- 1 -

Haig de donar les gràcies al meu tutor del projecte, Lluís Sarrado, per haver-me guiat durant aquests

darrers mesos. També a la meva família per haver-me ajudat i aconsellat sempre que ho he demanat.

Sense tots vosaltres el resultat final no hagués estat possible.

Moltes Gràcies a tots.

Agraïments

- 2 -

TREBALL DE RECERCA

Construcció d’un sistema de guiatge

econòmic per a persones cegues

Fet per

Aitana Ferràndiz Alba

a Barcelona, Curs 2011-2012.

- 3 -

ÍNDEX

- 4 -

Problema d’orientació dels invidents

- 5 -

La vida a les ciutats és atrafegada i plena d’entrebancs. Els nostres cinc sentits ens ajuden a

estar-hi alerta en tot hora, però, de vegades, tot i així, podem cometre errors i despistar-nos.

Barcelona, coneguda com la ciutat Comtal, és una ciutat assentada entre dos deltes: el del

Llobregat i el del Besòs. Per tant, no es caracteritza per tenir molt desnivell orogràfic. La major

part d’ella, de fet, és bastant planera. On podem trobar costeres, és als barris situats a les

faldes del Tibidabo o de Montjuïc: el Carmel, Sarrià, Vallcarca, Poble-sec...

Els cecs agraeixen la manca d’escales a la seva ciutat, però segueixen tenint problemes a

l’hora de moure’s. Hi ha zones on el paviment està malmès i on no és difícil trobar-se forats i

rajoles aixecades.

No tots el transports metropolitans estan adaptats per a que ells puguin viatjar còmodament.

Els autobusos més antics i els de no fa tants anys, per exemple, no porten incorporat els

missatges per megafonia que t’avisen de les parades del seu recorregut.

Els cartells poques vegades estan escrits en Braille i podríem trobar molts més exemples

negatius que fan que els cecs hagin d’anar 100% preparats a l’hora de sortir de casa (amb rutes

clares, ajudats per gossos guies...).

Ara bé, l’Ajuntament i associacions d’invidents o de baixa visió (ONCE) també lluiten per a

facilitar la vida d’aquests ciutadans. Al llarg dels anys, han hagut moltes millores destinades a la

seva seguretat vial, com per exemple, la incorporació de sons als semàfors per avisar-los quan estan

en verd i quan canvien al color taronja.

I.

- 6 -

Algunes ajudes per a invidents I I.

D’entre totes les ajudes que proporciona l’Ajuntament de Barcelona per als invidents, aquestes són

les mes destacades:

• Autobusos urbans de TMB: totes les línies tenen el 100% de vehicles accessibles.

• Estacions de Metro amb ascensor o que s’hi instal·len progressivament a totes elles.

• Servei públic de transport especial “porta a porta” per a persones amb mobilitat reduïda

complementari al transport regular.

• Adaptació dels parcs i dels jardins de la ciutat amb la incorporació de mesures (passeres de

cautxú a les àrees de joc infantil, lavabos adaptats, rampes, senyalitzacions en sistema

Braille i visites guiades per telèfon mòbil)

• Semàfors sonors a la via pública que funcionen amb comandaments a distància per a les

persones amb discapacitat visual.

• Reducció del gap espai que queda entre l’andana i el tren- i la creació de rampes.

Fig. 1-2. Llenguatge present a les instal·lacionsde les estacions metropolitanes (ascensors)

- 7 -

Fig. 3-4. Sistema de guiatge al sòl de les estacions demetro de Marina (L1) i de Sant Gervasi (Ferrocarrils)amb paviment de rajoles estriades.

Fig. 5. Sistema de guiatge al sòl d’una parada de busBarcelonina amb bandes plàstiques adhesives.

Fig. 3 Fig. 4

Fig. 5

- 8 -

Comentari. Despesa I I I.

L’Ajuntament de Barcelona, des de ja fa uns anys, promou l’accessibilitat a les vies públiques per als

més desfavorits. Les estadístiques del Departament d’Acció Social i Ciutadania de la Generalitat de

Catalunya de l’any 2010 constataven que a la ciutat de Barcelona hi ha 112.875 persones amb

discapacitat. D’aquestes, 66.300 amb discapacitat física.

Un exemple d’aquest fet és el projecte Gual Barcelona (1990). Aquest projecte es posà en pràctica

a tota la ciutat i consistia en la implantació de guals a totes les voreres.

D’acord amb les dades preses l’any 2010, el 98% de la via pública és actualment accessible, és a dir

que qualsevol persona hauria de poder tenir una mobilitat òptima i poder utilitzar el mobiliari

públic amb total comoditat dins d’unes normes d’ús establertes.

Fig. 6. La gràfica ens indica el cost que va suposar el servei de transport especial per a l’Ajuntament de Barcelona elsanys 2006, 2007, 2008. Per tant, jo entenc que el cost del servei de transport especial haurà estat similar durant elsanys posteriors. I dic això, perquè m’ha estat impossible trobar les dades del 2010 i 2011.

L’any passat es van col·locar a les parades de bus un carril traçat amb cautxú per orientar les persones

invidents. Segons l’acta 170211.962 de la Secretaria General, el Sr. Narváez, va admetre que la

implantació d’aquest element va ser un fracàs, ja que aquestes es malmetien molt fàcilment. Les

bandes de vegades estaven mal encolades i provocaven que els vianants ensopeguessin amb elles.

Hi havia bandes que s’havien arrencat, per tant, la cola que restava al terra era una pista d’esquí

durant els dies plujosos.

El cost total del pla d’aquestes bandes rugoses a les parades va suposar segons el senyor Narváez,

3.738.000 €.

Si s’hagués fet amb antelació una provatura del nou sistema per veure si aquest funcionava, ens

podríem haver estalviat tots aquests diners.

Fig. 7. Sistema de guiatge al sòlon destaquen les imperfeccionsdel sistema amb el perillconseqüent per als invidents.

- 9 -

Des del primer moment, vaig voler fer el treball de recerca destinat a la construcció d’un aparell

pràctic d’ús diari. Els que gaudim dels cinc sentits tenim milers d’aparells destinats a la nostra

comoditat, perquè és més rentable per a les multinacionals o perquè hi ha molts més compradors.

Per tant, volia investigar en un àmbit més reduït. Considero que tothom és diferent i que tothom

es mereix les mateixes facilitats encara que no sigui econòmicament rendible.

L’aparell que estudiarem en aquest treball serà un sensor d’objectes útil per als cecs. Haig de

confessar que anteriorment vaig voler-ho fer destinat per als cotxes, però dur a terme el projecte

era molt complicat per a mi, tant pel cost dels materials (làsers...) com pels coneixements que el

projecte em demanava.

L’objectiu principal del dispositiu per a cecs que finalment he escollit com a projecte ha de ser fer un

aparell barat i productiu. El cost de l’aparell no ha de ser molt alt i en canvi ha de ser molt pràctic.

Dissenyar un sistema barat i segur I .

Com és el meu aparell? I I.

L’aparell que he dissenyat cumpleix els següents requisits:

1 Ajuda a augmentar la confiança vial dels cecs en zones amb abundància d’obstacles.

- 10 -

2 El dispositiu consta de quatre sensors d’ultrasons col·locats a un cinturó. Cada sensor es

situa a les següents direccions espacials relatives: 90º, 180º, 270º i 360º, per cobrir tot al

voltant de l’usuari.

3 El sensor avisa amb un missatge sonor al circulant si un cos s’acosta a més de 1,03 metres, és

a dir, 3.000 microsegons (µs), que són les unitats amb les que treballa el nostre programa

informàtic base.

4 Aquest dispositiu només detecta obstacles que es trobin col·locats a la zona que el sensor

abasteix (alçada de la cintura del circulant)

Fig. 8. Representació gràfica del prototip

comercial indicant on es col·loca sobre el cos..

- 11 -

Des d’un punt de vista físic, una ona és una propagació d’una pertorbació d’alguna propietat d’un

medi. El medi pertorbat pot ser l’aire, l’aigua, un sòlid metàl·lic o el buit. També cal saber que

nosaltres podríem pertorbar per exemple la densitat, la pressió d’un espai... el camp elèctric o

magnètic.

Per tant, una ona és un transport d’energia.

Quan una força que actua sobre un cos en concret és proporcional al desplaçament des de la seva

posició d’equilibri, fa que és produeixi un moviment periòdic d’anada i tornada, és a dir, oscil·latori.

Que són? I .

Fig. 9. Ones en l’aiguaproduïdes en una cubetad’ones per una font mòbil (Dela pel·lícula “Ripple TankPhenomena”, Part III, EducationDevelopment Center, Newton,Mass.) Efecte Doppler.

- 12 -

A la naturalesa i a la física trobem clars exemples que ho demostren:

• Els batecs del cor.

• Les vibracions de les cordes o de les llengüetes dels instruments per produir sons.

• Les vibracions de les molècules d’un sòlid al vibrar al voltant de les seves posicions

d’equilibri.

• El moviment d’un pèndol d’un rellotge.

• El corrent elèctric que circula pel filament d’una bombeta o dels aparells de ràdio i televisió.

• Les oscil·lacions de les molècules de l’aire per les ones sonores.

Aquests moviments oscil·latoris estan

interrelacionats amb els fenòmens ondulatoris.

Quan la corda d’una guitarra vibra, es

produeixen oscil·lacions de les molècules de

l’aire que l’envolta, i pel contacte o interacció

entre unes i d’altres, les oscil·lacions es

propaguen per l’espai en forma d’ona.

El exemple més senzill del moviment

oscil·latori és el denominat moviment

harmònic simple (MHS) que es produeix quan

un cos oscil·la indefinidament entre dues

posicions espacials fixes sense perdre energia

mecànica.

Però normalment, quan els cossos, ones i

d’altres oscil·len lliurement, sempre acaben

aturant-se perquè les forces del fregament

dissipen la seva energia mecànica. Fig. 10. Estetoscopi emprat perescoltar els batecs del cor.

- 13 -

Fig. 11. Fotografia amb llampades múltiples d’oscil·lacions lliures ambesmorteïment. La càmera fou desplaçada lateralment per separar lesimatges successives. (Foto de Jon Rosenfeld, Education Reserch Center,M.I.T.)Fig. 12. Gràfica d’una oscil·lació esmorteïda obtinguda mesurant unafotografia d’aquest manera.Fig.13. Generació i moviment d’un pols sobre un motlle mostrat gràcies auna sèrie de fotografies preses amb una càmera “tomavistas” de cine.(Segons Physical Science Study Commitee, Physics, Heath, Boston, 1965.)

- 14 -

Fig. 11

Fig. 12

Fig. 13

Des d’un punt de vista matemàtic,

l’ona més senzilla o fonamental és

l’harmònic (sinusoïdal) la qual està

descrita per l’equació:

= v · T = v / f i per tant; v= · f pel que; f(x,t) = A·sin ( · t - k · x)

On tenim que:

• A és l’amplitud de l’ona, que equivaldria a la mida des de la cresta de l’ona fins al punt

d’equilibri d’aquesta. L’amplitud pot ser constant o pot variar amb el temps i la posició i la

forma de la variació d’aquesta s’anomena envoltant de l’ona. Les unitats utilitzades depenen

de l’ona en qüestió:

• L’amplitud de les ones d’una corda estan expressades en metres.

• L’amplitud de les ones sonores en Pa.

• L’amplitud de les ones electromagnètiques en volts / metres.

• La longitud d’ona ( ) és la distancia entre les dues crestes d’ona o valls consecutives.

L’acostumem a mesurar amb metres, nanòmetres o àngstroms (Å).

• El període (T) és el temps que tarda el moviment d’oscil·lació de l’ona a descriure un cicle

complet. El període i la freqüència són recíproques entre sí, ja que la freqüència (f) és el

número d’oscil·lacions completes que s’esdevenen en un segon. La unitat en el sí són els

Hertz (Hz).

• La freqüència angular ( ) representa la freqüència en radians per segon.

• La velocitat de fase d’una ona, és a dir la taxa a la que l’ona es propaga, es calcula amb

aquesta equació:

- 15 -

Fig. 14. Model estandard d’ona sinusoïdal.

• En funció del medi en el que es propaguen

• Ones mecàniques

Les ones mecàniques necessiten un medi elàstic i material per propagar-se (sòlid,

líquid o gasos). Les partícules oscil·len al voltant de la seva posició d’equilibri, per

tant, no és transporta matèria a través del medi. La velocitat de l’ona es pot veure

afectada per algunes característiques del medi com per exemple la densitat, la

temperatura, l’elasticitat i l’homogeneïtat. Les ones elàstiques, les sonores i les de

gravetat són ones mecàniques. Nosaltres en aquest treball analitzem ones

mecàniques (les quals són ultrasòniques, un tipus de sonores)

• Ones electromagnètiques

Les ones electromagnètiques es desplacen a 300.000 km/s. No necessiten cap medi

material per propagar-se i resulten d’un camp elèctric i d’un camp magnètic

perpendiculars entre sí. Cada ona electromagnètica està caracteritzada pel seu

període i la seva freqüència. La gamma d’aquestes ones és extraordinàriament

ampla. Tenen un caràcter ondulatori i corpuscular: no són només ones, sinó que

també transporten energia a través de fotons.

Classificació de les ones I I.

Fig. 15. Espectre d’oneselectromagnètiques.

- 16 -

Fig. 15.

• En funció de la seva propagació o front d’ona

• Ones unidimensionals

Les ones unidimensionals són aquelles que es propaguen al llarg d’una única direcció

en l’espai, és a dir que els seus fronts d’ona són plans i paral·lels.

• Ones bidimensionals o superficials

Les ones superficials és caracteritzen per què les partícules oscil·len tan

paral·lelament com perpendicularment a la direcció de propagació de l’ona.

L’exemple és la propagació d’ones damunt la superfície de l’aigua degut a una

pertorbació inicial. Les molècules d’aigua es mouen verticalment degut a la

pertorbació inicial. Però també es mouen horitzontalment degut a la fluïdesa del

medi. El resultat és que l’oscil·lació de la partícula és circular.

• Ones tridimensionals o esfèriques

Les ones tridimensionals es propaguen en tres direccions, és a dir, els seus fronts

d’ona són ones concèntriques que surten de la font de pertorbació expandint-se en

totes les direccions. Les ones sonores serien ones tridimensionals (mecàniques) i

també les ones electromagnètiques.

Fig. 16-17. Desplaçament dels modes de pel·lícules sabonoses.(Fotos per Luidwig Bergmann, subministrades per el Prof. U.Ingard, M.I.T.)

- 17 -

Fig. 16 Fig. 17

• En funció de la direcció de la propagació

• Ones longitudinals

Ones que llurs pertorbacions són paral·leles a la direcció de propagació de cada una

d’elles.

• Ones transversals

Ones les pertorbacions de les quals són perpendiculars a la direcció del pols de

cada ona, és a dir, perpendiculars a la direcció de propagació de cada una d’elles.

Les ones sonores són ones longitudinals.

• En funció de la seva periodicitat

• Ones periòdiques

Les ones estan ocasionades cíclicament per la pertorbació local (ex: ona sinusoïdal)

• Ones no periòdiques

Si la pertorbació del medi dura molt poc temps, sense tenir la possibilitat de repetir-

se massa vegades ni tampoc amb les mateixes característiques (longitud d’ona,

amplitud..) parlarem de polsos o ones no periòdiques.

Aquestes són les que el nostre aparell utilitza. La membrana del nostre altaveu

vibra al excitar-lo, però a mesura que el temps avança i ja l’hem deixat d’excitar, la

membrana s’acaba esmorteint a causa de la força del fregament.

• Respecte els harmònics

• Ones sinusoïdals

Ones amb la freqüència o forma fonamental.

• Ones quadrades

Ones que equivalen a la freqüència fonamental i la suma dels seus harmònics.

Aquestes ones es poden descompondre amb l’anàlisi de Fourier. (explicació en més

detall a la pràctica núm. 2)

- 18 -

- 19 -

Fig. 18-19. Vibracionscompostes d’una cordaformada per modessimples (Anàlisis deFourier)(Segons D. C.Miller, The Science ofMusical Sounds, Mcmillan,Nueva York, 1922)Fig.20. Modes normals depel·lícula sabonosa.Demostració realitzada pelProf. A. M. Hudsonutilitzant una pel·lículasabonosa especialmentresistent composta d’unadissolució de detergent,glicerina i una mica desucre.

Fig. 19

Fig. 18

Fig. 20

Una ona sonora és una ona mecànica. Les molècules de l’aire és mouen amb un va i ve paral·lel a la

direcció de la seva propagació transmetent l’energia a les molècules veïnes.

Les ones sonores es poden classificar en:

• Infrasòniques: f < 16 Hz

Són produïdes per motors, sistemes de ventilació, terratrèmols, volcans...

• Audibles (per als essers humans i d’altres) : 16 Hz < f > 20 kHz

• Ultrasòniques: f > 20 KHz

Són utilitzades com a teràpies medicinals, per a mesurar profunditats oceàniques, per a detectar

icebergs, per al funcionament del sonar...

En el nostre cas, les ones ultrasòniques són longitudinals.

Ones sonores I I I.

- 20 -

Fig.21. Taula d’ones ultrasòniques en relacióal medi de propagació, el moviment de lespartícules i llur aplicacions.

- 21 -

Els ultrasons no estan en la nostra banda d’audició, per tant serien unes ones molt útils a l’hora de

treballar amb elles ja que no molestarien conscientment a ningú. A més a més, són unes ones

totalment inofensives per a la nostra salut.

Tot i així, els ultrasons no són perfectes. Quan emetem un impuls amb el transductor, l’ona

s’expandeix en forma cònica, en conseqüència, nosaltres al rebre l’eco d’aquesta ona no sabem

exactament a quina posició és troba l’objecte. Per tant, si nosaltres detectéssim l’obstacle amb el

sensor frontal del cinturó, sabríem que aquest es troba de cara al vianant, però no sabríem, per

exemple, si es troba lleugerament desviat a l’esquerra d’aquest.

Perquè hem fet servir les onesultrasòniques per al nostre projecte?

I V.

Anàlisi de les ones V.

Per poder entendre el funcionament del nostre dispositiu vaig decidir fer dues pràctiques amb

l’oscil·loscopi. Una d’elles està inspirada amb una pràctica real que fa la UB amb els alumnes de

batxillerat.

Les dues pràctiques que venen a continuació són el resultat de l’experiment:

• PRÀCTICA 1: Estudi del funcionament d’un sensor de posició

• PRÀCTICA 2: Estudi comparatiu d’ones sinusoïdals i quadrades

Pràctica 1 .

Estudi delfuncionament d’unsensor de posició

- 22 -

Fig. 22. Desplaçament dels modes de pel·lículessabonoses.(Fotos per Luidwig Bergmann,subministrades per el Prof. U .Ingard, M.I.T.)

- 23 -

Aquesta pràctica ens mostrarà el funcionament d’un sensor de posició des del seu vessant electrònic.

El sensor amb el que he estat treballant funciona a partir d’ultrasons. Per tant, primer de tot,

hauríem de recordar les característiques d’aquestes ones sonores:

Una ona sonora és una ona mecànica longitudinal produïda per diferències de pressió del medi. Els

ultrasons, doncs, són una ona sonora però amb una freqüència tan alta que l’oïda humana no és

capaç de percebre-la.

El meu sensor és un mesurador ultrasònic, és a dir un sonar de petita mida i que funciona a través

d’un sol transductor. Utilitza el mateix transductor tant per transmetre la ràfega ultrasònica com per

rebre l’eco de la mateixa.

Introducció teòrica I .

Per realitzar aquesta pràctica necessitarem un oscil·loscopi analògic o de memòria, el sensor

d’ultrasons i una càmera de fotos per il·lustrar la pràctica.

L’emissor emet una ona sonora de la freqüència esmentada (ultrasò). Al rebre el receptor l’ona

generarà una diferència de voltatge entre les seves dues potes de freqüència igual al senyal emès

per l’emissor i una amplitud que dependrà de la distància entre ambdós.

Per poder observar l’ona enviada i la rebuda haurem de connectar un oscil·loscopi a les potes de

l’emissor i podrem observar com l’amplitud creix i decreix.

Un oscil·loscopi és un instrument de mesura electrònic que crea gràfics visibles en dues dimensions

d’una o més diferències de potencial elèctric. L’eix horitzontal normalment representa el temps,

cosa que fa útil aquest instrument per representar senyals periòdics. L’eix vertical normalment

mostra voltatge.

Realització I I.

- 24 -

Aquests aparells, compten amb uns commutadors que ens permeten l’ajust de l’escala de temps i

de voltatge.

• Depenent de la distància a que estiguem de l’obstacle, l’eco, o ressò, és dona lloc abans o

després. En el nostre cas la nostra oïda no el pot percebre ja que transcorre en un espai de

temps menor a 0,1s en relació a la salva (x < 17 m)

• Amb l’eco podem deduir que la nostra ona ha patit una absorció del medi.

Observacions I I I.

Fig.23

Fig.24

Fig.23. La distància del sensor és propera al’obstacle i la distància entre la salva iniciali l’eco és molt pròxima.Fig.24. La distància del sensor és major al’obstacle i la distància entre la salva iniciali l’eco ha augmentat. (Imatges d’unoscil·loscopi de memòria)

- 25 -

Fig.25

Fig.26

Fig.25. La distància del sensor és propera al’obstacle i la distància entre la salva inicial i l’ecoés molt pròxima.Fig.26. La distància del sensor és major a l’obstaclei la distància entre la salva inicial i l’eco haaugmentat. (Imatges d’un oscil·loscopi dememòria)

Calculem a la distància que estàvem col·locats en els dos exemples gràfics de dalt i obtenim la taula

de la figura 27.

- 26 -

Fig.27

• Recordem que la freqüència és el nombre de cicles d’una ona en una unitat de temps i es

mesura en Hertz (Hz) (1 Hz=1 cicle per segon)

Una oïda sana pot percebre sons d’entre 20 Hz i 20.000 Hz (però, amb l’edat i la mala higiene, la

capacitat auditiva disminueix a uns 16.000 Hz)

Donat que sabem que els ultrasons comencen a partir d’una freqüència major dels 20.000 hertzs, ho

hem volgut corroborar. El resultat ha estat satisfactori: 40kHz

• El nostre sensor, a més a més, només emet el senyal durant 200ms, que és l’equivalent a 8

períodes.

- 27 -

Fig.28

Fig.29

Fig. 28. Mesura de l’oscil·loscopi. Durada: 4q·50? s

= 200? s per salva = 8 períodes.

Fig. 29. Calcul de la freqüència i el període:

q = quadrat, Dada: 5µs / qT = 5q · 5µs / q = 25µsf = 1 / Tf = 1 / (25·10-6) = 0.04 · 106 = 4 · 104 = 40Hz

Pràctica 2 .

Estudi comparatiud’ones sinusoïdals

i quadrades

- 28 -

Fig. 30. Resultat de la suma de pocs harmònics.

- 29 -

Fig.31

Fig.32

- 30 -

En l’anterior pràctica varem veure el funcionament d’un sensor de posició des del seu vessant

electrònic.

Però la manca d’ones quadrades en l’experiment em va estranyar. Així doncs, informant-me sobre

el tema, vaig descobrir que era del tot normal. El meu emissor, només vibrava a 40 KHz, això volia dir

que tot i que rebés una ona quadrada com a senyal, només emetia el so de l’ona fonamental,

eliminant tots els seus harmònics.

• Anàlisis i síntesis harmònics

Quan una corneta i un clarinet toquen la mateixa nota La, sonen molt diferents. Les dues notes

tenen el mateix to, que és una sensació fisiológica de l’altura de la nota que està fortament

relacionada amb la freqüencia. Tanmateix, les notes difereixen en el que es denomina qualitat del

to o timbre. La raó principal per la diferencia del timbre és que, tot i que la corneta i el clarinet estan

produint vibracions amb la mateixa freqüencia fonamental, cada un d’ells està també produint

harmònics, les intensitats relatives dels quals depenen de l’instrument i de la manera en que es

toqui. Si els dos instruments només toquessin la freqüencia fonamental el so seria el mateix per els

dos.

La forma fonamental corresponent a un diapasó és pràcticament una ona sinusoïdal pura. Les formes

d’ona poden analitzar-se descomponent-les en els harmònics que la constitueixen. Aquesta anàlisi

rep el nom d’anàlisi harmònic o de Fourier, ja que fou aquest científic francès qui va desenvolupar

el mètodes matemàtic per analitzar funcions periòdiques.

La inversa de l’anàlisi de Fourier és la síntesi harmònica que és la construcció d’una ona periòdica a

partir dels seus components harmònics. La suma d’aquests harmònics pot generar ones quadrades.

Per tant, analitzant el senyal directament amb l’oscil·loscopi sense passar per l’emissor i el receptor,

si que observem l’ona quadrada.

Introducció teòrica I.

- 31 -

Fig. 31. (pàg. 29) Detall de l’ona emesa pel transductor del nostre aparell.Fig. 32. (pàg. 29) Modes normals longitudinals d’una vareta amb massa apreciable subjecta a dos extrems. S’han representatels moviments longitudinals com si fossin transversals.Fig. 33. Superposició de dues sinusoïdes de períodes conmensurables (T1=1/450 seg, T2=1/100 seg). L’ona de dalt representael 5è harmònic. Fotografía de Jon Rosenfeld, Education Research Center, M.I.T.Fig. 34. Representacions en funció de la freqüència i en funció del temps d’una ona periòdica produïda per diferentsinstruments.

Fig.31

Fig.34

- 32 -

Realització I I.

Per realitzar aquesta pràctica necessitarem un oscil·loscopi analògic o de memòria, el sensor

d’ultrasons, un micròfon i una càmera de fotos per il·lustrar la pràctica.

Primer de tot, prepararem tots els materials per tenir-los a mà. A continuació comprovarem que el

que hem dit anteriorment és cert: “La placa del sensor envia un senyal en forma d’ona quadrada,

però el nostre emissor anul·la els harmònics d’aquesta ona, només transmetent l’ona fonamental.”

Fig. 35. Detall de l’ona emesa pel transductor del nostre aparell.

- 33 -

Observacions I I I.

Efectivament, teníem raó. El micròfon només capta l’ona sinusoïdal que va perdent força al llarg del

temps.

• El nostre sensor, a més a més només emet el senyal durant 200µs, que és l’equivalent

a 8 períodes, però això vol dir que l’ona deixi de desplaçar-se en acabar aquests 8

períodes? No. La membrana de l’emissor segueix vibrant fins a que se li acaba

l’energia.

• En la figuira 37 és veu clarament que l’amplitud d’ona al principi és menor ja que la

membrana de l’emissor s’està començant a moure i per tant gasta més energia en

haver-la d’excitar. L’amplitud d’ona al final també és menor ja que la membrana

segueix excitada però no rep més energia de la placa.

I com són les ones que nosaltres produïm amb les cordes vocals? Nosaltres, de la mateixa manera

que els instruments musicals, diferenciem la nostra veu de les altres pel nombre d’ones sinusoïdals

que combina cadascú al parlar.Fig.36

Fig. 36. Sensor i micròfon emprat s en lapràctica. (Pàg.30)Fig. 37. Ona produïda per l’altaveu delsensor. Com podem observar es tracta d’unaona sinusoïdal fonamental. Tambédetectem l’esmorteïment que es produeixa causa del medi de propagació.Fig. 38. Captura de la veu humana amb unmicròfon. No hi ha articulació lingüística,s’emet un to sostingut (molt agut).Fig. 39. Ona resultant de la vibració de lescordes vocals. El so representat mostra unaona sinusoïdal gairebé fonamental.

- 34 -

Fig.37

Fig.38

Fig.39

- 35 -

En la pràctica fonamental del treball hem utilitzat una sèrie d’aparells, programes i una metodologia

que han fet possible fer la gravació de l’experiència a posteriori. En aquests quatre apartats ho

explico pas a pas.

Preliminars I .

Aparells necessaris I I.

• Detector de distàncies per ultrasons: SRF02

És un sonar de dimensions reduïdes que destaca pel seu mínim consum. Aquest està acoblat amb el

circuit USBI2C S310425, la qual cosa ens permet poder-lo connectar a un PC.

El meu dispositiu està col·locat en una caixeta de plàstic per evitar que es faci malbé (ja pot ser a

causa d’un curtcircuit o per cops forts que li donem a l’utilitzar-lo (fig. 41 i 42)

• Una càmera digital fotogràfica per enregistrar l’experiència

• Una càmera digital de gravació per filmar l’experiència

Fig.40

Fig.41

- 36 -

Fig. 40. Detector de distàncies per ultrasons: SRF02(Pàg. 35).Fig. 41-42. El mateix sensor de la figura 40 peròrecobert amb un embolcall de plàstic per a que noes faci malbé.

Fig.42

- 37 -

Programes utilitzats I I I.

• Microsoft Visual C++ 6.0 Standard Edition

Microsoft Visual C++ 6.0 és un compilador que ens permet obrir el projecte (workplace) del programa

base del sensor d’ultrasons srf08. Tot i que nosaltres tenim un altre model d’aquest sensor (srf02),

aquest programa és totalment compatible amb els dos models. Aquest software base l’hem trobat

anomenat “SOFTWARE DE PRUEBA USB-I2C”a la pàgina web: www.superrobotica.com

Explicació del procés I V.

La pràctica pot resultar molt senzilla si coneixem les eines que estem utilitzant i si som endreçats.

Els passos a destacar són:

1. Hem instal·lat drivers a l’ordinador portàtil per poder fer funcionar el sensor.

2. Hem instal·lat el compilador per poder editar el codi font del programa. El conjunt de fitxers

i llibreries que constitueixen el codi font són desades pel compilador com un projecte.

Aquest projecte està escrit en un llenguatge que s’anomena C++ . Per tant, si nosaltres

volem afegir noves funcions al programa hem de respectar la sintaxi d’aquest llenguatge.

3. A part, ens hem baixat un tutorial on s’explica el llenguatge C++ que fa servir el nostre

compilador Visual C++ versió 6.0.

4. Nosaltres volem fer que el sensor llanci un .wav (una gravació de so) d’alerta si la distància

entre el sensor i l’objecte baixa d’un valor prefixat. En segon lloc, hauria de llançar un .wav

- 38 -

diferent d’alarma si la distància és inferior a l’anterior i representa un perill imminent de

col·lisió.

5. La manera de redactar-ho correctament és el de la figura 43.

L’escrit que esta després de “// “ vol dir que és un comentari ignorat pel programa. Només

ens serveix a nosaltres com a explicació o bé com a funció desactivada.

6. Perquè el programa reconegui la funció PlaySound que llença el .wav seleccionat, és

necessari que estigui inclosa a les seves llibreries. Les llibreries del projecte són uns

documents on està estrictament definit tot allò que el programa pot arribar a utilitzar.

7. Guardem els canvis realitzats i seleccionem l’opció de “make .exe file”.

8. Hem seleccionat el port de comunicacions (CommPort) que fem servir per comunicar-nos

amb el dispositiu. Si no sabem quin és de les 8 possibilitats ho hem de consultar al panell de

control (figura 44).

9. Executem el .exe que hem desat anteriorment i ja tenim el programa llest per fer-lo funcionar

amb el sensor (figura 45).

- 39 -

Fig.44

Fig.45

Fig. 43. Llenguatge de programació MicrosoftVisual C++ 6.0Fig. 44. Passos a seguir per consultar al panellde control quin port de comunicacions he deseleccionar en el programa.Fig. 45. Programa final per fer funcionarl’aparell per als invidents.

Fig. 43

- 40 -

Cost del projecte V.

El meu prototip per a cecs funciona a través de l’ordinador, és a dir, que a la pràctica, aquest s’hauria

de modificar perquè el cec només portés els quatre sensors controlats per un microcontrolador i un

mini altaveu per reproduir els missatges sonors.

L’estimació del cost hipotètic de l’aparell que sortiria al mercat seria inferior al què jo ara mateix

puc calcular (Figura 45). El cost dels materials per a les grans empreses és redueix molt gràcies a la

producció a gran escala, per tant, no és necessari fer una estimació del preu ja que és massa relatiu.

Per fer-nos una idea, el producte valdria molt menys que un mòbil (els mòbils tenen pantalles,

micròfons, més memòria...)

Fig. 46

- 41 -

Vaig decidir filmar en vídeo l’experiència d’ús de l’aparell dissenyat per demostrar com funcionava.

La gravació de l’experiència serà ensenyada al tribunal el dia de la seva exposició. A continuació, he

inserit una petita mostra del resultat obtingut.

Documentació de l’experiència I .

Fig. 47. L’autora del Treball de Recerca comprovant el correcte funcionament de l’aparell al detectar un obstacle.

- 42 -

La finalitat inicial d’aquest treball era trobar una manera per ajudar els invidents a orientar-se

millor al carrer gràcies a un prototip eficaç i barat.

Aquest prototip que hem dissenyat i testat, es tracta d’un sensor d’ultrasons connectat a un PC. El

sensor està connectat a l’ordinador per facilitar-nos la feina, ja que, amb el meu nivell d’informàtica

no hagués estat capaç de formatejar un microxip que manegés totes les ordres i respostes del

sensor en qüestió.

Els resultats obtinguts en aquesta experiència han estat ben satisfactoris. Crec que es tracta d’un

treball que es planteja no només un projecte tècnic, sinó també l’estudi i reflexió al voltant de la

problemàtica que viuen els invidents en l’àmbit urbà.

M’he informat dels projectes que els organismes oficials han desenvolupat en els darrers anys per

millorar la mobilitat dels discapacitats a la ciutat de Barcelona. S’estan invertint molts diners, no és

pot negar, però no sempre se’n fa una aplicació encertada d’allò que s’ha projectat: els senyals

auditius als autobusos, les bandes rugoses de goma a les parades d’autobús, els guals, la creació de

més zones per a vianants... Podríem concloure que malgrat les bones intencions, moltes vegades es

fan despeses importants que no aconsegueixen una millora substancial en la vida diària dels

discapacitats.

En l’apartat tècnic del meu projecte he començat recollint la informació teòrica necessària per

arribar a comprendre els sistemes de detecció de distàncies. Per poder utilitzar correctament un

instrument qualsevol, has de conèixer prèviament quin és el seu funcionament. En aquest treball

- 43 -

he intentat entendre quin sistema utilitzava el meu sensor i quines característiques presentava

aquest. És a dir, havia de saber, per exemple, que els ultrasons són ones sonores inaudibles i

inofensives per als éssers humans i molt utilitzades avui en dia en el món científic.

M’ha semblat important per al meu projecte l’estudi de les ones sonores. Per això he fet dues

pràctiques que m’han ajudat a entendre el perquè el meu sensor detecta l’ona resultant que retorna

a l’haver xocat contra un obstacle. Això es produeix perquè el sensor detecta l’eco per la seva

freqüència que és idèntica a la salva original.

En segon lloc, m’he preocupat d’accedir als supòsits bàsics de programació informàtica per tal de

poder afegir al programa base d’un sensor d’ultrasons una funció addicional que em permetés

calcular la presència d’obstacles a partir d’un interval de distàncies prèviament estipulat. Després

de completar aquest procés de programació, he posat en pràctica el meu nou programa i he confirmat

que funciona correctament.

La programació realitzada en el meu treball de recerca ha resultat ser molt senzilla. Després d’haver-

me informat amb espais dedicats a aquests temes, he afegit una funció al programa base del sensor

SFR08. És clar que no he acabat d’aprendre totalment totes les bases de la programació, perquè jo

sempre m’he proposat com a objectiu d’aquest petit experiment la presa de contacte amb aquests

mètodes, no l’estudi exhaustiu i avançat de la programació informàtica, cosa que ara mateix em

sembla inabastable.

L’últim pas, ha estat una gravació amb una càmera de vídeo per tal de poder mostrar el correcte

funcionament de l’aparell dissenyat.

Per intentar fer dinàmica i entretinguda la lectura del meu treball de caire tècnic he col·locat

moltes fotografies que representaven les explicacions.

Crec que he aconseguit assolir les meves expectatives: aplicar coneixements físics a la vida real per

intentar millorar-la. Cal puntualitzar, però, que “la vida real” és un món molt complex on una persona

discapacitada troba mil i un obstacles . No n’hi ha prou en detectar obstacles a una certa distància,

cal també identificar la naturalesa d’aquests objectes i això representa una tasca d’estudi i investiga-

- 44 -

ció que jo no puc assolir ara mateix. Aquest projecte m’ha fet veure que allò que jo em plantejava

com un objectiu final no és més que un començament. Perquè s’ha d’investigar molt més per poder

aconseguir que les persones discapacitades puguin viure amb més seguretat i llibertat en l’àmbit

urbà.

- 45 -

Com és natural, es pot trobar una introducció a les ones, a la programació i en general a tots els

temes tractats en aquest treball, en molts textos, pàgines web i d’altres.

La llista següent compren llibres i documents penjats a la xarxa relacionats amb el meu treball de

recerca. En general, totes els documents són d’un nivell comparable al meu treball, tot i que

algunes d’ells són definitivament més avançats y molts tracten temes concrets amb molta més

precisió.

Fonts d’informació I .

Bibliografia I I.

? W. H. Freeman and Company, Física para la ciencia y la tecnología. (I) (mecánica, oscilaciones

y ondas, y termodinámica), Edición 5ª ed. TIPLER MOSCA, 2005, Barcelona.

? A. P. French., Vibraciones y ondas. Autor: Una publicación del MIT (Massachusetts Institute

of Tecnology), Reverté Editorial, 1974, Barcelona.

? Frank S. Crowford, Jr. (Professor de Física, Universitat de Califòrnia, Berkeley), Ondas (III),

Reverté Editorial,1968, Barcelona.

? Fernandez- Rañada, Antonio (dir.), Física Básica (I), Alianza Editorial, 1993, Madrid.

? Marcelo Alonso y Edward J. Finn, Física (II) – Campos y Ondas, Fondo Educativo

Interamericano, 1976, México.

? R. Resnick y David Halliday, Física (I), CECSA, Compañía Editorial Eontinental, 1970, México.

- 46 -

Webgrafia I I I.

? www.edu3.cat/Edu3tv/Fitxa?p_id=17062 - Aquest enllaç ens condueix a un apartat de la

pàgina web edu3.cat que tracta sobre les ones electromagnètiques. (22/9/11)

? http://www.xtec.net/~sescura/movond.htm - Apartat de la pàgina web que tracta sobre

la classificació de les ones. (10/09/11)

? http://w3.bcn.es/fitxers/baccessible/estudiste.775.pdf - Pàgina web oficial de

l’Ajuntament de Barcelona on podem trobar una publicació anomenada: actuacions

municipals per a les persones amb discapacitat (1/10/11)

? http://www.xtec.es/~jsebast3/projecte/descripcio.htm - Pàgina web que tracta sobre

l’oscil·loscopi.

? http://www.slideshare.net/Rafanavarro/el-so-2n-batxillerat - Pàgina web que tracta

sobre les ones sonores.

? http://www.slideshare.net/cienciesprimer/tema-6-8010861 - Pàgina web que tracta

sobre la llum i les ones sonores com a forma d’energia.

? http://sonologia.esmuc.cat/files/T01-El%20So%202010-2011.pdf –.Pdf que tracta sobre

els conceptes bàsics del so.

? http://ocw.usal.es/eduCommons/ensenanzas-tecnicas/fisica-i/contenidos/

temas_por_separado/7_ap_oscond1011.pdf - Document de física I de la Universitat de

Salamanca que tracta sobre els moviments oscil·latoris i ondulatoris.

? http://www.lpi.tel.uva.es/~nacho/docencia/ing_ond_1/trabajos_03_04/infra_y_ultra/

aplicaciones_ultrasonidos.htm - Pàgina web que tracta sobre els ultrasons.

? http://teti.el.ub.es/taller3.html - Pàgina web de la UB on es proposen 3 pràctiques

dinàmiques per fer sobre els sentits de l’automòbil. La que jo he utilitzat és

l’anomenada: sensor d’ultrasons.

? http://w3.bcn.cat/fitxers/baccessible/informecnuversiowebaccessible.119.pdf-

Informe diagnòstic dels impactes de la Convenció Internacional sobre els drets de les

persones amb discapacitat a la ciutat de Barcelona.

? http://w3.bcn.cat/fitxers/ajuntament/acta170211.962.pdf- Acta de la comissió de seguretat

i mobilitat -Sessió de 17 de febrer de 2011.