InnoMake - 2016 Конкурс проектов ЦМИТ Москвы

Универсальный электронный измеритель уровня жидкости для слабовидящих

Автор проекта: Владимир Волкодав Мастерская: 3D Идеи Трек: INNO Направление: HealthNet ЦМИТ: 3D Идеи

Проблема

Устройство решает проблему дозирования жидкостей слепыми и слабовидящими людьми, избавляя от необходимости тактильно определять перелив. На сегодняшний день слепые определяют уровень жидкости в емкости (кружке, кастрюле и пр. исключительно наощупь). Эта проблема была выявлена в ходе бесед со слабовидящими на конференции в ВОС и во время визитов в гимназию для слепых детей.

Проблема

Вторая проблема состоит в том, что все емкости для жидкости обладают разными свойствами: 1. Размер 2. Форма 3. Температура 4. Плотность Соответственно производить измерение уровня при помощи единого погружного измерителя не представляется возможным

Идея 1

Первый прототип устройства-измерителя был выполнен в виде кружки (так мы убираем сразу две переменные - форму и объем). Кружка имела три кнопки для задания требуемого уровня наполнения - 1/2, 2/3, полная. По достижению заданного уровня - звучит звуковой сигнал.

Идея 1

Кнопки представляют из себя емкостные

датчики, не требующие нажатия. Для того, чтобы

было зафиксировано касание — достаточно

просто приложить палец к нужной кнопке.

После того, как было зафиксировано касание —

система получает данные о том, какая именно

кнопка была нажата и запускает алгоритм

ожидания достижения запрограммированного

напряжения на резистивном датчике уровня

жидкости.

Идея 1

НЕДОСТАТКИ ИДЕИ 1

Выявленные недостатки:

1. показания мокрого и сухого датчика уровня

жидкости достаточно сильно отличаются.

2. после тестирования на слабовидящих выяснилось,

что им недостаточно кружки. Необходимо

разработать универсальное устройство, применимое

для использования с кастрюлей, кувшином и т.п. То

есть устройство должно работать одинаково хорошо

с емкостью любой высоты.

Идея 2

Заменить датчик уровня на ИК-сенсор, который можно

было бы повесить на край емкости с жидкостью.

Преимущества - компактность, водонепроницаемость.

Выявлен недостаток - ИК-сенсор имеет крайне малую

дальность действия, ограниченную 2-3 сантиметра. И

не дает возможность точно измерять уровень.

Идея 3

Ультразвуковой сенсор

Ультразвуковой сенсор дал хорошие результаты -

точность измерения уровня жидкости - несколько мм.

Но тестирование выявило 2 недостатка

1. Ультразвуковой датчик боится попадания брыз

2. Минимальная дальность работы - 3 см. Это слишком

много.

Идея 3

Всвязи с выявленными недостатками было решено

направлять ультразвук не по прямой, а при помощи

специального волновода. Таким образом,

ультразвук пойдет по дуге, длиной около 3 см, что

покроет необходимое минимальное расстояние. И

сам датчик не будет в непосредственном контакте с

жидкостью. При помощи 3D печати протестировано

два возможных прототипа волновода - с прямым и

зауженным (для компактности) раструбом.

Стабильные результаты дал волновод с прямым

раструбом.

Идея 3

Внешний вид конструкции с датчиком в сборе

Идея 3

Голосовые оповещения Для работы системы недостаточно звукового сигнала. Для слабовидящего будет гораздо приятнее слышать человеческий голос. Поэтому датчик уровня оснащен модулем, воспроизводящим голосовые сообщения: • к работе готов • емкость заполнена на 1/3 • емкость заполнена на 1/2 • емкость заполнена на 2/3 • емкость полна За воспроизведение сообщений отвечает звуковой модуль WT588d. Сообщения в формате mp3 могут быть перезаписаны многократно, объединены в библиотеки и вызваны по команде с управляющей платы Arduino Nano.

Идея 3

Принцип работы 1. Слабовидящий вешает датчик на край пустой

емкости и нажимает кнопку включения 2. Происходит измерение высоты пустой емкости,

вычисляются высоты, соответствующие 1/3, 1/2, 2/3, 1/1 заполнения

3. Звучит команда «наливайте воду» 4. Каждый уровень озвучивается сообщением и

слабовидящий понимает сколько конкретно жидкости он налил

датчик корпус с электроникой и элементами питания

емкость

Идея 3

Преимущества

1. Свойства среды не важны - ни плотность ни токопроводящие свойства, ни температура - не играют роли

2. Высота емкости не важна - дальность работы ультразвукового датчика - до 3 метров

3. Количество и суть речевых сообщений можно варьировать - озвучивать по сантиметрам или определенные уровни - не важно

4. Устройство может быть мультиязычным. Смена языка решается быстрой заменой или перепрограммированием голосового микрочипа.

План

Тестирование

различных

типов

волновода для

определения

оптимального

Разработка

электронной

части проекта

на базе

платформы

Ардуино

Разработка и 3D

печать корпуса

устройства.

Работа над

эргономикой и

дизайном.

Этапы работы

Проект реализуется на базе ЦМИТ «3D Идеи» под

руководством научного руководителя - Привалова

Сергея Евгеньевича

Для моделирования формы волновода

используется среда SolidWorks

Для реализации прототипов используется

имеющийся в арсенале ЦМИТ 3D принтер Picasso

Designer и ПЛА-пластик.

На сегодняшний день закончено создание

волновода и на 70% закончено программное

обеспечение

Результаты

На сегодняшний день проект собран в

виде макета. Идет плотная работа над

доработкой программного обеспечения.

Основные задачи:

• доработка программного обеспечения для ускорения обработки сигналов от сенсора

• подбор наиболее приятного тембра голоса для сообщений

• подбор и настройка миниатюрного усилителя мощности для голосовых сообщений