Jiménez Peralta, Franklin Gustavo

Jiménez Peralta, Franklin Gustavo
UNIVERSIDAD NACIONAL DE LOJA
ÁREA DE LA ENERGÍA, LAS INDUSTRIAS Y LOS RECURSOS
NATURALES NO RENOVABLES
CARRERA DE INGENIERÍA EN ELECTRÓNICA Y
TELECOMUNICACIONES
“CONSTRUCCIÓN DE UN PROTOTIPO DE BASTÓN ELECTRÓNICO, COMO
MECANISMO DE AYUDA A PERSONAS CON DISCAPACIDAD VISUAL.”
TESIS DE GRADO PREVIO A LA OBTENCIÓN
DEL TÍTULO DE INGENIERO EN ELECTRÓNICA
Y TELECOMUNICACIONES.
AUTOR: FRANKLIN GUSTAVO JIMÉNEZ PERALTA
DIRECTOR: ING. JUAN MANUEL GALINDO VERA, Mg. Sc.
LOJA - ECUADOR
2014
CERTIFICACIÓN
Ingeniero
Juan Manuel Galindo Vera, Mg. Sc.
DIRECTOR DEL TRABAJO DE TESIS
CERTIFICA:
Haber dirigido, asesorado, revisado y corregido el presente trabajo de tesis de grado,
en su proceso de investigación, cuyo tema versa: “CONSTRUCCIÓN DE UN PROTOTIPO
DE BASTÓN ELECTRÓNICO, COMO MECANISMO DE AYUDA A PERSONAS CON
DISCAPACIDAD VISUAL”, previo a la obtención del título de Ingeniero en Electrónica y
Telecomunicaciones, realizado por el señor egresado: Franklin Gustavo Jiménez
Peralta, la misma que cumple con la reglamentación y políticas de investigación, por
lo que autorizo su presentación y posterior sustentación y defensa.
Loja, Mayo del 2014.
DIRECTOR DEL TRABAJO DE TESIS
i
AUTORÍA
Yo FRANKLIN GUSTAVO JIMÉNEZ PERALTA, declaro ser autor del presente trabajo de tesis
y eximo expresamente a la Universidad Nacional de Loja y sus representantes jurídicos de
posibles reclamos o acciones legales por el contenido de la misma.
Adicionalmente acepto y autorizo a la Universidad Nacional de Loja, la publicación de mi
tesis en el Repositorio Institucional - Biblioteca Virtual.
Autor: Franklin Gustavo Jiménez Peralta
Firma: ……………………………….
Cédula: 1104816218
Fecha: 6 de junio del 2014
ii
CARTA DE AUTORIZACIÓN DE TESIS POR PARTE DEL AUTOR, PARA LA CONSULTA,
REPRODUCCIÓN PARCIAL O TOTAL, Y PUBLICACIÓN ELECTRÓNICA DEL TEXTO
COMPLETO.
Yo FRANKLIN GUSTAVO JIMÉNEZ PERALTA, declaro ser autor de la tesis titulada:
“CONSTRUCCIÓN DE UN PROTOTIPO DE BASTÓN ELECTRÓNICO, COMO MECANISMO DE
AYUDA A PERSONAS CON DISCAPACIDAD VISUAL.”, como requisito para optar al grado
de: Ingeniero en Electrónica y Telecomunicaciones, autorizo al Sistema Bibliotecario de la
Universidad Nacional de Loja para que con fines académicos, muestre al mundo la
producción intelectual de la Universidad, a través de la visibilidad de su contenido de la
siguiente manera en el Repositorio Digital Institucional:
Los usuarios pueden consultar el contenido de este trabajo en el RDI, en las redes de
información del país y del exterior, con las cuales tenga convenio la Universidad.
La Universidad Nacional de Loja, no se responsabiliza por el plagio o copia de la tesis que
realice un tercero.
Para constancia de esta autorización, en la ciudad de Loja, a los 6 días del mes de junio del
dos mil catorce.
Firma: ………………………………….
Autor: Franklin Gustavo Jiménez Peralta
Cédula: 1104816218
Dirección: La Argelia
Correo electrónico: [email protected]
Teléfono: 2547505
Celular: 0989394759
DATOS COMPLEMENTARIOS.
Director de Tesis:
Ing. Juan Manuel Galindo Vera, Mg. Sc.
Tribunal de Grado:
Ing. Diego Vinicio Orellana Villavicencio, Mg. Sc
Ing. Julio César Guamán Segarra, Mg. Sc.
Ing. Rodolfo Pabel Merino Vivanco
iii
AGRADECIMIENTOS
Quiero agradecer primeramente a Dios por ser quien guía mi camino y ayudarme en todo
momento brindándome la fortaleza para seguir adelante.
A mis padres Ángel y Mariana por siempre darme su apoyo, afecto y comprensión, por
siempre tener un consejo y una frase alentadora y por ser mi motor para siempre seguir
adelante.
A mis hermanos, por ser siempre mi inspiración y por cada una de las enseñanzas con
ejemplos y lecciones a lo largo de mi vida, y a todas mis sobrinitas y sobrinitos por traer
alegría y felicidad a mi vida.
Por su apoyo incondicional y por estar a mi lado en cada momento a Marianela, por ser mi
inspiración y por ayudarme a ser una mejor persona día a día, mi lealtad total hacía ella
por amarme tal y como soy.
Al Ing. Juan Manuel Galindo por su acertada dirección y guía constante en el desarrollo del
presente proyecto.
A todas las personas que colaboraron en las pruebas y encuestas del dispositivo, por sus
consejos y recomendaciones para poder mejorar el prototipo.
A todos mis amigos con los que hemos compartido buenos e inolvidables momentos, en
especial a Edison, Emanuel, Nadia, Alex, Roger, Galo por ayudar de una u otra manera y
por su constante apoyo durante el desarrollo del presente proyecto.
iv
DEDICATORÍA
Con mucho cariño a mis padres, a quienes amo y admiro, por ser un pilar fundamental en
mi vida, por brindarme su apoyo y cariño, a usted siempre mi corazón y agradecimiento.
A mis hermanos por estar conmigo siempre y por ser mi motivación con cada ejemplo de
lucha que me brindan día a día, los quiero mucho.
A mi novia por ser mi inspiración, este triunfo es nuestro, gracias por estar siempre a mi
lado.
v
ÍNDICE
CERTIFICACIÓN ......................................................................................................................................... i
AUTORÍA .................................................................................................................................................. ii
CARTA DE AUTORIZACIÓN DE TESIS POR PARTE DEL AUTOR, PARA LA CONSULTA, REPRODUCCIÓN
PARCIAL O TOTAL, Y PUBLICACIÓN ELECTRÓNICA DEL TEXTO COMPLETO. ............................................ iii
AGRADECIMIENTOS ................................................................................................................................ iv
DEDICATORÍA ........................................................................................................................................... v
ÍNDICE ..................................................................................................................................................... vi
a.
TÍTULO ............................................................................................................................................. 1
b.
RESUMEN ........................................................................................................................................ 2
c.
INTRODUCCIÓN ............................................................................................................................... 4
d.
REVISIÓN DE LITERATURA ............................................................................................................... 5
d.1.
CAPÍTULO 1: DISCAPACIDAD VISUAL Y MÉTODOS DE AYUDA A LA PERSONA INVIDENTE .......... 5
d.1.1.
DISCAPACIDAD VISUAL ....................................................................................................... 5
d.1.1.1. Definición de Discapacidad Visual .................................................................................. 5
d.1.1.2. Definición según la OMS................................................................................................. 6
d.1.1.3. Definición según el CONADIS.......................................................................................... 6
d.1.2.
TIPOS DE AYUDA A PERSONAS NO VIDENTES ..................................................................... 7
d.1.2.1. LA TIFLOTECNOLOGÍA ..................................................................................................... 7
d.1.2.2. BASTONES COMO MÉTODO DE AYUDA AL DISCAPACITADO VISUAL ............................. 8
d.1.2.2.1.
Bastón Blanco............................................................................................................. 8
d.1.2.3. SISTEMAS EMPLEADOS PARA EL DESPLAZAMIENTO .................................................... 10
d.1.2.3.1.
En Solitario ............................................................................................................... 10
d.1.2.3.2.
Con perro guía .......................................................................................................... 10
d.1.2.3.3.
Con guía vidente ...................................................................................................... 10
d.1.2.4. TÉCNICAS PARA EL USO DEL BASTÓN ........................................................................... 11
d.1.2.4.1.
Técnica de Hoover .................................................................................................... 11
d.1.2.4.2.
Técnica de deslizamiento ......................................................................................... 12
d.1.2.4.3.
Técnica de toque ...................................................................................................... 12
d.1.2.4.4.
Técnica de subir y bajar escaleras ............................................................................ 12
d.2.
CAPÍTULO 2: SENSORES ............................................................................................................. 13
d.2.1.
SENSORES DE PROXIMIDAD.............................................................................................. 13
d.2.1.1. Sensor de Proximidad Interruptor de posición o de final de carrera ............................ 13
d.2.1.2. Sensor de Proximidad Capacitivo ................................................................................. 14
vi
d.2.1.3.
d.2.1.4.
d.2.1.5.
d.2.1.6.
d.2.1.7.
Sensor de Proximidad Inductivo ................................................................................... 15
Sensor de Proximidad Fotoeléctrico ............................................................................. 16
Sensor de Proximidad Infrarrojo .................................................................................. 17
Sensor de Proximidad Magnético ................................................................................. 18
Sensor de Proximidad por Ultrasonido......................................................................... 18
d.2.2.
FUNCIONAMIENTO DE LOS SENSORES DE ULTRASONIDO ................................................ 19
d.2.3.
PROBLEMAS CON LOS SENSORES DE ULTRASONIDO ........................................................ 20
d.3.
CAPÍTULO 3: SELECCIÓN DE DISPOSITIVOS ............................................................................... 25
d.3.1.
SELECCIÓN DEL SENSOR .................................................................................................... 25
d.3.2.
SENSOR ULTRASÓNICO HC-SR04 ...................................................................................... 26
d.3.2.1. Modo de empleo del sensor HC-SR04........................................................................... 27
d.3.2.2. Características Técnicas ................................................................................................ 28
d.3.2.3. Conexión del sensor HC-SR04 ....................................................................................... 29
d.3.3.
MICROCONTROLADOR PIC 16F628A ............................................................................. 29
d.3.3.1. Diagrama de terminales del PIC 16f628a y sus funciones especiales ........................... 30
d.3.3.2. Características principales del PIC 16f628a .................................................................. 31
d.3.3.3. Tipos de memoria del PIC 16f628a ............................................................................... 32
d.3.3.3.1.
Memoria flash .......................................................................................................... 32
d.3.3.3.2.
Memoria RAM .......................................................................................................... 32
d.3.3.3.3.
Memoria EEPROM .................................................................................................... 32
d.3.3.4. Tipos de osciladores ..................................................................................................... 33
d.3.4.
MULTIPLEXOR 74LS151 ..................................................................................................... 33
d.3.4.1. Puertos del multiplexor 74LS151 .................................................................................. 33
d.3.4.2. Funcionamiento............................................................................................................ 34
d.3.4.3. Tabla de verdad ............................................................................................................ 34
d.3.4.4. Esquema de entradas y salidas ..................................................................................... 35
d.3.5.
Motor de Vibración........................................................................................................... 35
d.3.6.
Parlante Zumbador HYDZ ................................................................................................. 36
e.
MATERIALES Y MÉTODOS .............................................................................................................. 37
e.1.
CAPÍTULO 4: DISEÑO DEL PROTOTIPO DE BASTÓN ELECTRÓNICO ............................................ 37
e.1.1.
DIAGRAMA DE BLOQUES DEL BASTÓN ELECTRÓNICO ...................................................... 37
e.1.2.
Etapa de Alimentación del Sistema .................................................................................. 38
e.1.3.
Etapa de detección de obstáculos .................................................................................... 39
e.1.4.
Etapa de activación de las alarmas del sistema ................................................................ 40
e.1.4.1. Circuito de activación del motor de vibración .............................................................. 40
e.1.4.2. Circuito de activación del parlante zumbador .............................................................. 42
e.2.
CAPÍTULO 5: DISEÑO DEL HARDWARE Y SOFTWARE DEL BASTÓN ELECTRÓNICO .................... 43
e.2.1.
CONSTRUCCIÓN DEL DISPOSITIVO .................................................................................... 43
e.2.1.1. Parte Superior .............................................................................................................. 44
vii
e.2.1.2.
e.2.1.3.
Parte Inferior ................................................................................................................ 45
Acoplamiento y ubicación de Sensores ........................................................................ 46
e.2.2.
SOFTWARE DEL BASTÓN ................................................................................................... 48
e.2.2.1. Desarrollo del Software ................................................................................................ 48
e.2.2.2. Diagramas de flujo del programa ................................................................................. 49
f.
CAPÍTULO 6. PRUEBAS Y RESULTADOS .......................................................................................... 54
f.1.
PRUEBAS INICIALES DEL SISTEMA ............................................................................................. 54
f.1.1.
Pruebas de distancia con sensor HC-SR04 ........................................................................ 54
f.1.2.
Pruebas con motor vibrador ............................................................................................. 56
f.1.3.
Prueba con parlante zumbador ........................................................................................ 57
f.1.4.
Pruebas con multiplexor 74LS151 ..................................................................................... 58
f.2.
Pruebas finales del sistema ....................................................................................................... 60
f.3.
RESULTADOS ............................................................................................................................. 62
f.3.1.
Etapa de detección de obstáculos .................................................................................... 62
f.3.2.
Etapa de activación de alarmas ........................................................................................ 65
f.3.3.
RESULTADOS EN PRUEBAS DE CAMPO ............................................................................. 66
g.
ANÁLISIS TÉCNICO Y ECONÓMICO DEL SISTEMA ........................................................................... 69
g.1.
IMPACTO SOCIAL DEL SISTEMA ................................................................................................. 69
g.2.
ANÁLISIS ECONÓMICO DE COSTOS Y BENEFICIOS ..................................................................... 70
h.
CONCLUSIONES ............................................................................................................................. 74
i.
RECOMENDACIONES ..................................................................................................................... 76
j.
BIBLIOGRAFÍA ................................................................................................................................ 78
k.
ANEXOS ......................................................................................................................................... 82
viii
a. TÍTULO
CONSTRUCCIÓN DE UN PROTOTIPO DE BASTÓN ELECTRÓNICO, COMO MECANISMO DE
AYUDA A PERSONAS CON DISCAPACIDAD VISUAL.
1
b. RESUMEN
El presente trabajo desarrolla la construcción de un prototipo de bastón electrónico,
como mecanismo de ayuda a personas con discapacidad visual, mediante el uso de
sensores de distancia por ultrasonido. Los sensores de ultrasonido trabajarán como
medidores de distancia, al detectar un posible obstáculo dentro de su rango de medición.
Para el desarrollo de este proyecto primeramente se realizó una investigación acerca
de los métodos de ayuda a personas no videntes, dentro de la rama de la tiflotecnología,
además de los sistemas empleados para el desplazamiento de una persona con
discapacidad visual, las técnicas relacionadas con el uso del bastón y los sensores de
distancia y sus diferentes tipos, luego se realizó la selección del sensor más apropiado para
este tipo de aplicación analizando sus características, funcionamiento y realizando una
comparación costo-beneficio de los mismos.
Además se diseñó cada una de las etapas del sistema, la etapa de alimentación
encargada de abastecer de energía a todos los componentes del bastón; la etapa del
circuito de detección de obstáculos comprendida por un multiplexor y el
microcontrolador, el primero encargado de seleccionar de acuerdo a los datos en sus
entradas de selección de que sensor proviene la señal, dicha señal será la que indicará la
existencia de un obstáculo, el segundo se encarga de procesar dicha señal y funciona
como cerebro principal del prototipo de bastón, para luego proceder a la activación de la
etapa final o de alarmas, comprendida por un motor vibrador y un parlante o buzzer los
mismos que generarán un zumbido para prevenir a la persona no vidente.
Luego de esto, se realizaron las simulaciones respectivas de todo el sistema, para
posteriormente realizar el armado y ensamblaje de toda la parte física del bastón, es decir
todo el hardware del dispositivo.
Finalmente se realizaron las pruebas del dispositivo con la ayuda de varias personas,
las cuales determinaron varios factores, como funcionalidad, utilidad y facilidad de uso del
prototipo de bastón.
2
ABSTRACT
The present work develops the construction of a prototype electronic cane, as a
mechanism to help people with visual disabilities, using ultrasonic distance sensors.
Ultrasonic sensors work as distance meters, to detect a possible obstacle within its
measuring range.
The development of this project first held a research about the methods of aid to
blind people, within the branch of the Conference, as well as the systems used for the
displacement of a person with visual impairment, the techniques related to the use of the
cane and distance sensors and its different types, then he was the selection of the sensor
most appropriate for this type of application by analyzing its characteristics, operating and
performing cost-benefit of such a comparison.
In addition we designed each of the stages of the system, the stage of power
responsible for supplying energy to all parts of the cane; the stage of detection of
obstacles including a multiplexer and the microcontroller, the first Manager to select
according to the data in your selection inputs that sensor comes the signal, this signal will
be which will indicate the existence of an obstacle, the second is responsible for
processing such signal and functions as the main brain of the prototype of cane, to then
proceed to the final stage or alarms, comprised by a vibrator motor activation and a
speaker or buzzer which will generate a buzz to prevent the blind person.
After this, the respective simulations of the entire system are performed, to
subsequently perform assembly and assembly of the whole physical part of the cane, ie all
hardware device.
Testing of the device with the help of several people, which determined several
factors such as functionality, utility and ease of use of the prototype of cane was finally
performed.
3
c. INTRODUCCIÓN
A lo largo de la historia, uno de los objetivos principales del ser humano ha sido
proteger y preservar su especie, una de estas premisas recae en la habilidad de lograr
adaptarse a los continuos cambios que se dan en el mundo moderno, y de esa manera
mejorar su calidad de vida.
Vista la incapacidad que poseen las personas no videntes para hacer uso de la
tecnología y de esta manera mejorar sus condiciones de vida, se ha considerado un
mecanismo el cual puede llegar a reemplazar a los habituales métodos de guía para
personas no videntes como son el bastón convencional o el perro lazarillo, dicho
dispositivo de ayuda electrónica permitirá a la persona no vidente percatarse a tiempo de
la existencia de distintos obstáculos, tales como, paredes, postes, vehículos, gradas,
veredas, entre otros. Los cuales podrían representar un posible riesgo para la persona
discapacitada. Por ello y con ayuda de la tecnología se ha pensado en la construcción de
un dispositivo que permita la detección de obstáculos de manera oportuna.
La electrónica y la automatización han sido ámbitos que han jugado un papel muy
importante en el desarrollo y la implementación de varios productos como ayuda para
personas que posean algún tipo de discapacidad física. En la actualidad existen en el
mercado dispositivos como son los bastones electrónicos los cuales pueden servir para la
detección de obstáculos mediante sonidos, se puede encontrar de varios tipos y modelos
pero una limitante es el costo de estos dispositivos, ya que este se encuentra entre los
$1000 y $2000 dólares o inclusive superior, por esta razón la idea de desarrollar un
prototipo con características similares a las que se encuentra en el mercado de bajo costo
y confiable, además que sea fácil de usar para que de esta manera brinde una gran utilidad
y permita realizar de mejor manera las tareas más comunes de una persona discapacitada
visualmente.
4
d. REVISIÓN DE LITERATURA
d.1. CAPÍTULO 1: DISCAPACIDAD VISUAL Y MÉTODOS DE AYUDA A LA PERSONA
INVIDENTE
d.1.1. DISCAPACIDAD VISUAL
Para una persona el sentido de la visión se convierte en el más importante desde el
momento del nacimiento, ya que se comporta como un canal sensorial social, el cual le
permite visualizar cosas, objetos y demás, para de esta manera iniciar captando juegos de
luces y sombras que activan zonas del cerebro las cuales emiten respuestas motrices, y
justamente esta acción sensorio-motriz se convierte en la clave del desarrollo intelectual
de los seres humanos. “Según estudios realizados, hasta los doce años la mayoría de las
nociones aprendidas se captan a través de las vías visuales, en una proporción del 83%,
frente a los estímulos captados por los otros sentidos, que se reparten entre el 17% de los
restantes”.6
d.1.1.1.
Definición de Discapacidad Visual
Se puede definir a la discapacidad visual como una limitación o disminución ya sea
moderada, grave o la ausencia total de la capacidad de ver, observar o distinguir cualquier
tipo de cosa u objeto, ocasionándole de esta manera a la persona una restricción o
prohibición de poder mirar y de esta manera poderse desenvolver de manera natural en el
medio o entorno en el cual se encuentra, las particularidades que este posee y en sí de
poder apreciar visualmente el mundo.
Existen algunas definiciones acerca de la discapacidad visual, ya que no existe un
acuerdo mundial acerca del tema, por lo que está varia de un país a otro, a continuación se
cita algunas de las definiciones más importantes acerca de la discapacidad visual dictadas
por organismos importantes como la Organización Mundial de la Salud (OMS), y el Consejo
Nacional de Igualdad de Discapacidades del Ecuador (CONADIS).
6
Luisa A. Valdez V. Discapacidad
http://www.educar.ec/noticias/visual.pdf.
Visual,
5
s/f,
(Consulta:
Noviembre
de
2013),
d.1.1.2.
Definición según la OMS
La OMS (Organización Mundial de la Salud) define a la discapacidad visual como:
“cualquier restricción o carencia (resultado de una deficiencia) de la capacidad de realizar
una actividad en la misma forma o grado que se considera normal para un ser humano. Se
refiere a actividades complejas e integradas que se esperan de las personas o del cuerpo en
conjunto, como pueden ser las representadas por tareas, aptitudes y conductas”7.
La discapacidad visual limita a una persona en cuanto a sus capacidades para realizar
una tarea o labor en específica, esto debido a las restricciones que caracteriza a una
persona limitada visualmente y a la imposibilidad de poder apreciar su entorno. La
discapacidad visual en una persona no se considera como una enfermedad pero si como
una limitación o condición especial la cual puede generar una ausencia de carácter en el
ser humano al momento de realizar una actividad determinada.
d.1.1.3.
Definición según el CONADIS
El CONADIS (Consejo Nacional de Igualdad de Discapacidades del Ecuador) define a la
discapacidad visual como: “la deficiencia del sistema de la visión, las estructuras y
funciones asociadas con él. Es una alteración de la agudeza visual, campo visual, motilidad
ocular, visión de los colores o profundidad, que determinan una deficiencia de la agudeza
visual, y se clasifica de acuerdo a su grado”8.
La discapacidad visual se considera como una alteración del sentido de la vista el cual
es medido en niveles, entre los que se tiene niveles como la visión normal con un nivel
aproximado de 0.8, baja visión con un nivel de 0.25 a 0.12 y ceguera total con un nivel de
entre 0.1 y 0; todas las personas que posean un nivel de visión de entre estos rangos serán
consideradas como discapacitadas visualmente.
7
Organización Mundial de la Salud, Universidad España, 2011, (Consulta: Noviembre de 2013),
http://universitarios.universia.es/voluntariado/discapacidad/discapacidad-visual/.
8
CONADIS, Glosario de términos sobre discapacidad, s/f, (Consulta: Noviembre de 2013),
http://es.scribd.com/doc/110879483/Glosario-de-Terminos-Sobre-Discapacidad.
6
d.1.2. TIPOS DE AYUDA A PERSONAS NO VIDENTES
d.1.2.1.
LA TIFLOTECNOLOGÍA
“La tiflotecnología está compuesta de las palabras “tiflo” (proviene del griego que
significa ciego) y tecnología, por lo que se podría decir que la tiflotecnología es una ciencia
la cual estudia el uso de la tecnología aplicada como métodos de ayuda a la discapacidad
visual o ceguera, además si bien el término de la tiflotecnología abarca a los instrumentos
no electrónicos, hoy en día esta aplicada principalmente al estudio y manejo de equipos e
instrumentos electrónicos de acceso, lectura y proceso de la información” 9.
“El campo de aplicación de esta ciencia es muy extenso, por lo que instrumentos de
esta rama se pueden utilizar tanto como ayuda educativa como para la ayuda en labores o
tareas de la vida diaria o en el trabajo, razón por la cual dichos instrumentos se convierten
en herramientas “integradoras” de las personas con discapacidad visual a la sociedad” 9.
En este sentido existe una gran variedad de dispositivos denominados “tiflotécnicos”.
Por un lado, se tiene los instrumentos “tiflológicos” que son aquellos instrumentos más
utilizados en la cotidianidad por lo que no con considerados de alta tecnología, dentro de
estos se encuentran: bastones y accesorios para la orientación y movilidad, maquinas
perkins para la escritura en braille, equipos de grabación, brújulas parlantes y agendas
digitales, entre otros dispositivos. Mientras por otra parte existen los denominados
instrumentos “tiflotécnicos”, dentro de estos se destacan, por un lado, los que poseen
autonomía de funcionamiento, y por otro, aquellos instrumentos que facilitan o permiten
el acceso de las personas con discapacidad visual a la información de un ordenador, entre
estos dispositivos se tiene: sistemas de información electrónicos braille (Braille hablado,
PC hablado), Dispositivos vinculados al ordenador (conversores de texto a voz, línea
braille), impresoras braille, además de otros dispositivos como calculadoras parlantes,
lupas televisión, entre otros.
9
Cayetano Meroño F. Ayudas técnicas para personas ciegas y deficientes visuales, s/f, (Consulta:
Noviembre de 2013), http://diversidad.murciaeduca.es/tecnoneet/docs/2000/10-2000.pdf.
7
d.1.2.2.
BASTONES COMO MÉTODO DE AYUDA AL DISCAPACITADO VISUAL
A lo largo de los años se han venido realizando estudios e investigaciones con el
objetivo de brindar a las personas invidentes herramientas y métodos los cuales le
permitan guiarse y movilizarse con seguridad, esto principalmente con la meta de poder
ayudar a mejorar sus condiciones y calidad de vida.
Los bastones como instrumentos y técnicas de ayuda al discapacitado visual se
centran en proveer tres funciones básicas a la persona discapacitada, dichas funciones
son: distintivo, protección e información.
La primera de estas funciones nos permite diferenciar a las personas invidentes, para
de esta manera poderlas distinguir cuando estas se desenvuelven en un entorno
específico, y de alguna u otra forma poder evitar algún accidente al chocar o rozarlas
mientras ellas se desplazan con el uso del bastón, la segunda característica brinda defensa
ya que mediante el uso del bastón se puede prevenir un posible obstáculo el cual pudiese
de alguna forma convertirse en un peligro para la persona discapacitada; y la tercera
característica es la de brindar información y características del medio, entorno o sitio en el
que se encuentra la persona invidente. El bastón, no por su sencillez, deja de convertirse
en una herramienta fundamental para la movilidad y orientación de una persona
invidente.
d.1.2.2.1.
Bastón Blanco
“El Bastón Blanco es un instrumento que identifica a los ciegos y deficientes visuales y
les permite desplazarse en forma autónoma. Sus peculiares características de diseño
(figura 1) y técnica de manejo facilitan el rastreo y detección oportuna de obstáculos que
se encuentran a ras del suelo” 10 .
10
Contacto
Braille,
El
Bastón
Blanco,
http://www.contactobraille.com/baston.html.
8
s/f,
(Consulta:
Noviembre
de
2013),
“El bastón blanco es un instrumento auxiliar a la movilidad que sirve para que las
personas ciegas puedan desplazarse con mayor autonomía y seguridad en su vida
cotidiana, al servir como distintivo, como informador y como protección”11.
“El uso correcto del bastón blanco implica emplear un conjunto de técnicas para que
las personas ciegas puedan desplazarse con relativa seguridad. Cuando se emplea la
técnica rítmica de contacto de dos puntos, la puntera del bastón deberá describir un arco
levemente superior al ancho del cuerpo de la persona” 10.
“Por ello el bastón blanco es y será una herramienta, que en el marco de una
adecuación a las técnicas de uso, permiten la integración de la persona humana al
escenario social dentro de una concepción solidariamente comprometida” 10.
“El tamaño del Bastón Blanco debe llegar a la altura del esternón de la persona
discapacitada, y la medida varía de acuerdo a la estatura. Hay bastones de 1.05, 1.10, 1.15
y 1.20 metros. En consecuencia, un bastón corto no permite detectar a tiempo los
obstáculos, además de que origina esfuerzos innecesarios y maniobras incorrectas al
momento del desplazamiento de la persona ciega, ocasionando fatiga, torpeza para
caminar, trastornos musculo esqueléticos, e incluso, caídas y tropezones” 10.
Figura 1. Bastón Blanco. Fuente [El Autor].
11
Historia del Bastón Blanco: la Orientación y Movilidad, s/f, (Consulta: Noviembre de 2013),
http://varieduca.jimdo.com/orientaci%C3%B3n-y-movilidad/historia-del-bast%C3%B3n-blanco-laorientaci%C3%B3n-y-movilidad/
9
d.1.2.3.
SISTEMAS EMPLEADOS PARA EL DESPLAZAMIENTO
d.1.2.3.1.
En Solitario
“En este sistema es importante la ayuda del bastón con el objetivo de detectar
irregularidades en el suelo: agujeros, baches, bordillos, y además para prevenir tropiezos
con estos objetos.
La persona discapacitada visualmente suele caminar solo sin la ayuda del bastón,
aunque existen especialistas que aconsejan su uso, incluso por los más pequeños, y para
ello se han fabricado bastones adecuados en características de peso, tamaño, estética,
entre otros factores”12.
d.1.2.3.2.
Con perro guía
“Este sistema es poco empleado en nuestro país, principalmente porque es preciso
acudir al extranjero para poder disponer de un perro adiestrado convenientemente. Por
otra parte, el ciego prefiere moverse con mayor autonomía y sin los inconvenientes que el
perro puede presentar al tener que tomar vehículos, entrar en establecimientos, etc” 12.
d.1.2.3.3.
Con guía vidente
“Ya es muy raro ver el lazarillo clásico que acompañaba al invidente. Es cierto que en
muchas ocasiones se ve a un ciego caminar con una persona vidente, pero ésta puede ser
su amigo, un familiar o una persona desconocida la cual le está brindando su ayuda.
En la rehabilitación de adultos invidentes se utilizan numerosas técnicas para adiestrar
a la persona en estos sistemas de desplazamiento y en la realización de otros movimientos.
Entre estas técnicas pueden citarse: las de rastreo, para encuadrarse, para alinearse, de
autoprotección, de recogida de objetos, para sentarse, para pasar por puertas, entre otras.
En tanto que para tratar de formar a un niño invidente el uso de estas técnicas es
innecesario, ya que este las aprende de manera espontánea o quedan incluidas dentro de
otras materias educativas: psicomotricidad, juegos, deportes, etc. Por tanto, el cuidador no
tiene necesidad de conocerlas, y, siempre que lo necesite, en casos puntuales, deberá
acudir al especialista” 12.
12
La independencia de movimientos y desplazamientos del niño ciego, s/f, (Consulta: Noviembre de
2013),
http://www.psicologoescolar.com/CUIDADOR/29_la_independencia_de_movimientos_y_desplazamien
tos_del_nino_ciego.htm.
10
d.1.2.4.
TÉCNICAS PARA EL USO DEL BASTÓN
“El bastón puede manejarse con la mano derecha o con la izquierda
indiscriminadamente, de acuerdo como se sienta más cómoda la persona, además deberá
alcanzar por lo menos un metro delante de la persona invidente. En este sentido existen
algunas técnicas las cuales ayudan a perfeccionar el uso del bastón por parte de las
personas discapacitadas”13.
d.1.2.4.1.
Técnica de Hoover
“El bastón debe llevarse con el brazo un poco doblado, cerca del cuerpo y centrado por
la línea media (puede tomarse como referencia el ombligo), la mano debe sujetar el bastón
con el dedo índice prolongado a lo largo en la parte plana del mango y los dedos restantes
sujetando el bastón. Si el bastón no se centra, la persona tiende a caminar torcida.
El bastón debe moverse realizando un semicírculo de derecha a izquierda, con el solo
movimiento de la muñeca; la punta del bastón debe tocar el piso en los dos extremos del
semicírculo y el arco que se hace en el piso deberá ser más o menos del ancho de los
hombros, de esta manera se revisa la zona por donde la persona va a caminar y lo protege
de los huecos o de tropezar con cualquier obstáculo u objeto que se encuentre en el piso, ya
que con el resto del bastón la persona protege sus piernas y cintura.
A medida que la persona camina debe realizar un movimiento intercambiado con el
bastón y el pie, es decir, mientras se está explorando con el bastón en el lado izquierdo, se
dará el paso con el pie derecho.
Es importante conservar siempre un movimiento armónico, es decir mantener un
movimiento natural y elegante, cuidando de no exagerar movimientos o adoptar posturas
inadecuadas con el uso del bastón” 13.
13
Orientación
y
Movilidad,
s/f,
(Consulta:
Noviembre
de
http://www.sordoceguera.org/vc3/biblioteca_virtual/archivos/69_orientacion_movilidad.pdf.
11
2013),
d.1.2.4.2.
Técnica de deslizamiento
“Esta técnica permite a la persona limitada visual desplazarse por sitios cerrados como
centros comerciales, edificios, oficinas, entre otros.
El bastón deberá ir colocado en posición diagonal con la punta en el borde que está
entre la pared y el suelo, sin realizar ningún toque, solo deslizando el bastón por el borde
antes mencionado. Esta técnica también puede combinarse con la técnica Hoover
deslizando el bastón por el suelo sin olvidar el ancho del y el ritmo al caminar” 13.
d.1.2.4.3.
Técnica de toque
“Permite dar mayor seguridad en los desplazamientos estando en terrenos
montañosos o disparejos. Consiste en tomar el bastón por el mango en forma de agarre,
ubicándolo al frente y al centro del cuerpo en forma paralela, dando dos o tres toques al
terreno en forma de picado.
Además para caminar por zonas rurales (campo abierto, montañas, etc.), se
recomienda usar un bastón rígido que permita no solo obtener información del suelo sino
que en determinado momento le pueda servir de apoyo. Generalmente con este bastón se
realiza la técnica de toque” 13.
d.1.2.4.4.
Técnica de subir y bajar escaleras
“La persona limitada visual deberá ubicarse a la derecha de ésta, tomando el bastón
con agarre de pinza, la puntera del bastón deberá medir la altura y el ancho del escalón y
el bastón deberá estar siempre un escalón delante, tocando el borde del peldaño, cuando
el bastón no percibe más escalones la información dada es que se está llegando a un
descanso de la escalera o que ya no hay más peldaños, tanto para bajar como para subir,
se utiliza la misma técnica , conservando siempre la derecha” 13.
12
d.2. CAPÍTULO 2: SENSORES
Se denomina sensores a aquellos dispositivos que, a partir de la energía del medio
donde se mide, da una señal de salida transducible que es función de la variable de
medida.
d.2.1. SENSORES DE PROXIMIDAD
“Un sensor de proximidad es un transductor que detecta objetos o señales que se
encuentran cerca del elemento sensor. Existen varios tipos de sensores de proximidad
según el principio físico que utilizan”14.
d.2.1.1.
Sensor de Proximidad Interruptor de posición o de final de carrera
“Dentro de los sensores de proximidad, se encuentra el final de carrera o sensor de
contacto (también conocido como "interruptor de límite") o limit switch, los cuales son
dispositivos eléctricos, neumáticos o mecánicos situados al final del recorrido de un
elemento móvil, como por ejemplo una cinta transportadora, con el objetivo de enviar
señales que puedan modificar el estado de un circuito. Internamente pueden
contener interruptores normalmente abiertos (NA o NO en inglés), cerrados (NC)
o conmutadores dependiendo de la operación que cumplan al ser accionados, de ahí la
gran variedad de finales de carrera que existen en mercado.
Generalmente estos sensores están compuestos por dos partes: un cuerpo donde se
encuentran los contactos y una cabeza que detecta el movimiento. Su uso es muy diverso,
empleándose, en general, en todas las máquinas que tengan un movimiento rectilíneo de
ida y vuelta o sigan una trayectoria fija, es decir, aquellas que realicen una carrera o
recorrido fijo, como por ejemplo ascensores, montacargas, robots, etc.
Entre las ventajas encontramos la facilidad en la instalación, la robustez del sistema,
es insensible a estados transitorios, trabaja a tensiones altas, debido a la inexistencia de
imanes es inmune a la electricidad estática. Los inconvenientes de este dispositivo son la
14
Sensores
de
proximidad,
http://sensoresdeproximidad.blogspot.com/.
s/f,
13
(Consulta:
Noviembre
de
2013),
velocidad de detección y la posibilidad de rebotes en el contacto, además depende de la
fuerza de actuación.
Este tipo de sensores están fabricados en diferentes materiales tales como metal,
plástico o fibra de vidrio” 14.
Figura 2. Sensor de Proximidad Interruptor Final de Carrera. Fuente [14].
d.2.1.2.
Sensor de Proximidad Capacitivo
“La función del sensor capacitivo consiste en señalar un cambio de estado, basado en
la variación del estímulo de un campo eléctrico. Los sensores capacitivos detectan objetos
metálicos, o no metálicos, midiendo el cambio en la capacitancia, la cual depende de la
constante dieléctrica del material a detectar, su masa, tamaño, y distancia hasta la
superficie sensible del detector.
Los detectores capacitivos están construidos en base a un oscilador RC. Debido a la
influencia del objeto a detectar, y del cambio de capacitancia, la amplificación se
incrementa haciendo entrar en oscilación el oscilador. El punto exacto de ésta función
puede regularse mediante un potenciómetro, el cual controla la realimentación del
oscilador. La distancia de actuación en determinados materiales, pueden por ello,
regularse mediante el potenciómetro.
La señal de salida del oscilador alimenta otro amplificador, el cual a su vez, pasa la
señal a la etapa de salida. Cuando un objeto conductor se acerca a la cara activa del
14
detector, el objeto actúa como un condensador. El cambio de la capacitancia es
significativo durante una larga distancia. Si se aproxima un objeto no conductor, (>1)
solamente se produce un cambio pequeño en la constante dieléctrica, y el incremento en su
capacitancia es muy pequeño comparado con los materiales conductores” 14.
Figura 3. Sensor de Proximidad Capacitivo. Fuente [14].
d.2.1.3.
Sensor de Proximidad Inductivo
“Los sensores inductivos de proximidad han sido diseñados para trabajar generando
un campo magnético y detectando las pérdidas de corriente de dicho campo generadas al
introducirse en él los objetos de detección férricos y no férricos.
El sensor consiste en una bobina con núcleo de ferrita, un oscilador, un sensor de nivel
de disparo de la señal y un circuito de salida. Al aproximarse un objeto "metálico" o no
metálico, se inducen corrientes de histéresis en el objeto. Debido a ello hay una pérdida de
energía y una menor amplitud de oscilación.
El circuito sensor reconoce entonces un cambio específico de amplitud y genera una
señal que conmuta la salida de estado sólido o la posición "ON" y "OFF". El funcionamiento
es similar al capacitivo; la bobina detecta el objeto cuando se produce un cambio en el
campo electromagnético y envía la señal al oscilador, luego se activa el disparador y
finalmente al circuito de salida hace la transición entre abierto o cerrado” 14.
15
Figura 4. Sensor de Proximidad Inductivo. Fuente [14].
d.2.1.4.
Sensor de Proximidad Fotoeléctrico
“Un sensor fotoeléctrico es un dispositivo electrónico que responde al cambio en la
intensidad de la luz. Estos sensores requieren de un componente emisor que genera la luz,
y un componente receptor que percibe la luz generada por el emisor. Todos los diferentes
modos de censado se basan en este principio de funcionamiento. Están diseñados
especialmente para la detección, clasificación y posicionado de objetos; la detección de
formas, colores y diferencias de superficie, incluso bajo condiciones ambientales extremas.
Los sensores de luz se usan para detectar el nivel de luz y producir una señal de salida
representativa respecto a la cantidad de luz detectada. Un sensor de luz incluye
un transductor fotoeléctrico para convertir la luz a una señal eléctrica y puede incluir
electrónica para condicionamiento de la señal, compensación y formateo de la señal de
salida.
Existen tres tipos de sensores fotoeléctricos, los sensores por barrera de luz, reflexión
sobre espejo o reflexión sobre objetos” 14.
16
Figura 5. Sensor de Proximidad Fotoeléctrico. Fuente [14].
d.2.1.5.
Sensor de Proximidad Infrarrojo
“Los sensores ópticos de infrarrojo constan de un par de sensores de proximidad
infrarrojos: fotodiodo y fototransistor, estos tienen la ventaja de que no necesitan contacto
para detectar un objeto además al trabajar en el espectro de luz infrarrojo no se ven tan
afectados por la luz ambiente, sin embargo la luz del sol y de las bombillas contienen cierta
cantidad de luz infrarroja que puede afectar el correcto funcionamiento de los sensores.
Aunque estos sensores sean muy prácticos no logran captar largas distancias y su pequeño
haz hace que se disperse al devolverse la señal” 14.
Figura 6. Sensor de Proximidad Infrarrojo. Fuente [14].
17
d.2.1.6.
Sensor de Proximidad Magnético
“Los sensores de proximidad magnéticos son caracterizados por la posibilidad de
distancias grandes de la conmutación, disponible de los sensores con dimensiones
pequeñas. Detectan los objetos magnéticos (imanes generalmente permanentes) que se
utilizan para accionar el proceso de la conmutación. Los campos magnéticos pueden pasar
a través de muchos materiales no magnéticos, el proceso de la conmutación se puede
también accionar sin la necesidad de la exposición directa al objeto. Usando los
conductores magnéticos (ej. hierro), el campo magnético se puede transmitir sobre
mayores distancias para, por ejemplo, poder llevarse la señal de áreas de alta
temperatura” 14.
Figura 7. Sensor de Proximidad Magnético. Fuente [14].
d.2.1.7.
Sensor de Proximidad por Ultrasonido
“Los sensores ultrasónicos tienen como función principal la detección de objetos a
través de la emisión y reflexión de ondas acústicas. Funcionan emitiendo un pulso
ultrasónico contra el objeto a sensar, y al detectar el pulso reflejado, se para un contador
de tiempo que inicio su conteo al emitir el pulso” 14.
“Los ultrasonidos son una radiación mecánica de frecuencia superior a los audibles
(20Khz). Toda radiación al incidir sobre un objeto, en parte se refleja, en parte se transmite
y en parte es absorbida. Si además hay un movimiento relativo entre la fuente de radiación
y el reflector, se produce un cambio de frecuencia de la radiación (efecto Doppler).
Todas estas propiedades de la interacción de una radiación con un objeto han sido
aplicadas en mayor o menor grado a la medida de diversas magnitudes físicas. El poder de
18
penetración de la radiación permite que muchas de estas aplicaciones sean totalmente no
invasivas, es decir, que no acceda al interior del recinto donde se producen los cambios que
se desean detectar” 2.
Figura 8. Sensor de Proximidad por Ultrasonido. Fuente [14].
d.2.2. FUNCIONAMIENTO DE LOS SENSORES DE ULTRASONIDO
“Los ultrasonidos son antes que nada sonidos, exactamente igual que los que oímos
normalmente, salvo que tienen una frecuencia mayor que la máxima audible por el oído
humano. Ésta comienza desde unos 16 Hz y tiene un límite superior de aproximadamente
20 KHz, mientras que nosotros vamos a utilizar sonido con una frecuencia de 40 KHz. A este
tipo de sonidos es a lo que llamamos Ultrasonidos”15.
“El funcionamiento genérico es bastante simple: se basa en la estimación del tiempo
que transcurre entre la emisión de un corto tren de pulsos de ondas ultrasónicas y su
recepción después de haber sido reflejado por algún objeto u obstáculo” 15.
El funcionamiento básico de los ultrasonidos como medidores de distancia se muestra
de una manera muy clara en el siguiente esquema, donde se tiene un receptor que emite
un pulso de ultrasonido que rebota sobre un determinado objeto y la reflexión de ese pulso
es detectada por un receptor de ultrasonidos:
15
Diego P. Sensores de Distancia por Ultrasonidos, s/f, (Consulta: Diciembre de 2013),
http://www.alcabot.com/alcabot/seminario2006/Trabajos/DiegoPerezDeDiego.pdf.
19
Figura 9. Funcionamiento básico de los ultrasonidos como medidores de distancia. Fuente [15]
En este tipo de sistemas el sensor genera un pulso ultrasónico el cual se transmite a
través del medio (típicamente aire) hasta que es reflejado por alguna superficie reflectora,
midiendo el tiempo entre la transmisión y la recepción del eco, la distancia al reflector
puede ser medida indirectamente mediante la ecuación:
(Ec. 2.1)
Distancia recorrida por una onda.
Dónde:
V = Velocidad del sonido en el medio (km/s).
t = tiempo transcurrido entre la emisión y recepción del pulso (s).
“De este modo, conociendo la velocidad de propagación, se puede estimar la distancia
recorrida por la onda (ida y vuelta al obstáculo); la aplicación de los sensores de
ultrasonido para la medición de proximidad o de distancias basadas en el tiempo de vuelo,
es más simple y en consecuencia son menos costosas” 15.
d.2.3. PROBLEMAS CON LOS SENSORES DE ULTRASONIDO
“A pesar de que su funcionamiento parece muy sencillo, existen factores inherentes
tanto a los ultrasonidos como al mundo real, que influyen de una forma determinante en
las medidas realizadas. Por tanto, es necesario un conocimiento de las diversas fuentes de
incertidumbre que afectan a las medidas para poder tratarlas de forma adecuada,
minimizando su efecto en el conocimiento del entorno que se desea adquirir. Entre los
20
diversos factores que alteran las lecturas que se realizan con los sensores de ultrasonido
cabe destacar:

El campo de actuación del pulso que se emite desde un transductor de ultrasonido
tiene forma cónica. El eco que se recibe como respuesta a la reflexión del sonido
indica la presencia del objeto más cercano que se encuentra dentro del cono
acústico y no especifica en ningún momento la localización angular del mismo.
Aunque la máxima probabilidad es que el objeto detectado esté sobre el eje central
del cono acústico, la probabilidad de que el eco se haya producido por un objeto
presente en la periferia del eje central no es en absoluto despreciable y ha de ser
tenida en cuenta y tratada convenientemente” 15.
Figura 10. Incertidumbre angular en la medida de un ultrasonido. Fuente [15].

“La cantidad de energía acústica reflejada por el obstáculo depende en gran
medida de la estructura de su superficie. Para obtener una reflexión altamente
difusa del obstáculo, el tamaño de las irregularidades sobre la superficie reflectora
debe ser comparable a la longitud de onda de la onda de ultrasonido incidente.

En los sensores de ultrasonido de bajo coste se utiliza el mismo transductor como
emisor y receptor. Tras la emisión del ultrasonido se espera un determinado tiempo
a que las vibraciones en el sensor desaparezcan y esté preparado para recibir el eco
producido por el obstáculo. Esto implica que existe una distancia mínima d
(proporcional al tiempo de relajación del transductor) a partir de la cual el sensor
21
mide con precisión. Por lo general, todos los objetos que se encuentren por debajo
de esta distancia, d, serán interpretados por el sistema como que están a una
distancia igual a la distancia mínima” 15.
Figura 11. Margen de medida. Fuente [15].
Los factores ambientales tienen una gran repercusión sobre las medidas: Las ondas de
ultrasonido se mueven por un medio material que es el aire. La densidad del aire depende
de la temperatura, influyendo este factor sobre la velocidad de propagación de la onda
según la expresión:
√
(Ec. 2.2)
Velocidad de propagación en función de la temperatura.
Dónde:
Vso = Velocidad de propagación de la onda sonora a 0 ºC (km/s).
T = Temperatura absoluta (ºK).
22
Figura 12. La temperatura afecta a la capacidad de detección. Fuente [15].

Un factor de error muy común es el conocido como falsos ecos. Estos falsos ecos se
pueden producir por razones diferentes:

Puede darse el caso en que la onda emitida por el transductor se refleje varias
veces en diversas superficies antes de que vuelva a incidir en el transductor (si
es que incide). Este fenómeno, conocido como reflexiones múltiples, implica
que la lectura del sensor evidencia la presencia de un obstáculo a una distancia
proporcional al tiempo transcurrido en el viaje de la onda; es decir, una
distancia mucho mayor que a la que está en realidad el obstáculo más
cercano, que pudo producir la primera reflexión de la onda.

Otra fuente más común de falsos ecos, conocida como crosstalk, se produce cuando
se emplea un cinturón de ultrasonidos donde una serie de sensores están
trabajando al mismo tiempo. En este caso puede ocurrir (y ocurre con una
frecuencia relativamente alta) que un sensor emita un pulso y sea recibido por otro
sensor que estuviese esperando el eco del pulso que él había enviado con
anterioridad (o viceversa).
23
Figura 13. El sensor “a” emite el pulso que recibe el sensor “b”. Fuente [15].

“Las ondas de ultrasonido obedecen a las leyes de reflexión de las ondas, por lo que
una onda de ultrasonido tiene el mismo ángulo de incidencia y reflexión respecto a
la normal a la superficie. Esto implica que si la orientación relativa de la superficie
reflectora con respecto al eje del sensor de ultrasonido es mayor que un cierto
umbral, el sensor nunca reciba el pulso de sonido que emitió” 15.
Figura 14. Ángulo de incidencia y reflexión de un ultrasonido. Fuente [15].
24
d.3. CAPÍTULO 3: SELECCIÓN DE DISPOSITIVOS
d.3.1. SELECCIÓN DEL SENSOR
Para la selección del sensor, se deben tener en cuenta varios factores, entre ellos: la
distancia a analizar, el costo del dispositivo y la facilidad de operación. En este sentido se
tuvieron en cuenta algunos sensores de proximidad, entre ellos los infrarrojos y de
ultrasonido. Primeramente se analizó tanto las características como el funcionamiento de
los sensores infrarrojos, llegando a la conclusión que la utilización de este tipo de sensores
no es posible debido a su corto alcance, y a que presentan problemas con la luz solar
dificultando el censado con un objeto; luego de descartar la utilización de este tipo de
sensores se dio paso a los ultrasónicos.
Tras analizar las características de los sensores de ultrasonido se los tomó en
consideración debido a su mayor desempeño en las características de distancia, costo y
facilidad de operación.
Se tomó en cuenta sensores ultrasónicos tales como el SRF04, el cual es capaz de
detectar objetos y calcular su distancia en un rango de 3 a 300cm. Su uso es sencillo y
consiste en enviar un pulso de arranque y medir el ancho del pulso de retorno. Necesita
una alimentación de 5V y requiere de 30mA para funcionar, además posee una gran
precisión y un bajo costo.
También se analizó el sensor SRF05, el cual consiste en una evolución del sensor
SRF04, capaz de detectar objetos y calcular su distancia en un rango de 1,7cm a 4m, pero
su limitante está en su costo más elevado y en que no se lo encuentra fácilmente en el
mercado nacional.
Otra de las opciones fue el sensor ultrasónico SRF08 de la misma empresa fabricante
(DEVANTECH Ltd), el cual es capaz de detectar objetos a una distancia de 6 m con facilidad,
además de conectarse al microcontrolador mediante un bus I2C, por lo que se pueden
conectar cuantos sensores sean necesarios en el mismo bus. Con una alimentación única
de 5V, solo requiere 15mA, para funcionar y 3mA mientras esta en reposo, pero su
25
inconveniente está en su costo elevado, al ser uno de los sensores de ultrasonido más
costosos en el mercado nacional.
Además se consideró en sensor PING PARALLAX con características similares al SRF04
en cuanto a la distancia y el modo de operación, pero una vez más su limitante fue el costo
al semejarse al del sensor SRF08.
Finalmente se investigó acerca del sensor HC-SR04 de la empresa Micropicplus, el cual
es capaz de detectar objetos y calcular su distancia en un rango de 2 a 500cm. Su uso es
tan sencillo como enviar el pulso de arranque y medir la anchura del pulso de retorno. De
muy pequeño tamaño, el sensor HC-SR04 destaca por su bajo consumo, gran precisión y
bajo precio, por lo que, luego de analizar todas estas características, lo convierten en el
sensor más idóneo para la aplicación del prototipo de bastón. En la tabla 1. Se presentan
las características de los diferentes tipos de sensores analizados.
Tabla 1. Características de los diferentes tipos de sensores ultrasónicos. Fuente [El Autor].
SERIE DE
TIPO
FABRICANTE
SENSOR
DISTANCIA
COSTO
CONSUMO
(cm)
SRF04
ULTRÁSONICO
DEVANTECH
3 a 300
20,00
30mA
SRF05
ULTRÁSONICO
DEVANTECH
1,7 a 400
60,00
4mA
SRF08
ULTRÁSONICO
DEVANTECH
3 a 600
65,00
15mA
PING
ULTRÁSONICO
PARALLAX
3 a 300
60,00
30mA
2 a 500
15,00
<2mA
HC-SR04
ULTRÁSONICO MICROPICPLUS
d.3.2. SENSOR ULTRASÓNICO HC-SR04
El sensor HC-SR04 es un sensor de distancias por ultrasonidos capaz de detectar
objetos y calcular la distancia a la que se encuentra en un rango de 2 a 500 cm; el sensor
funciona por ultrasonidos y contiene toda la electrónica encargada de hacer la medición;
su uso es tan sencillo como enviar un pulso de arranque y medir el ancho del pulso de
retorno. Con dimensiones pequeñas (43 x 20 x 15 mm), el sensor HC-SR04 destaca por su
bajo consumo, gran precisión y bajo precio.
26
Figura 15. Sensor de Proximidad por Ultrasonido HC-SR04 y sus dimensiones. Fuente [16].
Figura 16. Esquema del modo del trabajo del sensor HC-SR04. Fuente [16].
d.3.2.1.
Modo de empleo del sensor HC-SR04
Tal y como se muestra en el diagrama de tiempos de la figura 17, el modo de empleo
es muy sencillo. Externamente se aplica, un pulso de disparo o trigger. Se inicia la
secuencia. El módulo transmite un tren de pulsos o “burst” de 8 ciclos a 40 KHz. En ese
momento la señal de salida ECO pasa a nivel ‘1’. Cuando la cápsula receptora recibe la
señal transmitida como consecuencia de haber rebotado en un objeto (eco), esta salida
pasa de nuevo a nivel ‘0’. El usuario debe medir la duración del pulso de esta señal, es
decir, el tiempo en que la señal eco se mantiene a ‘1’.
Con objeto de que el módulo se estabilice, se debe dejar un lapsus de tiempo mínimo
de unos 10ms entre el momento en que la señal de eco pasa a ‘0’ y un nuevo pulso de
disparo que inicie el siguiente ciclo o medida.
27
La duración del pulso eco de salida mínimo es de aproximadamente 110us y el
máximo es de 29000 μs, en función de la distancia entre las cápsulas del módulo y el
objeto. La velocidad del sonido es de 29.15 μs/cm que, como realiza un recorrido de ida y
vuelta, queda establecida en 58.30 μs/cm Así pues el rango mínimo que se puede medir es
de 1.9 cm (110 μs / 58.3 μs/cm) y el máximo de 498 cm (29000 us / 58.3 μs/cm).
Figura 17.Diagrama de tiempos del sensor HC-SR04. Fuente [17].
d.3.2.2.
Características Técnicas
En la tabla 2. Se presentan las características técnicas del sensor por ultrasonidos HC-SR04.
Tabla 2. Características técnicas sensor HC-SR04. Fuente [El Autor]
PARAMETRO
Dimensiones del circuito
VALOR
43 x 20 x 15
UNIDAD
mm
Tensión de alimentación
5
Vcc
Consumo
<2
mA
Frecuencia de trabajo
40
KHz
Rango máximo
500
cm
Rango mínimo
2
cm
Resolución
0,3
cm
Ángulo eficaz
<15
°
Duración mínima del pulso de disparo (nivel TTL)
10
uS
Duración del pulso eco de salida (nivel TTL)
29000 max
uS
Tiempo mínimo de espera entre una medida y el inicio de
20
mS
10
gr
otra
Peso
28
El Rango efectivo del sensor SRF04 es de unos 30º como puede verse en el siguiente
diagrama.
Figura 18. Rango efectivo del sensor HC-SR04. Fuente [17].
d.3.2.3.
Conexión del sensor HC-SR04
El módulo emplea tan sólo 4 conexiones. Estas se muestran en la figura 19.
Figura 19. Esquema de conexión del HC-SR04. Fuente [El Autor].
d.3.3. MICROCONTROLADOR PIC 16F628A
El PIC 16f628A es un microcontrolador fabricado por la empresa MICROCHIP
TECHNOLOGY INC, es uno de los microcontroladores más utilizados, debido a su gran
versatilidad, bajo consumo de potencia, fácil manejo y gran disponibilidad de herramientas
para su programación.
29
El PIC 16f628a es un microcontrolador de 8 bits, posee una arquitectura RISC
avanzada, así como un juego reducido de 35 instrucciones. Este microcontrolador es el
remplazo del obsoleto pic16f84a, los pines del pic16f628a son compatibles con
el pic16f84a. A continuación se presenta una figura del PIC16f628A con su
correspondiente diagrama de terminales.
Figura 20. PIC 16f628A. Fuente [El Autor].
d.3.3.1.
Diagrama de terminales del PIC 16f628a y sus funciones especiales
Excluyendo los dos terminales de alimentación, todos los 16 terminales pueden ser
configurados como entradas o salidas, algunos de ellos tienen funciones especiales como
se pueda apreciar en la tabla 3. A continuación se muestra el diagrama de terminales.
Figura 21. Diagrama de terminales del PIC 16f628A. Fuente [20].
30
Tabla 3. Descripción del diagrama de terminales del PIC16f628A con sus funciones especiales.
Fuente [20].
PIN
NOMBRE
DESCRPCIÓN
17
RA0/AN0
Pin bidireccional I/O, entrada comparador análogo
18
RA1/AN1
Pin bidireccional I/O, entrada comparador análogo
1
RA2/AN2/VREF
Pin bidireccional I/O, entrada comp. Análogo y Voltaje de referencia
2
RA3/AN3/CMP1
Pin I/O, entrada comparador análogo y salida comparador análogo 1
3
RA4/TOCKI/CMP2
Pin I/O, entrada reloj TIMER0y salida comparador análogo 2
4
RA5/MCLR/VPP
Pin de entrada, en modo MCLR activa RESET externo
15
RA6/OSC2/CLKOUT
Pin I/O, entrada oscilador externo, salida de ¼ de la frecuencia OSC 1
16
RA7/OSC1/CLKIN
Pin I/O, entrada oscilador externo, entrada de reloj externo
6
RB0/INT
Pin I/O, resistencia Pull-Up programable, entrada de interrupción ext
7
RB1/RX/DT
Pin I/O, resist Pull-Up programmable, entrada dato RS232, I/O dato serial
asincrónico
8
RB2/TX/CK
Pin I/O, resist Pull-Up programable, salida dato RS232, I/O señal reloj asincrónico
9
RB3/CPP1
Pin I/O, resist Pull-Up programable, módulo CPP/PWM entrada o salida
10
RB4/PGM
Pin I/O, resist Pull-Up, entrada de voltaje bajo de programación
11
RB5
Pin I/O, resist Pull-Up programmable.
12
RB6/T1OSO/T1CKI
Pin I/O, resist Pull-Up, salida oscilador TIMER1, entrada reloj de ICSP
13
RB7/T1OSI
Pin I/O, resist Pull-Up, entrada oscilador TIMER1, I/O datos de ICSP
d.3.3.2.
Características principales del PIC 16f628a
Las características más sobresalientes del PIC 16f628A son:

Procesador con arquitectura Harvard.

Rango de operación desde 3V. hasta 5.5V.

Programable con bajo voltaje LPV (5V).

8 niveles de Pila.

15 pines de I/O y 1 sólo de entrada (RA5).

Pin RA5 MCLR programable como reset externo o pin de entrada.

Conjunto reducido de instrucciones RISC (35) gama media.

Oscilador interno RC (resistencia condensador) de 4 MHZ calibrado de fábrica al ±1
%.

Velocidad de operación hasta 20 MHZ con oscilador externo.

Admite 8 configuraciones de oscilador.
31

Instrucciones de un ciclo excepto los saltos (200nS por instrucción a 20 MHZ).

Resistencias Pull-Up programables en el puerto B.

Temporizador Perro guardián WDT independiente del oscilador.

Programación serial en Circuito ICSP por 2 pines: RB6 reloj y RB7 datos.

Código de protección programable por sectores.

Memoria de programa FLASH 2048K. de 100.000 ciclos escritura/borrado.

Memoria de datos EEPROM de 1.000.000 ciclos escritura/borrado de 100 años
retención.

2 circuitos comparadores análogos con entradas multiplexadas.

3 Timers, Timer 0 a 8 bits, Timer 1 a 16 bits y Timer 2 a 8 bits.

Módulos CCP, Captura compara 16 bits, y PWM, modulación de ancho de pulso 10
bits.

10 fuentes de interrupción.

Módulo de comunicación serial USART/SCI.

Capacidad de corriente para encender leds directamente (25 mA I/O) por cada pin.
d.3.3.3.
Tipos de memoria del PIC 16f628a
d.3.3.3.1.
Memoria flash
Esta memoria es de tipo no volátil en esta memoria ira nuestro programa que
realicemos. El pic16f628a tiene una capacidad de 2048 words esto se podría traducir a
2048 líneas de código que podemos escribir en lenguaje ensamblador para este
microcontrolador.
d.3.3.3.2.
Memoria RAM
Esta memoria sirve para guardar datos y variables, esta memoria es de tipo volátil es
decir perderá la información cuando desaparezca la alimentación. La memoria RAM que
posee el microcontrolador pic16f628a es de 224 bytes.
d.3.3.3.3.
Memoria EEPROM
Es una memoria de tipo no volátil de poca capacidad sirve para guardar datos aun
cuando deje de recibir alimentación la información no se perderá. La memoria EEPROM
que posee el pic16f628a es de 128bytes.
32
d.3.3.4.
Tipos de osciladores
El PIC 16f628A puede ser operado en ocho diferentes modos de oscilador:

RC, Oscilador con resistencia y condensador (2 modos).

XT, Cristal de cuarzo.

HS, Cristal de alta velocidad.

LP, Cristal de baja frecuencia y bajo consumo de potencia.

INTOSC, oscilador interno de precisión de 4mhz (2 modos).

EC, señal externa de entrada de reloj.
d.3.4. MULTIPLEXOR 74LS151
El circuito integrado TTL 74151, contiene un multiplexor con ocho entradas de datos y
una salida. Tiene una entrada de inhibición (STROBE G) activa a nivel bajo (0V) y tres
entradas de selección (SELECT A, B y C), y además necesita una alimentación nominal de
5V para funcionar.
d.3.4.1.
Puertos del multiplexor 74LS151
Figura 22. Diagrama de Puertos del Multiplexor 74LS151. Fuente [21].
33
d.3.4.2.
Funcionamiento
El funcionamiento de un multiplexor es parecido al de un conmutador, pero en vez de
accionarlo manualmente, se acciona mediante un código binario. El multiplexor consta de
8 entradas y 1 salida y también 3 entradas de control. Las entradas de control son las que
conmutan cada entrada con la salida. Además cuando el STROBE (G) está a nivel bajo, las
entradas SELECT A, B y C seleccionan el canal cuyo dato aparecerá en la salida, tal como se
observa en la figura 23.
Figura 23. Tabla de funcionamiento del Multiplexor 74LS151. Fuente [22].
d.3.4.3.
Tabla de verdad
A continuación se muestra la tabla de verdad del multiplexor 74LS151.
Tabla 4. Tabla de verdad del multiplexor 74LS151. Fuente [El Autor].
ENTRADAS
C
X
0
0
0
0
0
0
0
0
1
1
1
1
1
1
1
1
B
X
0
0
0
0
1
1
1
1
0
0
0
0
1
1
1
1
A
X
0
0
1
1
0
0
1
1
0
0
1
1
0
0
1
1
STROBE
1
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
D0
X
0
1
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
D1
X
X
X
0
1
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
D2
X
X
X
X
X
0
1
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
34
SALIDA
D3
X
X
X
X
X
X
X
0
1
X
X
X
X
X
X
X
X
D4
X
X
X
X
X
X
X
X
X
0
1
X
X
X
X
X
X
D5
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
0
1
X
X
X
X
D6
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
0
1
X
X
D7
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
0
1
Y
0
0
1
0
1
0
1
0
1
0
1
0
1
0
1
0
1
W
1
1
0
1
0
1
0
1
0
1
0
1
0
1
0
1
0
d.3.4.4.
Esquema de entradas y salidas
Entradas de selección
Entrada de datos
74LS151
Entrada de datos
Salida
s
Strobe
Figura 24. Esquema de entradas y salidas del Multiplexor 74LS151. Fuente [El Autor].
d.3.5. Motor de Vibración
El motor vibrador permitirá dar una forma de aviso para alertar a la persona no
vidente, y gracias a su tamaño y peso se adaptará de manera idónea al módulo de bastón
electrónico.
El motor utilizado es el que por lo general se lo utiliza en los teléfonos celulares, el
mismo se muestra en la figura 25, esté motor trabaja emitiendo ondas vibratorias y
presenta algunas características y condiciones de operación, las mismas se muestran en la
tabla 5.
Figura 25. Motor de Vibración, vista externa. Fuente [El Autor].
35
Tabla 5. Especificaciones técnicas del motor de vibración. Fuente [El Autor].
Tamaño
Peso
Voltaje de funcionamiento recomendada
Velocidad a 3 V
Corriente libre del motor a 3 V
Corriente de arranque a 3 V
Resistencia del motor
Temperatura de funcionamiento
10 mm de diámetro, altura 2,0 mm
0,8 g
2.5 a 3.5 V
14.500 rpm (12.000 RPM min)
60 mA (80 mA máximo)
120 mA máx
29 ± 6 Ω
-10 ° C a 60 ° C
d.3.6. Parlante Zumbador HYDZ
El zumbador, es un transductor electro acústico que produce un sonido o zumbido
continuo o intermitente de un mismo tono. Sirve como mecanismo de señalización o aviso.
Su construcción consta de dos elementos, un electroimán y una lámina metálica de acero.
El zumbador puede ser conectado a circuitos integrados especiales para así lograr distintos
tonos. Cuando se acciona, la corriente pasa por la bobina del electroimán y produce un
campo magnético variable que hace vibrar la lámina de acero sobre la armadura.
El parlante utilizado se muestra en la figura 26, esté es un pequeño zumbador de la
serie HYDZ el mismo que trabaja de 5VDC a 9VDCmáx, y tiene una corriente nominal
30mA.
Este zumbador se adapta de manera óptima a las características del prototipo de
bastón, ya que su precio es muy bajo, su peso de apenas unos cuantos gramos permite
adaptarlo fácilmente al sistema y además es capaz de generar un chillido suficiente para
alertar a la persona invidente de un posible obstáculo.
Figura 26. Parlante zumbador HYDZ, vista externa. Fuente [El Autor].
36
e. MATERIALES Y MÉTODOS
e.1. CAPÍTULO 4: DISEÑO DEL PROTOTIPO DE BASTÓN ELECTRÓNICO
e.1.1. DIAGRAMA DE BLOQUES DEL BASTÓN ELECTRÓNICO
En la figura 27 se muestra cada uno de los bloques con los que consta el sistema del
prototipo de bastón electrónico, los mismos que serán descritos a continuación:
MICROCONTROLADOR
PIC 16f628A
SISTEMA DE
ALIMENTACIÓN
MULTIPLEXOR
74LS151
ALARMAS (MOTOR
VIBRADOR,
PARLANTE)
SENSORES DE
ULTRASONIDO
HC-SR04
TRIG
ECHO
OBSTÁCULO
ALIMENTACIÓN DEL
SISTEMA
DETECCIÓN DE
OBSTÁCULOS
ALARMAS
Figura 27. Diagrama de bloques para el desarrollo del bastón electrónico. Fuente [El Autor].
37
e.1.2. Etapa de Alimentación del Sistema
En esta etapa se describirá todo lo referente al diseño del circuito de alimentación del
dispositivo, el cuál abastecerá de energía a cada uno de los componentes del sistema,
permitiendo un correcto funcionamiento; esta etapa se diseñó con el objetivo de dar la
característica de portabilidad al dispositivo, para lo cual se utilizó como fuente de
alimentación del sistema una pila o batería recargable de 9V y de 250mAh, la misma que
permitirá un uso permanente del bastón aproximadamente por 6 horas, y además
permitirá al usuario recargar las baterías para poder continuar de manera normal con el
uso del módulo o bastón.
El circuito mostrado en la figura 28 presenta el sistema de alimentación para la etapa
de detección de obstáculos, debido a que los dispositivos de esta etapa necesitan de 5VDC
para trabajar, y se está utilizando una batería de 9VDC , se requirió un regulador de voltaje
LM7805 para realizar este cambio de voltaje; este circuito integrado entrega un voltaje fijo
y estable a su salida, a pesar de que puedan existir variaciones en el voltaje de entrada, es
decir regula la tensión de alimentación a 5VDC y 5mA y tiene una corriente de entrada de
1.5A. Este circuito integrado puede ser conectado con una tensión de alimentación de
hasta 30V, y además es aconsejable conectar una pequeña placa de aluminio, la cual
trabaje como disipador del calor generado cuando el dispositivo es conectado a una
tensión superior a 15V, en este caso no se utilizará dicha placa debido a que únicamente
se utilizará una batería de 9V por lo que el calor generado será mínimo.
Además para trabajar con baterías sólo basta con conectar la entrada del CI (PIN 1) al
terminal positivo de la misma y el común (PIN 2) al negativo, a la salida tendremos los 5V
que es la tensión de trabajo del microcontrolador PIC 16f628A, de los sensores de
ultrasonido HC-SR04 y del multiplexor 74LS151; asimismo como se puede apreciar en la
figura se añadió un capacitor de 100uF, entre GND y la salida, para eliminar cualquier
fluctuación de voltaje que pueda ocurrir, esto es recomendable hacerlo siempre con el
microcontrolador independientemente del origen que tenga la alimentación.
Finalmente se añadió un switch que permitirá el encendido y apagado del sistema por
parte del usuario.
38
U1
7805
VI
VO
3
2
GND
1
BAT1
9V
C1
+5.00
100uF
Volts
Figura 28. Etapa de Alimentación del Sistema. Fuente [El Autor].
e.1.3. Etapa de detección de obstáculos
Esta etapa es la encargada del procesamiento de las señales indicadoras de un posible
obstáculo, las mismas que provienen de los sensores de ultrasonido HC-SR04, y serán
recibidas por el multiplexor 74LS151 que será el encargado de seleccionar una sola señal,
para que la misma posteriormente pase al microcontrolador y sea receptada a través del
puerto RB.1 del microcontrolador 16f628A el cual se encargará de procesarla.
Como se muestra en la figura 29 primeramente se envía un pulso con una duración de
10us a través del pin RB.0 del microcontrolador hacía la entrada de cada sensor
correspondiente al pin TRIG, esto con el objetivo de inicializar los sensores para que
empiecen a trabajar, estos sensores van a permanecer trabajando y enviando pulsos de
respuesta, hacía las entradas del multiplexor, estas señales determinarán la distancia al
objeto en base a la duración del pulso, los rangos previamente establecidos para los
sensores mediante la programación son: sensor 1 (entre 10 y 100cm), sensor 2(entre 10 y
120cm) y sensor 3 (entre 10 y 100 cm); el microcontrolador es el encargado de procesar
las señales provenientes de la salida del multiplexor y determinar si existe o no una
obstrucción presente, si existe obstáculo dará paso a la activación de las alarmas, caso
contrario se seguirá realizando el censado mediante el módulo de bastón.
39
Figura 29. Etapa de detección de obstáculos del sistema. Fuente [El Autor].
e.1.4. Etapa de activación de las alarmas del sistema
Esta etapa es la encargada de enviar avisos o alertas luego de que las señales han sido
procesadas por el microcontrolador, a través de los dos métodos de alarmas escogidos, los
cuales son: el motor vibrador y el parlante zumbador, para que la persona invidente pueda
estar atenta y de esta manera pueda esquivar o evadir cada uno de los obstáculos que se
le vayan presentando. Dichas alarmas fueron escogidas para que se complementen a la
vez, ya que por ejemplo si la persona invidente presenta otra discapacidad como la
sordera, el motor de vibración será el encargado de enviar la señal de alarma ante un
posible obstáculo.
Para el circuito de activación de alarmas, tanto de vibración como de sonido se utilizó
un pequeño motor como el utilizado en los teléfonos celulares y un pequeño parlante de
baja impedancia respectivamente.
e.1.4.1.
Circuito de activación del motor de vibración
El circuito utilizado para la operación del motor de vibración se muestra en la figura
30. Se utiliza un transistor 2N3904, el mismo que funcionará como dispositivo de
conmutación para la activación y desactivación del motor. Este circuito es manipulado a
40
través de un pin del microcontrolador en este caso RB.2, además el circuito cuenta con dos
diodos los mismos que sirven para reducir el voltaje que activará al motor ya que este
trabaja a un voltaje en un rango de 2.5 a 3.5VDC.
Cada uno de los diodos permitirá una caída de tensión de 0.71V, por lo tanto entre los
dos se obtendrá un voltaje de 1.42; restado de los 5V (voltaje de alimentación), se obtiene
3.58V. Además hay que restar el voltaje que se encuentra en el transistor en el momento
de la saturación, que es de 0.47; con lo que se obtiene un total de 3.10V aproximado,
voltaje suficiente para la activación del motor de vibración.
D1
+3.10
1N4007
Volts
R1
220
D3
+1.42
1N4007
Volts
D4
1N4007
R2(1)
Q1
R2
2N3904
10k
+0.47
Volts
Figura 30. Etapa de activación de las alarmas del sistema (motor vibrador). Fuente [El Autor].
Debido a que el motor es una carga de tipo inductiva, es necesario colocar un diodo
en paralelo, para de esta manera proteger al transistor en el momento del apagado.
41
e.1.4.2.
Circuito de activación del parlante zumbador
El circuito utilizado para la operación del parlante zumbador se muestra en la figura
31. Se utiliza un transistor 2N3904, que de la misma manera como en el caso del motor
vibrador funcionará como dispositivo de conmutación para la activación y desactivación
del parlante, además un capacitor de 22μf a 16voltios que actúa como batería de la
alarma, para no disipar el sonido si se hace trabajar el dispositivo continuamente. Este
circuito es manipulado a través de un pin del microcontrolador (RB.3), el objetivo al
momento del diseño de todos estos circuitos es que sean lo más sencillos y fáciles de
armar posibles, facilitando así la reparación de los mismos en caso de presentarse alguna
avería.
Figura 31. Etapa de activación de las alarmas del sistema (parlante zumbador).
Fuente [El Autor].
42
e.2. CAPÍTULO 5: DISEÑO DEL HARDWARE Y SOFTWARE DEL BASTÓN ELECTRÓNICO
e.2.1. CONSTRUCCIÓN DEL DISPOSITIVO
Para llevar a cabo la implementación del prototipo de bastón primeramente se contó
con un bastón blanco tipo plegable (figura 32), el mismo que se lo encuentra fácilmente en
el mercado nacional, el cual tiene una longitud de 1,2m y está conformado por un tubo
hueco con un diámetro de 1,3cm. Fabricado de aluminio, es liviano y posee un puño con
agarradera de color negro para facilitar su enganche, además de presentar la facilidad de
plegarse en 4 partes con lo cual facilita su almacenaje, también presenta una cubierta de
material reflectante a la luz para pueda ser visualizado con facilidad, todas estas
características proporcionan un fácil manejo a la persona que lo usa, es por estas razones
que se ha considerado idóneo el uso de este bastón para adaptarlo al prototipo del
sistema.
A dicho bastón se le incorporará 3 sensores de ultrasonido HC-SR04, ubicados en la
parte frontal del mismo, para de esta manera detectar todos los objetos que se presenten
frente a la persona no vidente. Además fueron necesarias otras adecuaciones al
dispositivo, tanto en la parte superior e inferior, las mismas se presentan a continuación.
Figura 32. Bastón blanco tipo plegable para no videntes con estuche. Fuente [El Autor].
43
e.2.1.1.
Parte Superior
Para el alojamiento del circuito principal del dispositivo se contó con una caja de
plástico de (8.5 x 6 x 3.5) cm, la misma que facilito el acople de los componentes
principales al bastón blanco.
Además se debió acoplar un porta baterías para que la pila de 9V recargable pueda
ser fácilmente removible cada vez que se requiera renovar su carga, con esto se garantiza
el correcto funcionamiento del dispositivo.
PORTA BATERÍAS
CAJA CIRCUITO
PRINCPIPAL
Figura 33. Caja con el circuito principal del sistema junto con el porta baterías. Fuente [El
Autor].
Para el alojamiento del motor vibrador se acopló una pequeña pieza de plástico en el
extremo superior, luego se lo introdujo en el mango del bastón de manera q sea
imperceptible a la vista, y además tomando en cuenta que al momento de activarse la
vibración pueda ser captada por la persona no vidente. Luego también se forró la parte
superior del mango del bastón con cuero sintético negro para dar un mejor acabado al
dispositivo.
44
ALOJAMIENTO
MOTOR VIBRADOR
Figura 34. Pieza de alojamiento del motor vibrador. Fuente [El Autor].
e.2.1.2.
Parte Inferior
Se retiró la punta de la parte inferior o también conocida como contera y se la
sustituyo con una llanta pequeña de 1.5cm de alto y 3.5cm de diámetro, la cual está
fabricada de material plástico resistente, y permite movimientos giratorios de 360°
permitiendo de esta manera poder deslizar el dispositivo sin que este se atranque por las
irregularidades del piso.
Figura 35. Llanta giratoria acoplada al bastón. Fuente [El Autor].
45
e.2.1.3.
Acoplamiento y ubicación de Sensores
Para el acoplamiento de los sensores de ultrasonido se optó por la fabricación de
pequeñas piezas de material acrílico tipo caja con el tamaño justo de cada sensor y con
pequeños orificios centrales en la parte de los transductores de cada dispositivo actuador
para no interferir con las ondas emitidas y recibidas, la función de estas piezas es fijar los
sensores al tubo del bastón blanco y además protegerlos de agentes externos o
simplemente de algún daño que puedan sufrir si estuviesen a la intemperie.
Figura 36. Piezas de acrílico para acoplamiento de sensores. Fuente [El Autor].
Para la ubicación de los sensores se tomó en cuenta diferentes ángulos y alturas para
de esta manera poder detectar distintos obstáculos, tanto aéreos, frontales como también
impedimentos o irregularidades que se encuentren a ras del piso.
De esta manera el sensor ultrasónico #1 se encuentra ubicado a una altura de 95cm
aproximadamente, es el encargado de detectar obstáculos que se encuentren en el rango
de los 10 a 100cm, obstáculos como las ramas de un árbol, el espejo retrovisor de un
camión o impedimentos a la altura de la cabeza de la persona no vidente.
El sensor ultrasónico #2 se encuentra ubicado a una altura de 70cm
aproximadamente, y con un ángulo de 25° enfocado hacia abajo, este sensor detectará
obstáculos en el rango de los 10 a los 120cm, previniendo de objetos tales como paredes o
impedimentos que se encuentren a la altura de la cintura de la persona invidente.
El sensor ultrasónico #3 se encuentra ubicado a una altura de 12cm aproximadamente
y con un ángulo de 25° enfocado hacia abajo es el encargado de detectar obstáculos que
46
se encuentren en el rango de los 10 a 100cm, obstáculos a ras del piso con los cuales el
discapacitado pueda tropezar o caer, tales como baches, gradas, veredas, piedras o
deformaciones que se encuentren en el terreno por donde circula la persona
discapacitada.
En la figura 37 se muestra la ubicación de cada uno de los sensores con su haz de
radiación efectivo, el cual es de aproximadamente 30°, cabe indicar que cada una de las
alturas a las cuales se encuentran ubicados los sensores fueron pensadas para que los
lóbulos de radiación no interfieran entre sí.
Figura 37. Piezas de acrílico para acoplamiento de sensores. Fuente [El Autor].
Cabe indicar que todo el cableado para los sensores y para el motor vibrador se lo
realizó internamente, aprovechando que el tubo del bastón es totalmente hueco, con esto
se logró dar un mejor acabado al dispositivo, además de prevenir cualquier molestia que
pueda generar tener cables sueltos y fuera del bastón.
47
e.2.2. SOFTWARE DEL BASTÓN
e.2.2.1.
Desarrollo del Software
El diseño del software del prototipo de bastón electrónico constituye una de las
partes más importantes ya que mediante este, el microcontrolador que será el que actué
como cerebro del dispositivo, podrá comunicarse y enviar todas las órdenes para los
demás dispositivos como sensores, multiplexor, y circuitos de alarmas.
Para el desarrollo del software del prototipo de bastón se ha utilizado el lenguaje de
programación Basic mediante el compilador Pic Basic Pro (PBP), por lo que este lenguaje
es fácil de interpretar, ya que al ser un lenguaje de alto nivel es el que más entendemos los
humanos, por lo cual permite una manera de programar microcontroladores más fácil y
rápida.
A continuación se muestra los diagramas de flujo del sistema, los mismos que
permitieron la realización del código del programa.
48
e.2.2.2.
Diagramas de flujo del programa
INICIO
CONFIGURACIÓN DE
PUERTOS
DEFINICIÓN DE
VARIABLES
INICIALIZACIÓN DEL
DISPOSITIVO
4
SENSOR 2
SENSOR 3
ENVÍO DEL PULSO DE
INICIO DE LECTURA
ENVÍO DEL PULSO DE
INICIO DE LECTURA
ENVÍO DEL PULSO DE
INICIO DE LECTURA
SELECCIÓN DE S1 MEDIANTE
COMBINACIÓN 000 EN EL
MULTIPLEXOR
SELECCIÓN DE S2 MEDIANTE
COMBINACIÓN 010 EN EL
MULTIPLEXOR
SELECCIÓN DE S3 MEDIANTE
COMBINACIÓN 100 EN EL
MULTIPLEXOR
EL MICROCONTROLADOR
MIDE LA DISTANCIA EN
FUNCIÓN DE LA DURACIÓN
DEL PULSO
EL MICROCONTROLADOR
MIDE LA DISTANCIA EN
FUNCIÓN DE LA DURACIÓN
DEL PULSO
EL MICROCONTROLADOR
MIDE LA DISTANCIA EN
FUNCIÓN DE LA DURACIÓN
DEL PULSO
1
2
3
SENSOR 1
Figura 38. Diagrama de flujo del sistema de control. Fuente [El Autor].
49
Descripción:
Al iniciar el sistema del bastón electrónico se tiene primeramente la configuración de
los puertos del microcontrolador, tanto puertos de entrada, salida, así como puertos
digitales, además de las variables y alias que se han creado, seguido se tiene la
inicialización del dispositivo, la cual se realiza activando por dos ocasiones las alarmas
(motor vibrador y parlante zumbador) por un corto período de tiempo (200ms c/u), con lo
cual se indicará a la persona no vidente de que el bastón está trabajando correctamente y
se encuentra listo para usarse.
Luego se encuentra la parte de la detección de obstáculos por parte de los 3 sensores
de ultrasonido HC-SR04, a los cuales se les envía el pulso de inicio de lectura, el mismo que
tiene una duración de 10us para el caso de estos sensores, esta señal activa los sensores
para que de esta manera permanezcan censando hasta encontrar algún tipo de
impedimento en los rangos de distancia establecidos, al encontrarse con un obstáculo el
sensor enviará una señal de respuesta las mismas que ingresarán en las entradas del
multiplexor y serán enrutadas de acuerdo a las combinaciones en las entradas de selección
del mismo, de esta manera se tendrá las combinaciones presentes en la siguiente tabla.
Tabla 6. Combinaciones de entrada en el multiplexor para enrutar cada sensor.
Fuente [El Autor].
Entradas de selección para multiplexor
ABC
# de sensor
000
sensor 1
010
sensor 2
100
sensor 3
Estas señales llegarán hasta el microcontrolador el mismo que se encarga de
determinar la distancia a la cual se encuentra el obstáculo, en función de la duración del
pulso de retorno, mediante la siguiente formula:
)
((
⁄
50
(
⁄
))
(Ec. 5.1)
1
NO
Obstáculo se
encuentra
entre 10 y
100cm
SI
MANTIENE ALARMAS
INACTIVAS
ACTIVA MOTOR VIBRADOR Y
PARLANTE POR 1500MS
PASA AL SENSOR 2
DETIENE LAS ALARMAS
PASA AL SENSOR 2
Figura 39. Diagrama de flujo del sistema de control (Sensor 1). Fuente [El Autor].
Al momento de que el microcontrolador determina la distancia a la cual se encuentra
el obstáculo, se presenta la condicionante de la distancia para el sensor 1, que en este
caso está en el rango de los 10 a 100cm, si el obstáculo se encuentra en este rango el
microcontrolador enviará una señal de activación de alarmas por un período de 1500ms,
anunciando a la persona acerca del peligro al que se puede enfrentar, luego de esto las
alarmas se detienen en caso de que la persona haya realizado la acción de evasión, caso
contrario las alarmar seguirán activadas hasta que se realice la acción. Cuando se evade el
obstáculo, las alarmas se desactivan y se sigue con la lectura por parte del siguiente
sensor.
En caso de que el sensor 1 no encuentre ningún obstáculo en el rango establecido se
mantiene inactivas las alarmas y el sistema sigue con la lectura por parte del siguiente
sensor.
51
2
NO
Obstáculo se
encuentra
entre 10 y
120cm
SI
MANTIENE ALARMAS
INACTIVAS
ACTIVA MOTOR VIBRADOR Y
PARLANTE POR 1S
PASA AL SENSOR 3
DETIENE LAS ALARMAS
PASA AL SENSOR 3
Figura 40. Diagrama de flujo del sistema de control (Sensor 2). Fuente [El Autor].
Al momento de que el microcontrolador determina la distancia a la cual se encuentra
el obstáculo, se presenta la condicionante de la distancia para el sensor 2, que en este
caso está en el rango de los 10 a 120cm, si el obstáculo se encuentra en este rango el
microcontrolador enviará una señal de activación de alarmas por un período de 1s,
anunciando a la persona acerca del peligro al que se puede enfrentar, luego de esto las
alarmas se detienen en caso de que la persona haya realizado la acción de evasión, caso
contrario las alarmar seguirán activadas hasta que se realice la acción. Cuando se evade el
obstáculo, las alarmas se desactivan y se sigue con la lectura por parte del siguiente
sensor.
En caso de que el sensor 2 no encuentre ningún obstáculo en el rango establecido se
mantiene inactivas las alarmas y el sistema sigue con la lectura por parte del siguiente
sensor.
52
3
NO
Obstáculo se
encuentra
entre 10 y
100cm
SI
MANTIENE ALARMAS
INACTIVAS
ACTIVA MOTOR VIBRADOR Y
PARLANTE POR 500MS
4
DETIENE LAS ALARMAS
4
Figura 41. Diagrama de flujo del sistema de control (Sensor 3). Fuente [El Autor].
Al momento de que el microcontrolador determina la distancia a la cual se encuentra
el obstáculo, se presenta la condicionante de la distancia para el sensor 3, que en este
caso está en el rango de los 10 a 100cm, si el obstáculo se encuentra en este rango el
microcontrolador enviará una señal de activación de alarmas por un período de 500ms,
anunciando a la persona acerca del peligro al que se puede enfrentar, luego de esto las
alarmas se detienen en caso de que la persona haya realizado la acción de evasión, caso
contrario las alarmar seguirán activadas hasta que se realice la acción. Cuando se evade el
obstáculo, las alarmas se desactivan y se retorna a inicio para empezar nuevamente las
lecturas.
En caso de que el sensor 3 no encuentre ningún obstáculo en el rango establecido se
mantiene inactivas las alarmas y el sistema retorna a inicio para empezar nuevamente las
lecturas.
53
f. CAPÍTULO 6. PRUEBAS Y RESULTADOS
Luego de haber realizado la construcción del hardware y la implementación del
software, una parte de vital importancia son las pruebas realizadas a cada una de las
partes del dispositivo, las mismas que ayudarán a determinar si el sistema funciona
correctamente y además si cumple con todos los requerimientos planteados en un inicio,
asimismo estas pruebas nos ayudarán a encontrar posibles errores o fallas en el trascurso
de la implementación del prototipo, para de esta manera efectuar una depuración del
sistema y asegurar su correcto desempeño.
Cabe indicar que primeramente se realizaron pruebas individuales de cada uno de los
dispositivos y partes que conforman el sistema, así por ejemplo se comprobó las distancias
máximas y mínimas a las cuales se puede detectar un obstáculo mediante el sensor de
ultrasonido HC-SR04, las mismas que fueron presentadas mediante un módulo LCD,
además pruebas con los dispositivos del sistema de alarmas (motor vibrador, parlante
zumbador) y con el multiplexor 74LS151, verificando su funcionamiento y su tabla de
verdad.
Luego finalmente se realizó las pruebas de todo el sistema en conjunto primeramente
armado en protoboard, para así tener la facilidad de que si se detecta alguna falla poderla
corregir de inmediato, antes de realizar la implementación, y luego las pruebas finales de
campo del dispositivo con la ayuda de personas no videntes para validar la funcionalidad
del dispositivo.
f.1. PRUEBAS INICIALES DEL SISTEMA
f.1.1. Pruebas de distancia con sensor HC-SR04
Dentro de las primeras pruebas que se realizaron, estuvo la prueba de distancia por
medio del sensor escogido (HC-SR04), la misma que permitió comprobar los valores de
distancia mínimos y máximos que se puede obtener con el uso de este sensor, los mismos
que están en el rango de 2 a 498cm, y fueron presentados en una pantalla lcd 16x2.
54
Figura 42. Pruebas de distancia del sensor HC-SR04. Fuente [El Autor].
Figura 43. Pruebas de distancia del sensor HC-SR04. Fuente [El Autor].
55
Figura 44. Pruebas de distancia del sensor HC-SR04. Fuente [El Autor].
f.1.2. Pruebas con motor vibrador
Otra de las pruebas que se realizó, fue la del motor vibrador, mediante el circuito
diseñado se logró comprobar la funcionalidad del motor enviando una señal desde un
terminal del microcontrolador, además como se muestra en la figura 45 se utilizó un
transistor, dispositivo que sirve de conmutador para la activación y desactivación del
motor, luego también fueron necesarios dos diodos 1N4007 para regular la tensión con la
que trabajará el motor, la misma que quedó fijada en 3.1VDC, tensión optima en el rango
de operación del mismo (2.5VDC – 3.5VDC), finalmente se utilizó un diodo colocado en
paralelo al motor para proteger al transistor de cualquier corriente de retorno al ser el
motor una carga de tipo inductiva.
56
Figura 45. Pruebas con motor vibrador. Fuente [El Autor].
f.1.3. Prueba con parlante zumbador
La siguiente prueba permitió comprobar la funcionalidad del circuito diseñado como
parte de la etapa de activación de alarmas del sistema, mediante un pequeño parlante
zumbador, el circuito diseñado se muestra en la figura 46, en el mismo se puede notar,
que al igual que en el caso del motor se utilizó un transistor que permita la conmutación
del parlante y además se utilizó un capacitor de 22uf, el mismo que ayudará a que el
sonido del parlante no se disipe cuando el uso del bastón sea continuo.
57
Figura 46. Pruebas con parlante zumbador. Fuente [El Autor].
f.1.4. Pruebas con multiplexor 74LS151
Las siguientes pruebas realizadas fueron las del multiplexor 74LS151, dispositivo que
forma parte de la etapa del circuito de detección de obstáculos, este además será el
encargado de seleccionar cada uno de los sensores que comprenden el sistema,
dependiendo de la combinación que tenga presente en sus entradas de selección. En las
figuras 47, 48 y 49 se muestran algunas de las pruebas en donde se comprobó su tabla de
verdad.
58
Figura 47. Pruebas con multiplexor 74LS151.Fuente [El Autor].
Figura 48. Pruebas con multiplexor 74LS151.Fuente [El Autor].
59
Figura 49. Pruebas con multiplexor 74LS151.Fuente [El Autor].
f.2. Pruebas finales del sistema
Luego de haber realizado las pruebas iniciales y por separado de cada uno de los
dispositivos que conforman el sistema, se presenta las pruebas de todo el sistema en
conjunto, inicialmente armado en protoboard (sistema de alimentación, de detección de
obstáculos, y de alarmas), para poder resolver cualquier falla que se presente antes de la
implementación, en la figura 50 se muestra toda la circuitería del prototipo de bastón
electrónico, cabe mencionar que se siguió utilizando el módulo LCD, el cual ayudo tanto
para la calibración de los sensores como para poder visualizar la distancia a la que se
encuentra cada obstáculo y de que sensor proviene.
60
Figura 50.Pruebas y circuitería de todo el sistema. Fuente [El Autor].
Figura 51.Módulo LCD indicando la distancia a cada obstáculo y el sensor que la detectó.
Fuente [El Autor].
61
f.3. RESULTADOS
El montaje y las pruebas finales del sistema se realizaron de manera progresiva, es
decir que se fue armando etapa por etapa hasta culminar el prototipo de bastón, algunos
de los resultados obtenidos luego de realizar las diferentes pruebas se muestran a
continuación.
Cabe indicar que se hizo hincapié en las etapas más significativas del sistema, como
son la etapa de detección de obstáculos y la etapa de activación de alarmas.
f.3.1. Etapa de detección de obstáculos
SENSOR 1
Tabla 7. Resultados de la etapa de detección de obstáculos (Sensor 1). Fuente [El Autor].
PRUEBA:
Calibración de sensor 1 y comparación de medidas con
flexómetro
RANGO DE DISTANCIA SETEADO EN SENSOR 1
Acción
Resultado
10 – 100 cm
Observaciones
Objetivo
alcanzado
Se comparó la medida Se obtuvo un margen Se debe calibrar
obtenida mediante la de
error
de acertadamente
LCD, con la medida a aproximadamente 1%.
los sensores para
través
obtener medidas
de
un
flexómetro.
Conclusión:
Si
reales.
Se obtuvo el resultado deseado con un insignificante margen de error.
62
Tabla 8. Resultados de la etapa de detección de obstáculos (Sensor 1). Fuente [El Autor].
PRUEBA:
Detección de obstáculos mediante sensor 1
RANGO DE DISTANCIA SETEADO EN SENSOR 1
Acción
Resultado
10 – 100 cm
Observaciones
Objetivo
alcanzado
Detecta un obstáculo El
sensor
de Debe existir cierta
en el rango de 10 a ultrasonido si detecta distancia
100cm
en
la
parte el obstáculo.
frontal
superior
entre
cada sensor para
del
que los lóbulos de
bastón electrónico al
radiación
estar en movimiento.
interfieran
Si
no
entre
sí.
Conclusión:
La detección de obstáculos mediante el sensor 1 funciona correctamente.
SENSOR 2
Tabla 9. Resultados de la etapa de detección de obstáculos (Sensor 2). Fuente [El Autor].
PRUEBA:
Calibración de sensor 2 y comparación de medidas con
flexómetro
RANGO DE DISTANCIA SETEADO EN SENSOR 2
Acción
Resultado
10 – 120 cm
Observaciones
Objetivo
alcanzado
Se comparó la medida Se obtuvo un margen Se debe calibrar
obtenida mediante la de
error
de acertadamente
LCD, con la medida a aproximadamente 1%.
los sensores para
través
obtener medidas
de
un
flexómetro.
Conclusión:
Si
reales.
Se obtuvo el resultado deseado con un insignificante margen de error.
63
Tabla 10. Resultados de la etapa de detección de obstáculos (Sensor 2). Fuente [El Autor].
PRUEBA:
Detección de obstáculos mediante sensor 2
RANGO DE DISTANCIA SETEADO EN SENSOR 2
Acción
Resultado
10 – 120 cm
Observaciones
Objetivo
alcanzado
Detecta un obstáculo El
sensor
de Debe existir cierta
en el rango de 10 a ultrasonido
120cm
en
frontal
la
si distancia
entre
parte detecta el obstáculo. cada sensor para
media
del
que los lóbulos de
bastón electrónico al
radiación
estar en movimiento.
interfieran entre sí.
Conclusión:
Si
no
La detección de obstáculos mediante el sensor 2 funciona correctamente.
SENSOR 3
Tabla 11. Resultados de la etapa de detección de obstáculos (Sensor 3). Fuente [El Autor].
PRUEBA:
Calibración de sensor 3 y comparación de medidas con
flexómetro
RANGO DE DISTANCIA SETEADO EN SENSOR 3
Acción
10 – 100 cm
Resultado
Observaciones
Objetivo
alcanzado
Se comparó la medida Se obtuvo un margen Se
obtenida mediante la de
error
debe
de acertadamente los
LCD, con la medida a aproximadamente
sensores
través
obtener
de
un 1%.
flexómetro.
Conclusión:
calibrar
para
Si
medidas
reales.
Se obtuvo el resultado deseado con un insignificante margen de error.
64
Tabla 12. Resultados de la etapa de detección de obstáculos (Sensor 3). Fuente [El Autor].
PRUEBA:
Detección de obstáculos mediante sensor 3
RANGO DE DISTANCIA SETEADO EN SENSOR 3
Acción
Resultado
10 – 100 cm
Observaciones
Objetivo
alcanzado
Detecta un obstáculo El
sensor
de Debe existir cierta
en el rango de 10 a ultrasonido
100cm
en
la
si distancia
parte detecta el obstáculo.
entre
cada sensor para
frontal baja del bastón
que los lóbulos de
electrónico al estar en
radiación
movimiento.
interfieran entre sí.
Conclusión:
Si
no
La detección de obstáculos mediante el sensor 3 funciona correctamente.
f.3.2. Etapa de activación de alarmas
MOTOR DE VIBRACIÓN
Tabla 13. Resultados de la etapa de activación de alarmas (Motor de vibración). Fuente [El
Autor].
PRUEBA:
Reproducción de la vibración con la duración de tiempo
correspondiente para cada sensor
Acción
Resultado
Observaciones
Objetivo
alcanzado
Se activa el motor de El
vibración
con
motor
la vibración
duración de tiempo activa
correcta
para
de Se debe indicar a la
si persona no vidente la
su duración que va a tener
cada vibración con la la
vibración
sensor.
duración
Sensor1 – 1500ms
establecida para sensor para que pueda
Sensor2 – 1000ms
cada sensor.
Sensor3 – 500ms
Conclusión:
correspondiente a cada
Si
saber en qué parte se
localiza el obstáculo.
La etapa de activación de alarmas mediante el motor de vibración
funciona correctamente.
65
PARLANTE ZUMBADOR
Tabla 14. Resultados de la etapa de activación de alarmas (Parlante zumbador).
Fuente [El Autor].
PRUEBA:
Reproducción del sonido con la duración de tiempo
correspondiente para cada sensor
Acción
Resultado
Observaciones
Objetivo
alcanzado
Se activa el parlante El
parlante
si Se
debe
indicar a
la
con la duración de reproduce su sonido persona no vidente la
tiempo correcta para con
la
duración duración que va a tener el
cada sensor.
establecida para cada pitido correspondiente a
Sensor1 – 1500ms
sensor.
cada
sensor
para
que
Sensor2 – 1000ms
pueda saber en qué parte
Sensor3 – 500ms
se localiza el obstáculo.
Conclusión:
Si
La etapa de activación de alarmas mediante el parlante funciona
correctamente.
f.3.3. RESULTADOS EN PRUEBAS DE CAMPO
Para las pruebas de campo del dispositivo se contó con la ayuda de 10 personas, entre
ellas el señor Vicente Nole, Presidente de la asociación de No videntes de la parroquia
Zumbi perteneciente a la provincia de Zamora Chinchipe, el mismo que nos ayudó a
determinar aspectos primordiales del dispositivo tales como funcionalidad, utilidad y
facilidad del uso del prototipo de bastón electrónico.
Para iniciar con las pruebas del dispositivo cabe indicar que en un principio se asesoró
a la persona acerca del funcionamiento y de cómo es la manera en que trabaja el bastón
electrónico, luego de esto se procedió a usar el bastón en un entorno abierto y por un
determinado período de tiempo (alrededor de 10 minutos) para finalmente proceder a
señalar los resultados de la experiencia vivida.
Para determinar la validez de los resultados se realizaron algunas preguntas en base a
encuestas, ver anexo k.3.
66
A continuación se muestran los resultados de las encuestas realizadas a un total de 10
personas.
Tabla 15. Análisis de las encuestas realizadas a 10 personas que conocieron el dispositivo.
Preguntas Realizadas
1(No)
¿El bastón como mecanismo para la ayuda en la
movilidad, le parece una herramienta indispensable
2
3
4
5 (Si)
0%
0%
0%
10%
90%
0%
0%
0%
0%
100%
0%
0%
30%
30%
40%
20%
0%
20%
0%
60%
0%
0%
30%
20%
50%
0%
0%
0%
0%
100%
para las personas no videntes?
¿Cree que el bastón electrónico ayuda de mejor
manera en el desplazamiento autónomo de los no
videntes que mediante el uso de un bastón
tradicional?
¿La estructura del bastón le pareció la adecuada (Peso
liviano, Piezas incorporadas adecuadamente)?
¿Considera que el dispositivo es fácil de manipular?
¿Cree que el dispositivo facilitaría su movilidad en
entornos abiertos?
¿Le gustaría que el gobierno tome la iniciativa de la
fabricación de este tipo de dispositivos a bajo costo o
mediante donaciones para las personas no videntes?
Como se muestra en la tabla anterior, se tienen los resultados de cada pregunta en las
encuestas realizadas para determinar la funcionalidad del bastón, tras analizar cada una de
estas se puede afirmar que el dispositivo ha tenido la aceptación esperada en la mayoría
de aspectos, en base a esto se puede decir que el sistema cumple con los requerimientos
de las personas discapacitadas como solución a la detección de obstáculos y como
dispositivo de ayuda en la movilidad.
67
Luego de las pruebas de campo y de las encuestas realizadas se tomó en cuenta
algunas recomendaciones por parte de las personas no videntes, como la de reemplazar la
rueda colocada en un inicio y con la que se llevaba un movimiento netamente frontal y
suprimía la técnica del bastoneo por una rueda completamente giratoria que ayuda a
integrar nuevamente esta técnica, ya que se pudo constatar que mediante la técnica
“Hoover” al realizar un arco en el piso con el ancho de los hombros aproximadamente, la
persona revisa la zona por donde va a caminar y lo protege de los huecos o de tropezar
con cualquier obstáculo u objeto que se encuentre en el piso.
Finalmente después de realizar dichos cambios y conforme los resultados obtenidos
en las pruebas de campo se puede concluir que el dispositivo ha mostrado un desempeño
satisfactorio como mecanismo de ayuda a las personas no videntes en la detección de
obstáculos.
68
g. ANÁLISIS TÉCNICO Y ECONÓMICO DEL SISTEMA
g.1. IMPACTO SOCIAL DEL SISTEMA
Las diferencias que puede marcar una discapacidad en una persona, son evidenciadas
al observar como este grupo de personas se mantiene un tanto alejadas de la sociedad,
marcando de esta manera una considerable diferencia social; tratando de contrarrestar
esto hoy en día existen campañas por parte del gobierno en donde tratan el tema de la
inclusión social definida como una unión o vínculo que debe existir entre las personas con
discapacidades o capacidades diferentes en una determinada sociedad, además existen
normas y leyes contempladas en el Código de trabajo actual y controladas por parte del
Ministerio de Relaciones Laborales, con respecto a la inserción laboral en donde exigen a
las empresas del sector público y privado cumplir los derechos de los trabajadores con
alguna clase de discapacidad, procurando la inclusión laborar en las empresas según el
porcentaje que determina la ley.
Dichos porcentajes y según el marco legal el cual indica en: El artículo 42 numeral 33
del Código del Trabajo determina que “el empleador público o privado, que cuente con un
número mínimo de veinticinco trabajadores, está obligado a contratar, al menos, a una
persona con discapacidad, en labores permanentes que se consideren apropiadas en
relación con sus conocimientos, condición física y aptitudes individuales, observándose los
principios de equidad de género y diversidad de discapacidad. A partir del año 2009, el
porcentaje obligatorio de contratación de personas con discapacidad, es del 4% del total
de trabajadores de cada empresa o patrono persona natural.” 16
Según lo acontecido, se puede determinar que existe la preocupación de brindar
mayores oportunidades y facilidades a las personas discapacitadas, haciéndolas sentir
valiosas y útiles para la sociedad.
Por tal razón el sistema del prototipo de bastón electrónico constituirá una
herramienta la cual ayudará a la persona no vidente a desenvolverse de mejor manera y
sentirse más seguro en el entorno que lo rodea, ayudando así a lograr de un modo no
integral pero si muy amplia una mejor movilidad de forma autónoma y libre en lugares
16
Inserción de personas con discapacidades, s/f, (Consulta: Febrero
http://www.relacioneslaborales.gob.ec/insercion-de-personas-con-discapacidades/.
69
de
2014),
desconocidos, logrando así un verdadero impacto emocional el cual se lo puede evidenciar
fácilmente al momento en que el no vidente interactúa con el dispositivo, desplazándose
de manera más segura y confiada, elevando de esta manera su autoestima y su ego
emocional.
Una vez analizado el testimonio y las encuestas realizadas a estas personas, mediante
el resultado obtenido se ha observado la huella que se ha logrado mediante el presente
proyecto, y de manera muy personal se puede decir que ha sido realmente gratificante
haber obtenido esos resultados, los mismos que se manifiestan en la satisfacción y agrado
de las personas no videntes.
g.2. ANÁLISIS ECONÓMICO DE COSTOS Y BENEFICIOS
La finalidad al diseñar el dispositivo, fue la de construir el dispositivo con
componentes que se los pueda conseguir en el mercado nacional, para en caso de que
exista algún falló o avería con un componente, esta pieza pueda ser encontrada y
reemplazada lo más rápido posible, además otro de los puntos de interés fue el de diseñar
un prototipo de bajo costo que en caso de ser comercializado este pueda ser adquirido por
las personas no videntes.
Teniendo en cuenta estas características a continuación en la tabla 16 se muestran los
costos de producción del dispositivo al por menor adquiriendo cada componente en el
mercado nacional.
70
Tabla 16. Costos de producción del prototipo de bastón. Fuente [El Autor].
Insumo
Sensor de ultrasonido HC-SR04
Piezas de acrílico para sensores
Microcontrolador PIC 16f628A
Zócalo normal de 18 pines
Multiplexor 74LS151
Zócalo normal de 16 pines
Motor de vibración
Buzzer
Batería 9V recargable
Cargador de baterías 9V
Bastón blanco
Llanta de plástico
Caja de plástico
Regulador 7805
Transistores 2N3904
Diodos 1N4007
Resistencias 10KΩ
Condensador 100uf
Condensador 22uf
Bornera de 2 pines
Pulsador
Cable
Conectores 4 pines
Baquelita fibra de vidrio (10x10cm)
Percloruro Férrico (4 onzas)
Broca (0.8mm)
Impresión papel de transferencia
Estaño
Tiempo trabajo (días)
Varios
Total
Precio al público
Cantidad
3
3
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
2
3
3
1
1
1
1
3m
6
1
1
1
1
1m
4
1
Costo Unitario
$8,00
$10,00
$3,50
$0,40
$0,65
$0,35
$8,50
$0,60
$7,50
$5,00
$18,00
$1,25
$3,00
$0,50
$0,08
$0,10
$0,15
$0,15
$0,15
$0,22
$0,11
$0,30
$0,50
$1,50
$0,80
$1,00
$0,50
$0,70
$17,50
$5,00
Costo total
$24,00
$30,00
$3,50
$0,40
$0,65
$0,35
$8,50
$0,60
$7,50
$5,00
$18,00
$1,25
$3,00
$0,50
$0,16
$0,30
$0,45
$0,15
$0,15
$0,22
$0,11
$0,90
$3,00
$1,50
$0,80
$1,00
$0,50
$0,70
70,00
$5,00
$188,19
$190,00
Como se puede observar en la tabla anterior se presenta el costo del dispositivo al por
menor, se aprecia que dicho valor es un poco elevado considerando la pobreza que
padecen gran parte de los discapacitados; para poder fijar el costo del dispositivo para la
venta al público, se debe analizar los precios de las piezas y componentes que conforman
el sistema al por mayor es decir para la producción de no menos de 100 dispositivos y
además importando los componentes del país de origen productor, ya que de esta manera
se reducirán significativamente los costos de fabricación, en la tabla 17 se muestran los
costos para la producción al por mayor.
71
Tabla 17. Costos de producción del prototipo de bastón al por mayor. Fuente [El Autor].
Insumo
Sensor de ultrasonido HC-SR04
Piezas de acrílico para sensores
Microcontrolador PIC 16f628A
Zócalo normal de 18 pines
Multiplexor 74LS151
Zócalo normal de 16 pines
Motor de vibración
Buzzer
Batería 9V recargable
Cargador de baterías 9V
Bastón blanco
Llanta de plástico
Caja de plástico
Regulador 7805
Transistores 2N3904
Diodos 1N4007
Resistencias 10KΩ
Condensador 100uf
Condensador 22uf
Bornera de 2 pines
Pulsador
Cable
Conectores 4 pines
Baquelita fibra de vidrio (10x10cm)
Percloruro Férrico (4 onzas)
Broca (0.8mm)
Impresión papel de transferencia
Estaño
Tiempo trabajo (días)
Varios
Total
Precio al público
Cantidad
3
3
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
2
3
3
1
1
1
1
3m
6
1
1
1
1
1m
4
1
Costo Unitario
$5,00
$5,00
$3,00
$0,35
$0,55
$0,30
$6,50
$0,50
$6,00
$4,00
$15,00
$1,00
$2,25
$0,35
$0,06
$0,08
$0,12
$0,12
$0,12
$0,18
$0,08
$0,20
$0,30
$1,00
$0,55
$0,80
$0,40
$0,45
$17,50
$4,00
Costo total
$15,00
$15,00
$3,00
$0,35
$0,55
$0,30
$6,50
$0,50
$6,00
$4,00
$15,00
$1,00
$2,25
$0, 35
$0,12
$0,24
$0,36
$0,12
$0,12
$0,18
$0,08
$0,60
$1,80
$1,00
$0,55
$0,80
$0,40
$0,45
$70,00
$4,00
$150,62
$150,00
Con esta tabla se pudo comprobar como los costos de producción se reducen en
buena manera al importar los componentes directamente del país productor y al producir
un número mayor de dispositivos, es decir de más de 100 módulos, la cual sería
considerada como una producción en serie, con dicho valor el dispositivo se encontraría
más al alcance de las personas discapacitadas.
72
Finalmente en la tabla 18 se presentan una tabla comparativa entre el prototipo
fabricado y algunos dispositivos similares existentes en el mercado, mediante esta se puede
evidenciar que se ha logrado la producción de un prototipo de bastón de costo menor a los
existentes y con características similares, cumpliendo de esta manera con los objetivos
propuestos.
Tabla 18. Comparación de características entre el prototipo fabricado y algunos similares
existentes en el mercado. Fuente [El Autor].
Dispositivo
Características
Prototipo de
 Detección de obstáculos mediante sensores de
bastón
proximidad por ultrasonido.
electrónico
 Alcance programable hasta 5m.
Precio
$ 150,00
 Alerta mediante sonidos y vibraciones
Bastón para
invidentes
Mygo
 Trabaja como bastón y perro lazarillo a la vez.
 Usa cámara de video y sensores de proximidad.
 Alerta mediante comandos de voz.
$ 300,00
 Utiliza rayos laser para mediar las distancias.
Bastón Tom
Puce
 Utiliza GPS para orientación.
 Posee un alcance de 4m.
 Alerta mediante sonidos o vibraciones.
$ 1100,00
 Utiliza rayos laser para mediar las distancias.
 Utiliza GPS para orientación.
Teletacto
 Posee un alcance de 15m.
 Permite reconocer formas.
73
$ 3200,00
h. CONCLUSIONES

El diseño y construcción del sistema de detección de obstáculos mediante sensores
de ultrasonido se alcanzó exitosamente, dicho sistema ayudará a las personas no
videntes a desplazarse con más confianza y certeza por medios físicos
desconocidos, aportándoles mayor seguridad para así permitirles incluirse de una
mejor forma en la sociedad y para que puedan realizar de mejor manera sus
actividades.

Se analizó los instrumentos y métodos más óptimos de ayuda a las personas con
discapacidad visual dentro de la rama de la tiflotecnología, en donde encaja
exitosamente el dispositivo creado como ayuda para la movilidad.

Los sensores de proximidad por ultrasonido utilizados mostraron muy buena
respuesta, al detectar objetos hasta una distancia máxima de 498cm, con lo cual se
comprobó los datos mostrados en sus especificaciones técnicas, además de ser
bastante precisos en la lectura de las distancias, y detectar obstáculos de
diferentes materiales, tales como concreto, plástico, madera, metal, entre otros, lo
que facilitó el diseño del dispositivo.

Los tipos de alarmas escogidos ayudaron a prevenir a las personas de un obstáculo
cercano, generando un zumbido con una duración de tiempo distinta para cada
sensor, para qué de esta manera la persona no vidente pueda determinar a qué
altura y que tipo de obstáculo se le presenta.

Mediante las pruebas y encuestas realizadas a varias personas, se comprobó la
funcionalidad, utilidad y facilidad del uso del prototipo de bastón electrónico, ya
que se alcanzaron resultados positivos en todos los aspectos analizados, además
de la satisfacción de poder ayudar directamente a este grupo de personas, las
cuales carecen del sentido tan importante como el de la vista.
74

Debido a que un gran porcentaje de las personas discapacitadas en nuestro país
son de bajos recursos, al momento del diseño de cada una de las etapas del
sistema se tuvo muy en cuenta los costos de cada uno de los componentes que
conforman el prototipo, finalmente se alcanzó a desarrollar un dispositivo de bajo
costo comparado con el que presentan mecanismos similares en el mercado hoy
en día.

Al momento de la implementación del prototipo se tuvo en muy en cuenta los
detalles técnicos del bastón, ya que estos fueron los que otorgaron características
propias al mismo como: ligereza, peso liviano, resistencia y aislamiento, además
del diseño de circuitos sencillos y fáciles de reparar.
75
i.
RECOMENDACIONES

El sistema del prototipo de bastón no debe ser usado en entornos cerrados como
el interior de una edificación, ya que al tener objetos con distancias cercanas, los
sensores van a detectar cada uno de estos y las alarmas se activarán casi de
manera continua, por lo que se recomienda utilizar el dispositivo en ambientes
abiertos para su correcto funcionamiento.

No exponer el dispositivo a condiciones climáticas extremas de lluvia ni calor, ya
que podría provocar daños en los sensores y en los componentes del circuito de
alarmas como el parlante, debido a que estas son las únicas partes del prototipo
que necesitan mantenerse al descubierto.

Para investigaciones o mejoras futuras que se le puede realizar al bastón estaría la
adición de un módulo GPS (Sistema de Posicionamiento Global) conjuntamente
con un módulo de voz, los cuales trabajando al mismo tiempo puedan indicar la
posición actual de la persona y los sitios más cercanos a los que puede llegar
marcando una ruta predeterminada hacía los mismos, todo esto para que la
persona no vidente pueda orientarse de mejor manera y llegar a su destino de
forma más rápida.

El uso de una batería confiable proveerá de alimentación continua para el
dispositivo por lo menos por 6 horas, luego de esto se necesitará recargar la
batería, para lo cual se recomienda dejar la batería conectada toda la noche, para
así al día siguiente tener un perfecto funcionamiento por parte del bastón.

Tener cuidado con el manejo del bastón, en especial con los sensores de
ultrasonido y con las partes donde se encuentran alojados, ya que al ser de
material acrílico se debe tener precaución ante golpes y caídas fuertes, para evitar
que estas partes sufran daños y dejen al sensor de ultrasonido trabajando a la
intemperie.
76

Es necesario calibrar de forma correcta los sensores de ultrasonido para que de
esta manera las medidas que obtenga sean lo más aproximadas a la realidad, para
ello es aconsejable utilizar una pantalla lcd o enviar los datos a un computador que
permita visualizar las medidas realizadas por el sensor.

El prototipo de bastón electrónico es funcional siempre y cuando sea sujetado de
la manera correcta, tal y como se describe en el manual de usuario (anexo k.8),
esto debido a la ubicación de cada uno de los sensores de ultrasonido, por lo que
se recomienda tomar en cuenta cada una de las recomendaciones descritas en
dicho manual, para asegurar el correcto uso del dispositivo.
77
j.
BIBLIOGRAFÍA
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81
k. ANEXOS
k.1. CIRCUITOS IMPLEMENTADOS
Figura 52.Esquema completo del prototipo de bastón electrónico .Fuente [El Autor].
82
Figura 53. Diseño del circuito impreso del prototipo de bastón electrónico realizado en ARES
(vista normal y 3D). Fuente [El Autor].
k.2. MONTAJE DEL PROTOTIPO
Figura 54. Placa del circuito del prototipo de bastón electrónico. Fuente [El Autor].
83
Figura 55. Montaje de los componentes del circuito principal del prototipo de bastón.
Fuente [El Autor].
Figura 56. Prototipo de bastón electrónico completo. Fuente [El Autor].
84
k.3. Encuestas en pruebas de campo del sistema
El modelo de encuesta realizado a las diferentes personas se muestra a continuación:
UNIVERSIDAD NACIONAL DE LOJA
ÁREA DE LA ENERGÍA, LAS INDUSTRIAS Y LOS RECURSOS NATURALES NO RENOVABLES
INGENIERÍA EN ELECTRÓNICA Y TELECOMUNICACIONES
PROYECTO DE FIN DE CARRERA
TEMA: “PROTOTIPO DE UN BASTÓN ELECTRÓNICO, COMO MECANISMO DE AYUDA A
PERSONAS CON DISCAPACIDAD VISUAL”.
AUTOR: FRANKLIN GUSTAVO JIMÉNEZ PERALTA
ENCUESTA PARA DETERMINAR LA FUNCIONALIDAD DEL PROTOTIPO DE BASTÓN
ELECTRÓNICO
ENCUESTADO:
INVIDENTE
EDAD:
VIDENTE
RAZONES DE LA DISCAPACIDAD
DE
POR
POR
NACIMIENTO
ACCIDENTE
ENFERMEDAD
OTRAS
PREGUNTAS
1. ¿El bastón como herramienta para la ayuda en la movilidad, le parece una
herramienta indispensable para las personas no videntes?
……………………………………………………………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………………………………………………………….
2. ¿Cree que el bastón electrónico ayuda de mejor manera en el desplazamiento
autónomo de los no videntes que mediante el uso de un bastón tradicional?
……………………………………………………………………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………………………………………………………………
85
3. ¿La estructura del bastón le pareció la adecuada (Peso liviano, Piezas incorporadas
adecuadamente)?
……………………………………………………………………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………………………………………………………………
4. ¿Considera que el dispositivo es fácil de manipular?
……………………………………………………………………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………………………………………………………………
5. ¿Cree que el dispositivo facilitaría su movilidad en entornos abiertos?
……………………………………………………………………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………………………………………………………………
6. ¿Le gustaría que el gobierno tome la iniciativa de la fabricación de este tipo de
dispositivos a bajo costo o mediante donaciones para las personas no videntes?
……………………………………………………………………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………………………………………………………………
7. ¿Finalmente, alguna recomendación o mensaje que quiera compartir acerca del
uso del dispositivo?
……………………………………………………………………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………………………………………………………………
Estas encuestas se las realizó a un total de 10 personas entre ellas personas invidentes
y otras personas que conocieron el dispositivo y ayudaron a determinar la funcionalidad
del mismo, a continuación se muestra la encuesta realizada al Sr. Vicente Nole presidente
de la asociación de no videntes de la parroquia Zumbi perteneciente a la provincia de
Zamora Chinchipe.
86
UNIVERSIDAD NACIONAL DE LOJA
ÁREA DE LA ENERGÍA, LAS INDUSTRIAS Y LOS RECURSOS NATURALES NO RENOVABLES
INGENIERÍA EN ELECTRÓNICA Y TELECOMUNICACIONES
PROYECTO DE FIN DE CARRERA
TEMA: “PROTOTIPO DE UN BASTÓN ELECTRÓNICO, COMO MECANISMO DE AYUDA A
PERSONAS CON DISCAPACIDAD VISUAL”.
AUTOR: FRANKLIN GUSTAVO JIMÉNEZ PERALTA
ENCUESTA PARA DETERMINAR LA FUNCIONALIDAD DEL PROTOTIPO DE BASTÓN
ELECTRÓNICO
ENCUESTADO: Vicente Nole
INVIDENTE
EDAD: 43
VIDENTE
X
RAZONES DE LA DISCAPACIDAD
DE
POR
POR
NACIMIENTO
ACCIDENTE
ENFERMEDAD
OTRAS
X
1. ¿El bastón como herramienta para la ayuda en la movilidad, le parece una
herramienta indispensable para las personas no videntes?
Si, ya que mediante esta herramienta uno puede ir detectando los obstáculos mediante el
tanteo de los objetos.
2. ¿Cree que el bastón electrónico ayuda de mejor manera en el desplazamiento
autónomo de los no videntes que mediante el uso de un bastón tradicional?
Si, totalmente ya que mediante la ayuda de estos dispositivos tecnológicos se podría
anticipar cada obstáculo para así prevenir accidentes que ocurren muy a menudo.
3. ¿La estructura del bastón le pareció la adecuada (Peso liviano, Piezas incorporadas
adecuadamente)?
Si, ya que el bastón mantiene un peso liviano similar a los bastones tradicionales, y las
piezas incorporadas no impiden el desplazamiento.
87
4. ¿Considera que el dispositivo es fácil de manipular?
Si, lo más importante es primeramente adaptarse al funcionamiento del dispositivo, para
esto es vital una buena instrucción o asesoramiento de cómo trabaja el bastón electrónico
hasta llegarse a acostumbrar al dispositivo y perfeccionar el manejo del mismo.
5. ¿Cree que el dispositivo facilitaría su movilidad en entornos abiertos?
Si, ya que mediante la vibración y los sonidos que genera el dispositivo ante un obstáculo,
se puede tener mayor precaución para así lograr anticipar un impedimento para evitar un
posible accidente.
6. ¿Le gustaría que el gobierno tome la iniciativa de la fabricación de este tipo de
dispositivos a bajo costo o mediante donaciones para las personas no videntes?
Sin duda, sería una excelente iniciativa ya que personalmente el bastón es la herramienta
principal que me ayuda en mi trabajo, al tener que mantenerme desplazándome
continuamente sería una herramienta muy útil, no solo para mí sino para todas las
personas que carecen del sentido de la visión.
7. ¿Finalmente, alguna recomendación o mensaje que quiera compartir acerca del
uso del dispositivo?
Una única recomendación sería el reemplazó de la rueda que se ha incorporado, por otra
que sea totalmente giratoria, ya que esta ayudaría en la técnica del bastoneo y finalmente
dar mi mensaje de felicitaciones por tomar la iniciativa en la creación de este dispositivo el
cual nos ayudaría significativamente a las personas no videntes a realizar tareas tan
comunes como la de desplazarnos de un lugar a otro.
88
Figura 57. Pruebas realizadas con la ayuda de personas no videntes. Fuente [El Autor].
Figura 58. Pruebas realizadas con la ayuda de personas no videntes. Fuente [El Autor].
89
Figura 59. Pruebas de campo realizadas con la ayuda de personas no videntes.
Fuente [El Autor].
90
k.4. DESCRIPCIÓN DEL MICROCONTROLADOR 16f628A
91
92
93
94
k.5. DESCRIPCIÓN DEL SENSOR DE ULTRASONIDO HC-SR04
95
96
k.6. DESCRIPCIÓN DEL MULTIPLEXOR 74LS151
97
98
99
100
k.7. DESCRIPCIÓN DEL MOTOR DE VIBRACIÓN
101
k.8. MANUAL DE USUARIO DEL PROTOTIPO DE BASTÓN ELECTRÓNICO
CARACTERÍSTICAS DEL DISPOSITIVO
Entre las características más relevantes del bastón se puede mencionar las siguientes:
cuenta con una altura de 1,2m, y un peso de aproximadamente 1 libra, la contera o parte
inferior del bastón fue reemplazada por una pequeña rueda de 1.5cm de alto y 3.5cm de
diámetro, esta ayudará a facilitar la técnica del bastoneo es decir deslizar el bastón de
izquierda a derecha ya que esta es la técnica principal que utilizan las personas no videntes
para la movilidad en ambientes abiertos.
Cuenta con 3 sensores de ultrasonido ubicados cada uno a diferentes alturas y con
diferentes ángulos, los mismos que detectarán objetos a distintas distancias, además estos
sensores se encuentran sujetados al bastón por medio de piezas protectoras de material
acrílico las mismas que ayudarán a prolongar la vida útil y correcto funcionamiento de los
sensores.
El circuito principal del prototipo se encuentra ubicado en la parte superior del bastón
debajo de la parte del mango donde se lo sujeta, dicho circuito se encuentra alojado en
una caja de plástico de (8.5 x 6 x 3.5) cm y junto a ella se encuentra adherido el porta
baterías con la batería de 9V recargable.
La parte superior o agarradera del bastón también fue adecuada para su uso,
mediante el acople de una pequeña pieza de plástico ubicada en el extremo superior del
mismo, para realizar la adaptación del motor de vibración, el cual se encuentra
internamente en la agarradera o mango del bastón, para que al momento de activarse su
vibración se pueda sentir en todo el mango del dispositivo.
Todo el cableado para la alimentación, envío y recepción de las señales se encuentra
internamente por todo el largo del bastón, dicho cableado se realizó con cables flexibles,
óptimos para la aplicación.
102
FUNCIONAMIENTO DEL DISPOSITIVO
El prototipo de bastón electrónico permite detectar obstáculos frontales a diferentes
distancias y alturas por medio de sus 3 sensores de ultrasonido.
El sensor ultrasónico #1 se encuentra ubicado a una altura de 95cm
aproximadamente, y es el encargado de detectar obstáculos que se encuentren en el
rango de los 10 a 100cm, obstáculos como las ramas de un árbol, el espejo retrovisor de
un camión o impedimentos a la altura de la cabeza de la persona no vidente. Cuando el
sensor 1 detecte lo antes mencionado, se activará el circuito de alarmas mediante su
motor de vibración y su parlante zumbador por un periodo de 1500ms o 1,5s.
El sensor ultrasónico #2 se encuentra ubicado a una altura de 70cm
aproximadamente, y con un ángulo de 25° enfocado hacia abajo, este sensor detectará
obstáculos en el rango de los 10 a los 120cm, previniendo de objetos tales como paredes o
impedimentos que se encuentren a la altura de la cintura de la persona invidente. Cuando
el sensor 2 detecte lo antes mencionado, se activará el circuito de alarmas por un periodo
de 1000ms o 1s.
El sensor ultrasónico #3 se encuentra ubicado a una altura de 12cm aproximadamente
y con un ángulo de 25° hacia abajo es el encargado de detectar obstáculos que se
encuentren en el rango de los 10 a 100cm, obstáculos a ras del piso con los cuales el
discapacitado pueda tropezar o caer, tales como baches, gradas, piedras o deformaciones
que se encuentren en el terreno por donde circula la persona discapacitada. Cuando el
sensor 3 detecte lo antes mencionado, se activará el circuito de alarmas por un periodo de
500ms o 0.5s.
103
PARTES QUE INTEGRAN EL MÓDULO PRINCIPAL
En las figuras 60 y 61 se muestra el módulo principal del sistema con cada una de sus
partes
1
3
2
Figura 60. Partes que integran el módulo principal. Fuente [El Autor].
6
7
5
8
4
Figura 61. Partes que integran el módulo principal. Fuente [El Autor].
104
1. Switch On-Off
2. Parlante – Buzzer
3. Botón de Reset
4. Microcontrolador
5. Multiplexor
6. Conector Sensor 1
7. Conector Sensor 2
8. Conector Sensor 3
MODO DE USO
A continuación se describen los pasos para el correcto uso del bastón por parte de la
persona no vidente.
1. Se enciende el dispositivo mediante el switch de encendido y apagado ubicado en
la parte lateral derecha de la caja donde se aloja el circuito principal.
2. El dispositivo dará un aviso de su inicialización mediante la activación de las
alarmas por un corto periodo de tiempo (200ms) dos veces consecutivas.
3. La persona no vidente deberá ubicar el bastón frente suyo, de la misma manera
que se usa un bastón tradicional, formando un ángulo de entre 45 a 50°, tal y como
se muestra en la figura 62.
Figura 62. Ubicación del prototipo de bastón. Fuente [El Autor].
105
4. El modo de agarre del bastón es introduciendo la mano por en medio de la
agarradera y agarrando el bastón normalmente extendiendo el dedo índice si se
desea. Debido a que en el momento en que se activa el micromotor su vibración
puede ser captada a través de todo el mango del dispositivo no es necesario tener
sujetado el bastón de maneras distintas las cuales afectarían el modo natural del
andar de la persona no vidente, el modo de agarre se muestra en la siguiente
figura.
Figura 63. Modo de sujetar el prototipo de bastón. Fuente [El Autor].
5. Ya que el bastón cuenta con la rueda giratoria completamente, la persona no
vidente podrá caminar deslizando más fácilmente el bastón de izquierda a
derecha, hasta que el dispositivo vaya detectando diferentes obstáculos y el
invidente tenga que hacer una maniobra para esquivarlos.
6. En caso de que el bastón presente alguna alteración en su uso se puede usar el
botón del reset, el mismo que se encuentra en la parte superior izquierda de la
caja del circuito principal.
106
MANTENIMIENTO PREVENTIVO Y CORRECTIVO
Para el mantenimiento por parte del técnico encargado se debe considerar lo siguiente:
1. Revisar el correcto funcionamiento de todos los elementos.
2. Si el dispositivo no funciona, lo primero que se debe revisar es si la batería está
cargada, en caso de no estarlo se la debe conectar al enchufe mediante su
cargador. En caso de que el dispositivo siga dando problemas lo más conveniente
es que sea revisado por el técnico especialista.
3. Se recomienda llevar una batería extra de repuesto en caso de que el uso del
dispositivo vaya a ser prolongado.
4. Es aconsejable dejar que la batería se cargue durante toda la noche, así al día
siguiente se podrá hacer uso normal del dispositivo.
5. Tratar con cuidado el dispositivo, para de esta manera evitar daños o averías en el
funcionamiento del mismo.
6. Cuando no se vaya a usar el dispositivo es recomendable retirar la batería del
circuito, para evitar daños en caso de que se rieguen los componentes tóxicos de la
batería.
107
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