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Sensor Ultrassonico para Deficiente Visual


Edivaldo Amaral Gonçalves1

1 IFMT, Campus Cuiabá, DAE-E; e-mail: edivaldo.goncalves@cba.ifmt.edu.br


Resumo

    O protótipo consiste em um aparelho eletrônico que auxilia na locomoção de pessoas com deficiência visual. O mesmo é posicionado na cabeça do usuário, mais precisamente na testa, do qual é dotado de um sensor que detecta obstáculos a sua frente e o informa para o usuário através de sinais vibratórios. Quanto mais próximo o objeto detectado, mais intenso será o sinal vibratório. Assim, o usuário além de ser informado da existência de obstáculos à sua frente, também saberá qual é a sua distancia aproximada.

Palavras-chave: ultrassom; cego; sonar.


Abstract


    The prototype consists of an electronic device that helps in locomotion of people with visual impairments. The same is positioned on the user's head, specifically the forehead, which is equipped with a sensor that detects obstacles in front of her and informs the user via vibrational signals. The closer the object detected, the more intense the vibrating signal. Thus, the user will know what the approximate distance from the obstacle ahead.


Keywords: ultrasound, blind, sonar.


1 - OBJETIVO GERAL

             Desenvolvimento um aparelho eletrônico que auxilie na locomoção de pessoas com deficiência visual. Detectar obstáculos dos quais a bengala deixa passar despercebido.


1.2 OBJETIVOS ESPECÍFICOS

     O aparelho deve ser pequeno o suficiente para poder ser acoplado em um óculos ou em um chapéu. Deve detectar obstáculos relativamente altos (da cintura pra cima), e informar para o usuário a distância aproximada dos obstáculos através de um sinal vibratório.


2 - JUSTIFICATIVA

    O deficiente visual enfrenta inúmeros desafios em seu processo de inclusão na sociedade [1]. Além dos fatores de exclusão social, ele também sofre com os obstáculos mal posicionados em seu caminho dificultando seu deslocamento. Uma ajuda para a sua locomoção é o uso de bengala que auxilia no conhecimento do ambiente a sua frente. Mesmo assim, a bengala deixa passar despercebidos obstáculos localizados da cintura pra acima, como telefones públicos (orelhão), árvores, placas, etc., ocasionando acidentes. Há muitos relatos de pessoas com deficiência visual que chocaram a cabeça contra orelhões ou objetos altos. Em algumas cidades existem sinalizadores tátil com uma mudança de textura no piso em torno do obstáculo, porém, isso não é encontrado em todo lugar. Sendo assim, é necessário a elaboração de uma solução para este problema que seja viável a realidade da sociedade atual.

    O desenvolvimento de um aparelho que sane este problema é altamente necessária. Pois, além de causar uma segurança maior na locomoção do deficiente visual, contribui também com a sua independência pessoal.


3 - METODOLOGIA

    O desenvolvimento do projeto consiste na elaboração de um aparelho eletrônico que auxilie na locomoção do deficiente visual. O aparelho resume-se basicamente em um sensor ultrassônico, um vibracall, uma bateria e uma placa de circuito eletrônico.


3.1 - Funcionemento

    O aparelho fica localizado na região da testa do usuário, sempre que surge um obstáculo a aproximadamente 2 metros a sua frente, o aparelho aciona um vibracall. Quanto mais próximo é o objeto mais intensa é a vibração. Portando, além do usuário saber que existe um obstáculo a sua frente, também saberá a sua distância aproximada.


3.2 - Sensor

    Neste protótipo escolhemos os sensores MaxSonar-EZx da MaxBotix por atenderem nossos requisitos na questão de serem pequenos, leves,  e entregam o valor da leitura na forma analógica (Fig. 1). Além disso, a área de detecção do sensor atende a necessidade proposta do protótipo.

    Este sensor fornece leituras bastante precisas de 0 a 6,45m com incrementos de 1 polegada (2,54cm) praticamente sem zonas mortas. Suas principais características são baixa corrente de alimentação (2 mA), frequência de leitura de 20Hz, saída serial RS232 – 9600bps, saída PWM – 147us/polegada, saída analógica - 10mV/polegada [2].

    A leitura analógica do MaxSonar EZ-4 retorna uma variação de tensão em sua porta analógica, oscilante entre 0v e 5v proporcional a distância em polegadas do obstáculo à sua frente, dessa forma tal sinal precisa ser tratado e convertido de forma inteligível, uma conversão analógico-digital de 10 bits, ou seja uma discretização do sinal com 1024 níveis de tensão diferentes [3].

Figura 1: Sensor MaxSonar-XL-EZ4. Fonte: www.maxbotix.com


3.3 – Vibracall

    O vibracall (Fig. 2) é um pequeno motor de corrente contínua que tem em seu eixo um peso descentralizado. Assim, quando o motor é ligado, o peso fora do eixo faz ele vibrar. Sendo assim, para controlar a intensidade da vibração, basta ligar o motor com um controle de PWM.

Figura 2: Vibrador (Vibracall) encontrado em celular comum.

3.4 – Bateria

    Optou-se por bateria de polímero de Lítio por serem pequenas e extremamente leves. No protótipo inicial usou-se uma bateria de 3,7V e 2000mAh, mas para uso final do protótipo pode-se utilizar bateria de  menor corrente visando a miniaturização do mesmo.


3.5 – Circuito eletrônico

    O circuito eletrônico projetado suporta até três sensores e tem duas saídas para controle do vibracall (Fig. 3). Conta com os seguintes componentes:

 C1 - Capacitor poliéster 100nF

C2 - Capacitor cerâmico 18pF

C3 - Capacitor cerâmico 18pF

C4 - Capacitor eletrolítico 100uF / 10V

IC1 - Microcontrolador PIC16F876A

LED1- LED 3mm

Q1 - Cristal de 4MHz

R1 - Resistor de 330R

R2 - Resistor de 10K

R3 - Resistor de 1K

R4 - Resistor de 4K7

R5 - Resistor de 4K7

R6 - Resistor de 39R

R7 - Resistor de 39R

SV1 Pinos (Saída para MaxSonar)

SV2 Pinos (Saída para MaxSonar)

SV3 Pinos (Saída para MaxSonar)

SV4 - Pinos (Alimentação/Bateria)

SV5 - Pinos (Saída para o vibrador)

SV6 - Pinos (Saída para o vibrador)

SV7 - Pinos (Portas reserva)

T1 - Transistor BC337

T2 - Transistor BC337

 

    Os capacitores C4 e C1 servem como filtro de ruídos. Os resistores R6 e R7 limitam a corrente no vibracall. R4 e R5 limita a corrente na base dos transistores T1 e T2, sendo que estes servem como chave para acionamento dos motores vibracall. R3 foi inserido para, caso haja a necessidade, ligar três sensores [4]. Os componente R2, Q1, C2, C3 são componentes básicos para o funcionamento do PIC conforme seu Datasheet. As ligações posem ser vistas no esquema elétrico da Fig. 3. 

Figura 3: Esquema elétrico da placa de circuito eletrônico principal.

    Nos testes finais do primeiro protótipo, utilizou-se apenas um sensor. Em sua saída AN pode-se ler as medições do sensor de uma forma analógica. Esses dados são enviados para o microcontrolador PIC16F876A, do qual esta programado para detectar obstáculos a uma distância de aproximadamente dois metros e ignorar objetos mais distantes. Quando um objeto atinge a área de detecção programada, o microcontrolador aciona a porta CCP1 (pino 13) do qual esta ligado o motor vibracall. Esse acionamento é através de PWM possibilitando um controle a intensidade de vibração. Isso possibilita que o usuário, além de saber que existe um obstáculo, saiba também sua distância aproximada.

    Visando efetuar testes e ajustes no primeiro protótipo, construiu-se uma placa de circuito impresso relativamente grande (Fig. 4 e 5).

Figura 4: Placa do protótipo.


Figura 5: Protótipo depois de pronto.

  

    Os testes realizados foram satisfatórios e o objetivo do protótipo alcançado. Na figura 6 pode-se observar o aparelho sendo usado na prática.

Figura 6: Protótipo em faze de testes em campo.

    O segundo passo do protótipo esta em sua miniaturização para que possa ser adaptado em um óculos ou em um chapéu. 


3.6 - GRAU DE APLICABILIDADE

    O protótipo não tem o intuito de substituir a bengala tradicionalmente utilizada pelo deficiente visual. O aparelho serve como complemento para detecção de objetos relativamente altos (normalmente da cintura pra cima) do qual a bengala não detecta.




REFERÊNCIAS

[1] Sociedade Bíblica do Brasil. O deficiente visual no Brasil. Disponível em: <http://www.sbb.org.br/interna.asp?areaID=143>. Acesso em: 05 de set. de 2010.

[2] Multilógica shop. Sensor Ultrasônico de distância - Maxbotix LV-EZ4. Disponível em: <http://multilogica-shop.com/sensor-ultras%C3%B4nico-de-dist%C3%A2ncia-maxbotix-lv-ez4>Acesso em: 15 de set. de 2010.

[3] RIBEIRO, Dionizio R. S.; MACHADO, Kássio L. S.; PEREREIRA, Levi C. A. Rede neural perceptron embarcada em robótica AGV/ROVER. Belém, 2008. Monografia. Instituro de Estudos Superiores da Amazônia.

[4] MaxBotix. Daisy Chaining with Constantly Looping.  Disponível em: <http://www.maxbotix.com/uploads/Chaining_Application_Notes__AN_Output_Constantly_Looping_.pdf>. Acesso em 10 set. 2010.

MARTINS, A. S.; et al. Cinturão de Ultra-som para o Robô Omni. Brasília, 2005. Monografia (Graduação). Universidade de Brasília.

Gearhart, C.; Herold, A.; Dr. Self, B.; Dr. Birdsong, C.; Dr. Slivovsky, L.; Use of Ultrasonic Sensors in the Development of an Electronic Travel Aid. New Orleans, 2009. Monografia. California Polytechnic State University, San Luis Obispo.

PEREIRA, Fábio. Microcontroladores PIC programação em C. 7.ed. São Paulo: 2007. Editora Érica.

Datasheet do Microcontrolador PIC 16F876A. Disponível em <http://www.akiyama.com.br/arquivos/619562.pdf>. Acesso em: 6 de set. De 2010.

Datasheet do sensor XL-MAXSONAR-EZ4. Disponível em:  <http://www.maxbotix.com/MB1240__XL-MaxSonar-EZ4.html>. Acesso em: 6 de set. de 2010.




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