BÀI tập lớn môn IOT cơ bản THIẾT bị hỗ TRỢ THUYẾT TRÌNH BẰNG cử CHỈ

Trong thời kỳ công nghệ 4.0 hiện nay, sự phát triển, phổ biến của các thiết bị diđộng laptop, máy tính bảng, điện thoại giúp chúng ta soạn thảo, tạo dựng nội dungthuyết trình ở khắp nơi,

THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH, NÃM

2021

TỔNG LIÊN ĐOÀN LAO ĐỘNG VIỆT NAM

TRƯỜNG ĐẠI HỌC TÔN ĐỨC THẮNG KHOA CÔNG NGHỆ THÔNG TIN

BÀI TẬP LỚN MÔN IOT CƠ BẢN

THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH, NÃM

2021

TỔNG LIÊN ĐOÀN LAO ĐỘNG VIỆT NAM

TRƯỜNG ĐẠI HỌC TÔN ĐỨC THẮNG KHOA CÔNG NGHỆ THÔNG TIN

BÀI TẬP LỚN MÔN IOT CƠ BẢN

THIẾT BỊ HỖ TRỢ THUYẾT TRÌNH

BẰNG CỬ CHỈ

Người hướng dẫn: GV ĐỖ TRÍ NHỰTNgười thực hiện: PHÙNG QUỐC ĐẠT - 518H0482

ĐINH HỒNG HÀ - 518H0171

Lớp : 18H50205

Khoá : 22

LỜI CẢM ƠN

Trước khi bắt đầu vào làm bài tiểu luận, lời đầu đầu tiên em muốn gửi gắm làlời cảm ơn chân thành dành cho: thầy Đỗ Trí Nhựt vì đã vô cùng tận tâm và nhiệt tìnhtrong công tác giảng dạy Vì vậy kết quả của bài tiểu luận này một phần rất lớn là nhờ

có thầy

Mặc dù mô tuýp làm bài tiểu luận cho trọng số cuối kì cũng đã quen thuộc với

em, nhưng trong quá trình làm bài, thiếu sót là điều không thể tránh khỏi, vì vậy rấtmong nhận được sự đánh giá và nhận xét của thầy để có thể giúp em hoàn thiện hơntrong tương lai

Và cuối cùng, là lời kính chúc sức khỏe và niềm vui dành cho thầy và gia đình.

ĐỒ ÁN ĐƯỢC HOÀN THÀNH TẠI TRƯỜNG ĐẠI HỌC TÔN ĐỨC THẮNG

Tôi xin cam đoan đây là sản phẩm đồ án của riêng tôi và được sự hướng dẫn củathầy Đỗ Trí Nhựt Các nội dung nghiên cứu, kết quả trong đề tài này là trung thực vàchưa công bố dưới bất kỳ hình thức nào trước đây Những số liệu trong các bảng biểuphục vụ cho việc phân tích, nhận xét, đánh giá được chính tác giả thu thập từ cácnguồn khác nhau có ghi rõ trong phần tài liệu tham khảo

Ngoài ra, trong đồ án còn sử dụng một số nhận xét, đánh giá cũng như số liệucủa các tác giả khác, cơ quan tổ chức khác đều có trích dẫn và chú thích nguồn gốc

Nếu phát hiện có bất kỳ sự gian lận nào tôi xin hoàn toàn chịu trách nhiệm

về nội dung đồ án của mình Trường đại học Tôn Đức Thắng không liên quan đến

những vi phạm tác quyền, bản quyền do tôi gây ra trong quá trình thực hiện (nếu có)

TP Hồ Chí Minh, ngày 19 tháng 10 năm 2021

Tác giả (ký tên và ghi rõ họ tên)

PHÙNG QUỐC ĐẠT ĐINH HỒNG HÀ

MỤC LỤC

CHƯƠNG 1 GIỚI THIỆU 2

1.1 LÝ DO CHỌN ĐỀ TÀI 2

1.2 MỤC TIÊU CHỌN ĐỀ TÀI 3

1.3 ĐỐI TƯỢNG NGHIÊN CỨU 4

1.4 PHẠM VI NGHIÊN CỨU 4

1.5 NHIỆM VỤ ĐỀ TÀI 4

CHƯƠNG 2 LÝ THUYẾT CƠ BẢN 4

2.1 VI ĐIỀU KHIỂN ESP32 5

2.2 CÔNG NGHỆ BLUETOOTH 8

2.3 CẢM BIẾN GIA TỐC ADXL345 10

2.4 THIẾT BỊ NGƯỜI DÙNG HID 12

CHƯƠNG 3 MÔ TẢ HỆ THỐNG 14

3.1 YÊU CẦU VÀ SƠ ĐỒ KHỐI HỆ THỐNG 14

3.1.1 Yêu cầu của hệ thống 14

3.1.2 Sơ đồ khối và chức năng mỗi khối 15

3.1.3 Hoạt động của hệ thống 15

3.2 THIẾT KẾ HỆ THỐNG PHẦN CỨNG 16

3.2.1 Khối cảm biến gia tốc 16

3.2.3 Khối xử lí trung tâm, bluetooth 17

CHƯƠNG 1 GIỚI THIỆU 1.1 LÝ DO CHỌN ĐỀ TÀI

Thuyết trình là quá trình truyền đạt thông tin từ người thuyết trình đến ngườinghe về một chủ đề Quá trình truyền đạt thông tin này có hiệu quả cao, khiến ngườinghe dễ nắm bắt được thông tin mà người thuyết trình truyền tải Việc thuyết trình diễn

ra ở bất cứ đâu, như tại các trường học, các công ty, doanh nghiệp, Chính vì những

lý do trên mà thuyết trình được xem là công việc cực kỳ quan trọng, mà mọi người đềucần làm tốt, dù là những điều nhỏ nhất, đặc biệt là những sinh viên như chúng em cũngrất chú trọng

Sự thành công của việc thuyết trình không những nằm ở nội dung thuyết trình,

mà còn nhờ cách biểu diễn thông qua ngôn ngữ hình thể, hay là sự tiện lợi khi chuyểnnội dung thuyết trình để quá trình thuyết trình tránh bị đứt đoạn

Trong thời kỳ công nghệ 4.0 hiện nay, sự phát triển, phổ biến của các thiết bị diđộng laptop, máy tính bảng, điện thoại giúp chúng ta soạn thảo, tạo dựng nội dungthuyết trình ở khắp nơi, cùng với vô vàn thiết bị khác nhỏ gọn có thể kết nối và giaotiếp với những thiết bị di động đó ngày càng trở nên dễ dàng mà chính những sinh viênnhư chúng em cũng có thể tự nghiên cứu và ứng dụng để đáp ứng nhu cầu cuộc sống

Như vậy, vấn đề đặt ra là phải làm sao để tạo ra một thiết bị đeo tay, nhận dạng

cử chỉ và lệnh từ người thuyết trình, và sau đó sẽ truyền tín hiệu điều khiển về máy tính

để chuyển nội dung thuyết trình một cách dễ dàng Từ đó giúp cho việc thuyết trình trởnên lành mạch, không bị gián đoạn và kết hợp được với ngôn ngữ hình thể để tạo nênbài thuyết trình càng tốt hơn

1.2 MỤC TIÊU CHỌN ĐỀ TÀI

Áp dụng được công nghệ Bluetooth, tạo nên một thiết bị người dùng HID(Human Interface Device) để giao tiếp giữa thiết bị hỗ trợ thuyết trình với máy tínhxách tay.

Công nghệ Bluetooth có các ưu điểm sau:

Được sử dụng rộng rãi, tích hợp sẵn trên hầu hết các thiết bị di động như laptop,điện thoại, máy tính bảng,

Bluetooth có mức tiêu thụ điện năng thấp (đặc biệt là BLE - Bluetooth LowEnergy), phù hợp cho các ứng dụng loT không cần khoảng cách truyền quá xa vàtruyền tốc độ quá cao

Chi phí thấp

Khi nghiên cứu đề tài này, em muốn phát huy thành quả ứng dụng của vi điềukhiển để tạo ra sản phẩm có ích trong cuộc sống Không chỉ vậy mà nó còn là sự khởiđầu cho các nghiên cứu sau này, tiền đề cho Đồ án 2 và Đồ án tốt nghiệp

Ngoài ra, quá trình thực hiện đề tài cũng là cơ hội để em kiểm tra và áp dụngnhững kiến thức đã được học ở trường lớp, những kiến thức đã tự tìm tòi học hỏi thêmtại thời đại học Đồng thời phát huy sự sáng tạo và giải quyết các vấn đề theo yêu cầuđặt ra Và đây cũng là dịp để bản thân em tích lũy kiến thức, trau dồi thêm kinh nghiệmnhằm hoàn thành tốt các đồ án sắp tới, và tham gia vào các hoạt động sản xuất của xãhội

1.3 ĐỐI TƯỢNG NGHIÊN CỨU

- Vi điều khiển ESP32

- Cảm biến gia tốc ADXL345

- Công nghệ Bluetooth Low Energy (BLE)

- Thiết bị người dùng HID

1.4 PHẠM VI NGHIÊN CỨU

- Đọc và xử lý các giá trị của các cảm biến

- Truyền dữ liệu từ thiết bị HID đến thiết bị cuối (laptop, điện thoại, ).

1.5 NHIỆM VỤ ĐỀ TÀI

Đề tài trình bày ứng dụng của Bluetooth, kết hợp với HID và vi điều khiểnESP32 được thiết kế cùng với các module cảm biến đã có trên thị trường

- Đề tài tập trung nghiên cứu các vấn đề:

- Thu thập dữ liệu từ cảm biến, và đưa về vi điều khiển xử lý dữ liệu

- Cấu hình tạo thiết bị người dùng HID Bluetooth

- Kết nối và giao tiếp giữa thiết bị hỗ trợ thuyết trình và thiết bị cuối (laptop)

CHƯƠNG 2 LÝ THUYẾT CƠ BẢN 2.1 VI ĐIỀU KHIỂN ESP32

ESP32 là vi điều khiển 32bit, với cấu hình cao, tích hợp nhiều giao thức cả códây và không dây nên được sử dụng rộng rãi trong lập trình nhúng và loTs

ESP32 khá nổi bật vì cấu hình cao, giá thành rẻ so với cấu hình nó mang lại,đồng thời tích hợp Bluetooth 4.2 và Bluetooth LE nên, tích hợp cảm biến điện dung và

có thể lập trình dễ dàng nhờ trình soạn thảo biên dịch Arduino IDE nên em đã chọn viđiều khiển này cho đề tài

Dưới đây là hình ảnh của một module ESP32 có trên thị trường:

Hình 2.1 Hình ảnh của vi điều khiển ESP32-S của hãng AiThinker.Dưới đây là sơ đồ chân của vi điều khiển ESP32:

ESP32 DEVKITV1 - DOIT

version with 36 GPIOs

* Pins SCK/CLK, SDO/SDO, SDI/SD1, SHD/SD2, SWP/SD3 and SCS/CMD, namely, GPIO6 to GPIO11 are connected to the

integrated SPI flash integrated on ESP-VVROOM-32 and are not recommended for other uses.

í EN

Inpulonlv i fĩTC_GPIOO II Sensorvp ÌAŨCICHÓ GPIŨ36

Ị lnp<rtonly 11 BTC-GPKB ìl s«mo« VH | l ADC1CH3 í GPIO39

Input OÍ1N líKGPlO-p’ A0C1CH6 GPIO34

Inputonly RTC-GPIO5 AOC1CH7 GPIO35

I KTC GPIOB TQUCH8 j [ ADC1 CHS j GPIO33

I KTC GPIO6 II OM3 ]| ADC2CHÕ GPIO25

RTC GPIO7 I 0AC2 ADC2 CH9 1 1 GPIO26 I

RTC-GPD15 HSPIMISO TOUCHS : AD<2 CHS I GPIŨ12

I RTC GP1O14 HSPI MOSI POUCH4 I ADC2 CHA GPIO13

GPIO16 Ị [ UART 2 RX

I GPIO4 APQ CHO I [ TOUCHO 1 1 ltlC<SPI010~|

GPIO3 ' UARTORX I GPIO21 I2CSOA I GPIO19 VSPI MISO I

GPIO18 VSPI CIX I GPIO5 VSPICSO

I GPIO22 ; I2CSCI

I GPIO1 UARTOTX I

GPIO15 ADC2CH3 TOUCH3 ị HSPI cso i IHC GPIO13

Hình 2.2 Sơ đồ chân của vi điều khiển ESP32.

Cấu hình:

+ CPU: Xtensa Dual-Core LX6 microprocessor

+ Tốc độ xử lý : 160MHz - 240MHz

+ Tốc độ xung nhịp đọc bộ nhớ flash: 40Mhz - 80MHz

+ RAM: 520 KB SRAM (trong đó 8 KB RAM RTC tốc độ cao, 8KB RAM tốc

độ thấp (hoạt động trong chế độ ngủ sâu))

- Giao tiếp không dây :

+ 1 cảm biến Hall (cảm biến từ trường)

+ 1 cảm biến đo nhiệt độ

+ Cảm biến điện dung với 10 đầu vào khác nhau

- Nguồn điện hoạt động:

+ Nhiệt độ hoạt động: -40 độ C ^ +85 độ C

+ Điện áp hoạt động: 2.2V - 3.6V

+ Dòng điện hoạt động: 0.2uA - 260mA

- Sơ đồ chân, tên gọi và chức năng của các chân ESP32-S:

Bảng 2.1 Chức năng và mô tả chức năng của mỗi chân vi điều khiển ESP32.

Bluetooth có thể đạt được tốc độ truyền dữ liệu 1Mb/s, kết nối của Bluetooth là

vô hướng và sử dụng băng tần 2.4GHz

Bluetooth cho phép kết nối và trao đổi thông tin giữa các thiết bị như điện thoại

di động, máy tính xách tay, máy in, máy ảnh số, các thiết bị IoT Bluetooth được tíchhợp rộng rãi, do đó mà sử dụng Bluetooth rất tiện lợi

Các ứng dụng nổi bật của Bluetooth gồm:

- Điều khiển và giao tiếp không dây giữa hai thiết bị, giữa điện thoại di động vàloa/tai nghe không dây

- Mạng không dây giữa các máy tính cá nhân trong một không gian hẹp đòi hỏi

ít băng thông

- Giao tiếp không dây với các thiết bị vào ra của máy tính, ví dụ như chuột, bànphím, máy in

- Thay thế các giao tiếp kết nối vật lý dùng dây truyền thống giữa các thiết bị

đo, thiết bị định vị dùng GPS, thiết bị y tế, máy quét mã vạch và các thiết bị điều khiểngiao thông

- Điều khiển từ xa cho các thiết bị trò chơi điện tử như Wii (Nintendo) vàPlayStation của Sony

- Kết nối Internet cho máy tính hoặc điện thoại khác bằng cách dùng điện thoại

di động thay modem

Hình 2.3 Các kết nối của Bluetooth.

2.3 CẢM BIẾN GIA TỐC ADXL345

Module cảm biến gia tốc ADXL345 (GY-291) là module cảm biến độ nghiêng

và đo gia tốc 3 trục, tiêu thụ điện năng thấp, độ phân giải cao (13 bit), chi phí thấp.Module ADXL345 thường dùng trong các thiết bị di động, thiết bị IoT, có chức năng

đo độ nghiêng và đo gia tốc tịnh tiến theo 3 trục

Hình 2.4 Hình ảnh module ADXL345 (GY-291)

Dưới đây là sơ đồ chân của module ADXL345:

SCUSCLK

SDAíSDI/SDIO

SDO/ALT ADDRESS RESERVED

NC INT2 INTi

csHình 2.5 Sơ đồ chân của IC ADXL345

- Thông số kỹ thuật của module ADXL345:

+ Điện áp hoạt động: 3.3 - 5 VDC

+ Dòng điện tiêu thụ: 23pA

+ Độ phân giải: Có thể cấu hình 8-10-12 bit, và tối đa lên đến 13 bit

+ Giao tiếp: SPI hoặc I2C (Khi giao tiếp SPI thì chân CS nối GND)

2.4 THIẾT BỊ NGƯỜI DÙNG HID

Cổng thiết bị người dùng (HID - Human Interface Device) là một tiêu chuẩncho các thiết bị máy tính mà được vận hành bởi con người Tiêu chuẩn này cho phép dễdàng sử dụng các thiết bị này mà không cần bất kỳ phần mềm hay trình điều khiển bổsung nào

HID là một tiêu chuẩn được tạo ra nằm đơn giản hóa quá trình cài đặt các thiết

bị đầu vào thông qua từng giao thức cụ thể cho từng thiết bị như chuột, bàn phím, Một thiết bị tuân thủ HID bao gồm khung dữ liệu chứa tất cả các hành động của thiếtbị

Hình 2.6 Danh sách thiết bị HID trong Device Manager của Windows.

Ví dụ: Bàn phím có một phím để chỉnh âm lượng Khi nhấn phím đó, bộ mô tảHID sẽ cho biết mục đích hành động đó được lưu trữ trong khung dữ liệu ở đâu và lệnh

Bảng 2.2 Khung dữ liệu bàn phím HID.

01

Phím tổ hợp (Ctrl, Alt, Shift, )

Byte đặc tả HID2

34567

3.1.1 Yêu cầu của hệ thống

- Hệ thống có các chức năng sau:

+ Chuyển slide kế tiếp PowerPoint khi phẩy tay theo chiều thuận

+ Chuyển lại slide PowerPoint trước đó khi phẩy tay theo chiều ngược lại.+ Cuộn tài liệu xuống PDF, Word, trình duyệt khi phẩy tay theo chiều thuận.+ Cuộn tài liệu lên PDF, Word, trình duyệt khi phẩy tay theo chiều ngược lại

+ Qua các dữ liệu nhận được từ cảm biến, hệ thống sẽ xử lý và đưa ra tín hiệuđiều khiển phù hợp với hành vi của người sử dụng Người dùng cũng có thể cài đặt chế

độ hoạt động cho thiết bị

3.1.2 Sơ đồ khối và chức năng mỗi khối

- Chức năng từng khối:

+ Khối xử lý trung tâm: Nhận dữ liệu từ các cảm biến, xử lí và gửi tín hiệu

điều khiển đến các thiết bị được kết nối Bluetooth như laptop, điện thoại, và đồng thờigửi tín hiệu tình trạng pin và chế độ hoạt động của thiết bị đến các bóng LED

+ Khối cảm biến gia tốc: Đọc dữ liệu về gia tốc theo các trục và gửi về khối xử

lý trung tâm để tính toán, nhận dạng hành vi

3.2 THIẾT KẾ HỆ THỐNG PHẦN CỨNG

3.2.1 Khối cảm biến gia tốc

Với thị trường hiện nay, có rất nhiều loại module cảm biến gia tốc nhưADXL345 (GY-291), ADXL335 (GY-61), MMA8452, LSM303DLHC (GY-511),

chúng khá giống nhau về chức năng và thiết kế, chuẩn kết nối (I2C, SPI).

Với các tính năng phù hợp với thiết kế của hệ thống và mức giá hợp lý, em đãchọn module ADXL345 cho hệ thống.

ADXL345 là module cảm biến độ nghiêng 3 trục, tiêu thụ năng lượng thấp, độphân giải cao ADXL345 có chức năng đô gia tốc trọng trường tĩnh trong ứng dụng đogóc nghiêng, ngoài ra nó còn đo gia tốc động từ các chuyển động hoặc rung động củavật thể

Chân SCL của module ADXL345 nối với chân SCL (GPIO22) của ESP32-S(U1)

Chân SDA của module ADXL345 nối với chân SDA (GPIO21) của ESP32-S(U1)

Kết nối ESP32-S với ADXL345 được thể hiện như hình 3.2

q co

U2

co

ư>

SDA/SDI/SDIO SDO/ALT_ADDRESS RESERVED_2

NC INT2 INT1

lo

ADXL345

Hình 3.8 Kết nối giữa vi điều khiển ESP32 và cảm biến gia tốc ADXL345

3.2.3 Khối xử lí trung tâm, bluetooth

3.3V

VDD_I/O GND_1 RESERVED_1 GND_2 GND_3 vs

13 12 11 10 9 8 SDA.

Trên thị trường hiện nay có nhiều Board nhúng như: ARM, Raspberry, Arduino,PIC, ESP với nhiều tính năng và mức giá khác nhau.

Với sự thông dụng và gần gũi, đồng thời vi điều khiển ESP32 cũng được tíchhợp sẵn kết nối không dây như Bluetooth, WiFi, ngoài ra còn có các cảm biến chạm và

hỗ trợ nhiều giao thức kết nối vật lý khác như I2C, SPI, UART

Khối xử lí trung tâm có sơ đồ kết nối mô tả như sau:

+ Chân SCL (GPIO 22) của ESP32-S nối với chân SCL của module ADXL345.+ Chân SDA (GPIO 21) của ESP32-S nối với chân SDA của moduleADXL345

Hình 3.9 Sơ đồ kết nối của vi điều khiển ESP32