Blog

Sistema de Controle por Comando de Voz aplicado àDomótica I Centro Universitário Salesiano de São PauloCampinas2010 Viviane Alves Galdino Sistema de Controle por Comando de Voz aplicado ? DomóticaTrabaIho de conclusão de curso apresentado como requisito para graduação em Engenharia de Automação e Controle no Centro Universitário Salesiano de São Paulo, sob orientação do prof. Dr. Fernando Silvestre da Silva. Centro Universitário Salesiano de São PauloCampnas2010 Comissão Julgadora Trabalho de Conclusão de Curso submetido à banca examinadora compo Silvestre da Silva, Pre Salesianoprof. Me. Jos

Universitário Salesian Centro Universitário 5 Dr. Fernando ro Universitário • : Ilição: Centro Swip view nent page uilalnstituição: h0 de 2010. | Centro Universitário Salesiano de São PauloCamplnas2010 “Qualquer pessoa que tenha se envolvido seriamente com um trabalho científico de qualquer espécie entende que na entrada dos portões do templo da ciência estão gravadas as seguintes palavras: – É preciso ter fé. ” – Max Planck I AgradecimentosADeus, aos meus familiares e às pessoas especiais que surgiram em minha trajetória mostrando-me incentivo e motivação, sempre positivamente, às conquistas de eus sonhos.

Ao Centro Universitário Salesiano de São Paulo — UNISAL e aos seus funcionários por nos disponibilizar suporte e ferramentas para a realização deste trabalho. Ao Prof. orientador, Fernando Silvestre, que ao longo de anos ensinou-me de forma brilhante e atenciosa e que neste momento foi importante e e na conclusão de uma etapa em minha vida. Aos meus amigos e colegas de classe que durante todos os anos demonstraram companheirismo, respeito, carinho e admiração, em especial a Janaína Carla Ferreira que juntamente comigo pôde concluir este trabalho.

I Resumo Este projeto tem como objetivo aplicar o reconhecimento de voz à automação residencial. A automação residencial é tratada no aspecto geral, das origens às atuais aplicações. Os Modelos Ocultos de Markov aplicado a redes neurais são expostos como métodos de reconhecimento de fala. Para efeito de simulação foi desenvolvido em Visual Basic uma interface empregada para comunicação entre o sistema de reconhecimento de fala – IBM ViaVoice- e o circuito eletrônico através da porta paralela.

Simulou- sea comunicação entre a central de automação e o acionamento por comando de voz dos dispositivos e equipamentos de um mbiente residencial. O sistema de controle por voz apresentou diversa aplicabilidade em domótica, considerando certas limitações a qual está sujeito, como treinamento do vocabulário e condições adversas como ruído externo. Palavras-chave: – Reconhecimento de voz, automação residencial, Modelos Ocultos de Markov, Visual Basic, IBM VlaVoice. Lista de Figuras Figura 1 – Arquitetura do controle centralizado. 11 Figura 2 – Modelo de cabeamento estruturado. 2 Figura 3 – Conversão do sinal analógico (em azul) para sinal digital (em vermelho). 16 Figura 4- Modelo HMM com três estados emissores. 19 Figura 5 – IBM ViaVoice: Criador de Macros de Navegação 24 Figura 6 – IBM ViaVoice: Criador de Macros de Navegação Treinar Palavra 25 Figura 7- Comunicacao 6 2 5 Fluxograma do funcionamento do projeto. 27 Lista de Tabelas Tabela 1 – Situação atual da infraestrutura doméstica. Tabela 2 – Proposta de infraestrutura doméstica. 9 Tabela 3 – Testes de reconhecimento de fala. 28 Lista de Abreviaturas e Siglas 9 AURESIDE -Associação Brasileira de Automação Residencial.

PLC – Programmable Logical Controller — Controlador Lógico Programável. CFTV – Circuito Fechado de Televisão. VOD — Video on Demand — Vídeo por Demanda. A. R. — Automação Residencial. CPC – Linear Predictive Coding- Codificação Preditiva Linear. RNA -Redes Neurais Artificiais. DARPA -Defense Advanced Research Projects Agency-Agência de Projetos de Pesquisas Avançadas para Defesa. FFT -Fast Fourier Transform – Transformada Rápida de Fourier. HMM -Hidden Markov Models – Modelos Ocultos de Markov. NN-HMM -Neural-Netwo ks – Hidden Markov Models – Redes Neurais – Modelos Ocultos de Markov.

IBM -International Business Machines. API – Application Programming Interface – Interface de Programação de Aplicativos. SMAPI —Speech Manager API. DMAPI – Data Management API. PC – Personal Computer – Computador Pessoal. Cl – Circuito Integrado. LED -Light Emitting Diode- Diodo Emissor de Luz. LPT – Line Print Terminal – Linha de Terminal de Impressão ECP -Extended Capabilities Port DLI_ – Dynamic-l_ink Library —Biblioteca de Ligação Dinâmica. Sumário 35 153. 2 Processo de reconhecimento de fala 163. 3 Modelos para reconhecimento de voz 184Projeto desenvolvido 234. 1 Hardware e dispositivos 234. Software de reconhecimento 234. 3 Software de controle 255Análise de resultados experimentais 286Conclusóes30BibIiografia 31 Anexo A – Circuito ntegrado 33Anexo B – Código fonte 36Anexo C – interface 45 | ntroduçao A inclusão de sistemas de comando de voz na automação residencial, no início surgiu como uma inovação, o que continua até hoje e cresce cada vez mais juntamente com o crescimento imobiliário e de diversos outros setores. Sua confiabilidade e desempenho foram os principais pontos a serem enfrentados no início desta inclusão, tornando-se o sistema difícil de trabalhar e inviável.

Atualmente, a redução do custo de hardwares e componentes, o aumento da capacidade de processamento e os avanços na tecnologia em geral fizeram om o resultado esperado do sistema se tornasse mais efetivo e viável. Este trabalho tem por objetivo projetar e implementar um sistema de comando por voz a fim defacilitar funções simples e complexas, no dia-a-dia de pessoas com deficiências físicas, crianças e indivíduos, que possuem dificuldades com interfaces, controle, programação e gerenciamento mais sofisticados que existem na área da automação residencial.

Na indústria, também é utilizado facilitando e agilizando tarefas, reduzindo erros em operaçoes. O trabalho num contexto geral está organizado da seguinte forma: O capítulo dois apresenta a automação residencial ou domótica no aspecto geral, desde suas origens, significados e aplicações. O capitulo três mostra os métodos de reconhecimento e síntese de voz mais difundida, destacando-se os Modelos Ocultos de Markov e redes neurais artificiais.

No capítulo quatro é apresentado 4 35 os Modelos Ocultos de Markov e redes neurais artificiais. No capítulo quatro é apresentado o desenvolvimento do projeto que visa simular um ambiente residencial controlado por comando de voz. Automação residencial ou domótica A automação residencial, também conhecida como domótica” (do latim domus(casa) e do grego automatika(automática)) é definida como um sistema ou método pelo qual é possível controlar e realizar eventos sem a necessidade de um pensamento consciente [1].

A domótica tem como objetivo principal melhorar a qualidade de vida das pessoas, através de instalações tecnológicas nas residências é possível aperfeiçoar desde simples tarefas até as mais complexas do nosso dia-a-dia, proporcionando segurança e conforto aos usuários, além de contribuir para a utilização racional dos recursos naturais. Atualmente a automação residencial deixa de er uma alusão futurística e se torna cada vez mais presente nas residências por todo o mundo [1].

Um projeto domótico pode ser realizado simultaneamente ao projeto de construção civil. Ou seja, desde a planta da residência já ser prevista a infraestrutura, os equipamentos e dispositivos que serão utilizados de acordo com a necessidade do futuro usuário. Além disso, pode ser feito o retrofitting, que é a modificação, implementação em algo inicialmente já constituído.

A automação residencial pode ser incorporada nesta nova ideologia da domótica, agregando conceitos de outras ciências omo a Arquitetura, Engenharia, Ciências da Computação, Medicina, Sociologia, Psicologia e outros; estudando assim todas as necessidades e demandas do usuário, tornando a domótica um diferencial no segmento residencial [2]. Grandes marcos fazem parte do histórico da tecnologia doméstica e influenciaram cada um deles na evolução e dese s 5 marcos fazem parte do histórico da tecnologia doméstica e influenciaram cada um deles na evolução e desenvolvimento da domótica.

Em 1820 com o surgimento da Eletricidade; em 1876 com a invenção do telefone por Alexander Graham Bell; 940 invenção da televisão; 1 960 surgem os primeiros sistemas estéreos domésticos; 1989 com o surgimento da Internet; 1990 com os primeiros sistemas de iluminação inteligente; 1995 com os sistemas de entretenimento, 2000 com o comércio eletrônico e 2003 com a comunicação com vídeo [3].

Com o surgimento dos primeiros eletrodomésticos nos Estados Unidos, na década de 20, os fabricantes já utilizavam o sonho futurístico de uma casa inteligente como estratégia de marketing para a venda de seus produtos, prometendo a diminuição do tempo destinado às tarefas monótonas e desgastantes que odos realizavam em seus lares[4].

O grande marco e um grande estopim na venda desses eletrodomésticos se deuà entrada no mercado de novos núcleos ferromagnéticos, que diminuiu o tamanho dos motores elétricos, logo uma diminuição no tamanho do produto, possibilitando assim maior facilidade de utilização e poder de compra desses aparelhos, visto que com os núcleos ferromagnéticos o preço diminui. Ainda nos dias de hoje, o sonho da casa inteligente é ferramenta do marketing para a venda de produtos e imóveis que expressam conforto e facilidades em todo o mundo. A domótica no Brasil

No Brasil o surgimento da domótica é bastante defasado quando comparado aos países europeus e dos EUA, onde o desenvolvimento tecnológico é mais focado e melhor difundido. Por ser um pais subdesenvolvido, somente uma parcela mínima da população brasileira tem acesso ao que há de melhor em sistemas domóticos e planejamento residencial para sua aplicação. Com o setor imobiliário Com o setor imobiliário aquecido desde 2006, segundo a AURESIDE (Assoaaçao Brasileira de Automaçao a área da automação residencial se torna cada vez mais um índice potencial e crescente no faturamento da construção civil.

A AURESIDE foi fundada em fevereiro de 2000, na cidade de Curitiba/PR por um grupo de profissionais engajados no mercado da automação. A associação é voltada ao estudo, divulgação, certificação e atualização no segmento da automação residencial. Hoje com sede em São Paulo/ SP, a AURESIDE forma as principais opiniões no segmento, difundindo e promovendo informações e conhecimento qualificado aos profissionais.

Aplicações dos sistemas domóticos Há uma grande variedade no mercado de modelos de equipamentos de automação residencial. Porém, é necessário m bom estudo da Integração dos sistemas envolvidos, por um projetista ou engenheiro. Visto que muitos sistemas possuem a automação acoplada, mas muitas vezes independentes e sem comunicação entre si, resultando no desperdício de materiais, dificuldade de operação e duplicidade de operações.

Já um planejamento e uma instalação melhor elaborada que atenda as necessidade atuais e futuras, podem proporcionar a otimização de serviços básicos como a utilização da água e da energia, visando a economia e o uso consciente destes recursos naturais. No início de cada projeto deve-se elaborar um estudo do mbiente e de todos os equipamentos e sistemas conforme a necessidade do usuário, bem como suas funções a serem automatizadas. Interfaces devem ser definidas entre os sistemas a serem instalados, baseando-se nas especificações nacionais e internacionais.

Logo um processo de estudo englobando as necessidades e alteração de nacionais e internacionais. Logo um processo de estudo englobando as necessidades e alteração de sistemas de comandos instalados para a conexão aos controladores gerais e integradores principais dos sistemas, como por exemplo, um PLC (Programmable Logical Controller). Toda a documentação deve ser descrita no decorrer do projeto para uma melhor organização e disposição de instalações e equipamentos, isto através de desenhos, diagramas, mapas e listas[5].

Portanto, em uma residência pode-se encontrar mais de um sistema, sendo que cada um tem uma função especifica. As principais áreas de aplicação dos sistemas domóticos são [2]: * Segurança; * Comunicação; * Entretenimento; * Serviços básicos; * Funcionalidades auxiliares. Segurança Das aplicações da automação residencial, a segurança é a que mais se destaca no mercado, devido ao grau de eficiência e onfiabilidade apresentado pelos sistemas automatizados.

Existem diversos sistemas empregados para a proteção de espaços e residências, entre os quais: sistema de detecção (detecção perimetral, detecção de gases, detecção de fumaça e calor, entre outros); sistema de alarmes (alarme contra intrusão e alarme de incêndio); sistema de vigilância com CFTV (Circuito fechado de televisão); sistema de controle de acessos (cartões de acesso ou biometria) e sistema de monitoramento.

Comunicação Os sistemas de comunicação são divididos em três grupos: voz (rede telefônica e interfones); dados (redes de computadores e cesso a internet -por meio de uma rede local de computadores é possível acesso a internet de qualquer parte da casa e compartilhar programas e equipamentos periféricos por seus usuários); e imagem A integração destes sistemas ermite a implantação de algumas funções, como por ex A integração destes sistemas permite a implantação de algumas funções, como por exemplo, o vídeo-porteiro (integração do CFTV e o interfone).

Entretenimento O entretenimento é mais um resultado da automação residencial. Alguns destes serviços são bem conhecidos, como por exemplo, o home theater. Outrosexemplos de serviços de entretenimento: ransmissão digital de TV; video sob demanda (por uma página da web na tela da TV é possível assistir filmes e programas que estejam disponíveis em VOD – Video on Demand); e som ambiente.

Serviços básicos Água A preocupação ecológica é um dos fatores importantes e cada vez mais crescentes no quadro atual. O controle e automação de todas as partes do projeto que utilizem água como principal recursoé um dos pontos principais para a solução de problemas como o desperdício.

No Brasil há vários projetos em destaque, um deles foi apresentado em 2007 pela Oi Futuro, por alunos de uma escola m Pernambuco, onde o uso da Égua era monitorado por computador ligado a placas robóticas, que utilizavam sensores para o controle do tempo de utilização da água, evitando assim o desperdício Energia Sistemas integrados inteligentes de luz e energia podem proporcionar, desde detalhes meramente arquitetônicos de um ambiente, a uma economia significante de todo o projeto em questão, sem contar na preocupação ecológica.

A iluminação pode representar até 40% do fornecimento de energia elétrica de um projeto, o uso inteligente de controladores automáticos gera maior economia de energia e potencializa funcionalidades de ambientes. ma das soluções possíveis é o uso ao máximo da ilumina 30 natural, e a automatização de diversos equipamento nas, ianelas, toldos e equipamentos como, persianas, janelas, toldos e cortinas. Eficientes gerenciadores de iluminação aliados à tecnologia de automação, se unem para um favorecer a sustentabilidade e o meio ambiente, citando também o conforto e bem estar de seus usuanos.

Funcionalidades auxiliares Outros serviços podem ser automatizados com o propósito de oferecer ao usuário conforto, praticidade, e em certos casos até economia [2]: * Controle de iluminação: área interna e externa; Climatização: ar condicionado e aquecedores; * Portas e persianas automáticas; * Bombas e limpeza de piscinas automática; * Irrigação automática; * Aspiração central a vácuo; * Entre outros. Classificação dos sistemas um sistema domótico é classificado de acordo com seu nível de interação.

São definidos três níveis de interação: sistemas autônomos, integração de sistemas, e a residência inteligente. Sistema autônomo um subsistema ou dispositivo específico pode ser ligado ou desligado conforme programado. Cada subsistema ou dispositivo é autônomo, desta forma dois dispositivos não tem relação um om o outro. Integração de sistemas Quando vários subsistemas estão sob o controle de um controlador temos a integração de sistemas.

Neste caso pode haver uma limitação do sistema, pois cada subsistema deve ainda funcionar na forma especificada pelo seu fabricante. Mesmo assim, essa integração permite uma série de benefícios e máximo aproveitamento dos recursos empregados. Residência inteligente A residência inteligente é projetada para atender de modo personalizado as necessidades do ro rietário. O integrador de sistemas atendendo a rá definir instruções 0 DF 35