BLOCO DE NOTAS PARA DEFICIENTES VISUAIS

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1 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

2 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.

3 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.

4 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.

5 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

6 SUMÁRIO CAPÍTULO 1 - INTRODUÇÃO...12 CAPÍTULO 2 FUNDAMENTAÇÃO TEÓRICA Objetivo Histórico Estudo do Braille Impressa Braille e Instrumentos Estudo da Produção e Síntese da Fala Trato vocal Vogais Semivogal Consoante Estudo da Síntese de fala...27 CAPÍTULO 3 ESPECIFICAÇÃO DO PROJETO Especificação do Hardware Microprocessador Armazenamento no cartão de memória Memória Externa Interpretação e leitura dos fonemas Amplificação e saída sonora 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 Livro Monografia, Dissertação e Tese

7 3- Internet...57 APÊNDICE A CÓDIGO...ERRO! INDICADOR NÃO DEFINIDO. 12

8 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 Figura 10 Diagrama em Blocos do Sistema...31 Figura 11 - Circuito Mínimo do 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 Figura 22 - Amplificador LM386 com Auto-falante...42 Figura 23 Integração do microcontrolador 8051 e ISD 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

9 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 12

10 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. 13

11 CAPÍTULO 2 FUNDAMENTAÇÃO TEÓRICA 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 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 14

12 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. 15

13 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 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 do alto para baixo, coluna da direita: pontos

14 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 ( ); 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 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 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. 17

15 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 18

16 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 19

17 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. 20

18 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. 21

19 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 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. 22

20 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/... 23

21 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 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., 24

22 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 25

23 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 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. 26

24 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, produzemse 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) 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 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 Estudo da Síntese de fala 27

25 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. 28

26 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 prégravadas 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 29

27 vibração das pregas vocais) do sinal de fala. Existem diferentes maneiras a partir das quais podese obter essa parametrização (SIMÕES, 1999). 30

28 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 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. 31

29 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, 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 FONTE: adaptada de PEQUI - UFGO (2005) 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. 32

30 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 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. 33

31 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 podese 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 (t AS = tempo para endereçamento, PW EH = pulso de habilitação, t H = tempo de espera para envio dos dados) FONTE: adaptada de Interface Display LCD - UNICENP (2007). 34

32 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). 35

33 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). 36

34 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). 37

35 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. 38

36 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. 39

37 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 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 tornouse 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 40

38 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. 41

39 Figura 16 - Amplificador LM386 com Auto-falante A Figura 23 mostra a integração do microcontrolador com o ISD2590 e o amplificador. 42

40 Figura 17 Integração do microcontrolador 8051 e ISD

41 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. 44

42 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. 45

43 Figura 19 Arquivos do sistema 46

44 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

45 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. 48

46 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. 49

47 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. 50

48 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). 51

49 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 MOV 20H, #28 VALIDA_CARACTER: MOV A, 20H MOVC CJNE A, 01H, PROXIMO SJMP CARACTER_VALIDO PROXIMO: DJNZ 20H, VALIDA_CARACTER SJMP LE_TECLADO ;Testa se o caracter é válido CARACTER_VALIDO: AJMP ESCREVE_DISPLAY CONTINUA2: ACALL LOOP1 SJMP VARREDURA 52

50 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 ISD 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. 53

51 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. 54

52 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 ISD ,30 68,30 Push Button 910 2,13 19,17 LM ,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 , ,00 TOTAL 6.638,84 55

53 CAPÍTULO 8 CRONOGRAMA DE DESENVOLVIMENTO Figura 27 Cronograma de desenvolvimento 56

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