp máy
chủ…Firebase sẽ xử lý việc tự động cho bạn. Các máy chủ của Firebase quản lý hàng
triệu kết nối đồng thời và hàng tỉ lượt truy vấn mỗi tháng.
BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH
6
CHƯƠNG 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT
Các tính năng bảo mật
Firebase hoạt động dựa trên nền tảng cloud và thực hiện kết nối thông qua giao thức bảo
mật SSL, chính vì vậy bạn sẽ bớt lo lắng rất nhiều về việc bảo mật của dữ liệu cũng như
đường truyền giữa client và server. Không chỉ có vậy, việc cho phép phân quyền người
dùng database bằng cú pháp javascipt cũng nâng cao hơn nhiều độ bảo mật cho ứng
dụng của bạn, bởi chỉ những user mà bạn cho phép mới có thể có quyền chỉnh sửa cơ sở
dữ liệu.
Hình 2.2. Giao thức bảo mật SSL
Làm việc offline
Ứng dụng Firebase của bạn sẽ duy trì tương tác bất chấp một số các vấn đề về internet
xảy ra. Trước khi bất kỳ dữ liệu được ghi đến server thì tất cả dữ liệu lập tức sẽ được
viết vào một cơ sử dữ liệu Firebase ở local. Ngay khi có thể kết nối lại, client đó sẽ
nhận bất kỳ thay đổi mà nó thiếu và đồng bộ hoá nó với trạng thái hiện tại server.
Xác thực người dùng
Với Firebase, bạn có thể dễ dàng xác thực người dùng từ ứng dụng của bạn trên Android,
iOS và JavaScript SDKs chỉ với một vài đoạn mã. Firebase đã xây dựng chức năng cho
việc xác thực người dùng với Email, Facebook, Twitter, GitHub, Google, và xác thực
nặc danh. Các ứng dụng sử dụng chức năng xác thực của FireBase có thể giải quyết
được vấn đề khi người dùng đăng nhập, nó sẽ tiết kiện thời gian và rất nhiều các vấn đề
phức tạp về phần backend. Hơn nữa bạn có thể tích hợp xác thực người dùng với các
chức năng backend đã có sẵn dùng custom auth tokens.
BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH
7
CHƯƠNG 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT
Firebase Hosting
Các bạn có thể triển khai một ứng dụng nền web chỉ với vài giây với hệ thống Firebase
và các dữ liệu sẽ được lưu trữ đám mây đồng thời được bảo mật thông qua giao thức
truy cập SSL.
Các ứng dụng sẽ được cấp 1 tên miền dạng *.firebaseio.com hoặc bạn có thể trả tiền
để sử dụng tên miền của riêng mình.
Triểu khai siêu tốc
Với Firebase bạn có thể giảm bớt rất nhiều thời gian cho việc viết các dòng code để
quản lý và đồng bộ cơ sở dữ liệu, mọi việc sẽ diễn ra hoàn toàn tự động với các API
của Firebase. Không chỉ có vậy Firebase còn hỗ trợ đã nền tảng nên bạn sẽ càng đỡ
mất thời gian rất nhiều khi ứng dụng bạn muốn xây dựng là ứng dụng đa nền tảng.
Không chỉ nhanh chóng trong việc xây dựng database, Google Firebase còn giúp ta
đơn giản hóa quá trình đăng kí và đăng nhập vào ứng dụng bằng các sử dụng hệ thống
xác thực do chính Firebase cung cấp.
Sự ổn định
Firebase hoạt động dựa trên nền tảng Cloud đến từ Google vì vậy hầu như bạn không
bao giờ phải lo lắng về việc sập server, tấn công mạng như DDOS, tốc độ kết nối lúc
nhanh lúc chậm, … nữa.
Giá thành
Google Firebase có rất nhiều gói dịch vụ với các mức dung lượng lưu trữ cũng như băng
thông khác nhau với mức giá dao động từ Free đến $1500 đủ để đáp ứng được nhu cầu
của tất cả các đối tượng. Chính vì vậy bạn có thể lựa chọn gói dịch vụ phù hợp nhất với
nhu cầu của mình. Điều này giúp bạn tới ưu hóa được vốn đầu tư và vận hành của mình
tùy theo số lượng người sử dụng. Ngoài ra bạn còn không mất chi phí để bảo trì, nâng
cấp, khắc phục các sự cố . . .
2.2 CÔNG NGHỆ BLUETOOTH:
2.2.1 Khái niệm về bluetooth:
Bluetooth là công nghệ không dây cho phép các thiết bị điện, điện tử giao tiếp với nhau
trong khoảng cách ngắn, bằng sóng vô tuyến qua băng tần chung ISM (Industrial,
Scientific, Medical) trong dãy tầng 2.40 – 2.48 GHz và có khả năng truyền tải giọng nói
và dữ liệu.
BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH
8
CHƯƠNG 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT
Bluetooth được thiết kế nhằm mục đích thay thế dây cable giữa máy tính và các thiết bị
truyền thông cá nhân, kết nối vô tuyến giữa các thiết bị điện tử lại với nhau một cách
thuận lợi với giá thành rẻ.
Khi được kích hoạt Bluetooth có thể tự động định vị những thiết bị khác có chung công
nghệ trong vùng xung quanh và bắt đầu kết nối với chúng. Nó được định hướng sử dụng
cho việc truyền dữ liệu lẫn tiếng nói.
Hình 2.3. Biểu tượng bluetooth.
Công nghệ không dây Bluetooth là một tiêu chuẩn trong thực tế, dùng cho các thiết bị
cỡ nhỏ, chi phí thấp, sóng ngắn liên kết giữa PC di động, điện thoại di động và giữa các
máy tính với nhau.
Bluetooth ít tiêu hao năng lượng và có giá thành thấp nhưng tốc độ của nó chậm hơn
khá nhiều so với mạng không dây Wi-Fi. Các Smartphone và máy tính bảng đã trang bị
chức năng hỗ trợ Bluetooth vào hệ điều hành của chúng để kích hoạt khả năng hoạt động
vớiđồng bộ hoá dữ liệu với điện thoại di động (ĐTDĐ) và thiết bị hỗ trợ cá nhân PDA,
in ấn với các máy in hỗ trợ Bluetooth và kết nối đến các thiết bị khác.
Hình 2.4. Ứng dụng Bluetooth điều khiển các thiết bị ngoại vi.
BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH
9
CHƯƠNG 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT
2.2.2 Các đặc điểm của Bluetooth
Bluetooth tiêu thụ năng lượng thấp, cho phép ứng dụng được trong nhiều loại thiết
bị, bao gồm cả các thiết bị cầm tay và điện thoại di động.
Bluetooth sử dụng băng tần đăng ký 2.4Ghz trên dãy băng tần ISM. Tốc độ truyền
dữ liệu có thể đạt tới mức tối đa 1Mbps (do sử dụng tần số cao) mà các thiết bị không
cần phải lấy trực tiếp nhau. Dễ dàng trong việc phát triển ứng dụng: Bluetooth kết
nối một ứng dụng này với một ứng dụng khác thông qua các chuẩn “Bluetooth
profiles”, do đó có thể độc lập về phần cứng cũng như hệ điều hành sử dụng.
Bluetooth được dùng trong giao tiếp dữ liệu tiếng nói: có 3 kênh để truyền tiếng nói
là 7 kênh để truyền dữ liệu trong một mạng cá nhân.
Tính an toàn và bảo mật được tích hợp với sự xác nhận và mã hóa. Nó có tính tương
thích cao, được nhiều nhà sản xuất phần cứng cũng như phần mềm hỗ trợ.
2.2.3 Ưu nhược điểm của Bluetooth
Ưu điểm:
- Thay thế hoàn toàn dây nối.
- Bảo mật an toàn với công nghệ mã hóa trong. Một khi kết nối được thiết lập thì
khó có một thiết bị nào có thể nghe trộm hoặc lấy cắp dữ liệu.
- Các thiết bị có thể kết nối với nhau trong vòng 20m mà không cần trực diện
(hiện nay có loại Bluetooth kết nối lên đến 100m)
- Kết nối điện thoại và tai nghe Bluetooth khiến cho việc nghe máy khi lái xe hoặc
bận việc dễ dàng.
- Giá thành rẻ.
- Tốn ít năng lượng, chờ tốn 0.3mAh, tối đa 30mAh trong chế độ truyền dữ liệu.
- Không gây nhiễu các thiết bị không dây khác.
Nhược Điểm:
- Tốc độ thấp, khoảng 720kbps tối đa.
- Bắt sóng kém khi có vật cản.
- Thời gian thiết lập lâu.
2.3 GIỚI THIỆU VỀ HỆ ĐIỀU HÀNH ANDROID:
2.3.1 Android là gì?
Android là hệ điều hành trên điện thoại di động (và hiện nay là cả trên một số đầu phát
HD, HD Player, TV) phát triển bởi Google và dựa trên nền tảng Linux. Trước đây,
Android được phát triển bởi công ty liên hợp Android (sau đó được Google mua lại vào
năm 2005).
Các nhà phát triển viết ứng dụng cho Android dựa trên ngôn ngữ Java. Sự ra mắt của
Android vào ngày 5 tháng 11 năm 2007 gắn với sự thành lập của liên minh thiết bị cầm
BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH
10
CHƯƠNG 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT
tay mã nguồn mở, bao gồm 78 công ty phần cứng, phần mềm và viễn thông nhằm mục
đính tạo nên một chuẩn mở cho điện thoại di động trong tương lai.
2.3.2 Lịch sử phát triển của Android
Tháng 10/2003, Android (inc) ra đời như một hãng phần mềm, với mục tiêu tạo ra những
thiết bị thông minh, đáp ứng nhu cầu của người dùng.
Tháng 8/2005, gã khổng lồ Google mua lại Android với toàn bộ nhân viên.
Tháng 11/2007, Open Handset Alliance – Liên minh thiết bị cầm tay mở rộng ra đời với
các thành viên Texas Instruments, Broadcom, Google, HTC, Intel, LG, Tập đoàn
Marvell Technology, Motorola, Nvidia, Qualcomm, Samsung Electronics, Sprint Nextel
và T-Mobile.
Tháng 10/2008, hệ điều hành Android đã chính thức trở thành phần mềm mã nguồn mở.
Tháng 11/2008, Liên minh OHA ra mắt gói phát triển phần mềm Android SDK cho nhà
lập trình. Theo đó, các công ty thứ ba được phép thêm những ứng dụng của riêng của
họ vào Android và bán chúng mà không cần phải hỏi ý kiến Google.
Tháng 12/2008, có thêm 14 thành viên mới gia nhập dự án Android được công bố, gồm
có ARM Holdings, Atheros Communications, Asustek Computer Inc, Garmin Ltd,
Softbank, Sony Ericsson, Toshiba Corp, và Vodafone Group Plc.
2.3.3 Các phiên bản của Android
Phiên bản đầu tiên của hệ điều hành Android ra đời vào tháng 9/2008 và tháng 2/2009
không có tên gọi chính thức. Sau này, những phiên bản tiếp theo ra đời với tên gọi là
những món tráng miệng với vần đầu của bảng Anphabet C-D-E-F-G-H-I…
Android Cupcake 1.5, tháng 4/2009: Phiên bản này có một số tính năng đáng chú ý
như: khả năng ghi lại và xem video thông qua chế độ máy ghi hình, tải video lên
YouTube và ảnh lên Picasa trực tiếp từ điện thoại, tích hợp bàn phím ảo với khả năng
đoán trước văn bản, tự động kết nối với một thiết bị Bluetooth trong một khoảng cách
nhất định, các widget và thư mục mới có thể cài đặt linh động trên màn hình chủ.
Android Donut 1.6, tháng 9/2009: Phiên bản này giúp nâng cao trải nghiệm trên kho
ứng dụng Android Market, tích hợp giao diện tùy biến cho phép người dùng xóa nhiều
ảnh cùng lúc, nâng cấp Voice Search, nâng cấp khả năng tìm kiếm bookmarks, history,
contacts và web trên màn hình chủ, bước đầu hỗ trợ màn hình độ phân giải WVGA.
Android Eclair 2.0 + 2.1, tháng 10/2009: Phiên bản này có sự cải thiện rõ rệt trong
giao diện người dùng, tối ưu hóa tốc độ phần cứng, hỗ trợ nhiều kích cỡ và độ phân giải
màn hình hơn, thay đổi giao diện duyệt web và hỗ trợ chuẩn HTML5, Exchange
ActiveSync 2.5, nâng cấp Google Maps 3.1.2, camera zoom kĩ thuật số tích hợp đèn
flash, nâng cấp bàn phím ảo và kết nối Bluetooth 2.1.
BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH
11
CHƯƠNG 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT
Android Froyo 2.2, tháng 5/2010: Phiên bản này chú trọng nâng cấp tốc độ xử lí, giới
thiệu engine Chrome V8 JavaScript, hỗ trợ Adobe Flash10.1, thêm tính năng tạo điểm
truy cập Wi-Fi. Một tính năng đáng chú ý khác hỗ trợ chuyển đổi nhanh chóng giữa các
ngôn ngữ và từ điển trên bàn phím đồng thời cho phép cài đặt và cập nhật ứng dụng ở
các thiết bị mở rộng bộ nhớ. Một trong những smartphone đầu tiên chạy phiên bản
Android 2.2 Froyo là LG Optimus One.
Android Gingerbread 2.3, tháng 12/2010: Phiên bản này đã nâng cấp đáng kể giao
diện người dùng, cải thiện bàn phím ảo, thêm tính năng copy/paste, hỗ trợ công nghệ
giao tiếp tầm sóng ngắn NFC, hỗ trợ chuẩn video WebM và nâng cao tính năng copy–
paste. Cùng với phiên bản Gingerbread, Google cũng ra mắt điện thoại đầu tiên của hãng
sử dụng nền tảng này là Google Nexus S.
Android Honeycomb 3.0, tháng 2/2011: Đây là phiên bản hệ điều hành dành riêng cho
máy tính bảng tablet với giao diện mới tối ưu hóa cho tablet, từ các thao tác đều phụ
thuộc màn hình cảm ứng (như lướt web, duyệt mail..). Honeycomb hỗ trợ bộ xử lí đa
nhân và xử lý đồ họa đồng thời hỗ trợ nhiều màn hình home khác nhau, cho phép người
dùng dễ dàng tùy biến giao diện nếu muốn.
Android 4.0 Ice Cream Sandwich, cuối năm 2011: Đây cũng là lần đầu tiên Google
hợp nhất hệ điều hành dành cho smartphone và cho máy tính bảng vào làm một. Android
4.0 cũng nhắm đến việc duyệt web nhanh hơn, tối ưu hóa hiệu suất hoạt động của thiết
bị, kéo dài thời gian dùng pin…
Android Jelly Bean 4.1 +4.2, năm 2012: Quan trọng hơn hết của Jelly Bean không
phải là về giao diện hay ứng dụng mới mà về Project Butter giúp mang lại độ mượt chưa
từng có cho Android. Theo như giải thích của Google, độ mượt này có được là nhờ vào
dự án Butter.
Android 4.3 Jelly Bean 4.3, 24/4/2013: Đi kèm những tính năng mới như hỗ trợ kết
nối Bluetooth Smart, bộ API OpenGL ES 3.0, bổ sung tính năng sử dụng Wi-Fi để định
vị ngay cả khi người dùng tắt kết nối này đi cùng nhiều thay đổi lớn nhỏ khác.
Android 4.4 KitKat, 15/10/2013: Với các cải tiến mới chế độ toàn màn hình Immersive
Mode, hiệu ứng chuyển cảnh màn hình – Transition Manager, Storage Access
Framework, Chromium WebView, NFC, Cổng hồng ngoại – Infrared Blasters.
Android L (Lolli pop), 26/06/2014: Với những cai tiến về chất lượng pin, giao diện
thanh thoát nhẹ nhàng theo thiết kế Material Design, Android Runtime (ART) đã được
sử dụng mặc định. Về thời lượng pin, Android L cũng bổ sung nhiều chế độ linh hoạt
để người dung có thể kiểm soát thời gian sử dụng pin dễ dàng hơn.
Android 6.0 Marshmallow, 5/10/2015: Google đã giới thiệu đến người dùng phiên bản
Android kế tiếp với mã hiệu Marshmallow (kẹo dẻo) với những thay đổi đợt cập nhật
BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH
12
