Nghiên cứu, thiết kế và chế tạo mẫu xe điện cho người khiếm thị

Nội dung text: Nghiên cứu, thiết kế và chế tạo mẫu xe điện cho người khiếm thị

1. NGHIÊN CỨU, THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO MẪU XE ĐIỆN CHO NGƯỜI KHIẾM THỊ Đặng Trí Trung(1), TS. Nguyễn Bá Hải(2) Trường đại học Sư phạm Kỹ thuật TP.HCM TÓM TẮT Tập trung vào xu hướng phát triển của kỹ thuật công nghệ và tính khoa học nhân văn, đề tài “Nghiên cứu, thiết kế và chế tạo mẫu xe điện cho người khiếm thị” đã chỉ ra được tầm quan trọng của giai đoạn phát triển các phương tiện mới, hiện đại và an toàn hơn dành cho người khiếm thị. Với ý tưởng một thiết bị có thể quét hình dạng cơ bản của vật cản như tường, cây, cột, người, vật cản cao hơn 20cm, và phản hồi thông tin chính xác vật cản đến người khiếm thị, nhóm nghiên cứu kết hợp ngôn ngữ lập trình LabVIEW, công cụ điện, điện tử, bộ cảm biến khoảng cách, nguồn điện và máy tính để thiết kế và chế tạo mẫu xe điện có thể hỗ trợ người khiếm thị di chuyển. Sản phẩm sẽ ứng dụng ra môi trường thực tế. Người khiếm thị có thể tin tưởng vào sản phẩm khoa học và trải nghiệm để di chuyển như một phương tiện trong tương lai. Từ khóa: Người khiếm thị; mẫu xe điện; LabVIEW; hình dạng vật cản; phản hồi thông tin. ABSTRACT With the purpose of focusing on the development of the technology and human culture, the thesis “Research, design and create the model of electrical bicycle for the blinds” proves the importance of a modern and safe vehicle for the blinds. The idea about the system which helps to realize the barricade (wall, tree, column, people, ) and feedback to the blinds, our group researches on the sensors, communication card, programing LabVIEW and computers, to design electrical bicycle can support the blinds in movement. Our group will seek for further improvement and apply the system in the real environment. As a result, the blinds can move by the electrical bicycle in the future. Keywords: Blind, electrical bicycle, LabVIEW, the barricade, feedback. 1. TỔNG QUAN Công nghệ khoa học phát triển và người khiếm 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT VÀ GIẢ THUYẾT thị chưa được thực sự quan tâm về các phương tiện di KHOA HỌC chuyển. 2.1 Người khiếm thị và công nghệ Haptics Với ý tưởng áp dụng công nghệ lập trình, cảm - Theo bách khoa toàn thư Wikipedia [31]: biến để hỗ trợ người khiếm thị ở Việt Nam di chuyển “Người khiếm thị là người sau khi điều trị và trải nghiệm trên các phương tiện mới. Dựa trên cơ hoặc điều chỉnh khúc xạ mà thị lực bên mắt tối sở lý thuyết về lập trình, điện tử và đề tài [4]: “Nghiên vẫn còn dưới 3/10 đến trên mực không nhận cứu chế tạo xe đạp dành cho người khiếm thị phục vụ thức được sáng tối và bệnh nhân vẫn còn khả mục đích giải trí” của nhóm tác giả: Nguyễn Khánh năng tận dụng thị lực này để lên kế hoạch Dương và Nguyễn Văn Thiện, những hạn chế của đề thực thi các hoạt động hằng ngày”. tài này dần được khắc phục như: - Công nghệ Haptics [4] là công nghệ tái tạo lại - Tận dụng dữ liệu ADC2 từ cảm biến số 2 và tất cả các cảm giác xúc giác theo mức độ chân bộ thu tín hiệu ADC của Card Hocdelam thực và chi tiết, nhằm tái tạo lại một phần hay 9090. toàn bộ cảm giác của con người khi tiếp xúc - Tối ưu hóa dữ liệu nhận được ADC1, ADC2, với thiết bị. Giao tiếp Haptics là việc giao tiếp ADC3, ADC4, ADC5, từ 5 cảm biến 1, 2, 3, giữa con người và thiết bị thông qua việc 4, 5 và phản hồi âm thanh đến người khiếm chạm. thị. - Nguồn năng lượng và ảnh hưởng của ánh sáng. Như vậy, các nhiệm vụ được đặt ra để nâng cao tính năng an toàn và phản hồi chính xác thông tin vật cản đến người khiếm thị bằng âm thanh. Hình 1. Ứng dụng công nghệ Haptics
2. - LabVIEW là một môi trường phát triển dựa trên ngôn ngữ lập trình đồ họa, thường được sử dụng cho mục đích: kiểm tra, đo lường, đánh giá, xử lý và điều khiển các tham số của thiết bị. Hình 4. Mô hình tổng quan Hình 2. Công nghệ lập trình LabVIEW 2.2 Cảm biến hồng ngoại SHARP GP2Y0A710K0F Cảm biến SHARP GP2Y0A710K0F được dùng để xác định khoảng cách và phát hiện vật cản trong phạm vi 100cm – 500cm. Hình 5. Tổng quan hệ thống 3.2 Lưu đồ thuật toán Hình 3. Cảm biến SHARP GP2Y0A710K0F 3. THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO MẪU XE ĐIỆN CHO NGƯỜI KHIẾM THỊ 3.1 Tổng quan hệ thống Người khiếm thị sẽ chạy xe và tránh được vật cản phía trước. - Vật cản sẽ được phát hiện trong khoảng cách từ 1m-5m phía trước và phía sau thông qua bộ cảm biến 1. Dữ liệu nhận được từ các cảm biến 1, 2, 3, 4, 5, 6 được tổng hợp và xác định hình dạng vật cản phía trước. Những vật cản có thể xác định và phân biệt được như: người, cây, cột, tường, cửa, hàng rào, vật cản bên trái, vật cản bên phải, vật cản phía sau. - Việc nhận, xử lý tín hiệu và điều khiển thông tin phản hồi do bộ xử lý thông tin 3 đảm nhiệm và được liên kết với nhau qua hệ thống dây điện 5. - Thông tin cụ thể về vật cản và khoảng cách đến vật cản sẽ được người khiếm thị tiếp nhận bằng âm thanh được phát ra từ loa máy tính. - Bộ cảm biến 3 và bộ phản hồi thông tin sẽ được nuôi bởi nguồn máy tính và nguồn pin dự phòng. Hình 6. Lưu đồ thuật toán
3. 3.3 Xử lý nhiễu bằng bộ lọc trung vị Sau khi được cấp nguồn, hệ thống cảm biến sẽ luôn hoạt động đo và phản hồi các giá trị dữ liệu điện áp cho bộ vi xử lý trong card giao tiếp 9090. Các giá trị được đọc về được nhận dưới dạng ADC1, ADC2, ADC3, ADC4, ADC5, ADC6. Các giá trị này sẽ được tính toán để chuyển thành tín hiệu khoảng cách, sau đó được xử lý nhiễu thông qua chức năng xử lý nhiễu trong LabVIEW như sau: Hình 4. Chương trình lập trình phản hồi âm thanh Lập trình phát hiện vật cản phía trước người khiếm thị và cảnh báo bằng âm thanh: Hình 7. Bộ lọc trung vị 3.4 Chương trình điều khiển trên LabVIEW Thông tin vật cản sẽ được phản hồi cho người khiếm thị theo sơ đồ: Hình 10. Chương trình phát hiện vật cản Sau khi lọc nhiễu các tín hiệu ADC được so sánh với các giá trị sẵn có tương ứng với khoảng cách theo yêu cầu để phản hồi cho người khiếm thị điều khiển xe điện. tương ứng với các giá trị cảm biến khác nhau và sự kết hợp tín hiệu giữa các loại cảm biến sẽ xác định được hình dạng cơ bản của vật cản. Cuối cùng thông tin về vật cản sẽ được phản hồi cho người khiếm thị bằng âm thanh tương ứng. 4. THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO MẪU XE ĐIỆN Hình 9. Sơ đồ khối phản hồi thông tin bằng âm thanh CHO NGƯỜI KHIẾM THỊ Các thông tin được nhận ra từ hệ thống cảm biến 4.1 Xe phát hiện tường và xác đinh bởi chương trình điều khiển sẽ được phản hồi cho người khiếm thị thông qua chương trình liên kết với các tài liệu âm dạng âm thanh và được phát trực tiếp ra loa máy tính. Hình 11. Tín hiệu ADC khi xe phát hiện có tường phạm vi 3m-5m
4. Bảng 1. Bảng thực nghiệm các giá trị nhận được từ các 4.4 Thực nghiệm xe phát hiện vật cản bên trái hay bên phải để phản hồi hướng rẽ sơ bộ cảm biến 3, 4, 5, 6 khi phát hiện tường khoảng cách 5m ADC3 ADC4 ADC5 ADC6 221.049 207.525 262.426 203.623 221.557 207.574 262.738 203.623 222.049 207.574 262.984 203.574 222.475 207.574 263.295 203.508 222.967 207.59 263.541 203.377 4.2 Xe phát hiện có người hay cột Hình 14. Tín hiệu ADC khi xe phát hiện vật cản bên trái trong phạm vi 3m-4m Bảng 4. Bảng thực nghiệm các giá trị nhận được từ các cảm biến 5, 6 khi phát hiện vật cản bên trái khoảng Hình 12. Tín hiệu ADC khi xe phát hiện cây, người hay cách 4m cột trong phạm vi 3m-5m ADC5 ADC6 Bảng 2: Bảng thực nghiệm các giá trị nhận được từ 20.1967 249.262 20.3279 250.197 các cảm biến 3, 4, 5, 6 khi phát hiện cây, người hay cột 20.3607 251.066 khoảng cách 5m 20.377 250.803 20.3934 250.557 ADC3 ADC4 ADC5 ADC6 227.246 269.377 10.1639 3.86885 4.5 Thực nghiệm phát hiện vật cản phía sau xe 227.131 269.59 10.2787 3.88525 227.016 269.803 10.377 3.93443 226.869 269.918 10.3934 3.91803 226.754 270.066 10.459 3.91803 4.3 Xe gặp vật cản >20cm Hình 15. Tín hiệu ADC khi xe phát hiện vật cản phía sau xe trong phạm vi 2m-3m Hình 13. Tín hiệu ADC khi xe phát hiện vật cản trong Bảng 5. Bảng thực nghiệm các giá trị nhận được từ các phạm vi 3m-5m cảm biến 2 khi phát hiện vật cản phía sau xe khoảng Bảng 3. Bảng thực nghiệm các giá trị nhận được từ cách 3m cảm biến 1 khi phát hiện vật cản khoảng cách 3m ADC2 ADC1 337.361 279.901 337.508 279.851 337.492 279.673 337.475 279.574 337.525 279.475
5. 5 KẾT LUẬN Đề tài “Nghiên cứu, thiết kế và chế tạo mẫu xe điện Hướng phát triển của đề tài: tích hợp nhỏ gọn mô cho người khiếm thị” áp dụng công nghệ cảm biến hình bằng việc áp dụng công nghệ vi điều khiển, thực và lập trình hỗ trợ người khiếm thị di chuyển và trải nghiệm và tiếp nhận cảm nhận từ người khiếm thị. nghiệm trên phương tiện mới. Đề tài tập trung giải LỜI CẢM ƠN quyết những hạn chế từ đề tài: “Nghiên cứu chế tạo xe đạp dành cho người khiếm thị phục vụ mục đích Tôi xin cảm ơn quý Thầy Cô Trường Đại học Sư giải trí”. Đề tài đã thực nghiệm thu thập số liệu và xử phạm Kỹ thuật Thành phố Hồ Chí Minh, Thầy Hải và lý kết quả nhiều lần trên nhiều kịch bản nhằm tăng các bạn sinh viên trong nhóm nghiên cứu, bạn Dương, tính an toàn và nâng cao độ tin cậy của mẫu xe điện. bạn Thiện và Trang đã hỗ trợ và cùng tôi hoàn thành đề tài nghiên cứu. TÀI LIỆU THAM KHẢO Tiếng Việt 1. Bộ Văn hóa Thể thao và Du lịch (2008), Tăng cường và nâng cao chất lượng các dịch vụ thư viện công cộng phục vụ người khiếm thị, Hà Nội. 2. Bộ Văn hoá Thể thao và Du lịch (2010), Tăng cường tiếp cận thông tin cho người khiếm thị, 10 năm hợp tác giữa Việt Nam và Quỹ Force 2000-2010, Hà Nội. 3. Luật người khuyết tật, Luật số: 51/2010/QH12 ngày 17/06/2010. 4. TS. Nguyễn Bá Hải, SV. Nguyễn Khánh Dương và SV. Nguyễn Văn Thiện, Đồ án tốt nghiệp “ Nghiên cứu thiết kế xe đạp dành cho người khiếm thị phục vụ mục đích giải trí”, Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật TP. HCM, TP. HCM, 2016. 5. SV. Nguyễn Văn Minh và SV. Trần Quốc Trung, Đồ án tốt nghiệp “Nghiên cứu và thiết kế thiết bị cảm nhận môi trường xung quanh qua xúc giác cho người mù”. 6. Hội người mù (2011) báo cáo tổng kết hoạt động năm 2010 và phương hướng hoạt động năm 2011 của Trung ương Hội người mù Việt Nam. 7. Tạp chí tự động hóa ngày nay: “Thu thập dữ liệu sử dụng card DAQ – NI và phần mềm LabVIEW”, Số 10 (62) năm 2005. 8. Tiến sĩ Nguyễn Bá Hải, “Giáo trình LabVIEW”, Thư viện trường Đại học Sư Phạm Kỹ Thuật TPHCM. 9. ThS. Trần Thị Thanh Vân, “Đảm bảo thông tin cho người khiếm thị”, Khoa Thông tin - Thư viện Trường Đại học Khoa học Xã hội và Nhân văn Đai học Quốc gia Hà Nội. 10. ThS. Trần Thị Thanh Vân (2011), Tìm hiểu các loại hình sản phẩm và dịch vụ thông tin phục vụ người khiếm thị trên thế giới, Tạp chí Thư viện Việt Nam, số 3. 11. Việt Nam và Quỹ FORCE (2010), Báo cáo Tăng cường tiếp cận thông tin cho người khiếm thị (10 năm hợp tác giữa Việt Nam và quỹ FORCE 2000-2010). Tiếng Anh 12. Andreja Bubic, Ella Striem-Amit, and Amir Amedi, Chương 18 “Large-Scale Brain Plasticity Following Blindness and the Use of Sensory Substitution Devices”. 13. B. Divya Jyothi, “Haptic Technology - A Sense of Touch”, International Journal of Science and Research (IJSR), India Online ISSN: 2319-7064. 14. Elizabeth Mesa-Múnera, Juan F. Ramirez-Salazar, John W. Branch, “Estimation of Vibration and Force Stimulus Thresholds for Haptic Guidance in MIS Training”, ISSN 1909 - 9762, Vol 5, No 10, July – December 2011. 15. “Getting Started With LabVIEW”, Author (Apache Software Foundation).
6. 16. “LabVIEW Quick Reference Card”, National Instruments Coporation. 17. Mohd Helmy Abd Wahab, Amirul A. Talib, Herdawatie A. Kadir, Ayob Johari, “Smart Cane: Assistive Cane for Visually-impaired People”, IJCSI International Journal of Computer Science Issues, Vol. 8, Issue 4, No 2, July 2011. 18. Paul Rohan, Garg Ankush, SinghVaibhav, Mehra Dheeraj, Balakrishnan M., Paul Kolin, “Smart cane for visually impaired technological solution for detecting knee-above obstacles and accessing public buses”. 19. S. Sri Gurudatta Yadav, “Haptic science and technolohy”, International Journal of Computer Engineering & Applications, Vol. II, Issue I/III. 20. Sung Yeon Kim và Kwangsu Cho, “Usability and Design Guidelines of Smart Canes for Users with Visual Impairments”, IJDesign, Vol 7, No 1, April 2013. 21. Tạp chí Future Reflections,“Technical device and special equipment for the blind”, (Vol.5, No 1 Winter 1968). 22. Vincent L´evesque, “Blindness, Technology and Haptics”, Haptics Laboratory, Centre for Intelligent Machines, McGill University, Canada. Internet 23. hocdelam.org, 2015. 24. Việt Nam hướng tới mục tiêu Thị giác Toàn cầu 2020 - Quyền được nhìn thấy, Internet: 2015. 25. 26. 2015. 27. ependently-using-ultrasound-warn-obstacles.html, 11/2015. 28. 11/2015. 29. 2015. 30. 31. Thông tin liên hệ tác giả chính (người chịu trách nhiệm bài viết): Họ tên: Đặng Trí Trung Đơn vị: Công ty TNHH Mercedes Benz Vietnam Điện thoại: 0932128431 Email: dangtritrung.spkt@gmail.com Ngày tháng năm 2016 Giảng viên hướng dẫn Tác giả đề tài (Ký & ghi rõ họ tên) (Ký & ghi rõ họ tên)
7. BÀI BÁO KHOA HỌC THỰC HIỆN CÔNG BỐ THEO QUY CHẾ ĐÀO TẠO THẠC SỸ Bài báo khoa học của học viên có xác nhận và đề xuất cho đăng của Giảng viên hướng dẫn Bản tiếng Việt ©, TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP. HỒ CHÍ MINH và TÁC GIẢ Bản quyền tác phẩm đã được bảo hộ bởi Luật xuất bản và Luật Sở hữu trí tuệ Việt Nam. Nghiêm cấm mọi hình thức xuất bản, sao chụp, phát tán nội dung khi chưa có sự đồng ý của tác giả và Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật TP. Hồ Chí Minh. ĐỂ CÓ BÀI BÁO KHOA HỌC TỐT, CẦN CHUNG TAY BẢO VỆ TÁC QUYỀN! Thực hiện theo MTCL & KHTHMTCL Năm học 2017-2018 của Thư viện Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật Tp. Hồ Chí Minh.