EXTENSIÓN LATACUNGA - Repositorio Digital ESPE

EXTENSIÓN LATACUNGA - Repositorio Digital ESPE
EXTENSIÓN LATACUNGA
DEPARTAMENTO DE ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA
“DISEÑO E IMPLEMENTACIÓN DE UN DETECTOR DE
OBSTÁCULOS PARA NO VIDENTES”
JESSICA MARICELA ÁLVAREZ MURILLO
AIDA LILIANA DE LA CRUZ VACA
Tesis presentada como requisito previo a la obtención del Grado de:
INGENIERO EN ELECTRÓNICA E INSTRUMENTACIÓN
Año 2014
UNIVERSIDAD DE LA FUERZAS ARMADAS – ESPE
EXTENSIÓN LATACUNGA
CARRERA DE INGENIERÍA EN ELECTRÓNICA E INSTRUMENTACIÓN
DECLARACIÓN DE RESPONSABILIDAD
JESSICA MARICELA ÁLVAREZ MURILLO
AIDA LILIANA DE LA CRUZ VACA
DECLARAMOS QUE:
El proyecto de grado denominado “Diseño e Implementación de un Detector de
Obstáculos para no videntes”, ha sido desarrollado en base a una investigación
exhaustiva, respetando derechos intelectuales de terceros, conforme las citas que
constan en el pie de las páginas correspondientes, cuyas fuentes se incorporan en
la bibliografía.
Consecuentemente este trabajo es de mi autoría.
En virtud de esta declaración, me responsabilizo del contenido, veracidad y
alcance científico del proyecto de grado en mención.
Latacunga, Abril del 2014
`
Jessica Álvarez
C.C. 0503246670
Liliana De La Cruz
C.C. 0503161937
UNIVERSIDAD DE LA FUERZAS ARMADAS – ESPE
EXTENSIÓN LATACUNGA
CARRERA DE INGENIERÍA EN ELECTRÓNICA E INSTRUMENTACIÓN
CERTIFICADO
ING. EDDIE GALARZA (DIRECTOR)
ING. NANCY GUERRÓN (CODIRECTORA)
CERTIFICAN
Que el trabajo titulado “Diseño e Implementación de un Detector de Obstáculos
para no videntes”, realizado por Jessica Álvarez y Liliana De La Cruz, ha sido
guiado y revisado periódicamente y cumple normas estatuarias establecidas por la
ESPE, en el Reglamento de Estudiantes de la Universidad de las Fuerzas
Armadas-ESPE.
Debido a ser un tema de actualidad tecnológica e inclusión y si recomiendan su
publicación.
El mencionado trabajo consta de dos documentos empastados y dos discos
compactos los cuales contienen los archivos en formato portátil de Acrobat (pdf).
Autorizan a Jessica Álvarez y Liliana De La Cruz que lo entregue al Ing. José
Bucheli, en su calidad de Director de la Carrera.
Latacunga, Abril del 2014
Ing. Eddie Galarza
DIRECTOR
Ing. Nancy Guerrón
CODIRECTOR
UNIVERSIDAD DE LA FUERZAS ARMADAS – ESPE
EXTENSIÓN LATACUNGA
CARRERA DE INGENIERÍA EN ELECTRÓNICA E INSTRUMENTACIÓN
AUTORIZACIÓN
Nosotras, JESSICA MARICELA ÁLVAREZ MURILLO
AIDA LILIANA DE LA CRUZ VACA
Autorizamos a la Universidad de las Fuerzas Armadas la publicación, en la
biblioteca virtual de la Institución del trabajo “Diseño e Implementación de un
detector de obstáculos para no videntes” y autoría.
Latacunga, Abril del 2014
`
Jessica Álvarez
C.C. 0503246670
Liliana De La Cruz
C.C. 0503161937
DEDICATORIA
Jessica,
A todas las personas quienes hicieron posible culminar mi carrera. A mi mami
Fabiola, a mis hermanos Vinicio, Stalin y Karen, a mis queridos y buenos amigos,
a mi adorado hijo y mi papi Olmedo que no presente pero siempre me acompaña
a donde voy.
Liliana,
A Dios por darme la vida, a mis padres Alfonso y Edelina por el gran esfuerzo
por darme lo mejor, a mis hermanos Washington y Fabián que inculcaron en mi
el deseo de prepararme y ser una profesional, a mis hermanas Políticas Marisol y
Lorena por sus consejos y apoyo en todo momento, a mis sobrinos Yadira, Fabián
y Estefanía por la felicidad que irradian en mi corazón, y a mis excelentes amigos
quienes confiaron en mí hasta lograr culminar mi carrera.
AGRADECIMIENTO
Jessica,
A mi mami Fabiola Murillo por apoyarme en todo momento por mas difícil que
fuere, a mis hermanos Vinicio, Stalin y Karen Álvarez quienes siempre estuvieron
a mi lado, a mis amigos, a mi adorado hijo quien es el motivo para seguir siempre
adelante. A mis queridos profesores quienes compartieron conmigo sus
conocimientos dentro y fuera de las aulas.
Liliana,
A toda mi familia por apoyarme y confiar en mi hasta alcanzar la meta propuesta
de ser una profesional, a los excelentes ingenieros que compartieron conmigo
todos sus conocimientos dentro y fuera de las aulas y a mis amigos por haber
confiado en mí y apoyarme en lo que necesitaba.
ÍNDICE DE CONTENIDOS
CARÁTULA……………………………………………………………………….i
DECLARACIÓN DE RESPONSABILIDAD…………………………………….ii
CERFIFICADO.………………………………………………………………….iii
AUTORIZACIÓN………………………………………………………………..iv
DEDICATORIA…………………………………………………………………..v
AGRADECIMIENTO……………………………………………………………vi
ÍNDICE DE CONTENIDOS…………………………………………………….vii
ÍNDICE DE FIGURAS……….………………………………………………..…xi
ÍNDICE DE TABLAS……….………………………………………………..…xii
RESUMEN…...……………………………………………………………………1
ABSTRACT……………………………………………………………………….2
CAPITULO I.…………………………………………………………………….3
FUNDAMENTO TEÓRICO……………………………………………………...3
1.1 LA VISIÓN……………………………………………………………………3
1.1.1 PATOLOGÍAS DE LA VISIÓN….......…………………………………3
1.1.2 CEGUERA…………………………………………….…………………4
1.1.3 ORGANISMOS DE AYUDA PARA INVIDENTES...………………....5
a. CONADIS…………………………………………...………..…………5
b. FENCE……………………………………………..………...…………6
1.1.4 MÉTODOS DE AYUDA PARA INVIDENTES…..………….………..7
a. Método de Escritura y Lectura Braille…….…………………….………8
b. Perros guía……………………………………………………....………8
c. El Bastón Blanco………………………………………………..………9
1.2 SENSORES…………………………………………………………………..10
1.2.1 SENSORES DE PROXIMIDAD………………………………………..11
1.2.1.1 SENSORES DE ULTRASÓNIDO………………………………11
1.2.2 SENSOR ULTRASÓNICO LV-MAXSONAR EZ……………………13
a. Cálculo de distancia en el sensor EZ1……………………………………15
b. Descripción de pines del sensor………………………………………….16
c. Patrón de radiación………………………………………………….……18
1.3 MICROCONTROLADORES.………………………………………….……18
1.3.1 MICROCONTROLADORES PIC………………………………………19
1.3.2 PIC 16F870……………………………………………………….….…..19
a. Descripción de pines…………………………………………………..…21
b. Configuración del oscilador en el PIC.…………………………..............23
c. Módulo del convertidor Análogo a Digital………………………………26
c1. Forma de realizar la conversión A/D……………………………...…29
d. Comunicación USART.………………………………………………….29
1.4 REPRODUCCIÓN DE MENSAJES DE VOZ.……………………………...31
1.4.1 MODULO DE VOZ WT9501M03-USBV1.4…………………………..31
a. Descripción de pines del modulo MP3 WT9501M03- USBV1.4….……32
b. Modos de funcionamiento del módulo…………………………………..33
c. Formato de datos…………………………………………………………34
d. Modos de conexión..……………………………………………………..37
CAPÍTULO II…….……………………………………………………………..40
CONSTRUCCIÓN E IMPLEMENTACIÓN DEL HARDWARE Y
SOFTWARE DEL PROYECTO ……….…………………………………….…40
2.1 CONSTRUCCIÓN
E IMPLEMENTACIÓN DEL
HARDWARE DEL PROYECTO.………………………..………….…….40
2.1.1 SISTEMA PARA MEDICIÓN DE DISTANCIAS..………………….41
2.1.2 SISTEMA DE DETECCIÓN DE OBSTÁCULOS.…………………..43
2.1.3 SISTEMA DE CONTROL……………………………………………44
2.2 SISTEMA DE REPRODUCCIÓN DE MENSAJES…………………..….45
2.2.1 PROCESO DE GRABACIÓN DE MENSAJES DE VOZ……….….46
2.2.2 CONEXIÓN DEL MÓDULO DE VOZ…………………………..….47
2.2.3 CIRCUITO DEL DETECTOR DE OBSTÁCULOS……………..…..49
2.3 DISEÑO DE SOFTWARE DEL DETECTOR DE OBSTÁCULOS….….50
2.3.1 LENGUAJE DE PROGRAMACIÓN………………………………..50
a. MIKROBASIC……………………………………………………...50
2.3.2 Creación de un proyecto en BASIC …………………………...…….51
2.3.3 DIAGRAMA DE FLUJO DEL PROYECTO ………………………..54
2.3.4 CÓDIGO DEL PROGRAMA ………………………………………..55
CAPÍTULO III………………………………………………………………….59
PRUEBAS DE FUNCIONAMIENTO DEL DETECTOR DE
OBSTÁCULOS…………………………………………………………………..59
3.1 PRUEBAS DE VOLTAJE. …………………………………………………59
3.2 PRUEBAS DE RESPUESTA DE TIEMPO DEL DETECTOR DE
OBSTÁCULOS……………………………………………………………..61
3.3 PRUEBAS DEL DETECTOR DE OBSTÁCULOS CON
DIFERENTESTIPOS DE MATERIALES……….....……………………...62
3.4 PRUEBAS DEL DETECTOR DE OBSTÁCULOS EN
DIFERENTES AMBIENTES……………………………………………….65
3.5 LIMITACIONES DEL DETECTOR DE OBSTÁCULOS………………….66
CAPÍTULO IV………………………………………………………………….67
CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES.…………………………………67
4.1 CONCLUSIONES…………………………………………………………...67
4.2 RECOMENDACIONES……………………………………………………..69
BIBLIOGRAFÍA……………………………………………………………71
NETGRAFÍA…………………………………………………………….…72
ANEXOS………………………………………………………………………...73
ANEXO 1………………………………….………….. MANUAL DE USUARIO
ANEXO 2 ………………………………..…………CÓDIGO DEL PROGRAMA
ANEXO 3…….HOJA DE DATOS TÉCNICOS SENSOR LV-MAXSONAR EZ1
ANEXO 4…….HOJA DE DATOS TÉCNICOS DEL MICROCONTROLADOR
ANEXO 5……………….HOJA DE DATOS TÉCNICOS DEL MÓDULO MP3
WT9501M03
ANEXO 6……………….TABLA DE CONVERSIÓN DE DATOS ANÁLOGOS
A VALORES DE DISTANCIAS
ÍNDICE DE FIGURAS
Figura 1.1: Ojo humano…………………………………………………………...3
Figura 1.2: Método de lectura/escritura Braille…………………………………...8
Figura 1.3: Perro guía y su amo…………………………………………………...8
Figura 1.4: Bastón Blanco…………………………………………………………9
Figura 1.5: Patrones de radiación de los sensores LV-Maxsonar EZ……………13
Figura 1.6: Sensor de ultrasonido EZ1…………………………………………...14
Figura 1.7: Distancia "D" entre un transductor y un objeto (medición del
tiempo de vuelo de una ráfaga de pulsos TX ) ……………………..15
Figura 1.8: Distribución de pines del sensor EZ1………………………………..16
Figura 1.9: Lóbulo de radiación del sensor de ultrasonido………………………18
Figura 1.10: Distribución de pines del PIC16F870………………………………21
Figura 1.11: Conexión del oscilador XT…………………………………………24
Figura 1.12: Conexión RC. ……………………………………………………...24
Figura 1.13: Módulo del convertidor A/D……………………………………….26
Figura 1.14: Distribución de pines del módulo WT9501M03 – USB V14……...32
Figura 1.15: Conexión del módulo con pulsadores………………………………37
Figura 1.16: Conexión a los auriculares sin condensadores……………………..37
Figura 1.17: Conexión sin GBUF………………………………………………..38
Figura 1. 18: Conexión del módulo con una MCU………………………………38
Figura 1. 19: Conexión a los auriculares…………………………………………39
Figura 1. 20: Conexión sin GBUF…….…………………………………………39
Figura 2. 1: Diagrama de bloques del proyecto…………………………….……40
Figura 2. 2: Conexión del sensor al PIC…………………………………………43
Figura 2. 3: Conexión del MCRL…………………………………………..……44
Figura 2. 4: Conexión del regulador de voltaje……………………………..……44
Figura 2. 5: Conexión del oscilador al PIC………………………………………45
Figura 2. 6: Grabación de mensajes en el programa Audacity……………..……46
Figura 2.7: Exportar el mensaje de voz a formato MP3…………………………46
Figura 2. 8: Conexión del microcontrolador al módulo de voz………………….48
Figura 2. 9: Circuito detector de obstáculos………………………………...……49
Figura 2. 10: Creación de un proyecto. …………………………………….……52
Figura 2. 11: Configuración del microcontrolador. ………………………..……53
Figura 2. 12: Ventana para escribir el código del programa………………..……53
Figura 2. 13: Diagrama de flujo del detector de obstáculos………………..…….54
Figura 3. 1: Tensión aplicada al microcontrolador. ………………………..……59
Figura 3. 2: Voltaje medido en el pin RST. ………………………………..……60
Figura 3. 3: Imagen capturada con una pared de hormigón. ……………….……63
Figura 3. 4: Imagen capturada con una funda plástica. …………………….……63
Figura 3. 5: Imagen capturada con una puerta metálica. …………………..……64
Figura 3. 6: Imagen capturada con un vidrio. ……………………………...……64
Figura 3.7: Imagen capturada con una puerta de madera…………………...……65
ÍNDICE DE TABLAS
Tabla 1.1. Personas con discapacidad en el Ecuador………………………..…….6
Tabla 1.2: Descripción de pines del sensor………………………………………17
Tabla 1.3: Gama de la familia PIC…………………………………………...…..19
Tabla 1.4: Descripción de pines del microcontrolador 16F870. …………..…….22
Tabla 1.5: Registro para configuración de oscilador…………………………….24
Tabla 1.6: Configuración del oscilador…………………………………………..25
Tabla 1.7: Configuración del registro ADCON0…………………………..…….27
Tabla 1.8: Configuración del registro ADCON1…………………………...……28
Tabla 1.9: Registro TXSTA (98h) ………………………………………………30
Tabla 1.10: Descripción de pines del módulo mp3………………………………33
Tabla 1.11: Formato de datos en comunicación serial……………………...……34
Tabla 1.12: Descripción de códigos de operación en una SD card y
una U-disk…………………………………………………………35
Tabla 2.1: Valores de voltaje y distancia obtenidos en las mediciones
realizadas en un rango de 0 a 3 metros………..……………………41
Tabla 2.2: Código USART para reproducción de mensajes
en el módulo de voz………………………………………….……..47
Tabla 3.1. Mensajes grabados en la tarjeta SD del módulo de voz.……….……..61
Tabla 3. 2. Pruebas del detector de obstáculos con diferentes
tiempos en el aviso de obstáculos.…………………………………61
Tabla 3. 3. Pruebas del detector de obstáculos con diferentes materiales…..……62
Tabla 3. 4. Pruebas del detector de obstáculos en diferentes ambientes…... ……65
RESUMEN
En la actualidad se busca satisfacer las necesidades de todas las personas y más de
aquellas que tienen diferentes tipos de discapacidades, así como son las personas
no videntes, siendo la visión lo mas importante en la vida de todas las personas y
quienes no la poseen tienen gran dificultad para llevar una vida normal y depender
de sí mismos. El presente proyecto busca ayudar a satisfacer las necesidades de
las personas invidentes como son movilizarse por las calles con seguridad y evitar
accidentes, para ello se hace un estudio de la fisiología y patologías de la visión
así como la ceguera y las causas que la producen.
Conocidas las limitaciones de la visión en muchas personas se busca los
elementos electrónicos que sirvan para construir un detector de obstáculos como
son el microcontrolador, sensor ultrasónico y el módulo de voz, y según el
funcionamiento de cada uno de estos se procede a diseñar e implementar hardware
y software del sistema. Dentro del hardware están las conexiones de los
dispositivos al sistema electrónico como son reguladores de tensión que
proporcionen la alimentación de 5V al sensor, módulo de voz y el
microcontrolador. Para obtener la distancia que proporciona el sensor, el
microcontrolador por medio de conversor análogo-digital, lo digitaliza y realiza la
comparación, el módulo MP3 a través del módulo USART del microcontrolador
reproducen el mensaje que indica la distancia a la cual se encuentra el obstáculo.
Los resultados obtenidos en el desarrollo del proyecto es el detector de obstáculos
que funciona de la forma requerida, personas invidentes utilizaron el dispositivo y
dijeron que este informa de la presencia de obstáculos a través de un mensaje de
voz que indica la distancia a la cual se encuentran.
ABSTRACT
At present it seeks to meet the needs of all people and those who have different
types of disabilities, such as blind people , being the most important in the lives of
all persons who view and possess not have very difficult to lead a normal life and
rely on themselves . This project aims to help meet the needs of blind people as
they are mobilized in the streets safely and avoid accidents, to do a study of the
physiology and pathology of vision and blindness and causes that produce it is.
Knowing the limitations of vision in many people looking for electronic
components which serve to build an obstacle detector such as microcontroller,
ultrasonic sensor and voice module, according to the operation of each of these is
necessary to design and implement hardware and system software. Within the
hardware are connections to electronic devices such as voltage regulators to
provide a 5V power to the sensor, voice module and the microcontroller. For the
distance provided by the sensor, the microcontroller via analog - digital converter
, digitizes and makes the comparison, the MP3 module via USART module
microcontroller reproduce the message indicating the distance at which the
obstacle is .
The results obtained in the project is the obstacle detector that works as required,
blind people used the device and said that this reports the presence of obstacles
through a voice message indicating the distance to which found .
CAPÍTULO I
FUNDAMENTO TEÓRICO
1.1
LA VISIÓN
La visión es un instrumento indispensable en la vida de todo ser humano, con el
cual se ve al mundo en sus diferentes formas, tamaños, colores, etc.
Figura 1.1: Ojo humano
“La vista es el sentido que nos permite conocer, mediante las impresiones
luminosas, el volumen, la forma, el color, el tamaño y las demás cualidades de los
objetos que nos rodean. El estímulo específico es la luz, y el campo receptor la
retina. La luz, antes de llegar a la retina, atraviesa los distintos componentes del
aparato dióptrico del ojo: la córnea, el humor acuoso, donde se produce la
primera refracción luminosa, la pupila, el cristalino o lente biconvexa, donde se
produce la segunda refracción, y el humor vítreo, donde la luz se retracta por
tercera vez”1.
1.1.1
PATOLOGÍAS DE LA VISIÓN
Existe un sin número de enfermedades de la visión que si no se detectan a tiempo
y no son tratadas pueden causar severas limitaciones y llevar a la persona a la
ceguera total entre las patologías más prioritarias según la OMS que afectan a
miles de personas en el mundo, tales como las siguientes2:
1
•
Tracoma
•
Ceguera de la Infancia
•
Cataratas
•
Oncocercosis
Artículo tomado de: http://www.monografias.com/trabajos/sentidovista/sentidovista.shtml.
Fuente: http://www.oftalmo.com/studium/studium2008/stud08-4/08d-02.htm
2
•
1.1.2
Errores refractivos y baja visión
CEGUERA
La ceguera es la pérdida total de la percepción visual, si una persona percibe rayos
de luz, esta no tiene la capacidad de determinar lo que es o de donde viene,
clínicamente la forma de comprobar si una persona está ciega es extendiendo la
mano frente a esta persona y preguntarle cuantos dedos están, si no responde
correctamente es declarado ciego3.
La ceguera es una discapacidad física que imposibilita a la persona no vidente a
desenvolverse y desarrollarse social, laboral, cultural y económicamente sola.
Según el grado de pérdida de la visión se puede citar dos tipos de ceguera así
como tenemos la ceguera parcial y la ceguera total4:
Ceguera Parcial: es cuando la persona tiene baja visión y se ve obligado a usar
lentes de aumento para tener una visión buena.
Ceguera Total: es cuando la persona no ve
absolutamente nada y no hay
posibilidad de que puedan ver, tiene que ayudarse de los diferentes métodos
existentes para desenvolverse y realizar actividades de la vida cotidiana.
La ceguera en algunos casos es una discapacidad con la cual se nace, pero también
existen enfermedades que al no ser tratadas a tiempo llevan a la pérdida total de la
visión. Por lo general los daños más frecuentes que limitan la visión y llevan a la
ceguera son los producidos en:
Las estructuras transparentes del ojo, como cataratas y opacidad de
la córnea.
La retina, como la degeneración macular, que en la mayoría de
casos que se presentan es en personas de avanzada edad.
El nervio óptico, como el glaucoma o la neuropatía óptica.
3
4
fuente: http://eespecial.sev.gob.mx/difusion/visual.php
fuente: http://es.wikipedia.org/wiki/Ceguera
El cerebro, como puede suceder a causa de un derrame cerebral.
Este tipo de discapacidad también es producido por otras enfermedades, este es el
caso de personas diabéticas, que a más de tener esta terrible enfermedad y en
muchos de los casos pierden la vista.
1.1.3
ORGANISMOS DE AYUDA PARA INVIDENTES
En nuestro país hay organismos que se preocupan del bienestar de las personas
con discapacidad, así como tenemos el CONADIS (Concejo Nacional de
Discapacidades) y la FENCE (Federación Nacional de Ciegos del Ecuador).
Estos organismos crean instituciones que brindan la ayuda necesaria para el
desarrollo físico e intelectual de las personas no videntes, el trabajo que realizan
estos organismos es formar y capacitar, de tal manera que puedan ser útiles a la
sociedad y sean independientes en la vida cotidiana.
a. CONADIS
Es un organismo autónomo de carácter público que brinda apoyo a los sectores
desprotegidos de la sociedad, se creó en 1992, a través de la Ley 180 de
Discapacidades, con la finalidad de contribuir al progreso de la sociedad
abarcando a la población más desprotegida que son las personas con diferentes
tipos de deficiencias físicas y mentales5.
El Concejo Nacional de Discapacidades es un organismo que desarrolla acciones
de prevención de discapacidades en los sectores más desprotegidos de la
comunidad. Además brinda atención a la población con discapacidades y planifica
acciones de integración de estos sectores, para de esta manera elevar la calidad de
vida de estas personas que en mucho de los casos viven en condiciones
infrahumanas, sin atención y aislados de la sociedad.
Dentro de los aspectos que trabaja el CONADIS, el aspecto más relevante es la
prevención, porque al haber una persona con alguna discapacidad implica
5
http://www.conadis.gob.ec/
limitación en el desarrollo intelectual, por esta razón se vuelven dependientes de
la sociedad, impidiendo el crecimiento del país. El CONADIS genera políticas de
información, planifica y coordina acciones con los sectores públicos y privados,
en el ámbito de las discapacidades, canalizando los recursos nacionales e
internacionales en este campo. En el Ecuador el 13,2% de la población son
personas con algún tipo de discapacidad, esto equivale a 1`600.000 personas, se
puede señalar que en el país existen un número estimado de personas con algún
tipo de discapacidad, indicado en la tabla 1.16:
Tabla 1.2. Personas con discapacidad en el Ecuador
Discapacidad
Deficiencias Físicas
# Personas
592.000
Deficiencias Mentales y Psicológicas 432.000
Deficiencias Visuales
363.000
Deficiencias Auditivas y de lenguaje 213.000
Esta cifra es preocupante por lo cual, el sector de la investigación debe crear
nuevos métodos de ayuda tecnológicas para personas con discapacidad.
b. FENCE
“En 1965, en la ciudad de Quito se organizó el primer Congreso Nacional de
Ciegos del Ecuador, proponiéndose el Proyecto de Ley de protección a los ciegos.
Desde ese año, se dio un prolongado receso tiflológico en el país. Sin embargo
fue aprobada la Ley 13-97 del 26 de octubre de 1966, hoy vigente con ciertas
reformas de agosto de 1992. El segundo Congreso Nacional de Ciegos, se lo
realizó en la ciudad de Quito el 12 de abril de1985, en cuya asamblea, luego de
aprobar el Estatuto y el proyecto de Ley de Defensa de los Derechos del Ciego,
quedó fundada la actual Federación Nacional de Ciegos del Ecuador (FENCE),
siendo su sede actual la ciudad de Cuenca”7.
6
fuente:
http://www.consejodiscapacidades.gob.ec/wpcontent/uploads/downloads/2014/03/conadis_registro_nacional_discapacidades.pdf
7
Artículo tomado de:
http://www.discapacidadesecuador.org/portal/index.php?option=com_content&task=blog
category&id=37&Itemid=109
Los objetivos de este organismo es impulsar el progreso y desarrollo de personas
con discapacidad visual en el mundo actual, velando por el mejoramiento
económico, cultural y social de los miembros de las instituciones de la FENCE,
además de instruir profesionalmente y emplearlos8.
La Federación Nacional de Ciegos de Ecuador se encarga de brindar atención a la
población indígena que tiene algún tipo de discapacidad, siendo este el sector más
vulnerable a padecer este tipo de deficiencia. Además de crear instituciones para
atender a la población no vidente, también hace convenios con otras instituciones
para ayudar a mejorar las condiciones de vida de este sector. Dentro de los
convenios que realiza este organismo, desde el año 2005 el Ministerio de
Educación y la Federación Nacional de Ciegos del Ecuador co-ejecutan el
proyecto de alfabetización, rehabilitación y capacitación a jóvenes y adultos
discapacitados visuales con escolaridad inconclusa principalmente en los
sectores rural y urbano marginales en varios cantones y provincias del país.
1.1.4
MÉTODOS DE AYUDA PARA INVIDENTES
Los métodos de ayuda para personas con discapacidad visual que se crearon hace
muchos años y todavía permanecen brindando ayuda a estas personas son:
•
Método de Escritura y Lectura BRAILLE
•
Perros Guía
•
Bastón Blanco
En nuestro país se brinda ayuda a personas ciegas utilizando los métodos
tradicionales antes mencionados, pero no se ha podido recurrir a los métodos que
la tecnología actual proporciona, así como son bastones inteligentes, robots guías,
etc. Este tipo de aparatos son realmente caros y no están al alcance de los recursos
económicos, por ello el desarrollo físico e intelectual de personas con
discapacidad visual está limitado a la condición económica.
8
fuente:
http://www.discapacidadesecuador.org/portal/index.php?option=com_content&task=view
&id=74&Itemid=109
a. Método de Escritura y Lectura Braille
Este método se creó hace mucho tiempo atrás y en países como el nuestro se sigue
utilizando para capacitar a las personas con discapacidad visual.
Figura 1. 2: Método de lectura/escritura Braille
El método braille es un sistema de lectura y escritura táctil diseñado
para
personas ciegas, el francés Louis Braille lo inventó a mediados del siglo XIX,
quién quedó ciego debido a un accidente en su niñez, cabe recalcar que este
método no es un idioma sino es un alfabeto compuesto de un sistema de 6 puntos
de alto relieve, siendo un sistema binario que pueden representar letra, signos de
puntuación, números, grafía científica, símbolos matemáticos, música, etc.9.
b. Perros guía
Figura 1. 3: Perro guía y su amo
9
fuente: http://es.wikipedia.org/wiki/Braille_%28lectura%29
Los perros guía son entrenados para guiar a personas ciegas o con daño visual. A
fin de satisfacer las necesidades de la vida diaria así como dirigirse a algún lugar,
ayudar a los quehaceres de la casa como: vestirse, traer lo que el/la no vidente
diga, tratando de esta manera de llevar una vida totalmente normal10.
“El perro guía aprende a parar en los bordillos donde esperará la orden de su
amo para continuar o bien realizar un giro (derecha o izquierda). La persona
ciega tiene la responsabilidad de decidir cuándo se puede realizar el cruce de
forma segura, para ello ha de escuchar atentamente el fluido del tráfico y dar la
orden al perro en el momento en que no hay tráfico, en caso de duda el usuario
deberá solicitar la ayuda de una persona vidente para garantizar la seguridad en
el cruce”11.
c. El Bastón Blanco
Figura 1. 4: Bastón Blanco
El Bastón Blanco es un instrumento que identifica a los deficientes visuales, les
permite desplazarse en forma autónoma. Las características de diseño y técnica de
manejo facilitan el rastreo y detección oportuna de obstáculos que se encuentran a
ras del suelo12.
10
fuente: http://es.wikipedia.org/wiki/Ceguera
Artículo tomado de: http://es.wikipedia.org/wiki/Perro_gu%C3%ADa
12
fuente: http://www.contactobraille.com/baston.html
11
El bastón es el instrumento más utilizado para el desplazamiento de una persona
ciega en medios donde hay afluencia de personas, postes, veredas, etc, que
impiden el libre tránsito de la persona.
Conocidos los métodos de ayuda para invidentes, se puede dar cuenta de que cada
uno de ellos tiene sus limitaciones, pero con el avance de la tecnología es
necesario desarrollar dispositivos que ayuden a tener una visión artificial del
mundo, existen sensores de ultrasonido, cámaras que tienen la capacidad de
detectar e identificar objetos a ciertas distancias en formas, colores materiales, etc.
Hoy en día existen robots que tiene la capacidad de dirigir a una persona
invidente, esta tecnología está en países desarrollados, en nuestro país no se puede
acceder a este tipo de aparatos por los elevados costos que tienen, por ello es
necesario desarrollar dispositivos que estén al alcance de nuestra población con
discapacidad visual.
1.2
SENSORES
Sensor es aquel elemento que tiene la capacidad de medir una magnitud física y
entregar una señal medible eléctricamente, consta de un elemento sensible a dicha
magnitud física, puede ser la temperatura, presión, caudal del agua, presencia de
objetos, calor, humedad, etc. Un sensor debe ser capaz de transformar la magnitud
física en un cambio eléctrico, ya sea por características propias o por medio de
circuitos o dispositivos intermedios, la variación eléctrica que entrega el sensor
puede alimentar un circuito que la utilice directamente, o sino en una etapa previa
de acondicionamiento a los parámetros requeridos, para que finalmente se la
pueda utilizar para el control13.
La cantidad de sensores existente es muy variada por el sin número de variable
físicas medibles, para el desarrollo del presente proyecto se necesita de sensores
que tengan la capacidad de determinar la presencia o ausencia de objetos y la
distancia a la cual se encuentran. Por ello es necesario utilizar sensores de
proximidad, que son los adecuados para este tipo de aplicaciones.
13
fuente: http://robots-argentina.com.ar/Sensores_general.htm
1.2.1
SENSORES DE PROXIMIDAD
Los sensores de proximidad también reciben el nombre de detectores de objetos
porque proporcionan una señal en función de la presencia de un objeto. La
detección de la presencia de un objeto depende de varios factores: la distancia, la
velocidad, el tipo de material, etc. La variación de estos factores es amplia y hace
que existan diferentes procedimientos para la detección por ello existen cantidad
de sensores14.
Existen dos formas principales en que un objeto actúa sobre un sensor, que se
diferencian por la existencia o no de contacto entre ambos:
Sensores con contacto son aquellos en los que el objeto toca físicamente al sensor
y cierra o abre uno a más circuitos eléctricos.
Sensores sin contacto son aquellos que detectan la presencia de un objeto sin
necesidad de que exista un contacto físico entre objeto y sensor.
Por la necesidad de detectar la distancia a la cual se encuentra un objeto, hay que
estudiar los sensores de proximidad sin contacto, los cuales son un grupo muy
variado de sensores, con principios de funcionamiento muy diferentes, desde
sensores que se basan en la transmisión de sonido hasta los que se fundamentan en
la inducción electromagnética. Todos necesitan alimentación externa para su
funcionamiento, es decir necesita un circuito de alimentación independiente.
Dentro de este tipo de sensores se tiene los siguientes:
Inductivos, capacitivos, opto electrónicos, ultrasónicos y magnéticos, los cuales
son utilizados de acuerdo a la necesidad del usuario y del campo de aplicación.
1.2.1.1 SENSORES DE ULTRASONIDO
Los sensores de ultrasonidos son detectores de proximidad, por no tener contacto
con el objeto están
libres de roces mecánicos, tienen un amplio rango de
detección que llega a distancias de hasta 8m, el sensor emite un sonido y mide el
tiempo que la señal tarda en regresar. Estos reflejan en un objeto, el sensor recibe
14
fuente: http://www.slideshare.net/diego5wh/sensores-de-distancia
el eco producido y lo convierte en señales eléctricas las cuales son elaboradas en
el aparato de valoración15.
Este tipo de sensores trabajan únicamente en el aire, y pueden detectar objetos con
diferentes formas, colores, superficies y diferentes materiales como pueden ser
sólidos, líquidos o polvorientos, son deflectores del sonido y trabajan según el
tiempo de transcurso del eco, valorando la distancia temporal entre el impulso de
emisión y recepción del eco [1].
Los sensores de ultrasonidos son muy utilizados en distintas aplicaciones
industriales, por ejemplo en el conteo de productos para la detección de cajas, etc.
También son muy utilizados en el campo de la investigación como es el caso en
robots para dotar de visión artificial a estas creaciones, teniendo buenos
resultados, por ello se los puede encontrar en el mercado con facilidad.
Con la información que se ha reunido hasta ahora, se decidió emplear los sensores
ultrasónicos a fin de que el dispositivo detector de obstáculos pueda percibir
información a cierta distancia en cualquier lugar por donde se movilice la persona
no vidente.
15
fuente:
http://libroweb.alfaomega.com.mx/catalogo/automatasprogramables/libreacceso/libreacce
so/reflector/ovas_statics/sensores/temas/SA_TEMA_10-ULTRASONIDOS.pdf
1.2.2
SENSOR ULTRASÓNICO LV-MAXSONAR EZ
El sensor LV-Maxsonar EZ pertenece a la familia Maxbotic que es una gama que
ofrece sonar muy corto y largo alcance de detección de hasta 6,45 metros, viene
en un paquete muy pequeño y el consumo de energía es muy bajo. LV-Maxsonar
EZ está disponible en cinco patrones de radiación que son el EZ0, EZ1, EZ2, EZ3,
EZ4, que son utilizados de acuerdo a la necesidad que implique la aplicación en la
cual se va a trabajar, los patrones de radiación se describen en la figura 1.516.
Figura 1. 5: Patrones de radiación de los sensores LV-Maxsonar EZ
Para obtener la medición de distancias con sensores ultrasónicos se trabaja con el
sensor de la serie LV-Maxbotic EZ1, que tiene el patrón de radiación adecuado
para el detector de obstáculos, tiene transmisor y receptor encriptados.
16
fuente: http://www.maxbotix.com
Sensor LV-Maxsonar-EZ1
Figura 1. 6: Sensor de ultrasonido EZ1
Este pequeño sensor de ultrasonido ofrece capacidad de detección de presencia y
medición de distancia en largo alcance de detección, tiene integrado el transmisor
y el receptor en la misma placa. Este sensor es capaz de detectar objetos situados
entre 0 y 254 pulgadas (0 y 6,45 metros) de distancia, proporcionando los datos
obtenidos del cálculo de la distancia con una resolución de 1 pulgada (2,54 cm), la
tensión de alimentación va de 2.5V a 5.5V, si se alimenta el sensor con una
tensión de 5V se tiene una salida analógica de 9.8mV/pulgada caso contrario si se
alimenta el sensor con una tensión de 3.3V se tiene una salida de 6.4mV/pulgada.
Tiene tres formatos de salida que incluyen la salida de ancho de pulso, salida de
tensión analógica y salida digital serie, que se encuentran activos al mismo tiempo
y funcionan simultáneamente y pueden conectarse con cualquier sistema basado
en microcontrolador de una forma fácil y flexible. La salida serial RS232 es TTL,
las salidas PWM y analógicas pueden ser conectadas directamente a un
microcontrolador sin necesidad de una etapa previa de acondicionamiento, debido
a que la señal puede ser tratada por software sin problema17.
Características y especificaciones:
Es pequeño y ligero, sus dimensiones son: 0.870 "x 0.785" x 0.645 ", y
pesa 4.3 gramos.
Tiene un rango de detección largo de: 0 - 254 pulgadas (6,45 metros)
No existe zona muerta ya que el rango de detección es de 6 pulgadas, que
en mediciones grandes no implica mayor problema.
La tensión de alimentación va desde 2,5 a 5,5 V.
17
fuente: http://www.maxbotix.com/uploads/LV-MaxSonar-EZ1-Datasheet.pdf
La frecuencia de emisión de eco es de 42kHz.
La tasa de lectura es de 20 Hz.
Salida serial RS232 está a 9600bps.
La tensión de salida analógica es de 10mV/pulgada.
Salida PWM: el ancho del pulso es de 147uS/pulgada.
a. CÁLCULO DE DISTANCIA EN EL SENSOR EZ1
La manera de obtener la información de la distancia se logra al hacer la medición
del tiempo de vuelo del eco que emite el transmisor al objeto.
Si se toma en cuenta T0 como el tiempo en el cual una ráfaga de pulsos es
transmitida y T1 el tiempo en el cual la ráfaga o parte de ella es recibida, entonces
la distancia D figura 1.818.
Figura 1. 7: Distancia "D" entre un transductor y un objeto (medición del tiempo
de vuelo de una ráfaga de pulsos TX )
La distancia entre el sensor y el objeto se determina aplicando la siguiente
ecuación:
D = 0.5 * C * ( T1 - T0 )
En donde:
D = distancia
C = velocidad del sonido en el aire
18
fuente: http://proton.ucting.udg.mx/dpto/tesis/quetzal/TES35-01.html
Ec. 1.1
T0 = tiempo en el cual la onda de sonido es transmitida
T1 = tiempo en el cual la onda de sonido es recibida, se asume a la velocidad del
sonido en el aire como 344 m/s.
b. DESCRIPCIÓN DE PINES DEL SENSOR
El sensor LV-Maxsonar EZ1 tiene 7 pines los cuales se identifican en la figura
1.8.
Figura 1. 8: Distribución de Pines del sensor EZ1
En la tabla 1.2 se muestra la descripción y funcionamiento de cada uno de los
pines del sensor.
Tabla 1. 2: Descripción de pines del sensor
PIN
DESCRIPCIÓN
GND Funciona como tierra de la fuente.
+5
Pin que recibe el voltaje de entrada, opera entre 2.5 y 5.5V, el fabricante
recomienda 3mA para 5V y 2mA para 3V.
Tx
De este pin sale la comunicación serial asíncrona, con formato RS232
cuando BW está abierto o muy bajo voltaje. La salida es un R en ASCII
seguida de 3 dígitos ASCII que representa el rango en pulgadas que puede
llegar hasta 255, después de esto viene un salto de línea. La velocidad de
los bits es 9600 baudios, 8 bits, no paridad, un bit de parada.
Rx
Internamente se mantiene en estado alto. Continuamente se evalúa el
estado de este pin, si se deja desconectado o está en alto, en bajo voltaje se
detiene el monitoreo.
AN
Salida de voltaje con un factor de (Vcc/512) por cada pulgada. Por
ejemplo si se usan 5V la salida será 9.8mV por cada pulgada ó 6.4mV por
cada pulgada siendo 3.3V el voltaje usado.
PW
Pin correspondiente a la salida del PWM. Para calcular la distancia, se usa
el factor de conversión de 147μs por pulgada.
BW
Se deja en alto o con poco voltaje para la salida serial Tx.
c. PATRÓN DE RADIACIÓN
La figura 1.9 muestra el patrón de radiación que tiene el sensor Maxsonar EZ1, el
campo rojo es el alcance máximo de detección.
Figura 1. 9: Lóbulo de radiación del sensor de ultrasonido
1.3
MICROCONTROLADORES
Un microcontrolador es un circuito integrado programable capaz de realizar sin
número de actividades que requieran del procesamiento de datos digitales, control
y comunicación digital de diferentes dispositivos, integra en un solo chip las
unidades de memoria para almacenamiento de datos, aritmética y lógica para el
cálculo de operaciones, unidades de entrada y salida para comunicación con otros
periféricos, temporizadores y el controlador de interrupciones [2].
La memoria interna del microcontrolador almacena dos tipos de datos: las
instrucciones del programa a ejecutar que se guardan en la EEPROM y los
registros, que son datos que maneja el usuario, como registros para el control de
las diferentes funciones, estos datos se guardan en la RAM como temporales. La
ALU del microcontrolador llamada Unidad Lógico Aritmética es la encargada de
procesar datos dependiendo del tipo de instrucción19.
Se lo puede encontrar en aparatos utilizados diariamente como celulares, equipos
de sonido, microondas, computadores, etc .
19
fuente: http://www.ceduvirt.com/resources/Microcontroladores.pdf
1.3.1
MICROCONTROLADORES PIC
PIC es un alias, su nombre completo es PICmicro, PIC significa Controlador de
Interfaz Periférico. Los PIC son una familia de microcontroladores tipo RISC
fabricados por Microchip Technology, el primer microcontrolador creado fue el
PIC1650
por
MICROELECTRÓNICA
de
GENERAL
INSTRUMENTS.
Microchip ha dividido a sus familias en 4 grandes subfamilias según el # de bits
del bus de instrucciones20:
Tabla 1.3: Gama de la familia PIC
Subfamilia
Instrucciones
Nomenclatura
Gama pequeña
33 instrucciones de 12 bits PIC12XXX Y PIC14XXX
Gama media
35 instrucciones de 14 bits PIC16XXX
Gama alta
58 instrucciones de 16 bits PIC17XXX y PIC18XXX
Gama mejorada 77 instrucciones de 16 bits PIC18VTABCD
Dentro de esta clasificación existen algunas excepciones como el PIC16C5X que
maneja 33 instrucciones de 12 bits posee empaquetados de 18 y 28 pines y se
alimenta con 2.5V [3].
Analizadas las características de la gama de los microcontroladores, el PIC con
mejores prestaciones es el PIC16F870 que es un microcontrolador de la gama
media, de 40 pines, posee el módulo A/D para trabajar directamente con la señal
análoga del sensor y también tiene módulo USART para comunicación serial.
1.3.2
PIC 16F870
El PIC16F870 es un microcontrolador fabricado por MicroChip, denominados
también PIC, este modelo posee varias características que hacen de este un
dispositivo versátil, eficiente y práctico para ser empleado en la aplicación que
20
fuente: http://es.wikipedia.org/wiki/Microcontrolador_PIC
posteriormente será detallada, este microcontrolador posee las siguientes
características21:
Características generales del PIC16F870:
Memoria de programa: FLASH, 8 K de instrucciones de 14 bits c/u.
Memoria de datos: 368 bytes RAM, 256 bytes EEPROM.
Pila (Stack): 8 niveles (14 bits).
Fuentes de interrupción : 13
Instrucciones: 35
Encapsulado: DIP de 28 pines.
Frecuencia oscilador: 20 MHz (máxima).
Temporizadores/Contadores: 1 de 8 bits (Timer 0);
Un perro guardián (WDT).
Líneas de E/S: 6 del puerto A, 8 del puerto B, 8 del puerto C
Captura: 16 bits. Resolución máx. = 12.5 nseg.
Comparación: 16 bits. Resolución máx. = 200 nseg.
PWM: Resolución máx. = 10 bits.
Convertidor Análogo/Digital de 10 bits multicanal (8 canales de entrada).
USART (Universal Synchronous Asynchronous Receiver Transmitter) con
dirección de detección de 9 bits.
Corriente máxima absorbida/suministrada (sink/source) por línea (pin): 25
mA.
Oscilador: Soporta 4 configuraciones diferentes: XT, RC, HS, LP.
Tecnología de Fabricación: CMOS.
Voltaje de alimentación: 3.0 a 5.5 V DC.
Puede operar en modo microprocesador.
21
fuente:
pdf/pdf/74970/MICROCHIP/PIC16F870.html
http://www.alldatasheet.com/datasheet-
a.
DESCRIPCIÓN DE PINES
Figura 1. 10: Distribución de pines del PIC16F870
Los pines de entrada/salida de este microcontrolador están organizados en tres
puertos:
Puerto A con 6 líneas.
Puerto B con 8 líneas.
Puerto C con 8 líneas.
Cada pin de esos puertos se puede configurar como entrada o como salida
independiente, programando los registros diseñados para este fin, como es el
registro TRIS, en donde un bit en "0" configura el pin del puerto correspondiente
como salida y un bit en "1" lo configura como entrada. Dichos pines del
microcontrolador también pueden cumplir otras funciones especiales, siempre y
cuando se configuren para ello, según se verá más adelante22.
En la tabla 1.4 se hace una descripción detallada de cada pin del microcontrolador,
su función específica y aplicación.
22
fuente: http://www.alldatasheet.com/datasheetpdf/pdf/74970/MICROCHIP/PIC16F870.html
Tabla1. 4: Descripción de pines del microcontrolador 16F870
Nombre pin
Pin
Descripción
RA0/AN0
2
E/S Digital o Entrada análoga 0.
RA1/AN1
3
E/S Digital o Entrada análoga 1.
RA2/AN2 Vref -
4
E/S Digital o Entrada análoga 2 o voltaje de
referencia negativo
RA3/AN3 Vref +
5
E/S Digital o Entrada análoga 3 o voltaje de
referencia positivo
RA4/T0CKI
6
Bit 4 del puerto A(E/S bidireccional). Entrada de
reloj al temp/cont TMR0.
RA5/SS/AN4
7
E/S Digital o Entrada análoga 4. También lo usa el
puerto serial síncrono.
RB0/INT
21
Bit 0 del puerto B(E/S bidireccional), Buffer E/S:
TTL/ST.Int externa(INT).
RB1
22
Bit 1 del puerto B(E/S bidireccional), Buffer E/S:
TTL.
RB2
23
Bit 2 del puerto B(E/S bidireccional), Buffer E/S:
TTL.
RB3/PGM
24
Bit 3 del puerto B(E/S bidireccional), Buffer E/S:
TTL
RB4
25
Bit 4 del puerto B(E/S bidireccional), Buffer E/S:
TTL. Int por cambio de pin.
RB5
26
Bit 5 del puerto B(E/S bidireccional), Buffer E/S:
TTL. Int por cambio de pin.
RB6/PGC
27
Bit 6 del puerto B(E/S bidireccional), Buffer E/S:
TTL/ST. Int. al cambio de pin.
RB7/PGD
28
Bit 7 del puerto B (E/S bidireccional), Buffer E/S:
TTL/ST. Int. al cambio de pin.
RC0/T1OSO/T1CKI 11
E/S Digital. Salida del oscilador Timer 1 o entrada
del reloj Timer 1.
RC1/T1OSI
12
E/S Digital. Entrada del oscilador Timer1.
RC2/CCP1
13
E/S Digital. Entrada Captura 1; Salida comparador
1; salidad PWM 1.
RC4
14
E/S Digital.
RC5
15
E/S Digital.
RC6/TX/CK
16
E/S Digital. Transmición asíncrona(USART) o
reloj síncrono(SSP).
RC7/RX/DT
17
E/S Digital. Recepción asíncrona (USART) o línea
de datos(SSP).
VDD
20
Voltaje de alimentación DC(+).
VSS
8,
Referencia de voltaje (GND).
19
MCLR
1
Reset
al
microcontrolador.
Vin
durante
la
programación.
OSC1/CLKIN
9
Entrada del cristal oscilador/ Entrada fuente de
reloj externa.
OSC2/CLKOUT
10
Salida del cristal oscilador/ Oscilador RC: Salida
con 1/4 frecuencia OSC1.
b. CONFIGURACIÓN DEL OSCILADOR EN EL PIC
Todo microcontrolador requiere un circuito externo llamado oscilador o reloj que
le indica la velocidad a la que debe trabajar, la conexión es simple pero de vital
importancia para el buen funcionamiento del sistema.
El PIC16F870 puede utilizar cuatro tipos de oscilador diferentes. Estos tipos son:
RC. Oscilador con resistencia y condensador.
XT. Cristal (por ejemplo de 1 a 4 MHz).
HS. Cristal de alta frecuencia (por ejemplo 10 a 20 MHz).
LP. Cristal para baja frecuencia y bajo consumo de potencia.
En el momento de programar el microcontrolador, se debe especificar qué tipo de
oscilador se usa, la frecuencia del oscilador se divide para 4. El cristal debe ir
acompañado de dos condensadores y se conecta como se muestra en la figura
1.11.
Figura 1.11: Conexión del oscilador XT
Cuando no es necesaria mucha precisión en el oscilador, se puede utilizar una
resistencia y un condensador, como se muestra en la figura 1.12.
Figura 1.12: Conexión RC
Los PIC de rango medio permiten hasta 8 diferentes modos para el oscilador, el
usuario puede seleccionar alguno de estos 8 modos programando 2 bits de
configuración del dispositivo denominados: FOSC1 y FOSC0, ubicados en un
registro especial de configuración en la localidad 2007H de la memoria de
programa:
Configuración word (2007H):
Tabla 1. 5: Registro para configuración de oscilador
13
12
11
CP
1
CP
0
DEB
UG
1
0
-
9
8
7
6
5
4
3
2
1
0
WR
T
CP
D
LV
P
BOD
EN
CP
1
CP
0
PWR
TE
WD
TE
FOS
C1
FOS
C0
En algunos de estos modos, el usuario puede indicar que se genere o no una salida
del oscilador (CLKOUT) a través de una patita de entrada/salida. Los modos de
operación se muestran en la tabla 1.6:
Tabla 1. 6: Configuración del oscilador
FOSC1 FOSC0 Modo de Operación del oscilador
0
0
LP Baja frecuencia y bajo consumo de potencia
0
1
XT Cristal/Resonador cerámico externos, media frecuencia
1
0
HS Alta velocidad y alta potencia Cristal/Resonador
1
1
RC Resistencia/capacitor externos
c. MÓDULO DEL CONVERTIDOR ANÁLOGO A DIGITAL
El módulo Análogo/Digital permite la conversión de una señal de entrada análoga
a un dato digital que su correspondiente valor numérico es de 0 a 255 por la
resolución de 10 bits que posee este módulo. El módulo tiene ocho entradas
análogas multiplexadas dentro de un circuito de muestreo y retención, la salida del
multiplexor es la entrada al convertidor, el cual genera el resultado por medio de
aproximaciones sucesivas, figura 1.1323.
Figura1. 13: Módulo del convertidor A/D
Al seleccionar la referencia análoga de voltaje por software se debe utilizar la
fuente de alimentación del PIC (VDD) o un nivel de voltaje externo aplicado al
pin 5 (RA3/AN3/ VREF +), una fuente análoga externa es necesario conectar solo
23
fuente: http://www.alldatasheet.com/datasheetpdf/pdf/74970/MICROCHIP/PIC16F870.html
cuando se requiere establecer una referencia externa para el acondicionamiento de
la señal del sensor a ciertos parámetros requeridos.
El módulo tiene los siguientes registros asociados:
ADCON0: Controla la operación del módulo A/D.
ADCON1: Configura las funciones de los pines del puerto análogo.
ADRESL: Contiene la parte BAJA del resultado de la conversión A/D.
ADRESH: Contiene la parte ALTA del resultado de la conversión A/D.
Registros de Control del Módulo Convertidor Análogo/Digital
Registro ADCON0
Es importante la configuración de este registro ya que permite seleccionar cual de
las entradas análogas se va a utilizar, también indica el inicio de la conversión,
son 8 bits de configuración que se detalla en la tabla 1.7:
Tabla1. 7: Configuración del registro ADCON0
ADCS
ADCS0
CHS2
CHS1
CHS0
GO/DONE ADON
Bit 7
Bit 6
Bit 5
Bit 4
Bit 3
Bit 2
Bit 0 (ADON): Bit de activación del módulo.
ADON = 1, Módulo A/D operando.
ADON = 0, Módulo A/D desactivado.
Bit 2 (GO/DONE): Estado de conversión:
GO = 1, Empieza conversión.
GO = 0, conversión finalizada.
Si ADON = 0, Este bit es cero.
Bit 0
Bits 3, 4 y 5 (CHS0, CHS1, CHS2): Selección del canal a convertir (canal
0 - 7).
Bits 6 y 7(ADCS0, ADCS1): Selección del reloj de conversión.
Registro ADCON1.
Este registro permite seleccionar la ubicación de los diez bits del resultado de la
conversión A/D y permite seleccionar cuales de los pines del puerto A trabajarán
como entradas análogas y cuales como entradas digitales. También permite
seleccionar los voltajes de referencia del convertidor.
Tabla 1. 8: Configuración del registro ADCON1
ADFM
-
-
-
-
PCFG2 PCFG1 PCFG0
bit 7
bit 6 bit 5 bit 4 bit 3 bit 2
bit 1
bit 0
Bit 7 (ADFM) selecciona el formato del resultado de la conversión:
Si ADFM = 1, el resultado se justifica a la derecha: Los 6 bits más significativos
de ADRESH son cero.
Si ADFM = 0, el resultado se justifica a la izquierda: Los 6 bits menos
significativos de ADRESL son cero.
Con los tres bits (PCFG0, PCFG1, PCFG2) se configuran los pines del puerto A
como de entradas análogas o entrada/salida digital, así como la referencia de
voltaje que utilizará el convertidor.
Cuando se completa la conversión A/D, el resultado se carga en los registros
ADRESH y ADRESL (en el formato configurado por el bit ADFM).
El bit GO/DONE (ADCON0<2>) se pone en cero y el bit bandera de la
interrupción A/D (ADIF) se pone en uno.
c.1 FORMA DE REALIZAR LA CONVERSIÓN A/D
Para la conversión Análoga/Digital es necesario realizar las siguientes
configuraciones del módulo A/D:
Configurar los pines análogos, referencia de voltaje y E/S digitales
(ADCON1).
Seleccionar canal de entrada A/D.
Seleccionar reloj de conversión A/D.
Activar el módulo A/D.
d. COMUNICACIÓN USART
USART es el acrónimo de Universal Synchronous/Asyncrhronous Receiver
Transmitter,
que
significa
Transmisor
Receptor
Sincrónico/Asincrónico
Universal.
Este es un periférico para la transmisión de datos en formato serie, utilizando
técnicas de transmisión sincrónica o asincrónica, según la configuración del
periférico, el estándar más utilizado para este tipo de comunicación es el EIA-232,
conocido también como RS-232; se utiliza para la interconexión mediante otros
estándares como RS-485 y el RS-422, sus salidas generalmente son del tipo TTL
aunque actualmente también se pueden encontrar otros niveles lógicos dentro de
la gama de valores aceptados por el estándar IEEE, para sistemas digitales. Para
comunicar dispositivos distintos, mediante cables de conexión, es necesario
utilizar circuitos integrados adicionales como es MAX232 o MAX485 para
adaptar los niveles de tensión a los utilizados por RS-232 o RS48524.
La característica más importante de este tipo de comunicación es que solo utiliza
dos terminales para envío y recepción de datos, en cualquiera de los dos modos de
trabajo, es decir en el PIC se tiene un pin de transmisión y otro de recepción de
datos.
24
Fuente: http://johntapia.wordpress.com/2008/11/21/comunicacion-enmicrocontroladores-PIC/
En el caso de comunicación síncrona uno de los terminales se comporta
como reloj (CLK) y el otro como datos(DT). Este tipo de comunicación
generalmente demanda el uso de más E/S del dispositivo, la ventaja que
tiene es que no requiere realizar configuración previa de los dispositivos
conectados al medio de comunicación debido a que la señal de
sincronismo viaja por el medio del sistema de comunicación.
Para las comunicaciones asincrónicas, se destina un terminal a la
transmisión (Tx) y otro a la recepción (Rx), en este caso el sincronismo se
hace dentro de cada equipo y la interfaz solo define el uso de un bit de
start y otro de stop, para indicar el inicio y el fin de transmisión de un byte,
es por eso que todos los equipos interconectados deben estar configurados
para el mismo bit-rate25.
Terminales asociados: RC6/TX/CK y RC7/RX/DT, que deben configurarse
adecuadamente. El módulo USART tiene un registro de configuración de 9 bits
que se detalla en la tabla 1.9.
Tabla 1. 9: Registro TXSTA (98h)
CSRC
TX9 TXEN SYNC -
Bit 7
Bit 6 Bit 5
Bit 4
BRGH TRMT TX9D
Bit 3 Bit 2
Bit 1
Bit 0
bit6: TX9: Bit de habilitación de la transmisión de 9 bits
0: Transmisión de 8 bits
1: Transmisión de 9 bits
bit5: TXEN: Bit de habilitación de la transmisión
0: Transmisión deshabilitada
1: Transmisión habilitada
25
Fuente: http://www.aquihayapuntes.com/indice-practicas-PIC-en-c/comuicacion-serieasincrona-entre-dos-PICs-con-la-usart.html
bit4: SYNC: Bit de selección del modo de funcionamiento
0: Transmisión asíncrona
1: Transmisión sincrónica
bit2: BRGH: Bit de selección de alto valor de baudios
0: Baja velocidad
1: Alta velocidad
No se usa en transmisión sincrónica.
bit1: TMRT: Bit de estado del registro TSR
0: TSR lleno
1: TSR vacío
bit0: TX9D: 9º bit del dato transmitido
Puede ser el bit de paridad.
1.4
REPRODUCCIÓN DE MENSAJES DE VOZ
Para el sistema de reproducción de mensajes de voz en la actualidad ya existen
módulos que reproducen mensajes de voz previamente grabados en un medio de
almacenamiento, en nuestro mercado se adquirió un módulo de voz que reproduce
archivos en formato mp3 almacenados en una memoria SD o USB, el modo de
comunicación con el microcontrolador es serial a través del módulo USART del
PIC.
1.4.1
MODULÓ DE VOZ WT9501M03-USBV14
Este módulo se lo utiliza para reproducir archivos en formato mp3, los mismos
que se encuentran guardados en una memoria SD o también se puede utilizar una
memoria USB, los archivos se los guarda en un formato específico que se detalla
en este apartado26.
Características Módulo del mp3
Soporta audio en formato Mp3, modo perfecto de comprensión.
Pequeña capacidad y buena calidad de tono.
Soporta archivos de audio de 8-320kbps.
Soporta una capacidad máxima de 32Gbyte en una tarjeta SD.
Soporta tarjetas flash USB y SD Card
Soporta 2 modos de control por botones y serial
La reproducción es directa de un archivo de cualquier sección
Voltaje de operación: 5Volts
Corriente de inactividad: 20 mA
Corriente máxima de operación: 70mA
Dimensión: 41mmx39mm
a. DESCRIPCIÓN DE PINES DEL MÓDULO MP3 WT9501M03USBV1.4
En la figura 1.14 Se indica como están distribuidos los pines del módulo y más
adelante se detalla el funcionamiento de cada uno de ellos.
Figura 1. 14: Distribución de pines del módulo WT9501M03 – USB V14
26
fuente:http://www.elechouse.com/elechouse/images/product/USB-
SD%20MP3%20Modules/WT9501M03.pdf
Los pines del módulo mp3 se describen en la tabla 1.10.
Tabla 1.10. Descripción de pines del módulo mp3
PIN
NOMBRE FUNCIÓN
Pin 1, 4, 6, 22, 24 GND
TIERRA DE LA FUENTE
Pin 2, 26
VCC
DC (5-9)V
Pin 3
AL
SALIDA DEL AUDIO L
Pin 5
AR
SALIDA DEL AUDIO R
Pin 7
GBUF
TIERRA ANALÓGICA DEL AUDIO
Pin 8
TX
TRANSMISOR DE DATOS SERIAL
Pin 9
P06
I/O
Pin 10
TX
TRANSMISOR DE DATOS SERIAL
Pin 11
P05
I/O
Pin 12
EN
HABILITACIÓN
Pin 13
P04
I/O
Pin 14, 16
NC
NO CONECTAR
Pin 15
P03
I/O
Pin 17
P02
I/O
Pin 18
3V3
Salida de voltaje de 3.3V
Pin 19
P01
I/O
Pin 20
RST
RESET
Pin 21
BUSY
SEÑAL BUSY
Pin 23
DP
CONEXIÓN USB
Pin 25
DM
CONEXIÓN USB
b. MODOS DE FUNCIONAMIENTO DEL MÓDULO
1.
Modo Estándar de Control
P01 PLAY/PAUSE
P02 PREVIOUS
P03 NEXT
P04 VOL+
P05 VOLP06 STOP
El estado natural de las entradas y salidas están en alto de P01, P02, P03, P04,
P05, P06, los archivos deben tener un nombre de 5 dígitos y estar en formato .mp3
por ejemplo 00001.mp3, 00002.mp3, 00003.mp3, etc.
2. Modo de Control Serial
El estándar de comunicación serial es el RS232, que trabaja a 9600 baudios, y un
protocolo de comunicación que utiliza un código que tiene el siguiente formato:
bit de inicio, longitud del dato, código de operación, nombre de archivo y bit de
parada.
Tabla 1. 11. Formato de datos en comunicación serial
START CODE
7E
DATA LENGTH
07
OPERATE CODE
XX
FOLDER NAME(TENS)
XX
FOLDER NAME(UNIT)
XX
FILE NAME(HUNDRED) XX
FILE NAME(THENS)
XX
FILE NAME(UNIT)
XX
END CODE
7E
c. Formato de datos
STAR CODE: Es el bit de inicio con el cual empieza la comunicación serial este
dato es 7E.
DATA LENG: Es el número de Bytes excepto el código de inicio y fin,
incluyendo el número de bytes de la longitud del dato.
OPERATION CODE: El código de operación depende si los archivos están
guardados en una memoria USB o en una tarjeta SD, como se muestra en la tabla
1.12.
Tabla 1. 12: Descripción de códigos de operación en una SD card y una U-disk
TIPO
DESCRIPCIÓN
CÓDIGO DE
DATO
OPERACIÓN
SD card
U-disk
play(SD card)
A0H
xx xxxxxxxx
pause(SD card)
A1H
-
resume(SD card)
A2H
-
stop(SD card)
A3H
-
Volume
A4H
Xx
Volume
A5H
-
Volume
A6H
-
play single once
A7H
-
repeat all
A8H
-
repeat one
A9H
-
play(U-disk)
B0H
xx xxxxxxxx
pause(U-disk)
B1H
-
resume(U-disk)
B2H
-
stop(U-disk)
B3H
-
Volume
B4H
Xx
Volume
B5H
-
Volume
B6H
-
play single once
B7H
-
repeat all
B8H
-
repeat one
B9H
-
Código de operación A0 (tarjeta SD), B0 (USB flash), el volumen A4 (tarjeta SD)
y B4 (USB) necesitan datos de la operación, y los otros comandos que no
necesita.
WT9501M03 puede reconocer automáticamente los archivos MP3 en la tarjeta SD
y el flash USB se asigna el número de archivo de acuerdo con la creación de
tiempo de los archivos. Número de expediente es un número de 5 dígitos. Y este
módulo lee el nombre del archivo en código ASCII.
Por ejemplo: 00185.mp3
El dígito diez milésimo es "0" y el código ASCII es "30H"
El dígito milésimo es "0" y el código ASCII es "30H"
El dígito centésimo es "1" y el código ASCII es "30H"
El dígito de las decenas es "8" y el código ASCII es "34H"
El dígito de las unidades es "5" y el código ASCII es "35H"
Ajuste de Volumen
En el comando de control de volumen hay 26 grados de volumen desde 00h hasta
19h. 00h es silencio y 19h el volumen máximo.
Para reproducir y ajustar el volumen en una tarjeta SD, se envía los siguientes
datos.
Starcode Data lengh Operation code Volume value End code
7E
07
A4
XX
7E
Para reproducir y ajustar el volumen en una memoria USB, se envía los siguientes
datos.
Starcode Data lengh Operation code Volume value End code
7E
07
B4
XX
7E
d. MODOS DE CONEXIÓN
Existen 2 grupos de conexiones para manejo del módulo de voz como son:
1. Circuitos de control con pulsadores
2. Circuitos de control con un microcontrolador
Modo de conexión con pulsadores
Los pines L, R son las líneas de salida de audio y GND es la tierra análoga
de audio que se utilizan para conectar al jack stereo con una conexión
serie de condensadores de 100uF a las salidas de audio, en el jack se
conectan los auriculares, la conexión se muestra en la figura 1.16.
Figura 1. 15: Conexión del módulo con pulsadores
L, R y GBUF se conectan a los auriculares:
Figura 1.16: Conexión a los auriculares sin condensadores
L, R GND se conectan a un amplificador externo (GBUF no es
recomendable):
Figura 1.17: Conexión sin GBUF
Modo de conexión con una MCU
Los circuitos de control del módulo son los siguientes:
Circuito de control del módulo con una MCU
Figura 1. 18: Conexión del módulo con una MCU
L, R y GBUF se conectan a los auriculares:
Figura 1.19: Conexión a los auriculares
L, R GND se conectan a un amplificador externo (GBUF no es
recomendable):
Figura 1.20: Conexión sin GBUF
CAPÍTULO II
CONSTRUCCIÓN E IMPLEMENTACIÓN DEL HARDWARE Y
SOFTWARE DEL PROYECTO
Conocida la fundamentación teórica de las necesidades de personas no videntes y
de cada uno de los elementos electrónicos que se utilizará en el diseño e
implementación del detector de obstáculos, para ello es necesario hacer las
respectivas conexiones y programación de software que se describen en este
apartado.
2.1
CONSTRUCCIÓN E IMPLEMENTACIÓN DE HARDWARE DEL
PROYECTO
El dispositivo detector de obstáculos está formado por un cerebro que es el
microcontrolador PIC16F870, un sistema sensorial que es el sensor de ultrasonido
LV-Maxsonar EZ1, y un sistema actuador que es el módulo de voz WT9501M03,
como se observa en el diagrama de bloques del proyecto en la figura 2.1.
Figura 2. 1: Diagrama de bloques del proyecto
Mediante el uso de un sensor de ultrasonido, se puede detectar obstáculos
frontales, a la izquierda y a la derecha de la persona dependiendo de la posición en
que se coloque el dispositivo, para luego informar por medio de audio.
El sistema electrónico está basado en la adquisición de datos que realiza el
microcontrolador, el sensor ultrasónico proporciona los datos analógicos de las
distancias a las que se encuentran los obstáculos, estos datos son valores de
voltaje, el PIC digitaliza la señal analógica, la procesa y compara la distancia
correspondiente y envía al módulo de voz un dato por medio de comunicación
serial, el cual indica que pista debe reproducir.
2.1.1
SISTEMA PARA MEDICIÓN DE DISTANCIAS
Para la medición de obstáculos se requiere trabajar con un sensor que tenga la
capacidad de detectar la presencia de obstáculos sin la necesidad de tener contacto
con estos, además este tendrá la capacidad de entregar una señal eléctrica que
indique la distancia a la que se encuentran los objetos, el sensor adecuado es un
sensor de proximidad que trabaja con ultrasonido que cumple con los
requerimientos del sistema de detección de obstáculos.
La medición de la distancia de un obstáculo se la realiza mediante el sensor de
ultrasonido LV-Maxsonar EZ1, para ello hay que hacer las mediciones respectivas
a diferentes distancias y ángulos, para obtener los rangos máximos y mínimos de
detección que ayudó a determinar el mejor rango de trabajo del sensor.
Las mediciones se detallan en la tabla 2.1.
Tabla 2. 3: Valores de voltaje y distancia obtenidos en las mediciones realizadas
en un rango de 0 a 3 metros
Distancia Voltaje Voltaje
Voltaje
Voltaje
Voltaje
[m]
[V]<0º
[V] <10º [V] <20º [V] <30º [V] <40º
0
0.05
0.05
0.05
0.05
0.05
0.10
0.05
0.05
0.05
0.05
0.05
0.20
0.08
0.08
0.08
0.08
0.08
0.30
0.11
0.11
0.11
0.105
0.10
0.40
0.15
0.15
0.15
0.15
0.14
0.50
0.20
0.20
0.20
0.20
0.19
0.60
0.24
0.24
0.24
0.24
0.23
0.70
0.29
0.28
0.28
0.28
0.275
0.80
0.33
0.33
0.32
0.33
0.32
0.90
0.37
0.37
0.37
0.36
0.36
1
0.42
0.42
0.42
0.42
0.41
1.10
0.46
0.46
0.46
0.46
0.45
1.20
0.51
0.51
0.50
0.51
0.50
1.30
0.54
0.54
0.54
0.54
0.54
1.40
0.59
0.59
0.59
0.59
0.58
1.50
0.64
0.64
0.64
0.64
0.63
1.60
0.68
0.68
0.68
0.68
0.68
1.70
0.73
0.73
0.73
0.73
0.73
1.80
0.77
0.77
0.77
0.77
0.76
1.90
0.81
0.81
0.81
0.81
0.80
2
0.85
0.85
0.85
0.85
0.84
2.10
0.90
0.90
0.90
0.90
0.90
2.20
0.95
0.95
0.95
0.95
0.95
2.30
1
1
1
1
1
2.40
1.04
1.04
1.04
1.04
-
2.50
1.08
1.08
1.08
1.08
-
2.60
1.12
1.12
1.12
1.12
-
2.70
1.16
1.16
1.16
1.16
-
2.80
1.21
1.21
1.21
1.21
-
2.90
1.26
1.26
1.26
1.26
-
3
1.30
1.30
1.30
1.30
-
En la tabla 2.1 se indican los valores obtenidos en la medición de distancias para
diferentes ángulos, el voltaje tomado cada 10cm de distancia y ángulos de 0 hasta
40 grados, no difieren mucho, se podría decir que son iguales, por ende este
sensor se utiliza para detectar objetos que se encuentren frente a este, ya que no se
puede saber si está a la derecha o izquierda. Los valores de voltaje obtenidos son
aproximadamente los mismos con los valores especificados en la hoja de
especificaciones técnicas del sensor, existen errores por el ruido del ambiente ya
que el eco emitido por el sensor viaja a través del aire y es inevitable encontrar
interferencias de algún tipo, mientras que la distancia sigue aumentando, el lóbulo
de radiación disminuye su haz de radiación como se observa que a partir de 2.40
metros o se tiene un valor de voltaje, hasta los 3 metros las mediciones
relativamente correctas en el rango y ángulos medidos.
El rango escogido para que trabaje el detector de obstáculos es de 0 a 3 metros,
con intervalos de 50cm, este rango fue seleccionado para dar una seguridad de
50cm al no vidente, debido a que si se trabaja con intervalos más cortos, el usuario
puede chocar y causarse lesiones o daños mayores.
2.1.2
SISTEMA DE DETECCIÓN DE OBSTÁCULOS
Para el sistema de detección de obstáculos se necesita de un microcontrolador que
tenga la capacidad de convertir un dato analógico en digital, es decir que tenga
incorporado el módulo A/D para digitalizar el dato que entrega el sensor, realizar
el respectivo procesamiento y saber el dato que corresponde a la distancia, el
microcontrolador que tiene altas prestaciones como las estudiadas en el capítulo
uno sobre el PIC16F870.
El sistema consta de un PIC16F870 que recibe la señal analógica del sensor de
ultrasonido EZ1, el sensor de ultrasonido detecta el obstáculo y envía al PIC una
señal de voltaje que el microcontrolador por medio de software, la digitaliza y la
procesa, para que el módulo de voz actúe, dando a este proceso un funcionamiento
sistemático y lógico.
La conexión realizada es la que se indica en la figura 2.2:
U2
VCC/VDD
9
10
1
SENSOR
3
2
1
CONN-SIL3
GND
2
3
4
5
6
7
OSC1/CLKIN
OSC2/CLKOUT
MCLR/Vpp/THV
RB0/INT
RB1
RB2
RB3/PGM
RB4
RB5
RB6/PGC
RB7/PGD
RA0/AN0
RA1/AN1
RA2/AN2/VREFRA3/AN3/VREF+
RA4/T0CKI
RA5/AN4
RC0/T1OSO/T1CKI
RC1/T1OSI
RC2/CCP1
RC3
RC4
RC5
RC6/TX/CK
RC7/RX/DT
PIC16F870
Figura 2. 2: Conexión del sensor al PIC
21
22
23
24
25
26
27
28
11
12
13
14
15
16
17
18
2.1.3
SISTEMA DE CONTROL
El sistema de control se lo realiza con el microcontrolador PIC16F870, que es el
encargado de ejecutar el proceso de control del detector de obstáculos. Para que
este sistema funcione se necesita realizar las siguientes conexiones:
Para el funcionamiento del microcontrolador es necesario proveer al
circuito de una señal de Vcc al pin 1 que es el MCRL, que es necesario
para que no se inicialice y funcione normalmente el microcontrolador, esta
conexión se muestra en la figura 2.3.
U2
9
10
1
R2
VCC/VDD
10k
2
3
4
5
6
7
OSC1/CLKIN
OSC2/CLKOUT
MCLR/Vpp/THV
RB0/INT
RB1
RB2
RB3/PGM
RB4
RB5
RB6/PGC
RB7/PGD
RA0/AN0
RA1/AN1
RA2/AN2/VREFRA3/AN3/VREF+
RA4/T0CKI
RA5/AN4
RC0/T1OSO/T1CKI
RC1/T1OSI
RC2/CCP1
RC3
RC4
RC5
RC6/TX/CK
RC7/RX/DT
21
22
23
24
25
26
27
28
11
12
13
14
15
16
17
18
PIC16F870
Figura 2. 3: Conexión del MCRL
El sistema electrónico de alimentación de la tarjeta consta de un regulador
de voltaje 7805A que regula el voltaje de la batería que dispone el detector
de obstáculos. La conexión se indica en la figura 2.4.
U2
FU1
IN12V
VI
VO
3
GND
1A
C1
470u
2
2
1
BORN-2P_APM
7805
1
VCC/VDD
GND
Figura 2. 4: Conexión del regulador de voltaje
Como se muestra en la figura 2.4, el circuito electrónico dispone también de una
bornera donde se conecta la batería, a la entrada de voltaje se dispone de un
fusible por seguridad de corto circuitos, además se tiene a la entrada de la fuente
un condensador en paralelo para que no haya caídas de tensión.
El PIC, para su funcionamiento necesita de un oscilador externo como una
fuente de señal de reloj, la frecuencia de oscilación se determina por un
cristal de cuarzo que se conecta a los pines 13(osc1) y 14(osc2), estos
pines están definidos por el fabricante para que se conecte el oscilador.
En este diseño se escogió trabajar en modo XT que está definido como oscilador
de velocidad media que utiliza cristales de cuarzo de 1MHz hasta 4MHz y un
consumo de corriente medio, para la selección del tipo de oscilador se lo hace por
medio de software, el oscilador utilizado es de 4MHz.
La conexión del microcontrolador y el oscilador se indica en la figura 2.5.
GND
C2
C3
1u
1u
X1
U2
9
10
1
CRYSTAL
2
3
4
5
6
7
OSC1/CLKIN
OSC2/CLKOUT
MCLR/Vpp/THV
RB0/INT
RB1
RB2
RB3/PGM
RB4
RB5
RB6/PGC
RB7/PGD
RA0/AN0
RA1/AN1
RA2/AN2/VREFRA3/AN3/VREF+
RA4/T0CKI
RA5/AN4
RC0/T1OSO/T1CKI
RC1/T1OSI
RC2/CCP1
RC3
RC4
RC5
RC6/TX/CK
RC7/RX/DT
21
22
23
24
25
26
27
28
11
12
13
14
15
16
17
18
PIC16F870
Figura 2. 5: Conexión del oscilador al PIC
2.2
SISTEMA DE REPRODUCCIÓN DE MENSAJES
El sistema de reproducción de mensajes de voz consta de un Módulo MP3 que
maneja una tarjeta SD de 1Gb de memoria, en la cual se graban los mensajes de
voz en formato .mp3, estos mensajes se almacenan de acuerdo al orden de
reproducción, en nuestro caso la pista 00001.mp3 se guardará primero.
2.2.1
PROCESO DE GRABACIÓN DE MENSAJES DE VOZ
Para la grabación de los mensajes de voz se utilizó el programa Audacity, para la
atenuación de ruido en los mensajes, luego de grabar los mensajes se exporta a
archivo .mp3 como se muestra en la figura 2.6.
Figura 2. 6: Grabación de mensajes en el programa Audacity
Para exportar el archivo a formato MP3 se va a la opción Archivo/Exportar
Selección/Click.
Figura 2. 7: Exportar el mensaje de voz a formato MP3
Grabados los mensajes en la tarjeta SD, se programa el microcontrolador para dar
avisos de las distancias detectadas por el sensor, los mensajes se envían del
microcontrolador al módulo por medio de comunicación serial del módulo
USART.
Los códigos que se utilizan para que el PIC informe que dato debe reproducir es el
que se indica en la tabla 2.2.
Tabla 2. 4: Código USART para reproducción de mensajes en el módulo de voz
Nombre de pista .MP3 Distancia[cm] Código USART
00001
0.5 – 20
7E-07-A0-30-30-30-30-31-7E
00002
40 – 50
7E-07-A0-30-30-30-30-32-7E
00003
90 – 100
7E-07-A0-30-30-30-30-33-7E
00004
140 – 150
7E-07-A0-30-30-30-30-34-7E
00005
190 – 200
7E-07-A0-30-30-30-30-35-7E
00006
240 – 250
7E-07-A0-30-30-30-30-36-7E
00007
290 – 300
7E-07-A0-30-30-30-30-37-7E
2.2.2
CONEXIÓN DEL MÓDULO DE VOZ
El módulo mp3 WT9501M03, se conecta al microcontrolador por medio de
comunicación serial, mediante el módulo USART del PIC, este envía una
secuencia de bits para establecer un código que el módulo de voz recepte y sepa
que mensaje debe reproducir, esto se lo realiza mediante el pin de transmisión del
PIC y el pin de recepción del módulo, el módulo tiene una salida estereofónica a
audífono, la conexión se muestra en la figura 2.8.
El pin 18 es el pin de reset del módulo mp3 el cual necesita tensión de
alimentación de 3.3 V conjuntamente con el pin 3V3, estas conexiones se las
realiza según lo indicado en la hoja de especificaciones técnicas.
J1
3
AUDIO_STER_PCB_APM
2
5
4
1
MP31
1
2
3
4
GND
8
7
6
5
VCC/VDD
GND
CONN-DIL8
MP32
1
2
3
4
8
7
6
5
OUTTXMP3
CONN-DIL8
MP33
1
2
3
4
8
7
6
5
U2
3.3V
9
10
1
CONN-DIL8
2
3
4
5
6
7
VCC/VDD
R9
SELECT
3
2
1
1k
TX
OUTTXMP3
OSC1/CLKIN
OSC2/CLKOUT
MCLR/Vpp/THV
RB0/INT
RB1
RB2
RB3/PGM
RB4
RB5
RB6/PGC
RB7/PGD
RA0/AN0
RA1/AN1
RA2/AN2/VREFRA3/AN3/VREF+
RA4/T0CKI
RA5/AN4
RC0/T1OSO/T1CKI
RC1/T1OSI
RC2/CCP1
RC3
RC4
RC5
RC6/TX/CK
RC7/RX/DT
21
22
23
24
25
26
27
28
11
12
13
14
15
16
17
18
TX
PIC16F870
CONN-SIL3
R1
Q5
2N3904
1k
GND
Figura 2. 8: Conexión del microcontrolador al módulo de voz
CIRCUITO DEL DETECTOR DE OBSTÁCULOS
2.2.3
Como se muestra en la figura 2.9, se puede observar el diseño terminado del
dispositivo detector de obstáculos que funcionara conjuntamente con el hardware
que se lo diseña más adelante.
SELECT
3
2
1
CONN-SIL3
GND
VCC/VDD
TX
OUTTXMP3
R1
1k
GND
GND
3
5
R9
1k
Q5
J1
1
4
AUDIO_STER_PCB_APM
2
2N3904
1
2
3
4
1
2
3
4
1
2
3
4
MP31
8
7
6
5
CONN-DIL8
MP32
8
7
6
5
CONN-DIL8
MP33
8
7
6
5
CONN-DIL8
SENSOR
3
2
1
CONN-SIL3
C1
FU1
C3
1A
1u
470u
C2
9
10
1
1u
X1
CRYSTAL
R2
10k
2
3
4
5
6
7
U2
OSC1/CLKIN
OSC2/CLKOUT
MCLR/Vpp/THV
1
1
RA0/AN0
RA1/AN1
RA2/AN2/VREFRA3/AN3/VREF+
RA4/T0CKI
RA5/AN4
U1
7805
VI
U22
VI
7805
VO
VO
RB0/INT
RB1
RB2
RB3/PGM
RB4
RB5
RB6/PGC
RB7/PGD
RC0/T1OSO/T1CKI
RC1/T1OSI
RC2/CCP1
RC3
RC4
RC5
RC6/TX/CK
RC7/RX/DT
21
22
23
24
25
26
27
28
11
12
13
14
15
16
17
18
3
3
GND
TX
3
U4
VCC/VDD
VI
LM1117-3
R7
220R
D2
VO
R8
LED-RED
220R
2
D3
LED-RED
3.3V
GND
Figura 2. 9: Circuito detector de obstáculos
IN12V
2
1
BORN-2P_APM
VCC/VDD
GND
GND
3.3V
OUTTXMP3
VCC/VDD
VCC/VDD
GND
PIC16F870
GND
1
GND
2
GND
2
2.3
DISEÑO DE SOFTWARE DEL DETECTOR DE OBSTÁCULOS
El diseño de software del proyecto es la parte fundamental del detector de
obstáculos, el sistema de control lo realiza el microcontrolador que administra el
sistema de adquisición de señales y el sistema actuador. En la actualidad existen
muchos ensambladores de programas en los cuales se puede editar el código de
programa así como tenemos MikroC, Microcode, Mplab, Mikrobasic, etc.
Para nuestro proyecto se escogió Mikrobasic porque es un lenguaje de
programación de alto nivel y de fácil manejo de variables, subrutinas, se manejan
directamente los módulos en este caso el Conversor Análogo/Digital y el módulo
USART.
La programación de un microcontrolador se la hace en varios procesos, como
primer paso se escribe el código del programa en mikrobasic para luego compilar
el proyecto y convertirlo en lenguaje hexadecimal que es el que entiende el
microcontrolador, para cargar el archivo hexadecimal al microcontrolador se lo
hizo en un programador PICkit2 de microchip que es fácil de conseguirlo.
2.3.1
LENGUAJE DE PROGRAMACIÓN
a. MIKROBASIC
MikroBasic es un compilador BASIC que tiene las características para
microcontroladores PIC de Microchip, diseñado para desarrollar, construir y
depurar aplicaciones embebidas basadas en PIC. Esta poderosa herramienta para
programar microcontroladores PIC, se encarga de proveer a los usuarios con
eficiencia las posibles soluciones para el desarrollo de aplicaciones para sistemas
embebidos27.
Este entorno de desarrollo cuenta con una amplia variedad de características tales
como:
Una sintaxis BASIC fácil de aprender.
IDE fácil de usar.
27
https://sites.google.com/site/cursoPICmikrobasic/introduccion-a-mikrobasic
Código muy compacto y eficiente.
Equipos y bibliotecas de software.
Documentación completa.
Simulador de software.
Depurador de hardware
Generación de archivos COFF, etc.
Además incluye gran cantidad de ejemplos prácticos que permiten que el usuario
aprenda a programar en el entorno más fácil y rápido.
El sistema IDE avanzado, tiene un extenso conjunto de librerías para hardware,
documentación comprensiva, y ejemplos de programas, lo que es más que
suficiente para empezar a programar microcontroladores.
Ventajas
El código se edita en el Code Editor.
Mikrobasic incluye librerías para adquisición de datos, memorias,
displays, conversiones, comunicaciones, etc.
Prácticamente soporta todos los PICS de las gamas P12, P16 y P18.
La estructura del programa, variables, y funciones se encuentran en el
Code Explorer.
Genera el archivo .hex que es compatible con todos los programadores.
2.3.2
Creación de un proyecto en BASIC
El programa básico de mikrobasic es un archivo guardado en la RAM o en un
disco teniendo por extensión .pbas.
Para crear el código del programa se debe crear un nuevo proyecto que se lo
realiza de la figura 2.10.
Figura 2. 10: Creación de un proyecto.
Luego se abre una ventana de diálogo en la cual se configuran diferentes aspectos
como el tipo de microcontrolador a utilizar que es el nombre del dispositivo que
se va a programar en este caso el PI16F870, el nombre del programa que puede
ser cualquier nombre que haga referencia al dispositivo detector de obstáculo en
este caso detector de obstáculos y la dirección donde desea guardar, se debe
deshabilitar el watch dog. También se escoge el tipo de oscilador que puede ser
interno o externo y frecuencia de oscilación, para el detector de obstáculos se
utiliza un oscilador de velocidad y frecuencia media de 4Mhz.
La figura 2.11 indica las configuraciones que se debe realizar antes de programar
el microcontrolador.
Figura 2. 11: Configuración del microcontrolador
En la pantalla de la figura 2.12 se procede a digitar el código del programa.
Figura 2. 12: Ventana para escribir el código del programa
2.3.3
DIAGRAMA DE FLUJO DEL PROYECTO
En el siguiente diagrama de flujo describe el programa principal del detector de
obstáculos.
Figura 2. 13: Diagrama de flujo del detector de obstáculos
El diagrama de flujo que se indica, primero empieza por el encabezado que
contiene el nombre del programa, la declaración de variables, que son con las
cuales se identifican los valores de datos necesarios para programar el
microcontrolador así como el dato que proporciona el sensor, una variable para
guardar el dato digital. A continuación se declaran las subrutinas del programa
como la lectura de la grabación del mensaje en el módulo mp3.
Es necesario declarar el pin por el cual se toma el dato análogo, en este caso el pin
2 del puerto A, este puerto es el que posee el conversor análogo digital. La
adquisición y digitalización del dato análogo, se realiza en el programa principal,
para con este dato hacer la comparación respectiva y reproducir el mensaje
correspondiente.
2.3.4
CÓDIGO DEL PROGRAMA
La codificación del programa del detector de obstáculos, se la hizo con la ayuda
del manual que se encuentra en la ayuda del programa Mikrobasic.
Para editar el código del programa es necesario revisar en la ayuda lo siguiente.
Declaración de variables
Tiempos de espera en el programa
Condicionamientos
Manejo de subrutinas
Manejo del convertidor análogo/digital
Comunicación por medio del módulo USART
El Código de Programa se presenta en el anexo 2.
Las variables deben de ser declaradas primero, se utiliza la palabra dim seguida
del nombre de la variable y por último el tipo de dato, el nombre de la variable
puede ser cualquier combinación del alfanumérica, sin que empiece con números
o signos, el tipo de dato puede ser cualquiera de los establecidos en mikrobasic,
las variables del programa son las siguientes:
dim adc as word
dim valor as longword
Las subrutinas se utilizan para realizar procedimientos repetitivos que son
llamados desde el programa principal solamente con el nombre y se los codifica
de la siguiente manera.
sub procedure inicio
Usart_Write(0x7E)
Usart_Write(0x07)
Usart_Write(0xA0)
Usart_Write(0x30)
Usart_Write(0x30)
Usart_Write(0x30)
Usart_Write(0x30)
sub procedure fin
Donde inicio es el nombre de la subrutina las siguientes líneas son el código de
este proceso, end sub indica que el proceso termina y regresa al programa
principal.
Para la adquisición de datos del sensor el microcontrolador adquiere el dato
análogo por el pin 2 del puerto análogo, el dato que recibe es digital, para
convertirlo en un valor entendible es necesario multiplicar por el rango que se
necesita hacer la comparación y dividirlo para 1024 que indica la resolución de 10
bits que posee el conversor análogo digital, y se multiplica por 2540 para
linealizar el dato y llevarlo a voltios porque el sensor proporciona un dato análogo
en milivoltios.
valor=Adc_Read(0)
delay_ms(10)
adc=valor*(2540/1024)
Para que trabaje el conversor es necesario declarar el puerto con un valor
establecido en la tabla que se estudió en el apartado 1.
adcon0=%01000001
adcon1=%00001110
Las pausas en el programa ya tienen un código específico que solo basta con
escribirlo para que el programa entienda que hay que parar un tiempo, este código
es el delay_ms(500), ms indica que son quinientos milisegundos los que tiene que
esperar, si se requiere un tiempo en segundos hay poner s y el valor de tiempo.
Para que el microcontrolador entienda que distancia está entregando el sensor,
necesario realizar las respectivas comparaciones, con los valores establecidos por
el rango en el cual se está trabajando, así como se indica en la siguiente
comparación:
if (valor>1) and (valor<15) then
inicio
Usart_Write(0x31)
fin
portc.5=1
delay_ms(500)
end if
La comunicación serial del microcontrolador con el módulo de voz se la realiza
utilizando el código:
Usart_Init(9600)
Usart_Write(0x7E)
Usart_Write(0x07)
Usart_Write(0xA0)
Usart_Write(0x30)
Usart_Write(0x30)
Usart_Write(0x30)
Usart_Write(0x30)
Usart_write(0x31)
Usart_Write(0x7E)
Este código para la distancia de 1 a 20 cm, usart_init sirve para que el módulo
mp3 inicialice para empezar la lectura, usart_write es el código que indica el
número de pista que debe reproducir la tarjeta.
El módulo de voz empieza y termina de escribir con el código usart_init(0x7E).
CAPÍTULO III
PRUEBAS
DE
FUNCIONAMIENTO
DEL
DETECTOR
DE
OBSTÁCULOS.
Luego de implementar el hardware y software del dispositivo detector de
obstáculos, se realizaron las pruebas de funcionamiento, para verificar la óptima
operación del dispositivo y el cumplimiento de los requerimientos planteados en
el perfil del proyecto; los ensayos realizados fueron las siguientes:
Pruebas de Voltaje.
Pruebas de funcionamiento del sensor.
Pruebas de funcionamiento del módulo MP3.
3.1
PRUEBAS DE VOLTAJE.
Voltaje de alimentación en el microcontrolador
La alimentación del microcontrolador tiene que ser 5V, que proviene de una
batería de 9V, ingresa a un regulador de tensión 7805 que entrega la tensión
requerida, la medición tomada se muestra en la figura 3.1.
Figura 3. 3: Tensión aplicada al microcontrolador.
El error presentado de 0.03 voltios que representa el 0.6%, se produce por la
lectura misma del multímetro que tiene cierto margen de error que también
depende de la precisión del equipo.
Voltaje de alimentación del pin RST del módulo mp3.
El voltaje de alimentación para estos pines es de 3.3V que viene del regulador de
tensión LM1117-3, que se encarga de regular la tensión al valor requerido para
alimentar los pines indicados, la medición tomada se indica en la figura 3.2.
Figura 3. 4: Voltaje medido en el pin RST
Como se observa en la figura anterior el voltaje tiene un error de 0.05 voltios que
representa el 1%, que se produce por el margen de error que depende del
regulador de voltaje.
Prueba de funcionamiento del sensor.
Para el sensor a una distancia de 50cm se obtiene un valor de voltaje de 0.2
voltios, los datos se encuentran en la tabla 2.1 del capítulo 2, esto indica que el
sensor funciona de acuerdo a lo especificado en su hoja de especificaciones
técnicas.
Pruebas de funcionamiento del módulo de voz.
Los mensajes que se escuchan en el módulo de voz se indican en la tabla 3.1.
Tabla 3. 5. Mensajes grabados en la tarjeta SD del módulo de voz
Distancia[cm] Mensaje escuchado
3.2
0 – 20
“Cuidado”
40 – 0.50
“obstáculo a medio metro”
0.90 – 100
“obstáculo a un metro”
140 – 150
“obstáculo a un metro y medio”
190 – 200
“obstáculo a dos metros”
240 – 250
“obstáculo a dos metros y medio”
290 – 300
“obstáculo a tres metros”
PRUEBAS DE RESPUESTA DE TIEMPO DEL DETECTOR DE
OBSTÁCULOS
En tabla 3.2 se indica las pruebas realizadas del tiempo de retardo en la respuesta
del microcontolador con el módulo de voz, para que el detector de obstáculos
indique la presencia de otro obstáculo.
Tabla 3. 6. Pruebas del detector de obstáculos con diferentes tiempos en el aviso
de obstáculos.
Tiempo de ancho de pulso Resultado
[s]
4
Sistema muy Lento
3
Sistema Lento
2
Sistema medio rápido
1
Sistema rápido
La primera prueba se realizó con un tiempo ancho de pulso es de 4s. Al evaluar
el sistema con este tiempo se tiene que, el sistema está muy lento, por ello es
necesario disminuir el tiempo hasta lograr lo ideal, que no genere conflictos al
usuario.
Al tomar un tiempo de 1 segundo, el funcionamiento del detector de obstáculos es
normal y se obtiene una respuesta óptima en la información de la distancia a la
que se encuentran posibles obstáculos, el sistema presenta cierto grado de
confusión cuando se tiene un obstáculo, se informa de la presencia del mismo y no
localiza otro punto para detectar porque el individuo no avanza en su trayecto.
3.3
PRUEBAS
DEL
DETECTOR
DE
OBSTÁCULOS
CON
DIFERENTES TIPOS DE MATERIALES
En la tabla 3.3 se describe el funcionamiento del detector de obstáculos a
diferentes tipos de materiales. Para obtener los valores presentados en este tabla se
realizó una coordinación con la Unidad Educativa de no videntes de Cotopaxi,
quienes amablemente colaboraron con personas que tienen esta discapacidad, por
tanto se puede mencionar, que todas las pruebas son reales, y las fotos aquí
presentadas, lo corroboran.
Tabla 3. 7. Pruebas del detector de obstáculos con diferentes materiales
# PRUEBA OBSTÁCULO
RESULTADOS
1
Materiales de hormigón Funcionamiento correcto
2
Material plástico
Funcionamiento correcto
3
Material metálico
Funcionamiento correcto
4
Material de vidrio
Funcionamiento correcto
5
Material de madera
Funcionamiento correcto
Prueba 1. En esta prueba se utilizó una pared de hormigón, como obstáculo; en la
cual el detector de obstáculos reprodujo los mensajes en forma exitosa, conforme
la distancia de la tabla 2.1, sin tener ningún problema.
Figura 3. 3: Imagen capturada con una pared de hormigón.
Prueba 2. Esta prueba se la hizo utilizando como obstáculo una cubierta plástica
y se obtuvo un funcionamiento correcto.
Figura 3. 4: Imagen capturada con una funda plástica.
Prueba 3. Esta prueba se la hizo utilizando como obstáculo una puerta metálica,
en la cual el detector de obstáculos funciona sin problema alguno.
Figura 3. 5: Imagen capturada con una puerta metálica
Prueba 4. Esta prueba se la hizo utilizando como obstáculo una ventana de vidrio,
en la cual el detector de obstáculos tiene el funcionamiento adecuado.
Figura 3.6: Imagen capturada con un vidrio
Prueba 5. Esta prueba se la hizo utilizando como obstáculo una puerta de madera,
en la cual el detector de obstáculos funciona de acuerdo a previsto.
Figura 3. 7: Imagen capturada con una puerta de madera
3.4
PRUEBAS DEL DETECTOR DE OBSTÁCULOS EN DIFERENTES
AMBIENTES
Las pruebas realizadas en los ambientes más comunes que se puede encontrar en
el tránsito de una persona, se detallan en la tabla 3.4.
Tabla 3. 8. Pruebas del detector de obstáculos en diferentes ambientes.
# PRUEBA AMBIENTE
RESULTADOS
1
Ambiente normal
El detector de obstáculos funciona
2
Ambiente ruidoso
El detector de obstáculos funciona
3
Ambiente lluvioso
El detector de obstáculos funciona
4
Ambiente polvoriento El detector de obstáculos funciona
3.5
LIMITACIONES DEL DETECTOR DE OBSTÁCULOS
El detector de obstáculos informa de la presencia de impedimentos cuando estos
se encuentran al frente de la persona que lo está utilizando, inicialmente el sensor
del dispositivo estaba fijo en él, pero realizando pruebas con personas no videntes
quienes dieron la sugerencia de llevar el sensor en la mano para lograr la
percepción adecuada de obstáculos ya sea frontales y a los costados izquierdo y
derecho, dependiendo de la necesidad del usuario, sin tener que girar el cuerpo
sino simplemente direccionar el sensor hacia dichos lugares; se dejó una longitud
de cable de 30cm, para la manipulación del sensor por parte del usuario; no
obstante esta modificación, no permite la detección de los huecos y veredas en el
camino; que son muy comunes en el tránsito de las personas con discapacidad
visual, que están adaptadas a detectarlas con un bastón, sin embargo el sistema
puede mejorarse con otro proyecto spin off, para cubrir esta falencia.
La distancia máxima que alcanza el detector de obstáculos es 3 metros dentro de
los cuales se informa de la presencia de impedimentos al caminar en determinados
rangos especificados en el apartado del capítulo 2.
El sistema no informa de la falta de batería en el dispositivo, por tanto la persona
con discapacidad visual no puede percibir esta información, en este caso se
recomienda un cambio mensual de batería o usar baterías recargables, como
ocurre con un teléfono celular, donde el usuario, conecta a diario la batería al
cargador.
El objeto que detecta primero como obstáculo es aquel que se encuentra en línea
recta al dispositivo, solamente detectará los objetos que están a 30 grados arriba o
abajo del detector de obstáculos, ya que el lóbulo de radiación cubre los ángulos
indicados.
Al tener escalones en el camino de la persona no vidente podría tropezar porque la
grada más próxima que será detectada es la tercera grada, debido a que el detector
de obstáculos se encuentra a la altura del abdomen, que se encuentra generalmente
en cada persona a un metro a la altura del piso.
CAPÍTULO IV
CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES
4.1
CONCLUSIONES
Se ha cumplido el objetivo del proyecto, que consistió en diseñar e
implementar un detector de obstáculos para no videntes, basados en un
microcontrolador, un sensor y un módulo de voz.
El módulo MP3 que se utilizó para el sistema de reproducción de
mensajes, reproduce las grabaciones en el orden que se guardan en la
tarjeta SD, esto significa que, si se guarda primero el mensaje 00003.mp3,
este es el primer mensaje que se reproduce cuando se llame a reproducir el
archivo 00001.mp3. Esto difiere de la información presentada en las
especificaciones técnicas del módulo, y por tanto se tuvieron que realizar
varias pruebas, hasta confirmar esta conclusión.
Los sensores de ultrasonidos ayudan a percibir la presencia de objetos, en
este proyecto se empleó el sensor LV-Maxsonar EZ1, que también facilita
la obtención de la distancia a la cual se encuentra el obstáculo, su
funcionamiento es muy sencillo y de fácil implementación en el sistema de
detección de obstáculos, y su perfil fue verificado basado en la tabla 2.1.
La conversión de datos análogos a digitales se los hace a través del
conversor de 10 bits que posee el microcontrolador, además hay que
linealizar estos datos debido a que el sensor no proporciona una respuesta
lineal, adicionalmente se realizaron varias pruebas y dependiendo de los
resultados se realizaron los ajustes necesarios, para indicar la distancia
exacta a la cual se encuentran los impedimentos en el camino de una
persona no vidente.
Para la programación del microcontrolador se utilizó el lenguaje de
programación Mikrobasic que es una herramienta de fácil manejo, ya que
permite la conversión análoga a digital, comunicación serial sin
complejidad alguna en la programación, y permite realizar varias pruebas
con diferentes códigos de programación, hasta llegar a la óptima
codificación.
Para programar al microcontrolador se adquirió el programador llamado
PICkit 2 v2.6 que está al alcance de cualquier persona. Permite grabar el
PIC hasta por 2000 ocasiones para realizar las pruebas necesarias, sin que
haya ningún inconveniente y lo más importante es que reconoce cualquier
microcontrolador de la familia PIC de manera automática.
El detector de obstáculos posibilitó que personas con discapacidad visual
mejoren su percepción de objetos cercanos, porque por medio de este
dispositivo pudieron interactuar de alguna manera con el mundo exterior,
mediante mensajes generados por el dispositivo, que les indica la presencia
de obstáculos.
El detector de obstáculos tiene la capacidad de llevar a la persona
invidente por un camino seguro al informarle de la presencia de obstáculos
sin que éste sea dependiente de alguien o algo más como es el caso de los
perros guía que ayudan a desenvolverse solos pero requiere de cuidados
extras como es alimentación, cuidados médicos, aseo, etc.
La colaboración de la Unidad Educativa Especializada de No Videntes de
Cotopaxi, permitió diseñar adecuadamente la ubicación del sensor dentro
del sistema, así como las pruebas de distancia para la conversión de datos
en el microcontrolador.
4.2
RECOMENDACIONES
La persona no vidente que vaya a utilizar el dispositivo debe pedir ayuda a
una persona de confianza que lea el manual de usuario y también las
limitaciones que este posee, para no dar mal uso y evitar posibles
conflictos en el camino.
Para la utilización del detector de obstáculos la persona tiene que aprender
a utilizarlo ya que como cualquier ayuda que utilicen primero tienen que
saber su funcionamiento, la utilidad que proporciona, en que medio
funciona de mejor manera y donde se puede dar mayor utilidad y obtener
mejores beneficios.
Cuando el usuario empiece a escuchar el mensaje de la presencia de un
obstáculo, éste tiene que detenerse para orientarse y tomar el camino
correcto.
El sistema no informa de la falta de batería en el dispositivo, por tanto la
persona con discapacidad visual no puede percibir esta información, en
este caso se recomienda un cambio mensual de batería o usar baterías
recargables, como ocurre con un teléfono celular, donde el usuario,
conecta a diario la batería al cargador.
Cuando el dispositivo no se esté utilizando es necesario apagarlo, porque
la batería se desgasta innecesariamente.
El sensor se lo debe sujetar correctamente sujetando la cubierta de caucho
en la posición vertical.
El detector de obstáculos podría ser mejorado con la incorporación de
cámaras que permitan percibir los impedimentos en el camino según sus
dimensiones y el tipo de objeto que sea.
El dispositivo detector de obstáculos necesita que el usuario tenga cuidado
de no golpearlo, ya que como cualquier mecanismo electrónico con el
tiempo se puede ir deteriorando, hasta dañarse totalmente.
Según las pruebas realizadas con personas no videntes, se sugirió que el
dispositivo también debe detectar huecos y gradas, para ello se podría
incorporar una mejora con un sensor adicional que haga lo antes
mencionado.
BIBLIOGRAFÍA
[1] TORRES Fernando, POMARES Jorge, GIL Pablo, PUENTE Santiago,
ARACIL Rafael. Robots y sistemas sensoriales. Pearson ediciones. 2° ed. Año
2002. Madrid – España.
[2] IBRAIN Dogan. Programación de microcontroladoes PIC. Marcombo
ediciones. 1° ed. Año 2007. Barcelona – España.
[3] MANDADO Enrique, MENENDEZ Luis, FERREIRA Luis, MATOS Emilio.
Microcontroladores PIC sistema integrado para el aprendizaje. Marcombo
ediciones. 1° ed. Año 2007. Barcelona – España.
NETGRAFÍA
http://www.monografias.com/trabajos/sentidovista/sentidovista.shtml.
http://www.oftalmo.com/studium/studium2008/stud08-4/08d-02.htm
http://eespecial.sev.gob.mx/difusion/visual.php
http://es.wikipedia.org/wiki/Ceguera
http://www.consejodiscapacidades.gob.ec/wp.content/uploads/downloads/
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http://www.discapacidadesecuador.org/portal/index.php?option=com_cont
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http://es.wikipedia.org/wiki/Braille_%28lectura%29
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http://es.wikipedia.org/wiki/Perro_gu%C3%ADa
http://www.contactobraille.com/baston.html
http://robots-argentina.com.ar/Sensores_general.htm
http://www.slideshare.net/diego5wh/sensores-de-distancia
http://libroweb.alfaomega.com.mx/catalogo/automatasprogramables/librea
cceso/libreacceso/reflector/ovas_statics/sensores/temas/SA_TEMA_10ULTRASONIDOS.pdf
http://www.maxbotix.com
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http://www.ceduvirt.com/resources/Microcontroladores.pdf
http://es.wikipedia.org/wiki/Microcontrolador_PIC
http://www.alldatasheet.com/datasheetpdf/pdf/74970/MICROCHIP/PIC16F870.html
http://www.alldatasheet.com/datasheetpdf/pdf/74970/MICROCHIP/PIC16F870.html
http://www.elechouse.com/elechouse/images/product/USBSD%20MP3%20Modules/WT9501M03.pdf
ANEXOS
ANEXO 1
MANUAL DE USUARIO
MANUAL DE USUARIO
Lea atentamente el manual antes de usar el detector de obstáculos.
1. Alimentación del dispositivo
El
dispositivo, requiere alimentación, mediante una batería que tiene
características Técnicas que se describen a continuación.
Tensión de alimentación: funciona con una batería de 9 Vdc.
Corriente de consumo: 12mA.
Para colocar la batería se debe destornillar la tapa posterior del dispositivo e
insertarla en los conectores como se puede observar en la fig. a.
Figura a: Inserción de la batería en el dispositivo
2. Instalación del dispositivo en la persona
Para utilizar el dispositivo se debe sujetar el cinturón en el abdomen del
usuario de tal manera que el detector de obstáculos quede en el centro para
que este pueda detectar objetos justo al frente de la persona que tiene la
discapacidad (ver fig.b). Sujetado correctamente el cinturón se procede a
sujetar el sensor por su cubierta de caucho, tomando en cuenta que el tope de
la cubierta quede en el lado derecho de la mano, luego colocar los audífonos
en los oídos (ver fig.c).
Figura b: Sujeción del cinturón
Figura c: Colocación de audífonos
3. Encendido y apagado del equipo
En la parte frontal al extremo superior derecho del dispositivo (figura d) se
encuentra un interruptor rojo, el cual se presiona hacia abajo para encenderlo; el
equipo inmediatamente empieza a dar un aviso de la distancia a la cual se
encuentra un obstáculo (en el caso de que exista), para apagar el dispositivo se
presiona el interruptor hacia arriba.
Figura d: Encendido del dispositivo
4. Funcionamiento.
Para comprobar el funcionamiento del detector hay que colocar la mano frente al
sensor y escuchar el mensaje cuidado, entonces sabemos que el funcionamiento es
correcto.
Si el dispositivo no funciona correctamente, es decir si hay un obstáculo y el
dispositivo no confirma la presencia de este, es necesario apagar y encender el
detector, este problema puede suceder porque el sensor no detectó el objeto y
detectó otro que estaba más lejos.
ANEXO 2
CÓDIGO DEL PROGRAMA
program dispositiv
dim adc as longword
dim valor as word
sub procedure inicio
Usart_Write(0x7E)
Usart_Write(0x07)
Usart_Write(0xA0)
Usart_Write(0x30)
Usart_Write(0x30)
Usart_Write(0x30)
Usart_Write(0x30)
end sub
sub procedure fin
Usart_Write(0x7E)
end sub
main:
Usart_Init(9600)
trisc=0
portc=0
portc.4=1
delay_ms(1000)
portc.5=1
delay_ms(1000)
while(1)
trisa=%00000001
adcon0=%01000001
adcon1=%00001110
valor=Adc_Read(0)
delay_ms(10)
adc=valor*(2540/1024)
if (valor>1) and (valor<15) then
inicio
Usart_Write(0x31)
fin
portc.5=1
delay_ms(500)
end if
if (valor>24) and (valor<34) then
inicio
Usart_Write(0x32)
fin
portc.5=1
delay_ms(500)
end if
if (valor>64) and (valor<74) then
inicio
Usart_Write(0x33)
fin
portc.5=1
delay_ms(500)
end if
if (valor>100) and (valor<107) then
inicio
Usart_Write(0x34)
fin
portc.5=1
delay_ms(500)
end if
if (valor>137) and (valor<147) then
inicio
Usart_Write(0x35)
fin
portc.5=1
delay_ms(500)
end if
if (valor>177) and (valor<187) then
inicio
Usart_Write(0x36)
fin
portc.5=1
delay_ms(500)
end if
if (valor>217) and (valor<227) then
inicio
Usart_Write(0x37)
fin
portc.5=1
delay_ms(500)
end if
delay_ms(500)
portc.5=1
wend
end.
ANEXO 3
HOJA DE DATOS TÉCNICOS SENSOR LVMAXSONAR EZ1
ANEXO 4
HOJA DE DATOS TÉCNICOS DEL
MICROCONTROLADOR PIC16F870
ANEXO 5
HOJA DE DATOS TÉCNICOS DEL MÓDULO MP3
WT9501M03
ANEXO 6
TABLA DE CONVERSIÓN DE DATOS ANÁLOGOS A
VALORES DE DISTANCIAS
DISTANCIA
VALOR
DE VALOR DE COMPARACIÓN EN EL
[cm]
VOLTAJE [V]
CÓDIGO FUENTE DEL PROGRAMA
POR PRUEBA – ERROR
20
0.08
15
50
0.20
34
100
0.42
74
150
0.64
107
200
0.85
147
250
1.08
187
300
1.30
227
Latacunga, Abril del 2014.
AUTORÍA
ELABORADO POR:
`
Jessica Álvarez
Liliana De La Cruz
C.C. 0503246670
C.C. 0503371619
APROBADO POR:
Ing. José Bucheli
DIRECTOR DE LA CARRERA EN INGENIERÍA ELECTRÓNICA E
INSTRUMENTACIÓN
CERTIFICADO POR:
Dr. Rodrigo Vaca
SECRETARIO ACADÉMICO
UNIDAD DE ADMISIÓN Y REGISTRO
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