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Fatec Garça
CURSO TECNOLOGIA EM MECATRÔNICA INDUSTRIAL
HENRIQUE LIMA BETONI
LEANDRO ONDA NAKAHATA
DISPOSITIVO MECATRÔNICO: INSTRUMENTO FACILITADOR DA
LOCOMOÇÃO DE DEFICIENTES VISUAIS
GARÇA
2014
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Fatec Garça
CURSO TECNOLOGIA EM MECATRÔNICA INDUSTRIAL
HENRIQUE LIMA BETONI
LEANDRO ONDA NAKAHATA
DISPOSITIVO MECATRÔNICO: INSTRUMENTO FACILITADOR DA
LOCOMOÇÃO DE DEFICIENTES VISUAIS
Artigo Científico apresentado à Faculdade de Tecnologia de Garça – FATEC, como requisito para conclusão do Curso de Tecnologia em Mecatrônica Industrial, examinado pela seguinte comissão de
professores.
Data da aprovação: ___/___/_____
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Professor: Gustavo A. M. S. Coraini
FATEC - Garça
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Professor:
FATEC - Garça
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Professor:
FATEC - Garça
GARÇA
2014
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DISPOSITIVO MECATRÔNICO: INSTRUMENTO FACILITADOR DA
LOCOMOÇÃO DE DEFICIENTES VISUAIS
Henrique Lima Betoni1 [email protected]
Leandro Onda Nakahata
Prof. Ms. Gustavo Adolfo Mesquita Serva Coraini² [email protected]
Abstract – Visually impaired finds many difficulties in everyday activities, particularly in locomotion, action in which there are high accident rates. This project aims to provide a low cost mechatronic device to help visually impaired in obstacle detection above the waistline as well as holes and steps, besides being accessible to all visually impaired. The methodology used in this project was the experimental development of a prototype and this paper intends to demonstrate the device feasibility. This device works through ultrasonic waves into an electrical signal that will be interpreted by a microcontroller that will send signals in order to make the motors work by generating vibrations in the hand of deficient reporting him on the obstacle.
Keywords: Visually Impaired. Microcontroller. Mechatronic Device.
Resumo – Os deficientes visuais encontram grandes dificuldades nas atividades corriqueiras, principalmente no que diz respeito à locomoção, ação na qual existem elevados índices de acidentes. Este projeto visa disponibilizar um dispositivo mecatrônico, de baixo custo que auxiliará na detecção de obstáculos acima da linha da cintura e também de buracos e degraus, desta forma, sendo acessível a todos os deficientes visuais. A metodologia utilizada é o desenvolvimento experimental de um protótipo para se comprovar a viabilidade do mesmo. O dispositivo funcionará através de emissões de ondas ultrassônicas que ao refletirem no obstáculo retornarão ao sensor, que a transformará em sinal elétrico que será interpretado pelo microcontrolador, este mandará sinais para que os motores funcionem, gerando vibrações na mão do deficiente informando sobre o obstáculo.
Palavras-chave: Deficiente Visual. Microcontrolador. Dispositivo Mecatrônico.
1 INTRODUÇÃO
O projeto “Dispositivo mecatrônico: instrumento facilitador da locomoção de
deficientes visuais” tem como foco a implementação de recursos proporcionados
pela Mecatrônica3, por meio da confecção de um dispositivo contendo:
1 Alunos do 6º termo do Curso Tecnologia em Mecatrônica Industrial – FATEC – Garça 2 Docente do Curso Tecnologia em Mecatrônica Industrial – FATEC – Garça 3 A Mecatrônica envolve a integração concorrente das áreas de mecânica, eletroeletrônica, ciência da computação e controle, devendo extrair o que há mais adequado em cada uma das áreas, de tal maneira que o resultado seja uma sinergia entre elas. (ROSÁRIO, 2005).
4
microcontrolador, sensores ultrassônicos, motores com massa de eixo deslocada,
bateria recarregável e uma manopla para bengala.
O dispositivo utilizado no cotidiano das pessoas portadoras de deficiências
visuais proporciona maior autonomia na locomoção, atividade corriqueira na qual os
deficientes visuais encontram grandes dificuldades e são vítimas de índices
elevados de acidentes.
Masini (1994) concebe que deficiência visual é a diminuição irreversível da
resposta visual, em virtude de causas congênitas ou hereditárias, mesmo após a
utilização de óculos convencionais e tratamento clínico. Deficiência esta, dividida em
três tipos: cegos, visão parcial e visão reduzida.
No Brasil, a deficiência visual é a de maior ocorrência. Segundo o censo do
IBGE (2010) existem aproximadamente 35 (trinta e cinco) milhões de deficientes,
sendo que 29 (vinte e nove) milhões possuem alguma dificuldade visual; seis
milhões grande dificuldade visual e 528 (quinhentos e vinte e oito) mil não
enxergam.
No mercado existem muitas tecnologias assistivas (TA) voltadas aos
deficientes visuais, essas variam de um tabuleiro de xadrez em alto relevo até um
celular com sistema operacional facilitado e teclas que emitem som ao serem
acionadas. Porém, esta tecnologia não chegou às bengalas convencionais, que não
sofreram grandes alterações com o passar dos anos. Com sua simplicidade e certa
eficiência a bengala branca é o instrumento mais utilizado no quesito de locomoção
pelos deficientes visuais.
Existem outros meios utilizados pelos deficientes visuais para a locomoção, o
cão-guia é um deles, e atualmente, o mais eficiente. Entretanto para o deficiente
poder usufruir deste benefício, não será fácil, pois no Brasil existe cerca de setenta
cães-guia e uma fila de espera de aproximadamente 2.000 (dois mil) pessoas. O
treinamento que é aplicado nestes cães é árduo e longo, dura cerca de três anos e
com um custo elevado ao governo. No Brasil não existe este tipo de treinamento, ele
é realizado apenas nos Estados Unidos, o que torna difícil a disponibilização a todos
que necessitam deste benefício.
5
Com o avanço e a expansão da tecnologia, surgiram muitos projetos voltados
à melhoria das bengalas brancas, e muitos deles focavam no posicionamento de
sensores, voltados para cima, para que eles pudessem detectar obstáculos acima
da linha da cintura, pois a bengala convencional se mostra totalmente ineficaz
quanto à detecção destes obstáculos.
Houve projetos que tentaram substituir a bengala convencional, por sensores
ultrassônicos espalhados pelo corpo, em determinadas alturas, que ao detectar um
obstáculo acionava um motor ou um sinal sonoro, avisando o deficiente em qual
altura estava o obstáculo. Porém a aceitação pelos deficientes visuais não se
mostrou satisfatória, pois existe grande relutância, na maioria dos casos, ao fato de
não haver uma bengala.
No Brasil, as ruas e calçadas não estão adequadas para que os deficientes
visuais possam se locomover de forma segura, o que torna uma simples caminhada,
algo desafiador e perigoso, causando vários acidentes, principalmente com
obstáculos acima da cintura e com buracos e irregularidades nas calçadas.
As tecnologias assistivas existentes no mercado hoje são eficazes, porém são
cobrados preços altíssimos, o que dificulta, e muito, o acesso dos deficientes visuais
a tais produtos, deixando-os a mercê dos problemas oferecidos pelas ruas e
calçadas.
Com uma renda baixa e/ou, na maioria das vezes, dependente da renda dos
familiares e parentes, os deficientes visuais não possuem condição de pagar para
obterem algumas das tecnologias existentes no mercado de hoje.
O termo tecnologia assistiva ainda não é muito utilizado, e representa todos
os recursos e serviços que, de alguma forma, contribuem para proporcionar e/ou
ampliar as habilidades funcionais de pessoas com deficiência, e promover,
consequentemente, vida independente e inclusão. (BERSCH, 2013).
Este trabalho tem o objetivo de auxiliar os deficientes visuais na locomoção
em locais desconhecidos de forma independente e autônoma, com um custo
acessível a todos. Com a assistência da mecatrônica será construído um protótipo
para verificar a viabilidade do projeto.
6
Como objetivo específico este trabalho visa à introdução do protótipo no
mercado nacional, de forma que todos tenham acesso, ou seja, um produto que
esteja disponível para aquisição com baixo custo. Também, visa à melhoria da
detecção de obstáculo da bengala convencional, diminuindo de forma significativa os
acidentes causados pela ineficiência da detecção de certos obstáculos.
A metodologia utilizada neste trabalho foi a de pesquisa bibliográfica,
pesquisa de campo e a realização de um protótipo.
De acordo com Gil (1991), a pesquisa bibliográfica é realizada com material já
elaborado, como livros, artigos e dissertações, entre outros. A pesquisa bibliográfica
deu-se por meio de leituras de monografias, livros, artigos, jornais e sites, que
estejam relacionados ao tema, de modo a adquirir o conhecimento necessário para
a execução deste projeto.
Gil (1991) relata que a pesquisa de campo busca o aprofundamento de uma
realidade específica. É realizada por observações e entrevistas com informantes,
que fazem parte do cenário pesquisado, para captar explicações e interpretações
daquela realidade. Para o aprofundamento e confirmação das ideias optou-se por
fazer entrevista com pessoas envolvidas no dia a dia dos deficientes visuais.
O protótipo é a representação de uma ideia de maneira real e tangível, é a
passagem do abstrato para o físico, mesmo que seja de forma simplificada, onde
possam ser feitos testes e validações. (VIANNA et al. 2012).
A pesquisa deste projeto culminou na elaboração de um protótipo para
validação e verificação das ideias propostas neste trabalho e a viabilidade do
mesmo. Este protótipo consiste na confecção de uma manopla eletrônica, desta
forma, os deficientes visuais não precisarão adquirir outra bengala, apenas fixarão a
manopla em sua própria bengala, ou a utilização somente do dispositivo.
No decorrer deste trabalho será aprofundado sobre os temas que envolvem o
projeto em questão de forma a esclarecer o funcionamento de seus principais
componentes. Também constará sobre a montagem e o funcionamento do protótipo,
mostrando cada passo para sua fabricação e os resultados dos testes elaborados.
2 REVISÃO BIBLIOGRÁFICA
7
2.1 MICROCONTROLADORES
A história dos microcontroladores teve início em 1969 quando a empresa
japonesa BUSICOM buscava a criação de uma calculadora eletrônica. Para tanto,
foram enviados engenheiros para os Estados Unidos, os quais contaram com a
ajuda de Marcian Hoff, que trabalhava para a Intel Corporation. Hoff ao ver o projeto
dos japoneses sugeriu o desenvolvimento de um chip que funcionasse de acordo
com um programa e não apenas como uma calculadora eletrônica.
Em 1971, a Intel Corporation lança o primeiro microprocessador denominado
4004, que a partir de então foram evoluindo. Os microcontroladores surgiram logo
após a criação dos microprocessadores, pela necessidade de um controlador que
não dependesse de periféricos para funcionar.
De acordo com Sena (2006), um microcontrolador difere de um
microprocessador principalmente em sua funcionalidade. Para que um
microprocessador possa funcionar são necessários outros componentes, como
memória e comunicação. O microprocessador, portanto, é o “coração” dos
computadores. Por outro lado, o microcontrolador foi projetado para ser “tudo-em-
um”, não necessitando de componentes externos para suas aplicações, porque
todos os circuitos já fazem parte do chip, o que poupa tempo e espaço necessários
em um projeto.
O autor relata que todos os microcontroladores modernos usam uma entre
duas arquiteturas existentes, a von-Neumann ou a Harvard, ou seja, é a forma que o
microcontrolador usa para trocar informações entre a memória e a Unidade Central
de Processamento (CPU).
A arquitetura de von-Neumann possui apenas uma memória, que contém a de
dados e de programa, e são acessadas pelo mesmo barramento de dados, fazendo
com que o microcontrolador possa acessar apenas uma por vez, deixando-o mais
lento. Esta arquitetura também é chamada de Complex Instruction Set CPU (CISC).
A arquitetura Harvard possui duas memórias distintas, ou seja, as memórias
de dados e de programa são separadas, e acessadas por barramentos de dados
diferentes, desta forma tornando o microcontrolador mais rápido, podendo acessar
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as duas memórias ao mesmo tempo. Esta arquitetura também é denominada de
arquitetura Reduced Instruction Set CPU (RISC).
O microcontrolador é um circuito integrado programável que contém todos os
componentes de um computador, como CPU, memória de trabalho, portas de
entrada e saída para comunicar-se com o mundo exterior, sistemas de controle de
tempo interno e externo, conversores analógico/digital e outros. (SILVA, 2007).
Os microcontroladores têm seu funcionamento baseado no programa
existente em sua memória. Ao coletar um sinal de entrada, ele executa o programa e
converte em um sinal de saída. Podendo, dessa maneira, controlar diversos
sistemas mecatrônicos em diversas áreas da indústria e até mesmo em
eletrodomésticos e sistemas para residências.
Atualmente, existem inúmeros modelos de microcontroladores, resultado de
sua grande aceitação por parte do mercado. Devido suas principais características,
que são elas: fácil programação, baixo consumo de energia e ilimitadas
possibilidades de aplicações. Refletindo no surgimento de diversos fabricantes.
A Microchip Technology Inc. é uma empresa norte-americana responsável
pela fabricação dos microcontroladores PICmicro, mais conhecidos como
microcontroladores Programmable Interface Controller (PIC), que inicialmente foram
desenvolvidos para fins diferentes aos dos demais, existentes na época.
Os PICs são divididos em famílias, que se distinguem pelo número de bits no
barramento de dados. Dentro de cada família há diversos tipos, que atendem
diferentes necessidades de projetos, variando desde o número de portas de
entrada/saída (E/S) à capacidade de processamento de seu núcleo, tornando cada
PIC único e adequado para determinada aplicação. As famílias estão divididas da
seguinte forma:
Microcontroladores de oito bits no barramento de dados:
o Família PIC10
o Família PIC12
o Famílias PIC14 e PIC17
o Família PIC16
o Família PIC18
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Microcontroladores de dezesseis bits no barramento de dados:
o Famílias PIC24F e PIC24H
o Famílias PIC30F e dsPIC33F
Microcontroladores de 32 bits no barramento de dados:
o Família PIC32
Com tanta variedade de famílias, a escolha do dispositivo que será usado no
projeto se torna uma tarefa importante, por isso, para escolher, alguns fatores
devem ser levados em conta, para que a decisão do PIC seja acertada e traga
benefícios ao projeto.
As vantagens em optar pelo uso dos microcontroladores PIC são muitas,
como principais, incluem: ideal para iniciantes na área de microcontroladores, baixo
custo, amplo campo de aplicação, alta qualidade, facilidade em adquiri-lo, variedade
de modelos e fácil programação de seu software.
2.2 SENSOR ULTRASSÔNICO
Sensor é o termo empregado para designar dispositivos sensíveis a alguma
forma de energia do ambiente, que pode ser luminosa, térmica ou cinética,
relacionando informações sobre uma grandeza que precisa ser medida, como
temperatura, pressão, distância, velocidade, corrente, aceleração, posição entre
outras. (THOMAZINI & ALBUQUERQUE, 2011).
Sensores são elementos provedores de informações para os sistemas
mecatrônicos. Utilizados como detectores de erro, também chamados de
comparadores, são dispositivos ou uma combinação de dispositivos empregados em
sistemas automáticos de controle, para determinar a diferença entre o valor da
variável de saída e o valor desejado de entrada. (ROSÁRIO, 2005).
Com o surgimento da automação o uso dos sensores se tornou fundamental,
com isso, o surgiram diversos tipos de sensores, cada um com uma característica e
determinadas aplicações. Os tipos de sensores variam de sensores de presença,
usados em alarmes residenciais, a sensores de detecção de cor, para classificar
peças de acordo com sua cor.
10
O sensor ultrassônico vem sendo muito utilizado nas indústrias, pelo seu
funcionamento e sua abrangente aplicação. Com seu funcionamento baseado em
emissões de ondas sonoras, ele detecta objetos, níveis, tamanhos e pode ser usado
em várias áreas industriais, na robótica e até mesmo nas atividades corriqueiras.
O princípio de funcionamento do sensor ultrassônico é baseado no eco,
fenômeno físico devido à reflexão de uma onda acústica por algum obstáculo. O
sensor é composto por um emissor e um receptor, que são interligados por uma
placa de circuito integrado, em alguns casos os dois são separados e fazem a
comunicação, entre si, através de periféricos.
Pelo emissor são projetados sinais ultrassônicos, de curta duração, conforme
figura 1, que ao refletirem no obstáculo retornam e são lidos pelo receptor.
Figura 1 – Detecção de obstáculo
Fonte: Os autores (2014).
O emissor é constituído por um cristal, geralmente de quartzo, que exerce a
principal função do sensor. Este cristal tem como característica o efeito piezoelétrico,
ou seja, ao aplicar uma força sobre o mesmo aparece uma tensão proporcional à
força. Ao aplicar uma tensão sobre o cristal ele se comprime e expande
automaticamente, variando de acordo com a frequência da tensão aplicada
(ROSÁRIO, 2005).
Deste modo, aplicando uma tensão alternada de alta frequência no cristal, ele
emitirá uma onda sonora de alta frequência, ou seja, uma onda ultrassônica. No
receptor, também existe um cristal, que ao receber o eco do sinal emitido pelo
emissor, transforma esta onda em sinal elétrico. Deste modo, outros periféricos ou
controladores podem usar esta tensão como referencial para o cálculo da distância.
11
As ondas sonoras são divididas em três classificações, sendo elas:
infrassons, sons audíveis e ultrassons. A divisão é feita pela frequência em que cada
som é emitido, no gráfico 1, podemos ver as faixas em que cada divisão se
encontra. A faixa de som audível é baseada na audição dos seres humanos,
podendo sofrer alterações para cada indivíduo.
Gráfico 1 – Faixa de espectro sonoro
Fonte: Os autores (2014).
Designa-se ultrassom todo som que tem frequência superior a 20.000 Hertz
(20 KHz). Assim, nomeando os sensores ultrassônicos, pois os mesmo emitem
ondas de 40.000 Hertz (40 KHz), este valor pode variar de acordo com o modelo e
fabricante do sensor.
A emissão de ondas em alta frequência, do sensor ultrassônico, o torna
excelente na detecção de objetos pequenos, pois o comprimento de sua onda é
menor. Este comprimento está ligado à frequência em que a onda é gerada, pois
quanto maior for a mesma, menor será seu comprimento, conforme é mostrado na
figura 2.
Figura 2 - Comprimento de onda
Fonte: Os autores (2014).
Além dessas características, o sensor ultrassônico também possui outras,
dentre as quais, destacam-se: podem ser usados como sensores de proximidade,
12
detecção de distância e volume, trabalham na faixa de frequência de 40.000 Hertz
(40KHz) a 4.000.000 Hertz (4MHz), não são, relativamente, suscetíveis a ruídos,
podendo trabalhar em ambientes extremos e com relativa precisão.
3 METODOLOGIA DO PROTÓTIPO
3.1 BENGALA BRANCA
Ao longo da história é possível observar, através de pinturas e escritos, o uso
de instrumentos auxiliares, pelos indivíduos com deficiência visual na realização dos
seus deslocamentos, uma vez que cajados, bastões e bengalas foram empregados,
em diversas épocas, por muitos deles com as finalidades de proteção, orientação e
exploração do espaço. (HOFFMAN, 2009).
A bengala começou a ser utilizada quando Richard Hoover, oftalmologista,
previu que ela se fazia necessária para a locomoção dos deficientes visuais, e
desenvolveu uma técnica para utilizá-la, que ficou conhecida como “técnica de toque
da bengala”, esta é a única técnica em vigor no mundo todo. (SAUERBURGER,
1996, tradução nossa).
Desde então, foram criados diversos dispositivos, que tinham como finalidade
substituir a bengala branca, porém nenhum se mostrou eficiente e confiável aos
deficientes visuais. Quanto ao seu design, à bengala não passou por mudanças
significativas, apenas melhoras em seu material, deixando-a mais leve e duradoura.
Hoje em dia existem, basicamente, três tipos de bengalas a venda, a mais
simples é a bengala inteiriça convencional, figura 3, a bengala dobrável, figura 3,
também conhecida como bengala telescópica. A bengala Ultracane, figura 4, terceiro
tipo de bengala, pouco utilizada no Brasil, por ser uma bengala importada da
Inglaterra, e conter sensores para detecção de obstáculos acima da linha da cintura,
seu valor é elevado e não acessível à grande parte dos deficientes visuais.
Figura 3 – Bengala inteiriça e bengala dobrável
13
Fonte: Bengalabranca.com.br (2014).
Figura 4 – Bengala Ultracane
Fonte: Ultracane.com (2014).
No quesito de durabilidade e material, as bengalas se assemelham, mudando
apenas algumas funções de uma para outra. O valor da bengala inteiriça varia de R$
35,00 a R$ 75,00. A bengala dobrável tem seu preço entre R$ 58,00 e R$ 100,00, os
valores referentes às bengalas inteiriça e dobrável não consta o frete, pois o mesmo
varia para cada região. Já a bengala Ultracane, é encontrada no valor de R$
2.595,00, constando o valor do frete.
3.2 COMPONENTES DO PROTÓTIPO
3.2.1 MICROCONTROLADOR
Os microcontroladores são circuitos integrados que possuem todos os
componentes de um computador, ou seja, possuem uma CPU, memória de dados e
de programa, portas de entrada e de saída. O seu funcionamento é baseado no
programa existente em sua memória, que através de sinais de entrada o programa é
executado e gera sinais de saída.
Deste modo, os microcontroladores são extremamente flexíveis, e sua
programação pode ser feita em diversas linguagens, como a linguagem em C e a
linguagem em Assembly, sendo estas mais utilizadas.
14
Neste projeto, foi utilizado o PIC16F877A, figura 5, produzido pela Microchip
Technology Inc. Este microcontrolador é baseado na estrutura Harvard, ou seja, ele
possui as memórias de dados e de programa separadas, proporcionando a leitura
das duas ao mesmo tempo. Suas principais características são: 33 pinos de
entradas e saídas; quatro pinos de alimentação, pode ser energizado com tensões
de 2,2 até 6 volts; a frequência de operação do microcontrolador pode chegar a 20
MHz, o que resulta em uma velocidade de até cinco milhões de instruções por
segundo.
Figura 5 – Microcontrolador PIC 16F877A
Fonte: Microchip (2003).
3.2.2 SENSOR ULTRASSÔNICO
O sensor ultrassônico tem seu princípio de funcionamento baseado no eco,
ou seja, as ondas sonoras de alta frequência emitidas pelo sensor são refletidas nos
obstáculos e retornam, possibilitando que controladores façam o cálculo aproximado
da distância na qual o obstáculo se encontra, através da fórmula da velocidade
média.
Utilizou-se do sensor ultrassônico HC-SR04, figura 6. Este sensor deve ser
alimentado com cinco volts; frequência do sinal de saída de 40 KHz; range de
detecção de obstáculo varia de 20 a 4.000 mm; ângulo de trabalho de 15º.
Figura 6 – Sensor ultrassônico HC-SR04
Fonte: Elecfreaks (2014).
Vcc Trig Echo GND
15
3.2.3 MOTOR COM MASSA DE EIXO DESLOCADA
Os motores elétricos de corrente continua são elementos que funcionam
aproveitando as forças de atração e repulsão geradas por eletroímãs e imãs
permanentes, através de um campo eletromagnético, que se forma ao percorrer um
fio com corrente elétrica. Este campo atrai os polos da bobina fazendo com que o
eixo gire 180º em um sentido, após esta meia volta, um comutador, dispositivo que
tem a finalidade de inverter o sentido da corrente, é acionado fazendo com que o
eixo gire mais 180º.
Estes motores são amplamente utilizados por sua aplicação. Uma destas
aplicações é o motor de vibracall, muito conhecido por sua utilização no alerta
vibratório dos celulares. Neste tipo de motor elétrico, o eixo possui uma massa
deslocada, ou seja, o peso não está centralizado com o eixo, desta forma, ao girar o
motor gera vibrações, podendo ser sentidas facilmente.
Optou-se pelos motores de vibracall para ser a interface de comunicação
entre o protótipo e o deficiente visual, pois o tato é um dos sentidos mais
desenvolvido pelos mesmos.
Neste projeto utilizou-se o motor elétrico com pendulo vibracall, figura 7, sua
alimentação é de 1,3 volts.
Figura 7 – Motor vibracall
Fonte: Os autores (2014).
3.2.5 ALIMENTAÇÃO DO CIRCUITO
A alimentação do protótipo será feita por uma bateria recarregável com
tensão de nove volts e corrente de 320 miliampéres horas (trezentos e vinte mAh).
Sua duração depende do número de obstáculos, sendo estes um número elevado,
reduzirá o tempo de funcionamento do protótipo.
16
Para seu correto funcionamento o protótipo necessita de uma tensão mínima,
fornecida pela bateria, de sete volts.
3.2.6 PROGRAMA
O programa executado pelo microcontrolador PIC 16F877A, foi elaborado em
linguagem C, no ambiente de programação MPLAB IDE v8.8, utilizou-se o
compilador HI-TECH 11 C Compiler 9.83, softwares desenvolvidos e distribuídos
pela Microchip Technology Inc., na plataforma para Personal Computer (PC).
É necessário o uso de um PICBurner, dispositivo que gravará o programa
feito no computador na memória do microcontrolador. Este gravador é inserido no
computador pela porta serial do mesmo, e utilizada o software ICProg para fazer o
download do programa na memória do PIC16F877A.
3.3 CIRCUITO
O circuito é composto por dois sensores ultrassônicos, sendo um direcionado
para o chão, com a função de detectar buracos e degraus, e o outro direcionado
para frente, com a função de detectar os obstáculos acima da linha dos joelhos até a
linha da cabeça.
Também possui um microcontrolador, responsável pelo comando do
protótipo. Ele receberá os sinais de saída dos sensores, interpretará, de acordo com
o programa existente em sua memória e transformará em sinais de saída para os
motores elétricos.
Os motores elétricos estão dispostos de forma que um vibre somente quando
o sensor detecte buracos ou degraus, e o outro de forma que vibre quando o sensor
detectar obstáculos acima da linha do joelho até a cabeça. Sendo assim, o protótipo
contará com dois motores de vibracall.
Fazem parte do circuito, também, uma bateria nove volts, botão liga/desliga e
componentes eletrônicos que são necessários como: capacitores, resistores, diodos
e um regulador lm7805.
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Estes componentes estão fixados em uma placa de circuito integrado, que
será acoplada a uma manopla, conforme figura 8, que será a parte pela qual o
deficiente segurará a bengala.
Figura 8 – Manopla eletrônica
Fonte: Os autores (2014).
3.4 FUNCIONAMENTO
Os deficientes visuais demandam ajuda quando se trata de locomoção, por
possuírem baixas, ou nenhuma, habilidade no campo visual, necessitando de
intervenção de pessoas, animais ou de equipamentos, como a bengala.
Este projeto visa à melhoria da capacidade de detecção de obstáculos pelas
bengalas convencionais, através da criação de uma manopla com circuito eletrônico
e a implantação da mesma na bengala.
O circuito simulará o funcionamento do radar, que fará a detecção de
obstáculos com o cálculo de suas distâncias, e informará ao deficiente através de
vibrações, que se intensificarão conforme a proximidade dos obstáculos.
O microcontrolador emitirá um sinal de dez µs (dez microssegundos) ao pino
Trig do sensor ultrassônico, este lançará oito pulsos de onda ultrassônica de 40KHz,
ao lançar as ondas, o pino Echo do sensor ficará em nível lógico um, até que as
ondas retornem fazendo com que o nível lógico da porta Echo volte para zero.
Enquanto o nível lógico da porta Echo do sensor for um, o microcontrolador
medirá o tempo em que o nível lógico levará para voltar a zero, e através da fórmula:
Distância = 𝑇𝑒𝑚𝑝𝑜 𝑑𝑒 𝑑𝑢𝑟𝑎çã𝑜 𝑑𝑜 𝑠𝑖𝑛𝑎𝑙 𝑛𝑜 𝑝𝑖𝑛𝑜 𝐸𝑐ℎ𝑜 ∗ 𝑉𝑒𝑙𝑜𝑐𝑖𝑑𝑎𝑑𝑒 𝑑𝑜 𝑠𝑜𝑚 𝑛𝑜 𝑎𝑟 (340
𝑚
𝑠)
2,
será feito o cálculo da distância aproximada do objeto. A divisão por dois é feita, pois
18
as ondas emitidas pelo sensor percorrem duas vezes a distância do obstáculo, ou
seja, a distância que a onda percorre na ida e na volta para o sensor.
Após o cálculo da distância em que o obstáculo se encontra, sendo acima ou
abaixo da linha da cintura, se o mesmo se encontrar a menos de três metros de
distância do deficiente visual, o microcontrolador emitirá um sinal para o motor, se
for um obstáculo acima da linha da cintura o sinal será enviado para o motor
superior, se for um buraco ou degrau será enviado um sinal para o motor inferior.
O sinal emitido para os motores terá durações diferentes, e será relacionado a
distância em que o obstáculo se encontra, isto é, para distâncias próximas a
intensidade será maior do que para distâncias longas.
No fluxograma da figura 9, pode-se ver a lógica do funcionamento do circuito,
que será acoplado na manopla.
Figura 9 – Fluxograma de funcionamento da manopla eletrônica
Fonte: Os autores (2014).
3.4 TESTES
Foram realizados testes para detectar falhas no protótipo, com o intuito de
obter o funcionamento proposto e adequado do mesmo. Os testes iniciais foram
feitos em escala, para verificar a precisão do sensor.
19
Três distâncias foram demarcadas, dez, vinte e trinta centímetros, simulando
os obstáculos a um, dois e três metros. Na figura 10, são mostrados os resultados,
onde foi colocado um objeto simulando os obstáculos nas respectivas distâncias. O
Diodo emissor de luz (LED) está substituindo o motor vibracall, pois estes motores
não possuem resposta visual adequada.
Figura 10 – Detecção de obstáculo a dez centímetros
Fonte: Os autores (2014).
Os testes realizados nas ruas, em situações reais, como andar em calçadas
irregulares e com árvores, atravessar ruas, subir escadas e etc., auxiliaram na
realização de ajustes de parâmetros importantes para o correto funcionamento da
manopla, como o tempo de resposta do protótipo para a aproximação de obstáculos,
a intensidade e duração da vibração dos motores de vibracall, distância da cobertura
dos sensores e etc.
Os testes foram realizados pelos integrantes do grupo, em situações
corriqueiras enfrentadas pelos deficientes visuais, conforme a figura 11.
Figura 11 – Simulação de locomoção com a manopla eletrônica
Fonte: Os autores (2014).
20
4 CONSIDERAÇÕES FINAIS
As bengalas estão presentes na vida dos deficientes visuais desde os
primeiros relatos da história, e com o passar dos anos e avanços tecnológicos, as
bengalas não sofreram grandes alterações e até hoje são o principal instrumento
utilizado pelos deficientes visuais como auxílio na locomoção.
Apesar de as bengalas terem a confiança dos deficientes visuais, elas não
são eficazes quanto a detecção dos obstáculos, sejam eles buracos, galhos de
árvore, orelhões ou qualquer outro obstáculo acima da linha da cintura. Por ser
simples seu desempenho é limitado, o que traz como consequência, aos deficientes
visuais, muitos acidentes.
Com o intuito de diminuir os acidentes ocasionados pela limitação da bengala,
foi desenvolvida uma manopla eletrônica. Seu uso pode ser feito de forma
autônoma, ou seja, usando apenas a manopla, ou pode usá-la em conjunto com a
bengala, fixando a manopla na mesma.
Foi observado através de pesquisas e da entrevista com a Prof. Dra. Mary da
Silva Profeta, pedagoga especializada na área de deficientes visuais da
Universidade Estadual Paulista (UNESP) de Marília/SP, apêndice A, que um
dispositivo que detectasse buracos e obstáculos acima da linha da cintura era
essencial para que o protótipo tenha aceitação do mercado. Optou-se pelo
desenvolvimento de uma manopla eletrônica, sem haver uma bengala como parte
do protótipo, de modo que o mesmo tenha um custo final acessível a todos os
deficientes visuais. Na tabela 1 estão dispostos os custos dos componentes
utilizados no protótipo e seu custo total.
Tabela 1 – Custo do protótipo
ITEM QUANTIDADE CUSTO (Unit.)
Microcontrolador 1 R$ 13,00
Sensor Ultrassônico 2 R$ 13,00
Bateria 9V 1 R$ 3,90
Placa de circuito 1 R$ 5,00
Componentes elétricos (resistores, capacitores,
LM7805, etc.)
- R$ 5,00
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Motor com massa de eixo deslocada 2 R$ 10,00
Carcaça em alumínio 1 R$ 7,00
TOTAL R$ 79,90
Fonte: Os autores (2014).
O teste realizado em escala mostrou-se satisfatório, pois foi comprovado o
correto funcionamento do circuito e, consequentemente, do programa inserido no
microcontrolador. Do mesmo modo, o sensor ultrassônico demonstrou a sua
eficiência e precisão.
O teste de simulação de uma caminhada com a manopla eletrônica auxiliou
nos ajustes que eram necessários, para que o protótipo tenha seu correto
funcionamento. Foi observado que a manopla tem seu peso adequado, pois sendo
leve evita a fadiga da mão do deficiente visual em grandes caminhadas. Notou-se,
também, que as vibrações são facilmente percebidas pelo usuário da manopla.
Dentre as vantagens deste protótipo destacam-se: baixo custo; possibilidade
da fixação do mesmo nas bengalas que os deficientes visuais possuem, não
necessitando da aquisição de uma nova bengala.
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Sapucaí/MG: Exsto Tecnologia.
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22
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23
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<http://livrodesignthinking.com.br/livro_dt_MJV.pdf>. Acesso em: 15 ago. 2014.
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APÊNDICE A
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Entrevista realizada com a Prof. Dra. Mary da Silva Profeta, pedagoga
especializada na área de deficientes visuais da UNESP/Marília, para o Trabalho de
Conclusão de Curso (TCC), em 07 outubro 2014 às nove horas.
Alunos: Você tem contato direto com deficientes visuais?
Professora: Sim, com deficientes visuais sim.
Alunos: No que diz respeito a locomoção em locais desconhecidos, qual a maior
dificuldade que eles encontram?
Professora: Ao andarem em locais que eles não conhecem, eles vão com a
exploração da bengala, só que a bengala é uma ferramenta muito simples, e ela não
informa como, por exemplo, umas bengalas que já existem que tem sensor e coisas
do gênero. As bengalas que eles usam aqui em Marília são simples, então se não
tiver ninguém para apresentar o local para eles, eles ficam explorando com a
bengala mesmo.
Alunos: Obstáculos como árvores com galhos, orelhões, são um problema?
Professora: A sim, se eles não conhecerem a rua eles batem mesmo, já aconteceu
muitas vezes de se machucarem.
Alunos: Então a maior dificuldade deles seria obstáculos acima da cintura?
Professora: Acima da cintura é a maior dificuldade, e não só isso, por exemplo,
buracos, se não for um buraco enorme que a bengala bata dos dois lados, como um
buraco que vai mais central, eles também são prejudicados porque como eles fazem
o arco, o ângulo da bengala, o meio dele fica desprotegido então ele pode cair
também, a não ser que ele use uma bengala “roller” que ele vai rastreando, ao invés
de ir quicando pra lá e para cá.
Alunos: Na casa dele ele também usa bengala?
Professora: Em geral não usa a bengala. Usa mais em ambiente desconhecido,
ambiente maior, as vezes chega a usar na casa de alguém que a pessoa não tenha
o conhecimento de pegar e falar os espaços, ai eles usam a bengala, mas é raro.
Alunos: A bengala convencional tem como principal deficiência obstáculos que
estão acima da linha da cintura?
Professora: Sim, vamos falar assim, a maior dificuldade é acima da cintura.
Alunos: Eles saem pra andar bastante? Com qual frequência que eles usam a
bengala no dia a dia?
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Professora: Eles usam muito, porque estudam, trabalham e são raros os que
andam com cuidador ou alguém da família, e as vezes mesmo com alguém da
família eles estão com a bengala para se sentirem mais protegidos, então eles usam
bastante.
Alunos: Em relação à tecnologia eles se adaptam bem? Usam bastante?
Professora: Muito, esses que trabalham, que estudam, porque tem alguns que
ficam em casa e que não tem essa necessidade de estudar e sair tanto então eles
usam menos. Mas nós temos aqui deficientes visuais aposentados que estão
fazendo cursos de computação, para conhecer as ferramentas, para que ele se
comunique melhor porque independente deles estarem no trabalho ou na escola ele
tem comunicação com amigos, com familiares, tem um que tem um filho em
Portugal, então eles tem necessidade de comunicação então eles vão aprender por
isso, mas alguns não fazem nada nesse sentido.
Alunos: Nós estamos desenvolvendo uma bengala eletrônica, qual seria o principal
obstáculo que ela não poderia deixar de detectar?
Professora: O principal é difícil, porque são muitos, mas árvores, placas
informativas que hoje estão e amanhã não, muitas lojas quando vão descarregar
materiais obstruem a calçada e isso é uma dificuldade, orelhões, como vocês
disseram, caixas de correio, hidrantes. Embora, o deficiente visual esteja orientado a
sempre utilizar o lado de dentro da calçada, nunca andar muito pela guia, mas ainda
temos bares que usam cadeiras na calçada e eles colocam encostado na parede e
isso é muita dificuldade para eles.
Alunos: E se nosso projeto fosse um dispositivo que não utilizasse uma bengala,
apenas sensores, eles seriam relutantes contra isso?
Professora: Desde que eles tivessem segurança em relação a isso, eu acredito que
não. Só que teria que ser um equipamento que cobrisse o corpo todo e a bengala
mesmo que não seja 100% segura ela faz isso da cintura para baixo. Teve uma
época, muitos anos atrás, saiu um aparelhinho, “Walkmake”, que era para usar de
proteção da cintura para cima, eu não sei dizer a razão que esse equipamento não
vingou. Então uma coisa que liderasse, que fosse mais inteira, pudesse resolver a
questão, deles deixarem a bengala, ou usá-la até se acostumar. Eu acredito que
esses que eu disse que estudam e trabalham, viajam muito, eles são muito abertos
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a novas tecnologias. Uma menina, por exemplo, que é deficiente visual, ela viaja
demais, então para ela, este recurso iria ajudar muito, porque ela viaja de avião,
ônibus e etc.
Alunos: Em relação a mercado de trabalho eles estão bastante presente ou tem
dificuldade para ingressar?
Professora: Não, em geral eles já vão para um caminho mais acessível, por
exemplo, são muitos deficientes visuais professores, principalmente as mulheres.
Todos os deficientes que fizeram pedagogia aqui são professores e estão dando
aulas, dentro e fora de Marília/SP e moram sozinhos, a maior parte. Em Bastos/SP
tem uma que trabalha na prefeitura. Eles estão presentes em diversos trabalhos
inclusive advogados, terapeutas e outros.
Alunos: Quanto ao custo, teria que ter um custo baixo, pelas dificuldades que eles
encontram, ou não?
Professora: É bastante variável, nós temos desde aquele que não pode comprar
uma bengala a aquele que tem uma série de equipamentos tecnológicos em casa,
que compra parcelado, mas sempre procuram algo que seja compatível ao que ele
ganha, ao custo de vida dele, mas eles sempre procuram ter as coisas que eles
necessitam, então se facilitar nesse sentido é muito bom. Por exemplo, na Espanha
tem uma organização nacional de deficientes visuais que possibilita que eles tenham
tudo que eles têm no centro de atendimento em casa, a preço de custo e facilidade
no pagamento, então eles não passam muita necessidade de ter equipamentos. E
aqui no Brasil, a pessoa que precisa de uma máquina Perkins Brailler, ela está
custando quase R$4.000,00 (quatro mil reais), então o professor que está morando
fora, que paga aluguel, que tem todas as despesas, ele tem uma máquina Perkins,
mas ele ganhou ou comprou facilitado porque senão fica muito difícil. Hoje já não se
usa mais essas máquinas, usa-se mais os computadores e essas coisas. Tudo o
que vir para o bem deles e a facilidade, flexibilidade e segurança da locomoção vai
ajudar muito.
