Trang chủ Thế giới cảm biến Thế giới cảm biến Phát triển hệ thống hỗ trợ dịch chuyển cho người khiếm thị

Phát triển hệ thống hỗ trợ dịch chuyển cho người khiếm thị

Trong cuộc thi “Nhà sáng chế” do VTV2 thực hiện vừa qua, có rất nhiều sản phẩm ứng dụng nhiều loại cảm biến khác nhau tạo ra sự khác biệt và cho thấy tình hình phát triển các sản phẩm Việt từ cảm biến vẫn đang diễn ra sôi động. Trong số này, Tự động hóa Ngày nay xin giới thiệu ứng dụng hệ thống cảm biến quang và siêu âm để hỗ trợ người khiếm thị tại Việt Nam.

Hình 1. Cấu tạo của hệ thống hỗ trợ dịch chuyển của người khiếm thị trên cơ sở cảm biến lade

Người khuyết tật ngày càng được sự quan tâm của mọi tầng lớp trong xã hội. Với mục đích nhằm giúp người khuyết tật hòa nhập cộng đồng, nhiều hoạt động cụ thể đã được thực hiện trong thời gian qua như các hoạt động thể thao, nhạc, họa... Di chuyển, đi lại với người khiếm thị là rất khó khăn, đặc biệt là khi di chuyển ra khỏi nơi sinh hoạt thường xuyên.
Một nhóm các nhà khoa học tại trường ĐH Sư phạm Kỹ thuật Tp.HCM đã phát triển một thiết bị để hỗ trợ sự dịch chuyển của người khiếm thị. Hệ thống này có thể hoạt động trên cảm biến quang (lade hoặc hồng ngoại), hoặc siêu âm. Trong những số trước, Tự động hóa Ngày nay đã giới thiệu các nguyên lý hoạt động của các loại cảm biến này. Vì vậy, trong khuôn khổ bài viết này, chúng tôi chỉ tập trung khai thác khía cạnh ứng dụng của chúng khi phát triển thiết bị.
HỆ THỐNG DỰA TRÊN CẢM BIẾN LADE
Phiên bản đầu tiên mà tác giả phát triển dựa trên cảm biến lade. Từ cảm biến, các xung lade được phát đi, và phản xạ lại khi gặp một bề mặt nào đó. Thời gian di chuyển của ánh sáng được sử dụng để tính khoảng cách từ vật tới cảm biến. Thấu kính bảo vệ cảm biến, và các IC, mạch giao tiếp hỗ trợ hoạt động cũng như thu thập tín hiệu, xử lý tín hiệu trước khi đưa vào mạch điều khiển trung tâm.

Hình 2. Sản phẩm dựa trên cảm biến lade, thử nghiệm đầu tiên tại Hội người mù Thủ Đức Tp.HCM - Ảnh do nhóm tác giả cung cấp

Khi thiết kế hệ thống, tác giả tích hợp trong mạch điều khiển với một bộ rung, dựa trên cảm biến áp trở (Tự động hóa Ngày nay đã giới thiệu trong số 105). Khi dịch chuyển, trong khoảng cách từ 0,3 đến 3m, khi tia lade trên cảm biến gặp chướng ngại vật, tín hiệu lối ra ở cảm biến lade sẽ là tín hiệu lối vào cho cảm biến áp trở, kích hoạt bộ rung động, báo hiệu cho người khiếm thị. Nhóm tác giả đã lập trình theo cách khoảng cách tới chướng ngại vật càng gần, biên độ rung động càng lớn. Dựa trên cơ sở này, người khiếm thị sẽ nhanh chóng xác định được mối liên hệ giữa sự rung động với vị trí chướng ngại vật để tránh va chạm.
Cảm biến lade có ưu điểm là có thời gian hồi đáp nhanh, chính xác. Tuy nhiên, do tiêu tốn khá nhiều năng lượng trong quá trình hoạt động do đó nguồn cấp (sử dụng ắc quy) tương đối cồng kềnh, khối lượng lớn đôi khi gây khó khăn cho những người khiếm thị cao tuổi. Thêm vào đó, chi phí cho cảm biến lade cao làm cản trở việc phổ biến rộng rãi sản phẩm phục vụ cộng đồng.
Bên cạnh phần cứng, nhóm tác giả cần phải sử dụng thuật toán phù hợp để chuyển đổi tín hiệu khoảng cách thành tín hiệu xúc giác (haptics). Trên cơ sở nhân trắc học người Việt, các dải tần số và biên độ rung động khác nhau đã được nghiên cứu cho phù hợp. Những chức năng thông minh khi viết phần mềm có thể giúp người khiếm thị phân biệt được vật đang ở gần hay xa, cao hay thấp, to hay nhỏ.
HỆ THỐNG DỰA TRÊN CẢM BIẾN SIÊU ÂM
Cảm biến siêu âm hoạt động dựa trên nguyên lý đo tốc độ di chuyển của sóng âm từ đó tính ra độ dài từ nguồn phát tới vật. Cảm biến siêu âm được ứng dụng trong nhiều lĩnh vực như hàng không, đánh bắt hải sản, dò tìm quặng (đã được giới thiệu trong những số trước). Cảm biến siêu âm có ưu điểm là giá thành rẻ hơn nhiều so với cảm biến lade. Tuy nhiên, độ bao phủ của sóng âm, độ phân giải và tốc độ đáp ứng của cảm biến sóng âm là những tồn tại mà khi phát triển thiết bị, nhóm tác giả đã quyết định chưa đưa vào thử nghiệm rộng rãi.

Hình 3. Cảm biến siêu âm sử dụng trong thiết bị Hình 4. Sản phẩm sử dụng cảm biến hồng ngoại
HỆ THỐNG DỰA TRÊN CẢM BIẾN HỒNG NGOẠI
Nguyên lý hoạt động của hệ thống, cách thức tiếp cận khi phát triển thuật toán không thay đồi nhiều. Sự khác biệt lớn nhất là nhóm tác giả đã thay thế cảm biến lade và cảm biến siêu âm trong phần cứng bằng cảm biến hồng ngoại.
Cảm biến hồng ngoại hoạt động dựa trên nguyên lý phát quang của một diode, sau đó đo thời gian di chuyển từ cảm biến đến vật nhờ một diode nhận tín hiệu ánh sáng phản xạ khác để tính khoảng cách. Công nghệ vi điện tử hiện nay cho phép chế tạo các cảm biến hồng ngoại với với mức tiêu thụ năng lượng rất hấp dẫn. Thêm vào đó, công nghệ đóng gói bề mặt (SMT) cho phép hoàn thiện những bộ chuyển đổi hồng ngoại (IR-Xducer) với kích thước cho phép tích hợp trong những mạch điều khiển và đo lường
khác nhau.
Bên cạnh sử dụng những cảm biến tiên tiến, nhóm tác giả còn tập trung vào cải thiện tốc độ xử lý bằng cách chuyển qua bộ vi xử lý 32 bit tốc độ cao. Qua đó, tiệm cận khả năng xử lý thời gian thực, giúp người khiếm thị sự dễ dàng trong dịch chuyển.
Hình 5. Sản phẩm đạt giải nhất tuần trong cuộc thi Nhà Sáng Chế - Ảnh do nhóm tác giả cung cấp

Với những cố gắng trong phát triển sản phẩm và khát khao đóng góp cho cộng đồng, sản phẩm do nhóm tác giả đã đạt giải “Nhà sáng chế Việt Nam” tuần 5 do đài truyền hình Trung ương tổ chức. Tới nay, sản phẩm đã được phát triển và ứng dụng khá rộng rãi trong cộng đồng người khiếm thị tại thành phố Hồ Chí Minh.
Nhóm phát triển sản phẩm do Tiến sĩ Nguyễn Bá Hải, giảng viên trường ĐH Sư phạm Kỹ thuật Tp.HCM đứng đầu.
Nhóm nghiên cứu tập trung nghiên cứu các sản phẩm tự động hóa, cơ điện tử và cơ khí động lực.

THAY LỜI KẾT
Người viết nhận thấy đây là một công trình nghiên cứu vừa có tính khoa học, kỹ thuật, vừa có tính nhân văn sâu sắc. Sản phẩm được phát triển liên tục, có tính mỹ thuật và có giá thành hết sức cạnh tranh so với các sản phẩm ngoại nhập khác. Theo kinh nghiệm của người viết, nếu có thể phát triển thuật toán sao cho có thể hướng dẫn người khiếm thị bằng giọng nói thì sản phẩm sẽ hoàn thiện hơn và nhiều sự lựa chọn hơn cho người khiếm thị khi sử dụng.

Tùy Phong

Số 151 (8/2013)♦Tạp chí tự động hóa ngày nay


Newer news items:
Older news items:

 

 

logost new




 


 



Hỗ trợ online

Hỗ trợ Web
Mr Phương: 0988906030

Nhà tài trợ


Sửa biến tần

Mới cập nhật

Tìm kiếm

Quảng cáo&Liên kết