“COLOR AND VISION” DISEÑO E IMPLEMENTACIÓN DE UN IDENTIFICADOR DE COLORES PARA DISCAPACITADOS VISUALES
Geraldine Pérez Montes Leonardo Ruiz Sánchez Edwin Amador Torres Beatriz Salgado Mórelo
Ing. Samir Castaño Ing. Esp. Milton Hernández Zakzuk
VIII Semestre
Universidad de Córdoba Facultad de Ingenierías Ingeniería de Sistemas Montería-Colombia
Tabla de Contenido INTRODUCCION PAG. 1. PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA………………………………………………………………………………..…....6 2. ESTADO DEL ARTE DE LA INVESTIGACIÓN, EL DESARROLLO TECNOLÓGICO O LAINNOVACIÓN………………………………………………………………………………………………………………..…….8 2.1. ANTECEDENTES……………………………………………………………………………………………………………….8 2.1.2. CONTEXTO INTERNACIONAL…………………………………………………………………………………………8 2.1.3. CONTEXO NACIONAL…………………………………………………………………………………………………….9 2.1.3. CONTEXO REGIONAL……………………………………………………………………………………………………9 2.2 MARCO TEORICO…………………………………………………………………………………………………………….10 2.2.1 Información………………………………………………………………………………………………….………………10 2.2.2 Conceptos Circuitos……………………………………………………………………………………………………..10 2.2.3. Automatización de procesos por computador…………………………………………………………….12 2.2.4. Información sobre tema………………………………………………………………………………………………12 3. OBJETIVOS…………………………………………………………………………………………………………………………17 3.1 OBJETIVO GENERAL……………………………………………………..………………………………………………….17 3.2 OBJETIVOS ESPECÍFICOS………………………………………………………………………………………………….17 4. METODOLOGÍA………………………………………………………………………………………………………………….18 4.1 TIPO DE TRABAJO…………………………………………………………………………………………………………….18 4.2 ESTRATEGIAS DE RECOLECCIÓN DE INFORMACIÓN………………………………………………………….18 4.3. EL PROCESO DE INVESTIGACIÓN……………………………………………………………………………………..18 FASE I: ESTUDIO, ANÁLISIS E INTERPRETACIÓN DEL SISTEMA…………………………………………………18 FASE II: CARACTERIZACIÓN DEL SISTEMA……………………………………………………………………………...19 FASE III: DISEÑO E IMPLEMENTACIÓN DEL SISTEMA (hardware)………………..…………………………20 FASE IV: DESCRIPCION DE PRUEBAS……………………………………………………………………………………….7 5. RESULTADOS………………………………………………………………………………………………………………………7
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6.7.3 IMPLEMENTACIÓN…………………………………………………………………………………………………………7 6.8 PRUEBAS DEL SISTEMA……………………………………………………………………………………………………..7 6.8.1. Planificación………………………………………………………………………………………………………………….7 7. IMPACTO DEL SISTEMA DENTRO DE LA COMUNIDAD………………………………………………………..7 8. CONCLUSIONES…………………………………………………………………………………………………………………..7 ANEXO I. MANUAL DEL USUARIO APLICATIVO…………………………………………….………………….………7
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INTRODUCCION Todas las personas somos diferentes, todas tenemos nuestras características físicas y emocionales que nos diferencian. Incluso vamos experimentando cambios a lo largo de nuestra vida, algunos quizás se deriven únicamente de la edad biológica pero otros pueden ser consecuencias de acciones en las que nos hayamos visto implicados, estados de ánimo o estados físicos alterados de manera transitoria o permanente. No obstante, a pesar de que nadie es igual a otro y que no todas las personas discapacitadas pueden englobarse en una única y exacta clasificación, sí es cierto que uno de los problemas de mayor complejidad que presentan las personas con discapacidad ha sido su adaptación dentro del entorno, es por eso que actualmente, el desarrollo de las herramientas tecnológicas adaptadas para personas ciegas produce importantes cambios, tanto en la producción de materiales como en la posibilidad de acceso independiente a una amplia cantidad de información. Sin embargo, aún son pocas Las personas que acceden a estas tecnologías, principalmente por el costo que implican, ya que estos avances tecnológicos desarrollados son de gran importancia para contribuir a la inclusión social de las personas con discapacidad visual puesto que le ofrece numerosas ventajas y facilidades para acceder a la información y la comunicación sin barreras de ningún tipo. El objetivo del presente trabajo es dar a conocer los últimos avances tecnológicos utilizando sensores de colores que le permiten a las personas con discapacidad visual el acceso al medio externo. Pero cabe recalcar que la manera en que adquirimos un conocimiento no solo tiene que ver con los estímulos que recibimos del exterior y del medio que nos rodea, sino de la interpretación que le damos y el orden a esos conocimientos captados. A través de nuestros sentidos captamos diferentes sensaciones que podemos llamar vivencias humanas como olores, sabores, formas, colores, etc. Cuando a estas sensaciones entran a nuestro cerebro, se procesan, son comparadas con experiencias pasadas y les damos una interpretación, a esto llamamos percepción. Estas vivencias humanas percibidas se van acumulando de manera personal en cada sujeto de forma individual y así es como logramos el aprendizaje [1]. El color representa uno de los aspectos más importantes y condicionantes de la realidad que nos rodea, tiene la gran capacidad de impresionarnos y de crear
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significados y valores simbólicos [2]. El color tiene una inmensa afinidad con las emociones, usado desde la antigüedad por las personas con fines expresivos de arte, cultura, acciones de la Vida cotidiana, etc. Como se puede apreciar en los huacos y textiles de culturas pre-incas peruanas u otras culturas a nivel mundial e incluso en pinturas rupestres de culturas más Antiguas. Esta idea descrita anteriormente, nos muestra que el color está asociado a conceptos como por ejemplo, emplear textiles con ciertos colores o cantidad de colores Para destacar jerarquías dentro de la sociedad. En la psicología de los colores nos indican que el color actúa directamente con los sentimientos, y que lo hace según la posición en que este situado el en una escala de frío-calor. Los colores como el rojo, naranja, amarillo, etc., nos da la sensación de calidez, motivación y llama a la acción, en cambio los colores como el azul, el verde, etc., nos da la sensación de frío, distanciamiento, relajación y tranquilidad. También se asocian los colores a conceptos que forman parte de nuestra vida cotidiana ya sean sentimientos, vivencias; en nuestro país relacionamos el color rojo para el amor o el verde a la esperanza y en el caso de vivencias, se toma el color negro como símbolo de luto y el blanco como el color de la paz. Tomando en cuenta esto, no se puede negar que ante la percepción de los colores se genera una reacción física y mental. En la medida en que se conozcan e implanten en los diversos sectores de la sociedad los nuevos adelantos de la tecnología que permitan accesibilidad a las personas con discapacidad visual será posible la equiparación de oportunidades en un mundo tan diverso como este en el que vivimos.
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1. PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA
La visión es un sentido de síntesis, ya que nos proporciona el 83% de la información que recibimos del medio [1], de manera rápida
y total. Esta
información llega a la corteza a través de un complejo mecanismo formado por el aparato visual. Este comprende: el ojo, las vías nerviosas de conducción y los centros nerviosos corticales* y subcorticales**. La persona con trastorno visual presenta una alteración de dichas estructuras o en la función de los órganos visuales. Por la importancia de la visión para percibir el mundo seguramente si se preguntara, para usted ¿cuál de los sentidos es el más importante? La respuesta más normal probablemente sería: la visión. Nuestro mundo está organizado a partir de los estímulos visuales: los letreros de las rutas de los buses, los avisos publicitarios, las señales de tránsito, los relojes, el reconocimiento de los rostros de las personas, etc. Resulta difícil llegar a imaginarnos la vida sin la visión; tener que ajustarnos al mundo, en vez del mundo ajustarse a nosotros, empezar a realizar una serie de cambios que nunca estuvimos preparados para asumir, más aún, cuando en la mayoría de nuestras actividades diarias dependemos en gran parte de la visión. Entonces, la pregunta sería: ¿qué hacer cuando una persona tiene discapacidad visual? Existen muchas causas de la baja visión, ceguera degenerativa, enfermedades como la retinopatía diabética, que es una de las principales causas de esta limitación o hasta un accidente asociado a los centros nerviosos visuales. Es por eso que se ve necesario diseñar herramientas para que estas personas puedan identificar eso que alguna vez conocieron como formas y colores por los cuales inclinaron sus gustos y así puedan tener una mejor adaptación al mundo físico después de su lamentable proceso
(por su enfermedad o
accidente). De allí, entonces la inquietud de diseñar un dispositivo identificador de colores económico (en comparación de otros dispositivos) y portable que permita a las
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personas con este tipo de discapacidad, desenvolverse en su entorno con mas seguridad.
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2. ESTADO DEL ARTE DE LA INVESTIGACIÓN, EL DESARROLLO TECNOLÓGICO O LA INNOVACIÓN
2.1 ANTECEDENTES
Los sensores son sistemas integrados que nos permiten facilitar la resolución de algunos problemas para los ámbitos tecnológicos en la vida cotidiana, existe una gran cantidad de sensores en el mercado, para poder medir magnitudes físicas, de los que se pueden enumerar los siguientes: Temperatura, Humedad, Presión Posición, Movimiento, Caudal, Luz, Imagen, Corriente, Conductividad, Resistividad, Biométricos, Acústicos, Aceleración, Velocidad, Inclinación, Químicos.
2.1.2 CONTEXTO INTERNACIONAL
“Primaria para invidentes mediante el uso de tecnologías”
Para este proyecto estudiantes de la Universidad Autónoma de Zacatecas (México) se propusieron adaptar las nuevas tecnologías a personas con discapacidad visual [1].
“Identificación de colores y de billetes en Brasil” En Brasil encontramos un dispositivo para reconocer billetes y sus respectivos colores [2].
“Sistema de orientación para invidentes y débiles visuales aplicado para el primer cuadro de la ciudad” Este proyecto busca darles una orientación geográfica a personas con discapacidad visual [4].
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“Dispositivos para que niños invidentes puedan Oír los colores” Con la apariencia de un pequeño ordenador, este prototipo transforma las distintas tonalidades en notas musicales [6].
“EYEBORG: Reconocimiento de colores” Este proyecto busca darles una un entorno colorido a las personas con discapacidades visuales [14].
2.1.3 CONTEXTO NACIONAL “DMREI: Sistema de ayuda a invidentes para detectar el color y la posición de los objetos mediante estimulación táctil” Este proyecto tiene como objetivo principal reconocer colores y formas para personas con discapacidad visual [3].
“SIIDCO: Sistema inteligente para la identificación de colores como ayuda para invidentes utilizando una red neuronal artificial implementada en un micro controlador” Se presenta en este artículo el diseño de un sistema de identificación [5] de colores empleando redes neuronales artificiales.
“IRIS” Se trata de un dispositivo que, a través del tacto, permite a niños con una discapacidad visual [7] percibir y reconocer formas y colores en una pantalla que contiene el mismo.
2.1.3 CONTEXTO REGIONAL Después de una búsqueda exhaustiva, nos hemos percatado que en nuestra región se han utilizado no se han utilizado este tipo de tecnologías con el fin de suplir necesidades a personas invidentes, ahora seria nuestro objetivo tomar esta iniciativa.
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2.2 MARCO TEORICO
ARDUINO ONE El Arduino Uno es una placa electrónica basada en el ATmega328. Cuenta con 14 entradas digitales / salidas (de los cuales 6 pueden ser utilizados como salidas PWM), 6 entradas analógicas, un oscilador de cristal de 16 MHz, una conexión USB, un conector de alimentación, una cabecera ICSP, y un botón de reinicio. Contiene todo lo necesario para apoyar el microcontrolador, basta con conectarlo a un ordenador con un cable USB o de poder con un adaptador AC-DC o batería para empezar.
SENSORES Un sensor es un aparato capaz de transformar magnitudes físicas o químicas, llamadas variables de instrumentación, en magnitudes eléctricas. Las variables de instrumentación dependen del tipo de sensor y pueden ser por ejemplo: temperatura,
intensidad
lumínica,
distancia,
aceleración,
inclinación,
desplazamiento, presión, fuerza, torsión, humedad, pH, etc. Además los sensores pueden ser activos o pasivos. Sensor pasivo: Es un sensor que no requiere una fuente externa de excitación como los termopares o fotodiodos.
Sensor activo: Es un sensor que requiere una fuente externa de excitación como las RTD o células de carga.
Características de un sensor
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El sensor ideal sería aquel en que la relación entre la magnitud de entrada y la magnitud de salida fuese proporcional y de respuesta instantánea e idéntica para todos
los
elementos
de
un
mismo
tipo.
Sin embargo, la respuesta real de los sensores nunca es del todo lineal, tiene un rango limitado de validez, suele estar afectada por perturbaciones del entorno exterior y tiene un cierto retardo en la respuesta.
Entre las características técnicas de un sensor destacan las siguientes:
Rango de medida: dominio en la magnitud medida en el que puede aplicarse el sensor.
Precisión: es el error de medida máximo esperado.
Offset o desviación de cero: es el valor de la variable de salida cuando la variable de entrada es nula. Si el rango de medida no llega a valores nulos de la variable de entrada, habitualmente se establece otro punto de referencia para definir el offset.
Linealidad o correlación lineal: que indica la fuerza y dirección de las variables.
Sensibilidad de un sensor: es la relación entre la variación de la magnitud de salida y la variación de la magnitud de entrada.
Resolución: mínima variación de la magnitud de entrada que puede apreciarse a la salida.
Rapidez de respuesta: puede ser un tiempo fijo o depender de cuánto varíe la magnitud a medir. Depende de la capacidad del sistema para seguir las variaciones de la magnitud de entrada.
Derivas: son otras magnitudes, aparte de la medida como magnitud de entrada, que influyen en la variable de salida. Por ejemplo, pueden ser condiciones ambientales, como la humedad, la temperatura u otras como el envejecimiento (oxidación, desgaste, etc.) del sensor.
Repetitividad: error esperado al repetir varias veces la misma medida.
Tipos de Sensores Existe una gran cantidad de sensores en el mercado, para poder medir magnitudes físicas, de los que se pueden enumerar los siguientes: Temperatura, Humedad, Presión Posición, Movimiento, Caudal, Luz, Imagen, Corriente, Conductividad, Resistividad, Biométricos, Acústicos, Aceleración, Velocidad, Inclinación, Químicos.
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En cuanto a los tipos de sensores de colores tenemos estos:
Fotorresistencia
Fotodiodo
Fototransistor
Célula Fotoeléctrica
Sensor CCD
Sensor CMOS
Sin embargo el que utilizaremos para este proyecto es: Sensor de color HDJD-S822: ElHDJD-S822 es su simplicidad para ponerlo en marcha. La ganancia del sensor se controla mediante terminales de entrada digital y te da distintas salidas analógicas para rojo, verde y azul, toda una escala RGB. Es decir toma la luz que se refleja en el objeto y te da una escala RGB con los valores reflejados.
2.2.3 AUTOMATIZACION DE PROCESOS POR COMPUTADOR La automatización es el uso de sistemas de control y de tecnología informática para reducir la necesidad de la intervención humana en un proceso. En el enfoque de la industria, automatización es el paso más allá de la mecanización en donde los procesos industriales son asistidos por maquinas o sistemas mecánicos que reemplazan las funciones que antes eran realizada por animales. Mientras en la mecanización los operadores son asistidos con maquinaria a través de su propia fuerza y de su intervención directa, en la automatización se reduce de gran manera la necesidad mental y sensorial del operador. De esta forma presenta grandes ventajas en cuanto a producción más eficiente y disminución de riesgos al operador.
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2.2.4 INFORMACION SOBRE TEMA DE INVESTIGACION
2.2.4.1
SENSORES DE COLORES
Sensor de color HDJD-S822: Sensor de color puede detectar el color de un objeto e informar a tu procesador, ideal para aplicaciones basados en la clasificación por color. Acerca del HDJD-S822 es su simplicidad para ponerlo en marcha. La ganancia del sensor se controla mediante terminales de entrada digital y te da distintas salidas analógicas para rojo, verde y azul, toda una escala RGB. Es decir toma la luz que se refleja en el objeto y te da una escala RGB con los valores reflejados.
2.2.4.2 Shield
SHIELD- REPRODUCTOR MP3
- Reproductor MP3
conserva
la
impresionante
capacidad de
decodificación de MP3 y añade la funcionalidad de almacenamiento en una tarjeta miniSD. Ahora puedes extraer archivos MP3 reproductores de MP3. El Shield MP3 contiene un VS1053D MP3 decodificador de audio IC, dotándolo de la capacidad de decodificar archivos de audio. El VS1053 es también capaz de decodificar audio OggVorbis/MP3/AAC/WMA/MIDI y codificación IMA ADPCM y OggVorbis cargable por el usuario. El VS1053 recibe su flujo de bits de entrada a través de un bus de entrada serie (SPI). Después de la secuencia ha sido descifrada por el CI, el audio se envía a un enchufe de 3,5 mm para auriculares estéreo. El voltaje del Shield se
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ha tomado del pin "5V" de la placa Arduino y se regula tanto a 3,3 V y 1,8 V para alimentar el VS1053D
2.2.4.3
GAMA DE COLORES A IDENTIFICAR
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3. OBJETIVOS
3.1 OBJETIVO GENERAL Diseñar un dispositivo identificador de colores para personas con alguna discapacidad visual.
3.2 OBJETIVOS ESPECIFICOS
Diseñar un dispositivo (Hardware) de un identificador de colores que les permitas a las personas invidentes reconocer los colores de objetos que deseen. Desarrollar el Software de operación para que el SHIELD-MP3 reproduzca a voz viva de manera correcta la gama de colores para las personas invidentes. Grabar en voz audible la gama de colores, para que las personas invidentes identifiquen o sepan que color es.
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4. METODOLOGIA
4.1 TIPO DE TRABAJO
Este trabajo es un proyecto de aula en el cual implementaremos los conocimientos adquiridos en los cursos de Sistemas Operativos y Arquitectura Del Computador.
4.2 TECNICA DE RECOLECCION DE LA INFORMACIÒN Como herramienta base para recolectar información, usamos la red de redes; Internet. Que desde el principio nos dimos a la tarea de investigar como se realiza un sistema para identificar colores para personas con discapacidad visual existentes en la actualidad. Nos dimos cuenta que con este sistema seria una herramienta útil que de alguna manera u otra permitiera a las personas con este tipo de discapacidad desenvolverse en su entorno con más seguridad y de una forma más asequible en cuanto a su economía y a su portabilidad.
4.3. EL PROCESO DE INVESTIGACIÓN
FASE I: ESTUDIO, ANÁLISIS E INTERPRETACIÓN DEL SISTEMA La plataforma Arduino se le puede pronosticar un gran futuro, aunque a la mayoría de la personas no se les despierta aun el interés por este, ya que está enfocado más bien a usuarios experto en el tema. Por eso hemos querido aprovechar los beneficios de Arduino e implementar un sistema que permite a la persona con discapacidad visual asociar colores, sustituyendo la falta de percepción visual con el sentido del oído, ya que se reconoce a estos sentidos como elementos cooperantes entre ellos. Este dispositivo trabaja gracias a cuatro etapas, una etapa que emplea un sensor que realiza la parte
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de reconocimiento del color, una etapa de acondicionamiento de la variable física color y comparación de la señal de voltaje, una etapa de procesamiento, y finalmente la etapa de audio, permitiendo a la persona con discapacidad visual aumentar sus capacidades de percepción y mejorar su calidad de vida. La ceguera y la baja visión son unas de las mayores discapacidades que enfrenta las personas en nuestra sociedad, con este sistema buscamos una solución a este problema, así un gran número de personas podrán adaptarse con mayor facilidad a la sociedad ya que con esta herramienta le permitirá a la persona discapacitada desarrollar y mejorar su percepción asociando colores con su respectivo sonido.
FASE II: CARACTERIZACIÓN DEL SISTEMA El proyecto “color and visión” cuenta con las siguientes características: El dispositivo será portable. Fácil de usar. Y con la herramienta de que las personas discapacitadas puedan escuchar el color que este identifica. Hay que tener en cuenta las características del ambiente a la hora de utilizarlo. Tiene una gama de más o menos 140 colores, es decir podrá reconocer más o menos 140 tipos de colores que arroja la gama RGB con su respectivo nombre. Tiene una limitación en cuanto al software aplicativo, debido a su fin que es la portabilidad, teniendo en cuanta que serán discapacitados quienes lo utilizaran. Otra limitación es que solo reconoce colores y no objetos.
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FASE III. DISEÑO E IMPLEMENTACIÓN DEL SISTEMA (HARDWARE). En esta fase se realizará una explicación de la implementación de los materiales usados y su correspondiente función dentro del mismo además el proceso del Arduino.
CONEXIÓN ARDUINO-SENSOR “COLOR AND VISION”
En este circuito vemos que la entrada del sensor de colores que tiene tres salidas análogas que van de 0 a 3v etiquetadas en el sensor como VR, VG, VB, estas salidas del sensor se conectan a tres entradas análogas del Arduino a0, a1, a2; respectivamente la salida está dada por el Shield-mp3 el cual se encarga simplemente de reproducir el archivo que esté en la SD, los archivos se guardaron con el nombre track00x.mp3 a una frecuencia de 192 Kbps con una función en el Arduino al determinar que el color censado está dentro de cierto rango y se reproducirá el sonido correspondiente.
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La paleta RGB puede generar muchas combinaciones de colores para ser exacto 255x255x255=16'581.375 colores distintos, en el dispositivo innovador que se creó hay solo 140 colores y el rango de detección varia 4 números; es decir el numero RGB que arroja el sensor puede variar 4 unidades; por ejemplo, si cierto color fuera RGB (236, 230,213) puede variar el R entre 238 hasta 234., pero entonces siendo realistas quedan 16'581.235 colores fuera de uso, el problema radica en la percepción de los colores que tenemos todos, que solo vemos rojo azul morado verde amarillo etc. Principalmente los básicos. El dispositivo no tiene problema con los extremos es decir blanco y negro los dice bien, pero el dispositivo necesita de calibración inicialmente para obtener resultados óptimos.
FASE IV DESCRIPCION DE PRUEBAS A medida que íbamos desarrollando el ensamblado del proyecto se hacían pruebas para ir observando su progreso, este proceso nos arrojo algunas pautas a tener en cuenta. La primera fue que teníamos que calibrar el sensor de acuerdo al ambiente de desarrollo, debido a que este convierte la luz en voltajes RGB, lo cual indica que dependiendo de la cantidad de luz que refleje el objeto así será el rango RGB que le enviara a la placa para que este sepa mas o menos que valores le enviara al escudo y a su vez este lo reproduzca en voz viva. Cuando comenzamos las pruebas lo hacíamos teniendo como fuente de alimentación un equipo, pero pronto se le adecuo una fuente de alimentación portable.
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PLANIFICACION DIAGRAMA DE GANTT
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CONCLUSION
Es un proyecto que combina las nuevas tecnologías con la visión social, que es la que nos permite mirar más allá de nuestras expectativas y de lo que ya conocemos como posibles soluciones a las limitaciones. Es por eso que nuestra conclusión va mas ligada a un nuevo objetivo que es el de avanzar este proyecto y llevarlo a mayor escala. La experiencia ha sido gratificante y enriquecedora por lo cual sabemos que les será de mucha ayuda en futuro procesos.
La principal conclusión es que para este tipo de proyectos hay que ser además de disciplinados en el proceso hay que tener un sentido social. Aunque existan diversas soluciones a estos problemas, siempre podrá surgir una nueva.
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REFERENCIAS
[1]
Valdez
DISCAPACIDAD
VISUAL,
http://eduespecialg.efemerides.ec/1/visual.pdf [2] Referencia Articulo 1 [3] Referencia Articulo 1 [4] Referencia Articulo 1 [5] Referencia Articulo 1 [6] Referencia Articulo 1 [7] Referencia Articulo 1
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recuperado
de
