Système avancé de domotique à commande vocale piloté par microcontrôleur 8051

Système de domotique à commande vocale utilisant un microcontrôleur 8051

Domotique basée sur la reconnaissance vocale

Avec l'évolution des appareils intelligents et des diverses technologies de communication sans fil, il est désormais possible d'exploiter ces techniques pour le meilleur bénéfice possible des êtres humains. L'un de ces avantages consiste à contrôler les appareils ménagers indépendamment de la distance, économisant ainsi du temps et de l'énergie. Ce contrôle intelligent des appareils ménagers est ce que l'on appelle la domotique, au même titre que l'automatisation industrielle.

Bien qu'il existe diverses techniques comme les communications sans fil, l'Internet des objets (IoT), la méthode de reconnaissance vocale, nous allons ici avoir une petite idée de la façon dont nous pouvons utiliser la reconnaissance vocale pour la domotique.

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Avant cela, acquérons des connaissances théoriques sur la reconnaissance vocale.

Reconnaissance vocale

La reconnaissance vocale implique la réception et l'interprétation de toute dictée linguistique, par une machine ou un programme. C'est le processus de reconnaissance de la parole humaine et de sa conversion en texte.

Elle implique essentiellement la conversion d'ondes sonores analogiques (vibrations dans l'air causées par les mots prononcés par les êtres humains) en signaux numériques, qui sont décodés en mots appropriés et éventuellement en phrases.

Un système de reconnaissance vocale se compose généralement d'un dispositif de capture de la parole (basiquement un microphone et un convertisseur analogique-numérique, qui échantillonne et numérise les signaux sonores analogiques), un module de traitement du signal numérique (DSP) (qui traite le signal numérique pour le convertir du domaine temporel au domaine fréquentiel, afin de conserver l'information originale), un système de stockage du signal pré-traité (une carte mémoire pour effectuer d'autres tâches), des modèles de parole prédéfinis, stockés en mémoire comme référence pour la correspondance, et un algorithme de correspondance de motifs pour comparer le signal vocal entrant avec le modèle de parole de référence.

Il est noteworthy qu'un être humain normal peut produire de la parole à un taux de 10 sons par seconde et le débit d'information requis est de 50 bits par seconde dans le signal vocal. Ce signal acoustique est converti en signal électrique par le microphone, et le signal analogique est converti en signal numérique.

Puisque ce signal numérique converti dans le domaine temporel est échantillonné 16 000 fois par seconde, il n'est pas adapté pour localiser les motifs de parole. C'est pourquoi il est converti dans le domaine fréquentiel en utilisant la technique de la Transformée de Fourier Rapide (FFT). Cette technique consiste à analyser un composant toutes les 1/100e de seconde et à calculer le spectre de fréquences de chaque tel composant.

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Chaque tel graphique de fréquences ou spectre représente les segments de sons produits par le dictateur. L'ordinateur ou un contrôleur fait correspondre le segment de parole inconnu avec les phonétiques stockées de la langue.

Cette correspondance de motifs peut être réalisée par une approche phonétique acoustique (en utilisant le Modèle de Markov Caché, où le segment de parole est mis en correspondance avec le phonème selon sa probabilité), une approche de reconnaissance de motifs (motif de parole inconnu comparé au motif de parole de référence en déterminant la distance entre les signaux) et l'approche d'intelligence artificielle (basée sur l'utilisation de sources de connaissances de base).

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Le modèle proposé de domotique à commande vocale

Ici, nous avons essayé de construire un petit système de domotique basé sur la reconnaissance vocale utilisant la communication sans fil entre deux microcontrôleurs 8051.

Avertissement : Les circuits émetteur et récepteur présentés ici sont théoriques et n'ont pas été testés en pratique. Nous avons utilisé Multisim qui ne dispose ni du modèle de simulation pour HM2007 ni d'aucun modèle de communication. Par conséquent, une simulation correcte du système n'a pas pu être réalisée.

Le système implique le traitement de la commande vocale, de l'utilisateur (à l'entrée du microphone) par le circuit intégré de reconnaissance vocale, la transmission et la réception du signal à l'aide de modules de communication, contrôlés par le microcontrôleur. Le microcontrôleur à la réception contrôle la commutation de l'ampoule, en fonction de la commande vocale correcte du système émetteur.

Voyons maintenant brièvement comment le système fonctionnerait.

Figure 2 : Carte de reconnaissance vocale HM2007

Le cœur du système de reconnaissance vocale implique le CI HM2007, qui est un CI à 48 broches fournissant la fonction de reconnaissance vocale. Il fonctionne en mode Manuel ou CPU. Il peut reconnaître jusqu'à 20 mots, chacun d'une longueur de 1,92 secondes et fonctionne sous 9 à 15 Volts CC. Ici, nous pouvons utiliser le mode manuel pour HM2007.

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Schéma du système de domotique à reconnaissance vocale

Section Émetteur

Section Récepteur

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Fonctionnement du système

1. L'utilisateur donne une entrée vocale sur la broche MICIN du CI HM2007, via un microphone.

2. La broche RDY du CI sera à l'état BAS actif, indiquant qu'il est prêt pour l'entraînement.

3. L'utilisateur appuie sur « 1 » sur le clavier, puis sur la touche « ENTRAÎNER », avant de dire le mot cible (soit « ON » soit « OFF »)

4. La broche Memory Enable (ME), connectée à la broche correspondante de la SRAM externe, qui stocke le signal de données 8 bits correspondant au numéro

5. Une fois l'entrée vocale détectée, la broche RDY passe à l'état HAUT et le CI commence le processus de reconnaissance.

6. Le résultat du processus de reconnaissance est donné via le bus de données au microcontrôleur 8051.

7. Le microcontrôleur (nommé uC1) transmet le signal de données via le module de communication.

8. Au niveau du récepteur, le microcontrôleur (nommé uC2) reçoit l'entrée de données et la compare avec la commande stockée. Une fois que les deux données correspondent, le relais est actionné (selon la commande donnée). Si les données ne correspondent pas, le microcontrôleur retransmet un signal d'erreur en retour.

9. Le microcontrôleur uC1 reçoit ce signal d'erreur et interrompt le processus en cours, et affiche l'information d'erreur sur l'écran à cristaux liquides (LCD) connecté.

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Limitations du système de reconnaissance vocale

1. Les mots parlés en continu ne peuvent pas être acceptés par le système en raison du chevauchement et il doit donc y avoir un silence ou une pause entre deux mots consécutifs. Ainsi, seuls des mots isolés seraient réalisables.

2. Le système est un système dépendant du locuteur. Trop de locuteurs parlant simultanément entraîneraient un chevauchement des signaux et des interruptions.

3. Il y a une limitation sur la taille du vocabulaire également. Les langues avec un grand vocabulaire sont difficiles pour la comparaison de motifs par rapport aux langues avec un petit vocabulaire, car les chances d'avoir des mots ambigus sont moindres.

Indépendamment des limitations ci-dessus, ce système de contrôle des appareils ménagers utilisant la méthode de reconnaissance vocale serait avantageux compte tenu du fait qu'il économise du temps et offre de la sécurité.

J'ai présenté un petit modèle représentant la domotique basée sur la reconnaissance vocale, alors qu'à grande échelle, un tel système, une fois construit à grande échelle, peut être utilisé pour diverses applications.

Toute autre idée concernant le contrôle des appareils ménagers utilisant la reconnaissance vocale est bienvenue dans la section commentaires ci-dessous.

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