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Centro Universitário Positivo – UnicenP Núcleo de Ciências Exatas e Tecnológicas – NCET
Engenharia da Computação Mauricio Cúnico
Mouse Controlado por Sistema de Pressão (sopro) para Indivíduos Portadores de Tetraplegia
Curitiba 2006
Centro Universitário Positivo – UnicenP Núcleo de Ciências Exatas e Tecnológicas – NCET
Engenharia da Computação Mauricio Cúnico
Mouse Controlado por Sistema de Pressão (sopro) para Indivíduos Portadores de Tetraplegia
Monografia apresentada à disciplina de Projeto Final, como requisito parcial à conclusão do Curso de Engenharia da Computação. Orientador: Prof. José Carlos da Cunha.
Curitiba 2006
TERMO DE APROVAÇÃO
Mauricio Cúnico
Mouse Controlado por Sistema de Pressão (sopro) para Indivíduos Portadores de
Tetraplegia
Monografia aprovada como requisito parcial à conclusão do curso de Engenharia
da Computação do Centro Universitário Positivo, pela seguinte banca examinadora:
Prof. José Carlos da Cunha (Orientador)
Prof.ª Adriana Cursino Thomé
Prof. Valfredo Pilla Jr.
Curitiba, 30 de novembro de 2006.
AGRADECIMENTOS
Primeiramente, agradeço a Deus por ter me concedido a vida e por todas as
oportunidades a mim oferecidas.
Ao meu orientador, Prof. José Carlos da Cunha, por todo o apoio dado durante o
desenvolvimento deste projeto.
A todos os professores do curso de Engenharia da Computação do UnicenP,
pelos conhecimentos compartilhados.
A minha esposa, Shirlei de Macedo Cúnico, pela paciência e pelo apoio.
Ao Sérgio Rolanski, pelas dicas no uso do microcontrolador.
E aos meus pais, Marilton Cúnico e Zenita de Macedo, pelo esforço que fizeram
para me oferecer as oportunidades que nunca tiveram.
SUMÁRIO
Lista de Figuras .............................................................................................................. vi Lista de Tabelas ............................................................................................................ vii Lista de Siglas ...............................................................................................................viii Lista de Símbolos ........................................................................................................... ix
Resumo ........................................................................................................................... x
Abstract .......................................................................................................................... xi 1 Introdução.....................................................................................................................1
1.1 Motivação...............................................................................................................1 1.2 Definição do Trabalho ............................................................................................1 1.3 Contextualização nos dias atuais...........................................................................2 1.4 Descrição das principais funcionalidades ..............................................................3
2 Fundamentação Teórica...............................................................................................4
2.1 Anatomia da coluna vertebral ................................................................................4 2.2 Neuroanatomia ......................................................................................................5 2.3 Tipos de lesões da coluna cervical ........................................................................6 2.4 Paralisia .................................................................................................................8
2.4.1 Monoplegia......................................................................................................8 2.4.2 Hemiplegia ......................................................................................................8 2.4.3 Paraplegia .......................................................................................................9 2.4.4 Triplegia.........................................................................................................10 2.4.5 Tetraplegia ....................................................................................................10
3 Especificação .............................................................................................................13
3.1 Especificação do Hardware .................................................................................13 3.1.1 Microcontrolador............................................................................................13 3.1.2 Transdutor de Pressão ..................................................................................15 3.1.3 Amplificador de instrumentação ....................................................................16 3.1.4 Comunicação / interfaces ..............................................................................17
3.2 Especificação do Software...................................................................................18
4 Projeto de Hardware...................................................................................................20
4.1 Aquisição .............................................................................................................20 4.1.1 Transdutor de Pressão ..................................................................................20 4.1.2 Amplificador de Instrumentação ....................................................................21
4.2 Conversor USB/serial...........................................................................................21 4.3 Fonte de alimentação...........................................................................................21 4.4 Microcontrolador ..................................................................................................22 4.5 Sinais de interface ...............................................................................................22
5 Projeto de Software ....................................................................................................24
5.1 Firmware ..............................................................................................................24 5.2 Software de controle ............................................................................................26
5.2.1 Diagrama de Casos de Uso ..........................................................................27 5.2.2 Diagrama de classes .....................................................................................28 5.2.3 Diagramas de Sequência ..............................................................................29
5.3 Telas do software.................................................................................................30
6 Resultados..................................................................................................................32
7 Conclusão...................................................................................................................35
8 Referências Bibliográficas ..........................................................................................36
9 Anexos........................................................................................................................37
9.1 Anexo 1: Cronograma de desenvolvimento .........................................................37 9.2 Anexo 2: Estudo de Viabilidade Técnico-Econômica...........................................38 9.3 Anexo 3: Esquemáticos .......................................................................................39 9.4 Anexo 4: Layout das placas .................................................................................42 9.5 Anexo 5: Relação de componentes .....................................................................43 9.6 Anexo 6: Manual Técnico.....................................................................................44 9.7 Anexo 7: Manual do Usuário................................................................................63 9.8 Anexo 8: Artigo Científico.....................................................................................77
vi
LISTA DE FIGURAS
Figura 1 - Visão geral do sistema. ...................................................................................2
Figura 2 - Coluna vertebral, adaptado de (CRENSHAW, 1997). .....................................4
Figura 3 - Tipos de traumas do áxis, adaptado de (ROCKWOOD, 1994). ......................7
Figura 4 - Região da coluna geralmente afetada em tetraplégicos, adaptado de
(ADAMS, 1997). ............................................................................................................11
Figura 5 - Diagrama em blocos do hardware.................................................................13
Figura 6 - Estrutura interna do ATmega16, adaptado de (ATMEL, 2006). ....................14
Figura 7 - Estrutura interna do transdutor MPX53DP, adaptado de (MOTOROLA, 2001).
......................................................................................................................................16
Figura 8 - Diagrama interno do INA122P, adaptado de (BURR-BROWN, 1997). .........17
Figura 9 - Diagrama em blocos do TUSB3410, adaptado de (TEXAS INSTRUMENTS,
2005). ............................................................................................................................18
Figura 10 - Diagrama em blocos do software. ...............................................................19
Figura 11 - Fluxograma do firmware..............................................................................25
Figura 12 - Diagrama de estados do firmware...............................................................26
Figura 13 - Diagrama de Casos de Uso. .......................................................................27
Figura 14 - Diagrama de Classes. .................................................................................28
Figura 15 - Diagrama de sequência Alterar Dados........................................................29
Figura 16 - Diagrama de sequência Abrir Teclado Virtual. ............................................29
Figura 17 - Diagrama de sequência Enviar Comando...................................................30
Figura 18 - Tela de configuração...................................................................................30
Figura 19 - Tela do teclado virtual. ................................................................................31
Figura 20 - Foto do sistema desmontado. .....................................................................32
Figura 21 - Exemplo de uso (digitação). ........................................................................33
Figura 22 - Exemplo de uso (navegando na Internet). ..................................................33
Figura 23 - Esquemático do bloco de aquisição. ...........................................................39
Figura 24 - Esquemático do conversor USB/serial. .......................................................40
Figura 25 - Esquemático da fonte de alimentação de 3,3V. ..........................................41
Figura 26 - Esquemático do microcontrolador. ..............................................................41
Figura 27 - Layout da placa de aquisição. .....................................................................42
Figura 28 - Layout da placa do microcontrolador. .........................................................42
vii
LISTA DE TABELAS
Tabela 1 - Sinais do bloco de aquisição, figura 23 (Anexo 3)........................................22
Tabela 2 - Sinais do bloco do conversor USB/serial, figura 24 (Anexo 3). ....................23
Tabela 3 - Sinais do bloco da fonte de alimentação, figura 25 (Anexo 3)......................23
Tabela 4 - Sinais do bloco do microcontrolador, figura 26 (Anexo 3). ...........................23
Tabela 5 - Pinos utilizados no microcontrolador. ...........................................................23
Tabela 6 - Cronograma. ................................................................................................37
Tabela 7 - Custo do hardware. ......................................................................................38
Tabela 8 - Custo do software.........................................................................................38
Tabela 9 - Relação de componentes.............................................................................43
viii
LISTA DE SIGLAS
A/D – Analógico / Digital.
AOP – Amplificador operacional.
USB – Universal Serial Bus.
kbps – kilobits por segundo.
SMD – Surface Mount Device.
ix
LISTA DE SÍMBOLOS
B – Byte.
A – Ampère.
Ω – Ohm.
V – Volt.
Hz – Hertz.
H – Henry
k – Kilo.
µ – Micro.
n – Nano.
M – Mega.
x
RESUMO
Este trabalho descreve o desenvolvimento de um equipamento voltado a
usuários portadores de tetraplegia ou qualquer outra forma de paralisia ou deficiência
que os impossibilite de usar um mouse convencional. O equipamento faz uma interface
homem-máquina capaz de reconhecer os estímulos (sopros) e transformá-los em
movimentos do cursor do mouse. Para isso é necessário que os usuários tenham um
movimento mínimo da cabeça e consigam realizar pequenos sopros.
A aquisição do sinal é feita através de dois sensores de pressão, posicionados
próximo ao rosto do usuário. Os dados destes sensores são amplificados, convertidos
para forma digital e enviados para o computador através de um microcontrolador. A
comunicação entre o computador e o equipamento é feita através de uma porta USB.
No computador, um software especializado faz a interpretação dos sinais
recebidos. Para que seja possível a digitação de textos, o sistema também disponibiliza
um teclado virtual. De forma geral, os usuários podem realizar as mais diversas tarefas,
como navegar na Internet, escrever e-mails, digitar textos e muitas outras.
xi
ABSTRACT
This work describes the development of an equipment directed to users with
Tetraplegia or any another form of paralysis or handicapped that disable them to use a
conventional mouse. The equipment makes a man-machine interface capable of
recognize the stimulations (blows) and transform them into movements of the cursor of
mouse. For this it is necessary that the users have a minimum head movement and
they get realize little blows.
The signal acquisition is made through two pressure sensors, located next to the
face of the user. The signals of these sensors are amplified, converted for digital data
and sent for the computer through a microcontroller. The communication between the
computer and the equipment is made through an USB port.
In the computer, specialized software makes the interpretation of the received
data. To allow text scribe, the system disposes a virtual keyboard too. Thus, the users
can realize the most diverse tasks, like that to browse in the Internet, to write e-mails, to
type texts and many others.
1
1 INTRODUÇÃO
O acesso aos meios de comunicação e informação, principalmente à Internet,
possibilita um diferencial no aprendizado e um avanço na capacitação e na qualidade
de vida para um grande número de pessoas, principalmente aquelas com
necessidades especiais.
Com o atual estado da arte da medicina, um indivíduo portador de tetraplegia
está confinado a um quarto, uma cama ou a uma cadeira de rodas. Pensando em
realizar a inclusão digital destas pessoas, com a evolução da tecnologia, estão
surgindo soluções capazes de criar interfaces que permitam que estes indivíduos
possam ter acesso a um microcomputador.
Com este objetivo, este projeto consiste no desenvolvimento de uma interface
homem-máquina capaz de reconhecer os estímulos de pressão positiva e negativa
(sopro e sucção) e transformá-los em movimentos do cursor do mouse, a fim de
permitir que um indivíduo portador desta deficiência possa ter acesso a um
microcomputador e realizar as mais diversas tarefas.
1.1 Motivação
É gratificante implementar um sistema que possa permitir a inclusão digital do
indivíduo portador de deficiência motora. Com este projeto o usuário pode ter acesso
ao microcomputador através de uma interface fácil de usar, permitindo navegar na
Internet, escrever e-mails, editar textos e muitas outras, que, para muitas pessoas, são
atividades banais.
1.2 Definição do Trabalho
O projeto consiste no desenvolvimento de uma interface homem-máquina capaz
de reconhecer os estímulos de pressão positiva e negativa do usuário (sopro e sucção)
e transformá-los em movimentos do cursor do mouse. O sistema é formado
basicamente por dois transdutores de pressão fixados em um suporte, interligados a
2
um microcontrolador, que faz a conversão dos sinais da forma analógica para a digital,
e transmite comandos para o computador, no qual um software especializado faz a
interpretação desses comandos. A figura 1 mostra a visão geral do sistema.
Figura 1 - Visão geral do sistema.
1.3 Contextualização nos dias atuais
Apesar das deficiências físicas apresentarem uma perspectiva tão negativa (em
especial a tetraplegia), hoje já é possível o acesso a um imenso arsenal tecnológico
que tem tornado viável uma vida muito mais produtiva, tanto para a pessoa portadora
de tetraplegia quanto para sua família e a sociedade na qual este indivíduo está
inserido. Muitos destes sistemas são ativados por voz, eliminando a necessidade do
uso das mãos. Em alguns casos, já estão disponíveis alternativas pouco convencionais
como o acionamento de dispositivos com um sopro ou até pelo reconhecimento
eletrônico do movimento do olho.
Um exemplo de sistema ativado por voz é o projeto Motrix (UFRJ, 2006),
coordenado pelo Prof. José Antonio Borges da Universidade Federal do Rio de Janeiro,
no qual o indivíduo pronuncia os comandos a serem executados pelo computador.
Outro projeto interessante é o mouse ocular da Fundação Des. Paulo Feitoza
(FUNDAÇÃO DES. PAULO FEITOZA, 2006), no qual os movimentos do mouse são
reconhecidos através dos movimentos dos olhos.
Outra alternativa relativamente barata seria o mouse por sopro, pois não terá um
software tão complexo quanto o do projeto Motrix. O mouse por sopro também seria
mais amigável de se usar, pois não teria os diversos eletrodos espalhados pelo rosto
do usuário, como é o caso do mouse ocular.
Transdutores de pressão
Sistema de aquisição
Conversor A/D
Microcontrolador
Microcomputador
3
1.4 Descrição das principais funcionalidades
No suporte, próximo a boca, estão posicionadas duas pequenas mangueiras
conectadas aos transdutores de pressão. Em cada mangueira, antes do transdutor,
está posicionado um filtro de bactérias, que pode ser substituído facilmente quando
necessário. Cada transdutor tem duas funções específicas (sopro e sucção) que
podem ser configuradas no software. Na configuração padrão, o transdutor da
esquerda terá a função do movimento vertical do cursor do mouse, o da direita o
movimento horizontal, um sopro rápido para os cliques dos botões esquerdo e direito
do mouse e uma sucção rápida para usar o recurso arrastar e soltar.
O usuário também tem a sua disposição um teclado virtual, para que ele possa
escrever textos com os cliques do mouse.
4
2 FUNDAMENTAÇÃO TEÓRICA
2.1 Anatomia da coluna vertebral
A coluna vertebral é composta de vértebras ósseas alternadas com discos
fibrocartilaginosos, conectadas por ligamentos fortes e sustentadas por uma
musculatura que se estende desde o crânio até a pelve, proporcionando sustentação
axial ao corpo (CRENSHAW, 1997). Há 33 vértebras, como mostra a figura 2: 7
cervicais, 12 torácicas, 5 lombares, 5 sacrais e 4 coccígeas.
Figura 2 - Coluna vertebral, adaptado de (CRENSHAW, 1997).
5
Uma vértebra típica se compõe de um corpo anterior e um arco posterior
formado por dois pedículos e duas lâminas, unidas posteriormente para formar o
processo espinhoso.
Os processos espinhosos e transversos servem como alavancas para os
numerosos músculos aderidos a estas estruturas. Os corpos vertebrais aumentam de
tamanho no sentido cefalicocaudal; acredita-se que isto seja o resultado das massas e
pressões crescentes sustentadas pelos segmentos sucessivos. Os discos
intervertebrais que conectam os corpos vertebrais absorvem muitas das pressões
aplicadas sobre a coluna vertebral. Um disco consiste de uma camada externa
concêntrica de tecido fibroso conhecida com anel fibroso, e uma parte central
gelatinosa, o núcleo pulposo (CRENSHAW, 1997).
O comprimento da coluna vertebral é, na média, de 72 cm em homens adultos e
7 a 10 cm menos em mulheres adultas. O canal vertebral estende-se ao longo de toda
a extensão da coluna, proporcionando proteção para a medula espinhal, cone medular
e cauda equina. Nervos e vasos passam através dos forames intervertebrais formados
pelas bordas superiores e inferiores dos pedículos de vértebras adjacentes
(CRENSHAW, 1997).
2.2 Neuroanatomia
A medula espinhal e sua cobertura meníngea representam uma continuação do
cérebro, estendendo-se do forame magno através do canal raquiano até a região
lombar superior. Na área cervical, a medula espinhal e o seu conteúdo dural ocupam
aproximadamente 50% do canal espinhal. Em cada espaço discal intervertebral, as
radículas ventral e dorsal juntam-se para formar uma raiz nervosa que sai do canal
raquiano através do forame neural. Embora haja sete vértebras cervicais, existem oito
raízes nervosas cervicais em cada lado (ROCKWOOD, 1994).
A medula espinhal e as porções intra-espinhais das raízes nervosas estão
contidas em uma resistente dura-máter (membrana mais resistente que envolve a
medula espinhal). Entre a medula e a dura-máter está o espaço subaracnóideo, que
contém o líquido cefalorraquiano (cerebroespinhal), que rodeia completamente a
medula espinhal e atua como amortecedor de choques. A medula espinhal é também
6
acolchoada pela gordura epidural, no espaço entre a dura-máter e os arcos neurais das
vértebras (ROCKWOOD, 1994).
A medula espinhal na área cervical consiste em uma grande substância cinzenta
central, contendo células motoras que inervam os músculos do pescoço e da
extremidade superior. A substância cinzenta também consiste nas fibras internunciais,
que transmitem impulsos a partir das raízes dorsais sensitivas às sinapses reflexas e
aos tratos longos até o tálamo. A matéria branca, mais periférica, contém os tratos
longos para conduzir impulsos motores e sensitivos que vão e que vêm do tronco e das
extremidades inferiores. Portanto, as fibras dos neurônios motores inferiores para os
braços saem na porção cervical da medula e as fibras dos neurônios motores
superiores para as extremidades inferiores atravessam a porção cervical da medula.
2.3 Tipos de lesões da coluna cervical
São sete os tipos de lesões da coluna cervical (ROCKWOOD, 1994):
• Luxação occipitoatlantal: É admitida ser causada por hipertensão e tração.
Juntamente com as cápsulas articulares, a membrana tectorial é lacerada. O
diagnóstico pode ser feito radiograficamente.
• Fraturas dos côndilos occipitais: Impacção dos côndilos é causada por
compreensão, e avulsão dos côndilos é causada por rotação. O paciente
apresenta-se com dor ou inclinação da cabeça. O diagnóstico é fácil de fazer
com radiografias simples.
• Ruptura do ligamento transverso: É uma lesão desestabilizante que pode ocorrer
isoladamente ou com subluxação atlantoaxial ou uma fratura do atlas. O
ligamento transverso é a restrição principal à translação anterior do atlas em
relação à coluna cervical. Uma perda motora difusa pode ocorrer se o feixe
piramidal foi afetado.
• Subluxação rotatória atlantoaxial: O mecanismo de lesão é desconhecido. Ela
pode ocorrer espontaneamente ou após trauma. Os pacientes queixam-se de
dor cervical, neuralgia occipital e ocasionalmente sintomas de insuficiência
arterial vertebro-basilar.
• Fraturas do atlas: Ocorrem com compressão axial, causando alargamento
forçado do anel, ou hiperextensão, causando fraturas do arco posterior. Os
7
pacientes usualmente estão neurologicamente intactos e queixam-se de dor
cervical superior. As fraturas podem ser visualizadas em radiografias simples.
Há seis tipos de fraturas do atlas: fratura do arco anterior, fratura do arco
posterior, fraturas isoladas de massa lateral, fratura em explosão ou fratura de
Jefferson, fratura cominutiva da massa lateral e fraturas simples dos processos
transversos.
• Fraturas da ondotóide: Existem três tipos. As lesões tipo I são descritas como
fraturas oblíquas através da parte superior do dente, consideradas como
resultado da avulsão do ligamento alar. As fraturas tipo II do dente ocorrem na
junção do dente com o corpo central do áxis. As fraturas tipo III estendem-se
adentro do corpo do áxis.
• Espondilolistese traumática do áxis: Pode ocorrer através de uma fratura do arco
neural do áxis imediatamente posterior aos pedículos, ou através da luxação das
facetas. Existem quatro tipos de fraturas, como mostra a figura 3.
Figura 3 - Tipos de traumas do áxis, adaptado de (ROCKWOOD, 1994).
8
2.4 Paralisia
O termo paralisia é derivado das palavras gregas para, “ao lado de, fora,
extraviado” e lysis, um “afrouxamento” ou “dissolução”. Em medicina, refere-se a uma
abolição da função, quer sensorial, quer motora. Quando aplicado a função motora,
paralisia significa perda do movimento voluntário por interrupção de uma das vias
motoras, em qualquer ponto desde os hemisférios cerebrais até fibra muscular
(ADAMS, 1997).
2.4.1 Monoplegia
Monoplegia é a paralisia de apenas um membro, seja este superior ou inferior.
Existem dois tipos de monoplegia (ADAMS, 1997):
• Monoplegia sem atrofia muscular: Esta se deve, com mais frequência, a uma
lesão do córtex cerebral. Apenas raramente resulta de uma lesão subcortical
que interrompeu as vias motoras. Uma lesão vascular cerebral é a causa mais
comum. Esclerose múltipla e tumor raquimedular, na fase inicial, podem
provocar debilidade de um membro, em geral a perna.
• Monoplegia com atrofia muscular: Esta é mais freqüente que a anterior. O
desuso prolongado de um membro pode levar à atrofia, mas esta é, em geral, de
menor grau que a atrofia provocada por doença do neurônio motor inferior. Na
desnervação dos músculos, pode haver fasciculações visíveis e reflexos
tendinosos reduzidos ou abolidos, além da paralisia.
2.4.2 Hemiplegia
Esta é a forma de paralisia mais freqüente. A hemiplegia é caracterizada pela
paralisia de apenas um lado do corpo. Em geral, o local ou nível da lesão pode ser
deduzido a partir dos achados neurológicos associados. As doenças localizadas no
córtex cerebral, na substância branca cerebral e na cápsula interna manifestam-se, em
geral, por debilidade ou paralisia da perna, do braço e da parte inferior da face do lado
9
oposto. A ocorrência de convulsões ou de um distúrbio da linguagem, perda da
sensação discriminativa, anosognosia ou um defeito do campo visual homônimo
sugerem uma localização cortical ou subcortical (ADAMS, 1997).
Lesões nos tratos corticoespinhal e corticobulbar na porção superior do tronco
cerebral também pode provocar paralisia da face, do braço e da perna do lado oposto.
As lesões no bulbo afetam a língua e, por vezes, a faringe e a laringe, em um lado, e o
braço e a perna no outro (ADAMS, 1997).
Na geração da hemiplegia, as doenças vasculares e hemorrágicas ou
isquêmicas do cérebro e do tronco cerebral superam todas as outras em frequência. O
traumatismo é a segunda causa mais comum. Outras causas importantes, são, em
ordem de frequência, tumor cerebral, abscesso cerebral, doenças desmielinizantes e
complicações vasculares de meningite e encefalite (ADAMS, 1997).
2.4.3 Paraplegia
A paraplegia, que é a paralisia dos membros inferiores, pode acontecer em
doenças da medula espinhal, das raízes nervosas ou dos nervos periféricos. Quando o
início é agudo, pode ser difícil diferenciar a paralisia espinhal da neuropática, por causa
do choque espinhal, o qual resulta na abolição dos reflexos e na flacidez. Nas
patologias raquimedulares agudas com envolvimento dos tratos corticoespinhais, a
paralisia ou fraqueza afeta todos os músculos abaixo de um determinado nível; com
frequência, quando a substância branca está extensamente lesada, a perda sensória
abaixo de um determinado nível é conjugada. Da mesma forma, na doença bilateral da
medula espinhal, a bexiga, os intestinos e seus esfíncteres em geral são afetados
(ADAMS, 1997).
Nas doenças dos nervos periféricos, a perda motora tende a ser mais acentuada
nos músculos distais das pernas que nos proximais, sendo que a função esfincteriana
costuma ser poupada ou comprometida de modo apenas transitório. A perda sensorial,
quando presente, também é mais proeminente nos segmentos distais dos membros e o
grau de perda é, com mais freqüência, mais de uma modalidade que de outra (ADAMS,
1997).
No adulto, a esclerose múltipla e o tumor são responsáveis pela maioria dos
casos de paraplegia espinhal crônica, porém uma ampla gama de processos
10
intrínsecos e extrínsecos podem produzir o mesmo efeito: degeneração combinada
subaguda, protrusão de disco cervical e espondilose cervical, meningomielite sifilítica,
abscesso epidoral e outros infecções, doença do sistema motor, siringomielia e doença
degenerativa das colunas lateral e posterior de etiologia desconhecida (ADAMS, 1997).
2.4.4 Triplegia
A triplegia, que é a paralisia de três membros, é muito rara; com mais
frequência, o quarto membro exibe debilidade ou hiper-reflexia, sendo que a síndrome
consiste, na realidade, em uma tetraplegia incompleta (ADAMS, 1997).
2.4.5 Tetraplegia
A tetraplegia é uma das limitações físicas mais severas, na qual ocorre a perda
em maior ou menor grau, do movimento dos braços e pernas do indivíduo. Existe uma
imensa gradação nessa perda de movimento, que pode ir desde a perda de força, até
uma imobilidade completa.
Tudo que foi dito a respeito das etiologias espinhais da paraplegia aplica-se a
tetraplegia, estando a lesão nos segmentos cervicais, e não nos torácicos ou lombares,
da medula espinhal. Quando a lesão se situa nos segmentos cervicais inferiores e
envolve a metade anterior da coluna vertebral a paralisia dos braços pode ser do tipo
flácida e arrefléxica e a das pernas, do tipo espástica. Em geral, há dor no pescoço e
nos ombros, assim como dormência nas mãos (ADAMS, 1997).
As situações que provocam a tetraplegia são muitas, mas quase todas tem a ver
com danos a uma porção da medula na coluna cervical, como mostrado na figura 4.
Os maiores causadores das tetraplegias são os acidentes de automóvel, os
provocados por mergulhos de cabeça, os tiros, os erros médicos e os acidentes
vasculares cerebrais. O número de pessoas portadoras de tetraplegia é muito maior do
que a maioria das pessoas imagina, pois esses indivíduos são freqüentemente
mantidos em suas residências (em suas camas), absolutamente isolados do mundo; e
quanto mais pobre, menos acesso terá à tecnologias assistivas, portanto mais isolado
estará o indivíduo.
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Figura 4 - Região da coluna geralmente afetada em tetraplégicos, adaptado de (ADAMS,
1997).
Embora os dados do censo brasileiro de 2000 (BRASIL, 2000) não forneçam
informações detalhadas, pode-se estimar em cerca de 200.000 pessoas portadoras de
tetraplegia no Brasil. Sob diversos aspectos, um indivíduo tetraplégico está em ampla
desvantagem em relação a uma pessoa normal. Ele está impedido de andar, e como
existe a deficiência nos membros superiores, também tem muita dificuldade para
acionar dispositivos que exijam atuação de ordem física (como cadeiras de rodas). Um
tetraplégico normalmente não terá controle das suas funções excretoras, e assim
provavelmente usará sondas urinárias (ou dispositivos semelhantes) e fraldas
higiênicas.
Ficar o tempo todo na cama pode ser mortal: quase sempre ocorrerão escaras,
feridas abertas devido à circulação sangüínea interrompida pelo peso do próprio corpo,
que podem evoluir para uma infecção generalizada. A falta de movimento e controle
das mãos pode ser leve, e com a ajuda de órteses ser possível comer e escrever, mas
pode ser tão severa que impeça isso completamente, sendo a pessoa obrigada a
contar com o auxílio de outras pessoas para realizar sua alimentação, higiene, acesso
a itens de cultura (em outras palavras, ler e escrever), acesso a itens de comunicação
(telefone, por exemplo) e assim por diante.
12
De qualquer forma, estudar para um tetraplégico é sempre muito difícil, pois ele
dependerá da ajuda constante de outras pessoas para escrever e ler. Essa
dependência acaba por trazer, ao longo do tempo, o afastamento do tetraplégico do
universo social, com várias conseqüências de ordem psicológica.
13
3 ESPECIFICAÇÃO
3.1 Especificação do Hardware
O hardware é responsável pela aquisição, amplificação e tratamento dos sinais
provenientes dos estímulos de pressão positiva e negativa dados pelo usuário. Para
isto, o hardware é composto por três blocos, como ilustra a figura 5.
Figura 5 - Diagrama em blocos do hardware.
O transdutor de pressão é o dispositivo que faz a interface direta com o usuário,
pois é ele que é submetido às diferenças de pressões provocadas pelo usuário. Como
os sinais gerados pelos transdutores são relativamente pequenos e suas saídas são
diferencias, se faz necessário o uso dos amplificadores de instrumentação. Depois de
amplificados, os sinais são convertidos para a forma digital pelo conversor A/D do
microcontrolador para posteriormente serem analisados.
3.1.1 Microcontrolador
Os microcontroladores foram projetados para comandarem equipamentos
específicos. Estes equipamentos são conhecidos como Sistemas Embutidos, pois o
microcontrolador é embutido dentro de um sistema fechado e com funções bem
específicas. Em geral, estes sistemas exigem um controle preciso do tempo, pois
trabalham em tempo real. As capacidades de processamento e de memória variam de
Transdutor de pressão
Transdutor de pressão
Amplificador de instrumentação
Amplificador de instrumentação
Microcontrolador
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acordo com a aplicação. A aplicação pode ser um simples relógio ou um equipamento
industrial complexo.
O microcontrolador é o elemento responsável pela aquisição e tratamento dos
dados provenientes dos transdutores de pressão e também por transmitir dados para o
computador, via interface USB.
Figura 6 - Estrutura interna do ATmega16, adaptado de (ATMEL, 2006).
15
Para que o microcontrolador possa manipular os dados dos sensores, é
necessário que estes estejam no formato digital. Para tanto, é usado um conversor
analógico-digital, disponível no próprio microcontrolador.
O microcontrolador escolhido para este projeto foi o ATmega16-16PU, da família
AVR de 8 bits, fabricado pela Atmel. Sua estrutura interna é mostrada na figura 6. As
principais características do dispositivo são (ATMEL, 2006):
• Alta performance com baixo consumo;
• Arquitetura RISC avançada;
• Até 16 milhões de instruções executadas por segundo;
• 16 KB de memória Flash;
• 512 B de memória EEPROM;
• 1 KB de memória SRAM;
• Conversor A/D com 8 entradas multiplexadas;
• Conversor A/D com 10 bits de precisão;
• Programação serial ou paralela.
3.1.2 Transdutor de Pressão
Transdutor é todo o dispositivo que transforma uma forma de energia em outra
(WERNECK, 1996). Transdutor no âmbito da instrumentação eletrônica é todo o
sistema que converte qualquer grandeza física, como luz, temperatura, etc. em um
sinal elétrico.
O desempenho do transdutor consiste em detectar a presença, a mudança, a
amplitude ou a frequência de um 'mensurando' e providenciar na saída um sinal
elétrico, que, quando convenientemente processado e aplicado a um sistema de
medição nos permite quantificar o 'mensurando' , ou seja, o elemento medido. Esse
elemento pode ser uma quantidade, uma propriedade ou uma condição que o
transdutor transforma num sinal elétrico.
Os transdutores podem ser classificados com base no seu princípio elétrico de
funcionamento:
• Passivos: necessitam de uma fonte de alimentação externa e o valor da sua
saída é obtido com base numa variação, como por exemplo, de uma resistência;
16
• Ativos: são auto alimentados, geram uma tensão ou corrente quando expostos a
uma determinada forma de energia.
O transdutor de pressão escolhido para o projeto foi o MPX53DP da Motorola. A
figura 7 mostra a estrutura interna do transdutor.
Figura 7 - Estrutura interna do transdutor MPX53DP, adaptado de (MOTOROLA, 2001).
As principais características deste transdutor são:
• É passivo;
• Possui boa linearidade;
• Possui saídas diferencias;
• Mede pressões de 0 a 50kPa;
• Offset típico de 20mV;
• Escala de variação de 60mV.
3.1.3 Amplificador de instrumentação
O amplificador de instrumentação é um tipo especial de amplificador operacional
que nos permite obter algumas características muito especiais, tais como (PERTENCE,
2003):
• Alta impedância de entrada;
• Impedância de saída menor que a dos AOPs comuns;
• Alto CMRR;
• Ganho em malha aberta muito superior ao dos AOPs comuns
• Tensão de offset de entrada muito baixa;
17
• Drift extremamente baixo.
O amplificador utilizado no projeto foi o INA122P da Texas Instruments. Este
pode ser alimentado com tensões simples ou simétricas. Possui CMRR de 83dB. A
figura 8 mostra o diagrama interno do amplificador. O resistor RG é responsável pelo
ganho.
Figura 8 - Diagrama interno do INA122P, adaptado de (BURR-BROWN, 1997).
3.1.4 Comunicação / interfaces
A interface entre o hardware e o microcomputador é feita através da
comunicação USB. Para isso foi usado um conversor USB/serial, o TUSB3410 da
Texas Instruments. Este dispositivo emula uma porta serial no microcomputador. Assim
o software pode acessar o hardware como se a interface fosse serial, o que é bastante
viável, pois o microcontrolador possui um canal serial. O diagrama em blocos do
TUSB3410 é mostrado na figura 9.
18
Figura 9 - Diagrama em blocos do TUSB3410, adaptado de (TEXAS INSTRUMENTS, 2005).
3.2 Especificação do Software
O software do projeto está dividido em duas partes: firmware e programa de
controle do mouse. O firmware é responsável pela configuração do microcontrolador,
fazendo constantemente a leitura dos transdutores de pressão, convertendo os dados
através do conversor A/D e verificando se houve alguma alteração de pressão. Em
caso positivo, comandos são transmitidos para o microcomputador. O firmware foi
escrito na linguagem C, através da ferramenta AVR Studio 4 da Atmel e compilado com
o WinAVR. Para facilitar a reprogramação do firmware, foi utilizado o bootloader
MegaLoad da Microsyl.
O programa de controle do mouse tem a função de estabelecer a comunicação
do microcomputador com o microcontrolador, usando a interface USB. Quando
19
comandos são recebidos, estes são analisados e transformados em movimentos do
cursor do mouse e em cliques. Uma visão geral do software é mostrada na figura 10.
Figura 10 - Diagrama em blocos do software.
O programa de controle do mouse também dispõe de um teclado virtual para
que o usuário possa digitar textos através dos cliques do mouse. O programa de
controle foi escrito na linguagem C#, através da ferramenta Visual Studio .net 2005 da
Microsoft.
Firmware
Porta USB
Análise de dados
Interface gráfica
20
4 PROJETO DE HARDWARE
O hardware tem a função de transformar os estímulos de pressão positiva e
negativa do usuário (sopro e sucção) em sinais elétricos, que são amplificados e
convertidos para forma digital, possibilitando o processamento pelo microcontrolador e
posterior envio de comandos para o microcomputador.
Para uma melhor visualização, o hardware do projeto foi dividido em quatro
blocos principais: aquisição, conversor USB/serial, fonte de alimentação e
microcontrolador. A relação de componentes utilizados está na tabela 9 (Anexo 5).
4.1 Aquisição
O bloco de aquisição do sistema, como mostrado na figura 23 (Anexo 3), é
composto por dois transdutores de pressão e dois amplificadores de instrumentação.
Neste bloco é feita a conversão dos estímulos de pressão positiva e negativa do
usuário (sopro e sucção) em sinais elétricos e também a amplificação destes.
4.1.1 Transdutor de Pressão
Os transdutores de pressão precisam de uma alimentação de 5V e possuem
uma saída diferencial, o que permite que esta seja ligada diretamente na entrada do
amplificador de instrumentação.
Aplicando-se na entrada pressões de 0 até 50 kPa, a tensão varia tipicamente
de 20 a 80 mV, com offset típico de 20 mV.
No transdutor apenas uma das duas entradas de ar é utilizada. A outra entrada
permanecerá aberta para que a pressão de referência seja a pressão atmosférica.
21
4.1.2 Amplificador de Instrumentação
Os amplificadores de instrumentação INA122P da Texas Instruments podem ser
alimentados com tensões unipolares também, o que facilitou o dimensionamento do
circuito, pois não foi necessário usar uma segunda fonte ou um conversor DC/DC para
se gerar tensões bipolares.
Para se fazer o controle do ganho foi usado um trimpot de 10KΩ, para que o
ganho pudesse ser ajustado para aproximadamente 100 vezes.
4.2 Conversor USB/serial
O bloco de conversão USB/serial, como mostrado na figura 24 (Anexo 3), é
composto pelo TUSB3410 da Texas Instruments. Este bloco é responsável pela
interface de comunicação entre o microcontrolador e o microcomputador.
O núcleo do TUSB3410 é composto por um microcontrolador da família 8052 e
possui também blocos funcionais especializados na conversão de dados seriais para o
padrão de comunicação USB.
Este dispositivo usa um device driver próprio fornecido pelo fabricante e quando
conectado ao computador é reconhecido como uma porta serial comum.
4.3 Fonte de alimentação
Como o consumo de corrente do circuito é relativamente pequeno
(aproximadamente 55 mA), não foi necessário utilizar fonte de alimentação externa. O
sistema funciona apenas com a tensão de 5V fornecida pelo barramento USB do
microcomputador.
Como o TUSB3410 necessita de uma alimentação de 3,3V, foi usado o
regulador de tensão UA78M33CKC da Texas Instruments, conforme figura 25 (Anexo
3).
22
4.4 Microcontrolador
O bloco do microcontrolador, como mostrado na figura 26 (Anexo 3), é composto
por um microcontrolador Atmega16 da Atmel. Este bloco é responsável por fazer a
conversão dos sinais analógicos para digitais, executar o processamento destes e
enviar comandos, quando necessários, para o microcomputador.
A conversão analógica para digital é feita pelo próprio microcontrolador, pois
este possui um conversor interno.
Para facilitar a programação do microcontrolador foi gravado primeiro um
bootloader, que é um programa que fica em uma região reservada da memória flash do
dispositivo e permite que o novo firmware seja descarregado pelo canal serial,
dispensando circuitos programadores auxiliares.
Para evitar interferências provenientes de ruídos da fonte de alimentação, foram
utilizados capacitores de desacoplamento nos pinos de alimentação do dispositivo.
4.5 Sinais de interface
As tabelas 1, 2, 3 e 4 apresentam uma descrição dos sinais que fazem a
interligação entre as folhas dos esquemáticos. A tabela 5 mostra os pinos utilizados do
microcontrolador.
Tabela 1 - Sinais do bloco de aquisição, figura 23 (Anexo 3).
Sinal Tipo Descrição Transdutor 1.1 Terra Terra para o transdutor 1 Transdutor 1.2 Analógico, entrada Entrada do sinal V+ do transdutor 1 Transdutor 1.3 Alimentação 5V Alimentação para o transdutor 1 Transdutor 1.4 Analógico, entrada Entrada do sinal V- do transdutor 1 Transdutor 2.1 Terra Terra para o transdutor 2 Transdutor 2.2 Analógico, entrada Entrada do sinal V+ do transdutor 2 Transdutor 2.3 Alimentação 5V Alimentação para o transdutor 2 Transdutor 2.4 Analógico, entrada Entrada do sinal V- do transdutor 2 Microcontrolador 1.1 Alimentação 5V Alimentação do bloco do microcontrolador Microcontrolador 1.2 Analógico, saída Sinal amplificado para o microcontrolador Microcontrolador 1.3 Analógico, saída Sinal amplificado para o microcontrolador Microcontrolador 1.4 Terra Terra do bloco do microcontrolador
23
Tabela 2 - Sinais do bloco do conversor USB/serial, figura 24 (Anexo 3).
Sinal Tipo Descrição USB.1 Alimentação 5V Alimentação do sistema, através do barramento USB USB.2 D- Sinal de dados do barramento USB USB.3 D+ Sinal de dados do barramento USB USB.4 Terra Terra para o sistema SIN Entrada Entrada serial de dados SOUT Saída Saída serial de dados
Tabela 3 - Sinais do bloco da fonte de alimentação, figura 25 (Anexo 3).
Sinal Tipo Descrição 5V Entrada Entrada da alimentação de 5V 3,3V Saída Saída da alimentação de 3,3V para o TUSB4410
Tabela 4 - Sinais do bloco do microcontrolador, figura 26 (Anexo 3).
Sinal Tipo Descrição Aquisição.1 Alimentação 5V Alimentação de 5V para o bloco de aquisição Aquisição.2 Analógico, entrada Entrada analógica 1 Aquisição.3 Analógico, entrada Entrada analógica 2 Aquisição.4 Terra Terra para o bloco de aquisição SIN Saída Saída serial de dados SOUT Entrada Entrada serial de dados
Tabela 5 - Pinos utilizados no microcontrolador.
Pino Nome Descrição 9 Reset Reset do microcontrolador 10 DVCC Alimentação digital 11 DGND Terra da alimentação digital 12 Xtal2 Pino para oscilador externo 13 Xtal1 Pino para oscilador externo 14 RXD Entrada do canal serial 15 TXD Saída do canal serial 30 AVCC Alimentação analógica 31 AGND Terra da alimentação analógica 32 AREF Pino para referência externa do conversor A/D 39 ADC0 Estrada analógica 1 40 ADC1 Entrada analógica 2
24
5 PROJETO DE SOFTWARE
O software foi dividido em duas partes: firmware e software de controle do
mouse. O firmware é responsável pela operação do microcontrolador e o software de
controle do mouse pela interpretação dos comandos enviados pelo microcontrolador,
por realizar os movimentos do cursor do mouse e também por dispor de um teclado
virtual para permitir a digitação de textos através dos cliques do mouse.
5.1 Firmware
Quando o sistema é ligado ou reiniciado, o firmware realiza a configuração do
canal serial para que este opere a uma velocidade de 230400bps. Este também habilita
o conversor analógico digital e o configura para usar a referência externa.
Após as rotinas de configuração, o microcontrolador espera um comando do
microcomputador, informando que deve começar a realizar continuamente a conversão
para digital dos sinais analógicos vindos do sistema de aquisição.
Depois de realizada uma conversão, este valor é comparado com o valor da
última conversão feita e, se este for significativamente diferente, o que significa que um
estímulo foi feito, um comando é enviado pelo canal serial para o microcomputador.
O microcontrolador também pode responder um comando enviado pelo
microcomputador. Isto é feito para, a partir do software de controle, verificar se o
sistema está conectado ao microcomputador e pronto para funcionar.
A figura 11 mostra o fluxograma desses procedimentos e a figura 12 o diagrama
de estados.
25
Figura 11 - Fluxograma do firmware.
Enviar comando
Ler transdutores
Configurar canal serial
Início
Houve alterações?
S
N
Configurar conversor A/D
Recebeu comando?
Enviar resposta
N
S
Ler canal serial
26
Figura 12 - Diagrama de estados do firmware.
5.2 Software de controle
O software de controle do mouse é responsável por enviar um comando para o
microcontrolador, informando que este poderá começar a realizar as conversões,
receber os comandos enviados pelo microcontrolador, tratá-los e realizar os
movimentos do cursor do mouse. É responsável também por permitir que o usuário
possa digitar textos com os cliques do mouse através do teclado virtual.
O usuário também pode fazer algumas configurações como escolher qual
transdutor será responsável por determinado movimento, velocidade de deslocamento
do cursor e velocidade do clique e duplo clique.
Nada recebido
Início Lendo serial
Convertendo sensores
Enviando comando
Comando recebido
Estímulo detectado
Sem alterações
27
5.2.1 Diagrama de Casos de Uso
A figura 13 mostra o diagrama de casos de uso do software de controle do
mouse.
Figura 13 - Diagrama de Casos de Uso.
Alterar configurações
Abrir o teclado virtual Usuário
Hardware
Enviar comando
28
5.2.2 Diagrama de classes
A figura 14 mostra o diagrama de classes do software de controle do mouse.
Figura 14 - Diagrama de Classes.
cBroker
- chave : RegitryKey
+ cBroker() + materializar(cConfiguracao obj) : void + alterar(cConfiguracao obj) : void
cConfiguracao
- mVelClique : int - mVelCursor : int - mBotoes : int - mSentido : int
+ cConfiguracao() + alterar(int velClique, int velCursor, int botoes, int sentido): void
cMouse
- configuracao : cConfiguracao - tmMouse : System.Windows.Forms.Timer - serial : System.IO.Ports.SerialPort
- SerialDataReceived(Object obj, EventArgs args) : void - tmMouseTimer(Object obj, EventArgs args) : void + cMouse() + LerConfiguracao(out int velClique, out int velCursor, out int botoes,out int sentido) : void + AlterarConfiguracao(int velClique, int velCursor, int botoes, int sentido) : void
29
5.2.3 Diagramas de Sequência
As figuras 15, 16 e 17 mostram os diagramas de sequência do software de
controle do mouse.
Figura 15 - Diagrama de sequência Alterar Dados.
Figura 16 - Diagrama de sequência Abrir Teclado Virtual.
FormTeclado Usuário
AbrirTecladoVirtual()
FormPrincipal
Teclado = new FrmTeclado
FormPrincipal Usuário
cMouse cConfiguração cBroker
Alterar(dados)
Alterar(dados)
Alterar(dados)
Broker = new cBroker
Alterar(dados)
Dados = velClique, velCursor, botões e sentido
30
Figura 17 - Diagrama de sequência Enviar Comando.
5.3 Telas do software
A figura 18 mostra a tela de configuração do software de controle do mouse.
Figura 18 - Tela de configuração.
Windows Hardware
EnviarComando()
cMouse
Mouse_event()
31
Nesta tela o usuário pode configurar a velocidade do clique, ou seja, por quanto
tempo ele pode manter o sistema sob pressão para que um clique seja reconhecido, a
velocidade de deslocamento do cursor, a velocidade do clique duplo (esta é uma
propriedade do sistema operacional) e também algumas opções referente às
características dos estímulos, como qual mangueira vai ser responsável por qual
movimento e se o clique será feito através de um sopro ou uma sucção.
A figura 19 mostra a tela do teclado virtual. Com ela o usuário pode digitar textos
e também realizar as demais funções que um teclado convencional possui.
Figura 19 - Tela do teclado virtual.
32
6 RESULTADOS
Apesar da forma artesanal com que foi implementado o protótipo, os resultados
foram bastante satisfatórios, pois o suporte não ficou desconfortável de usar e a força
necessária para se sensibilizar o sistema (sopro e sucção) é relativamente pequena. A
figura 20 mostra uma foto do sistema desmontado.
Figura 20 - Foto do sistema desmontado.
Depois de algum tempo usando o sistema, a habilidade no controle do cursor do
mouse é adquirida naturalmente. A figura 21 mostra um exemplo de uso do sistema,
que é a digitação de textos, usando o programa Word 2003, da Microsoft. A figura 22
mostra outro exemplo, que é a navegação na Internet, usando o programa Internet
Explorer 6, da Microsoft. Além destes testes, foram feitos vários outros, utilizando
outros programas e não se encontrou nenhum problema.
A maior dificuldade encontrada no desenvolvimento do protótipo foi a forma do
suporte do módulo de aquisição. No início, tentou-se usar um headfone (fone de ouvido
tipo arco integrado com um microfone), mas ficou muito desconfortável de se usar.
Então se optou por fazer uma armação com fio elétrico, para ficar similar a um suporte
de gaita de boca.
33
Figura 21 - Exemplo de uso (digitação).
Figura 22 - Exemplo de uso (navegando na Internet).
34
Uma facilidade, encontrada no decorrer do desenvolvimento do circuito, foi o fato
de os amplificadores de instrumentação utilizados poderem ser alimentados com uma
tensão simples de 5V, o que dispensou o uso de um conversor DC/DC e por sua vez,
devido ao baixo consumo de corrente, dispensou também o uso de uma fonte de
alimentação externa, pois a porta USB supre com folga o consumo de corrente do
circuito. Isto também simplificou a montagem do equipamento para o usuário.
Como o teclado virtual que acompanha o sistema operacional Windows é muito
pequeno e também dependendo da instalação do Windows este pode não estar
disponível, optou-se por desenvolver, fora da especificação original, um teclado virtual
próprio, o que foi bastante desafiador.
Outro desafio foi o uso da ferramenta Visual Studio .net 2005 da Microsoft e a
linguagem de programação C# para o desenvolvimento do software de controle do
mouse, pois a linguagem que foi originalmente especifica era a C++ e a ferramenta era
o C++Builder 6 da Borland. Com o uso da ferramenta da Microsoft, que é mais atual, a
interface gráfica também ficou esteticamente mais moderna.
35
7 CONCLUSÃO
O sistema se mostrou bastante eficiente no que foi proposto. O esforço para se
sensibilizar o sistema é mínimo. A montagem do sistema para o usuário, bem como as
instruções para o uso ficaram bastante simples.
A utilização do sistema se mostrou fácil e dependente da habilidade e
treinamento contínuo do usuário. Novos testes deverão ser realizados com pacientes e
indivíduos realmente deficientes, a fim de se analisar o nível de aceitação e adaptação
ao sistema.
Infelizmente não será possível atender tetraplégicos com níveis de lesão muito
acentuados, pois é exigido um movimento mínimo da cabeça. Geralmente estas
pessoas com acentuado nível de lesão também não conseguem fazer esforços para
respirar, o que sugere o uso de um mouse ativo por voz ou ativo pelo movimento dos
olhos.
Como melhorias futuras, poderia citar a miniaturização das placas (com o uso de
componentes SMD) para que os dois módulos do hardware possam ser integrados em
um único módulo e também a substituição do teclado virtual por um sistema de
reconhecimento de voz, pois digitar textos longos torna-se um tanto cansativo e
demorado.
36
8 REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS
ADAMS, R. D.; VICTOR, M.; ROPPER, A. H. Neurologia. 6. ed. Rio de Janeiro, McGraw-Hill, 1997.
ATMEL. ATmega16 - Datasheet. 2006. BRASIL. Instituto Brasileiro de Geografia e Estatística - Censo 2000. BURR - BROWN. INA122 - Datasheet. 1997. CRENSHAW, A. H. Cirurgia Ortopédica de Campbell. 8. ed. Vol. 5. São Paulo,
Manole Ltda., 1997. UFRJ. Projeto Motrix. http://intervox.nce.ufrj.br/motrix/ (01/04/2006). FUNDAÇÃO DES. PAULO FEITOZA. http://www.fpf.br/ (01/04/2006). MOTOROLA INC. MPX53 MPXV53GC Series - Datasheet. 2001. PERTENCE JR, A. Amplificadores Operacionais e Filtros Ativos. 6. ed. Porto
Alegre, Bookman, 2003. ROCKWOOD JR, C. A.; GREEN, D. P.; BUCHOLZ, R. W. Fraturas em Adultos.
3. ed. Vol. 2. São Paulo, Manole Ltda., 1994. TEXAS INSTRUMENTS. TUSB3410, TUSB2410I - Datasheet. 2005. WERNECK, M. M. Transdutores e Interfaces. 1. ed. Rio de Janeiro, LTC, 1996.
37
9 ANEXOS
9.1 Anexo 1: Cronograma de desenvolvimento
Tabela 6 - Cronograma.
Mês Atividade
Fevereiro Elaboração da proposta de Projeto Final e estudos iniciais.
Março Elaboração da especificação técnica. Testes com os transdutores
de pressão e com os amplificadores de instrumentação.
Abril Desenvolvimento da interface entre os transdutores,
amplificadores e o microcontrolador.
Maio
Elaboração da documentação do projeto (monografia). Testes com
o bootloader. Implementação de um gravador para o
microcontrolador para a configuração do bootloader. Início da
implementação do firmware.
Junho Implementação do firmware e início da implementação do
protótipo.
Julho Implementação do protótipo e início da implementação do
software de controle.
Agosto Implementação do software de controle e início da implementação
do teclado virtual.
Setembro Implementação do teclado virtual e realização de testes.
Outubro Revisão da monografia e documentação das conclusões e
resultados finais.
Novembro Elaboração do manual técnico, do manual do usuário e artigo
científico.
Dezembro Correção da monografia e elaboração do CD da documentação no
formato web.
38
9.2 Anexo 2: Estudo de Viabilidade Técnico-Econômica
Tabela 7 - Custo do hardware.
Componentes Eletrônicos Quantidade Custo unitário Total Atmega16-16PU 1 R$ 16,50 R$ 16,50MPX53DP 2 R$ 43,08 R$ 86,16INA122P 2 R$ 19,62 R$ 39,24TUSB3410 1 R$ 16,05 R$ 16,05UA78M33CKC 1 R$ 1,20 R$ 1,20Placa de circuito impresso 1 R$ 20,00 R$ 20,00Mangueira 1 R$ 10,00 R$ 10,00Caixa pequena 1 R$ 5,00 R$ 5,00Caixa média 1 R$ 10,00 R$ 10,00
Componentes eletrônicos diversos (resistores, capacitores, etc).
1 R$ 30,00 R$ 30,00
Cabo USB 1 R$ 10,00 R$ 10,00 Total: R$ 244,15
Tabela 8 - Custo do software.
Ferramentas de Desenvolvimento Custo da licença Microsoft Visual Studio .net 2005 Professional R$ 1600,00AVR Studio 4 Gratuito.WinAVR Gratuito.MegaLoad Gratuito.
Total: R$ 1600,00
43
9.5 Anexo 5: Relação de componentes
Tabela 9 - Relação de componentes.
Item Quantidade Referência Descrição 1 2 C1, C2 Capacitor cerâmico de 22pF. 2 4 C1, C2, C8, C9 Capacitor cerâmico de 100nF. 3 4 C3, C4, C11, C12 Capacitor cerâmico de 33pF. 4 2 C5, C6 Capacitor eletrolítico de 1µF. 5 1 C7 Capacitor eletrolítico de 4.7µF. 6 1 C10 Capacitor cerâmico de 10nF. 7 1 D1 Diodo 1N4148. 8 1 J1 Conector de 4 pinos. 9 1 J1 Conector USB.
10 1 J2 Conector de 4 pinos. 11 1 J2 Conector para o 1º transdutor. 12 1 J3 Conector para o 2º transdutor. 13 1 L1 Indutor de 100mH. 14 1 Q1 Transistor BC548. 15 2 R1, R2 Resistor de 100KΩ. 16 4 R1, R2, R3, R4 Resistor de 10KΩ. 17 1 R3 Resistor de 1,5KΩ. 18 2 R4, R5 Resistor de 33Ω. 19 3 R6, R7, R8 Resistor de 4,7KΩ. 20 1 R9 Resistor de 15KΩ. 21 1 R10 Resistor de 33KΩ. 22 2 R11, R12 Resistor de 1KΩ. 23 1 R13 Resistor de 1MΩ. 24 1 SW1 Push-button. 25 2 U1, U2 Amplificador de instrumentação INA122P. 26 1 U2 Conversor USV/serial TUSB3410. 27 1 U4 Regulador de tensão UA78M33CKC. 28 1 U5 Microcontrolador Atmega16. 29 1 Y1 Xtal de 12MHz. 30 1 Y2 Xtal de 11,0592MHz.
44
9.6 Anexo 6: Manual Técnico
63
9.7 Anexo 7: Manual do Usuário
779.8 Anexo 8: Artigo Científico