LOCALIZAÇÃO PARA DEFICIENTES VISUAIS UTILIZANDO UM GADGET PARA ORIENTAÇÃO ANDRÉ L. MONTEIRO, EDUARDO M. SILVA, IGOR C. F. LOPES Instituto Federal do Ceará, IFCE Av. 13 de Maio, 2081, Benfica, Fortaleza - CE, CEP: 60040-531, Brasil [email protected], [email protected], [email protected] RESUMO. O presente artigo tem como principal objetivo ajudar os deficientes a enfrentar com maior confiança os obstáculos enfrentados na sociedade, tendo como foco a locomoção autônoma. Para isso, pensou-se no princípio de um ciborgue, um organismo dotado de partes orgânicas e cibernéticas, geralmente com a finalidade de melhorar suas capacidades utilizando tecnologia artificial. Inspirado nas competições de robóticas onde um sensor de ultrassom é comumente utilizado para que o robô possa se localizar no ambiente, imaginou-se utilizar o mesmo princípio para que deficientes visuais possam se localizar onde sensores de ultrassom seriam acoplados nas lentes de um óculos dotado de fones de ouvido que guiariam o deficiente por ecolocalização. Com isso o deficiente não dependeria de obras de acessibilidade e poderia se locomover com mais liberdade e confiança. PALAVRAS-CHAVE: Óculos; Ecolocalização; Ciborgue; Deficiente Visual; Acessório. ABSTRACT. This article aims to help disabled people cope with greater confidence the obstacles faced in society, focusing on the autonomous locomotion. For this, it was thought at the beginning of a cyborg, a body with organic and cybernetic parts, usually for the purpose of improving its capabilities using artificial technology. Inspired by robotics competitions where an ultrasonic sensor is commonly used for the robot can be located in the environment, it was believed to use the same principle for the visually impaired can be located where ultrasound sensors would be attached to the lens of an eyeglass endowed with headphones that would guide the poor by echolocation. With that, the poor would not depend on accessibility works and could get around with more freedom and confidence. KEYWORDS: Glasses; Echolocation; Cyborg; Visually Impaired; Gadget. Durante a vida, praticamente todas as pessoas convivem com situações desafiadoras, que exigem criatividade e ação para superá-las ou contorná-las. Nem sempre a tecnologia e os recursos financeiros, quando combinados, são suficientes contra estes desafios. enfrentam constantemente, desafios estes que são ultrapassados naturalmente por pessoas não cegas. Reunindo conhecimentos obtidos durante a formação acadêmica e de outras áreas, como a Medicina, chegamos ao projeto mostrado neste artigo, com a intenção de auxiliar deficientes visuais a terem autonomia em atividades como deslocamento e posicionamento em situações corriqueiras. 1.1 Motivação 1.2 Enquadramento Este artigo vem propor uma solução alternativa para uma doença alternativa: a cegueira. Basta observarmos os desafios que os deficientes visuais À data deste trabalho os principais sistemas para auxilio no guia de cegos dependem sempre de obras de infraestrutura, o que atrasa e dificulta muito a popularidade dos dispositivos. Outros dispositivos que seguem o mesmo princípio independentes de obras de infraestrutura não possibilitam o livre caminhar do usuário, pois o sistema desenvolvido foi feito para evitar colisões de membros específicos, co- 1. INTRODUÇÃO Submetido em 11/11/2014; revisado em 03/12/2014. Artigo aceito sob recomendação do Editor-Chefe Prof. Dr. Ginalber L. O. Serra. Revista INNOVER, volume 1, número 4, Dezembro 2014 93 Localização para Deficientes Visuais Utilizando um Gadget para Orientação CARDOSONo dia-a-dia observa-se a situação de deficientes mo braços e mãos, e não o corpo como um todo. Este artigo descreve então um sistema compacto, simples visuais, podemos ver as dificuldades que eles e independente de outros serviços. Neste projeto foi enfrentam com a precária situação de acessibilidade construído apenas um protótipo, sendo portanto um do mundo, atividades simples, como uma pequena ponto de partida para a realização de trabalhos mais caminhada, tornam-se verdadeiros desafios. aprimorados. Das dificuldades de locomoção para os deficientes Na próxima seção é definido o que é cegueira, visuais, podemos listar: além de ser mostrado o panorama dos deficientes visuais no mundo. Na seção 3 é discutida a ● A irregularidade nas calçadas: obstáculos como capacidade biológica que motivou a idealização do arvores, postes, orelhões e/ou outros objetos projeto. Na seção 4 é explicada a composição do interrompem a circulação; hardware. Na seção 5 é explicado o funcionamento do software. Na seção 6 são relatadas as fases de ● A falta de consciência dos moradores que montagem e execução do projeto. Na seção 7 é constantemente estacionam em cima de calçadas e/ou exibido o valor médio de cada componente do óculos. colocam entulhos nelas; Na seção 8 são discutidas as dificuldades e, finalmente, na seção 9, as conclusões. ● Em ambientes interiores que não se conhece a disposições dos moveis e paredes, e nos conhecidos a impossibilidade de mudanças dos mesmos; 2. CEGUEIRA Cegueira é a condição de falta de percepção visual, devido a fatores fisiológicos ou neurológicos. Várias escalas têm sido desenvolvidas para descrever a extensão da perda de visão e definir a cegueira. Cegueira total é a completa falta de percepção visual de forma e luz e é clinicamente registrado como NLP, uma abreviação para "no light perception" (sem percepção de luz). A cegueira é frequentemente usada para descrever a deficiência visual grave, com visão residual. Aqueles descritos como tendo apenas percepção de luz têm apenas a capacidade de diferenciar o claro do escuro e a direção de uma fonte de luz. 2.1 Cegueira no Brasil e no mundo O Brasil tem 1,1 milhão de deficientes visuais os quais representam 0,6% da população, número esse que vai aumentar, pois estima-se que a cada cinco segundos uma pessoa fica cega no nosso mundo. A deficiência visual, como quaisquer outras formas de deficiência, gera custos para o estado com obras de acessibilidade. Este custo econômico da cegueira, no mundo, é estimado em US$ 28 bilhões por ano, custo que aumentaria consideravelmente se vivêssemos em condições ideais de acessibilidade para os cegos (SBPORTAL, 2014). 94 Revista INNOVER, volume 1, número 4, Dezembro 2014 ● Em ambientes com alto nível de circulação de pessoas sendo impossível prever uma colisão. 3 ECOLOCALIZAÇÃO (OU BIOSSONAR) A ecolocalização é uma sofisticada capacidade biológica de detectar a posição e/ou distância de objetos (obstáculos no meio ambiente) ou animais através de emissão de ondas ultrassônicas, no ar ou na água, e análise ou cronometragem do tempo gasto para essas ondas serem emitidas, refletirem no alvo e voltarem à fonte sobre a forma de eco (ondas refletidas). Para diversos mamíferos, como morcegos, golfinhos e baleias, essa capacidade é de importância crucial em condições onde a visão é insuficiente, de noite no caso dos morcegos ou em águas escuras ou turvas para os golfinhos, seja para locomoção ou para captura de presas. Alguns pássaros também utilizam a ecolocalização para voarem em cavernas. Baseado nessa capacidade natural os seres humanos desenvolveram a “ecolocalização artificial” com o advento do radar, sonar e aparelhos de ultrassonografia. Na Fig. 1, pode-se ver como o morcego usa esta habilidade em seu favor. ANDRÉ L. MONTEIRO, EDUARDO M. SILVA, IGOR C. F. LOPES 3.1.1 Dificuldades no uso da ecolocalização pelos humanos Fig. 1. Morcego utilizando a ecolocalização para posicionar-se em relação à presa. 3.1 Ecolocalização nos seres humanos Alguns humanos já utilizaram a ecolocalização com sucesso, aprendendo sozinhos. Daniel Kishaprendeu a técnica sozinho e é a única pessoa cega certificada a guiar outras pessoas cegas. Ben Underwood, outro cego, era considerado o melhor ecolocalizador do mundo até a sua morte, no começo de 2009. De acordo com Martínez, desenvolver essas habilidades não é tão difícil quanto pode parecer: “Duas horas de treino por dia por duas semanas é suficiente para saber se há um objeto na sua frente, e dentro de mais duas semanas já é possível perceber a diferença entre árvores e muros”, diz. Martínez afirma que o estudo está trabalhando para ajudar pessoas cegas e surdas a usar este método no futuro, pois os ecos não são percebidos apenas pelo ouvido, mas também em vibrações na língua e nos ossos. “Para essas pessoas, em especial, e para todos nós, seria um novo jeito de perceber o mundo”, diz. Os pesquisadores reconhecem que ainda estão em estágios iniciais da pesquisa, mas as possibilidades que podem ser abertas pelo desenvolvimento da ecolocalização em humanos são enormes. A técnica pode ser utilizada não apenas por cegos, mas também por bombeiros e equipes de resgate procurando pontos de saída em incêndios, além de pessoas presas na fumaça. (HYPESCIENCE, 2014). É necessário existir um obstáculo que esteja a mais do que 17 metros de distância da pessoa que emite o som; o obstáculo tem que ser feito de um material polido e denso que não absorva o som, por exemplo, metais, rochas, e carnes magras. O ser humano detecta dois sons que estejam separados por 0,1 segundos, ou seja, para a velocidade do som no ar (340 m/s), esse tempo representa 34 metros. Assim, se o obstáculo estiver a menos de 17 metros não detectamos a diferença entre o som que emitimos e o som que recebemos, e desse modo, o eco não acontece apesar de a onda ter sido refletida. Os seres humanos só conseguem emitir de 3 a 4 ondas sonoras por segundo, diminuindo muito a sua capacidade de acurácia em comparação a outros animais que conseguem emitir até 200 ondas sonoras por segundo. 4 CONSTITUIÇÃO (HARDWARE) DO GADGET 4.1 Princípio geral de funcionamento De modo a conceber um dispositivo móvel, leve, que oriente o usuário com simplicidade, e com o mínimo de impacto visual possível na sua aparência, foram utilizados o mínimo de dispositivos possíveis, todos montados em uma estrutura de comum uso no cotidiano. Genericamente, o gadget é constituído por: Um módulo de controle; Dois sensores de ultrassom; Dois fones de ouvido; Baterias; Uma estrutura de apoio. Revista INNOVER, volume 1, número 4, Dezembro 2014 95 Localização para Deficientes Visuais Utilizando um Gadget para Orientação CARDOSO Primeiro foi preciso pensar como o sistema sensor controle remoto contém um microcontrolador: TVs e estaria sempre direcionado para o caminhar do sistemas de som de alta fidelidade entram nesta usuário, chegou-se à conclusão que os sensores categoria. Além disso, também têm deveriam estar posicionados em alguma região da microcontroladores: câmeras SLR e câmeras digitais, face, pois mesmo após perder a visão, tem-se uma telefones celulares, filmadoras, impressoras a laser, tendência natural de manter a cabeça alinhada com o telefones, tela de led (Fig. 2), etc. Basicamente, caminhar. Porém, além de não ser cômodo ter qualquer produto ou dispositivo que interaja com o diversos sensores atrelados à face, pensou-se em usuário possui um microcontrolador interno. acopla-los em um óculos, que disfarçaria não só os Um microcontrolador é um computador. Todos os sensores, mas todo o sistema e seus diversos computadores possuem várias características em componentes. Os sensores de ultrassom são fixados comum: próximos a lente do óculos com uma angulação de 35 graus entre eles, isso faz com que cada sensor seja Todos os computadores possuem uma CPU responsável por um único lado do usuário, direito e (unidade de processamento central) que executa esquerdo. Os sensores então, após aferirem a programas; distância ao obstáculo mais próximo, retorna o valor dessa distância para o modulo de controle que envia A CPU carrega o programa de algum lugar; um sinal sonoro para os fones de ouvido com uma frequência de tom e uma frequência de bip O computador possui memória RAM (memória proporcionais a proximidade encontrada. Quanto de acesso aleatório) onde ele pode armazenar mais próximo mais agudo se torna o tom e maior se variáveis. torna a frequência do bip. O usuário deve então interpretar o escoar dos fones de ouvido, tal qual um deficiente visual que desenvolver ecolocalização natural faz, e assim evitar colisões iminentes. 4.2 Unidade lógica Com o objetivo de controlar todos os módulos intervenientes no gadget, tais como a gestão de dados recolhidos dos sensores, o envio da informação para os fones, a tomada de decisões relativas à operação do sistema, entre outras, utilizou-se um microcontrolador programável. 4.2.1 Microcontrolador programável Os microcontroladores estão escondidos dentro de inúmeros produtos. Se um forno de microondas tem um LED ou visor LCD e teclado, ele contém um microcontrolador. Os automóveis modernos contêm ao menos um microcontrolador (e podem muito mais!): o motor é controlado por um microcontrolador, bem como os freios antitravamento, o controle de velocidade de viagem e assim por diante. A maioria dos aparelhos com 96 Revista INNOVER, volume 1, número 4, Dezembro 2014 Figura2: Aplicação de microcontrolador em tela de led. Microcontroladores geralmente são dispositivos de baixa potência, podendo consumir até 50 miliwatts. Um microcontrolador possui um dispositivo dedicado de entrada (mas nem sempre) e geralmente possui um pequeno LED ou visor LCD de saída. Um microcontrolador também obtém a entrada do dispositivo que está controlando e o controla enviando sinais a diferentes componentes desse dispositivo. Um microcontrolador geralmente é pequeno e barato. Os componentes são escolhidos para minimizar o tamanho e serem os mais econômicos possíveis. ANDRÉ L. MONTEIRO, EDUARDO M. SILVA, IGOR C. F. LOPES Geralmente, os microcontroladores programáveis são programados em BASIC, C, Pascal ou Java. 4.2.2 Escolha do microcontrolador No início do projeto, onde apenas se simulou, foi utilizado um microcontrolador da Microchip®, essencialmente pelo fato de os autores estarem familiarizados com os produtos da marca e por se encontrar com mais facilidade conteúdo de estudo na internet para simulação. Na fase de execução, optouse por utilizar um microcontrolador da Atmel®, não em específico pela marca do microcontrolador, mas por esses já virem montados em placas de prototipagem prontas para uso. Placas essas conhecidas como Arduino. Dentre os produtos da Arduino há um vasto leque de placas de prototipagem, entre as quais se selecionou uma de acordo com um requisito essencial: tamanho compacto. Com isso, a escolha voltou-se para o Arduino nano V3, conforme mostrado na Fig. 3, que vem com um microcontrolador Atmega328 e dimensões reduzidas de 1,86cm por 4,31cm. Com isso, pode-se ao se produzir comercialmente o produto, utilizar-se apenas do microcontrolador da placa de prototipagem reduzindo ainda mais custos, tamanho, e potencia consumida. 4.3 Medição da distância Neste projeto, a detecção de obstáculos e conhecimento da distância dos mesmos é essencial. Para isso se utilizou de sensores de ultrassom que conseguem lhe dar esses dois dados ao mesmo tempo. Esses sensores se caracterizam por operar por um tipo de radiação não sujeita a interferência eletromagnética e totalmente limpa, o que é muito importante para o projeto, pois o intuito é poder levar usuário para qualquer tipo de ambiente. O sensor típico é formado por um emissor e um receptor, porem como o projeto visa ser compacto, optou-se por um sensor em que o receptor e emissor são um só e um circuito comutador visa efetuar a troca de função no momento oportuno. Como tal, a escolha recaiu sobre um modelo da Maxbotix. O mesmo ainda fornece a possibilidade de captar o sinal de forma analógica, de forma serial, ou por PWM, oque multiplica as possibilidades de se trabalhar com ele. 4.3.1 Características do sensor de ultrassom Utilizou-se um sensor LV-MaxSonar-EZ da MaxBotix como apresentado na Fig. 4, abaixo. Figura 3: Arduino nano V3. Note-se que, sendo o objetivo deste trabalho a concepção de um dispositivo portátil, seria natural que a escolha passasse também pelo estudo da potência consumida. Contudo, este elemento não foi tido em conta, pois o valor da potência não varia muito com o modelo, mas sim com a frequência utilizada. Figura 4: Sensor LV-MaxSonar-EZ da MaxBotix. Revista INNOVER, volume 1, número 4, Dezembro 2014 97 Localização para Deficientes Visuais Utilizando um Gadget para Orientação CARDOSO O sensor tem uma exatidão de 2,54 centímetros garantida pelo seu intervalo máximo de 6 metros de funcionamento e mínimo de 15 centímetros. Ele fornece a possibilidade de captar o sinal de forma analógica, de forma serial, ou por PWM, o que multiplica as possibilidades de se trabalhar com ele. Tem baixo consumo de potência elétrica, pode detectar pessoas a até 2,5 metros. 4.3.2 Princípio de funcionamento O transdutor utilizado no projeto é esquematizado na Fig. 5. Figura 6: Circuito elétrico utilizado no projeto. 4.4 Feedback para o usuário O gadget necessita de alguma forma responder ao usuário o quão próximo ele está de um obstáculo, para que, com isso, ele possa tomar com mais cautela que direção seguir. Para isso foi pensado em utilizar fones de ouvido, que guiarão ele através de sinais sonoros, tal qual um sensor de estacionamento faz com um motorista. 4.4.1 Fones de ouvido Figura 5: Transdutor. Quando um sinal elétrico é aplicado no vibrador (Horn) da cápsula (case), construído com uma ou duas folhas de cerâmica piezoelétrica e uma placa de metal (Metal plate), é gerada uma vibração mecânica que passa a irradiar para o ambiente ondas sonoras de ultrassom. De modo inverso, quando uma vibração mecânica é aplicada no vibrador (Horn) da cápsula (case), ele gera um sinal elétrico. O sensor utilizado já vem com um circuito para tratar o sinal elétrico recebido pelo elemento sensor, ele já amplifica, filtra e lhe fornece a possibilidade de trabalhar com PWM, porta analógica, ou porta serial, como comentado anteriormente. O circuito pode ser visto na Fig. 6. 98 Revista INNOVER, volume 1, número 4, Dezembro 2014 Um alto-falante funciona basicamente da maneira inversa de um microfone. É um tipo de transdutor que recebe o sinal elétrico e o converte em vibrações físicas, criando uma variação na pressão no ar à sua volta e, consequentemente, dando origem às ondas sonoras. A Fig. 7 esquematiza um alto-falante genérico: Figura 7: Interação do conjunto magnético, bobina móvel percorrida por corrente, magnetização do ímã permanente e força resultante. ANDRÉ L. MONTEIRO, EDUARDO M. SILVA, IGOR C. F. LOPES O principal componente do alto-falante é o seu conjunto magnético: o ímã permanente e a bobina (que produzirá um campo magnético à medida que for percorrida por corrente). A produção da corrente acontece da seguinte maneira: a bobina móvel está imersa neste campo magnético do ímã permanente e, à medida que se aplica uma corrente alternada em seus terminais, é gerada também uma densidade de fluxo magnético pela bobina. A interação entre estes dois campos magnéticos faz com que a bobina móvel se desloque num determinado sentido. Como a corrente é alternada, o sentido do campo magnético gerado pela bobina varia de acordo com a variação do sentido da corrente, fazendo com que a direção da força resultante também alterne. A mudança de direção da força gerada dá origem ao movimento da bobina móvel e, consequentemente, da centragem e do cone, ocasionando também a movimentação do ar na mesma frequência e gerando a onda sonora. 4.4.2 Escolha do fone Por fones de ouvido serem equipamentos muito frágeis e descartáveis, optou-se por adicionar ao óculos, plugues P2 onde o usuário poderia plugar o fone que melhor lhe atender. Com isso, um possível defeito nos fones seria facilmente solucionado bastando o usuário apenas efetuar a troca dos mesmos. Na Fig. 8 é mostrado como os fones foram posicionados. 4.5 Alimentação Na Fig. 9 é mostrada uma pilha palito, tipo utilizado na alimentação do gadget. Fig. 9. Pilha AAA. Ao nível da alimentação pretende-se equilibrar peso e máxima autonomia, com um mínimo de funcionamento de 15 horas continuas. Para tal, utilizou-se um sistema com duas baterias recarregáveis de lítio em serie de 3,7 volts cada fornecendo a voltagem mínima para o circuito funcionar que é de 7 volts, com capacidade de 3200 mAh cada, o que é mas que o necessário para o circuito funcionar pelo tempo previsto. As pilhas foram compradas pela internet e custaram R$ 9,99 cada. 4.5.1 Consumo de potência elétrica Para o cálculo do consumo eléctrico da estação utilizaram-se os dados dos fabricantes ou resultados experimentais, consoante o componente em questão. Apresenta-se, na Tab. 1, o consumo discriminado de cada componente, utilizando-se os valores máximos de cada um para assim ter-se um quadro do pior caso possível em termos de consumo elétrico. Componente Figura 8: Protótipo mostrando o detalhe do fone de ouvido. Consumo de Energia Teórico Tensão Corrente Potência Microcontrolador 5V 40mA 200mW Sensor esquerdo 5V 3mA 15mW Sensor direito 5V 3mA 15mW Fone esquerdo 5V 20mA 100mW Fone direito 5V 20mA 100mW Tab. 1. Consumo de energia do gadget. Revista INNOVER, volume 1, número 4, Dezembro 2014 99 Localização para Deficientes Visuais Utilizando um Gadget para Orientação CARDOSO Quando o gadget está em funcionamento normal todos os dispositivos estão ativos. De seguida, realizou-se o cálculo da energia consumida durante um dia de funcionamento e a potência consumida pelo gadget. Para estes cálculos, supôs-se que o gadget irá estar em funcionamento aproximadamente 15 horas por dia. Em modo normal de funcionamento a estação consome no máximo 430mW (consumo instantâneo). A energia máxima de consumo ao longo do dia é de: 𝐸[𝑚𝑊ℎ] = 430 × 15 = 6450 (1) Fica-se assim a saber que a estação necessita de, no mínimo, 6450 mWh por dia. 4.5.2 Baterias As pilhas consistem em fontes químicas de energia elétrica, ou seja, dispositivos que convertem energia liberada numa reação química em energia elétrica. As baterias estão em todos os lugares, carros, computadores, laptops, MP3 players e telefones celulares. Grosso modo, uma bateria é essencialmente uma lata cheia de químicos que produz elétrons. Qualquer bateria tem 2 terminais. Um terminal está marcando (+), ou positivo, enquanto o outro terminal está marcado com (-), ou negativo. Em uma bateria tipo AA, C ou D (baterias normais de lanternas), as pontas das baterias são os terminais. Em uma bateria grande (de carro, por exemplo), existem 2 terminais de chumbo. O princípio de funcionamento é o seguinte: Elétrons se agrupam no terminal negativo da bateria. Conectando um fio entre os terminais positivo e negativo, os elétrons fluirão do terminal negativo para o terminal positivo o mais rápido que eles puderem, gerando a corrente elétrica. Descarregar a bateria muito rapidamente pode ser perigoso, principalmente com baterias grandes. Pilhas palito: AAA (ou 3A). Pequenas, suportando pouca energia quando comparadas com pilhas maiores (AA). São as mais utilizadas em MP3 Players e em outros dispositivos de tamanho reduzido. 4.6 Esquema de ligação Na Fig. 10 é mostrado o circuito do gadget. 100 Revista INNOVER, volume 1, número 4, Dezembro 2014 Figura 10: Ligação do circuito. O circuito final é composto de vários circuitos lógicos controlados por um microcontrolador (atmega328): Circuito do clock composto por dois capacitores de 33µF (C1 e C2) e um cristal de 20MHz (X10) ligados a porta 9 e 10 e ao terra; Circuito de reset composto por um resistor de 10 KΩ (R1), um capacitor de 100µF (C3) e um push bottom ligados a porta 1 junto com alimentação e terra; Circuito do sensor incluindo os sensores ultrassônicos (LVMMAXSONAR-EZ1) utilizados em modo PWM ligados as duas portas PWM do microcontrolador; Circuito do Som composto por dois fones de ouvido (LS1 e LS2) acionados por transistores BC548 (Q1, Q2, Q3 e Q4), dois resistores de 4,7 KΩ (R4 e R5), um resistor de 2,7 KΩ (R3) conectados a porta 11, 12 e 13, e um potenciômetro de 10 KΩ (RV1) conectado a uma porta do conversor A/D do microcontrolador; Circuito gestor de energia composto por duas pilhas de 3,7 V e 3200 mAh em série, um divisor de tensão (R7 e R6) que é conectado a uma porta do conversor A/D do microcontrolador, um CI regulador de tensão (7805) uma chave de liga e desliga (SW1) e um vibrador (vibra) acionado por um transistor BC548 (Q5) e um resistor de 10 KΩ (R2) conectado à porta 21. ANDRÉ L. MONTEIRO, EDUARDO M. SILVA, IGOR C. F. LOPES 5 SOFTWARE O software desenvolvido no âmbito deste projeto é bastante simples pois foi necessário apenas fazer com o microcontrolador lesse o valor da distância fornecida pelos sensores e gerenciasse os fones de ouvidos para o feedback. Este software foi desenvolvido em linguagem C, utilizando o ambiente de trabalho MPLAB. 5.1 Linguagem utilizada A linguagem de programação escolhida para o software foi C. C é uma linguagem de programação orientada a estruturas, fundamental para diversos programas internos de um sistema operacional, por exemplo. É uma linguagem de programação compilada de propósito geral, estruturada, de alto nível, e padronizada, criada para desenvolver o sistema operacional UNIX (que foi originalmente escrito em Assembly). A linguagem C é classificada de alto nível pela própria definição desse tipo de linguagem. A programação em linguagens de alto nível tem como característica não ser necessário conhecer o processador, ao contrário das linguagens de baixo nível. As linguagens de baixo nível estão muito ligadas ao processador. Permite acesso de baixo nível com a utilização de código Assembly no meio do código fonte. Assim, o baixo nível é realizado por Assembly e não C. Desde então, espalhou-se por muitos outros sistemas, e tornou-se uma das linguagens de programação mais usadas, e influenciou muitas outras linguagens, especialmente C++, que foi originalmente desenvolvida como uma extensão para C. É usada na resolução de cálculos numéricos avançados e soluções de situações engenhosas, devido à sua estruturação. 5.2 Princípio de funcionamento da lógica Na Fig. 11 é exibido o diagrama de decisões tomadas pelo software. Figura 11: Diagrama de blocos utilizado na lógica de programação. Os sensores de ultrassom “calculam” a distância entre o usuário e o obstáculo mais próximo, fazendo isso de forma independente tanto para o lado direito quando para o lado esquerdo do usuário. Para poder se fazer dois processos paralelos e independentes utilizandose apenas um microcontrolador que contém apenas um núcleo de processamento, utilizou-se de uma biblioteca chama “Thread”, ela possibilita simular um segundo núcleo, gerando processos simultâneos. Então, as distâncias calculadas pelos sensores geram um sinal PWM que é lido pela porta PWM, nos dando um pulso com largura em microssegundos, cada 147 microssegundos de largura de pulsa corresponde a uma polegada, com é possível se calcular a distância lida pelo sensor. Depois de calculada a distância do lado esquerdo, o microcontrolador satura e corta um dos transistores do fone de ouvido do lado esquerdo, o transistor escolhido, nesse caso, é sempre o que não tem ligação comum com o fone de ouvido do lado direito, e a frequência de comutação é inversamente proporcional à distância calculada. Revista INNOVER, volume 1, número 4, Dezembro 2014 101 Localização para Deficientes Visuais Utilizando um Gadget para Orientação CARDOSO Em paralelo a esse processo ocorre o mesmo para Nesta fase, o protótipo foi montado de forma apenas o sensor do lado direito e o fone de ouvido do lado que ficasse funcional, portanto será normal haver esquerdo. O resultado prático é que o usuário escutará algumas discrepâncias em comparação com o produto um tom intermitente no ouvido esquerdo e direito de final. As hastes do óculos foram utilizadas como forma independente, e que será cada vez mais apoio para as pilhas e o microcontrolador, as lentes continuo no sentido em que o obstáculo se aproxima foram furadas com uma circunferência tal que os do usuário. O usuário também pode desligar ou ligar sensores precisaram apenas serem encaixados para o equipamento no momento que lhe for oportuno e sua fixação e ao lado do microcontrolador temos um saber que função utilizou, para isso foi colocado um botão de liga e desliga. Os fones de ouvido tiveram vibrador que quando o óculos ligar ele vibrará por de ficar soldados na placa de prototipagem, pois alguns segundos e quando for desligado ele não fará estavam com mau contato. Os testes nessa fase se nada. O vibrador também indica quando o limitaram apenas ao uso dos próprios autores do equipamento descarregou, com a bateria sendo projeto, ao tentarmos uma visita a Associação de monitorada constantemente pelo divisor de tensão Cegos do Estado do Ceará (ACEC) fomos informados ligado ao conversor A/D do microcontrolador. da necessidade de um agendamento que ficou para Quando a tensão estiver no limiar de não suportar fevereiro de 2015. Os testes realizados foram mais a carga, o vibrador irá vibrar até a descarga da simulações do cotidiano de um deficiente visual, bateria, com essa vibração mais prolongada que a de como caminhar pela calçada e passear pelo shopping. liga, o usuário identificará que o dispositivo descarregou. 6.1.1 Problemas e dificuldades 6 MONTAGEM E EXECUÇÃO A montagem e execução no projeto foi dividida em duas partes. A primeira em fase de testes onde se tem o interesse apenas de testar o funcionamento na pratica. E a Segunda em simulação, onde se modelou o óculos em software de CAD, da forma como se pensou o produto final. 6.1 Fase de testes A versão final (atual) do protótipo é exibida na Fig. 12. Percebeu-se certo desequilibro ao vestir os óculos, porem o problema foi solucionado colocando ligas na parte de trás do óculos, pressionando-o contra a cabeça, deixando todo o conjunto bem fixo. Por optarmos comprar uma réplica da placa de prototipagem Arduino devido ao custo, esbarramos em um problema com o conversor 232 que acompanha a replica. Um conversor da marca WCH, diferente do FTDI que acompanha o original. Esse conversor apresenta constantes erros na comunicação com o computador o que atrasou muito o desenvolver do projeto. Os sensores também apresentaram aparente defeito, sua medição, mesmo com eles estáticos, variou muito na leitura, com variações de metros para mais e para menos. 6.2 Fase Final Figura 12: Versão final do projeto. 102 Revista INNOVER, volume 1, número 4, Dezembro 2014 Para a fase final se pensou bastante na estética e ergonomia do gadget, então foi criado uma caixa que iria à parte de trás da cabeça acoplada ao óculos por meio de elásticos, mostrada na Fig. 13. Nessa caixa ficará todo o circuito elétrico que não se necessita ficar a mostra, como as baterias para alimentação. Na figura acima podemos ver a caixa. Foi adicionada a ela uma chave seletora para regular a distância que o ANDRÉ L. MONTEIRO, EDUARDO M. SILVA, IGOR C. F. LOPES usuário gostaria de sensoriar, a regulação pode ser feita em três níveis, curtas distancias, longas distancias, e medias distancias. A direita ficou um botão do tipo push-bottom para ligar e desligar o dispositivo. Figura 15: Visão frontal do óculos. Figura 13: Caixa com a lógica. Para fácil identificação do usuário os botões estão legendados em Braille. Nas Fig. 14-16 consegue-se ter uma idéia melhor de como ficou o conjunto completo. Figura 16: Visão traseira do óculos em uso. 7 CUSTOS DO PROJETO A seguir, são listamos os componentes do protótipo, bem como o custo que cada um agrega ao produto final, na Tab. 2. Componente 1 Óculos esportivo 1 Arduino V3.0 1 Fone de ouvido 2 pilhas de 3200 mAh recarregáveis 2 sensores ultrassom Total Figura 14: Visão isométrica do óculos em uso. Preço médio R$ 200,00 R$ 35,00 R$ 70,00 R$ 20,00 R$ 110,00 R$ 435,00 Tabela 2: Investimento. Revista INNOVER, volume 1, número 4, Dezembro 2014 103 Localização para Deficientes Visuais Utilizando um Gadget para Orientação 8 LIMITAÇÕES E MELHORIAS CARDOSO Após análise e estudo mais aprofundado sobre os sensores de ultrassom, verificou-se que eles podem estar sofrendo interferência por reflexões indevidas eem razão da grande quantidade de anteparos que existem em um ambiente não controlado, como é o caso de ambientes externos. Também, problemas de reverberação podem estar surgindo devido à grande variedade de objetos que estão sendo sensoriados, dificultando bastante uma calibração efetiva. A falta de mais sensores disponíveis também dificultou bastante diagnosticar se o problema estava com sensores defeituosos ou se realmente estávamos fazendo mau uso dele. Para solucionar o problema pensou-se em usar sensores de infravermelho em logica ‘E’ com os sensores de ultrassom, onde os sensores de infravermelho fariam o trabalho de detectar a presença e os de ultrassom a distância, isso evitaria falsas detecções como ocorreram nos testes. Atualmente estamos com a possibilidade do usuário sensoriar longas distancias, setando a chave seletora para a opção longe ele consegue sensoriar até 4, diminuir o raio de sensoriamento para 2,5 metros ajuda pois se teria um ambiente menos ruidoso e o usuário ainda teria tempo hábil de efetuar o desvio. O pensamento de reutilizar vibração no lugar de som para o feedback também está sendo estudado, as possibilidades aumentariam tendo em vista que com a vibração teríamos todo o corpo humano para utilizar como feedback, com isso guiaríamos o usuário com maior precisão devido a capacidade de adicionarmos um sensor dedicado para cada vibrador de feedback. Contudo, isso poderia tornar o sistema mais confuso ao usuário, tendo ele de processar muita informação ao mesmo tempo, a vibração pode ficar incomoda e o projeto não ficaria compacto somente a um óculos pois seria necessário a passagem de fiação para alimentação dos vibradores. Para simplificar o uso dos vibradores pensou-se em substituir o óculos por uma faixa, típica usada por esportistas para segurar o suor. A tiara pode ser vista na Fig. 17. 104 Revista INNOVER, volume 1, número 4, Dezembro 2014 Figura 17: Exemplo de faixa. Se o circuito for bem distribuído ele caberia com facilidade dento da parte oca da costura, e o tecido macio amorteceria a vibração, diminuindo o incomodo gerado. Poderíamos adicionar um sistema sensor para o lado esquerdo, um para o lado direto e um frontal, cada um com seu respectivo dispositivo vibrador gerando o feedback ao usuário, incumbindo ele de interpretar os sinais do feedback e traçar sua rota. 9 CONCLUSÕES Apesar de o projeto nos seus testes iniciais não ter apresentado bons resultados, os autores do trabalho acreditam ser possível desenvolver um dispositivo usual, que possa guiar os deficientes visuais sem a necessidade de tanta obra de acessibilidade, deixando-o mais independente. Porém mais testes e diferentes equipamentos são necessários, o que impossibilita seguir com o projeto sem o devido apoio financeiro. . ANDRÉ L. MONTEIRO, EDUARDO M. SILVA, IGOR C. F. LOPES REFERÊNCIAS VILAÇA, M. L. C. Pesquisa e Ensino: Considerações e Reflexões. Revista Escrita, vol. 1, no. 2, MaioAgosto, 2010. HYPESCIENCE, Http://hypescience.com/ cientistas desenvolvem ecolocalizacao dos morcegos em humanos, acesso em 27 de abril de 2014. SBOPORTAL, http://www.sboportal.org.br/links.a spx?id=7, acesso em 27 de abril de 2014. SABERELETRONICA, http://www.sabereletronica.com.br/a rtigos/1753-sensores-ultra-snicos, acesso em 26 de novembro de 2014. Eduardo M. Silva é Graduando em Mecatrônica, entrou no Instituto Federal do Ceará em 2011 com previsão de conclusão em 2015. Atualmente trabalha como professor em uma instituição de ensino pública. Suas áreas de interesse são eletrônica, programação em baixo nível e desenvolvimento de projetos. Igor C. F. Lopes é graduando em Mecatrônica, entrou no Instituto Federal do Ceará em 2011 com previsão de conclusão em 2015. Atualmente trabalha como estagiário na DPM engenharia. Suas areás de interesse são CAD, CAM, e Mecanismos. SHILDT, HERBERT. C, Completo E Total – 3ª edição Revista e Atualizada. Makron Books, 1996. ARDUINO, www.arduinocc, acesso em 24 de novembro de 2014. LV-MAXSONAR-EZ SERIES, MAXBOTIX INC. Copyright 2005 – 2012 MaxBotix Incorporated, Patent 7.679.996. SOLID EDGE www.solidedgeu.com, Dezembro de 2014. UNIVERSITY, Acesso em 1 de BIOGRAFIA DOS AUTORES André L. Monteiro é graduando em Mecatrônica, entrou no Instituto Federal do Ceará em 2011 com previsão de conclusão em 2015. Atualmente, trabalha com estagiário na Vicunha Textil. Suas áreas de interesse são sistemas de controle distribuído e instrumentação. Revista INNOVER, volume 1, número 4, Dezembro 2014 105