Sistema Avanzado de Domótica Controlado por Voz con Microcontrolador 8051

Sistema de Domótica Controlado por Voz usando Microcontrolador 8051

Domótica Basada en Reconocimiento de Voz

Con la evolución de dispositivos inteligentes y diversas tecnologías de comunicación inalámbrica, ahora es posible aprovechar estas técnicas para obtener los mejores beneficios para las personas. Uno de estos beneficios implica el control de electrodomésticos independientemente de la distancia, ahorrando tiempo y energía. Este control inteligente de electrodomésticos es lo que conocemos como Domótica, al igual que la automatización industrial.

Aunque existen diversas técnicas como Comunicaciones Inalámbricas, Internet de las Cosas (IoT), Método de Reconocimiento de Voz, aquí vamos a tener una idea de cómo podemos usar el Reconocimiento de Voz para fines de Domótica.

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Antes, tengamos un conocimiento teórico sobre el Reconocimiento de Voz.

Reconocimiento de Voz

El reconocimiento de voz implica la recepción e interpretación de cualquier dictado lingüístico, por una máquina o programa. Es el proceso de reconocer el habla humana y decodificarla a forma de texto.

Básicamente implica la conversión de ondas sonoras analógicas (vibraciones en el aire causadas por palabras habladas por seres humanos) a señales digitales, que se decodifican a palabras apropiadas y eventualmente a frases.

Un sistema de reconocimiento de voz generalmente consiste en un dispositivo de captura de voz (básicamente un micrófono y un Convertidor Analógico a Digital, que muestrea y digitaliza las señales de sonido analógicas), un módulo Procesador de Señal Digital (DSP) (que procesa la señal digital para convertirla del dominio temporal al dominio frecuencial, para retener la información original), un sistema de almacenamiento de señal preprocesada (una tarjeta de memoria para realizar tareas adicionales), patrones de voz predefinidos, almacenados en memoria como referencia para coincidencia, y un algoritmo de coincidencia de patrones para comparar la señal de voz entrante con el patrón de voz de referencia.

Es destacable que un ser humano normal puede producir habla a una tasa de 10 sonidos por segundo y la tasa de información requerida es de 50 bits por segundo en la señal de voz. Esta señal acústica se convierte en señal eléctrica por el micrófono, y la señal analógica se convierte en digital.

Dado que esta señal digital convertida en el dominio temporal, se muestrea 16.000 veces por segundo, no es adecuada para localizar patrones de voz. Por tanto, se convierte al dominio frecuencial usando la técnica de Transformada Rápida de Fourier (FFT). Esta técnica implica analizar componente tras cada 1/100 de segundo y calcular el espectro de frecuencia de cada componente.

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Cada gráfico de frecuencia o espectro representa los segmentos de sonidos producidos por el dictador de voz. La computadora o controlador compara el segmento de voz desconocido con la fonética almacenada del idioma.

Esta coincidencia de patrones puede hacerse usando un enfoque fonético acústico (usando el Modelo Oculto de Markov, donde el segmento de voz se compara con el fonema según su probabilidad), enfoque de reconocimiento de patrones (patrón de voz desconocido comparado con el patrón de voz de referencia determinando la distancia entre señales) y el enfoque de Inteligencia Artificial (basado en el uso de fuentes básicas de conocimiento).

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El Modelo Propuesto de Domótica Controlada por Voz

Aquí hemos intentado construir un pequeño sistema de domótica basado en reconocimiento de voz usando comunicación inalámbrica entre dos microcontroladores 8051.

Descargo de responsabilidad: Los circuitos de transmisor y receptor presentados aquí son teóricos y no han sido probados prácticamente. Hemos usado Multisim, que no tiene modelo de simulación para HM2007 ni ningún Modelo de Comunicación. Por tanto, no fue posible una simulación adecuada del sistema.

El sistema implica el procesamiento del comando de voz, desde el usuario (en la entrada del micrófono) por el IC de reconocimiento de voz, transmisión y recepción de la señal usando módulos de comunicación, controlados por el microcontrolador. El microcontrolador en la recepción controla el conmutado de la bombilla, basado en el comando de voz correcto del sistema transmisor.

Ahora, veamos brevemente cómo funcionaría el sistema.

Figura 2: Placa de Reconocimiento de Voz HM2007

El corazón del sistema de reconocimiento de voz es el IC HM2007, un IC de 48 pines que proporciona función de reconocimiento de voz. Funciona en modo Manual o CPU. Puede reconocer hasta 20 palabras, cada una con longitud de 1,92 segundos y opera a 9-15 V CC. Aquí podemos usar el modo manual para el HM2007.

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Diagramas de Circuitos del Sistema de Domótica por Reconocimiento de Voz

Sección Transmisora

Sección Receptora

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Funcionamiento del Sistema

1. El usuario da entrada de voz al pin MICIN del IC HM2007, a través de un micrófono.

2. El pin RDY del IC estará en estado BAJO activo, indicando que está listo para entrenamiento.

3. El usuario presiona "1" en el teclado y luego la tecla "ENTRENAR", antes de decir la palabra objetivo (ya sea "ENCENDIDO" o "APAGADO")

4. El pin de Habilitación de Memoria (ME), conectado al pin correspondiente de la SRAM externa, que almacena la señal de datos de 8 bits correspondiente al número

5. Una vez detectada la entrada de voz, el pin RDY pasa a ALTO y el IC inicia el proceso de reconocimiento.

6. El resultado del proceso de reconocimiento se entrega a través del bus de datos al Microcontrolador 8051.

7. El microcontrolador (denominado uC1) transmite la señal de datos a través del módulo de comunicación.

8. En el extremo receptor, el microcontrolador (denominado uC2) recibe la entrada de datos y la compara con el comando almacenado. Una vez que ambos datos coinciden, el relé se acciona (según el comando dado). Si los datos no coinciden, el microcontrolador retransmite una señal de error.

9. El microcontrolador uC1 recibe esta señal de error e interrumpe el proceso en curso, y muestra la información de error en la Pantalla de Cristal Líquido (LCD) conectada.

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Limitaciones del Sistema de Reconocimiento de Voz

1. Las palabras habladas continuamente no pueden ser aceptadas por el sistema debido a solapamiento, por lo que necesita haber un silencio o pausa entre dos palabras consecutivas. Así, solo palabras aisladas serían factibles.

2. El sistema es un sistema dependiente del hablante. Demasiados hablantes hablando simultáneamente resultarían en solapamiento de señales e interrupciones.

3. Existe una limitación en el tamaño del vocabulario. Los idiomas con vocabulario grande son difíciles para el reconocimiento de patrones comparados con idiomas con vocabulario pequeño, ya que las probabilidades de tener palabras ambiguas son menores.

Independientemente de las limitaciones anteriores, este sistema de control de electrodomésticos usando reconocimiento de voz resultaría ventajoso considerando que ahorra tiempo y proporciona seguridad.

He presentado un pequeño modelo representado de domótica basada en reconocimiento de voz, mientras que a gran escala, tal sistema, una vez construido a gran escala, puede usarse para diversas aplicaciones.

Cualquier otra idea sobre control de electrodomésticos usando reconocimiento de voz es bienvenida en la sección de comentarios abajo.

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