Thiết kế, chế tạo hệ thống điều khiển đèn của nhà thông minh sử dụng nhận dạng giọng nói

Nhận được sự hướng dẫn nhiệt tình của thầy Nguyễn Thiên Chương cùng với sự cố gắng của bản thân và sự giúp đỡ của bạn bè, sau một thời gian nghiên cứu em đã hoàn thành chuyên đề « Thiết

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC NHA TRANG

KHOA CƠ KHÍ 

ĐINH VĂN THIỆN

THIẾT KẾ, CHẾ TẠO HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN ĐÈN CỦA NHÀ THÔNG MINH SỬ DỤNG

NHẬN DẠNG GIỌNG NÓI

CHUYÊN ĐỀ TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC CHUYÊN NGÀNH CÔNG NGHỆ KĨ THUẬT CƠ ĐIỆN TỬ

Nha Trang, tháng 6 năm 2018

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC NHA TRANG

KHOA CƠ KHÍ 

ĐINH VĂN THIỆN

THIẾT KẾ, CHẾ TẠO HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN ĐÈN CỦA NHÀ THÔNG MINH SỬ DỤNG

NHẬN DẠNG GIỌNG NÓI

CHUYÊN ĐỀ TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC CHUYÊN NGÀNH CÔNG NGHỆ KĨ THUẬT CƠ ĐIỆN TỬ

Nha Trang, tháng 6 năm 2018

GVHD: TS NGUYỄN THIÊN CHƯƠNG

LỜI CẢM ƠN

Trong suốt quá trình học tập và rèn luyện tại trường, được sự chỉ bảo và giảng dạy

tận tình của các thầy cô trong bộ môn Cơ điện tử cũng như sự giúp đỡ của các thầy

cô, các cán bộ và công nhân viên trường đại học Nha Trang đã giúp em tiếp thu kiến

thức một cách hiệu quả là hành trang giúp em vững vàng bước vào tương lai Cho

phép em xin được gửi lời tri ân chân thành nhất và lới chúc sức khỏe đến tất cả các

thầy cô, cán bộ, công nhân viên nhà trường đã giúp đỡ em suốt thời gian em học tập

và rèn luyện tại trường

Nhận được sự hướng dẫn nhiệt tình của thầy Nguyễn Thiên Chương cùng với sự

cố gắng của bản thân và sự giúp đỡ của bạn bè, sau một thời gian nghiên cứu em đã

hoàn thành chuyên đề « Thiết kế, chế tạo hệ thống điều khiển đèn của nhà thông

minh sử dụng nhận dạng giọng nói » đúng hạn

Để hoàn thành chuyên đề tốt nghiệp, em xin gửi lời cảm ơn sâu sắc nhất đến thầy

Nguyễn Thiên Chương đã trực tiếp hướng dẫn, tận tình chỉ bảo và khích lệ em trong

suốt quá trình làm chuyên đề, cảm ơn thầy đã luôn giúp đỡ em tháo gỡ những khó

khăn Có được thành quả ngày hôm nay, em xin bày tỏ sự biết ơn đến gia đình, người

thân và bạn bè đã luôn tạo điều kiện thuận lợi, giúp đỡ mỗi khi em gặp khó khăn hay

nản lòng Mặc dù trong quá trình thực hiện đã cố gắng hết sức nhưng không sao tránh

khỏi những thiếu sót, rất mong được sự góp ý, xây dựng từ quý thầy cô và bạn bè

Sinh viên thực hiện

ĐINH VĂN THIỆN

MỤC LỤC

LỜI CẢM ƠN 3

MỤC LỤC 4

DANH MỤC HÌNH ẢNH 7

DANH MỤC BẢNG 10

CÁC THUẬT NGỮ 11

PHẦN MỞ ĐẦU 12

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ NHÀ THÔNG MINH 13

1.1 Giới thiệu chung 13

1.1.1 Giới thiệu chung về ngôi nhà thông minh 13

1.1.2 Hệ thống điều khiển trong ngôi nhà thông minh 15

1.1.3 Một số thành phần cơ bản trong hệ thống ngôi nhà thông minh 17

1.2 Các hệ thống nhà thông minh trong nước 20

1.2.1 Nhà thông minh BKAV thuộc tập đoàn công nghệ BKAV 20

1.2.2 Nhà thông minh LUMI 22

1.2.3 Nhà thông minh ACIS 24

CHƯƠNG 2: PHƯƠNG PHÁP VÀ NỘI DUNG NGHIÊN CỨU 27

2.1 Phương pháp nghiên cứu 27

2.2 Nhận dạng giọng nói 28

2.3 Truyền và nhận dữ liệu qua mạng Internet 33

2.3.1 Các khái niệm cơ bản 33

2.3.2 Giới thiệu MQTT 34

2.3 Yêu cầu hệ thống 38

2.3.1 Yêu cầu phần cứng 38

2.3.2 Yêu cầu phần mềm 39

2.4 Phương án thiết kế phần mềm 40

2.4.1 Sử dụng trí thông minh nhân tạo Cortana 40

2.4.2 Sử dụng thư viện giọng nói của Microsoft Visual Studio 41

2.4.3 Sử dụng thư viện giọng nói của Android Studio 44

2.4.4 Lập trình cho ứng dụng bằng Android Studio 45

2.5 Phương án thiết kế mạch điều khiển 50

2.5.1 Module wifi ESP8266 51

2.5.2 Lập trình cho ESP8266 bằng Arduino IDE 54

2.6 Thiết kế mạch chính 57

2.7 Phương án thiết kế 57

2.8 Chế tạo 59

2.9 Phần mạch chính 60

2.10 Hướng dẫn cài đặt và sử dụng ứng dụng 61

2.10.1 Hướng dẫn cài đặt 61

2.10.2 Hướng dẫn sử dụng 62

CHƯƠNG 3: KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THỬ NGHIỆM 64

3.1 Kiểm tra 64

3.2 Vận hành và kiểm tra độ ổn định 64

3.2.1 Chạy thử nhận diện giọng nói 65

3.2.2 Chạy thử điều khiển bằng nút nhấn 68

3.2.3 Chạy thử điều khiển bằng giọng nói 68

3.3 Các yếu tố ảnh hưởng đến tính ổn định và thời gian đáp ứng của mô hình 68

CHƯƠNG 4: KẾT LUẬN VÀ ĐỀ XUẤT 69

4.1 Kết luận 69

4.1.1 Kết quả đạt được 69

4.1.2 Những vấn đề chưa đạt được 69

4.2 Đề xuất 69

4.2.1 Đề xuất phần cứng 69

4.2.2 Đề xuất phần mềm 69

TÀI LIỆU THAM KHẢO 70

PHỤ LỤC 71

1 Lập trình cho ESP8266 bằng Arduino IDE 71

2 Lập trình phần mềm trên Android Studio 74

Lớp JAVA 74

Lớp XML 83

3 Các video giải thích code và chạy thử 85

DANH MỤC HÌNH ẢNH

Hình 1.1 Smart house 13

Hình 1.2 Hệ thống ánh sáng thông minh 14

Hình 1.3 Nhà thông minh điều khiển bằng giọng nói 14

Hình 1.4 Hệ thống an toàn nhà thông minh 15

Hình 1.5 Hệ thống điều khiển nhà thông minh cố định 15

Hình 1.6 Hệ thống điều khiển nhà thông minh trên thiết bị di động 16

Hình 1.7 Hệ thống chiếu sáng thông minh 18

Hình 1.8 Hệ thống kéo mở rèm 19

Hình 1.9 Hệ thống báo cháy nhà thông minh 20

Hình 1.10 BKAV Smarthome 21

Hình 1.11 Nhà thông minh Lumi 22

Hình 1.12 Nhà thông minh ACIS 24

Hình 2.1 Nhận dạng giọng nói của Google Assistant 28

Hình 2.2 Phần mềm nhận diện giọng nói hoạt động như thế nào? 29

Hình 2.3 Google Assistant 31

Hình 2.4 Siri trên iPhone 32

Hình 2.5 Kiến trúc mức cao (high-level) của MQTT 35

Hình 2.6 OpenSource MQTT broker 35

Hình 2.7 Mô hình chung kết nối 36

Hình 2.8 Giao diện trang web 37

Hình 2.9 Chọn Sign-up 37

Hình 2.10 Giao diện khi đã đăng nhập 38

Hình 2.11 Thông tin Instance 38

Hình 2.12 Trí thông minh nhân tạo Cortana 40

Hình 2.13 Phần mềm Visual Studio 42

Hình 2.14 Phần mềm Android Studio 44

Hình 2.15 Các lệnh nhận diện giọng nói 45

Hình 2.16 Thông tin cơ bản của Client MQTT 46

Hình 2.17 Các lệnh kết nối MQTT 46

Hình 2.18 Gửi lệnh kiểm tra MQTT 47

Hình 2.22 Gửi lệnh bất kì lênh MQTT 47

Hình 2.23 Code nhận lệnh bằng giọng nói 48

Hình 2.24 Giao diện phần mềm 49

Hình 2.25 Thông tin các nút ấn-Layout text 49

Hình 2.4 ESP8266 -01 50

Hình 2.5 Wifi-Arduino 50

Hình 2.6 NodMCU ESP8266-12 51

Hình 2.7 NodMCU ESP8266-12E 51

Hình 2.8 Các phiên bản ESP8266 53

Hình 2.9 Giao diện Arduio IDE 54

Hình 2.10 Additional Board Manager URLs 55

Hình 2.11 Chọn mạch điều khiển 55

Hình 2.12 Tải thư viện ESP8266 56

Hình 2.13 Chọn mạch để lập trình 56

Hình 2 Sơ đồ đi dây 57

Hình 2.14 Bản thiết kế mô hình 58

Hình 2.27 Cắt fomat 59

Hinh 2.29 Phần khung nhà 59

Hình 2.24 Tiến hành trang trí mô hình 60

Hình 2.31 Nối dây hệ thống LED, quạt và relay 60

Hình 2.32 Lắp ráp mạch điều khiển 61

Hình 2.33 Chọn thiết bị cần cài đặt 62

Hình 2.34 Giao diện phần mềm 62

Hình 3.1 Đo điện áp đầu vào của mô hình 64

Hình 3.2 Chạy thử Module nhận diện giọng nói 65

Hình 3.3 Đồ thị ảnh hưởng của độ ồn 66 Hình 3.4 Giao diện naturalreaders.com 66 Hình 3.4 Mức độ nhận diện các giọng nói khác nhau 67

DANH MỤC BẢNG

Bảng 3.1 Ảnh hưởng của độ ồn tới Module nhận diện giọng nói 65 Bảng 3.2 Ảnh hưởng của giọng nói khác nhau 67

CÁC THUẬT NGỮ +MQTT (Message Queue Telemetry Transport)

+ESP8266 là dòng chip tích hợp Wi-Fi 2.4Ghz có thể lập trình được, rẻ tiền được sản xuất bởi một công ty bán dẫn Trung Quốc: Espressif Systems

+Arduino IDE: Công cụ Arduino Intergrated Development Environment Công cụ được đội ngũ kĩ sư của Arduino phát triển và có thể chạy trên Windows , MAC OS

X và Linux

Mục tiêu nghiên cứu:

Mục tiêu nghiên cứu của đề tài là tạo ra ứng dụng có thể điều khiển các thiết bị điện nhà thông minh sử dụng nhận dạng giọng nói Ứng dụng có thể sử dụng mạng Internet

để gửi lệnh đến phần cứng, giúp cho ứng dụng điều khiển được cứng từ khoảng cách

xa

Đối tượng nghiên cứu:

Hệ thống điều khiển đèn của nhà thông minh sử dụng nhận dạng giọng nói

Phạm vi nghiên cứu:

+Phần cứng ESP8266

+Các module nhận diện giọng nói

+Giao thức truyền thông MQTT (Message Queue Telemetry Transport)

+Thiết kế và lắp đặt phần cứng điều khiển thiết bị điện dùng module ESP8266 thông qua MQTT

+Thiết kế ứng dụng điều khiển thiết vị điện qua giọng nói trên thiết bị di dộng chạy

hệ điều hành Android

+Thiết kế chế tạo mô hình nhà thông minh

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ NHÀ THÔNG MINH 1.1 Giới thiệu chung

1.1.1 Giới thiệu chung về ngôi nhà thông minh

Nhà thông minh (tiếng Anh: home automation, domotics, smart home hoặc Intellihome) là kiểu nhà được lắp đặt các thiết bị điện, điện tử có thể được điều khiển hoặc tự động hoá hoặc bán tự động, thay thế con người trong thực hiện một hoặc một

số thao tác quản lý, điều khiển Hệ thống điện tử này giao tiếp với người dùng thông qua bảng điện tử đặt trong nhà, ứng dụng trên điện thoại di động, máy tính bảng hoặc một giao diện web

Hình 1.1 Smart house

Trong căn nhà thông minh, đồ dùng trong nhà từ phòng ngủ, phòng khách đến toilet đều gắn các bộ điều khiển điện tử có thể kết nối với Internet và điện thoại di động, cho phép chủ nhân điều khiển vật dụng từ xa hoặc lập trình cho thiết bị ở nhà hoạt động theo lịch Thêm vào đó, các đồ gia dụng có thể hiểu được ngôn ngữ của nhau và có khả năng tương tác với nhau

Hình 1.2 Hệ thống ánh sáng thông minh

Có nhiều thương hiệu cho nhà thông minh, tuy vậy chưa có chuẩn công nghiệp nào được đặt ra cho nó và do vậy thị trường nhà phân minh rất phân mảnh Các gói nhà thông minh hiện nay sử dụng các giao thức riêng cho từng công ty và không tương thích với nhau Các công ty cung cấp nhà thông minh hạn chế việc cài đặt độc lập của cá nhân bằng cách không cung cấp tài liệu chi tiết về sản phẩm và kiện các cá nhân ra tòa

Hình 1.3 Nhà thông minh điều khiển bằng giọng nói

Hình 1.4 Hệ thống an toàn nhà thông minh

1.1.2 Hệ thống điều khiển trong ngôi nhà thông minh

1.1.2.1 Hệ thống điều khiển cố định

Với hệ thống này, các thiết bị lắp đặt sẽ được lắp cố định tại nơi sử dụng, kể cả bộ điều khiển Người sử dụng có thể thiết lập bằng tay những chế độ liên quan đến thiết bị: hẹn giờ, điều chỉnh cường độ, thiết lập vắng nhà… Ngoài ra, các thiết bị cảm biến

tự động phát hiện và ra lệnh điều khiển như đã được lập trình từ trước

Hình 1.5 Hệ thống điều khiển nhà thông minh cố định

Ưu điểm của hệ thống này là thiết kế đơn giản, chi phí lắp đặt thấp, tiết kiệm năng lượng hơn hệ thống bình thường Với một hệ thống tự động có thể điều khiển không cần sự can thiệp của con người như vậy, hệ thống vẫn có thể đem lại cho người sử dụng một cảm giác thoải mái và đầy đủ tiện nghi Nhược điểm lớn nhất của hệ thống

là không thể điều khiển thiết bị chính trong nhà của mình ở bên ngoài

1.1.2.2 Hệ thống điều khiển từ xa

Hình 1.6 Hệ thống điều khiển nhà thông minh trên thiết bị di động

Với hệ thống này, các thiết bị được sử dụng sẽ được lắp cố định trong nhà, nhưng việc điều khiển thì có thể đi bất cứ đâu hoặc trọng hơn là đi đến một nơi khác mà không phải quan tâm đến chuyện mình đã tắt thiết bị ở nhà hay chưa

Việc điều khiển ấy thông qua các thiết bị chẳng hạn như: điện thoại, laptop, sẽ được kết nối với thiết bị ở nhà và chỉ cần một nút nhấn là có thể thay đổi hoạt động các hệ thống đang sử dụng

1.1.3 Một số thành phần cơ bản trong hệ thống ngôi nhà thông minh

4 Thành phần thiết yếu của nhà thông minh

Homematic cung cấp gồm các thành phần thiết yếu của một ngôi nhà thông minh, bao gồm:

- Bộ điều khiển trung tâm: đây là thiết bị đầu não của ngôi nhà thông minh, là nơi kết nối các thiết bị điện khác trong nhà vào cùng một hệ thống hoàn chỉnh cho phép bạn điều khiển, quản lý ngôi nhà qua smartphone tại bất cứ nơi đâu có internet Thiết

bị này cũng cho phép bạn phối ghép hoạt động của nhiều thiết bị khác nhau tạo thành các ngữ cảnh thông minh Bộ điều khiển trung tâm Broadlink RM Pro do Homematic cung cấp và phân phối độc quyền chính hàng, sản phẩm được bảo hành chính hãng

và được thiết kế phù hợp với trải nghiệm của người Việt Nam

- Các ổ cắm, công tắc điều khiển từ xa: đây là thiết bị không thể thiếu đối với giải pháp nhà thông minh không yêu cầu đi lại đường dây điện trong gia đình Chỉ cần thay thế các ổ cắm, công tắc thông minh thay cho loại truyền thống là bạn đã dễ dàng biến các thiết bị điện gia dụng trong nhà thành thiết bị thông minh Các ổ cắm, công tắc này được điều khiển từ xa bằng remote hoặc bằng smartphone

- Các loại công tắc cảm ứng: thiết bị cảm ứng có khả năng tự điều khiển hoạt động khi cảm ứng phát hiện dấu hiệu có nghĩa Các loại cảm ứng thường sử dụng trong nhà thông minh như cảm ứng chuyển động, cảm ứng ánh sáng, cảm ứng khói, cảm ứng kính vỡ, cảm ứng rung, cảm ứng nước tràn… Ứng dụng vào hệ thống đèn tại cầu thang, hành lang, các thiết bị an ninh gia đình

- Ứng dụng điều khiển trên điện thoại: ứng dụng nhà thông minh cài đặt trên smartphone hoặc tablet cho phép bạn dễ dàng quản lý ngôi nhà tại bất cứ nơi đâu

Các hệ thống phổ biến

Hệ thống điều khiển nhà thông minh cho phép người sử dụng có thể điều khiển một cách thuận tiện nhiều hệ thống khác nhau thông qua các thiết bị điều khiển Các

hệ thống phổ biến bao gồm:

+Hệ thống báo động nhà thông minh

+Hệ thống cảm ga, cảm biến khói nhà thông minh

+Hệ thống cảm biến cửa đóng-mở nhà thông minh

+Hệ thống cảm biến chuyển động nhà thông minh

+Hệ thống chiếu sáng nhà thông minh

+Hệ thống kéo rèm, mở cửa nhà thông minh

1.1.3.1 Hệ thống chiếu sáng thông minh

Hình 1.7 Hệ thống chiếu sáng thông minh

Thường được biết tới với cụm từ lighting control Khi điều khiển ánh sáng con người không cần phải di chuyển tới ổ công tắc để bật/tắt đèn thường xuyên, mang lại cho chủ nhân của ngôi nhà sự tiện nghi, một phong cách sống hiện đại Một vài lợi ích từ việc điều khiển ánh sáng có thể mang lại cho bạn:

– Điều khiển đèn từ mọi nơi ở trong nhà, thông qua điện thoại, ipad, màn hình cảm ứng

– Cài đặt chế độ chiếu sáng phù hợp với thời gian sinh hoạt của gia đình, hoặc theo nhiệt độ ánh sáng mặt trời, điều này giúp tiết kiệm tối đa điện năng

– Đèn cảm ứng hồng ngoại tự động bật khi có người đi vào vùng cảm ứng cũng như tự động tắt khi không có người

– Với hệ thống chiếu sáng ngoài trời, có thể điều khiển bóng đèn theo thời gian thiên văn, tự động bật lúc hoàng hôn

1.1.3.2 Kéo mở rèm cửa

Cuộc sống còn gì tuyệt vời hơn khi con người được đánh thức bằng ánh mặt trời tự nhiên khi rèm cửa tự động mở vào buổi sáng, hay khi có thể đóng/mở rèm chỉ bằng một nút bấm thông qua remote điều khiển từ xa

Hình 1.8 Hệ thống kéo mở rèm

1.1.3.3 Báo cháy, rò rỉ khí gas

Các cảm biến khói, nhiệt, khí gas được lắp đặt tại những vị trí nhạy cảm như nhà bếp, phòng tắm, nơi gần hệ thống lò sưởi,… và phải được kết nối với các thiết bị khác trong nhà Khi có nguy cơ cháy nổ, tín hiệu sẽ được truyền đi khắp hệ thống, đèn bật sáng, rèm cửa được kéo lên, còi báo cháy hú, điều này giúp bảo đảm an toàn cho những thành viên trong gia đình và ngôi nhà

Hình 1.9 Hệ thống báo cháy nhà thông minh

1.2 Các hệ thống nhà thông minh trong nước

1.2.1 Nhà thông minh BKAV thuộc tập đoàn công nghệ BKAV

Nhà thông minh BKAV là sản phẩm của tập đoàn công nghệ BKAV Ngay từ khi

ra mắt, Smarthome BKAV được tập trung vào phân khúc cao cấp trên thị trường, cạnh tranh trực tiếp với các sản phẩm smarthome đến từ nước ngoài với chi phí tương đương

Điều này cũng là thách thức không nhỏ với BKAV trong việc đưa nhà thông minh – smarthome đến gần hơn với người dùng Việt Nam

Bkav SmartHome là hệ thống Nhà thông minh hoàn chỉnh, có thể điều khiển và kiểm soát ngôi nhà thông qua một giao diện trực quan 3D trên smartphone hay tablet,

ở đó các thiết bị được mô phỏng giống như đang sử dụng thực tế Các hệ thống từ điều khiển ánh sáng, rèm mành, kiểm soát môi trường, an ninh, giải trí cho đến bình nóng lạnh… được phối hợp hoạt động theo các kịch bản ngữ cảnh thông minh, nhằm mang đến sự tiện nghi cao nhất cho người sử dụng Nhà thông minh Bkav SmartHome

sử dụng công nghệ truyền thông không dây ZigBee và Wifi nên việc lắp đặt thiết bị rất thuận tiện, đơn giản

Nếu nhà thông minh của Google chỉ ở dưới dạng các thiết bị đơn lẻ, hệ thống của Samsung có thể điều khiển theo các kịch bản đơn giản và khép kín trong sản phẩm của hãng, còn Apple HomeKit mới chỉ là một bộ phần mềm Đón đầu xu hướng, hơn

10 năm trước BKAV đã nghiên cứu, phát triển nhà thông minh BKAV SmartHome

đã tiến một bước trước các "đại gia" công nghệ trên thế giới với hệ thống nhà thông minh hoàn chỉnh, kết nối tất cả các thiết bị trong ngôi nhà, không chỉ điều khiển theo kịch bản mà còn có thể thiết kế các kịch bản ngữ cảnh thông minh dựa vào thói quen, thời điểm và mệnh lệnh trước đó của chủ nhà, điểu khiển trực quan với giao diện 3D

Hình 1.10 BKAV Smarthome

1.2.2 Nhà thông minh LUMI

Khác với BKAV, nhà thông minh Lumi tập trung mạnh vào phân khúc nhà thông minh trung và cao cấp trên thị trường Việt Nam

Ra mắt công tắc cảm ứng và giải pháp nhà thông minh ra thị trường đầu năm 2012, sau 4 năm xây dựng và phát triển, Lumi đã vươn lên trở thành nhà cung cấp sản phẩm công tắc điện cảm ứng, thiết bị điện thông minh và giải pháp nhà thông minh có thị phần lớn nhất trong phân khúc trung và cao cấp tại Việt Nam

Sơ lược về Lumi, đây là một công ty mới khởi nghiệp của Việt Nam, được thành lập vào năm 2012 bởi ba anh chàng kỹ sư của ĐH Bách Khoa Hà Nội và bắt đầu bán

ra sản phẩm từ mùa thu 2014 Hiện tại, Lumi đưa ra hai giải pháp cho ngôi nhà thông minh là Handy và Elite, cả hai về cơ bản là giống nhau chỉ khác ở chỗ Handy không

hỗ trợ điều khiển không dây qua smartphone/tablet còn Elite thì có Bộ giải pháp Handy và Elite có điều khiển đi kèm để người dùng sử dụng cho điều khiển các thiết

bị trong ngôi nhà bên cạnh các công tắc gắn tường Các sản phẩm phần cứng của Lumi đều được thiết kế và hoàn thiện lắp ráp tại Việt Nam

Hình 1.11 Nhà thông minh Lumi

Cả hai giải pháp của Lumi nhìn chung đều nhằm mang tới tiện ích cho việc điều khiển các thiết bị điện trong từng phòng và cả căn nhà như đèn điện, rèm cửa, quạt,

điều hòa hay bình nóng lạnh Giải pháp nhà thông minh Lumi bao gồm các công tắc gắn tường điều khiển qua cảm ứng, bộ điều khiển trung tâm để kết nối không dây tới smartphone/tablet cho điều khiển thiết bị Ngoài ra, người dùng có thể bật/tắt hay hẹn giờ các thiêt bị điện khi đang ở ngoài căn nhà thông qua smartphone/tablet

Ban đầu khi được giới thiệu về các bảng điều khiển cảm ứng gắn tường mình rất

ấn tượng với cách hoàn thiện và thiết kế của sản phẩm Những bảng điều khiển này được làm vuông hoặc hình chữ nhật tùy từng công tắc điều khiển rèm hay đèn, bề mặt được phủ một lớp kính cường lực dày 4mm tạo vẻ sang trọng cho sản phẩm đồng thời tăng khả năng chịu lực Người dùng sẽ thao tác với bảng điều khiển này qua cảm ứng điện dung rất nhạy, ngay cả khi bề mặt có nước, một vòng tròn có ánh sáng sẽ báo cho chúng ta biết vùng nhận tín hiệu từ ngón tay, phân biệt với những vùng còn lại trên bề mặt kính Vòng tròn này sẽ có ánh sáng đỏ khi đèn/rèm/quạt được bật và chuyển thành xanh dương khi các thiết bị tắt đi Ánh sáng xanh này được giải thích

sẽ cho cảm giác dịu mắt khi nhìn vào ban đêm (vì ban đêm các thiết bị đều tắt) Khi cham nhẹ vào các nút cảm ứng này, hệ thống sẽ nhận tín hiệu và gửi nó tới bộ điều khiển trung tâm Tiếng kêu nhẹ của rơ-le bên trong cho chúng ta biết hệ thống

đã nhận tín hiệu từ ngón tay chúng ta, mình muốn rằng Lumi sẽ có thêm âm thanh hay rung gì đó để cho người dùng biết khi chạm tay vào, như thế thì sẽ tự tin hơn và không cần quan sát khi bấm nút Ngoài công tắc bật/tắt thì Lumi còn có bảng điều khiển dạng chiết áp, tức nó là một vòng xoay cảm ứng, chúng ta rê ngón tay trên đó

để điều khiển cường độ sáng của bóng đèn Thiết bị điều khiển trung tâm là một thiết

bị tương đương một smartphone 5" có ăng-ten giao tiếp Zigbee, một cổng LAN để cho giao tiếp Wi-Fi và cổng sạc Nhờ có kết nối tới mạng LAN trong ngôi nhà mà chúng ta có thể sử dụng smartphone/tablet kết nối Wi-Fi để điều khiển bật/tắt các thiết bị điện

Lumi cũng phát triển các ứng dụng LumiHome dành cho hai nền tảng Android và iOS cho giải pháp nhà thông minh này Từ ứng dụng này, người dùng có thể bật/tắt hay hẹn giờ cho từng thiết bị điện Họ cũng có thể truy cập từ bên ngoài ngôi nhà để điều khiển, khi đang ở cơ quan mà muốn bật trước hệ thống điều hòa hay bình nóng

lạnh chẳng hạn Giao diện của ứng dụng được chia làm hai cột riêng biệt, một bên hiện danh sách các phòng, bên còn lại là danh sách các thiết bị điện như đèn, rèm Hiện tại, ứng dụng này chỉ hỗ trợ giao diện kiểu danh sách, trong tương lai thì Lumi cho biết họ sẽ phát triển giao diện 2D để giúp người dùng quan sát và điều khiển dễ hơn trong từng phòng, hoặc trong ngôi nhà của mình

1.2.3 Nhà thông minh ACIS

Ngoài 2 ông lớn Lumi và BKAV, Acis cũng là 1 thương hiệu nhà thông minh Việt Nam được biết đến như một đơn vị startup công nghệ thành công Ra đời với sự nghiên cứu tìm tòi của các cựu sinh viên Bách Khoa TP HCM, Acis tự hào là sản phẩm nhà thông minh thương hiệu Việt, có trụ sở tại TP HCM

Hình 1.12 Nhà thông minh ACIS Acis là đơn vị nghiên cứu và phát triển rất thành công giải pháp nhà thông minh Easy control, giải pháp smarthome không dây độc quyền Ông Nguyễn Thanh Đồng, giám đốc điều hành công ty CP công nghệ Acis Việt Nam, qua một cuộc phỏng vấn trên báo “Thanh niên” cho biết ông đã theo đuổi ý tưởng phát triển một giải pháp nhà thông minh Smarthome từ khi chưa tốt nghiệp đại học

ACIS là dự án công nghệ được thai nghén từ năm 2001 của một nhóm sinh viên trường Đại Học Bách Khoa TP.HCM với ý tưởng về một “Trung Tâm trí tuệ nhân tạo” để phục vụ đời sống dân sự Qua 7 năm nghiên cứu và hoàn thiện nền tảng hệ

thống Trung Tâm, năm 2009, nhóm nghiên cứu đã chuyển sang việc phát triển các sản phẩm giao tiếp với hệ thống Trung Tâm để tạo ra những sản phẩm thực tế, cung ứng ra thị trường

Nhờ tính đột phá và thực tiễn cao, Dự án được Chính Phủ hỗ trợ, được Khu Công Nghệ Cao Thành Phố Hồ Chí Minh (SHPT) tiếp nhận để trợ giúp thêm về công nghệ, vốn, trang thiết bị và mặt bằng để đẩy mạnh quá trình nghiên cứu, hoàn thiện và sản xuất thương mại

Năm 2012, Công ty Cổ Phần Công Nghệ ACIS được thành lập, thúc đẩy hoạt động thương mại các sản phẩm chính thức của công ty với dòng sản phẩm EASYCONTROL – một giải pháp hoàn hảo, tích hợp những công nghệ đột phá, giúp cho việc xây dựng một “ngôi nhà thông minh” trở nên vô cùng đơn giản với mức chi phí gần như bất cứ ai cũng có thể đầu tư

Giải pháp EASYCONTROL sử dụng 100% công nghệ do chính ACIS phát triển với cách thức thi công lắp đặt đơn giản, độ mở rộng không giới hạn và tương thích với hầu hết mọi thiết bị trên thị trường Sản phẩm này đã tạo nên một cuộc Cách mạng

về xu hướng Nhà Thông Minh tại TP Hồ Chí Minh Chỉ trong thời gian chưa đầy 1 năm triển khai, ACIS đã nhận được các phản hồi khá tích cực từ thị trường với hơn

100 công trình đã áp dụng

Điều khiển thiết bị sử dụng điện từ xa qua Smartphone, tablet, laptop có kết nối

hệ thống internet (wifi, 3G) là giao thức điều khiển thay thế cho điều khiển tắt/mở công tắc cảm ứng, remote thuận tiện nhất khi chủ nhà đi vắng Điều khiển từ xa qua Smartphone, tablet, laptop chính là tính năng nổi bật nhất trong hệ thống nhà thông minh Ví dụ: Đang làm việc tại công ty hay ở xa, chủ nhà có thể sử dụng thiết bị di động cá nhân để theo dõi căn nhà qua hệ thống camera hoặc kiểm tra trạng thái hoạt động của các thiết bị sử dụng và điều khiển tắt/mở thiết bị theo mong muốn Ngoài

ra chủ nhà cũng có thể sử dụng điện thoại để mở cửa trong trường hợp người thân quên chìa khóa để vào nhà

Giải pháp Nhà thông minh Easy Control dễ dàng thiết lập lịch trình cho các thiết

bị sử dụng điện hoạt động theo khung thời gian cố định, tức là hệ thống tự động điều

khiển ngôi nhà dựa vào thời gian biểu trong ngày, tuần, tháng hay thói quen sinh hoạt chủ nhà Ví dụ: con trẻ hay chơi ở nhà vào thứ 3,5,7 Chúng ta có thể đặt lịch trình để ngắt điện ổ cắm điện trong phòng để giúp con được an toàn hơn Các ổ cắm điện trong nhà bếp cũng có thể được đặt lịch trình mở trong khung thời gian làm bếp và tự động tắt khi không sử dụng giúp an toàn cho các thiết bị điện

Với ngữ cảnh “Tiếp khách” chỉ cần “một chạm” thì đèn chiếu sáng, rèm cửa tự động mở, máy lạnh mở, đèn trang trí mở, ánh sáng vàng ấm tạo không gian sang trọng

và gần gũi, tạo sự thân thiện Với ngữ cảnh “Đi ngủ”, ngay khi nằm trên giường, người sử dụng chỉ cần “một chạm” tại bảng điều khiển trên đầu giường thì các thiết

bị điện khác đang sử dụng ở tầng trệt, bếp, sân vườn, tivi sẽ “Ngắt” trong khi đèn ngủ

“Mở”, máy lạnh hoạt động theo nhiệt độ đã thiết lập, hệ thống phòng vệ, chống trộm được kích hoạt Với ngữ cảnh “Trời mưa” thì với “một chạm” giúp rèm cửa tự động kéo lại, giếng trời tự động đóng lại và “Ngắt” các thiết bị tưới cây…

Được đăng ký bảo hộ phát minh cũng như nắm nhiều bí quyết nên ông Đỗ Nguyễn Thành Đồng rất tự hào: “Trong nhiều hội nghị về công nghệ, khi tôi trình diễn sản phẩm ACIS Smart Home với các chuyên gia của Israeal hay Nhật Bản, họ cực kỳ ngạc nhiên vì không nghĩ người Việt lại có thể làm được Một chuyên gia của công

ty Hitachi còn nói rằng: “Tôi thấy sản phẩm của anh rất kinh khủng vì ở Nhật chúng tôi chưa làm đến mức này” Sản phẩm của ACIS được bảo hành đến 5 năm, 1 đổi 1

và đây là điều mà chúng tôi thách thức mọi sản phẩm khác trên toàn cầu”

Sau khi tìm hiểu về 3 giải pháp Nhà thông minh lớn trên cả nước, em nhận thấy rằng việc ứng dụng giọng nói vào điều khiển nhà thông minh chưa được phổ biến, nên em quyết định chọn đề tài « Thiết kế, chế tạo hệ thống điều khiển đèn của nhà thông minh sử dụng nhận dạng giọng nói »

CHƯƠNG 2: PHƯƠNG PHÁP VÀ NỘI DUNG NGHIÊN CỨU

2.1 Phương pháp nghiên cứu

Đề tài được nghiên cứu theo học tập, tiếp thu những nghiên cứu đã có, kết hợp và cải tiến để phù hợp với mục tiêu chuyên đề

-Thông qua thực tế, tìm hiểu nguyên lý hoạt động của hệ thống đèn chiếu sáng trong nhà thông minh, các phương pháp lắp đặt hệ thống một cách khoa học và thẩm

-Nghiên cứu các mô đun giọng nói có sẵn

Các bước thực hiện đề tài :

-Tìm hiểu nhà thông minh dùng giọng nói

-Tính chọn phần cứng và ráp mạch điện

-Viết chương trình Visual Studio dùng giọng nói

-Viết chương trình cho ESP 8266 điều khiển đèn

-Điều khiển đèn qua web server MQTT

-Viết chương trình Android Studio dùng giọng nói

-Viết chương trình Android Studio kết nối web server

-Thiết kế, thi công mô hình

-Vận hành và cải tiến

2.2 Nhận dạng giọng nói

Nhận diện giọng nói là gì?

Đây là một bộ máy hoặc hệ thống có khả năng nhận và dịch (hoặc hiểu và thực hiện) các lệnh thu được từ giọng nói con người Nhận dạng giọng nói gồm 2 thuật ngữ: Voice recognition và Speech recognition

- Voice recognition liên quan đến việc xác định giọng nói chính xác của một cá nhân nào đó, tương tự một phương pháp nhận diện sinh trắc học

- Speech recognition là việc xác định những từ ngữ trong câu nói rồi dịch chúng sang ngôn ngữ máy tính

Hình 2.1 Nhận dạng giọng nói của Google Assistant

Phần mềm nhận diện giọng nói hoạt động như thế nào?

Để chuyển giọng nói sang văn bản hoặc câu lệnh máy tính, hệ thống phải thực hiện một quá trình gồm nhiều bước phức tạp Khi nói, bạn sẽ tạo ra những rung động trong không khí Bộ chuyển đổi tín hiệu tương tự sang số (Analog-to-Digital Converter,

ADC) chuyển các sóng tương tự (analog) này thành dữ liệu mà máy tính có thể hiểu được

Để làm điều này, hệ thống thu thập các mẫu (hoặc số hóa) âm thanh bằng cách đo chính xác sóng âm ở các khoảng thời gian gần nhau, sau đó lọc âm thanh đã được số hoá để loại bỏ tiếng ồn, đôi khi tách chúng thành các dải tần số khác nhau Nó cũng

"bình thường hóa" hoặc tinh chỉnh âm thanh đến một mức âm lượng không thay đổi hoặc sắp xếp theo thời gian Không phải lúc nào con người cũng nói với tốc độ như nhau nên âm thanh phải được điều chỉnh cho phù hợp với tốc độ mà âm thanh mẫu được ghi nhận trong bộ nhớ máy

Tiếp theo, tín hiệu được chia thành nhiều phần nhỏ (thời gian khoảng vài phần trăm giây, thậm chí là phần ngàn giây trong trường hợp có phụ âm cuối khó phân biệt như "p" hoặc "t") Chương trình sau đó đặt những phần âm thanh này vào các âm vị

có sẵn trong ngôn ngữ thích hợp

Hình 2.2 Phần mềm nhận diện giọng nói hoạt động như thế nào?

Theo Wikipedia, âm vị là phân đoạn nhỏ nhất của âm thanh dùng để cấu tạo nên

sự phân biệt giữa các cách phát âm Do đó, âm vị là một nhóm các âm thanh với sự khác biệt tương đối nhỏ cùng đảm nhận một chức năng ý nghĩa tùy theo người nói và phương ngữ

Trong tiếng Anh có khoảng 40 âm vị khác nhau Ví dụ, mặc dù hầu hết người bản ngữ không nhận ra, trong đa số các ngôn ngữ, âm k trong mỗi từ được phát âm thực

sự khác biệt nhau Ví dụ k trong kit được ký âm [kʰ] và k trong skill được ký âm /k/ Trong một số ngôn ngữ, một ký tự đại diện cho một âm vị, nhưng trong một số ngôn ngữ khác như tiếng Anh, sự tương ứng này ít khi chính xác Ví dụ trong tiếng Anh

ký tự sh đại diện cho /ʃ/, trong khi k và c đều đại diện cho âm /k/ (trong kit và cat)

Nhận diện giọng nói được dùng để làm gì?

Nhận diện giọng nói được ứng dụng trong rất nhiều lĩnh vực trong cuộc sống Ta

có kể ra những lĩnh vực như soạn thảo văn bản bằng giọng nói, điều khiển các thiết

bị di động bằng giọng nói,…và đặc biệt à trí thông minh nhân tạo

Chuyển thành văn bản hoặc điều khiển máy là tác dụng phổ biến nhất của nhận diện giọng nói, tuy nhiên công nghệ này còn mang đến nhiều hứa hẹn cho người khuyết tật Một số ứng dụng như DriveSafe.ly có thể đọc tin nhắn đến và email cho những người khiếm thị, một số ứng dụng khác còn cho phép tìm kiếm hoặc nhắn tin bằng giọng nói (chuyển thành văn bản) dành cho người bị liệt

Nhận diện giọng nói còn được sử dụng rất nhiều trong lĩnh vực trí tuệ nhân tạo (Artificial Intelligence) Siri hay Google Assistant là những ví dụ điển hình

Google Assistant là hệ thống trợ lý cá nhân ảo được phát triển bởi Google, ra mắt

tháng 5/2016 Khác với Google Now, Google Assistant có thể tương tác, nói chuyện với người dùng

Hình 2.3 Google Assistant Assistant lần đầu xuất hiện rộng rãi trong ứng dụng nhắn tin Allo, sau đó là hệ thống loa thông minh Google Home Một thời gian sau khi xuất hiện độc quyền trên Pixel và Pixel XL, Assistant chính thức có mặt trên các thiết bị Android từ tháng 2/2017 bao gồm smartphone và đồng hồ Android Wear, 3 tháng sau thì xuất hiện trên iOS trong một ứng dụng độc lập

Bên cạnh việc công bố bộ công cụ phát triển phần mềm vào tháng 4, Assistant đã

và đang được mở rộng để hỗ trợ thêm nhiều thiết bị khác, bao gồm xe hơi và nhà thông minh Tính năng của Assistant cũng có thể mở rộng thông qua các ứng dụng từ bên thứ ba

Siri là trợ lý cá nhân được Apple ra mắt cùng iPhone 4s năm 2011 Nó được tích

hợp sâu vào hệ điều hành và phản hồi lại người dùng bằng giọng nói Bạn có thể ra lệnh cho Siri gọi điện, nhắn tin SMS, đặt lịch hẹn, báo thức hoặc trả lời câu hỏi theo thời gian thực từ internet

Hình 2.4 Siri trên iPhone Siri có thể học tập sở thích, phong cách, giọng nói để đưa ra thông tin phù hợp cho chủ nhân

Ưu và nhược điểm của công nghệ nhận diện giọng nói hiện nay

Ưu điểm:

- Khả năng truy cập: Với những người khuyết tật không thể dùng chuột hay bàn phím, họ có thể dùng giọng nói để hệ thống chuyển thành văn bản, giúp nhập liệu hay điều khiển một cách dễ dàng

- Kiểm tra chính tả: Có thể truy cập vào các công cụ chỉnh sửa tương tự một giải pháp xử lý văn bản chuẩn Tất nhiên, mọi thứ không thể chính xác 100% nhưng phần mềm có thể nhận diện và xử lý phần lớn lỗi chính tả, ngữ pháp

- Tốc độ nhanh: Phần mềm có thể nắm bắt giọng nói với tốc độ nhanh hơn so với khi nhập liệu bằng bàn phím, vì vậy tốc độ khi nhập liệu bằng giọng nói sẽ cải thiện đáng kể

Nhược điểm:

- Thiết lập và "dạy": Mặc dù chúng đều hứa hẹn có thể hoạt động sau vài phút thiết lập, nhưng thực sự quá trình ghi nhận, làm quen với giọng nói, âm điệu và tốc độ nói

của bạn có đôi chút phức tạp và tốn thời gian Một số phần mềm còn bắt bạn nói lại, thậm chí không thể nhận diện được bạn đang nói gì

- Chưa thực sự ổn định: Việc đang nói mà bị ngắt giữa chừng có thể khiến bạn "cụt hứng", đặc biệt nó có thể bối rối khi bạn lên xuống giọng hay bỗng dưng nói nhỏ lại

- Kho từ vựng hạn chế: Bạn phải sẵn sàng chấp nhận trường hợp phần mềm xử lý quá lâu vì những từ vừa nói không nằm trong từ điển của nó Đó là điều đang được cải tiến từng ngày từng giờ

2.3 Truyền và nhận dữ liệu qua mạng Internet

2.3.1 Các khái niệm cơ bản

Internet là gì?

Internet (phiên âm Tiếng VIệt: in-tơ-nét) là một hệ thống thông tin toàn cầu có thể được truy nhập công cộng gồm các mạng máy tính được liên kết với nhau Hệ thống này truyền thông tin theo kiểu nối chuyển gói dữ liệu (packet switching) dựa trên một giao thức liên mạng đã được chuẩn hóa (giao thức IP) Hệ thống này bao gồm hàng ngàn mạng máy tính nhỏ hơn của các doanh nghiệp, của các viện nghiên cứu và các trường đại học, của người dùng cá nhân và các chính phủ trên toàn cầu

Giao thức truyền thông là gì ?

Giao thức giao tiếp hay còn gọi là giao thức truyền thông, giao thức liên mạng, giao thức tương tác, giao thức trao đổi thông tin (tiếng Anh là communication protocol) - trong công nghệ thông tin gọi tắt là giao thức (protocol), tuy nhiên, tránh nhầm với giao thức trong các ngành khác - là một tập hợp các quy tắc chuẩn dành cho việc biểu diễn dữ liệu, phát tín hiệu, chứng thực và phát hiện lỗi dữ liệu - những việc cần thiết để gửi thông tin qua các kênh truyền thông, nhờ đó mà các máy tính (và các thiết bị) có thể kết nối và trao đổi thông tin với nhau Các giao thức truyền thông dành cho truyền thông tín hiệu số trong mạng máy tính có nhiều tính năng để đảm bảo việc trao đổi dữ liệu một cách đáng tin cậy qua một kênh truyền thông không

hoàn hảo Các giao thức có thể được thực hiện bằng phần cứng, phần mềm hoặc kết hợp cả hai

Có nhiều giao thức được sử dụng để giao tiếp hoặc truyền đạt thông tin trên Internet, dưới đây là một số các giao thức tiêu biểu:

+TCP (Transmission Control Protocol): thiết lập kết nối giữa các máy tính để truyền dữ liệu Nó chia nhỏ dữ liệu ra thành những gói (packet) và đảm bảo việc truyền dữ liệu thành công

+IP (Internet Protocol): định tuyến (route) các gói dữ liệu khi chúng được truyền qua Internet, đảm bảo dữ liệu sẽ đến đúng nơi cần nhận

+HTTP (HyperText Transfer Protocol): cho phép trao đổi thông tin (chủ yếu ở dạng siêu văn bản) qua Internet

+FTP (File Transfer Protocol): cho phép trao đổi tập tin qua Internet

+SMTP (Simple Mail Transfer Protocol): cho phép gởi các thông điệp thư điện tử (e-mail) qua Internet

+POP3 (Post Office Protocol, phiên bản 3): cho phép nhận các thông điệp thư điện

tử qua Internet

+MIME (Multipurpose Internet Mail Extension): một mở rộng của giao thức SMTP, cho phép gởi kèm các tập tin nhị phân, phim, nhạc, theo thư điện tử

+WAP (Wireless Application Protocol): cho phép trao đổi thông tin giữa các thiết

bị không dây, như điện thoại di động

2.3.2 Giới thiệu MQTT

MQTT là gì?

MQTT (Message Queuing Telemetry Transport) là một giao thức gởi dạng publish/subscribe sử dụng cho các thiết bị [Internet of Things](/tags/IoT) với băng thông thấp, độ tin cậy cao và khả năng được sử dụng trong mạng lưới không ổn định Bởi vì giao thức này sử dụng băng thông thấp trong môi trường có độ trễ cao nên

nó là một giao thức lý tưởng cho các ứng dụng M2M

MQTT cũng là giao thức sử dụng trong Facebook Messager

Hình 2.5 Kiến trúc mức cao (high-level) của MQTT

Và MQTT là gì? Để có một cái nhìn toàn diện hoặc định nghĩa chi tiết, chỉ cần google "what is mqtt", "mqtt slides" Trong bài viết này chúng ta chỉ nói ngắn gọn thôi, đủ để hiểu giao thức MQTT, bao gồm các định nghĩa "subscribe", "publish",

"qos", "retain", "last will and testament (lwt)" - Và chỉ dành cho những ai đang muốn tìm hiểu về MQTT, không thì đọc toàn chữ thôi, mỏi mắt lắm

Hình 2.6 OpenSource MQTT broker

Publish, subscribe

Trong một hệ thống sử dụng giao thức MQTT, nhiều node trạm (gọi là mqtt client

- gọi tắt là client) kết nối tới một MQTT server (gọi là broker) Mỗi client sẽ đăng ký một vài kênh (topic), ví dụ như "/client1/channel1", "/client1/channel2" Quá trình đăng ký này gọi là "subscribe", giống như chúng ta đăng ký nhận tin trên một kênh Youtube vậy Mỗi client sẽ nhận được dữ liệu khi bất kỳ trạm nào khác gởi dữ liệu

và kênh đã đăng ký Khi một client gởi dữ liệu tới kênh đó, gọi là "publish"

Message

Trong giao thức MQTT, message còn được gọi là "message payload", có định dạng mặc định là plain-text (chữ viết người đọc được), tuy nhiên người sử dụng có thể cấu hình thành các định dạng khác

Topic

Topic có thể coi như một "đường truyền" logic giữa 2 điểm là publisher và subscriber Về cơ bản, khi message được publish vào một topic thì tất cả những subscriber của topic đó sẽ nhận được message này

Giao thức MQTT cho phép khai báo các topic kiểu phân cấp

Giả sử chúng ta có một hệ thống cảm biến đo thông tin môi trường trong ngôi nhà của chúng ta Một ngôi nhà thường sẽ có nhiều phòng và mỗi phòng lại có bộ cảm biến môi trường riêng

Mô hình chung kết nối

Chúng ta sẽ sử dụng MQTT lập trình cho 1 server MQTT nằm ngoài Internet máy chủ này sẽ tiếp nhận mọi yêu cầu từ Socket Client và sẽ là môi giới liên lạc giữa các Socket Client Các Socket Client có thể là mạch ESP8266 hay là người sử dụng trình duyệt web (trên điện thoại di động thông minh hoặc từ máy tính điện tử)

Hình 2.7 Mô hình chung kết nối Theo như mô hình trên:

 Socket Server nằm ở tầng cao nhất gọi là tầng Server

 ESP8266 và Trình duyệt Web nằm ở tầng thứ 2 gọi là tầng Client

 Mỗi tầng chỉ có thể liên lạc với tầng kế tiếp hoặc bên dưới nó

Như vậy, chỉ cần xây dựng các phần mô hình giao tiếp ổn định giữa các tầng là chúng ta đã có ngay mô hình Cụ thể, chúng ta sẽ xây dựng phương thức MQTT giao tiếp giữa các tầng Để giao tiếp giữa tầng 2 tầng, chúng ta sử dụng kết nối Internet thông ua các gói dữ liệu được đóng gói theo chuẩn MQTT.

Đăng ký tài khoản

Truy cập https://www.cloudmqtt.com/ để đăng ký tài khoản của giao thức MQTT.

Hình 2.8 Giao diện trang web

Hình 2.9 Chọn Sign-up

Ta chọn Sign-up sau đó chúng ta tạo ra một tài khoản bằng tài khản Google và tiến hành xác nhận qua Email

Sau khi đã có tài khoản, chúng ta tiến hành đăng nhập

Hình 2.10 Giao diện khi đã đăng nhập

Ta tiến hành tạo một Instance mới Bấm nút Create New Instance

Sau khi điều chỉnh thông tin phù hợp chọn tiếp Create New Instance

Sau khi tạo thành công, ta bấm chọn vào Instance vừa mới tạo, ta có thể xem toàn

bộ thông tin của Instance mới tạo Giao diện như hình

Hình 2.11 Thông tin Instance

2.3 Yêu cầu hệ thống

2.3.1 Yêu cầu phần cứng

Phần cứng trong mô hình ngôi nhà thông minh sử của chúng ta có những yêu cầu

về điều chuyển như sau: phải điều khiển được 3 hệ thống đèn led và một quạt điện 5V

Phần cứng là phần thô bên ngoài, mô hình hoạt động chính xác thì phần cứng phải chính xác, các phần lắp đặt đường điện được bố trí đèn phải tuân thủ yêu cầu về độ bền, tính thẩm mỹ và tính an toàn

- Đảm bảo mô hình vững chắc trong quá trình thiết bị hoạt động, các thiết bị

được kết nối cố định không chập chờn khi hoạt động

- Đảm bảo an toàn, không gây tai nạn cho người sử dụng

- Tháo lắp dễ dàng, thuận lợi cho việc sửa chữa và bảo trì mô hình và thiết bị -Nhỏ gọn, không quá nhiều chi tiết phụ, đảm bảo kết cấu thẩm mỹ và hợp với tên gọi là mô hình

-Mạch điều khiển hoạt động ổn định, đảm bảo luôn hoạt động ở mức độ vừa phải, không hoạt động quá công suất tối đa của mạch

-Các kết nối dây điện phải đảm bảo chắc chắn và được bọc cẩn thận, tránh trường hợp bị ảnh hưởng do tác động môi trường

-Nguồn điện còn được kết nối chính xác và an toàn, không gây chập mạch trong quá trình sử dụng

2.3.2 Yêu cầu phần mềm

Yêu cầu về phần mềm tải đảm bảo được các yâu cầu sau:

+Có Module nhận dạng giọng nói tiếng Anh

+Hiển thị được kết quả nhận dạng giọng nói dưới dạng chữ

+Có thể kết nối Internet và MQTT

+Có thể điều khiển và hệ thống đèn và một quạt thông qua nút nhấn

+Có phần audio phản hồi

2.4 Phương án thiết kế phần mềm

2.4.1 Sử dụng trí thông minh nhân tạo Cortana

Hình 2.12 Trí thông minh nhân tạo Cortana Cortana là một trợ lý cá nhân thông minh được tạo bởi Microsoft cho Windows

10, Windows 10 Mobile, Windows Phone 8.1 (thay thế cho Bing Mobile), Microsoft Band, Xbox One, iOS, Android Windows Mixed Reality, và sắp tới là Amazon Alexa

Cortana có thể đặt lời nhắc, nhận dạng giọng nói tự nhiên mà không cần nhập bàn phím, và trả lời các câu hỏi sử dụng thông tin từ máy tìm kiếm Bing

Cortana hiện tại có các phiên bản bằng các thứ tiếng: Anh, Bồ Đào Nha, Pháp, Đức, Ý, Tây Ban Nha, Trung Quốc và Nhật Bản, tùy thuộc vào nền tảng phần mềm

và khu vực sử dụng (xem phần vùng và ngôn ngữ để biết chi tiết) Cortana cạnh tranh chủ yếu với các trợ lý khác như Siri của Apple, Google Now của Google và Alexa của Amazon

Lịch sử

Cortana được giới thiệu lần đầu tại Hội nghị Nhà phát triển Microsoft BUILD (2–

4 tháng 4 năm 2014) tại San Francisco Phần mềm này là một nhân tố chính trong kế hoạch "làm mới của Microsoft cho các hệ điều hành Windows Phone và Windows trong tương lai