«Третий глаз» — носимое устройство помощи незрячим на Arduino

Компоненты и материалы

Компонент	Количество
Arduino Pro Mini 328 (5V/16MHz)	5
Ультразвуковые датчики расстояния (HC-SR04 или аналоги)	5
Монтажные платы (perfboard)	5
Вибромоторы	5
Пьезопищалки	5
Красные светодиоды 5 мм	5
Тумблеры (slide switch)	5
Разъёмы: женские 8-пин, мужские 40-пин	по 2
Провода-перемычки	4 набора
Пауэрбанк (5В)	1
LiPo 3.7В (для модуля на руке)	1
Резинки, липучки, клей (для ношения как бандаж/жакет)	1 комплект

Инструменты

• Паяльная станция
• Клеевой пистолет

Среда разработки

• Arduino IDE

О проекте

Первая носимая технология для слепых людей. Устройство использует ультразвуковые волны для обнаружения препятствий и уведомляет пользователя вибрацией и/или звуковым сигналом. Носится как бандаж или элемент одежды.

По данным ВОЗ, в мире ~39 млн слепых людей. Традиционная белая трость хрупка, застревает в щели, неудобна. Собака-поводырь стоит ~$42,000. Умные устройства часто громоздки и требуют долгого обучения. «Третий глаз» стоит менее $25 (~1500 руб.), носится как одежда, требует минимум обучения.

Видео

• Демонстрация работы.
• Репортаж по телевидению (малаялам).

Новизна: первое носимое устройство для незрячих, решающее проблемы существующих решений. Доступная цена, простота, ношение как одежда.

Существующие системы и их проблемы

• Белая трость: ломается, застревает в щели.
• Собака-поводырь: огромная стоимость.
• Общие недостатки (включая умные устройства): трудно нести, требуют много обучения.

Преимущества «Третьего глаза»: полностью заменяет трость, не нужно держать в руке, высокая точность, минимум обучения. Можно реализовать в виде жакет — модули не нужно надевать по отдельности. Специализированные платы и качественные датчики ускорят отклик для работы в толпе.

Тестирование с незрячим человеком

Успешные испытания с участием незрячего человека. Фото в посте учителя на Facebook. Награды: 1-е место PPT Innovation Award, 2-е место на областной ярмарке науки (Гovernment of Kerala).

Прототипирование: используемые детали

5 модулей: каждый — Arduino Pro Mini, ультразвуковой датчик, перфборд, вибромотор, пищалка, красный светодиод, тумблер, разъёмы, провода. 4 модуля питания от пауэрбанка (через USB-разъём), модуль на руке — от LiPo 3.7В. Модули крепятся на резинки/липучки: 2 на плечи, 2 на колени, 1 на руку.

Схема подключения (на модуль)

• GND светодиода, пищалки, вибромотора → GND Arduino.
• Анод светодиода и средний контакт тумблера → пин 5 Arduino.
• Анод пищалки → крайний контакт тумблера (режим звук).
• Анод вибромотора → другой крайний контакт тумблера (режим вибрация).
• Ультразвуковой датчик: VCC → VCC, GND → GND, Trig → пин 12, Echo → пин 10 (в коде пин 10, в тексте 12 — уточнить при сборке).

Тумблер переключает режим: звук или вибрация.

Сборка модулей

1. Вырезать перфборд 5×3 см, припаять женские разъёмы под Arduino.
2. Припаять пищалку.
3. Клеевым пистолетом зафиксировать вибромотор, припаять провода.
4. Припаять светодиод.
5. Припаять тумблер.
6. Припаять пин-разъёмы для ультразвукового датчика и питания.
7. Собрать схему согласно диаграмме.
8. Установить Arduino и датчик, закрепить резинки/липучки.

Модуль для руки отличается: ультразвуковой датчик подключён 4 перемычками (для гибкости), питание от LiPo 3.7В.

Код (загружается в каждый Arduino)

// VISIT: www.robotechmaker.com
const int pingTrigPin = 12;
const int pingEchoPin = 10;
int buz = 5;

void setup() {
  Serial.begin(9600);
  pinMode(buz, OUTPUT);
}

void loop() {
  long duration, cm;
  pinMode(pingTrigPin, OUTPUT);
  digitalWrite(pingTrigPin, LOW);
  delayMicroseconds(2);
  digitalWrite(pingTrigPin, HIGH);
  delayMicroseconds(5);
  digitalWrite(pingTrigPin, LOW);
  pinMode(pingEchoPin, INPUT);
  duration = pulseIn(pingEchoPin, HIGH);
  cm = microsecondsToCentimeters(duration);
  if (cm <= 50 && cm > 0) {
    int d = map(cm, 1, 100, 20, 2000);
    digitalWrite(buz, HIGH);
    delay(100);
    digitalWrite(buz, LOW);
    delay(d);
  }
  Serial.print(cm);
  Serial.print("cm");
  Serial.println();
  delay(100);
}

long microsecondsToCentimeters(long microseconds) {
  return microseconds / 29 / 2;
}

При приближении препятствия ближе 50 см частота пищания/вибрации возрастает (задержка d уменьшается). Загрузить код в все 5 модулей, включить питание.

Схемы

Схема модуля и схема питания (пауэрбанк + 4 модуля, отдельная батарея для ручного модуля) в репозитории/фото.