Pre Projeto Automação

INSTITUTO FEDERAL DE EDUCAÇÃO, CIÊNCIA E TECNOLOGIA DA INSTITUTO FEDERAL DE EDUCAÇÃO, CIÊNCIA E TECNOLOGIA DA

BAHIACAMPUS VITÓRIA DA CONQUISTA BAHIACAMPUS VITÓRIA DA CONQUISTA

DIRETORIA DE ENSINO DIRETORIA DE ENSINO

COORDENAÇÃO DE ENGENHARIA ELÉTRICA COORDENAÇÃO DE ENGENHARIA ELÉTRICA

SISTEMA DE CONTROLE APLICADO EM FPGA PARA COMANDO

SISTEMA DE CONTROLE APLICADO EM FPGA PARA COMANDO

DE ELEVADOR COM SEGURANÇA DE RECOGNIÇÃO POR VOZ

DE ELEVADOR COM SEGURANÇA DE RECOGNIÇÃO POR VOZ

WANS MACÊDO FRANÇA FARIAS

WANS MACÊDO FRANÇA FARIAS

Vit!i" #" C$%&'i(t")BA

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WANS MACÊDO FRANÇA FARIAS

SISTEMA DE CONTROLE APLICADO EM FPGA PARA COMANDO

DE ELEVADOR COM SEGURANÇA DE RECOGNIÇÃO POR VOZ

Pré-Projeto de Curso apresentado na disciplina Projeto em Engenharia Elétrica, como reuisito !"sico para apresentaç#o do Projeto de Final de Curso de Engenharia Elétrica do $F%& Campus 'it(ria da Conuista)

O!i*%t"#$!"2 P!$31 C45i" Li"!i%$1

*

RESUMO

Este tra!alho tem como o!jeti+o desen+ol+er e sintetiar, em './, o controle de um ele+ador com sistema de segurança !aseado em reconhecimento de +o utiliando o 0it

C1clone $$ FP& 3tarter %oard da &ltera) Pretende-se !uscar a 4orma mais +i"+el para a implementaç#o dentro das limitaç5es técnicas)

6

S'+9!i$

7) $89:;.<=>;)))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))? 2) .E/$M$9&=>; .; 9EM&)))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))? *) M;9$'&=>;))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))? 6) P:;%/EM&9$@&=>;)))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))A ?) $PB9E3E)))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))A A) ;%E9$';3))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))A A)7) ;!jeti+o eral))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))A A)2) ;!jeti+os EspecD4icos)))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))A ) :EFE:E8C$&/ 9EB:$C;))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))A )7) './)))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))A )7)7) &spectos gerais da linguagem)))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))) ) ME9;.;/;$& .& PE3G<$3&))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))7H I) :E3</9&.;3 E3PE:&.;3))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))7H 7H) C:;8;:&M&)))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))77 77) :EFE:J8C$&3 %$%/$;:KF$C&3)))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))72

/1 INTRODUÇÃO

& linguagem './ ou L'3$C ardare .escription /anguageL N/inguagem de

descriç#o de hardare '3$CO se desen+ol+eu a partir da necessidade de uma 4erramenta de  projeto e documentaç#o padr#o para o projeto '3$C NVery High Speed Integrate Circuit) na

? 4a!ricante) ; c(digo descre+e o comportamento ou estrutura desejada a partir de um circuito 4Dsico correspondente ao desen+ol+ido pelo compilador, sendo utiliado para 4acilitar o disign de circuitos digitais em CP/.s, FP&s e &3$Cs)

; FP&, ue ser" o dispositi+o utiliado, é semicondutor uer pode ser programado ap(s sua 4a!ricaç#o, ou seja, ao in+és de ser restrito a uma 4unç#o pré-determinado pelo 4a!ricante este pode ser ter seus recursos e 4unç5es programados adaptando-se s normas e recon4igurar hardares para aplicaç5es especi4icas, mesmo depois de o produto ter sido instalado no campo) Com essas caracterDsticas os dispositi+os FP&s tem se tornado uma importante 4erramenta did"tica para o desen+ol+imento de projetos em instituiç5es de ensino, como tem ocorrido com o 0it C1clone $$ FP& 3tarter %oard da &ltera, pois com a +ersatilidade e

emprega!ilidade destes dispositi+os pode se por em pr"tica o ue é aprendido em sala de aula) ; estudo de sistemas de reconhecimento autom"tico de +o tem sido 4oco de +"rios

tra!alhos o ue le+ou ao desen+ol+imento do sistema :&' N:econhecimento autom"tico de +oO) Com +"rias aplicaç5es como para sistemas de segurança, sistemas tele4Qnicos

automatiados entre outros, eRistem +"rias técnicas para a implementaç#o do :&', como a MM Nidden Mar0o+ ModelO, ue é a principal para o reconhecimento da pala+ra)

-1 DELIMITAÇÃO DO TEMA

& utiliaç#o da linguagem './ para o controle de um ele+ador com sistema de segurança de reconhecimento de +o utiliando o 0it C1clone $$ FP& %oard da &ltera)

:1 MOTIVAÇÃO

Com o a+anço da tecnologia a emprega!ilidade da linguagem './ +em se tornando um arti4Dcio importante para a sDntese e desen+ol+imento de hardares uem +enham a

atender o mercado consumidor)

; desen+ol+imento de prot(tipos é uma 4erramenta para ue possa testar a +ia!ilidade do projeto, com o intuito de aplicar este pressuposto  utiliaç#o do 0it C1clone $$ FP& 3tarter %oard da &ltera se torna um instrumento did"tico de grande importSncia e +ers"til para o desen+ol+imento de eRemplares)

01 PROBLEMATIZAÇÃO

A ;1 HIPÓTESE

• &plica!ilidade da linguagem './ como 4erramenta para a descriç#o do hardare de

4orma a relatar o comportamento ou estrutura desejada de acordo ao desen+ol+edor)

• 3Dntese e simulaç#o do c(digo './)

• & utiliaç#o do 0it C1clone $$ FP& 3tarter %oard para o desen+ol+imento de

 prot(tipos) <1 OB=ETIVOS

T 4inalidade da proposta compreender e eRaminar a linguagem './, suas

caracterDsticas e emprega!ilidades aos FP&s) &nalisar e estudar o seu 4uncionamento e os  parSmetros mais signi4icati+os ue 4aem parte da linguagem e do dispositi+o)

<1/1 O>*ti6$ G*!"4

• 9estar a emprega!ilidade da linguagem './ a dispositi+os FP&)

• <tiliar o 0it C1clone $$ FP& 3tarter %oard da &ltera para o desen+ol+imento e

sDntese de programas escritos em './) <1-1 O>*ti6$( E(?*7@3i7$(

• <tiliaç#o da l(gica em linguagem './ para controle do sistema de um ele+ador

com sistema de segurança de reconhecimento por +o)

• Faer uso dispositi+o FP& para a con4ecç#o do prot(tipo utiliando o 0it C1clone $$

FP& da &ltera para o controle do modelo) 1 REFERENCIAL TEÓRICO

1/1 VHDL

& linguagem './ 4oi originalmente desen+ol+ida so! o comando do .epartamento de .e4esa dos Estados <nidos N.&:P&O, em meados da década de 7IH, para documentar o comportamento de &3$Cs N&pplication 3peci4ic $ntegrated CircuitO ue compunham os euipamentos +endidos s Forças &rmadas americanas) $sto uer dier ue a linguagem './ 4oi desen+ol+ida para su!stituir os compleRos manuais ue descre+iam o

4uncionamento dos &3$Cs) &té ent#o, a Unica metodologia largamente utiliada no projeto de circuitos era a criaç#o atra+és de diagramas esuem"ticos) ; pro!lema com esta metodologia é o 4ato de ue desenho tem menor porta!ilidade, s#o mais compleRos para compreens#o e s#o eRtremamente dependentes da 4erramenta utiliada para produi-los)

 ; desen+ol+imento da './ ser+iu inicialmente aos prop(sitos de documentaç#o do  projeto '3$C) Entretanto !usca+a-se uma linguagem ue 4acilitasse o projeto de um

circuito, ou seja, a partir de uma descriç#o teRtual, um algoritmo, desen+ol+er o circuito, sem necessidade de especi4icar eRplicitamente as ligaç5es entre componentes) & './ presta-se adeuadamente a tais prop(sitos, podendo ser utiliada para as tare4as de documentaç#o, descriç#o, sDntese,simulaç#o, teste, +eri4icaç#o 4ormal e ainda compilaç#o de so4tare, em alguns casos)

&p(s o sucesso inicial do uso da './, a sua de4iniç#o 4oi posta em domDnio pU!lico, o ue le+ou a ser padroniada pelo $EEE N$nstitute o4 Electrical and Electronic EngineersO em 7I) ; 4ato de ser padroniada e de domDnio pU!lico ampliou ainda mais a sua utiliaç#o, no+as alteraç5es 4oram propostas, como é natural num processo de aprimoramento e a linguagem so4reu uma re+is#o e um no+o padr#o mais atualiado 4oi lançado em 7II*)

1/1/1 A(?*7t$( *!"i( #" 4i%'"*+

Como a linguagem './ suporta mUltiplos nD+eis de hieraruia, a descriç#o pode consistir na interligaç#o de outras descriç5es menores, a um c(digo ue representa o comportamento esperado do circuito) Esses estilos s#o denominados estrutural e

comportamental, e podem ser mesclados em uma mesma descriç#o) & estrutura hier"ruica e a opç#o de com!inar di+ersos estilos de descriç#o 4acilitam a conduç#o de projetos compleRos ue partem de um ni+l mais ele+ado para um nD+el mais !aiRo de especi4icaç#o, conhcidos como top don design) &s 4erramentas de sDntese suportam descriç5es de di4erentes estilos, desde ue o nD+el de a!straç#o seja moderado) Para a in4erência correta das estruturas, as construç5es empregadas de+em seguir modos pre4erenciais indicados pelo 4a!ricante)

&ssim como na linguagem de programaç#o, a linguagem './ permite a de4iniç#o de su!programas na 4orma de procedimentos e 4unç5es) ;s su!programas podem sem

empregados em rotinas de con+ers#o, de4iniç#o de no+os operadores e outras operaç5es n#o diretamente ligadas a um circuito possD+el de sDntese) 8ada impede, entretanto, ue um

su!programa tenha uma correspondência direta a um elemento do circuito a ser sintetiado) ; c(digo de um circuito multiplicador composto por um conjunto de células, por eRemplo, pode ter a 4unç#o de cada célula descrita por um su!programa)

.e+ido a sua potencialidade, a linguagem './ é compleRa, e muitas +ees de di4Dcil entendimento, dadas as inUmeras opç5es para modelar o comportamento de um mesmo circuito) Entretanto, o entendimento de um peueno numero de comandos, su4iciente para o modelamento de estruturas medianamente compleRas, pode ser rapidamente atingido) &

 necessidade de projetos mais compleRos encaminha a procura por no+os comandos le+ando a uma maior compreens#o das opç5es da linguagem)

1/1-1 E(t!'t'!" #$ C#i$

& estrutura !"sica de um c(digo './ consiste em três partesV N$O declaraç5es de  !i!liotecaspacotes, N$$O entidade e N$$$O aruitetura para a simulaç#o e sDntese de circuitos

digitais desta estrutura, pode ser realiada por so4tares como o Guartus $$ da &ltera, $3E da XilinR, Precisio :9/ e Model3im da Mentor raphics entre outros programas ue utiliam desta linguagem para a simulaç#o e sDntese de projetos)

1/1-1/1 D*74"!"$ #* Bi4i$t*7"( * P"7$t*(

& primeira parte do c(digo de+e contar uma lista com todas as !i!liotecas e pacotes ue o compilador necessitara para processar o projeto)

1/1-1-1 E%ti#"#* ENTIT

Entidade é a segunda das três partes 4undamentais do c(digo) 3eus principais conteUdos s#os duas seç5es de c(digo denominadas P;:9 e E8E:$C, sendo ue a primeira é

o!rigat(ria enuanto a segunda é opcional)

P;:9 é uma lista com especi4icaç5es de todas as portas, entradas e saDdas, do circuito) ; modo dos sinais, ou portas, pode ser $8, ;<9, $8;<9 N!idirecionalO ou %<FFE: NsaDda ue é utiliada internamenteO)

E8E:$C é usado para declarar constantes genéricas, +erdadeiramente glo!ais, as uais  podem ser utiliadas até mesmo nas declaraç5es de P;:9)

1/1-1:1 A!&'it*t'!" ARCHITECTURE

& aruitetura é a terceira e Ultima das três seç5es 4undamentais do './ !"sico) El" contém o c(digo propriamente dito)

1-1 FPGA

.esen+ol+ida pela empresa XilinR, 4oi lançada na década de H uma no+a aruitetura de circuitos integrados !aseado em l(gica program"+el, a /C& N/ogic Cell &rra1O ue mais tarde seria chamada de FP& NField Programa!le ate &rra1O onde 4oi  primeira demonstraç#o  pr"tica da computaç#o recon4igur"+el, na ual consiste em com!inar o desempenho do

hardare com a 4leRi!ilidade do so4tare)

 &s FP&Ys s#o dispositi+os semicondutores compostos por uma matri de !locos ue  podem ser programados ap(s a sua 4a!ricaç#o, ou seja, ao in+és de serem restritos a uma

4unç#o pré-de4inida pelos 4a!ricantes, este pode ter seus recurso e 4unç5es programadas de acordo a necessidade dos programadores mesmo depois de instalado em campo) Este

dispositi+o Zconsiste em uma matri de !locos l(gicos ou células l(gicas independentes, cercada de !locos de entrada e saDda, tam!ém independentes, e por um conjunto de recursos

I de interconeR#o program"+eis, ue permitem a interligaç#o ar!itr"ria dos !locos)[, N.&

C;39&, ME3G<$9&, P$8E$:;, 2H77,p) 2IO)

Cada !loco l(gico ou recursos de interligaç#o pode ser programado a partir de um c(digo  !in"rio, ue s#o os !its de con4iguraç#o N!iststreamsO dos dispositi+os, onde pode ser

con4igurado e recon4igurado assim determinando  4unç#o ue o mesmo ir" desempenhar a  partir do momento ue é con4igurado ou recon4igurado) & programaç#o dos !locos pode ser

4eita por c(digos por 4erramentas de so4tares seguindo um determinado 4luRo de projeto, a  partir deste c(digo cada !loco pode ser programado para desempenhar uma 4unç#o especD4ica,

determinando as portas ue ser#o de entrada ou de saDda de cada elemento recon4igur"+el da matri) Estas caracterDsticas da FP& permite ao programado se 4iRar somente com o

algoritmo ue se deseja implementar ao in+és de se preocupar com os circuitos ue ser#o implementados)

<mas das maiores +antagens das FP&s é a sua aruitetura 4leRD+el ue ser+e muito !em  para uma ampla +ariedade de aplicaç5es na ual consistem desde implementaç#o de

controladores de dispositi+os, do ual ser" implementado neste tra!alho, como tam!ém circuitos de codi4icaç#o, l(gica ar!itr"ria, prototipagem e emulaç#o de sistemas entre outros)

1:1 Si(t*+" #* R*7$%8*7i+*%t$ A't$+9ti7$ #* V$

Para ue o computador reconheça o som da sua +o juntamente com a 4onética da pala+ra  pronunciada e e4etue a aplicaç#o desejada, ele precisa encadear uma seuência de passos)

Primeiro ele precisa digitaliar a 4ala ue se uer reconhecer) Para isso, ele utilia um

con+ersor anal(gico-digital ue capta as +i!raç5es criadas pela sua +o e con+erte essas ondas em dados digitais)

Em seguida, aplica-se uma medida para cada uma das ondas captadas e o som digitaliado é 4iltrado para separ"-lo de ruDdos e inter4erências) Ent#o, e4etua-se uma computaç#o das caracterDsticas ue representam o domDnio espectral N4reuênciasO contido na +o) 8essa etapa do processo, o som pode necessitar ser sincroniado, pois as pessoas n#o costumam utiliar o mesmo tom e nem sempre 4alam na mesma +elocidade) $sso consiste em um ajuste com modelos de som j" armaenados na mem(ria do classi4icador)

Ent#o essa digitaliaç#o é separada em 4raç5es ainda menores, ou seja, sons 4onéticos n#o maiores do ue uma sDla!a) Em seguida, o programa ir" compara os sons captados com

4onemas conhecidos e presentes em seu !anco de dados ue correspondam ao idioma ue o locutor tenha 4alado) Em outras pala+ras, é aplicado um método de !usca para associar as saDdas com padr5es de pala+ras e da +o de uem as emitiu)

7H Por Ultimo, o sistema analisa o resultado e o compara com pala+ras e 4rases conhecidas e, como resultado, ele identi4ica o ue seu usu"rio disse e con+erte para a 4uncionalidade

desejada NteRto em uma planilha, um comando, o reconhecimento do usu"rio, etc)O) 1 METODOLOGIA DA PESQUISA

Considerando os o!jeti+os propostos no presente projeto, ser#o realiados estudos dos  principais re4erenciais te(ricos na "rea de linguagem './ e FP& dando ên4ase 

emprega!ilidade ao controle de ele+ador com sistema de segurança com reconhecimento por +o) 3er" construDdo um prot(tipo a partir do emprego do 0it did"tico C1clone $$ FP&

3tarter %oard da &ltera) 8a seuência, ser#o realiados ensaios para a cali!ragem do projeto e  posteriormente 4aer os testes necess"rios para ue possa compro+ar os !ene4Dcios da

linguagem de descriç#o de hardare N'./O e a +ersatilidade do 0it disponi!iliado pela instituiç#o)

J1 RESULTADOS ESPERADOS

; ele+ador de+e ser comandado pelo 0it C1clone $$ da &ltera na ual de+er" atender a A andares onde um dos andares s( poder" ser acessado sendo apro+ado pelo sistema de

77

/.1 CRONOGRAMA

& proposta do cronograma de ati+idades relacionadas a este projeto é mostrada na ta!ela a seguirV

Ati6i#"#*( ='% ='4 A$ S*t O't N$6 D* ="% F*6

Pesuisa do tema

R

.e4iniç#o do tema

R

Pesuisa  !i!liogr"4ica

R

R

Coleta de .ados

R

X

&presentaç#o e discuss#o dos dados

R

R

Conclus#o

_R

Entrega do  projeto

R

72 //1 REFERÊNCIAS BIBLIOGRKFICAS

.\&M;:E, :o!erto) './ .escriç#o e 3Dntese de Circuitos .igitais) :io de aneiro,/9C) PE.:;8E, &) 'olnei) EletrQnica .igital Moderna e './) :io de aneiro, Else+ier)

&/ME$.&, Marcus) Protocolos .e Comunicaç#o &plicados Em Fpgas, 2H7*, Fortalea) 9he 6th $nternational Congress on <ni+ersit1-$ndustr1 Cooperation, .esen+ol+imento do M(dulo de pré-ên4ase para sistemas de :econhecimento autom"tico de +o em 4pga, 2H72 9au!ate)