Đồ án tốt nghiệp kỹ thuật điện tử truyền thông điều khiển xe lăn điện bằng giọng nói hoặc smartphone

TRƯỜNG ĐH SPKT TP. HỒ CHÍ MINH
KHOA ĐIỆN-ĐIỆN TỬ

CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM
ĐỘC LẬP - TỰ DO - HẠNH PHÚC

BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH

----o0o---Tp. HCM, ngày 20 tháng 12 năm 2019

NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
Họ tên sinh viên 1: Lê Văn Luận
Chuyên ngành:
Kỹ thuật Điện - Điện tử

MSSV: 15141206
Mã ngành: 141

Hệ đào tạo:

Đại học chính quy

Mã hệ:

1

Khóa:

2015

Lớp:

1

Họ tên sinh viên 2: Phạm Minh Kha

MSSV: 13141132

Chuyên ngành:

Kỹ thuật Điện - Điện tử

Mã ngành:

141

Hệ đào tạo:

Đại học chính quy

Mã hệ:

1

Khóa:

2013

Lớp:

1

I. TÊN ĐỀ TÀI: ĐIỀU KHIỂN XE LĂN ĐIỆN BẰNG GIỌNG NÓI HOẶC
SMARTPHONE
II. NHIỆM VỤ
1. Các số liệu ban đầu:
•

Xe lăn điện.

•

Xe chạy tiến, chạy lùi, xoay trái, xoay phải, điều chỉnh thay đổi tốc độ di
chuyển.

•

Sử dụng các module có sẵn trên thị trường để phục vụ thi công đề tài.

2. Nội dung thực hiện:
•

Tìm hiểu về xe lăn điện.

•

Tìm hiểu chuẩn truyền thông UART.

•

Tìm hiểu về cách điều chế độ rộng xung PWM.

•

Tìm hiểu về mạch công suất điều khiển động cơ DC.
i


•

Tìm hiểu về module wifi ESP8266, mạch nhận dạng giọng nói Voice
Recognition V3, mạch giảm áp DC LM2596, cầu H BTS7960.

•

Tìm hiểu về ứng dụng MIT App Inventor viết phần mềm Android.

•

Thiết kế giao diện để điều khiển: App android.

•

Viết chương trình điều khiển cho ESP8266, nạp code và chạy thử nghiệm sản
phẩm, chỉnh sửa và hoàn thiện hệ thống.

•

Thực hiện viết luận văn báo cáo.

•

Tiến hành báo cáo đề tài tốt nghiệp.

III. NGÀY GIAO NHIỆM VỤ:

26/08/2019

IV. NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ: 26/12/2019
V. HỌ VÀ TÊN CÁN BỘ HƯỚNG DẪN:
CÁN BỘ HƯỚNG DẪN

TH. S NGUYỄN THANH NGHĨA

BM. ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH

ii


TRƯỜNG ĐH SPKT TP. HỒ CHÍ MINH
KHOA ĐIỆN-ĐIỆN TỬ

CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM
ĐỘC LẬP - TỰ DO - HẠNH PHÚC

BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH

----o0o---Tp. HCM, ngày 20 tháng 12 năm 2019

LỊCH TRÌNH THỰC HIỆN ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
Họ tên sinh viên 1: Lê Văn Luận

Lớp: 15141DT2A

MSSV: 15141206

Họ tên sinh viên 2: Phạm Minh Kha
Lớp: 13141DT1A

MSSV: 13141132

Tên đề tài: ĐIỀU KHIỂN XE LĂN ĐIỆN BẰNG GIỌNG NÓI HOẶC
SMARTPHONE
Tuần/ngày

Tuần 1

Nội dung
- Gặp GVHD để nghe phổ biến yêu cầu làm đồ án,
tiến hành chọn đồ án.

(26/8 –1/9)

- GVHD tiến hành xét duyệt đề tài.

Tuần 2
(2/9 – 8/9)

- Viết đề cương
- Viết lịch trình làm đề tài

Tuần 3

(9/9 – 15/9)

Xác nhận
GVHD

-Tìm hiểu cơ sở lý thuyết liên quan với đề tài: xe
lăn điện, mạch nhận dạng giọng nói Voice
Recognition V3,mạch giảm áp DC LM2596 3A,
ESP8266 NodeMCU, mạch cầu H BTS7960, các
chuẩn giao tiếp,...

Tuần 4
(16/9 – 22/9)

-Tìm hiểu cơ sở lý thuyết liên quan với đề tài: xe
lăn điện, mạch nhận dạng giọng nói Voice
Recognition V3, ESP8266 NodeMCU, mạch giảm
áp DC LM2596 3A, động cơ DC giảm tốc, mạch
cầu H BST7960, các chuẩn giao tiếp,...

Tuần 5
(23/9– 29/9)

- Tìm hiểu về giao tiếp giữa các module và thiết bị.
- Tiến hành thiết kế sơ đồ khối, giải thích chức
năng các khối.

iii

- Tính toán thiết kế khối nguồn
Tuần 6
(30/9 – 6/10)

- Tìm hiểu về giao tiếp giữa các module và thiết bị.
- Tiến hành thiết kế sơ đồ khối, giải thích chức
năng các khối.
- Tính toán thiết kế khối nguồn động của mạch.

Tuần 7
(7/10 – 13/10)

-Kết nối tất cả các khối lại và thiết kế sơ đồ toàn
mạch, giải thích nguyên lý hoạt động của mạch.

Tuần 8
(14/10 – 20/10)

-Kết nối tất cả các khối lại và thiết kế sơ đồ toàn
mạch, giải thích nguyên lý hoạt động của mạch.

Tuần 8
(21/10 – 27/10)

- Lập trình cho module ESP8266 NodeMCU.

Tuần 9
(28/10 –3/11)

- Lập trình cho module ESP8266 NodeMCU và tiến

hành test xe.

Tuần 10
(4/11 – 10/11)

- Lập trình cho module ESP8266 NodeMCU và tiến
hành test xe.

Tuần 11
(11/11 – 17/11)

- Lập trình module ESP8266 NodeMCU và tiến
hành test xe.

Tuần 12
(18/11 – 24/11)

- Lập trình cho module ESP8266 NodeMCU và tiến
hành test xe.
- Viết báo cáo những nội dung đã làm.

Tuần 13
(25/11 – 1/12)

- Lập trình cho module ESP8266 NodeMCU và tiến
hành test xe.
-- Viết báo cáo những nội dung đã làm.

Tuần 14
(2/12 – 8/12)

- Viết báo cáo những nội dung đã làm.

Tuần 15
(9/12 – 15/12)

- Hoàn thiện báo cáo và gởi cho GVHD để xem xét
góp ý lần cuối trước khi in và báo cáo.

Tuần 16
(16/12 – 22/12)

- Nộp quyển báo cáo.

iv


Tuần 17

- Làm slide báo cáo và báo cáo đề tài.

(23/12 – 29/12)
GV HƯỚNG DẪN
(Ký và ghi rõ họ và tên)

v


LỜI CAM ĐOAN
Đề tài này là do chúng 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.

Người thực hiện đề tài
Lê Văn Luận

Phạm Minh Kha

vi


LỜI CẢM ƠN
Sau khi đã hoàn thành đề tài, lời nói đầu tiên nhóm em xin gửi lời cảm ơn chân
thành đến các quý Thầy, Cô của Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật TP Hồ Chí Minh
chung và đặc biệt là các Thầy, Cô của Khoa Điện - Điện Tử nói riêng đã dành hết tâm
huyết giảng dạy, truyền đạt những kinh nghiệm và những kiến thức quý báu cho chúng
em trong suốt 4 năm học vừa qua, tạo tiền đề để thực hiện được đề tài này và tạo nền
tảng cho tương lai sau này của chúng em.
Nhóm em xin cảm ơn sâu sắc và chân thành nhất tới Thầy NGUYỄN THANH
NGHĨA đã trực tiếp hướng dẫn chúng em một cách tận tình nhất trong suốt quá trình
làm đề tài, Thầy luôn tạo điều kiện và hỗ trợ chúng em hết sức mình, cung cấp các
thiết bị và đưa ra hướng đi, cách giải quyết phù hợp nhất để chúng em vượt qua khó
khăn. Một lần nữa em xin chân thành cảm ơn Thầy.
Cuối cùng chúng em xin gửi lời cảm ơn đến gia đình, người thân và bạn bè đã
giúp đỡ về vật chất lẫn tinh thần để nhóm em có thể hoàn thành đề tài này dễ dàng
hơn. Xin cảm ơn mọi người.
Trong quá trình tìm hiểu và thực hiện đề tài, vì thời gian và kiến thức của chúng
em có giới hạn nên không thể có những thiếu sót. Vì vậy, nhóm chúng em mong rằng
sẽ nhận những đóng góp quý báu của các Thầy, Cô để đề tài của chúng em được hoàn
thiện hơn.

Người thực hiện đề tài
Lê Văn Luận

Phạm Minh Kha

vii


MỤC LỤC
NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP...............................................................................i
LỊCH TRÌNH THỰC HIỆN ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP....................................................iii
LỜI CAM ĐOAN......................................................................................................... vi
LỜI CẢM ƠN.............................................................................................................vii
MỤC LỤC.................................................................................................................. viii
DANH MỤC HÌNH ẢNH............................................................................................ xi
DANH MỤC BẢNG..................................................................................................xiv
DANH SÁCH CÁC TỪ VIẾT TẮT............................................................................ xv
TÓM TẮT..................................................................................................................xvi
Chương 1. TỔNG QUAN..............................................................................................1
1.1. ĐẶT VẤN ĐỀ........................................................................................................1
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...................................................................................4
2.1. TỔNG QUAN VỀ XE LĂN...................................................................................4
2.1.1. Lịch sử phát triển.................................................................................................4
2.1.2. Sự đa dạng của xe lăn..........................................................................................6
2.1.3. Ưu và nhược điểm.............................................................................................. 16
2.2. ĐIỀU KHIỂN TỐC ĐỘ ĐỘNG CƠ SỬ DỤNG PWM........................................ 16

2.2.1. Giới thiệu........................................................................................................... 16
2.2.2. Nguyên lý điều chế độ rộng xung PWM............................................................ 16
2.2.3. Phương pháp điều chế độ rộng xung PWM....................................................... 18
2.2.4. Ứng dụng của điều chế độ rộng xung PWM trong điều khiển...........................18
2.3. CHUẨN GIAO TIẾP UART................................................................................. 18
2.3.1. Khái niệm.......................................................................................................... 18
2.3.2. Các đặc điểm quan trọng trong chuẩn truyền thông UART...............................20
2.3.3. Ứng dụng........................................................................................................... 21
viii


2.3.4. Ưu và nhược điềm.............................................................................................. 21
2.4. CHUẨN GIAO TIẾP WI-FI................................................................................. 22
2.4.1. Giới thiệu........................................................................................................... 22
2.4.2. Nguyên tắc hoạt động........................................................................................ 22
2.4.3. Một số chuẩn kết nối.......................................................................................... 23
2.5. GIỚI THIỆU PHẦN CỨNG................................................................................. 24
2.5.1. Module Wifi ESP8266 NodeMCU..................................................................... 24
2.5.2. Mạch cầu H - BTS7960..................................................................................... 28
2.5.3. Động cơ DC giảm tốc........................................................................................ 31
2.5.4. Mạch hạ áp LM2596.......................................................................................... 37
2.5.5. Mạch nhận dạng giọng nói Voice Recognition V3............................................. 38
2.5.6. Nguồn pin.......................................................................................................... 43
Chương 3. TÍNH TOÁN VÀ THIẾT KẾ..................................................................... 45
3.1. GIỚI THIỆU......................................................................................................... 45
3.2. TÍNH TOÁN VÀ THIẾT KẾ HỆ THỐNG........................................................... 45
3.2.1. Thiết kế sơ đồ khối hệ thống.............................................................................. 45
3.2.2. Tính toán và thiết kế.......................................................................................... 46
Chương 4. THI CÔNG HỆ THỐNG............................................................................ 51
4.1. LẬP TRÌNH HỆ THỐNG..................................................................................... 51

4.2. GIAO DIỆN ĐIỀU KHIỂN.................................................................................. 54
4.3. GIỚI THIỆU PHẦN LẬP TRÌNH VI ĐIỀU KHIỂN........................................... 57
4.4. HUẤN LUYỆN GIỌNG NÓI CHO MODULE VR3........................................... 58
4.5. PHẦN MỀM LẬP TRÌNH CHO ĐIỆN THOẠI................................................... 62
4.6. VIẾT TÀI LIỆU HƯỚNG DẪN SỬ DỤNG, THAO TÁC................................... 64
4.6.1. Viết tài liệu hướng dẫn sử dụng......................................................................... 64
4.6.2. Quy trình thao tác.............................................................................................. 67
Chương 5. KẾT QUẢ_NHẬN XÉT_ĐÁNH GIÁ....................................................... 68
5.1. KẾT QUẢ ĐẠT ĐƯỢC....................................................................................... 68
5.1.1. Tổng quát kết quả đạt được................................................................................ 68
5.1.2. Kết quả mạch điều khiển trung tâm................................................................... 68
5.1.3. Kết quả thực nghiệm.......................................................................................... 71

ix


5.1.4. Kết quả ứng dụng điều khiển............................................................................. 71
5.2. NHẬN XÉT, ĐÁNH GIÁ..................................................................................... 72
Chương 6. KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN.................................................. 73
6.1. KẾT LUẬN.......................................................................................................... 73
6.2. HƯỚNG PHÁT TRIỂN........................................................................................ 73
PHỤ LỤC.................................................................................................................... 75

x


DANH MỤC HÌNH ẢNH
Hình 2.1. Miêu tả chiếc xe lăn thời xưa ở Trung Quốc.................................................. 4
Hình 2.2. Stephan Farffler trên chiếc ghế tự hành đầu tiên trên thế giới........................5
Hình 2.3. Ghế gấp và ghế cứng..................................................................................... 6

Hình 2.4. Xe lăn hướng dẫn viên hiện nay.................................................................... 9
Hình 2.5. Xe lăn hỗ trợ hiện nay.................................................................................. 10
Hình 2.6. Xe lăn nghiêng và ngả................................................................................. 12
Hình 2.7. Xe lăn đứng................................................................................................. 13
Hình 2.8. Xe lăn thể thao............................................................................................. 14
Hình 2.9. Xe lăn thông minh....................................................................................... 15
Hình 2.10. Một số dạng sóng điều chế độ rộng xung.................................................. 17
Hình 2.11. Một số dạng sóng điều chế độ rộng xung và điện áp trung bình tương ứng
18
Hình 2.12. Kết nối UART giữa hai vi điều khiển........................................................ 19
Hình 2.13. Các thành phần của một khung dữ liệu...................................................... 20
Hình 2.14. Kết nối wifi giữa các thiết bị...................................................................... 22
Hình 2.15. Các chuẩn kết nối Wifi.............................................................................. 23
Hình 2.16. Sơ đồ chân chip ESP8266EX..................................................................... 25
Hình 2.17. Hình ảnh module wifi ESP8266 nodeMCU ngoài thực tế.........................26
Hình 2.18. Sơ đồ chân của ESP8266........................................................................... 28
Hình 2.19. Mạch cầu BTS7960................................................................................... 29
Hình 2.20. Sơ đồ nguyên lý......................................................................................... 30
Hình 2.21. Cấu tạo của một động cơ giảm tốc............................................................. 31
Hình 2.22. Cấu tạo động cơ DC................................................................................... 32
Hình 2.23. Ảnh thực tế của stato................................................................................. 33
Hình 2.24. Ảnh thực tế của roto.................................................................................. 34
Hình 2.25. Cấu tạo hộp giảm tốc................................................................................. 35
Hình 2.26. Động cơ DC thực tế được sử dụng trên xe lăn........................................... 37
Hình 2.27. Module giảm áp LM2596.......................................................................... 38
Hình 2.28. Mạch hạ áp LM2596.................................................................................. 38

xi

Hình 2.29. Module nhận dạng giọng nói..................................................................... 39
Hình 2.30. Các loại nhận diện người nói..................................................................... 40
Hình 2.31. Sơ đồ khối của hệ thống nhận dạng giọng nói........................................... 41
Hình 2.32. Sơ đồ của quá trình huấn luyện.................................................................. 41
Hình 2.33. Sơ đồ của quá trình nhận dạng................................................................... 43
Hình 2.34. Nguồn thực tế dùng cho xe lăn điện........................................................... 43
Hình 3.1. Sơ đồ khối hệ thống..................................................................................... 45
Hình 3.2. Sơ đồ kết nối................................................................................................ 48
Hình 3.3. Nguồn sử dụng trên xe lăn........................................................................... 49
Hình 4.1. Lưu đồ giải thuật toàn hệ thống................................................................... 51
Hình 4.2. Lưu đồ giải thuật toàn điều khiển bằng app................................................. 52
Hình 4.3. Lưu đồ giải thuật toàn điều khiển bằng giọng nói........................................ 53
Hình 4.4. Giao diện thiết kế giao diện ứng dụng......................................................... 54
Hình 4.5. Giao diện lập trình cho giao diện ứng dụng................................................. 55
Hình 4.6. Biểu tượng ứng dụng và ứng dụng điều khiển mô hình............................... 55
Hình 4.7. Các đối tượng có trong ứng dụng điều khiển............................................... 57
Hình 4.8. Code mẫu..................................................................................................... 57
Hình 4.9. Số lệnh mà module có thể thực hiện............................................................ 58
Hình 4.10. Cửa sổ khi nạp code huấn luyện................................................................ 59
Hình 4.11. Cửa sổ khi nạp code huấn luyện................................................................ 59
Hình 4.12. Cửa sổ khi nạp code huấn luyện xong....................................................... 60
Hình 4.13. Cửa sổ khi nhập lệnh huấn luyện............................................................... 60
Hình 4.14. Cửa sổ khi đã huấn luyện xong.................................................................. 61
Hình 4.15. Cửa số khi nhập lệnh load.......................................................................... 61
Hình 4.16. Cửa sổ khi load thành công........................................................................ 62
Hình 4.17. Giao diện quản lý của project.................................................................... 63
Hình 4.18. Giao diện thiết kế....................................................................................... 63
Hình 4.19. Giao diện lập trình..................................................................................... 64
Hình 4.20. Công tắc bật/tắt nguồn sử dụng cho xe lăn................................................ 65
Hình 4.21. Điểm truy cập wifi..................................................................................... 65

Hình 4.22. Biểu tượng của app điều khiển.................................................................. 65

xii


Hình 4.23. Giao diện app điều khiển........................................................................... 67
Hình 4.24. Quy trình thao tác sử dụng......................................................................... 67
Hình 5.1 Cửa sổ Serial Monitor................................................................................... 69
Hình 5.2 Kết nối các module thực tế........................................................................... 70
Hình 5.3 Hộp điều khiển hoàn chỉnh........................................................................... 70
Hình 5.4 Giao diện hoàn chỉnh.................................................................................... 70
Hình 5.5 Xe lăn hoàn chỉnh......................................................................................... 70

xiii


DANH MỤC BẢNG
Bảng 2.1. So sánh thông số các chuẩn wifi....................................................................... 24
Bảng 3.2. Kết nối ESP8266 NodeMCU với module BTS7960......................................... 47
Bảng 3.2. Kết nối ESP8266 NodeMCU với module VR3................................................ 48

xiv


DANH SÁCH CÁC TỪ VIẾT TẮT
STT

Từ viết tắt

Từ đầy đủ

1

CPU

Central Processing Unit

2

I/O

Input/Output

3

IEEE

Institute of Electrical and Electronics Engineers

4

PWM

Pulse Width Modulation

5

Rx

Receiver

6

Tx

Transmitter

7

UART

Universal Asynchronous Receiver – Transmitter

8

VR3

Voice Recognition V3

9

Wi-fi

Wireless Fidelity

10

WLAN

wireless local area network

xv


TÓM TẮT
Có thể thấy thế giới đang trong thời kì thay đổi ngày càng văn minh và hiện đại
hơn một cách không ngừng. Vì vậy, đời sống càng hiện đại càng không thể thiêú sự
hiện diện của các thiết bị điện tử. Các thiết bị này xuất hiện ở khắp mọi nơi phục vụ
cho lợi ích của con người, từ sinh hoạt cho đến sản xuất. Mọi thiết bị điện tử lúc bấy
giờ tập trung vào sự chính xác, tốc độ nhanh là trong những thứ mà người tiêu dùng
cần thiết khi sử dụng. Và trong những số đó nền công nghệ đang được phát triển và ưa
chuổng trong lúc bấy giở đó là công nghệ điều khiển từ xa. Nó đã góp phần rất lớn
trong việc điều khiển các thiết bị mà con người ta chỉ cần ngồi tại chỗ mà không cần
phải đến trực tiếp thiết bị vận hành. Hiện nay ứng dụng lớn nhất của ngành điện tử
điều khiển từ xa này là thiết kế những ngôi nhà thông minh, ứng dụng này dường như
ngày nay đã khá là phổ biến.
Và trong suốt hơn 4 năm học tại trường Đại học Sư phạm Kỹ Thuật, em đã được
học rất nhiều kiến thức về điều khiển tự động, vi xử lý, lập trình C, …em muốn ứng
dụng những kiến thức này để thực hiện một đề tài có ý nghĩa. Vì vậy mà em đã quyết
định chọn đề tài “Điều khiển xe lăn điện bằng giọng nói hoặc smartphone” là đề tài
luận văn tốt nghiệp. Đây là một đề tài có ý nghĩa nhân văn sâu sắc, giúp ích cho những
người tàn tật không có khả năng điều khiển xe lăn bằng tay hoặc chân. Xe lăn điều
khiển thông minh là một phương tiện tuyệt vời dành cho những người già, người
khuyết tật, đặc biệt với những người sức khỏe yếu, chỉ với những câu lệnh đơn giản là
họ có thể yêu cầu xe di chuyển được mà không phải phụ thuộc quá nhiều vào người
khác nữa.
Nội dung chính trong đề tài:
•

Sử dụng Module nhận dạng giọng nói Voice Recognition V3, cầu HBTS7960, Module giảm áp DC LM2596 3A, Module ESP8266

NodeMCU làm khối điều khiển trung tâm.

•

Thiết kế giao diện diện khiển trên điện thoại Android.

•

Sử dụng module BTS7960 điều khiển động cơ.

xvi


CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN

Chương 1. TỔNG QUAN
1.1. ĐẶT VẤN ĐỀ
Thế giới đang trong làn sóng của cuộc cách mạng công nghiệp 4.0. Công nghệ
về điều khiển thông minh và điều khiển tự động cũng phát triển theo, chúng được ứng
dụng trong nhiều lĩnh vực trong công nghiệp, đời sống và trong cả y học. Dạo gần đây
khi mà nhu cầu sống con người đang càng ngày được cải thiện thì những công nghệ ấy
càng được quan tâm.
Nhận dạng tiếng nói là đề tài nhận được sự quan tâm, nghiên cứu của khá nhiều
nhà khoa học trong suốt những thập niên vừa qua. Kết quả của những sự nghiên cứu
này đã được ứng dụng vào các phần mềm nhận dạng tiếng anh và gần đây chúng ta đã
có phần mềm nhận dạng tiếng việt. Tiếng nói cùng với chữ viết là hai thành phần cơ
bản nhất của ngôn ngữ, tiếng nói hình thành trước chữ viết và phát triển trong suốt lịch
sử phát triển của loài người. Tiếng nói đã, đang và sẽ luôn là phương tiện giao tiếp chủ
yếu của con người bởi lẽ giao tiếp bằng tiếng nói là cách thức đơn giản, tự nhiên và
đóng vai trò quan trọng trong đời sống con người. Ngày nay, cùng với sự phát triển của

khoa học kỹ thuật, các nhà khoa học đã tạo ra các loại máy móc dần thay thế lao động
chân tay, trí óc của con người nhưng việc giao tiếp giữa người với máy vẫn phổ biến là
những thao tác phức tạp và cần được đào tạo. Chính vì lẽ đó mà việc nghiên cứu phát
triển các loại thiết bị có khả năng giao tiếp với con người qua giọng nói đã và đang
nhận được sự quan tâm của nhiều nhà khoa học trên thế giới, cũng như người tiêu
dùng tuy nhiên mức độ phổ biến vẫn còn rất hạn chế.
Sinh trắc học – hay công nghệ sử dụng các đặc điểm sinh học của con người để
nhận diện là một lĩnh vực rất đa dạng và có nhiều ứng dụng quan trọng trong thực tiễn.
Trong các lĩnh vực của sinh trắc học, tiếng nói nhận được rất nhiều sự quan tâm do
tính tự nhiên của giọng nói, sự dễ dàng trong thu thập và sử dụng giọng nói trong quá
trình nhận diện người nói. Nhiều phương pháp đã được nghiên cứu và đạt được những
hiệu quả nhất định trong quá trình nhận diện người nói.
Nhận dạng tiếng nói của con người đã và đang thu hút sự quan tâm nghiên cứu
của nhiều nhà khoa học khi mà công nghệ tự động hóa ngày càng có nhiều ứng dụng
trong thực tiễn cuộc sống.

BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH

1


CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN

Tác giả Hoàng Ngọc Giàu đã nghiên cứu đề tài: “Xe lăn điện điều khiển bằng
tay kết hợp bằng giọng nói” từ năm 2012 dựa vào hai nguyên tắc điều khiển chính đó
là điều khiển bằng tay qua Joystick và điều khiển bằng giọng nói qua hệ thống nhận
dạng giọng nói. Sản phẩm được thiết kế và thi công nhằm giúp đỡ những người khuyết
tật có được sự di chuyển thuận tiện và dễ dàng hơn.
Một điều đáng nói nữa, thông qua App Android của Smartphone giờ đây ta có
thể điều khiển xử lý và đưa tín hiệu đến vi điều khiển, điều khiển thiết bị như đề tài mà

tác giả Trần Minh Luân – Lâm Thành Đạt nghiên cứu: “Thiết kế và thi công hệ thống
thiết bị điều khiển nhà thông minh”.
Và trong suốt hơn 4 năm học tại trường Đại học Sư phạm Kỹ Thuật, em đã được
học rất nhiều kiến thức về điều khiển tự động, vi xử lý, lập trình C … em muốn ứng
dụng những kiến thức này để thực hiện một đề tài có ý nghĩa. Vì vậy mà em đã quyết
định chọn đề tài “Điều khiển xe lăn điện bằng giọng nói hoặc smartphone” là đề tài
luận văn tốt nghiệp. Đây là một đề tài có ý nghĩa nhân văn sâu sắc, giúp ích cho những
người tàn tật không có khả năng điều khiển xe lăn bằng tay hoặc chân. Xe lăn điều
khiển thông minh là một phương tiện tuyệt vời dành cho những người già, người
khuyết tật, đặc biệt với những người sức khỏe yếu, chỉ với những câu lệnh đơn giản là
họ có thể yêu cầu xe di chuyển được mà không phải phụ thuộc quá nhiều vào người
khác nữa.

1.2. MỤC TIÊU
Mục tiêu của đề tài này là sử dụng mạch nhận dạng giọng nói đồng thời kết hợp với
việc điều khiển qua smartphone của chúng ta để để ứng dụng vào việc điều khiển xe
lăn. Xe lăn sẽ được người dùng điều khiển tiến, lùi, rẽ trái, rẽ phải và tăng, giảm tốc độ
theo nhu cầu.

1.3. NỘI DUNG NGHIÊN CỨU
Nội dung nghiên cứu của nhóm được chia ra các nội dung chính sau:
•

NỘI DUNG 1: Tìm hiểu về xe lăn điện: lịch sử phát triển, ứng dụng.

•

NỘI DUNG 2: Nghiên cứu về lý thuyết và cách sử dụng các loại mudule
cần thiết.

•

NỘI DUNG 3: Đề ra các giải pháp thiết kê mô hình, lựa chọn các thiết bị
linh kiện trong việc thiết kế mô hình.

BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH

2


CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN

•

NỘI DUNG 4: Tìm hiểu, sử dụng và cài đặt các phần mềm lập trình cũng
như phần mềm dùng để thiết kế giao diện điều khiển.

•

NỘI DUNG 5: Viết chương trình điều khiển và kiểm tra kết quả.

1.4. GIỚI HẠN
•

Xe lăn chạy trên địa hình bằng phẳng dễ chạy.

•

Điều khiển thông qua mạng mạng wifi nên chỉ có thể điều khiển ở một
phạm vi nhất định nếu vượt quá thì sẽ không hoạt động được.

•

Nguồn hoạt động chính của mạch là pin nên do đó có hạn chế về thời gian
sử dụng

•

Tính bảo mật của ứng dụng điều khiển không cao.

1.5. BỐ CỤC
Nội dụng đề tài phần bố các chương sau:
Chương 1: Tổng Quan
Trong chương này trình bày về những tiện ích khi ứng dụng công nghệ vào thực
tiễn cuộc sống, đặc biệt là trong lĩnh vực y học. Từ đó, lý luận dẫn đến việc làm rõ
ràng mục tiêu lựa chọn, nội dung nghiên cứu, giới hạn đề tài và bộ cục của đề tài.
Chương 2: Cơ Sở Lý Thuyết
Chương này trình bày về cơ sở lý thuyết liên quan đến đề tài bao gồm cơ sở lý
thuyết về xe lăn điện, các chuẩn giao tiếp.
Trình bày cơ sở lý thuyết về các thiết bị sử dụng trong mô hình như: Vi điểu
khiển các module, thiết bị và phần mềm thiết kế giao diện.
Chương 3: Tính Toán Và Thiết Kế
Trong chương này trình bày về thiết kế, tính toán những phần như: thiết kế sơ
đồ khối hệ thống, sơ đồ nguyên lí từng khối.
Chương 4: Thi Công Hệ Thống
Trong chương này thiết kế giao diện điều khiển. Vẽ lưu đồ giải thuật, viết
chương trình cho hệ thống. Hướng dẫn quy trình sử dụng cho hệ thống.
Chương 5: Kết Quả Nhận Xét Đánh Giá
Chương này trình bày về các kết quả đạt được, những hạn chế, từ những kết quả
đó đưa ra đánh giá về mô hình và đánh giá quá trình thực hiện.

Chương 6: Kết Luận Và Hướng Phát Triển
Chương này trình bày về những thảnh quả đạt được trong suốt thời gian thực
hiện, rút ra kết luận và hướng phát triển trong tương lai để đề tài hoàn thiện hơn.
BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH

3


CHƯƠNG 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT

Chương 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT
2.1. TỔNG QUAN VỀ XE LĂN
2.1.1. Lịch sử phát triển
Một xe lăn là một chiếc ghế với bánh xe, được sử dụng khi đi bộ rất khó hoặc
không thể do bệnh tật, chấn thương, hoặc khuyết tật. Xe lăn có nhiều định dạng khác
nhau để đáp ứng nhu cầu cụ thể của người dùng. Chúng có thể bao gồm sự thích nghi
chỗ ngồi chuyên biệt, điều khiển cá nhân và có thể cụ thể cho các hoạt động cụ thể,
như được thấy với xe lăn thể thao và xe lăn bãi biển. Sự khác biệt được công nhận
rộng rãi nhất là giữa xe lăn có trợ lực (‘xe điện’), trong đó lực đẩy được cung cấp bởi
pin và động cơ điện, và xe lăn đẩy bằng tay, trong đó lực đẩy được cung cấp bởi người
sử dụng, người ngồi xe lăn đẩy xe lăn bằng tay (‘tự hành’), hoặc do một người phục vụ
đẩy từ phía sau (‘tiếp viên đẩy’).
Những ghi chép sớm nhất về đồ nội thất có bánh xe là một dòng chữ được tìm
thấy trên một phiến đá ở Trung Quốc và một chiếc giường trẻ em được vẽ trong một
bức tranh trên chiếc bình Hy Lạp, cả hai có niên đại từ thế kỷ thứ 6 đến thế kỷ thứ 5
trước Công nguyên. Những ghi chép đầu tiên về ghế có bánh xe được sử dụng để vận
chuyển người khuyết tật có niên đại đến ba thế kỷ sau tại Trung Quốc; Người Trung
Quốc đã sử dụng xe cút kít sớm để di chuyển người cũng như các vật nặng. Một sự
khác biệt giữa hai chức năng đã không được thực hiện trong vài trăm năm nữa, cho
đến khoảng năm 525 sau Công nguyên, khi hình ảnh những chiếc ghế có bánh xe được

làm đặc biệt để chở người bắt đầu xuất hiện trong nghệ thuật Trung Quốc.

Hình 2.1. Miêu tả chiếc xe lăn thời xưa ở Trung Quốc

BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH

4


CHƯƠNG 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT

Mặc dù người châu Âu cuối cùng đã phát triển một thiết kế tương tự, phương
pháp vận chuyển này không tồn tại cho đến năm 1595 khi một nhà phát minh vô danh
đến từ Tây Ban Nha chế tạo một chiếc cho vua Phillip II. Mặc dù nó là một chiếc ghế
phức tạp có cả tay vịn và gác chân, thiết kế vẫn còn thiếu sót vì nó không có cơ chế
đẩy hiệu quả và do đó, cần có sự hỗ trợ để đẩy nó. Điều này làm cho thiết kế giống
như một chiếc ghế bành hiện đại hoặc di động dành cho người giàu hơn là một chiếc
xe lăn hiện đại cho người khuyết tật.
Năm 1655, Stephan Farffler, một thợ sửa đồng hồ Paraplegic 22 tuổi, đã chế tạo
chiếc ghế tự hành đầu tiên trên thế giới trên khung gầm ba bánh bằng hệ thống trục và
bánh răng. Tuy nhiên, thiết bị có hình dáng của một chiếc xe đạp tay hơn là một chiếc
xe lăn vì thiết kế bao gồm các tay quay được gắn ở bánh trước.

Hình 2.2. Stephan Farffler trên chiếc ghế tự hành đầu tiên trên thế giới
Việc vận chuyển hoặc ghế Bath không hợp lệ đã đưa công nghệ này vào sử
dụng phổ biến hơn từ khoảng năm 1760.
Năm 1887, xe lăn ("ghế lăn") đã được giới thiệu đến Thành phố Atlantic để
khách du lịch không hợp lệ có thể thuê chúng để thưởng thức Boardwalk. Chẳng mấy
chốc, nhiều khách du lịch khỏe mạnh cũng đã thuê những chiếc "ghế lăn" được trang
trí và những người hầu để đẩy họ như một sự thể hiện sự suy đồi và đối xử mà họ

không bao giờ có thể trải nghiệm ở nhà.
Năm 1933 Harry C. Jennings, Sr. và người bạn khuyết tật Herbert Everest, cả
hai kỹ sư cơ khí, đã phát minh ra chiếc xe lăn nhẹ, thép, gấp, di động đầu tiên. Everest
trước đây đã bị gãy lưng trong một tai nạn khai thác. Everest và Jennings đã nhìn thấy
BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH

5


CHƯƠNG 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT
tiềm năng kinh doanh của phát minh và tiếp tục trở thành nhà sản xuất xe lăn đại trà
đầu tiên. Thiết kế "X-brace" của họ vẫn được sử dụng phổ biến, mặc dù với các vật
liệu cập nhật và các cải tiến khác. Ý tưởng X-brace đã đến với Harry từ những chiếc
ghế, ghế đẩu gấp trại của người đàn ông, xoay 90 độ, mà Harry và Herbert đã sử dụng
ở ngoài trời và tại hầm mỏ.

2.1.2. Sự đa dạng của xe lăn
Có nhiều loại xe lăn, khác nhau bởi phương pháp đẩy, cơ chế điều khiển và
công nghệ được sử dụng. Một số xe lăn được thiết kế để sử dụng hàng ngày nói chung,
một số khác cho các hoạt động đơn lẻ hoặc để giải quyết các nhu cầu truy cập cụ thể.
Sự đổi mới trong ngành công nghiệp xe lăn là tương đối phổ biến, nhưng nhiều sự đổi
mới cuối cùng lại rơi vào tình trạng, do quá chuyên môn hóa, hoặc do không đưa ra thị
trường ở mức giá dễ tiếp cận.
a. Xe lăn tự hành bằng tay

Hình 2.3. Ghế gấp và ghế cứng
Một chiếc xe lăn tay tự hành kết hợp một khung, ghế ngồi, một hoặc hai chân
(chỗ để chân) và bốn bánh xe: thường là hai bánh xe ở phía trước và hai bánh lớn ở
phía sau. Nhìn chung cũng sẽ có một đệm ghế riêng biệt. Các bánh sau lớn hơn thường
có vành đẩy có đường kính nhỏ hơn một chút, vượt ra ngoài lốp; những thứ này cho

phép người dùng điều khiển ghế bằng cách đẩy vào chúng mà không yêu cầu họ phải
nắm lốp. Xe lăn bằng tay thường có phanh chịu trên lốp của bánh sau, tuy nhiên đây
chỉ là phanh đỗ và phanh chuyển động được cung cấp bởi lòng bàn tay của người dùng
BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH

6


CHƯƠNG 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT

trực tiếp trên vành đẩy. Vì điều này gây ra ma sát và tích tụ nhiệt, đặc biệt là khi xuống
dốc dài, nhiều người sử dụng xe lăn sẽ chọn đeo găng tay xe lăn có đệm.
Xe lăn thủ công hàng ngày có hai loại chính, gấp hoặc cứng. Ghế gấp nói chung
là thiết kế cấp thấp, có ưu điểm nổi trội là có thể gập lại, nói chung bằng cách mang
hai bên lại với nhau. Tuy nhiên, điều này phần lớn là một lợi thế cho người dùng bán
thời gian có thể cần lưu trữ xe lăn thường xuyên hơn là sử dụng nó. Xe lăn cứng, ngày
càng được ưa chuộng bởi người dùng toàn thời gian và hoạt động, có mối hàn vĩnh
viễn và nhiều bộ phận chuyển động ít hơn. Điều này làm giảm năng lượng cần thiết để
đẩy ghế bằng cách loại bỏ nhiều điểm mà ghế sẽ uốn cong và hấp thụ năng lượng khi
nó di chuyển. Hàn chứ không phải gấp khớp cũng làm giảm trọng lượng tổng thể của
ghế. Ghế cứng thường có bánh sau và tựa lưng giải phóng tức thì có thể gập xuống
bằng phẳng, cho phép người dùng tháo dỡ ghế một cách nhanh chóng để cất trong xe.
Nhiều mô hình cứng nhắc hiện nay được làm bằng vật liệu siêu nhẹ như máy
bay cấp nhôm và titanvà xe lăn của vật liệu composite như sợi carbon đã bắt đầu xuất
hiện. Xe lăn cứng siêu nhẹ thường được gọi là 'ghế người dùng tích cực' vì chúng phù
hợp lý tưởng để sử dụng độc lập. Một cải tiến khác trong thiết kế ghế cứng là lắp đặt
các bộ giảm xóc, chẳng hạn như Chân ếch, giúp đệm các va đập mà ghế lăn. Những bộ
giảm xóc này có thể được thêm vào bánh trước, cho bánh sau hoặc cả hai. Ghế cứng
cũng có tùy chọn cho bánh sau của họ có một camber, hoặc nghiêng, mà nghiêng các
đỉnh của bánh xe về phía ghế. Điều này cho phép người dùng sử dụng lực đẩy hiệu quả

hơn về mặt cơ học và cũng giúp giữ đường thẳng dễ dàng hơn trong khi di chuyển qua
một con dốc. Xe lăn thể thao thường có góc camber lớn để cải thiện sự ổn định.
Ghế có khung cứng thường được chế tạo để đo, phù hợp với cả kích thước cụ
thể của người dùng cũng như nhu cầu và sở thích của họ xung quanh các khu vực như
"độ giật" của ghế - độ ổn định của nó quanh trục sau. Người dùng có kinh nghiệm với
đủ sức mạnh trên cơ thể nói chung có thể cân bằng ghế trên bánh sau của nó, "bánh
xe" và "độ nhanh" của ghế kiểm soát sự dễ dàng mà điều này có thể được bắt đầu.
Bánh xe cho phép người sử dụng xe lăn độc lập leo lên và xuống lề đường và di
chuyển dễ dàng hơn qua các chướng ngại vật nhỏ và mặt đất không đều như đá cuội.
Các bánh sau của xe lăn tự hành thường có đường kính từ 20 đường24 inch (51
trừ61 cm) và thường giống với bánh xe đạp. Bánh xe là cao su mệt mỏi và có thể là

BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH

7


CHƯƠNG 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT

rắn, khí nén hoặc gel. Các bánh xe của ghế gấp có thể được gắn vĩnh viễn, nhưng
những bánh cho ghế cứng thường được gắn trục giải phóng nhanh được kích hoạt bằng
cách ấn một nút ở giữa bánh xe.
Tất cả các loại xe lăn chính có thể được tùy chỉnh cao cho nhu cầu của người
dùng. Tùy biến này có thể bao gồm các khía cạnh chỗ ngồi, chiều cao, góc ghế,
footplates, chân dựa, phía trước bánh xe chân chống, backrests điều chỉnh và điều
khiển. Có nhiều phụ kiện tùy chọn khác nhau, chẳng hạn như thanh chống lật hoặc
bánh xe, dây an toàn, tựa lưng có thể điều chỉnh, tính năng nghiêng và / hoặc ngả, hỗ
trợ thêm cho tay chân hoặc đầu và cổ, giá đỡ nạng, xe tập đi hoặc bình oxy, giá đựng
đồ uống, và bùn và bảo vệ bánh xe như bảo vệ quần áo.
Trọng lượng nhẹ và chi phí cao có liên quan trong thị trường xe lăn thủ công. Ở

mức giá rẻ, ghế thép nặng, gấp với ghế sling và ít khả năng thích ứng chiếm ưu thế.
Người dùng có thể tạm thời bị vô hiệu hóa, hoặc sử dụng một chiếc ghế như một người
cho vay, hoặc đơn giản là không thể đủ khả năng tốt hơn. Những chiếc ghế này là phổ
biến như "người cho vay" tại các cơ sở lớn như sân bay, công viên giải trí và trung tâm
mua sắm. Một dải giá cao hơn một chút nhìn thấy thiết kế gấp tương tự được sản xuất
bằng nhôm. Cao cấp của thị trường chứa các mô hình siêu nhẹ, tùy chọn chỗ ngồi và
phụ kiện rộng rãi, các tính năng trên mọi địa hình, v.v.
b. Xe lăn tay hướng dẫn viên
Một chiếc xe lăn tự hành thường tương tự như một chiếc xe lăn tự hành, nhưng
có bánh xe đường kính nhỏ ở cả phía trước và phía sau. Chiếc ghế được điều khiển và
điều khiển bởi một người đứng ở phía sau và đẩy tay cầm được tích hợp vào khung.
Phanh được cung cấp trực tiếp bởi người phục vụ, người thường sẽ được cung cấp
phanh đỗ xe bằng chân hoặc bằng tay.
Những chiếc ghế này là phổ biến trong các thiết lập thể chế và như ghế cho vay
tại các địa điểm công cộng lớn. Chúng thường được chế tạo từ thép vì trọng lượng nhẹ
ít phải quan tâm khi người dùng không bắt buộc phải tự hành.
Ghế chuyển được thiết kế đặc biệt hiện đang là tính năng cần có tại các sân bay
ở hầu hết các nước phát triển để cho phép tiếp cận các lối đi máy bay hẹp và tạo điều
kiện cho việc chuyển hành khách sử dụng xe lăn đến và từ ghế ngồi trên máy bay.

BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH

8


CHƯƠNG 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT

Hình 2.4. Xe lăn hướng dẫn viên hiện nay
c. Xe lăn hỗ trợ
Xe lăn chạy bằng điện, thường được gọi là "xe lăn" là xe lăn kết hợp thêm pin

và động cơ điện vào khung và được điều khiển bởi người dùng hoặc người phục vụ,
phổ biến nhất là thông qua một cần điều khiển nhỏ gắn trên tay vịn hoặc trên phía sau
phía trên của khung. Đối với người dùng không thể quản lý cần điều khiển bằng tay,
headswitches, cần điều khiển cằm, điều khiển sip-and-Puff hoặc điều khiển chuyên gia
khác có thể cho phép hoạt động độc lập của xe lăn. Phạm vi hơn 10 dặm, 15 km
thường có sẵn từ pin tiêu chuẩn.
Powerchairs thường được chia theo khả năng truy cập của họ. Một chiếc ghế
trong nhà chỉ có thể đáng tin cậy có thể vượt qua các bề mặt hoàn toàn bằng phẳng,
hạn chế chúng sử dụng trong gia đình. Một chiếc ghế trong nhà ngoài trời ít bị giới
hạn, nhưng có thể có phạm vi hạn chế hoặc khả năng đối phó với độ dốc hoặc bề mặt
không bằng phẳng. Một chiếc ghế ngoài trời có khả năng hơn, nhưng vẫn sẽ có khả
năng rất hạn chế để đối phó với địa hình gồ ghề. Một số rất ít thiết kế chuyên gia cung
cấp một khả năng xuyên quốc gia thực sự.
Powerchairs có quyền truy cập vào đầy đủ các tùy chọn xe lăn, bao gồm cả
những lựa chọn khó cung cấp trong một chiếc ghế thủ công không có sức mạnh, nhưng
có nhược điểm của trọng lượng thêm đáng kể. Trong trường hợp một chiếc ghế thủ

BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH

9