Tesis Sistema Monitoreo Control Vehicular

SISTEMA DE ALARMA Y MONITOREO VEHICULAR CONTROLADO POR UN DISPOSITIVO MÓVIL UTILIZANDO LA CONEXIÓN DE REDES CELULARES

OSCAR JULIÁN CASTAÑEDA LINARES CARLOS ALBERTO CARRIÓN SÁNCHEZ

Universidad Distrital Francisco José de Caldas Facultad Tecnológica Bogotá, Colombia 2014


OSCAR JULIÁN CASTAÑEDA LINARES COD: 20111273003 CARLOS ALBERTO CARRIÓN SÁNCHEZ COD: 20102273018

Trabajo de investigación presentado como requisito parcial para optar al título de: Ingeniero en Telecomunicaciones

Director: Lic. Hermes Javier Eslava Blanco

Universidad Distrital Francisco José de Caldas Facultad Tecnológica Bogotá, Colombia 2014

Dedicatoria

El proyecto presentado en este trabajo es resultado del apoyo y ayuda de muchas personas que se vieron de alguna u otra manera involucradas en su elaboración. A todas esas personas les quiero dar las gracias por sus contribuciones y apoyo.

Primero que todo a Dios por haberme acompañado y guiado a lo largo de mi carrera, por ser mi fortaleza en los momentos de debilidad y por brindarme una vida llena de aprendizajes, experiencias y sobre todo felicidad.

A mis padres Carlos y Blanca por apoyarme en todo momento, por los valores que me han inculcado, y por haberme dado la oportunidad de tener una excelente educación en el transcurso de mi vida. Sobre todo por ser un excelente ejemplo de vida a seguir.

A mis hermanos por ser parte importante de mi vida y representar la unidad familiar. A Claudia y a Wilson por ser un ejemplo de desarrollo profesional a seguir.

Les agradezco la confianza, apoyo y dedicación de tiempo a mis profesores por haber compartido conmigo sus conocimientos y sobre todo su amistad. Carlos Alberto Carrión Sánchez

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Agradecimientos

Primero y antes que nada, dar gracias a Dios, por haber puesto en nuestro camino a aquellas personas que han sido soporte y compañía durante todo el periodo de estudio.

Agradecer hoy y siempre a nuestras familias por el esfuerzo realizado al apoyar nuestros estudios, de no ser así no hubiese sido posible culminarlos. A nuestros padres y demás familiares que nos brindaron el apoyo, la alegría y nos dieron la fortaleza necesaria para seguir adelante. Un agradecimiento especial al Profesor Hermes Javier Eslava Blanco, por la colaboración y paciencia.

Resumen y Abstract

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Resumen En este trabajo se presentan los datos teóricos y prácticos, así como esquemas y demás diseños, involucrados en el desarrollo de un dispositivo de un sistema de seguridad de vehículos que puede ser administrado de manera remota, utilizando un dispositivo móvil y realizando la interconexión por medio de las redes de telefonía celular. Con esta propuesta se reducen costos, en comparación con los demás mecanismos de seguridad de vehículos como son los seguros o sistemas de seguridad.

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Abstract In this paper we present theoretical and practical data and diagrams and other designs involved in the development of a device in a vehicle security system that can be managed remotely, using a mobile device and performing through the interconnection cellular networks. Thus, be reducing cost compared to other vehicle safety mechanisms such as insurance or security systems.

Contenido Introducción .................................................................................................................... 5 Marco de Referencia ..................................................................................................... 11 1.1 Marco de Referencia ........................................................................................ 11 1.1.1 Sistema de seguridad para vehículos ............................................................ 11 1.1.2 Sistemas Embebidos ..................................................................................... 13 1.1.3 Sistemas Embebidos con Arduino ................................................................. 13 1.1.4 Sensores ....................................................................................................... 14 1.1.5 Accionamientos y actuadores eléctricos ........................................................ 15 1.1.6 Telefonía Celular ........................................................................................... 16 1.1.7 Dispositivo Móvil ............................................................................................ 16 1.1.8 App Inventor .................................................................................................. 16 1.1.9 Comandos AT ................................................................................................ 17 1.1.10 Modem GSM ................................................................................................. 18 1.1.11 Sistemas de Geo-referenciación .................................................................... 19 Diseño y Construcción del Sistema de Alarma y Monitoreo ...................................... 21 2.1 Bloque adquisición de datos y actuadores ....................................................... 22 2.1.1 Montaje del Bloque adquisición de datos y actuadores .................................. 24 2.2 Control de alarma ............................................................................................. 34 2.2.1 Arduino Mega 2560 ....................................................................................... 37 2.3 Bloque comunicación ....................................................................................... 40 2.4 Bloque interfaz de usuario ................................................................................ 41 Pruebas Y Ensayos de los Elementos del Sistema de Seguridad y Monitoreo ........ 49 2.1 Prueba 1: Control por medio de Llamadas ....................................................... 49 2.2 Prueba 2: Control por medio de mensajes ....................................................... 54 3.3 Prueba 3: Funcionamiento del GPS ................................................................. 58 2.4 Prueba 4: Encendido de un motor por medio de mensajes .............................. 60 3.5 Prueba 5: Etapa de Potencia ............................................................................ 63 2.6 Prueba 6: Aplicativo que envíe mensajes ......................................................... 66 2.7 Prueba 7: Precisión del Módulo L50 Quectel GPS ........................................... 69 2.8 Resultados de las Pruebas............................................................................... 71 Conclusiones ................................................................................................................. 79 Bibliografía .................................................................................................................... 82

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Introducción

Lista de figuras Figura 1 Hurto Automotor Enero-Julio 2013/Fuente: DIJIN ............................................... 5 Figura 2 Hurto Automotor Enero-Julio 2013 por Modalidad/Fuente: DIJIN ........................ 6 Figura 3 Hurto Automotor Enero-Julio 2013 por Tipo de Vehículo/Fuente: DIJIN .............. 7 Figura 4 Histórico Hurto Automotor 1992 - 2013/Fuente: DIJIN ........................................ 7 Figura 1-1 Sistema de Geo-referenciación ..................................................................... 20 Figura 2-1 Diagrama de Bloques del Sistema ................................................................. 21 Figura 2-2 Esquema Módulo Control Central de Alarma Ultra Premium/FUENTE: Manual ULTRA Alarma ................................................................................................................ 23 Figura 2-3 Localización de la alarma Anterior ................................................................. 24 Figura 2-4 Cableado Nuevo de la Alarma ....................................................................... 25 Figura 2-5 Esquema Acople De intervención .................................................................. 26 Figura 2-6 Cálculos Esquema de intervención ................................................................ 27 Figura 2-7 Polarización fija de un BJT ............................................................................. 28 Figura 2-8 Diagrama de Bloques Etapa de Control ......................................................... 29 Figura 2-9 Esquema Pines de Control Módulo Central de Alarma .................................. 30 Figura 2-10 Diseño Circuito Impreso Bloque de Intervención .......................................... 31 Figura 2-11 Esquema y Montaje Módulo L50 Quectel GPS Engine ................................ 34 Figura 2-12 Arduino Mega2560 ....................................................................................... 35 Figura 2-13 Entorno de desarrollo para Arduino.............................................................. 36 Figura 2-14 Módulo GSM M95 ........................................................................................ 41 Figura 2-15 App Inventor Designer ................................................................................. 43 Figura 2-16 App Inventor Blocks Editor ........................................................................... 44 Figura 2-17 Diagrama de bloques del Aplicativo ............................................................. 45 Figura 2-18 Ventanas del Aplicativo ................................................................................ 47 Figura 3-1 Comunicación con comandos AT ................................................................... 50 Figura 3-2 Diagrama de Flujo Algoritmo Prueba 1 .......................................................... 51 Figura 3-3 Esquema y Montaje Prueba 1 ........................................................................ 52 Figura 3-4 Prueba 1 Encendido de Led’s por Número de timbres ................................... 53

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Introducción Figura 3-5 Prueba 1 Marcación de Número no Autorizado ............................................. 54 Figura 3-6 Diagrama de Flujo Algoritmo Prueba 2 .......................................................... 55 Figura 3-7 Esquema y Montaje Prueba 2 ....................................................................... 56 Figura 3-8 Prueba 2 mensaje prender ............................................................................ 56 Figura 3-9 Prueba 2 Número no Autorizado .................................................................. 57 Figura 3-10 Datos del GPS............................................................................................. 58 Figura 3-11 Datos del GPS con LINK ............................................................................. 59 Figura 3-12 Ubicación Exacta Entregada Por El GPS .................................................... 59 Figura 3-13 Diagrama de Flujo Algoritmo Programa Prueba 4 ....................................... 60 Figura 3-14 Esquema y Montaje Etapa Potencia Prueba 4 ............................................ 62 Figura 3-15 Mensaje De Texto De Apagado De Motor ................................................... 62 Figura 3-16 Diagrama de Flujo Algoritmo Programa Prueba 5 ....................................... 63 Figura 3-17 Esquema Etapa De Potencia Prueba 5 ....................................................... 64 Figura 3-18 Montaje Físico Prueba 5.............................................................................. 65 Figura 3-19 Respuesta Del Montaje Al Recibir Un Mensaje Autorizado ......................... 65 Figura 3-20 Aplicativo diseñado en App Inventor............................................................ 66 Figura 3-21 Bloques de Funcionamiento del Aplicativo .................................................. 67 Figura 3-22 Simulación del Aplicativo ............................................................................ 68 Figura 3-23 GPS Garmin Etrex....................................................................................... 69 Figura 3-24 Mapa de posición de puntos ........................................................................ 70

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Introducción

Lista de tablas Tabla 2-1 Características Arduino Mega2560 ................................................................. 37 Tabla 2-2 características de Módulo GSM M95 de QUECTEL ........................................ 41 Tabla 3-1 Datos de Precisión del GPS ............................................................................ 70 Tabla 3-2 Verificación Prueba 1 ...................................................................................... 71 Tabla 3-3 Verificación Prueba 2 ...................................................................................... 72 Tabla 3-4 Verificación Prueba 3 ...................................................................................... 73 Tabla 3-5 Verificación Prueba 4 ...................................................................................... 74 Tabla 3-6 Verificación Prueba 5 ...................................................................................... 75 Tabla 3-7 Verificación Prueba 6 ...................................................................................... 76 Tabla 3-8 Verificación Prueba 8 ...................................................................................... 77

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Introducción

Introducción Según un informe presentado por la DIJIN, durante los últimos años se ha venido incrementado el hurto de vehículos en toda Colombia. En la siguiente figura se presentan los datos relacionados con el hurto de automotores durante los primeros siete meses del año 2013. Esta muestra que, de enero a julio, el hurto de vehículos y motocicletas se ubica en 13.420 unidades, cifra superior en comparación al año 2012 cuando, en el mismo periodo, el robo automotor se ubicó en 12.244 unidades.

Figura 1 Hurto Automotor Enero-Julio 2013/Fuente: DIJIN

La ciudad que más presenta robos relacionados a vehículos y motocicletas, durante los primeros siete meses del año, es la ciudad de Medellín, con un total acumulado de 3.240; seguida de Cali con 1.954 unidades; Bogotá con 1.686unidades; y Barranquilla con 496 unidades robadas. Se sigue resaltando a la ciudad de Medellín como la ciudad donde más se presenta el hurto automotor, situación preocupante no solo para las autoridades sino para los mismos ciudadanos, en donde el hurto de motocicletas se ubica en 2.254

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Introducción unidades y el hurto de vehículos en 986 unidades acumuladas hasta el mes de julio de 2013.

Figura 2 Hurto Automotor Enero-Julio 2013 por Modalidad/Fuente: DIJIN

Dentro de las modalidades que más se presentan dentro del hurto automotor se observa que el halado es la modalidad que más prevalece, con un total, de enero a julio del año 2013, de 7.565 unidades reportadas, seguida de forma sobresaliente por el atraco, con un total de 5.494 unidades robadas.

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Introducción

Figura 3 Hurto Automotor Enero-Julio 2013 por Tipo de Vehículo/Fuente: DIJIN

Las motocicletas, como se observa en la figura 3, son las que más sobresalen dentro del hurto automotor, con un total acumulado de enero a julio de 2013 de 9.162 unidades, le siguen los automóviles con un total de 2.529 unidades, las camionetas con 907 unidades y los camperos con 264 unidades.

Figura 4 Histórico Hurto Automotor 1992 - 2013/Fuente: DIJIN

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Introducción Al observar la Figura 4, que muestra el histórico del hurto de vehículos desde 1992 hasta el 2013, nos damos cuenta cómo, durante los últimos seis años, este número se ha incrementado, y aunque es menor durante el año 2013 (13420), hay que tener en cuenta que esta es solo la cantidad de vehículos hurtados durante los primeros siete meses. Por lo anteriormente expuesto, el incremento en el robo de vehículos en Bogotá genera la necesidad, por parte de los propietarios de vehículos, de sistemas de seguridad o seguros para protegerlos. Sin embargo, estos sistemas son muy costosos a la hora de ser implementados, incluso algunos requieren el pago de mensualidades de elevado valor.

En este proyecto, en consecuencia, se da solución a este problema con un dispositivo que funciona como sistema de seguridad utilizando las redes de telefonía celular. Este sistema permite a los usuarios el bloqueo del auto por corte de corriente, encendido del motor y aviso de intrusión al vehículo por mensaje de texto o llamada. Los usuarios tienen acceso a estas funciones de manera remota desde un dispositivo móvil.

La intención principal de realizar el proyecto con dispositivos de comunicación celular y las redes de telefonía celular

fue

disminuir

considerablemente el costo

de

implementación y mensualidad que se pagaría, en comparación los sistemas que ya están en el mercado en estos momentos.

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Introducción

OBJETIVOS

Objetivo General Diseñar e implementar un sistema de alarma y monitoreo vehicular controlado por un dispositivo móvil utilizando la conexión de redes celulares.

Objetivos Específicos 

Diseñar e implementar un sistema de seguridad para vehículo con capacidad de detectar intrusión y control de alarma.



Desarrollar e implementar una aplicación móvil que contenga las opciones de control remoto del sistema (desbloqueo, apagado y activación de alarma).



Diseñar e implementar el sistema de comunicación encargado de interconectar el sistema de seguridad del vehículo con el dispositivo móvil por medio de redes celulares.



Evaluar el funcionamiento del sistema planteado mediante la implementación de un prototipo instalado en un vehículo.

Marco de Referencia La conceptualización de los términos, tecnologías y origen de las técnicas que son parte del desarrollo, están contenidas en este apartado.

1.1 Marco de Referencia 1.1.1 Sistema de seguridad para vehículos Existen diferentes tipos de sistemas de seguridad para vehículos: están aquellos que se encargan de alertar o actuar en caso de un accidente o una avería, a su vez estos se dividen en dos clases: pasivos y activos.

El sistema de seguridad activo, implica el conjunto de todos aquellos elementos que contribuyen a proporcionar una mayor eficacia y estabilidad al vehículo en marcha, y en la medida de lo posible, evitar un accidente. Posee algunas características propias como son: 

Frenado a tiempo



El sistema de dirección



El sistema de suspensión



Los neumáticos y su adherencia al suelo



La iluminación



Sistemas de control de estabilidad

El sistema de seguridad pasivo, implica los elementos que reducen al mínimo los daños que se pueden producir cuando el accidente es inevitable. Posee algunas características propias como son: 

Los cinturones de seguridad


12 

Los Airbags



El Chasis y Carrocería



Los cristales



El reposacabezas

También existen en el mercado sistemas de seguridad encargados de evitar o alertar al usuario, el hurto del vehículo.

Los sistemas de seguridad antirrobos que constan de elementos con la capacidad de bloquearla dirección, la barra de volante o la alarma acústica, que suelen venir de serie en algunos coches, no siempre son eficaces. Pero existen otros como los llamados inmovilizadores electrónicos, que al desconectar algún circuito esencial impiden que el vehículo arranque.

Estos dispositivos son activados cuando se detectan por medio de sensores encargados de determinar actividades que evidencian que el vehículo está siendo hurtado, por ejemplo, subir los seguros sin desactivar la alarma, arrastrar el vehículo sin encenderlo, romper los vidrios, etc.

Los mejores sistemas de seguridad antirrobo son los que cuentan con inmovilizadores electrónicos encargados de activar o desactivar los circuitos. Estos dispositivos pueden ser activados automáticamente por el sistema de seguridad desde su procesador central, al ser detectada la intrusión, o puede también ser activado desde un control remoto.

Actualmente, en el mercado existen diversas empresas encargadas de ofrecer productos relacionados con la seguridad de vehículos; algunos de ellos ofrecen productos como alarmas con apagado de motor desde un control, activación automática de la alarma después de treinta segundos después de haber cerrado puertas, con función de localización del vehículo mediante sirena, etc. Aunque con un costo cercano a los $100.000, más un cargo de $60.000 por la instalación, este sistema resulta económico, el gran problema que tiene es que todas estas funciones se activan desde un control con tan solo 80 metros de alcance, por lo que hace necesario cierto tipo de vigilancia por parte del propietario del vehículo.

Marco de Referencia

13

También hay empresas que prestan servicios integrales: Tracker de Colombia SAS o Barreto S.A. que tienen servicios como DeteKTOR y Orbitsat que son Sistemas de monitoreo, control y rastreo de vehículos por tecnología GPS. Aunque estas empresas ofrecen planes que incluyen

servicio de rastreo y localización en caso de robo,

dispositivo e instalación del mismo, fuerza de reacción e infraestructura propia, central de soporte telefónico 24 x 7; por lo general someten a sus usuarios a cláusulas de permanencia de mínimo un año causando altos costos del producto.

1.1.2 Sistemas Embebidos

Los sistemas embebidos se encuentran en artefactos de uso cotidiano. El horno microondas, refrigeradores, el auto, el ascensor, el equipo de audio, o el avión, son controlados por computadoras que normalmente no poseen una pantalla, un teclado o disco rígido, y no responden a lo que comúnmente se denomina PC. Es decir, es difícil encontrar algún dispositivo cuyo funcionamiento no esté basado en algún sistema embebido.

Los sistemas embebidos suelen tener, en alguna de sus partes, una computadora con características especiales conocida como micro-controlador, que viene a ser el cerebro del sistema. Este, no es más que un microprocesador que incluye interfaces de entrada/salida en el mismo chip. Normalmente estos sistemas poseen un interfaz externo para efectuar un monitoreo del estado y hacer un diagnóstico del sistema. [15]

1.1.3 Sistemas Embebidos con Arduino Arduino es una plataforma de electrónica abierta para la creación de prototipos, basada en software y hardware flexibles y fáciles de usar. Se creó para artistas, diseñadores, aficionados y cualquiera interesado en crear entornos u objetos interactivos.

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Arduino puede tomar información del entorno, a través de sus pines de entrada, de toda una gama de sensores y puede afectar aquello que le rodea controlando luces, motores, entre otros actuadores. El micro controlador en la placa Arduino se programa mediante el lenguaje de programación Arduino (basado en Wiring) y el entorno de desarrollo Arduino (basado en Processing). Los sistemas embebidos hechos con Arduino pueden ejecutarse sin necesidad de conectar a un ordenador, si bien tienen la posibilidad de hacerlo y comunicar con diferentes tipos de software (p.ej. Flash, Processing, MaxMSP). [16]

Las placas pueden ser hechas a mano o compradas montadas de fábrica; el software puede ser descargado de forma gratuita. Esto permite que a la hora de realizar cualquier tipo de proyecto con esta plataforma, tanto su diseño como su construcción, se logre de una manera más sencilla y de manera más eficaz que con cualquier otra alternativa que se encuentre actualmente en el mercado, tomando como campo de comparación los costos y eficacia a la hora de la implementación.

También se encuentran en internet, y en otros medios, proyectos ya implementados con esta plataforma que pueden brindar ayuda a la hora de realizar el diseño y montaje de nuestro proyecto.

1.1.4 Sensores Un sensor es un dispositivo capaz de detectar magnitudes físicas o químicas, llamadas variables de instrumentación, y transformarlas en variables eléctricas. Las variables de instrumentación pueden ser por ejemplo: temperatura, intensidad lumínica, distancia, aceleración, inclinación, desplazamiento, presión, fuerza, torsión, humedad, movimiento, pH, etc. Una magnitud eléctrica puede ser una resistencia eléctrica, una capacidad eléctrica (como en un sensor de humedad), una tensión eléctrica, una corriente eléctrica (como en un fototransistor), etc.

Un sensor se diferencia de un transductor en que está siempre en contacto con la variable de instrumentación, con lo que puede decirse también que es un dispositivo que aprovecha una de sus propiedades con el fin de adaptar la señal que mide para que la

Marco de Referencia

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pueda interpretar otro dispositivo. Como por ejemplo el termómetro de mercurio, que aprovecha la propiedad que posee el mercurio de dilatarse o contraerse por la acción de la temperatura. Un sensor también puede decirse que es un dispositivo que convierte una forma de energía en otra.

Entre las áreas de aplicación de los sensores se cuentan: la industria automotriz, la robótica, la industria aeroespacial, la medicina, la industria de manufactura, etc. [4-5,8]

1.1.5 Accionamientos y actuadores eléctricos Accionamiento o actuador es aquel elemento o dispositivo de una máquina encargado de suministrar energía mecánica para que ésta funcione. Este elemento debe ser capaz de transformar algún tipo de energía, ya sea eléctrica, neumática o hidráulica, etc., en energía mecánica, para aplicarla en el eslabón motor de dicha máquina. Si además a este actuador se le incorpora un sistema de control y un convertidor de señal, decimos que estamos en presencia de “servo actuador” o un servo accionamiento. Los actuadores son dispositivos capaces de generar una fuerza a partir de líquidos y de energía eléctrica. El actuador recibe la orden de un regulador o controlador y da una salida necesaria para activar a un elemento final de control como lo son las válvulas.

Los actuadores eléctricos, neumáticos e hidráulicos son usados para manejar aparatos mecatrónicos. Que son sistemas digitales que recogen señales, las procesa y emite una respuesta por medio de actuadores, generando movimientos o acciones sobre el sistema en el que se va a actuar. Por ejemplo los robots, líneas de proceso automático, máquinas controladas digitalmente o los vehículos guiados automática mente, se deben considerar como sistemas mecatrónicos. [6]

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1.1.6 Telefonía Celular La telefonía celular es un sistema de comunicación telefónica totalmente inalámbrica, en este caso los sonidos se convierten en señales electromagnéticas, que viajan a través del aire, siendo recibidas y transformadas nuevamente en mensaje a través de antenas repetidoras o vía satélite. El área que cubre una antena es una célula.

Los encargados de diseñar el prototipo final de la telefonía móvil, fueron los científicos del laboratorio Bell, quienes después de muchos intentos inspirados en los radioteléfonos, dieron inicio a la telefonía celular en 1983, extendiéndose a nivel mundial. En Colombia, la telefonía móvil llegó en 1994, dando inicio a la libre competencia en el sector de las telecomunicaciones, rompiendo con una larga tradición de monopolio y proteccionismo por parte del Estado. Actualmente son tres las compañías que distribuyen el servicio en la totalidad del territorio nacional. [3-7, 9, 11]

1.1.7 Dispositivo Móvil Un dispositivo móvil se puede definir como un aparato de pequeño tamaño, con algunas capacidades de procesamiento, con conexión permanente o intermitente a una red, con memoria limitada, que ha sido diseñado específicamente para una función, pero que puede llevar a cabo otras funciones más generales. De acuerdo con esta definición existen multitud de dispositivos móviles, desde los reproductores de audio portátiles hasta los navegadores GPS, pasando por los teléfonos móviles, los PDA o las tabletas. [1-3]

1.1.8 App Inventor App Inventor es una aplicación originalmente desarrollada por Google y mantenida ahora por el Instituto Tecnológico de Massachusetts (MIT). Permite que cualquier persona, incluyendo las no familiarizadas con la programación y SDK de Android, pueda crear

Marco de Referencia

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aplicaciones de Software para Android. App Inventor está diseñado para el desarrollo de aplicativos móviles de manera gráfica. Google puso fin al desarrollo de App Inventor el 31 de diciembre de 2011 cediéndole el código al MIT que por fin lo ha puesto a disposición del público en general. Consta de una interfaz que permite al usuario crear la parte gráfica del aplicativo y tiene una segunda que permite al usuario la creación del funcionamiento del mismo.

En la creación de App Inventor para Android, Google se basó en la investigación de la informática educativa, y el trabajo realizado en entornos de desarrollo en línea. El editor de bloques utiliza la biblioteca Open Blocks de Java para la creación de lenguajes de programación visuales. Open Blocks está distribuida por el Massachusetts Institute of Technology Program's Scheller para formación de profesorado y deriva de la investigación de la tesis de Ricarose Roque. El profesor Eric Klopfer y Daniel Wendel, del Programa Scheller, apoyaron la distribución de bloques abiertos bajo la licencia MIT. La programación de bloques abiertos y visuales está estrechamente relacionada con el StarLogo, un proyecto de Klopfer, y Scratch, un proyecto de la MIT. Estos proyectos están formados por teorías del aprendizaje construccionista, que hace hincapié en que la programación puede ser un vehículo para conseguir ideas de gran alcance a través del aprendizaje activo. Como tal, es parte de un movimiento continuo en las computadoras y la educación que se inició con el trabajo de Seymour Papert y el Grupo de Logo del MIT en 1960 y también se ha manifestado con el trabajo de Mitchel Resnick, Lego Mindstorms y Star Logo. El equipo de App Inventor fue dirigido por Hal Abelson y Mark Friedman.[1-2,19]

Al ser una herramienta de libre distribución permite al usuario obtener información de diferentes fuentes además de consultar proyectos ya realizados, pues este programa permite que los proyectos sean compartidos con todos las personas que lo usan.

1.1.9 Comandos AT Las instrucciones codificadas que conforman un lenguaje de comunicación entre el usuario y un terminal modem se pueden denominar como comando AT de attention. El

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objeto principal de estos comandos es la comunicación con módems, también es aplicado para la comunicación entre terminales de telefonía móvil GSM, que permite configurar, desarrollar nuevo software y dar instrucciones a los terminales. En la documentación técnica de los terminales GSM, se detallan las instrucciones y las acciones que estas ejecutan. Según sea el terminal GSM, será la implementación del comando AT. [14]

1.1.10

Modem GSM

Un módem GSM es un módem inalámbrico que funciona a través de una red con las mismas características de un módem de acceso telefónico. La principal diferencia entre ellos es que un módem de acceso telefónico envía y recibe datos a través de una línea telefónica fija, mientras que un módem inalámbrico envía y recibe datos a través de ondas de radio.

Un módem GSM puede ser un dispositivo externo o una tarjeta PC Card / PCMCIA Card. Normalmente, un módem GSM externo está conectado a un ordenador mediante un cable serie o un cable USB. Un módem GSM en la forma de una tarjeta PC Card / PCMCIA Card está diseñado para su uso con un ordenador portátil.

Al igual que un teléfono móvil GSM, un módem GSM requiere una tarjeta SIM de un operador móvil, a fin de operar. El Modem GSM utiliza comandos AT estándar y extendidos, los cuales están definidos en las normas GSM. Con los comandos AT extendido, el modem puede realizar las siguientes acciones [13]: • Lectura, escritura y eliminación de mensajes SMS. • Envío de mensajes SMS. • Control de la intensidad de la señal. • Monitorear el estado de carga y de nivel de carga de la batería. • La lectura, la escritura y búsqueda de entradas en la libreta de teléfonos.

Marco de Referencia

1.1.11

19

Sistemas de Geo-referenciación

La Geo-referenciación es el uso de coordenadas de mapa para asignar una ubicación espacial a entidades cartográficas. Todos los elementos de una capa de mapa tienen una ubicación geográfica y una extensión específicas que permiten situarlos en la superficie de la Tierra o cerca de ella. La capacidad de localizar de manera precisa las entidades geográficas es fundamental tanto en la representación cartográfica como en SIG (Sistema de Información Geo-referenciada).

La correcta descripción de la ubicación y la forma de entidades requiere un marco para definir ubicaciones del mundo real. Un sistema de coordenadas geográficas se utiliza para asignar ubicaciones geográficas a los objetos. Un sistema de coordenadas de latitud-longitud global es uno de esos marcos. Otro marco es un sistema de coordenadas cartesianas o planas que surge a partir del marco global.

Latitud y longitud

Un método para describir la posición de una ubicación geográfica en la superficie de la Tierra consiste en utilizar mediciones esféricas de latitud y longitud. Estas son mediciones de los ángulos (en grados) desde el centro de la Tierra hasta un punto en su superficie. Este tipo de sistema de referencia de coordenadas generalmente se denomina sistema de coordenadas geográficas.

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Figura 0-1 Sistema de Geo-referenciación

La longitud mide ángulos en una dirección este-oeste. Las mediciones de longitud comúnmente se basan en el meridiano de Greenwich, que es una línea imaginaria que realiza un recorrido desde el Polo Norte, a través de Greenwich, Inglaterra, hasta el Polo Sur. Este ángulo es de longitud 0. El oeste del meridiano de Greenwich por lo general se registra como longitud negativa y el este, como longitud positiva.

Si bien la longitud y la latitud se pueden ubicar en posiciones exactas de la superficie de la Tierra, no proporcionan unidades de medición uniformes de longitud y distancia. Sólo a lo largo del ecuador la distancia que representa un grado de longitud se aproxima a la distancia que representa un grado de latitud. Esto se debe a que el ecuador es la única línea paralela que es tan extensa como el meridiano. [17]

Diseño y Construcción del Sistema de Alarma y Monitoreo El desarrollo del proyecto este dividido en 5 bloques funcionales, cada uno de los cuales tiene su parte de diseño y posterior aplicación. Se realizaron pruebas para probar cada dispositivo por aparte y en diferentes ensayos, estos se documentaron en el capítulo tres de este documento. El diagrama general del proyecto se muestra en la Figura 2.1, en esta se muestra los bloques que conforman el sistema. En este capítulo se especifica cada uno de los elementos utilizados en este proyecto y su montaje en el vehículo.

Figura 0-1 Diagrama de Bloques del Sistema


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Ahora se detallará el trabajo realizado en cada uno de los bloques.

1.1 Bloque adquisición de datos y actuadores Debido a que en la industria de la seguridad de Vehículos ya se encuentran productos que funcionan como actuadores y sensores, se ha decidido utilizar algunos de estos para estos dos bloques principalmente. También se ha implementado un circuito diseñado por nosotros, que permite realizar la conexión entre estos dos bloques y el bloque tres encargado del control general de la alarma.

En el mercado se encuentran actuadores diseñados específicamente para vehículos, en nuestro caso hemos elegido elementos como: módulos eleva vidrios encargados de automatizar la elevación de los vidrios eléctricamente. Estos módulos vienen de dos diferentes clases, los que elevan los vidrios de dos puertas o los que elevan los vidrios de cuatro puertas. Utilizaremos los que elevan los vidrios de dos puertas a la vez, para tener un mayor control. De manera general, este dispositivo es alimentado con 12 voltios positivos y al recibir un pulso específico que varía entre tierra y 12 voltios se encarga de activar un servomotor que sube los vidrios mediante un sistema mecánico.

El elemento encargado de subir o bajar los seguros es un pistón que de igual manera que el eleva vidrios funciona con doce voltios. Este elemento funciona como un interruptor de abierto/cerrado y se activa con un pulso de tierra. A este elemento se le conoce como bloqueo central. También este elemento se encarga de cerrar el baúl.

Existe también un relé externo encargado de realizar el corte de corriente del motor necesario para inmovilizar el vehículo.

Además de los actuadores es necesario tener en cuenta todos los sensores para nuestro sistema de seguridad. En nuestro caso específico se utiliza: 

Sensor externo: encargado de verificar que el vehículo no esté en movimiento.

Diseño y Construcción del Sistema



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Sensor de apertura de puertas: Encargado de comprobar si las puertas se encuentran cerradas o abiertas.



Sensor de seguros y vidrios: Encargado de identificar si se bajan los seguros o se bajan los vidrios.

Por último, se utiliza un control básico encargado de disparar la alarma y hacer sonar la sirena. Además, tiene la capacidad de activarse 30 segundos después que el vehículo se haya apagado. Este sistema funcionará solamente cuando el Arduino no esté conectado y los pines utilizados por este vienen ya definidos por el fabricante, ilustrados en la figura 2-2.

Figura 0-2 Esquema Módulo Control Central de Alarma Ultra Premium/FUENTE: Manual ULTRA Alarma

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El módulo de control central, la bocina, dos controles de radiofrecuencia y el interruptor de desactivación manual están incluidos en un solo paquete que se puede encontrar en el mercado, por un costo relativamente bajo.

1.1.1 Montaje del Bloque adquisición de datos y actuadores En este subcapítulo detallaremos el cableado y toda la construcción que fue necesaria instalar dentro del vehículo para el correcto funcionamiento del sistema de seguridad. Cabe destaca que este montaje se realiza tomando en cuenta todos los elementos mencionados en el primer bloque.

El vehículo en el cual se realizó la instalación del modelo de seguridad es un Renault Symbol®. Este vehículo ya contaba con una alarma. La Figura 2-3 muestra los actuadores encargados de elevar los vidrios y bloqueo central.

Figura 0-3 Localización de la alarma Anterior


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El módulo de control de esta alarma está ubicado en la parte del conductor al lado del volante, los demás módulos están ubicados en el mismo lugar y el cableado se dirige hacia el lugar donde se encuentran los actuadores y los sensores.

En las puertas se encuentran los motores encargados de subir vidrios y los pistones que suben y bajan seguros. Hasta allá llegan los cables desde los módulos encargados de controlar estos elementos.

El cableado llega incluso hasta la parte del baúl donde también se realiza el bloqueo de la puerta del baúl. En la Figura 2-4 se observa el cableado que se dirige hasta la puerta y que procede del puesto del conductor.

Figura 0-4 Cableado Nuevo de la Alarma

El cableado encontrado durante el montaje del sistema de seguridad se hallaba en muy mal estado, por eso fue necesario retirarlo todo e instalar nuevo para evitar posibles problemas más adelante.

El nuevo cableado se instaló teniendo en cuenta la potencia requerida por cada una de los elementos a conectar, por ejemplo, las luces consumen mucha más corriente que

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cualquier otro elemento. Además se instalaron las líneas que alimentaran los motores y demás elementos de potencia.

El cableado necesario para llegar a los sensores y actuadores necesarios para cumplir con los requerimientos del sistema se acomodó teniendo en cuenta la alarma anterior.

El cableado en general va desde los actuadores o sensores hasta el puesto del conductor donde se conectan los módulos de control y estos al control central. En esta parte es donde consideramos la etapa de intervención, y se realizará la comunicación entre el sistema de control (Arduino) y la alarma instalada. Con esta etapa de intervención se logró manejar las diferentes características de la alarma.

El bloque de intervención no es más que la interrupción de las líneas que controlan los diferentes elementos de la alarma. Por ejemplo, para subir los vidrios se interrumpe el camino que enciende las luces por medio del circuito utilizado durante la prueba 5. Este circuito corta el camino entre el Módulo que eleva los vidrios y el módulo de control central de la alarma.

Figura 0-5 Esquema Acople De intervención


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En la figura 2-5, se explica el funcionamiento de la etapa de intervención. La entrada está conectada directamente a la salida digital del Arduino. V1 es el voltaje necesario para activar la bobina del relevo.V2 es el voltaje necesario para activar el elemento que queremos. Siguiendo con el ejemplo, elevar los vidrios necesitara que V2 sea la tierra.A1 es la salida normalmente cerrada del relevo. El circuito está conectado de tal manera que cuando el Arduino no tiene la salida digital en alto el control de alarma controla todo el sistema de seguridad. A2 se encuentra conectado el Módulo que controla el elemento y en A1 se encuentra conectado el control de alarma. Cuando el Arduino da su salida en alto activa el relevo y este conecta A2 donde está el Módulo del elemento, con V2 que es el voltaje necesario para que el Módulo realice su tarea. De esta manera se activa el Módulo al enviarle un determinado voltaje sin afectar el módulo de control de alarma, pues queda desconectado. Para determinar los elementos de la etapa de intervención se realizó el siguiente cálculo. Lo primero que se hizo fue elegir el opto acoplador 4N25 que es uno de los más comunes del mercado. Teniendo esto en cuenta se puede dividir el esquema en dos partes primero una de entrada y después una de salida.

Figura 0-6 Cálculos Esquema de intervención

Para la primera solo se debe calcular la Resistencia de entrada R1 teniendo en cuenta la corriente que se quiere limitar, está dependiendo de la salida del Arduino y el voltaje consumido por el diodo emisor de luz para dispararse, este valor los da el fabricante, sin embargo, se toma un valor un poco menor para realizar estos cálculos. Por tanto:

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I1= 4mA = Corriente máxima de la salida del Arduino VLed = 1V = Voltaje mínimo para encender Al realizar la malla obtenemos la ecuación 5V= R1*I1-Vled Al despejar obtenemos que R1= (5V-Vled)/I1 R1=1KΩ Para la segunda parte, se puede calcular los valores de las corrientes analizando el circuito como un BJT configurado en polarización fija para operar en corte o saturación. Por tanto obtendríamos el circuito mostrado en la figura 2-7. Teniendo

en

cuenta

algunas

fórmulas

de

la

configuración en polarización fija :

Figura 0-7 Polarización fija de un BJT

En este caso específico, Rc no existe sino que solamente colocamos un diodo para que no se devuelva la corriente y el voltaje del voltaje de la carga, que en nuestro caso sería nada más que 5V, que es lo que consume la bobina del relevo. Por tanto: Vcc = VRc VCE; VCE = 5V-4.7V=0.3V Además: Vcc=VRb-VBE=5V=VRb-0.7V Por tanto VRb=5V-0.7V=0.3V También sabemos IB=VBE/RB al asumir una resistencia de base de 2.7KΩ obtenemos IB= 111uA. Al realizar las medida del β obtenemos uno de 152 por tanto IC= βIB = (152)(111uA)= 16.8mA. Al terminar, también se instala una resistencia en la salida del opto acoplador y tierra para que la salida limite la corriente. En este caso del mismo valor de RB es decir 2.7KΩ


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Figura 0-8 Diagrama de Bloques Etapa de Control

Con el diagrama de bloques de la figura 2-8, se puede ver que los acoples de intervención se conectan con el Arduino por un lado, y por otro intervienen las líneas de comunicación entre el módulo de control de alarma y los módulos de los elementos. Además, es necesario tener un bloque de regulación de voltaje aunque los módulos, en general, tienen una alimentación que varía entre 12Vdc y 14Vdc. Asimismo el Arduino se encuentra conectado directamente con el módulo GSM quien se encarga de la comunicación y que se explica en un subcapítulo más adelante.

Conociendo la función de cada pin y el voltaje necesario para la activación del elemento, dada por el fabricante, mostrada en la figura 2-9, se muestran los pines de control de módulo para decidir los caminos de alimentación.

En consecuencia, se decide intervenir los caminos 1 y 2 para alimentación dirigida hacia nuestro bloque de regulación de voltaje. Los caminos 3, 4, 5, 6, 8, 9, 11 y 12 para realizar el control de estos elementos por medio del Arduino. Por tanto, se diseñó y construyó el circuito, figura 2-10, que cumple con el diagrama de bloques.

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Figura 0-9 Esquema Pines de Control Módulo Central de Alarma


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Figura 0-10 Diseño Circuito Impreso Bloque de Intervención

Además, como un actuador más tenemos un módulo GPS que se encarga de dar la posición de nuestro vehículo. En primer lugar elegimos el módulo L50 Quectel GPS Engine, el cual es un modelo económico, ya que tan solo utiliza el protocolo NMEA (National Marine Electronics Association) con los datos recibidos en GPRMC para transmitir los datos de posición. Las conexiones son muy simples, tan solo tenemos la alimentación, y la conexión serie Rx (Recepción) y Tx (Transmisión) por la que circularán los datos. En este caso solo se usará el Tx que transmitirá los datos hacia nuestro Arduino, pero podríamos usar el Rx para enviarle una trama al GPS y “dormirlo” mientras no lo utilicemos, algo fundamental si usamos o también pre-establecer nuestra posición, altitud, fecha, para que el posicionamiento sea aún más rápido.

La tramada recibida en el Arduino es parecida a la siguiente, una vez ubicado:

$GPGGA,142651.000,4138.39329,N,00053.28085,W,1,05,3.5,272.35,M,51.6,M,,*76 $GPVTG,0.0,T,,M,0.1,N,0.3,K*62

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$GPGSA,A,3,10,08,07,02,04,,,,,,,,9.8,3.5,9.2*36 $GPGSV,3,1,10,13,49,047,,10,80,000,30,23,21,061,,16,07,043,*7E $GPGSV,3,2,10,08,42,174,37,07,65,121,39,05,24,303,,02,51,277,35*7C $GPGSV,3,3,10,04,52,213,41,120,71,269,,,,,,,,,*46 $GPGLL,4138.393,N,00053.281,W,142651.000,A*29 $GPGSV,3,1,11,12,60,232,37,15,58,167,36,18,26,255,32,09,70,357,*74 $GPGSV,3,2,11,27,64,057,,17,24,051,,25,19,232,21,22,18,299,*7D $GPGSV,3,3,11,26,16,143,,14,05,317,,28,00,048,*4F $GPRMC,183324.466,V,4138.0755,N,00055.5164,W,,,210312,,,N*63 $GPGGA,183325.466,4138.0818,N,00055.5159,W,0,03,,-51.6,M,51.6,M,,0000*72 $GPGSA,A,1,12,15,18,,,,,,,,,,,,*10

Son muchos los datos que este módulo nos puede brindar, sin embargo solo se utilizan algunos. Los datos que se pueden considerar necesarios son los siguientes:

Hora UTC (Tiempo Universal Coordinado) en formato: hhmmss Latitud en formato: ggmm.ssss Orientación en latitud: N (norte) o S (sur) Longitud en formato: gggmm.ssss Orientación en longitud: E (este) o W (oeste) Indicación de calidad GPS: 0=nula; 1=GPS fija Número de satélites visibles por el receptor: nn Dilución horizontal de posición: xx.x Altitud de la antena por encima / por debajo del nivel del mar (geoidal): xxxxx.x Unidades de altitud: M (metros) Separación geoidal: xxx.x Unidades de separación: M (metros)


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Tiempo en segundos desde la última actualización: xx ID de referencia de la estación El más importante para el proyecto es un vínculo Web el cual nos conduce directamente a un mapa el cual nos muestra la posición exacta de nuestro Módulo GPS. Este vínculo será transmitido por el Módulo GPS hacia el Arduino y este lo enviará por medio de un mensaje de texto hacia nuestro dispositivo móvil el cual será procesado por nuestro aplicativo y enseñado al usuario.

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Figura 0-11 Esquema y Montaje Módulo L50 Quectel GPS Engine

En la Figura 2-11 se muestra el el esquema y el montaje del Módulo L50 Quectel GPS Engine. El esquema de montaje es bastante sencillo, sin embargo, se utiliza un convertidor de voltajes y un regulador, puesto que este módulo GPS utiliza un voltaje de alimentación de 1.8Vdc. Por tanto, el regulador estará encargado de alimentar al GPS y el convertidor convertirá los voltajes de salida en datos válidos para ser reconocidos por nuestro Arduino.

1.2 Control de alarma En este bloque se decidió utilizar un dispositivo Arduino que permitió realizar, tanto el control de la alarma así como de nuestro bloque de comunicación.

Teniendo en cuenta que Arduino es un proyecto que tiene como objetivo facilitar el desarrollo de proyectos relacionados con la electrónica, conseguir este sistema es cada vez más sencillo y existen un buen número de tiendas en Internet en las que conseguir una placa de Arduino y un buen número de complementos, sensores y ampliaciones con los que desarrollar.


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Se trata de unas placas open hardware, figura 2-12, por lo que su diseño es de libre distribución y utilización, que incluso podría ser construida de manera propia.

Figura 0-12 Arduino Mega2560

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 cable USB puede no ser suficiente. El voltaje de la fuente puede estar entre 6 y 25 Voltios.

Entorno de desarrollo

Para programar la placa es necesario descargar de la página web de Arduino el entorno de desarrollo (IDE), figura 2-13. Se dispone de versiones para Windows y para MAC, así como las fuentes para compilarlas en LINUX. En la Figura 5se muestra el aspecto del entorno de programación. En el caso de disponer de una placa USB es necesario instalar los drivers FTDI. Estos drivers vienen incluidos en el paquete de Arduino mencionado anteriormente. Existen en las web versiones para distintos sistemas operativos.

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Figura 0-13 Entorno de desarrollo para Arduino

Estructura básica del programa

La estructura básica de programación de Arduino es bastante simple y divide la ejecución en dos partes: setup y loop. Setup () constituye la preparación del programa y loop() es la ejecución. En la función Setup() se incluye la declaración de variables y se trata de la primera función que se ejecuta en el programa. Esta función se ejecuta una única vez y es empleada para configurar el pinMode (por ejemplo si un determinado pin digital es de entrada o salida) e inicializar la comunicación serie. La función loop() incluye el código a ser ejecutado continuamente (leyendo las entradas de la placa, salidas, etc.).

Como se observa en este bloque de código cada instrucción acaba con ; y los comentarios se indican con //. Al igual que en C se pueden introducir bloques de comentarios con /* ... */.


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A la hora de realizar un programa debemos tener en cuenta muchos parámetros como funciones, variables posibles para los diferentes tipos de datos, operadores aritméticos, sentencias condiciónales y además características físicas como entradas y salidas digitales y análogas, puertos serie y demás. Características que son propias del Arduino seleccionado.

1.2.1 Arduino Mega 2560 El Arduino Mega es una placa micro controlador basada ATmeg2560. Tiene 54 entradas/salidas digitales, 16 entradas digitales, 4 UARTS, un cristal oscilador de 16MHz, conexión USB, entrada de corriente, conector ICSP y botón de reset. Contiene todo lo necesario para hacer funcionar el micro controlador; simplemente se conecta al ordenador con el cable USB o se alimenta con un trasformador o batería para empezar. El Mega es compatible con la mayoría de “shields” diseñados para el Arduino Duemilanove o Diecimila Características

Valor

Micro controlador

ATmega2560

Voltaje de funcionamiento Voltaje de entrada (recomendado) Voltaje de entrada (limite)

5V

Pines E/S digitales

54 (15 proporcionan salida PWM)

Pines de entrada analógica

16

Intensidad por pin

40 mA

Intensidad en pin 3.3V

SRAM

50 mA 256 KB de las cuales 8 KB las usa el gestor de arranque(bootloader) 8 KB

EEPROM

4 KB

Velocidad de reloj

16 MHz

Memoria Flash

7-12V 6-20V

Tabla 0-1 Características Arduino Mega2560

Alimentación

El Arduino Mega 2560 puede ser alimentado vía la conexión USB o con una fuente de alimentación externa. El origen de la alimentación se selecciona automáticamente.

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Las fuentes de alimentación externas (no-USB) pueden ser tanto un transformador o una batería. El transformador se puede conectar usando un conector macho de 2.1mm con centro positivo en el conector hembra de la placa. Los cables de la batería pueden conectarse a los pines Gnd y Vin en los conectores de alimentación (POWER)

La placa puede trabajar con una alimentación externa de entre 6 a 20 voltios. Si el voltaje suministrado es inferior a 7V el pin de 5V puede proporcionar menos de 5 Voltios y la placa puede volverse inestable, si se usan más de 12V los reguladores de voltaje se pueden sobrecalentar y dañar la placa. El rango recomendado es de 7 a 12 voltios.

Los pines de alimentación son los siguientes:

VIN. La entrada de voltaje a la placa Arduino cando se está usando una fuente externa de alimentación. Se puede proporcionar voltaje a través de este pin, o, si se está alimentado a través de la conexión de 2.1mm, acceder a ella a través de este pin. 5V. La fuente de voltaje estabilizado usado para alimentar el micro controlador y otros componentes de la placa. Esta puede provenir de VIN a través de un regulador integrado en la placa, o proporcionada directamente por el USB o otra fuente estabilizada de 5V. 3V3. Una fuente de voltaje a 3.3 voltios generada en el chip FTDI integrado en la placa. La corriente máxima soportada 50mA. GND. Pines de toma de tierra.

Memoria

El ATmega2560 tiene 256KB de memoria flash para almacenar código (4KB son usados para el arranque del sistema (bootloader).El ATmega1280 tiene 8 KB de memoria SRAM. El ATmega2560 tiene 4KB de EEPROM y 8KB de SRAM.

Entradas y Salidas

Cada uno de los 54 pines digitales en el Mega2560 pueden utilizarse como entradas o como salidas usando las funciones pinMode(), digitalWrite(), y digitalRead() . Las E/S operan a 5 voltios. Cada pin puede proporcionar o recibir una intensidad máxima de


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40mA y tiene una resistencia interna (desconectada por defecto)de 20-50kOhms. Además, algunos pines tienen funciones especializadas:

Serie: 0 (RX) y 1 (TX), Serie 1: 19 (RX) y 18 (TX); Serie 2: 17 (RX) y 16 (TX); Serie 3: 15 (RX) y 14 (TX). Usado para recibir (RX) transmitir (TX) datos a través de puerto serie TTL. Los pines Serie: 0 (RX) y 1 (TX) están conectados a los pines correspondientes del chip FTDI USB-to-TTL. Interrupciones Externas: 2 (interrupción 0), 3 (interrupción 1), 18 (interrupción 5), 19 (interrupción 4), 20 (interrupción 3), y 21 (interrupción 2). Estos pines se pueden configurar para lanzar una interrupción en un valor LOW (0V), en flancos de subida o bajada (cambio de LOW a HIGH(5V) o viceversa), o en cambios de valor. PWM: de 0 a 13. Proporciona una salida PWM (Pulse Wave Modulation, modulación de onda por pulsos) de 8 bits de resolución (valores de 0 a 255) a través de la función analogWrite(). SPI: 50 (SS), 51 (MOSI), 52 (MISO), 53 (SCK). Estos pines proporcionan comunicación SPI, que a pesar de que el hardware la proporcione actualmente no está incluido en el lenguaje Arduino. LED: 13. Hay un LED integrado en la placa conectado al pin digital 13, cuando este pin tiene un valor HIGH(5V) el LED se enciende y cuando este tiene un valor LOW(0V) este se apaga. El Mega2560 tiene 16 entradas analógicas, y cada una de ellas proporciona una resolución de 10bits (1024 valores). Por defecto se mide de tierra a 5 voltios, aunque es posible cambiar la cota superior de este rango usando el pin AREF y la función analogReference ().

I2C: 20 (SDA) y 21 (SCL). Soporte del protocolo de comunicaciones I2C (TWI) usando la librería Wire.

Hay unos otros pines en la placa:

AREF. Voltaje de referencia para las entradas analógicas.UsadoporanalogReference().

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Reset. Suministrar un valor LOW(0V) para reiniciar el micro controlador. Típicamente usado para añadir un botón de reset a los shields que no dejan acceso a este botón en la placa.

Programación

El Arduino Mega2560 se puede programar con el software Arduino.

El ATmega2560 en el Arduino Mega viene pre cargado con un gestor de arranque (bootloader) que permite cargar nuevo código sin necesidad de un programador por hardware externo. Se comunica utilizando el protocolo STK500 original.[18]

1.3 Bloque comunicación En este bloque optamos por un módulo GSM que nos permite comunicarnos por medio de la red de telefonía Celular con un dispositivo móvil, debido a su costo y eficiencia a la hora de entablar comunicación.

El módulo GSM es una terminal pequeña de tarjeta SIM (tarjeta de telefonía móvil). De hecho su función es muy similar a la de un teléfono móvil, y consiste básicamente en realizar llamadas y enviar mensajes de texto, además de recibir. Para realizar el envió el Módulo tiene una antena GSM que comunica con las antenas base del operador móvil.

El módulo GSM que se ha escogido para este bloque esta en una placa que nos permite conectarlo directamente con el Arduino que seleccionamos. Este módulo es el M95 de la empresa QUECTEL. Este es un

módulo GSM de banda cuádruple.

Adopta la

tecnología de paquete LCC y ofrece la máxima fiabilidad y robustez. Gracias a su diseño de pequeñas dimensiones 19.9x23.6x2.65mm y su fácil proceso de soldadura, es capaz de ser incorporado en casi todas las aplicaciones. Además tiene la antena de GSM incorporada.

M95 ofrece un rendimiento GSM / GPRS de SMS, datos y voz con muy bajo consumo de energía. Tamaño extraordinariamente compacto y protocolos integrados aseguran que el


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M95 puede llegar a ser muy eficaz a la hora de cumplir con los requisitos de todas las aplicaciones M2M.

Figura 0-14 Módulo GSM M95

Feature Quad Band GPRS Multi - slot Class GPRS Mobile Station Compliant with GSM Phase 2/2+ Supply Voltage Range Low Power Consumption Operation Temperature Dimensions Weight

value 850/900/1800/1900 MHz 12, 1~12 configurable Class B Class 4 (2W @850/900 MHz) Class 1 (1W @1800/1900 MHz) 3.3~4.6 V 4.0V nominal 0.9mA @DRX=5 0.7mA @DRX=9 -40 °C ~ +85 °C 19.9mm × 23.6mm × 2.65m Approx. 3g

Tabla 0-2 características de Módulo GSM M95 de QUECTEL

Este módulo permite ser controlado por medio de comandos AT directamente desde un computador.

1.4 Bloque interfaz de usuario

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La interfaz de usuario es un dispositivo móvil que cuente con una versión del SO Android. Android es un sistema operativo basado en Linux, desarrollado principalmente para dispositivos móviles con pantalla táctil. Este dispositivo necesitaba tener un aplicativo móvil con la capacidad de integrar todas las funciones que nuestro sistema de seguridad tenia. Para el desarrollo de este aplicativo se decidió tener utilizar una herramienta que nos brindara estabilidad y eficiencia a la hora de ejecutarse y que su programación no fuese muy compleja. Esta herramienta debía tener una licencia de uso libre. Por eso se eligió App Inventor.

App Inventor es un entorno de desarrollo de aplicaciones para los teléfonos Android. Para desarrollar aplicaciones con App Inventor sólo se necesita un navegador web y un teléfono Android. App Inventor se basa en un servicio web que permite almacenar el trabajo y ayudará a realizar un seguimiento del proyecto.

Se trata de una herramienta de desarrollo visual muy fácil de usar, con lo que incluso los no programadores podrán desarrollar aplicaciones.

Al construir las aplicaciones para Android se trabaja con dos herramientas: App Inventor Designer y App Inventor Blocks Editor. En Designer se construye la Interfaz de Usuario, eligiendo y situando los elementos con los que interactuará el usuario y con el Blocks Editor definirás el comportamiento de los componentes de tu aplicación.

App Inventor Designer es la herramienta que nos permite diseñar la parte grafica de nuestro aplicativo. Esta herramienta nos entrega una pantalla en blanco donde empezamos a insertar los objetos que necesitamos en el aplicativo, como botones, cuadros de texto, etc. Incluso objetos que aunque el usuario no logra ver son obligatorios, como los son mensajes de texto o llamadas. También permite crear nuevas ventanas.


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Figura 0-15 App Inventor Designer

Una vez tenemos los elementos y el diseño de nuestro aplicativo abrimos App Inventor Blocks Editor. Por medio de esta herramienta podemos configurar el funcionamiento de nuestro aplicativo. Esta herramienta funciona por medio de bloques. Se tienen dos clases. Los primeros hacen referencia al objeto que hemos insertado en App Inventor Designer. Los segundos denotan la función o acción que queremos asignar a un objeto, estos pueden sor lógicos, matemático. La forma de unirlos es encajarlos uno dentro de otro. Los bloques tienen formas que no permiten que sean encajados con otros que no funcionen correctamente. Esto nos permite que el algoritmo creado para el aplicativo se pueda ejecutar de manera más confiable en App Inventor.

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Figura 0-16 App Inventor Blocks Editor

Para la simulación del aplicativo App Inventor nos permite conectar directamente con un dispositivo móvil que funcione con el sistema operativo Android o también tiene la opción de un emulador para verificar el correcto funcionamiento del proyecto en el cual se trabaja.


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Figura 0-17 Diagrama de bloques del Aplicativo

El aplicativo desarrollado para el proyecto realiza una verificación

identidad por

seguridad cuando inicia. Este aplicativo cumple dos tipos de tareas. Las primeras las llamamos opciones del aplicativo que son las que ejecuta cuando el usuario las solicita. Es decir, cuando presiona un botón dentro del aplicativo. Para esto el aplicativo se encarga de enviar un mensaje de texto a través de la red de telefonía celular al Arduino con la respectiva orden. Lógicamente esta orden tendrá que ser confirmada antes de ser enviada. Las opciones que el aplicativo brinda al usuario son: 

Solicitar Posición: Es la opción que envía un mensaje de texto que solicita la Arduino que pregunte al Módulo GPS la posición geográfica. El Arduino por medio de un mensaje de texto.


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Apagado Eléctrico Del Motor: esta opción solicita al Arduino por medio de un mensaje de texto que active el relevo que realiza la interrupción de corriente que alimenta el motor.



Desactivar Alarma: Con esta opción el Arduino recibe el mensaje de texto que le ordena desactivar la alarma. Sin embargo, el módulo de control central de la alarma la vuelve a activar 30 segundos después de haber sido desactivada.



Disparar Alarma: Esta opción permite al usuario disparar la alarma causando que el control de alarma realice todas las tareas que normalmente hace cuando esto ocurre. Por medio de un mensaje de texto el aplicativo se comunica con el Arduino.



Elevar Vidrios: Es la opción que envía un mensaje de texto que solicita la Arduino que active el módulo de elevación de vidrios.



Subir Seguros: Es la opción que envía un mensaje de texto que solicita la Arduino que active el pistón que sube seguros.



Bajar Seguros: Es la opción que envía un mensaje de texto que solicita la Arduino que active el pistón que baja seguros.



Seguro Baúl Eléctrico: Es la opción que envía un mensaje de texto que solicita la Arduino active el pistón que pone seguro al baúl.

Todas estas tareas las comunica el aplicativo al Arduino por medio de mensajes de texto. Debido a que el costo de una llamada es mayor. También el aplicativo debe ejecutar tareas que no son visibles para el usuario pero que son importantes para el sistema de seguridad. Estas tareas son: 

Informar Disparo De La Alarma: reproduce un archivo de audio y muestra un mensaje advertencia.



Mostrar Posición En Mapa: muestra en un mapa la posición geográfica del vehículo.

Esto implica que el programa del Arduino debe tener la capacidad de enviar mensajes de texto cuando detecte intrusión o cuando se le solicite la posición geográfica. Además el aplicativo debe ser capaz de reconocer estos mensajes y ejecutar acciones según sea el caso.


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Figura 0-18 Ventanas del Aplicativo

La figura 2-18 muestra las ventanas principales de nuestro aplicativo. La primera ventana que tenemos es la solicitud de una contraseña. La segunda aparece si la contraseña digitada fuese incorrecta. La tercera nos presenta las funciones de la alarma por medio de botones y la cuarta es la confirmación de la función a realizar.

Pruebas Y Ensayos de los Elementos del Sistema de Seguridad y Monitoreo Para conocer el comportamiento de los elementos a utilizar en el sistema se realizaron diferentes pruebas. Como es lógico antes de realizar todos estos ensayos se ejecutó un proceso de investigación que nos permitió conocer fundamentos que son necesarios a la hora de elaborar programación y esquemas de diseño. A continuación narramos cada una de estas pruebas y sus resultados.

1.1 Prueba 1: Control por medio de Llamadas En esta prueba se integró directamente el Módulo GSM M95 con un Arduino. El objetivo principal de esta era verificar que tan efectivo resultaba realizar una llamada hacia el módulo GSM y que dependiendo de quién realizara la llamada, es decir, solo un número autorizado y el número de timbres efectuados se ejecutara una acción por parte del Arduino. Dicha acción en este caso específico es encender o apagar un determinado LED.

Lo que se hizo en primer lugar fue una pre prueba de comunicación entre nuestro Arduino y el Módulo GSM M95. Esta pre prueba nos permitiría conocer cuales eran los comandos AT necesarios para recibir una llamada e identificar el Número del cual es realizada. Como resultado de esta se obtuvo que para la configuración del Módulo GSM M95 son necesarios los siguientes comandos configuración del dispositivo: AT+CLIP=1 → Que se encarga de habilitar el identificador de llamadas AT+CMGF=1 → Que habilita el modo texto MSM AT&W → Guarda el perfil configurado en el GSM (permite guardar la configuración en memoria.)

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Para realizar tareas con llamadas son necesarios los siguientes comandos AT: ATD → Genera llamada de voz ATH → Cuelga llamada AT+CLIP → Habilita el identificador de llamadas

En el caso especifico de esta pre prueba se conecto el Módulo GSM al PC de modo que se pudiera visualizar la respuesta de este Módulo a los diferentes comandos.

Figura 0-1 Comunicación con comandos AT

Una vez teniendo estos datos empezamos a elaborar el programa para esta prueba, el cual toma solo dos parámetros en cuenta. El número telefónica del cual se marca la llamada y el número de timbres que ocurren durante esta. El diagrama de flujo que describe el algoritmo del programa se encuentra en la siguiente figura:

Pruebas Y Ensayos

51

Figura 0-2 Diagrama de Flujo Algoritmo Prueba 1

El diagrama de Flujo de la Figura 3-2 inicia definiendo dos variables el número de timbres y el número telefónico del cual se está marcando. En primer lugar el programa realiza una operación lógica donde pregunta si el número del cual se realiza la llamada está autorizado. Si la respuesta es negativa encenderá un Led específico y terminara el programa. Si al contrario la respuesta es positiva se encenderá otro Led y se realiza otra pregunta. Esta preguntara se encargara de contar el Número de timbres que hay y almacena el dato dentro de la variable Tim. Lógicamente para esta operación se realiza un bucle hasta que no detecte mas timbres. Una vez contados el número de timbres el programa se encargara de preguntar cuál es el número almacenado dentro de Tim por

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medio de decisionales. Primero preguntara si Tim es igual a 1. Después preguntara si Tim es igual 2 y así sucesivamente. Cuando una de estas preguntas resulte positiva se encenderá un Led dependiendo de a pregunta y terminará el programa.

Después de haber elaborado el programa realizamos el montaje que nos permitió realizar la prueba. Primero el montaje de los Led’s en la ProtoBoard con resistencias para limitar el paso de corriente. El siguiente paso fue enlazar los puentes o conexiones entre nuestro Arduino y nuestra ProtoBoard de la siguiente:

Figura 0-3 Esquema y Montaje Prueba 1

Esta imagen nos muestra el montaje realizado en ProtoBoard acoplando directamente el módulo GSM M95 y el Arduino. Este montaje consta de un LED Blanco que nos indica cuando el módulo GSM ha recibido una llamada y se encuentra timbrando. Este LED tiene un cambio de estado cada vez que hay timbre. También tenemos un LED verde que indica cuando el número que realiza la llamada no está autorizado y un LED amarillo que nos indica que el número que está marcando se encuentra autorizado. Además, en el montaje hay tres Led’s rojos que indican el número de veces que se timbro. Al efectuar una llamada desde el número autorizado notamos como el LED blanco encargado de mostrar el timbre funciona y el Led amarillo que nos indica si el número está autorizado también funciona.

Pruebas Y Ensayos

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Figura 0-4 Prueba 1 Encendido de Led’s por Número de timbres

Los Led rojos nos indican el número de timbres que sucedieron durante la llamada. Se encienden de derecha a izquierda dependiendo del número de timbres, es decir, cuando timbra una vez el Arduino espera cuatro segundos a que no haya más timbres y si es así encenderá el primer LED rojo de derecha

a Izquierda. Si al contrario suena un a

segunda vez el timbre, después de esperar cuatro segundos a que no hayan más timbres encenderá el segundo LED rojo de derecha a Izquierda y los demás estarán apagados. Si esto no sucede y hay un tercer timbre, después de esperar cuatro segundos encenderá el tercer LED rojo de derecha a izquierda y los demás estarán apagados. Si el número de timbres es superior a tres entonces el Arduino encenderá los tres Led’s rojos.

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Figura 0-5 Prueba 1 Marcación de Número no Autorizado

Al realizar el llamado de un Número desde

un número no autorizado el sistema

terminara la llamada y encenderá el LED verde.

1.2 Prueba 2: Control por medio de mensajes En esta prueba se integró directamente el Módulo GSM M95 con el Arduino. Esta prueba nos permite verificar el funcionamiento del Arduino integrado con el Módulo GSM M95 a la hora de recibir mensajes de texto y actuar según el número desde el cual el mensaje fue enviado y el contenido de cada mensaje. En este caso también realizamos una pre prueba que nos permitiese conocer los comandos AT necesarios para la comunicación entre el Arduino y el Módulo GSM. De la cual se consiguió que los comandos necesarios para realizar operaciones con mensajes de texto son: AT+QMGDA="DEL ALL"→ Borra todos los mensajes AT Ej AT+CMGS="NÚMERO" → Comando para enviar mensajes se finaliza con CR AT+CMGR + dm → Comando AT para leer el mensaje con dirección dm AT+CMTI → Indicador de mensaje nuevo y dirección asignada

Pruebas Y Ensayos

55

El programa realizado para el Arduino en esta prueba funciona cumpliendo el siguiente algoritmo:

Figura 0-6 Diagrama de Flujo Algoritmo Prueba 2

El diagrama de Flujo de la Figura 3-6 inicia definiendo dos variables el mensaje y el número telefónico del cual se está marcando. En primer lugar el programa realiza una operación lógica donde pregunta si el número del cual se recibe el mensaje

está

autorizado. Si la respuesta es negativa encenderá un Led específico y terminara el programa. Si al contrario la respuesta es positiva se encenderá otro Led y se realiza otra pregunta. Primero preguntara si el mensaje es igual a prender. Después preguntara si Men

es igual inicial

y así sucesivamente. Cuando una de estas preguntas resulte

positiva se encenderá un Led dependiendo de a pregunta y terminara el programa.

Aunque el funcionamiento interno de la prueba es diferente el montaje como tal es el mismo que en la Prueba 1.

56


Figura 0-7 Esquema y Montaje Prueba 2

Figura 0-8 Prueba 2 mensaje prender

Al enviar un mensaje de texto con la palabra de prender el Arduino encender un LED rojo, solo si el mensaje de texto fue enviado desde un número autorizado. Al enviar la palabra Iniciar en un mensaje de texto desde un número autorizado el Arduino lo reconocerá y encenderá el LED verde.

Pruebas Y Ensayos

57

Al enviar la palabra prueba en un mensaje de texto desde un número autorizado el Arduino realizara el encendido del tercer LED rojo. Al enviar la palabra arrancar en un mensaje de texto desde un número autorizado el Arduino encenderá el LED amarillo. Cuando la palabra iluminar sea enviada a través de un mensaje de texto desde un Número autorizado el Arduino encenderá todos los Led’s.

Figura 0-9 Prueba 2 Número no Autorizado

58


3.3

Prueba 3: Funcionamiento del GPS

Esta prueba consiste en un programa encargado de controlar un GPS qué momento que el usuario lo solicite. Para la realización de esta se conectó el Arduino directamente con el computador por medio del cable USB y el GPS desde un montaje dada por el fabricante del mismo, conectado con el Arduino. Al iniciar la prueba utilizando un programa que nos muestre estrictamente los datos que el

GPS va obteniendo al

momento que se va calibrando, observamos los datos separados por una coma. Estos datos los observamos en la figura.

Figura 0-10 Datos del GPS

Al realizar otro programa, entendiendo un poco mejor los datos que nos entregaba el GPS, se obtuvo incluso un LINK que permite, por medio de internet, conocer la localización exacta que marca el GPS de manera más gráfica por medio de un mapa, figuras 3-11 y 3-12.

Pruebas Y Ensayos

Figura 0-11 Datos del GPS con LINK

Figura 0-12 Ubicación Exacta Entregada Por El GPS

59

60


1.4 Prueba 4: Encendido de un motor por medio de mensajes En esta prueba realizamos el montaje con una etapa de potencia para encender o apagar un motor por medio de mensajes de texto. El programa en el Arduino cumple con el siguiente algoritmo:

Figura 0-13 Diagrama de Flujo Algoritmo Programa Prueba 4


está

autorizado. Si la respuesta es negativa encenderá un Led específico y terminara el programa. Si al contrario la respuesta es positiva se encenderá otro Led y se realiza otra pregunta. Se preguntara si el mensaje es igual a encender, si la respuesta es afirmativa la salida que va al acople de potencia será un uno lógico y terminara el programa. Si el

Pruebas Y Ensayos

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mensaje no es encender entonces hará otra pregunta. Si el mensaje es apagar entonces hará que la salida que va al acople de potencia se un cero lógico.

El montaje para esta prueba tiene una etapa de potencia encargada de realizar el acople con el Arduino que a su vez está conectado con el módulo M95 GSM. La etapa de potencia consta de un relevo que se activa con 5v dc y utilizamos el circuito normalmente abierto para encender el motor. También hacen parte del montaje un configuración de conmutador y resistencias.

R1=1kΩ R2=2.7kΩ R3=2.7KΩ D=1N4001Ω T=2N2222

transistor en

62


Figura 0-14 Esquema y Montaje Etapa Potencia Prueba 4

Figura 0-15 Mensaje De Texto De Apagado De Motor

Pruebas Y Ensayos

63

3.5

Prueba 5: Etapa de Potencia

En esta prueba realizamos el montaje con una etapa de potencia para encender o apagar unos bombillos de 110V por medio de mensajes de texto. Los relevos utilizados tienen una salida normalmente cerrada y una normalmente abierta, esto nos permitió tener unos bombillos encendidos durante las salidas en bajo del Arduino y otros durante las salidas en alto. El programa en el Arduino cumple con el siguiente algoritmo.

Figura 0-16 Diagrama de Flujo Algoritmo Programa Prueba 5


está

autorizado. Si la respuesta es negativa encenderá un Led específico y terminara el programa. Si al contrario la respuesta es positiva se encenderá otro Led y se realiza otra pregunta. Primero preguntara si el mensaje es igual a prender. Después preguntara si

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Men

es igual inicial

y así sucesivamente. Cuando una de estas preguntas resulte

positiva se encenderá un bombillo dependiendo de a pregunta y terminara el programa.

El montaje implementado para el desarrollo de esta prueba es una etapa de acople de potencia el cual se muestra en la siguiente figura 3-17.

Figura 0-17 Esquema Etapa De Potencia Prueba 5

En la prueba se utilizaron cuatro relevos y por tanto se realizó el montaje de cuatro etapas de potencia conectadas directamente al Arduino. En el esquema se observan el integrado 4N25 que es un opto acoplador encargado de separar nuestro circuito lógico de la parte de potencia. También tenemos un transistor 2N2222 en corte y saturación para realizar la conmutación y un diodo 1N4001 para evitar que la corriente se devuelva. En la siguiente figura se muestra montaje con los ocho bombillos en la ProtoBoard.

Pruebas Y Ensayos

65

Figura 0-18 Montaje Físico Prueba 5

Al poner en ejecución la prueba, se observa cómo los bombillos de 110v rojos encienden inmediatamente puesto que, se colocaron en la salida del relevo normalmente cerrada. Al enviar un mensaje de texto con la palabra de prender el Arduino encenderá el primer bombillo verde y apagara el primero rojo, solo si el mensaje de texto fue enviado desde un número autorizado. Al enviar la palabra Iniciar en un mensaje de texto desde un número autorizado el Arduino lo reconocerá y encenderá el segundo bombillo verde y apagara el segundo rojo, figura 3-19.

Figura 0-19 Respuesta Del Montaje Al Recibir Un Mensaje Autorizado

66


Al enviar la palabra prueba en un mensaje de texto desde un número autorizado el Arduino realizara el encendido del tercer bombillo verde y apagara el tercero rojo. Al enviar la palabra arrancar en un mensaje de texto desde un número autorizado el Arduino encenderá todos los Bombillos verdes y apagaran todos los rojos.

1.6 Prueba 6: Aplicativo que envié mensajes Esta prueba consiste en desarrollar un aplicativo que tenga la capacidad de enviar mensajes de texto a un número con tan solo presionar un botón. Para tal fin utilizaremos la el programa App Inventor. Esta herramienta nos permitirá hacer la interfaz configurar nuestro algoritmo y realizar la simulación y posterior prueba en el dispositivo móvil.

El primer paso que debemos realizar es crear una de Google, puesto que App Inventor tiene la herramienta App Inventor en línea lo que nos ahorra la necesidad de descargar e instalar alguna clase de software. Una vez

habiendo ingresado en la cuenta nos

dirigimos a la página Web http://beta.appinventor.mit.edu/ esta nos permitirá crear la interfaz con el usuario con una gran variedad de herramientas.

Figura 0-20 Aplicativo diseñado en App Inventor

Como en esta prueba lo que queremos hacer es enviar un mensaje de texto con una palabra al oprimir un botón utilizamos las herramientas que se encuentran incluidas en

Pruebas Y Ensayos

este programa como los

67

Button’s y los Texting. Estos últimos hacen referencia a

mensajes de texto en sí y además cuentan con propiedades como

Message y

PhonedNumber., las cuales utilizamos para nuestra prueba. Posteriormente realizamos la parte de funcionamiento de nuestra aplicación para la cual utilizamos la herramienta App Inventor Blocks Editor, la cual solo pide como requerimiento tener Java en nuestro equipo.

Figura 0-21 Bloques de Funcionamiento del Aplicativo

Esta herramienta nos muestra los objetos que tenemos en nuestra interfaz y nos enseña las propiedades de los mismos. Además, nos ofrece la posibilidad de realizar operaciones lógicas, matemáticas, de control, etc. Todo esto se realiza de manera gráfica, más específicamente interconectando bloques. Para esta prueba solo utilizamos la propiedad de los Button’s cuando son oprimidos y la operación que debe realizar es enviar el mensaje. Al realizar la simulación los resultados son los esperados.

68


Figura 0-22 Simulación del Aplicativo

Posteriormente al realizar pruebas en un dispositivo móvil el resultado es el mismo.

Pruebas Y Ensayos

69

1.7 Prueba 7: Precisión del Módulo L50 Quectel GPS

Esta prueba se realizó con el fin de verificar la precisión de nuestro módulo L50 Quectel GPS. Para tal prueba se utilizó un GPS Real. Para esto se realizó la medición de 10 puntos con el GPS y con nuestro Módulo GPS y se compararon los resultados obtenidos. GARMIN ETREX VISTA HCX Características físicas Tamaño de la pantalla (Ancho/Alto): Peso Resistente al agua

3,3 x 4,3 cm 156 g con baterías Sí (IPX7)

Receptor de alta sensibilidad

Sí

Interfaz del equipo

USB

Mapa base

Sí

Posibilidad de agregar mapas

Sí

Waypoints

1000 Rutas 50

Brújula electrónica

Sí

Altímetro barométrico

Sí

Información astronómica

Sí

Cálculo de áreas Visor de imágenes

Sí No

Figura 0-23 GPS Garmin Etrex

Los puntos fueron ubicados en un mapa que nos permitiera conocer su posición dentro de una zona específica.

SISTEMA DE ALARMA Y MONITOREO VEHICULAR CONTROLADO POR UN DISPOSITIVO MÓVIL

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UTILIZANDO LA CONEXIÓN DE REDES CELULARES

Figura 0-24 Mapa de posición de puntos

Con el equipo mencionado en la figura se realizaron las mediciones para confrontarlas con Módulo GPS de Quectel. Los puntos se organizaron en la siguiente tabla 3-1. Medición 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

GARMIN ETREX VISTA HCX Latitud Longitud 4°43'26.90"N 74° 2'53.60"E 4°43'30.84"N 74° 2'53.13"E 4°43'28.68"N 74° 2'53.56"E 4°43'31.19"N 74° 2'55.00"E 4°43'29.31"N 74° 2'55.48"E 4°43'30.42"N 74° 2'54.13"E 4°43'32.41"N 74° 2'54.61"E 4°43'32.97"N 74° 2'53.02"E 4°43'31.55"N 74° 2'53.28"E 4°43'29.38"N 74° 2'54.57"E

Tabla 0-1 Datos de Precisión del GPS

MÓDULO L50 QUECTEL GPS Latitud Longitud 4°43'26.87"N 74° 2'53.58"E 4°43'30.81"N 74° 2'53.08"E 4°43'28.67"N 74° 2'53.61"E 4°43'31.13"N 74° 2'54.98"E 4°43'29.28"N 74° 2'55.45"E 4°43'30.47"N 74° 2'54.17"E 4°43'32.48"N 74° 2'54.64"E 4°43'32.95"N 74° 2'53.08"E 4°43'31.48"N 74° 2'53.26"E 4°43'29.38"N 74° 2'54.64"E

Diferencia 106.62 cm 119.95 cm 274.35 cm 158.51 cm 177.38 cm 236.68 cm 205.09 cm 204.66 cm 217.00 cm 197.24 cm

Pruebas Y Ensayos

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Como resultado de esta prueba podemos concluir que aunque en las mediciones el mayor valor de diferencia es de 274.35 cm. Estos resultados se obtuvieron bajo condiciones climáticas muy favorables, por eso podemos decir que este módulo cumple con la resolución que da su fabricante de un error máximo de tan solo 6 m.

1.8 Resultados de las Pruebas Tabla 0-2 Verificación Prueba 1

TABLA DE VERIFICACIÓN DE PRUEBAS 1 Prueba # Titulo

1 Control por medio de Llamadas Verificar el control remoto dependiendo del Número de timbres por Objetivo medio del encendido de Led’s en un orden especifico. Elementos utilizados Utilizado Elemento Si No Arduino Mega 2560 X Arduino Duemilanove X Módulo GSM M95 X Led’s Indicadores X PC X Fuente de Alimentación X Dispositivo Móvil X Módulo GPS L50 X Acople de Potencia X Motor 5V X Bombillos 110V X Garmin Etrex Vista Hcx X Prototipo Completo X Vehículo X Tiempo de respuesta # Descripción Resultado Min Seg 1 Número autorizado - 1 Timbre 0 2 Fallido 2 Número autorizado - 1 Timbre 0 4 Correcto 3 Número autorizado - 2 Timbre 0 3 Correcto 4 Número autorizado - 2 Timbre 0 5 Correcto 5 Número autorizado - 2 Timbre 0 6 Correcto 6 Número autorizado - 3 Timbre 0 5 Correcto 7 Número autorizado - 3 Timbre 0 4 Correcto 8 Número autorizado - 3 Timbre 0 6 Correcto

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9 Número autorizado - 4 o más Timbres 0 4 Correcto 10 Número autorizado - 4 o más Timbres 0 5 Correcto 11 Número autorizado - 4 o más Timbres 0 6 Correcto 12 Número autorizado - 4 o más Timbres 0 4 Correcto 13 Número no autorizado 0 5 Correcto 14 Número no autorizado 0 2 Correcto 15 Número no autorizado 0 6 Correcto Observación: Esta prueba se realizó tomando en cuenta que el módulo GSM se encontrara con acceso a la red

Tabla 0-3 Verificación Prueba 2


2 Control por medio de Mensajes de Texto Verificar el control remoto dependiendo de una palabra enviada por Objetivo medio de un mensaje de texto y que da como resultado el encendido de Led’s en un orden especifico. Elementos utilizados Utilizado Elemento Si No Arduino Mega 2560 X Arduino Duemilanove X Módulo GSM M95 X Led’s Indicadores X PC X Fuente de Alimentación X Dispositivo Móvil X Módulo GPS L50 X Acople de Potencia X Motor 5V X Bombillos 110V X Garmin Etrex Vista Hcx X Prototipo Completo X Vehículo X Tiempo de respuesta # Descripción Resultado Min Seg 1 Número autorizado - Palabra Encender 1 45 Correcto 2 Número autorizado - Palabra Encender 2 07 Correcto

Pruebas Y Ensayos

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3 Número autorizado - Palabra Encender 1 58 Correcto 4 Número autorizado - Palabra Arrancar 1 46 Correcto 5 Número autorizado - Palabra Arrancar 1 48 Correcto 6 Número autorizado - Palabra Arrancar 1 59 Correcto 7 Número autorizado - Palabra Prender 1 57 Correcto 8 Número autorizado - Palabra Prender 2 05 Correcto 9 Número autorizado - Palabra Prender 2 03 Correcto 10 Número autorizado - Palabra Iluminar 1 48 Correcto 11 Número autorizado - Palabra Iluminar 1 52 Correcto 12 Número autorizado - Palabra Iluminar 1 52 Correcto 13 Número no autorizado 1 57 Correcto 14 Número no autorizado 1 51 Correcto 15 Número no autorizado 1 56 Correcto Observación: Esta prueba se realizó tomando en cuenta que el módulo GSM se encontrara con acceso a la red



3 Funcionamiento del GPS Verificar funcionamiento del módulo GPS L50 y observar los datos que Objetivo arroja en un PC Elementos utilizados Utilizado Elemento Si No Arduino Mega 2560 X Arduino Duemilanove X Módulo GSM M95 X Led’s Indicadores X PC X Fuente de Alimentación X Dispositivo Móvil X Módulo GPS L50 X Acople de Potencia X Motor 5V X Bombillos 110V X Garmin Etrex Vista Hcx X Prototipo Completo X Vehículo X

SISTEMA DE ALARMA Y MONITOREO VEHICULAR CONTROLADO POR UN DISPOSITIVO MÓVIL

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UTILIZANDO LA CONEXIÓN DE REDES CELULARES

# 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15

Descripción Latitud - Longitud - Link Latitud - Longitud - Link Latitud - Longitud - Link Latitud - Longitud - Link Latitud - Longitud - Link Latitud - Longitud - Link Latitud - Longitud - Link Latitud - Longitud - Link Latitud - Longitud - Link Latitud - Longitud - Link Latitud - Longitud - Link Latitud - Longitud - Link Latitud - Longitud - Link Latitud - Longitud - Link Latitud - Longitud - Link

Tiempo de respuesta Min Seg 1 0 1 0 1 0 1 0 1 0 1 0 1 0 1 0 1 0 1 0 1 0 1 0 1 0 1 0 1 0

Resultado Correcto Correcto Correcto Correcto Correcto Correcto Correcto Correcto Correcto Correcto Correcto Correcto Correcto Correcto Correcto



4 Encendido de un motor por medio de mensajes Verificar el encendido y apagado de un motor dependiendo de una Objetivo palabra enviada por medio de un mensaje de texto. Elementos utilizados Utilizado Elemento Si No Arduino Mega 2560 X Arduino Duemilanove X Módulo GSM M95 X Led’s Indicadores X PC X Fuente de Alimentación X Dispositivo Móvil X Módulo GPS L50 X Acople de Potencia X Motor 5V X Bombillos 110V X Garmin Etrex Vista Hcx (GPS) X

Pruebas Y Ensayos

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Prototipo Completo Vehículo

X X

Tiempo de respuesta # Descripción Resultado Min Seg 1 Número autorizado - Palabra Encender 1 59 Correcto 2 Número autorizado - Palabra Apagar 1 56 Correcto 3 Número autorizado - Palabra Encender 2 05 Correcto 4 Número autorizado - Palabra Apagar 1 52 Correcto 5 Número autorizado - Palabra Encender 1 53 Correcto 6 Número autorizado - Palabra Apagar 1 54 Correcto 7 Número autorizado - Palabra Encender 1 54 Correcto 8 Número autorizado - Palabra Apagar 1 58 Correcto 9 Número autorizado - Palabra Encender 1 52 Correcto 10 Número autorizado - Palabra Apagar 1 56 Correcto 11 Número autorizado - Palabra Encender 2 06 Correcto 12 Número autorizado - Palabra Apagar 1 58 Correcto 13 Número no autorizado 1 58 Correcto 14 Número no autorizado 1 58 Correcto 15 Número no autorizado 1 59 Correcto Observación: Esta prueba se realizó tomando en cuenta que el módulo GSM se encontrara con acceso a la red Tabla 0-6 Verificación Prueba 5


5 Etapa de Potencia Verificar el control por medio de mensajes de texto de unos bombillos de Objetivo 110V acoplados por una etapa de potencia Elementos utilizados Utilizado Elemento Si No Arduino Mega 2560 X Arduino Duemilanove X Módulo GSM M95 X Led’s Indicadores X PC X Fuente de Alimentación X Dispositivo Móvil X Módulo GPS L50 X Acople de Potencia X

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Motor 5V Bombillos 110V Garmin Etrex Vista Hcx (GPS) Prototipo Completo Vehículo

X X X X X

Tiempo de respuesta # Descripción Resultado Min Seg 1 Número autorizado - Palabra Encender 1 53 Correcto 2 Número autorizado - Palabra Encender 1 56 Correcto 3 Número autorizado - Palabra Encender 1 53 Correcto 4 Número autorizado - Palabra Arrancar 1 58 Correcto 5 Número autorizado - Palabra Arrancar 1 56 Correcto 6 Número autorizado - Palabra Arrancar 1 53 Correcto 7 Número autorizado - Palabra Prender 1 56 Correcto 8 Número autorizado - Palabra Prender 1 56 Correcto 9 Número autorizado - Palabra Prender 2 05 Correcto 10 Número autorizado - Palabra Iluminar 2 06 Correcto 11 Número autorizado - Palabra Iluminar 2 05 Correcto 12 Número autorizado - Palabra Iluminar 1 55 Correcto 13 Número no autorizado 1 57 Correcto 14 Número no autorizado 1 56 Correcto 15 Número no autorizado 1 59 Correcto Observación: Esta prueba se realizó tomando en cuenta que el módulo GSM se encontrara con acceso a la red Tabla 0-7 Verificación Prueba 6


6 Aplicativo que envié mensajes Verificar que un aplicativo diseñado para un dispositivo móvil con Objetivo Android envié mensajes de texto al presionar un boton Elementos utilizados Utilizado Elemento Si No Arduino Mega 2560 X Arduino Duemilanove X Módulo GSM M95 X Led’s Indicadores X PC X Fuente de Alimentación X

Pruebas Y Ensayos

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Dispositivo Móvil Módulo GPS L50 Acople de Potencia Motor 5V Bombillos 110V Garmin Etrex Vista Hcx (GPS) Prototipo Completo Vehículo # 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12

Descripción Botón Empezar Botón Empezar Botón Empezar Botón Iniciar Botón Iniciar Botón Iniciar Botón Iluminar Botón Iluminar Botón Iluminar Botón GPS Botón GPS Botón GPS

X X X X X X X X Tiempo de respuesta Min Seg 0 2 0 3 0 2 0 2 0 2 0 1 0 3 0 2 0 2 0 3 0 3 0 2

Resultado Correcto Correcto Correcto Correcto Correcto Correcto Correcto Correcto Correcto Correcto Correcto Correcto


TABLA DE VERIFICACIÓN DE PRUEBAS 8 Prueba # 8 Titulo Prueba de todo el sistema Verificar el funcionamiento del sistema por medio de un prototipo Objetivo implementado en un vehículo. Elementos utilizados Utilizado Elemento Si No Arduino Mega 2560 X Arduino Duemilanove X Módulo GSM M95 X Led’s Indicadores X PC X Fuente de Alimentación X Dispositivo Móvil X

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Módulo GPS L50 Acople de Potencia Motor 5V Bombillos 110V Garmin Etrex Vista Hcx (GPS) Prototipo Completo Vehículo

X X X X X X X

Tiempo de respuesta # Descripción Resultado Min Seg 1 Subir vidrios 1 56 Correcto 2 Subir Seguros 1 55 Correcto 3 Bajar Seguros 1 56 Correcto 4 Apagar Motor 1 58 Correcto 5 Subir vidrios (5 Horas Después) 2 05 Correcto 6 Subir Seguros (5 Horas Después) 2 02 Correcto 7 Bajar Seguros (5 Horas Después) 1 59 Correcto 8 Apagar Motor (5 Horas Después) 1 52 Correcto 9 Subir vidrios (10 Horas Después) 2 05 Correcto 10 Subir Seguros (10 Horas Después) 2 12 Correcto 11 Bajar Seguros (10 Horas Después) 2 08 Correcto 12 Apagar Motor (10 Horas Después) 2 15 Correcto Observación: Esta prueba se realizó tomando en cuenta que el Módulo GSM se encontrara con acceso a la red

Conclusiones Teniendo en cuenta los parámetros que se requerían para este sistema de seguridad para vehículo se diseñó, desarrolló e implementó un control completo por medio del Arduino mega 2560. Para alcanzar el funcionamiento planteado se tomó como base un producto de seguridad contra el hurto de vehículos ofrecido por el mercado. La referencia del producto es Alarma Ultra Premiun 4b v3.0. Estos dos elementos cuentan con voltajes de alimentación y de operación diferentes por lo cual se hizo un acople de potencia para la comunicación. Esta etapa de potencia cuenta con opto acopladores, regulador de voltaje, relevos y elementos discretos que nos ayudan con la función de aislamiento. Esto permitió que nuestro sistema contara con la capacidad de sensar indicadores como apertura de puertas, shock, apertura del baúl. Además permite realizar tareas como cortar el flujo de corriente eléctrica hacia el motor, elevar los vidrios, subir los seguros de las puertas. Para lograr el control indicado anteriormente, se ha realizado el programa de control del Arduino en C y C++ aunque también acepta processing. Al Arduino se ha acoplado un shield GSM M95 de QUECTEL el cual funciona con comandos AT (Attention) y que se comunica con el Arduino por un puerto serial a 9600 bps en una comunicación fulldúplex. A este shield se le adaptó una sim card que puede ser de cualquier operador, permitiendo así la comunicación por medio de las redes celulares y el funcionamiento de nuestro sistema de seguridad por medio de llamadas o mensajes. Adicionalmente se ha implementado un módulo GPS L50 de QUECTEL que funciona con el protocolo NMEA (National Marine ElectronicsAssociation) y que trabaja específicamente con los datos obtenidos de la trama GPRMC. Este dispositivo también se comunica con el Arduino por un puerto serial a 4800 bps permitiendo obtener la ubicación del vehículo por medio de un mensaje de texto en forma de un link o URL que lleva directamente a la posición en un mapa, usando Google maps.

80


Se desarrolló un aplicativo para dispositivos móviles que tiene como sistema operativo Android, realizado con el programa App Inventor, que permite

crear aplicaciones

eficientes y estables. Este ejecutable inicia con la solicitud de la contraseña al usuario para darle seguridad de ingreso al sistema, y ofrece un menú donde nos permite controlar por medio de botones táctiles las funciones de nuestro sistema(elevar vidrios, subir seguros, bajar seguros, apagado de motor, disparo de alarma y control de luces). Este programa se comunica por medio de mensajes de texto con el Arduino. Además cuenta con una alerta sonora cuando el vehículo informa de alguna anomalía y muestra la posición del vehículo por medio de un mapa en Google maps. Una vez logrado el funcionamiento del sistema, se realizó la evaluación de su desempeño en un prototipo

implementado en un vehículo Renault Symbol® 2007.

Obteniendo datos como: retardo en respuesta bajo condiciones ideales menor o igual a 2 segundos, retardo en respuesta en condiciones adversas (climatología, geografía, hora pico en una red celular) hasta 2 minutos en el uso de SMS. No obstante, es importante aclarar que estos tiempos pueden aumentar en caso que el vehículo este en una zona en la cual no haya cobertura celular. Sin embargo, este sistema también tiene limitaciones. Algunas son propias del medio por el cual se decidió transmitir la información. Es decir, la red de telefonía celular. Las redes de telefonía celular permitieron ampliar la distancia desde la cual el usuario del sistema puede controlar el sistema de seguridad de su vehículo, pero estas redes presentan problemas en algunas ocasiones. Problemas como cobertura, propagación, etc. Estos problemas sumados a otros propios de los dispositivos utilizados para la realización física del sistema, como por ejemplo, la limitación del Módulo GSM al tener la antena GSM integrada dentro del circuito impreso que limita su alcance o el hecho de que el Módulo GPS es propenso a sufrir perturbaciones electromagnéticas o que necesita tener vista directa con los satélites para conocer su posición. Serán un inconveniente. A pesar de estas limitaciones el sistema estará a la par o incluso en una mejor posición de los que son ofrecidos actualmente por el mercado. Este sistema tendrá un impacto positivo dentro del mercado de seguridad para vehículos puesto que su bajo costo y su eficiente modelo de respuesta le brindará a los usuarios una alternativa real frente otros sistemas mucho más costosos con funciones semejantes.

Conclusiones

81

Este sistema puede ser mejorado tanto en la parte del sistema que se encuentra instalado en el vehículo como en la interfaz del usuario. En el vehículo se podrían instalar dispositivos que tuvieran requerimientos de antenas externas obteniendo un mayor alcance en la conexión con la red de telefonía celular, sin duda sería una mejora pero elevaría los costos en buena medida. También se pondrían instalar elementos que permitieran al usuario conocer detalles más específicos de lo que sucede en el momento de una intrusión en su vehículo. Como por ejemplo, cámaras fotográficas o de video y que transmitieran en tiempo real. Lo cual también elevaría los costos pero sería una función muy atractiva para el usuario. También se podría cambiar el método de comunicación SMS por GPRS causando un amento en la velocidad tanto de repuesta como de ejecución de tareas pues el tiempo de demora seria el tiempo que toma en establecer una llamada mientras que en el sistema actual se realiza un tiempo de espera puesto que se envía y recibe mensajes de texto para cada acción.


82

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Conclusiones

83

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Tesis Sistema Monitoreo Control Vehicular

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