Навигационный прибор для слабовидящих и незрячих людей

Актуальность

Зрение – бесценный дар, с помощью которого человек может воспринимать мир. Но к сожалению, не все люди могут пользоваться этим «даром». Многие теряют зрение в течение жизни, а кто-то и вовсе рождается слепым. На данный момент с этой проблемой помогают справиться собаки-поводыри, белые трости, шрифт Брайля.

Очевидно, что для более комфортного ощущения себя в пространстве людям с ограниченными возможностями по зрению необходимы дополнительные устройства, способные сканировать местность и сообщать о препятствиях с помощью голосового помощника или вибрации. Созданием подобных устройств и приспособлений сейчас занимаются фирмы, производители реабилитационного оборудования.

Цель

Создать простой компактный прибор для слабовидящих и незрячих людей, способный упростить их передвижение в пространстве.

Задачи

1. Изучить способы взаимодействия слепых людей с миром.
2. Изучить язык программирования микроконтроллера Arduino.
3. Изучить принципы работы ультразвуковых и лазерных измерителей расстояния.
4. Написать программу по считыванию информации, полученной от ультразвуковых и лазерных датчиков, и передаче её человеку с помощью вибрации.
5. Собрать устройство и провести его испытание.

Оснащение и оборудование, использованное при создании работы

• Микроконтроллер Arduino Nano
• Ультразвуковой дальномер
• Лазерный сенсор
• Вибромотор
• Преобразователь напряжения
• Модуль зарядки
• Аккумуляторная батарея
• Пластиковый корпус
• Ремешки и мешочек для вибромотора
• ПК с установленным программным обеспечением
• Паяльник
• Микросхемы и провода

Описание

Вся работа над проектом было разбита на этапы.

1. Подготовительный – изучали проблемы незрячих людей и их способы взаимодействия с миром, необходимый теоретический материал по возможностям микроконтроллера Arduino и языку его программирования, способы измерения расстояния с помощью ультразвуковых и лазерных дальномеров, нашли оптимальный способ передачи полученной прибором информации человеку.
2. Аналитический – анализировали аналоги навигационных приборов для людей с нарушением зрения и выявили их недостатки.
3. Моделирование – разработали схему и алгоритм работы устройства, дизайн.
4. Практический – с учётом собранной информации написали программу, собрали все компоненты и провели испытание получившегося прибора.

Проведённый анализ представленных на современном рынке аналогов навигационных приборов для слабовидящих и незрячих людей показал, что существует достаточно много хороших устройств, но всё же они имеют ряд следующих недостатков.

1. Высокая стоимость;
2. Сложности при использовании (некоторые приборы требуют прохождения специальных обучающих курсов или обязательное подключение к внешним устройствам);
3. Избыточность функций.

Следующим этапом стало составление алгоритма работы прибора и написание по нему программы на языке Arduino через среду разработки Arduino IDE с помощью стандартных библиотек.

Система действует в двух режимах: режим настроек и режим работы.

Режим настроек: прибор изначально готов к работе. В его программу внесены первичные настройки, при которых диапазон измеряемого до препятствия расстояния равен 1,5 м. При необходимости настройки можно изменить. Для этого понадобится подключить прибор к компьютеру с помощью USB-кабеля и внести поправки в программу, либо обратиться к специалисту.

Режим работы: устройство надевается на грудь. Для выполнения своего функционала совершает следующие шаги:

• отсканировать местность с помощью двух датчиков;
• обработать информацию;
• подать сигнал о включении вибромотору.

Принцип работы ультразвукового датчика основан на измерении времени прохождения отражённого звука, то есть звуковой сигнал отправляется в заданном направлении, затем принимается отражённое эхо и вычисляется время полёта звука от датчика до препятствия и обратно. У лазерного датчика иной принцип работы. Луч лазера, который отличается от обычного света высокой параллельностью луча, отправленного излучателем, попадает на поверхности объекта и отражается от неё под определённым углом в зависимости от расстояния до объекта. Оба датчика настроены на работу в диапазоне до полутора метров. При обнаружении препятствия на этом расстоянии происходит включение вибромотора, чем ближе расстояние до препятствия, тем чаще становятся его колебания.

Результаты работы/выводы

Навигационный прибор собран и готов к работе. Его размеры: 10*4*4; вес 230 грамм; длина крепящих ремешков регулируется.

В окружении автора нет слепых или слабовидящих людей, прибор он опробовал на себе: завязал глаза чёрной тканью и прошёл путь от дома до магазина и обратно. Все получилось, а это означает, что разработанное устройство успешно прошло тестирование.

Перспективы использования результатов работы

В дальнейшем хотелось бы усовершенствовать данную разработку новейшими технологиями: умная камера и голосовой помощник, но при этом сохранить финансовую доступность устройства. Также внедрить в свой прибор голосовой ввод для установки настроек, доработать дизайн.

Награды/достижения (в каких конкурсах и с какими результатами выставлялась ранее эта работа)

1. Международный форум научной молодёжи «Шаг в будущее» 2022 г. – лучшая работа в области биомедицинской техники;
2. Всероссийская научно-практическая конференция «Мир науки на полюсе холода» им. С. В. Обручева 2021 г. – диплом II степени.

Мнение автора

«Надеюсь, что созданное мною устройство поможет решить проблемы, с которыми ежедневно сталкиваются незрячие люди, и будет понятным в использовании. Считаю, что оно будет иметь определённый спрос на современном рынке, поскольку при его создании были учтены недостатки аналогов, кроме того, моё устройство собрано на основе бюджетных и качественных компонентов, т. е. будет доступно многим нуждающимся.

На мой взгляд, участие в городском проекте «Инженерный класс в московской школе» является важным мероприятием и позволяет школьникам впервые попробовать разработать что-то своими руками, а затем защитить свою работу перед коллегией жюри. Проект является не только интересным, но и полезным, поскольку ученик познаёт, как нужно грамотно излагать свои мысли, приводить аргументы, выступать перед публикой.

Мне очень понравилась организация открытой городской научно-практической конференции «Инженеры будущего». Эксперты секции «IT в медицине, биомедицинские технологии, медицинское приборостроение, бионика» очень внимательно слушали каждого участника и задавали интересные вопросы»