Controle remoto universal com comando por voz parapessoas com deficiencia de mobilidade

Antonio M. R. Almeida1, Ana P. L. Santos2

1Departamento de Computacao – Universidade Federal do Ceara (UFC)2Centro Universitario Estacio do Ceara

manoel.ribeiro@lsbd.ufc.br, anapaula.louren002@gmail.com

Abstract. Atualmente a tecnologia se tornou essencial na vida das pes-soas, podemos encontrar diversos sistemas automatizados e inteligentes emtodo lugar, como por exemplo, sistemas bancarios, de transportes, de ali-mentacao, saude, educacao e ate mesmo dentro de nossos lares. Tarefassimples, com o uso dos recursos tecnologicos, devem ser facilitadas, emespecial para benefıcio dos cidadaos portadores de necessidades especiais.Com o atual avanco da tecnologia, ja e possıvel falar com o seu televi-sor, por exemplo, mas este recurso so esta disponıvel na nova geracao deTVs denominada Smart2.0. Este artigo propoe o desenvolvimento de umprototipo de sistema embarcado e de baixo custo, um controle remoto uni-versal para televisores, que sera capaz de interpretar os sinais sonoros davoz humana e repassa-la para os televisores por meio de sinais codificadosem infra vermelho que serao reconhecidos pelas TVs comuns na forma decomandos.

IntroducaoNa historia da humanidade percebemos dois pontos de vista aplicados as pessoasque portam algum tipo de deficiencia, a rejeicao e taxacao de incapacidade de umlado e a protecao exagerada e piedosa de outro. Foi na decada de 1976, quando aONU (pela resolucao 31/123) ja havia proclamado de forma quase profetica que oano de 1981 seria o Ano Internacional das Pessoas Deficientes, que o mundo abriuos olhos para informacoes sobre o numero estimado de pessoas com deficiencia bemcomo suas aspiracoes e direitos.

Segundo o Censo do Instituto Brasileiro de Geografia e Estatıstica (IBGE),em 2010, cerca de 23,9% da populacao brasileira afirma ter algum tipo de deficiencia.Tanto no Brasil, como no mundo todo, estao sendo adotadas medidas para amenizaros danos sofridos por pessoas com deficiencias. Mecanismos criados na area da saude,seguranca, ciencia e tecnologia, tem ajudado milhares de pessoas a sentirem-se maisconfortaveis diante da convivencia com suas dificuldades diarias.

Segundo [Ferreira 2010] abrir uma porta, entrar em casa ou tomar um banhosao simples atividades cotidianas para a maior parte das pessoas. Para a parcelada populacao portadora de necessidades fısicas especiais, entretanto, elas podem setransformar em tormentos diarios, caso nao haja as condicoes ideais.

Alguns autores, ao realizarem pesquisas sobre este tema tem elaborado umnovo conceito sobre como tratar tais deficiencias. As chamadas Tecnologias Assis-

tenciais (TA) nos sao apresentadas por autores como [Alves 2005] e [Schraiber 1997],para citar apenas alguns. As TA’s sao vistas por muitos autores atuais como[de Araujo and da Silva ] como tecnologias que “incorporam uma construcao de umsaber tecnico-cientıfico equivalente de investigacoes, teorias e de experiencia cotidi-ana nos profissionais e clientela”, constituindo-se, portanto, num conjunto de acoessistematizadas, processuais e instrumentais para a prestacao de uma assistenciaqualificada ao ser humano em todas as suas dimensoes.

Neste artigo apresentaremos um destes mecanismos, o controle remoto uni-versal com comando por voz para pessoas com deficiencia de mobilidade, tambemdenominado de CVox, que atua na area de tecnologia assistencial e inovacao, visandoassegurar uma melhor qualidade de vida a pessoas com esse tipo de deficiencia. Es-tamos usando o conceito de domotica para fazer tais pessoas interagirem com seusaparelhos televisores em suas casas.

Para a construcao do prototipo utilizamos uma plataforma de Hardware eSoftware livre, com sistema embarcado. Trata-se de um microcontrolador mun-dialmente conhecido da famılia Arduino, o Nano. Por se tratar de um hardwarepequeno com dimensoes de 45x18mm, mas ao mesmo tempo robusto, o ArduınoNano se adequa bem as necessidades do nosso prototipo. Utilizamos tambem ummodulo de voz, Voice Recognition Modeule V3, que captara e armazenara a voz queservira de comandos para os televisores. O teclado devera ser usado para escolhero fabricante do televisor e gravar o audio de cada tecla e para selecionar o televisorpreviamente escolhido. O usuario devera pressionar qualquer tecla por cerca de tressegundos e falar o nome que aquela tecla recebera. Uma sequencia de piscas em umLED indicara se a gravacao teve sucesso ou precisa ser repetida. Feito o processopara as demais teclas do CVox, o livre uso estara liberado. Mantendo o CVox hauma distancia de ate um metro de sua boca, o usuario conseguira falar e o televisorentendera que deve executar uma acao para aquele audio recebido.

ObjetivosObservamos em nossa pesquisa os dados alarmantes de pessoas com algum tipo dedeficiencia em todo o mundo. Assim, decidimos usar a tecnologia a favor de taispessoas e comecamos a pesquisar maneiras de beneficia-las.

O controle remoto universal com comando por voz para pessoas com de-ficiencia de mobilidade, tambem conhecido como CVox, visa ajudar pessoas comdeficiencia de mobilidade a usarem com mais facilidade um dos principais equipa-mentos dentro de uma casa - a televisao. Nossa pesquisa se baseou em estudar umpouco sobre esse tipo de pessoas e suas deficiencias e nos concentramos no desenvol-vimento do prototipo em si. Nosso prototipo tera doze botoes, seis deles representamos codigos para as principais marcas de televisores do mercado brasileiro e internaci-onal, os demais serao usados para os comandos de ligar, desligar, aumentar volume,diminuir volume, mudar canal para mais e mudar canal para menos.

O modo de funcionamento e simples: O usuario ira pressionar qualquer teclapor ate tres segundos e durante isso falar uma palavra que sera associada aquelatecla especıfica. O nosso CVox tem como um dos diferencias o fato de conseguirreconhecer qualquer lıngua falada. Apos a gravacao o usuario sera informado por

uma sequencia de piscas num LED se a mesma teve exito ou nao, caso tenha tidosucesso o processo sera repetido para as demais teclas.

Trabalhos RelacionadosOs autores [Chagas and Furtado 2013] usaram uma plataforma Arduino para de-senvolver um controle remoto para televisores capaz de interpretar os movimentosdas maos e facilitar a insercao de textos nos televisores digitais. O trabalho temcomo objetivo definir requisitos para a entrada de textos na TV digital interativaalinhados com teorias de atencao compartilhada, a fim de prototipar uma solucaode design da interacao de um controle remoto mais eficiente e uma interacao maisnatural para os usuarios. A prototipacao fısica deste dispositivo criado, utilizandoa plataforma Arduino, tem como modalidades de interacao o reconhecimento demovimentos e o fornecimento de feedbacks sensoriais.

Em seu artigo, o autor [SILVA 2009] explica o desenvolvimento de um sistemade reconhecimento de palavras isoladas baseado em HMM (Hidden Markov Models).Os HMM’s sao estruturas poderosas, pois sao capazes de modelar ao mesmo tempoas variabilidades acusticas e temporais do sinal de voz. O sistema deve reconheceros dıgitos de 0 a 9 e as palavras “sim” e “nao”, porem devera ser possıvel expandi-lo facilmente para conseguir reconhecer outras palavras. O sistema e formado porquatro blocos principais: aquisicao do sinal de fala, pre-processamento, extracao deparametros e HMM.

Segundo o autor [Saturno et al. 2013] uma alternativa para criancas comparalisia cerebral e a utilizacao de sistemas de CAA – Comunicacao AumentativaAlternativa. Ele desenvolveu dispositivos que se comunicam com o computadoratraves dos comandos de clique e duplo clique de botoes do mouse. Os dispositivospermitem que pessoas com PC (Personal Computer) e com deficiencia motora severautilizem o software desenvolvido por meio de ate quatro comandos e, em casos maisgraves, com apenas um comando.

Segundo os autores [Perico et al. 2015] O comando de voz pode ser aplicadonas mais diversas aplicacoes. Para a maioria das pessoas, este tipo de tecnologiapode ser considerado meramente um artigo de conforto, mas, para usuarios comnecessidades especiais, o comando de voz pode facilitar muito a execucao de ativi-dades rotineiras (acender uma lampada/abrir uma janela), por isso eles realizam umtrabalho cujo objetivo foi apresentar o desenvolvimento de um sistema de reconheci-mento de voz para automatizar uma plataforma elevatoria, importante produto naarea da Tecnologia Assistiva.

Revisao bibliograficaUtilizamos no desenvolvimento desse projeto a plataforma microcontroladora AT-MEL Arduino, desenvolvida na Italia no ano de 2005. ”O Arduino e uma plaformaopen source onde qualquer um pode pegar a sua fonte e fazer sua propria placa semter que pagar direitos autorais”, segundo os autores [de Souza and Macaneiro ].

O firmware foi desenvolvido utilizando a IDE (Integrated Development Envi-ronment - Ambiente Integrado de Desenvolvimento) fornecida pela arduino, a IDEpermite uma facil compilacao do codigo gerado para a placa arduino. O codigo

binario gerado pela IDE e enviado para a placa arduino por meio de uma portaUSB (Universal Serial Bus - Barramento Serial Universal) nao havendo necessidadede componentes adicionais para a transferencia do codigo para a placa. A linguagemde programacao utilizada foi C++.[PEREIRA FILHO 2015]

Figura 1. Microcontrolador ATmega328.

O modulo de reconhecimento da fala utilizado foi o Voice Recognition ModuleV3 da ELECHOUSE, e um modulo de reconhecimento de comandos de voz, depen-dente de locutor, de baixo custo, e que pode ser utilizado para controlar os sistemasnum carro ou outros dispositivos eletroeletronicos. E capaz de armazenar ate 80comandos de voz, os quais sao organizadas em 7 grupos. Assim, e necessario antesrealizar o treinamento dos comandos de voz no referido modulo. Cada grupo de co-mandos so pode ser ativado individualmente, de modo que somente os 6 comandosdo grupo atual serao disponibilizados. [PEREIRA FILHO 2015]

Dessa forma, para o teste de validacao da plataforma, foram gravados so-mente 6 comandos, conforme a tabela 1.

Tabela 1. Comandos para validacao do prototipo.Comando de Voz GPIO Resposta

Ligar 2 Acender luz do LEDDesligar 2 Acender luz do LED

Volume + 3 Acender luz do LEDVolume - 4 Acender luz do LEDCanal + 5 Acender luz do LEDCanal - 6 Acender luz do LED

Para a realizacao do treinamento do modulo, bem como ativacao e desa-tivacao de seus modos de funcionamento, usamos como base os estudos feitos peloautor [PEREIRA FILHO 2015]. Segundo ele, isso e feito enviando-se comandos viainterface serial. Alem disso, atraves dessa mesma interface, e selecionado o grupode comandos que devera estar ativo num dado momento.

Arquitetura do CVox

Desenvolvemos o prototipo com o hardware Arduıno Nano, levando em consideracaoo seu pequeno e ideal tamanho, com dimensoes de 45x18mm, ideais para o projeto.Usamos um outro hardware, o modulo de voz, Voice Recognition Module V3 daELECHOUSE, que sera responsavel por gravar a voz humana.

Optamos pela subdivisao da pesquisa para facilitar a mesma. Em princıpio,dividimos ela em quatro etapas principais no desenvolvimento do firmware doprototipo CVox.

A primeira etapa consistiu em trabalhar com o sensor de som KEYES KY-038, cujo objetivo e medir a intensidade sonora do ambiente ao seu redor, variandoo estado de sua saıda digital caso detectado um sinal sonoro. Porem, os testes emlaboratorio feitos com o sensor KEYES KY-038 mostraram-se ineficientes para onosso projeto.

Na segunda etapa nos concentramos em capturar e armazenar os codigosem hexadecimal transmitidos pelas teclas do controle remoto de um televisor LED24 polegadas da fabricante AOC, modelo T2464M. Utilizamos um LED IR (InfraRed) receptor para capturar os codigos das teclas que usamos no prototipo, a saber,On/Off, volume(+), volume(-), canal(+) e canal(-). Em seguida, armazenamos asinformacoes obtidas dentro do firmware em desenvolvimento e o testamos no televisorusando um LED IR transmissor.

A terceira etapa foi dedicada a estudar o novo modulo de voz que decidimosutilizar. O Voice Recognition Module V3 da ELECHOUSE (Figura 2) e um Modulode reconhecimento compacto e de facil controle.

Figura 2. Voice Recognition Module V3.

A quarta e ultima fase da prototipacao envolveu testar o novo modulo de vozjunto com a placa Arduino Nano. Todos os testes foram realizados em laboratorio,dessa vez utilizando modelos das marcas de televisores AOC, Sony e LG.

A Figura 3 mostra o funcionamento do sistema do ponto de vista do usuario.O usuario deve pressionar por tres segundos uma tecla por vez e falar a palavra queaquela tecla tera. Caso o sistema consiga reconhecer e gravar a voz falada o LEDdevera piscar uma vez indicando sucesso na gravacao. Caso a gravacao nao tenhasido feita o LED pisca duas vezes para que o usuario repita a gravacao. Todo oprocesso deve ser repetido para todas as cinco teclas de funcoes. Feito isso, o CVoxestara liberado para uso da pessoa que fez as gravacoes. O mesmo deve estar a ate1m de distancia da boca da pessoa.

Figura 3. Funcionamento do CVox do ponto de vistado usuario.

Figura 4. Prototipo final.

ContribuicoesUm dos diferenciais do prototipo CVox e seu baixo custo de producao e desenvolvi-mento. Por usarmos hardware e software livres reduzimos muito o preco do prototipotornando-o acessıvel a pessoas de classe C, caso o mesmo se torne um produto. Umoutro diferencial que podemos citar e o fato de desenvolvermos um prototipo quefunciona como controle remoto, porem, pelo comando de voz para qualquer televisordo mercado.

ConclusaoEste artigo teve como objetivo principal apresentar um prototipo de um controleremoto universal para televisores ativado por comando de voz para pessoas comalguma deficiencia de mobilidade. O CVox visa ajudar a tais pessoas a sentirem-se um pouco mais independentes dentro de suas proprias casas. Podemos dizerque nosso prototipo pode ser fundamental para melhorar a autoestima de cidadaos,tendo em vista que suas deficiencias os impossibilitam de realizar ate mesmo astarefas mais simples para uma pessoa sem tais deficiencias como, ligar ou desligarum televisor.

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