Бейсболка-сонар для слабовидящих

    Не так давно наткнулся на несколько разработок в области помощи слабовидящим. Все их объединяло одно — они основаны на ультразвуке и обратной связи, тактильной или аудио. Это были трости и перчатки. Что меня в таких сообщениях обычно расстраивает, что показали прототип, начали патентование, а до производства не доходит.
    Изучив вопрос, я понял, что пока что белую тросточку для слабовидящих ничто заменить не может. А вот вспомогательные средства им не помешают. Уже есть ультразвуковой фонарик, перчатка, трость. Что-то из этого можно даже купить в магазинах. Моей задачей было сделать устройство, которое поможет слабовидящим ориентироваться в незнакомых помещениях и которое применяется совместно с тростью. А кроме того, устройство должно быть не сложным в сборке, чтобы любой радиолюбитель мог помочь в его создании. Получилась вот такая бейсболка:

    image



    Основной функционал устройства. Бейсболка одевается на голову, ультразвуковой датчик измеряет расстояние до препятствий, в зависимости от расстояния, в наушник подается сигнал, который изменяется по принципу парктроника — чем ближе препятствие, тем чаще сигнал.

    Для создания бейсболки нам понадобятся:
    • Бейсболка
    • Контроллер Arduino
    • Наушники
    • Ультразвуковой сенсор
    • Маленький выключатель
    • Разъем для батарейки крона, разъем питания
    • Батарейка крона
    • Провода


    Так как датчик имеет 4 ножки, то его удобно с их помощью крепить к козырьку бейсболки. Делаем шилом 4 дырочки, вставляем в них датчик, припаиваем к нему 4 провода и пропускаем их под козырек. Теперь мы решили задачу крепления датчика, так как это выступающая часть и поэтому обладает «повышенным риском» отвалиться.

    Отрезаем от наушников одно из «ушей», к проводу припаиваем 2 контакта. Делаем сбоку в бейсболке дырочку и пропускаем через нее провод. Как правило, у бейсболки есть небольшой отворот ткани по внутреннему радиусу, под ним удобно пропускать провод. Дотягиваем его таким образом под козырек. Вставляем один из проводов наушника в аналоговый вход, второй в GND.

    image

    Доступ к батарейке нужно обеспечить для удобной ее замены, значит ее нужно крепить снаружи бейсболки. Поэтому нам нужно будет проделать еще одно отверстие. Выключатель также приделываем на провод от батарейки и выводим наружу.

    image

    Скетч для ардуино очень простой. В нем мы измеряем расстояние до объекта и издаем звуковой сигнал с разной паузой в зависимости от квадрата расстояния до препятствия. В нашем примере, мы начинаем реагировать на препятствие за 1.5 метра до него, как показала практика, для ориентирования в помещении, этого вполне хватает. Прибор действует по принципу парктроника. Чем ближе препятствие, тем чаще раздается звук. Ускорение не учитывается, но изменить программу соответствующим образом не сложно.

    Это сам скетч
    #include «Ultrasonic.h»

    Ultrasonic ultrasonic(7, 6);

    void setup() {
    pinMode(14, OUTPUT);
    pinMode(13, OUTPUT);
    }

    void beep(int d, int l, int p){
    int to = l / (d / 1000);
    digitalWrite(13, HIGH);
    for (int i=0;i<to;i++){
    analogWrite(14, 0);
    analogWrite(14, 255);
    delayMicroseconds(d);
    }
    digitalWrite(13, LOW);
    delay(p);
    }

    void loop() {
    dist = ultrasonic.Ranging(CM); // get distance
    if(dist > 150 or dist == 0) {
    digitalWrite(13, LOW);
    }
    else {
    beep(3000, 100, 20);
    delay(dist * dist/ 15);
    }
    }


    Финальный штрих — закрываем тканью пространство под козырьком бейсболки. Крепить ли дополнительно контроллер — смотрите сами. Мне кажется, что достаточно довольно сильно натянуть ткань и приклеить ее не жалея клея. Это будет достаточно прочное соединение, конструкция будет жесткой, а контроллер будет зафиксирован.

    Вот таким получается конечное изделие.

    image

    Затраты по деньгам не слишком большие. Основные затраты приходятся на саму бейсболку и контроллер — можно уложиться в 1 500 руб. Остальные детали можно уложить в 500 руб. Так что себестоимость близка к 2 000 руб. Но можно и сьэкономить, если заказывать все из Китая.
    У меня был под рукой arduino uno, в данном случае это избыточный размер. Вполне подойдет нано или мини про. Ультразвуковой датчик можно купить там же где и ардуино — в интернет-магазинах на просторах нашей Родины (дороже, но быстрее) или в Китае (дешевле, но долго ждать). Столкнулся с тем, что в столице достаточно сложно найти за разумные деньги контроллеры ардуино малых форм-факторов, видимо мал спрос.

    Понятно, что идея описана и можно все сделать самому. Также я понимаю, что не все хотят и могут этим заморачиваться. Поэтому я сделал сайт, на котором можно оформить предзаказ на такую бейсболку. Сайт sonarcap.ru. Сразу скажу, что на сайте ничего интересного нет и переходить на него стоит только в том случае, если вы хотите сделать заказ. Если из праздного любопытства, то лучше не надо, сайт не заточен под хабра-эффект.

    Видео с полевых испытаний доступно по ссылке.
    Поделиться публикацией
    Ой, у вас баннер убежал!

    Ну. И что?
    Реклама
    Комментарии 48
      +8
      Столкнулся с тем, что в столице достаточно сложно найти за разумные деньги контроллеры ардуино малых форм-факторов, видимо мал спрос.

      Ну еще бы. Arduino это такая штука для того чтобы быстренько сделать прототип или поиграться. Для реального устройства, попробуйте купить и прошить контроллер отдельно, будут вам маленькие размеры.
        +8
        И еще… У слепых уши — очень важный орган, не будет ли хуже человеку, который затыкает их наушниками?
          0
          Наушник только один, как раз с учетом этого. Кроме того, сигнал поступает не постоянно, а с перерывами, если не утыкаться в стенку носом. Ну и есть еще модификация с вибромоторчиком для тактильного восприятия.
            +8
            Вибромотор, как мне кажется более реальнее. Нужно ДВА уха чтобы определять направление звука, да вообще, чувствовать стереопанораму.
              0
              Теоретически можно передавать сигнал неинвазивно по ушному нерву, как аппараты для тестирования слуха делают.
                0
                Это как?
                  0
                  Нагуглить не получается, пусть лучше оторинолорингологи ответят, (если здесь есть), но есть приборчег (не аудиометр), который вешается за ухо и делает пиу-пиу по слуховому нерву, монотонный сигнал одной частоты.
            +1
            Вариант — открытые наушники
            +2
            Мне было бы удобно не по типу парктроника, а просто определенный непрерывный шум с разной частотой в зависимости от расстояния. Бысрее обратная связь чтоли. Повернул головой слева направо — определил ширину препятствия ( прохода )
              0
              Это технически очень несложно сделать изменением скетча. Что меня остановило — это перекрытие всего диапазона звуков постоянным сигналом. Я так понимаю, что слух очень важный орган, насколько оправдано его забивать только одним сигналом?
                0
                Может быть громкость менять, а не частоту? Или включать звук вообще только когда препятствие достаточно близко?
                  +1
                  Громкость менять довольно сомнительно. Мало ли что внезапно окажется перед датчиком — заикой стать можно. Ну и тут задача ставилась как раз скорее дать возможность «осмотреться» в помещении. В плане обнаружения близких препятствий трость вне конкуренции.
              0
              Тоже подумал об этом. А еще выше говорили про стерео и подумалось, что в этом устройстве тоже могло бы быть полезным. Установить два датчика и направить их чуть в стороны. Не придется так сильно головой мотать.
                0
                Не убьет ли это батарею за час-два часов?
                0
                У вас на сайте у вас кепочки продаются, у которых сонара не видно. Вы действительно смогли найти такие маленькие сонары, или это концепт?

                Еще интересный момент, что сонары плохо работают, когда их несколько. В одном устройстве их включают последовательно, а вот если два слепых в таких кепках будут идти навстречу друг другу, то у них показания начнут хаотично скакать, если специально не предусмотреть защиту от такой ситуации.
                  +1
                  Профессиональная фотосессия только ожидается, поэтому пока обычные бейсболки на картинках.

                  А вот ситуация с 2 людьми, идущими навстречу… Наверно ее можно решить, но мне кажется, что такие встречи возможны только в обществе слепых или на массовых мероприятиях этой организации. Мне эта вероятность кажется довольно низкой. А специальная защита усложнит устройство. Ну или сделает его дороже, если заказывать изготовление. Одной из целей была простота конструкции.

                  Кстати, а какие есть мысли по поводу такой защиты?
                    0
                    Не думал что вы собрались это продавать. У вас же это даже прототипом назвать сложно, уж извините.
                    Вы хотя бы пытались изготовить это устройство не на arduino, а на печатной плате?
                      +2
                      Слепые люди обычно живут, общаются внутри своего сообщества. Скажем, если некая организация обеспечивает условия для работы слепых, то таких людей там будет работать несколько человек. Аналогично школы, некоторые вузы и организации «специализируются» на слепых и их там довольно много, а в остальных местах, наборот, их мало. Так что вероятность встречи велика.

                      Я бы вам советовал включать сонар импульсами по 20-30 мс. За 30 мс. звук успевает пройти ~10 м, что дает вам дальность работы устройства в 5 м, что более чем достаточно для работы сонара и к тому же позволит экономнее расходовать батарейку. Результат измерения надо статистически фильтровать. Если раз в 10 измерений будут неожиданные всплески, значит рядом работает еще один сонар. Если больше, значит сонаров больше и кепку лучше отключить.
                        0
                        Мне сложно говорить определенно, но мне кажется, что в «знакомых» помещениях особого толка от сонара нет, все же уже есть в мозгу «карта» помещения.

                        А за совет спасибо, нужно будет этот метод адаптировать.
                    +1
                    Проще взять контроллер MSP430. т.к. цена невысокая, легко стартует без платы, малое потребление, контроллер в DIP корпусе отлично может быть припаян и спрятан в бейсболке. И точно такой же скетч можно залить туда через energia. Итого 2$ датчик + 6-8$ (Launchpad из которого контроллер можно взять, даже два штуки) + 4$ мелочевка и батарейка. Итого менее 500 рублей всё будет.
                      0
                      Плюс у него энергопотребление ниже, обвязка не нужна, ниже необходимое напряжение. Легко можно поставить 3.6 в аккамулятор с копеечным контроллером заряда, и заряжать девайс, не беспокоясь о массивной батарейка — крона.
                        0
                        Полезный совет. Спасибо. Я не очень хорошо ориентируюсь в мире микроконтроллеров. Ардуино, при всех его недостатках, для меня, дилетанта, довольно удобен. При промышленном производстве, нужно будет переходить на что-то другое, тот же MSP430 вполне в тему. Пока остается открытым вопрос насколько это востребовано. Как только будет ответ на этот вопрос можно будет подбирать элементную базу. Или не подбирать )
                          0
                          Бейсболку задом на перед одеть, чтобы следить в темное время, что кто-то приближается сзади. В Машине на панель приборов положить или назад и вот вам и парковочный радар. А потом в подвале без света ориентироваться.
                          • НЛО прилетело и опубликовало эту надпись здесь
                          0
                          А как в толпе работает? Не будет сводить с ума?
                            0
                            В толпе (по сути это куча динамических препятствий) работает сносно, но картину окружающего пространства получить сложно. Иными словами, польза есть, но ограничивается количеством людей в толпе. Мне кажется, что слабовидящим в толпе вообще не очень комфортно с приборами или без.
                            0
                            А этот датчик не на 1 метр работает? :)
                              0
                              Это HC-SR04, он работает в диапазоне 2–400 cm
                                0
                                Это по спецификации. А вот в реальности у меня из 5 датчиков все измеряют расстояние в пределах 50-60 см. Хотя возможно это в силу повышеной кривизны рук, не знаю.
                                  0
                                  До 2-3 метров у меня измеряет. Хотя согласен, бывают глючные датчики.
                                    0
                                    Хм… Походу мне как раз такая партия и попалась, ибо 60 см для моих предел.
                                      0
                                      До плоской поверхности с хорошим коэффициентом отражения звука. Попробуйте немножко наклонить и всё
                                0
                                Господа, поясните мне в чем я ошибаюсь. Есть вот такая идея:
                                Сделать шлем на манер каски, на передней части повесить две камеры, на лоб пациента вывести контакты 1 пиксель — 1 контакт. Для формирования изображения подавать электрический сигнал разной силы — разная интенсивность света. А в самом шлеме вмонтировать батарею и компьютер. Каждая камера проецирует изображение на свою сторону лба.
                                В чем я ошибаюсь, почему такая система не будет работать?
                                  0
                                  Такая система есть, ссылка на обзор небольшой, более приличных ссылок не нашел сходу.

                                  Но на самом деле, есть знакомые, которые как раз занимаются этим вопросом, они проводили исследования и опросы среди слепых и слабовидящих, их родственников, реабилитологов и прочее, и пришли к выводу, что различные сонары это не лучшее решение. Системы основанные на звуковых и тактильных сигналах требуют долгого обучения, при этом человек не летучая мышь, все равно сложно ориентироваться. Кроме этого, как было замечено чуть выше, звук это совсем плохо, так как мешает слышать, в обычном слысле этого слова.

                                  Кроме этого, хоть слепые и слабовидящие себя не видят, но им соверешенно не все равно как они выглядят, и надевать шлемы, гигантские рюкзаки и тому подобное им не хотелось бы.
                                    +1
                                    Коренная проблема того, что вы описываете, в том, что человеку предельно сложно восстановить стереоизображение по двум матрицам тактильных воздействий, представляющих из себя копии черно-белого изображения с камер.
                                    Ведь в конечном счете, человека интересует не распределение света и тени в некой области перед ним, а именно форма предметов и расстояние до них. Так что в любом случае, нужно по стереоизображению с камер строить карту глубины сцены и вот ее уже, возможно, передавать в виде матрицы тактильных воздействий.
                                    0
                                    А это устройство, сможет макушку греть в условиях мороза?
                                    И сразу же ещё вопрос, что делать с перегревом, т.к. оно находится в максимально возможном, близком, положении к солнцу.
                                      0
                                      отражающее покрытие? ;)
                                      +1
                                      А зачем? Были же уже исследования, где делали ультрозвуковой сонар + два микрофона на шапке. В уши подаётся сигнал непосредственно с микрофонов, подвинутый по частоте в слышимую область и усиленный. Мозг в таком случае достаточно быстро учится воспринимать грубую пространственную картинку окружения. При этом оно куда точнее получается и имеется возможность воспринимать объём. Где-то на Хабре даже было, не могу найти.
                                      По используемой электронике там не сильно сложнее схема была, зато куда более эффективная и практичная.
                                        0
                                        Я думаю, что при некоторой доработке можно это реализовать.
                                        0
                                        я пытался сделать примерно такую штуку полгода-год назад. Бросил.
                                        Как раз такой УЗ дальномер в реальных условиях работает очень плохо.
                                        1) если препятствие находится под углом (например стена), то эхо отражается не к приемнику а улетает дальше.
                                        2) мягкие предметы (ковер на стене или полу, диваны, подушки) плохо отражают и иногда вообще не заметны.
                                        3) слишком широкая диаграмма направленности

                                        • НЛО прилетело и опубликовало эту надпись здесь
                                          +1
                                          Идея хорошая, но вот реализация…
                                          Таскать на голове лишних 50-100 грамм груза. Ардуину надо менять на любую миниатюрную тиньку микропроцессор. Заодно это снизит стоимость прибора до минимума.
                                          Да и бейсболки не всем подойдут, особенно в условиях средней полосы. Прохладно бывает.
                                            0
                                            Больше всего весит батарейка. Та же arduino mini pro ничего не весит и занимает минимум места.
                                            +1
                                            Круто. Понятно, что устройство не очень-то совершенно, но все равно очень хорошие идея и реализация.
                                              +1
                                              Кроме того что ардунька сильно избыточна для данной задачи, мне кажется и бейсболка это тоже многовато.
                                              Мне кажется что можно вот в такое вот всё запихать…
                                              image
                                              Вся обвязка с маленькой тинькой, думаю или на проводе в нагрудный карман или же прям там на перекладину за ухом аккуратно уложить…
                                              Датчик вынести вместо микрофона.
                                              Ну или что-то типа этого. Так чтобы обойтись без бейсболки
                                                –1
                                                … доработать гугл-гласс…

                                              Только полноправные пользователи могут оставлять комментарии. Войдите, пожалуйста.

                                              Самое читаемое