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Tlamati Sabiduría Volumen 8 Número Especial 2, Octubre 2017
4°r. Encuentro de Jóvenes en la Investigación de Bachillerato-CONACYT Acapulco, Guerrero 4, 5 y 6 de octubre 2017
Memorias
Bastón inalámbrico virtual para personas con poca visibilidad
Concepción Martínez Ávila (Becario) [email protected]
Preparatoria No. 46 Modalidad Mixta. Universidad Autónoma de Guerrero
Dr. Antonio Alarcón Paredes (Asesor) [email protected]
Profesor-investigador de la Maestría en Ingeniería para la Innovación y Desarrollo Tecnológico (MIIDT). Facultad de Ingeniería
Universidad Autónoma de Guerrero Resumen
El bastón inalámbrico está diseñado para personas con poca y total falta de visibilidad, su
diseño está elaborado para que la persona solo lo utilice en la mano, en sustitución a un bastón, y
en este caso, al ser un diseño compacto ( un brazalete), la persona pueda moverse con más
facilidad y libertad, el funcionamiento de éste está basado en la detección de distancia, la cual a
través de la programación nos detecta tres diferentes distancias, las cuales a través de un sensor
de proximidad encienden tres motores; el primero está programado para que al metro de distancia
de un determinado obstáculo éste se encienda, el segundo a la distancia de medio metro
encenderá, el tercero encenderá al detectar el obstáculo a una distancia de 20 cm., los cuales
comienzan a transmitir la alerta al usuario que ya está apunto impactar con algo, porque estarán
los tres encendidos de una manera serial, esto quiere decir que todos estarán encendidos, evitando
que el usuario se impacte y sufra alguna lesión.
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Introducción
Sea por un accidente, una enfermedad o simple genética, el no contar o perder el sentido
de la vista es algo inimaginable para cualquier ser humano, pues las personas nos hacemos
indispensables de nuestros sentidos, y simplemente nos podemos inmovilizar por la falta de uno
de ellos, más si hemos contado con este durante gran parte o toda nuestra vida hasta ese
momento, pero cuando por algún factor sea cual sea, nos vemos en la perdida de alguno de ellos,
nos vemos en plena necesidad de algún artefacto o producto que nos ayude a llevar una vida más
plena.
El perder la vista, es algo que puede pasarnos a cualquiera, uno no queda exento a que por
diferentes motivos podamos perder el sentido de la vista, ante esta situación se hace una
propuesta accesible para que las personas que han perdido la visibilidad, puedan llevar una vida
plena, a continuación, a través de diferentes propuestas se realiza el bastón inalámbrico virtual,
para personas con poca visibilidad o la total perdida de ella, este producto viene a ser una gran
ayuda para las personas que tienen la necesidad de utilizarlo, pues si se investiga el tema a fondo,
podemos darnos cuenta de lo que una persona sufre solo por el simple hecho de no encontrar su
bastón convencional, es por ello que el bastón inalámbrico viene a ser una gran propuesta.
Se busca que este sustituya al bastón convencional al ser un producto más práctico y de más
confianza, la persona puede utilizarlo como un simple brazalete, pues su diseño viene a ser esto, a
través de un sensor de proximidad detectara los obstáculos que se encuentren en el camino del
sujeto. Si este producto se realiza, viene a ser una herramienta más práctica para nosotros. En
ocasiones las personas que sufren de la vista suelen tropezar incluso con su mismo bastón, éste al
ser inalámbrico nos evita este problema o variante. No genera un gran costo realizarlo. E incluso
no conlleva tanto tiempo el realizarlo, únicamente conocer las bases fundamentales.
Al realizar un estudio de investigación de diferentes productos en el mercado nos
encontramos con la variante que este es un producto muy costoso, que una persona común no
puede pagar. Algunos otros productos continúan manteniendo el sistema convencional de un
bastón, sus elevados costos imposibilitan el adquerimiento de uno, pues los que existen hoy en
día mantienen un precio de arriba de los 15, 000 pesos. Incluso el costo de un bastón
convencional sobrepasa el precio de 300 pesos. Además de su complicada elaboración, todos los
bastones inalámbricos han sido desarrollados con una complicada tecnología que no cualquier
persona desarrolla.
Memorias del 4° Encuentro de Jóvenes en la Investigación de Bachillerato-CONACYT
Acapulco, Guerrero 4, 5 y 6 de octubre 2017
En cuba se desarrolló un trabajo parecido, con la utilización de Arduino, sensor de
proximidad, y algunos otros componentes, la diferencia es que este prototipo continúa con la
monotonía del diseño de los bastones convencionales.
El bastón inalámbrico de tipo brazalete, que es el diseño propuesto viene cubrir muchas
más expectativas, pues no se corre el riesgo de tropezar con él, e incluso solo es cuestión de un
guardado adecuado a la hora de dormir u otras actividades que requieran su desprendimiento,
cuenta con guarda pilas, en el cual no se corre el riesgo de apagarse y no tener repuesto, un
dispositivo cómodo y muy eficiente.
Realizar este prototipo vendrá a ayudar a muchas personas que necesitan de este producto, no
viene a afectar su bolsillo, pues su costo es mínimo. Se puede ayudar a personas incluso tanto en
escuelas como hospitales
Justificación
Sin duda alguna el Bastón inalámbrico virtual para personas con poca visibilidad debe
realizarse para brindarles una mejor calidad de vida a personas que padecen de la vista. Es un
producto que no afecta el bolsillo, pues su realización no genera un gran costo, el cual no excede
de los 600 pesos, además de su excelente diseño compacto y ajustable a cualquier persona de
cualquier edad. Al tener integrado un botón de encendido y apagado podemos ahorrar batería,
haciendo que la energía nos dure por más tiempo. ahí muchas variantes en otros prototipos que
impiden su desempeño de una forma enfática, el nuestro es así una herramienta de apoyo para las
personas que sufren de la ausencia visual y no cuenta con elevado ingreso económico. Pues sus
componentes son de bajo presupuesto y es una tecnología que nuestra universidad es capaz de
desarrollar al menor costo posible.
Objetivos
Objetivo General
• Revolucionar la fabricación de un bastón común, para personas que sufren total o
parcialmente de la vista. El cual detecte las distancia por medio del uso de un sensor
ultrasónico de proximidad.
Objetivos Específicos
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• Diseñar el código específico en plataforma Arduino.
• Interconectar los componentes electrónicos para un adecuado funcionamiento.
• Diseñar el prototipo en 3D.
COMPONENTES:
• Arduino nano
• Sensor de proximidad
• Motor vibrador (dos en este caso)
• Driver L293D
• Placa de baquelita
• Pila de 9 volts
• Un dip Swift
• Impresiones 3D
Bastón inalámbrico virtual para personas con poca visibilidad
El funcionamiento de este bastón, se pretendió desde primera estancia que fuera a través del
programa en Arduino, en el cual se hiciera funcionar un sensor de proximidad el cual emitiera un
mensaje a los motores, los cuales alertarían al usuario su aproximación a un obstáculo.
Componentes y su funcionamiento para desarrollar nuestro proyecto.
Arduino nano.
Las placas Arduino son capaces de leer las entradas entradas, y convertirlas en salida, es
una herramienta que gracias a su sencillez se ha utilizado y será utilizada en el desarrollo de
varios proyectos. Los software y hardware que pueden desarrollarse en esta plataforma, además,
son códigos muy sencillos, que lleva a una fácil creación a personas principiantes, pues no es
nada difícil de poder utilizar.
Cuenta además con una memoria interna, la cual está encargada de conservar el mensaje
recibido.
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Figura 1. Arduino nano
Sensor de proximidad:
Este sensor puede medir distancias, comprendidas entre 2cm y 3 metros, se conecta;
a la alimentación VDD (5Volts), GND (tierra), TRIGGER (emisor) y el ECO (receptor) la forma
de operación no es complicada: el TRIGGER se encarga de emitir ondas que detectaran un
objeto, persona u obstáculo, al encontrarse estas ondas con cualquiera de estos tiene un efecto
rebote, el cual llegara nuevamente al sensor enviando la señal a nuestro PIN, para que este genere
el mensaje.
Figura 2. Sensor ultrasónico de proximidad
Motor vibrador:
El vibrador de celular es un pequeño motor con un volante, este tiene desbalance de peso
del doble de peso, lo que hace que cuando se prende el motor gira, pero por el desbalance de peso
hace que este cabecea, generando una vibración.
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Figura 3. Motor vibrador.
Driver L293D:
La función principal de este driver es lograr que nuestros motores funcionen
adecuadamente, evitando que haya un sobrecalentamiento en ellos, ya que este se encarga de
generar el voltaje requerido para hacer funcionar ambos motores. Debido que el Arduino tiende a
enviar la carga directamente, provocando que estos motores tengan un calentamiento. La función
del driver entonces viene a ser de vital importancia para la función de estos motores.
Figura 4. Driver L293D.
Placa de baquelita:
La placa de baquelita es una placa la cual podemos moldear a nuestras necesidades, en
este caso, se evitan gran cantidad de cables requeridos para hacer las conexiones, ésta placa
además de ser ahorrativa logra disminuir en gran mediad el espacio donde será colocada, lo cual
ayuda a que nuestro diseño exterior sea más compacto.
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• Figura 5. Placa de baquelita.
Batería de 9 volts
Esta batería logra hacer funcionar todo nuestro sistema, pues de ella obtenemos la
alimentación para nuestro Arduino, logrando con ello hacer funcionar nuestro programa y todos
los componentes antes mencionados.
Botón encendido y apagado:
Este botón es el encargado de interfer en el paso de la corriente, para lograr con ello que
nuestra pila no se descargue y solo sea funcional cuando el usuario lo requiere, en este caso por
las noches puede apagarlo. Gracias a este botón.
Impresión 3D
Las impresiones en 3D fue de vital importancia en la elaboración de nuestro diseño
exterior, la impresión 3D es lograda a través de impresoras 3D, a través de la elaboración de un
diseño en una App en internet, la cual podemos nosotros utilizar a través de una cuenta de correo,
en ella diseñamos nuestro prototipo de una manera exacta, a nuestra imaginación, no es un
programa de difícil manejo, una vez teniendo el conocimiento adecuado y las herramientas
básicas.
Figura 6. Impresora 3D.
Metodología PRIMERA FASE. Código y prueba en protoboard
Una vez teniendo todos los componentes requeridos, entonces procedemos a la realización
de nuestro prototipo.
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Se crea el código del programa que llevara a cabo la función de echar a andar nuestro
prototipo, esto es logrado en la plataforma Arduino, la cual es el apoyo esencial para elaborar
nuestro código, Arduino es un software que es fácil de usar para principiantes, pero lo
suficientemente flexible para usuarios avanzados. Todas las placas de Arduino son de código
abierto, lo que permite desarrollar el proyecto con mayor facilidad.
Cuando tenemos dominado nuestro código se lleva a cabo el proceso de conexiones esto
en un probar una placa de pruebas, en ella se hacen las diferentes conexiones de los componentes
para echar a andar nuestro código. (Imagen 1.1)
Imagen 1.1 Conexiones en protobord
SEGUNDA FASE. Conexión de los componentes.
Posteriormente que los componentes funcionan de acorde al código, esto es;
Nuestro código realizara la acción de tomar el mensaje del sensor, el cual emitirá otro mensaje de
regreso para los motores, si este detecta un obstáculo, objeto o persona a una distancia menor de
(1m.) un metro, el primer motor se encenderá y comenzara la vibración, la cual es la alerta al
usuario, si este sigue aproximándose al obstáculo, entonces a una distancia menor de 40 cm.
Encenderá el otro motor, para que la vibración sea más fuerte, que solo se detendrá hasta que el
usuario se aleje de ese obstáculo cambiando de dirección. (Imagen 2.1).Todo nuestro programa
funcionará en conexión al Arduino, el cual es alimentado a través de la batería de 9 volts, por
medio de esta única alimentación funciona todo nuestro prototipo, pues alimentado l Arduino
logramos sacar las diferentes cargas, tanto positiva como negativa, para alimentar por medio de
este todos los componentes.
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Imagen 2.1 Sensor y motores ensamblados.
Cuando se ha logrado el objetivo que nuestro código realice los efectos esperados en
nuestras prácticas, se procede a elaborar la placa de baquelita (Imagen 3.1), la cual disminuye en
un 100% la utilización de cables para las conexiones establecidas.
Imagen 3.1. Elaboración de la placa de baquelita.
Una vez terminada la placa de baquelita, se soldán e incorporan en ella los componentes;
el Arduino nano, el driver, los motores y las conexiones del sensor de proximidad, y las
conexiones de la alimentación. (Imagen 4.1)
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Imagen 4.1. Componentes integrados en placa de baquelita
TERCERA FASE. Diseño e impresiones en XYZ (impresora 3D)
Teniendo los componentes unidos, lo que prosigue es desarrollar nuestro diseño externo,
el cual será en impresión 3D (Imagen 5.1) dejando una abertura par a las conexiones de la
alimentación y para el dip Swift, nuestro botón de encendido y apagado.
Uno diseño para las baterias, el cual tiene dos compartimientos, para ayudar así al usuario
a tener una batería de repuesto. Y un diseño exclusivo para el sensor, el cual permita una total
flexibilidad de uso, y pueda detectar obstáculos hacia donde el usuario lo requiera, pues adaptado
a la necesidad del usuario de trasladarse con toda seguridad al lugar que necesite, ya sea derecha
o izquierda, así como hacia abajo, si dado es el caso que la casa cuente con escalones, hacia
donde el sujeto lo requiera podrá trasladarse. (Imagen 6.1)
Poco a poco y por partes se termino la elaboración de todas las partes del prototipo en
conjunto, en el cual estaba integrada la placa de baquelita con los componentes integrados, y se
agrego un resorte para ponerlo en la mano. (Imagen 7.1)
Imagen 5.1. Impresora XYZ. Imagen 6.1. Diseño del sensor.
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Imagen 7.1. Partes del prototipo en conjunto.
Resultados
Al llegar al término del proyecto, de ensamblar correctamente cada componente, logrando
que trabajen de manera armónica, con el código de programación correcto obtenemos el Bastón
inalámbrico virtual para personas con poca visibilidad.
Teniendo este todas las funciones antes mencionadas de detectar obstáculos a una
distancia entre 2 y 300cm. Alertando al usuario a través de dos motores que emitirán una
vibración, terminando hasta que este cambie de dirección. (Imagen 8.1)
Manteniendo un diseño compacto, ajustable a cualquier usuario, teniendo una comodidad
al ser utilizado, mejorando la utilización de un bastón común, sustituyéndolo completament
(Imagen 9.1)
Imagen 8.1 Bastón Inalámbrico Imagen 9.1 Bastón inalámbrico virtual Virtual para personas con poca visibilidad. Para personas con poca visibilidad con resorte ajustable.
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Conclusiones
El Bastón inalámbrico virtual para personas con poca visibilidad es un proyecto, que, a
primera vista suena y se ve totalmente sencillo, más sin embargo no es así, durante su desarrollo,
hubo muchas variantes que impidieron la más pronta terminación del mismo, una de ellas, por
ejemplo, el sobrecalentamiento de los motores, lo cual llevo varios días determinar las
resistencias adecuadas, no solo eso, sino además muchos otros factores que de igual forma no se
contemplaban, otro ejemplo de ello fue el incluir el Driver L293D el cual no estaba contemplado,
pero sin él era imposible hacer funcionar ambos motores al mismo tiempo.
Si bien este prototipo es una muy buena herramienta, el terminarlo no fue una tarea nada
fácil, desde aprender la electrónica, plataforma de Arduino, cómo programar y utilizar esta
plataforma, además de la correcta conexión de nuestros componentes y su uso adecuado.
La utilización de Arduino, sin duda alguna es una de las mejores opciones, supera en facilidad y
la gran medida el desempeño de esta placa y su plataforma. Siempre y cuando el código se
desarrolle correctamente no habrá problema alguno en la funcionalidad.
Se logro superar en gran forma otros trabajos ya realizados, logrando perfeccionar el
prototipo, quitando el tubo metálico como muchos trabajos existentes lo conservan, dificultando
la movilidad del usuario. (Imagen 10.1)
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Imagen 10.1. Prototipo en ejecución. Bastón inalámbrico virtual para personas con poca visibilidad.
Trabajo A Futuro
El bastón inalámbrico virtual para personas con poca visibilidad está diseñado solo para
ser utilizado en el interior de un inmueble, por ahora nuestro prototipo solamente tiene esa
función, pero al ser este desarrollado con más auge, está considerado para ser utilizado fuera de
un domicilio, en cualquier lugar que el usuario necesite ir, para ello, se tiene contemplado
incorporar algunos otros componentes, como son lector GPS, que puede ser activado en una
determinada ciudad por el usuario, o como este lo solicite, también un sensor Bluethooth, que
envíe las coordenadas y la dirección del GPS, a un audicular en el oído del usuario, así este podrá
tener mayor libertad y confianza de salir de casa, haciendo tenga una vida más plena, claro
incorporando todos estos otros componentes. Cualquier persona que lo Alice tendrá esta
confianza total de poder salir de casa sin temor de equivocarse de dirección, pues incluso podrá
programarlo para que este le indique las coordenadas de camino a casa. Y porque no, a futuro con
los avances tecnológicos, algunas otras funciones que sirvan de más ayuda a estas personas,
mejorando aún más nuestro Bastón inalámbrico virtual para personas con poca visibilidad.
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Referencias bibliográficas
Fuentes electrónicas: biblioteca virtual de la unidad académica de ingeniería.
• Google. Plataformas virtuales. https://www.bejob.com/que-es-la-programacion-con-
arduino-y-para-sirve/
• https://luisllamas.es/medir-distancia-con-arduino-y-sensor-de-ultrasonidos-hc-sr04/
• http://2.bp.blogspot.com/-
5x75uymWdAc/T34WSyunMQI/AAAAAAAAAAM/Dg1bzo0Uflo/s1600/1293d_bb.png
• Lizarraga. González. Christian. “Baston-para-invidentes-con-sensor-
ultrasonico.pdf”. [email protected] -AREQUIPA-PERU.
FUENTES VIDEOGRÁFICAS:
YouTube.
http://www.yuotube.com/watch?v=RRpUMjMHU6U&list=PLpOqH6AE0tNgrhG4Lca75PMoE-
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