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CENTRO UNIVERSITÁRIO POSITIVO NÚCLEO DE CIÊNCIAS EXATAS E TECNOLÓGICAS ENGENHARIA DA COMPUTAÇÃO BLOCO DE NOTAS PARA DEFICIENTES VISUAIS Paula Luzia Santos Pereira Monografia apresentada à disciplina de Projeto Final como requisito parcial à conclusão do Curso de Engenharia da Computação, orientada pelo Prof. Marcelo Mikosz Gonçalves. UNICENP/NCET Curitiba 2007

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CENTRO UNIVERSITÁRIO POSITIVO

NÚCLEO DE CIÊNCIAS EXATAS E TECNOLÓGICAS

ENGENHARIA DA COMPUTAÇÃO

BLOCO DE NOTAS PARA DEFICIENTES VISUAIS

Paula Luzia Santos Pereira

Monografia apresentada à disciplina de Projeto Final como requisito parcial à conclusão

do Curso de Engenharia da Computação, orientada pelo Prof. Marcelo Mikosz Gonçalves.

UNICENP/NCET

Curitiba

2007

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TERMO DE APROVAÇÃO

Paula Luiza Santos Pereira

Bloco de Notas para Deficientes Visuais Monografia aprovada como requisito parcial à conclusão do Curso de Engenharia da

Computação do Centro Universitário Positivo, pela seguinte banca examinadora:

Prof. Marcelo Mikosz Gonçalves (Orientador) Prof. Edson Pedro Ferlin Prof. Amarildo Geraldo Reichel

Curitiba, 15 de Dezembro de 2007.

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AGRADECIMENTOS Agradeço a Deus acima de tudo, a minha irmã Ana Paula, aos meus pais Paulo Pereira e Dulce

Maria Santos Pereira pelo grande apoio ao logo de todos esses anos, pela educação e valores.

Ao meu amigo, professor e orientador Marcelo Mikosz Gonçalves pela sua grande dedicação e

conhecimento, ao meu grande amigo Marcos Antonio Wypych, pelo apoio e atenção durante

todos esses anos e por ter dado umas dicas na elaboração de algumas partes do hardware.

A conclusão de curso não teria sido desenvolvida sem a participação de todos esses amigos, os

quais agradeço muito por terem me ajudado a tornar o sonho de formação em realidade.

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RESUMO

Este projeto tem como objetivo facilitar o mecanismo de digitação de textos para deficientes

visuais, pois o mesmo utiliza a linguagem Braille e sintetizador de voz.

O software faz o reconhecimento do conjunto de seis teclas que pode ser digitada uma ou até as

seis teclas simultaneamente formando uma célula Braille, e através de uma tabela pré-existente

substitui cada conjunto de tecla digitado por seu valor alfanumérico.

Após a conclusão deste processo, é formado um texto que possibilita a leitura pelo sintetizador

de voz e display LCD.

O sistema foi desenvolvido utilizando o microcontrolador 8051 em conjunto com outros

módulos para efetuar a emulação sonora com base na digitação de um texto.

O processo de conversão é elaborado desde a normalização do texto de entrada até a geração do

sinal acústico correspondente à fala sintetizada, amplificação e reprodução sonora.

Palavra-chave:

Mini-Teclado, linguagem Braille, microcontrolador 8051.

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BLOCK OF NOTES FOR BLIND

ABSTRACT This project has developed to make easy the typing process for the visually impaired using a

Braille language with a voice synthesizer.

The software recognizes a set of six keys that can be pressed individually, or in any kind of

combination, even though all together, these combinations are translated to numerical values in

an equivalent table.

After this process, a text is formed and sended to the voice synthesizer and to LCD display.

The system was developed in the 8051 microcontroller plus other modules that produce the

sounds based on the text typed.

The conversion process is made from normalization of the text until the acoustic sound

generation that corresponds to the voice synthesized amplification e sound reproduction. These

strategies were adopted in order to construct the system from a set of pre recorded segments that

form a small database.

Key words:

Mini-keyboard, 8051 microcontroller, Braille language

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SUMÁRIO

CAPÍTULO 1 - INTRODUÇÃO ..................................................................................................12

CAPÍTULO 2 – FUNDAMENTAÇÃO TEÓRICA .....................................................................14

2.1 - Objetivo .............................................................................................................................14

2.2 - Histórico ............................................................................................................................14

2.3 - Estudo do Braille ...............................................................................................................16

2.4 - Impressa Braille e Instrumentos ........................................................................................21

2.5 - Estudo da Produção e Síntese da Fala ...............................................................................22

2.5.1 Trato vocal ........................................................................................................................24

2.5.2 Vogais ...............................................................................................................................26

2.5.3 Semivogal .........................................................................................................................27

2.5.4 Consoante..........................................................................................................................27

2.5.5 Estudo da Síntese de fala ..................................................................................................27

CAPÍTULO 3 – ESPECIFICAÇÃO DO PROJETO ....................................................................31

3.1 Especificação do Hardware..................................................................................................31

3.1.1 Microprocessador..............................................................................................................31

3.1.2 Armazenamento no cartão de memória ............................................................................32

3.1.4 Memória Externa ..............................................................................................................37

3.1.5 Interpretação e leitura dos fonemas. .................................................................................40

3.1.6 Amplificação e saída sonora. ............................................................................................40

3.2 Especificação do firmware...................................................................................................44

CAPÍTULO 4 – DESENVOLVIMENTO E IMPLEMENTAÇÃO .............................................50

CAPÍTULO 5 – VALIDAÇÃO E RESULTADOS......................................................................53

CAPÍTULO 6 - CONCLUSÃO ....................................................................................................54

CAPÍTULO 7 – ESTUDO DE VIABILIDADE...........................................................................55

CAPÍTULO 8 – CRONOGRAMA DE DESENVOLVIMENTO ................................................56

CAPÍTULO 9 - EXEMPLOS DE REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS ..................................57

1-Livro .......................................................................................................................................57

2- Monografia, Dissertação e Tese ............................................................................................57

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3- Internet...................................................................................................................................57

APÊNDICE A – CÓDIGO...........................................ERRO! INDICADOR NÃO DEFINIDO.

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LISTA DE FIGURAS

Figura 1 – A célula Braille ............................................................................................................17 Figura 2 – Alfabeto em Braille......................................................................................................19 Figura 3 – Números em Braille .....................................................................................................20 Figura 4 – Sinais em Braille..........................................................................................................20 Figura 5 - Perkins Braille ..............................................................................................................21 Figura 6 - Aparelho fonador..........................................................................................................23 Figura 7 - Trato vocal....................................................................................................................24 Figura 8 - (a) Espectro do tem de pulsos glotal (b) Espectro do trem de pulsos glotal filtrado pela

função de transferência do trato vocal. ...................................................................................25 Figura 9 - Síntese de fala e seus diversos aspectos. ......................................................................28 Figura 10 – Diagrama em Blocos do Sistema ...............................................................................31 Figura 11 - Circuito Mínimo do 8051. ..........................................................................................32 Figura 16 - Diagrama em blocos ISD25XX..................................................................................37 Figura 17- Pinagem ISD25XX......................................................................................................38 Figura 20 - Esquemático do Amplificador Operacional Não-Inversor .........................................40 Figura 21 - Circuito de Amplificação Usando 741 .......................................................................41 Figura 22 - Amplificador LM386 com Auto-falante ....................................................................42 Figura 23 – Integração do microcontrolador 8051 e ISD2590......................................................43 Figura 24 – Menu principal ...........................................................................................................45 Figura 25 – Arquivos do sistema...................................................................................................46 Figura 26 – Leitor de texto............................................................................................................47 Figura 27 – Editor de texto............................................................................................................48 Figura 28 – Testando o teclado .....................................................................................................49 Figura 29 – Diagrama em blocos do sistema ................................................................................50 Figura 30 – Disposição do teclado em Braille ..............................................................................50 Figura 31 – Exemplo de uma palavra escrita no bloco de notas ...................................................51 Figura 32 – Bloco de notas para deficientes visuais .....................................................................51 Figura 33 – Cronograma de desenvolvimento ..............................................................................56

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CAPÍTULO 1 - INTRODUÇÃO

Na sociedade brasileira o sistema capitalista selvagem determina acentuado grau de riqueza em

contraposição a uma acentuada pobreza e miséria. A exploração é a lei básica na qual se funda a

desigualdade entre as classes, e, assim também, a desigualdade de direitos e deveres.

Os direitos em nossa sociedade estão pautados por estas condições, e estão sendo regulados

segundo a posição de determinadas categorias e/ou seguimentos das populações na estrutura

produtiva. Assim é que aqueles que não se encontram inseridos nesta, ou não são considerados

cidadãos, ou são apenas cidadãos de segunda classe.

Observa-se que durante vários anos os deficientes físicos e mentais não eram considerados

cidadãos, não tinham acesso à educação e ao trabalho e, portanto, não possuíam direitos políticos

e sociais.

É sobre essas condições materiais de existência que se erguem os valores sociais distintos, de

acordo com os objetivos de cada classe social.

Numa sociedade assim estruturada, as classes dominantes necessitam de mecanismo para exercer

o controle das atividades, de comportamentos socialmente necessários e das aspirações

individuais para manter o aparelho produtivo. E, assim mecanismos são utilizados para a

introjeção de valores que mascaram os conflitos existentes entre as classes, alienando as

populações frente as suas condições reais de vida, levando a uma desfiguração da realidade.

O objetivo desse trabalho é desenvolver um teclado em Braille portátil com síntese de voz. Nele

o usuário portador de deficiência visual poderá digitar textos de maneira idêntica a uma máquina

de escrever Braille. Assim que o texto for completamente escrito, a partir de um comando o

sintetizador irá reproduzir em forma de voz todo o conteúdo digitado. A finalidade deste sistema

é possibilitar anotação de pequenos textos em Braille.

O sistema foi desenvolvido utilizando o microcontrolador 8051 em conjunto com outros

módulos para efetuar a emulação sonora com base na digitação de um texto.

O processo de conversão é elaborado desde a normalização do texto de entrada até a geração do

sinal acústico correspondente à fala sintetizada, amplificação e reprodução sonora. Foram

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adotadas estratégias na construção dos segmentos pré-gravados possibilitando a criação de uma

pequena base de dados, o que possibilitou a elaboração de um sistema simples.

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CAPÍTULO 2 – FUNDAMENTAÇÃO TEÓRICA

2.1 - Objetivo

Este trabalho tem como objetivo principal uma estratégia de implementação de um mini-teclado

portátil que forma uma célula em Braille com sintetizador de voz que tem como público-alvo

deficiente visuais. O processo inicia quando é pressionada uma ou todas as seis teclas

simultaneamente formando uma célula em Braille que correspondendo a um caractere que terá

como saída à geração do sinal acústico correspondente a fala sintetizada, amplificação e

reprodução sonora.

Este projeto é destinado a individuo com deficiência visual, a fim de possibilitar um processo

mais prático de escrita, permitindo a integração destes em nossa sociedade. O projeto é composto

de um sistema mínimo com o microcontrolador 8051, um display LCD, uma placa de interface

entre o display e o microcontrolador e um sintetizador de voz e um mini-teclado portátil.

2.2 - Histórico

Antes da criação do sistema Braille, as pessoas com deficiência visual eram alfabetizadas por

meio de um código em que as letras em tinta eram representadas em relevo. Evidentemente, a

adoção desse código não permitia que elas tivessem fluência na leitura e na escrita, bem como

dificultava a produção dos materiais.

Em 1812, um menino francês de três anos, chamado Louis Braille, feriu seu olho esquerdo. Uma

infecção se desenvolveu e disseminou para o olho direito, Em pouco tempo a criança estava

cega. Aos dez anos, os pais de Braille o matricularam no Instituto Nacional para Jovens Cegos,

em Paris. Lá ele aprendeu a ler letras grandes, ampliadas. Devido ao tamanho das letras em alto

relevo os livros para cegos eram muito caros. (LIONS C INTERNATION, 2007)

Na mesma época, o Capitão Charles Barbie havia acabado de apresentar um código alfabético

utilizado em comunicações militares noturnas. Esse sistema se baseava em uma série de pontos

em alto relevo.

Combinando elementos dos dois sistemas, Braille, então com quinze anos, inventou seu próprio

sistema de leitura de pontos em relevo. Suas “células Braille” representavam 63 letras

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individuais, números e símbolos. Cada célula se compunha de dois pontos horizontais e três

pontos verticais. Estas células em alto relevo tinham o mesmo tamanho que as letras impressas.

Dois séculos depois, o sistema Braille continua em uso. Suas várias formas incluem:

• Braille literário americano;

• Braille britânico;

• Braille para computador;

• Braille de grau 1;

• Braille literário (grau 2);

• Braille musical;

• Braille em código Nemeth.

A reglete e o punção foram os primeiros instrumentos utilizados para escrever em Braille. A

reglete é um pequeno artefato articulado com orifícios na parte superior e reentrâncias na parte

inferior. O punção é um tipo de caneta que permite perfurar os pontos em uma folha de papel.

A invenção seguinte para as comunicações em Braille ficou conhecida como a máquina de

escrever em Braille. Semelhante a uma máquina de escrever, as máquinas Braille tem um teclado

com apenas seis teclas e uma barra de espaço. As máquinas Braille produzem células Braille em

relevo sobre o papel.

Na década de 80, foi desenvolvido um software de computador para Braille. Recursos adicionais

incluem software de reconhecimento de voz, teclados especiais para computador e scanners

ópticos. Esses dispositivos são capazes de processar e traduzir documentos de e para o Braille.

Os programas de Braille mais recentes conseguem produzir páginas em frente e verso. Pessoas

que não possuam um computador pessoal podem utilizar os serviços de uma empresa de

transcrição em Braille. Transcritores certificados transformam documentos de e para Braille.

Essas empresas são geralmente associadas a sociedades para portadores de deficiência visual.

Serviços de transcrição também estão disponíveis na Internet.

Atualmente há muitos produtos novos disponíveis para deficientes visuais. Alguns deles podem

ser encontrados junto a fornecedores especializados, enquanto outros são oferecidos na Internet.

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Capas em Braille para teclado de computador – letras de Braille em relevo se acoplam ao teclado

do computador; Frigideiras elétricas com controles em Braille; Caixas de comprimidos com

alarme quádruplo – lembra os pacientes de tomarem seus medicamentos; Jogos e brinquedos em

Braille – animais de montar para crianças, bingo, baralhos, jogos de dama e xadrez, jogos de

computador, dados, dominós, Monopólio (versão britânica), palavras-cruzadas e jogos da velha;

Relógios – com mostrador giratório para verificação tátil das horas. (LIONS C INTERNATION,

2007)

Produtos com voz, incluindo:

• Medidores de pressão arterial e pulsação;

• Calculadoras;

• Leitores de dinheiro (disponíveis em espanhol e inglês, para dólares americanos);

• Monitores de freqüência cardíaca;

• Fornos de microondas pessoais com agenda de compromissos, catálogo de telefones,

despertador;

• Organizadores, calculadora e bloco de notas;

• Pedômetros

• Gravadores portáteis para livros gravados em fitas cassete;

• Balanças;

• Fitas métricas (em pés e metros);

• Termômetro que fazem a comparação com a última temperatura média;

• Relógios.

2.3 - Estudo do Braille

O Braille é um sistema de leitura tátil e escrita para as pessoas com deficiência visual.

O sistema Braille consta do arranjo de seis pontos em relevo, dispostos em duas colunas de três

pontos. Os seis pontos formam o que se convencionou chamar “cela Braille”. Para facilitar a sua

identificação, os pontos são numerados da seguinte forma:

• do alto para baixo, coluna da esquerda: pontos 1-2-3

• do alto para baixo, coluna da direita: pontos 4-5-6

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Figura 1 – A célula Braille

A diferente disposição desses seis pontos permite a formação de 63 combinações ou símbolos

Braille. As dez primeiras letras do alfabeto são formadas pelas diversas combinações possíveis

dos quatro pontos superiores (1-2-4-5); as dez letras seguintes são combinações das dez

primeiras letras, acrescidas do ponto 3, e formam a 2ª linha de sinais. A terceira linha é formada

pelo acréscimo dos pontos 3 e 6 às combinações da 1ª linha.

Os símbolos da 1ª linha são as dez primeiras letras do alfabeto romano (a-j). Esses mesmos

sinais, na mesma ordem, assumem características de valores numéricos 1-0, quando precedidas

do sinal do número, formado pelos pontos 3-4-5-6.

No alfabeto romano vinte e seis sinais são utilizados para o alfabeto, dez para os sinais de

pontuação de uso internacional, correspondendo aos 10 sinais da 1ª linha, localizados na parte

inferior da cela Braille: pontos 2-3-5-6. Os vinte e sete sinais restantes são destinados às

necessidades específicas de cada língua (letras acentuadas, por exemplo) e para abreviaturas.

Doze anos após a invenção desse sistema, Louis Braille acrescentou a letra “W” ao 10º sinal da

4ª linha para atender às necessidades da língua inglesa.

O sistema Braille é empregado por extenso, isto é, escrevendo-se a palavra, letra por letra, ou de

forma abreviada, adotando-se códigos especiais de abreviaturas para cada língua ou grupo

lingüístico. O Braille por extenso é denominado grau. O grau 2 é a forma abreviada, empregada

para representar as conjunções, preposições, pronomes, prefixos, sufixos, grupos de letras que

são comumente encontradas nas palavras de uso corrente. A principal razão de seu emprego é

reduzir o volume dos livros em Braille e permitir o maior rendimento na leitura e na escrita. Uma

série de abreviaturas mais complexas forma o grau 3, que necessita de um conhecimento

profundo da língua, uma boa memória e uma sensibilidade tátil muito desenvolvida por parte do

leitor com deficiência visual.

O tato é também um fator decisivo na capacidade de utilização do Braille.

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O sistema Braille aplica-se à estenografia, à música e às notações científicas em geral, por meio

do aproveitamento das 63 combinações em códigos especiais.

O sistema Braille é extraordinária universalidade: pode exprimir as diferentes línguas e escritas

da Europa, Ásia e da África. Sua principal vantagem, todavia, reside no fato das com deficiência

visual poderem facilmente escrever por esse sistema, com o auxílio da reglete e do punção.

O sistema Braille permitiu uma forma de escrita eminentemente prática. A pessoa cega pode

satisfazer o seu desejo de comunicação. Abriu-se os caminhos de conhecimento literário,

científico e musical, permitiu-lhe, ainda, a possibilidade de manter uma correspondência pessoal

e ampliou também suas atividades profissionais.

O aparelho de escrita usado por Louis Braille consistia de uma prancha, uma régua com 2 linhas

com janelas correspondentes às celas Braille, que se encaixa, pelas extremidades laterais, na

prancha, e o punção. O papel era introduzido entre a prancha e a régua, o que permitia à pessoa

com deficiência visual, pressionando o papel com o punção, escrever os pontos em relevo. Hoje,

as regletes, uma variação desse aparelho de escrita de Louis Braille, são ainda muito usadas pelas

pessoas portadoras de deficiência visual. Todas as regletes modernas, quer de metal ou plástico,

fixas de um lado com dobradiças, de um modo a permitir a introdução do papel.

A placa superior funciona como a primitiva régua e possui as janelas correspondentes às celas

Braille. Diretamente sob cada janela, a placa inferior às pessoas cegas, com o punção, formam o

símbolo Braille correspondente às letras, números ou abreviaturas desejadas.

Na reglete, escreve-se o Braille da direita para a esquerda, na seqüência normal de letras ou

símbolos. A leitura é feita normalmente da esquerda para a direita. Conhecendo-se a numeração

dos pontos, correspondentes a cada símbolo, torna-se fácil tanto a leitura quanto a escrita feita

em regletes.

Exceto pela fadiga, a escrita na reglete pode tornar-se tão automática para o deficiente visual

quanto escrita com o lápis para a pessoa de visão normal.

Além da reglete, o Braille pode ser produzido através de máquinas especiais de datilografia, de 7

teclas: cada tecla corresponde a um ponto e ao espaço. O papel é fixo e enrolado em tolo comum,

deslizando normalmente quando pressionado o botão de mudança de linha. O toque de uma ou

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mais teclas simultaneamente produz a combinação dos pontos em relevo, correspondente ao

símbolo desejado. O Braille é produzido da esquerda para a direita podendo ser lido sem a

retirada do papel da máquina de datilografia Braille, tendo sido a primeira delas inventada por

Frank H. Hall, em 1892, nos Estados Unidos da América.

As imprensas Braille produzem os seus livros utilizando máquinas estereotipas, semelhantes às

máquinas especiais de datilografia, sendo, porém elétricas. Essas máquinas permitem a escrita do

Braille em matrizes de metal. Essa escrita é feita dos dois lados da matriz, permitindo a

impressão do Braille nas duas faces do papel. Esse é o Braille interpontado: os pontos são

dispostos de tal forma que impressos de um lado não coincidam com os pontos da outra face,

permitindo uma leitura corrente, um aproveitamento melhor do papel, reduzindo o volume dos

livros transcritos no sistema Braille.

Novos recursos para a produção do Braille têm sido empregados, de acordo com os avanços

tecnológicos de nossa era. O Braille agora pode ser produzido pela automatização por meio dos

recursos modernos dos computadores.

A maioria dos leitores cegos lê, de início, com a ponta do dedo indicador de uma das mãos –

esquerda ou direita. Um número indeterminado de pessoas, entretanto, que não são ambidestras

em outras áreas, podem ler o Braille com as duas mãos. Algumas pessoas, ainda, utilizam o dedo

médio ou anular, ao invés do indicador. Os leitores mais experientes comumente utilizam o dedo

indicador da mão direita, com uma leve pressão sobre os pontos em relevo, permitindo-lhe uma

ótima percepção, identificação e discriminação dos símbolos Braille.

Figura 2 – Alfabeto em Braille

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Figura 3 – Números em Braille

Figura 4 – Sinais em Braille

Este fato acontece somente por meio da estimulação consecutiva dos dedos pelos pontos em

relevo. Essas estimulações ocorrem muito mais quando se movimenta a mão (ou mãos) sobre

cada linha escrita num movimento da esquerda para direita. Alguns leitores são capazes de ler

125 palavras por minuto com uma só mão. Alguns outros, que lêem com as duas mãos,

conseguem dobrar a sua velocidade de leitura, atingindo 250 palavras por minuto. Em geral a

média atingida pela maioria de leitores é de 104 palavras por minuto. É a simplicidade do Braille

que permite essa velocidade de leitura. Os pontos em relevo permitem a compreensão

instantânea das letras como um todo, uma função indispensável ao processo da leitura (leitura

sintética).

Para a leitura tátil corrente, os pontos em relevo devem ser precisos, e seu tamanho máximo não

deve exceder a área da ponta dos dedos empregados para a leitura. Os caracteres devem todos

possuir a mesma dimensão, obedecendo aos espaçamentos regulares entre as letras e entre linhas.

A posição de leitura deve ser confortável de modo a que as mãos dos leitores fiquem

ligeiramente abaixo de seus cotovelos.

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2.4 - Impressa Braille e Instrumentos

São de Braille a reglete e o punção que permitem a escrita manual, considerados como o caderno

dos cegos. Poderíamos dizer que o deficiente visual escrevia e escreve com esses dois

instrumentos e lê com o dedo.

Foi à saída da inércia, mas é de se compreender que o método, embora genial, teria que evoluir

no sentido de uma escrita mais rápida e se possível em série.

Vieram as máquinas. O Instituto Perkins construiu uma máquina de 6 teclas, uma vez que são 6

os pontos que variam em sua distribuição alfabética. Contudo, houve a necessidade de

proporcionar a produção de livros, e a máquina Perkins o fazia em ritmo lento e artesanal. As

impressoras surgiram, favorecendo a produção de livros em série. Produzem matrizes metálicas,

e, por meio do sistema interponto, o Braille é gravado nos dois lados da matriz. Para este

trabalho são necessários esteriotipistas bem treinados e qualificados e, portanto, com

conhecimento total do Braille, códigos de abreviatura e contrações, regras de composição,

formato, diagramação, adaptação de desenhos, gráficos, mapas, etc.

Figura 5 - Perkins Braille

FONTE: adaptada de A-Z to Deafblindness (2007).

Para o Brasil, inicialmente, os livros didáticos eram transcritos e impressos na França. A

primeira tipografia (tipos móveis) importada da França para o Brasil começou a funcionar em

1863, com a impressão da obra intitulada “História Cronológica do Imperial Instituto dos

Meninos Cegos”. Somente por volta de 1901 ou 1902 é que foi importada para o Brasil a

primeira máquina de transcrição para o sistema Braille. Tratava-se de uma máquina de interlinha

e movida a pedal.

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Neste período, o material transcrito para o sistema Braille era, predominantemente, feito por

meio de regletes e punção.

Em 1932 foram importadas 2 máquinas francesas de esteriotipia e uma máquina de corte e vinco,

adaptada para servir de impressora. Posteriormente, em 38 e 47, outras máquinas foram

importadas e, com esse equipamento, foi estruturada, em caráter definitivo, a Imprensa Braille do

Instituto Beijamin Constant. Entretanto, em 1946, a fundação para o Livro do Cego no Brasil

inaugurava sua imprensa e com a Portaria Ministerial nº 504 de 17 de setembro de 1947, o IBC

ficou com a incumbência de publicar e distribuir, gratuitamente, material de leitura para os cegos

no Brasil. Apesar das grandes dificuldades encontradas na manutenção de equipamentos e de

pessoal especializado, a grande contribuição para livros, hoje, no Brasil, é a Fundação para o

Livro do Cego. (ASSOCIAÇÃO DE CEGOS LOUIS BRAILLE, 2007).

A informática torna possível ao deficiente o conhecimento do meio em que vivem permitindo à

pessoa cega integrar-se à comunidade. O trabalho de transcrição é difícil, porque a produção

Braille jamais poderá competir com a produção em tinta.

2.5 - Estudo da Produção e Síntese da Fala

O ser humano comunica-se com seus semelhantes por meio de mensagens de diversos tipos:

visuais (imagens, pinturas, filmes, etc.), auditivas (música, ruídos, etc.), gestuais (gesticulação,

dança). Contudo, a comunicação só se completa plenamente com a utilização da língua.

Comunicar, portanto, é a função principal de determinado sistema lingüístico.

Os fonemas são produzidos no aparelho fonador, que é constituído de diversos órgãos. Esses

órgãos encontram-se representados no desenho a seguir.

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Figura 6 - Aparelho fonador

FONTE: adaptada de MANEJO DE LA VOZ (2007).

Estando o aparelho fonador em repouso, a corrente expiratória passa sem encontrar nenhum

obstáculo, como acontece a casa momento na respiração. No entanto, quando o indivíduo se

predispõe a falar, todo o aparelho fonador fica mais tenso e ocorrem as seguintes transformações:

1º a expiração torna-se mais forte;

2º os anéis da traquéia distendem-se ou contraem-se;

3º as cordas vocais, que se encontram na laringe, podem permanecer em repouso ou vibrar.

Se as cordas vocais vibram, o ar passa pela faringe e, através da úvula, é distribuído para a boca

ou para as fossas nasais, produzindo os fonemas sonoros: /a/, /e/, /i/, /o/, /u/, /b/, /d/, /v/, /z/ etc.

Se as cordas vocais permanecem em repouso, o ar passa sem vibrações, produzindo fonemas

surdos: /p/, /t/, /k/ etc.

Quando a corrente expiratória chega na úvula (campainha), dois fenômenos podem ocorrer:

a úvula se levanta em direção à parede posterior da faringe, impedindo que o ar passe para as

fossas nasais. Nesse caso, o ar sai apenas pela boca, produzindo um fonema oral. Exemplos: /a/,

/b/, /t/, /k/ ...;

a úvula se abaixa e, conseqüentemente , uma parte do ar escapa pelas fossas nasais. O fonema

assim produzido é um fonema nasal. Exemplos: /ã/, /m/, /n/ ...

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24

Os fonemas, cuja produção obedece são representados pelas letras do alfabeto. Mas essa

representação não consegue simbolizar com exatidão a pronúncia real dos fonemas. Para tanto,

foi criado o alfabeto fonético.

De acordo com o modo de produção no aparelho fonador, os fonemas da língua portuguesa

classificam-se em vogais, semivogais e consoantes.

Vogal é o fonema produzido pelo ar que faz vibrar as cordas vocais e que não encontra nenhum

obstáculo na sua passagem pelo aparelho fonador.

2.5.1 Trato vocal

Porção do aparelho fonador humano que se estende desde a glote até os lábios, conforme a figura

a baixo.

Figura 7 - Trato vocal

FONTE: adaptada de MANEJO DE LA VOZ (2007).

A maneira mais simples de modelar o trato vocal consiste em considerá-lo como sendo um tubo

cilíndrico com seção transversal de área uniforme, com uma extremidade aberta correspondente

aos lábios e uma fonte de excitação sonora na outra extremidade. Um sistema como o descrito

acima funciona como uma caixa de ressonância, onde certas freqüências do sinal sonoro gerado

na entrada do tubo são amplificadas, ao passo que outras são atenuadas.

As freqüências em que ocorre ressonância são dependentes do comprimento do tubo: no caso de

um tubo de comprimento L, as ressonâncias ocorrem para os comprimentos de onda:

λ = 4L, 4L/3, 4L/5, 4L/7, etc.,

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25

os quais correspondem às freqüências:

f = c/4L, 3c/4L, 5c/4L, 7c/4L, etc.,

onde c é igual à velocidade de propagação do som no meio em questão. Considerando-se um

valor de L igual a 17 cm, que é um valor típico para o comprimento do trato vocal, e fazendo-se

c igual a 340m/s (velocidade do som no vácuo), encontramos valores de ressonância em 500Hz,

1500Hz, 2500Hz, etc...

Essas freqüências de ressonância correspondem às freqüências onde ocorre a máxima

amplificação do sinal de entrada, e são normalmente denominadas de formantes. Note que os

valores dos formantes são independentes da fonte de excitação: seus valores dependem única e

exclusivamente da configuração do trato vocal.

O espectro típico do sinal produzido na laringe é mostrado na Figura 6(a). Ele corresponde a uma

seqüência discreta de harmônicas, em que o espaçamento entre as harmônicas é igual à

freqüência fundamental. A energia dessas harmônicas tem uma queda da ordem de 12dB/oitava,

por isso a maior parte da energia do sinal concentra-se nas baixas freqüências (até 10KHz).

De acordo com o modelo fonte-filtro o sinal de fala pode ser considerado como sendo o produto

do espectro em freqüência do trem de pulsos produzido na laringe pela função de transferência

do trato vocal. Assume-se, nesse caso, que a laringe e o trato vocal funcionam como entidades

independentes. Essa é, na verdade, uma simplificação do modelo, pois na verdade existe um

certo acoplamento entre a laringe e o trato vocal, o que significa que a função de transferência do

filtro não é totalmente independente da fonte.

(a) Freqüência (b) Freqüência

Figura 8 - (a) Espectro do tem de pulsos glotal (b) Espectro do trem de pulsos glotal filtrado pela função de transferência do trato vocal.

FONTE: adaptada de SIMÕES (1999).

Ao passar pelo trato vocal, portanto, o pulso produzido na laringe sofre um processo de

“filtragem”, conforme ilustra a Figura 8(b). A curva sobre o espectro representa a função de

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transferência do trato vocal convoluída com o espectro do sinal glotal, e os picos dessa curva

correspondem às freqüências de ressonância (formantes).

Além do efeito de filtragem do trato vocal, devemos ainda levar em conta o efeito da radiação.

Este é um fenômeno que ocorre quando o som escapa dos lábios em direção ao ambiente. O

efeito de radiação é equivalente ao de um filtro passa-altas, com amplificação da ordem de

6dB/oitava; para modelá-lo basta acrescentar um zero à função de transferência do trato vocal.

Levados em conta os aspectos acima discutidos, podemos descrever o processo de produção de

fala através da seguinte equação:

( ) ( ) ( ) ( ) f R f U f T f V... =

onde V(f) é o espectro do sinal de fala, U(f) o espectro do pulso glotal, T(f) a função de

transferência do trato vocal e R(f) o efeito de radiação.

O modelo do tubo uniforme é suficiente para descrever o processo de geração da vogal neutra

conhecida por “schwa”, (cujo padrão de formantes é equivalente àquele obtido por meios do

modelo). No entanto, o trato vocal humano não é rígido nem tampouco possui seção transversal

de área uniforme. A movimentação dos articuladores (língua, lábios, mandíbula, etc.) durante o

processo de produção da fala determina alterações na área da seção transversal ao longo do tubo.

(FARACO & MOURA, 2007).

O efeito dessa alteração é a modificação do padrão de ressonância do trato: cada configuração do

trato corresponde a um padrão de formantes diferente, cada um desses padrões correspondendo a

uma vogal em particular.

Existem outros tipos de sons, além das vogais, que podem ser produzidos pelo aparelho fonador

humano. A produção desses sons também pode ser explicada por meio do modelo fonte-filtro.

2.5.2 Vogais

As vogais são classificadas de acordo com os seguintes critérios:

Quanto à intensidade temos:

• Vogal tônica: é aquela pronunciada com maior intensidade.

• Vogal átona: é aquela pronunciada com menor intensidade.

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Quanto ao papel das cavidades bucal e nasal. Se a corrente expiratória escapa somente pela boca,

produzem-se as vogais orais. Caso uma parte do som se desvie para as fossas nasais, produzem-

se as vogais nasais. Quanto à zona de articulação as vogais admitem a seguinte classificação:

anteriores, média, posteriores. Quanto ao timbre: abertas, fechadas, reduzidas (FARACO &

MOURA, 2007).

2.5.3 Semivogal

Os fonemas /i/ e /u/, algumas vezes, não são vogais. Eles aparecem apoiados em uma vogal,

formando com ela uma só emissão de voz (uma sílaba).

Semivogal é o nome que se dá ao fonema [y] e ao fonema [w] quando, juntos de uma vogal,

formam com ela uma só sílaba.

2.5.4 Consoante

Quando o ar expelido pelos pulmões encontra obstáculos à sua passagem (língua, dente, lábios),

produz fonemas chamados consoantes.

Consoante é o fonema produzido graças aos obstáculos que impedem a livre passagem da

corrente expiratória.

Como as vogais, as consoantes também são classificadas. São estes os critérios de classificação:

• papel das cavidades bucal e nasal;

• papel das cordas vocais;

• modo de articulação;

• ponto de articulação.

2.5.5 Estudo da Síntese de fala

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De maneira geral, pode se definir um sistema de síntese de fala como sendo um sistema capaz de

produzir sinais de fala de uma maneira artificial. Existem diferentes estratégias que podem ser

utilizadas para a implementação de sistemas desse tipo; a escolha da estratégia adequada

depende fundamentalmente das características do sistema implementado.

A qualidade do sinal de fala a ser gerado é um dos fatores importantes na determinação da

estratégia de implementação. Certas aplicações exigem apenas que o sinal de fala produzido seja

inteligível, ao passo que outras necessitam que o sinal se aproxime o máximo possível da fala

natural. O tamanho do vocabulário com o qual o sistema de síntese trabalha também representa

um fator de diferenciação. Os sistemas mais simples trabalham com vocabulários fixos e de

tamanho reduzido; sistemas de uso mais geral, por sua vez (como no caso dos sistemas de

conversão texto-fala), trabalham com vocabulários bastante extensos. Há ainda casos em que o

vocabulário, apesar de não ser muito grande, pode apresentar uma característica dinâmica, ou

seja, as mensagens a serem geradas não são sempre as mesmas (a título de exemplo, podemos

citar um sistema de acesso a informações contidas num banco de dados dinâmico). (FLÁVIO

OLMOS SIMÕES, 1999).

Outro fator importante na diferenciação dos sistemas de síntese entre si é a velocidade de

execução, especialmente crítica no caso dos sistemas que trabalham em tempo real. Pode ser

citado, por fim, o custo do sistema como um todo: quanto maior for à capacidade de

processamento e de armazenamento, mais alto será o custo do hardware necessário para

implementar o sistema.

A Figura 9 ilustra as idéias que serão expostas a seguir, a respeito das diferentes classes de

problemas envolvidos na síntese de fala.

Figura 9 - Síntese de fala e seus diversos aspectos.

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FONTE: adaptada de SIMÕES (1999). A maneira mais elementar de produzir um sinal de fala consiste em simplesmente reproduzir

trechos de mensagem pré-gravados. Nesse caso, para gerar uma sentença, o sistema seleciona e

reproduz uma seqüência de uma ou mais mensagens armazenadas previamente.

Esse tipo de estratégia possui a vantagem de ser extremamente simples de implementar: a única

tarefa do algoritmo de síntese é a de selecionar a seqüência de mensagens a ser reproduzida.

Além disso, a qualidade do sinal de voz gerado é muito boa, pois o que se tem na verdade é um

sinal de fala natural. Outra vantagem é que o sistema apresenta um tempo de resposta bastante

curto, pois não existe quase nenhum tipo de processamento a ser executado: toda a tarefa

consiste em selecionar a seqüência adequada de mensagens. (FLÁVIO OLMOS SIMÕES,

1999).

No entanto, esse tipo de estratégia peca pela sua falta de flexibilidade. O número de sentenças

que podem ser geradas é pequeno, consistindo basicamente da combinação das mensagens pré-

gravadas entre si. Além disso, não é possível efetuar nenhum tipo de alteração prosódica na

sentença gerada (alterações prosódicas são modificações nos parâmetros de duração, freqüência

fundamental (F0) e amplitude ao longo da sentença, essenciais para garantir a naturalidade das

frases sintetizadas). Por fim, o custo de armazenamento necessário para implementar um sistema

desse tipo é alto. Num sistema computacional, por exemplo, é preciso armazenar cada uma das

mensagens sob forma digital.

Esse tipo de estratégia se mostra suficiente para algumas aplicações mais simples, como por

exemplo, um sistema de acesso a saldos bancários por telefone. Nesse caso o vocabulário seria

composto por algumas frases introdutórias, como “Bom dia”, “Digite sua senha”, “Obrigado”,

etc., bem como por um conjunto de palavras a partir das quais seriam formados os valores dos

saldos (“um”, “dois”, “vinte”, “milhões”, “centavos”, etc.). Muito embora o resultado da

leitura seja artificial, pois a concatenação das mensagens é feita sem alteração prosódica, o

resultado da síntese é perfeitamente aceitável. Para sistemas mais complexos e com vocabulários

maiores, no entanto, a estratégia acima descrita se torna inviável.

Uma outra estratégia utilizada na geração de sinais de fala sintetizada é conhecida como síntese

paramétrica. Diferentemente do caso anterior, tem-se agora uma biblioteca de palavras

armazenadas sob forma parametrizada. Essa parametrização consiste em extrair, a um intervalo

de tempo fixo, valores dos parâmetros do trato vocal, bem como o valor de pitch (taxa de

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vibração das pregas vocais) do sinal de fala. Existem diferentes maneiras a partir das quais pode-

se obter essa parametrização (SIMÕES, 1999).

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CAPÍTULO 3 – ESPECIFICAÇÃO DO PROJETO

A tecnologia evoluiu a passos largos nas ultimas décadas, esse avanço se deve a várias

descobertas cientificas, com isso a vida cotidiana passou a ter uma série de facilidades e

otimização em relação a muitas tarefas do dia-a-dia e esses benefícios abrangem toda a espécie

de público. A inclusão social é um assunto amplamente discutido e muito aplicado nos últimos

anos.

O Bloco de Notas para Deficientes Visuais é um sistema que pode ser usado independentemente

de qualquer outro sistema, contudo o conteúdo gerado pode ser gravado no cartão de memória e

descarregado para um computador pessoal para outros fins.

3.1 Especificação do Hardware

O sistema consiste de sete estágio: aquisição do sinal através do teclado com seis teclas que

forma uma célula Braille reproduzindo de um caractere, armazenamento da informação em

memória, visualização no display LCD, interpretação e leitura dos fonemas, e amplificação e

saída sonora. Abaixo temos o diagrama em blocos do sistema.

Figura 10 – Diagrama em Blocos do Sistema

A aquisição do sinal através do teclado corresponde à detecção e interpretação das seis teclas

digitadas no teclado portátil que forma uma célula Braille via interrupção do sistema.

3.1.1 Microprocessador

O microcontrolador 8051, da Intel é, sem dúvida, o mais popular atualmente. O dispositivo em si

é um microcontrolador de 8 bits relativamente simples, mas com uma aplicação abrangente.

Atualmente não existe somente o CI 8051, mas uma família de microcontroladores baseada no

mesmo. Uma família é um conjunto de dispositivos que compartilha os mesmos elementos

básicos, tendo também um mesmo conjunto básico de instruções.

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O microprocessador funciona como um sistema seqüencial síncrono, onde a cada pulso, ou

grupos de pulsos de clock, uma instrução é executada. Entre os microprocessadores mais

conhecidos podemos citar o 8080 e 8085, Z-80, 8088, 8086, 80286, 68000, 80386 e superiores.

Embora já existam microprocessadores que trabalhem a centenas de MHz, o 8051 utiliza

tipicamente um clock de 12MHz, com tempos de execução de cada instrução variando entre 1ms

e 4ms (ALESSANDRO & VAGNER, 2007).

Figura 11 - Circuito Mínimo do 8051.

FONTE: adaptada de PEQUI - UFGO (2005).

3.1.2 Armazenamento no cartão de memória

De acordo com (Multimedia Card Association, 2006), os cartões MMC (MultiMedia Card) são

pequenos e removíveis cartões utilizados em dispositivos móveis como telefones e câmeras

digitais para o armazenamento de musicas, fotos ou outros tipos de arquivos.

Entre os benefícios de sua utilização, destacam-se o seu pequeno tamanho e preço relativamente

baixo em relação à outras tecnologias de memória portátil para os consumidores, e a sua

interface simples suportada pela maioria dos chipsets existentes para os desenvolvedores.

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Dentre suas características, pode-se citar:

• É focado em aplicações portáteis;

• Possui escalas de tensão de 2,7V a 3,6V para comunicação e acesso à memória;

• Possui as definições MMCplus e MMCmobile;

• É projetado para funções de somente leitura, leitura/escrita, ou cartões de E/S.

• Suporta freqüências de clock de 0-20MHz, 0-26MHz ou 0-52MHz;

• Possui uma taxa máxima de dados de 416 Mbits/séc;

• Possui uma performance mínima definida;

• Contém suporte a três modos de larguras de barramento de dados: 1 bit, 4 bits e 8 bits;

• Inclui senha de proteção de dados;

• Inclui comandos específicos de aplicações;

• Mecanismo simples para apagar dados;

O cartão MMC transfere dados através de um número configurável de sinais de barramento de

dados. Os sinais de comunicação são:

• CLK: Referente a freqüência de clock, que pode variar entre zero e o valor de freqüência

máximo;

• CMD: Este sinal é um canal de comando bidirecional, usado para inicialização do cartão

e transferência de comandos. Existem dois modos de operação: open-drain para o modo

de inicialização, e push-pull para transferência de comandos rápidos.

• DAT0-DAT7: Estes são canais de dados bidirecionais. Os sinais DAT operam no modo

push-pull.

3.1.3 Display LCD

Os módulos LCD são interfaces de saída muito úteis em sistemas microprocessados.

Estes módulos utilizam um controlador próprio, permitindo sua interligação com outras placas

através de seus pinos, onde deve ser alimentado o módulo e interligado o barramento de dados e

controle do módulo com a placa do usuário. Naturalmente que além de alimentar e conectar os

pinos do módulo com a placa do usuário deverá haver um protocolo de comunicação entre as

partes, que envolve o envio de bytes de instruções e bytes de dados pelo sistema do usuário. A

Tabela 2 mostra a descrição dos pinos do módulo LCD.

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Tabela 1 - Descrição dos pinos do módulo LCD

FONTE: adaptada de Interface Display LCD - UNICENP (2007).

Assim como em um rádio relógio todo módulo LCD permite um ajuste na intensidade da luz

emitida ou ajuste de contraste, isto é possível variando-se a tensão no pino 3. Alguns fabricantes

recomendam o uso de um resistor de 4K7Ω em série com o potenciômetro de 10K Ω, mas pode-

se utilizar apenas o potenciômetro.

Os módulos LCD são projetados para conectar-se com a maioria das CPU’s disponíveis no

mercado, bastando para isso que esta CPU atenda as temporizações de leitura e escrita de

instruções e dados, fornecidos pelo fabricante do módulo.

A Tabela 3 mostra a relação entre a freqüência da CPU e a temporização de leitura/escrita da

maioria dos módulos LCD. Em geral, podemos conectar o barramento de dados da CPU ao

barramento do módulo, mapeando-o convenientemente na placa de usuário, e efetuarmos uma

operação normal de leitura/escrita sem mais problemas.

Tabela 2 - Relação entre a freqüência da CPU e a temporização de leitura/escrita do LCD (tAS = tempo para endereçamento, PWEH = pulso de habilitação, tH = tempo de espera para envio dos dados)

FONTE: adaptada de Interface Display LCD - UNICENP (2007).

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O LCD, quando alimentado, necessita de algumas instruções de inicialização que identificará

qual a forma de transmissão de dados será estabelecida entre a CPU e o módulo.

A Tabela 4 traz um resumo das instruções mais usadas na comunicação com os módulos LCD.

Tabela 3- Instruções mais usadas na comunicação com módulos LCD

FONTE: adaptada de Interface Display LCD - UNICENP (2007).

O modulo LCD possui uma tabela de caracteres prontos, que são números, pontos mais

comuns e letras sem acentos. Pode-se então programar, durante a inicialização, caracteres

especiais para que o LCD possa mostrá-los também. Deve-se fazer uma relação da matriz

escolhida do caracter (ex: 7x5) e atribuir os bits na horizontal que vão formar o caracter ao longo

das 7 linhas. A Tabela 5 mostra um exemplo para o caracter “ç”.

Tabela 4 - Exemplo de programação de um caracter especial

FONTE: adaptada de Interface Display LCD - UNICENP (2007).

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Deve-se seguir uma sequência de instruções para inicialização e configuração do modo de

operação do LCD. Primeiramente, é testado o busy flag para ter certeza que o display está pronto

para receber algum dado. Vemos a seguir, sequências de inicialização para três diferentes modos

de operação. É necessário que entre estas primeiras instruções haja um delay de, pelo menos, 3 a

5 milisegundos entre cada instrução, como mostra a Tabela 5, se o 8051 estiver trabalhando a

uma frequência maior que 10MHz, as demais instruções podem ser escritas apenas checando o

busy flag.

Tabela 5 - Seqüência de inicialização do módulo LCD

FONTE: adaptada de Interface Display LCD - UNICENP (2007).

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3.1.4 Memória Externa

Para a gravação dos conjuntos de fonemas, foi necessário utilizar uma memória de alta

capacidade.

Após analise de várias alternativas optou-se pelo CI da Winbond Eletronics Corporation

América (WECA) ISD25XX onde XX representa o tempo de gravação total do CI em segundos,

comercialmente encontrado com 60/75/90/120 segundos.

Este CI possui características interessantes como o armazenamento de sons, endereçamentos

individuais, no qual só é necessário o endereçamento da posição inicial e ativação de 1 bit para

ativação de saída sonora já que o término do segmento é conhecido pelo CI, possui modo de

baixo consumo, gravação do som no próprio CI, decodificação e filtro anti-aliasing conforme

mostra o diagrama em blocos na linha ISD2560/75/90/120 conforme figura 16 e pinagem figura

17.

Figura 12 - Diagrama em blocos ISD25XX

FONTE: adaptada de Datasheet ISD25XX - ChipCoder (2007).

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Figura 13- Pinagem ISD25XX

FONTE: adaptada de Datasheet ISD25XX - ChipCoder (2007).

A opção deste CI proporcionou um custo mais elevado do que o outro sistema porém optou-se

por esse sistema já que a prioridade deste projeto é o tamanho reduzido e baixo consumo. Sendo

assim os sons referentes aos segmentos silábicos foram gravados na memória ISD2590.

O módulo do ISD25XX pode ser visualizado na figura 17 tem características de alta qualidade de

gravação sonora, design simples e tempo de duração de armazenamento do CI sem alimentação

de mais de 100 anos.

Possui também gravação de mensagens endereçáveis, looping de mensagem, gravação

consecutiva com método de separação de mensagens, gravação consecutiva com método de link,

entre outros.

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O modo de operação básico do módulo é o modo de endereçamento individual que permite

gravação e reprodução de muitos sinais de áudio independentes em no máximo de duração total e

banda de freqüência dependendo o valor do CI onde: (i) 60s e 0,15/3,4 KHZ para ISD2560, (ii)

90s e 0,15/2,3 KHZ para ISD2590 ou (iii) 120s e 0,15/1,7 KHZ para ISD25120 em células

sucessivas de armazenamento em memória, dividida em 600 linhas endereçáveis. Isto significa

que um máximo de 600 mensagens independentes podem ser gravadas, cada um com tempo de

duração 0,1s / 0,125s / 0,15s / 0,2s, respectivamente. O número atual de mensagens e as suas

durações dependem da seleção de endereço nos espaços de memória. O endereçamento é feito

com uma codificação binária de 10 endereços de entrada A0 – A9 conforme Tabela 7:

Tabela 6 - Mapa de Memória

FONTE: adaptada de Datasheet ISD25XX - ChipCoder (2007).

No projeto os endereços de memória foram repartidos em 120 pedaços de 5 posições em 0,15s

cada se obtém 0,75s de tempo de gravação por segmento e para mensagens longas com a de

introdução do sistema ou qualquer frase pelo menos 10 posições com 1,5s.

A vantagem do uso desse módulo usando o CI ISD25XX possibilita a regravação de mensagens

e gravação de palavras ou frases mais usadas pelo usuário a qualquer momento, bastando apenas

o endereçamento dessas e a vinculação no programa.

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3.1.5 Interpretação e leitura dos fonemas.

A etapa correspondente à interpretação e leitura dos fonemas constitui-se da detecção de

fonemas por meio de combinações existentes entre os caracteres gravados em memória e a

localização da posição dessas sílabas gravadas foneticamente na memória externa onde foram

gravados os segmentos fonéticos, possibilitando acesso a essa posição e a disponibilização

desses dados para a etapa de amplificação.

3.1.6 Amplificação e saída sonora.

Como o sistema não possui capacidade de reprodução em alta potência foi necessário o

desenvolvimento de um sistema de amplificação de áudio. Para isso foram estudados 2

amplificadores, o amplificador operacional 741 e o LM 386. Sendo que desses o segundo tornou-

se mais atrativo por não necessitar de uma tensão negativa na alimentação como o 741 e por seu

baixo consumo de energia, porém vale estudar as duas alternativas.

Para esse primeiro caso foi utilizado um circuito formado por um amplificador operacional não

inversor conforme Figura 20, pois este permite um ganho no sinal de acordo com R1 e R2

conforme a fórmula de ganho:

A equação acima comprova a controlabilidade do ganho em malha fechada por meio do circuito

de realimentação negativa.

Figura 14 - Esquemático do Amplificador Operacional Não-Inversor

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Para a utilização deste circuito o resistor R1 foi mantido em 1KΩ , ou qualquer outro resistor e

R2 é viável, contanto que para ter um ganho no sinal é preciso fazer com que R2 seja maior que

R1, caso seja igual o ganho será de 2x. Baseado nisso pode-se utilizar um resistor variável para

ter um controle ajustável do ganho e do volume na saída saturando em 5V.

Pode-se visualizar a elaboração deste primeiro circuito de amplificação observando a figura 21,

em que VIN é a tensão de entrada, correspondente à saída da decodificação digital/analógica.

Figura 15 - Circuito de Amplificação Usando 741

O circuito integrado LM386 permite a construção de pequenos amplificadores de saída de áudio,

com potência na faixa de 0,25 a 0,5 W, para os mais diversos fins. Sua tensão de alimentação

pode variar de 6V à 12V e drena apenas 24 miliwatts quando opera com alimentação de 6VCC.

O ganho interno do LM386 pode variar entre 20 a 200 vezes a tensão de entrada.

Verifica-se que o CI ISD2590 tem saída speaker 16 Ohms. Para utilização de auto-falante de 8

Ohms é necessário à utilização de um amplificador. O circuito da Figura 22 foi desenvolvido

para saída com speaker de 8 Ohm utilizando amplificador LM386 com ganho variável de acordo

com a variação de R2.

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Figura 16 - Amplificador LM386 com Auto-falante

A Figura 23 mostra a integração do microcontrolador com o ISD2590 e o amplificador.

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Figura 17 – Integração do microcontrolador 8051 e ISD2590

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3.2 Especificação do firmware

A linguagem utilizada de software que é utilizada é assembly do 8051, a qual interage com o

sistema, sendo responsável pela disponibilizarão ou não dos dados em barramento, saída e

aquisição de sinais, atendimento às interrupções, entre outros.

É necessário a integração do sistema em tempo real, ou seja a medida que o usuário efetuar a

digitação dos dados, tais informações devem estar armazenada em memória e quando o usuário

pressionar a tecla ouvir, o sistema deve efetuar a emulação sonora pausadamente para

interpretação do som. O sistema pode ser visualizado, observando os fluxos 20 a 24.

A Figura 24 é exibe o fluxograma do menu inicial do sistema, o programa engloba as opções:

arquivos gravados, ler o que foi digitado e também o que está gravado, edita um texto e testa o

teclado, para as opções do menu já existe a gravação que é iniciada cada vez que o sistema é

ligado.

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Figura 18 – Menu principal

A opção A - Arquivo listado no menu principal está melhor detalhada na Figura 25, para

esta opção existem mais algumas sub-opções demonstradas no fluxograma, para todas as opções

deste menu existem os textos pré-gravados.

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Figura 19 – Arquivos do sistema

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Logo após a escolha de um documento ou logo após digitar um texto é habilitada à opção de

leitura do arquivo, se aceita essa opção é acionado o modulo do fluxograma descrito na Figura

26 abaixo:

Figura 20 – Leitor de texto

A opção do menu inicial E - Editar quando acionada oferece a facilidade da edição de um

arquivo existente ou um novo conforme ilustrado conforme a Figura 27.

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Figura 21 – Editor de texto

O sistema de teclas pode ser previamente configurado, para esta facilidade temos essa opção no menu inicial que contempla o teste completo de todas as letras, números e sinais existentes em um teclado, a Figura 28 demonstra o fluxo desta opção.

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Figura 22 – Testando o teclado

Com as opções citadas tem-se um sistema robusto e prático que proporciona inúmeras

facilidades no processo de escrita para um deficiente visual, com o armazenamento.

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CAPÍTULO 4 – DESENVOLVIMENTO E IMPLEMENTAÇÃO

Neste capítulo apresenta como alguns blocos do sistema foram implementados, partes

consideradas importantes no projeto serão expostas. O objetivo principal é exemplificar o projeto

proporcionando maior esclarecimento sobre o sistema.

4.1 Hardware

Os esquemáticos relativos ao diagrama em blocos da Figura 29 são mostrados na seção de anexo

desse documento.

O hardware é composto dos módulos conforme diagrama em blocos ilustrado na Figura 29:

Figura 23 – Diagrama em blocos do sistema

A Figura 30 ilustra a disposição das teclas em Braille usada neste projeto, tal como é usado em

uma máquina de escrever Braille.

Figura 24 – Disposição do teclado em Braille

Na Figura 31 temos um exemplo do funcionamento do sistema a escrita de uma palavra no

teclado em Braille e a seqüência de evento que ocorre como saída sonora e amostragem no

display LCD.

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Figura 25 – Exemplo de uma palavra escrita no bloco de notas

O sistema opera de forma simples, as teclas são dispostas iguais a uma máquina de escrever em

Braille, o display foi acoplado no sistema para ter uma interação entre os usuários portadores de

deficiência visual e também para os que não são, eliminando as barreiras existentes no processo

de aprendizagem, podendo o portador de deficiência visual participar de escolas e cursos de igual

para igual, sem o constrangimento existente na utilização de uma máquina de escrever em Braille

que produz um barulho grande ou na utilização de regletes e punção também produzindo o

mesmo tipo de transtorno. A Figura 32 exibe o bloco de notas para deficientes visuais.

Figura 26 – Bloco de notas para deficientes visuais

FONTE: adaptada de Tecnologia - TERRA (2007).

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4.2 Firmware

O firmware foi implementado em Assembler e segue com o seu funcionamento seguindo os

passos das figuras 24 à 28, onde foi verificado todos os fluxogramas do programa.

A leitura do teclado é feita conforme exemplo descrito abaixo:

LE_TECLADO: MOV P1, #FFH MOV P3, #00H MOV A, #FFH MOV R2, #FFH MOV R3, #FFH VARREDURA: MOV R2, A MOV A, P1 CJNE A, #FFH, CONTINUA1 SJMP VARREDURA CONTINUA1: CJNE A, 02H, CONTINUA2 MOV R3, A CPL A MOV R1, A MOV DPTR, #400H ;Testa se o caracter é válido MOV 20H, #28 VALIDA_CARACTER: MOV A, 20H MOVC A, @A+DPTR CJNE A, 01H, PROXIMO SJMP CARACTER_VALIDO PROXIMO: DJNZ 20H, VALIDA_CARACTER SJMP LE_TECLADO CARACTER_VALIDO: AJMP ESCREVE_DISPLAY CONTINUA2: ACALL LOOP1 SJMP VARREDURA

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CAPÍTULO 5 – VALIDAÇÃO E RESULTADOS

O projeto pode ser dividido em dois blocos principais (firmware e hardware), sendo que cada

um foi testado individualmente.

O teclado foi desenvolvido por meio da soma de cada tecla apertada resultando o seu valor em

hexadecimal utilizando assim todas as portas para o teclado do 8051, a gravação das letras no

ISD foi efetuada com sucesso sendo eliminado o ruído na gravação foi possível armazenar todos

os 127 caracteres ASCII junto os 34 fonemas da língua portuguesa. Para destingir maiúsculas de

minúscula pode ser gravado com voz feminina e voz masculina.

Com a utilização do CI ISD2590 o sistema ficou compacto e simples apesar do encarecimento

que esta escolha trouxe, mas o sistema ficou compacto. A inclusão de mais um módulo de

amplificação nos levou a melhores resultados na saída sonora. Com a validação dos testes desse

módulo verificou-se que a gravação das letras, números, fonemas e mensagens pré-gravadas é

possível e totalmente viável na utilização desse recurso, contém até 600 linhas endereçáveis

sendo que eliminando os ruídos são utilizados 400 endereços para letras, números e fonemas,

sendo que para a gravação de mensagens é necessário mais tempo de gravação o que poderá ser

feito com um CI ISD25120.

Não foi possível chegar aos resultados esperados como a síntese e o armazenamento em cartão

de memória devido à dificuldade nas busca para encontrar uma estrutura de hardware compacta

e de baixo custo, quando o mesmo foi encontrado já não existia tempo hábil para a construção de

todas as implementações levantadas em nosso objetivo, mas o projeto com essa estrutura é

totalmente viável para construção de ima solução de baixo custo.

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CAPÍTULO 6 - CONCLUSÃO

Este trabalho buscou facilitar a vida de deficientes visuais no contato com a escrita e leitura,

tentando reduzir a grande dificuldade para executar tais tarefas. O bloco de notas tem como

finalidade explorar a execução dessas tarefas procurando facilidades, para isso conta com a

utilização de componentes de baixo custo, uma vez que este tipo de equipamento comercial

possui um elevado custo.

Com o protótipo desenvolvido verificou-se que é possível encontrar soluções de baixo custo para

problemas de proporções consideráveis.

Para a gravação e reprodução do som foi usado o CI ISD2590 da Winbond Eletronics

Corporation América, simples de endereçar e manusear. Este CI tornou o sistema compacto e

simples, embora tenha encarecido o custo do projeto, são possíveis novas alternativas, como

permitir ao usuário uma nova gravação de conjunto de seguimentos ou palavras.

Para o armazenamento de um maior número de informações pode-se contar com uma solução

viável e prática que é a gravação em cartão de memória, possibilitando a gravação de um maior

número de caractere equivalente ao tamanho total do cartão, visando um mercado muito mais

abrangente em termos de armazenamento. Os cartões disponíveis no mercado atualmente têm

uma capacidade de armazenamento de até 8G com projeção para ser armazenada até o dobro da

capacidade citada, tornando o sistema poderoso, esse módulo não foi implementado devido ao

cronograma proposto inicialmente para realização do projeto.

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CAPÍTULO 7 – ESTUDO DE VIABILIDADE

Este trabalho busca facilitar a vida de deficientes visuais no contato com a escrita e leitura da

Tabela 7 – Estudo de Viabilidade Técnica – Econômica

COMPONENTE QUANTIDADE CUSTO EM R$

TOTAL PARCIAL EM

R$ Display LCD 1 17,37 17,37 Microcontrolador 1 7,00 7,00 ISD2590 1 68,30 68,30 Push Button 910 2,13 19,17 LM386 1 1,30 1,30 Auto Falante 1 3,10 3,10 Microfone 1 2,60 2,60 Componentes Discretos 38 20,00 20,00 Hora de trabalho 650 10,00 6.500,00

TOTAL 6.638,84

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CAPÍTULO 8 – CRONOGRAMA DE DESENVOLVIMENTO

Figura 27 – Cronograma de desenvolvimento

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CAPÍTULO 9 - EXEMPLOS DE REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS

1-Livro

FARACO & MOURA. Gramática. Editora Ática. São Paulo. 2000.

DOMINGOS PASCHOAL CEGALLA. Novíssima Gramática. Editora Nacional. São Paulo.

1993.

HILTON ROCHA, ELISABETO RIBEIRO GONÇALVES. Ensaios sobre a Problemática da

Cegueira. Editora Fundação Hilton Rocha. 1987.

DENYS E. C. NICOLOSI. Microcontrolador 8051 Detalhado. Editora Érica. São Paulo. 1994.

ENG. VIDAL PEREIRA DA SILVA. Aplicações Práticas do Micro 8051 Detalhado. Editora

Érica. São Paulo. 2000.

2- Monografia, Dissertação e Tese

SIMÕES, FLÁVIO OLMOS. Implementação de um sistema de Conversão Texto-Fala

para o Português do Brasil. Campinas, 1999. Dissertação (Mestrado).

3- Internet

Braille. Lions Clubs International. Disponível em: <

http://www.lionsclubs.org/PO/content/vision_services_braille.shtml >. Acesso em: março de

2007.

Braille. Todos Nós. Disponível em: <

http://www.todosnos.unicamp.br/Diferencas/Conceitos/braile_html >. Acesso em: março de

2007.

Perkins Braille. A-Z to Deafblindness. Disponível em: <

http://www.deafblind.com/braille.html>. Acesso em: março de 2007.

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Voz. Manejo de la voz. Disponível em: <

http://www.oratoriaconsulting.com.ar/contenidos3.htm>. Acesso em: março de 2007.

Braille: Adaptive Technology Centers – IUB and IUPUI. Disponível em: <

http://www.indiana.edu/~iuadapts/technology/hardware/braille/braille_lite.html> Acesso em:

março de 2007.

Braille: Braille n Speak. Disponível em: < http://www.blazie.co.uk/priceBNS.htm> Acesso

em: março de 2007.

Microcontrolador: Pesquisa- Aplicações com Microcontrolador 8051. Disponível em: <

http://www.ufpa.br/dee/lacos/andreya-reinaldo.htm> Acesso em: março de 2007.

Microcontrolador: A família de microcontroladores. Disponível em: <

http://www.das.ufsc.br/~werner/eel7030/8051/Apostila8051Hari.pdf> Acesso em: março de

2007.

Microcontrolador: Microcontrolador 8051. Disponível em: <

http://www.cefetsc.edu.br/~vnoll/apostila8051vagner.pdf> Acesso em: março de 2007.

MMC: Multimedia Card Association. Disponível em: <

http://www.mmca.org/technology/about/> Acesso em: março de 2007.

Display LCD: Interface Display LCD 8051. Disponível em: <

http://engcomp.unicenp.edu.br/arquivos/engcomp/File/Placas%20DOCs/Interface_LCD_8031

.pdf> Acesso em: março de 2007.

ISD25XX: DataSheet ISD2560/75/90/120. Disponível em: <

http://kitsrus.com/pdf/isd_2560.pdf> Acesso em: março de 2007.