BASTÓN INTELIGENTE: Sistema de Asistencia para Personas con Baja Visión

Autores:

• Rubén Pisonero Cuenca
• Adrián Feito Blázquez
• Wheisheng Zheng
• Isabel Sastre González

---

1. Introducción y Motivación

En este proyecto hemos desarrollado un Bastón Inteligente (Smart Cane) diseñado para mejorar la autonomía y seguridad de personas con baja visión o ceguera parcial.

Los bastones blancos tradicionales son herramientas eficaces para detectar obstáculos a nivel del suelo, pero dejan al usuario vulnerable ante objetos situados a media altura (ramas, señales de tráfico, bolardos altos, etc.). Nuestro objetivo ha sido modernizar esta herramienta integrando tecnología empotrada que permita:

1. Detectar obstáculos a distancia mediante ultrasonidos.
2. Avisar al usuario de forma háptica (vibración) sin bloquear su sentido del oído.
3. Proporcionar un sistema de seguridad pasiva (SOS) con geolocalización.

---

2. Materiales y Componentes (BOM)

Para la realización del prototipo hemos utilizado el ecosistema Arduino por su versatilidad y bajo coste. Los componentes principales son:

• Microcontrolador: Arduino Uno R3.
• Sensor de Distancia: HC-SR04 (Ultrasonido).
• Conectividad: Módulo GSM SIM800L (para envío de SMS) y Módulo GPS NEO-6M.
• Actuador: Motor de vibración (tipo moneda) controlado por transistor.
• Alimentación: Powerbank estándar + Regulador de voltaje LM2596 (Step-Down) para estabilizar la tensión del sistema.
• Otros: Protoboard, resistencias, condensadores (para filtrado de picos del GSM), pulsador de emergencia y caja protectora.

---

3. Funcionamiento y Casos de Uso

El sistema opera bajo una lógica de feedback progresivo y monitoreo constante. Lo hemos diseñado pensando en tres escenarios principales:

• Navegación Asistida: Mientras el usuario camina, el sensor barre el entorno frontal. Si no hay obstáculos cercanos (> 250 cm), el bastón permanece silencioso.
• Detección de Obstáculos: Al detectar un objeto, el sistema activa el motor de vibración con una frecuencia variable:
  • Precaución (150 cm): Vibración lenta.
  • Alerta (50 cm): Vibración media.
  • Peligro Inminente (< 10 cm): Vibración rápida.
• Emergencia (SOS): Si el usuario pulsa el Botón de Pánico, el sistema captura las coordenadas GPS y envía un SMS de socorro con un enlace a Google Maps.

---

4. Desarrollo de Hardware y Conexiones

El montaje se ha realizado sobre una protoboard para facilitar la modularidad. Uno de los puntos clave fue el diseño de la alimentación: el módulo GSM genera picos de corriente altos, por lo que fue necesario implementar un bus de energía robusto regulado por el LM2596 y añadir condensadores de filtrado para evitar reinicios del Arduino ¹¹¹¹.+1

A continuación se muestra el esquema completo de conexiones que hemos diseñado:

La electrónica se ha integrado finalmente en una carcasa acoplada al bastón, diseñada para proteger los componentes sin comprometer la ergonomía.

---

5. Código del Proyecto

El software se ha desarrollado utilizando una arquitectura Orientada a Objetos (POO) para mantener el código limpio y modular. Hemos creado clases independientes para gestionar cada periférico (DistanceSensor, GPSLocation, VibrationAlert, SMSCommunicator, BateryMonitor), dejando el bucle principal (loop) muy simplificado.

Aquí mostramos el fragmento principal de la lógica de control:

C++

#include <Arduino.h>
#include "Config/Config.h"
#include "Sensors/DistanceSensor.h"
#include "Actuators/VibrationAlert.h"
#include "Communication/GPSLocation.h"
#include "Communication/SMSCommunicator.h"
#include "Sensors/BatteryMonitor.h"
#include "Sensors/EmergencyButton.h"

// Instantiate Modules
DistanceSensor distanceSensor(PIN_TRIG, PIN_ECHO);
VibrationAlert vibrationAlert(PIN_VIBRATION);
GPSLocation gpsLocation(PIN_GPS_RX, PIN_GPS_TX);
SMSCommunicator smsCommunicator(PIN_GSM_RX, PIN_GSM_TX);
BatteryMonitor batteryMonitor(PIN_BATTERY, VOLTAGE_DIVIDER_RATIO, BATTERY_THRESHOLD_VOLTS);
EmergencyButton emergencyButton(PIN_BUTTON);

void setup() {
    Serial.begin(9600); // For debugging
    
    distanceSensor.init();
    vibrationAlert.init();
    gpsLocation.init();
    smsCommunicator.init();
    batteryMonitor.init();
    emergencyButton.init();
    
    Serial.println("Smart Cane System Initialized");
}

void loop() {
    // 1. Update GPS
    gpsLocation.update();

    // 2. Check Emergency Button
    if (emergencyButton.isPressed()) {
        Serial.println("Emergency Button Pressed!");
        if (gpsLocation.isValid()) {
            smsCommunicator.sendSOS(gpsLocation.getLatitude(), gpsLocation.getLongitude());
        } else {
            Serial.println("GPS Invalid, sending last known or 0,0");
            // Optionally send 0,0 or wait
            smsCommunicator.sendSOS(0.0, 0.0); 
        }
        delay(5000); // Prevent spamming
    }

    // 3. Distance & Vibration
    long distance = distanceSensor.getDistance();
    vibrationAlert.update(distance);

    // 4. Battery Check
    if (batteryMonitor.isLow()) {
        // Optional: Low battery warning behavior
        // For now, maybe just print to serial or a specific vibration pattern
        Serial.println("Battery Low!");
    }

    delay(10); // Small delay for stability
}

Código completo: BastonInteligente/src/SmartCane.ino at main · Shockp/BastonInteligente

---

6. Presupuesto

El coste total de materiales del prototipo asciende a 80,00 €, buscando siempre el equilibrio entre funcionalidad y bajo coste.

Componente	Coste Aproximado
Arduino Uno R3	15,00 €
Sensor HC-SR04	2,00 €
Módulo GPS NEO-6M	10,00 €
Módulo GSM SIM800L	8,00 €
Powerbank + Regulador LM2596	12,00 €
Protoboard y componentes pasivos	7,00 €
Motor Háptico	6,00 €
Bastón físico y estructura	10,00 €
Cables y varios	10,00 €
TOTAL	80,00 €

---

7. Problemas Encontrados y Soluciones

Durante el desarrollo nos enfrentamos a varios desafíos:

1. Consumo del GSM: El módulo SIM800L es muy exigente energéticamente. Solución: Mejoramos la etapa de potencia con una fuente externa (Powerbank) y condensadores electrolíticos.
2. Volumen del Prototipo: Al usar un Arduino Uno y una protoboard, el circuito resultó voluminoso. Solución: Diseñamos una caja contenedora específica, aunque identificamos que una versión final debería usar una PCB customizada o un Arduino Nano.
3. Integración Mecánica: El bastón está en constante movimiento, lo que pone a prueba las conexiones. Solución: Aseguramos el cableado y la sujeción de la caja para evitar falsos contactos por vibración.

---

8. Vídeo Explicativo

A continuación, podéis ver el vídeo donde explicamos en detalle el montaje, el código y mostramos una demostración real del funcionamiento del bastón:

---

9. Conclusión

Este proyecto nos ha permitido validar que es posible crear una herramienta de asistencia accesible y funcional con hardware de bajo coste. Aunque existen mejoras posibles en cuanto a miniaturización, el sistema cumple robustamente con su función de proteger y conectar al usuario.