Oculos Sonar Acess ´ ´ıvel em Arduino, Implementando...
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´ Oculos Sonar Acess´ ıvel em Arduino, Implementando Conceitos da Computac ¸˜ ao Vest´ ıvel H´ elio Cesar de Souza Junior 1 , Tiago Piperno Bonetti 1 1 Universidade Paranaense (Unipar) Paranava´ ı – PR – Brasil [email protected], [email protected] Resumo. Pessoas com limitac ¸˜ ao visual sofrem com a falta de independˆ encia e seguranc ¸a ao se locomoverem dentro de sua pr´ opria casa e por isso precisam de ajuda de outras pessoas e/ou da tecnologia. Este artigo tem como objetivo de- senvolver um dispositivo que proporcione maior independˆ encia e seguranc ¸a as pessoas com limitac ¸˜ ao visual. Atrav´ es de um prot´ otipo utilizando a tecnologia Arduino, constatou-se que ´ e poss´ ıvel o desenvolvimento de tecnologias assisti- vas eficientes e de baixo custo, que proporcionem melhores condic ¸˜ oes de vida ` a pessoas com essa limitac ¸˜ ao. 1. Introduc ¸˜ ao A limitac ¸˜ ao visual ´ e o tipo de limitac ¸˜ ao mais recorrente do mundo. A vis˜ ao ´ e respons´ avel por 90% da comunicac ¸˜ ao do ser humano com o mundo e a falta da vista pode proporcionar diversos problemas para uma pessoa. A tecnologia pode ser a soluc ¸˜ ao desse problema, uma vez que seu objetivo ´ e facilitar a vida das pessoas. O ramo das tecnologias assistivas merecem uma atenc ¸˜ ao dedicada [Cholden 1984 apud Soares 2012]. ´ Org˜ aos do governo e empresas especializadas produzem tecnologia assistiva de forma acess´ ıvel para pessoas que possuem algum tipo de limitac ¸˜ ao no entanto, muitas delas n˜ ao tem acesso as tecnologias assistivas devido ao seu alto custo de aquisic ¸˜ ao. Tendo em vista esse mercado que necessita de dispositivos mais acess´ ıveis, torna-se um desafio desenvolver um dispositivo assistivo para pessoas que possuem limitac ¸˜ ao visual, de forma que proporcione maior independˆ encia e seguranc ¸a para o usu´ ario. O objetivo deste artigo ´ e descrever o desenvolvimento de um prot´ otipo com custo mais acess´ ıvel que proporcione maior seguranc ¸a, autonomia e mobilidade para os usu´ arios. O dispositivo aborda os desafios da computac ¸˜ ao vest´ ıvel, utilizando as tecnolo- gias de sistemas embarcados e microcontroladores presentes em Arduino. 2. Metodologia Este artigo teve como base pesquisas em artigos cient´ ıficos, monografias, teses, livros digitais e sites na internet. Em seguida um prot´ otipo foi produzido, utilizando a tecnologia Arduino. 3. Desenvolvimento Neste artigo foram implementados conceitos de Computac ¸˜ ao Vest´ ıvel. Idealizado por Thorp em 1955, os dispositivos port´ ateis e/ou vest´ ıveis basicamente possu´ ıam os mesmo
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Oculos Sonar Acessıvel em Arduino, ImplementandoConceitos da Computacao Vestıvel
Helio Cesar de Souza Junior1, Tiago Piperno Bonetti1
1Universidade Paranaense (Unipar)Paranavaı – PR – Brasil
[email protected], [email protected]
Resumo. Pessoas com limitacao visual sofrem com a falta de independencia eseguranca ao se locomoverem dentro de sua propria casa e por isso precisam deajuda de outras pessoas e/ou da tecnologia. Este artigo tem como objetivo de-senvolver um dispositivo que proporcione maior independencia e seguranca aspessoas com limitacao visual. Atraves de um prototipo utilizando a tecnologiaArduino, constatou-se que e possıvel o desenvolvimento de tecnologias assisti-vas eficientes e de baixo custo, que proporcionem melhores condicoes de vida apessoas com essa limitacao.
1. Introducao
A limitacao visual e o tipo de limitacao mais recorrente do mundo. A visao e responsavelpor 90% da comunicacao do ser humano com o mundo e a falta da vista pode proporcionardiversos problemas para uma pessoa. A tecnologia pode ser a solucao desse problema,uma vez que seu objetivo e facilitar a vida das pessoas. O ramo das tecnologias assistivasmerecem uma atencao dedicada [Cholden 1984 apud Soares 2012].
Orgaos do governo e empresas especializadas produzem tecnologia assistiva deforma acessıvel para pessoas que possuem algum tipo de limitacao no entanto, muitasdelas nao tem acesso as tecnologias assistivas devido ao seu alto custo de aquisicao. Tendoem vista esse mercado que necessita de dispositivos mais acessıveis, torna-se um desafiodesenvolver um dispositivo assistivo para pessoas que possuem limitacao visual, de formaque proporcione maior independencia e seguranca para o usuario.
O objetivo deste artigo e descrever o desenvolvimento de um prototipo comcusto mais acessıvel que proporcione maior seguranca, autonomia e mobilidade para osusuarios. O dispositivo aborda os desafios da computacao vestıvel, utilizando as tecnolo-gias de sistemas embarcados e microcontroladores presentes em Arduino.
2. Metodologia
Este artigo teve como base pesquisas em artigos cientıficos, monografias, teses, livrosdigitais e sites na internet. Em seguida um prototipo foi produzido, utilizando a tecnologiaArduino.
3. Desenvolvimento
Neste artigo foram implementados conceitos de Computacao Vestıvel. Idealizado porThorp em 1955, os dispositivos portateis e/ou vestıveis basicamente possuıam os mesmo
componentes: microprocessador, memoria, tela, teclado, bateria e ate um modem wireless[Startner 2001a].
O desenvolvimento de um dispositivo de computacao vestıvel precisa supe-rar cinco patamares para ser considerado um dispositivo de alta qualidade: Energia,Dissipacao de Calor, Rede, Privacidade e Interface [Startner 2001a].
Referente a energia, acredita-se que a solucao mais plausıvel e com custo maisbaixo, seja uma bateria que tenha capacidade de trabalhar por 16 horas consecutivas ecapacidade de se recarregar em 8 horas. Dessa forma, o usuario poderia utilizar o dis-positivo durante o dia inteiro e carrega-lo no perıodo da noite, enquanto dorme. Devidoa existencia de baterias com maior capacidade de energia, esse topico nao se torna umgrande desafio, por isso nao sera discorrido neste artigo [Startner 2001a].
Com a existencia de processadores que possuem baixa dissipacao de calor, o desa-fio da Dissipacao de Calor se resume a escolha do componente correto, por isso tambemnao sera discorrido neste artigo. Esses processadores sao encontrados em smartphonesatuais, por exemplo [Wang and Day 2011 apud Okada 2014].
Dispositivos mobile wireless podem formar rede de acordo com os servicos ecom a quantidade de energia disponıveis. Um serio problema e abrir padroes de inte-roperabilidade entre servicos diferentes. Um exemplo seria a utilizacao de um unicoradio de longa distancia para poder fazer uso de servico de telefonia como mensagem detexto e GPS (Sistema de Posicionamento Global, do ingles Global Positioning Service)[Startner 2001b].
A rede pode ser de comunicacao no corpo, fora do corpo ou com objetos proximosao corpo.
Privacidade e um tema citado com frequencia por desenvolvedores dos siste-mas de computacao mais primitivos. Os profissionais afirmavam que a privacidade eraa preocupacao chave dos usuarios e que deveria ser adaptada, principalmente para acomputacao vestıvel. Preocupacoes de privacidade do usuario nao sao equivalentes aspreocupacoes com a seguranca, uma vez que esta se refere a protecao das informacoespessoais do usuario e a privacidade que envolve o controle e o uso das informacoes pes-soais de uma forma direta [Startner 2001b].
Para o desenvolvimento de um dispositivo vestıvel, algumas restricoes devem serlevadas em conta como a portabilidade e a usabilidade, alem da necessidade de velocidadede transferencia de informacoes. Outros pontos a serem levados em consideracao sao oscuidados com o tamanho do dispositivo, localizacao do corpo, tipo de roupa em que serausado e a interconexao com outros componentes[Startner 2001b].
Para Startner [2001b], os desenvolvedores de computadores vestıveis devem de-cidir como sera o dispositivo, e so entao dirimir suas funcionalidades e seus eletronicosassociados.
3.1. Sistemas Embarcados
Sistemas embarcados (SE) podem ser definidos como sistemas que possuem todos os tiposde componentes de um pequeno computador: processador, memorias de processamentoe armazenamento e interfaces de entrada e saıda. De acordo com Morimoto [2007 apud
Nascimento, 2011], SE sao utilizados em aplicacoes de proposito especıfico que realizamuma unica atividade, alem de serem sistemas independentes de fontes de energia, comotomadas ou geradores por possuırem baterias [Chase 2007].
Sistemas embarcados possuem uma unidade de processamento, que e um circuitointegrado. Essa unidade de processamento e fixa em uma placa de circuito impresso, noqual o software e processado de forma embarcada. Esse software gera uma capacidade deprocessamento de informacoes [Chase 2007].
Os microcontroladores sao definidos como chips programaveis, similares a com-putadores, contendo portas de entrada e saıda, processadores, portas seriais, memoriasRAM e ROM, conversores ADC e DAC, todos trabalhando no controle de diversosperifericos, como LEDs, sensores, botoes, atuadores, reles, entre outros. Um micro-controlador tambem e conhecido como dispositivo programavel, pois toda sua logicade operacao e feita atraves de um programa armazenado na sua memoria interna[do Nascimento 2011].
Em termos praticos, um Arduino e um pequeno computador programavel capazde processar entradas e saıdas entre o dispositivo e os componentes externos conectadosa ele. O Arduino e conhecido como plataforma de computacao fısica ou embarcada, ouseja, um sistema que pode interagir com seu ambiente por meio de hardware e software[McRoberts 2015].
Uma matriz de contato permite testes experimentais de forma rapida, simples e se-gura, ja que os demais perifericos podem ser fixados e removidos com extrema facilidade,sem soldas ou fixacoes permanentes. Entre as diversas formas de protoboards existentes,as mais conhecidas possuem linhas horizontais separadas por um divisor central. Essaslinhas horizontais funcionam principalmente como linhas de conducao interna. Alem daslinhas horizontais, existem faixas curtas de cada lado da placa, onde sua conexao e feitade forma vertical e sao mais utilizadas para conexao de cabos de alimentacao [Inc 2016].
Oliveira (2014) expoe que os sensores sao utilizados na captacao de informacoesno mundo real, agindo como transmissores dessas informacoes para um sistema que iramanipula-las. Dentre os sensores mais utilizados, encontra-se o sensor ultra-sonico, po-pularmente conhecido como sonar.
Os buzzers sao compostos por duas camadas de metal e uma de cristal pie-zoeletrico (cristal que gera tensao eletrica). Essas camadas sao ativadas atraves de umacorrente eletrica que e enviada em uma determinada frequencia produzindo a vibracaodas camadas na mesma frequencia da corrente [de Oliveira 2014].
Sabendo que dispositivos vestıeis independem de tomadas para seu funciona-mento, temos as fontes de energia como componentes indispensaveis no seu desenvol-vimento. As baterias podem ser encontradas facilmente em celulares, notebooks, au-tomoveis, entre outros. As baterias comecaram a ser desenvolvidas por volta do ano de1800,, por um fısico italiano chamado Alessandro Volta [Berger 2010].
3.2. Oculos SonarO prototipo inicial (Figura 1) baseia-se em um dispositivo sonar acoplado a uma estruturasemelhante a armacao de um oculos convencional. Junto a esse dispositivo, em uma daslaterais, encontra-se um buzzer sonoro utilizado para sinalizar a presenca de objetos. A
placa do Arduino Nano se encontra do lado oposto, sendo responsavel por todo o controledo software.
O software possui a funcao de medir a distancia entre o dispositivo sonar e osobjetos que se encontram em rota de colisao. Em milissegundos, a onda sonora atinge oobjeto e volta para o sonar. A distancia entre o objeto e o sonar e calculada e convertidaem centımetros.
Identificada a distancia, esta sera medida e classificada pelo software dos oculoslevando em consideracao a periculosidade que representa ao usuario.
Cada classificacao dispara um sinal com uma frequencia e com uma duracao dife-rente. Esses sinais disparam normalmente em pequenos intervalos. Caso haja um objetoa cerca da rota de colisao, o disparo torna-se contınuo de acordo com a proximidade dousuario para com o objeto. A bateria do prototipo, e do tipo recarregavel com porta deconexao USB.
Figura 1. Primeiro prototipo.
4. Consideracoes FinaisEste artigo enfatiza que e possıvel o desenvolvimento de produtos com tecnologia assis-tiva e baixo custo. Os oculos Sonar propiciaram uma maior seguranca maior seguranca eindependencia as pessoas com limitacao visual, que se propuseram a testar o dispositivo,alem de suprir quatro dos cinco desafios da computacao vestıvel. Os desafios enfrenta-dos no desenvolvimento dos oculos Sonar foram relacionados a: bateria, dissipacao docalor, interface e a rede. Os problemas da bateria e dissipacao do calor foram resolvi-dos adquirindo componentes proprios para seu funcionamento; o problema da interfacefoi elucidado com a implementacao de botoes acessıveis e compreensıveis a pessoas por-tadoras de limitacao visual; o problema da rede foi resolvido por ela ser composta detodos os componentes que se comunicam de formas rapida e eficiente sem que quaisquerinformacoes sejam perdidas. A privacidade nao se aplica ao dispositivo Sonar ja que naoarmazena nenhuma informacao privada.
Houve ainda algumas falhas de comunicacao dos componentes e da validacao dadistancia do sonar. Este acabou reconhecendo uma distancia incorreta e emitindo um sinalerroneo ao usuario dos oculos. Durante o teste foi possıvel verificar tambem uma falha da
conexao da bateria com o cabo USB, que resultou em um outro tipo de sinal, proprio dobuzzer, que confundiu o usuario.
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Clube do Hardware, descomplicando a Tecnologia. Disponıvel em:http://www.clubedohardware.com.br/artigos/tudo-o-que-voce-precisa-saber-sobre-baterias/1880. Acessado em 25 de julho de 2016.
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Cholden, L. S. (1984). A psychiatrist works with blindness. American Foundation for theblind - New York - USA.
de Oliveira, A. H. A. (2014). Dispositivo auxiliar para deficientes visuais.
do Nascimento, D. A. (2011). Analise de requisitos de Hardware em projeto uav qua-drotor. Disponıvel em: http://tcc.ecomp.poli.br/20112/david alain uav quadrotor.pdf.Acessado em 4 de abril de 2016.
Inc, D. (2016). Protoboard (matriz de contato ou bredboard). Disponıvel em:http://www.dreaminc.com.br/sala de aula/protoboard/. Acessado em 25 de julho de2016.
McRoberts, M. (2015). Arduino Basico 2a Edicao. Novatec Editora Ltda.
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Okada, T. (2014). Computacao vestıvel - definicao e desafios. Ins-tituto de Matematica e Estatıstica, (1):1–14. Disponıvel em:http://grenoble.ime.usp.br/ gold/cursos/2014/movel/monofinal/1106-Thiago.pdf.Acessado em 03 de abril de 2016.
Soares, T. Instituto Presbiteriano Mackenzie, Escola de Engenharia.
Startner, T. (2001a). The challanges of wearable computing: Part 1. IEEE Computer Soci-ety, (1):44–52. Disponıvel em: http://www.cc.gatech.edu/ thad/p/magazine/published-part1.pdf. Acessado em 03 de abril de 2016.
Startner, T. (2001b). The challanges of wearable computing: Part 2. IEEE Computer Soci-ety, (1):54–67. Disponıvel em: http://www.cc.gatech.edu/ thad/p/magazine/published-part2.pdf. Acessado em 03 de abril de 2016.
Thorp, E. O. (1998). The Invention of the First Wearable Computer. IEEE ComputerSociety, Pittsburgh, Pensilvania.
Wang, W. and Day, T. (2011). A survey on arm cortex a processors. Disponıvel em:http://www.cs.virginia.edu/ skadron/cs8535 s11/ARM Cortex.pdf. Acessado em 03 deabril de 2016.
