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UNIVERSIDADE TECNOLOGICA FEDERAL DO PARANA
DEPARTAMENTO ACADEMICO DE ELETRONICA
CURSO DE ENGENHARIA DA COMPUTACAO
ALESANDRO ALESSIIVAN DOS PASSOS
JADER ANDRE LOURENCO RIBEIRO
BENGALA ELETRONICA VIA SENSOR DE ULTRASSOM
TRABALHO ACADEMICO
CURITIBA
2010
ALESANDRO ALESSIIVAN DOS PASSOS
JADER ANDRE LOURENCO RIBEIRO
BENGALA ELETRONICA VIA SENSOR DE ULTRASSOM
Projeto apresentado a disciplina de Oficinasde Integracao II do Curso de Engenharia deComputacao da Universidade Tecnologica Federaldo Parana como requisito parcial para aprovacao.
Orientador: Joao Alberto Fabro
CURITIBA
2010
Bengala Eletronica via sensor de Ultrasssom
Monografia do projeto de Oficinas de Integracao II sob o tıtulo Bengala Eletronica via sensor
de Ultrassom, aprovada por:
Professor Orientador
Aluno 1
Aluno 2
Aluno 3
RESUMO
ALESSI,Alesandro; PASSOS, Ivan dos; RIBEIRO, Jader A. L.. Bengala Eletronica via sensorde Ultrassom. 24 f. Trabalho Academico – Curso de Engenharia da Computacao, UniversidadeTecnologica Federal do Parana. Curitiba, 2010.
Este documento apresenta um projeto que aborda o estudo e o desenvolvimento de um disposi-tivo eletronico baseado em um sensor de ultrassom para auxılio de deficientes visuais. O obje-tivo deste projeto constitui-se, principalmente, do estudo dos conceitos de eletronica envolvidosno projeto e a aplicacao dos conhecimentos ja adquiridos em outras materias para a construcaode um artefato que possibilite aos deficientes visuais orientarem-se em uma determinada regiaoe diminuir os riscos de colisao com algum anteparo.
Palavras-chave: Bengala Eletronica, Deficiente Visual, Sensor de Ultrassom
ABSTRACT
ALESSI,Alesandro; PASSOS, Ivan dos; RIBEIRO, Jader A. L.. . 24 f. Trabalho Academico –Curso de Engenharia da Computacao, Universidade Tecnologica Federal do Parana. Curitiba,2010.
This document presents a project that addresses the study and development of a eletronic devicebased on an ultrasonic sensor for the support of visually impaired. The objective of this projectconstitutes, principally, on the study of the eletronic concepts on the project and the aplicationof already acquired knowledge in other subjects for the construction of an artifact that allowsthe visually impaired to orientate themselves in a determinated region e decrease the risks ofcolision with some bulkhead.
Keywords: Eletronic Cane, Visually Impaired, Ultrasonic Sensor
LICENCA
Este trabalho esta licenciado sob uma Licenca Creative Commons Atribuicao-Uso Nao-
Comercial-Compartilhamento pela mesma Licenca 2.5 Brasil. Para ver uma copia desta licenca,
visite http://creativecommons.org/licenses/by-nc-sa/2.5/br/ ou envie uma carta para Creative
Commons, 171 Second Street, Suite 300, San Francisco, California 94105, USA.
LISTA DE FIGURAS
–FIGURA 1 DIAGRAMA DE BLOCOS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10–FIGURA 2 FUNCIONAMENTO DO SENSOR DE ULTRASSOM . . . . . . . . . . . . . . . . 10–FIGURA 3 LV-MAXSONAR-EZ1 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11–FIGURA 4 DIAGRAMA ESQUEMATICO DO SENSOR . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12–FIGURA 5 TEMPORIZADOR 555 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12–FIGURA 6 DIAGRAMA ESQUEMATICO DO TEMPORIZADOR 555 NO MODOASTAVEL . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14–FIGURA 7 CONFIGURACAO DOS RESISTORES NO AMPLIFICADOR 741 . . . . 15–FIGURA 8 AMPLIFICADOR 741 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15–FIGURA 9 MOTOR VIBRATORIO . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 17–FIGURA 10 MODULACAO DA SAIDA DO TEMPORIZADOR 555 . . . . . . . . . . . . . . 19–FIGURA 11 DIAGRAMA COM O CIRCUITO DO PROJETO . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20
SUMARIO
LICENCA . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . iv1 INTRODUCAO . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 71.1 JUSTIFICATIVA . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 71.2 OBJETIVOS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 81.2.1 Objetivo Geral . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 81.2.2 Objetivos Especıficos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 82 FUNDAMENTACAO TEORICA . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 92.1 ONDAS SONORAS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 92.2 ULTRASSOM . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 93 DISPOSITIVOS UTILIZADOS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 103.1 SENSOR DE ULTRASSOM . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 103.1.1 Caracterısticas do Sensor de Ultrassom Utilizado . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 113.2 TEMPORIZADOR 555 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 113.2.1 Terminais do CI 555 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 123.2.2 Configuracao Astavel . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 133.3 AMPLIFICADOR 741 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 143.3.1 Modo de funcionamento . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 143.4 RESISTORES . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 163.5 CAPACITORES . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 163.6 TRANSISTORES . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 163.7 MOTOR VIBRATORIO . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 174 O PROJETO . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 184.1 ORIENTACAO PARA DEFICIENTES VISUAIS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 184.2 O CIRCUITO . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 184.3 O ARTEFATO . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 215 CONSIDERACOES FINAIS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 225.1 CONCLUSAO . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 22REFERENCIAS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 24
7
1 INTRODUCAO
Cegos sao deficientes visuais que tiveram a perda total da visao e que necessitam de apare-
lhos como a bengala para a locomocao individual. Deste modo, apos conhecer a ementa de Ofi-
cina de Integracao II, a qual recomenda a criacao de projetos baseados em sensores, decidiu-se a
criacao de uma bengala eletronica baseada em um sensor de ultrassom, para detectar obstaculos
e determinar as suas distancias no percurso.
O projeto baseia-se em criar um circuito eletronico ao inves da utilizacao de microprocessa-
dores. Esta decisao foi tomada devido a preferencia da equipe pela eletronica, proporcionando
aprimoramento dos conhecimentos obtidos em outras diciplinas do curso de Engenharia de
Computacao. A criacao de um circuito eletronico ao inves da programacao de um software
para microprocessadores foi motivada para ser um diferencial em relacao as outras bengalas
eletronicas disponıveis no mercado e apresentadas na internet, que na maioria, utilizam plata-
formas de hardware livre, como o Arduino(computador fısico baseado numa simples plataforma
de hardware livre).
1.1 JUSTIFICATIVA
Foi escolhido aplicar este projeto a trajetoria de trabalho na disciplina de Oficina de Integracao
II por abranger conhecimentos de interesse da equipe, como por exemplo a eletronica. Alem
disso, a escolha do projeto foi motivada pela necessidade de se conhecer mais sobre sensores,
que e um dos objetivos da disciplina.
A aplicacao de um projeto que acarreta melhorias na qualidade de vida de um deficiente
visual tambem teve peso na hora da escolha do projeto, pois apesar de existir esse equipa-
mento disponıvel no mercado, seu custo e muito elevado(cerca de 300 reais) e torna-se difıcil a
aquisicao por parte dos deficientes.
8
1.2 OBJETIVOS
Aperfeicoar os conhecimentos adquiridos no curso sobre circuitos eletricos e eletronica, ou
seja, promover a integracao entre os conhecimentos das disciplinas ministradas no curso. Obter
uma base de informacoes solida sobre o sensor de ultrassom que sera utilizado no desenvolvi-
mento do projeto, permitindo a integracao desse sensor com outros dispositivos que irao tratar
a saıda do sinal recebido pelo sensor.
1.2.1 Objetivo Geral
A meta e construir um sistema em que se possa medir a distancia de objetos entre 0,15m
a 6,45m atraves de um sensor ultassonico e dispositivos eletronicos. E a partir destas medi-
das, proporcionar uma resposta que auxilie os deficientes visuais a identificarem a proximidade
de obstaculos.A resposta fornecida pelo sistema sera feita atraves do tato, na forma de uma
frequencia de vibracoes que ira variar de acordo com a distancia do obstaculo.
1.2.2 Objetivos Especıficos
• Aumentar os conhecimentos dos alunos sobre eletronica e sobre o funcionamento do
sensor ultrassom.
• Elaboracao de um circuito, que a partir das leituras do sensor possa informar ao deficiente
visual se este encontra-se proximo ou nao de algum obstaculo.
• Criacao de um sistema pequeno o suficiente para que possa ser carregado pelo deficiente
visual com pouco esforco.
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2 FUNDAMENTACAO TEORICA
2.1 ONDAS SONORAS
Ondas sonoras sao ondas longitudinais de compressao e de rarefacao que se propagam
em um determinado meio que pode ser lıquido, solido ou gasoso. Sao geradas atraves de
perturbacoes provenientes das vibracoes ou interacoes moleculares. A velocidade de propagacao
das ondas sonoras esta intimamente ligada com propriedades do meio. E a velocidade v e dada
conforme a formula a seguir:
v =√
Bρ
Onde o B e o modulo da compressibilidade e ρ e a densidade do meio. (TIPLER, 1995)
2.2 ULTRASSOM
O som pode ser definido como uma onda de compressao ou rarefacao, que proporciona a
vibracao. Todos os sons produzem vibracoes e todas as vibracoes geram um som, sendo que,
a intensidade de uma vibracao determina o seu alcance. O tempo que a vibracao demora para
completar um ciclo de compressao e rarefacao chamado de perıodo e o inverso do perıodo e
a frequencia, expressa em Hertz(Hz), que e o numero de ciclos por segundos. A sensibilidade
do ouvido humano proporciona a captacao de frequencias que vao, aproximadamente, de 20Hz
a 20000Hz. Devido a isso, as frequencias que estao acima de 20.000 Hz sao chamadas de
ultrassom.(TIPLER, 1995)
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3 DISPOSITIVOS UTILIZADOS
Os dispositivos aqui descritos desempenham papel importante no artefato desenvolvido e
o seu funcionamento precisa ser explicado. A interacao entre os principais blocos do sistema
pode ser encontrada na figura 1.
Figura 1: Diagrama de Blocos do Sistema.
3.1 SENSOR DE ULTRASSOM
O funcionamento do sensor baseia-se no envio de uma onda em alta frequencia que ao se
deparar com um objeto e refletida. Quando a onda volta para o sensor, calculado o tempo
entre o sinal de emissao e de reflexao, e como a distancia depende da velocidade de propagacao
do som no ar (aproximadamente 340m/s) este tempo e medido e a distancia calculada. Como
a onda passa duas vezes pelo mesmo caminho como se pode ver na figura 2, multiplica-se a
distancia encontrada por 0,5, a fim, de considerar so a distancia entre o sensor e o objeto.
Figura 2: Funcionamento do Sensor de Ultrassom.
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3.1.1 Caracterısticas do Sensor de Ultrassom Utilizado
O sensor escolhido para o uso no projeto e o modelo LV-MaxSonar-EZ1 da MaxBotix (fi-
gura 3) , que tem como caracterısticas: tamanho reduzido(area da base proxima de 440mm2 e
uma altura de 16,4mm), detecta objetos de 6 a 254 polegadas de distancia com resolucao de uma
polegada. O sensor possui saıda analogica, serial e largura de pulso (pulse width), e as leituras
podem ser de ate 50ms (20kHz).Este sensor trabalha com tensoes de 2,55 a 5,5 volts e corrente
de 2,0mA. Tem como vantagens o fato de possuir tres saıdas para o seu usuario, fornecer o al-
cance de leitura diretamente, nao necessitando entao de um processador auxiliar.(MAXBOTIX,
2006)
(a) vista em perspectiva do sensor (b) vista traseira do sensor
Figura 3: LV-MaxSonar-EZ1
Fonte: (MAXBOTIX, 2006)
O principal benefıcio do sensor e o fornecimento, atraves da saıda analogica, de uma tensao
de saıda proporcional a distancia encontrada, que varia 9.8mV/pol quando o sensor tem 5V em
sua alimentacao.
3.2 TEMPORIZADOR 555
O temporizador 555 e circuito integrado que foi lancado em 1971, que a partir de uma
determinada configurcao retorna uma frequencia de pulsos como saıda. Ele possui dois modos
de funcionamento: monoestavel e astavel. No primeiro modo produz atrasos de tempo muito
precisos que podem ir desde microssegundos a horas. No segundo, produz uma sequencia de
pulsos com uma determinada frequencia. Neste projeto o modo de funcionamento utilizado e o
astavel, uma frequencia de pulso variaveis quando uma tensao e aplicada sobre um determinado
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Figura 4: diagrama esquematico do circuito interno do sensor
Fonte: (MAXBOTIX, 2006)
pino, assim podemos aplicar a tenso de saıda do sensor e modificar a frequencia de saıda do
temporizador.
3.2.1 Terminais do CI 555
Os terminais do circuito estao dispostos conforme a figura 5:
Figura 5: Temporizador 555.
Fonte: (SEMICONDUCTOR, 2006)
• Terminal 1:GND, ground, a massa da fonte de alimentacao, server como tensao de
referencia para o temporizador.
• Terminal 2:Trigger, quando a tensao sobre este terminal for baixa, menos de 13 de Vcc,
desativa o terminal 7 e comeca a carregar o capacitor novamente, fazendo com que a saıda
do temporizador seja alta, aproximadamente Vcc.
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• Terminal 3:Output, e o terminal de saıda do temporizador, sua tensao de saıda pode ser
tanto alta como baixa, sendo que a frequencia que a saıda varia entre essas duas tensoes
e definida pela frequencia em que o capacitor carrega e descarrega, sendo que quando
carrega sua tensao e aproximadamente Vcc e quando descarrega e aproximadamente 0V.
• Terminal 4:Reset, se este terminal receber tensao inferior a, aproximadamente, Vcc o
temporizador interrompe o ciclo de carga e descarga do capacitor, a saıda do temporizador
se torna 0V.
• Terminal 5:Control, terminal de controle, aplicando uma tensao sobre este terminal e
possıvel alterar o tempo de carga e descarga do capacitor, alterando assim a frequencia de
saıda do temporizador.
• Terminal 6:Threshold, quando a tensao sobre este terminal for alta, mais de 23 de Vcc,
ativa o terminal 7 e descarrega o capacitor, fazendo com que a saıda do temporizador seja
baixa, aproximadamente 0V.
• Terminal 7:Discharge, terminal utilizado para descarregar o capacitor, o tempo de des-
carga e controlado pelos resistores e pelo capacitor, sendo que esse tempo pode ser alte-
rado pelo terminal de controle.
• Terminal 8:Vcc, tensao positiva da fonte de alimentacao, a tensao pode variar de 4,5V a
18V.(SEMICONDUCTOR, 2006)
3.2.2 Configuracao Astavel
A configuracao astavel como dito anteriormente permite o controle de uma sequencia de
pulsos durante um certo perıodo. A frequencia de oscilacao e dependente dos resistores Ra e Rb
e do capacitor C, conforme a figura 6.
A frequencia de oscilacao e dada pela seguinte equacao:
fosc =1,44
(Ra +2.Rb).C(1)
Consequentemente pode-se calcular o perıodo de oscilacao que e o inverso da frequencia.
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Figura 6: Diagrama esquematico do temporizador 555 no modo astavel
Fonte: Adaptado de (SEMICONDUCTOR, 2006)
3.3 AMPLIFICADOR 741
O amplificador operacional e um circuito integrado cuja principal funcao, como o nome
ja diz, amplificar, ou seja, dado um determinado sinal de entrada no amplificador ,atraves das
configuracoes dos resistores perifericos, produz-se um sinal de saıda com o ganho configurado
pelos resistores. Alem dessa utilidade citada, ha diversas outras.
3.3.1 Modo de funcionamento
O ganho promovido pelo amplificador operacional e controlado por dois resistores que
fazem parte de um circuito de realimentacao negativa (Figura 7), que permite o retorno de parte
do sinal de saıda para a entrada, limitando assim a amplificacao do sinal e tornando o ganho
constante. O ganho do amplificador operacional e dado pela seguinte equacao:
β = 1+R1
R2(2)
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Figura 7: Configuracao dos resistores no Amplificador 741
Fonte: (AMPLIFICADORES, )
Terminais do circuito integrado:
Figura 8: Terminais do Amplificador 741.
Fonte: (SEMICONDUCTOR, 2004)
• Terminal 1 e 5: Offset, terminais utilizados para eliminar ruıdos.
• Terminal 2: Inverting Input, Entrada inversora (inverte a polaridade de sinal) do amplifi-
cador.
• Terminal 3: Non-Inverting Input, Entrada nao inversora do amplificador.
• Terminal 4: V−, Tensao negativa de alimentacao do amplificador, usada para alimentacoes
simetricas.
• Terminal 6: Output, Saıda do sinal amplificado.
• Terminal 7: V+, Tensao positiva de alimentacao do amplificador.
• Terminal 8: NC, Sem finalidade. (SEMICONDUCTOR, 2004)
Os resistores utilizados no projeto, a configuracao e o ganho do amplificado serao apresen-
tados posteriormente.
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3.4 RESISTORES
O resistor e um componente amplamente utilizado na eletronica e possui diversas aplicacoes
nesta area, por exemplo: provocar uma queda de tensao em uma determinada regiao de um cir-
cuito, provocar aquecimento para alguma finalidade, entre outras. O resistor tem como carac-
terıstica ser um dispositivo linear e principalmente sofrer o efeito joule que transforma energia
eletrica em termica. A unidade que mede o quanto um resistor se opoe a passagem de corrente
e a resistencia e a sua unidade no S.I. e chamada de ohm (IRWIN, 2000). O intuito de se usar os
resistores neste projeto e o controle da frequencia de oscilacao do temporizador 555 e o controle
do ganho do amplificador 741.
3.5 CAPACITORES
O capacitor e um dispositivo de duas placas paralelas, separadas por um material nao con-
dutor, capaz de armazenar energia de um circuito eletrico e mais tarde devolve-la. O material
que nao permite a passagem de corrente se chama dieletrico e devido a presenca dele, ocorre
uma acumulacao de cargas eletricas nas placas, de tal forma que a placa ligada ao polo negativo
do capacitor acumula eletrons enquanto que a placa ligada ao polo positivo do gerador perde
eletrons. Este fenomeno e chamado de Polarizacao do Dieletrico e e o responsavel pela carga
e descarga do capacitor. Ha diversos tipos de capacitores e a classificacao deles depende do
tipo de material isolante utilizado. A grandeza que mede a capacidade de armazenamento de
um capacitor e a capacitancia e a sua unidade de medida no S.I. e o Farad (IRWIN, 2000).
Assim como os resistores, o capacitor e utilizado no controle da frequencia de oscilacao do
temporizador 555.
3.6 TRANSISTORES
As principais funcoes de um transistor sao o chaveamento de um circuito e amplificaco
(ganhos de tensao ou corrente, amplificaco de sinais).
O transistor e um dispositivo semicondutor no qual existe uma camada do tipo n (semicon-
dutor banhado em impurezas doadoras), entre duas camadas do tipo p (semicondutor banhado
em impurezas aceitadoras), ou uma camada do tipo p entre duas do tipo n. Estas camadas sao
extremamente pequenas e protegidas por uma capsula plastica para protege-las da umidade.
O chaveamento do transistor ocorre da seguinte forma, quando o transistor esta desligado,
nao existe carga eletrica na base, por isso, nao existe corrente eletrica entre o emissor e o coletor,
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ja quando existe corrente na base o transistor permite a corrente eletrica entre emissor e cole-
tor. A funcao do transistor no projeto e a de chaveamento. (BOYLESTAD, 1998)(MILMAN;
HALKIAS, 1981)
3.7 MOTOR VIBRATORIO
O motor vibratorio (Figura9) e um dispositivo que se diferencia do motor convencional por
possuir um elemento de massa no eixo de rotacao, este elemento e colocado de forma que o seu
centro de massa nao coincida com o eixo de rotacao o que provoca a desproporcionalidade de
forcas e consequentemente a vibracao no dispositivo. O motor utilizado no projeto foi retirado
de um controle do vıdeo game Playstation 2.
Figura 9: exemplo de um motor vibratorio semelhante ao utilizado no projeto
O motor vibratorio e utilizado como uma saıda do dispositivo, de maneira que o deficiente
visual possa captar as vibracoes e a partir dessas vibracoes possa perceber a presenca de um
obstaculo no caminho.
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4 O PROJETO
4.1 ORIENTACAO PARA DEFICIENTES VISUAIS
A problematica envolvida e que os deficientes visuais normalmente necessitam uma de-
pendencia constante de ajuda para se locomoverem, por possuırem pouca ou nenhuma habili-
dade no campo visual. O desenvolvimento de um dispositivo que os auxilie nessa percepcao
vem para evitar colisoes com obstaculos e com isso melhorar perspectiva de mobilidade de um
deficiente visual.
No artigo “Oculos sonar para deficientes visuais”(GONZATO et al., ) foi desenvolvido um
projeto com este proposito utilizando o mesmo sensor de ultrassom utilizado nesse trabalho.
O oculos foi adaptado com um sensor e um fone de ouvido que emite um sinal sonoro que
seria um guia auditivo de distancia para o usuario. Quanto mais proximo do obstaculo, maior
seria a frequencia sonora emitida para o usuario, fornecendo um parametro de comparacao para
diferentes distancias. “O projeto permite as pessoas com dificuldade visual a identificacao da
presenca de obstaculos a mais de um metro de distancia em situacoes onde uma bengala comum
nao evitaria o choque frontal”(GONZATO et al., ).
Da mesma forma, o artefato que esta sendo desenvolvido neste projeto possibilita a orientacao
de um deficiente visual. Porem, o dispositivo e utilizado nas maos e a saıda para o usuario e um
sinal tatil na forma de vibracoes. O dispositivo emite pulsos de vibracao com perıodos cada vez
menores, conforme o dispositivo se aproxima de um obstaculo.
4.2 O CIRCUITO
Essa secao tem como objetivo promover uma visao mais concreta do projeto que tem como
base a interconexao dos dispositivos apresentados anteriormente. A base do circuito comeca
pelos ajustes do temporizador 555 que e o responsavel por receber o sinal amplificado do sensor
e gerar uma saıda de pulsos de tensao que irao controlar a frequencia e o perıodo de vibracao
do motor, que e a saıda para o usuario.
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Para definir o perıodo de vibracao foi utilizado o modo astavel (secao 3.2.2) do tempori-
zador configurado pelos resistores de 4,7kΩ e 1kΩ e pelo capacitor de 1000µF. A frequencia
base de oscilacao e de 0,1384 Hz e um perıodo de 7,22 segundos que e modulado pela tensao
proveniente do amplificador do sensor, que entra no terminal de controle do temporizador.
O sinal de saıda do sensor foi amplificado com um 741 (amplificador operacional), pois nao
fornecia tensao nem corrente suficientes para a entrada do temporizador. O ganho configurado
com os resistores (Figura 11) de 1kΩ foi de 3. Foi utilizado uma alimentacao simetrica de 9V.
Com a amplificacao da tensao do sensor que, conforme a distancia cresce a tensao aumenta,
o temporizador gera uma saıda que depende do sinal modulante (tensao amplificada do sensor).
Esta saıda tem picos de amplitude com perıodos mais longos e baixa amplitude com perıodos
mais curtos quando a tensao modulante e alta, como mostra a figura 10:
Figura 10: modulacao da saıda do temporizador 555
Fonte: (SEMICONDUCTOR, 2006)
Entao, como se pode ver,quando a tensao modulante e alta (sensor esta a uma distancia
grande de um objeto), o intervalo em que o sinal fica em amplitude baixa e pequeno. Para gerar
uma saıda diretamente proporcional a distancia, ou seja, perıodos de sinais de amplitude baixa
longos com distancias grandes e necessario inverter o sinal de saıda do temporizador. Para isso,
foi utilizada uma associacao de dois transistores.
Com o complemento do sinal de saıda do temporizador ligado ao motor, o motor fica parado
por mais tempo com distancias grandes, e conforme a distancia vai diminuindo, o tempo que o
motor fica parado tambem diminui. Para distancias menores que 30cm e imperceptıvel o tempo
em que o motor fica parado.
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Figura 11: Diagrama com o circuito do projeto
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4.3 O ARTEFATO
O circuito apresentado na secao anterior foi montado inicialmente em um protoboard para
facilitar os testes e as configuracoes que envolvem a troca constante de resistores, capacitores
e transistores. As alimentacoes das tensoes eram feitas por fontes de tensao regulaveis. Apos
alguns testes e depois de se verificar o funcionamento, o circuito foi transferido para uma placa
e a alimentacao foi substituıda por 4 pilhas AA em serie que fornecem 6V, e 2 baterias de 9V
que fornecem a alimentacao simetrica de 9V para o amplificador.
O motor vibratorio que e o dispositivo que ira dar o parametro de distancia para o usuario
foi acoplado em uma pulseira. Foi testado o tempo de autonomia do sistema para verificar a
viabilidade do projeto utilizando baterias e pilhas, para tal foi medido o consumo de corrente do
circuito trabalhando na maxima potencia. Depois foi medido variando-se a distancia no sensor.
O consumo de corrente do circuito foi cerca de 40mA com o motor vibrando no maximo, 32mA
trabalhando em um teste real e 10mA quando o motor encontrava-se parado. Em um dos testes,
o artefato foi deixado ligado com o motor vibratorio em rotacao maxima, o sistema funcionou
por mais de 2h sem desligar.
Apesar do projeto nao ter sido testado com deficientes visuais, poucas melhorias na saıda
para o usuario permitirao o uso sem problemas na interpretacao das distancias. Este problema
deve-se a uma saıda que aumenta o tempo em que o motor fica parado conforme a distancia
torna-se maior, esta saıda se mostrou pouco precisa em alguns casos, assim e necessario um
refinamento nesta saıda ou um melhor estudo de sua viabilidade e de formas alternativas de
saıdas.
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5 CONSIDERACOES FINAIS
5.1 CONCLUSAO
O projeto promoveu o conhecimento de diversos dispositivos eletronicos como o tempori-
zador 555 e o amplificador operacional 741 e, alem disso, a fixacao de novos conhecimentos
de eletronica. A opcao por um circuito eletronico ao inves de um microprocessador foi interes-
sante para uma experiencia de projeto diferente da abordagem de Oficina de Integracao I, que
em nosso caso foi a elaboracao de um software.
Alem dos conhecimentos de eletronica adquiridos, o projeto permitiu a integracao entre
varias disciplinas ministradas no curso e uma abordagem mais concreta sobre a viabilidade e o
desenvolvimento de um projeto que tem como objetivo auxiliar ou facilitar as dificuldades de
outro individuo.
O desenvolvimento do dispositivo tambem foi bastante satisfatorio, pois foi possivel criar
um circuito eletronico que que recebe informacao de um sensor, processa essa informacao e
retorna uma saıda compreensıvel para o usuario, e, sendo esse dispositivo puramente eletronico,
foi possıvel reduzir o seu tamanho significativamente, o que era um dos objetivos iniciais do
projeto.
Porem, a saıda para o usuario ainda e insatisfatoria e precisa ser melhor trabalhada, pois
falta um refinamento na saıda para que o usuario possa dizer com maior precisao a distancia
dos objetos e que saıda responda mais rapidamente as mudancas que ocorrem com o sinal do
sensor, de maneira que o usuario nao precise esperar para ter certeza de que ha ,ou nao, um
obstaculo a frente.
Outro aspecto do projeto que deixou a desejar foi a grande quantidade de pilhas e baterias
que foram utilizadas. E possıvel modificar o projeto para que utilize uma quantidade menor de
pilhas e/ou baterias, porem, por falta de tempo, nao foi possıvel abordar profundamente este
aspecto do projeto. Esse fato prejudica o resultado final pois a portabilidade fica comprometida
diante da utilizacao dessa grande quantidade de pilhas e baterias, e esse um dos principais
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aspectos que deve ser trabalhado no projeto para garantir a sua viabilidade.
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REFERENCIAS
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TIPLER, P. A. Fısica para cientistas e engenheiros. [S.l.]: LTC - Livros Tecnicos eCientıficos Editora, 1995.
