Đồ án Mô hình xe lăn điện điều khiển bằng giọng nói (Phần 1)

Nội dung text: Đồ án Mô hình xe lăn điện điều khiển bằng giọng nói (Phần 1)

1. BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP.HCM KHOA ĐÀO TẠO CHẤT LƯỢNG CAO ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP NGÀNH CÔNG NGHỆ KỸ THUẬT CƠ ĐIỆN TỬ MÔ HÌNH XE LĂN ÐIỆN ÐIỀU KHIỂN BẰNG GIỌNG NÓI GVHD: Th.s LÊ THANH TÙNG SVTH: BÙI VĂN TỈNH MSSV: 10111126 SVTH: PHẠM HOÀNG PHƯỚC MSSV: 10111156 SVTH: NGUYỄN MINH NHỰT MSSV :10111153 S K L 0 0 3 0 0 8 Tp. Hồ Chí Minh, tháng 07/2014
2. BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƢỜNG ĐẠI HỌC SƢ PHẠM KỸ THUẬT TP. HỒ CHÍ MINH ___ KHOA ĐÀO TẠO CHẤT LƢỢNG CAO BỘ MÔN CƠ ĐIỆN TỬ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Đề tài: “MÔ HÌNH XE LĂN ĐIỆN ĐIỀU KHIỂN BẰNG GIỌNG NÓI” Sinh viên thực hiện : BÙI VĂN TỈNH MSSV: 10111126 PHẠM HOÀNG PHƢỚC MSSV: 10111156 NGUYỄN MINH NHỰT MSSV: 10111153 Khóa : 2010 – 2014 Ngành : CƠ ĐIỆN TỬ Giảng viên hƣớng dẫn: ThS. LÊ THANH TÙNG TP. Hồ Chí Minh, tháng 07/ 2014 i
3. BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƢỜNG ĐẠI HỌC SƢ PHẠM KỸ THUẬT TP. HỒ CHÍ MINH ___ KHOA ĐÀO TẠO CHẤT LƢỢNG CAO BỘ MÔN CƠ ĐIỆN TỬ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Đề tài: “MÔ HÌNH XE LĂN ĐIỆN ĐIỀU KHIỂN BẰNG GIỌNG NÓI” Sinh viên thực hiện : BÙI VĂN TỈNH MSSV: 10111126 PHẠM HOÀNG PHƢỚC MSSV: 10111156 NGUYỄN MINH NHỰT MSSV: 10111153 Khóa : 2010 – 2014 Ngành : CƠ ĐIỆN TỬ Giảng viên hƣớng dẫn: ThS. LÊ THANH TÙNG TP. Hồ Chí Minh, tháng 07/ 2014
4. TRƢỜNG ĐẠI HỌC SƢ PHẠM KỸ THUẬT TP.HCM CỘNG HÕA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM KHOA ĐÀO TẠO CHẤT LƢỢNG CAO Độc lập – Tự do – Hạnh phúc ___ ___ Bộ môn Cơ điện tử NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Họ và tên sinh viên 1: Bùi văn Tỉnh MSSV: 10111126 Họ và tên sinh viên 2: Phạm Hoàng Phƣớc MSSV: 10111156 Họ và tên sinh viên 3: Nguyễn Minh Nhựt MSSV: 10111153 Lớp: 10111CLC Khóa: 2010 Ngành đào tạo: Công nghệ kỹ thuật Cơ Điện Tử Hệ Chính Quy 1. Tên đề tài: Mô hình xe lăn điện điều khiển bằng giọng nói 2. Các số liệu, tài liệu ban đầu: - Các loại xe lăn điện trên thị trƣờng. - Những đề tài nghiên cứu và thiết kế về sản phẩm liên quan. - Sách: Phƣơng pháp thiết kế kỹ thuật – Nguyễn Thanh Nam, Giáo trình nguyên lý máy – Lê Cung, Chi tiết máy tập 2 – Nguyễn Trọng Hiệp. 3. Nội dung chính của đồ án: - Khảo sát thị trƣờng: Tìm hiểu nhu cầu sản phẩm hiện tại. Khảo sát về chức năng, mẫu mã của sản phẩm. Khảo sát tính khả thi của sản phẩm. - Thiết kế sản phẩm: Phân tích, lập bảng thông số kỹ thuật dự kiến. Vẽ bản vẽ chi tiết, tạo mẫu và gia công sản phẩm. - Thực nghiệm mô hình, tiến hành cải tiến, nâng cấp sản phẩm. 4. Ngày nhận đồ án: 15/03/2014 5. Ngày nộp đồ án: 17/07/2014 TRƢỞNG BỘ MÔN GIẢNG VIÊN HƢỚNG DẪN Đƣợc phép bảo vệ:  ___ Không đƣợc phép bảo vệ:  Lý do: ___
5. CỘNG HÕA X HỘI CHỦ NGH A VIỆT NAM Độc ập – Tự do – H nh ph c  PHIẾU NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƢỚNG DẪN Họ và tên Sinh viên: BÙI VĂN TỈNH MSSV: 10111126 PHẠM HOÀNG PHƢỚC MSSV: 10111156 NGUYỄN MINH NHỰT MSSV: 10111153 Ngành: CƠ ĐIỆN TỬ Tên đề tài: MÔ HÌNH XE LĂN ĐIỆN ĐIỀU KHIỂN BẰNG GIỌNG NÓI Họ và tên Giáo viên hƣớng dẫn: ThS. LÊ THANH TÙNG NHẬN XÉT 1. Về nội dung đề tài & khối lƣợng công việc thực hiện: 2. Ƣu điểm: 3. Khuyết điểm: 4. Đề nghị cho bảo vệ hay không ? 5. Đánh giá loại: 6. Điểm: (Bằng chữ ) TP.Hồ Chí Minh, Ngày tháng năm 2014 Giáo viên hƣớng dẫn
6. CỘNG HÕA X HỘI CHỦ NGH A VIỆT NAM Độc ập – Tự do – H nh ph c  PHIẾU NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN PHẢN BIỆN Họ và tên Sinh viên: BÙI VĂN TỈNH MSSV: 10111126 PHẠM HOÀNG PHƢỚC MSSV: 10111156 NGUYỄN MINH NHỰT MSSV: 10111153 Ngành: CƠ ĐIỆN TỬ Tên đề tài: MÔ HÌNH XE LĂN ĐIỆN ĐIỀU KHIỂN BẰNG GIỌNG NÓI Họ và tên Giáo viên phản biện: PGS.TS NGUYỄN TRƢỜNG THỊNH NHẬN XÉT 1. Về nội dung đề tài & khối lƣợng công việc thực hiện: 2. Ƣu điểm: 3. Khuyết điểm: 4. Đề nghị cho bảo vệ hay không ? 5. Đánh giá loại: 6. Điểm: (Bằng chữ ) TP.Hồ Chí Minh, Ngày tháng năm 2014 Giáo viên phản biện
7. LỜI CAM KẾT - Tên đề tài: MÔ HÌNH XE LĂN ĐIỆN ĐIỀU KHIỂN BẰNG GIỌNG NÓI - GVHD: ThS. Lê Thanh Tùng - Họ và tên sinh viên 1: Bùi Văn Tỉnh  MSSV: 10111126 Lớp: 10111CLC  Địa chỉ sinh viên: P.Linh Trung, Quận Thủ Đức, TP Hồ Chí Minh  Số điện thoại: 01284.272.637 Email: buivantinh7592@gmail.com - Họ và tên sinh viên 2: Phạm Hoàng Phƣớc  MSSV: 10111156 Lớp: 10111CLC  Địa chỉ sinh viên: Quận Thủ Đức, TP Hồ Chí Minh  Số điện thoại: 01203.760.238 Email: phuocpham1992@gmail.com - Họ và tên sinh viên 3: Nguyễn Minh Nhựt  MSSV: 10111153 Lớp: 10111CLC  Địa chỉ sinh viên: Quận Thủ Đức, TP Hồ Chí Minh  Số điện thoại: 01669.709.075 Email: nhutcdt10111153@gmail.com - Ngày nộp khóa luận tốt nghiệp (ĐATN): 17/07/2014 - Lời cam kết: “Chúng tôi xin cam đoan khóa luận tốt nghiệp (ĐATN) này là công trình do chính chúng tôi nghiên cứu và thực hiện. Chúng tôi không sao chép từ bất kỳ một bài viết nào đã được công bố mà không trích dẫn nguồn gốc. Nếu có bất kỳ một sự vi phạm nào,chúng tôi xin chịu hoàn toàn trách nhiệm”. TP.Hồ Chí Minh, ngày tháng năm 2014 Đại diện nhóm
8. LỜI CẢM ƠN Đồ án tốt nghiệp là một cột mốc quan trọng đối với mỗi sinh viên, là cơ hội quý báu để áp dụng những kiến thức đã học vào thực tế, tạo ra ý tƣởng, sản phẩm có ích cho xã hội. Quá trình hoàn thành đồ án đã giúp mỗi thành viên trong nhóm chúng em học tập thêm rất nhiều kiến thức về chuyên môn, ôn lại những nội dung đã học, bên cạnh đó nhóm em cũng rèn đƣợc nhiều về kỹ năng tƣ duy, đánh giá vấn đề, làm việc nhóm, quản lý, phân bổ thời gian làm việc, giao tiếp ứng xử ngoài xã hội Để hoàn thành đƣợc đồ án tốt nghiệp này, nhóm chúng em trân trọng gửi lời cảm ơn đến: Ths. Lê Thanh Tùng đã nhiệt tình hƣớng dẫn, hỗ trợ nhóm hoàn thành tốt đồ án. Bên cạnh việc đồng hành trong các bƣớc, giai đoạn thực hiện đồ án, Thầy cũng đã rèn luyện các thành viên trong nhóm cách tƣ duy, đánh giá vấn đề, những tác phong làm việc nghiêm túc, rõ ràng, cụ thể Những điều đó sẽ luôn là những kinh nghiệm hết sức quý giá cho nhóm em hiện tại và sau khi ra trƣờng. Nhóm chúng em kính gửi lời cảm ơn đến các thầy cô trong bộ môn Cơ Điện Tử đã tạo điều kiện, hỗ trợ nhóm học tập, nghiên cứu trong suốt thời gian làm khóa luận. Để có đƣợc những kết quả khảo sát, đánh giá về sản phẩm, nhóm chúng em xin gửi lời cảm ơn các cô, chú trong các trƣờng dạy nghề cho ngƣời khuyết tật, các trung tâm nuôi dƣỡng ngƣời khuyết tật các cô, chú, anh, chị và các bạn đã hỗ trợ nhóm thực hiện các khảo sát để có đƣợc kết quả khóa luận ngày hôm nay. Chính những sự hỗ trợ, giúp đỡ trên đã tạo động lực cho nhóm chúng em thực hiện tốt đồ án tốt nghiệp này. Nhóm tác giả: BÙI VĂN TỈNH PHẠM HOÀNG PHƢỚC NGUYỄN MINH NHỰT i
9. TÓM TẮT ĐỒ ÁN Nhƣ các bạn đã biết, ngƣời khuyết tật gặp rất nhiều khó khăn trong việc di chuyển cũng nhƣ gặp nhiều bất tiện trong cuộc sống. Trong thời gian trở lại đây, cuộc sống của những ngƣời kém may mắn về cơ thể đã đƣợc quan tâm và nâng cao. Trong việc di chuyển, đi lại của ngƣời khuyết tật, thì xe lăn đóng vai trò quan trọng. Nhƣng vẫn có nhiều ngƣời khuyết tật không thể cử động cả tay chân, việc di chuyển phải phụ thuộc hoàn toàn vào ngƣời khác. Trƣớc tình hình này thì nhóm chúng em đã nghiên cứu và chế tạo thử nghiệm xe lăn điện điều khiển bằng giọng nói với mong muốn giảm bớt khó khăn cho những ngƣời khuyết tật, giúp họ có thể tự di chuyển một cách dễ dàng. Việc thiết kế và chế tạo một sản phẩm có tính khả dụng cho xã hội, thỏa mãn đƣợc phần lớn nhu cầu của ngƣời tiêu dùng là một công việc nhiều khâu, cần có tính tỉ mỉ và khoa học. Nhóm tác giả đã áp dụng những kiến thức chuyên môn cùng với các kỹ năng và kinh nghiệm thực tiễn vào nghiên cứu, thiết kế và chế tạo xe lăn điện điều khiển bằng giọng nói với mục đích giúp cho ngƣời khuyết tật dễ dàng di chuyển một mình, không bị mặc cảm. ii
10. ABTRACT As you know, the disabled face many difficulties in moving as well as having a lot of inconveniences in their lives. In recent years, the lives of those who are unfortunate in their body have been remarkably concerned and improved. The wheelchairs play an important role in supporting the movement of the people with disabilities. However, there are many miserable people who are not able to move both limbs so their movement depends entirely on others. In such a situation, our group decided to study and experiment on the electric wheelchair controlled by voice with the desire to reduce difficulties for those with disabilities and help them be able to move more easily. That the design and manufacture a product which are practical for society as well as satisfy the needs of most consumers is a demanded – stage work. It requires the meticulousness and scientific calculation from the researchers. The team has applied the specialized knowledge along with the skills and practical experiences into the research, design and manufacture electric wheelchair controlled by voice with the aim of helping people with disabilities easily control by themselves to avoid the inferiority complex. iii
11. MỤC LỤC NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP PHIẾU NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƢỚNG DẪN PHIẾU NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN PHẢN BIỆN LỜI CAM KẾT LỜI CẢM ƠN i TÓM TẮT ĐỒ ÁN ii ABTRACT iii MỤC LỤC iv DANH MỤC BẢNG vii DANH MỤC HÌNH ẢNH vii DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT x CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN 1 1.1 Giới thiệu đề tài 1 1.1.1 Lý do chọn đề tài 1 1.1.2 Yêu cầu và giới hạn đề tài 1 1.1.3 Đối tƣợng nghiên cứu 2 1.1.4 Mục tiêu - Nhiệm vụ nghiên cứu 2 1.1.5 Phƣơng pháp nghiên cứu 2 1.2 Cấu trúc của đồ án tốt nghiệp 3 CHƢƠNG 2: TỔNG QUAN NGHIÊN CỨU ĐỀ TÀI 4 2.1 Các công trình nghiên cứu liên quan 4 2.1.1 Nghiên cứu trong nƣớc 4 2.1.2 Nghiên cứu trong nƣớc 6 2.2 Nhận định ban đầu 8 CHƢƠNG 3: CƠ SỞ LÝ THUYẾT 9 3.1 Tổng quan về xe lăn điện 9 iv
12. 3.1.1 Xe lăn điện và các phƣơng pháp điều khiển 9 3.1.2 Ƣu, nhƣợc điểm các phƣơng pháp điều khiển 12 3.2 Tổng quan về nhận diện giọng nói 13 3.2.1 Giọng nói và vài nét về lịch sử phát triển 13 3.2.2 Giới thiệu chuỗi Markov 15 3.2.3 Cơ bản về mô hình Markov ẩn (HMM) 16 3.2.4 Các khó khăn trong kỹ thuật nhận dạng giọng nói–tƣơng tác với máy tính . 18 3.2.5 Mục tiêu của nghiên cứu nhận dạng giọng nói 19 3.2.6 Các nghiên cứu liên quan 19 3.2.7 Xử lý dữ liệu số từ IN – EAR MICROPHONE 20 3.2.8 Phát hiện biên của giọng nói 25 3.2.9 Trích đặc trƣng giọng nói và lƣợng tử Vector 27 3.2.10 Các bƣớc của quá trình nhận diện giọng nói 36 CHƢƠNG 4: TÍNH TOÁN VÀ THIẾT KẾ CƠ KHÍ 37 4.1 Tính toán công suất lựa chọn động cơ 37 4.2 Tính toán thời gian sử dụng của acquy 46 4.3 Tính toán thời gian sạc acquy 46 4.4 Tổng quan về cơ khí xe 48 4.5 Sơ đồ tổng quát phần cơ khí xe. 49 4.6 Tính toán và chọn các thông số khung xe lăn 50 4.6.1 Chọn các thông số cơ bản của xe lăn 50 4.6.2 Khung chính (sƣờn xe) 51 4.6.3 Thiết kế khung xe 53 4.6.4 Kiểm nghiệm độ bền và độ võng 55 4.7 Gá đặt động cơ tải và động cơ dẫn hƣớng 57 4.7.1 Gá đặt động cơ tải 57 4.7.2 Gá đặt động cơ dẫn hƣớng 59 v
13. 4.7.3 Sản phẩm hoàn chỉnh 60 CHƢƠNG 5: HỆ THỐNG ĐIỆN-ĐIỆN TỬ 61 5.1 Giới thiệu 61 5.2 Sơ đồ hệ thống điện - điện tử 61 5.2.1 Sơ đồ khối nguồn 61 5.2.2 Sơ đồ khối toàn bộ hệ thống 62 5.3 Thiết kế bộ điều khiển 62 5.3.1 Cấu trúc tổng quan của vi điều khiển 62 5.3.2 Vi điều khiển ATMega 328 64 5.3.3 Bộ truyền nhận dữ liệu USART 65 5.4 Mạch cầu H 67 5.5 Board driver TB 6560 68 CHƢƠNG 6: CHƢƠNG TRÌNH VÀ GIẢI THUẬT ĐIỀU KHIỂN 69 6.1 Chƣơng trình điều khiển 69 6.1.1 Sơ đồ nhận dạng giọng nói 69 6.1.2 Sơ đồ khối tổng thể 70 6.2 Kết quả thực nghiệm 71 6.2.1 Kết quả thực nghiệm bằng Joystick 71 6.2.2 Kết quả thực nghiệm bằng giọng nói 71 CHƢƠNG 7: KẾT LUẬN VÀ HƢỚNG PHÁT TRIỂN ĐỀ TÀI 72 7.1 Kết luận 72 7.2 Hƣớng phát triển đề tài 72 TÀI LIỆU THAM KHẢO 74 PHỤ LỤC 75 A. BẢN VẼ CƠ KHÍ 75 B. CODE VI ĐIỀU KHIỂN 75 vi
14. DANH MỤC BẢNG Bảng 3.1 Ƣu, nhƣợc điểm các phƣơng pháp điều khiển. 12 Bảng 4.1 Bảng hệ số mà sát trƣợt (gần đúng ) của một số vật liệu. 39 Bảng 4.2 Bảng hệ số ma sát lăn. 41 Bảng 4.3 Bảng hệ số cản không khí của một số vật thể đơn giản. 42 Bảng 4.4 Bảng giới hạn ứng suất cho phép của vật liệu. 52 Bảng 6.1 kết quả thực nghiệm bằng Joystick. 71 Bảng 6.2 Kết quả thực nghiệm bằng giọng nói 71 DANH MỤC HÌNH ẢNH Hình 2.1 Xe lăn điện điều khiển bằng giọng nói ở MIT 4 Hình 2.2 Xe lăn điện điều khiển bằng giọng nói ở India 5 Hình 2.3 Xe lăn điện của nhà vật lý Stephen Hawking 6 Hình 2.4 Xe lăn điện điều khiển bằng giọng nói 6 Hình 2.5 Xe lăn điện của sinh viên bách khoa Đà Nẵng 7 Hình 3.1 Nguyên tắc hoạt động của xe lăn điều khiển bằng cử chỉ 9 Hình 3.2 Xe lăn chạy theo cử chỉ của đầu 10 Hình 3.3 Xe lăn điều khiển bằng ý nghĩ 10 Hình 3.4 Thiết bị điều khiển đƣợc bố trí trên vòm miệng 11 Hình 3.5 Mô tả tổng quan quá trình nhận dạng giọng nói 11 Hình 3.6 Một chuỗi Markov 3 trạng thái 16 Hình 3.7 Tai microphone 20 Hình 3.8 Từ “ Right ” đƣợc ghi bởi EAR – MICROPHONE 22 Hình 3.9 Điều chỉnh thử nghiệm trên từ “ Down ” 23 Hình 3.10 Khung mẫu 24 Hình 3.11 Cửa sổ Hamming 24 Hình 3.12 Ví dụ về sử dụng short-time energy and zero-crossing in Endpoint Detection 27 Hình 3.13 Tần số Mel và mô tả tuyến tính Hz 28 vii
15. Hình 3.14 Mel-scale Filter Band 29 Hình 3.15 A Typical Example of Uniform Clustering of Two-Dimensional Space for Vector Quantization. 31 Hình 3.16 Sơ đồ dòng chảy cho K-means 32 Hình 3.17 Một biến dạng trung bình so với kích thƣớc codebook 34 Hình 3.18 Vector lƣợng tử chuyển đổi các vector giọng nói 35 Hình 3.19 Các bƣớc của quá trình nhận diện giọng nói 36 Hình 4.1 Các lực tác dụng lên xe lăn 37 Hình 4.2 Kết cấu xe lăn tham khảo 48 Hình 4.3 Sơ đồ khối thiết kế phần cơ khí 49 Hình 4.4 Các cơ cấu chính của xe lăn 50 Hình 4.5 Kích thƣớc của xe lăn. 51 Hình 4.6 Kích thƣớc xe lăn 53 Hình 4.7 Xe lăn 54 Hình 4.8 Thiết kế gá đặt động cơ bằng phần mềm auto CAD 57 Hình 4.9 Động cơ tải bên phải 58 Hình 4.10 Động cơ tải bên trái 58 Hình 4.11 Động cơ dẫn hƣớng cho xe lăn 59 Hình 4.12 Lắp đặt động cơ dẫn hƣớng 59 Hình 4.13 Sản phẩm hoàn chỉnh 60 Hình 5.1 Sơ đồ khối nguồn 61 Hình 5.2 Sơ đồ khối toàn bộ hệ thống 62 Hình 5.3 Giao diện trình biên dịch Arduino 64 Hình 5.4 Sơ đồ chân ATmega328 65 Hình 5.5 Các mức Logic của cổng RS232 66 Hình 5.6 Mạch RS232 sử dụng trong mô hình 67 Hình 5.7 Mạch cầu H 67 Hình 5.8 Board driver TB 6560 68 Hình 6.1 Sơ đồ tổng quát của hệ thống nhận dạng giọng nói. 69 viii
16. Hình 6.2 Sự tƣơng quan của tín hiệu giọng nói, tỉ lệ qua điểm zero và hàm thời gian ngắn 70 ix
17. DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT A/D Analog-to-Digital ANC Active Noise Control ANN Artificial Neural Network ARPA Advanced Research Projects Agency ASR Automatic Speech Recognition B-W Baum-Welch CMC Cepstral Mean Correction CSR Continuous Speech Recognition DARPA Defense Advanced Research Projects Agency DCT Discrete Cosine Transform DFT Discrete Fourier Transform DHMM Discrete-symbol (or discrete-observation) Hidden Markov Model DSP Digital Signal Processing DTW Dynamic Time Warping EM Expectation-Maximization FFT Fast Fourier Transform FIR Finite Impulse Response FPGA Field-Programmable Gate Array FTE Frame-Based Teager Energy HMM Hidden Markov Model IID Independent and Identically Distributed IIR Infinite Impulse Response IWR Isolated Word Recognition LBG Linde-Buzo-Gray LFCC Linear Frequency Cepstrum Coefficient LPC Linear Predictive Coding MFCC Mel-frequency Cepstral Coefficient NIST National Institute of Standards and Technology PLP Perceptual Linear Prediction RC Reflection Coefficient RCC Real Cepstral Coefficient x
18. RCD Remote Control Device SNR Signal-to-Noise Ratio STE Short-Term Energy STZC Short-Term Zero-Crossing TIMIT Texas Instruments and Massachusetts Institute of Technology VQ Vector Quantization ZCR Zero-Crossing Rate EEPROM Electrically Erasable Programmable Read-Only Memory USART Universal Synchronous and Asynchronous Serial Receiver and Transmitter PWM Pulse Width Modulation ADC Analog digital converter xi
19. CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN CHƢƠNG 1 TỔNG QUAN 1.1 Giới thiệu đề tài 1.1.1 Lý do chọn đề tài Theo báo cáo của Bộ Lao động Thƣơng Binh Xã Hội (năm 2011), số ngƣời khuyết tật ở Việt Nam là khoảng 6,1 triệu ngƣời chiếm 7,8% dân số. Trong đó số ngƣời mất khả năng đi lại chiếm 18%, số ngƣời cao tuổi khoảng 9,6 triệu ngƣời chiếm 10,8% dân số. Đối với họ có một phƣơng tiện giúp họ di chuyển dễ dàng và giúp họ cảm thấy thoải mái trong sinh hoạt hằng ngày là một điều rất cần thiết. Trong thời gian trở lại đây, cuộc sống của những ngƣời kém may mắn về cơ thể đã đƣợc quan tâm nhiều hơn. Trong việc di chuyển, đi lại của ngƣời khuyết tật, thì xe lăn đóng vai trò quan trọng. Nó giúp giảm gánh nặng cho ngƣời sử dụng cũng nhƣ thân nhân của họ. Bên cạnh đó, khoa học kỹ thuật ngày càng phát triển, hàng loạt công nghệ nhận dạng cử chỉ và hành động của con ngƣời đƣợc phát minh, thì hệ thống nhận dạng giọng nói có độ chính xác khá cao và đang đƣợc ứng dụng rộng rãi trong việc điều khiển các thiết bị, soạn thảo văn bản, tìm kiếm dữ liệu trên máy tính, Với mong muốn là giúp đỡ ngƣời khuyết tật có thể dễ dàng di chuyển, đi lại mà không cần phụ thuộc vào ngƣời khác (vì có rất nhiều ngƣời khuyết tật không thể cử động đƣợc cả tay chân, mọi hoạt động di chuyển, đi lại của họ đều phụ thuộc hoàn toàn vào ngƣời khác). Do đó, đề tài “Mô hình xe ăn điện điều khiển bằng giọng nói” nhóm sinh viên đã áp dụng công nghệ nhận diện giọng nói vào việc điều khiển xe lăn điện nhằm tạo ra sản phẩm có thể giúp ngƣời sử dụng dễ dàng điều khiển xe, chủ động trong di chuyển hàng ngày. 1.1.2 Yêu cầu và giới hạn đề tài Đề tài thực hiện nghiên cứu, thiết kế, tính toán và thi công Xe lăn điện ứng dụng công nghệ nhận diện giọng nói, trong đó: - Dựa trên khung xe lăn có sẵn, thực hiện việc tính toán và lựa chọn công suất, thiết kế và gá đặt động cơ tải và động cơ bƣớc dùng để dẫn hƣớng. - Sử dụng Board Arduino làm board điều khiển chính, chuẩn giao tiếp RS232, mạch cầu H điều khiển động cơ và các IC liên quan. - Nghiên cứu về công nghệ nhận dạng giọng nói, tìm ra giải thuật tối ƣu. - Thiết kế hoàn chỉnh mô hình Xe lăn điện bao gồm việc tính toán lựa chọn công suất động cơ, thiết kế gá đặt động cơ. Thiết kế board mạch điện cho Xe lăn. - Lập trình giao diện điều khiển Xe lăn điện. - Phần mềm nhận dạng giọng nói: viết chƣơng trình nhận diện giọng nói trên phần mềm Matlab. Chƣơng trình nhận diện giọng nói giao tiếp với vi điều khiển thông qua cổng RS232. Trong giới hạn đề tài , do còn nhiều hạn chế về kiến thức, thời gian , kinh tế nên nhóm giới hạn thực hiện các công đoạn của đề tài “ Mô Hình Xe ăn điện điều khiển bằng giọng nói ” nhƣ sau : - 1 -
20. CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN - Về cơ khí: dựa trên các thiết kế có sẵn sau đó vẽ lại bằng auto CAD và tiến hành lắp ráp khung xe, thiết kế chỗ gá đặt động cơ, bộ truyền xích, bình acquy, - Về mạch điện: sử dụng mạch cầu H để điều khiển động cơ, mạch điều khiển chính sử dụng Board Arduino. - Về phần mềm nhận dạng giọng nói: viết chƣơng trình nhận diện giọng nói trên phần mềm Matlab. Chƣơng trình nhận diện giọng nói giao tiếp với vi điều khiển thông qua cổng RS232. 1.1.3 Đối tượng nghiên cứu Đối tƣợng nghiên cứu của đề tài là Xe lăn điện ( tập trung vào việc điều khiển xe lăn điện bằng giọng nói bằng phần mềm Matlab), công nghệ nhận diện giọng nói HMM, và các vấn đề tính toán chọn động cơ và mạch điều khiển cho xe lăn điện. 1.1.4 Mục tiêu – Nhiệm vụ nghiên cứu a. Mục tiêu của đề tài Thiết kế hoàn thiện phần cơ khí là mô hình của xe lăn điện: Khung xe, lắp động cơ; và phần mạch điện để điều khiển động cơ xe, giao tiếp máy tính – board điều khiển. Tìm hiểu lý thuyết và ứng dụng cơ bản công nghệ nhận diện giọng nói HMM. Nghiên cứu, xây dựng chƣơng trình nhận diện giọng nói HMM bằng Matlab giao tiếp với board điều khiển chính thông qua cổng giao tiếp RS232. Chƣơng trình phải có khả năng thực hiện: - Thu nhận giọng nói từ micrô và xử lý trên phần mềm Matlab. - Tối ƣu hóa giải thuật, thời gian xử lý tín hiệu giọng nói. - Xuất ra tín hiệu điều khiển để điều khiển Xe lăn điện. b. Nhiệm vụ nghiên cứu Đồ án nghiên cứu phƣơng pháp điều khiển Xe lăn điện bằng giọng nói là xử lý tín hiệu giọng nói để điều khiển xe lăn điện. Micro sẽ thu giọng nói liên tục từ ngƣời điều khiển và truyền về máy tính. Máy tính tiến hành xử lý, nhận diện và trích đặc trƣng so sánh với các mẫu có sẵn, từ đó xuất tín hiệu điều khiển thông qua chuẩn giao tiếp RS232 để điều khiển các chuyển động của xe lăn. 1.1.5 Phương pháp nghiên cứu Tìm hiểu tài liệu: nhóm tìm hiểu các tài liệu liên quan đến Xe lăn điện, thiết kế cơ khí, điện tử cho xe lăn điện, tài liệu về nhận diện giọng nói, công nghệ xử lý giọng nói bằng Matlab, và datasheet của các IC đƣợc sử dụng trong đề tài. Tham khảo từ nhiều nguồn khác nhau, bao gồm: các đồ án, các thiết kế mạch có liên quan đã đƣợc thi công đƣa vào sử dụng ổn định, và sự tham vấn trực tiếp của các giảng viên chuyên ngành thuộc Bộ môn Cơ điện tử. - 2 -
21. CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN Phƣơng pháp thực nghiệm, thử và sửa sai: qua những lần thử nghiệm trên test board, kết hợp với tính toán giải tích mạch để rút ra giải pháp mạch điện tốt nhất. Quá trình tính toán khoảng cách, góc lệch, hƣớng đi cho Xe lăn điện cũng đƣợc thực hiện dựa trên cơ sở lý thuyết và các số liệu thực tế từ kết quả những lần thực nghiệm. Phân tích và tổng kết kinh nghiệm: nhằm mục đích để đánh giá nhu cầu, khả năng đáp ứng của sản phẩm. Phân tích nhằm tìm ra những hạn chế, ƣu nhƣợc điểm của hệ thống nhằm cải tiến, hoàn thiện phát triển. Phƣơng pháp chuyên gia: gặp giáo viên hƣớng dẫn, các dƣợc sĩ, bác sĩ, giám đốc bệnh viện, các thầy cô, bạn bè để tham khảo ý kiến, các giải pháp nhằm đóng góp hoàn thiện cho sản phẩm. 1.2 Cấu tr c của đồ án tốt nghiệp Đồ án tốt nghiệp bao gồm 7 chƣơng, chƣơng 1 giới thiệu tổng quan về đề tài, chƣơng 2 trình bày tổng quan về đề tài nghiên cứu trong và ngoài nƣớc. Chƣơng 3 sẽ trình bày tóm lƣợc về cơ sở lý thuyết để thực hiện đề tài. Chƣơng 4 trình bày về cách tính toán và lựa chọn công suất động cơ, thời gian sử dụng và thời gian sạc acquy, đề cập đến việc tính toán, thiết kế và lựa chọn các thông số cơ khí cho khung xe, cách gá đặt và bố trí động cơ, mạch điều khiển. Chƣơng 6 sẽ đi sâu vào chƣơng trình điều khiển của toàn bộ xe và phần giải thuật lập trình nhận diện giọng nói. Chƣơng 7 sẽ trình bày kết quả đạt đƣợc, kết luận lại đề tài. - 3 -
22. S K L 0 0 2 1 5 4