حاليا، يستخدم ضعاف البصر العصا التقليدية كأداة لتوجيههم عندما ينتقلون من مكان لآخر. ومع ان القصب التقليدي هو الوسيلة الاكثر انتشارا التي يستعملها اليوم المصابون بإعاقة بصرية، فهو لا يساعدهم على اكتشاف المخاطر من كل مستويات العقبات. وفي هذا السياق، نقترح نظاما ذكيا جديدا لتوجيه الأشخاص المصابين بإعاقة بصرية أو ضعاف بصرية. ويستخدم هذا النظام لتمكين الأشخاص المصابين بإعاقة بصرية من التحرك بنفس السهولة والثقة اللتين ينتقل بهما الأشخاص ذوو البصر. بعدين النظام بيساعد باكتشاف الحفر. ويرتبط النظام بنموذج GSM-GPS لتحديد موقع الشخص ذي الإعاقة البصرية وإنشاء مسار اتصال ذي طريقين بطريقة لاسلكية. وعلاوة على ذلك، يوفر معلومات عن الإتجاه فضلا عن معلومات لتجنب العقبات القائمة على أجهزة الاستشعار فوق الصوتية. ويضاف أيضا إلى النظام جهاز صمام وجهاز هزاز. تم تصميم النظام بأكمله ليكون صغيرا وخفيفا ويتم إستخدامه بالتزامن مع العصا البيضاء. وقد أظهرت النتائج أن الستائر التي أستخدمت هذا النظام يمكن أن تتحرك بشكل مستقل وآمن.

وعلى الصعيد العالمي، يقدر عدد الأشخاص من جميع الأعمار الذين يعانون من فقدان البصر ب 285 مليون شخص، منهم 39 مليون شخص يعانون من إعاقة بصرية وفقا لمنظمة الصحة العالمية. ومن بين القيود الكثيرة التي يواجهها شخص ضعيف البصر، يبرز تحدي التنقل والاستقلال. فالأشخاص ذوو الإعاقة البصرية عموما يعتمدون على مساعدة الأشخاص ذوي البصر في العثور على طريقهم أو في حاجة إلى شخص مرافق لاتباعه؛ على الأقل خلال فترة التدريب. وهذا يعني أن غالبية الأشخاص المصابين بإعاقة بصرية لا يمكنهم العثور على طريقهم بشكل مستقل في منطقة مجهولة. فالأشخاص الذين لا يملكون رؤية عامة يستعملون عصا بيضاء أو عصا متحركة

ويمكن إستخدام تكنولوجيا موجهة الكترونيا مثل جهاز الاستشعار فوق الصوتي لمساعدة الشخص ذي الإعاقة البصرية. في هذه التقنية، تنبعث أمواج الطاقة في المستقبل، ثم تنعكس من العوائق في مسار المستخدم ويكتشفها جهاز إستشعار مطابق. ومن ثم، تحسب المسافة إلى العائق وفقا لتباين الوقت بين العلامتين. لقد إستخدمنا كثافة اهتزاز مختلفة للإشارة إلى مسافة الجسم باستخدام محرك الاهتزاز. واذا كان الشخص ذو الإعاقة البصرية قريبا جدا من العائق يهتز المحرك بكثافة اعلى وأيضا يجري تشغيل جهاز الطنين، منبها الانسان ذي الإعاقة البصرية إلى السير في إتجاه مختلف. بالإضافة إلى ذلك سيتم ربط العصا الذكية بالهاتف الذكي حتى يتمكن من الاستفادة من الخرائط. ويستخدم هذا النظام الأشخاص ذوي الإعاقة البصرية لتحديد المسار الصحيح والتحقق منه، وكذلك إذا سقط الشخص على الأرض تتلقى وحدة النظام العالمي لتحديد المواقع المعلومات من الساتل الخاص بالنظام العالمي لتحديد المواقع وتنقل معلومات خطوط العرض والخطوط كرسالة SMS إلى رقم محمول محدد مسبقا.

شخص تم تصميمه سريريا على أن يكون لديه قوة بصرية تبلغ 20/70 أو أقل في العين الأقوى يتم تشخيصه على أنه ضعيف البصر، في حين أن الشخص المصاب بإعاقة بصرية قانونية يعرف بأن لديه قوة بصرية تبلغ 20/200 أو أقل في العين الأقوى. فالأشخاص الذين تبلغ قدرتهم البصرية أيا من هذين المستويين يحصلون على مزايا حكومية، مثل الحق في امتلاك عصا بيضاء أو امتلاك كلب مرشد. وغالبا ما يحمل المساكين بصريا العصا البيضاء لإعطاء الفرد مزيدا من الحرية. وتتمثل المهمتان الرئيسيتان لقصب السكر في التعرف عليه وسلامته؛ يجب أن ينبه المستخدم إلى وجود عوائق وتغييرات في مساره وأيضا يبلغ المشاة والسائقين بأن لدى المستخدم درجة من فقدان الرؤية. هناك ثلاثة أنواع من العصي البيضاء: والعصي الواقية من الهوية وعصي الدعم والعصي الطويلة وعصي الدعم لها نفس الغرض مثل عصي التعرف، إلا أنها توفر المزيد من الدعم والتوازن لساقي المستخدم وجسمه. تصل العصي الطويلة، وهي نوع العصا التي يتم إختيارها ليتم تعديلها لتصبح عصا ذكية، إلى عصا المستخدم وتوفر له السلامة القصوى، لتنبيهه بتغيرات التضاريس والارتفاعات والجدران والأبواب والعقبات. كما أنها الأكثر وضوحا للآخرين.

يجب وضع مسافة بادئة لكل الفقرات. يجب أن تكون كل الفقرات محاذاة مضبوطة. بالمحاذاة المضبوطة، يكون كلا جانبي الفقرة مستقيما.

ويبقي النظام المتكامل الأردوينو الشخص على علم بالعقبات التي تنتظره. ومثل هذه المساعدات تعطي المستخدم المزيد من المعرفة بالبيئة وتمكنه من إتخاذ القرارات بسرعة أكبر، وبالتالي تمكنه من التحرك بقدر أكبر من الثقة والفعالية. ويمكن إستعمال قصب السكر في البيئة المجاورة في حديقة عامة، في مكان العمل، في البيت، وأثناء الرحلة الطويلة. يساعد الجهاز ذو التصميم المساعد الشخص عديم الرؤية على توقع المحيط باستخدام المستشعر والاهتزازات.

ويستخدم جهاز الاستشعار فوق الصوتي، لأنه أقل تأثرا بالمواد المستهدفة أو بالألوان، كما أنه قادر على كشف الأجسام ضمن مدى 4 أمتار. تم تصميم أجهزة الاستشعار فوق الصوتية هذه لمقاومة الاضطرابات الخارجية مثل الاهتزاز والإشعاع تحت الأحمر والضوضاء المحيطة وإشعاع EMI.

 المستشعر المستخدم هو SRF-04، ويتطلب نبضة زناد قصيرة ويوفر نبضة صدى. تنبعث الموجات فوق الصوتية من الوحدة النمطية وترتد مرة أخرى عند اصطدامها بكائنات أو عراقيل في مسار المستخدم. يوفر خرج المستشعر تغييرا في الجهد الكهربي فيما يتعلق بمسافة العائق. كما يمكن اكتشاف الحفر باستخدام هذا النظام.

ويتكون النظام الفرعي للمراقبة من لوحة أرديوينو مدمجة فيها وحدة تحكم دقيقة ATMEGA328P. إن الأردوينو هو وحدة تحكم صغيرة أحادية اللوحة مفتوحة المصدر، وريث منصة الأسلاك مفتوحة المصدر، مما يساعد في تصميم مشاريع الإلكترونيات بسهولة. يتكون الجهاز من تصميم بسيط ومفتوح للأجهزة للوحة الأردوينو مع معالج Atmel AVR ودعم الإدخال والإخراج على اللوحة. يتألف البرنامج من مترجم لغة برمجة قياسي ومحمل تحميل تحميل يعمل على اللوحة. يتم توفير خرج جهاز الاستشعار إلى الأردوينو الذي يحسب المسافة استنادا إلى البرنامج. يتم مقارنة القيمة التي تم الحصول عليها بالقيمة الثابتة ويتم إنشاء نمط اهتزازي من مستويات مختلفة.

ويستخدم محرك اهتزاز في تصميم النظام، الذي يهتز بثلاث درجات مختلفة حسب المسافة من العائق. واذا كانت العقبة قريبة جدا تكون شدة الاهتزاز عالية جدا. تنخفض شدة المحرك كلما زادت مسافة العائق.

ويستخدم جهاز “بيزو” ذو تردد منخفض للدلالة على أن العقبة قريبة جدا من الشخص وقد تكون هناك فرصة للتصادم. ويستخدم جهاز لاهب مع محرك الاهتزاز كجهاز ينبه المستخدم في المناطق المزدحمة.

عندما يتلقى مودم GSM رسالة، ستقوم وحدة التحكم الدقيقة بمعالجة الرسالة بالكلمة الأساسية المحفوظة فيها. وعندئذ ستحصل على موقع العصا من مودم GPS وتنقل الموقع إلى مودم GSM لكي تستجيب للمرسل. في حالة الطوارئ، يمكن لمستخدمي العصا الضغط على زر الطوارئ للدخول إلى الموقع من مودم GPS ونقل الموقع إلى مودم GSM الذي يرسل رسائل SMS إلى الرقم المحفوظ في النظام.

والجهاز الذي ينبه المستخدم إلى العقبات في طريقه هو محرك الاهتزاز. يتم إيواء المحرك في العصا، ويرتبط بالأردوينو. ويحلل الأردوينو البيانات المستمدة من جهاز الاستشعار فوق الصوتي، وهذه البيانات هي التي ترسل إلى محرك الاهتزاز في شكل دورة عمل PWM المقابلة. ويتلقى محرك الاهتزاز كميات متفاوتة من الطاقة، حسب عدد النبضات، مما يسبب دوران محرك الاهتزاز بسرعات مختلفة. وتختلف هذه السرعات بشكل منفصل بدلا من كونها مستمرة، بحيث يتوافق نطاق معين من المسافات مع شدة اهتزاز واحدة. وبالإضافة إلى ذلك، فإن كل مسافة سوف تقابل أيضا تأخيرا معينا بين الاهتزازات، مع تأخير مسافات أكبر.

الميزات

كشف العقبات

وتتألف دائرة كشف العوائق من جهاز إستشعار فوق صوتي موصل بلوحة الأردوينو. يكتشف المستشعر وجود عائق في كل إتجاه ثم يحسب مدى العائق. واذا كانت المسافة اقل من 70 سم فان محرك الاهتزاز سوف يهتز بأعلى شدة وايضا الطنان سوف يعمل. إذا كانت المسافة بين 70 سم و 150 سم فإن محرك الاهتزاز يهتز بكثافة متوسطة وإذا كانت المسافة فوق 250 سم فإن كثافة محرك الاهتزاز تكون أقل

الكشف عن الحفر

ويتكون نظام الكشف عن الحفر من جهاز إستشعار فوق صوتي وجهاز طنان متداخل مع الأردوينو. ويعتمد عمل هذه الدائرة على افتراض أن إرتفاع جهاز الاستشعار فوق الصوتي المثبت على العصا سيبقى ثابتا في حالة وجود مسار عادي. ولكن إذا حدثت اية زيادة ملحوظة في إرتفاعها من الارض فوق مستوى عتبة معين يبدأ الطنان في الطنان. وسيساعد ذلك الشخص المصاب بإعاقة بصرية على اكتشاف حفرة أو سلم في المقدمة.

الاتصال في حالات الطوارئ

يتم إستخدام وحدة GSM_GPS في الحالات الطارئة. وتتلقى هذه الوحدة معلومات من الساتل التابع للنظام العالمي لتحديد المواقع في شكل NMEA، وتنقل معلومات خطوط الطول والعرض كرسالة SMS إلى رقم محمول محدد مسبقا في حالة الطوارئ.

إن الهدف من العصا الذكية هو الارتقاء بالعصا البيضاء إلى الحداثة التكنولوجية مع الحفاظ على السعر المعقول. والعصا الذكية موجهة نحو مجموعة سكانية مسنة أقل ثراء تتطلب الراحة، وإمكانية الوصول، والقدرة على تحمل التكلفة من المنتج. باستخدام جهاز الاستشعار فوق الصوتي ولوحة الأردوينو ومحرك الاهتزاز، تزيد العصا الذكية كثيرا من نطاق اكتشاف الأجسام في العصا البيضاء، مما يحسن من حياة المستخدمين المصابين بإعاقة بصرية. كما توفر تكنولوجيا النظام العالمي لتحديد المواقع GSM-GPS المستخدمة في النظام الأمن أثناء حالات الطوارئ. وعموما، يوفر إستخدام التكنولوجيا فوائد أكثر بكثير من العصا البيضاء، وقد حقق قفزة كبيرة نحو تحسين حياة المعوقين بصريا.