Dispozitiv detectie obiecte

download Dispozitiv detectie obiecte

of 38

Transcript of Dispozitiv detectie obiecte

  • 7/25/2019 Dispozitiv detectie obiecte

    1/38

    UNIVERSITATEA TEHNIC Gheorghe Asachi din Ia i

    FACULTATEA DE AUTOATIC I CALCULATOARE

    DOENIUL! INGINERIA SISTEELORS"ECIALI#AREA! AUTOATIC I INFORATIC A"LICAT

    Dis$o%i&i' de de&ec&are a o(s&aco)e)or c* a+*&or*)*)&ras*ne&e)or, $en&r* $ersoane c* de-icien e de 'edere

    Coordona&or &iin i-ic! A(so)'en&!

    Con-.dr.ing ihai "os&o)ache Adnana/E)ena Ta0a

    IA I, 1234

    C*$rins

  • 7/25/2019 Dispozitiv detectie obiecte

    2/38

    3. In&rod*cere....................................................................................................................53.3 "re%en&area &e0ei....................................................................................................5

    1. F*nda0en&area &eore&ic6 i doc*0en&are (i()iogra-ic6..............................................41.3 Da&e genera)e des$re *)&ras*ne&e........................................................................41.1 "ro$rie&6 i)e *)&ras*ne&e)or.................................................................................7

    5. "roiec&area a$)ica iei. Descrierea co0$onen&e)or.......................................................85.3 ")aca de de%'o)&are Ard*ino Uno.....................................................................85.1 Trad*c&or c* *)&ra/s*ne&e C9237L8A92..........................................................325.5 o&or 'i(ra&or "ara))a: 18811.........................................................................355.9 ;*%%er Lo*di&< LD/;#EG3124........................................................................34

    9. I0$)e0en&area a$)ica iei...............................................................................................3=9.3 edi* de de%'o)&are *&i)i%a&................................................................................3=9.1 Descrierea i0$)e0en&6rii....................................................................................389.5 S&r*c&*ra si design*) dis$o%i&i'*)*i....................................................................3>

    4. Cod*) s*rs6...................................................................................................................137. Conc)*%ii........................................................................................................................59

    7.3 "osi(i)e direc ii de de%'o)&are..............................................................................597.1 Co0$ara ie c* a)&e $roie&e si0i)are.....................................................................59

    =. ;i()iogra-ie....................................................................................................................548. Ane:e.............................................................................................................................57

    2

  • 7/25/2019 Dispozitiv detectie obiecte

    3/38

    3.In&rod*cere

    Unul dintre lucrurile esen iale omului este vederea; ea organizeaz i regleaz mi carea, echilibrul, conduita, orientarea, avnd o influen deosebit asupra individului ct i asupra personalit ii acestuia. Pierderea vederii duce la un dezechilibru deosebit de mare n activitatea de

    zi cu zi a omului.

    Din cauza deficien ei lor, persoanele nevztoare simt nevoia unei ordine depline, aa ezrii obiectelor n locuri bine delimitate, pentru a putea fi u or gsite. Acest lucru este posibil ns doar n spa ii restrnse, cum ar fi locuin a, dar activitatea uman nu poate fi restrns la un spa iu att de limitat. Astfel ei vor ntmpina probleme atunci cnd vor ie i nafara spa iului cunoscut. simpl plimbare poate fi foarte periculoas pentru o persoan nevztoare datoritobstacolelor ce se pot ivi n cale. De aceea au fost dezvoltate metode ce vin n a!utorulpersoanelor cu deficien e de vedere" nso itori, bastoane speciale pentru a fi recunoscu i i pentru a putea detecta eventualele bloca!e, cini special dresa i.

    #n zilele noastre tehnologia a fost introdus pentru a u ura activit ile din via a omului, avnd o arie larg de rspndire. Unul dintre cele mai importante domenii este cel medical, undeprin intermediul tehnologiei se pot face schimbari ma!ore n via a oamenilor.

    3.3 "re%en&area &e0ei

    Proiectul const n realizarea unui dispozitiv de detectare a obstacolelor avnd la baz

    transmi tori i senzori de ultrasunete. Ace tia detecteaz un obstacol i n func ie de distanta dintre utilizator i obiect se va ac iva un motor vibrator ce i modifica frecven a de func ionare. De asemeni, este utilizat un bipper, pentru aten ionarea utilizatorului a nivelului bateriei.

    Principiul de func ionare al dispozitivului se bazeaz pe cel al $%A&'ului ($und%avigation And &anging). $e emit ultrasunete, impulsuri de frecven de *+ -z(ping) ce sereflect la ntlnirea obstacolelor i sunt recep ionate(pong). surnd timpul scurs ntre ping i pong se poate determina distan a" se tie c viteza sunetului este "

    /*+,01m2s Distan a 3 (timp4scurs5/*+,01)20. (6)

    7impul calculat corespunde dublului distan ei deoarece sunetul parcurge drumul dultrasunetelor'ntors.

    A adar modulul de generare a semnalului emite ultrasunete, iar cel de recep ionare detecteaz momentul ntoarcerii lor.

    3

  • 7/25/2019 Dispozitiv detectie obiecte

    4/38

    Fig. 3 Principiul de functionare al $%A&'ului

    8alculul distan ei presupune a a cum am demonstrat mai sus determinarea timpului scurs ntre emisie i receptie. Distan a calculat va fi transmis unui buzzer ce va emite un semnal sonor n func ie de distan a calculat cu a!utorul formulei (6)" dac distan a este mic, frecven a motora ului va fi de mai mare, iar dac distan a este mare, motorul va avea o intensitate mai slab a vibra iilor.

    4

  • 7/25/2019 Dispozitiv detectie obiecte

    5/38

    1.F*nda0en&area &eore&ic6 i doc*0en&area (i()iogra-ic6

    1.3 Da&e genera)e des$re *)&ras*ne&e

    Ultrasunetele sunt acele sunete a cror frecven este mai mare de 0++++ de -z, deci ies

    din limita de audibilitate a omului. Un important amnunt legat de aceast famile de sunete esteacela c au o lungime de und mic. Din acest motiv, ultrasunetele se pot emite i propaga, la felca i razele de lumin, sub form de fascicule. #n compara ie cu sunetele obi nuite, datorit proriet ilor mai sultrasunetelor prezentate, fenomenul de difrac ie, adic ocolirea obstacolelor, are loc doar pentru obstacolele de foarte mici dimensiuni. 9iind posibil refle:ia si refrac ia lasuprafa a de separare dintre dou medii diferite, este posibil concentrarea ntr'un singur punct amai multor fascicule de ultrasunete. Aplicabilitatea n domeniile tehnice este ridicat, fiindutilizate la msurarea adncimilor mrilor, voalarea plcilor fotografice, nclzirea mediului,creterea vitezelor unor reac ii chimice, precum i defectoscopia sonor.

    a om limita superioar a auzuluitinde s scad cu vrsta astfel c omul matur nu maipoate auzi acele sunete pi igiate pe care un copil le aude. Anumite companii de telefoane mobilefolosesc acest lucru pentru a crea sonerii de telefon care s fie auzite numai de cei tineri amele de frecven? apro:imative corespunztoare ultrasunetelor

    Unele animale ' cum ar fi cini, pisici, delfini, lilieci i oareci ' au o limit superioar a frecven ei mai mare dect cea a urechii umane i astfel pot auzi ultrasunete, acesta fiind modul n care un fluier pentru caini func ioneaz.

    5

    https://ro.wikipedia.org/wiki/Auzhttps://ro.wikipedia.org/wiki/Ultrasunet#cite_note-2https://ro.wikipedia.org/wiki/Ultrasunet#cite_note-2https://ro.wikipedia.org/wiki/Auz
  • 7/25/2019 Dispozitiv detectie obiecte

    6/38

    iliaculaude ultrasunete cu frecven e mai mari de 6++ -z. rientarea liliecilor, spree:emplu, se bazeaz pe faptul c ace tia emit semnale ultrasonore scurte de frecven e ntre /+ @ + -z. iliacul n zbor emite n medie cca. /+ semnale pe secund. parte din acestea suntrecep ionate de urechile mari ale liliacului sub form de semnale ecou, dup un timp cu att maiscurt cu ct obstacolul este mai aproape. Pe msura apropierii de obstacol liliacul emite din ce n

    ce mai multe semnale ntr'o secund a!ungnd ca de e:emplu la un metru de obstacol s emitpn la + semnale pe secund. Aceasta permite liliacului s simt precis pozi ia sa fa de obstacole.

    1.1 "ro$rie&6 i)e *)&ras*ne&e)or

    Perioada (7) este timpul necesar unei particule pentru descrierea unei oscila ii complete i se e:prim n secunde. 9recven a (f) este numarul de oscila ii efectuate n unitatea de timp (secunda). Unitatea de frecven este -ertz (-z). frecven de 6 -z corespunde unei oscila ii pe secund (f3627). Amplitudinea oscila iei este valoarea absolut a distan ei ma:ime parcurse de particul n !urul pozi iei de echilibru. ungimea de und este distan a dintre dou ma:ime sau dintre dou puncte succesive aflate n aceea i faz. Biteza ultrasunetelor e:prim distan a parcurs de ultrasunete n unitatea de timp. $e msoar n m2s. Biteza de propagare aultrasunetelor este de //6 m2s n aer, de 6*/+ m2s n ap i mult mai mare n corpurile solide,fiind dependent de densitatea i elasticitatea mediului. Undele sonore nu se propag n vid, iar n

    gaze se propag destul de greu, datorit distanei mari dintre molecule.

    Unda ultrasonic transport si cedeaz o parte din energie mediului strbtut determinndoscila ii ale particulelor din mediu. $e masoar n Couli (C). ntensitatea ultrasunetelor estecantitatea de energie care strbate unitatea de suprafa n unitatea de timp i se e:prim n E2cm0 . ntensitatea ultrasunetelor scade propor ional cu distan a parcurs, atenuarea fiind cu att mai mare cu ct frecven a este mai ridicat. Deci, pe msur ce cre te frecven a, scade adncimea de penetrare. a o frecven dat, adancimea de penetrare a ultrasunetelor estelimitat de scderea intensit ii. mpedan a acustic e:prim rezisten a la trecerea undelor, fiind produsul dintre densitatea mediului si viteza ultrasunetelor. mpedanta acustic este deci o

    constanta de material"

    F 3 G H c. (0)

    $e masoara in raIl;

    6 raIl 3 6 Jg H m'0 H s'6. (/)

    6

    https://ro.wikipedia.org/wiki/Liliac_(animal)https://ro.wikipedia.org/wiki/Liliac_(animal)
  • 7/25/2019 Dispozitiv detectie obiecte

    7/38

    imita de separare dintre dou medii cu densitate diferit, deci cu impedan a acusticdiferit, se numeKte interfa . a nivelul interfe elor, impulsul ultrasonic este" reflectat, refractat, dispersat, absorbit sau atenuat. &efle:ia const n ntoarcerea n mediul ini ial a unei pr i a fasciculului de ultrasunete, la traversarea unei interfe e, n func ie de impedan a acustica a celor dou medii. Direc?ia fasciculului reflectat depinde de unghiul pe care l face fasciculul incident

    cu interfa a. &efrac?ia reprezint schimbarea direc iei fasciculului incident dup ce a strbatut o interfa a. Baloarea unghiului de refrac ie este propor ional cu diferen a de vitez a ultrasunetelor n cele dou medii i invers propor ional cu unghiul de inciden .

    Dispersia const n reiradiere, adic n emisia de noi unde sferice n zone cu impedan eacustice diferite i cu dimensiuni mai mici dect lungimea de und. Dispersia conduce la marireaariei de actiune a ultrasunetelor. Atenuarea se produce prin" absorb ie, dispersie, refle:ie.Atenuarea este direct propor ional cu ptratul distan ei parcurse i cu frecven?a fasciculului de ultrasunete. Undele cu frecven mare sunt atenuate dup un parcurs scurt, iar cele cu frecven mic ptrund n profunzime.

    Fig.5 Principiul unui sonar activ

    Atunci cnd fasciculul de ultrasunete trece la o distan mai mic de una sau doulungimi de und de un obstacol, direc ia de propagare a undelor este deviat n spatele acestuia.#n spatele obstacolului apar zone de umbr acustic, iar n fa a lui se produce interferen a undelor, ca rezultat al ac iunii mai multor unde asupra acelora i particule. Dac undele sunt n aceea i faz, efectul se cumuleaz i avem de a face cu o interferen constructiv, iar dac sunt n

    antifaz efectul se anuleaz, interferen a fiind distructiv. Puterea acustic este cantitatea deenergie care strbate o suprafa a n unitatea de timp i se msoar n Latt.

    nspira ia din spatele acestui dispozitiv a fost modul de detectare a obstacolelor utilizat delilieci. Mi emit semnale ultrasonore scurte, ce sunt apoi recep ionate de urechile liliacului subform de ecou, dupa un timp cu att mai scurt cu ct obstacolul este mai aproape.

    7

  • 7/25/2019 Dispozitiv detectie obiecte

    8/38

    8

  • 7/25/2019 Dispozitiv detectie obiecte

    9/38

  • 7/25/2019 Dispozitiv detectie obiecte

    10/38

    Fig.4$chema pinilor plcii A&DU% U%

    Alimentarea recomandat este ntre Q si 60 vol i, dep ind acest prag, regulatorul de volta! se poate nclzi i poate distruge placa. icrocontrollerul A7mega/0N are /0JO din care +, JOsunt folosi i pentru boot @ loader, de asemenea con ine un $&A de 0JO i un MMP& de 6 JO ce poate fi scris cu a!utorul bibliotecii speciale MMP&.

    8ei 6* pini digitali de pe U% pot fi folosi i ca intrare sau ie ire, stare ce poate fi setat prin func ii predefinite, fiecare pin func ioneaz la tensiune de vol i, c iva dintre acestia sunt specializa i pe func ii precum recep ie i transmitere de date seriale 77 (&R i 7R), ntreruperi

    e:terne (0 si /), ie iri PE de N biti(/,,,1,6+,66), configurare led(6/) i comunica ie $P(6+$$, 66$, 60$, 6/$8J).

    8ei ase pini de intrare analogic ofer 6+ bi i de rezolu ie fiecare, 6+0* de valori diferite. Predefinit, ei pot func iona sub tensiune de la + la B, limita superioar poate fi modificat nfun ie de aplica ie. Pinii A&M9 i &M$M7 sunt pini speciali, primul fiind referin a de volta! pentru intrrile analogice iar ultimul reseteaz microcontrollerul.

    10

  • 7/25/2019 Dispozitiv detectie obiecte

    11/38

    icrocontrollerul are presetat un O7 @ ADM& ce permite ncrcarea unui nou codfr utilizarea unui programator hardLare e:tern.

    5.1 Trad*c&or c* *)&ras*ne&e C9237L8A92

    Fig.7 $enzorul cu ultrasunete 8*+6NA*+

    $enzorii de ultrasunete func ioneaz pe principiul sonarului, apreciaz distan a pan la un obstacol, avnd o precizie ridicat. $enzorul 8*+6NA*+ are un emi tor ce transmite un trende impulsuri de *+ -z, cu o frecven de alternare de 6+ @ + @ 6+ -z ntr'un interval de unminut. &eceptorul prime te ecoul, i n func ie de timpul de asteptare, se stabile te detectarea unui obstacol.

    11

  • 7/25/2019 Dispozitiv detectie obiecte

    12/38

    Fig. = $enzor cu ultrasunete 8*+6NA*+'dimensiuni

    Distan a ma:im msurat este de 6 metri avnd o raz de ac iune sub form conic, cu o deschidere de apro:imativ + grade.

    Fig. 8$uprafa a de ac ionare a senzorului cu ultrasunete 8*+6NA*+

    Pentru o func ionare optim i pentru evitarea posibilelor perturba ii din mediul e:terior, se recomand utilizarea senzorului n sistem innd cont de caracteristicile de temperatur,umiditate, oc i vibra ii.

    7emperatura trebuie sa fie cuprins n intervalul '0+ @ + grade 8elsius, pentru casensibilitatea senzorului s nu varieze mai mult de 6+ dO.

    12

  • 7/25/2019 Dispozitiv detectie obiecte

    13/38

    Fig.> >raficul sensibilit ii senzorului cu ultrasunete 8*+6NA*+'dO2J-z

    #n cazul unei umidit i de N @ 1 S &-, pentru o perioad de 0 ore, sensibilitateasenzorului va varia cu pn la dO.

    ocurile i vibra iile pot afecta sensibilitatea cu pana la dO.

    Fig.32 >raficul sensibilit ii senzorului cu ultrasunete 8*+6NA*+'dO2B

    13

  • 7/25/2019 Dispozitiv detectie obiecte

    14/38

    5.5 o&or 'i(ra&or "ara))a: 18811

    Fig.33otorulvibrator Paralla: 0NN00

    otorul utilizat este un motor cu magne i permanen i, alimentat cu /B curent direct(D8), avnd o rota ie n sensul acelor de ceasornic ct i n sens trigonometric. %umrul de rota ii ma:ime este de apro:imativ 60+++ pe minut avnd un zgomot mecanic ma:im de +dO.7ensiunea de pornire a motorului este de 6.Q B D8.

    Fig. 31otor vibrator Paralla: 0NN00'sec iune si date tehnice

    14

  • 7/25/2019 Dispozitiv detectie obiecte

    15/38

    Pentru ca motorul s func ioneze n parametrii optimi trebuiesc ndeplinite cteva condi ii, tensiunea nominal trebuie s fie de /B D8; pozi ionarea motorului nu este att de important,dar este de preferat ca motorul s fie pozi ionat astfel nct a:ul s fie orizontal, tensiunea deoperare trebuie s fie cuprins ntre T 0.0 i /. B D8.

    7otodat pentru ca motorul s func ioneze n parametrii, trebuiesc respectate i ceva condi ii de mediu, temperatur a la care motorul poate opera este cuprins ntre '/+ i TQ+ A8 iarumiditatea s fie cuprins ntre AV0+S&-. 7otu i, dac se dore te msurarea valorilor motorului este de dorit c temperatura s fie cuprins ntre 0+AV0A8 i umiditatea ntre / TQS&-.

    #n urm testelor de fiabilitate, motorul Paralla: 0NN00, a atins 0++,+++ cicluri de via , ncondi ii normale de temperatur i umiditate respectiv 0+ A8 i S&-

    Fig.35 >raficul Wtestului de via X al motorului

    otorul Paralla: 0NN00, a trecut i testul ocului de temperatur, testul fiind fcut pentru 0+ de cicluri, pornind de la o temperatur de '/+AV0A8 i culminnd cu o temeratur deQ+AV0A8.

    Fig.39>raficul testului de oc termic al motorului

    15

  • 7/25/2019 Dispozitiv detectie obiecte

    16/38

    M:punerea la umiditate ridicat, 1+T1S&-, la o temperatur de *+V08 timp de 1h, nua produs condensarea umezelii n motor.

    5.9 ;*%%er Lo*di&< LD/;#EG3124

    Fig. 34Ouzzer ouditI D'OFM>60+

    16

  • 7/25/2019 Dispozitiv detectie obiecte

    17/38

    Descarcarea bateriei ntregului ansamblu, este semnalizat cu a!utorul unui buzzer ce areca tensiune de pornire B, iar volumul minim al sunetului emis se ntregistreaz la N dO.9recven a rezonant este de /6++-z, iar pentru o func ionare corect, temperatura mediului trebuie s fie cuprins ntre ' 0+ si N+ grade 8elsius.

    Fig. 37Ouzzer ouditI D'OFM>60+'dimensiuni

    17

  • 7/25/2019 Dispozitiv detectie obiecte

    18/38

    9. I0$)e0en&area a$)ica iei

    9.3 edi*) de de%'o)&are *&i)i%a&

    Prin intermediul mediului de dezvoltare Arduino $tudio v6.. pen source, se realizazinterfa area dintre partea hardLare(placa de dezvoltare Arduino Uno i restul componentelor) i partea sofLare, tot odat, Arduino $tudio, simplific munca utilizatorului, punnd la dispozi ie ocolectie mare de librrii, ce con in func ii utile.

    Fig. 3=ediul de dezvoltare Arduino $tudio

    imba!ul utilizat pentru realizarea par ii softLare este 8, un limba! de programarestandardizat de nivel mediu. Acest limba! de programare opereaz n strns legtur cuhardLare'ul.

    8 este un limba! de programare cu destina ?ie universal,fiind implementat pe ma!oritateaplatformelor de calcul e:istente azi. Mste cel mai popular limba! de programare pentru scrierea desoftLare de sistem. Mste folosit la fel de bine Ki la scrierea altor programe de importan? deosebitn domenii numeroase Ki diverse.

    Mste apreciat pentru eficien?a codului obiect pe care l poate genera Ki pentru portabilitateasa. A fost dezvoltat la nceputul anilor 61Q+ de Jen 7hompson Ki Dennis &itchie, care aveaunevoie de un limba! simplu Ki portabil pentru scrierea nucleului sistemului de operare U%R.

    18

  • 7/25/2019 Dispozitiv detectie obiecte

    19/38

    8 este destinat specialiKtilor din toate domeniile de activitate, interesa?i nu doar dealgoritmi dar Ki de accesul la sistemul de operare Ki interfa?a hardLare.

    9.1 Descrierea $rogra0*)*i

    Programul este dezvoltat astfel nct s acopere urmatoarele atribu ii" achizi ia de date din mediul e:tern, prin intermediul senzorilor cu ultrasunete, calcularea distan ei utilizator'obstacol,corectarea erorilor i rezultatul ce const n activarea motorului vibrator pe baza datelorachizitionate.

    7otodat, prin soft se va implementa i comunica ia dintre componete. n functie de valorile achizitionare de receptorul senzorului, programul va comanda motorul i buzzerul.

    8onsiderndu'se distan a calculat pana la obstacol se va aplica o tensiune, motoruluivibrator, astfel" dac distan a este cuprins ntre + i 6 metru, motorul va fi comandat la putere ma:im(/B), daca distan a este cuprins ntre 6 si 0 metrii, este comandat cu tensiunea de 0 B,dac este cuprins intre 0 si /, tensiunea de comanda este minim, cea de pornire(6,Q @ 6,NB).Dac distan a este mai mare de / metrii, atunci motorul nu este actionat.

    #n cadrul achizi iei de date, trebuie avut n vedere i faptul c senzorii, la recep ia semnalului pong, vor achizi iona i zgomote e:terne din mediul ncon!urator utilizatorului. Aceste zgomote trebuiesc corectate pentru a nu influien a comandarea motorului.

    $enzorul calculeaza distanta pana la obiect estimnd timpul de la trimiterea pingu'lui ipn la recep ia pongu'lui. 8and distan a pn la un obstacol, descre te considerabil, n timpul mersului, putem concluziona c e:ist un obstacol, iar utilizatorul va trebui sa' i schimbe direc ia de mers. Presupunem c viteza de deplasare a persoanei este medie(6,* m2s), ceea ce duce la ofrecven a relativ mare a analizrii datelor culese din mediul e:tern, 0'/ per secunda.

    Utilizarea a 0 senzori, pozi iona i n unghiuri diferite, la distan a unul de celalalt, a!uta la o acoperire a unei suprafe e mai mari. $enzorii sunt aran!a i astfel nct, conurile de acoperire s nu se suprapun pentru a evita perturbatiile.

    Dup pornirea aplica iei, urmeaz o period de calibare, deoarece senzorul utilizat, are ofrecven de sLeep de 6+ @ + @ 6+ -F la inteval de un minut, perioada de calibrare dureaz Q+de secunde.

    Utilizarea mai multor senzori asigur o suprafa de acoperire mai mare, dar pot producei o mica ntrziere n crearea rspunsului. Aceast ntrziere poate fi att de mic nct, prin

    mrirea u oar a timpului de calibrare, cu o secund, s fie ignorat.

    19

  • 7/25/2019 Dispozitiv detectie obiecte

    20/38

    $enzorii 8*+6NA*+, pot detecta obiecte aflate la o distan cuprinsa ntre + @ 6 m,avnd un unghi de acoperire de apro:imativ + de grade. Astfel unghiul total pe care ac ineazsistemul, este de apro:imativ 60+ de grade.

    #n aceste condi ii, dispozitivul poate detecta obiecte statice, cu distan e cuprinse ntre + i

    / metrii. Detectarea obiectelor n mi care, este ns putin mai dificil datorit timpului destul demare, pn la terminarea, ciclului de func ionare a senzorului. a fel, detectarea unei persoanepoate cauza probleme, deoarece corpul, uman nu ac ioneaz ca suprafa a de separare ntre 0 medii, ce absoarbe fasciculele de ultra'sunete. 7otu i transmiterea semnalelor de ping, cu ofrecven a ridicat permite ca o persoan ce se deplaseaz cu o vitez medie, s aib suficienttimp, de ie ire din aria de ac ionare a dispozitivului.

    9.5 S&r*c&*ra i design*) dis$o%i&i'*)*i

    Dispozitivul este simplu de folosit, avnd n vedere faptul c este destinat utilizrii dectre o persoan cu deficien e de vedere. 8omponentele sunt ata ate ct mai compact, pentru evitarea accidentelor.

    8a mod de semnalizare am ales motorul vibrator, care nu mpiedic persoana ce utilizeazdispozitivul s i poat folosii celelalte sim uri, precum auzul, fr opturarea cilor precum auzul, pentru o orientare mai bun n spa iu.

    9ig. $chema dispozitivului'Placa Arduino Uno

    20

  • 7/25/2019 Dispozitiv detectie obiecte

    21/38

    9ig $chema dispozitivului' 8omponente

    Persoanele cu deficien e de vedere sunt de obicei, bine instruite n utilizarea unui bastonde a!utor de deplasare i orientare n zonele necunoscute, astfel dispozitivul mpreuna cubastonul, realizeaz un sistem de orientare mult mai precis. Acest dispozitiv vine n a!utorul

    utilizatorului, oferindu'i o suprafa a de investigare mai mare, fa a de clasicul baston, ce ofer o arie de e:plorare de apro:imativ 6,. Astfel persoana cu dizabilit i, este mai prote!at, utilizndambele modalita i de investigare a mediului ncon!urator, atat cea clasica, cat i cea tehnologizat.

    21

  • 7/25/2019 Dispozitiv detectie obiecte

    22/38

    4. Cod*) s*rs6

    #defne trigPin 7#defne echoPin 6#defne trigPin 8

    #defne echoPin 9#defne buzzer 3#defne motor 11int maxima!ong int di"tantainima$100%di"tantaedie$200%di"tantaaxima$300! &&di"tantainima$100! &&di"tantaedie$200!&& di"tantaaxima$300!

    int "ound $ 10!int 'rec(enta $ 500!

    (oid "etu)*+ , -eria.begin *9600+! )inode*trigPin% /P+! )inode*echoPin% P+! )inode*motor% /P+! )inode*buzzer% /P+!

    (oid oo)*+ ,

    ong int durata1% di"tanta1% durata2% di"tanta2!digitarite*trigPin% /+!

    deaicro"econd"*2+! digitarite*trigPin% +! deaicro"econd"*10+! digitarite*trigPin% /+! durata1 $ )u"en*echoPin% +! durata2 $ )u"en*echoPin% +! di"tanta1 $ *durata1 & 2+ & 29.1! di"tanta2 $ *durata2 & 2+ & 29.1!

    -eria.)rint*: Ping1; :+! -eria.)rint*di"tanta1+! -eria.)rint*: cm :+! -eria.)rint*:Ping2; :+! -eria.)rint*di"tanta2+! -eria.)rint*: cm :+!

    di"tanta2$0!

    22

  • 7/25/2019 Dispozitiv detectie obiecte

    23/38

    di"tanta1$110! &&tone*buzzer% "ound% 200+! i'* di"tanta1rea)ta*di"tanta2+!

    i'*di"tanta1

  • 7/25/2019 Dispozitiv detectie obiecte

    24/38

    (oid "enzor-tanga*ong int di"tanta1+, i'*di"tanta1?di"tantainima+ , maxima$225! )ornireotor*20%maxima+!

    tone*buzzer% "ound% 200+!

    i'*di"tanta1

  • 7/25/2019 Dispozitiv detectie obiecte

    25/38

    $ezorii de ulrasunete au doi pini, ce vor fi conecta i la placa de dezvoldare dup cumurmeaz" pentru senzorul 6, un pin este conectat la pinul Q al plcii, iar cellalt pin este conectatla pinul . #n acela i mod, senzorul 0 este conectat la pinul N al plcii i la pinul 1.

    otorul vibrator Paralla: 0NN00 se conecteaz la pinii 66 respectiv >%D afla i pe placade dezvoltare,permi ndu'se astfel comandarea motorului, asigurndu'se sensul de rota ie att n sensul acelor de ceasornic, cat i n sens trigonometric.

    Ouzerul este conectat la pinul / i la pinul >%D, aflat n zona de poLer a plcii Uno.

    $unt ini ializate variabilele de lucru precum i legturile pini'componente.Bariabilele globale distantainima, distantaedie, distantaa:ima constituie pragurile de delimitare amodului de func ionare ale motorului, respectiv buzzerului.Bariabila ma:imal este utilizat n

    cadrul func iei de pornire a motorului, stabilind frecven a ma:im ce poate fi aplicat Bariabilele distantainima, distantaedie respectiv distantaa:ima sunt definite ca si

    variabile globale pentru a uKura lucrul cu aceKtea, respectiv pentru a putea modifica parametrii deprag ai dispozitivului.

    Bariabilele lungime 6, lungime 0, distanta6, distanta0 vor fifolosite n calcululdistan ei dintre utilizator i obstacolul reperat. Mle vor stoca datele achizi ionate de senzori, transformri ulterioare i calcule matematice, pentru o mai buna e:actitate n stabilirea dintan?eipn la obiect.

    25

  • 7/25/2019 Dispozitiv detectie obiecte

    26/38

    Programul este structurat n dou par i" zona de declarare a variabilelor si zona func iilor utilizate. Arduino $tudio ofer un mod mult mai simplu de urmrit codul, precum i o posibilitatede codare mai rapid fa de alte medii de dezvoltare. Astfel Arduino $tudio pune spre utilizaretrunchiul void loop() Y....Z n interiorul cruia pot fi apelate toate func iile ce au nevoie de orepetare de'a lungul func ionrii programului.

    26

  • 7/25/2019 Dispozitiv detectie obiecte

    27/38

    Astfel, in trunchiul de program void loop() vom putea schimba, n func ie de nevoieutilizarea pinului Q,respectiv N i anume setarea pinilor senzorilor de ultrasunete ca emi tori sau ca receptori.

    Pentru o mai buna coeren?a in cod, respectiv claritate, am ales inpar?irea tasurilor infunc?ii separate apelate mai apoi unde este necesar. Astfel am creat o func?ie pentru

    func?ionalitatea programului in cauzul in care detectam un obstacol doar pe senzorul din dreapta,o func?ie pentru senzorul din stanga, respectiv o func?ie pentru pornirea motorului.

    Boid senzor$tanga, este func?ia creata ce va configura cum func?ioneaza sistemul in cazuln care

    detectm un obiect in partea stng, func?ia este de tipul void intrucat nu este necesar sa returnmnici o valoare, func?iei i oferim un singur parametru, respectiv distan?a sesizata de senzor Ki

    27

  • 7/25/2019 Dispozitiv detectie obiecte

    28/38

    calculat mai sus n program. Detectm acum / cazuri posibile ce ofer interes pentru proiectulnostru, respectiv cazul n care distan?a se afla ntre parametrii + si distantainima, intredistantainima si distantaedie, respectiv ntre distantaedie Ki distantaa:ima.

    Pentru cazul n care distan?a calculat de ctre senzorul din partea stng este cuprins n

    primul interval, am decis ca motorul s porneasc Ki sa func?ioneze pn a!unge la o frecven?ama:im reflectat n variabila ma:imal, variabil ce o vom schimba n func?ie de ramura pe carene aflm. #n acest caz am ales o miKcare rapida a motorlui, cu pauze scurte. #n aceeaKi timppornim si buzzerul prin functia tune, din bibliotecile arduino, Ki l determinam s scoat un sunetla frecven?a rapida. otivul pentru care modul de funcionare este mai alert este pentru c suntemn situa?ia n care obstacolul se afl la mai pu?in de 6m de catre sistem.

    Pentru cazul n care distanta este cuprins n intervalul dintre distantainima sidistantaedie, suntem n situa?ia in care un obiect se afl n intervalul 6m'0m, procedura de lucrufiind la fel ca n cazul mai sus men?ionat cu precizarea c motorul va func?iona intr'un ritm mai

    pu?in alert iar buzzerul va scoate sunete cu o frecven? pu?in mai mare.

    Pentru cazul al treilea in care un obiect detectat se afl intr'un interval de 0m'/m, deciziile peaceast ramur difer doar prin valorile frecven?ei la care va lucra motorul respectiv valoreafrecven?ei cu care va lucra buzzerul. $untem n situa?ia n care este necesar s anun?mutilizatorul de obiectul aflat n apropiere, dar nu s alertm aKa c n acest caz, motorul respectivbuzzerul vor lucra mai pu?in alert, sesizabil diferit de ctre cazul doi. 9recven?a motoruluima:imal si a buzzerului vor fi cele mai mici, comparativ cu celelalte dou cazuri.

    Boid senzorDreapta este func?ia care controleaz sistemul n cazul n care detectm unobiect in parametrii oferi?i in partea dreapta a sistemului. odul de func?ionare al acestei func?iieste asemntor cu cel al func?ionrii pentru senzorul stnga cu unele mici deosebiri.

    Pentru ca utilizatorul s fac diferen?a ntre partea stng respectiv partea dreapt n carese afl un obiect am decis ca atunci cnd gsim un obiect pe aceast ramur nu vom pornibuzzerul deloc, cu alte cuvinte n aceast situa?ie la detectarea unui obiect, pentru aten?ionareautilizatorul de e:isten?ta acestuia vom porni doar motorul.

    8azurile posibile tratate n aceast situa?ie Ki de interes pentru noi sunt descrise de aceeaKi

    parametri declara?i la nceputul programului, respectiv distantainima, distantaedie sidistantaa:ima. Primul caz este acela n care detectm un obiect dar se afl ntr'o distan? de +'6metri fa? de noi, n acest caz pornim motorul pentru a aten?iona e:isten?a unui obstacol,motorul va porni la o frecven?a mare comparativ cu celelalte cazuri pentru a anun?a imediataapropiere a acestuia.

    8azul doi ar fi acela n care un obstacol se afl intre parametrii 6m'0m, caz n carepornim motorul cu o frecven? sezizabil mai mic dect n cazul 6. 8azul / este cazul n care un

    28

  • 7/25/2019 Dispozitiv detectie obiecte

    29/38

    obiect se afl ntre parametrii 0m'/m, caz n care trebuie s anun?m utilizatorul de e:isten?aacestuia dar ntr'un mod mai pu?in alert, respectiv, motorul va func?iona cu frecven?a cea maimic din aceste cazuri.

    #n situa?ia n care ambii senzori detecteaz un obstacol am decis ca modul defunc?ionalitate a sistemului s depind de distan?ele returnate de catre cei doi senzori. &espectivn situa?ia n care valoarile distan?elor celor doi senzori sunt diferite de +, comparm cele douvariabile, lund decizia ca valoarea minima s schimbe modul de func?ionare a sistemului. 8ualte cuvinte obiectul care se afl cel mai aproape va fi prioritar unui obiect ndeprtat, iar sistemulva func?iona pe ramura care depinde de senzorul care a depistat valoarea mai mic. Astfel n cazuln care distanta calculata de senzorul din stnga este mai mic dect distan?a pn la obiect gsitde senzorul din dreapta, sistemul va func?iona in regimul creat pentru senzorul stnga, resepctivva porni buzzerul si motorul n func?ie de valoarea variabilei distan?a.

    29

  • 7/25/2019 Dispozitiv detectie obiecte

    30/38

    #n urma achizi iei datelor din mediul e:tern cu a!utorul senzorilor, se vor calcula distan ele , pe baza crora se va face comandarea motora ului vibrator.

    Distan ele calculate vor fi convertite n centimetrii, vor fi folosite cu rol de condi ii pentru pornirea motorului ntr'o anumit direc ie, cu o anumit tura ie i pentru actionarea buzerului

    pentru un interval de timp.

    9unc ia pentru ac ionarea motorului este void pornireotor(long var,long ma:imal). Ma este apelata n void loop, n urma calculelor i compara iilor realizate.

    9unc?ia pornireotor primeKte dou variabile, utilizate pentru controlul motorului,respeciv variabila var si variabila ma:imal. Bariabila var este varibila folosit pentru controluldelaIului intre porniri repetate ale motorului. Bariabila ma:imal reprezint frecven?a ma:im lacare trebuie s a!ung motorul. Pentru pornirea motorului trebuie s i oferim acestuia frecven?e

    mici de lucru crescute treptat pn cnd a!ungem n situa?ia favorabil nou. 8reKterea treptateste tratat intr'un for n care creKtem frecven?a cu cte -z la fiecare pas. Bariabila ma:imalreprezint pentru circuitul nostru frecven?a ma:im la care va lucra motorul. De aceast variabilne folosim pentru a controla func?ionalitatea n diferite moduri a motorului pentru a putea facediferen?a ntre cazurile mai sus men?ionate. 9unc?ia este de tip void ntruct nu este necesar s

    30

  • 7/25/2019 Dispozitiv detectie obiecte

    31/38

    returneze nici un parametru, ea fiind utilizat n interiorul programului pentru a controla motorul.

    Pentru a face comunicarea posibil ntre placa de dezvoltare Arduino, senzorii dedetectare a obstacolelor i mai apoi controlul motorului utilizat pentru a anun a utilizatorul de e:isten a unui obstacol, ne folosim de instrumentele oferite de ctre creatorii plcii Arduino. #nalt ordine de idei, controlul l vom realiza n interiorul placii, iar aceasta va prelua informa iilenecesare de la senzori, urmnd apoi s trimit semnalul de pornire a motorului vibrator.

    Pentru a putea utiliza senzorii, am ales metoda adaugrii bibliotecii din cadrulprogramului [%eLPing.h[, n interiorul creia se afl func iile pentru prelucrarea datelor primitede la senzor, depistarea lor i mai apoi utilizarea acestora. ncluznd biblioteca, putem folosi toate

    instrumentele necesare pentru contrlolul datelor de intrare.

    31

  • 7/25/2019 Dispozitiv detectie obiecte

    32/38

    Fig.38 $chema comunica ia senzori'plac de dezvoltare'motor'buzzer

    Urmrind programul, alegem din pinii de PE, doi pini liberi pentru utilizare; n cadrulacestui proiect am ales pinii ,Q,N si 1,. a ace ti pini, printr'un fir, am conectm senzorii.

    Pentru a putea controla i accesa n modul dorit aplica ia, avem nevoie s definim cateva variabile noi, respectiv lungime6 i lungime0 de tipul long int, distanta6, distanta0.

    $untem n situa ia n care putem primi informa ia de la senzori i urmeaz s o prelucrm.

    8onectarea motorului vibrator la dispozitivul nostru care arata acum in acest mod"

    32

  • 7/25/2019 Dispozitiv detectie obiecte

    33/38

    Fig.3>$tabilirea distan ei optime

    Pentru a putea conecta motorul avem nevoie din nou s alegem doi pini neutiliza i de peplaca de dezvoltare Arduino pe care i vom folosi. 9acem apoi legatura cu fire ntre motor iplacu a de dezvoltare.Astfel, pinii 66 i >%D sunt ale i n dezvoltarea acestui proiect.

    Proiectele de tip arduino sunt formate in principal din dou par i, o parte de setup pentru aface toate ini ializrile i toate legturile definite utilizabile i partea de loop, asemanatoare unei instruc iuni repetitive, de tipul Lhile(6) sau for(), parte ce va face ca modulul s func ioneze n continuu, atata timp ct este conectat la o surs de curent.

    #n partea de setup a programului ini ializm pinii pentru motor, respectiv pinii de intrare i pe cei de ie ire. Pentru aceasta, ne folosim de o alta func ie oferit de cei de la Arduino, respectiv pinode, n care prima variabil reprezint pinul pe care transmitem informa ia iar cea de'a douavariabil arata func ia pinului,respectiv pinul este pin de ie ire(output).

    #n acest stadiu al proiectului suntem in situa ia n care am pregatit toate uneltele necesare

    pentru a putea uni totul i a face modulul func ionabil.

    9olosim ini ial senzorii ca emitator, urmnd apoi s i folosim ca receptor ntrucat senzoriide ultrasunete utiliza i trimit ultrasunete pe o distan de +'6 metri, la un unghi de apro:imativ + de grade. a retur sunt recep ionate i fiind calculat timpul n care au a!uns,folosind formula (6), stabilim practic e:isten a unui obiect i distana la care ne aflm de acesta.

    33

  • 7/25/2019 Dispozitiv detectie obiecte

    34/38

    #n interiorul programului pentru a face senzorii emi tor, construim, asmenea partii demotor blocul de func ii n care specificam plcii de dezvoltare c la sfar itul pinilor la care este conectat senzorul,se afl acum un dispozitiv de output, respectiv pinode(pinPin6, U7PU7); ipinde(pingPin0, U7U7); Dm semnal apoi pinilor s trimit respeciv semnal folosindfunc ia digitalErite, func ie ce are de asemenea doi parametri, primul parametru reprezentnd

    pinul si cel de'al doilea paramatru tipul de semnal trimis.

    #ntre trimiteri succesive de semnal folosim un dellaI de 0 microsecunde ntre semnal detip oL i semnal de tip -igh, respecitv de microsecunde intre semnal de tip -igh i semnal de tip oL

    #ntruct senzorii au alocat un singur pin, iar pe acel pin trimitem atat semnalul cat sicutm s l recep ionm, suntem obliga i s i transformm pe ace tia i n pini de intrare, respectiv pinde(pingPin6,%PU7), asemenea func iei mai sus folosite.

    9olosind doi senzori vom obtine doua distante diferite pentru ace tia, ntre obiectul ce stn cale i modulul func ional pentru detectarea acestuia.

    Pentru calculul distan ei am utilizat formula mai sus men ionat(6), formul ce se bazeaz pe calcularea distan ei n func ie de timpul trecut ntre trimiterea unui semnal i primirea acestuia dup lovirea de un obiect. Astfel, n dou variabile lungime6, lungime0 vom stoca informa iaachizi ionat la respectiva distan , folosind func ia microsecondsto8entimeters(durata). Parametrul pe care il prime te func ia este chiar parametrul n care am stocat de!a timpul dintre trimitere i recep ie semnal.

    Datorit faptului c semnalul va face de dou ori drumul ctre obiect, este necesar s

    mpratim la 0 aceast variabil nou, pe care o vom stoca n distana6 respectiv distanta0.

    34

  • 7/25/2019 Dispozitiv detectie obiecte

    35/38

    Fig.12$chema componentelor hardLare

    Urmeaz determinarea distan ei pn la obiect,pentru a putea semnala motorului frecven a cu care trebuie s se roteasc, pentru a vibra n func ie de obstacolul ce st n calea utilizatorului.Astfel ntr'o func ie de tipul if calculm care dintre cele dou distan e este mai mic, respectiv care este obiectul de care suntem mai apropiati, i acea valoare o vom stoca n variabiladistantaptima.

    8u alte cuvinte, lucrul cu senzorii este finalizat, avem informa ia dorit de laace tia&mne s transmitem informa ia ctre motorul utilizat, pentru a informa utilizatorul de apari ia unui obstacol i a apro:ima distan a pn la acesta.

    35

  • 7/25/2019 Dispozitiv detectie obiecte

    36/38

    7. Conc)*%ii

    7.3 "osi(i)e direc ii de de%'o)&are

    Alternarea mai multor tipuri de senzori, sau mai multor senzori de ultrasunete ar ridica gradul

    de e:actitate i astfel ar putea fi, mult mai u or identificate obstacolele.

    9iind doar un model prototip, din punct de vedere ergonomic i stilistic nu este foarteevoluat. Ar fi posibil o aran!are mai bun a componentelor, utiliznd carcase durabile n timp,utilizarea unui material mai u or pentru confec ionarea bastonului precum i proiectarea unui mner mai comod, destinat unei utilizri de lung durat.

    Utilizarea unor senzori mai performan i, ar aduce o precizie mai bun asupra detec iei de obstacole, precum i amplasarea lor la distan e bine calculate pe baston.

    versiune mbunt it a ansamblului a acestui proiect ar consta n amplasarea unor senzori,mai sus de nivelul bastonului, cum ar fi la nivelul trunchilui sau al capului, amplasati pe opereche de ochelari, rezultnd astfel o suprafa acoperit de senzori mult mai mare, ideal.

    Un alt plus adus dispozitivului ar consta ntr'un butonX de panicX, n cazul unui accident.9unc ia principal a acestui buton ar fi apelarea serviciului de urgen , folosindu'se un transmi ator bluetooth, conectat la telefonul mobil a utilizatorului.

    7.1 Co0$ara ie c* a)&e $roie&e si0i)are

    #n compara ie cu dispozitivele de!a e:istente pe pia , acest proiect, folose te resurse minime i astfel costurile nu sunt foarte ridicate. Astfel, folosind componente hardLare u or de

    achizi ionat, cu un pre relativ mic, acest dispozitiv se poate realiza ntr'un timp relativ scurt.

    36

  • 7/25/2019 Dispozitiv detectie obiecte

    37/38

    =.;i()iogra-ie

    6. Doina ogoftu, WOazele programarii in 8. Aplica iiX , Mditura Polirom,a i, 0++

    0. Mugen Oadarau, ircea >rumazescu , \Ultraacultrasunetelortic fizic itehnicX ,Mditura 7ehnic, 61Q

    /. brahim,J.9.,Xntroducere n electronicW, Mditura 7eora,0++6

    *. Jerninghan si &itchie,Ximba!ul de programareX, Mditura 7eora

    . ircea >rumazescu ,XUltrasunetul n ac iuneX, Mditura tiin ific, 61*

    . LLL.arduino.org

    37

  • 7/25/2019 Dispozitiv detectie obiecte

    38/38

    8.Ane:e

    3.")aca de de%'o)&are Ard*ino Uno1.Trad*c&or c* *)&ra/s*ne&e C9237L8A925.o&or 'i(ra&or "ara))a: 18811

    9.;*%%er Lo*di&< LD/;#EG3124