โครงการไม้เท้าอัจฉริยะสำหรับผู้พิการทางสายตา
Smart Blind Stick
1. ความเป็นมาของโครงการ
เนื่องจากปัจจุบันในประเทศไทยมีผู้พิการทางสายตาอยุ่จำนวนหนึ่งซึ่งยังไม่ได้รับการอำนวยความสะดวกทางด้านการเดินทาง โครงการนี้จึงให้ความสำคัญ แก่ผู้พิการทางสายตาเพื่อที่จะได้ใช้ชีวิตได้อย่างปลอดภัยมากยิ่งขึ้น คณะผูจัดทำโครงการจึงได้มีความคิดที่จะทำโครงการนี้ขึ้นมาเพื่ออำนวยความสะดวกแก่ผู้พิการทางสายตา โดยการทำไม้เท้าอัจฉริยะสำหรับผู้พิการทางสายตา โดยใช้อัลตร้าโซนิค เซนเซอร์ เป็นตัวเช็คระยะสิ่งกีดขว้าง โดยมีการประมวลผลและแสดงผลออกมาในรูปแบบของเสียงและการสั่น
2. หลักการและเหตุผล
ผู้พิการทางสายตา หมายถึง คนที่ไม่สามารถมองเห็นได้เลย หรืออาจมองเห็นได้บ้างไม่มากนัก ไม่สามารถใช้สายตา หรือไม่มีการใช้สายตาให้เป็นประโยชน์ ในการเรียน การสอน หรือทำกิจกรรมได้ ต้องใช้ประสาทสัมผัส อื่นแทนในการเรียนรู้ และหากมีการทดสอบสายตาประเภทนี้ อาจพบว่าสายตาข้างดีสามารถมองเห็นได้ในระยะ 20/20 (อัตราวัดระดับการมองเห็น คนปกติเห็นวัตถุชัดเจนระยะ 200 ฟุต คนตาบอดจะสามารมองเห็นวัตถุชิ้นเดียวกันในระยะ 20 ฟุต ) หรือน้อยกว่านั้น และมีลานสายตา โดยเฉลี่ยอย่างสูงสุดจะแคบกว่า 5 องศา ตาบอดไม่สนิท หรือบอดเพียงบางส่วน สายตาเลือนราง
หมายถึง มีความบกพร่องทางสายตา สามารถมองเห็นบ้าง แต่ไม่เท่าคนปกติ เมื่อทดสอบสายตาประเภทนี้ จะมีสายตาข้างดี สามารถมองเห็นได้ในระยะ 20/60 หรือน้อยกว่านั้น และมีลานสายตา โดยเฉลี่ย อย่างสูงสุด จะกว้างสูงสุดไม่เกิน 30 องศา โครงการนี้จึงให้ความสำคัญ แก่ผู้พิการทางสายตาเพื่อที่จะได้ใช้ชีวิตได้อย่างปลอดภัยมากยิ่งขึ้น คณะผูจัดทำโครงการจึงได้มีความคิดที่จะทำโครงการนี้ขึ้นมาเพื่ออำนวยความสะดวกแก่ผู้พิการทางสายตา โดยการทำไม้เท้าอัจฉริยะสำหรับผู้พิการทางสายตา โดยใช้อัลตร้าโซนิค เซนเซอร์ เป็นตัวเช็คระยะสิ่งกีดขว้าง โดยมีการประมวลผลและแสดงผลออกมาในรูปแบบของเสียงและการสั่น
3. วัตถุประสงค์ของโครงงาน
เพื่อพัฒนาเครื่องแจ้งเตือนส่ิงกีดขวางเพื่อผู้ พิการทางสายตาที่ช่วยให้ผู้พิการทางสายตามีความ ปลอดภัยในการใช้ชีวิตประจาวันตามปกติ โดยเครื่อง แจ้งเตือนสิ่งกีดขวางเพื่อผู้พิการทางสายตาที่พัฒนาขึ้น จะเป็นไม้เท้าอัจฉริยะ เป็นอุปกรณ์ช่วยในการเตือนให้ผู้พิการ ทราบถึงการมีส่ิงกีดขวางที่อยู่ด้านหน้าโดยเริ่มเตือน เม่ือส่ิงกีดขวางอยู่ห่างจากผู้พิการทางสายตา
4. เรื่องย่อ
โรคพิการทางสายตาหมายถึง คนที่ไม่สามารถมองเห็นได้เลย หรืออาจมองเห็นได้บ้างไม่มากนัก ไม่สามารถใช้สายตา หรือไม่มีการใช้สายตาให้เป็นประโยชน์ ในการเรียน การสอน หรือทำกิจกรรมได้ ต้องใช้ประสาทสัมผัส อื่นแทนในการเรียนรู้ และหากมีการทดสอบสายตาประเภทนี้ อาจพบว่าสายตาข้างดีสามารถมองเห็นได้ในระยะ 20/20 (อัตราวัดระดับการมองเห็น คนปกติเห็นวัตถุชัดเจนระยะ 200 ฟุต คนตาบอดจะสามารมองเห็นวัตถุชิ้นเดียวกันในระยะ 20 ฟุต ) หรือน้อยกว่านั้น และมีลานสายตา โดยเฉลี่ยอย่างสูงสุดจะแคบกว่า 5 องศา ตาบอดไม่สนิท หรือบอดเพียงบางส่วน สายตาเลือนราง หมายถึง มีความบกพร่องทางสายตา สามารถมองเห็นบ้าง แต่ไม่เท่าคนปกติ เมื่อทดสอบสายตาประเภทนี้ จะมีสายตาข้างดี สามารถมองเห็นได้ในระยะ 20/60 หรือน้อยกว่านั้น และมีลานสายตา โดยเฉลี่ย อย่างสูงสุด จะกว้างสูงสุดไม่เกิน 30 องศา โครงการนี้จึงให้ความสำคัญ แก่ผู้พิการทางสายตาเพื่อที่จะได้ใช้ชีวิตได้อย่างปลอดภัยมากยิ่งขึ้น คณะผูจัดทำโครงการจึงได้มีความคิดที่จะทำโครงการนี้ขึ้นมาเพื่ออำนวยความสะดวกแก่ผู้พิการทางสายตา โดยการทำไม้เท้าอัจฉริยะสำหรับผู้พิการทางสายตา โดยใช้อัลตร้าโซนิค เซนเซอร์ เป็นตัวเช็คระยะสิ่งกีดขว้าง โดยมีการประมวลผลและแสดงผลออกมาในรูปแบบของเสียงและการสั่น
5. เครื่องมือที่ใช้พัฒนา
5.1 Hardware
– กล่องพลาสติก
– ไม้เท้าสำเร็จ
– Ultrasonic Sensor HC-04
– Arduino Uno R3
– Jumperwire
– Buzzer
– Switch
– Battery 9v
Ultrasonic Sensor HC-04
Ultrasonic Sensor HC-04คือ โมดูลสำหรับวัดระยะห่างด้วยคลื่นอัลตราโซนิค มีให้เลือกใช้งานแตกต่างกันไปแล้วแต่ผู้ผลิต คุณภาพ และราคา มีราคาถูกไม่กี่ร้อยบาท ไปจนถึงราคาเป็นพันบาท สามารถนำไปใช้ประยุกต์ใช้งานได้ เช่น การตรวจจับสิ่งกีดขวางสำหรับหุ่นยนต์เคลื่อนที่ บทความนี้จะกล่าวถึง การทดลองใช้งานโมดูลHC-SR04วัดระยะห่างด้วยคลื่นอัลตร้าโซนิค ร่วมกับบอร์ดArduino
หลักการทำงานของโมดูลวัดระยะห่างด้วยคลื่นอัลตร้าโซนิค
โมดูล HC-SR04 เป็นอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ราคาถูก สำหรับวัดระยะห่างด้วยคลื่นอัลตราโซนิค (ใช้คลื่นเสียงความถี่ ประมาณ 40kHz)มีสองส่วนหลักคือ ตัวส่งคลื่นที่ทำหน้าที่สร้างคลื่นเสียงออกไปในการวัดระยะแต่ละครั้ง (“Ping”)แล้วเมื่อไปกระทบวัตถุหรือสิ่งกีดขวาง คลื่นเสียงถูกสะท้อนกลับมายังตัวรับแล้วประมวลผลด้วยวงจรอิเล็กทรอนิกส์ภายในโมดูล ถ้าจับเวลาในการเดินทางของคลื่นเสียงในทิศทางไปและกลับ และถ้าทราบความเร็วเสียงในอากาศ ก็จะสามารถคำนวณระยะห่างจากวัตถุกีดขวางได้
Arduino UNO
Arduino คือ โครงการที่นำชิปไอซีไมโครคอนโทรลเลอร์ตระกูลต่างๆ มาใช้ร่วมกันในภาษา C ซึ่งภาษาC นี้เป็นลักษณะเฉพาะ คือมีการเขียนไลบารี่ของ Arduino ขึ้นมาเพื่อให้การสั่งงานไมโครคอนโทรลเลอร์ที่แตกต่างกัน สามารถใช้งานโค้ดตัวเดียวกันได้ โดยตัวโครงการได้ออกบอร์ดทดลองมาหลายๆรูปแบบ เพื่อใช้งานกับ IDE ของตนเอง สาเหตุหลักที่ทำให้ Arduino เป็นนิยมมาก เป็นเพราะซอฟแวร์ที่ใช้งานร่วมกันสามารถโหลดได้ฟรี และตัวบอร์ดทดลองยังถูกแจกแปลน ทำให้ผู้ผลิตจีนนำไปผลิตและขายออกตลาดมาในราคาที่ถูกมากๆ โดยบอร์ดที่ถูกที่สุดในตอนนี้คือบอร์ด Arduino ที่มีราคาเพียง120 – 150บาทเท่านั้น
คำว่า Uno เป็นภาษาอิตาลี ซึ่งแปลว่าหนึ่ง เป็นบอร์ด Arduino รุ่นแรกที่ออกมา มีขนาดประมาณ 68.6×53.4mmเป็นบอร์ดมาตรฐานที่นิยมใช้งานมากที่สุด เนื่องจากเป็นขนาดที่เหมาะสำหรับการเริ่มต้นเรียนรู้ Arduino และมี Shields ให้เลือกใช้งานได้มากกว่าบอร์ด Arduinoรุ่นอื่นๆที่ออกแบบมาเฉพาะมากกว่า โดยบอร์ด Arduino Uno ได้มีการพัฒนาเรื่อยมา ตั้งแต่ R2R3 และรุ่นย่อยที่เปลี่ยนชิปไอซีเป็นแบบSMD
ข้อมูลจำเพาะ
ชิปไอซีไมโครคอนโทรเลอร์ ATmega328
ใช้แรงดันไฟฟ้า 5V
รองรับการจ่ายแรงดันไฟฟ้า (ที่แนะนำ) 7 – 12V
รองรับการจ่ายแรงดันไฟฟ้า (ที่จำกัด) 6 – 20V
พอร์ต Digital I/O 14 พอร์ต (มี 6พอร์ตPWM output)
พอร์ต Analog Input 6 พอร์ต
กระแสไฟที่จ่ายได้ในแต่ละพอร์ต 40mA
กระแสไฟที่จ่ายได้ในพอร์ต 3.3V50mA
พื้นที่โปรแกรมภายใน 32KB
พื้นที่โปรแกรม 500B ใช้โดย Booloader
พื้นที่แรม 2KB
พื้นที่หน่วยความจำถาวร (EEPROM) 1KB
ความถี่คริสตัล 16MHz
ขนาด 68.6×53.4 mm
5.2 Software โปรแกรม ArduinoIDE
Arduino IDE เป็นเครื่องมือสำหรับเขียนโปรแกรมด้วยภาษาArduino, คอมไพล์โปรแกรม (Compile) และอัปโหลดโปรแกรมลงบอร์ด (Upload)
6. วิธีการต่อวงจร
ขั้นตอนการทำงานและต่อวงจร
- เจาะฝากล่องพลาสติกที่เตรียมไว้ให้รูพอดีกับตัวUltrasonic sensorและทำการติด ต่อมาเรานำสายแพร
ด้านตัวเมียเสียบเข้ากับช่อง vcc , Trig, Echo, Gndให้ครบ4สาย และนำสายด้านตัวผู้
vccเข้า Arduino 5v
Gnd เข้า Arduino Gnd
Trig เข้าAduino 9pin
Echoเข้าArduino 10pin
- เจาะรูฝากล่องให้พอดีกับBuzzer และติดเข้ากับฝา
Buzzer + pin เข้า Arduino 11pin
Buzzer – pin เข้า Arduino Gnd
- นำMotor + pin เข้า Arduino 13pin นำ Motor –pinเข้า Arduino Gnd
- นำSwitchมาต่อเข้ากับวงจร และนำวงจรทั้งหมดใส่ไปในกล่องที่เราเตรียมไว้
- นำบอร์ดArduinoมาเบิร์นโปรมแกรมที่เขียนไว้ลงไปในบอร์ด
- นำกล่องมายึดติดกับไม้เท้าและเดินสายไฟSwitch ขึ้นมาติดไว้ใกล้กับด้ามจับเพื่อสะดวกต่อการใช้งาน
7. Flowchart การทำงานของไม้เท้า
8. SOURCE CODE
// defines pins numbers
const int trigPin = 9;
const int echoPin = 10;
const int buzzer = 11;
const int motor = 13;
// defines variables
long duration;
int distance;
int safetyDistance;
void setup() {
pinMode(trigPin, OUTPUT); // Sets the trigPin as an Output
pinMode(echoPin, INPUT); // Sets the echoPin as an Input
pinMode(buzzer, OUTPUT);
pinMode(motor, OUTPUT);
Serial.begin(9600); // Starts the serial communication
}
void loop() {
// Clears the trigPin
digitalWrite(trigPin, LOW);
delayMicroseconds(2);
// Sets the trigPin on HIGH state for 10micro seconds
digitalWrite(trigPin, HIGH);
delayMicroseconds(10);
digitalWrite(trigPin, LOW);
// Reads the echoPin, returns the sound wave travel time in microseconds
duration = pulseIn(echoPin, HIGH);
// Calculating the distance
distance= duration*0.034/2;
safetyDistance = distance;
if (safetyDistance <= 50){
digitalWrite(buzzer, HIGH);
digitalWrite(motor, HIGH);
}
else{
digitalWrite(buzzer, LOW);
digitalWrite(motor, LOW);
}
// Prints the distance on the Serial Monitor
Serial.print(“Distance: “);
Serial.println(distance);
}
9.ขอบเขตของโครงงาน
สำหรับโครงงานนี้มีขอบเขตโดยแบ่งการทำงานออกเป็น 2ส่วน คือ
9.1.ส่วนตรวจจับสิ่งกีดขวาง
-สามารถตรวจจับสิ่งกีดขวางที่อยู่ข้างหน้าก่อนเราจะเดินถึง50เซนติเมตร
9.2. ส่วนแสดงผลการแจ้งเตือน
-เมื่อก่อนถึงสิ่งกีดขวาง 50เซนติเมตร Ultrasonic sensor จะทำงาน ทำให้ Buzzerทำงานมีเสียงเตือนดังขึ้น
-เมื่อ Buzzer ทำงานจะทำให้ Motor ทำงานทำให้เกิดการสั่นขึ้น ทำให้ผู้ใช้งานรู้สึกได้ว่ามีสิ่งกีดขวางอยู่ข้างหน้า
10. กลุ่มผู้ใช้
ได้ทดลองจากผู้ใช้จริงแล้วสามารถใช้งานได้จริง เราได้ทดลองจากการให้ทางคณะผู้จัดทำนำผ้ามาปิดตาเพื่อไม่ให้สามารถมองเห็นแล้วให้เดินหลบสิ่งกีดขวาง ผลที่ได้คือผู้ทดลองเดินไม่ชนสิ่งกีดขวาง
ส่วนของรูปร่างของชิ้นงาน
11. วิธีใช้งาน
ทางคณะผู้จัดทำได้นำสวิตซ์ไปติดไว้ใกล้กับด้ามจับของไม้เท้าเพื่อสะดวกต่อการใช้งาน ทำให้สะดวกสบาย และใช้งานง่าย พอเปิดสวิตซ์แล้วแบตเตอร์รี่จะจ่ายไฟเข้าวงจร เมื่อเจอสิ่งกีดขวางเซนเซอร์จะทำงาน ทำให้บัสเซอร์และมอเตอร์ทำงาน ทำให้มีเสียงและการสั่นเพื่อเป็นการแจ้งเตือนให้กับผู้ใช้เดินหลบ
12. ประโยชน์ที่เป็นเหตุผลให้ควรพัฒนา
6.1. ผู้พิการทางสายตาสามารถใช้ได้จริงนำไปใช้เดินทางในชีวิตประจำวันได้
6.2. ช่วยให้ผู้พิการทางสายตาสะดวกสบายมากขึ้นไปไหนมาไหนคนเดียวได้
6.3. สามารถนำไปต่อยอดเพิ่มฟังก์ชั่นให้มากขึ้นและผลิตนำมาขายได้เป็นธุรกิจ
13. แนวทางการพัฒนาต่อในอนาคต
ทางผู้จัดทำอยากพัฒนาในส่วนของการเดินในหลายๆรูปแบบเช่นการเดินลงบันได ทำอย่างไรให้ไม้เท้าใช้งานลงบันไดได้ และเพิ่มฟังก์ชั่นการเมื่อผู้ใช้ถึงจุดหมายสามารถส่ง SMS หรือ Line ถึงคนข้างบ้านได้ว่าถึงแล้ว
14. สรุปและข้อเสนอแนะ
การทำโครงงานครั้งนี้ทำให้ทางผู้จัดทำได้ประโยชน์เป็นอย่างมาก เพราะได้คิดได้สร้างสรรค์ชิ้นงานที่เป็นประโยชน์ให้กันตนเองและผู้อื่น สามารถนำความรู้ที่ได้ไปต่อยอดในอนาคต
8. แหล่งอ้างอิง
http://etcb.in.th/index.php/m-etcb-services/29-smart-cane
http://cfbt.or.th/dsc/index.php/article/15-blind-world
http://cpre.kmutnb.ac.th/esl/learning/index.php?article=hc-sr04-ultrasonic
คลิป D.I.Y.
คลิปนำเสนอ
เรื่อง ไม้เท้าอัจฉริยะเพื่อผู้พิการทางสายตา ( Smart Blind Stick )
จัดทำโดย
นาย ณัชพล เกิดมี
นาย นภนต์ แตงโต
