TYREZIA - Sistema de Navegação Sonar para Auxílio Visual

Resumo do Projeto e Objetivo

O TYREZIA (EchoSense) é um protótipo de sistema eletrônico embarcado de baixo custo, desenvolvido como projeto final (TCC/Projeto de Período) com o objetivo de aumentar a autonomia e a segurança de indivíduos com deficiência visual.

O dispositivo opera como um Óculos Guia Sonar, utilizando a tecnologia de sensoriamento ultrassônico dual-channel para a detecção e mapeamento de obstáculos em tempo real. O feedback é fornecido através de um sistema de alerta auditivo estéreo direcional, substituindo a dependência da bengala de forma complementar e não invasiva.

Arquitetura e Princípio de Funcionamento

O sistema é baseado em um microcontrolador Arduino (ou equivalente), que orquestra a aquisição de dados e a emissão do feedback.

1. Aquisição de Dados (Dual-Channel Sensing)

• Sensores: Dois módulos ultrassônicos HC-SR04 estão dispostos em um arranjo estéreo (lateral esquerdo e lateral direito).
• Método: A função lerDistancia() executa o protocolo de medição por Time-of-Flight (ToF). O microcontrolador envia um pulso de trigger e mede a duração do pulso de echo (pulseIn), calculando a distância $d$ em centímetros com base na velocidade do som $v_s$ (aproximadamente $340 , \text{m/s}$): $$d = \frac{t_{\text{pulso}} \cdot v_s}{2}$$ A divisão por 2 é essencial, pois o tempo medido é de ida e volta do pulso.

2. Lógica de Controle e Feedback Proporcional

• Controle de Frequência: O valor lido do potenciômetro é mapeado para definir a frequência de ressonância base (em Hz) do sinal sonoro (entre 300 Hz e 4000 Hz), permitindo a calibração auditiva do usuário.
• Feedback Direcional: A função emitirSom() processa as distâncias de forma independente para cada lado (esquerda/direita).
• Modulação Temporal (Proporcional): A taxa de repetição do alerta sonoro é inversamente proporcional à distância medida.
  • Proximidade Crítica ($d < 100 , \text{cm}$): O sistema emite um beep na frequência base definida.
  • Intervalo de Repetição: O delay entre os pulsos de beep é diretamente proporcional à distância. Quanto menor a distância, menor o delay, resultando em um alerta mais rápido e urgente.

    $\text{Intervalo} \propto d$

Especificação de Hardware (BOM)

Componente	Quantidade	Função e Parâmetros Chave
Microcontrolador	1	Arduino Uno (ou equivalente ATmega328P). Plataforma de processamento central.
Sensor Ultrassônico	2	Módulo HC-SR04. Transdutores ultrassônicos para ToF sensing ($\sim 2 , \text{cm}$ a $400 , \text{cm}$).
Transdutor Acústico	2	Buzzer Ativo/Passivo. Saída de feedback auditivo estéreo.
Potenciômetro	1	$10 , \text{k}\Omega$. Controle de calibração analógica da frequência de saída.
Alimentação	1	Bateria $9 , \text{V}$. Fonte de energia independente para portabilidade.
Chave de Acionamento	1	Chave Gangorra (liga/desliga). Controle de energia do sistema.
Cabos/Conectores	Vários	Fios Jumper. Interconexão elétrica.

Mapeamento de Pinos (Pinagem I/O)

Módulo/Sinal	Pino Arduino	Variável no Sketch	Tipo de I/O
Sensor ESQ (Trigger)	D4	TRIG_ESQ	Saída Digital
Sensor ESQ (Echo)	D3	ECHO_ESQ	Entrada Digital
Sensor DIR (Trigger)	D6	TRIG_DIR	Saída Digital
Sensor DIR (Echo)	D5	ECHO_DIR	Entrada Digital
Buzzer DIREITO	D13	BUZZER_DIR	Saída Digital (PWM via tone)
Buzzer ESQUERDO	D12	BUZZER_ESQ	Saída Digital (PWM via tone)
Potenciômetro (Analog In)	A5	PINO_POT	Entrada Analógica

Simulação e Protótipo Virtual (Tinkercad)

Para visualizar, simular ou duplicar o circuito e o código de forma interativa, utilize o link do nosso protótipo virtual criado no Autodesk Tinkercad Circuits.

Plataforma	Link de Acesso
Tinkercad Circuits	Acesse aqui o Protótipo TYREZIA

Galeria do Projeto

Protótipo Físico

Foto de alta resolução do protótipo do dispositivo TYREZIA montado.

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Visão Esquemática

Diagrama de conexão (Ex: Fritzing ou Esquemático Eletrônico) que detalha a pinagem e interconexão dos componentes.

Implementação (Sketch Arduino C++)

O código a seguir é a implementação do firmware de controle.

// --- Definição de Constantes (Hardware Abstraction Layer) ---
#define TRIG_ESQ 4     // Pinagem de Trigger Esquerdo
#define ECHO_ESQ 3     // Pinagem de Echo Esquerdo
#define TRIG_DIR 6     // Pinagem de Trigger Direito
#define ECHO_DIR 5     // Pinagem de Echo Direito
#define BUZZER_DIR 13  // Pinagem do Transdutor Acústico Direito
#define BUZZER_ESQ 12  // Pinagem do Transdutor Acústico Esquerdo
#define PINO_POT A5    // Pinagem do Potenciômetro (Entrada Analógica)

// --- Variável Global para a Frequência Calibrada ---
int frequenciaBase = 0; 

// --- Função: Aquisição de Distância (Time-of-Flight) e Debug ---
/**
 * @brief Executa a medição de distância usando o sensor HC-SR04.
 * * @param pinoTrig Pino de Saída para o Trigger (pulso de 10µs).
 * @param pinoEcho Pino de Entrada para o Echo (medição da duração do pulso).
 * @param nomeSensor Nome do sensor para identificação no Serial Monitor.
 * @return int Distância calculada em centímetros (cm).
 */
int lerDistancia(int pinoTrig, int pinoEcho, String nomeSensor) {
  // Sequência de pulso para inicializar a medição
  digitalWrite(pinoTrig, LOW); 
  delayMicroseconds(2);
  digitalWrite(pinoTrig, HIGH);
  delayMicroseconds(10);
  digitalWrite(pinoTrig, LOW);

  // Mede a duração do pulso de retorno (Echo)
  long duration = pulseIn(pinoEcho, HIGH);
  // Conversão de tempo para distância (cm): t * v_s / 2
  int distance = duration * 0.034 / 2; 

  // Saída de Debug no Serial Monitor
  Serial.print(nomeSensor);
  Serial.print("Distance: ");
  Serial.print(distance);
  Serial.print(" cm | Freq: ");
  Serial.print(frequenciaBase);
  Serial.println(" Hz"); 
  
  return distance;
}

// --- Função: Geração de Feedback Auditivo (Modulação Temporal) ---
/**
 * @brief Emite um pulso de áudio no buzzer, com a taxa de repetição
 * inversamente proporcional à distância.
 * * @param distancia Distância do obstáculo em cm.
 * @param pinoBuzzer Pino de Saída para o Transdutor Acústico.
 */
void emitirSom(int distancia, int pinoBuzzer) {
  
  // Limiar de Deteccão: 100cm
  if (distancia < 100 && distancia > 0) {  
    // Emite o som na frequência calibrada
    tone(pinoBuzzer, frequenciaBase); 
    
    delay(50); // Duração do pulso de áudio
    
    noTone(pinoBuzzer);
    
    // Delay de repetição inversamente proporcional à urgência
    delay(distancia * 2);
  } else {
    noTone(pinoBuzzer); // Desliga o som fora do limiar
  }
}

// --- Configuração Inicial (SETUP) ---
void setup() {
  // Inicialização da Comunicação Serial (9600 bps)
  Serial.begin(9600);
  
  // Configuração dos pinos de I/O
  pinMode(TRIG_ESQ, OUTPUT); 
  pinMode(ECHO_ESQ, INPUT); 
  
  pinMode(TRIG_DIR, OUTPUT);
  pinMode(ECHO_DIR, INPUT);
  
  pinMode(BUZZER_DIR, OUTPUT);
  pinMode(BUZZER_ESQ, OUTPUT);
  
  
  Serial.println("TYREZIA - Sistema de Navegacao Sonar v1.1 Inicializado. Ajuste o Potenciometro (A5).");
}

// --- Loop Principal (LOOP) ---
void loop() {
  // Leitura Analógica do Potenciômetro (0-1023)
  int leituraPot = analogRead(PINO_POT); 
  
  // Mapeamento para Frequência de Resonância (300Hz a 4000Hz)
  frequenciaBase = map(leituraPot, 0, 1023, 300, 4000); 

  // Aquisição de Dados de Distância e Debug
  int distanciaEsq = lerDistancia(TRIG_ESQ, ECHO_ESQ, "Esq: ");
  int distanciaDir = lerDistancia(TRIG_DIR, ECHO_DIR, "Dir: ");
  
  // Geração de Feedback Auditivo Direcional
  emitirSom(distanciaEsq, BUZZER_ESQ);
  emitirSom(distanciaDir, BUZZER_DIR);
}

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