Đề tài Thiết kế thi công bộ điều khiển thiết bị bằng giọng nói truyền từ xa

THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN THIẾT BỊ BẰNG GIỌNG NÓI TRUYỀN TỪ XA Phạm Ngọc Đăng Khoa Tóm tắt Đề tài “ Điều khiển thiết bị bằng giọng nói truyền từ xa” là một đề tài mang tính cần thiết đối với sự phát triển không ngừng của khoa học kỹ thuật hiện nay, nhằm đưa “giọng nói” của con người vào phục vụ các nhu cầu trong cuộc sống (như đóng mở các thiết bị, điều khiển máy móc làm việc....). Đề tài được thực hiện dựa trên giải pháp tổng hợp về điện – điện tử điều khiển, lập trình hệ thống, kết hợp với cơ khí chế tạo…..Hệ thống đã nhận được những phản hồi tốt từ những cá nhân, câu lạc bộ có nhu cầu áp dụng hệ thống vào những mục đích riêng mà người sử dụng mong muốn. “Hệ thống điều khiển thiết bị bằng giọng nói truyền từ xa” được thực hiện và hoàn thiện bước đầu qua bốn giai đoạn. 1. THIẾT KẾ VÀ THI CÔNG MẠCH NHẬN DẠNG VÀ XỬ LÝ GIỌNG NÓI SỬ DỤNG IC CHUYÊN DỤNG HM2007 [1] Hình 1.1: Hình ảnh thực IC HM2007 IC HM 2007 là một thiết bị đơn chip CMOS, xử lí giọng nói dưới dạng mạch điều chế tín hiệu tương tự, điều chế phổ âm, nhận lệnh và điều khiển chức năng các hệ thống. Theo tiêu chuẩn, thì ic HM2007 có thể nhận tới 40 lệnh, việc truyền và nhận lệnh được thực hiện bẳng micro đưa tín hiệu vào, cùng một bàn phím, một IC nhớ SRAM và nhiều bộ phận khác. Từ đây tín hiệu được xử lí và xây dựng thành một hệ thống thông minh trong việc nhận diện giọng nói, và có độ chính xác tương đối cao. Board mạch được thiết kế trên bản vẽ mạch in 2 lớp ổn định, khả năng sử dụng lâu dài, tích hợp được các ứng dụng trong cuộc sống và chi phí thấp hơn so với các modul cơ bản của nhà sản xuất đưa ra tại thị trường Mỹ. Hình 1.2: Board mạch điều khiển giọng nói 2. MẠCH ĐIỀU KHIỂN TỪ XA Mạch được thiết kế gồm nguồn vào 5V cấp cho vi xử lý và đặt biệt trung tâm là một chip ATmega 8 với các jack ngõ ra điều khiển các thiết bị. Hình 2.1: Sơ đồ mạch in và board mạch chip ATMega8 Vi điều khiển AVR do hãng Atmel (Hoa kỳ) sản xuất được giới thiệu lần đầu tiên vào năm 1996, AVR có rất nhiều dòng khác nhau bao gồm dòng Tiny AVR ( như AT tiny 13, AT tiny 22…) có kích thước bộ nhớ nhỏ, ít bộ phận ngoại vi, rồi đến dòng AVR (chẳn hạn AT90S8535, AT90S8515…….) có kích thước bộ nhớ vào loại trung bình và mạnh hơn là dòng MEGA với bộ nhớ có kích thước vài Kbyte đến vài trăm Kb cùng với các bộ ngoại vi đa dạng được tích hợp trên chip, cũng có dòng tích hợp cả bộ LCD trên chip (dòng LCD AVR). Tốc độ của dòng Mega cũng cao hơn so với các dòng khác. Do đó trong quá trình thiết kế hệ thống dòng ATMega 8 đã được dùng lập trình truyền từ xa cho thiết bị. [2] Hình 2.2: Hình ảnh bộ thu (phát) thực tế. Bộ thu phát tín hiệu giọng nói từ xa được lập trình trên chương trình CODEVISIONAVR với ngôn ngữ C, và sử dụng chương trình AVR Pro để nạp chương trình xử lí tín hiệu giữa hai bộ thu và phát của thiết bị. [2] 3. THIẾT KẾ MODUL NGÕ RA Vì tín hiệu ngõ ra từ Atmega8 chỉ giới hạn ở mức 0V-5VDC nên việc điều khiển các tín hiệu, cơ cấu chấp hành với mức điện áp cao là không thể thực hiện. Đo đó việc đưa các loại ngõ ra sử dụng ở mức điện áp 24VDC, và 220VAC đã được tác giả đưa vào phục vụ cho hệ thống. Hình 3.1: Modul 24VDC Hình 3.2: Modul 220VAC 4. THIẾT KẾ VỎ HỘP. Hình 4.3 Thiết kế bản vẽ trên phần mềm chuyên dụng Unigraphic NX5 Hệ thống bao gồm nhiều thiết bị phức tạp và việc kết nối hoạt động trãi qua nhiều khâu, do đó hệ thống sau khi hoạt động ổn định đã được thiết kế cơ khí vỏ hộp nhằm đem lại mỹ quan cho thiết bị điều khiển. Hình 4.2 Bộ phận điều khiển và modul 220VAC 5. TIẾN HÀNH THỬ NGHIỆM Sau khi hoàn tất quá trình thiết kế và ra được sản phẩm hoàn chỉnh tác giả đã đưa hệ thống vào điều khiển các ứng dụng cụ thể: • Điều khiển robot tiến, lui, quay trái, quay phải, và thực hiện nhiệm vụ được giao. • Điều khiển tay gấp phân loại sản phẩm • Hệ thống khí nén thủy lực • Dùng “giọng nói” thay thế hệ thống contactor trong tủ điện • Các thiết bị 220VAC như quạt máy, sạc điện thoại, đèn….. Hệ thống sau khi hoàn thành đã mở ra một hường điều khiển ứng dụng mới trong cuộc sống và khoa học kỹ thuật. Các hình ảnh trong quá trình thử nghiệm: Hình 5.1 Điều khiển robot tại xưởng rocobon trường đại học LẠC HỒNG. Hình 5.2 Điều khiển hệ thống MPS trường đại học LẠC HỒNG Hình 5.3 Điều khiển hệ thống kít thí nghiệm khí nén với van 2 cuộn coil sử dụng điện áp 24VDC Hình 5.4 Thiết lập điều khiển động cơ 3 pha, tín hiệu giọng nói sẽ thay thế các nút nhấn hệ thống. Hình 5.5 Hệ thống có thể điều khiển các thiết bị điện dân dụng sử dụng điện áp 220 VAC như: tủ lạnh, đèn, quạt máy, cổng công ty…… 6. KẾT QUẢ ĐẠT ĐƯỢC CỦA ĐỀ TÀI. Với nhiều ưu điểm hơn so với việc đóng mở thiết bị điện bằng công tắc hay các loại ổ cắm bình thường nên khi được thực hiện thành công. Hệ thống “ Điều khiển thiết bị bằng giọng nói truyền từ xa” đã được nhiều người đón nhận và phản ánh tốt: - Hệ thống điều khiển đơn giản. - Giảm thời gian đóng mở thiết bị ở xa. - Tín hiệu giọng nói được truyền từ cách xa vài trăm mét sẽ giảm một lượng lớn chi phí lắp đặt trang thiết bị. - Giảm được các sự cố khi tiếp xúc với dòng điện có điện áp cao. 7. HƯỚNG PHÁT TRIỂN CỦA ĐỀ TÀI. - Cho ra đời các loại robot tuân theo mệnh lệnh “ giọng nói” của con người. - Dần dần thay thế các công tắc điện và ổ cắm ở những nơi cần sự an toàn cao (như phòng em bé, ở những môi trường độc hại mà con người khó tiếp cận). TÀI LIỆU THAM KHẢO. [1] Tài liệu tham khảo viết báo cáo được dịch từ datasheet tiếng Anh của thiết bị (HM 2007, ATmega 8) trên trang: www.alldatasheet.com [2] Tham khảo tài liệu chip AVR và lập trình C của Lê Trung Thắng. [3] Các trang web tham khảo tài liệu. www.diendandientu.com www.dientuvienthong.net www.dientuvietnam.net www.5giay.vn [4] Phần mềm lập trình CodeVisionAVR Help được phát triển bởi Pavel Haiduc and HP InfoTech.