Система допомоги орієнтації в просторі для сліпих

Abstract

Ця робота присвячена розробці системи допомоги орієнтації в просторі для сліпих людей, головною метою якої є забезпечення їх безпечного пересування та покращення мобільності в навколишньому середовищі. Розроблений пристрій виконує кілька основних функцій, зокрема розпізнавання перешкод, GPS-трекінг, реагування на погодні умови (зокрема дощ) та орієнтування за звуком. Система використовує ультразвукові датчики для виявлення перешкод і попереджає користувача за допомогою звукових і тактильних сигналів. GPS-модуль збирає дані про місцезнаходження користувача та передає їх на центральний сервер, що дозволяє відстежувати маршрут і забезпечувати додаткову безпеку. Для виявлення дощу передбачено датчик вологості, що активує відповідне сповіщення. Крім того, інтеграція масиву мікрофонів Pmod PDM дозволяє системі визначати напрямок джерела звуку, що полегшує орієнтацію в міських умовах або складних ситуаціях. Усі компоненти системи були об’єднані за допомогою мікроконтролера Arduino Nano R3, а програмний код написаний на мові програмування Arduino (C++). У першому розділі роботи проведено аналіз існуючих аналогів систем орієнтації для людей із порушеннями зору. У другому розділі описано вибір елементів, обґрунтовано технічні характеристики та визначено основні вимоги до розроблюваної системи. Третій розділ присвячено етапам розробки пристрою, опису апаратної та програмної частин, включаючи підключення датчиків, GPS-модуля та інших компонентів. У четвертому розділі представлено результати тестування системи, зокрема перевірку її функціональності в різних умовах та аналіз точності роботи модулів. Результатом роботи став функціональний прототип, який покращує якість життя людей з порушеннями зору, допомагаючи їм орієнтуватися в просторі та забезпечуючи більшу незалежність. Загальний обсяг пояснювальної записки становить 93 сторінок і включає 30 рисунків, 10 таблиць, 32 джерела інформації та 4 додатки. This work is dedicated to the development of a spatial orientation assistance system for blind people, with the primary goal of ensuring their safe movement and enhancing mobility in the surrounding environment. The developed device performs several key functions, including obstacle detection, GPS tracking, weather condition response (specifically rain detection), and sound-based orientation. The system uses ultrasonic sensors to detect obstacles, alerting the user through sound and tactile signals. A GPS module collects the user’s location data and transmits it to a central server, enabling route tracking and ensuring additional safety. A rain detection sensor is included to notify the user of weather conditions. Furthermore, the integration of the Pmod PDM microphone array allows the system to determine the direction of a sound source, facilitating orientation in urban settings or complex situations. All components of the system are integrated using an Arduino Nano R3 microcontroller, and the software is written in Arduino programming language (C++). The first chapter of the thesis provides an analysis of existing analogs of orientation systems for visually impaired individuals. The second chapter describes the selection of components, justifies their technical specifications, and outlines the main requirements for the developed system. The third chapter focuses on the development stages of the device, including the description of hardware and software, the integration of sensors, the GPS module, and other components. The fourth chapter presents the results of system testing, including its functionality under various conditions and an analysis of module accuracy. The outcome of the work is a functional prototype that improves the quality of life for visually impaired individuals by helping them orient themselves in space and providing greater independence. The explanatory note comprises 93 pages, including 30 figures, 10 tables, 32 references, and 4 appendices.