DISEÑO Y CONSTRUCCIÓN DE UN PROTOTIPO DE UN BASTÓN ELECTRÓNICO PARA NO VIDENTES AUTORES: REVELO PAREDES ALEX MARCELO SANAGUANO MARTINEZ MARCELO ORLANDO TUFIÑO MENESES ANDERSON ORLANDO VARGAS BARRIONUEVO ERICK DANIEL VISTIN PAGUAY HANS MANUEL
PRESENTADO A: ING. MARLON ERNESTO MOSCOSO MARTINEZ
ESCUELA SUPERIOR POLITÉCNICA DE CHIMBORAZO CIENCIAS E INGENIERÍA INGENIERÍA EN ELECTRÓNICA, TELECOMUNICACIONES Y REDES PROYECTO INTEGRADOR DE SABERES
RIOBAMBA 2016
Tabla de Contenidos Tabla de Contenidos .................................................. ....................................................................................................... ..................................................................... ................ II Lista de Ilustraciones .................................................................................................................... IV Lista de Tablas ............................................................................................................................... V Introducción ................................................................................................................................. ................................................................................. ................................................ VII Justificación .................................................................................................................................. IX Objetivos ........................................................................................................................................ X Objetivo General ........................................................................................................................ X Objetivos Específicos................................................................................................................. Específicos................................................................................................................. X Marco Metodológico .................................................. ....................................................................................................... ..................................................................... ................ 1 1.1 Técnicas e Instrumentos Utilizados .................................................................................... 1 1.2 Plan de Acción .................................................................................................................... 2 1.3 Plan de Trabajo ................................................................................................................... 5 1.4 Cronograma de Actividades ...................................................... ................................................................................................ .......................................... 8 Marco Teórico ................................................... ......................................................................................................... ............................................................................ ...................... 12 2.1 Antecedentes ....................................................................................................................... 12 2.1.1 Uso del bastón ................................................... ....................................................................................................... ......................................................... ..... 12 2.2 Electrónica .......................................................................................................................... 14 2.2.1 Componentes Electrónicos........................................................................................... 14 2.3 Arduino ............................................................................................................................... 15 2.3.1 Utilización. ................................................ ..................................................................................................... ................................................................... .............. 15 2.3.2 Características .............................................................................................................. 15 2.3.2 Tipos de Arduinos ........................................................ ........................................................................................................ ................................................ 16 2.4 Arduino Nano................................................... ........................................................................................................ ................................................................... .............. 17
II
Tabla de Contenidos Tabla de Contenidos .................................................. ....................................................................................................... ..................................................................... ................ II Lista de Ilustraciones .................................................................................................................... IV Lista de Tablas ............................................................................................................................... V Introducción ................................................................................................................................. ................................................................................. ................................................ VII Justificación .................................................................................................................................. IX Objetivos ........................................................................................................................................ X Objetivo General ........................................................................................................................ X Objetivos Específicos................................................................................................................. Específicos................................................................................................................. X Marco Metodológico .................................................. ....................................................................................................... ..................................................................... ................ 1 1.1 Técnicas e Instrumentos Utilizados .................................................................................... 1 1.2 Plan de Acción .................................................................................................................... 2 1.3 Plan de Trabajo ................................................................................................................... 5 1.4 Cronograma de Actividades ...................................................... ................................................................................................ .......................................... 8 Marco Teórico ................................................... ......................................................................................................... ............................................................................ ...................... 12 2.1 Antecedentes ....................................................................................................................... 12 2.1.1 Uso del bastón ................................................... ....................................................................................................... ......................................................... ..... 12 2.2 Electrónica .......................................................................................................................... 14 2.2.1 Componentes Electrónicos........................................................................................... 14 2.3 Arduino ............................................................................................................................... 15 2.3.1 Utilización. ................................................ ..................................................................................................... ................................................................... .............. 15 2.3.2 Características .............................................................................................................. 15 2.3.2 Tipos de Arduinos ........................................................ ........................................................................................................ ................................................ 16 2.4 Arduino Nano................................................... ........................................................................................................ ................................................................... .............. 17
II
2.4.1 Características. ............................................................................................................. 17 2.4.2 Datos Específicos. Esp ecíficos. ........................................................ ........................................................................................................ ................................................ 18 2.5 Sensor Ultrasónico .............................................................................................................. 19 2.5.1 Funcionamiento ........................................................................................................... 19 2.6 Elaboración del Prototipo ................................................................................................... 20 2.6.1 Programación. .............................................................................................................. 21 2.6.2 Diseño del Circuito ...................................................................................................... 22 Análisis de Resultados .................................................................................................................. 25 3.4 Técnicas de Procedimiento Pr ocedimiento e Interpretación de Datos. .................................................. ....................................................... ..... 25 3.4.1 Tamaño o Muestra ....................................................................................................... 25 3.4.2 Modelo de la Encuesta Encu esta ................................................ ................................................................................................. ................................................. 26 3.4.3 Tabulación y análisis ................................................................................................... 27 Análisis de Costos ............................................. ................................................................................................. ............................................................................ ........................ 35 4.1 Costos Directos. .................................................................................................................. 35 4.2 Costos Indirectos .............................................. ................................................................................................... ................................................................... .............. 35 Conclusiones ................................................................................................................................. 36 Recomendaciones ......................................................................................................................... 37 Referencias Bibliográficas ............................................................................................................ 38 Anexos .......................................................................................................................................... 40
III
Lista de Ilustraciones Ilustración 1: Bastón para no videntes .......................................................................................... 12 Ilustración 2: Aspecto de la placa Arduino. .................................................................................. 16 Ilustración 3: Diferencia entre Arduino Nano y Uno ........................................................ .................................................................... ............ 17 Ilustración 4: Sensor Ultrasónico ................................................. .................................................................................................. ................................................. 19 Ilustración 5: Circuito (Esquema) ................................................................................................. 23 Ilustración 6: Plaqueta, Car Caraa de Pistas. ................................................. ......................................................................................... ........................................ 23 Ilustración 7: Plaqueta, Plaqu eta, Cara de los Elementos. ...................................................... ............................................................................ ...................... 24 Ilustración 8: Encuesta. ................................................................................................................. 26
IV
Lista de Tablas Tabla 1: Técnicas e Instrumentación .............................................................................................. 1 Tabla 2: Plan de Acción .................................................................................................................. 2 Tabla 3: Plan de Trabajo ................................................................................................................. 5 Tabla 4: Cronograma ...................................................................................................................... 8 Tabla 5: Información de Arduino Nano ................................................ ........................................................................................ ........................................ 18 Tabla 6: Costos Directos. ..................................................... ......................................................................................................... ......................................................... ..... 35 Tabla 7: Costos Indirectos ............................................................................................................ 35
V
Propuesta para el Diseño y Construcción de un Prototipo de un Bastón Electrónico para no Videntes
VI
Introducción Este proyecto se realiza para dar una facilidad a las personas que no pueden ver mediante la tecnología necesaria para volver a un bastón simple, en un objeto inteligente y más confiable que uno normal, y tiene como nombre, Tawton, que proviene de dos palabras, una del quechua (Tawna), y otra del español (bastón). Principalmente se basa en un bastón normal y corriente, pero utilizando materiales reciclados como Tubos PVC, macilla, uniones T entre otros, y también componentes electrónicos, como el arduino nano, sensor ultrasónico, vibrador, puente H y un regulador de voltaje. Todo esto se implementa para un mejor manejo del bastón por parte de las personas no vidente, debido a que a veces tienen dificultades para desplazarse por las calles, o ir solos a cualquier sitio que deseen movilizarse por sus propios medios.
Organización de los Contenidos El capítulo uno trata acerca de la metodología seguida para el desarrollo del proyecto, es decir, el ¿cómo? realizar el proyecto. Este apartado contiene las técnicas e instrumentos utilizados, el plan de acción, el plan de trabajo, y el cronograma de actividades, básicamente una guía a seguir para construir el proyecto. El capítulo dos trata acerca de la investigación realizada, contiene los temas de investigación, el proceso de realización del prototipo, bases teóricas que fundamentan el proyecto y el procedimiento de elaboración. El capítulo tres trata de adjuntar las pruebas realizadas en el prototipo y análisis de los resultados obtenidos, el modelo de la encuesta, tabulación e interpretación de resultados. VII
El capítulo cuatro trata de realizar un análisis de los costos directos e indirectos del prototipo; a estos valores se incluye la utilidad y se indica el precio de venta al público (PVP) que tendría en el mercado a disposición de la sociedad.
VIII
Justificación Muchas personas que no pueden ver, no pueden salir a caminar solas, ya que deben ir acompañados o llevar un guía, como un bastón. A veces cuando se encuentra con un obstáculo, no lo pueden evitar y sufren accidentes. Por la razón anterior, principalmente está dirigido a personas que sufren del sentido de la vista porque a ellos se les dificulta caminar solos, y con este bastón que se diseña se pretende facilitar su movilidad por cualquier sitio que vayan a caminar, ya que si se encuentra con un obstáculo le avisará un vibrador, que indicará que se aproxima al obstáculo a menos de 40cm. Este proyecto ayudará a todas las personas con algún problema visual mejorando así su calidad de vida y dándoles por consiguiente más confianza al momento de salir a las calles a pasear o hacer alguna otra actividad que demande movilizarse. La principal motivación que se tuvo para realizar este proyecto, fue el gran aprecio y consideración que se tiene a las personas no videntes ya que son individuos con mucho potencial y calidez humana, las cuales tienen muchas ganas de seguir adelante y superarse, por eso se realizó este proyecto, como una ayuda hacia la sociedad no vidente.
IX
Objetivos Objetivo General Diseñar y construir un prototipo de un bastón electrónico para no videntes
Objetivos Específicos Facilitar el desplazamiento por las calles de las personas no videntes mediante un aparato electrónico ayudándoles a que puedan guiarse por sus propios medios. Comprobar si es factible el proyecto en la sociedad mediante encuestas realizadas a personas con familiares que no poseen visión y así ponerlo a disposición de la sociedad que lo necesite. Utilizar materiales reciclados para la elaboración del prototipo para que sea más económico y toda persona pueda comprarlo sin tener que gastar excesivo dinero.
X
MARCO METODOLÓGICO
1
Marco Metodológico Este proyecto se realizó mediante la utilización de materiales como el arduino nano, un sensor ultrasónico, un puente h, un regulador de voltaje, condensador. Después de realizar el circuito en una placa protoboard, se pasó a realizar la plaqueta en un programa llamado Eagle. Después de eso se comprobó que el circuito funcione correctamente, viendo que todos los cables estén bien soldados sin que ninguno interactúe con otro y haga cortocircuito.
1.1 Técnicas e Instrumentos Utilizados
Tabla 1: Técnicas e Instrumentación
Fase
Técnica
Instrumento
Producto
Tiempo
Diagnóstico
Internet
Marco teórico
1 semana
Diagnóstico
Referencia Bibliográfica Encuesta
Cuestionario
Datos estadísticos
3 días
Plan de proyecto
Maqueta
Materiales reciclables (Tubos PVC) Macilla, uniones T.
Prototipo
4 días
Plan de proyecto
Visita
Diagramas
Investigación
1 semana
Resultados del Proyecto
Evaluación de Prototipo
Prototipo
Validez del prototipo
3 días
Resultado del Proyecto
Defensa de proyecto
Material practico y Didáctico
Nota final
1 día
Fuente: Archivo propio.
MARCO METODOLÓGICO
2
1.2 Plan de Acción Tabla 2: Plan de Acción
Actividades a Realizar
Información a obtener
Medios de registro de
Recursos
Información
Fechas de Inicio y Culminación
1.Buscar un
El problema
Word
problema social 2.Presentar una posible solución
Hojas,
5/Octubre
esferográficos El tema del
Digital /impreso
Pc, impresora
13/octubre
Digital /impreso
Pc, impresora
16/octubre
Digital /impreso
Pc, impresora
22/octubre
Digital /impreso
Pc, impresora
28/octubre
Digital/impreso
Pc/cámara
1/noviembre
Block de notas
Tablet/automóvil
10/noviembre
proyecto
mediante un proyecto 3.Presentar el tema del proyecto 4.Buscar información
Aprobación del proyecto Mecanismo del prototipo
relacionada con el prototipo 5.Plan de diseño del prototipo 6.Investigacion
Plano del prototipo Función y
de cada elemento del
estructura de
prototipo
cada elemento
7.Investigar lugares donde haya materiales reciclables para el bastón
El sitio más factible
MARCO METODOLÓGICO 8.Buscar una
Como utilizar
3 Word
pc
13/noviembre
Word/ impreso
Pc/impresora
14/noviembre
Material impreso
Pc/impresora
15/noviembre
Material impreso
Pc/impresora
16/noviembre
Factibilidad
Word/tabulado/impreso
Pc/impresora
17/noviembre
Los
Word
pc
18/noviembre
Word
pc
19/noviembre
base teórica acerca
el sensor
del sensor
ultrasónico
ultrasónico 9.Realizar las preguntas para la
Las preguntas de la encuesta
encuesta relacionada al proyecto 10.Buscar asaciones o escuelas
Datos estadísticos
donde realizar la encuesta pertinente 11.Realizar la encuesta en
Datos estadísticos
AFAPECH
12.Analisis de resultados de la encuesta 13.Empezar a recolectar los
componentes que
elementos del
van a formar el
prototipo
prototipo
14.Dirigirse a los
Los
lugares previamente
componentes que
vistos para obtener
van a formar el
los componentes
prototipo
MARCO METODOLÓGICO 15. Obtención de los componentes del
Componentes
4 Imágenes
Tablet/pc
20/noviembre
Imágenes
Cámara/pc
22/noviembre
Word/imágenes
Hojas/cámara /pc
25/noviembre
Word
Computadora
27/noviembre
Word/datos
Hojas/multímetro
7/diciembre
Imágenes
Word
18/diciembre
Imágenes
Word
23/diciembre
nuevos
proyecto 16.Análasis de
Como leer
funcionamiento del
datos en el
sensor ultrasónico
sensor
17.Comprobación de lectura de datos 18.Verificar el puente h
Sensor mide objetos Como funciona
19.Comprobar el
El vibrador a
vibrador a utilizarse
un voltaje de 5v
20.Realizar el
Comprar
prototipo del bastón 21.Armar en protoboard el
instrumentos Implementar componentes
circuito del sensor y puente h 22. Imprimir la placa 23.Realizacin de marco metodológico
Implementar
Imágenes
Word
27/diciembre
componentes Enmarcar
Word/datos
Word
3/enero
Word/datos
Word
5/enero
objetivos
del proyecto 24. Realización del marco teórico
Enmarcar ideas relacionadas al tema
MARCO METODOLÓGICO 25. Implementar
5
Implementar
el circuito en el
Word/datos
Word
5/enero
Word/Físico
Word/físico
7/enero
Presentación
Tribunal
14/enero
el circuito
bastón 26. revisión del
Revisar y
proyecto y escrito
arreglar
27.Presentación
Revisión total
del Proyecto
del proyecto
integrador de saberes Fuente: Archivo propio.
1.3 Plan de Trabajo Tabla 3: Plan de Trabajo
Estrategia de aprendizaje
Activida des a
Ejes transversales
Tiempo y Recursos
Responsables
fechas
Realizar 1.Buscar Redacción de texto
un problema
Hojas, Tutoría
gráficos
Grupo
social 2.Present
Organizadores
esferográfico
5/octubre
ar una
Pc, Tutoría
12/octubre
impresora
Grupo
Texto
Grupo
solución mediante un proyecto 3.
El texto científico
Sintetizar un texto científico
ICA
16/octubre
MARCO METODOLÓGICO
6
4.Buscar Entrevista
información
Pc, Tutoría
19/octubre
impresora
Grupo
Pc,
Grupo
relacionada con el prototipo 5.Como Calcular datos necesarios para
hacer una
Tutoría
19/octubre
impresora
entrevista
una entrevista 6.Estruct Estructura del texto científico
ura interna
Texto ICA
6/noviembre Grupo
del texto científico
Ensayos
7.Hacer
ICA
Pc/impresora
Grupo
18/noviembre
un ensayo 8.Limpie Soldar
za y
(derretir los
reparación
metales)
Tablet/pc
18/noviembre
Química Grupo
de los elementos reutilizables 9.Constr
Circuitos
ucción del
19/noviembre PIS
Físico
circuito
Grupo
10.Comp Circuitos
robar como sirve el sensor
Físico PIS
26/noviembre Grupo
MARCO METODOLÓGICO
7
11. Circuitos
Como
Físico
Grupo
27/noviembre
Matemática
conectar pines 12.Solda Dilatación de un cuerpo
r pines para
Físico Matemática
prototipos
Grupo
el proyecto 13.
Revisión de
30/noviembre
Revisión de
Físico PIS
3/diciembre Grupo
todos los elementos 14.
Puente H
Consultar
Escrito Matemática
8/Diciembre Grupo
sobre el puente H 15. Transferencia de voltaje
Salida de
Prototipo PIS
14/diciembre Grupo
voltaje al arduino 16.Finali
Normas APA
zar parte
Video /pc Matemática
6/diciembre Grupo
teórica 17.Verifi Acabados del proyecto
car el funcionamie nto del proyecto
Imágenes Matemática
8/enero Grupo
MARCO METODOLÓGICO Discurso
18.Defen
8 Química
Cámara /pc
Grupo
14/enero
sa del proyecto Fuente: Archivo propio.
1.4 Cronograma de Actividades Tabla 4: Cronograma
Fase/ Actividades
Programación Semanal
Descripción
1 2
3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15
1.Buscar un Hacer un análisis x problema social y buscar un problema social 2.Presentar una Búsqueda de X posible solución información mediante un referente al tema proyecto del proyecto para una solución 3.Presentar el Presentar el tema X a el tutor para tema del proyecto obtener recomendaciones 4.Buscar
Obtener información información acerca como se va ejecutar el relacionada con el prototipo
Responsable Tiempo y fecha
x
Grupo
5/octubre
Grupo
14/octubre
Grupo
15/octubre
Grupo
21/octubre
Grupo
28/octubre
prototipo 5.Plan diseño prototipo
de Investigar profundidad del proyecto
a el
x
MARCO METODOLÓGICO 6.Investigacion de cada elemento del prototipo
Obtener los materiales que serán necesarios para realizar el prototipo 7.Investigar Realizar visitas a talleres donde lugares donde haya podamos encontrar los elementos materiales q ya no les dan usos reciclables en dichos lugares 8.Buscar
Indagar en internet para información sobre buscar información el sensor acerca del sensor
9 x
x
x
Grupo
4/noviembre
Grupo
11/noviembre
Grupo
18/noviembre
Grupo
25/novie
ultrasónico 9.Realizar las
Hacer un cuestionario en preguntas para la relación a si el proyecto en encuesta realidad es una necesidad 10.Buscar a las
Dirigir nuestra atención hacia personas a quienes las personar q serían las van a ser beneficiadas con nuestro proyecto beneficiadas con el
x
mbre
x
Grupo
2/diciembre
x
Grupo
3/diciembre
8/diciembre
proyecto 11.Realizar la encuesta
Encaminar una encuesta a las personas antes mencionadas
12.Analisis de
Analizar los resultados para resultados de la saber si nuestro proyecto es encuesta necesario
X
Grupo
13.Empezar a Realizar una lista y donde podríamos
X
Grupo
9 /diciembre
MARCO METODOLÓGICO recolectar
los
elementos
del
10
encontrar nuestros elementos
prototipo 14.Dirigirse a los
lugares
Ir a los lugares establecidos y adquirir los elementos
x
Grupo
Construcción en placa del circuito
x
Grupo
15/diciembre
previamente vistos para obtener los componentes
17.Construcció n del prototipo del
16/diciembr e
circuito 18.Construccio
Compre elementos
de
x
Grupo
n del bastón con
21/diciembr e
material reciclado
19.comprobaci ón del prototipo
20.corrección
Comprobar el voltaje con un voltímetro para comprobar q no haya un aumento de corriente
x
Utilizar normas APA
x
Grupo
23/diciembr e
Grupo
de errores dentro
29/diciembr e
de marco teórico
22.Implementa
Armar prototipo cion del circuito en hecho el bastón
el casi
x
Grupo
01/enero
MARCO METODOLÓGICO 23.Verificacion del
Verificar funciona prototipo
11
si el
X
Grupo
07/enero
Revisión antes de la defensa final
x
Grupo
08/enero
funcionamiento del prototipo 24.Pre revisión de los proyectos y los escritos
25.Defensa del proyecto
Defender el proyecto ante los delegados.
Fuente: Archivo propio.
X
Grupo
14/enero
MARCO TEÓRICO
12
Marco Teórico 2.1 Antecedentes Bastón vibratorio para invidentes.
Ilustración 1: Bastón para no videntes
Fuente: (Primpo, 2013, p.1) La compañía Primpo afincada en Seúl, ha presentado un nuevo bastón para personas con discapacidad visual diseñado para detectar obstáculos a distancia. El prototipo, aún en fase de experimentación, cuenta con un sensor detector de objetos que activa una función vibratoria para avisar al usuario de su presencia. (Primpo, 2013, p.1)
2.1.1 Uso del bastón Muchas personas invidentes utilizan un bastón para poder guiarse y caminar por las calles, sin necesidad de necesitar de otra persona para movilizarse. Este objeto que utilizan, son muy tradicionales, pero con un implemento de la tecnología se pretende mejorar su vida.
MARCO TEÓRICO
13
A Antonio Alarcón le explicaron en la ONCE que había llegado el momento de aprender a utilizar el bastón blanco. Aunque conserva resto visual, decidió aceptar el consejo hace unos años. La experiencia no fue demasiado bien: con su altura de 1.90, Antonio se dio un golpe en la cabeza. Le preguntó a un técnico qué podía hacer para evitar los obstáculos más altos, y este le respondió que la única opción era poner un brazo delante para protegerse. (Sánchez, 2015, p.1)
2.1.1.1 Características del B astón
El bastón puede manejarse con la mano derecha o con la izquierda indiscriminadamente, de acuerdo como se sienta más cómoda la persona, además deberá alcanzar por lo menos un metro delante del limitado visual. El bastón debe moverse realizando un semicírculo de derecha a izquierda, con el solo movimiento de la muñeca; la punta del bastón debe tocar el piso en los dos extremos del semicírculo y el arco que se hace en el piso deberá ser más o menos del ancho de los hombros, de esta manera se revisa la zona por donde la persona va a caminar y lo protege de los huecos o de tropezar con cualquier obstáculo u objeto que se encuentre en el piso, ya que con el resto del bastón la persona protege sus piernas y cintura. (Anónimo, 2013, p.1)
2.1.1.1.1 Tecnología implantada en el bastón
"Las primeras veces que alguien sale con el bastón agacha la cabeza, se hace un ovillo porque piensa que algo le va a golpear", nos cuenta Alarcón. Por ello, el sistema desarrollado por la
MARCO TEÓRICO
14
UMH consta de tres sensores que detectan los objetos que el invidente tiene su alrededor, avisándole a través de la vibración de una pulsera magnética de aquellos que se encuentran exclusivamente sobre su cabeza, como las ramas o los toldos de los bares, para no saturarle de información. (Pérez, 2015, p.2)
2.2 Electrónica La electrónica es el campo de la física que se refiere al diseño y aplicación de dispositivos, por lo general circuitos electrónicos, cuyo funcionamiento depende del flujo de electrones para la generación, transmisión, recepción o almacenamiento de información. Esta información puede consistir en voz o música como en un receptor de radio, en una imagen en una pantalla de televisión, o en datos como una computadora. (Anónimo, 2014)
El mundo está rodeado por la variedad de la tecnología, es decir, está presente en nuestro día a día. A medida que ha pasado el tiempo, la electrónica junto a la tecnología ha ido avanzando y desarrollándose cada vez más. La electrónica como tal tiene una gran variedad de aplicaciones para la vida del hombre, como por ejemplo: las telecomunicaciones, la computación, la medicina, la mecánica entre otras.
2.2.1 Componentes Electrónicos. En la electrónica se utiliza varios materiales para realizar circuitos, como resistencias, diodos, bobinas, condensadores, transistores, interruptores, fusibles entre otros. Estos materiales ayudarán a diseñar el circuito que nosotros queramos, para después poco a poco poder ir
MARCO TEÓRICO
15
creando un circuito aceptable para algún trabajo o proyecto.
2.3 Arduino Arduino es una plataforma de hardware libre, basada en una placa con un microcontrolador y un entorno de desarrollo, diseñada para facilitar el uso de la electrónica en proyectos multidisciplinares. El hardware consiste en una placa con un microcontrolador Atmel AVR y puertos de entrada/salida. Los microcontroladores más usados son el Atmega168, Atmega328, Atmega1280, ATmega8 por su sencillez y bajo coste que permiten el desarrollo de múltiples diseños. (Martines Ramos, 2014, p.1)
2.3.1 Utilización. Se utiliza principalmente para desarrollar objetos interactivos autónomos o puede ser conectado a software del ordenador para ser programado. Las placas se pueden montar a mano o adquirirse. El entorno de desarrollo integrado libre se puede descargar gratuitamente. Al ser open-hardware, tanto su diseño como su distribución es libre. Es decir, puede utilizarse libremente para el desarrollo de cualquier tipo de proyecto sin haber adquirido ninguna licencia.
2.3.2 Características Se trata de una placa open hardware por lo que su diseño es de libre distribución y utilización, que incluso podemos construirnos nosotros mismos (En la Figura 1 se observa el aspecto de la placa).
MARCO TEÓRICO
16
Ilustración 2: Aspecto de la placa Arduino. Fuente:
(Anónimo, Arduino, 2013, p.1)
El programa se implementará haciendo uso del entorno de programación propio de arduino y se transferirá empleando un cable USB. Si bien en el caso de la placa USB no es preciso utilizar una fuente de alimentación externa, ya que el propio cable USB la proporciona, para la realización de algunos de los experimentos prácticos sí que será necesario disponer de una fuente de alimentación externa ya que la alimentación proporcionada por el USB puede no ser suficiente. El voltaje de la fuente puede estar entre 6 y 25 Voltios.(Massimo, 2015)
2.3.2 Tipos de Arduinos La diferencia entre los modelos de los arduinos se da básicamente en su tamaño, y cuantos elementos se va a utilizar en determinados proyectos. Por su facilidad de utilizar este elemento electrónico, se ha implementado al proyecto un Arduino, donde se programa para que realice las tareas que se requieran en la mejor utilidad posible. Por la facilidad y comodidad posible se utilizó un tipo de Arduino, el Arduino Nano.
MARCO TEÓRICO
17
2.4 Arduino Nano Este arduino se caracteriza principalmente por su tamaño, ya que para realizar circuitos pequeños o que queramos que no se vea tan extensog, se utilizaría el Arduino nano, y no un Arduino Uno que es más grande.
Ilustración 3: Diferencia entre Arduino Nano y Uno
Fuente: (Pérez P., Arduino, p.3)
2.4.1 Características. El Arduino Nano es una placa pequeña, completa y-tablero amigable basada en el ATmega328 (Arduino Nano 3.x) o ATmega168 (Arduino Nano 2.x). Tiene más o menos la misma funcionalidad del Arduino Duemilanove, pero en un paquete diferente. Le falta solamente una toma de alimentación de CC, y trabaja con un cable USB Mini-B en vez de una normal. El Nano fue diseñado y está siendo producido por Gravitech. (Anónimo, Arduino, 2014)
MARCO TEÓRICO
18
2.4.2 Datos Específicos. Tabla 5: Información de Arduino Nano
Fuente: (Anónimo, Arduino, 2014, p.4)
Es mucho más pequeño que el Arduino Mega. Esta basado en el microcontrolador ATmega328. Tiene una entrada mini-usb a través de la cual se puede subir el código fuente para la ejecución de los comandos. Viene con 14 puertos digitales de entrada/salida, 8 puertos análogos, una memoria de 16 KB, 1 KB de SRAM y 512 bytes de EPROM. Su ClockSpeed es 16 MHz. Funciona con un voltaje que puede estar en el rango de 7 a 12 voltios. Entrega una corriente de 40 mA. Aparte de algunas desventajas como un número menos de puertos de entrada/salida o un menor espacio en la memoria, es prácticamente idéntico al Arduino Mega.
MARCO TEÓRICO
19
Se carga el código desde Arduino IDE, utilizando el mismo proceso que para con el Arduino Uno. Los códigos son perfectamente compatibles de una placa a otra. Cuando se compra uno de estos dispositivos se puede elegir si se desea un microcontrolador con pines machos o bien un microcontrolador sin pines ni soldadura, para que el usuario lo modifique a su antojo.
2.5 Sensor Ultrasónico El sensor ultrasónico utilizado en este proyecto es el modelo HC-SR04, ya que es uno de los sensores más económicos del mercado. Los ultrasonidos son antes que nada sonido, exactamente igual que los que oímos normalmente, salvo que tienen una frecuencia mayor que la máxima audible por el oído humano. Ésta comienza desde unos 16 Hz y tiene un límite superior de aproximadamente 20 KHz, mientras que nosotros vamos a utilizar sonido con una frecuencia de 40 KHz. A este tipo de sonidos es a lo que llamamos Ultrasonidos. (Pérez de Diego, 2014, p.1)
2.5.1 Funcionamiento
Ilustración 4: Sensor Ultrasónico
Fuente: (Pérez de Diego, 2014)
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El funcionamiento básico de los ultrasonidos como medidores de distancia se muestra de una manera muy clara en el siguiente esquema (ilustración 4), donde se tiene un receptor que emite un pulso de ultrasonido que rebota sobre un determinado objeto y la reflexión de ese pulso es detectada por un receptor de ultrasonidos. Los sensores ultrasónicos permiten medir distancias desde los 2-3 centímetros hasta los 3-6 metros (para algunos modelos populares) sin la necesidad de un contacto físico, lo cual es muy útil en una amplia variedad de aplicaciones, desde la robótica y los sistemas de alarma, hasta aplicaciones industriales y por supuesto, también en proyectos de pasatiempo para los aficionados al bricolaje electrónico. El Sensor Ultrasónico de Distancia PING (o "PING)" como lo denomina el fabricante) tiene una interfaz simple de tres terminales y utiliza una sola linea para lograr una comunicación bidireccional con su dispositivo de control (típicamente un microcontrolador). (Torrico, 2010)
2.6 Elaboración del Prototipo Para poder realizar este prototipo de bastón para personas no videntes, se utilizó principalmente la tecnología, es decir, se implementó a un bastón común y corriente, aparatos electrónicos que hagan más sencillo el desplazamiento de la persona con este tipo de discapacidad mencionada. Se llevó acabo la compra de materiales; los principales: arduino nano, sensor ultrasónico y un vibrador, después y no menos importante, pila de 9V, regulador de voltaje, resistencia, baquelita, condensador y cables.
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Para poder elaborarlo, se montó primero el circuito en una protoboard para verificar que todo este funcionando, también se añadió la programación al arduino. Después el circuito se pasó a la baquelita, la cual nos ayuda a eliminar los cables y a construir un circuito más simple y pequeño, el cual es de gran beneficio para implementar al bastón. Por último, se diseñó el modelo del bastón, como iban colocado los cables, y en que parte están situados cada elemento.
2.6.1 Programación. El Arduino Nano se puede programar con el software de Arduino (descarga). Para realizar la programación, se incluyó una librería, llamada ultrasonic.h, después se dio nombres a las variables (como se observa en la figura 2). Se configura Arduino en el void set up, donde se le da a los pines 2 y 3 para conectar el motor, en este caso un vibrador. Después se le da una condición, que si un objeto está a una distancia entre 30 cm o inferior, el vibrador empezará a realizar su trabajo para avisar a la persona no vidente.
A continuación la programación utilizada: #include
int centimetros=0; int m1=2,m2=3; Ultrasonic ultrasonic(8,9); // (Trig PIN,Echo PIN) void setup() { Serial.begin(9600); pinMode(m1,OUTPUT); pinMode(m2,OUTPUT); digitalWrite(m1,LOW);
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digitalWrite(m2,LOW); } void loop() { centimetros=ultrasonic.Ranging(CM);////realiza la lectura if (centimetros >= 50) { centimetros=0; } if (centimetros <= 25 && centimetros >= 2) { Serial.println("peligro"); digitalWrite(m1,HIGH); digitalWrite(m2,LOW); delay(500); } Serial.println(centimetros); digitalWrite(m1,LOW); digitalWrite(m2,LOW); delay(100); }
2.6.2 Diseño del Circuito Aquí se puede ver los elementos del circuito, principalmente una batería de 9V, arduino nano, puente h, un vibrador y el sensor ultrasónico.
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Ilustración 5: Circuito (Esquema)
Fuente: Archivo propio.
Ilustración 6: Plaqueta, Cara de Pistas.
Fuente: Archivo propio.
Aquí se observa desde otro punto de vista los elementos utilizados, pero esta vez en una plaqueta, donde se encuentra las pistas, que sustituyen a los cables.
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Ilustración 7: Plaqueta, Cara de los Elementos.
Fuente: Archivo propio.
Cara de los elementos situados en la plaqueta, una vez que se probó en una protoboard.
ANÁLISIS DE RESULTADOS
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Análisis de Resultados 3.4 Técnicas de Procedimiento e Interpretación de Datos. 3.4.1 Tamaño o Muestra Para determinar el tamaño de la muestra, es decir, el número de encuestas que se realizaron, se tomó en cuenta la siguiente información. El mercado objetivo, el cual estuvo conformado por personas no videntes, con una población de 274 000 personas, según cifras del Instituto de Estadística y Censos (INEC). (Tello, 2014, p.1) Un nivel de confianza de 95% y un grado de error de 5% en la fórmula de la muestra. Aplicando la fórmula de la muestra:
n =
k²pqN e²(N − 1) + K²pq
Nivel de confianza (k) = 2 Grado de error (e) = 0.05 Universo (N) = 274000 Probabilidad de ocurrencia (P) = 0.5 Probabilidad de no ocurrencia (Q) = 0.5 n = ((2)² (0.5) (0.5) (274000)) / (0.05)² (274000-1)+ (2)² (0.5) (0.5)) n = ((4) (0.25) (274000)) / ((0.0025) (273999) + (4) (0.25)) n = 274000/ 196.08
ANÁLISIS DE RESULTADOS
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n = 1397 Por motivos de tiempo, se realizaron 38 encuestas en total.
3.4.2 Modelo de la Encuesta
Ilustración 8: Encuesta.
Fuente: Archivo propio.
ANÁLISIS DE RESULTADOS
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3.4.3 Tabulación y análisis 1. ¿Tiene algún familiar con problemas visuales?
SI
21
NO
10
Gráfico tabulación pregunta N 1 °
32% SI
68%
NO
En la encuesta realizada a la escuela para no vidente de la ciudad de Riobamba, se llegó a la conclusión de que aparte de ser personas con discapacidad, tienen familiares que también son no videntes, por lo que podemos decir que un número considerable de personas sufre de esta enfermedad.
2. ¿Debería existir dispositivos que ayuden al desenvolvimiento de personas no videntes?
SI
28
NO
13
ANÁLISIS DE RESULTADOS
28
Gráfico tabulación Pregunta N 2 °
9% SI NO
91%
En la encuesta realizada a la escuela para no vidente de la ciudad de Riobamba, se llegó a la conclusión de que a estas personas les gusta la idea de tener dispositivos electrónicos innovadores, que los ayude a movilizarse y a desenvolverse por sí solos
3. ¿Cree que una persona no vidente es capaz de movilizarse sola?
SI
21
NO
10
Gráfico tabulación Pregunta N 3 °
13%
SI
87%
NO
ANÁLISIS DE RESULTADOS
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En la encuesta realizada a la Escuela para no vidente de la ciudad de Riobamba, según sus respuestas podemos interpretar que para ellos movilizarse de un lugar a otro puede ser complicado, pues movilizarse en un lugar conocido puede ser muy fácil pues conocen el sector, sin embargo tratar de movilizarse en un lugar nuevo puede llegar a ser una verdadera odisea, por lo que se cree necesario un dispositivo que los ayude a desenvolverse. 4. ¿Cree que una persona no vidente está en constante peligro de sufrir un accidente?
SI
29
NO
2
Gráfico tabulación Pregunta N 4 °
10%
SI
90%
NO
En la encuesta realizada a la Escuela para no vidente de la ciudad de Riobamba, las respuestas nos mencionan que alguna vez han tenido complicaciones o problemas al desplazarse, pero nos dicen que sufren accidentes como todos los demás, pero para ellos es un poco más constante, por lo que desarrollar este dispositivo les ayudaría a reducir el índice de accidentes que sufren diariamente.
ANÁLISIS DE RESULTADOS
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5. ¿Piensa que un bastón inteligente le serviría a una persona no vidente?
SI
30
NO
0
Gráfico tabulación Pregunta N 5 °
9% SI NO
91%
En la encuesta realizada a la escuela para no vidente de la ciudad de Riobamba, las encuestas dicen que ellos necesitan obligadamente un bastón para poder movilizarse en lugares desconocidos, por lo que nos hace ver que desarrollar nuestro bastón con sensor ultrasónico ayudaría a estas personas mucho más que un bastón común.
6. ¿cree usted que teniendo un bastón inteligente, se disminuiría el riesgo de que una persona no vidente sufra un accidente?
SI
24
NO
7
ANÁLISIS DE RESULTADOS
31
Gráfico tabulación Pregunta N 6 °
23% SI
77%
NO
En la encuesta realizada a la Escuela para no vidente de la ciudad de Riobamba, la mayoría de las personas encuestadas están de acuerdo en que si tuvieran un bastón inteligente podrían caminar con más seguridad, por lo que interpretamos que llegarían a sufrir menos accidentes cuando se desplazan en lugares nuevos. 7. ¿Compraría usted un bastón que lo ayude a desplazarse de un lugar a otro?
SI
31
NO
0
Gráfico tabulación Pregunta N 7 °
0% SI
100%
NO
En la encuesta realizada a la Escuela para no vidente de la ciudad de Riobamba, la mayor parte de los encuestados afirman que sí comprarían un bastón para poder movilizarse, pues este es una
ANÁLISIS DE RESULTADOS
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gran ayuda para ellos y además podemos decir que un bastón es algo fundamental que toda persona no vidente debe tener, por lo cual podemos decir que nuestro proyecto tendrá una buena aceptación. 8. ¿Piensa que sería molesto llevar un bastón en todo momento?
SI
12
NO
19
Gráfico tabulación Pregunta N 8 °
39% SI
61%
NO
En la encuesta realizada a la escuela para no vidente de la ciudad de Riobamba, según las respuestas podemos interpretar que para estas personas, llevar un bastón no sería para nada molesto, ya que cuando en verdad necesitas algo, en lo último que te fijas es en su comodidad, sim embargo nosotros desarrollamos un bastón ligero, y cómodo al momento de llevar, por lo que en si llevar este dispositivo no sería nada molesto. 9. ¿Cuánto estaría dispuesto a pagar por un bastón inteligente?
SI
23
NO
8
ANÁLISIS DE RESULTADOS
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Gráfico tabulación Pregunta N 9 °
26% SI NO
74%
En la encuesta realizada a la Escuela para no vidente de la ciudad de Riobamba, según las respuestas de las personas encuestadas, podemos decir que ellos estarían dispuestos a pagar de 25 a 50 dólares, la cual es una cantidad razonable, sin embargo no suplanta los gastos que tuvimos en la realización de este prototipo.
10. ¿Compraría usted un bastón inteligente para no videntes desarrollado por estudiantes de la ESPOCH?
SI
31
NO
0
ANÁLISIS DE RESULTADOS
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Grafico tabulacion Pregunta N 10 °
0%
SI
100%
NO
En la encuesta realizada a la Escuela para no vidente de la ciudad de Riobamba, el 100% de las personas encuestadas afirman que si comprarían un dispositivo desarrollado por estudiantes de la ESPOCH, por lo que nos incentiva a desarrollar un dispositivo de calidad.
Conclusión: Con la encuesta realizada a la AFAPECH de la ciudad de Riobamba se llegó a la conclusión de que en la actualidad personas no videntes o con escasa visión tienen ciertas dificultades al momento de desplazarse de un lugar a otro, por esta razón se ha desarrollado un bastón con sensor ultrasónico el cual ayudaría a que las personas no videntes puedan movilizarse. Este dispositivo ayudaría a que el riesgo de las personas sufran algún tipo de accidentes disminuya, claro está que no en su totalidad pero si en su mayoría. Las personas afirmaron que un bastón común los ayuda mucho, pero un bastón inteligente sería mucho mejor. Con esta encuesta probamos que nuestro proyecto es factible y viable
ANÁLISIS DE COSTOS
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Análisis de Costos 4.1 Costos Directos. Tabla 6: Costos Directos. Materiales
Costo
Arduino Nano
$ 18
Sensor Ultrasónico
$ 12
Vibrador
$3
Regulador de Voltaje
$ 0.75
Batería 9V
$4
Puente H
$4
Baquelita
0.7
Tubos PVC
$3
Pintura Negra
$2
Total
$ 47.45 Fuente: Archivo propio.
4.2 Costos Indirectos Tabla 7: Costos Indirectos Materiales
Costo
Mano de obra
$5
Desarmadores
$7
Cautín
$5
Estaño
$2
Total
$ 19 Fuente: Archivo propio.
ANÁLISIS DE COSTOS
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Conclusiones Cada material que se utiliza en el desarrollo del proyecto es fácil de comprar y sobretodo económico, lo cual hará más factible a las personas a la hora de adquirir el prototipo dirigido a personas invidente. Las persona no videntes utilizan constantemente un bastón q les ayude a movilizarse de un lugar a otro, por esta razón el uso de este nuevo dispositivo q es el bastón con ultrasonido no se volverá incómodo para las personas no videntes. Al concluir este proyecto se comprobó que gracias a la programación que se grabó en el arduino se pudo realizar un circuito muy pequeño y funcional el cual no causa molestias al momento de caminar. Se logró desarrollar el dispositivo electrónico, fácil de usar, hecho a base de materiales reciclables y, tomando en cuenta sus características que son muy asequibles para las personas que lo necesiten. El sensor ultrasónico que tiene el proyecto logra detectar cualquier obstáculo presente en el camino de la persona que lo lleva, enviando información al arduino y así activa el vibrador, alertando a la persona para que evite sufrir un accidente.
RECOMENDACIONES
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Recomendaciones Se debe revisar que cada elemento del circuito, especialmente la soldadura de los cables, ya que si hacen contacto entre ellos se provoca un cortocircuito, lo que hará que no funcione correctamente el prototipo y el sensor varié a la hora de medir las distancias que se programó. Para las uniones de los elementos al bastón se recomienda utilizar materiales que sujeten bien los elementos para evitar que se suelten, ya que las personas no videntes dan pequeños golpes al piso con el bastón al caminar. No se debe realizar movimientos brusco al utilizar el bastón, porque puede dañar los circuitos, como el arduino o el sensor. No utilizar una pila superior a 9V, debido a que se pueden quemar los elementos del circuito, y para realizar la subida de voltaje, utilizar reguladores de voltaje para que funcione perfectamente. Para circuitos que no sean tan extensos, comprar los componente que sean más compactos posibles, como un arduino nano, y diseñar la plaqueta, lo más pequeña que se pueda, para que así no se note tanto los circuitos fuera del bastón.
REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS
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Referencias Bibliográficas
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REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS
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Anexos
Figura 1: Desarrollo en protoboard del circuito. Archivo propio.
Figura 2: Diseño en protoboard. Archivo propio.
REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS
Figura 3: Diseño en baquelita. Archivo propio.
Figura 4: Montaje del circuito. Archivo propio.
Figura 5: Diseño del bastón. Archivo propio
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REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS
Figura 6: Soldando cables. Archivo propio.
Figura 7: Elaboración de bastón
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REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS
Figura 8: Implementando el circuito al bastón.
Figura 9: Bastón para no videntes.
Figura 10: Realización de tablas para los circuitos. Archivo propio.
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REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS
Figura 11: Integrando cables dentro del bastón. Archivo propio.
Figura 12: Ajustando los tubos. Archivo propio.
Figura 13: Soldando los cables al circuito. Archivo propio.
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ANEXOS
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Figura 14: Pintando el bastón. Archivo propio.
Figura 15: Bastón. Archivo propio.
Figura 16: Bastón final. Archivo propio.
ANEXOS
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Fotografías Encuestas (Escuela para ciegos, AFAPECH de la
ciudad de Riobamba)
Figura 17: Realización de encuesta
Figura 18: Encuestas a no videntes
ANEXOS
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Figura 19: Encuestas
Figura 20: Encuesta a no videntes.
