Tóm tắt: Người khiếm thị là người bị tổn thương thị giác không còn nhìn thấy ánh sáng đối với cả hai mắt hoặc chỉ phân biệt được một cách lờ mờ ánh sáng chiếu qua. Họ thường dùng tay hoặc gậy để dò đường, đề phòng vật cản. Tuy nhiên hành động này ít cho kết quả chính xác và có thể gây ra tai nạn nguy hiểm. Tại Việt Nam, nhiều nghiên cứu đã được thực hiện dựa trên các công nghệ hiện đại nhằm phát hiện chính xác chướng ngại vật và đưa ra cảnh báo cho người khiếm thị. Tuy nhiên, những sản phẩm, thiết bị này thường có giá thành cao, chủ yếu dùng tín hiệu rung lắc hoặc âm thanh báo động, một vài thiết bị còn cồng kềnh, tiêu hao nhiều năng lượng, khó sử dụng… Để giải quyết vấn đề trên, nhóm nghiên cứu đề xuất xây dựng chương trình và lắp ráp “Mũ cảnh báo và định vị GPS dành cho người khiếm thị” với các tính năng cảnh báo bằng giọng nói tiếng Việt, hỗ trợ người thân định vị vị trí GPS với Pin dự phòng nhỏ gọn có thể sử dụng liên tục 7 ngày.
       1. Tổng quan và các nghiên cứu trước đây
       Theo báo cáo Tổ chức Y tế thế giới (WHO) năm 2020, tuổi thọ dân số trên thế giới ngày càng tăng, thì giảm thị lực và mù từ những bệnh mạn tính cũng tăng. Hiện có khoảng 314 triệu người mù và thị lực thấp, cần khám mắt định kỳ hàng năm, trong đó ước khoảng 45 triệu người mù, những người trên 50 tuổi chiếm khoảng 80%. Đặc biệt cứ 5 giây thế giới có thêm một người bị mù và cứ 1 phút thế giới có thêm một trẻ bị mù, 90% người mù sống ở các nước nghèo và đang phát triển với các điều kiện tiếp cận dịch vụ y tế khó khăn. Việt Nam được xếp trong các nhóm nước này và có khoảng 2 triệu người bị mù lòa, có thị lực kém.
Tại Việt Nam, nhiều nghiên cứu đã được thực hiện dựa trên các công nghệ hiện đại nhằm phát hiện chính xác chướng ngại vật và đưa ra cảnh báo cho người khiếm thị như: Thiết bị đeo hỗ trợ người khiếm thị của nhóm tác giả Khoa Công nghệ Cơ khí Trường Đại học Công nghiệp TPHCM, “Gậy cảnh báo vật cản cho người mù” của nhóm tác giả Trường THPT Vĩnh Kim (huyện Châu Thành, tỉnh Tiền Giang), mắt kính và gậy cảnh báo vật cản của nhóm tác giả Trường đại học Lạc Hồng... Tuy nhiên, những sản phẩm, thiết bị này thường có giá thành cao, dùng tín hiệu rung lắc hoặc âm thanh báo động, một vài thiết bị còn cồng kềnh, tiêu hao nhiều năng lượng, khó sử dụng… Để giải quyết vấn đề trên, nhóm nghiên cứu đề xuất xây dựng  chương trình và lắp ráp “Mũ cảnh báo và định vị GPS dành cho người khiếm thị” với các tính năng cảnh báo bằng giọng nói tiếng Việt, định vị vị trí GPS, tín hiện rung lắc với Pin dự phòng nhỏ gọn có thể sử dụng liên tục 7 ngày.
       2.  GPS
       GPS là hệ thống định vị toàn cầu do Mỹ phát triển và vận hành. GPS là tên viết tắt của cụm từ “Global Positioning System”. Nó là một hệ thống bao gồm nhiều vệ tinh bay trên quỹ đạo phía trên trái đất ở độ cao 20.200 km. GPS hoạt động trong mọi điều kiện thời tiết, mọi nơi trên Trái Đất, liên tục suốt 24 giờ và hoàn toàn miễn phí đối với một số dịch vụ. Các vệ tinh GPS bay vòng quanh Trái Đất hai lần trong một ngày theo một quỹ đạo rất chính xác và phát tín hiệu có thông tin xuống Trái Đất. Các máy thu GPS nhận thông tin này và bằng phép tính lượng giác tính được chính xác vị trí của người dùng.
Hệ thống định vị GPS ra đời được xem là bước ngoặt vĩ đại của khoa học đem lại những lợi ích vô cùng to lớn đối với cuộc sống của con người hiện nay. Trong đó, ứng dụng định vị vị trí của người sử dụng, tìm đường đi với bản đồ là ứngd ụng quan trọng nhất.
       3. Arduino    
       Arduino là một nền tảng nguồn mở được sử dụng để xây dựng các dự án điện tử. Arduino bao gồm cả bảng mạch lập trình vật lý (thường được gọi là vi điều khiển) và một phần mềm hoặc IDE (Môi trường phát triển tích hợp) chạy trên máy tính, được sử dụng để viết và tải mã máy tính lên bảng vật lý.

Hình 1: Mạch Arduino. Nguồn Internet

       Nền tảng Arduino đã trở nên khá phổ biến với những người mới bắt đầu với điện tử. Không giống như hầu hết các bảng mạch lập trình trước đó, Arduino không cần một phần cứng riêng để tải mã mới lên bảng mà chúng ta chỉ cần sử dụng cáp USB.
Ngoài ra, Arduino IDE sử dụng phiên bản đơn giản hóa của C ++, giúp việc lập trình dễ dàng hơn. Cuối cùng, Arduino cung cấp một yếu tố hình thức tiêu chuẩn phá vỡ các chức năng của bộ điều khiển vi mô thành một gói dễ tiếp cận hơn.
Nói một cách dễ hiểu, có thể sử dụng Arduino để đọc các cảm biến và điều khiển những thứ như động cơ, đèn và các thiết bị điện tử, điện cơ khác. Điều này cho phép chúng ta tải các chương trình lên bảng này để có thể tương tác với mọi thứ trong thực tế.
       4. Cảm Biến Siêu Âm HC-SR04
       Cảm biến siêu âm HC-SR04 (Ultrasonic Sensor) được sử dụng rất phổ biến để xác định khoảng cách vì RẺ và CHÍNH XÁC. Cảm biến HC-SR04 sử dụng sóng siêu âm và có thể đo khoảng cách trong khoảng từ 2 -> 300cm, với độ chính xác gần như chỉ phụ thuộc vào cách lập trình.
       Cảm biến gồm: VCC (5V), trig (chân điều khiển phát), echo (chân nhận tín hiệu phản hồi), GND (nối đất)
Cảm biến siêu âm SR04 sử dụng nguyên lý phản xạ sóng siêu âm. Cảm biến gồm 2 module: Trong đó module phát ra sóng siêu âm và 1 module thu sóng siêu âm phản xạ về. Đầu tiên cảm biến sẽ phát ra 1 sóng siêu âm với tần số 40khz. Nếu có chướng ngại vật trên đường đi, sóng siêu âm sẽ phản xạ lại và tác động lên module nhận sóng. Bằng cách đo thời gian từ lúc phát đến lúc nhận sóng ta sẽ tính được khoảng cách từ cảm biến đến chướng ngại vật. 
Khoảng cách = (thời gian * vận tốc âm thanh (340 m/s) / 2

Hình 2: Mạch Arduino đấu nối với cảm biến siêu âm. Nguồn Internet

       5. Mô hình thực nghiệm
Qua tìm hiểu, khảo sát tại trường Phổ thông đặc biệt Nguyễn Đình Chiểu - Hồ Chí Minh, nhóm tác giả thấu hiểu được những khó khăn và thử thách mà các học sinh khiếm thị tại đây phải đối mặt trong học tập cũng như trong đời sống hàng ngày. Với mong muốn chế tạo ra thiết bị với giá thành rẻ nhằm mục đích đóng góp một phần nhỏ cho cộng đồng và xã hội, nhóm tác giả đã chế tạo thành công “Mũ cảnh báo và định vị GPS dành cho người khiếm thị” với các chức năng:
- Giúp người khiếm thị định hướng việc di chuyển.
- Tránh được các vật cản.
- Hạn chế vấp ngã, chấn thương.
- Giúp gia đình và người thân xác định đúng vị trí khi người khiếm thị đi lạc đường hoạc ra khỏi phạm vị giám sát của gia đình.
       5.1. Linh kiện
   

       5.2. Sơ đồ đấu nối thiết bị ngoại vi
 

Hình 3: Sơ đồ đấu nối các thiết bị ngoại vi. Nguồn Internet

       5.3. Phần mềm Arduino IDE

Hình 4: Đoạn code chương trình được viết trên phần mềm Arduino IDE

Hình 5: Bộ điều khiển

Hình 6: Mũ cảnh báo và định vị GPS dành cho người khiếm thị

       Sau thời gian được một số người khiếm thị sử dụng thử trong quá trình di chuyển, dự án đã thu được các kết quả sau:
       - Hỗ trợ cảnh báo bằng âm thanh và định vị GPS chính xác.
       - Dễ dàng sử dụng.
       - Giúp cho người khiếm thị tự tin hơn và có thể định hướng được vị trí cần đến một cách an toàn và hiệu quả.
       - Có thể sử dụng cho người bị vấn đề liên quan đến mắt.
       - Thiết bị nhỏ gọn, dễ mang đi lại, sử dụng nguồn điện thấp hoặc pin dự phòng nên rất an toàn.   
       - Nội dụng âm thanh của thiết bị có thể thay đổi linh hoạt thông qua thẻ nhớ. Có thể cảnh báo khoảng cách bằng giọng nói tiếng Việt.
       - Gia đình sẽ yên tâm và tìm đến đúng vị trị khi người khiếm thị đi lạc hoặc rời khỏi phạm vi giám sát của gia đình một cách dễ dàng.
       6. Kết luận – Hướng phát triển
       Thiết bị có tính xã hội, nhân văn cao giúp người yếu thế vượt qua các trở ngại khi giao tiếp hoà nhập cộng đồng. Giá thành các thiết bị lắp ráp rẻ, dễ dàng sử dụng và có thể sản xuất hàng loạt. Ngoài ra, thiết bị rất tiện lợi, chính xác và đạt hiệu quả cao.
Trong tương lai, nhóm nghiên cứu sẽ phát triển các sản phẩm nón thẩm mĩ, nghiên cứu về tính khả thi, sử dụng lâu dài và cập nhật các công nghệ mới để sản phẩm ngày càng hoàn thiện.Nguyễn Thị Thảo Huy

Lưu Trọng Nguyễn - Tăng Liêu - Võ Tuyết Ngân