Tài liệu Thiết kế và xây dựng bàn thông minh

1 TRƯỜNG ĐẠI HỌC LẠC HỒNG KHOA CÔNG NGHỆ THÔNG TIN ----- ----- BÁO CÁO NGHIÊN CỨU KHOA HỌC ĐỀ TÀI: THIẾT KẾ VÀ XÂY DỰNG BÀN THÔNG MINH NGUYỄN CƯỜNG THỊNH TRƯỜNG ĐẠI HỌC LẠC HỒNG KHOA CÔNG NGHỆ THÔNG TIN ----- ----- BÁO CÁO NGHIÊN CỨU KHOA HỌC ĐỀ TÀI: THIẾT KẾ VÀ XÂY DỰNG BÀN THÔNG MINH Sinh viên thực hiện: NGUYỄN CƯỜNG THỊNH Giảng viên hướng dẫn: Th.S Nguyễn Minh Sơn 3 Lời cảm ơn Em xin gửi lời cảm ơn chân thành và sự tri ân sâu sắc đối với các thầy cô của trường Đại học Lạc Hồng, đặc biệt là các thầy cô khoa công nghệ thông tin của trường đã tạo điều kiện cho em thực tập ở khoa để có nhiều thời gian cho khóa luận tốt nghiệp. Và em cũng xin chân thành cám ơn thầy Nguyễn Minh Sơn đã nhiệt tình hướng dẫn hướng dẫn em hoàn thành tốt khóa thực tập. Trong quá trình thực tập, cũng như là trong quá trình làm bài báo cáo thực tập, khó tránh khỏi sai sót, rất mong các thầy, cô bỏ qua. Đồng thời do trình độ lý luận cũng như kinh nghiệm thực tiễn còn hạn chế nên bài báo cáo không thể tránh khỏi những thiếu sót, em rất mong nhận được ý kiến đóng góp thầy, cô để em học thêm được nhiều kinh nghiệm và sẽ hoàn thành tốt hơn bài báo cáo tốt nghiệp sắp tới. Em xin chân thành cảm ơn! Biên Hòa, tháng 11, năm 2018 Sinh viên thực hiện Nguyễn Cường Thịnh MỤC LỤC PHẦN MỞ ĐẦU .........................................................................................................6 1. LÝ DO CHỌN ĐỀ TÀI .............................................................................................6 2. TÌM HIỂU ĐỀ TÀI ...................................................................................................6 2.1. Trên thế giới .................................................................................................6 2.2. Trong nước ...................................................................................................7 3. MỤC TIÊU CỦA ĐỀ TÀI ..........................................................................................8 4. ĐỐI TƯỢNG VÀ PHẠM VI NGHIÊN CỨU .................................................................8 6. NHỮNG ĐÓNG GÓP MỚI CỦA ĐỀ TÀI VÀ NHỮNG VẤN ĐỀCHƯA THỰC HIỆN ĐƯỢC 8 7. KẾT CẤU ĐỀ TÀI ...................................................................................................9 CHƯƠNG 1:TỔNG QUAN VỀ BÀN THÔNG MINH ...........................................10 1.1. PHÂN TÍCH CHỨC NĂNG CHÍNH BÀN THÔNG MINH ..........................................10 1.2. LỰA CHỌN GIẢI PHÁP ......................................................................................10 1.2.1. Giải pháp công nghệ................................................................................11 1.2.2. Giải pháp thiết kế ....................................................................................12 1.2.3. Thiết kế và xây dựng sản phẩm...............................................................13 CHƯƠNG 2:THIẾT KẾ VÀ XÂY DỰNG PHẦN CỨNG ......................................14 2.1. CÁC LINH KIỆN ĐIỆN TỬ, CÔNG CỤ ĐƯỢC SỬ DỤNG TRONG ĐỀ TÀI: ................14 2.2. ĐỘNG CƠ .........................................................................................................14 2.3. KHUNG BÀN ....................................................................................................15 2.4. MẶT BÀN.........................................................................................................16 CHƯƠNG 3:THIẾT KẾ VÀ XÂY DỰNG PHẦN MỀM ........................................17 3.1. PHÂN TÍCH CÁC CHỨC NĂNG VÀ XÂY DỰNG MÔ HÌNH ....................................17 3.1.1. Bảng phân tích chức năng .......................................................................17 3.1.2. Luồng dữ liệu của hệ thống .....................................................................17 3.1.3. Mô hình hệ thống ....................................................................................18 3.1.4. Sơ đồ thuật toán sử lý ..............................................................................19 3.2. XÂY DỰNG PHẦN MỀM. ...................................................................................19 3.2.1. Xây dựng phương thức kết nối các thành phần ......................................19 3.2.2. Phần xử lý trung tâm của hệ thống .........................................................23 3.2.3. Chương trình điều khiển động cơ sử dụng Adruino ...............................26 5 3.2.4. Xây dựng giao diện chương trình điều khiển “Bàn thông minh” trên thiết bị di động sử dụng Android Studio ...................................................................27 CHƯƠNG 4:THỬ NGHIỆM ĐÁNH GIÁ KẾT QUẢ .............................................29 4.1. MÔI TRƯỜNG THỬ NGHIỆM: .......................................................................29 4.2. ĐỐI TƯỢNG THỬ NGHIỆM: ..........................................................................29 KẾT LUẬN ...............................................................................................................31 TÀI LIỆU THAM KHẢO:........................................................................................32 PHỤ LỤC: .................................................................................................................33 MỤC LỤC BẢNG .Bảng 1-1:Bảng so sánh thời gian trung bình và độ phức tạp của bộ nhớ để phát hiện khuôn mặt trên FDDB .......................................................................................12 Bảng 4-1: So sánh độ chính xác khi thử nghiệm nhận dạng gương mặt trên camera Pi và camera IP Dahua C35p ....................................................................................29 Bảng 4-2: Bảng thử nghiệm điều khiển chiều cao động cơ .....................................30 DANH MỤC HÌNH Hình 0-1: Kinectic Desk M1 ......................................................................................6 Hình 0-2: LIAN LI DK-04 .........................................................................................7 Hình 0-3: Smartdesk ..................................................................................................7 Hình 1-1: Hệ thống gửi xe thông minh ....................................................................11 Hình 1-2: Tiêu chuẩn BS EN 1729 ..........................................................................13 Hình 2-1: Xy lanh điện DTL ....................................................................................15 Hình 2-2: Khung bàn ................................................................................................15 Hình 2-3: Thi công khung bàn.. ...............................................................................16 Hình 2-4: Thi công mặt bàn. ....................................................................................16 Hình 3-1: Bảng phân tích chức năng........................................................................17 Hình 3-2: Sơ đồ luồng dữ liệu ..................................................................................18 Hình 3-3: Mô hình hệ thống .....................................................................................18 Hình 3-4: Thiết lập giao tiếp trên Raspberry ...........................................................20 Hình 3-5: Board Adruino .........................................................................................26 Hình 3-6: Giao diện chính phần mềm điều khiển ....................................................27 Hình 3-7: Giao diện config phần mềm điều khiển ...................................................28 PHẦN MỞ ĐẦU 1. Lý do chọn đề tài Như chúng ta biết rằng ở lứa tuổi học sinh lớn rất nhanh theo từng năm, và tầm vóc của mỗi người khác nhau dẫn đến những chiếc bàn học, làm việc có chiều cao cố định không phải sự lựa chọn khả thi. Vì vậy một số mẩu bàn có thể điều chỉnh được độ cao ra đời. Với các mẫu bàn thông thường trên thị trường. Họ thường có các lỗ chặn và chúng ta kéo bàn lên rồi vặn vít lại đúng chiều cao mong muốn. Ngày nay với sự bùng nổ của các ngành công nghệ thông tin, điện tử v.v đã làm cho đời sống của con người ngày càng hoàn thiện hơn.Các thiết bị tự động ngày càng xâm lấn cuộc sống sinh hoạt hằng ngày của mỗi người. Từ thực tế đặt ra một chiếc bàn thông minh có thể tự động điều chỉnh độ cao theo mong muốn là một điều cần thiết. Là một sinh viên khoa Công nghệ thông tin của trường Đại học Lạc hồng, với những kiến thức đã học cùng với mong muốn thiết kế một chiếc bàn tự động đáp ứng được nhu cầu sinh hoạt hằng ngày, em đã chọn “Bàn thông minh” làm đề tài cho thực tập tốt nghiệp của mình. Trong quá trình thực hiện báo cáo của mình, em đã cố gắng hết sức để hoàn thiện một cách tốt nhất. Nhưng với kiến thức và sự hiểu biết có hạn nên sẽ không tránh khỏi những thiết sót mong các thầy cô và các bạn đóng góp ý kiến cho đề tài của em có thể hoàn thiện hơn. 2. Tìm hiểu đề tài Trong xã hội hiện đại ngày nay và đặc biệt là ngành công nghiệp 4.0 với xu hướng IoT trên toàn thế giới đang ngày một phát triển, có rất nhiều sản phẩm thông minh ra đời nhằm phục vụ đời sống sinh hoạt hằng ngày của con người và một trong số những sản phẩm đó chính là bàn thông minh. 2.1. Trên thế giới  Kinectic Desk M1 [1] của hãng Stir là chiếc bàn làm việc thông minh có thể hiểu được lịch làm việc thường nhật của người dùng, đưa ra lời nhắc khi nào người dùng nên đứng hoặc ngồi làm việc để bảo vệ sức khỏe của họ. Cùng với những lời nhắc, nó sẽ tự động nâng/hạ chiều cao bằng mô tơ tích hợp bên dưới chân bàn. Đây là một trong những thiết bị được phát triển với mục tiêu dùng công nghệ để giúp con người tăng Hình 0-1: Kinectic Desk M1 7 cường vận động vật lý, hạn chế những ảnh hưởng xấu đối với sức khỏe của thói quen ngồi thụ động một chỗ trong thời gian dài .Hiện tại, Kinectic Desk M1 đang được bán với giá 2990 $.  LIAN LI DK-04 [2] Có thể nói DK-04 là thiết kế vừa bàn làm việc kết hợp với case máy tính, phù hợp với người dùng ưa chuộng sự gọn gàng và hiện đại. Với việc có thể nâng lên hạ xuống giúp DK-04 điều chỉnh tư thế ngồi thuận lợi nhất cho người dùng có thể làm việc lâu dài và chơi game thời gian lâu. Bên cạnh đó còn có một số cổng kết nối âm thanh, 3 cổng USB 3.0, các nút chỉnh màu RGB, và nút nguồn/reset dành cho hệ thống máy tính Hình 0-2: LIAN LI DK-04 tích hợp vào bàn. Bên trong DK-04 được hỗ trợ để có đủ các thành phần để tạo nên một chiếc PC mạnh mẽ, bao gồm bộ vi xử lý, ổ cứng, RAM, card đồ họa cũng như bộ phận quạt tản nhiệt. Hiện tại, LIAN LI DK-04 đang được bán với giá khoản 1500$. 2.2. Trong nước  Smartdesk [3] là một loại bàn thông minh được thiết kế bởi một nhóm Startup người Việt có tên là Atonomous, bàn sử dụng động cơ điện điều khiển tự động với bảng điều khiển thông minh. Tích hợp trí thông minh nhân tạo (AI) để điều khiển các chức năng của bàn như điều khiển nhạc, độ cao, nhiệt độ phòng...Hiện tai Smartdesk đang được bán với giá dao động từ 9 đến 12 triệu. Hình 0-3:Smartdesk  Azcorner [4] là một thương hiệu tiên phong của Việt Nam trong việc mang đến các giải pháp văn phòng thông minh. bàn thông minh Azcorner có khả năng tăng giảm chiều cao, là giải pháp bảo vệ cột sống và mắt cho người dùng, hỗ trợ tư thế ngồi học tập và làm việc thoải mái nhất. Hiện tại Azcorner đang được bán với giá dao động từ 9 đến 11 triệu. Qua việc tìm hiểu tình hình trong và ngoài nước, tác giả nhận thấy rằng đa số các loại bàn chỉ dừng lại ở việc tự động nâng hoặc hạ chiều cao và chưa thật sự thông minh trong việc giao tiếp, hiểu được người dùng. Là một sinh viên khoa Công nghệ thông tin của trường Đại học Lạc hồng, với những kiến thức đã học tác giả mong muốn thiết kế một chiếc bàn tự động đáp ứng được nhu cầu thay đổi chiều cao theo ý muốn của người dùng, có khả năng nhận dạng, điều chỉnh ánh sáng phù hợp và cảnh báo khi người dùng ngồi làm việc quá lâu. Để hiểu rõ hơn về bàn thông minh, tác giả xin trình bày ở phần sau. 3. Mục tiêu của đề tài Đề tài được thực hiện với mục tiêu tham khảm những mẩu thiết kế hiện có, đánh giá và rút ra chức năng chính, từ đó thiết kế và xây dựng “Bàn thông minh” của mình. Nội dung chi tiết gồm: - Phát hiện có người đang làm việc. - Xác định ai đang làm việc trước bàn. - Tự động điều chỉnh độ cao và ánh sáng phù hợp. - Có chức năng lênh lịch nhắc nhở. 4. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu Đối tượng nghiên cứu - Thiết kế và xây dựng một chiếc bàn thông minh phục vụ cho nhu cầu học tập và làm việc. Phạm vi nghiên cứu - Tham khảo những mẩu hiện có từ đó đánh giá và rút ra chức năng chính “Bàn thông minh” của mình. - Thiết kế và xây dựng bàn thông minh. 5. Phương pháp nghiên cứu - Tìm hiểu những mẩu bàn hiện có. - Thu thập tài liệu có liên quan đến đề tài. - Ứng dụng kiến thức về sử lý ảnh đã được học. 6. Những đóng góp mới của đề tài và những vấn đề chưa thực hiện được Những đóng góp mới - Nhập giá trị chiều cao bằng tay. - Thêm chức năng điều khiển ánh sáng. Những vấn đề chưa thực hiện được - Chiều cao bàn thay đổi có độ trễ cao. - Chưa có chức năng điều khiển ánh sáng 9 7. Kết cấu đề tài Báo cáo được chia làm ba phần: Phần mở đầu, phần nội dung và phần kết luận. Phần mở đầu: Nêu lý do chọn đề tài, tìm hiểu về một số mẩu bàn thông minh hiện có trên thị trường, mục tiêu nghiên cứu đề tài, đối tượng, phạm vi, phương pháp nghiên cứu cũng như những đóng góp mới của đề tài. Phần nội dung chính: gồm 4 chương: Chương 1: Giới thiệu về bàn thông minh Trong chương này tác giả sẽ trình bày các chức năng của bàn thông minh, đưa ra lựa chọn giải pháp thiết kế. Chương 2: Thiết kế và xây dựng phần cứng. Trong chương này tác giả giới thiệu, phân tích hệ thống và lựa chọn phần cứng đáp ứng đề tài. Hệ thống phần cứng dựa trên các khảo sát, phân tích trên thị trường. Chương 3: Thiết kế và xây dựng phần mềm Trong chương này tác giả tiến hành thiết kế và xây dựng phần mềm của “Bàn thông minh”. Chương 4: Thử nghiệm đánh giá kết quả Chạy thử nghiệm bản demo “Bàn thông minh” và đánh giá kết quả đạt được. Phần kết luận: Đưa ra những kết luận và kiến nghị về chiếc bàn thông minh đã xây dựng. Chương 1: TỔNG QUAN VỀ BÀN THÔNG MINH Qua việc tìm hiểu tình hình trong và ngoài nước, tác giả nhận thấy rằng đa số các loại bàn chỉ dừng lại ở việc tự động nâng hoặc hạ chiều cao và chưa thật sự thông minh trong việc giao tiếp, hiểu được người dùng. Là một sinh viên khoa Công nghệ thông tin của trường Đại học Lạc hồng, với những kiến thức đã học tác giả mong muốn thiết kế một chiếc bàn tự động đáp ứng được nhu cầu thay đổi chiều cao theo ý muốn của người dùng, có khả năng nhận dạng, điều chỉnh ánh sáng phù hợp và cảnh báo khi người dùng ngồi làm việc quá lâu. Để hiểu rõ hơn về bàn thông minh, tác giả xin trình bày ở phần sau. 1.1. Phân tích chức năng chính bàn thông minh Bàn là một vật dụng không thể thiếu trong đời sống hằng ngày của con người, có rất nhiều loại bàn, từ bàn cố định, bàn xếp cho đến các loại bàn được tích hợp chung với ghế...Và chức năng cơ bản của một cái bàn là để giúp người dùng có thể làm việc, học tập, ăn uống, để những vật dụng trong gia đình… Theo thống kê của Tổ chức Y tế Thế giới (WHO) về bệnh nghề nghiệp đối với người lao động bao gồm: thương tích, mất thính lực, ung thư phổi, trầm cảm, đau lưng...trong đó bệnh đau lưng chiếm tỉ lệ cao nhất 37% so với các bệnh còn lại. Nguyên nhân của bệnh đau lưng thường do người lao động ngồi quá lâu một chỗ, ngồi sai tư thế, khiêng vật quá nặng, tai nạn…Qua đó có thể thấy tầm quan trọng của việc ngồi đúng tư thế trong khi làm việc và một chiếc bàn thông minh có thể giải quyết vấn đề này. [5] Có thể thấy các loại bàn phổ thông hiện nay vẫn còn một số hạn chế, tồn đọng như: kích thước không phù hợp với mọi đối tượng sử dụng, không thể giao tiếp được với người dùng, không thể tự điều chỉnh độ cao theo ý muốn của người dùng, không tạo cảm giác thoải mái khi ngồi vào bàn làm việc. Từ những mặt còn hạn chế trên, tác giả mong muốn cải thiện tốt hơn, giúp cho một cái bàn trở nên thông minh hơn và thân thiện với người dùng bằng việc xây dựng bàn thông minh với những chức năng như sau:  Phát hiện được người dùng đang làm việc tại bàn.  Tự động điều chỉnh độ cao và ánh sáng phù hợp.  Xác định chiều cao của người dùng khi đang ngồi làm việc và tự động điều chỉnh sao cho phù hợp.  Phát ra thông báo cho người dùng khi ngồi làm việc quá lâu có thể ảnh hưởng không tốt đến sức khỏe. 1.2. Lựa chọn giải pháp 11 Trong đề tài, tác giả áp dụng các giải pháp bao gồm công nghệ và thiết kế trong việc xây dựng bàn thông minh 1.2.1. Giải pháp công nghệ Công nghệ xử lý ảnh và thị giác máy tính là một trong số những lĩnh vực được phát triển và ứng dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực, mà chủ yếu là lĩnh vực công nghệ thông tin. Một số ứng dụng về xử lý ảnh đã được triển khai và đưa vào thực tiễn như: hệ thống nhận dạng biển số xe ở các bãi giữ xe, hệ thống nhận dạng vân tay chấm công, hệ thống cửa nhận diện khuôn mặt.... Hình 1-1: Hệ thống gửi xe thông minh [6] Để hiểu rõ hơn về phần công nghệ, tác giả xin giới thiệu về thư viện OpenCV, thuật toán Viola-Jones, Arduino và Raspberry Pi. Time GFLOPS FPS Memory consumption (GB) Viola-Jones 0.6 60.0 0.1 HeadHunter DPM 5.0 1 2.0 SSD 45.8 13.3 0.7 Faster R-CNN 223.9 5.8 2.1 Detector R-FCN 50 132.1 6.0 2.4 R-FCN 101 186.6 4.7 3.1 PVANET 40.1 9.0 2.6 Local RCNN 1206.8 0.5 2.1 Yolo 9000 34.90 19.2 2.1 .Bảng 1-1:Bảng so sánh thời gian trung bình và độ phức tạp của bộ nhớ để phát hiện khuôn mặt trên FDDB Qua bảng so sánh trên, tác giả nhận thấy rằng thuật toán Viola-Jones có khả năng phù hợp với thời gian thực hơn so với các thuật toán khác. [7] OpenCV (Open Source Computer Vision) là một thư viện mã nguồn mở chuyên dùng để xử lý các vấn đề liên quan đến thị giác máy tính. OpenCV được thiết kế một cách tối ưu, sử dụng tối đa sức mạnh của các dòng chip đa lõi... để thực hiện các phép tính toán trong thời gian thực, nghĩa là tốc độ.Vì là một thư viện mã nguồn mở nên có thể sử dụng thư viện OpenCV này một cách miễn phí, vì vậy OpenCV thích hợp trong việc giải quyết các vấn đề phát hiện có người và nhận dạng người dùng khi ngồi làm việc.  Arduino là một bo mạch xử lý được dùng để lập trình tương tác với các thiết bị phần cứng như cảm biến, động cơ,... Điểm hay ở Arduino là ngôn ngữ dễ học, các ngoại vi trên bo mạch đều đã được chuẩn hóa, nên không cần biết nhiều về điện tử, thêm nữa vì là một platform đã được chuẩn hóa, nên đã có rất nhiều các bo mạch mở rộng, rất thích hợp trong việc điều khiển các thành phần cơ khí của bàn.  Raspberry Pi Model 3B v1.2 là một máy tính nhúng, nhỏ gọn thường được dùng để chế tạo ra các sản phẩm IoT, được tác giả sử dụng làm bộ xử lý trung tâm, giải quyết vấn đề sử dụng các thuật toán nhận dạng và điều khiển chức năng cho bàn. 1.2.2. Giải pháp thiết kế Việc lựa chọn giải pháp thường phải xem xét trên nhiều phương diện, để xây dựng bàn thông minh tác giả không cần một bộ xử lý mạnh nhưng cần nhỏ gọn 13 nên giải pháp mà tác giả đưa ra là sử dụng máy tính nhúng Raspberry Pi trong việc xử lý kết hợp với Arduino để điều khiển phần cơ khí của bàn. Thiết kế một chiếc bàn thông minh ngoài việc đáp ứng được nhu cầu cơ bản của người dùng như làm việc, học tập...thì bên cạnh đó còn phải đem lại sự thoải mái cho người dùng trong việc tự động nâng hoặc hạ độ cao của bàn theo ý muốn, có tính thẩm mỹ cao trong việc tích hợp và tinh gọn các thiết bị, và một chiếc bàn thân thiện có thể giao tiếp, nhận dạng được người dùng. Qua phần này, tác giả đã giới thiệu tổng quan về bàn thông minh, một số chức năng chính cũng như việc lựa chọn các giải pháp sao cho phù hợp với đề tài. Trong phần tiếp theo, tác giả sẽ trình bày phần thiết kế, xây dựng phần cứng và một số thiết bị có liên quan trong việc xây dựng bàn thông minh. 1.2.3. Thiết kế và xây dựng sản phẩm Việc thiết kế và xây dựng phần cứng của bàn được tác giả dựa theo tiêu chuẩn nội thất giáo dục của Anh và Châu Âu BS EN 1729. Tiêu chuẩn BS EN 1729 quy định một loạt các kích cỡ cho phép người học ngồi ngồi trên ghế và ở bàn sao cho hợp lý, đảm bảo được việc giảng dạy của giảng viên cũng như giúp người học có được tư thế ngồi tốt nhất và tránh được nguy cơ bị đau lưng. [8] Hình 1-2: Tiêu chuẩn BS EN 1729 Chương 2: THIẾT KẾ VÀ XÂY DỰNG PHẦN CỨNG Trong chương này tác giả giới thiệu một số linh kiện phần cứng được được sử dụng đáp ứng đề tài. Hệ thống phần cứng dựa trên các khảo sát cùng với những phân tích ở phần tổng quan từ đó lựa chọn những linh kiện thích hợp. 2.1. Các linh kiện điện tử, công cụ được sử dụng trong đề tài Trong đề tài, tác giả có sử dụng một số linh kiện điện tử, công cụ hỗ trợ trong việc xây dựng bàn thông minh gồm: Biến trở xoay với trở kháng 100K ohms, công suất 2W, xoay 10 vòng để đọc giá trị của động cơ.  Module relay với 4 mạch relay, sử dụng điện áp 5V, có sẵn header rất tiện dụng khi kết nối với vi điều khiển. Có các lỗ bắt vít rất tiện lợi dễ lắp đặt trong hệ thống mạch.   Arduino UNO R3 giúp đọc tín hiệu và điều khiển động cơ. Raspberry Pi Model 3B v1.2 làm bộ xử lý trung tâm, giải quyết vấn đề sử dụng các thuật toán nhận dạng và điều khiển chức năng cho bàn.  Nguồn Xung với công suất 480W, điện thế đầu ra 24V, chịu tải đầu ra 20A cung cấp điện cho toàn bộ hệ thống.  Mạch giảm áp DC LM2596 được dùng để hạ áp 24V từ nguồn chính xuống còn 5V dùng để cấp nguồn cho Raspberry Pi và Arduino. 2.2. Động cơ Trên thị trường hiện nay, xylanh dùng để nâng có 3 loại chính là: thủy lực, khí nén và điện. Dùng thủy lực, khí nén thì công suất lớn, thiết bị cồng kềnh và phải thêm thành phần là máy bơm (chất lỏng, không khí), khi hoạt động tạo ra tiếng ồn nhiều, máy bơm phải hoạt động liên tục.  Dùng điện giúp cho việc thiết kế gọn nhẹ, công suất nhỏ hơn so với dùng thủy lực, khí nén, khi hoạt động ít gây ra tiếng ồn. Với loại cơ điện có công suất nhỏ trên thị trường Việt Nam thì DTL nâng được 6000N và có giá thành phải chăng.  Hệ thống sử dụng 2 Xy lanh điện DTL của hãng MOVIS được sử dụng rộng rãi trong ngành nội thất, xây dựng, chế tạo máy móc và các ứng dụng khác. Nó có những ưu điểm là được sản xuất với chất lượng tốt, lực đẩy lớn, tiếng ồn nhỏ, linh hoạt và dễ sử dụng. 15 Hình 2-1: Xy lanh điện DTL Thông số cơ bản của xy lanh điện DTL:  Hành trình: từ 650 đến 1250 mm.  Tải trọng: từ 3000 N đến 6000 N.  Tốc độ: từ 5 mm/s đến 10 mm/s. Từ việc đánh giá trên, tác giả chọn xy lanh điện DTL vì những đặc điểm nổi trội hơn so với dòng thủy lực, khí nén và các thông số kỹ thuật đáp ứng được nhu cầu trong việc xây dựng bàn thông minh. 2.3. Khung bàn Tác giả sử dụng khung bàn với chất liệu bằng inox 304, hai trụ của khung bàn được thiết kế sao cho tích hợp được với động cơ đẩy của bàn, với chiều cao khung có thể điều chỉnh từ 75 đến 105 cm. Hình 2-2: Khung bàn Hình 2-3: Thi công khung bàn.. 2.4. Mặt bàn Việc tác giả chọn mặt bàn bằng chất liệu gỗ giúp cho tổng trọng lượng của bàn được giảm nhẹ hơn so với các chất liệu bằng kính, sắt, thép...Ngoài ra, mặt bàn bằng gỗ còn được tích hợp thêm ổ cắm điện, có thể che khuất được các thiết bị như chuột, bàn phím một cách tinh gọn mang lại tính thẩm mỹ cao hơn trong việc sử dụng. Hình 2-4: Thi công mặt bàn. 17 Chương 3: THIẾT KẾ VÀ XÂY DỰNG PHẦN MỀM Trong chương này tác giả tiến hành thiết kế và xây dựng phần mềm của “Bàn thông minh”dựa trên những phần cứng và giải pháp công nghệ đã nêu ở trên. Hệ thống phần mềm được thực hiện trên 3 phần: trên di động dùng Android, trên Raspberry Pi và trên Arduino. 3.1. Phân tích các chức năng và xây dựng mô hình 3.1.1. Bảng phân tích chức năng Để hiểu rõ hơn về chức năng chính của bàn thông minh, tác giả đã phân tích và chia làm ba phần bao gồm phần mềm điều khiển, phần xử lý trung tâm và phần điều khiển cơ khí. Bàn thông minh Phần mềm điều khiển  Thiết lập các thông số bàn.  Thay đổi chế độ làm việc. Phần sử lý trung tâm Sử lý các thuật toán nhận dạng. Giao tiếp giữa phần mềm điều khiển với Phần điều khiển cơ khí Sử lý việc xuất các thông báo ra các thiết bị output. Phần điều khiển cơ khí Điều khiển động cơ bàn làm việc. Hình 3-1: Bảng phân tích chức năng 3.1.2. Luồng dữ liệu của hệ thống Bộ xử lý nhận tín hiệu từ camera, xử lý các hình ảnh từ camera, sử dụng các thuật toán nhận dạng, sau đó xuất ra kết quả các thành phần đẩy về thành phần cơ khí của bàn và xuất ra thông báo. Phần mềm điều khiển Thành phần cơ khí của bàn bàn Bộ sử lý chính Thành phần xuất tín hiệu thông báo Nguồn videos Hình 3-2: Sơ đồ luồng dữ liệu 3.1.3. Mô hình hệ thống Hình 3-3: Mô hình hệ thống  Raspberry: đóng vai trò bộ sử lý trung tâm trong việc sử lý các hình ảnh nhận từ camera  Camera: nguồn camera có thể dùng trực tiếp camera của raspberry hoặc từ camera ip có hổ trợ onvif hoặc rtsp.  Arduino: dùng điều khiển phần cơ khí của bàn (động cơ, đèn báo…)  Phần mềm điều khiển: ứng dụng điều khiển trên PC, Android. 19  Màn hình, loa thông báo: xuất các tín hiệu hình ảnh, hoặc thông báo. 3.1.4. Sơ đồ thuật toán sử lý Bắt đầu Xuất thông báo không có người Điều khiển chiều cao bàn Có người S Đ Lấy thông tin từ CSDL Xuất thông báo có người Đ Đ Chế độ Tự động Nhận dạng gương mặt S Học gương mặt và yêu cầu nhập chiều cao Lấy thông tin chiều cao từ bộ nhớ 3.2. Xây dựng phần mềm 3.2.1. Xây dựng phương thức kết nối các thành phần Hệ thống phần mềm được thực hiện trên 3 phần: trên di động dùng Android, trên Raspberry Pi và trên Arduino, nên trước hết chúng ta cần xây dựng phương thức kết nối giữa các thành phần. 3.2.1.1. Raspberry Pi và Arduino: Trong đề tài này tác giả trình bày cách giao tiếp thông qua cổng usb.  Trên Adruino: String data=""; void setup() { Serial.begin(9600); } void loop() { Serial.println(data); delay(200); }  Trên Raspberry: tác giả sử dụng ngôn ngữ lập trình python Trước tiên cần kích hoạt chức năng Serial và I2C trên Raspberry. - Hình 3-4: Thiết lập giao tiếp trên Raspberry - Trên cài đặt thư viện hổ trợ: sudo apt-get install python-serial sudo pip install pyserial Tạo file test.py: import serial import time import os f = os.popen("ls /dev/ttyACM*") now = f.read() ser=serial.Serial(now.rstrip(),9600)