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Il lavoro di Tesi che abbiamo intrapreso è stato finalizzato allo sviluppo di un dispositivo a comando vocale per il controllo tramite infrarossi di apparati domestici, espressamente rivolto a persone diversamente abili, in particolare a disabili motori agli arti superiori.
Tra le caratteristiche che avrebbero dovuto differenziare il nostro dispositivo dalla totalità di quelli presenti sul mercato, spicca il basso costo presunto di produzione e quindi, indirettamente, di vendita; alcune caratteristiche del nostro dispositivo, in ogni caso, avrebbero dovuto essere confrontabili con quelle di dispositivi di controllo ambientale di fascia media o alta; in particolare, prendendo a riferimento il dispositivo più economico venduto oggi in Italia, il cui prezzo è di 650 Euro (+I.V.A.), il nostro dispositivo avrebbe dovuto implementarne gran parte delle funzioni, e, soprattutto, quelle di ausilio all’utente, in esso quasi totalmente assenti.
Altre specifiche prefissate per il prodotto sono scaturite dall’analisi comparativa degli ausili a comando vocale, a emissione infrarossa, disponibili oggi sul mercato europeo e nordamericano. Le riportiamo qui di seguito; riassumendo i passi compiuti nello sviluppo del sistema, vedremo come esse siano state soddisfatte.
Fra le specifiche, la possibilità di emettere sequenze IR con frequenza della portante fino a 75 kHz; la possibilità di controllare fino a una quindicina di dispositivi diversi, con un totale massimo di 150 comandi vocali parzialmente condivisi, e un numero totale pari a 40 di parole riconoscibili dal sistema.
Un prodotto come quello da noi ideato, non essendo destinabile a una produzione in volumi di migliaia di pezzi, ha richiesto la scelta di componenti e moduli facilmente reperibili sul mercato. Per sviluppare il nostro telecomando a riconoscimento vocale, abbiamo innanzitutto identificato un opportuno hardware di riconoscimento vocale; fra i moduli hardware e i microcontrollori per riconoscimento vocale, il rapporto prezzo/prestazioni ha giocato a favore del sistema VE, prodotto dall’azienda statunitense Sensory. Il cuore di tale sistema è un microcontrollore che interpreta programmi scritti in VE-C, un linguaggio proprietario subset dell’ANSI-C, con molte limitazioni, al cui interno sono disponibili funzioni built-in per il riconoscimento vocale.
L’adozione dell’hardware VE per sviluppare il nostro sistema è stata naturalmente subordinata a una prima verifica delle sue capacità di riconoscimento vocale, risultate adatte per la nostra applicazione; in particolare, abbiamo identificato nella tecnologia di riconoscimento Speaker Dependent quella più adatta, sia per il minore costo, sia per la maggiore accuratezza di riconoscimento rispetto a quella Speaker Independent, gestibile anch’essa dall’hardware scelto, seppur con molte limitazioni, sia per la possibilità che il sistema sia utilizzato da persone con problemi di dizione.
Durante l’esecuzione dei test, abbiamo identificato problemi nel riconoscimento e nel training di insiemi di vocaboli con più di quindici-venti elementi, e ne abbiamo previsto possibili soluzioni.
Date le limitate capacità del VE-C di gestire interruzioni, periferiche on-chip e altre risorse hardware, rispetto a quelle del codice assemblato o compilato, abbiamo identificato sin
149 da subito la necessità, in un sistema stand-alone come quello da ideare, di affiancare al modulo VE anche un microcontrollore host con funzione di gestore di tutto il sistema.
Abbiamo mostrato, nel quarto capitolo, come la necessità di un host abbia aperto la possibilità di utilizzare e configurare il sottosistema di riconoscimento vocale per impieghi svincolati dalla nostra particolare applicazione, rivolta alle persone diversamente abili.
Abbiamo allora affidato all’host il ruolo di gestore di tutte le funzioni di ausilio che avevamo indicato nelle specifiche. Il VE è stato pertanto programmato in modo tale da presentare una interfaccia piuttosto semplice ad un generico host, e di essere gestito come una periferica;
abbiamo sviluppato un protocollo di comunicazione, un set di comandi e di messaggi di risposta, attraverso cui host e VE interagiscono. In particolare, abbiamo affidato al VE il solo compito del riconoscimento vocale e l’emissione, in autonomia, di un numero limitato di messaggi di feedback vocale, legati soprattutto a errori di declamazione da parte dell’utente.
In vece dell’host microcontrollore, abbiamo deciso di utilizzare come host un programma in ambiente Matlab, in modo da sviluppare più agevolmente sia il firmware del VE, sia il set di comandi e messaggi. Le funzionalità implementate sull’host in ambiente Matlab, che abbiamo dotato di una GUI, risultano sostanzialmente le funzionalità richieste all’host microcontrollore, e ne rispecchiano le specifiche. Abbiamo implementato, su tale host, le soluzioni che avevamo prospettato per risolvere i problemi di falso riconoscimento che si verificano con set estesi di vocaboli. In particolare, prevedendo per il nostro telecomando riconoscitore una struttura dei comandi a menu, e introducendo set limitati di vocaboli, abbiamo di fatto limitato in ogni istante il riconoscimento alle sole parole pertinenti. Ciò, insieme a una opportuna organizzazione del codice VE-C, ha permesso di soddisfare sia la specifica sulle 40 parole complessive, sia quella sulla gestione dei principali comandi di una quindicina di dispositivi domestici e domotici. Le prerogative date all’host, poi, hanno permesso di organizzare i set sul VE fino a raggiungere i 150 comandi condivisi richiesti dalle specifiche, e hanno anche permesso di inserire in tutti i set una parola di aiuto; nel momento in cui tale parola venisse riconosciuta, l’host ne verrebbe informato e potrebbe decidere le azioni opportune, quali, tipicamente, l’invio al VE del comando di riprodurre le parole corrispondenti ai comandi disponibili a tale istante.
Abbiamo poi definito la struttura hardware complessiva del sistema telecomando IR, illustrata nel quinto capitolo, identificando le caratteristiche di ogni singolo modulo e scegliendo opportunamente la sua architettura e i componenti con cui realizzarla.
Abbiamo infine definito la struttura complessiva del circuito, realizzato e testato alcuni moduli hardware, e definito il layout del PCB.
Per quanto riguarda i codici IR dei dispositivi da gestire, ne abbiamo previsto, da specifica, la disponibilità attraverso l’aggiornamento del firmware del microcontrollore attraverso semplice connessione seriale con un PC; tale strategia è oggi effettivamente utilizzata, sul mercato italiano, per il telecomando più economico disponibile, quando lo si debba aggiornare con codici IR per il controllo di apparati di nuova commercializzazione.
Oltre al firmware del microcontrollore, abbiamo previsto anche la possibilità di aggiornare il firmware su VE e di eseguire eventuali backup/restore da PC. Facciamo inoltre notare che il VE, dotato dell’interfaccia e del firmware che abbiamo realizzato, può essere utilizzato come modulo di riconoscimento vocale da qualunque programma su PC che possa controllare tutti i segnali della porta seriale.
Conclusioni
150 Sul PCB abbiamo previsto cinque pulsanti per accedere a tutte le funzioni del dispositivo, sia a quelle di configurazione che a quelle di esecuzione dei comandi IR veri e propri; il telecomando a riconoscimento vocale, infatti, deve servire anche come accentratore ad accesso manuale, facilitato, delle funzioni di controllo IR di più dispositivi. Naturalmente, in generale i normali pulsanti non sono utilizzabili con comodità da persone affette da disabilità motorie degli arti superiori. Per tale motivo, abbiamo previsto la possibilità di connettere al dispositivo fino a due pulsanti ad attivazione facilitata; nel caso dell’utilizzo di due soli pulsanti, interni o esterni, l’unico accorgimento firmware risulta la predisposizione di una voce nei menu che consenta il cambio di livello, non necessaria nell’utilizzo con quattro o cinque pulsanti; nel caso di utilizzo di un solo pulsante, il firmware deve anche gestire la scansione temporizzata delle funzionalità possibili, attivando quella presentata nel momento della pressione del tasto.
Ulteriore possibilità di ausilio, rivolta a coloro che abbiano una capacità residua di dizione molto limitata, la possibilità di utilizzare la scansione e attivare le funzioni presentate tramite emissione di un suono anche poco articolato; ciò è garantito ancora dalla strutturazione dei set, operata dall’host. Quest’ultima funzione di ausilio non è presente su alcuno dei riconoscitori esistenti.
Come ulteriore forma di ausilio all’utente, è prevista la possibilità di feedback sonoro dei comandi e l’utilizzo di un display PLED/OLED, con caratteristiche di visibilità particolarmente buone. Riteniamo dunque di aver soddisfatto tutte le specifiche sull’accessibilità e sull’ausilio.
Per quanto riguarda la specifica sulla portabilità, abbiamo realizzato l’hardware prevedendo l’utilizzo di due sole batterie stilo, alcaline da 1.5 V nominali o Ni-MH da 1.2 V nominali, la cui tensione viene elevata da convertitori boost alle due tensioni necessarie. Il sistema è in grado di funzionare fino a una tensione minima di ingresso di circa 2.0-2.1 V. Un opportuno controllo sulla tensione di batteria evita l’attivazione di funzioni o componenti ad alto assorbimento nel momento in cui, a batterie parzialmente scariche, essi potrebbero provocare un notevole abbassamento della tensione di alimentazione, e il corrispondente reset del microcontrollore o del VE.
L’ultima specifica che esaminiamo riguarda il costo del sistema. Il prezzo di riferimento è quello del più economico telecomando IR a controllo vocale oggi esistente. Le sue caratteristiche, in termini di numero di parole riconoscibili, sono leggermente superiori al numero minimo di parole garantito dal nostro sistema, arrivando a circa sessanta; tuttavia, abbiamo previsto per il nostro sistema di riconoscimento vocale la possibilità di espansione con modifiche non sostanziali all’hardware, utilizzando un integrato ISD per la registrazione delle parole di comando utente, immesse durante il training e poi utilizzate per feedback di conferma o di aiuto. Con altre non onerose modifiche all’hardware del sistema telecomando, è invece possibile utilizzare memorie digitali per la memorizzazione delle parole utente.
Il telecomando il cui prezzo è il nostro riferimento, inoltre, presenta una struttura fissa e predefinita dei menu, mentre il nostro sistema è stato concepito, al di là delle specifiche minime, per l’aggiunta al menu predefinito di nuovi dispositivi e nuovi comandi, naturalmente entro il limite massimo del numero di parole e di quello dei comandi condivisi.
151 In tale telecomando, inoltre, manca la possibilità di connettere e gestire pulsanti ad azionamento facilitato, la possibilità di disporre di parole di aiuto, la scansione.
Il costo del nostro prototipo è risultato di circa 125 Euro, suddivisi nel seguente modo: 40 Euro per l’hardware di riconoscimento vocale, 20 Euro per il display, 15 Euro per il microcontrollore, circa 50 Euro per gli altri componenti elettronici. Per una miniserie di alcune decine di pezzi, sarebbe certamente possibile ottenere una cifra inferiore. In particolare, è pensabile di poter disporre dell’hardware di riconoscimento vocale a una cifra intorno ai 20-25 Euro, e a una riduzione del prezzo degli altri componenti non inferiore al 20%, per cui potremmo disporre di questi ultimi per un prezzo dell’ordine di 65-70 Euro. In totale, il costo dei componenti del sistema per una miniserie risulterebbe di 90-95 Euro al massimo. Da stime provenienti da operatori del settore, è pensabile che il prodotto finale potrebbe comparire sul mercato a un prezzo intorno ai 300-400 Euro.
