Dokunsal Yön Gösterme Cihazı

Giriş

Yabancı piyasalarda körler için tüketime sunulan yön gösterme cihazları konuşan ya da kapağı açıldığında ibresi kilitlenen pusulalar biçiminde olmuştur. Bu pusulalar doğru yönü göstermek için kullanıcıdan bir hareket beklemektedirler. Bizim geliştirdiğimiz dokunsal yön gösterme cihazı bağımsız kipte geleneksel bir pusula gibi çalışmaktadır. Kabartmalı ibresi, cihaz yön değiştirdikçe doğru yönelimi gösterecek şekilde hareket etmektedir. Kullanıcı ibrenin yönelimini parmağını ibreye bastırarak algılayabilir. İbre herhangi bir pusulada olduğu gibi parmağın temasıyla hareket etmez.

Avrupa ve Amerika'da yürütülen bazı projeler, giyilebilir bilgisayarlar ve Küresel Konumlandırma (GPS) ve Coğrafik Bilgi (GIS) sistemleri kullanarak, kullanıcılara belli bir rotayı takip etmek için rehberlik yapmayı amaçlamaktadırlar. GPS ve GIS ile birlikte konuşma (önceden kayıt edilmiş) ve sonik algılayıcı kullanarak, körlerin de kullanabileceği rehber sistemler geliştirme fikri ilk kez 1991 yılında, Golledge ve ekibi tarafından öne sürülmüştür [1]. Daha sonra bu ekip bu fikri giyilebilir bilgisayar kullanarak uygulamışlardır [2]. MOBIC adında benzeri bir proje Almanya'da Magdeburg Üniversitesi'nde geliştirilmektedir [3,4]. MOBIC, GPS, bir el bilgisayarına önceden yüklenmiş haritalar, bir konuşma birleştiricisi, ve uzak veritabanı kullanmaktadır. Hem MOBIC, hem de Golledge ve ekibinin yöntemleri kullanıcıya takip etmesi gereken yönü belirtmede konuşma kullanmaktadırlar. MIT laboratuarlarında geliştirilen başka bir giyilebilir bilgisayar projesinde [5] ise aynı amaç için vurma (tapping) sistemi kullanılmaktadır. Bu sistem küçük solenoidlerden oluşan 3x3'lük bir dizi biçiminde olup kullanıcının sırtına yerleştirilmektedir. Kullanıcının takip etmesi istenen yön bu solenoidlerin kullanıcının sırtına yavaşça vurmasıyla kullanıcıya hissettirilir. Bizim geliştirdiğimiz cihaz bu tür elektronik rehber sistemlerle, konuşma birleştiricisinin ya da vurma sisteminin yerini alacak şekilde kolaylıkla tümleştirilebilir.

Yön Gösterme Cihazının Çalışma İlkeleri

Şekil 1'de geliştirdiğimiz ön ürün görülmektedir. Şekilde görüldüğü gibi ibre, döner bir diskin üstüne sabitlenmiştir. Son üründe döner disk ve ibre dışındaki donanım, kapalı ve küçük bir kutu içine yerleştirilecektir. Aynı zamanda, kutunun üstünde işlem kipleri anahtarlama düğmesi ve kalibrasyon düğmesi olacaktır. Kullanıcı bağımsız kipte cihazı geleneksel bir pusula olarak kullanabilir. Bu kipte ibre her zaman için önceden belirlenmiş bir yönelimi (mesela Kuzey, 30 derece Kuzeydoğu gibi) gösterir. İbrenin yönelimi üzerine baş parmağın bastırılmasıyla algılanabilir. İbre diske sabitlenmiş olduğundan baş parmağın temasıyla hareket etmeyecektir. Dönen disk ise, yalnızca cihazın yönelimi değiştiğinde hareket edecektir. İşbirlikli kipte cihaz, genel amaçlı bir elektronik rehber sistemiyle tümleştirilecektir. Bu durumda döner disk, yalnızca elektronik rehber sisteminin emir vermesiyle hareket edecektir. Böylece görme özürlü kişi, bir yerden başka bir yere belirli bir rotayı takip edecek biçimde yönlendirilebilecektir.

Şekil 1. Dokunsal yön gösterme cihazının ön ürünü

Teknik Ayrıntılar

Cihaz üç temel modülden oluşmaktadır.

- Sayısal Pusula Algılama Modülü (SPAM)

- Merkezi Denetleme Modülü (MDM)

- Disk Sürücü Modül (DSM)

Sayısal Pusula Algılama Modülü: Bu modül, manyetik alan algılayıcı ve Sinyal Koşullama Birimlerinden (SKB) oluşmaktadır. Manyetik alan algılayıcı olarak, iki eksenli ve doğrusal Honeywell HMC1052 algılayıcı kullanılmıştır. HMC1052, üzerine bir güç kaynağı uygulandığında, algılanan manyetik alanla orantılı bir voltaj çıktısı oluşturur [6]. Voltaj çıktısı manyetik algılayıcının yönünü hesaplamada kullanılmadan önce SKB'de işlenir.

SKB'nin işlevleri, algılama sinyalini yükseltme ve yüksek duyarlıklı ölçümler oluşturmaktır. Yükseltici devresi, HMC1052'nin oluşturduğu milivolt seviyesindeki voltajı 1000 kat yükseltir. Burada dikkat edilmesi gereken, x ve y yönlerindeki voltaj salınımlarının aynı olmasıdır. Bu da bir trimpod aracılığıyla sağlanabilir. SKB'nin ikinci işlevi MDM tarafından tetiklenen bir devre ile HMC1052'nin daha güvenilir ölçümler vermesini sağlamaktır. Yüksek akım oluşturma devresi bu amaçla başlat/yeniden başlat (set/reset) bacağından periyodik olarak çok kısa süreyle yüksek akım geçirmektedir.

Disk Sürücü Modülü: Bu modülün görevi, ibrenin anlık konumunu MDM'e bildirmek ve ibreyi MDM tarafından belirlenen konuma getirmektir. İbre döner bir diskin üstüne sabitlenmiş, ve döner disk de bir dişli sistemine yerleştirilmiştir. Dişli sistemin amacı diski döndürmek için gerekli torku artırmaktır. Böylece disk, ibreye bir parmak basılı olduğu halde bile dönebilmektedir. Dişli sistem, elektrik motoruyla hareket ettirilmektedir.

İbrenin anlık konumunu takip etmenin bir yolu, döner kodlayıcı (rotary encoder) kullanmaktır. Döner kodlayıcı, dörtlü bir sinyal oluşturan bir cihazdır. Oluşan sinyal, cihazın içinde bulunduğu duruma (state) karşılık gelir. Bir durumdan öteki duruma geçiş bir yazılım yardımıyla (MDM tarafından) dönme hareketine çevrilir. Döner kodlayıcı da döner disk ile birlikte dişli sistemin içine yerleştirilmiştir. Böylece, döner kodlayıcı ve hareketli disk, birlikte dönmektedirler. Döner kodlayıcı bulunduğu durumu MDM'e Gray kod biçiminde iletir. MDM'deki yazılım birimi Gray kod'u çözerek ibrenin konumunu belirler.

Merkezi Denetleme Modülü: Bu modül, mikrodenetleyici tabanlı yazılım ve donanım birimleri içerir. MDM, giriş/çıkış kapıları aracılığıyla, hem SPAM'ın hem de DSM'nin işleyişini denetler. Aynı zamanda kullanıcının isteğine göre bağımsız ve işbirlikli kipler arasında geçişmeyi yapar. MDM'in donanım birimi, Microchip PIC16F877 mikrodenetleyici, motor sürücü, ve kip anahtarlama düğmesinden oluşmaktadır. Yazılım, MPLAB ICD ve CCS derleyici kullanılarak C dilinde geliştirilmiştir. Yazılım biriminin fonksiyonları aşağıdaki gibi sıralanabilir:

- Örnekselden sayısala dönüştürme (x ve y kanalları)

- Ofset giderme (manyetik algılayıcıdan alınan voltaj çıktısı ofset içermektedir)

- Algılayıcının yönelimini (orientation) hesaplama. Bu hesaplama ofseti giderilmiş voltaj çıktıları, Vy ve Vx, kullanılarak yapılır: açı = arctan(Vy/Vx). arctan hesaplaması CORDIC algoritması kullanılarak gerçekleştirilmiştir.

- İbrenin konumunu belirleme. İbrenin konumu, döner kodlayıcıdan gelen Gray kodunun anlamlandırılmasıyla belirlenir.

- Bağıl açıyı hesaplama

- Motor devresini sürme

İşlem Kipleri: MDM iki kipte işlem yapar: Bağımsız kip (BAK) ve İşbirlikli kip (İLK). BAK kipinde:

- Manyetik algılayıcının yönelimi hesaplanır

- İbrenin konumu belirlenir

- Bağıl açı hesaplanır

- İbrenin konumu bağıl açıya göre güncellenir

İLK, cihazın başka bir sistemle tümleştirildiği zaman kullanılan kiptir. Bu kipte, ibrenin herhangi bir zamanda hangi yönelimi göstereceği bilgisi, cihazın tümleştirildiği sistemden gelir.

- RS232 bağlantısı aracılığıyla sistemin bildirdiği yönelim belirlenir

- İbrenin konumu belirlenir

- Bağıl açı hesaplanır

- İbrenin konumu bağıl açıya göre güncellenir

Kipler arası geçiş, kullanıcı tarafından kip denetleme anahtarıyla sağlanır.

Cihazın Başarımı

Cihazın yazılımı PIC16F877 mikrodenetleyici üstüne yüklenmiştir. 8 ikil örneksel/sayısal dönüştürücü ve 2 ikil döner kodlayıcı kullanılarak 22.5 derecelik yönelim açısı duyarlılığı sağlanmıştır. Bir başka deyişle cihaz 16 (360/16 = 22.5) farklı yönelimi gösterebilmektedir. İbre, saat yönünde, ya da saat yönüne ters olarak, istenen konuma en kısa yoldan ulaşacak şekilde hareket edebilmektedir. Yaptığımız denemelerde, ibrenin üstüne baş parmak basılıyken dahi rahatça hareket edebildiği, ve dışarıdan bir zorlamayla konumu değiştirildiğinde dahi, yeniden olması gereken konuma gelebildiği gözlemlenmiştir.

Sonuç

Yukarıda teknik ayrıntılarını ve çalışma ilkelerini özetlediğimiz dokunsal yön gösterme cihazının ön ürünü, bağımsız bir proje kapsamında tasarlanıp geliştirilmiştir. Dokunsal yön gösterme cihazı, körler tarafından mutlak bir yönelimi gösterebilen geleneksel bir pusula gibi kullanılabilir. Ayrıca, herhangi bir elektronik rehber sistemiyle tümleştirildiğinde, bu sistemi körlerin de kullanabileceği duruma getirir. Cihazın temel özellikleri kolay kullanılır, düşük maliyetli, ve kolay tümleştirilebilir olmasıdır.

Cihazı geliştirenlerin elektronik rehber sistemler ve körler için donanım geliştirme konusunda birikimleri yoktur. Bu nedenle bu ön ürünün bir ürüne dönüşmesi ancak bu konularda birikim sahibi kişi veya kuruluşlarla işbirliği ile mümkün olacaktır. Böyle bir işbirliğine yönelik öneriler için yazarlarla bağlantı kurulması, bu ön ürünün değerendirilmesinde önemli bir yardım olacaktır.

Referanslar

[1] R.G. Golledge, J. M. Loomis, R.L. Klatzky, A. Flury and X. L. Yang, “Designing a personal guidance system to aid navigation without sight: progress on the GIS component”, International Journal of Geographical Information Systems, Taylor and Francis Ltd., London, 1991, 5(4): pp. 373- 395.

[2] R.G. Golledge, R.L. Klatzky, J. M. Loomis, J. Spiegle and J. Tietz, “A geographical information system for a GPS based personal guidance system”, International Journal of Geographical Information Science, Taylor and Francis Ltd., London, 1998, 12(7): pp. 727-749.

[3] H. Petrie, V. Johnson, T. Strothotte, A. Raab, S. Fritz and R. Michel, “MOBIC: Designing a Travel Aid for Blind and Elderly People”, Journal of Navigation, Royal Institute of Navigation, London, 1996, 49(1): pp. 45-52.

[4] http://isgwww.cs.uni-magdeburg.de/projects/mobic/mobicuk.html

[5] http://www.media.mit.edu/wearables/

[6] Honeywell HMC1052, Data Sheet.

Ruşen Öktem, Levent Öktem

Yazıyla ilgili görüş ve yorumlarınızı loktem@yahooBUNUSiLiN.com,  roktem@yahooBUNUSiLiN.com ve yorum@teknoTurk.org adreslerine yollayabilirsiniz.