Spracherkennungsbasiertes Hausautomationssystem

Sprachgesteuertes Hausautomationssystem mit 8051 Mikrocontroller

Spracherkennungsbasierte Heimautomatisierung

Mit der Entwicklung intelligenter Geräte und verschiedener drahtloser Kommunikationstechnologien ist es jetzt möglich, diese Techniken zum bestmöglichen Nutzen für Menschen einzusetzen. Einer dieser Vorteile ist die entfernungsunabhängige Steuerung von Haushaltsgeräten, die sowohl Zeit als auch Energie spart. Diese intelligente Steuerung von Haushaltsgeräten nennen wir Home Automation wie die Industrieautomation.

Während es verschiedene Techniken wie drahtlose Kommunikation, Internet der Dinge (IoT) und Spracherkennungsverfahren gibt, wollen wir hier eine kleine Vorstellung davon haben, wie wir verwenden können Spracherkennung für Hausautomatisierungszwecke .

• Lesen Sie auch:Was ist Raspberry Pi? Projekte mit Raspberry Pi erstellen

Lass uns vorher ein theoretisches Wissen über Spracherkennung haben.

Spracherkennung

Die Spracherkennung impliziert den Empfang und die Interpretation jedes sprachlichen Diktats durch eine Maschine oder ein Programm. Es ist der Prozess, menschliche Sprache zu erkennen und in Textform zu decodieren.

Es beinhaltet im Wesentlichen die Umwandlung von analogen Schallwellen (Vibrationen in der Luft, die durch von Menschen gesprochene Wörter verursacht werden) in digitale Signale, die in geeignete Wörter und schließlich Sätze dekodiert werden.

P>

Ein Spracherkennungssystem besteht im Allgemeinen aus einem Spracherfassungsgerät (im Wesentlichen ein Mikrofon und einem Analog-Digital-Wandler, der die analogen Tonsignale abtastet und digitalisiert), einem digitalen Signalprozessor ( DSP)-Modul (das das digitale Signal verarbeitet, um es vom Zeitbereich in den Frequenzbereich umzuwandeln, um die ursprünglichen Informationen beizubehalten), ein vorverarbeitetes Signalspeichersystem (eine Speicherkarte zur Ausführung weiterer Aufgaben), vordefinierte Sprachmuster, gespeichert in den Speicher als Referenz für den Abgleich und einen Musterabgleichalgorithmus zum Vergleichen des ankommenden Sprachsignals mit dem Referenzsprachmuster.

Es ist bemerkenswert, dass ein normaler Mensch Sprache mit einer Rate von 10 Tönen pro Sekunde erzeugen kann und die erforderliche Informationsrate im Sprachsignal 50 Bit pro Sekunde beträgt. Dieses akustische Signal wird durch das Mikrofon in ein elektrisches Signal umgewandelt, und das analoge Signal wird in ein digitales Signal umgewandelt.

Da dieses konvertierte digitale Signal im Zeitbereich 16000 Mal pro Sekunde abgetastet wird, ist es nicht geeignet, die Sprachmuster zu lokalisieren. Daher wird es unter Verwendung der Technik der schnellen Fourier-Transformation (FFT) in den Frequenzbereich umgewandelt. Diese Technik beinhaltet die Analyse der Komponente nach jeweils 1/100 Sekunde und die Berechnung des Frequenzspektrums jeder dieser Komponenten.

Sie können auch lesen:Vollautomatischer Wasserstandsregler mit SRF04

Jedes dieser Frequenzdiagramme oder -spektren repräsentiert die Klangsegmente, die vom Sprachdiktator erzeugt wurden. Der Computer oder eine Steuerung gleicht das unbekannte Sprachsegment mit der gespeicherten Phonetik der Sprache ab.

Dieser Musterabgleich kann mit einem akustischen phonetischen Ansatz (unter Verwendung des Hidden-Markov-Modells, bei dem das Sprachsegment mit dem Phonem nach seiner Wahrscheinlichkeit abgeglichen wird), einem Mustererkennungsansatz (unbekannt Sprachmuster verglichen mit dem Referenzsprachmuster durch Bestimmung des Abstands zwischen den Signalen) und dem Ansatz der künstlichen Intelligenz (basierend auf der Nutzung von Basiswissensquellen).

• Lesen Sie auch:Was ist GSM und wie funktioniert es?

Das vorgeschlagene Modell der sprachgesteuerten Heimautomatisierung

Hier haben wir versucht, ein kleines spracherkennungsbasiertes Hausautomationssystem zu bauen über drahtlose Kommunikation zwischen zwei 8051-Mikrocontrollern .

Haftungsausschluss:Die hier vorgestellten Sender- und Empfängerschaltungen sind theoretisch und nicht praktisch erprobt. Wir haben Multisim verwendet, das weder das Simulationsmodell für HM2007 noch ein Kommunikationsmodell hat. Daher war eine ordnungsgemäße Simulation für das System nicht möglich.

Das System umfasst die Verarbeitung des Sprachbefehls des Benutzers (am Mikrofoneingang) durch das Spracherkennungs-IC, die Übertragung und den Empfang des Signals unter Verwendung von Kommunikationsmodulen, die vom gesteuert werden Mikrocontroller. Der Mikrocontroller an der Rezeption steuert das Schalten der Glühbirne, basierend auf dem korrekten Sprachbefehl der Sendeanlage.

Lassen Sie uns nun eine kurze Vorstellung davon haben, wie das System funktionieren würde.

Abbildung 2:HM2007-Spracherkennungsplatine

Das Herzstück des Spracherkennungssystems ist der IC HM2007, ein 48-Pin-IC mit Spracherkennungsfunktion. Es funktioniert im manuellen oder CPU-Modus. Es kann bis zu 20 Wörter mit einer Länge von jeweils 1,92 Sekunden erkennen und arbeitet mit 9 bis 15 Volt Gleichstrom. Hier können wir den manuellen Modus für HM2007 verwenden.

• Was ist ein Fuzzy-Logik-System – Betrieb, Beispiele, Vorteile und Anwendungen

Schaltpläne des Spracherkennungs-Heimautomatisierungssystems

Senderabschnitt

Empfängerabschnitt

• Lesen Sie auch:Was ist ein automatisiertes Fingerabdruck-Identifizierungssystem und wie funktioniert es?

Funktionsweise des Systems

1 . Der Benutzer gibt über ein Mikrofon eine Spracheingabe an den MICIN-Pin des HM2007-IC.

2 . Der RDY-Pin des IC befindet sich im aktiven LOW-Zustand und zeigt damit an, dass er für Trainingszwecke bereit ist.

3 . Der Benutzer drückt „1“ auf dem Tastenfeld und dann die „TRAIN“-Taste, bevor er das Zielwort sagt (entweder „ON“ oder „OFF“)

4 . Der Memory Enable (ME)-Pin, verbunden mit dem entsprechenden Pin des externen SRAM, der das 8-Bit-Datensignal speichert, das der Nummer entspricht

5 . Sobald die Spracheingabe erkannt wird, geht der RDY-Pin auf HIGH und der IC beginnt mit dem Erkennungsprozess.

6 . Das Ergebnis des Erkennungsprozesses wird über den Datenbus an den 8051 Microcontroller weitergegeben.

7 . Der Mikrocontroller (namens uC1) überträgt das Datensignal durch das Kommunikationsmodul.

8 . Auf der Empfängerseite empfängt der Mikrocontroller (namens uC2) die Dateneingabe und vergleicht sie mit dem gespeicherten Befehl. Sobald beide Daten übereinstimmen, wird das Relais betätigt (gemäß dem gegebenen Befehl). Stimmen die Daten nicht überein, sendet der Mikrocontroller erneut ein Fehlersignal zurück.

9 . Der Mikrocontroller uC1 empfängt dieses Fehlersignal und unterbricht den laufenden Prozess und zeigt die Fehlerinformationen auf dem angeschlossenen Flüssigkristalldisplay (LCD) an.

• Was sind ATMega-Mikrocontroller und wie kann man damit ein LED-Projekt erstellen?

Einschränkungen des Spracherkennungssystems

1 . Kontinuierlich gesprochene Wörter können vom System aufgrund von Überlappungen nicht akzeptiert werden, und daher muss zwischen zwei aufeinanderfolgenden Wörtern eine Stille oder Pause vorhanden sein. Somit wären nur einzelne Wörter machbar.

2 . Das System ist ein sprecherabhängiges System. Zu viele gleichzeitig sprechende Sprecher würden zu Signalüberlagerungen und Unterbrechungen führen.

3 . Auch die Größe des Wortschatzes ist begrenzt. Sprachen mit großem Vokabular sind im Vergleich zu Sprachen mit kleinem Vokabular schwieriger für Muster, da die Wahrscheinlichkeit, mehrdeutige Wörter zu haben, geringer ist.

Ungeachtet der oben genannten Einschränkungen wäre dieses System zur Steuerung von Haushaltsgeräten unter Verwendung der Spracherkennungsmethode vorteilhaft, wenn man bedenkt, dass es sowohl Zeit spart als auch Sicherheit bietet.

Ich habe ein kleines Modell vorgestellt, das die auf Spracherkennung basierende Hausautomation darstellt, während ein solches System im großen Maßstab, wenn es einmal im großen Maßstab aufgebaut ist, für verschiedene Anwendungen verwendet werden kann.

Jede weitere Idee zur Steuerung von Haushaltsgeräten mit Spracherkennung ist im Kommentarbereich unten willkommen.

Sie können auch lesen:

• Was ist MEMS – Mikroelektromechanische Systemtechnik?
• Was ist WiMAX? Unterschied zwischen Breitband-WiMax und WLAN