Smart Stick помощь слабовидящим

Обнаружение препятствий - одна из основных проблем для полностью или частично слепого человека (например, человека, страдающего куриной слепотой, катарактой, глаукомой, альбинизмом или травмой). Здесь представлен смарт-джойстик, использующий Arduino Uno. В палке используются ультразвуковые датчики для обнаружения препятствий. Основная цель этого проекта - обнаружить близлежащее препятствие и уведомить пользователя о направлении этого препятствия, тем самым позволяя пользователю определить корректирующее направление движения.

Список компонентов

Схема, показанная ниже, работает с использованием источника питания постоянного тока минимум 5 В (через выводы Vcc и GND Arduino UNO). Самому Arduino для работы требуется всего 5 В, но, учитывая тот факт, что он должен питать три ультразвуковых датчика, один пьезоэлектрический зуммер и вибрационный двигатель, мы использовали источник питания 9 В. Arduino имеет встроенный стабилизатор напряжения 5 В, поэтому у нас также есть возможность запитать его от источника питания 6 В или 12 В. Мозгом схемы является плата микроконтроллера Arduino Uno (Board1). Три ультразвуковых датчика «HC-SR04» используются для обнаружения препятствий с помощью ультразвуковых волн. Эти датчики требуют источника питания 3,3 В каждый для работы на расстоянии до 3 м и могут обнаруживать препятствия в пределах среднего угла 25 градусов в сфере.

Smart Stick с использованием Arduino: принципиальная схема

Два из четырех контактов этих трех датчиков, а именно Vcc и GND, подключены к выходу питания 3,3 В. Arduino. Остальные два контакта - TRIG и ECHO подключаются к Arduino следующим образом.

Кроме того, к нему подключены пьезоэлектрический зуммер SND1 и вибрационный двигатель SND2, так что он может направлять пользователя с помощью различных тонов и вибрации. Кроме того, тумблер S1 используется для экономии энергии, когда устройство не используется или когда у человека с ограниченными возможностями есть поддержка других, чтобы направлять его / ее. Arduino запрограммирован таким образом, что при включении Arduino он посылает сигнал LOW to HIGH на контакте TRIG всех трех ультразвуковых датчиков. Эти ультразвуковые датчики будут посылать ультразвуковую волну с помощью ультразвукового передатчика датчика. Эти ультразвуковые волны проходят через воздух и при столкновении с препятствием отражаются обратно. Программирование выполнено таким образом, что, когда это препятствие находится в диапазоне 1,4 м от датчика, Arduino будет воспроизводить зуммер с разной задержкой для препятствий, расположенных по бокам, и без задержки для прямых. Для дальнейшего повышения производительности, если препятствие находится слишком близко (менее 0,7 м от датчика), также включается вибрационный двигатель. Датчик будет давать электрический отклик на выводе ECHO датчика. Этот отклик представляет собой время, за которое волна совершает круговой обход от датчиков до препятствия и обратно к датчикам. Для нашего расчета нам понадобится только одностороннее расстояние. Это может быть рассчитано Arduino по следующей формуле:

Здесь Duration = Echo output;
а поскольку нам нужно только расстояние в одну сторону, мы делим эту продолжительность на 2.
Здесь константа 29.1 выводится следующим образом:

·Скорость звука составляет 343,5 м / с или 0,0345 см / микросекунды.

·1 / 0,0345 см / микросекунда составляет 29,1 микросекунды / см.

·Разделив длительность (мс) на 29,1 (микросекунд / см), мы получим расстояние в (см).

Чтобы различить направление нахождения препятствия, используется следующий механизм:

·Для местоположений в левом и правом направлениях задержка составляет 500 мс.

·Для локации в прямом направлении задержка равна нулю.

Дополнительное обеспечение двигателя, который вибрирует ручку, вставлено в сборку для очень близких препятствий. Экспериментальные исследования показывают, что оптимальное расстояние сборки стойки составляет 0,7 м.

Smart Stick с использованием окончательного вывода Arduino

[stextbox id=’grey’ caption=’Defining the pins and variables in the program’]#define trig1 3
#define echo1 2
#define trig2 4
#define echo2 5
#define trig3 7
#define echo3 8
#define motor 12
#define buzzer 11
long duration1,distance1,duration2,distance2,distance3,duration3;[/stextbox]

[stextbox id=’grey’ caption=’Defining which pins to be used as Input or Output’]void setup()
{
pinMode(trig1, OUTPUT);
pinMode(echo1, INPUT);
pinMode(trig2, OUTPUT);
pinMode(echo2, INPUT);
pinMode(trig3, OUTPUT);
pinMode(echo3, INPUT);
pinMode(motor, OUTPUT);
pinMode(buzzer, OUTPUT);
}[/stextbox]

[stextbox id=’grey’ caption=’Initialize ultrasonic waves via sensors and interfacing I/P ports to corresponding variables:’]void loop()
{
//For sensor 1
digitalWrite(trig1, LOW);
delayMicroseconds(2);
digitalWrite(trig1, HIGH);
delayMicroseconds(10);
duration1 = pulseIn(echo1, HIGH);
//For sensor 2
digitalWrite(trig2, LOW);
delayMicroseconds(2);
digitalWrite(trig2, HIGH);
delayMicroseconds(10);
duration2 = pulseIn(echo2, HIGH);
//For sensor 3
digitalWrite(trig3, LOW);
delayMicroseconds(2);
digitalWrite(trig3, HIGH);
delayMicroseconds(10);[/stextbox]

[stextbox id=’grey’ caption=’Calculate the distances and save them to variables.’]distance1 = (duration1/2)/29.1;
distance2 = (duration2/2)/29.1;
distance3 = (duration3/2)/29.1;[/stextbox]

[stextbox id=’grey’ caption=’Calculate the distances and save them to variables.’]if ( distance1 < 120 || distance2 < 120 || distance3 < 120 )
{
if ( distance1 <= 60 || distance2 <= 60 || distance3 <= 60 )
{
digitalWrite(buzzer, HIGH);
digitalWrite(motor,HIGH);
delay(50);
digitalWrite(buzzer,LOW);
digitalWrite(motor,LOW);
delay(50);
}[/stextbox]

[stextbox id=’grey’ caption=’apart from the buzzer a vibrating motor informs the user of a nearby obstacle in the corresponding direction ‘]else if ( distance1 > 60 && distance1 < distance2 && distance1 < distance3 )
{
digitalWrite(buzzer, HIGH);
delay(500);
digitalWrite(buzzer,LOW);
delay(500);
}
else if ( distance2 > 60 && distance2 < distance1 && distance2 < distance3 )
{
digitalWrite(buzzer, HIGH);
delay(500);
digitalWrite(buzzer,LOW);
delay(500);
}
else if ( distance3 > 60 && distance3 < distance2 && distance3 < distance2 )
{
digitalWrite(buzzer, HIGH);
}
}
digitalWrite(buzzer,LOW);
}[/stextbox]