Projeto de Subsistema de Eletrônica

A detecção de obstáculos na bengala inteligente Meu Norte é realizada por quatro sensores ultrassônicos, capazes de identificar objetos no trajeto do usuário e repassar essas informações ao sistema de controle. Esse módulo de orientação, composto por uma bengala sensorizada e por uma pulseira com quatro motores vibratórios (vibracall), converte as medições de distância em intensidades de vibração, auxiliando a navegação de forma intuitiva. O esquemático a seguir detalha todas as conexões necessárias, contemplando alimentação, monitoramento de bateria, microcontrolador e atuadores, garantindo o funcionamento esperado do produto. As características de cada bloco serão apresentadas nos tópicos subsequentes.

Subsistema Eletrônico

O subsistema eletrônico da bengala foi projetado com uma arquitetura modular, dividida em três placas principais: alimentação, lógica e sensores táteis. Essa divisão permite uma melhor organização dos componentes, facilitando a manutenção e o desenvolvimento de futuras melhorias. Cada placa possui uma função específica dentro do projeto, garantindo um funcionamento eficiente e seguro do dispositivo. A seguir, são detalhadas as características e os componentes de cada uma dessas placas.

1. Sistema de Alimentação

O sistema de alimentação do projeto foi projetado para fornecer uma fonte de energia confiável e eficiente para todos os componentes da bengala inteligente. Ele é composto pelos seguintes elementos principais:

• Baterias 18650: Duas células de íon-lítio (3.7V) ligadas em paralelo, garantindo maior capacidade de corrente e autonomia para o dispositivo.
• Módulo de carregamento TP4056: Utilizado para recarregar as baterias 18650 de forma segura, evitando sobrecarga e descarga excessiva.
• Regulador de tensão MT3608: Eleva a tensão das baterias para fornecer uma saída de 5V necessária para alimentar o microcontrolador e os sensores.
• Sensor INA219: Monitoramento do consumo de energia, permitindo medir a corrente e a tensão da alimentação em tempo real.

Esse sistema garante um fornecimento estável de energia para todos os módulos da bengala, mantendo um bom desempenho e segurança.

2. Placa de Lógica

A placa de lógica inclui o microcontrolador ESP32, os sensores ultrassônicos, o buzzer e os botões, formando o núcleo de processamento e controle do sistema.

Microcontrolador ESP32

O ESP32 é o componente central do sistema, responsável pelo processamento das leituras dos sensores, controle dos motores vibratórios e comunicação com o usuário.

• Conectividade Bluetooth, possibilitando a conexão com o aplicativo via protocolo BLE.
• Processador dual-core de 32 bits com clock de até 240 MHz, garantindo execução eficiente das rotinas de sensoriamento e controle.
• Diversas interfaces de comunicação, incluindo I2C, SPI e UART, facilitando a interação com os sensores e periféricos.

Sensores Ultrassônicos

Os sensores ultrassônicos HC-SR04 são utilizados para medir distâncias e detectar obstáculos. A bengala conta com quatro sensores ultrassônicos, distribuídos para cobrir três direções: frente, esquerda e direita.

• O funcionamento do HC-SR04 baseia-se na emissão de pulsos ultrassônicos, que refletem nos objetos e retornam ao sensor.
• O tempo de retorno do eco é utilizado para calcular a distância do obstáculo com alta precisão.
• A informação de distância é processada pelo ESP32, permitindo alertar o usuário por meio dos motores vibratórios.

Botões

Os botões são usados para interação do usuário com o aplicativo diretamente da bengala, sem a necessidade segurar o celular em mãos.

Buzzer

O buzzer é utilizado para fornecer feedback auditivo ao usuário. Ele pode ser ativado nos seguintes casos:

• Perca ou queda da bengala.
• Ao pressionar algum botão.

O controle do buzzer é feito pelo ESP32, que pode gerar diferentes padrões de som dependendo da situação.

3. Placa de Sensores Táteis

A placa de sensores táteis é responsável pelo feedback tátil ao usuário, utilizando motores vibratórios para indicar a presença de obstáculos.

Motores Vibratórios (Vibracall 1027)

Os motores vibratórios são responsáveis pelo feedback tátil da bengala. Eles são acionados quando um obstáculo é detectado e podem operar em diferentes intensidades de vibração para indicar a proximidade do obstáculo.

• Cada motor está posicionado para indicar direções específicas: direita e esquerda, em cima ou embaixo.
• A intensidade da vibração pode ser ajustada via modulação por largura de pulso (PWM).

Transistores MOSFET IRLZ44N

Os motores vibratórios requerem mais corrente do que o ESP32 pode fornecer diretamente. Para isso, utiliza-se MOSFETs do tipo IRLZ44N para fazer o acionamento.

• O ESP32 envia um sinal de controle para a porta gate do MOSFET.
• O MOSFET liga e permite a passagem de corrente da bateria para o motor vibratório.
• Quando o ESP32 desliga o sinal, o MOSFET interrompe o fluxo de corrente, desativando a vibração.

Diodos Schottky 1N5822

Os diodos Schottky 1N5822 são utilizados para proteger o circuito contra surtos de tensão gerados pelo desligamento dos motores vibratórios.

• Quando o motor é desligado, ele pode gerar uma tensão reversa que poderia danificar outros componentes.
• O diodo Schottky dissipa essa tensão indesejada, garantindo a segurança do sistema.

4. Conectividade com Aplicativo via BLE

O sistema da bengala inteligente Meu Norte conta com conectividade Bluetooth Low Energy (BLE), permitindo a comunicação entre a bengala e um aplicativo móvel. O BLE possibilita:

• Monitoramento remoto da carga da bateria e estado do dispositivo.
• Ajuste das configurações de feedback tátil ou sonoro.
• Registro de alertas e eventos, como obstáculos detectados ou quedas da bengala.

A comunicação BLE é gerenciada pelo ESP32, que age como um periférico BLE, possibilitando que o aplicativo se conecte e envie comandos ou receba informações em tempo real.

Conclusão

O projeto "Meu Norte" é uma bengala inteligente desenvolvida para auxiliar pessoas com deficiência visual na navegação segura em ambientes urbanos.

• A placa de alimentação garante uma fonte de energia confiável e segura para todos os componentes.
• A placa de lógica, que inclui o ESP32, sensores ultrassônicos, botões e buzzer, é responsável pelo processamento e interação com o usuário.
• A placa de sensores táteis fornece feedback tátil por meio dos motores vibratórios, ajudando na detecção de obstáculos.

Com esse conjunto de tecnologias, a bengala inteligente proporciona uma experiência segura e eficiente para o usuário, auxiliando na prevenção de colisões e melhorando a mobilidade em diferentes ambientes, além da integração via bluetooth com o aplicativo desenvolvido pela área de software.

Referencial Teórico

1. EssyEDA. Software utilizado. Disponível em: EasyEDA. Acesso em: 30 nov. 2024.

2. HC-SR04 Datasheet. DataSheet. Disponível em: https://www.handsontec.com/dataspecs/HC-SR04-Ultrasonic.pdf. Acesso em: 29 nov. 2024.

3. Datasheet ESP32. Datasheet. Dispónível em: https://www.espressif.com/sites/default/files/documentation/esp32_datasheet_en.pdf. Acesso em: 29 nov. 2024.

Versionamento

Versão	Data	Modificação	Autor
1.0	24/11/2024	Criação do documento	Gabriel S. Lima
1.1	30/11/2024	Adicionado informações ao documento	Gabriel S. Lima
1.2	01/12/2024	Atualização documento	Gabriel S. Lima
1.3	01/12/2024	Atualização das imagens	Fernanda Diniz
1.4	01/12/2024	Alteração no esquemático	Nathan Zeidan
1.5	01/12/2024	Revisão do documento	Fernanda Diniz & Gabriel S. Lima & Nathan Zeidan
1.6	16/02/2025	Atualização do esquemático e documentação	Fernanda Diniz