DISEÑO Y CONSTRUCCION DE UN PROTOTIPO FUNCIONAL DE …
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DISEÑO Y CONSTRUCCION DE UN PROTOTIPO FUNCIONAL DE UNA MESA DE FUERZAS PARA SER IMPLEMENTADA EN EL LABORATORIO PHYSILAB. JUAN DAVID CARDENAS NAVAS UNIVERSIDAD CATÓLICA DE PEREIRA Facultad De Ciencias Básicas E Ingeniería Programa De Ingeniería De Sistemas Y Telecomunicaciones Informe Final 2014
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DISEÑO Y CONSTRUCCION DE UN PROTOTIPO FUNCIONAL DE UNA MESA
DE FUERZAS PARA SER IMPLEMENTADA EN EL LABORATORIO PHYSILAB.
JUAN DAVID CARDENAS NAVAS
UNIVERSIDAD CATÓLICA DE PEREIRA
Facultad De Ciencias Básicas E Ingeniería
Programa De Ingeniería De Sistemas Y Telecomunicaciones
Informe Final
2014
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DISEÑO Y CONSTRUCCION DE UN PROTOTIPO FUNCIONAL DE UNA MESA
DE FUERZAS PARA SER IMPLEMENTADA EN EL LABORATORIO PHYSILAB.
JUAN DAVID CARDENAS NAVAS
Informe Final
Esp. Juan Carlos Henao López
UNIVERSIDAD CATÓLICA DE PEREIRA
Facultad De Ciencias Básicas E Ingeniería
Programa De Ingeniería De Sistemas Y Telecomunicaciones
Informe Final
2014
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INDICE
1. RESUMEN .................................................................................................... 7 2. ABSTRACT ................................................................................................... 7 3. INTRODUCCIÓN .......................................................................................... 8 3.1. HIPOTESIS ............................................................................................... 8
3.2. OBJETIVO GENERAL .............................................................................. 9 3.2.1. Objetivos Específicos .......................................................................... 9 3.3. JUSTIFICACION ....................................................................................... 9 4. MARCO CONCEPTUAL ............................................................................. 11
4.1. REDES UNIVERSITARIAS DE ALTA VELOCIDAD PARA LA INVESTIGACION .................................................................................................. 12
4.1.1. Internet2 ............................................................................................ 12 4.1.2. Ampath .............................................................................................. 13 4.1.3. Abilene ............................................................................................... 13
4.1.4. CA* net3 ............................................................................................ 13 4.1.5. Géant ................................................................................................. 14
4.1.6. Apan .................................................................................................. 14 4.1.7. Reuna ................................................................................................ 14 4.1.8. Cudi ................................................................................................... 16
4.1.9. Retina ................................................................................................ 17 4.1.10. Rnp .................................................................................................... 17
4.1.11. Renata ............................................................................................... 19
4.2. HARDWARE LIBRE ................................................................................ 23
4.2.1. Arduino .............................................................................................. 24 4.2.2. Arduino mega 2560 ........................................................................... 25
4.3. MOTORES DE PASO ............................................................................. 26 4.3.1. Principio de funcionamiento ............................................................... 26 4.3.2. Tipos de motores de paso ................................................................. 26 4.3.3. Secuencias para manejar motores paso a paso bipolares ................ 26
4.3.4. Secuencias para manejar motores paso a paso unipolares .............. 27 4.3.5. Secuencia del tipo wave drive ........................................................... 28 4.3.6. Secuencia del tipo medio paso .......................................................... 29 4.3.7. Identificando los cables de las bobinas (A, B, C Y D) ........................ 31 4.3.8. Identificando los cables en Motores Paso a Paso Bipolares ............. 31
4.4. VECTORES Y ESCALARES .................................................................. 32 4.4.1. Suma De Vectores ............................................................................. 34
4.4.2. Empleo de la primera ley de Newton: Partículas en equilibrio ........... 36 4.5. ANTECEDENTES ................................................................................... 36 4.6. LA VIRTUALIZACIÓN DE LA EDUCACIÓN SUPERIOR ........................ 38 4.6.1. Laboratorios Virtuales ........................................................................ 38 4.6.2. Biomodel ............................................................................................ 39 4.6.3. Fisquiweb .......................................................................................... 39
4
4.6.4. Fislab.Net .......................................................................................... 39 4.6.5. Colección De Applets De Física ........................................................ 39 4.6.6. Laboratorio Virtual Ibercajalav.Net ..................................................... 39 4.6.7. Laboratorio Virtual De Física ............................................................. 40
4.6.8. Laboratorio Virtual De Física Para E.S.O .......................................... 40 4.6.9. Physilab ............................................................................................. 41 5. MARCO CONTEXTUAL ............................................................................. 43 6. MARCO METODOLOGICO ........................................................................ 44 6.1. Ciclo de vida ........................................................................................... 44
6.2. Metodología ............................................................................................ 45 6.3. Cronograma ............................................................................................ 46 7. DESARROLLO DEL PROYECTO .............................................................. 47
7.1. Construcción del Prototipo ..................................................................... 47 7.1.1. Materiales: ......................................................................................... 47 7.1.2. Planos ................................................................................................ 47
7.1.3. Procedimiento de Construcción del Prototipo. ................................... 54 7.2. Desarrollo de la Aplicación Web ............................................................. 54 7.2.1. Plataforma tecnológica requerida ...................................................... 55
7.2.2. Análisis de Requerimientos ............................................................... 56 7.2.3. Ponderación de Requerimientos........................................................ 59
7.2.4. DIAGRAMAS DE CASOS DE USO ................................................... 59 8. PRUEBAS Y RESULTADOS ...................................................................... 60 8.1. Plan de Pruebas...................................................................................... 60
8.1.1. Alcance de las pruebas ..................................................................... 60
8.1.2. Matriz de riesgos ............................................................................... 61 8.1.3. Estrategia de Pruebas ....................................................................... 61 8.1.4. Requerimientos para la Prueba ......................................................... 62
8.1.5. Cronograma de pruebas .................................................................... 62 8.2. Diseño de Pruebas.................................................................................. 63 8.2.1. Identificación de escenarios .............................................................. 63
8.2.2. Casos de prueba ............................................................................... 65 8.3. Código Arduino ....................................................................................... 70 8.4. Código ASP.net ...................................................................................... 71 9. CONCLUSIONES ....................................................................................... 78
10. BIBLIOGRAFÍA ........................................................................................... 79
5
TABLA DE ILUSTRACIONES
Tabla 4-1 Características Tarjeta Arduino Mega 2560(Arduino, Arduino, 2012) ... 25
Tabla 4-2 Secuencia para Motores Paso a Paso Bipolares(Robby, 2010) ............ 27
Tabla 6-1 Metodología .......................................................................................... 45
Tabla 6-2 Cronograma de Desarrollo del Proyecto ............................................... 46
Tabla 7-1 Ponderación de Requerimientos ........................................................... 59
Tabla 8-1 Matriz de Riesgos.................................................................................. 61
Tabla 8-2 Requerimientos para la Prueba ............................................................. 62
Tabla 8-3 Pruebas ................................................................................................. 62
Tabla 8-4 Caso de Prueba 1 ................................................................................. 65
Tabla 8-5 Caso de Prueba 2 ................................................................................. 66
Tabla 8-6 Caso de Prueba 3 ................................................................................. 67
Tabla 8-7 Caso de Prueba 4 ................................................................................. 68
Tabla 8-8 Caso de Prueba 5 ................................................................................. 69
Ilustración 4-1 Secuencia para Motores (Robby, 2010) ........................................ 28
Ilustración 4-2Secuencia para Motores Paso a Paso Unipolares(Robby, 2010) ... 29
Ilustración 4-3Secuencia para Motores Paso a Paso Unipolares Medio
Paso(Robby, 2010) ............................................................................................... 30
Ilustración 4-4 Identificando Bobinas(Robby, 2010) .............................................. 31
Ilustración 4-5 Representación de Desplazamiento fig. 1.9 pág. 12 (sears, 2009) 33
Ilustración 4-6 Suma Vectorial fig. 1.11 pág. 13 (sears, 2009) ............................. 35
Ilustración 4-7 Diagrama de Cuerpo Libre pág. 129 (sears, 2009) ........................ 37
Ilustración 6-1 Ciclo de Vida del Proyecto ............................................................. 44
Ilustración 7-1 Cortes en Acrílico ........................................................................... 47
Ilustración 7-2 Superficie de la Mesa .................................................................... 48
Ilustración 7-3 Brazos en Superficie ...................................................................... 49
Ilustración 7-4 PCB Drivers Motores de Paso ....................................................... 50
6
Ilustración 7-5 PCB con Componentes ................................................................. 51
Ilustración 7-6 PCB pistas + componentes ............................................................ 52
Ilustración 7-7 Ensamble y Conexión con Arduino ................................................ 53
Ilustración 7-8 Diagrama de caso de Uso ............................................................. 59
Ilustración 8-1 Aplicación Web .............................................................................. 76
Ilustración 8-2 Simulación en Proteus ................................................................... 77
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1. RESUMEN
La mesa de fuerzas que se desarrolla pretende abordar los fenómenos físicos
relacionados con la estática (mecánica) y los vectores, a través de un sistema de
poleas móviles y sistemas electrónicos controlados de manera remota a través de
un desarrollo web. El usuario puede visualizar la práctica por medio de la
activación de la cámara y controlará cada uno de los diferentes motores de paso
para manipular el ángulo de cada una de las masas, esto proporciona diferentes
momentos para visualizar el fenómeno de tal manera que se puedan presentar
diferentes situaciones reales que el usuario comprobará analíticamente.
Palabras clave: mesa de fuerzas, Arduino 2560, hardware libre, prácticas de
estática, vectores, motores de paso a paso.
2. ABSTRACT
Table develops forces intended to address the physical phenomena related to
static (mechanical) and vectors, through a system of movable pulleys and
controlled remotely by web development electronics. The user can view the
practice through activation of the camera and monitor each of the various stepper
motors to manipulate the angle of each of the mass, this provides for displaying
different times such phenomenon that may occur different actual situations that the
user check analytically.
Keywords: force table, Arduino 2560, free hardware, static practices, vectors,
stepper motors.
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3. INTRODUCCIÓN
En la actualidad la Facultad de Ingeniería de Sistemas y Telecomunicaciones de
la Universidad Católica de Pereira, cuenta con una planta física que permite
albergar un gran número de estudiantes ofreciéndoles aulas cómodas, servicios
multimediales y laboratorios que fomentan la adquisición de saberes y
competencias de manera asertiva para su formación.
A mediados del año 2012 el programa incursionó con una estrategia que pretende
ofrecer prácticas remotas y virtuales para la comunidad académica que hace uso
de la red RENATA en el área de la Física Mecánica, este proyecto conocido como
PHYSILAB ha venido desarrollando con el apoyo de estudiantes de ingeniería de
sistemas y telecomunicaciones los respectivos prototipos y elementos físicos
necesarios. Es importante resaltar la necesidad que se tiene de seguir adhiriendo
practicas al proyecto PHYSILAB con prototipos que permitan a la comunidad en
general desarrollar prácticas que fomenten la enseñanza de las ciencias exactas.
El presente proyecto busca a través de la elaboración de un prototipo de mesa de
fuerzas facilitar el aprendizaje sobre el manejo de vectores cuando un cuerpo se
somete a fuerzas externas.
El prototipo es operado de manera remota a través de una aplicación web,
desarrollada en C#, la cual ofrece una interfaz gráfica que le permite al usuario
manipular cada uno de los motores de paso y activar la cámara para poder
visualizar la práctica.
3.1. HIPOTESIS
Hasta la fecha el laboratorio de PHYSILAB cuenta con cuatro prototipos
funcionales que permiten el estudio de la cinemática, prácticas que en el momento
se encuentran en periodo de prueba y que se espera puedan satisfacer las
expectativas de muchas instituciones educativas, sin embargo para que el
laboratorio crezca, demandan la adquisición de nuevos prototipos y nuevas
prácticas que se adhieran a la propuesta presente.
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La mesa de fuerzas que se desarrolla pretende abordar los fenómenos físicos
relacionados con la estática (mecánica) y los vectores, a través de un sistema de
poleas móviles y sistemas electrónicos controlados de manera remota a través
de un desarrollo web. El usuario puede visualizar la práctica por medio de la
activación de la cámara y controlará cada uno de los diferentes motores de paso
para manipular el ángulo de cada una de las masas, esto proporciona diferentes
momentos para visualizar el fenómeno de tal manera que se puedan presentar
diferentes situaciones reales que el usuario comprobará analíticamente.
3.2. OBJETIVO GENERAL
Diseñar y construir un prototipo funcional de una mesa de fuerzas para ser
implementada en el laboratorio de PHYSILAB.
3.2.1. Objetivos Específicos
Analizar y modelar el prototipo que se desarrollará a fin de conocer su
funcionamiento mecánico y la implementación electrónica que requiere para
ser adherido a PHYSILAB.
Diseñar y Construir un prototipo hardware que permita la implementación de
prácticas de vectores y estática.
Diseñar e implementar un software que permita controlar de manera remota
el prototipo.
Realizar la construcción de manuales de usuario y de operación del Prototipo.
Verificar y poner a punto el funcionamiento del Prototipo.
3.3. JUSTIFICACION
La reciente iniciativa e implementación del proyecto PHYSILAB, al igual que la
carencia de prototipos que explican otros fenómenos físicos a los ya manejados,
hace de este proyecto una necesidad y un recurso valioso para el laboratorio
como para la comunidad universitaria.
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El objetivo principal de este proyecto busca además de adherir una nueva práctica
al laboratorio de PHYSILAB, encontrar herramientas que ayuden al proceso de
formación de los estudiantes en el área de física, teniendo en cuenta la dificultad
encontrada en ellos para construir conceptos relacionados con la asignatura de
física.
Es de resaltar que actualmente, en diferentes instituciones de educación de la
región; aquellos que orientan la física, tienen limitaciones de infraestructura para
realizar prácticas de laboratorio, en muchos casos no cuentan con disponibilidades
presupuestales para realizarlas. El fin último de PHYSILAB es que cualquier
institución educativa pueda acceder al laboratorio de una forma real de tal
manera que a través de un entorno grafico manipule los diferentes elementos que
se encuentran en él dando así la oportunidad de realizar prácticas relacionadas
con la estática y cinemática.
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4. MARCO CONCEPTUAL
Actualmente el mundo está mediado por las tecnologías de la información y la
comunicación, algo que ha dado como consecuencia la reestructuración de las
variables del tiempo y el espacio; las redes informáticas han eliminado la
necesidad de que tanto receptor como emisor compartan el mismo marco espacial
y temporal, las nuevas tecnologías han eliminado esa limitante al mismo tiempo
que brinda su difusión global. Como explica Donna Zapata en su artículo
contextualización de la educación virtual en Colombia(Zapata, 2013); “Las nuevas
tecnologías han desmaterializado y globalizado la información y por ende los
tiempos de espera entre emisor y receptor han producido cambios significativos en
las condiciones de vida de los seres humanos. Aparecen formas diferentes de
comunicarse, de relacionarse con el conocimiento y con la información, de
trabajar, de divertirse y de interactuar con el medio. Estas transformaciones a la
vez que proporcionan nuevos recursos exigen el desarrollo de habilidades
indispensables tanto para la vida profesional como para la cotidiana.”
En el contexto nacional, se encuentra una considerable mayoría de directivas de
instituciones educativas que afirman sobre los beneficios que ofrecen las
tecnologías de la información y la comunicación puestas al servicio de la
educación en su búsqueda por la mejoría de esta y su contribución en ampliar la
oferta académica.
Internet ha despertado gran interés dado que permite llevar con gran facilidad al
aula de clase, la información en formato de texto como multimedial y hacer
realidad la interactividad y la autonomía con el conocimiento, esto se ha venido
logrando con los diferentes entornos de desarrollo orientados a la web y los
avances desarrollados en los navegadores actuales cada vez más compatibles y
estables con los nuevos estándares HTML y CSS, por otro lado la incursión de
herramientas como Visual Studio en el desarrollo de aplicaciones web han
permitido la incorporación de elementos electrónicos que interactúan de manera
muy estable con las aplicaciones que allí se desarrollan.
12
4.1. REDES UNIVERSITARIAS DE ALTA VELOCIDAD PARA LA
INVESTIGACION
Internet se ha convertido en una herramienta que facilita la adquisición de
saberes, sin embargo esta red mundial no está respondiendo adecuadamente a
las necesidades que la investigación y el aprendizaje demandan:
Interconexión de alto ancho de banda, multimedia en tiempo real, transmisión de
imágenes, entre otras. Es por esto que se han venido desarrollando proyectos
enfocados a la activación de redes académicas de alta velocidad que permitan
desarrollar tecnologías y aplicaciones avanzadas para dar soporte a la
investigación y la docencia.
4.1.1. Internet2
Red de alta velocidad conformada por universidades, industrias, empresas de
servicio y gobierno. Su objetivo es desarrollar tecnologías y aplicaciones
avanzadas en Internet, a fin de ofrecer nuevos servicios de la red a la comunidad
académica y apoyar la investigación. Áreas de trabajo: bibliotecas digitales,
laboratorios virtuales, instrucción distribuida y tele-inmersión.
Internet2 comprende aproximadamente:
220 universidades de Estados Unidos
60 empresas líderes
70 agencias gubernamentales
38 redes educativas regionales y estatales
Más de 65 socios de investigación y educación nacionales de redes que
representan a más de 100 países.
Internet2 es una organización sin ánimo de lucro regida por una junta ejecutiva del
Patronato que representan una membresía diversa. Grupos consultivos del
programa, también compuesto por líderes de la comunidad, ofrecen comentarios
críticos y ayudar a orientar la dirección de la red académica.
La red académica INTERNET2 ha desarrollado con el paso del tiempo en apoyo
de sus miembros y organizaciones de la comunidad, entornos de investigación y
educación que eliminan las barreras del descubrimiento. En la actualidad se
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realizan labores investigativas para el desarrollo y aprovechamiento de las
tecnologías avanzadas para acelerar los descubrimientos, socializándolos y
mejorar la forma en la que funciona el mundo, desde los orígenes del universo, a
curas para el cáncer, el cambio climático, entre otros. Los esfuerzos de la
comunidad INTERNET2 influyen en el comercio, la ciencia, el deporte, la
educación, la prensa y la medicina.
4.1.2. Ampath
Es una red de alta velocidad de Estados Unidos, creada por Internet2para
conectar a América del Sur, América Central, el Caribe y México con los Estados
Unidos, a su vez está conectada con la red Abilene.
4.1.3. Abilene
ABILENE es un proyecto lanzado en los Estados Unidos, en abril de1998 para la
creación de la mayor y más avanzada red norteamericana, ha sido desarrollado
por la corporación UCAID (University Corporation for Avance Internet
Development) y su acceso se realiza a través de la red nacional de fibras ópticas
de Qwest (BROADBAND, 2011). En este proyecto se han unido el gobierno y las
universidades norteamericanas con empresas líderes en tecnología para el
lanzamiento de un blackbone destinado a ofrecer soporte para el desarrollo de las
aplicaciones que son objeto de Internet2.
En la actualidad ABILENE cuenta con: laboratorios virtuales, librerías digitales,
enseñanza a distancia, telemedicina y tele inmersión, entre otros. Esta red ofrece,
además de la seguridad y la confianza, las innovaciones tecnológicas exigidas
para la realización de investigaciones dentro del nuevo estándar I2, todo a una
velocidad aproximada de 2,4 Gigabits por segundo, lo que supera ampliamente la
velocidad actual de Internet. Esta red, que empezó a operar en 1999, cuenta a
mayo de 2002 con 206 instituciones del proyecto Internet2 conectadas y 8 en
proceso de conexión.
4.1.4. CA* net3
Es la red de alta velocidad del Canadá y una de las primeras que se creó para
conectar universidades, laboratorios del gobierno e institutos de investigación de
ese país, en busca de fortalecer la investigación y la educación. Uno de los logros
14
de esta red es proporcionar a sus socios una velocidad superior a la de cualquier
proveedor comercial de Internet.
4.1.5. Géant
GÉANT es un proyecto que se inició con un consorcio de 27 redes nacionales
europeas de investigación y educación (NRENs) en alianza con DANTE y
cofinanciado por la Unión Europea. Su propósito es mejorar la red europea de la
investigación Ten-155 y, por esta razón, a partir de diciembre de 2001, la red
GÉANT asumió el control de la red europea anterior.
GÉANT cuenta actualmente con cerca de 3.000 instituciones dedicadas a la
investigación y la educación, ubicadas en 30 países, además, es una de las redes
que proporciona mayor cobertura a nivel mundial (Chevers, 2010). Entre sus
objetivos está ofrecer una infraestructura adecuada para la investigación y trabajar
en los adelantos tecnológicos para la propia red. Esta red se ha conectado con
otras equivalentes en el mundo como son: Abilene en Norteamérica, CA*net, en
Asia-Pacífico, SINET Red de Información para la Ciencia de Japón, KOREN Red
Coreana Avanzada para la Investigación y SingAREN Red Avanzada de la
Investigación y de la Educación de Singapur. En la actualidad participa de
proyectos colaborativos con estas otras redes.
4.1.6. Apan
APAN es la red Asiática de alta velocidad creada en junio de 1997 para la
investigación y la educación en los países de la región Asia-Pacífica.
Conecta instituciones de educación superior, institutos de investigación, empresas
comerciales y entidades gubernamentales. Uno de sus objetivos fundamentales es
desarrollar nuevas tecnologías que serán demandas por la investigación y la
educación. Sus principales socios son Australia, Japón, China, Corea, Malasia,
Singapur, Taiwán, además, conecta a Hong Kong, Indonesia, Filipinas y Vietnam.
Esta red está conectada con las de América del Norte y Europa.
4.1.7. Reuna
El consorcio REUNA es una unidad estratégica del sistema universitario chileno,
su misión es apoyar la integración de las tecnologías informáticas al que hacer
universitario. Funciona como una instancia de cooperación y de beneficio común
para sus socios con objetivos como:
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Ofrecer servicios de conectividad nacional e internacional a sus socios.
Apoyar la integración de las tecnologías de información en la universidad
mediante actividades de difusión y capacitación.
Apoyar el desarrollo de proyectos de colaboración interuniversitaria para el
uso apropiado de las tecnologías de información.
Desarrollar servicios que potencien las actividades del sistema universitario,
mediante el uso de las tecnologías de información.
Desarrollar negocios en el ámbito de las tecnologías de información que
faciliten el financiamiento de la red, aprovechando las ventajas del sistema
universitario.
Al actuar como un ISP especializado en el sistema universitario, REUNA
entregaba el servicio de acceso a Internet comercial para sus socios. Sin
embargo, desde julio de 2001, el consorcio decidió dejar en libertad de acción a
sus socios, en materia de acceso a Internet comercial y se ha dedicado a las
siguientes líneas de acción:
Redes de alta velocidad.
Desarrollar, operar y administrar redes de propósito exclusivamente
académico, que conjuguen la experimentación en aplicaciones sobre redes
de banda ancha y la interconexión con otras actividades de redes
académicas del mundo, con el propósito de apoyar el desarrollo científico -
tecnológico.
Investigación en todas las áreas del conocimiento.
Desarrollo avanzado de tecnologías de información y su uso en la vida
académica.
REUNA se ha conectado a Internet2 a través de AMPATH y está desarrollando un
interesante proyecto de universidad virtual, que consiste en unir esfuerzos entre
las universidades con el propósito de lograr en forma rápida y planificada la
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incorporación de nuevos métodos de enseñanza - aprendizaje, mediante las
tecnologías de la información y la comunicación. La coordinación central de
universidad virtual tiene la función de consolidar alianzas a partir de actividades
académicas y comercializar y difundir productos educativos. Una de sus
preocupaciones es detectar necesidades educativas en las que puedan participar
las universidades del sistema y analizar oportunidades externas de venta de los
productos educativos de las universidades socias.
Actualmente cuenta con un sistema de videoconferencia que conecta nueve
universidades del país. En el caso concreto de educación a distancia, universidad
virtual ofrece:
Cursos de capacitación y perfeccionamiento para el sistema de educación a
distancia.
Cursos destinados a profundizar la comunicación audiovisual como
instrumento de la videoconferencia.
Talleres para el conocimiento o/y manejo de la plataforma educativa
WebCT.
Orientación para el desarrollo de contenidos y aplicación del diseño
instruccional de diferentes cursos: presenciales con apoyo multimedial,
utilizando la plataforma WebCT; de auto-aprendizaje, utilizando la
plataforma WebCT para educación continua; y de Educación a Distancia
utilizando WebCT y videoconferencia
Soporte técnico para crear espacios virtuales, a través de la plataforma
educativa WebCT, que la universidad virtual ofrece gratuitamente. La
infraestructura necesaria para alojar cursos producidos por las
universidades socias, en forma gratuita
Matrícula y realización de los cobros respectivos a los estudiantes de
educación a distancia.
4.1.8. Cudi
CUDI es la Red de alta velocidad creada, en abril de 1998, por el gobierno
mexicano, la comunidad universitaria y la sociedad mexicana en general, con el fin
de ofrecer a la comunidad científica y universitaria de México una red de
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telecomunicaciones que le permita crear una nueva generación de investigadores,
dotándolos de mejores herramientas para desarrollar aplicaciones científicas y
educativas de alta tecnología en el contexto mundial. Entre sus objetivos están:
Promover la creación de una red de telecomunicaciones con capacidades
avanzadas.
Fomentar y coordinar proyectos de investigación para el desarrollo de
aplicaciones de tecnología avanzada de redes de telecomunicaciones y
cómputo, enfocadas al desarrollo científico y educativo de la sociedad
mexicana.
Promover el desarrollo de acciones encaminadas a la formación de recursos
humanos capacitados en el uso de aplicaciones educativas y de tecnología
avanzada de redes de telecomunicaciones y cómputo.
Promover la interconexión e interoperabilidad de las redes de los asociados
académicos y de los afiliados.
Realizar nuevas aplicaciones y difundirlas entre sus miembros
4.1.9. Retina
Es la Red Teleinformática Académica Argentina, proyecto promovido por la
Asociación Civil Ciencia Hoy. Tiene como objetivo facilitar la integración delas
redes académicas ya existentes y promover el uso de las nuevas tecnologías de la
comunicación por parte de investigadores, docentes y personas vinculadas al
ámbito académico. Las instituciones que se integraron a RETINA firmaron un
convenio en el cual se establece, entre otras cosas, el carácter cooperativo de la
red y su uso con fines no comerciales. En diciembre de 2001 la Red se unió a
Internet2 a través de AMPATH.
4.1.10. Rnp
La Red Nacional de Pesquisa RNP, es un proyecto del Ministerio de la Ciencia y
Tecnología del Brasil, apoyado y ejecutado por el Consejo nacional de desarrollo
científico y tecnológico, cuya misión principal consiste en operar un servicio de
Internet dirigido a la comunidad de enseñanza e investigación del Brasil.
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En 1991, RNP inició la introducción de la tecnología Internet en el país y viene
desempeñando, a partir de entonces, un papel importante en la consolidación del
blackbone nacional para la comunidad académica, en la diseminación de servicios
y aplicaciones de red Internet y en la capacitación de recursos humanos. Los
últimos datos registrados de esta red hasta el 2012 son los siguientes:
Asociación con Telebras
Despliegue de 102 sitios (44 Instituciones Federales de Enseñanza Superior
- IFES; 47 Institutos Federales - esquí alpino, siete unidades de investigación
- UPS y cinco unidades de Embrapa);
Distribución en 53 localidades en 21 estados.
Cooperación con los Estados.
Tecnologías de la Información Empresa de Ceará (Etice): el despliegue de
32 sitios (cinco campus de la Universidad Federal de Ceará - UFC, un
campus UNILAB, 23 campus IFCE y 3 unidades de Embrapa) en Ceará.
Instituto de Tecnología de Información y Comunicación del Estado de
Espírito Santo (PRODEST): campus y / o asientos de IFES, IF y las
referencias de los municipios de Cariacica, Serra y Vila Velha de conexión,
en la Región Metropolitana de Victoria y la capital del estado de Espíritu
Santo. Iniciativa
Ministerio de Ciencia, Tecnología e Innovación (MCTI).
Ministerio de Educación (MEC);
Ministerio de Comunicaciones (MC).
Actualmente RNP desarrolla proyectos en las áreas de videoconferencia
ymulticast. Como puede observarse, la tendencia en el mundo es a constituir
redes de alta velocidad para el desarrollo de la investigación y la docencia. En la
mayoría de los países estas redes conectan universidades, industrias y entes
gubernamentales, primero en el ámbito nacional y luego conexiones a escala
mundial. Otra tendencia es realizar alianzas de redes a nivel regional como en el
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caso de Chile, Brasil y Argentina, que en el año 2002 firmaron un acuerdo a través
de sus redes REUNA, RNP y RETINA respectivamente, para enfrentar desafíos
científicos y tecnológicos que requieran del esfuerzo más allá de las capacidades
individuales de cada red o de cada país, con el propósito de unir recursos
humanos, económicos, científicos y de conectividad, tanto a nivel regional como
mundial y para realizar investigaciones que de otra manera no serían posibles.
En todos los proyectos de redes de alta velocidad se encuentra que son las
universidades las que están a la vanguardia de estas iniciativas en el mundo, por
ser estas instituciones idóneas para lograr los objetivos que las redes se han
planteado, ya que, en términos generales, cuentan con el talento humano y la
experiencia en investigación indispensable para el desarrollo de las nuevas
aplicaciones requeridas.
Las redes de alta velocidad son una de las iniciativas que las universidades tienen
para construir entornos alternos más eficientes en la difusión de conocimiento y
para que docentes y estudiantes puedan compartir materiales en la Red, donde el
aprendizaje pueda ser un proceso guiado por el profesor, y el seguimiento de los
resultados se convierta en un proceso exitoso y fácil. Es posible anticiparse a
pensar que las redes propiciarán unos cambios fundamentales en la cultura
académica permitiendo, superar la publicación de la información en formato tipo
texto que, en adelante, muy seguramente, estará acompañada de imágenes
interactivas, haciendo que el formato multimedial se imponga y la visualización de
la información sufra grandes transformaciones; además, se hará de los
laboratorios virtuales espacios donde especialistas y estudiantes se encuentren
para realizar proyectos colaborativos y donde la investigación continúe siendo,
tanto o más que antes, una actividad colectiva.
4.1.11. Renata
Más que una red académica, RENATA se presenta como una herramienta para el
desarrollo colaborativo por parte de investigadores, estudiantes, docentes y demás
miembros de la comunidad académica del país.
Su más grande valor agregado radica en la posibilidad de comunicarse y brindar
colaboración entre los diferentes miembros que se encuentran inscritos, dando así
principios de colaboración, innovación, desarrollo tecnológico y calidad de servicio.
RENATA se encuentra conformada por tres entes gubernamentales (Ministerio de
Educación, Ministerio de Tecnologías de la Información y las comunicaciones y
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Departamento de Administrativo de Ciencia, Tecnología e Innovación, Colciencias)
y las ocho redes Académicas Regionales (RADAR, RIESCAR, RUANA, RUAV,
RUMBO,RUP,RUTA Caribe y UNIRED) A las cuales se encuentran enlazadas
más de 150 Instituciones del país entre Instituciones de Educación Superior como
la Universidad Católica de Pereira, la universidad Tecnológica de Pereira,
entidades de salud como el Centro Médico Imbanaco de Cali S.A la Fundación
Cardiovascular de Colombia Instituto Corazón de Ibagué, el Instituto Corazón de
Manizales, Instituto Corazón de Santa Marta, la Fundación Santafé de Bogotá,
instituciones de entre otros.
RENATA pone al servicio de la comunidad académica una infraestructura
tecnológica de alta capacidad y velocidad para la comunicación, el intercambio de
información y el trabajo colaborativo. Son servicios de RENATA todas aquellas
aplicaciones, recursos y herramientas que están a disposición de la comunidad
académica sobre la infraestructura de la red.
Es muy importante destacar que los servicios de RENATA son desarrollados y
facilitados por la Corporación RENATA y por las instituciones vinculadas a la red,
que de manera individual o en forma asociativa, ponen a disposición de la
comunidad académica aplicaciones, recursos y herramientas de interés, para el
trabajo colaborativo.
RENATA ofrece los siguientes servicios a sus instituciones conectadas:
Conectividad: disposición de una infraestructura tecnológica de alta
capacidad y velocidad para la comunicación, el intercambio de información y
el trabajo colaborativo.
Videoconferencia: transmisión de conferencias virtuales mediante la
conexión de varias salas que permitirán la interacción a través de señales de
audio y vídeo.
RENATA en VIVO (streaming): transmisión en vivo y en directo de eventos
de interés para la comunidad académica.
Oficina Virtual: herramienta (software) que facilita el trabajo colaborativo
entre varios participantes a través del intercambio de voz, vídeo, documentos
y presentaciones, entre otras posibilidades.
21
Formación: apoyo, capacitación y acompañamiento a la comunidad
académica en el aprovechamiento de los servicios, la infraestructura y las
posibilidades que ofrece RENATA.
Gestión para el desarrollo de proyectos colaborativos: articulación y
promoción de convocatorias para el fomento del trabajo académico
colaborativo. Acompañamiento en la conformación de comunidades
alrededor de temas específicos.
Información, difusión y divulgación: difusión de eventos académicos,
proyectos, experiencias significativas, noticias, documentos escritos y
audiovisuales, relacionados con la e-ciencia, la educación y la cultura.
Potencial: Con RENATA, la comunidad académica podrá desarrollar proyectos de
ciencia, educación y cultura que integren elementos de Comunicaciones
Presenciales Integradas. RENATA es una red de alta velocidad que permite el uso
de recursos de video y audio de alta definición, lo que favorece la proximidad entre
expertos desde sitios alejados.
Así, RENATA posibilita el encuentro y el intercambio de información entre
académicos que se encuentran en lugares geográficamente distantes lo que
disminuye los costos y ayuda a la optimización de los recursos de sus instituciones
miembro. RENATA permite que más allá de escuchar y ver al experto, sea posible
interactuar con el mismo.
Algunos ejemplos son: videoconferencia, video y voz sobre IP (VOIP), video por
demanda (VOD), transmisión en directo de eventos (streaming), transferencia de
datos, colaboración interactiva, transmisión de imagen y video de alta definición,
transmisión de televisión y radio sobre IP, así como multicasting entre otras.
Recursos de Citación y Publicación: RENATA permite almacenar,
consultar y maximizar información de mucha utilidad para procesos de
investigación y docencia, lo que facilita y favorece el acceso de la
comunidad académica a documentos científicos. Algunos ejemplos de
recursos de citación y publicación son: Bibliotecas Digitales, Repositorios
de acceso abierto, directorios digitales y bases de datos digitales.
22
Procesamiento Masivo y Distribuido: El almacenamiento y
procesamiento de altos volúmenes de información es fundamental para
realizar complejos procesos científicos.
RENATA hace posible alcanzar altos niveles de procesamiento y
almacenamiento, mediante la cooperación y paralización de los recursos
informáticos que para tal fin pueden aportar las distintas instituciones que
integran la red.
Algunos ejemplos de procesamiento masivo y distribuido son: mallas
computacionales (GRIDs), almacenamiento distribuido, servidores espejo
(mirroring), supercomputación y clústers.
Acceso a Recursos Remotos: RENATA sirve de canal para el acceso a
sofisticados recursos y equipos geográficamente distantes, lo que favorece
la disminución de costos y permite la realización de simulaciones virtuales
antes de realizar experimentaciones reales.
De igual forma, la red permite simular ambientes en donde es muy difícil o
costoso hacer experimentación real.
Ejemplo de acceso a recursos remotos son: instrumentación remota, robots,
telescopios, microscopios, equipos de medición y laboratorios virtuales.
Formación, RENATA para la Educación y la Cultura: Gracias a su
amplio canal, RENATA permite la realización de actividades pedagógicas,
así como de la creación y el acceso a exigentes entornos de formación que
amplían las fronteras de la institución.
Algunos ejemplos de formación, RENATA para la educación y la cultura son:
educación virtual, educación combinada, objetos de aprendizaje y uso de
laboratorios virtuales.
23
4.2. HARDWARE LIBRE
El hardware libre es una filosofía en donde un particular u organización ponen al
servicio de la humanidad las fuentes que respecta a las creaciones desarrolladas,
estas incluyen planos, diagramas y demás documentos que traten un proyecto
específico, todo para enriquecer el mismo y prestar el servicio a los interesados
para que se logre disminuir notablemente los costos dedicados al desarrollo y a la
investigación. En la actualidad existen muchas comunidades que difunden esta
filosofía dentro de las que se encuentran las comunidades de software libre.
Al interior de las comunidades de Free Hardware como también son conocidas, se
publica información respecto a nuevos diseños y también se comercializan partes
a un costo moderado para construir el diseño difundido, otra modalidad consiste
en la venta del prototipo con la posibilidad de hacer nuevas adaptaciones o
mejoras al diseño original, entre las comunidades más representativas se pueden
mencionar (Andrade, 2013):
Luzbot: empresa vinculada al desarrollo de hardware libre, en donde se
comercializan partes para la construcción de sus desarrollos y el producto
terminado
Proyecto Pingüino: proyecto que busca fortalecer la industria venezolana
mediante una plataforma que incentive el uso del hardware libre
Open Source Hardware Convention (OSHWCon): es una convención de
Hardware Libre organizada por Synusia, comunidad española dedicada a la
investigación y desarrollo de dispositivos electrónicos.
Entre los productos más representativos del hardware libre se encuentran:
Impresora 3D: desarrollada bajo el nombre de proyecto RepRap, su objetivo
es imprimir figuras en tres dimensiones según un diseño establecido en un
software CAD. La empresa Luzbot comercializa las partes y una versión
beta del producto.
Arduino: es una plataforma flexible reconfigurable para la creación de
prototipos electrónicos
24
DARwIn-OP (Dynamic Anthropomorphic Robot with Intelligence –Open
Platform): es un robot creado como plataforma para el desarrollo de robots
con Hardware y Software libre. DARwIn-OP dispone de sensores y
servomotores “reciclables” en modelos mucho más sofisticados, y por lo
tanto es un equipo personalizable tanto a nivel de hardware como de
software.
Como lo menciona Jonattan Andrade en su artículo Hardware Libre, una
oportunidad de crecimiento empresarial(Andrade, 2013);“La adopción de la
filosofía de hardware libre brinda grandes oportunidades al sector y/o comunidad
que la adopta. Para la empresa o desarrollador que comparte los diseños de sus
productos existirán beneficios económicos, además de la revisión y comentarios
de su diseño, y para la parte que adquiere la información existen beneficios en
cuanto al ahorro de recursos y la disminución del tiempo de desarrollo de
productos.”
4.2.1. Arduino
Según la descripción del sitio web “Arduino es una plataforma de electrónica
abierta para la creación de prototipos basada en software y hardware flexibles y
fáciles de usar. Se creó para artistas, diseñadores, aficionados y cualquiera
interesado en crear entornos u objetos interactivos (Arduino, Arduino, 2012).”
Una de las mayores facultades de la tarjeta libre ARDUINO es que puede tomar
información del entorno a través de un conjunto de pines de entrada de una gran
colección de sensores que pueden ser afectados por todo lo que lo rodea
controlando leds, motores de paso como en el caso del presente proyecto y otros
actuadores. El micro controlador que es el corazón de la placa de Arduino se
programa mediante el lenguaje de programación propio de la placa (basado en
wiring) y el entorno de desarrollo (basado en processing). Los proyectos hechos
con Arduino pueden ejecutarse sin la necesidad de ser vinculados con una pc,
aunque una de sus mayores ventajas es la facilidad de enlace con las
computadoras convencionales.
Al ser ARDUINO un hardware que funciona bajo la modalidad de “libre”, permite
ser adquirida ya sea ensamblada de fábrica o ensamblada de manera casera con
los planos que se encuentran en la red, el software que permite su manipulación
de igual manera puede ser descargado de forma gratuita desde los repositorios
oficiales o compartidos por miembros de la comunidad. Los ficheros de referencia
25
(CAD) están disponibles bajo una licencia abierta, así que el usuario es libre de
adaptarlos a sus necesidades.
4.2.2. Arduino mega 2560
Para el presente proyecto se ha considerado la utilización del modelo ARDUINO
MEGA 2560 por lo que es de especial interés mostrar la descripción de esta
tecnología al igual que los diferentes elementos que lo conforman.
El Arduino mega 2660 es una tarjeta controladora basada en la ATmega2560, se
compone de 54 pines de entradas y salidas digitales, donde 15 pueden ser usadas
como salidas PWM, 16 entradas análogas, 4 UARTs para puerto serial, un cristal
oscilador de 16 MHz, un puerto de conexión USB, un Jack de poder, un cabezal
ICSP y un botón de reset, esta tarjeta contiene todo lo que se necesita para
soportar el microcontrolador; solo basta con conectarlo a un computador a través
de su puerto USB, a un adaptador de alimentación o a una batería para empezar a
manejarlo. La versión MEGA es compatible con la mayoría de protectores
diseñados para el ARDUINO Duemilanove o Diecimila.
El Mega2560 difiere de todas las placas anteriores, ya que no utiliza el chip
controlador FTDI USB-to-serial. En su lugar, se cuenta con el ATMEGA16U2
(ATmega8U2) programado como convertidor USB a serie.
Tabla 4-1 Características Tarjeta Arduino Mega 2560(Arduino, Arduino, 2012)
Microcontroller ATmega2560
OperatingVoltage 5V
Input Voltage
(recommended) 7-12V
Input Voltage (limits) 6-20V
Digital I/O Pins 54 (of which 15 provide PWM output)
Analog Input Pins 16
DC Current per I/O Pin 40 mA
DC Current for 3.3V Pin 50 mA
Flash Memory 256 KB of which 8 KB used by
bootloader
SRAM 8 KB
EEPROM 4 KB
ClockSpeed 16 MHz
26
4.3. MOTORES DE PASO
Los motores paso a paso son ideales para la construcción de mecanismos en
donde se requieren movimientos muy precisos. La característica principal de estos
motores es el hecho de poder moverlos un paso a la vez por cada pulso que se le
aplique. Este paso puede variar desde 90° hasta pequeños movimientos de tan
solo 1.8°, es decir, que se necesitarán 4 pasos en el primer caso (90°) y 200 para
el segundo caso (1.8°), para completar un giro completo de 360°.
4.3.1. Principio de funcionamiento
Básicamente estos motores están constituidos normalmente por un rotor sobre el
que van aplicados distintos imanes permanentes y por un cierto número de
bobinas excitadoras bobinadas en su estator. Las bobinas son parte del estator y
el rotor es un imán permanente. Toda la conmutación (o excitación de las bobinas)
deber ser externamente manejada por un controlador.
4.3.2. Tipos de motores de paso
Bipolar: Estos tiene generalmente cuatro cables de salida Necesitan ciertos trucos
para ser controlados, debido a que requieren del cambio de dirección del flujo de
corriente a través de las bobinas en la secuencia apropiada para realizar un
movimiento. Será necesario un H-Bridge por cada bobina del motor, es decir que
para controlar un motor paso a paso de 4 cables (dos bobinas), necesitaremos
usar dos H-Bridges. En general es recomendable el uso de H-Bridge integrados
como son los casos del L293B.
Unipolar: Estos motores suelen tener 6 o 5 cables de salida, dependiendo de su
conexión interna. Este tipo se caracteriza por ser más simple de controlar. Se
puede controlar un motor paso a paso unipolar mediante el uso de un ULN2803, el
cuales un arreglo de 8 transistores tipo Darlington capaces de manejar cargas de
hasta 500mA. Las entradas de activación (Activa A, B, C y D) pueden ser
directamente activadas por un microcontrolador.
4.3.3. Secuencias para manejar motores paso a paso bipolares
Secuencias para manejar motores paso a paso Bipolares Como se dijo
anteriormente, estos motores necesitan la inversión de la corriente que circula en
27
sus bobinas en una secuencia determinada. Cada inversión de la polaridad
provoca el movimiento del eje en un paso, cuyo sentido de giro está determinado
por la secuencia seguida. A continuación se puede ver la tabla con la secuencia
necesaria para controlar motores paso a paso del tipo Bipolares:
Tabla 4-2 Secuencia para Motores Paso a Paso Bipolares(Robby, 2010)
Paso TERMINALES
A B C D
1 1 0 1 0
2 1 0 0 1
3 0 1 0 1
4 0 1 1 0
4.3.4. Secuencias para manejar motores paso a paso unipolares
Existen tres secuencias posibles para este tipo de motores, las cuales se detallan
a continuación. Todas las secuencias comienzan nuevamente por el paso 1 una
vez alcanzado el paso final (4 u 8). Para revertir el sentido de giro, simplemente se
deben ejecutar las secuencias en modo inverso. Secuencia Normal: Esta es la
secuencia más usada y la que generalmente recomienda el fabricante. Con esta
secuencia el motor avanza un paso por vez y debido a que siempre hay al menos
dos bobinas activadas, se obtiene un alto torque de paso y de retención.
28
Ilustración 4-1 Secuencia para Motores (Robby, 2010)
4.3.5. Secuencia del tipo wave drive
En esta secuencia se activa solo una bobina a la vez. En algunos motores esto
brinda un funcionamiento más suave. Pero al estar solo una bobina activada, el
torque de paso y retención es menor.
29
Ilustración 4-2Secuencia para Motores Paso a Paso Unipolares(Robby, 2010)
4.3.6. Secuencia del tipo medio paso
En esta secuencia se activan las bobinas de tal forma de brindar un movimiento
igual a la mitad del paso real. Para ello se activan primero 2 bobinas y luego solo 1
y así sucesivamente. Como vemos en la tabla la secuencia completa consta de 8
movimientos en lugar de 4.
30
Ilustración 4-3Secuencia para Motores Paso a Paso Unipolares Medio Paso(Robby, 2010)
Como comentario final, cabe destacar que debido a que los motores paso a paso
son dispositivos mecánicos y como tal deben vencer ciertas inercias, el tiempo de
duración ya frecuencia de los pulsos aplicados es un punto muy importante a tener
en cuenta. En tal sentido el motor debe alcanzar el paso antes que la próxima
secuencia de pulsos comience. Si la frecuencia de pulsos es muy elevada, el
motor puede reaccionar en alguna de las siguientes formas:
31
• Puede que no realice ningún movimiento en absoluto.
• Puede comenzar a vibrar pero sin llegar a girar.
• Puede girar erráticamente.
• O puede llegar a girar en sentido opuesto.
Para obtener un arranque suave y preciso, es recomendable comenzar con una
frecuencia de pulso baja y gradualmente ir aumentándola hasta la velocidad
deseada sin superar la máxima tolerada. El giro en reversa debería también ser
realizado previamente bajando la velocidad de giro y luego cambiar el sentido de
rotación.
4.3.7. Identificando los cables de las bobinas (A, B, C Y D)
Aplicar un voltaje al cable común (generalmente 12 voltios, pero puede ser más o
menos) y manteniendo uno de los otros cables a tierra (GND) mientras vamos
poniendo a tierra cada uno de los demás cables de forma alternada y observando
los resultados.
Ilustración 4-4 Identificando Bobinas(Robby, 2010)
4.3.8. Identificando los cables en Motores Paso a Paso Bipolares
32
Para el caso de motores paso a paso bipolares (generalmente de 4 cables de
salida), la identificación es más sencilla. Simplemente tomando un multímetro en
modo óhmetro (para medir resistencias), podemos hallar los pares de cables que
corresponden a cada bobina, debido a que entre ellos deberá haber continuidad
(en realidad una resistencia muy baja). Luego solo deberemos averiguar la
polaridad de la misma, la cual se obtiene fácilmente probando. Es decir, si
conectado de una manera no funciona, simplemente damos vuelta los cables de
una de las bobinas y entonces ya debería funcionar correctamente. Si el sentido
de giro es inverso a lo esperado, simplemente se deben invertir las conexiones de
ambas bobinas y el H-Bridge.
4.4. VECTORES Y ESCALARES
En la naturaleza algunas cantidades físicas como la masa, la densidad, el tiempo,
se pueden representar con un número y una unidad sin embargo en física muchas
otras cantidades están referenciando una dirección y no se pueden representar
simplemente con un número. Un ejemplo sencillo es el movimiento de un ave;
para poderlo explicar en su totalidad, se debe indicar no solo la rapidez a la que
viaja sino también la dirección hacia donde se dirige, a esta combinación entre la
dirección y la rapidez se le conoce como velocidad. Otro ejemplo muy acorde al
presente proyecto es el de la fuerza, que en física se describe como el empuje o
tirón aplicado a un determinado cuerpo. Para poder representar la fuerza es
indispensable no solo indicar su intensidad sino también su dirección.
Como explican Young Freedman y Sears Zemansky en su libro física universitario
vol1 (sears, 2009). Cuando una cantidad física se describe con un solo número,
decimos que es una cantidad escalar. En cambio, una cantidad vectorial tiene
tanto una magnitud (el “qué tanto”) como una dirección en el espacio. Los cálculos
que combinan cantidades escalares usan las operaciones aritméticas ordinarias.
Por ejemplo, 6 kg + 3 kg 5= 9 kg, o 4 x 2 s = 8 s. No obstante, combinar vectores
requiere un conjunto de operaciones diferente.
33
Ilustración 4-5 Representación de Desplazamiento fig. 1.9 pág. 12 (sears, 2009)
Una forma más sencilla de entender los vectores y la forma de cómo se combinan,
es comprender en un primer momento el desplazamiento, este concebido como un
cambio en la posición de un punto. (El punto podría representar una partícula o un
cuerpo pequeño.) En la ilustración 7 representamos el cambio de posición del
punto P1 al punto P2 con una línea que va de P1 a P2, con una punta de flecha en
P2 para indicar la dirección. El desplazamiento es una cantidad vectorial porque
debemos decir no sólo cuánto se mueve la partícula, sino también hacia dónde.
Caminar 3 km al norte no es igual que caminar 3 km al sureste; ambos
desplazamientos tienen la misma magnitud, pero diferente dirección.
Frecuentemente se representa una cantidad vectorial como el desplazamiento con
una sola letra, como A en la figura 7a. La flecha nos recuerda que los vectores
tienen dirección. Los símbolos manuscritos de los vectores suelen subrayarse o
escribirse con una flecha arriba (figura7a). Siempre deberá escribirse los símbolos
34
vectoriales con una flecha arriba. Si no se distingue entre cantidades vectoriales y
escalares en su notación, probablemente se confundirá.
Al dibujar un vector, siempre se trazará una línea con punta de flecha. La longitud
de la línea indica la magnitud del vector, y su dirección es la del vector. El
desplazamiento siempre es un segmento recto dirigido del punto inicial al punto
final, aunque la trayectoria real seguida por la partícula sea curva. En la figura 7b,
la partícula sigue el camino curvo de P1 a P2, pero el desplazamiento sigue
siendo el vector. Se observara que el desplazamiento no se relaciona
directamente con la distancia total recorrida. Si la partícula siguiera a P2 y volviera
a P1, el desplazamiento total sería cero (figura 7c) (sears, 2009).
4.4.1. Suma De Vectores
Cuando una partícula sufre un desplazamiento A, seguido por un segundo
desplazamiento B (figura 8a). El resultado final es el mismo que si la partícula
hubiera partido del mismo punto y sufrido un solo desplazamiento, B como se
muestra. Se le llama a C suma vectorial, o resultante, de los desplazamientos A y
B se expresa esta relación simbólicamente como
C=A+B
35
Ilustración 4-6 Suma Vectorial fig. 1.11 pág. 13 (sears, 2009)
El signo más en negritas destaca que sumar dos cantidades vectoriales requiere
un proceso geométrico y no es lo mismo que sumar dos cantidades escalares
como 2+3=5. Al sumar vectores, por lo regular se coloca a cola del segundo vector
en la cabeza, o punta, del primer vector (figura 8a) (sears, 2009).
Si se efectúa los desplazamientos A y B y en orden inverso, primero B y luego A
el resultado será el mismo (figura 8b). Entonces,
Esto indica que el orden de los términos en una suma de vectores no importa.
Dicho de otro modo, la suma de vectores sigue la ley conmutativa.
La figura 8c muestra otra representación de la suma vectorial: si dibujamos
losvectores A y B con sus colas en el mismo punto, el vector Ces la diagonal de
un paralelogramo construido con A y B como dos lados adyacentes (sears, 2009).
36
4.4.2. Empleo de la primera ley de Newton: Partículas en equilibrio
Una lámpara colgante, un puente colgante y un avión que vuela en línea recta a
altitud y rapidez constantes son ejemplos de situaciones de equilibrio. El principio
físico fundamental es la primera ley de Newton: si una partícula está en reposo o
se mueve con velocidad constante en un marco de referencia inercial, la fuerza
neta que actúa sobre ella —es decir, la suma vectorial de todas las fuerzas que
actúan sobre ella— debe ser cero:
La mesa de fuerzas es un instrumento que permite manipular un sistema provisto
de poleas y masas móviles a determinados grados para poder efectuar escenarios
donde se pueda emplear la aplicación de la primera ley de newton.
4.5. ANTECEDENTES
El proyecto de diseño y construcción de un prototipo funcional de una mesa de
fuerzas para ser implementada en el laboratorio PHYSILAB, nace desde la
visión que tiene el proyecto PHYSILAB, de expandir sus recursos para proveer a
la comunidad en el contexto académico, de un laboratorio de física con una
robustez amplia, que garantice en gran medida satisfacer las necesidades en el
desarrollo de prácticas que favorezcan el aprendizaje del estudio de la física.
La elección del proyecto se origina gracias a la experiencia adquirida en el
desarrollo de la asignatura de física, las competencias obtenidas en el manejo de
sistemas electrónicos a través de componentes software, el manejo de tarjetas
de adquisición de datos al igual que a la programación de micro controladores
permitieron el aprendizaje de los conceptos necesarios para abordar el presente
proyecto, además la innovación de PHYSILAB con relación a la enseñanza de la
física, abrieron un camino y expectativas que permiten la incorporación de los
saberes obtenidos.
La mesa de fuerzas es un proyecto que desea abordar el estudio en forma
didáctica de vectores y sus aplicaciones en campos tales como composición y
descomposición de fuerzas, equilibrio, plano cartesiano, entre otras, Las cuales se
37
pueden desarrollar cualitativa y cuantitativamente de acuerdo a las necesidades y
al nivel de profundización requerido.
La innovación del prototipo a diferencia de muchos que se encuentran en el
mercado, radica en la automatización del mismo, a través de un conjunto de
motores de paso que son controlados gracias a una tecnología de hardware libre
conocida como Arduino, esta permitirá la manipulación de todos los elementos de
la mesa de fuerzas ofreciendo así un control total sobre ella. Esta solución ofrece
tanto a la comunidad académica, como al laboratorio PHYSILAB un recurso
valioso y necesario que facilitara el estudio de la mecánica (estática).
La mecánica es la rama de la física que estudia las relaciones entre fuerza, masa
y movimiento, por otra parte la estática trata de los casos en los cuales los
cuerpos y los sistemas permanecen en reposo o movimiento constante debido al
equilibrio de fuerzas.
Por lo general el concepto de fuerza es asociado al esfuerzo muscular, así cuando
se empuja un cuerpo se dice que se ejerce una fuerza sobre él. Sin embargo, las
fuerzas también son ejercidas por objetos inanimados. La fuerza que más
comúnmente se conoce es la que la Tierra ejerce sobre todos los cuerpos situados
en su superficie y que comúnmente se le llama peso.
¿Qué ocurre entonces cuando varias fuerzas actúan sobre un objeto? En este
caso, el cuerpo acelera solo si la fuerza neta que actúa sobe él es diferente de
cero. La fuerza neta que actúa sobre un cuerpo se define como la suma vectorial
de todas las fuerzas que actúan sobre él.
Ilustración 4-7 Diagrama de Cuerpo Libre pág. 129 (sears, 2009)
38
La mesa de fuerzas pretende ilustrar de una forma didáctica este fenómeno de tal
manera que el estudiante que haga uso de este recurso pueda manipular todas las
variables mencionadas, así podrá apropiarse del concepto de fuerzas y se puede
evidenciar en el prototipo como al manipular los diferentes brazos la suma
resultante se manifiesta en un movimiento y datos numéricos proporcionados por
el sistema.
4.6. LA VIRTUALIZACIÓN DE LA EDUCACIÓN SUPERIOR
Ya se ha mencionado la importancia de las TIC en la educación, es así como el
articulo (Educación Superior Y Sociedad vol. 9 N° 1: 27-50, 1998) describe el
proceso de virtualización como un proceso y resultado al mismo tiempo del
tratamiento y de la comunicación mediante computadora de datos, informaciones y
conocimientos. Consiste en representar la información de manera electrónica
objetos y procesos que se encuentran en el mundo real.
En el contexto de la educación superior, la virtualización puede comprender la
representación de procesos y objetos asociados a actividades de enseñanza y
aprendizaje, de investigación y gestión, así como objetos cuya manipulación
permite al usuario, realizar diversas operaciones a través de INTERNET, tales
como aprender mediante la interacción con cursos electrónicos, inscribirse en un
curso, consultar documentos en una biblioteca electrónica, comunicarse con
estudiantes y profesores y otros (Quéau, 1993).
Sobre esta base teórica se puede justificar la necesidad de crear entornos que
orienten la enseñanza de las ciencias exactas, laboratorios que propendan a la
interiorización de conceptos y a la visualización de los fenómenos que se
describen.
4.6.1. Laboratorios Virtuales
En la actualidad se encuentran laboratorios virtuales que ofrecen prácticas en
diferentes ramas de la ciencia, sin embargo la funcionalidad de estos se limita a
generar un ambiente simulado, previamente programado, para que arroje
resultados de acuerdo a las variables que sean manipuladas en su entorno
gráfico, esto brinda de cierta manera una aproximación al mundo real y permite
comprender el fenómeno estudiado.
39
4.6.2. Biomodel
Tal es el caso de la página de biomodel que ofrece a sus visitantes la posibilidad
de realizar prácticas en restricción PCR, electroforesis y secuenciación en su
módulo de laboratorio de ADN, cuenta también con material que orienta a las
buenas prácticas de laboratorio y ofrece documentación sobre las distintas
técnicas empleadas en el mismo para separación de compuestos.
4.6.3. Fisquiweb
Este espacio permite al usuario una amplia gama de prácticas en el área de la
física donde se abordan los fenómenos de cinemática, dinámica, rozamiento,
energía, ondas I, ondas II y circuitos, cuenta a su vez se recogen algunas de las
experiencias y trabajos realizados en el laboratorio.
Como complemento se facilitan apuntes sobre la teoría implicada.
En algunos casos para procesar los datos obtenidos se usan hojas de cálculo de
Excel.
4.6.4. Fislab.Net
Ofrece una selección de numerosas simulaciones java que permiten facilitar una
visión más comprensiva de los conceptos físicos y químicos. Los applets con los
que cuentan se agrupan en cuatro bloques diferenciados: Métodos de la Ciencia,
Laboratorio de Química, Laboratorio de Física y Física 2° de bachillerato. Dentro
de cada bloque, las simulaciones están organizadas por temas.
4.6.5. Colección De Applets De Física
En esta página se pueden encontrar un conjunto de applets en java donde se
pueden apreciar muchos fenómenos físicos, dentro de las unidades de Mecánica,
Oscilaciones y ondas, Electrodinámica, Óptica, Termodinámica, teoría de la
Relatividad, Física Atómica y Física Nuclear
4.6.6. Laboratorio Virtual Ibercajalav.Net
Portal educativo donde se puede acceder de modo gratuito a más de
500simulaciones informáticas del temario oficial de ciencia y tecnología,
fundamentalmente de los niveles de ESO, Bachiller y equivalentes. Cuenta con un
40
control de cuentas de usuario donde tanto docentes como estudiantes deben
registrarse. Dentro de sus actividades están:
ADN. El alfabeto de la vida, Brújula virtual, Calor, Choques, Cinemática,
Electrostática, Electricidad Básica, Electrónica Digital, El valor del agua, Energía
Mecánica, Energías Alternativas, Estrellas, Fórmula de un hidrato, Formulación de
Química Inorgánica, Fuerzas, Hidrostática, Indicadores ácidos – base, Interacción
gravitatoria, Investigando con Ramón y Cajal, Las plantas, Leyes de Mendel,
Leyes de Newton, Los minerales, Los retos del Dr. Teo Rema, Máquina de
Atwood, Moles y Disoluciones, Movimiento, Movimiento Circular, Operación J.,
Persecuciones y encuentros, Plano Inclinado, Sistema Solar, Superconductores a
tu alrededor, Termodinámica, Trabajo y Trigonometría.
4.6.7. Laboratorio Virtual De Física
La Asociación dos Ensinantes de Ciencias de Galicia ofrece a través de este sitio
web un conjunto de simulaciones orientadas a la física cuentan con cinco
unidades cada una con contenidos multimediales de fenómenos físicos que
pueden ser apreciados por cualquier usuario que acceda al sitio
Proyectiles: Composición de movimientos, Ejercicios de proyectiles,
Alcance máximo, Tiro sobre blanco fijo, Tiro sobre blanco en caída libre.
Teoría cinética de los gases: Interpretación cinética de la temperatura.
Oscilaciones y ondas, Movimiento circular uniforme y movimiento armónico
simple, Composición de movimientos armónicos, Cubeta de ondas virtual
3D, Interferencias de ondas sonoras, Polarización de ondas mecánicas.
Óptica, El banco óptico, Ejercicios de óptica geométrica, Índice de
refracción de una lente, El ojo I, El ojo II, Teoría de la Relatividad Especial,
Velocímetro 1887, La paradoja de los gemelos.
4.6.8. Laboratorio Virtual De Física Para E.S.O
El colegio Santa María Del Carmen Murcia en acopio con el departamento de
física de la universidad de Murcia. Ofrecen un sitio web orientado a la comunidad
ESO para la realización de prácticas simuladas, cuyo material se comprende a
continuación: Densidad de un sólido, Movimiento rectilíneo uniforme, Plano
inclinado, Polea simple, Polea horizontal, Caída libre, Péndulo simple, Presión en
41
un líquido, Presión bajo el mar, Presión atmosférica, Ley de Ohm, Experimento
Joule, Ley de Coulomb, Ley de Hooke, Calorímetro agua líquida, Ley
BoyleMariotte y Choque inelástico.
4.6.9. Physilab
PHYSILAB busca desarrollar bajo el esquema de laboratorio de física y bajo una
misma plataforma, un conjunto de prácticas de laboratorio de Física en el área de
mecánica clásica, la mecánica ondulatoria, la electricidad y el magnetismo que
puedan ser ejecutadas de manera remota, en asocio con prácticas de laboratorio
virtuales que complementen las prácticas remotas; estos laboratorios se diseñan
de tal forma que permita mejorar las estrategias de enseñanza y aprendizaje para
cursos de Física a nivel básico e intermedio(Barrera, 2012).
Categoría RENATA: Acceso a recursos remotos
Actualmente en el país no existe ni una metodología ni una infraestructura sólida
que permita el desarrollo de prácticas remotas en el área de la física; hasta el
momento los mayores acercamientos que se tienen son el uso de laboratorios
virtuales basados en simulaciones de fenómenos físicos, los cuales aunque
permiten un acercamiento del estudiante al concepto, no generan un ambiente de
realismo(Barrera, 2012).
Con los resultados de este proyecto se obtiene una plataforma de evaluación,
validación y experimentación que puede ser usada por cualquier estudiante y/o
docente en sus procesos de enseñanza-Aprendizaje, dentro de redes y
comunidades de conocimiento (Barrera James 2012).
El sistema tiene una interfaz web que permite ser accesada desde RENATA,
posibilitando a diferentes usuarios que tengan acceso a la misma red, la
realización prácticas con el fin de complementar los conocimientos y habilidades
adquiridas con el fortalecimiento de las operaciones mentales y los niveles de
competencias dentro de ambientes sociales de uso compartido y colaborativo de
la información y el conocimiento(Barrera, 2012).
Para la consecución y perfeccionamiento efectivo del proyecto utiliza herramientas
de desarrollo para el diseño y control de cada uno de los equipos de Laboratorio
involucrados en las pruebas, al igual que mecanismos y sistemas de visualización
y adquisición de datos(AP, 2005)(Barrera, 2012).
42
El proyecto se ejecuta en colaboración entre las universidades Católica Popular
del Risaralda, Católica de Manizales y Universidad de Medellín. Por parte de la
UCP se desarrolla la interfaz web para la interconexión con RENATA, así como el
proceso de instrumentación de las prácticas a construir de manera remota, que
igualmente es acompañado por la universidad Católica de Manizales(Barrera,
2012).
La Universidad de Medellín cumple con la responsabilidad del desarrollo de todo el
proceso de generación de los modelos matemáticos y simulaciones que
complementan el proceso. Es importante aclarar que las prácticas que se
desarrollan son un proceso complementario en continua evaluación, tanto de la
calidad y pertinencia de las actividades propuestas como del nivel de impacto en
las comunidades estudiantiles(Barrera, 2012)
Esta experiencia es una primera fase de un gran proyecto que tiene como fin
poner al alcance de toda la comunidad académica nacional e internacional un
novedoso y moderno laboratorio para la enseñanza de la física en todas las
áreas(Barrera, 2012).
Se debe tener en cuenta que en la actualidad el laboratorio de PHYSILAB se
encuentra en una fase de prueba, donde los equipos que se tienen son una
pequeña muestra de lo que proyecta el laboratorio, es por esto que surge la
necesidad de construir más prototipos que lo alimenten, cubriendo así más
fenómenos físicos y más prácticas para la comunidad académica.
43
5. MARCO CONTEXTUAL
El proyecto se llevara a cabo en la ciudad de Pereira al interior de la Universidad
Católica de Pereira en el área de ciencias básicas dando robustez al proyecto
PHYSYLAB, incorporando al laboratorio una práctica que permitirá a la
comunidad que se encuentra vinculada a la red de alta velocidad RENATA hacer
uso del prototipo con el fin de ejecutar practicas relacionadas al tema de vectores
y estática en la asignatura de física.
En el contexto de la virtualización de la educación se cuentan con prácticas que no
van más allá de una simulación del fenómeno estudiado; el proyecto PHYSILAB
por su parte muestra de manera interactiva la situación o fenómeno como si se
estuviera en el laboratorio, manipulando cada uno de los instrumentos de los
prototipos de manera remota dando una experiencia más real acercando a los
participantes al fenómeno sin la necesidad de situarse presencialmente en el
laboratorio.
El diseño y construcción de la mesa de fuerzas pretende incursionar en el
desarrollo de prototipos con hardware Arduino, dado que en la actualidad los
actuales prototipos se encuentran con interconexión a través de tarjetas de
adquisición de datos National Instruments, representa mayores costos en el
desarrollo e implementación de nuevos prototipos.
Esta transición de un hardware a otro permite migrar de un marco licenciado a
uno abierto que da mayores ventajas en diseño y costo lo que favorece la
implementación de nuevos diseños.
44
6. MARCO METODOLOGICO
Teniendo en cuenta la robustez del proyecto y los dos ejes de intervención; diseño
de prototipos y desarrollo web se procedió a trabajar con un modelo en cascada
incremental con el fin de llevar un proceso ordenado de construcción que evitara
en lo posible futuros problemas. En su complejidad algunos de los potenciales
problemas están relacionados al mecanismo del prototipo, problemas en
rozamiento, calibración y precisión en la práctica a desarrollar.Otros escenarios
serán descritos con más detalle en el plan de pruebas del presente informe.
6.1. Ciclo de vida
Ilustración 6-1 Ciclo de Vida del Proyecto
Análisis
Diseño
Construccion
Pruebas
Puesta en marcha
Mantenimiento
45
6.2. Metodología
Tabla 6-1 Metodología
OBJETIVO ACTIVIDAD TECNICA INSTRUMENTO
Analizar y modelar el prototipo
que se desarrollará a fin de
conocer su funcionamiento
mecánico y la implementación
electrónica que requiere para
ser adherido a PHYSILAB.
Junto con el director de
ciencias básicas se
modelará el prototipo de tal
manera que se pueda
comprender adecuadamente
su fin, materiales y
funcionamiento
Observación
Entrevista
cuestionamiento
Reunión concertada con
el director de ciencias
básicas e ingeniería
Diseñar y Construir un
prototipo hardware que
permita la implementación de
prácticas de vectores y
estática.
Compra de tablex de 15mm
y corte circular para
superficie de grados
Fijación de motores de paso
a los brazos metálicos
Tramado de cables para
control de motores de paso
Conexión con Arduino
Construcción de prototipos varios
Diseñar e implementar un
software que permita
controlar de manera remota
el prototipo.
Desarrollo de software en
lenguaje ARDUINO con
conexión a redes
Desarrollo del form para
interfaz gráfica, ofreciendo
control sobre cada motor de
paso
desarrollo de eventos y
comunicación
Programación estructurada para
motores de paso y actuadores
piezoeléctricos
ARDUINOSOFT
Realizar la construcción de
manuales de usuario y de
operación del Prototipo.
Desarrollo de guías de
usuario y operación
construcción de guía para
apreciar el fenómeno
construcción manual de
operación del prototipo,
ensamble, conexión y
operación
Guías
Manual de usuario
Manual de operación
guías
Verificar y poner a punto el
funcionamiento del Prototipo
Desarrollo de pruebas
Plan de pruebas Formato de pruebas
46
6.3. Cronograma
Tabla 6-2 Cronograma de Desarrollo del Proyecto
AÑO 2013 OBJETIVO/MES FEBRERO MARZO ABRIL MAYO JUNIO JULIO AGOSTO SEPTIEMBRE OCTUBRE NOVIEMBRE DICIEMBRE
Anteproyecto Analizar y modelar el prototipo que se desarrollará a fin
de conocer su funcionamiento mecánico y la
implementación electrónica que requiere para ser
adherido a PHYSILAB.
Diseñar y Construir un prototipo hardware que permita
la implementación de prácticas de vectores y estática.
Diseñar e implementar un software que permita
controlar de manera remota el prototipo.
AÑO 2014 OBJETIVO/MES FEBRERO MARZO ABRIL MAYO JUNIO
Realizar la construcción de manuales de usuario y de
operación del Prototipo.
Verificar y poner a punto el funcionamiento del
Prototipo
47
7. DESARROLLO DEL PROYECTO
7.1. Construcción del Prototipo
7.1.1. Materiales:
Los materiales contemplados en el presente proyecto para la construcción del
prototipo fueron:
¼ de lámina de Tablex de 15 mm de espesor
Lamina de acrílico de 60 x 26
4 motores paso a paso bipolares PM25L-024-NBJ3
Baquela universal
Controlador motor paso a paso uln2003
Tarjeta Arduino MEGA 2560 con cable USB
Terminales
Buses de datos
Conectores
Poleas
Pelotas de ping pong.
Correa dentada
Dada la naturaleza débil de los motores de paso empleados en el proyecto se
contempla para un futuro desarrollo la sustitución de estos por otros de mayor
precisión y fuerza.
7.1.2. Planos Ilustración 7-1 Cortes en Acrílico
48
Se empleó una lámina de 26 x 50 de acrílico de 5mm de espesor para las piezas
que sostendrán las poleas y motores de paso, el corte se realizó con láser y se
empleó cloruro de metilo como cemento para unir las piezas
Ilustración 7-2 Superficie de la Mesa
Se imprimió en un polímero autoadhesivo para fijar a la superficie de la mesa de
fuerzas, el diámetro fue de 57,30 para que la separación de cada grado fuera de 5
mm, de esta manera se pretenda tener más precisión en el movimiento que
efectúa cada motor de paso
49
Ilustración 7-3 Brazos en Superficie
Brazos fijados en la mesa de fuerzas, los círculos grises representan los motores
paso a paso que permiten el movimiento alrededor de la mesa de fuerzas.
50
Ilustración 7-4 PCB Drivers Motores de Paso
Pistas para ser impresas en baquelita para un mejor presentación del componente
electrónico.
51
Ilustración 7-5 PCB con Componentes
Impresión de superficie para imprimir en baquelita, con el fin de ubicar los
componentes que controlaran los motores de paso a paso.
52
Ilustración 7-6 PCB pistas + componentes
Impresión de superficie con pistas para imprimir en baquelita, finalización de los
componentes como deben quedar incrustados y cuál es la comunicación existente
entre ellos.
53
Ilustración 7-7 Ensamble y Conexión con Arduino
Conexión con Arduino y board con drivers de motores paso a paso, dado que es
un prototipo se realizó la instalación de componentes electrónicos en baquela
universal con el ánimo de realizar pruebas, se contempla que en futuras
actualizaciones se empleen los diagramas PCB desarrollados en Isis PROTEUS.
54
7.1.3. Procedimiento de Construcción del Prototipo.
Se cortaron las diferentes láminas de madera de acuerdo a las medidas
contempladas en los planos. En la lámina circular de mayor diámetro se adhirió la
imagen de los diferentes grados que tendrá la superficie de la mesa de fuerzas.
Se perfora el punto central de la mesa de fuerzas de tal manera que se posicione
el eje que sostendrá cada uno de los brazos de la mesa de fuerzas, Se perforan
cada uno de los brazos de la mesa de fuerzas para que el eje del motor de paso a
paso pueda atravesarlo y se procede a la instalación de los piñones en cada eje
de motor de paso a paso.
Se instalan las poleas que sostendrán los pesos, en el canto de la superficie de la
mesa de fuerzas se instala la correa por donde correrán los piñones instalados en
los motores de paso a paso.
Se llenan las pelotas de ping pong con arena, teniendo en cuenta que el peso
debe ser igual en todas, se enlazan cada una de ellas con un hilo de tal manera
que se puedan ubicar en las poleas de la mesa de fuerzas.
Una vez finalizada la mesa se procedió a la construcción de la tarjeta controladora
de los motores de paso, esto basado en el diseño y simulación desarrollada en Isis
PROTEUS, lo que permitió trabajar asertivamente en la soldadura de los
componentes. Una vez hecho este proceso se construyeron los buses de datos
teniendo en cuenta el orden de las bobinas de los motores paso a paso para que
se comunicaran adecuadamente con los drivers unl2003A y con la tarjeta Arduino
mega 2560 una vez finalizada la construcción de la parte electrónica se procedió
al empalme y realización de pruebas, el resultado fue un sistema de tres masas y
brazos móviles que se comunican adecuadamente con la aplicación.
7.2. Desarrollo de la Aplicación Web
Para el desarrollo de la aplicación, se tuvo en cuenta la necesidad de ser operada
de manera remota, por lo que se consideró que fuera orientada a la web, para ello
se buscó un lenguaje que pudiera interactuar con el hardware Arduino.
ASP.net permite la incorporación de librerías que facilitan la manipulación y control
de los puertos de entrada y salida del pc, punto fundamental por el cual fue
seleccionado este framework de programación en el presente proyecto. Cabe
resaltar que ASP.net permite la creación de sitios web con interfaces agradables y
manejo de lenguajes de programación como C# y visual basic, así como también
55
la incorporación de tagshtml y scripts de java. Su robustes y facilidad para ser
trabajado enriqueció el desarrollo del proyecto.
7.2.1. Plataforma tecnológica requerida
a) Sistema de computo
a. Procesador Intel Pentium 4 o superior
b. Memoria RAM de 4 GB o superior
c. Disco duro de 80 GB o superior
d. Sistema operativo Windows xp o superior
e. Servidor web con soporte para aplicaciones desarrolladas en ASP.net.
f. Cámara web o superior
b) Visual Studio o Sharp Develop para desarrollo de la aplicación web
c) Arduino Soft para configuración de la tarjeta Arduino.
d) Isis PROTEUS para el diseño de la tarjeta electrónica y simulación con
Arduino
56
7.2.2. Análisis de Requerimientos
APLICACIÓN WEB PARA CONTROL DE MESA DE FUERZAS
FACULTAD DE CIENCIAS BÁSICAS E INGENIERIA
DEPTO DE INGENIERIA DE SISTEMAS Y TELECOMUNICACIONES
CAPTURA Y DESCRIPCIÓN DE REQUERIMIENTOS
LOGO
PROYECTO
Diseño y Construcción de un Prototipo Funcional De
Una Mesa De Fuerzas para ser Implementada en el
Laboratorio PHYSILAB.
Nombre del proyecto:
Diseño Y Construcción De Un Prototipo
Funcional De Una Mesa De Fuerzas Para
Ser Implementada En El Laboratorio
PHYSILAB.
Fecha:
30/03/2013
Dependencia:
Departamento de Ciencias Básicas
Usuario:
Alumnos – comunidad RENATA
Cargo del usuario:
Alumnos – comunidad RENATA
Analista Responsable:
Juan David Cárdenas Navas
Requerimiento Nro.
01
Descripción del requerimiento:
El sistema deberá ser orientado a la web para controlar de manera remota el
dispositivo
Tipo de requerimiento x Funcional No funcional
57
APLICACIÓN WEB PARA CONTROL DE MESA DE FUERZAS
FACULTAD DE CIENCIAS BÁSICAS E INGENIERIA
DEPTO DE INGENIERIA DE SISTEMAS Y TELECOMUNICACIONES
CAPTURA Y DESCRIPCIÓN DE REQUERIMIENTOS
LOGO
PROYECTO
Diseño y Construcción de un Prototipo Funcional De
Una Mesa De Fuerzas para ser Implementada en el
Laboratorio PHYSILAB.
Nombre del proyecto:
Diseño Y Construcción De Un Prototipo
Funcional De Una Mesa De Fuerzas Para
Ser Implementada En El Laboratorio
PHYSILAB.
Fecha:
30/03/2013
Dependencia:
Departamento de Ciencias Básicas
Usuario:
Alumnos – comunidad RENATA
Cargo del usuario:
Alumnos – comunidad RENATA
Analista Responsable:
Juan David Cárdenas Navas
Requerimiento Nro.
02
Descripción del requerimiento:
El sistema deberá controlar a través de controles los motores de paso de la
mesa de fuerzas
Tipo de requerimiento x Funcional No funcional
58
APLICACIÓN WEB PARA CONTROL DE MESA DE FUERZAS
FACULTAD DE CIENCIAS BÁSICAS E INGENIERIA
DEPTO DE INGENIERIA DE SISTEMAS Y TELECOMUNICACIONES
CAPTURA Y DESCRIPCIÓN DE REQUERIMIENTOS
LOGO
PROYECTO
Diseño y Construcción de un Prototipo Funcional De
Una Mesa De Fuerzas para ser Implementada en el
Laboratorio PHYSILAB.
Nombre del proyecto:
Diseño Y Construcción De Un Prototipo
Funcional De Una Mesa De Fuerzas Para
Ser Implementada En El Laboratorio
PHYSILAB.
Fecha:
30/03/2013
Dependencia:
Departamento de Ciencias Básicas
Usuario:
Alumnos – comunidad RENATA
Cargo del usuario:
Alumnos – comunidad RENATA
Analista Responsable:
Juan David Cárdenas Navas
Requerimiento Nro.
03
Descripción del requerimiento:
El sistema deberá vincular la activación de cámara web para visualizar el
prototipo
Tipo de requerimiento x Funcional No funcional
59
7.2.3. Ponderación de Requerimientos
REQUERIMIENTO PORCENTAJE
El sistema deberá ser orientado a la
web para controlar de manera remota el
dispositivo
30%
El sistema deberá vincular la activación
de cámara web para visualizar el
prototipo
30%
El sistema deberá controlar a través de
controles los motores de paso de la
mesa de fuerzas
40%
Tabla 7-1 Ponderación de Requerimientos
7.2.4. DIAGRAMAS DE CASOS DE USO
Ilustración 7-8 Diagrama de caso de Uso
60
8. PRUEBAS Y RESULTADOS
8.1. Plan de Pruebas
El prototipo es desarrollado para que el usuario al manipular la interfaz gráfica
pueda operar uno a uno los diferentes brazos de la mesa de fuerzas y así poder
realizar una práctica de física donde pueda realizar suma de vectores y entender
el principio fundamental de las leyes de newton en sistemas en equilibrio.
El software de control se encuentra desarrollado en lenguaje C# orientado a la
web, cuenta con tres módulos; cada módulo encargado de mover un brazo, donde
podrá operarlos moviéndolos a diferentes ángulos, con el fin de crear distintos
escenarios, adicionalmente cuenta con un botón que permite habilitar la cámara
web que apunta al prototipo con el fin de observar todo lo que se hace en tiempo
real.
La aplicación web es manipulada por estudiantes y profesores que deseen realizar
la práctica, se conectan a la aplicación por medio de un enlace web una vez
enlazados podrán hacer uso del prototipo.Las pruebas contempladas en el
presente plan son ejecutadas por el desarrollador de la aplicación y prototipo.
8.1.1. Alcance de las pruebas
Las pruebas que se desarrollan pretenden comprobar el funcionamiento del
software y su comportamiento con el hardware construido, de esta manera se
contemplarán posibles modificaciones o mejoras para el futuro.
Se tiene gran énfasis en la interacción entre el hardware y software, probando con
detalle la comunicación entre la interfaz Arduino con la tarjeta controladora de los
motores paso a paso, así como también el grado de movilidad de los motores
paso a paso según la orden ejecutada en la aplicación.
61
8.1.2. Matriz de riesgos
Tabla 8-1 Matriz de Riesgos
funcionalidad IMPACTO
1.2.3
PROBABILIDAD
DE FALLO
1.2.3
PRIORIDAD
Impacto + prob. de
fallo
el sistema no podrá
conectarse de manera
remota
3 2 5
El sistema no tendrá
acceso al prototipo 3 2 5
El sistema no permitirá la
manipulación de los
motores de paso
3 1 4
la aplicación no podrá
activar la cámara web 2 1 3
El sistema no contara los
pasos hechos por cada
motor en cada iteración
2 2 4
8.1.3. Estrategia de Pruebas
Se desarrollaran las pruebas pertinentes para evitar los fallos contemplados en la
matriz de riesgos, para esto se desarrollaron formatos y cronogramas de
realización de pruebas, de manera que se tenga control de cada variable y control
desarrollado en la aplicación, de esta forma se puede realizar correcciones de
manera más ágil y efectiva.
Una vez se tiene la aplicación en el servidor local y el prototipo debidamente
conectado, se procede a la ejecución de pruebas contempladas en el presente
plan, se desarrollan pruebas de interface (comunicación), funcionamiento, y
validación de datos.
Durante el desarrollo de cada etapa tanto del prototipo como la aplicación se
desarrollaron pruebas que comprobaban la asertividad en los procesos de
construcción y desarrollo, esto dio luz verde al siguiente proceso a desarrollar
hasta obtener el producto que hasta la fecha se ha presentado.
62
8.1.4. Requerimientos para la Prueba
Tabla 8-2 Requerimientos para la Prueba
RECURSOS DESCRIPCION FECHA
REQUERIDA RESPONSABLE
Prototipo de mesa de
fuerzas
Se debe tener la mesa
de fuerzas con todos los
elementos necesarios
para su funcionamiento:
Tarjeta Arduino
Adaptador
Cable USB
Cámara web
01/09/2013 Juan David Cárdenas
Navas
Aplicación web Desarrollo hecho en
ASP.net con el fin de
controlar el prototipo ya
antes construido
01/10/2013 Juan David Cárdenas
Navas
Servidor web para
ASP.net
Servidor local ASP.net
proporcionado por
Visual Studio para la
interpretación de este
lenguaje de
01/11/2013 Juan David Cárdenas
Navas
Tester Persona encargada de
las pruebas 01/03/2014
Juan David Cárdenas
Navas
8.1.5. Cronograma de pruebas
El cronograma de pruebas para el presente proyecto de investigación se resume
en la siguiente tabla con el fin de dar un orden a las actividades a realizar para
probar la funcionalidad del prototipo.
Tabla 8-3 Pruebas
actividad peso Fecha inicio Fecha fin Total de
días
Verificar la movilidad
de los motores de
paso instalados en el
prototipo (sin estar
automatizado).
10% 01/08/2013 08/08/2013 8
63
Verificar la conexión
de la tarjeta Arduino
con ASP.net.
30% 01/09/2013 15/09/2013 15
Verificar la captura de
datos de la aplicación
web y cálculo de los
pasos hechos por
cada ejecución del
control
20% 01/10/2013 08/10/2013 8
Verificar la activación
de la cámara web 10% 08/10/2013 09/10/2013 1
Verificar el control del
prototipo desde la
aplicación web
30% 01/03/2014 01/04/2014 30
8.2. Diseño de Pruebas
El diseño de pruebas pretende plasmar los diferentes escenarios donde es posible
que la funcionalidad del prototipo fracase, esta metodología permite dar un orden
al proceso de pruebas que se desarrolla y orienta sobre una posible solución.
En los diferentes casos de prueba se registra el nombre de la prueba lo que se
desea probar, los resultados y registros una vez se haya realizado, esto permite
llevar de manera muy controlada las dificultades con el prototipo desarrollado y no
redundar en los errores ya corregidos.
8.2.1. Identificación de escenarios
FLUJO BASICO – ACCESO A LA APLICACIÓN
El usuario hace clic en la pestaña práctica: allí podrá visualizar los tres
módulos y el botón que permite la activación de la cámara web.
FLUJO ALTERNO – ACCESO A LA APLICACIÓN
El usuario no visualiza la aplicación : El sistema no reconoce el prototipo
como conectado por ende sacara un mensaje de error de práctica no disponible
64
FLUJO BASICO – ACTIVACION DE LA CAMARA
El usuario hace clic en el botón activar cámara: Se visualiza el pop up de la
cámara web.
Activación del flash player del pop up: se visualiza una ventana dentro del pop
up para permitir la ejecución de la cámara web y micrófono.
FLUJO ALTERNO – ACTIVACION DE LA CAMARA
La cámara se encuentra desconectada: mensaje de error de no encontrar
medios disponibles para la ejecución de la cámara.
FLUJO BASICO – MANIPULACION DE LOS MOTORES PASO A PASO
El usuario hace clic en el control de sentido horario: selecciona un campo
que hace girar el motor a favor de las manecillas del reloj
El usuario hace clic en el botón girar: El motor deberá moverse según el
sentido seleccionado y deberá marcar el número de pasos realizados. (cada vez
que se presione el botón el sistema marcara un paso)
El usuario hace clic en el control de sentido anti horario: selecciona un
campo que hace girar el motor en contra de las manecillas del reloj
El usuario hace clic en el botón girar: El motor deberá moverse según el
sentido seleccionado y deberá marcar el número de pasos realizados. (cada vez
que se presione el botón el sistema marcara un paso)
FLUJO ALTERNO – MANIPULACION DE LOS MOTORES PASO A PASO
Error de sentido: una vez se marca el sentido y se hace clic en el botón girar
este no lo hace en el sentido especificado
Error en el botón girar: una vez activado el evento girar este no gira el brazo
correspondiente, posiblemente se haya desconectado el bus de datos de la
tarjeta controladora
65
8.2.2. Casos de prueba
Tabla 8-4 Caso de Prueba 1
Id Caso De
Prueba 1 Tester:
Juan David
cárdenas
Navas
Fecha: 01/08/2013 Entorno:
Sistema Physilab Base de datos:
Versión: 1.0.0 Ciclo: 1
Revisión: 1 Pantalla/Modulo/C.Uso:
Tipo De Prueba: unidad integridad sistema Aceptación
Objetivo De La Prueba: Determinar si los engranes están bien posicionados
con relación a la correa dentada
Prerrequisitos De La Prueba:
Tener los motores de paso con sus respectivos engranes y hacerlos correr por la
correa dentada manualmente
Procedimiento:
Se procede a la instalación de los brazos y se giran manualmente los brazos por la
correa dentada verificando que no se desencaje el engranaje
Resultados Esperados:
El engranaje del motor de paso debe mantenerse en la correa dentada
Resultados Obtenidos:
Los esperados
Observaciones:
En algunos casos es necesario aplicar más fuerza para mover el brazo
Resultados De La
Prueba
aprobado
No aprobado
66
Tabla 8-5 Caso de Prueba 2
Id Caso De
Prueba 2 Tester:
Juan David
cárdenas
Navas
Fecha: 01/09/2013 Entorno:
Sistema Physilab Base de datos:
Versión: 1.0.0 Ciclo: 1
Revisión: 1 Pantalla/Modulo/C.Uso:
Tipo De Prueba: unidad integridad sistema Aceptación
Objetivo De La Prueba: Verificar la conexión de la tarjeta Arduino con
ASP.net
Prerrequisitos De La Prueba:
tener instalado entorno de desarrollo visual studio.
Importar la librería IO
Conectar la tarjeta Arduino con leds en las salidas
Configurar el procesador de la tarjeta Arduino
Formulario de prueba encender apagar
Procedimiento:
Se instala la tarjeta Arduino al pc
Se configura dos salidas
Se carga el firmware a la tarjeta
Se carga la aplicación de prueba ASP.net
Se ejecuta la aplicación
Resultados Esperados:
Al hacer clic en la aplicación los leds deberán apagar y prender
Resultados Obtenidos:
Los esperados
Observaciones:
ninguna
Resultados De La
Prueba
aprobado
No aprobado
67
Tabla 8-6 Caso de Prueba 3
Id Caso De
Prueba 3 Tester:
Juan David
cárdenas
Navas
Fecha: 01/10/2013 Entorno:
Sistema Physilab Base de datos:
Versión: 1.0.0 Ciclo: 1
Revisión: 1 Pantalla/Modulo/C.Uso:
Tipo De Prueba: unidad integridad sistema Aceptación
Objetivo De La Prueba:
Verificar la captura de datos de la aplicación web y
cálculo de los pasos hechos por cada ejecución del
control.
Prerrequisitos De La Prueba:
Servidor local ASP.net
Aplicación de mesa de fuerzas
Procedimiento:
Verificar que los campos del formulario permitan el ingreso de un solo
número para cada módulo.
Verificar que el sistema registre el evento clic en el radio button.
Verificar que cada vez que se haga clic en el botón girar el campo de paso y
Angulo cambien en relación al sentido y al Angulo inicial ingresado por el usuario
Resultados Esperados:
Que cada control del formulario opere de la manera en que se espera
El campo ángulo inicial registre valores numéricos
Los radio button capturen el evento clic
El botón girar manipule los pasos en base al dato inicial como contador
El botón reset borre los valores en cada modulo
Resultados Obtenidos:
Los esperados
Observaciones:
Falta hacer restricciones en el sistema con relación a los datos que ingresa el
usuario.
Resultados De La
Prueba
aprobado
No aprobado
68
Tabla 8-7 Caso de Prueba 4
Id Caso De
Prueba 4 Tester:
Juan David
cárdenas
Navas
Fecha: 08/10/2013 Entorno:
Sistema Physilab Base de datos:
Versión: 1.0.0 Ciclo: 1
Revisión: 1 Pantalla/Modulo/C.Uso:
Tipo De Prueba: unidad integridad sistema Aceptación
Objetivo De La Prueba: Verificar la activación de la cámara web
Prerrequisitos De La Prueba:
Aplicación web
Cámara web conectada
Procedimiento:
Una vez cargado el sistema el usuario deberá hacer clic en el botón cámara y esta
deberá mostrarse en un popa
Resultados Esperados:
La cámara deberá aparecer en un pop up
Resultados Obtenidos:
Los esperados
Observaciones:
Se contempla la idea de trabajar con una camaraip
Resultados De La
Prueba
aprobado
No aprobado
69
Tabla 8-8 Caso de Prueba 5
Id Caso De
Prueba 5 Tester:
Juan David
cárdenas
Navas
Fecha: 01/03/2014 Entorno:
Sistema Physilab Base de datos:
Versión: 1.0.0 Ciclo: 1
Revisión: 1 Pantalla/Modulo/C.Uso:
Tipo De Prueba: unidad integridad sistema Aceptación
Objetivo De La Prueba: Controlar el prototipo desde la aplicación web
Prerrequisitos De La Prueba:
Aplicación web
Prototipo
Cámara web
Procedimiento:
Una vez conectado todo el sistema (prototipo y aplicación) se manipularan todos
los campos del formulario
Resultados Esperados:
Por cada evento clic en el botón girar de cada módulo este deberá accionar el
motor de paso respectivo
Resultados Obtenidos:
Se presentan problemas de rozamiento en el prototipo dado que el motor de paso
no es suficientemente fuerte
Observaciones:
En algunos casos es necesario aplicar más fuerza para mover el brazo
Resultados De La
Prueba
aprobado
No aprobado
70
ANEXOS
8.3. Código Arduino
#include<Stepper.h>
// Cambiar este parametro por el número de pasos del motor
#define STEPS 24
// Crea una instancia de la clase Stepper, especificando
// especificando el número de pasos del motor y los pins
// a los que se ha atachado
//Stepper stepper(STEPS, 10, 11, 12, 13);
//Stepper stepper2(STEPS, 6, 7, 8, 9);
//Stepper stepper3(STEPS, 2, 3, 4, 10);
Stepper stepper(STEPS, 53,51,49,47);
Stepper stepper2(STEPS, 45,43,41,39);
Stepper stepper3(STEPS, 37,35,33,31);
// La lectura previa para la entrada analógica
intprevio = 0;
void setup() {
stepper.setSpeed(50);
stepper2.setSpeed(50);
stepper3.setSpeed(50);
Serial.begin(9600);
// iniciarcomunicacion serial
}
voidloop() {
if (Serial.available() > 0) {
char serial = Serial.read();
if (serial=='h') {
stepper.step(1);
}
if (serial=='i') {
stepper.step(-1);
}
if (serial=='j') {
stepper2.step(1);
}
if (serial=='k') {
stepper2.step(-1);
}
71
if (serial=='l') {
stepper3.step(1);
}
if (serial=='m') {
stepper3.step(-1);
}}}
8.4. Código ASP.net
using System;
usingSystem.Collections.Generic;
usingSystem.Linq;
usingSystem.Web;
usingSystem.Web.UI;
usingSystem.Web.UI.WebControls;
usingSystem.IO.Ports;
namespacemesa_de_fuerzas {
public partial class About : System.Web.UI.Page {
SerialPortardo;
int angulo1, angulo2, angulo3;
int inicial1, inicial2, inicial3;
int temp, temp2, temp3;
protected void Page_Load(object sender, EventArgs e) {
ardo = new SerialPort();
ardo.PortName = "COM3";
ardo.BaudRate = 9600;
}
protected void Button1_Click(object sender, EventArgs e) {
ardo.Open();
ardo.Write("h");
ardo.Close();
}
protected void Button3_Click(object sender, EventArgs e) {
txtpaso1.Text = (Convert.ToInt32(txtpaso1.Text) +
1).ToString();
if (rbh.Checked) {
try {
ardo.Open();
ardo.Write("h");
}
catch {
Response.Redirect("error.aspx");
}
72
angulo1 = Convert.ToInt32(txtangulo1.Text);
inicial1 = Convert.ToInt32(txtinicio1.Text);
if (txtinicio1.Text != lbltemp1.Text) {
temp = Convert.ToInt32(txtinicio1.Text);
lbltemp1.Text = temp.ToString();
angulo1 = angulo1 + inicial1;
temp = Convert.ToInt32(txtinicio1.Text);
}
angulo1 = angulo1 + 1;
txtangulo1.Text = angulo1.ToString();
ardo.Close();
} else {
try {
ardo.Open();
ardo.Write("i");
}
catch {
Response.Redirect("error.aspx");
}
angulo1 = Convert.ToInt32(txtangulo1.Text);
inicial1 = Convert.ToInt32(txtinicio1.Text);
temp = Convert.ToInt32(lbltemp1.Text);
if (txtinicio1.Text != temp.ToString()) {
temp = Convert.ToInt32(txtinicio1.Text);
lbltemp1.Text = temp.ToString();
angulo1 = angulo1 - inicial1;
temp = Convert.ToInt32(txtinicio1.Text);
}
angulo1 = angulo1 - 1;
txtangulo1.Text = angulo1.ToString();
ardo.Close();
}
}
protected void Button2_Click(object sender, EventArgs e) {
txtangulo1.Text = "0";
txtinicio1.Text = "0";
txtpaso1.Text = "0";
lbltemp1.Text = "0";
}
protected void Button7_Click(object sender, EventArgs e) {
73
txtpaso2.Text = (Convert.ToInt32(txtpaso2.Text) +
1).ToString();
if (rbh2.Checked) {
try {
ardo.Open();
ardo.Write("j");
}
catch {
Response.Redirect("error.aspx");
}
angulo2 = Convert.ToInt32(txtangulo2.Text);
inicial2 = Convert.ToInt32(txtinicio2.Text);
if (txtinicio2.Text != lbltemp2.Text) {
temp2 = Convert.ToInt32(txtinicio2.Text);
lbltemp2.Text = temp2.ToString();
angulo2 = angulo2 + inicial2;
temp2 = Convert.ToInt32(txtinicio2.Text);
}
angulo2 = angulo2 + 1;
txtangulo2.Text = angulo2.ToString();
ardo.Close();
} else {
try {
ardo.Open();
ardo.Write("k");
}
catch {
Response.Redirect("error.aspx");
}
angulo2 = Convert.ToInt32(txtangulo2.Text);
inicial2 = Convert.ToInt32(txtinicio2.Text);
if (txtinicio2.Text != lbltemp2.Text) {
temp2 = Convert.ToInt32(txtinicio2.Text);
angulo2 = angulo2 - inicial2;
temp2 = Convert.ToInt32(txtinicio2.Text);
}
angulo2 = angulo2 - 1;
txtangulo2.Text = angulo2.ToString();
ardo.Close();
}
}
74
protected void Button12_Click(object sender, EventArgs e) {
txtpaso3.Text = (Convert.ToInt32(txtpaso3.Text) +
1).ToString();
if (rbh3.Checked) {
try {
ardo.Open();
ardo.Write("l");
}
catch {
Response.Redirect("error.aspx");
}
angulo3 = Convert.ToInt32(txtangulo3.Text);
inicial3 = Convert.ToInt32(txtinicio3.Text);
if (txtinicio3.Text != lbltemp3.Text) {
temp3 = Convert.ToInt32(txtinicio3.Text);
lbltemp3.Text = temp3.ToString();
angulo3 = angulo3 + inicial3;
temp3 = Convert.ToInt32(txtinicio3.Text);
}
angulo3 = angulo3 + 1;
txtangulo3.Text = angulo3.ToString();
ardo.Close();
} else {
try {
ardo.Open();
ardo.Write("m");
}
catch {
Response.Redirect("error.aspx");
}
angulo3 = Convert.ToInt32(txtangulo3.Text);
inicial3 = Convert.ToInt32(txtinicio3.Text);
if (txtinicio3.Text != lbltemp3.Text) {
temp3 = Convert.ToInt32(txtinicio3.Text);
lbltemp3.Text = temp3.ToString();
angulo3 = angulo3 - inicial3;
temp3 = Convert.ToInt32(txtinicio3.Text);
}
angulo3 = angulo3 - 1;
txtangulo3.Text = angulo3.ToString();
ardo.Close();
75
}
}
protected void Button11_Click(object sender, EventArgs e) {
txtangulo3.Text = "0";
txtinicio3.Text = "0";
txtpaso3.Text = "0";
lbltemp3.Text = "0";
}
protected void Button8_Click(object sender, EventArgs e) {
txtangulo2.Text = "0";
txtinicio2.Text = "0";
txtpaso2.Text = "0";
lbltemp2.Text = "0";
}
}
}
76
Ilustración 8-1 Aplicación Web
Aplicación web que permite mover cada uno de los motores de paso de la mesa
de fuerzas, la aplicación su desarrollo y funcionamiento se explicara en el
siguiente numeral Desarrollo de la Aplicación.
77
.
Ilustración 8-2 Simulación en Proteus
Se desarrolló una simulación en PROTEUS para comprobar la programación de la
tarjeta Arduino y la conexión con los motores de paso a paso, esta simulación
permitió corregir errores en el diseño de los circuitos y en la programación de la
tarjeta Arduino
78
9. CONCLUSIONES
El desarrollo del proyecto permitió comprender en gran medida la interacción del
hardware con el software, entendiendo esta desde el principio de interconexión
que Arduino ofrece.
Aunque el desarrollo de la aplicación fue complejo el proceso lógico de unión entre
ASP.net y Arduino es bastante elemental, al ofrecer Visual Studio librerías que
permiten manipular los puertos de entrada y de salida que ofrece un pc
convencional.
Aunque no se contaban con las bases para desarrollar prototipos, se pudo
entregar un desarrollo funcional que se acercó en un 90 % a las necesidades que
PHYSILAB requiere, de esta manera se podrá continuar con el proyecto para
futuros trabajos de grado y futuras mejoras para el presente prototipo.
El desarrollo de este proyecto favorece en el grupo de investigación GEMA de la
Universidad Católica de Pereira la aprensión de saberes en el campo de Arduino y
la posible interacción de esta tecnología con los prototipos ya existentes, de esta
manera se migrará de un hardware licenciado como el que se maneja en la
actualidad con tarjetas de adquisición de datos National Instruments a un
hardware libre.
Es importante resaltar que hubo bastantes dificultades en el desarrollo del
prototipo, dada la complejidad de migrar de un diseño totalmente análogo a uno
automatizado con las demandas que exige el concepto de mesa de fuerzas, al
emplear masas variables para el desarrollo de prácticas relacionadas con leyes de
Newton.
Se propone que para futuras actualizaciones del presente proyecto se solucione la
dificultad presentada en la variación de las masas y se pueda emplear el diseño
del impreso PCB desarrollado en Isis PROTEUS.
79
10. BIBLIOGRAFÍA
Andrade, J. (2 de Febero de 2013). Hardware Libre, una oportunidad de
crecimiento empresarial. Bogota, Cundinamarca, Colombia.
AP, D. (23 de Abril de 2005). Fuerzas en Equilibrio. Recuperado el 15 de Marzo de
2014, de http://www.slideshare.net/dennysap26/fuerzas-equilibrio
Apan, C. (3 de Junio de 1997). Apan Asia Pacific Advanced Network. Recuperado
el 20 de Febrero de 2013, de http://www.apan.net/
Arduino, C. (30 de Abril de 2009). Arduino Mega 2560. Recuperado el 15 de Marzo
de 2013, de http://arduino.cc/en/Main/ArduinoBoardMega2560
Arduino, C. (20 de Junio de 2012). Arduino. Recuperado el 20 de Febrero de 2013,
de http://www.arduino.cc/es/
Barrera, J. (2012). Presentación Proyecto PHYSILAB. Pereira.
BROADBAND, C. (23 de Marzo de 2011). Broadband USA Connecting America's
Communities.Recuperado el 15 de Marzo de 2013, de
http://www2.ntia.doc.gov/grantee/university-corporation-for-advanced-internet-
development
Canet3, C. (20 de Marzo de 2013). canet3. Recuperado el 20 de Febrero de 2013,
de www.canet3.net
Chevers, J. (26 de Marzo de 2010). Dante. Recuperado el 20 de Febrero de 2013,
de http://www.dante.net/Pages/default.aspx
Comunidad Retina. (30 de Marzo de 2012). Retina Red Nacional de Investigación
y Educación en Argentina. Recuperado el 20 de Febrero de 2013, de
http://www.innova-red.net/
Cudi, C. (14 de Abril de 2010). Cudi Corporacion Universitaria para el Desarrollo
de Internet A.C. Recuperado el 20 de Febrero de 2013, de http://www.cudi.edu.mx/
Internet2, C. (14 de Febrero de 2014). Internet2. Recuperado el 28 de Enero de
2014, de http://www.internet2.edu/about-us/
Renata, C. (28 de Agosto de 2010). Red Nacional Académica de Tecnología
Avanzada, RENATA. Recuperado el 20 de Febrero de 2013, de
http://www.renata.edu.co/
80
Reuna. (25 de Abril de 1994). Reuna Ciencia y Educación en Red. Recuperado el
20 de Febrero de 2013, de http://www.reuna.cl
RNP, C. (20 de Agosto de 2010). RNP Red Nacional de Ensino e Pesquisa.
Recuperado el 20 de Febrero de 2013, de http://www.rnp.br
Robby, J. J. (3 de Marzo de 2010). Motores Paso a Paso (Steeper motors).
Pereira, Risaralda, Colombia.
sears, Z. (2009). Fisica Universitaria Vol. 1. Mexico: PEARSON PRENTICE-HALL.
Silvio, J. (1998). La virtualización de la educación superior: alcances, posibilidades
y limitaciones. Educación Superior y Sociedad, 27-50.
Steve Cotter. (16 de Noviembre de 2006). Abilene Update. Nuevo Mexico,
Albuquerque, Estados Unidos.
Uruguaya, R. A. (18 de Marzo de 2004). Red Académica Uruguaya. Recuperado el
14 de Agosto de 2013, de
http://www.rau.edu.uy/redavanzada/antecedentes.htm#Proyecto%20AMPATH
Zapata, D. (20 de Febrero de 2013). Contextualización de la educación virtual en
Colombia. Medellín, Antioquia, Colombia.
