bengala eletrônica para deficientes visuais
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UNIVERSIDADE POSITIVO
NÚCLEO DE CIÊNCIAS EXATAS E TECNOLÓGICAS
CURSO DE ENGENHARIA DA COMPUTAÇÃO
ALESSANDRO CARDOZO BUENO
Bengala Eletrônica para Deficientes Visuais
Trabalho de Conclusão de Curso.
Prof. Amarildo Geraldo Reichel
Orientador
Curitiba, dezembro de 2010.
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UNIVERSIDADE POSITIVO
Reitor: Prof. José Pio Martins
Vice-Reitor: Prof. Arno Antonio Gnoatto
Pró-Reitor de Graduação: Prof. Renato Casagrande
Diretor do Núcleo de Ciências Exatas e Tecnológicas: Prof. Marcos José Tozzi
Coordenador do Curso de Engenharia da Computação: Prof. Edson Pedro Ferlin
3
Agradecimentos
Agradeço a meus pais e familiares que sempre acreditaram em minha capacidade e
nunca desanimaram ou me abandonaram diante de meus fracassos, incentivando sempre
na busca de novas vitórias. Agradeço também a Deus pelas oportunidades apresentadas
até o momento tanto de cunho pessoal como profissional. Também agradeço a minha
noiva, que foi minha cúmplice e minha incentivadora para chegar ao término de meu
curso.
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SUMÁRIO
LISTA DE ABREVIATURAS E SIGLAS ................................................................... 5
LISTA DE FIGURAS ..................................................................................................... 6
RESUMO ......................................................................................................................... 7
ABSTRACT .................................................................................................................... 8
ORIENTAÇÕES GERAIS ............................................................................................ 9
1 INTRODUÇÃO .................................................................................................... 10
1.1 Deficiencia Visual (Conceito) ............................................................................ 11
1.2 Pesquisa de Campo ............................................................................................. 11
1.3 Projetos Antecessores ......................................................................................... 11
1.4 Microcontroladores ............................................................................................. 12
1.5 Max Sonar .......................................................................................................... 12
2 ESPECIFICAÇÃO DO PROJETO .................................................................... 12
2.1 Descritivo do Hardware ...................................................................................... 13
2.2 Caracteristicas do Projeto ................................................................................... 13
3 DESENVOLVIMENTO ....................................................................................... 13
3.1 Funcionamento do Projeto .................................................................................. 14
3.2 Programação ....................................................................................................... 16
3.3 Projeto ................................................................................................................. 16
3.4 Esquemático de Ligação do MSP .......................................................................17
3.5 Bengala escolhida................................................................................................19
3.6 Ligação do Max Sonar................. .......................................................................19
3.7 Ligação dos Motores Vibratorios........................................................................19
3.8 Ligação dos Buzzers..................... .......................................................................20
4 ALIMENTAÇÃO ................................................................................................ 20
5 EFEITO LOW POWER......................................................................................20
6 FIRMWARE ........................................................................................................20
7 CONCLUSÃO.......................................................................................................21
8 REFERÊCIAS......................................................................................................22
APÊNDICE....................................................................................................................23
ANEXOS.........................................................................................................................26
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LISTA DE ABREVIATURAS E SIGLAS
MHz Mega Hertz
KHz quilo Hertz
mV mili Volts
mA mili Amper
UML Unified Modeling Language
C Linguagem de programação C
Clk Clock
S.U.S. Sistema Único de Saúde
m metros
C.I. Circuito Integrado
GND Terra (Ground)
ms milésimo de segundos
U.S.B. Universal Serial Bus
IPC Instituto Paranaense de Cegos
INTEGRA Instituto de Integração Social e de Promoção da Cidadania
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LISTA DE FIGURAS
Figura 3.1: Fluxograma da lógica de funcionamento da bengala....................................15
Figura 3.2: Esquemático do gravador JTAG .................................................................. 16
Figura 3.3: Esquemático de ligação do MSP430 ............................................................ 18
Figura 3.4: Esquemático do Max Sonar .........................................................................19
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RESUMO
A bengala eletrônica para deficientes visuais, é um projeto que visa facilitar e trazer
uma nova forma de locomoção com mais segurança e conforto aos portadores desta
deficiência.
Basicamente, a bengala utiliza ondas ultrassonicas para identificar obstáculos acima
e abaixo da cintura do deficiente, impedindo assim que o mesmo tenha problemas de
colisão com objetos presentes nestas posições quando da sua locomoção.
A bengala emite duas ondas ultrassonicas alternadamente que ao detectarem
obstáculos, são refletidas retornando ao sensor para se detectar o obstáculo. Um micro-
controlador recebe as informações do obstáculo, analisando o grau de perigo de colisão
com o deficiente visual, acionando micromotores de vibração acoplados na bengala. O
posicionamento dos micromotores em pontos diferentes próximos à mão do deficiente
discrimina se o obstáculo encontra-se abaixo ou acima linha da cintura.
Palavras-Chave: Deficientes visuais, bengala eletrônica, bengala de ultrassom, apoio à
locomoção de cegos.
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Electronic Cane for the Visually Impaired
ABSTRACT
The electronic cane for the visually impaired, is a project that aims to facilitate and
bring a new form of locomotion with more security and comfort to patients with this
deficiency.
Basically, the stick uses sound waves to identify obstacles above and below the
waist of the poor, preventing them from having the same problems of collision with
objects present in these positions when they travel.
The cane sends two ultrasonic waves to detect obstacles which in turn, are reflected
back to the sensor to detect the obstacle. A micro-controller receives the information of
the obstacle, analyzing the degree of danger of collision with the visually impaired,
driving micromotors coupled vibration on the stick. The positioning of micromotors in
different spots near the hand of the poor discrimination if the barrier is below or above
the waistline.
Keywords: Visually Impaired, Electronic Cane, Ultrasonic Cane, support for mobility
of blind people.
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ORIENTAÇÕES GERAIS
Este trabalho tem como finalidade o desenvolvimento de uma bengala eletrônica
para deficientes visuais, visando facilitar a locomoção de forma mais segura a estes
indivíduos.
No primeiro capítulo é contextualizado o projeto, indicando pesquisas e produtos
desenvolvidos sobre o tema. São conceituados também os principais termos técnicos
utilizados relativos a deficientes visuais e tecnologias utilizadas.
O segundo capítulo apresenta a especificação técnica do dispositivo desenvolvido,
com os detalhes técnicos, características funcionais, restrições e requisitos mínimos de
funcionamento.
No terceiro capítulo são apresentadas as etapas de desenvolvimento da bengala
eletrônica, diagramas funcionais e elétricos, descritivo de funcionamento e firmware
implementado.
No quarto capítulo são feitas as considerações a respeito da alimentação do projeto.
O capítulo cinco, trás informações a respeito do efeito Low Power disponível no
microcontrolador
No capítulo seis, é relatada a lógica de funcionamento do firmware
No sétimo capítulo são apresentadas as conclusões e resultados de testes realizados
com projeto.
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1. INTRODUÇÃO
O projeto em questão tem a finalidade de facilitar e melhorar qualidade a vida dos
portadores de deficiência visual, permitindo que o deficiente identifique objetos ou
obstáculos em seu caminho ou nas imediações da área por onde trafega, evitando desta
maneira possíveis colisões e consequentemente acidentes.
O objetivo do projeto foi a pesquisa e o desenvolvimento de uma bengala eletrônica
de ultrassom, com circuito eletrônico microprocessado e software embarcado em uma
bengala convencional para auxílio de deslocamentos de deficientes visuais, de baixo
custo, leve e com grande autonomia de energia.
Para o melhor embasamento técnico/científico, e justificativa social deste trabalho,
foi realizada inicialmente uma entrevista no Instituto Paranaense de Cegos em Curitiba
no dia 17 de março de 2010 com o Sr. Irineu Chiamolera, coordenador do IPC (IPC –
INSTITUTO PARANAENSE DE CEGOS, 2010). Nesta ocasião, foram levantados
alguns pontos relevantes que justificaram o desenvolvimento deste projeto, tais como a
real necessidade dos deficientes em utilizar uma bengala com estes recursos, qual valor
estes deficientes estariam dispostos a pagar num produto deste tipo, quais as fontes de
desconforto na utilização das atuais bengalas e qual o recurso mais eficaz existente hoje
para promover a locomoção de um deficiente visual de maneira segura. Juntamente com
esta pesquisa, tomou-se o conhecimento de que o S.U.S. - Sistema Único de Saúde,
realiza um número significativo de internamentos nos hospitais públicos de muitos
deficientes visuais que se envolvem em acidentes ao colidirem, com objetos existentes
nas calçadas e até mesmo em carros nas ruas, não apenas na cidade de Curitiba, mas em
todo o Brasil. Estes deficientes dão entrada nos hospitais principalmente com
ferimentos na região da cabeça. Este fato mostra que as bengalas utilizadas hoje pelos
cegos não são totalmente eficazes, pois não têm a capacidade de identificar objetos
acima da linha da cintura. O deficiente visual ao se locomover leva a bengala à frente do
corpo para que ela toque o obstáculo antes de tocar seu corpo, porém da cintura para
cima não existe nenhuma proteção. Ainda no IPC, soube-se que o melhor e mais seguro
meio de locomoção de deficientes visuais no país, é o cão guia, porém, no Paraná não
existem muitos canis que fazem o adestramento do animal, e além disso para se adestrar
um animal para este fim de maneira particular custa muito dinheiro. Os canis em que
normalmente, estes animais são adestrados estão localizados em São Paulo, Porto
Alegre e Brasília. Em Brasília, pode-se encontrar o INTEGRA (Instituto de Integração
Social e de Promoção a Cidadania)(HOWSTUF, 2010). Neste instituto, o deficiente
visual, pode solicitar um cão guia sem qualquer custo. Porém, pela dificuldade de se
encontrar as características necessárias para se formar um cão para este fim e alem disso
o tempo necessário para adestrá-lo, dificulta a disponibilidade deste recurso. Para se ter
uma noção em números, no Brasil existe a estimativa, segundo o IBGE, de que 150 mil
pessoas sofrem de deficiência visual. E para estas pessoas existe a disponibilidade de
apenas 50 cães guias.
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1.1 Deficiência Visual (CONCEITO)
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 (MASINI,E.F..S.,1994). Esta deficiência é classificada em moderada,
severa ou profunda. O portador desta deficiência, tem o desenvolvimento de outros
sentidos muito mais acelerados que pessoas que não a apresentam. Isto é uma resposta
do próprio celebro para suprir a necessidade da visão.
1.2 Pesquisa de Campo
Como resultado da entrevista feita no Instituto Paranaense de Cegos, verificou-se
que os deficientes demonstram muito interesse no desenvolvimento de projetos como
este. Porém, o custo do produto desenvolvido, não pode ser elevado, pois a maior parte
das pessoas entrevistadas, relataram não fazer nenhum tipo de atividade remunerada, e
os que realizavam não tinham uma renda muito satisfatória. Logo, os projetos
desenvolvidos com este objetivo, necessitavam ter um baixo custo para aquisição e para
manutenção.
Quanto ao projeto Cão Guia, em pesquisas, tornou-se conhecido o fato de que a
maneira mais eficaz de locomoção de deficientes deste tipo e apesar do presidente Luís
Inácio Lula da Silva ter sancionado o decreto lei que regulamenta a utilização do cão
guia em 2005, ainda existem pessoas que não se sentem confortáveis em ter o animal
próximo dentro de ônibus, hotéis, etc. (IPC,2010) (HOWSTUF, 2010).
1.3 Projetos Antecessores
As pesquisas realizadas, conduziram a uma reportagem que informava o
desenvolvimento de uma bengala eletrônica com o mesmo principio de funcionamento
(ultrassom) que a proposta no projeto. Este projeto foi apresentado por Alejandro
Garcia, professor da UNIVALLE (CONVERGÊNCIA DIGITA, 2003). Ele se
referenciava a uma bengala que utilizava a refração das ondas de ultrassom para
identificar obstáculos. Porém, seu projeto ficou muito grande. A placa que continha os
componentes necessários para a bengala funcionar, eram presos a cintura do deficiente
por meio de um cinto. Isto foi feito por que o hardware de seu projeto ficou grande
demais para ser acondicionado na própria bengala. A bengala era capaz de detectar
obstáculos apenas a frente do deficiente e o custo era elevado. Além disso, a bengala era
ligada a placa de controle por um fio. Todos estes fatos não contribuíam para o conforto
e para a segurança do deficiente.
No site da Texas, foi localizado um projeto que foi a base para criar o projeto da
bengala (TEXAS INSTRUMENTS, 2010). Este projeto apresentava uma trena que
utilizava ondas de ultrassom para medir a distância em que os objetos se encontravam
em relação a ela. A trena envia um sinal de ultrassom e inicializa uma contagem de
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tempo, quando o sensor identifica o retorno da onda, ela para a contagem e em seu
firmware, gravado em um microcontrolador da família MSP, faz o calculo da distância
levando em consideração sua calibragem, e enviava o resultado para um display de sete
segmentos. O valor em decimal referente a distância é informado. Este projeto foi vital
para descobrir como seria feito o hardware da bengala.
1.4 Microcontroladores
Um microcontrolador é a integração em um único circuito integrado, composto por
um microprocessador, memórias, dispositivos de interface de entrada e saída, entre
outros, utilizados em dispositivos para controlar as funções ou ações do produto. Dentro
deste universo existe a família MSP 430 da Texas, um dispositivo com CPU RISC de
16 bits, desenhado para aplicações de baixo custo e consumo. Este dispositivo também
apresenta dois temporizadores internos de 16 bits, conversores analógico/digital (A/D) e
osciladores internos. Para sua gravação é necessário um gravador serial ou USB
(TEXAS INSTRUMENTS, 2010).
Esta família de microcontrolador pode ser programado utilizando a linguagem C,
alem disso, a Texas disponibiliza ferramentas especificas pra ela tal como o IAR que é
uma plataforma de programação capaz de compilar a linguagem C, é totalmente
integrado para depuração, e ainda fornece suporte para códigos complexos e que exigem
a utilização de interrupções. A mesma ferramenta, também da suporte a gravação de
toda a família MSP. Para se utilizar todos os recursos desta ferramenta, deve-se adquirir
uma licença que é distribuída pela IAR system de forma não gratuita. No projeto, foi
utilizado uma licença que permitia a geração de até 700 linhas de código sem a
necessidade de compra da licença.
1.5 Max Sonar
O Max Sonar é um transceptor de ultrassom sintonizado na freqüência de 40 KHz
(EZ1, 2007). Este circuito é alimentado de 2.5 V a 6 V e permite a detecção de
obstáculos a uma distância de 0 até 6 m .Este dispositivo gera na saída uma tensão
analógica que varia de 1 a 6 V, sendo1 V para 1 m de distância do sensor ao objeto até
6 V para 6 m. Este componente também foi projetado para ter um baixo consumo e
como informado em seu datasheet, não ter “zona morta”, ou seja, não ter área de sombra
e ter uma alta razão de leitura em relação ao tempo (fato que interfere na sua resposta).
A utilização deste circuito dispensa qualquer outro projeto de geração de ultrassom uma
vez que ele gera a onda de 40 kHz com uma boa qualidade, com um custo baixo e com
baixíssimo consumo.
2. ESPECIFICAÇÃO DO PROJETO
O projeto da bengala tem como objetivo gerar alertas vibratórios e audíveis quando
o deficiente visual encontrar um obstáculo em seu caminho. Esta detecção deverá
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ocorrer para objetos abaixo e acima da linha da cintura, fazendo assim com que o
deficiente tenha tempo de desviar do obstáculo antes de colidir com o mesmo.
2.1 Descritivo do Hardware
O circuito da bengala é composto por um microcontrolador, dois transceptores de
ultrassom (Max Sonares), dois micromotores elétricos para vibracall de celular (Nokia,
n900) e dois buzzers. O microcontrolador utilizado foi o MSP430F1232 da Texas
Instruments, sendo responsável pelo processamento do sinal enviado pelo Max Sonar.
Também é responsável pelo acionamento dos micromotores que fazem a bengala vibrar.
Esta integração do MSP é feita pela medição da tensão na entrada analógica-digital,
após a conversão do sinal, vindo do Max Sonar, em um sinal digital, feito no A/D do
MSP. De acordo com o valor lido, (caso o valor seja igual ou superior a 2V), o MSP
aciona os motores vibratórios e os buzzers levando sua saída P1.0 e P1.2 ou P1.1 e P1.3
para nível lógico alto.
2.2 Características do projeto
As principais características técnicas do dispositivo detector de obstáculos são:
Detecção de objetos entre 2 metros a 6 metros do usuário;
Baixo consumo: 8 mA;
Custo máximo: R$ 180,00;
Alimentado com 1 bateria 9V;
Autonomia mínima de 4 horas com os motores acionados initerruptamente;
Gera ondas ultra-sônicas alternadamente entre o emissor inferior e emissor
superior;
Detecção de objetos à frente, acima e abaixo da linha da cintura;
Os componentes do circuito são fixados em uma bengala convencional para
apoio à locomoção de deficientes visuais, em caso de problemas, o deficiente
não fica desorientado;
Geração de vibração através de micromotores para a identificação de obstáculos;
Geração de sinais de áudio para a identificação de obstáculos.
3. DESENVOLVIMENTO
Na fase de projeto da bengala, uma das principais preocupações foi com o custo
final do produto. Este fato poderia inviabilizar o projeto uma vez que boa parte destes
deficientes não pratica nenhuma atividade profissional ou possui uma baixa
remuneração. Esta foi uma das grandes restrições do projeto, pois o próprio Instituto
Paranaense de Cegos informou que não tem recursos para desenvolver ou investir em
projetos de custos elevados.
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O projeto foi dividido em duas partes, hardware e software. O hardware foi
projetado levando em consideração principalmente consumo, custo, tamanho e peso. A
bengala não poderia ser muito pesada a ponto de fazer a mão do deficiente fadigar ao
segurá-la. O circuito teria que ser o menor possível, pois deveria ser adaptado ao corpo
da bengala onde o espaço para alojar todos os componentes é muito limitado. O
consumo deveria ser muito baixo, prolongando o seu uso com baterias comuns de
pequena capacidade, uma vez que o uso de baterias recarregaveis iria aumentar o peso e
o desconforto na sua utilização, apesar do benefício da recarga.
O software foi desenvolvido para ativar os recursos do microcontrolador com base
na leitura da diferença de potencial gerada nos transceptores de ultrassom.
Estas duas partes dão origem a uma bengala eletrônica, que gera e emite uma onda
de ultrassom que ao ser refletida em algum obstáculo, é detectada. Após o sinal
recebido ser processado pelo microcontrolador, caso o obstáculo esteja dentro de uma
região próxima do deficiente, oferecendo risco de acidente, o microcontrolador envia
comandos de acionamento à sua saída acionando micromotores elétricos, que fazem a
bengala vibrar, e os buzzers, informando ao portador de deficiência que existe um
obstáculo em seu caminho.
O MSP430 da Texas, é um microcontrolador programável em linguagem C, e que
utiliza a metodologia low power. Estas características viabilizaram a sua utilização, pois
a linguagem de programação C foi estudada no decorrer do curso.
3.1 Funcionamento do projeto
A bengala funciona como um radar. A onda de 40 kHz é gerada pelo circuito do
Max Sonar e transmitida pelo seu emissor de ultrassom. Esta onda é refletida quando se
choca com algum obstáculo. Ao detectar a reflexão do sinal enviado, o Max sonar, gera
um valor de tensão em sua saída analógica entre 1 V e 6 V proporcional à distância do
sensor ao obstáculo. Esta tensão por sua vez é enviada ao A/D do microcontrolador do
MSP430. No MSP430 foi implementado no firmware uma estrutura de decisão que caso
a tensão ultrapasse o nível de 2 V na entrada do A/D, o microcontrolador envia um nível
lógico em sua saída onde está ligado o motor elétrico fazendo a bengala vibrar,
conforme pode ser visto pelo fluxograma na figura 3.1.
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Emissor de
Ultrasom
Microcontrolador
MSP430
Objeto Detectado?
Aciona Motor
Saída do Max Sonar
é maior que 2V?
Aciona Buzzer
Sim
Sim
Não
Não
Figura 3.1: Fluxograma da lógica de funcionamento da bengala.
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3.2 Programação
A programação do microcontrolador do projeto, é feita em linguagem C utilizando
como compilador o IAR, mantido pela IAR Systems (IAR, 2010).. Este compilador
além de fornecer todas as ferramentas para se trabalhar com toda a família de
microcontroladores da Texas, também tem as ferramentas para gravação e debbug do
projeto utilizando portas seriais e portas USB. Sua licença é distribuída pela IAR
Systems e deve ser adquirida para sua utilização, porem existe uma versão para
estudantes que tem uma limitação de linhas de código mas dá acesso a todos os recursos
da feramenta. Para realizar a gravação do C.I., é necessário um gravador com conector
JTAG como mostrado no circuito da figura 3.2.
Figura 3.2: Circuito do gravador genérico para microcontroladores da família MSP
da TEXAS
3.3 Projeto
O diagrama elétrico do circuito foi feito no programa para teste e simulação de
circuitos eletrônicos em computadores – Proteus (MANUAL PROTEUS, 2007). O
projeto não pôde ser simulado, pois o Proteus não tinha em sua biblioteca o
MSP430F1232 utilizado no projeto. Para a documentação foi necessário substituí-lo por
outro C.I. que tivesse a mesma quantidade de pinos, e mesmo tamanho. O projeto foi
alimentado utilizando 9V fornecido uma bateria comum. Para não haver problemas com
o MSP e com o Max Sonar, utiliza-se o C.I. LM7805 que é responsável em etenuar a
tensão de 9 para 5V, e esta tensão foi utilizada para alimentar o Max Sonar. Já para
alimentar o MSP, foi utilizado a saída do C.I. MCP1802 responsável por atenuar a
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tensão de 5 para 3V. O conector JTAG na placa serve para se conectar o gravador para
que seja feita a gravação do código fonte (o firmware, item 6). Durante a gravação
deve-se remover a bateria, pois o próprio gravador alimenta o MSP430 para realizar tal
procedimento. Esta característica permite o debbug do código fonte enquanto o
microcontrolador é gravado.
3.4 Esquemático de ligação do MSP
O diagrama elétrico da figura 3.3. mostra as ligações do MSP430 com os
micromotores vibratórios, os buzzers e os sonares. A fonte de 9V foi ligado ao C.I.
LM7805, ao se fazer isso, atenua-se a tensão para 5V. Estes 5V foi ligado aos pinos de
alimentação dos Max Sonares, dos buzzers e do C.I. MCP1802. Na saída deste ultimo
C.I. tem-se os 3V necessários para alimentar o MSP430, logo sua saída foi ligado ao
pino 2 (VCC) do MSP430. Como terra, foi utilizado o pino 4 (VSS) do C.I.
Os pinos 5 (Xout) e 6 (Xin) foram utilizados para ligar um cristal de 8MHz para ser
utilizado como clock externo pelo microcontrolador. Este clock servirá no projeto para
se ter o controle de tempo e acionar o contador que nos segundos pares aciona o
ultrassom superior e no impar aciona o ultrassom inferior. Aos pinos 8 (P2.0) e 9 (P2.1)
foram ligados os dois Max Sonares. Estes pinos são as entradas analógicas do MSP.
Nos pinos 22 (P1.0) e 21 (P1.1) foram ligados os buzzers para serem acionados com
nível lógico alto, e nos pinos 23 (P1.2) e 24 (P1.3) foram ligados os micromotores que
fazem a bengala vibrar.
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Figura 3.3: Esquema eletrônico de ligação do MSP 430
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3.5 Bengala escolhida
A bengala utilizada no projeto é uma bengala normal de liga de alumínio de 1,5m,
rígida. Esta bengala foi escolhida por ser leve e não ter o problema de dobrar os cabos
que fazem a ligação dos recursos eletrônicos. Sua empunhadura é de plástico comum.
Esta bengala foi doada pela UTFPR (Universidade Tecnológica Federal do Paraná).
3.6 Ligação do MAX SONAR
Para a ligação dos sonares de ultrassom, foi conectado o pino 6 (VCC) ao pino de
alimentação de 5V e o pino 7 (VSS) ao GND. Para se fazer a comunicação com o MSP,
foi ligado o pino 3 (saída analógica do Max Sonar) à entrada analógica do MSP430. O
pino 3 do Max Sonar emite uma tensão analógica de 1 a 6V e esta tensão é convertida
pelo MSP430 para uma informação digital no A/D do microcontrolador. Quando o
obstáculo chega a 4m de distância, esta tensão de saída do sonar atinge 2V fazendo com
que acione a interrupção do MSP430 e o mesmo leve sua saída para nível lógico alto
acionando os micromotores e os buzzers que fazem a vibração e a emissão dos som da
bengala Na figura 3.4 pode ser visto o diagrama eletrônico do Max Sonar que inclusive
utiliza um PIC como microcontrolador.
Figura 3.4: Projeto do Max Sonar (EZ1, 2007)
3.7 Ligação dos Motores Vibratórios
Os micromotores utilizados na bengala foram tirados do sistema de vibracall de
celular, Quando este motor é acionado, o eixo ao realizar sua rotação faz o peso
acoplado girar fazendo a bengala vibrar. Este motor é alimentado com 3V fornecido
também pelas baterias usadas como fonte de alimentação. Para evitar que as saídas do
MSP fossem danificadas, foi ligado um diodo para que impeça a tensão (se no caso do
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movimento do eixo do motor for realizada com as mãos), gerada pelo movimento do
eixo do motor, danifique as saídas do microcontrolador.
3.8 Ligação dos Buzzers
Os Buzzers responsáveis pelo alerta audível, utilizado no projeto, foram ligados ao
circuito da bengala por intermédio de um transistor modelo BC548. Estes transistores
recebem diretamente o valor gerado na saída do MSP (pinos P1.1 e P1.0). A tensão
recebida pelas portas do MSP satura o transistor que fecha o circuito e aciona o buzzer
que é alimentado com 5V originados no C.I. LM7805.
4. ALIMENTAÇÃO
Para se alimentar o projeto, houve um problema. Para alimentar o MSP e os Max
Sonares, foi necessário utilizar uma bateria de 9V. Isto era um problema porque o
MSP430 suporta em sua alimentação até 3V e para o Max Sonar trabalhar corretamente,
era necessário alimentá-lo com 5V. Para resolver este problema, foi utilizado a ligação
da bateria no C.I. LM7805 que é responsável em atenuar a tensão de 9V para 5V. Nesta
alimentação foi ligada os buzzers e os Max Sonares. Depois da tensão ser atenuada por
este C.I. , os 5V são ligados em outro C.I., o MCP1802 que atenua a tensão de 5V para
3V, esta tensão utiliza-se para realizar alimentação necessária para ligar o MSP430 .
5. O EFEITO LOW POWER
Quando a bengala fica muito tempo sem ser utilizada, o MSP430 entra em estado de
Low Power. Ele interrompe a contagem do tempo escrita no firmware e desliga todas as
saídas e entradas do MSP430 com exceção do pino de reset. Este processo realizado
pelo microcontrolador resulta em uma economia grande de energia, fato que caracteriza
o MSP como um microcontrolador ideal para realização de projetos de baixo consumo e
baixa alimentação. Este estado é interrompido pelo reset que quando acionado, gera
uma interrupção no microcontrolador trazendo seu esteado para um estado inicial
conhecido.
6. FIRMWARE
O firmware foi desenvolvido em linguagem C, e se baseia basicamente em um loop
que conta os segundos pares e impares. No segundo par, ele recebe o conteúdo do
endereço de memória correspondente à entrada analógica do Max Sonar que é
responsável por detectar obstáculos abaixo da linha da cintura. Após receber o sinal
compreendido no intervalo de 0 a 6V, o valor lido, já convertido em digital é comparado
com o valor 2 em binário (0010). Caso o sinal seja maior, o firmware acessa o endereço
de memória da saída do microcontrolador e aciona o motor e o buzzer correspondente,
gravando neste endereço nível lógico alto. Quando a contagem chega ao segundo impar,
o processo se repete, porem, levando em consideração o Max Sonar presente na parte
inferior da bengala que é responsável por detectar obstáculos acima da linha da cintura
do deficiente.
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7. CONCLUSÃO
O objetivo de alertar o deficiente visual da existência do obstáculo foi atingido,
porém a bengala ainda pode ser melhorada como: o desenvolvimento de um sensor que
a ligue somente quando está na mão do deficiente, diminuindo oainda mais seu
consumo, a redução do circuito eletrônico para que o mesmo caiba dentro da parte oca
da bengala ou na empunhadeira, realizar uma alteração no firmware que possibilite a
interpretação da distancia do objeto, etc.
O microcontrolador MSP430 foi escolhido para o projeto pois se trata de um
microcontrolador de baixo custo e baixíssimo consumo de energia e é programável em
linguagem C, que é uma linguagem bastante portável. O uso de linguagem C sobre o
Assembly, permite desenvolver programas mais sofisticados em menos tempo e
utilizando uma menor quantidade de linhas de código. Também foi possível o uso do
software IAR, o compilador fornecido pela IAR Systens e disponível no site da Texas,
para realizar a programação do microcontrolador, agilizando todo o desenvolvimento do
firmware do microcontrolador.
Como forma de teste, foi colocado como obstáculo uma caixa de papelão a uma
distância de 1m, 1,5m, 2m, 3m, 4m . Os resultados obtidos foram que em 1m, os
motores não são acionados por causa da estrutura de decisão que foi implementada, esta
estrutura define que os motores só são acionados quando na saída analógica do MAX
SONAR se le 2V ( distancia de 2 m). Contudo, ao ultrapassar esta medida, a bengala
responde normalmente e eficientemente ao ideal proposto.
A autonomia do sistema de alimentação foi medida acionando todos os motores,
buzzers e acionando os MAX Sonares, de maneira ineterrupta por 4 horas. Durante este
período, a bateria suportou bem apresentando falha somente após as 4 horas. Também
neste teste verificou-se que o MSP não sofreu nenhum tipo de dano, porem os buzzers
não suportaram. Quanto aos motores, devido a baixa complexidade do circuito que o faz
funcionar, também não houve problemas gerados em seu funcionamento, mantido
ineterrupto por este período.
Durante o teste de strees, foi mantido um obstáculo a frente dos sensores da bengala
a uma distancia fixa, acionando todo o circuito de maneira continua durante estas 4
horas.
22
REFERÊNCIAS
PEREIRA, Fábio, 1974; Microcontroladores MSP430: Teoria e Prática, 1. Ed., São
Paulo: Érica, 2005.
DATASHEET. MSP430x2xx. Disponível em:
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APÊNDICE
FOTO DA BENGALA