Sistema de automação residencial baseado em reconhecimento de voz

Sistema de automação residencial controlado por voz usando microcontrolador 8051

Automação residencial baseada em reconhecimento de voz

Com a evolução dos dispositivos inteligentes e várias tecnologias de comunicação sem fio, agora é possível alavancar essas técnicas para obter os melhores benefícios possíveis para os seres humanos. Um desses benefícios envolve o controle de eletrodomésticos independentemente da distância, economizando tempo e energia. Esse controle inteligente de eletrodomésticos é o que conhecemos como Automação Residencial o mesmo que automação industrial.

Embora existam várias técnicas como comunicações sem fio, Internet das Coisas (IoT), método de reconhecimento de voz, aqui vamos ter uma pequena ideia sobre como podemos usar Reconhecimento de voz para fins de automação residencial .

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Antes disso vamos ter um conhecimento teórico sobre Reconhecimento de Voz.

Reconhecimento de voz

O reconhecimento de voz implica a recepção e interpretação de qualquer ditado linguístico, por uma máquina ou programa. É o processo de reconhecer a fala humana e decodificá-la em forma de texto.

Basicamente envolve a conversão de ondas sonoras analógicas (vibrações no ar causadas por palavras ditas por seres humanos) em sinais digitais, que são decodificados para palavras apropriadas e, eventualmente, frases.

Um sistema de reconhecimento de fala geralmente consiste em um dispositivo de captura de fala (basicamente um microfone e um conversor analógico para digital, que amostra e digitaliza os sinais sonoros analógicos), um processador de sinal digital ( DSP) módulo (que processa o sinal digital para convertê-lo do domínio do tempo para o domínio da frequência, de modo a reter a informação original), um sistema de armazenamento de sinal pré-processado (um cartão de memória para realizar outras tarefas), padrões de fala predefinidos, armazenados em a memória como referência para correspondência e um algoritmo de correspondência de padrões para comparar o sinal de voz de entrada com o padrão de voz de referência.

É digno de nota que um ser humano normal pode produzir fala a uma taxa de 10 sons por segundo e a taxa de informação necessária é de 50 bits por segundo no sinal de fala. Este sinal acústico é convertido em sinal elétrico pelo microfone e o sinal analógico é convertido em sinal digital.

Como esse sinal digital convertido no domínio do tempo é amostrado a 16.000 vezes por segundo, não é adequado localizar os padrões de fala. Por isso, é convertido para o domínio da frequência usando a técnica Fast Fourier Transform (FFT). Essa técnica envolve a análise do componente após cada 1/100 de segundo e o cálculo do espectro de frequência de cada um desses componentes.

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Cada gráfico de frequência ou espectro representa os segmentos de sons produzidos pelo ditador da fala. O computador ou um controlador combina o segmento de fala desconhecido com a fonética armazenada do idioma.

Esta correspondência de padrões pode ser feita usando uma abordagem fonética acústica (usando o Modelo de Markov Oculto, em que o segmento de fala é correspondido com o fonema por sua probabilidade), abordagem de reconhecimento de padrões (desconhecido padrão de fala comparado com o padrão de fala de referência determinando a distância entre os sinais) e a abordagem de Inteligência Artificial (baseada na utilização de fontes de conhecimento básico).

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O modelo proposto de automação residencial controlada por voz

Aqui tentamos construir um pequeno sistema de automação residencial baseado em reconhecimento de voz usando comunicação sem fio entre dois microcontroladores 8051 .

Isenção de responsabilidade:Os circuitos transmissor e receptor apresentados aqui são teóricos e não testados na prática. Utilizamos o Multisim que não possui o modelo de simulação para HM2007 nem qualquer modelo de comunicação. Portanto, a simulação adequada para o sistema não poderia ser possível.

O sistema envolve o processamento do comando de voz, do usuário (na entrada do microfone) pelo IC de reconhecimento de voz, transmissão e recepção do sinal através de módulos de comunicação, controlados pelo microcontrolador. O microcontrolador na recepção controla a comutação da lâmpada, com base no comando de voz correto do sistema transmissor.

Agora, vamos ter uma breve idéia de como o sistema funcionaria.

Figura 2:Placa de reconhecimento de fala HM2007

O coração do sistema de reconhecimento de fala envolve o IC HM2007, que é um IC de 48 pinos que fornece função de reconhecimento de fala. Funciona no modo Manual ou CPU. Ele pode reconhecer até 20 palavras, cada uma com duração de 1,92 segundos e opera em 9 a 15 Volts DC. Aqui podemos usar o modo manual para HM2007.

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Diagramas de circuito do sistema de automação residencial de reconhecimento de voz

Seção do transmissor

Seção do receptor

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Funcionamento do sistema

1 . O usuário dá entrada de voz para o pino MICIN do HM2007 IC, através de um microfone.

2 . O pino RDY do IC estará no estado LOW ativo, indicando que está pronto para fins de treinamento.

3 . O usuário pressiona “1” no teclado e depois a tecla “TRAIN”, antes de dizer a palavra alvo (ou “ON” ou “OFF”)

4 . O pino Memory Enable (ME), conectado ao pino correspondente da SRAM externa, que armazena o sinal de dados de 8 bits correspondente ao número

5 . Uma vez que a entrada de voz é detectada, o pino RDY fica em HIGH e o IC inicia o processo de reconhecimento.

6 . O resultado do processo de reconhecimento é dado através do barramento de dados para o Microcontrolador 8051.

7 . O microcontrolador (chamado uC1) transmite o sinal de dados através do módulo de comunicação.

8 . Na extremidade do receptor, o microcontrolador (chamado uC2) recebe a entrada de dados e a compara com o comando armazenado. Uma vez que ambos os dados coincidam, o relé é operado (de acordo com o comando dado). Se os dados não corresponderem, o microcontrolador retransmite um sinal de erro de volta.

9 . O microcontrolador uC1 recebe este sinal de erro e interrompe o processo em andamento e exibe as informações de erro no Display de Cristal Líquido (LCD) conectado.

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Limitações do sistema de reconhecimento de voz

1 . As palavras faladas contínuas não podem ser aceitas pelo sistema devido à sobreposição e, portanto, é necessário que haja um silêncio ou pausa entre duas palavras consecutivas. Assim, apenas palavras isoladas seriam viáveis.

2 . O sistema é um sistema dependente de alto-falante. Muitos falantes falando simultaneamente resultariam em sobreposição de sinais e interrupções.

3 . Há uma limitação no tamanho do vocabulário também. Línguas com vocabulário grande são difíceis de padrão em comparação com línguas com vocabulário pequeno, pois as chances de ter palavras ambíguas são menores.

Independentemente das limitações acima, este sistema de controle de eletrodomésticos usando o método de reconhecimento de voz seria vantajoso considerando o fato de economizar tempo e fornecer segurança.

Apresentei um pequeno modelo representado por automação residencial baseada em reconhecimento de voz, enquanto que em grande escala tal sistema, uma vez construído em grande escala, pode ser usado para diversas aplicações.

Qualquer outra ideia sobre o controle de eletrodomésticos usando reconhecimento de voz é bem-vinda na seção de comentários abaixo.

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