Scipione Espinoza Gianfranco Igino - Cresti Riccardo - Classe 5A-IPAI -  Esame di Stato: 2016-2017
Scrittura in Alfabeto L.I.S.
Applicazione con Arduino e sensori di flessione

Presentazione del progetto
Il progetto consiste in un guanto montante 5 sensori di flessione da 2.2", di un display 16x2 (che oltre a permettere la visualizzazione delle lettere,consente anche di verificare il valore di ciascun sensore al fine di sapere se il movimento della mano è stato effettuato correttamente) e infine in una scheda Arduino.
Effettuando dei movimenti con le dita, riferiti alla lingua dei segni italiana, i sensori assumono dei valori resistivi variabili. Il microcontrollore confronta la somiglianza dei dati acquisiti con i valori medi dei sensori di ogni lettera già prefissati dal programma; se i dati acquisiti corrispondono approssimativamente ai valori di una lettera, sul display verrà visualizzata la lettere che si è voluto rappresentare. Con una ulteriore elaborazione, oltre alle lettere dell'alfabeto si riescono a comporre delle parole e frasi.

Hardware
In figura 1 è riportato lo schema elettrico del sistema.

Lo schema è composto da:
a) Arduino Uno
b) Sensore di flessione 2.2"
c) Display LCD 16x2
d) Set pulsanti

 

 

 

 

 

 

 

 

 

  a) Arduino Uno
Arduino / Genuino Uno è una scheda a microcontrollore basata sull'ATmega328P (datasheet in allegato).
Dispone di 14 pin di ingresso / uscita digitali, 6 ingressi analogici, un cristallo di quarzo da 16 MHz, una connessione USB, una presa di potenza, un'intestazione ICSP (usata per l'interfaccia USB) e un pulsante di reset. Contiene tutto il necessario per supportare il microcontrollore; Basta collegarlo ad un computer con un cavo USB o alimentarlo con un adattatore AC o una batteria per iniziare .. è possibile lavorare con UNO senza preoccuparsi troppo di fare qualcosa di sbagliato e, nel caso peggiore, si può sostituire il Chip per pochi dollari e ricominciare da capo.
"Uno" significa uno in italiano ed è stato scelto per segnare il rilascio del software di arduino (IDE) 1.0. La scheda Uno e la versione 1.0 del software di arduino erano le versioni di riferimento di Arduino, ora evolute a nuove versioni. la scheda Uno è il primo di una serie di schede USB di Arduino e il modello di riferimento per la piattaforma di arduino.

b) Sensore di flessione

Il sensore di flessione è basato su elementi resistivi di carbonio. Quando il sensore è curvato, la resistenza varia in riferimento al raggio di curvatura, minore è il raggio, maggiore è il valore di resistenza. Esse sono delle piccole barrette flessibili che collegate alle dita del guanto forniscono il valore di ciascun dito durante il movimento.

 

Settori di utilizzo:

• controlli automobilistici;
• dispositivi medici, controlli industriali;
• periferiche per computer;
•  prodotti fitness;
• strumenti musicali;
• apparecchi di misurazione;
• giochi per realtà virtuale;
• prodotti di consumo;
• terapia fisica.

 

 

Come collegare un sensore di flessione

 

Il sensore di flessione deve essere collegato in questo modo: la barra laterale più stretta deve essere alimentata con i 5V di Arduino. La barra più grande deve essere collegata al GND di Arduino passando per una resistenza (pull-down). Il collegamento che arriva al pin analogico di arduino serve per leggere il valore del sensore e deve essere collegato prima della resistenza così come mostrato in figura.

La figura in basso illustra un esempio pratico del valore che assume il sensore nelle diverse posizioni.

 

b) Flex sensor

The Flex Sensor patented technology is based on resistive carbon elements. As a variable printed resistor, the Flex Sensor achieves great form-factor on a thin flexible substrate. When the substrate is bent, the sensor produces a resistance output correlated to the bend radius—the smaller the radius, the higher the resistance value. Spectra Symbol has used this technology in supplying Flex Sensors for the Nintendo Power Glove, the P5 gaming glove, and the below applications:

 

 

Spectra Symbol Designers can vary the actual nominal resistance of the Flex Sensors to meet customer's needs. they can produce their Flex Sensors on a variety of substrates, for example, they can use Dupont's Kapton material if you require high temperature operations.

 

 

 

 

 c) Display LCD 16X2
Il display LCD (schermo a cristalli liquidi) viene utilizzato per visualizzare i valori dei sensori nelle diverse posizioni, la lettera riprodotta e la frase.
Lo schermo dispone di 16 colonne x 2 righe; sulla prima riga vengono visualizzati i valori dei sensori e la lettera imitata, mentre nella seconda riga viene visualizzata la frase o la parola scritta.
Caratteristiche tecniche
Display LCD 2 righe e 16 caratteri alfanumerici con retroilluminazione.
Utilizza il controller HD44780 (datasheet in allegato). 

Alimentazione: 5 Vdc. Dimensioni: 80 x 36 x 11 mm.

Il display viene pilotato con la libreria LiquidCrystal.h che permette di comunicare in modalità 4 bit o 8 bit, questo vuol dire che per la trasmissione dati possono essere utilizzate 4 o 8 linee di dati.
A queste si aggiungono le due linee di controllo:
Register Select (RS) e Enable (E) e alla linea opzionale Read/Write (RW).
Nel progetto è stata utilizzata la modalità a 4 bit. 
In figura è riportata la piedinatura e la tabella di funzionamento dei singoli pin.  

d) Set pulsanti (S1, S2, S3)
In figura è riportato il collegamento tra i pulsanti ed Arduino. Per questo tipo di configurazione (pulsante verso massa) gli ingressi 7, 8 e 10 devono essere abilitati tramite software con resistenza di PullUp.

 

Pulsante S1 (Scrive)
Se S1 =OFF (pulsante aperto) il pin 10 si trova a livello alto (5v), il software ignora lo stato del pulsante.
Se S1=ON  (pulsante chiuso) il pin 10 si trova a livello basso (GND), il software tiene conto dello stato del pulsante e, come in programma, scrive la lettera riprodotta sulla seconda riga del display.

 

Pulsante S2 (Spazio)
Se S2=OFF (pulsante aperto) il pin 8 si trova a livello alto (5v),e il software ignora lo stato del pulsante.
Se S2=ON (pulsante chiuso) il pin 8 si trova a livello basso (GND), il software tiene conto dello stato del pulsante e, come in programma, scrive sulla seconda riga un trattino che serve per distanziare le parole.

 

Pulsante S3 (Backspace -Correzione)
Se S3=OFF (pulsante aperto) il pin 7 si trova a livello alto (5v) e il software ignora lo stato del pulsante.
Se S3=ON (pulsante chiuso) il pin 7 si trova a livello basso (GND), il software tiene conto dello stato del pulsante e, come in programma, cancella la lettera dalla posizione precedente, effettuando perciò una correzione.

 

 

 

 

Lingua dei segni 
La lingua dei segni è una lingua che veicola i propri significati attraverso un sistema codificato di segni delle mani, espressioni del viso e movimenti del corpo. 

È utilizzata dalle comunità dei segnanti a cui appartengono in maggioranza persone sorde.
È una comunicazione che contiene aspetti verbali (i segni) e aspetti non verbali (le espressioni sovrasegmentali di intonazione per esempio) come tutte le lingue parlate o dei segni.
La comunicazione avviene producendo quelli che a un profano possono sembrare dei banali gesti, ma che sono in realtà precisi segni compiuti con una o entrambe le mani, che, a differenza di quelli percepibili nell'ordinaria gestualità, hanno uno specifico significato, codificato e assodato, come avviene per le parole.
A ognuno di essi è assegnato un significato, o più significati.
Le lingue dei segni sfruttano il canale visivo-gestuale, perciò il messaggio viene espresso con il corpo e percepito con la vista.

Esempio
        

 

 
 

 
 

Video

 

Software
Di seguito è riportato un estratto del sostware di gestione. Il programma completo si trova in allegato (solo utenti registrati).

 

BIBLIOGRAFIA 

• wikipedia
• sparkfun
• arduino