Đồ án Xe lăn điều khiển bằng giọng nói (Phần 1)

Nội dung text: Đồ án Xe lăn điều khiển bằng giọng nói (Phần 1)

1. BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP.HCM KHOA ĐIỆN - ĐIỆN TỬ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP NGÀNH KỸ THUẬT ĐIỆN - ĐIỆN TỬ XE LĂN ĐIỀU KHIỂN BẰNG GIỌNG NÓI GVHD: TS. NGUYỄN THANH HẢI SVTH: LÊ MINH HẢI MSSV: 09101029 SVTH: NGUYỄN PHÚ CƯỜNG MSSV: 09101014 SKL003147 Tp. Hồ Chí Minh, tháng 07/2014
2. 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 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP NGÀNH KỸ THUẬT ĐIỆN TỬ ĐỀ TÀI: XE LĂN ĐIỀU KHIỂN BẰNG GIỌNG NÓI GVHD: T.S Nguyễn Thanh Hải SVTH1: Lê Minh Hải MSSV: 09101029 SVTH2: Nguyễn Phú Cường MSSV: 09101014 Tp. Hồ Chí Minh - 07/2014
3. ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP PHẦN A GIỚI THIỆU PHẦN A: GIỚI THIỆU i
4. ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP TRƢỜNG ĐH. SƢ 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 Tp. HCM, ngày 10 tháng 07 năm 2014 NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Họ tên sinh viên 1: Nguyêñ Phú Cƣờng Lớp: 091012A MSSV: 09101014 Họ tên sinh viên 2: Lê Minh Hải Lớp: 091012A MSSV: 09101029 Chuyên ngành: Kỹ thuật Điện - Điện tử Mã ngành: 01 Hệ đào tạo: Đại học chính quy Mã hệ: 1 Khóa: 2009 Lớp: 091012A I. Tên đề tài: ĐIỀ U KHIỂ N XE LẮN BẰ NG GIOṆ G NÓ I II. Nhiệm vụ: 1. Tìm hiểu về IC chuyên duṇ g HM2007 2. Thiết kế và thi công mac̣ h nhâṇ diêṇ gioṇ g nói dùng IC chuyên duṇ g HM 2007 3. Thiết kế và thi công bộ mạch điều khiển và giao tiếp với các thiết bị bên ngoài III. Ngày giao nhiệm vụ: 11/03/2014 IV. Ngày hoàn thành nhiệm vụ: 10/07/2014 V. Họ tên giáo viên hƣớng dẫn: GV. TS. Nguyễn Thanh Hải CÁN BỘ HƢỚNG DẪN BM. ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP GV. TS. NGUYỄN THANH HẢI GV. TS. NGUYỄN THANH HẢI PHẦN A: GIỚI THIỆU ii
5. ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP TRƢỜNG ĐẠI HỌC SPKT TP.HCM CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM KHOA ĐIỆN – ĐIỆN TỬ Độc lập - Tự do - Hạnh phúc BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP Tp. Hồ Chí Minh, ngày 10 tháng 07 năm 2014 LỊCH TRÌNH THỰC HIỆN ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Họ tên sinh viên 1: Nguyêñ Phú Cƣờng Lớp: 091012A MSSV: 09101014 Họ tên sinh viên 2: Lê Minh Hải Lớp: 091012A MSSV: 09101029 Tên đề tài: ĐIỀ U KHIỂ N XE LĂN BẰ NG GIOṆ G NÓ I Xác nhận Tuần/ngày Nội dung GVHD Tuần 1 (11- Nhận đồ án, tìm hiểu về IC chuyên duṇ g 17/03/2014 ) HM2007 Tuần 2 (18- Tìm hiểu về IC chuyên duṇ g HM2007 24/03/2014) Tuần 3 (25- Tìm hiểu về IC chuyên duṇ g HM2007 31/03/2014) Tuần 4 (01- Tìm hiểu các linh kiện liên quan 07/04/2014) Tuần 5 (08- Thiết kế và thi công mac̣ h nhâṇ diêṇ gioṇ g 14/04/2014) nói Tuần 6, 7 (15- Kiểm tra mac̣ h và thiết kế mac̣ h tối ƣu 28/04/2014) Tuần 8, 9 (02- Thiết kế và thi công mac̣ h điều khiển PHẦN A: GIỚI THIỆU iii
6. ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP 12/05/2014) Tuần 10, 11 Thiết kế và thi công mac̣ h giao tiếp bên (13/05 - 02/06/2014) ngoài Tuần 12, 13 Lâp̣ trình cho mac̣ h điều khiển (03 - 09/6/2014) Tuần 14 (10 – 16 Kết nối các phần và kiểm tra /06/2014) 10/07/2014 Hoàn thiện đồ án GV HƢỚNG DẪN (Ký và ghi rõ họ và tên) PHẦN A: GIỚI THIỆU iv
7. ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Trƣờng ĐHSƣ Phạm Kỹ Thuật PHIẾU CHẤM ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Khoa Điện – Điện Tử (Dành cho cán bộ hướng dẫn) BM Điện Tử Công Nghiệp Ngày tháng năm Cán bộ hƣớng dẫn PHẦN A: GIỚI THIỆU v
8. ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Trƣờng ĐHSƣ Phạm Kỹ Thuật PHIẾU CHẤM ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Khoa Điện – Điện Tử (Dành cho cán bộ phản biện) BM Điện Tử Công Nghiệp Ngày tháng năm Cán bộ phản biện PHẦN A: GIỚI THIỆU vi
9. ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP LỜI MỞ ĐẦU Khoảng thời gian từ năm 2001 đến nay đƣợc xem là thời gian các công ty , doanh nghiêp̣ trong và ngoài nƣớc áp duṇ g nhiều tiến bô ̣khoa hoc̣ kỹ thuâṭ vào các ngà nh công nghiêp̣ chủ chốt của Viêṭ Nam , các dây chuyền công nghệ mới lần lƣợc ra đời nhằm đơn giản hóa quá trình sản xuất , máy móc hiện đại đã bắt đầu làm việc thay thế con ngƣời trong nhiều liñ h vƣc̣ đời sống cũng nhƣ sản xuất. Bên caṇ h đó các thành tƣụ khoa hoc̣ công nghê ̣tiên tiến cũng đang đƣơc̣ ƣ́ ng duṇ g phục vụ cho đời sống con ngƣời chúng ta . Hàng loạt các sản phẩm tự động hóa tiên tiến đƣơc̣ phát minh và bán rôṇ g raĩ trên thi ̣trƣờng n hƣ: robot hút buị trên sàn phẳng , máy giăṭ đa năng, máy rửa chén tự động, thiết bi ̣giám sát nhà qua internet Đối với nƣớc ngoài thì việc điều khiển bằng giọng nói đã đƣợc nghiên cứu và chế tạo để ứng dụng vào đời sốn g và sản xuất cũng chỉ mới ra đời trong vài năm gần đây . Nhƣ ở Mỹ đa ̃ đƣơc̣ ƣ́ ng duṇ g để điều khiển robotcam trong y khoa . Riêng ở nƣớc ta liñ h vƣc̣ này cò khá mới mẻ . Do đó chúng ta cần có sƣ ̣ đầu tƣ để nghiên cƣ́ u theo kip̣ c ông nghê ̣mới này để phuc̣ vu ̣trƣc̣ tiếp cho công viêc̣ giảng daỵ taị trƣờng nhằm giúp sinh viên hiểu rõ hơn về lý thuyết , tạo điều kiện cho sinh viên có những ý tƣởng mới trên nền tảng đã có sẵn. Thấy đƣơc̣ khả năng phát tr iển và nhu cầu tìm hiểu của chính bản thân và của nhƣ̃ng ngƣời yêu thích mong muốn sƣ̉ duṇ g phƣơng pháp điều khiển này cùng với khả năng ƣ́ ng duṇ g nó vào trong đời sống và trong công nghiêp̣ là rất to lớn mà em đa ̃ thƣc̣ hiêṇ nghiên cƣ́ u đề tài: “Điều khiển xe lăn bằng gioṇ g nói” Những kiến thức, năng lực đạt đƣợc trong quá trình học tập ở trƣờng sẽ đƣợc đánh giá qua đợt bảo vệ đồ án cuối khóa. Vì vậy em cố gắng tận dụng những kiến thức đã học ở trƣờng cùng với sự tìm tòi, nghiên cứu cùng với sự hƣớng dẫn tận tình của Giáo viên hƣớng dẫn cùng Thầy/Cô thuộc Khoa Điện - Điện Tử để có thể hoàn thành tốt đồ án này. Mặc dù em đã cố gắng hoàn thành nhiệm vụ đề tài đặt ra và đúng thời hạn nhƣng chắc chắn sẽ không tránh khỏi những thiếu sót, mong quý Thầy/Cô và các bạn sinh viên thông cảm. Em mong nhận đƣợc những ý kiến đóng góp của quý Thầy/Cô và các bạn sinh viên. PHẦN A: GIỚI THIỆU vii
10. ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Xin chân thành cảm ơn! Ngƣời thực hiện đề tài: Lê Minh Hải Nguyêñ Phú Cƣờng PHẦN A: GIỚI THIỆU viii
11. ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP LỜI CẢM ƠN Trong suốt quá trình làm đồ án, em đã nhận đƣợc nhiều sự giúp đỡ cũng nhƣ động viên từ các thầy cô và các bạn để đồ án hoàn thành đúng tiến độ và đạt đƣợc những yêu cầu đã đề ra ban đầu. Em xin gửi lời cảm ơn sâu sắc đến Thầy Nguyễn Thanh Hải – giảng viên bộ môn điện tử công nghiệp đã trực tiếp hƣớng dẫn và tận tình giúp đỡ tạo điều kiện để hoàn thành tốt đề tài. Em xin gửi lời chân thành cảm ơn các thầy cô trong Khoa Điện - Điện Tử đã tạo những điều kiện tốt nhất cho nhóm hoàn thành đề tài. Em cũng xin gửi lời đồng cảm ơn đến các bạn lớp 091012A đã chia sẻ trao đổi kiến thức cũng nhƣ những kinh nghiệm quý báu trong thời gian thực hiện đề tài. Xin chân thành cảm ơn! Ngƣời thực hiện đề tài Nguyêñ Phú Cƣờng Lê Minh hải PHẦN A: GIỚI THIỆU ix
12. ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP MỤC LỤC Nội dung Trang PHẦN A: GIỚI THIỆU i NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ii LỊCH TRÌNH THỰC HIỆN ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP iii LỜI MỞ ĐẦU vii LỜI CẢM ƠN ix MỤC LỤC x LIỆT KÊ HÌNH VẼ xii PHẦN B: NỘI DUNG 1 Chƣơng 1: TỔNG QUAN 1 1.1. Đặt vấn đề 1 1.2. Mục tiêu đề tài 1 1.2.1. Mục tiêu chung 1 1.2.2. Mục tiêu cụ thể 1 1.3. Đối tƣợng nghiên cứu 1 1.4. Giới hạn đề tài 1 1.5. Phƣơng pháp nghiên cứu và phƣơng tiện nghiên cứu 2 1.6. Kết quả đạt đƣợc 2 1.7. Tóm tắt nội dung đồ án 2 Chƣơng 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT 4 2.1 Bô ̣phâṇ xƣ̉ lý gioṇ g nói 5 2.1.1 Giới thiêụ IC HM2007 5 PHẦN A: GIỚI THIỆU x
13. ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP 2.1.1.1 Nguyên lý hoaṭ đôṇ g 5 2.1.1.2 Đặc tính 5 2.1.1.3 Sơ đồ chân 6 2.1.1.4 Chƣ́ c năng các chân 6 2.1.1.5 Chƣ́ c năng làm viêc̣ 7 2.1.1.5.1 Chế đô ̣thƣờng 7 2.1.1.5.2 Chế đô ̣CPU 10 2.1.2 Giới thiêụ SRAM 6264 14 2.1.3 Giới thiêụ IC chốt 74HC573 15 2.2 Bộ phận điều khiển và giao tiếp với máy tính 16 2.2.1 Giới thiêụ ATmega16 16 2.2.2 Giới thiêụ IC MAX232 Error! Bookmark not defined.4 Chƣơng 3: TÍNH TOÁN VÀ THIẾT KẾ PHẦN CỨNG 26 3.1 Yêu cầu điều khiển 27 3.2 Sơ đồ khối và chức năng từng khối 27 Chƣơng 4: KẾT QUẢ ĐẠT ĐƢỢC 39 4.1 Về lý thuyết 40 4.2 Về thƣc̣ hành 40 4.3 Kết quả 43 Chƣơng 5: KẾT LUẬN VÀ HƢỚNG PHÁT TRIỂN 48 5.1 Kết luận 49 5.2 Hƣớng phát triển đề tài 49 PHẦN C : PHỤ LỤC 50 NỘI DUNG ĐÍNH KÈM (CD) 51 TÀI LIỆU THAM KHẢO 54 PHẦN A: GIỚI THIỆU xi
14. ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP LIỆT KÊ HÌNH VẼ Hình Trang Hình 2.1: Tổng quan IC HM2007 5 Hình 2.2: Sơ đồ chân các loại IC HM2007 6 Hình 2.3: Sơ đồ khối SRAM 6264 14 Hình 2.4: Cấu tạo bên trong SRAM 6264 15 Hình 2.5: Sơ đồ chân 74HC573 16 Hình 2.6: Cấu trúc tổng quát AVR 17 Hình 2.7 Thanh ghi SREG 18 Hình 2.8: Các thanh ghi chung 18 Hình 2.9: Con trỏ ngăn xếp 19 Hình 2.10: Sơ đồ khối ATmega16 21 Hình 2.11: Sơ đồ chân ATmega16 22 Hình 2.12: Sơ đồ chân IC MAX232 24 Hình 3.1: Sơ đồ khối hệ thống 28 Hình 3.2: Lƣu đồ nhận dạng và xử lý giọng nói 30 Hình 3.3: Sơ đồ nguyên lý khối nhận diện và xử lý giọng nói 31 Hình 3.4: Bàn phím điều khiển 32 Hình 3.5: Lƣu đồ khối điều khiển 33 Hình 3.6: Sơ đồ nguyên lý khối xử lý và giao tiếp máy tính 34 Hình 3.7: Lƣu đồ điều khiển 35 PHẦN A: GIỚI THIỆU xii
15. ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Hình 3.8: Khối xử lý trên máy tính 36 Hình 3.9: Lƣu đồ khối ADC( DAQ) 37 Hình 4.1: Sơ đồ sắp xếp linh kiện 41 Hình 4.2: Sơ đồ mạch in 41 Hình 4.3: Kết quả mạch điều khiển 42 Hình 4.4: Kết quả xe lăn hoàn chỉnh 42 Hình 4.5: Xe lăn tiến tới 44 Hình 4.6: Xe lăn ré trái 45 Hình 4.3: Xe lăn rẽ phải 47
16. ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP LIỆT KÊ BẢNG Bảng Trang Bảng 2.1: Chức năng các chân của IC HM2007 6 Bảng 2.2: Bảng mã nhị phân 9 Bảng 2.3: Các lệnh của CPU 11 Bảng 2.4: Các thanh ghi trạng thái của HM2007 11 Bảng 2.5: Kết quả ngõ ra chuẩn 13 Bảng 4.1: Kết quả thực nghiệm 40
17. ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP PHẦN B NỘI DUNG
18. ĐỒ Á N TỐT NGHIỆP Chƣơng 1 TỔNG QUAN
19. ĐỒ Á N TỐT NGHIỆP 1.1. Đặt vấn đề Trên thi ̣trƣờng hiêṇ nay các thiết bi ̣điều khiển bằng gioṇ g nói ƣ́ ng duṇ g trong đời sống khá phổ biến nhƣng giá thành là khá cao . Nhƣ̃ng thiết bi ̣nhâp̣ khẩu tƣ̀ nƣớc ngoài thƣờng khó sƣ̉ duṇ g đối với môṭ bô ̣phâṇ ngƣời Viêṭ cũng nhƣ khả năng sƣ̉ a chƣ̃a khi có lỗi. Mục tiêu của đồ án là ứng dụng thành tựu khoa học kĩ thuật nhận diện giọng nói để có thể chế tạo xe lăn điều khiển bằng gioṇ g nói sƣ̉ duṇ g đơn giản và thân thiêṇ . 1.2. Mục tiêu đề tài Thiết kế môṭ xe lăn điều khiển bằng giọng nói phuc vụ cho con ngƣời , có cuộc sống dễ dang hơn. 1.2.1. Mục tiêu chung Tạo ra một hệ thống tuân theo mệnh lệnh giọng nói của con ngƣời chúng ta . 1.2.2. Mục tiêu cụ thể Nhiệm vụ của đồ án là thực hiện các yêu cầu sau: Thiết kế và thi công mac̣ h nhâṇ daṇ g và xƣ̉ lý gioṇ g nói dùng IC chuyên duṇ g HM2007 Thiết kế và thi công mac̣ h điều khiển cho xe lăn chạy theo yêu cầu nhƣ tiến, lùi, rẽ trái, rẽ phải, dừng. Thiết kế và thi công modul ngõ ra kết nối với xe lăn . 1.3. Đối tƣợng nghiên cứu Với sự hạn chế về thời gian cũng nhƣ kiến thức chuyên môn, tuy chƣa nắm vững hoàn toàn công nghệ nhận diện giọng nói để có thể khai thác triệt để các đặc tính song ngƣời thực hiện đề tài đã cố gắng hoàn thiện đƣợc một số lệnh cơ bản cho xe lăn hoạt động nhƣ tiến , lùi, rẽ trái, rẽ phải, dừng 1.4. Giới hạn đề tài  Phần lý thuyết Tìm hiểu lý thuyết về xử lý âm thanh CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN 1
20. ĐỒ Á N TỐT NGHIỆP Tìm hiểu về IC HM2007 Tìm hiểu về Ram 6264 và các linh kiện liên quan. Tìm hiểu về ATmega 16.  Phần thực hành Thi công mạch nhâṇ diêṇ gioṇ g nói dùng HM2007 Thi công mac̣ h điều khiển dùng ATmega16. Thi công modul giao tiếp RS232. Thiết lập giao diện điều khiển cho xe lăn bằng Labview. 1.5. Phƣơng pháp nghiên cứu và phƣơng tiện nghiên cứu  Phƣơng pháp nghiên cứu Tham khảo kit ƣ́ ng duṇ g của sunrom taị www.sunrom.com Dựa vào lý thuyết xử lý âm thanh và nhận diện giọng nói tiến hành mô phỏng, ghi nhận kết quả đạt đƣợc, so sánh chỉnh sửa. Nguồn tài liệu từ internet, thƣ viện trƣờng ĐHSP Kỹ Thuật TPHCM  Phƣơng tiện nghiên cứu Máy tính cá nhân. Một số thiết bị và dụng cụ đo lƣờng khác: Bo mạch, đồng hồ VOM, 1.6. Kết quả đạt đƣợc  Thiết kế đƣơc̣ mac̣ h nhâṇ daṇ g gioṇ g nói dùng IC HM2007.  Thi công đƣợc mạch nhận daṇ g gioṇ g nói, mạch điều khiển và modul giao tiếp.  Xe lăn di chuyển bằng giọng nói. 1.7 Tóm Tắt nội dung đồ án 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 điện đóng vai trò quan trọng. Nó giúp giảm gánh nặng cho ngƣời sử dụng cũng nhƣ thân nhân của họ. Hệ thống điều khiển bằng tay thông qua cần gạt điều khiển đã đƣợc áp dụng khá lâu trong lĩnh vực xe lăn điện. Ngoài ra, nhờ sự tiến bộ của khoa học kỹ thuật, 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 kết quả khá chính xác và đang CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN 2
21. ĐỒ Á N TỐT NGHIỆP đƣợc nhân rộng. Do đó, đề tài này áp dụng hệ thống nhận dạng tiếng nói vào việc điều khiển xe lăn, kết hợp với việc điều khiển qua joystick bằng tay truyền thống nhằm tạo ra sản phẩm có thể giúp ngƣời sử dụng dễ dàng điều khiển xe, chủ động trong di chuyển hàng ngày. CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN 3
22. S K L 0 0 2 1 5 4