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1/21 La canne blanche électronique Comment utiliser les propriétés des ondes po

1/21 La canne blanche électronique Comment utiliser les propriétés des ondes pour rendre la détection des obstacles plus facile aux aveugles ? • GARCIA Diego • HERNANDEZ Valeria • GONZALEZ Marie France • AGUILAR Augustin • FLORES José de Jesús 2/21 Résumé du projet : la canne blanche électronique La canne blanche est depuis longtemps le symbole international de la déficience visuelle, ainsi que le meilleur outil pour pallier à cette déficience. Depuis 1991, des recherches l’implémentent de technologies permettant de détecter des obstacles plus ou moins éloignés et à différentes hauteurs grâce à des capteurs d’ondes ultrasonores ou infrarouges. Ce projet propose une amélioration de la canne par l’exploitation des deux capteurs à la fois. En effet, le capteur ultrasons permet une augmentation du champ d’observation, alors que le capteur infrarouges possède une plus grande précision. De plus, nous avons mis en place trois expériences visant à perfectionner l’exactitude des signaux reçus par l’utilisateur selon le milieu d’utilisation. Nous voulions mesurer la différence de vitesses de propagation des ondes ultrasonores en faisant varier trois paramètres (la température, l’humidité et la pression) afin de déterminer si la distance détectée par la canne était modifiée par ces paramètres. Nous verrons que les calculs d’erreurs et d’incertitudes, qui seront présentés dans ce dossier, montrent que la sensibilité de nos capteurs n’est pas suffisante pour mesurer ces différences. Cependant, avec l’utilité qu’en ont les personnes ayant des déficiences visuelles, la précision de la distance détectée par les capteurs de notre canne est acceptable, et l’objectif du projet est donc atteint. 3/21 Sommaire I. Introduction II. Projet de la canne 1) Objectifs 2) Choix et conception du projet 3) Fonctionnement III. Les ondes 1) Le corps humain et les ondes 2) Définition et caractéristiques des ondes 3) Les ondes ultrasonores 4) Les capteurs a. Les Capteurs infrarouge b. Les Capteurs ultrasons IV. Les expériences et la notion d’incertitude 1) Les expériences 2) Les incertitudes de mesure a. Calcul d’incertitudes b. Calcul d’erreur V. Conclusion VI. Bibliographie 4/21 I. Introduction La nature a donné à l’homme et aux animaux complexes des organes qui leur permettent d’interpréter les différentes informations de leur environnement. Ces organes peuvent capter des grandeurs physiques qui sont envoyées au cerveau pour pouvoir interpréter les changements dans le monde qui nous entoure ; ce sont les sens. L’un des phénomènes physiques capté par nos organes est “les ondes”, tantôt mécaniques avec l’ouïe, tantôt électromagnétiques avec la vue, qui constituent les deux principaux sens de l’homme. Or ces sens ne captent qu’une infime partie de tout le spectre existant des ondes. Malheureusement ces sens peuvent être endommagés, ce qui devient une contrainte pour la personne affectée. D’après l’OMS il y a environ 285 millions de personnes handicapées visuellement dont 39 millions sont aveugles. Heureusement, il existe différentes techniques, outils et des technologies disponibles pour permettre aux handicapés de réaliser leurs activités quotidiennes. Un des outils les plus utilisés est la canne blanche qui permet à l’utilisateur de détecter des obstacles qui se trouvent à un mètre de lui environ et, également, de déceler l’état du sol sur lequel ils marchent. Cependant, il existe encore des déficiences pour détecter des obstacles plus hauts ainsi que pour toucher les obstacles et les reconnaître. La technologie des capteurs nous permet d’identifier des grandeurs physiques et de les transformer en informations grâce à la connaissance des phénomènes physiques qui y interviennent. La compréhension des ondes a permis de développer des capteurs qui peuvent détecter des objets à distance grâce à l’analyse des échos reçus. Pour notre TPE de première en sciences de l’ingénieur, nous avons eu l’idée d’améliorer une canne pour aveugles. Nous avons pensé qu’au Mexique encore 467.000 handicapés visuels (selon l’INEGI) souffrent encore de graves problèmes de mobilité. Le difficile accès aux différents transports publics ou les mauvaises conditions des rues sont des exemples d’obstacles auxquels ils doivent faire face tous les jours. L’aide aux aveugles a été notre principale motivation et la solution que nous avions trouvée a été la conception d’une canne électronique qui puisse les avertir de la présence de certains obstacles à une distance plus grande et de certains risques situés à une hauteur plus grande que celle du sol. Comment utiliser les propriétés des ondes pour rendre la détection des obstacles plus facile aux aveugles ? Dans un premier temps, nous donnerons des informations sur le fonctionnement et la réalisation du projet, puis dans un deuxième temps, nous parlerons des caractéristiques des ondes et des capteurs 5/21 utilisés, pour finalement montrer et analyser les expériences réalisées dans l’objectif d’améliorer la précision de la canne. II. Projet de la canne 1) Objectifs :  Détecter des objets à une distance d’au moins 50 cm.  Utiliser des composants adaptés et utilisables sous toutes circonstances.  Proposer différents moyens d’avertissements (buzzeur, vibreur...) adaptables aux préférences de l’utilisateur.  Proposer une durée de vie convenable et suffisante, ainsi qu’une source d’énergie facilement remplaçable.  Avoir une masse et des dimensions les plus proches possibles à celles d’une canne traditionnelle. 2) Choix et conception du projet Le design a été réalisé à travers le logiciel Solidworks pour faire la conception esthétique de la canne, ce qui nous a permis de visualiser le projet et de le valider afin d’établir les dimensions et formes de la canne. Nous avons considéré que la canne doit être facile à manipuler pour les non-voyants, et en même temps, respecter la forme d’une canne blanche traditionnelle, puisque les non-voyants sont déjà habitués à utiliser ce support. L’objectif de la modélisation est de résoudre les possibles problèmes qu’il pourrait y avoir au moment de la conception. Tout d’abord nous avons construit le corps principal de la canne, qui est un tube de 1,20 m et d’un diamètre de 3 cm. Ensuite une élection des matériaux a été réalisée en fonction de différentes caractéristiques recherchées dans la canne. Une fois les matériaux obtenus, ainsi que la partie électronique nous avons procédé a l’assemblage Nous avons incorporé des capteurs ultrasons et infrarouges tous deux connectés a une carte Arduino Uno qui nous permet de utiliser les valeurs obtenus par les capteurs et des les utiliser pour commander des différents réponses aux obstacles comme un son ou une vibration grâce à une programmation qu’on a réalisé (détaillé en annexe 2). 6/21 3) Fonctionnement La canne est un appareil qui sert à détecter des obstacles représentants un risque pour l’utilisateur. Ils sont détectés par deux capteurs qui sont en bas de la canne. Un du type infrarouge et autre du type ultrason. Lorsque l’obstacle est à moins de 30 cm l’information sera devenue une tension électrique qui mettra en marche un vibreur qui fonctionne comme interface entre la canne et l’utilisateur. La canne dispose aussi d’un capteur infrarouge au niveau des hanches pour détecter des obstacles à moins de 50 cm qui sont fixes aux murs et qui ne sont pas en contact avec le sol, dans ce cas, les informations vont mettre en fonctionnement un buzzeur pour avertir l’aveugle de la présence de ce type d’obstacles. FIG.1. La canne blanche électronique et ses composantes III. Les Ondes 1) Le corps humain et les ondes L’œil se décompose en trois parties principales. Tout d’abord on a la cornée, le cristallin et l’humeur aqueuse qui se comportent comme une lentille puisqu’ils permettent de laisser passer la lumière et de mettre au point ce que l’on regarde. Le cristallin peut se bomber et faire converger les rayons lumineux rentrant à travers l’humeur aqueuse et la cornée ou il peut s’aplatir et dans ce cas les rayons lumineux divergent. C’est ce que l’on appelle l’accommodation. L’état du cristallin dépend de la distance à laquelle se trouve l’objet observé. Ensuite on a la pupille qui fonctionne comme un diagramme puisqu’il permet de régler la quantité de lumière rentrante et finalement on a la rétine qui à la fonction d’un écran où se forme l’image de l’objet observé. L’œil peut donc être modélisé par une lentille, un diaphragme et un écran de la façon suivante : 7/21 FIG.2. Fonctionnement de l’œil : à gauche, modélisation 3D de l’œil ; à droite, modèle réduit de l’œil Mais ça ne s’arrête pas là. Nous avons la capacité de voir des objets grâce à des phénomènes physiques et chimiques comme la réflexion et la réfraction. Lorsque la lumière est réfléchie sur un objet il faut que les rayons lumineux entrant soient mis à foyer (f’=1/V) par la cornée et le cristallin sur la rétine. Ensuite la rétine envoie des signaux électrochimiques le long du nerf optique jusqu’au cerveau. Une fois que les signaux ont été interprétés, l’interprétation nous permet de voir l’image de l’objet. Le processus de déviation de la lumière pour produire une image mise au point sur la rétine est appelé réfraction. Cependant il existe aussi des maladies qui peuvent nous rendre aveugle comme le glaucome qui atteint notre nerf optique ou la cataracte qui fait jaunir notre cristallin et provoque une opacification. Notre sensibilité à différents types d’onde nous uploads/Ingenierie_Lourd/ memoire 7 .pdf