DESARROLLO DE UN PROTOTIPO DE GUANTE INTELIGENTE …

DESARROLLO DE UN PROTOTIPO DE GUANTE INTELIGENTE PARA APOYAR A UN POLICÍA DE

CIRCULACIÓN EN LA DIRECCIÓN DE TRÁFICO MEDIANTE EMISIÓN CONTROLADA DE SEÑALES

LUMÍNICAS Y EQUIPADO CON SISTEMA ALTERNATIVO DE RECARGA DE BATERÍA BASADO EN ENERGÍA

SOLAR. by Añez Sequera, Marianne Lucía ; Salcedo García, Rafael Alejandro is licensed under a Creative

Commons Attribution-NonCommercial-ShareAlike 3.0 Unported License.

República Bolivariana de Venezuela

Universidad Nueva Esparta

Facultad de Ingeniería

Escuela de Ingeniería Electrónica

Línea de Investigación: Diseño y desarrollo de aplicaciones o dispositivos de

control de tipo electrónico.

Tema: Diseño digital y aplicaciones automatizadas robóticas.

DESARROLLO DE UN PROTOTIPO DE GUANTE INTELIGENTE PARA

APOYAR A UN POLICÍA DE CIRCULACIÓN EN LA DIRECCIÓN DE

TRÁFICO MEDIANTE EMISIÓN CONTROLADA DE SEÑALES LUMÍNICAS

Y EQUIPADO CON SISTEMA ALTERNATIVO DE RECARGA DE BATERÍA

BASADO EN ENERGÍA SOLAR.

Tutor: Ing. Marín, Washington Mauricio

C.I.18.602.258

Julio, 2012

Caracas, Venezuela

Trabajo de Grado

Presentado por:

Br. Alvarez C. Daniel A.

C.I. 19.968.975

Br. De Vita R. Giovanni J.

C.I. 16.857.541

Para optar al Título de:

Ingeniero Electrónico

II










Aprobado por

JURADO: ________________ JURADO: ________________

Nombre y Apellido Nombre y Apellido

________________ ________________

Cédula de Identidad Cédula de Identidad

________________ ________________

Firma Firma

Julio, 2012

Caracas, Venezuela

III

.

AGRADECIMIENTOS

La finalización de este proyecto de investigación fue posible gracias al

apoyo en todo momento de mis padres, familiares, compañero de tesis y

amigos. Igualmente agradezco el aporte brindado por nuestro tutor Ing.

Mauricio Marín, tanto en aspectos técnicos como metodológicos necesarios

para el desarrollo exitoso de este proyecto.

Daniel Alvarez C.

La culminación de este proyecto de investigación fue gracias al

esfuerzo realizado por mi persona, mi compañero de tesis y nuestro tutor por

sus buenos consejos. Igualmente agradezco a mis padres, familiares y

hermanos por su apoyo incondicional en todo momento y a todos aquellos

que no creían en mi solo tengo que decirle dos palabras SOY INGENIERO.

Giovanni De Vita R.

IV

DEDICATORIA

A mis padres, familiares y amigos cercanos por apoyarme y

preocuparse en todo momento, gracias por todo el ánimo el cual me ayudó a

seguir adelante y obtener este gran logro.

Daniel Alvarez C.

A mis padres por su apoyo incondicional, este título es de ustedes, a

mi nonno que a pesar que está en cielo sé que me apoyo dándome fuerza,

apito esto también es para ti, a mis amigos, a mi familia y hermanos. Gracias

por formar parte de mi vida.

Giovanni De Vita R.

\

V










Autores: Br. Alvarez C. Daniel A. Br. De Vita R. Giovanni J. Tutor: Ing. Marín, Washington Mauricio Palabras clave: Acelerómetro, Panel fotovoltaico, tráfico vehicular, guante, microcontrolador, sensor.

RESUMEN

El siguiente trabajo de grado, presenta el desarrollo de un prototipo de guante inteligente para apoyar a un policía de circulación, en la labor de indicar las señales de avanzar y detener. El guantes está equipado con un acelerómetro y un sensor de inclinación capaces de captar la aceleración y posicionamiento del brazo respectivamente. Las señales son procesadas en un microcontrolador encargado de activar conjuntos de LEDs de alto brillo verdes y rojos, según la instrucción ejecutada, ubicados en la región palmar y

VI

dorsal de la mano. El prototipo está equipado con un sistema alternativo de recarga de batería basado en energía solar utilizando paneles fotovoltaicos situados en la parte posterior de un chaleco. En conjunto, el guante y el chaleco, conforman un prototipo innovador capaz de apoyar a policías de circulación.

Bolivarian Republic of Venezuela

Nueva Esparta University

Engineering Faculty

Electronic Engineering School

DEVELOPMENT OF A SMART GLOVE PROTOTYPE THAT SUPPORTS A

TRAFFIC POLICEMAN IN THE INSTRUCTION OF TRAFFIC THROUGH A

CONTROLLED EMISSION OF LIGHT SIGNALS AND EQUIPPED WITH A

BATTERY RECHARGEABLE ALTERNATIVE SYSTEM BASED ON SOLAR

ENERGY.

Authors: Br. Alvarez C. Daniel A. Br. De Vita R. Giovanni J. Advisor: Ing. Marín, Washington Mauricio Key words: Accelerometer, photovoltaic panel, vehicular traffic, glove, microcontroller, sensor.

SUMMARY

The following undergraduate work, presents the development of a smart glove prototype which helps to improve the job of transit policemen by indicating the signals to advance and to stop. The glove is equipped with an accelerometer and tilt sensor which is able to catch the arm’s acceleration and positioning respectively. The signals are processed in a microcontroller that activates a group of bright, green and red LEDs, according to the command, which are located on the palm and dorsal side of the hand. The prototype is equipped with a battery rechargeable alternative system based

VII

on solar energy which uses photovoltaic panels positioned at the back of the vest. Overall, the glove and the vest, form an innovative prototype that is able to support traffic policemen.

ÍNDICE

Agradecimientos .................................................................................... III

Dedicatoria ............................................................................................ IV

Resumen ................................................................................................ V

Summary ............................................................................................... VI

INTRODUCCIÓN .................................................................................... 1

CAPÍTULO I. EL PROBLEMA DE LA INVESTIGACIÓN

1.1 Planteamiento del Problema ......................................................... 4

1.2 Justificación ................................................................................... 6

1.3 Objetivos ....................................................................................... 7

1.3.1 Objetivo General ............................................................... 7

1.3.2 Objetivos Específicos ........................................................ 8

1.4 Delimitación ................................................................................... 9

1.4.1 Delimitaciones Geográfica ................................................ 9

1.4.2 Delimitaciones Temporal .................................................. 9

1.4.3 Delimitaciones Temática ................................................... 9

1.4.4 Delimitaciones Técnicas ................................................ 10

VIII

1.5 Limitaciones ................................................................................ 11

CAPÍTULO II. MARCO REFERENCIAL

2.1 Antecedentes .............................................................................. 12

2.2 Bases Referenciales ................................................................... 15

2.2.1 Sistemas de control ........................................................ 15

2.2.1.1 Sistema de control a lazo abierto ...................... 16

2.2.1.2 Sistema de control a lazo cerrado ..................... 18

2.2.2 Sensores ......................................................................... 19

2.2.2.1 Sensores de posición ....................................... 20

2.2.2.2 Sensores de Velocidad .................................... 21

2.2.2.3 Sensores de aceleración .................................. 21

2.2.2.4 Sensores de fuerza ........................................... 22

2.2.2.5 Sensores de temperatura ................................. 22

2.2.2.6 Sensores de inclinación ................................... 23

2.2.3 Actuadores ...................................................................... 24

2.2.4 Aceleración ..................................................................... 26

2.2.5 Acelerómetros ................................................................. 27

2.2.5.1 Tipos de acelerómetros .................................... 28

2.2.6 Baterías ......................................................................... 33

2.2.6.1 Baterías primarias ............................................ 34

2.2.6.2 Baterías secundarias ........................................ 34

2.2.6.3 Sistema de carga de batería ............................ 37

2.2.6.4 Control de carga de batería ............................... 38

2.2.7 Energía solar .................................................................. 39

IX

2.2.7.1 Clasificación por tecnología .............................. 40

2.2.8 Paneles fotovoltaicos ...................................................... 41

2.2.8.1 Tipos de paneles solares .................................. 41

2.2.8.2 Funcionamiento de paneles fotovoltaicos ......... 44

2.2.9 Microcontroladores ........................................................ 45

2.2.9.1 Características microcontrolador ...................... 47

2.2.9.2 Familia de microcontroladores ......................... 48

2.2.9.3 Conversor análoga digital ................................. 52

2.2.10 Diodos emisores de luz ................................................ 52

2.2.10.1 Light Emitting Diode (LEDs) ............................ 53

2.2.11 Reguladores de Voltaje ................................................ 55

2.2.11.1 Característica de regulador de voltaje ............ 56

2.2.11.2 Tipos de reguladores de voltaje ...................... 56

2.2.12 Policía de circulación .................................................... 57

2.2.13 Señales de tránsito ...................................................... 57

2.2.13.1 Descripción de Señales de Transito ............... 58

2.3 Términos Básicos ........................................................................ 61

2.4 Cuadro de variable ...................................................................... 66

CAPÍTULO III. MARCO METODOLÓGICO

3.1 Diseño de la Investigación .......................................................... 70

3.2 Modalidades de la Investigación ................................................. 71

3.3 Población y Muestra .................................................................... 72

3.3.1 Población ........................................................................ 72

3.3.2 Muestra .......................................................................... 73

X

3.4 Técnicas e Instrumentos de Recolección de Datos ..................... 76

3.4.1 La observación................................................................ 77

3.5 Técnicas de Procesamiento y Análisis de Datos ......................... 78

3.5.1 Técnica de procesamiento de datos .............................. 78

3.5.2 Análisis de datos ............................................................ 79

3.6 Procesamiento y Análisis de la Información ................................ 80

3.6.1 Análisis del cuestionario ................................................. 80

CAPÍTULO IV. SISTEMA PROPUESTOS

4.1 Diagrama en bloque del funcionamiento del prototipo ................ 90

4.2 Descripción del diagrama de bloques ........................................ 91

4.2.1 Etapa de alimentación ................................................... 91

4.2.2 Etapa de regulación ....................................................... 96

4.2.3 Etapa de captación de movimientos ............................ 100

4.2.4 Etapa de control ........................................................... 104

4.2.5 Etapa de salida ............................................................ 106

4.3 Circuito eléctrico del prototipo de Guante Inteligente ............... 109

4.3.1 Diagrama circuital general del prototipo ........................ 109

4.3.2 Diagrama circuital de arreglo de LEDs ........................ 111

4.4 Pruebas y resultados obtenidos ................................................ 113

4.5 Recursos Administrativos .......................................................... 116

4.5.1 Recursos humanos ...................................................... 116

4.5.2 Recursos Administrativos ............................................. 117

4.5.3 Recursos técnicos ........................................................ 118

CAPÍTULO V. CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES

XI

5.1 Conclusiones ............................................................................. 120

5.2 Recomendaciones ..................................................................... 122

BIBLIOGRAFÍA .............................................................................. 125

INDICE DE FIGURAS

Figura #1 AcceleGlove SDK ............................................................. 14

Figura #2 Diagrama básico de un sistema de control ...................... 15

Figura #3 Sistema de control a lazo abierto de una tostadora .......... 17

Figura #4 Sistema de control lazo cerrado (con

retroalimentación) ............................................................................... 19

Figura #5 Sensor de velocidad .......................................................... 21

Figura #6 Acelerómetro aplicado en el mando del Nintendo Wii ....... 22

Figura #7 Sensor de inclinación (DFRobot) ...................................... 23

Figura #8 Actuador neumático, cilindros neumáticos ........................ 24

Figura #9 Actuador eléctrico lineal ....................................................... 25

Figura #10 Clasificación de los acelerómetros ................................. 28

Figura #11 Acelerómetro Piezoeléctrico ........................................... 30

Figura #12 Acelerómetro Piezo-resistivo ........................................... 31

Figura #13 Acelerómetro Mecánico .................................................. 32

Figura #14 Acelerómetro Capacitivo ................................................ 33

Figura #15 Estructura de las baterías Ni-Cd ..................................... 36

Figura #16 Batería Lion-Ion .............................................................. 37

Figura #17 Panel Fotovoltaico de silicio mono-cristalino .................. 42

XII

Figura #18 Panel fotovoltaico de silicio poli cristalino ........................ 43

Figura #19 Estructura de silicio amorfo ............................................. 44

Figura #20 Esquema de funcionamiento de un panel fotovoltaico ... 45

Figura #21 Microcontroladores ......................................................... 47

Figura #22 Partes constitutivas de un LED ........................................ 55

Figura # 23 Señales de tránsito viales .............................................. 59

Figura # 24 Señales preventivas ....................................................... 59

Figura #25 Señales manuales ........................................................... 60

Figura # 26 Movimientos físicos del policía de circulación ................ 89

Figura # 27 Diagrama en bloque del funcionamiento general del

prototipo ....................................................................................................... 90

Figura # 28 Batería LiPo..................................................................... 92

Figura # 29 Módulo LiPo Rider V1.0 .................................................. 93

Figura # 30. Recarga de batería por paneles fotovoltaicos ................ 94

Figura # 31 Posición de los paneles fotovoltaicos en el prototipo ..... 95

Figura # 32. Recarga de batería por fuente USB .............................. 96

Figura # 33 Etapa de regulación ....................................................... 97

Figura # 34 Diodo zener .................................................................... 98

Figura # 35. Regulador de voltaje con diodo zener ........................... 98

Figura # 36 Etapa de captación de movimientos ............................. 100

Figura # 37 Acelerómetro modelo ADXL335 .................................... 101

Figura # 38 Posición de acelerómetro en el prototipo ..................... 102

Figura # 39 Comportamiento de señales X, Y, Z (avanzar) ............. 103

Figura # 40. Sensor de inclinación RPI-1031 ................................... 104

XIII

Figura # 41. Etapa de control .......................................................... 105

Figura # 42. Etapa de salida ............................................................ 106

Figura # 43. LED Piraña .................................................................. 108

Figura # 44. Arreglo de LEDs .......................................................... 109

Figura # 45. Diagrama circuital del prototipo .................................... 110

Figura # 46. Diagrama del circuito de arreglos de LEDs rojos ........ 112

Figura # 47. Diagrama del circuito de arreglos de LEDs verdes. ..... 112

Figura # 48 Prototipo de guante inteligente y chaleco ...................... 113

ÍNDICE DE FÓRMULAS

Formula # 1 Calcular el tamaño de la muestra. ....................................... 75

Fórmula # 2. Autonomía de batería LiPo ........................................... 92

Fórmula # 3. Corriente paneles fotovoltaicos en paralelo ................. 95

Formula # 4. Regulador diodo Zener ................................................. 99

ÍNDICE DE GRÁFICOS

Grafico A Permanencia necesaria de un policía en las intercepción. 81

Grafico B Permanencia necesaria de un policía en las intercepción. 82

Grafico C Mala interpretación u omisión de las señales de tránsito. . 83

Grafico D Utilización indumentaria que le ayude con sus labores de

control de tráfico. ....................................................................................... 85

XIV

Grafico E. Indumentaria con guante inteligente que emita señales

lumínicas. .................................................................................................. 86

ÍNDICE DE TABLAS

Tabla # 1. Características de los distintos tipos de actuadores. ........ 27

Tabla # 2. Aceleración en términos humanos. .................................. 28

Tabla # 3. Características de los LEDs según colores. ..................... 55

Tabla # 4. Aumento de la congestión vehicular en el Municipio ........ 81

Tabla # 5. Permanencia necesaria de un policía en las intercepción. 82

Tabla # 6. Mala interpretación u omisión de las señales de tránsito. 83

Tabla # 7 Utilización indumentaria que le ayude con sus labores de

control de tráfico. ....................................................................................... 84

Tabla # 8. Indumentaria con guante inteligente que emita señales

lumínicas. .................................................................................................. 86

Tabla # 9. Prueba de paneles solares en ambiente soleado. .......... 114

Tabla # 10. Consumo del prototipo de guante inteligente. .............. 115

Tabla # 11. Recursos humanos....................................................... 117

Tabla # 12. Recursos administrativos. ............................................ 118

Tabla # 13. Recursos técnicos. ....................................................... 119

ÍNDICE DE ANEXOS

XV

Anexo A. Cuestionario. .................................................................... 131

Anexo B. Datasheet módulo LiPo Rider V1.0. ................................. 133

Anexo C. Datasheet ADXL335. ....................................................... 136

Anexo D. Manual de usuario. .......................................................... 139

Anexo E. Datasheet PIC16F676. .................................................... 145

Anexo F. Programación PIC16F676. ............................................... 147

Anexo G. Datasheet LED tipo “Piraña”. ........................................... 152

Anexo H. Datasheet transistor 2N3904. .......................................... 154

1

Introducción

Según Bull, A. (2003). El congestionamiento del tráfico es uno de los

principales problemas que aqueja a las grandes ciudades modernas, dado el

incremento constante de vehículos que supera con creces la planificación y

el desarrollo de la infraestructura vial en la mayoría de los países del mundo.

En Venezuela, en particular, según Cañizález, M. (2012), los conductores y

pasajeros pasan largas horas dentro de los vehículos para movilizarse dentro

de las principales ciudades en trayectos relativamente cortos.

Ante tal problemática se han buscado distintas soluciones para poder

lograr una mayor fluidez vial como, por ejemplo, instalando semáforos con

contadores que ayudan a los transeúntes y conductores a visualizar la

cantidad de tiempo que les queda para circular libremente y distribuyendo un

mayor número de policías de circulación para organizar el flujo vehicular. Es

una imagen común, en las ciudades de Venezuela, ver policías de circulación

en las intersecciones de hasta cuatro vías de las calles y las avenidas,

intentando agilizar el tráfico en las horas puntuales, cuando el volumen de

vehículos se incrementa notablemente.

Este proyecto plantea una forma novedosa de contribuir con la

solución a la problemática vial con un Guante Inteligente para auxiliar a un

policía de circulación en la dirección de tráfico mediante emisión controlada

de señales lumínicas y equipado con sistema alternativo de recarga de

batería basado en energía solar. Ayudando al policía de circulación en la

2

dirección de tráfico y permitiendo, a su vez, una mayor visibilidad de las

maniobras y señales de éste a los conductores y peatones.

Este proyecto está dividido en capítulos que se detallan a

continuación:

Capítulo I: En este capítulo se explica y desarrolla todo lo referente al

planteamiento del problema y a la justificación del mismo. Se esboza el

objetivo general y los objetivos específicos que van ayudar a culminar el

proyecto, Así mismo, se establecen cuales van a ser las delimitaciones

temporales, geográfica y técnicas de dicho proyecto. Y, por último, se

enumeran las limitaciones del proyecto.

Capítulo II: este capítulo se divide en dos partes fundamentales, la

primera de ellas son los antecedentes, los cuales se basan en trabajos y

productos desarrollados con anterioridad que tienen características similares

al proyecto que se va a desarrollar. La segunda parte, es lo relacionado a las

bases teóricas, donde explica detalladamente todo los conocimientos

necesarios, útiles, para la realización de este proyecto. Por último, se incluye

términos básicos como complemento de las bases teóricas y un sistema de

variables, el cual explicará aspectos importantes de cada objetivo específico.

Capítulo III: Se abarca todo referente al tipo de investigación.

Determinando si es un proyecto factible, un desarrollo tecnológico o

innovación tecnológica. Así mismo, se determina el diseño de la

investigación, el cual plantea como se lleva a cabo la misma, ya sea a través

3

de procesos de análisis y/o recolección de datos para lograr los objetivos

planteados. Conjuntamente, en este capítulo se establecerá la población y la

muestra las cuales serán el objeto de estudio, generando así datos

necesarios para el desarrollo y mejoras del proyecto.

Capítulo IV: en este capítulo se explica los tipos de recursos a utilizar;

los recursos humanos, vinculado a todas las personas que colaborarán para

la realización del proyecto, recursos técnicos, donde se enmarca cada

componente electrónico a utilizar especificando su costo y cantidad; recursos

administrativos que son las herramientas a utilizar para llevar a cabo la parte

teórica del proyecto (computadoras, carpetas, programas, entre otras).

Además se plantea el sistema propuesto para darle al lector toda aquella

información de cómo se realizó el trabajo.

Capítulo V: abarca todo referente a las conclusiones de cada uno de

los objetivos propuestos. Conjuntamente se detallaran recomendaciones que

se deben tomar en cuenta al momento de realizar futuras investigaciones o

proyectos de esta índole.

4

CAPÍTULO I: EL PROBLEMA DE LA INVESTIGACIÓN

1.1 Planteamiento del Problema

Cada día sorprende más cómo en las grandes ciudades observamos

la creciente cantidad de vehículos en las calles, provocando el

congestionamiento masivo de las mismas. Además, los conductores

imprudentes que no respetan las señalizaciones de tránsito y los transeúntes

que no cruzan por el rayado preestablecido para su circulación, aumentan el

caos.

El policía de circulación está encargado de vigilar el tránsito automotor

a nivel nacional y local. Entre sus funciones está el control de vehículos tanto

en las ciudades como en las carreteras nacionales, la vigilancia de las vías

de circulación y la toma de las medidas necesarias para prevenir los

accidentes viales, el levantamiento de choques, las multas o citaciones a los

infractores de las normas de tránsito y el prestar apoyo a los conductores

cuando sea necesario. Como una de las principales labores del policía de

circulación es procurar la fluidez del tránsito vehicular para impedir los

embotellamientos dentro de la ciudad. Los vemos con frecuencia en los

semáforos de las calles y las avenidas con mucha afluencia vehicular, y en

las intersecciones y confluencias de más de una vía. Para regular el tráfico

de vehículos y de peatones, sigue su criterio de acuerdo a las variables que

se le presentan en un lugar determinado, imparte instrucciones gestuales

basadas en movimientos específicos del brazo y posicionamiento del cuerpo,

permitiendo o no el avance de los vehículos de acuerdo a la afluencia de los

5

mismos. Estas disposiciones, generalmente, están desfasadas de la

señalización del semáforo, lo que crea molestia en los conductores, a

quienes confunde la contradicción de señales.

Según información aportada por el Inspector de la policía de

circulación del Municipio Chacao, Edo. Miranda, Rizquez Edulin (2011), “Los

funcionarios de la policía de circulación, deben realizar un adiestramiento

para dirigir el tráfico automotor, y en el caso de congestionamiento fuerte

controla que los vehículos no queden atravesados en la vía o en el medio de

la intersección y coordinan el levantamiento de accidentes en los casos de

choque con lesionados”. De acuerdo con cifras suministradas por el Ex

Presidente del Instituto Nacional de Tránsito y Transporte Terrestre (INTTT)

Pérez Colina, Franklin (2008), en Gran Caracas circulan, en promedio, un

millón ochocientos mil vehículos diarios, y si además se suma la cantidad de

automóviles que pasan en tránsito por la capital, la cifra asciende a dos

millones doscientos mil carros al día. El parque automotor de Venezuela,

según datos aportados por el INTTT (2008), es de cinco millones trescientos

cincuenta mil vehículos. Por lo tanto, casi la mitad de todos los carros del

país se mueven todos los días por la Gran Caracas.

Existe gran cantidad de señalizaciones de tránsito terrestre, entre ellas

las señales verticales que pueden ser preventivas e informativas,

consistentes en carteles de diversa formas y tamaños, situados en lugares

visibles al conductor. Las señales horizontales consistentes en marcas en el

pavimento, los semáforos, y el lenguaje gestual con el cual el policía de

circulación transmite un conjunto de indicaciones para controlar el tráfico.

Cabe destacar que para el control de tráfico en aeropuertos y pistas de

aterrizaje, son necesarios una variedad de instrucciones gestuales con los

6

brazos realizados por un agente de control, por lo que utilizan bastones

luminosos de seguridad. Hoy en día, para el control del tráfico en ciudades,

existen chalecos, bragas, guantes cortos, entre otros accesorios con cinta

reflectiva, utilizados por policías de circulación. Estos accesorios no son

totalmente eficaces, son poco visibles para los conductores, lo que produce

una incorrecta interpretación por dualidad de señales con los semáforos.

Pudiendo causar congestionamiento, accidentes y arrollamientos de

peatones debido a la confusión entre los conductores y éstos.

1.2 Justificación

El desarrollo de un prototipo de Guante Inteligente ayudaría en sus

funciones al policía que dirige y controla el tráfico. Este dispositivo tendría

como ventaja, hacer más visibles para los conductores las señales emitidas

por el policía de circulación. Se emplearían dispositivos ópticos brillantes

para reflejar con los colores reglamentarios las indicaciones para avanzar o

detenerse, tomando en cuenta los movimientos exhibidos por el funcionario.

Un dispositivo como éste haría que peatones y conductores enfoquen su

atención a las señales transmitida por el oficial, lo que redundaría en un

menor número de accidentes, mayor fluidez, menos confusión y pérdida de

tiempo.

Para el policía de circulación este Guante inteligente, basado en un

diseño cómodo, lo ayudaría a tener un mayor control del tráfico, garantizando

una mayor circulación vehicular y menos agotamiento, al realizar sus

jornadas laborales. Este proyecto puede ser utilizado por cualquier

organismo de control de tráfico vehicular o peatonal con las señalizaciones

7

básicas de avanzar o detenerse son universales y estándar en cualquier

parte del mundo.

La tecnología de paneles fotovoltaicos que serán utilizados como

sistema alternativo para la recarga de la batería, presentan cualidades

ecológicas. No son contaminantes para el medio ambiente, permiten

aprovechar la radiación solar para convertirla en electricidad, además

ofrecen una instalación simple, de ligero peso y adaptable para la necesidad

energética que se plantea. En este caso los paneles serán instalados en el

chaleco del policía de circulación, ayudando a disminuir el gasto en baterías

convencionales y a incrementar la independencia de los suministros

tradicionales.

El propósito de esta investigación va dirigido tanto a los policías de

circulación como a los conductores que transitan por avenidas de ciudades

donde existe gran afluencia de vehículos, sirve de ayuda para tener mayor

control del tráfico vehicular y facilitar el desarrollo de sus otras funciones.

1.3 Objetivos de la Investigación

1.3.1 Objetivo General

Desarrollar un prototipo de Guante Inteligente para apoyar a un policía

de circulación en la dirección de tráfico mediante emisión controlada de

8

señales lumínicas y equipado con sistema alternativo de recarga de batería

basado en energía solar.

1.3.2 Objetivo Específicos

Identificar las señales y movimientos realizados por un policía

de circulación para controlar el tráfico.

Identificar los diferentes sensores electrónicos de captación de

movimiento para ser utilizados en el guante inteligente.

Seleccionar los diferentes microcontroladores para gobernar las

funciones del guante inteligente.

Estudiar sobre los sistemas de captación y almacenamiento de

energía solar para la recarga de baterías del prototipo.

Diseñar el hardware y software para controlar las funciones del

prototipo de guante inteligente.

Construir un prototipo del guante inteligente que emita señales

lumínicas para el control de tráfico, basado en los movimientos del policía de

circulación.

Determinar las funciones del prototipo del guante inteligente

realizando pruebas en ambiente controlado no viales.

9

1.4 Delimitaciones

1.4.1 Delimitación Geográfica

La investigación y la adquisición de conocimientos se llevó a cabo en

dos universidades: en la biblioteca y espacios abiertos de La Universidad

Simón Bolívar (USB), Sartenejas, Baruta, Edo. Miranda Caracas Venezuela,

donde se realizaron las pruebas, y en los Laboratorios de la Universidad

Nueva Esparta (UNE) Avenida Sur 7, Los Naranjos; donde se realizó la

programación y construcción del prototipo.

1.4.2 Delimitación Temporal

La investigación se llevará a cabo en un tiempo estipulado de nueve

meses: desde Septiembre de 2011 hasta Mayo de 2012.

1.4.3 Delimitaciones Temática

Este proyecto está enmarcado en el área de Ingeniería Electrónica,

específicamente en el diseño y desarrollo de aplicaciones o dispositivos de

control de tipo electrónico y en el diseño digital de aplicaciones

automatizadas robóticas.

10

1.4.4 Delimitaciones Técnicas

El prototipo del Guante Inteligente será únicamente diseñado para

ser utilizado en la mano derecha del policía de circulación, y la emisión de

señales lumínicas será por medio de Diodos Emisores de Luz (Light-Emitting

Diode, LED) ubicados en la región palmar de la mano (parte de abajo) y

región dorsal de la mano (parte de arriba).

La activación y desactivación de los LEDs estará controlada solo por

los movimientos específicos del brazo, necesarios para indicar el

señalamiento de transito de avanzar y parar, los cuales serán captados por

acelerómetros ubicados en el mismo guante. Para procesar las señales del

patrón de movimientos únicos se utilizará microcontroladores.

El prototipo del Guante Inteligente tendrá incorporadas baterías

recargables, las cuales serán cargadas por una fuente externa.

Alternativamente para ahorro de energía y comodidad del policía de

circulación, las baterías serán recargadas a través de paneles fotovoltaicos

instalados en su indumentaria (chaleco), en la parte superior posterior,

específicamente en la zona alta de la espalda, lo que facilitará la recarga de

la batería cuando las condiciones atmosféricas sean favorables (baja

nubosidad durante las horas de sol).

El prototipo de Guante Inteligente tendrá un manual de usuario en el

cual se explicará detalladamente las partes, funciones y mantenimiento

11

preventivo. Así como el uso correcto y movimientos por parte del policía de

circulación, necesarios para la activación de las salidas visuales.

1.5 Limitaciones

El proyecto a desarrollar presenta algunas limitaciones que pueden

incidir en el logro de los objetivos, y son las siguientes:

Problemas en la importación de componentes electrónicos que

integraran el prototipo, debido al tiempo que puede tomar realizarla. Se optó

por utilizar componentes electrónicos disponibles en el mercado nacional,

tomando en cuenta las especificaciones técnicas necesarias.

El tiempo establecido no sea el suficiente en caso de

presentarse complicaciones que conlleven más de lo estipulado para

solucionarlas y poder cumplir con los objetivos planteados. Sin embargo, no

se presentaron inconvenientes mayores para culminar la investigación.

El guante no desarrolle de manera óptima algunas funciones

debido al uso inapropiado del policía de circulación. Es por ello que se lleva a

cabo la elaboración de un manual de usuario y algunas modificaciones en el

prototipo que contribuyen al correcto uso.

12

CAPÍTULO II: MARCO REFERENCIALES

2.1. Antecedentes

Para la elaboración de este trabajo de investigación se tomaron en

cuenta los siguientes antecedentes, los cuales aportaron conocimientos y

procedimientos para la elaboración de este prototipo.

Mehmood Khan, A. (2011), elaboró un proyecto de grado denominado

“Human activity recognition using a single Tri-axial accelerometer”, para optar

por el título de Doctorado, en la Universidad Kyung Hee (Kyung Hee

University), ubicada en Seoul, Korea. Se basa en reconocer en tiempo real

las actividades físicas que realiza el ser humano diariamente, usando

sensores de movimiento, principalmente acelerómetros de tres ejes,

ubicados en determinadas partes del cuerpo.

Este proyecto es de gran importancia para el desarrollo del prototipo

de Guante Inteligente, aporta conocimientos en cuanto al uso de

acelerómetros en las diferentes partes del cuerpo humano, donde es posible

realizar mediciones independientemente de su posición. En el prototipo a

desarrollar se utilizaron acelerómetros colocados en el guante, considerando

los resultados obtenidos en dicho proyecto para el desenlace de los objetivos

propuestos.

13

Pérez, Osvaldo D. (2009), realizó una tesis de grado titulada “Análisis

de un sistema de iluminación, utilizando ampolletas de bajo consumo y

alimentado por paneles fotovoltaicos”, para optar al título de Ingeniero

Electrónico, en la Universidad Austral de Chile, ubicada en Valdivia, Chile.

La tesis tiene como objetivo desarrollar un proyecto que permita el uso de

energía renovable, como lo es la energía solar, para sistemas de iluminación

de bajo consumo, utilizando paneles fotovoltaicos. A demás, realiza un

análisis de los factores influyentes en la eficiencia de los sistemas solares

ubicados en la comuna de Valdivia.

De esta tesis se tomaron como referencias algunos conocimientos y

fundamentos sobre sistemas fotovoltaicos, aportando diferentes diseños para

una buena elección de materiales. La energía solar permite aliviar el uso de

energía convencional contribuyendo a un mejor cuidado del medio ambiente

de igual manera la investigación ayudó en la obtención de datos técnicos y

formulas útiles para la construcción del prototipo donde se utilizan los

paneles fotovoltaicos para la recarga de batería.

Del mismo modo aporta un análisis detallado sobre cálculos para

componentes de iluminación, que ayuda en la elaboración del prototipo en

cuanto a la elección de los LEDs de alto brillo.

AcceleGlove, Modelo SDK, de la empresa AnthroTronix (2009),

desarrolló un guante con seis acelerómetros (MEMS) de tres ejes, ubicados

por debajo de cada dedo de la mano, fue diseñado como una herramienta

para ayudar a cualquier tipo de estudio de captura de movimientos. Este

producto puede usar los movimientos de los dedos o de la mano para activar

14

comandos para el control de un dispositivo externo, utilizable para controlar

robots, video juegos, simuladores, o cualquier otro. Se muestra en la figura #

1.

Se tomó como referencia este producto en los aspectos de captura de

movimientos de la mano, utiliza acelerómetros de tres ejes, los cuales son la

base fundamental en el prototipo de Guante Inteligente para el control del

tráfico. Este producto orienta en dónde se deben ubicar los dispositivos

sensores de movimientos según su uso o aplicación por lo que es de vital

importancia para la investigación.

Figura # 1. AcceleGlove SDK

Fuente: AcceleGlove (2009). (En línea)

15

2.2 Bases Referenciales

2.2.1 Sistemas de control

Según Dorf, R. y Bishop R. (2004), “Los sistemas de control son una

interconexión de componentes que forman una configuración del sistema que

proporcionará una respuesta deseada, la base para el análisis de un sistema

es el fundamento proporcionado por la teoría de los sistemas lineales, que

supone una relación entre causa y efecto para sus componentes” por tanto

cada proceso que vaya a ser controlado puede representarse a través de un

bloque o diagrama de bloque como se muestra en la figura # 2, la relación de

causa y efecto del proceso son la entrada y salida respectivamente.

Figura # 2 Diagrama básico de un sistema de control

Fuente: Los autores.

Un sistema de control ideal debe ser capaz de garantizar la

estabilidad, siendo particularmente robusto frente a perturbaciones y errores

en los modelos, debe ser eficiente como sea posible, normalmente este

criterio consiste en que la acción de control sobre las variables de entrada

sea realizable. Debe ser fácilmente implementable y cómodo de operar en

tiempo real con ayuda de un computador o equipos especializados.

Entrada SalidaProceso

16

Los elementos básicos que forman parte de un sistema de control y

que permiten su fácil manipulación son:

Sensores: permiten conocer los valores de las variables

medidas del sistema.

Controlador: calcula la acción que debe aplicarse para modificar

las variables de control.

Actuador: ejecuta la acción calculada por el controlador y que

modifica las variables de control.

Los sistemas de control pueden clasificarse de la siguiente manera:

2.2.1.1 Sistema de control a lazo abierto

Según Dorf, R, y Bishop, R. (2004). Un sistema de control a lazo

abierto utiliza un regulador de actuación para controlar u obtener una

respuesta deseada, es un sistema sin realimentación, ya que la acción de

control es independiente de la salida. Un ejemplo para explicar mejor este

tipo de sistema es el de una tostadora, que está controlado por un regulador

de tiempo. El tiempo requerido para hacer tostadas, debe ser anticipado por

el usuario, quien no forma parte del sistema. El control sobre la calidad de la

tostada es interrumpido una vez que se ha determinado el tiempo, el que

constituye tanto la entrada como la acción de control, como se aprecia en la

figura # 3.

17

Señal de

entradaSeñal de

salida

Transductor Controlador Actuador Proceso

Señal de

referencia

Figura # 3, Sistema de control a lazo abierto de una tostadora


2.2.1.1.1 Características

Según Dorf, R, y Bishop, R. (2004):

No se compara la salida del sistema con el valor deseado de la

salida del sistema.

Para cada entrada de referencia le corresponde una condición

de operación fijada.

La exactitud de la salida del sistema depende de la calibración

del controlador.

En presencia de perturbaciones, estos sistemas de control no

cumplen su función adecuadamente.

18

2.2.1.2 Sistema de control a lazo cerrado

Según Dorf, R, y Bishop, R. (2004), a diferencia de un sistema de

control a lazo abierto, el sistema de control a lazo cerrado es un sistema con

retroalimentación, Es más complejo y caro que el control en lazo abierto.

Este sistema mantiene una relación de una variable con otra, presenta mayor

robustez frente a imperfecciones, permite compensar las distorsiones. La

acción de control se calcula en función del error medido entre la variable

controlada y la señal deseada. Las perturbaciones, aunque sean

desconocidas son consideradas indirectamente sobre las variables de salida.

La gran mayoría de los sistemas de control que se desarrollan en la

actualidad son en lazo cerrado, en la figura # 4 se puede observar de manera

grafica como está compuesto un sistema de control a lazo cerrado. Los

sistemas de control a lazo cerrado se pueden clasificar de dos maneras en

manuales donde el controlador es un operador humano y en automático

donde el controlador es un dispositivo (Neumático, hidráulico, eléctrico,

electrónico o digital como un microprocesador).

2.2.1.2.1 Características

Según Dorf, R, y Bishop, R. (2004):

Medir el valor de la variable controlada.

Detectar el error y generar una acción de control.

19

Usar la acción de control para manipular alguna variable en el

proceso de manera que pueda reducir el error.

La respuesta del sistema se hace relativamente insensible a

perturbaciones externas.

Figura # 4 Sistema de control a lazo cerrado (con retroalimentación).

Fuente: Ogata K., (1997).

2.2.2 Sensores

Según, Garrido, P. (2007), son los que perciben algún cambio físico

alrededor de ellos y son los encargados de traducir dichos cambios físicos en

señales que pueden leer un componente electrónico o sistema

electromecánico.

20

Existen una gran gama de sensores, pero para los efectos de la

investigación hablaremos de los más comunes según su uso dichos

sensores se clasifican de la siguiente manera:

2.2.2.1 Sensores de posición.

Según, Garrido, P. (2007). Su función es medir o detectar la posición

de un determinado objeto el espacio, estos sensores se clasifican de la

siguiente manera:

Contacto directo, estos dispositivos, son los más simples, ya

que son interruptores que se activan o desactivan si se encuentran en

contacto con un objeto, por lo que de esta manera se reconoce la presencia

de un objeto en un determinado lugar, como la llamada de pasillo un

ascensor.

Proximidad, que detectan señales para actuar en un

determinado proceso u operación no es necesario el contacto directo para

que el sensor se accione, como la apertura de las puertas automáticas de los

supermercado.

21

2.2.2.2 Sensores de velocidad

Según White G. (2008), estos sensores pueden detectar la velocidad

de un objeto tanto lineal como angular, la aplicación más conocida de este

tipo de sensores en la actualidad es en el área automotriz ya que son

usados para indicar si un pistón del motor que se mueve hacia el punto

muerto superior se encuentra en el tiempo de compresión o en el de escape

como se aprecia en la figura # 5.

Figura # 5. Sensor de velocidad.

Fuente: Sensores Bosch (2010) (en línea).

2.2.2.3 Sensores de aceleración

Según White G. (2008), éste tipo de sensores es muy importante, ya

que la información de la aceleración sufrida por un objeto es de vital

importancia porque si se produce una aceleración en un objeto, se

experimenta una fuerza que desarrolla al poner el objeto en movimiento,

estos sensores son muy usados en los mandos de Nintendo Wii, teléfonos

móviles, carros de pruebas entre otros. En la figura # 6 se aprecia un

acelerómetro que es implementado en los mandos del Nintendo Wii.

22

Figura # 6. Acelerómetro aplicado en el mando del Nintendo Wii

Fuente: Nintendo Wii (2010) (en línea)

2.2.2.4 Sensores de fuerza

Según White G. (2008), los sensores de fuerza determinan, la

magnitud de la fuerza con la que se ha producido un contacto, para detectar

la fuerza con la que se ha contactado con un objeto existen diversas

técnicas, un ejemplo de sensores de fuerzas son las bandas

extensométricas, que traducen la deformación a una señal eléctrica que

determina el valor de la fuerza realizada.

2.2.2.5 Sensores de temperatura

Según, Garrido, P. (2007), los sensores son capaces de detectar

temperaturas en amplios rangos, donde básicamente se encuentran 3 tipos

de sensores, los termocuplas, los termoresistencias y los pirómetros de

radiación.

Los termocuplas, son un par de alambres de distinto material o

composición, unidos en un extremo, donde al aplicar temperatura en la unión

se genera una tensión en mili voltios, tensión que aumenta

proporcionalmente con el aumento de la temperatura.

23

Termoresistencias, cuya salida es analógica y su

funcionamiento está basado en el cambio de resistencia del sensor

dependiendo de la temperatura. Termoresistencias PT100 (-250º... +850º).

Termoresistencias NTC y PTC (Semiconductores que varían su valor

resistivo con la temperatura).

Pirómetros de radiación, sensores de tipo analógico utilizables

generalmente para elevadas temperaturas, que están basados en la

radiación térmica emitida por cuerpos calientes.

2.2.2.6 Sensores de inclinación

Según, Garrido, P. (2007), los sensores de inclinación permiten

detectar un cambio de inclinación u orientación, interrumpiendo el flujo de

corriente eléctrica en un circuito eléctrico, dependiendo de su posición

(horizontal o vertical). Generalmente están hechos por una cavidad cilíndrica,

internamente posee un conductor y de masa libre, con una gota de mercurio

o un bola de balanceo (Rolling ball). En la figura # 7 se puede observar un

sensor de inclinación de mercurio.

Figura # 7. Sensor de inclinación (DFRobot)

Fuente: Robotshop (2011). (en línea).

24

2.2.3 Actuadores

Según Power Jacks (2010), generalmente se conoce como actuadores

a los elemento finales que permiten modificar alguna variable controlada en

un sistema automatizado. La fuerza que provoca el actuador proviene de tres

fuentes posibles: Presión neumática, presión hidráulica, y fuerza motriz

eléctrica. Dependiendo del origen de la fuerza el actuador se denomina

neumático, eléctrico o hidráulico.

Los actuadores neumáticos son mecanismos que convierten la

energía del aire comprimido en trabajo mecánico por medio de un

movimiento lineal o rotacional. En la figura # 8 se muestra un actuador

neumático.

Figura # 8. Actuador neumático, cilindros neumáticos.

Fuente: Power Jacks (2010) (en línea).

Los actuadores electrónicos son muy utilizados en los aparatos

mecatrónicos, como en los robots, estos actuadores sólo requieren de

energía eléctrica como fuente de poder es altamente versátil y no tienen

25

restricciones respecto a la distancia entre la fuente de poder y el actuador.

En la figura # 9 se muestra un actuador eléctrico lineal.

Los actuadores hidráulicos son alimentados con fluido a presión y se

obtiene un movimiento con una determinada velocidad, fuerza. Pueden ser

clasificados de acuerdo con la forma de operación, cilindro hidráulico, motor

hidráulico o motor hidráulico de oscilación.

Figura # 9. Actuador eléctrico lineal.

Fuente: Power Jacks (2010) (en línea)

En la Tabla # 1 observaremos algunas características más detalladas

de los actuadores utilizados en la robótica.

26

Tabla # 1 Características de los distintos tipos de actuadores.

Fuente: Actuadores (2011) (en línea)

2.2.4 Aceleración

Según Giancoli, D. (2004), “Un objeto acelera cuando varia su

velocidad, si un objeto hace cambio de velocidad en menos tiempo que otro,

se dice que la aceleración es mayor. La aceleración media se define como la

tasa de cambio de la velocidad, o el cambio de velocidad dividido entre el

tiempo que le tomo llevarse a cabo”.

27

2.2.5 Acelerómetros

Según la Enciclopedia de la PC (2009), se denominan acelerómetros a

dispositivos capaces de medir aceleraciones y vibraciones, convierten la

aceleración de gravedad o de movimiento en señales eléctricas analógicas

proporcional a la fuerza aplicada al sistema o mecanismo sometido a

vibración o aceleración. Los acelerómetros miden la aceleración en unidades

“g”. Un g se delimita como la fuerza gravitacional de la tierra aplicada sobre

un objeto o persona, en la Tabla # 2 se aprecia la aceleración en términos

humanos, cabe resaltar que estos dispositivos en la actualidad tienen

diferente aplicaciones como en videos juegos, laptops, teléfonos móviles

ente otros.

Tabla #2.Aceleración en términos humanos

DESCRIPCION Nivel en “g”

Gravedad de la tierra 1g

Vehículos de pasajeros 2g

Hundimientos en la carretera 2g

Conductor de vehículo 3g

Conductor de trineo 5g

Pérdida de conocimiento 7g

Trasbordador espacial 10g

Fuente: Texas Instruments (2010) (en línea).

28

2.2.5.1 Tipos de acelerómetros

Según la Enciclopedia de la PC (2009), existen varios tipos de

acelerómetros dependiendo de su funcionamiento o propiedades. La

aceleración es una característica física de un sistema; la medición de la

aceleración se utiliza como insumo en algunos tipos de sistemas de control y

el uso de la aceleración medida para corregir el cambio de las condiciones

dinámica, en la figura # 10 se puede observar la clasificación de los

acelerómetros.

Figura # 10 Clasificación de los acelerómetros


2.2.5.1.1 Acelerómetro de Piezoeléctrico

Según la Enciclopedia de la PC (2009), el funcionamiento de este tipo

de acelerómetros se basa en las propiedades de los cristales piezo-

eléctricos. Estos cristales cuando son sometidos a alguna fuerza producen

una corriente eléctrica, al colocar un cristal de este tipo entre la base, que

está unida al cuerpo donde se quiere medir la aceleración y, a una masa

29

inercial o sísmica como se muestra en la figura #11, cuando ocurra una

aceleración producirá corriente, esto es debido a la fuerza que ejerce la

masa sobre el cristal.

Los acelerómetros piezoeléctricos son ampliamente versátiles y muy

usados, para la supervisión de maquinarias industriales, medida de vibración,

análisis modal, control predictivo en máquinas y reductoras, ensayos en

estructuras, medicina, control de ruido, medición de seísmos, shocks entre

otras. Existe una gran gama de materiales de cristales piezoeléctricos, que

son considerablemente útiles en la construcción de acelerómetros. Los

materiales más comunes son Metaniobato cerámico, Zirconato, Titanato y

cristales naturales de cuarzo.

Los acelerómetros piezoeléctricos tienen como ventaja:

Un rango de medición bastante elevado.

Tiene un bajo ruido de salida.

Excelente linealidad en todo su rango dinámico.

Amplio rango de frecuencias.

Tamaño Compacto.

No lleva partes movibles.

No se requiere alimentación externa.

30

Figura # 11. Acelerómetro piezoeléctrico

Fuente: White, G (2008)

2.2.5.1.2 Acelerómetro de Piezo-resistivo.

Según la Enciclopedia de la PC (2009), el funcionamiento de este tipo

de acelerómetros se basa en las propiedades de substrato de silicio a

diferencia de los cristales piezo-eléctricos, la fuerza que ejerce la masa sobre

el substrato varía según su resistividad, que forma parte de un circuito, y

mediante un puente de Wheatstone mide la intensidad de la corriente. La

ventaja de esta tecnología respecto a la piezo-eléctrico es que pueden medir

aceleraciones hasta cero Hertzio (Hz) de frecuencia.

Los acelerómetros piezo resistivo destacan por su tamaño reducido,

peso mínimo y alta sensibilidad. Se pueden observar en la figura # 12

diferentes tipos de acelerómetros. Estos acelerómetros, tienen como

características un rango entre 0 ± 2g hasta 0 ± 5.000g. Debido a su robustez

y prestaciones son utilizados en sectores tan severos como pruebas de

choque (crash test) o ensayos espaciales, biodinámica, ensayos en vuelo,

31

ensayos en túneles de viento entre otras. Debido a su tecnología no

necesitan de electrónica sofisticada.

Figura # 12 Acelerometro piezo-resistivo

Fuente. Sensing (2010) (en línea)

2.2.5.1.3 Acelerómetro mecánico

Según la Enciclopedia de la PC (2009), el trabajo de este

acelerómetro es emplear una masa inerte y resortes elásticos. Los cambios

se calculan a través de un dispositivo electrónico que aprovecha el efecto

piezo-resistivo para medir deformaciones llamado galgas extensométricas.

En este tipo de acelerómetro, una o más galgas extenso métricas hacen de

puente entre la carcasa del instrumento y la masa inercial como se indica en

la figura # 13. La aceleración produce una deformación de la galga que se

convierte en una variación en la corriente detectada por un puente de

Wheatstone. Los materiales que suelen utilizarse para realizar galgas son

aleaciones de Cobre y níquel, platino y silicio.

32

Figura #13 Acelerómetro mecánico

Fuente: Enciclopedia de la PC (2009) (en línea)

2.2.5.1.4 Acelerómetro capacitivo

Según la Enciclopedia de la PC (2009), este tipo de acelerómetro, el

elemento que conecta la masa con la base es un capacitor, el

funcionamiento es, una de las paredes está fija y pegada a la base y la otra

a la masa, cuando ocurre alguna aceleración la masa hace presión al

condensador provocando una variación en el grosor entre las paredes como

se observa en la figura #14.

Para medir la aceleración se calcula la capacitancia en el

condensador, los acelerómetros capacitivos son considerablemente

resistentes, pueden llegar a medir aceleraciones entre 0 ± 3g hasta 0 ± 100g

y tiene un ancho de banda de 0 a 160 Hz hasta 10 a 1.500 Hz. Las

aplicaciones posible para este acelerómetro son los sistemas de alarma y

seguridad, ensayos en vehículos, mediciones sísmicas, medida de

inclinación, robótica, entre otras.

33

Figura # 14, Acelerómetros capacitivos

Fuente: Enciclopedia de la PC (2009) (en línea)

2.2.6 Baterías

Según BatteryUniversity (2011), también llamados acumuladores, son

dispositivos que almacenan la energía eléctrica. Esto se debe a un

procedimiento electroquímico internamente mediante un proceso de

reducción-oxidación producido en los electrones.

Existen muchas formas de clasificar las baterías, según sus

características de construcción, características funcionamiento,

características de aplicación, entre otras. Pero la clasificación primordial se

basa en las capacidades que tienen para la carga y descarga. Pueden ser

baterías primarias y secundarias.

34

2.2.6.1 Baterías primarias

Según BatteryUniversity (2011), es el tipo de baterías más usado en el

mundo. Estas no tienen la propiedad de ser recargadas una vez que se

hayan descargado. Por lo tanto, cuando una batería primaria ha agotado su

carga, debe ser sustituida. Todas entregan un voltaje inicial de 1.58V a 1.7V.

Son de baja potencia y generalmente su tamaño es pequeño.

Se pueden dividir en tres tipos: pila Leclanché, pila de cloruro de zinc,

y pila alcalina.

2.2.6.2 Baterías secundarias

Según BatteryUniversity (2011), estas baterías pueden ser recargas

mediante una fuente de energía externa una vez se hayan descargado. Es

por ello que reciben el nombre de baterías recargables o acumuladores. Son

diseñadas para almacenar capacidades bajas, unos poco miliamperios/hora,

como capacidades medias y altas, que abarcan un margen de cientos de

amperios/horas.

En un sistema de carga por energía solar estas baterías cumplen un

rol importante, ya que, garantizan el buen funcionamiento del sistema

fotovoltaico, estabilizando el voltaje de entrada a un circuito conectado. Por

ejemplo, cuando existe excesiva radiación solar, esto da lugar a

fluctuaciones de voltajes, las cuales pueden dañar un circuito conectado.

35

Entre las baterías secundarias más comunes se encuentran las

siguientes:

2.2.6.2.1 Batería de plomo-ácido

Las baterías de plomo-ácido se aplican ampliamente en los sistemas

de generación fotovoltaicos. La ventaja de este tipo es que son de bajo costo

y fácil fabricación. Según Cristín, M. (2004) “Ellas poseen unos 2500 ciclos

de vida cuando la profundidad de descarga es de un 20 % (es decir que la

batería estará con un 80 % de su carga) y unos 1200 ciclos cuando la

profundidad de descarga es del 50 % (batería con 50 % de su carga)”.

Escobar, C. (2005), describe la construcción de este tipo de baterías como:

“construidas de planchas de plomo o celdas, donde una de estas, el

electrodo positivo, está cubierto con dióxido de plomo en una forma cristalina

entre otros aditivos. El electrolito está compuesto de ácido sulfúrico, y este

participa en las reacciones con los electrodos donde sulfato de plomo es

formado y lleva corriente en forma de iones”.

2.2.6.2.2 Batería de Níquel–Cadmio (Ni-Cd)

Según Rechargebatteries (2004), estas baterías están basadas en un

sistema formado por hidróxido de níquel, hidróxido de potasio y cadmio

metálico. Este tipo es de excelente fiabilidad, posee una retención de carga

óptima y larga vida con más de 2.000 ciclos aproximadamente. Pueden tener

un costo más alto al de las baterías de plomo-ácido.

36

En la figura. # 15, se observa la estructura interna de una pila de Ni-

Cd. El cátodo es de hidróxido de níquel, y ánodo de hidróxido de cadmio. Los

electrodos positivo y negativo se encuentran aislados por un separador.

Figura. # 15. Estructura de las baterías Ni-Cd.

Fuente: Rechargebatteries (2004) (en línea)

2.2.6.2.3 Baterías Litio-Ion

Según Apple (2012) las baterías de iones de litio proporcionan más

densidad energética que las baterías de níquel, lo que da lugar a una mayor

autonomía de batería en un diseño más ligero, ya que el litio es el metal más

liviano que existe. Además, las baterías de iones de litio permiten hacer

recargas cuando sea más cómodo, sin tener que esperar a que acabe el

ciclo completo de carga o descarga que exigen las baterías de níquel para

funcionar a pleno rendimiento (con el tiempo se forman cristales en las

37

baterías de níquel, lo que impide la carga completa de las mismas y obliga a

tener que hacer una descarga total).

Según estudios conducidos por Battery University (2011), toda batería

de Litio-Ion resiste mejor el paso del tiempo con un 40% de su carga, en la

figura #16 se muestra una batería Litio-Ion.

Figura. # 16. Baterías Litio-Ion

Fuente Battery University (2011) (en línea)

2.2.6.3 Sistema de carga de baterías

Cristín, M. (2004), el método de carga de una batería debe adaptarse

a la aplicación y su importancia, el objetivo del sistema de carga debe ser

rápido y eficiente, ya que puede producir daños en la batería. Los parámetros

de la carga vienen dados por la corriente de carga, voltaje de carga y tiempo

de carga.

Los métodos de carga pueden clasificarse en función de las variantes

en tiempo del voltaje y la corriente. Generalmente los más utilizados son:

38

Carga a voltaje constante.

Carga a corriente constante.

Carga a corriente y voltaje constante.

Carga con voltaje creciente.

2.2.6.4 Control de carga de baterías en sistemas fotovoltaicos

Según Cristín, M. (2004), en su estudio sobre carga de baterías,

explica:

“Para garantizar que las BPA se encuentren trabajando en la región

segura, se utilizan circuitos electrónicos denominados controladores de

carga. Su función principal es la de desconectar la fuente de energía cuando

las baterías han alcanzado su nivel máximo de carga, y desconectar los

elementos alimentados cuando la batería ha alcanzado un nivel de carga

demasiado bajo.

Un factor crítico para realizar un adecuado control de carga de las

baterías, es determinar el estado de carga de las mismas. Es decir, para

tener un control de carga eficiente, es necesario contar con un medio que

permita determinar con precisión la capacidad remanente de la batería para

entregar carga, esto es, si se conoce el estado actual de la batería se puede

39

saber que cantidad de energía requiere para alcanzar su nivel máximo o que

carga máxima puede soportar antes de descargarse por completo”.

2.2.7 Energía Solar

La energía solar es sumamente importante para la vida de los seres

vivos y los procesos naturales que ocurren en la tierra, donde es absorbida

por los océanos, la tierra, la atmósfera. A medida que los rayos solares

atraviesan la atmósfera terrestre sufren cambios de dirección debido a los

fenómenos de absorción, reflexión y refracción, según Pérez Garrido, O.

(2009), aproximadamente un 30% de la energía solar es reflejada al espacio

mientras que un 70% es absorbida por la tierra.

El sol es una fuente de energía inagotable, renovable, limpia y

sustentable en el tiempo, debido a las reacciones que ocurren en su núcleo.

Gran parte de la energía es transmitida a la tierra a través de ondas

electromagnéticas presente en los rayos solares, las cuales se pueden

percibir en forma de luz y calor. La radiación solar se puede aprovechar por

medio del calor producido a través de la radiación, un ejemplo de tecnologías

capaces de captar la energía son los paneles fotovoltaicos.

La radiación que recibe la tierra se puede clasificar en directa y difusa.

Se habla de radiación directa cuando gran parte de ella llega a la superficie

terrestre sin sufrir los fenómenos de refracción o reflexión. En cambio la

radiación difusa es cuando sufre alteraciones en su recorrido una vez

40

atravesada la atmósfera, puede chocar con nubes, partículas de polvo

atmosférico, montañas, entre otros.

2.2.7.1 Clasificación por tecnologías y uso de la energía solar

Según Pérez Garrido, O. (2009), se clasifican de la siguiente manera:

Energía solar pasiva: aprovecha el calor del sol sin necesidad

de mecanismos o sistemas mecánicos.

Energía solar térmica: aprovecha la energía calórica del sol

para calentar algún tipo de fluido a baja temperatura, normalmente agua,

para uso sanitario y calefacción.

Energía solar fotovoltaica: aprovecha la energía lumínica del sol

para producir electricidad (corriente continua) por medio de placas de

semiconductores que se alteran con la radiación solar.

Energía solar termoeléctrica: es utilizada para la producción de

electricidad con un ciclo termodinámico convencional a partir de un fluido

calentado a alta temperatura.

Energía solar híbrida: Combina la energía solar con otra

energía. Según la energía con la que se combine puede ser renovable o fósil.

41

2.2.8 Paneles Fotovoltaicos

Según Pérez Garrido, O. (2009), los paneles fotovoltaicos están

constituidos por un conjunto de celdas fotovoltaicas las cuales son capaces

de absorber la radiación solar para producir electricidad. Pueden estar

conectadas entre si, ya sea en serie para obtener un voltaje continuo

deseado, o en paralelo para aumentar la corriente a un valor deseado. Las

celdas generalmente están elaboradas de silicio. El proceso de

transformación de energía solar ocurre gracias al efecto fotovoltaico

(directamente) o mediante previa conversión de energía solar a energía

química (indirectamente).

2.2.8.1 Tipos de Paneles solares en función de los materiales

Existen diferentes tipos de paneles solares debido a las variantes de

sus materiales semiconductores y los métodos de fabricación. Según Pérez

Garrido, O. (2009), los más comunes están elaborados de silicio, ellos

pueden estar construidos por placas mono-cristalinas, poli-cristalinas o

laminas delgadas comúnmente llamadas amorfas.

2.2.8.1.1 Silicio mono-cristalino

El silicio debe ser de una pureza muy elevada y tener una estructura

cristalina casi perfecta. Aproximadamente son de 1/3 a 1/2 de milímetro

espesor. Como se puede ver en la figura # 17. Este tipo permite generar

42

energía eléctrica de manera segura y acorde a la protección del medio

ambiente. Según Textoscientificos (2005), “En laboratorio se han alcanzado

rendimientos máximos del 24,7% para éste tipo de paneles siendo en los

comercializados del 16%”.

Figura # 17. Panel Fotovoltaico de silicio mono-cristalino.

Fuente: Los Paneles Fotovoltaicos (2009) (en línea).

2.2.8.1.2 Silicio poli-cristalino

El proceso de cristalización del silicio es diferente. Su elaboración

lleva un proceso especial, donde el silicio se funde y se vierte en moldes, una

vez secado es cortado en láminas delgadas. Se observa en la figura # 18.

Cabe destacar su bajo precio por pasar por este proceso, pero no son tan

eficientes como los mono-cristalinos, ya que, se observan imperfecciones en

la superficie de la lamina. . Según Osvaldo, D. (2009), “La eficiencia de

conversión alcanza valores alrededor del 19,8% en laboratorio y de 14% en

paneles comerciales”.

43

Figura # 18. Panel Fotovoltaico de silicio poli-cristalino.

Fuente: Los Paneles Fotovoltaicos (2009) (en línea).

2.2.8.1.3 Silicio Amorfo

Es una tecnología de láminas delgadas. Mayormente utilizadas en

pequeños dispositivos electrónicos, como calculadoras, relojes, entre otros, y

en pequeños paneles portátiles. Gracias a esta tecnología es posible

construir paneles flexibles. Como se puede observar en la figura # 19. Según

Textoscientíficos (2005), describe el silicio amorfo como:

“Creado depositando silicio sobre un substrato de vidrio de un

gas reactivo tal como silano (SiH4). Otras tecnologías de lámina delgada

incluyen lámina delgada de silicio multi-cristalino, las celdas de seleniuro de

cobre e indio/sulfuro de cadmio, las celdas de teluro de cadmio/sulfuro del

cadmio y las celdas del arseniuro de galio”.

44

Figura # 19. Estructura de silicio amorfo.

Fuente: Energía Solar Fotovoltaica (2011) (en línea).

2.2.8.2 Funcionamiento de paneles fotovoltaicos.

Según Pérez Garrido, O. (2009), El funcionamiento de paneles

fotovoltaicos se basa principalmente en el efecto fotovoltaico o también

llamado efecto fotoeléctrico. En el cual los fotones provenientes de la

radiación solar inciden sobre la superficie de la celda, donde ocurre un

desprendimiento de electrones del material semiconductor (Silicio). A su vez

atraviesan este material semiconductor produciendo una diferencia de

potencial en la unión de las capas positivas y negativas (capa N con respecto

a capa P), así que con un circuito externo, sea una carga eléctrica entre sus

terminales, de manera que genera una corriente continua. Se puede

observar su funcionamiento en la figura. # 20.

45

El nivel de energía generado por un sistema fotovoltaico varía

respecto a lo siguiente:

El tipo y el área del material semiconductor.

La intensidad de la radiación solar.

La longitud de onda de la radiación solar.

Figura. #20. Esquema de funcionamiento de un Panel Fotovoltaico.

Fuente: Pérez, O. (2009). (En línea).

2.2.9 Microcontroladores

Según Limones, C. (2011), un microcontrolador es un dispositivo

electrónico capaz de llevar a cabo procesos lógicos, programable,

46

conformado por todos los componentes de un sistema microprocesador en

un solo chip como se muestra la figura # 21, se utilizan para realizar

determinadas tareas o controlar un sistema, Estos procesos o acciones son

programados en lenguaje ensamblador por el usuario, y son introducidos a

través de un programador.

Los microcontroladores en general, según Montenegro, J. y Romeo,

M. (2002), están integrados por los siguientes componentes:

Procesador o UCP (Unidad Central de Proceso).

Memória RAM para salvar datos.

Memoria para salvar el programa, tipo ROM, PROM, EPROM,

EEPROM y FLASH.

Líneas de de Entrada/Salida para comunicarse con periféricos.

Reloj, sincroniza todas las operaciones del sistema.

Módulos para el control de periféricos (Contadores,

temporizadores, Puerto Serial, Puerto Paralelo)

Convertidores A/D y/o D/A

47

Figura # 21. Microcontroladores

Fuente: Limones, C. (2011).

2.2.9.1 Características de un Microcontrolador

Según Montenegro, J. y Romeo, M. (2002):

a) Recursos de entrada y salida, como el manejo individual de

líneas de entrada y de salida, el manejo de interrupciones, señales

analógicas entre otras.

b) Espacio optimizado, que dicho microcontrolador sea lo más

pequeño posible y de costo razonable, realizando de manera optima todas

la diferentes funciones.

c) Microcontrolador eficiente para una aplicación, se pretende que

diseñador disponga del microcontrolador hecho a medida para la aplicación.

d) Seguridad en el funcionamiento del microcontrolador,

garantizar que el programa ejecutado por el microcontrolador sea el que

corresponde, si el microcontrolador se pierde, esto pueda ser rápidamente

advertido y se tome alguna acción para corregir la situación.

48

e) Bajo consumo, que dicho microcontrolador consuma poca

energía, una bajo consumo de energía conlleva a una mayor duración de la

batería.

f) Protección de los programas frente a copias, los

microcontroladores disponen de recursos para proteger, mayormente de

forma opcional, se puede configurar el dispositivo para que una vez

programado no se pueda leer.

2.2.9.2 Familia de microcontroladores

Existen gran cantidad de familias de microcontroladores, las cuales

presentan algunas variantes: diferentes entradas/salidas, frecuencia de

trabajo, subsistemas integrados, costos, entre otros.

A continuación se presenta una lista de los microcontroladores más

comunes y usados durante estos últimos años:

2.2.9.2.1 Intel 8051

Según Montenegro, J. y Romeo, M. (2002), el 8051 miembro original

de la familia de los microcontroladores MCS(R) 51, y es el corazón de todos

los dispositivos basados en MCS 51. Como características principales

destacan:

49

8-BIT CPU Optimizada para el control de aplicaciones.

64K de memoria programable.

64K de memoria para datos.

4K Bytes de memoria de programa en el Chip.

28 Bytes para datos internos.

32 direcciones individuales y bidireccionales.

contadores de 16-BIT

Oscilador interno.

Fue diseñado al principio del año 1980 por Intel, la cual ha ganado

gran popularidad desde su introducción. Su diseño estándar incluye varios

periférico estándar chip, incluyendo temporizadores y contadores, donde

pone en práctica la implementación de un solo chip posible. La mayoría de

las instrucciones del 8051 es ejecutada dentro de 12 ciclos de reloj. Se

puede agregar que no existe compatibilidad con su antecesor (MCS®-48) a

nivel software o hardware.

50

2.2.9.2.2 Motorola

Según Montenegro, J. y Romeo, M. (2002), Motorola posee una

familia de microcontroladores 6805 de bajo costo, muy popular y con el que

también se han desarrollado infinidad de aplicaciones y herramientas, quizás

con más variedad de integrantes en su familia que los Intel. Esta familia

cuenta con versiones ROM, EPROM, EPROM y FLASH.

Para los usuarios de Motorola las características más importantes, son

que no existen registros dedicados (por ejemplo en Intel para hacer una

operación de entrada/salida se debe emplear seguro el acumulador), por lo

que el manejo de instrucciones es mucho más sencillo, ya que no existen

excepciones (como por ejemplo la inexistente instrucción MOV AL, byte ptr

[DX]) a las reglas generales de direccionamiento o movimiento de datos.

La familia 68HCXX se divide dependiendo del número de bits.

8-BIT (68HC05, 68HC08 y 68HC11).

16-BIT (68HC12 y 68HC16).

32-BIT (68300 y M-CORE).

Uno de los más recientes y más utilizados de 8-BIT es el 68HC11.

Compatible con sus antecesores, además incorpora conversores A/D

multiplexados, versiones OTP (ONE Time Programmable), amplia memoria

51

para data y programa, circuito Watchdog, mayor cantidad de temporizadores

y más funcionales.

2.2.9.2.3 Microchip PIC

Según Montenegro, J. y Romeo, M. (2002), los PIC (Peripheral

Interface Controller) son fabricados por Microchip, son los microcontroladores

más populares, la principal característica de esta familia es que el

microprocesador de estos es tipo RISC (Reduced Instruction Set Computer),

por lo que contienen más de treinta instrucciones simples y rápidas. Esto los

hacen mucho más rápidos y fáciles, con un código más compacto, que los de

tipo CISC (Complex Instruction Set Computer) pertenecientes a otros

fabricantes.

El PIC es ideal para el control integrado, reducido tamaño y

especialmente su bajo costo. Casi todas las estructuras se ejecutan en el

mismo número de ciclos de reloj, lo que hace el control de sincronización

mucho más fácil. Un PIC de 18-pin, dedica 13 de sus pines para

Entrada/Salida.

Según Montenegro, J. y Romeo, M. (2002), destacan:

“Para las aplicaciones más habituales (casi un 90%) la elección

de una versión adecuada de PIC es la mejor solución; sin embargo, dado su

carácter general, otras familias de microcontroladores son más eficaces en

52

aplicaciones específicas, especialmente si en ellas predomina una

característica concreta, que puede estar muy desarrollada en otra familia”.

2.2.9.3 Conversor Análogo Digital (A/D)

Según Montenegro, J. y Romeo, M. (2002), la conversión A/D es

esencial en el uso de los microcontroladores ya que ellos solo pueden

procesar información digital. Las señales Análogas usualmente de sensores,

tienen que ser convertidas a números binarios para que el microcontrolador

pueda procesarlo.

Los convertidores A/D son dispositivos electrónicos que establecen

una relación entre el valor de la señal en su entrada y la palabra digital

obtenida en su salida. La relación se establece en la mayoría de los casos,

con la ayuda de una tensión de referencia.

2.2.10 Diodos emisores de luz

Según Gómez R. (2002), integrante de la pagina wiki-robots, “Los

diodos emisores de luz visible son utilizados en grandes cantidades como

indicadores piloto, dispositivos de presentación numérica y dispositivos de

presentación de barras, tanto para aplicaciones domésticas como para

equipos industriales, esto es debido a sus grandes ventajas que son: peso y

espacio insignificantes, precio moderado, y en cierta medida una pequeña

53

inercia, que permite visualizar no solamente dos estados lógicos sino

también fenómenos cuyas características varían progresivamente.”

2.2.10.1 LED (Light Emitting Diode LED)

Según Philips (2011), los LEDs permiten que la corriente fluya solo en

una dirección, teniendo como ventajas a diferencia de otras fuentes de luz

las siguientes:

Elevado nivel de brillo e intensidad.

Elevada eficiencia.

Bajo voltaje y reducidos requisitos de potencia.

Alta fidelidad.

Larga duración de la fuente.

Fácil control y programación.

Los LEDs han alcanzado niveles de rendimiento que han superado

con creces todas las previsiones, en la actualidad, los sistemas de

iluminación mediante LED resultan viables para una amplia gama de

aplicaciones entre las que se incluye la iluminación de fachada con altura

hasta de 150 metros o más.

54

En la Tabla # 3 observamos las características de los LEDs según sus

distintos colores.

Tabla # 3 Características de los LEDs según colores

Fuente: Ledtronics (2009) (en línea)

55

Según DBUP Electrónica (2008), existen numerosos encapsulados

disponibles para los LEDs y su cantidad se incrementa de año en año a

medida que las aplicaciones de los LEDs se hacen más especificas. En la

figura # 22 representa el encapsulado más común de un LED.

Figura # 22. Partes constitutivas de un LED

Fuente: DBUP Electrónica (2008) (en línea)

2.2.11 Reguladores de Voltaje

Según Huircán, J (2010), Los reguladores permiten mantener el voltaje

de salida fijo, independiente de las variaciones de carga u ondulación de la

entrada (ripple). Las características se especifican a través del porcentaje de

regulación. Los reguladores pueden ser tipo serie o paralelo, con o sin

realimentación, pueden ser implementados usando componentes discretos e

integrados. Los elementos más importantes del regulador serán la referencia,

basada en un Zener, usada para fijar la salida y el transistor regulador que

permitirá proveer la corriente.

56

2.2.11.1 Característica de un regulador de voltaje

Mantener la tensión de salida constante independiente de las

fluctuaciones de la entrada y la temperatura.

Mantener la tensión constante de salida, a las exigencias de corriente

de carga.

El voltaje de salida no debe contener componentes alternos (ripple =

0).

La fuente debe poseer un sistema para limitar la corriente de salida

(protección).

2.2.11.2 Tipos de reguladores de voltaje

2.2.11.2.1 Regulador en Paralelo

Según Huircán J (2010), el regulador tipo paralelo es cuando el voltaje

de la carga excede el voltaje de ruptura del diodo, la corriente a través de

éste se incrementa, posteriormente el voltaje en el Zener y en la carga se

mantiene constante e igual al voltaje nominal del diodo Zener, así VL = Vz,

La desventaja del regulador básico es que al quedar sin carga, el Zener debe

absorber toda la corriente, por lo tanto, si la corriente máxima requerida por

la carga es mayor que la que soporta el Zener, éste se destruye.

57

2.2.11.2.2 Regulador en Serie

Según Huircán J (2010), El regulador en serie soluciona el problema

del regulador paralelo incorporando un transistor (de potencia). La corriente

que absorbe el diodo Zener no es la requiere la carga IL, sino la no desea de

la base del transistor. La corriente de carga es la corriente que circula de

colector a emisor, esto implica que el valor máximo que podría circular por la

base del transistor es la corriente ILmax. Luego en el caso en que la carga

no requiera toda la corriente, por el Zener sólo podría circular como máximo

una fracción de la corriente de la base.

2.2.12 Policía de circulación

Según INTTT (2010), el policía de circulación o fiscal de transito está

encargado de vigilar el tránsito automotor a nivel nacional y local. Sus

funciones principales está el control del tránsito de vehículos en ciudades y

carreteras, prevenir accidentes viales, levantar choques, multar o citar a

infractores de las normas de tránsito y prestar apoyo a los conductores

cuando sea necesario.

2.2.13 Señales de transito

Según INTTT (2010), se designa con el término de Señal a aquel

símbolo, gesto, u otro tipo de signo cuya función es la de avisar o informar

sobre alguna cuestión. Por lo tanto, la señal lo que hace es sustituir a la

58

palabra escrita o al lenguaje, según corresponda. Las señales realizadas a

través de gestos, las mismas son realizadas por las personas a través de sus

manos, brazos, piernas.

Las señales se diferencian según su tipo:

Verticales: de reglamentación, prevención y las de información.

Horizontales: longitudinales, transversales y marcas especiales

Luminosas: semáforos (para vehículos, de giro vehicular con flecha,

peatonal y especiales.

Transitorias: reglamentaria, de prevención, de información y otras

señales temporarias.

Manuales: las que realizan los agentes de tránsitos y el conductor,

sonoras: bocinas, sirenas y silbatos.

2.2.13.1 Descripción de Señales de Transito

Según INTTT (2010) las señales reglamentarias tienen por objeto

indicar al usuario de la vía las limitaciones, prohibiciones o restricciones

sobre su uso. Algunas de las señales se muestran en la figura # 23.

59

Figura # 23. Señales de tránsito viales

Fuente INTTT (2010) (en línea)

Según INTTT (2010), La función de las señales preventivas, es

advertir a los usuarios de la vía existente de una condición peligrosa y

la naturaleza de esta, los colores distintivos son: fondo amarillo,

símbolo y orla negra En la figura # 24 se pueden observar algunas

señales.

Figura # 24. Señales preventivas


60

Según INTTT (2010) las señales manuales, son las que los agentes

de tránsito indican a los usuarios de la vía pública (mediante gestos) los

movimientos a seguir de acuerdo a la situación del tránsito. Las indicaciones

del agente de tránsito tienen preferencia sobre todas las demás. En la figura

#25 se pueden observar las señales manuales.

Figura #25 Señales Manuales


61

2.3 Términos Básicos

A

Acelerómetro: Según Carletti E. (2011), un acelerómetro es un

dispositivo que permite medir el movimiento y las vibraciones a las que está

sometido un robot (o una parte de él), en su modo de medición dinámica, y

la inclinación (con respecto a la gravedad), en su modo estático.

Actuador: Según Electrónica 2000, dispositivo que convierte una

magnitud eléctrica (tensión o corriente) en una salida mecánica.

Amplificador: según Electrónica 2000 (2010), circuito que

proporciona a su salida una réplica amplificada de la señal aplicada a su

entrada, conservando toda la información fundamental de ésta.

B

Bytes: Según La revista estadounidense Bytes, Unidad de información

formada por ocho bits. Según cómo estén combinados los bits (ceros o

unos), formarán un byte y, por lo tanto, un carácter cualquiera.

Binario: Según Electrónica 2000 (2010), es un sistema numérico

basado en dos dígitos, el "0" y "1", que sólo emplea dos caracteres o

niveles eléctricos de voltaje. El lenguaje interno y las operaciones de un

computador se basan en el sistema binario.

62

C

Capacitancia .Según Electrónica 2000 (2010), Propiedad física que

permite el almacenamiento de cargas eléctricas entre dos conductores

aislados sometidos a una diferencia de potencial.

CMOS (MOS complementario): Según Electrónica 2000 (2010), ha

llegado a ser una de las tecnologías más populares de semiconductor,

debido fundamentalmente a su bajo consumo y elevada inmunidad al ruido.

Los transistores CMOS están fabricados por unión bajo un mismo sustrato

de MOS de enriquecimiento de canal P y canal N.

Corriente alterna: Según Electrónica 2000 (2010), Corriente eléctrica

cuya intensidad toma valores positivos y negativos en el tiempo que se

considere.

Corriente continúa. Según Electrónica 2000 (2010), corriente

eléctrica de intensidad constante.

Convertidor D/A: Según Electrónica 2000 (2010), Convertidor digital-

analógico. Un circuito que convierte una palabra digital en una salida

analógica de tensión o corriente.

E

Electrónica: Según Electrónica 2000 (2010), es la rama de la física

que estudia y emplea sistemas cuyo funcionamiento se basa en la

conducción y el control del flujo de los electrones u otras partículas

cargadas eléctricamente.

63

EPROM: Según SEI (2008), Memoria ROM programable

eléctricamente.- Es una memoria de solo lectura (ROM) en la que la

información se graba mediante impulsos eléctricos y el borrado mediante la

exposición a un haz de rayos ultravioletas.

H

Hardware: Según Electrónica 2000 (2010), todo lo que es material

dentro de informática y de las telecomunicaciones. Con este nombre se

designa al ordenador, los equipos, o a parte de éstos. En general, puede

aplicarse a cualquier elemento físico -hard: duro- que forme parte de un

sistema tele informático.- Término que indica el equipo físico (circuitos,

mecanismos) utilizado en un sistema electrónico.

L

LED: Según TPR (2010), es un diodo compuesto por la superposición

de varias capas de material semiconductor que emite luz en una o más

longitudes de onda (colores) cuando es polarizado correctamente. Al

aplicarle una pequeña corriente eléctrica (15 – 20 mA) produce luz.

M

Mecánica: Según Electrónica 2000 (2010), es la rama de la física que

describe el movimiento de los cuerpos, y su evolución en el tiempo, bajo

una acción de fuerza.

Microcontrolador: Según Limones, C. (2011), un microcontrolador es

un circuito integrado que contiene todos los componentes de un

computador. Se emplea para controlar el funcionamiento de una tarea

64

determinada y, debido a su reducido tamaño, suele ir incorporado en el

propio dispositivo al que gobierna.

P

Perro guardián: Según Valdés, F. y Pallas, R. (2007), el Perro

guardián o “Watchdog”, consiste en un temporizador que, cuando se

desborda y pasa por 0, provoca un reajuste (reset) automáticamente en el

sistema.

R

RAM: Según SEI (2008), Siglas en ingles de Random Access

Memory, es un tipo de memoria a la que se puede acceder de forma

aleatoria. RAM es el tipo más común de memoria en las computadoras y en

otros dispositivos, tales como las impresoras.

ROM: Según SEI (2008), también conocida como firmware, es un

circuito integrado programado con unos datos específicos cuando es

fabricado. Los chips de características ROM no solo se usan en

ordenadores, sino en muchos otros componentes electrónicos

también

S

Sensor: Según UVA (2009) un sensor es un dispositivo eléctrico y/o

mecánico que convierte magnitudes físicas (luz, magnetismo, presión, etc.)

en valores medibles de dicha magnitud.

65

Semáforo: Según RAE (2001), aparato eléctrico de señales luminosas

para regular la circulación.

Software: Según Electrónica 2000 (2010), es el conjunto de

programas y procedimientos necesarios para hacer posible la realización de

una tarea específica en una computadora.

T

Tránsito: Según RAE (2001), actividad de personas y vehículos que

pasan por una calle, una carretera, etc.

V

Voltaje: Según Electrónica 2000 (2010), es la presión que ejerce una

fuente de suministro de energía eléctrica o fuerza electromotriz (FEM) sobre

las cargas eléctricas o electrones en un circuito eléctrico cerrado para que

se establezca el flujo de una corriente eléctrica.

66

2.4 Cuadro de Variables.

Para llevar a cabo el proyecto es necesario definir previamente las

variables y algunos parámetros de ellas. Esto se puede realizar en forma de

cuadro, como el que se muestra a continuación. Las variables se obtienen de

los objetivos específicos, es decir; por cada objetivo planteado habrá una

variable con parámetros específicos, que pueden ser definidos por los

autores o bien sea que están definidos previamente por la naturaleza de la

variable.

67

Objetivos Variable Dimensión Indicador Sub-

indicador Fuente Técnica

Identificar las señales

gestuales y movimientos

realizados por un policía de

circulación para controlar el

tráfico.

Movimiento del

brazo Posición

Avanzar

Documental

y Campo

Revisión

Bibliografía y

vía Web.

Observación

Detener

Identificar los diferentes

sensores electrónicos de

captación de movimiento

para ser utilizados en el

guante inteligente.

Acelerómetro (X,

Y, Z)

Aceleración de la

mano y ante-brazo m/s

2

Documental

Revisión

Bibliografía y

vía Web.

De inclinación Orientación del brazo

Arriba

Abajo

Derecha

Izquierda

Tamaño Medida Centímetros (cm)

Seleccionar los diferentes

microcontroladores para

gobernar las funciones del

guante inteligente.

PIC Fabricante Microchip

Documental

Revisión

Bibliografía y

vía Web.

Datasheet

Capacidad de

procesamiento y

funciones

Alimentación Voltaje (V)

Almacenamiento Kb

68

Conversor A/D

Estudiar sobre los sistemas

de captación y

almacenamiento de

energía solar para la

recarga de baterías del

prototipo de guante

inteligente.

Panel

Fotovoltaico

Área Centímetros (cm)

Documental

Datasheet.

Investigación

en páginas

Web.

Potencia generada Vatios (W)

Corriente Mili Ampere (mA)

Voltaje Voltios (V)

Material

semiconductor Silicio Mono-cristalino

Diseñar el hardware y

software para controlar las

funciones del prototipo de

Guante inteligente.

Programación Lenguaje C

Lenguaje C

instrucciones

Campo Observación

Ubicación de

componentes

Guante

Palmar/Dorsal

Ante-brazo

Chaleco

Parte Posterior

Tipos de

componentes

Resistivos

Ohm

Capacitivos

Faradios

Reguladores

Voltios

69

LED Luminosidad

Construir un prototipo del

guante inteligente que

emita señales lumínicas

para el control de tráfico,

basado en los movimientos

del policía de circulación

Elaboración de

indumentaria

Guante

Tela neopreno

Campo Observación

Chaleco

Textil reflectivo

Fabricación de

circuito impreso Operatividad Lumínica

Determinar las funciones

del prototipo del guante

inteligente realizando

pruebas en ambiente

controlado no viales.

Pruebas del

prototipo del

guante

inteligente

Funcionalidad

Consumo

Campo Observación Encendido/Apagado

LEDs

Recarga de batería Autonomía


70

CAPÍTULO III: MARCO METODOLÓGICO

Según Ballestrini M. (2006): “El marco metodológico está referido al

momento que alude al proceso de investigación, con el objeto de ponerlos de

manifiesto y sistematizarlos; a propósito de permitir descubrir y analizar los

supuestos del estudio y de reconstruir los datos, a partir de los conceptos teóricos

convencionalmente operacionalizados”. Es decir que el marco metodológico es una

parte de la investigación donde se exponen la modalidad de como realizar el

estudio, pautas y método para realizarlo.

3.1 Diseño de la investigación

Según Stracuzzi Palella y Martins Feliberto (2006), el diseño de

investigación se refiere a la estrategia que adopta el investigador para

responder al problema, dificultad o inconveniente planteado en el estudio.

Para fines didácticos, se clasifican en diseño experimental, diseño no

experimental y diseño bibliográfico.

Según Stracuzzi Palella y Martins Feliberto (2006), un diseño no

experimental:

“Es el que se realiza sin manipular en forma deliberada ninguna

variable. El investigador no sustituye intencionalmente las variables

independientes. Se observan los hechos tal y como se presentan en su

contexto real y en un tiempo determinado o no, para luego analizarlos.

71

Por lo tanto, en este diseño no se construye una situación específica

sino que se observan las que existen. Las variables independientes ya

han ocurrido y no pueden ser manipuladas, lo que impide influir sobre

ellas para modificarlas.”

3.2 Modalidades de la investigación

Según Stracuzzi Palella y Martins Feliberto (2006), se entiende como

el modelo de la investigación que se adopte para ejecutarla. Entre las

modalidades más conocidas están las siguientes: proyecto factible y

proyectos especiales.

Según Stracuzzi Palella y Martins Feliberto (2006), las modalidades de

proyectos especiales son:

“Destinados a la creación de productos que puedan solucionar

deficiencias evidenciadas, se caracterizan por su valor innovador y

aporte significativo en cualquier área del conocimiento.

En tal sentido, la UPEL (2002) los define como trabajos que

llevan a creaciones tangibles, susceptibles de ser utilizadas como

soluciones a problemas demostrados o que responden a necesidades e

interés de tipo cultural.

Al desarrollar esta modalidad, el investigador debe demostrar la

necesidad o la importancia del aporte, según el caso, además de la

72

fundamentación teórica, la descripción de la metodología utilizada y el

resultado concreto del trabajo. Todo, en forma acabada.

El propósito principal de esta modalidad de investigación es el de

planificar un producto aplicable en cualquier área en la cual resulte

pertinente. Como recurso pedagógico puede ser presentado como

folleto explicativo, guía de estudio, sucesión de diapositivas o

transparencias con su guión, videos, módulos instruccionales, entre

otros.

Se incluye en esta categoría la elaboración de libros de texto y de

materiales de apoyo, el desarrollo de software y de productos

tecnológicos en general, así como los de creación literaria y artística.”

La presente investigación se basa en la modalidad de proyectos

especiales antes mencionada. Esta modalidad apoya a la investigación,

debido que se desarrolla un prototipo innovador, capaz de de ser utilizado

como solución a un problema demostrado.

3.3 Población y Muestra

3.3.1 Población

Según Arias Fidias (2006), define población como:

73

“La población es un conjunto finito o infinitos de elementos con

características comunes para los cuales serán extensivas las

conclusiones de la investigación. Esta queda delimitada por el problema

y por los objetivos del estudio.”

Según Arias Fidias (2006), define población accesible o población

muestreada como:

“La porción finita de la población objetiva a la que realmente se tiene

acceso y de la cual se extrae una muestra representativa. El tamaño de

la población accesible depende del tiempo y los recursos del

investigador.”

En el caso del presente proyecto de investigación, la población es de

tipo accesible. Para facilitar la recolección de datos, se tomará como

población 150 funcionarios de policía de circulación, pertenecientes al

Municipio Baruta del Área Metropolitana. Debido que hacen uso de un

guante como indumentaria de su uniforme para controlar el tráfico vehicular.

3.3.2 Muestra

Según Arias Fidias (2006), define muestra como:

“Es un subconjunto representativo y finito que se extrae de la

población accesible. En este sentido, una muestra representativa es

aquella que su tamaño y características similares a las del conjunto,

74

permite hacer inferencias o generalizar los resultados al resto de la

población con un margen de error conocido.

Para seleccionar la muestra se utiliza una técnica o

procedimiento denominado muestreo. Existen dos tipos básicos de

muestreo:

Probabilístico o aleatorios: es un proceso en el que se conoce la

probabilidad que tiene cada elemento de integrar la muestra.

No probabilístico: es un procedimiento de selección en el que se

desconoce la probabilidad que tienen los elementos de la población

para integrar la muestra.”

En la presente investigación la muestra es de tipo no probabilístico,

donde se utilizó la clasificación de muestreo intencional u opinático, ya que

los elementos de la población son escogidos con base en criterios.

Según Arias Fidias (2006), en el caso de la muestra no probabilística,

se clasifican en:

a) Muestreo casual o accidental: es un procedimiento que permite

elegir arbitrariamente los elementos sin un juicio o criterio

preestablecido

b) Muestreo intencional u opinático: en este caso los elementos son

escogidos con base en criterios o juicios preestablecidos por el

investigador.

c) Muestreo por cuotas: se basa en la elección de los elementos en

función de ciertas características de la población, de modo tal que se

75

conformen grupos o cuotas correspondientes con cada característica,

procurando respetar las proporciones en que se encuentran la

población.

Para determinar este tipo de muestra se utilizará la Fórmula # 1:

Fórmula # 1. Calcular el tamaño de la muestra

Fuente: Arias F. (2006).

Donde:

n = Tamaño de la muestra.

N = Tamaño de la población.

Z = Variable de Confiabilidad dado por la curva de distribución normal

de Gauss (típicas 95%, Z = 2; 99%, Z = 3).

I = Error muestral (típico 5 % =0,05)

p = Proporción de elementos que presentan la característica. (típico

50%).

q = Proporción de elementos que no presentan la característica. (típico

50%).

76

En el caso de este proyecto para calcular la muestra se aplican los

siguientes datos:

N = 150

Z= 95% = 1,96

I = 5 % =0,05

p = 50% = 0.5

q = 50% = 0.5

n = ?

La muestra calculada para esta investigación según la población

establecida es de 108 personas.

3.4 Técnicas e Instrumentos de Recolección de Datos

Según Arias Fidias (2006), define técnicas de recolección de datos:

“Se entenderá por técnica, el procedimiento o forma particular

de obtener datos o información.

Las técnicas son particulares y específicas de una disciplina,

por lo que sirven de complemento al método científico, el cual posee

una aplicabilidad general.

77

Ahora bien, la aplicación de una técnica conduce a la obtención

de información, la cual debe ser guardada en un medio material de

manera que los datos puedan ser recuperados, procesados, analizados

e interpretados posteriormente.”

3.4.1 La observación

Según Sabino Carlos (1992), el registro y formalización de la

observación se puede llevar a cabo de diferentes maneras, como por

ejemplo cuadernos de campo, diarios, entre otros.

Según Arias Fidias (2006), define la observación como:

“La observación es una técnica que consiste en visualizar o

captar mediante la vista, en forma sistemática, cualquier hecho,

fenómeno o situación que se produzca en la naturaleza o en la

sociedad, en función de unos objetivos de investigación

preestablecidos.”

Según Arias Fidias (2006), se refiere a un instrumento de recolección

de datos como:

“Cualquier recurso, dispositivo o formato (en papel o digital), que

se utiliza para obtener, registrar o almacenar información. Son ejemplos

de instrumentos: un cuestionario, una libreta, computadoras portátiles,

dispositivos tales como cámara fotográfica y de video.”

78

Para llevar a cabo la técnica, el instrumento a utilizar es el

cuestionario, se muestra en el anexo A. Según Arias Fidias (2006):

“El cuestionario es la modalidad de encuesta que se realiza de

forma escrita mediante un instrumento o formato en papel contentivo de

una serie de preguntas. Se le denomina cuestionario autoadministrado

porque deber ser llenada por el encuestado, sin intervención del

encuestador.”

Este instrumento se utiliza para saber que policías de circulación del

Municipio Baruta están interesados en el Guante Inteligente propuesto y en

caso de tener interés en dicho proyecto, lo utilizarían.

3.5 Técnica de Procesamiento y Análisis de Datos

3.5.1 Técnica de procesamiento de datos

Según Sabino Carlos (1992), afirma:

“Finalizada las tareas de recolección el investigador quedara en

posición de un cierto número de datos, a partir de los cuales será

posible sacar las conclusiones generales que apunten a esclarecer el

problema formulado en el inicio de la investigación. Desde esa masa de

datos, por sí sola, no nos dirá nada, no nos permitirá obtener ninguna

síntesis de valor si, previamente, no ejercemos sobre ella una serie de

actividades tendientes a organizarla, a poner orden en todo si conjunto,

79

estas acciones son las que integran el procesamiento de datos.”

Los datos obtenidos por el cuestionario son organizados por el método

de graficación, que según Sabino Carlos (1992), define graficación como:

“La graficación consiste en expresar visualmente los valores

numéricos que aparecen en los cuadros. Su objeto es permitir una

comprensión global, rápida y directa, de la información que aparece en

cifras.

Para llevar adelante esta tarea existe una infinidad de formas

posibles que incluyen, entre las más conocidas, los gráficos de barras,

los histogramas, los gráficos de “pastel”, las escalas graficas, etc.”

3.5.2 Análisis de datos

Según Sabino Carlos (1992), Para desarrollar la tarea analítica, hay

que tomar cada uno de los datos o conjunto homogéneos de datos

obtenidos, interrogando acerca de su significado, explorándolos y

examinándolos mediante todos los métodos conocidos como: datos

cuantitativos y datos cualitativos.

Según Sabino Carlos (1992), describe los datos cuantitativos como:

“Este tipo de operación se efectúa, naturalmente, con toda la

información numérica resultante de la investigación. Esta, luego del

proceso sufrido, se nos presentara como un conjunto de cuadros, tablas

80

y medidas, a las cuales habrá que pasar en limpio, calculando su

porcentaje y otorgándoles formas definitivas.”

El análisis del instrumento de recolección de datos se presenta

cuantitativamente en tablas que indican el porcentaje de la información

numérica.

Según Sabino Carlos (1992), se refiere a los datos cualitativos como:

“Se refiere a que procedemos a hacer con la información de tipo

verbal que, de un modo general, aparece en las fichas. El análisis se

efectúa cotejando los datos que se refieren a un mismo aspecto y

tratando de evaluar la fiabilidad de cada información”

Cada una de las preguntas que conforman al instrumento de

recolección de datos utilizado en la presente investigación, son analizadas

cualitativamente.

3.6. Procesamiento y análisis de la información

3.6.1 Análisis de cuestionario

Pregunta 1: ¿Considera usted que la congestión vehicular en el

Municipio aumentado con el transcurso de los años?

81

Tabla # 4. Aumento de la Congestión Vehicular en el Municipio

ALTERNATIVA CANTIDAD PORCENTAJE

SI 108 100%

NO 0 0%

TOTAL 108 100%

Fuente: Los autores

Grafica A. Aumento de la Congestión Vehicular en el Municipio

Fuente: Los autores

Análisis: Como se puede apreciar en la gráfica A, ciento ocho (108)

de los policías de circulación encuestados que representan un 100%

consideran que la congestión vehicular en el Municipio aumentado con el

transcurso de los años.

SI

NO

82

Pregunta 2: ¿Se ha hecho necesaria la presencia permanente de un

policía de circulación en las intercepciones más concurridas para agilizar el

tráfico vehicular?

Tabla #5. Permanencia necesaria de un policía en las intercepciones


SI 98 91%

NO 10 9%

TOTAL 108 100%

Fuente: Los autores

Gráfica B. Permanencia necesaria de un policía en las intercepciones

Fuente: Los autores

Análisis: Como se puede apreciar en la gráfica B, noventa y ocho

(98) de los policías de circulación encuestados que representan un 91%

consideran que se ha hecho necesaria la presencia permanente de un policía

de circulación en las intercepciones más concurridas para agilizar el tráfico

SI NO

83

vehicular, por su parte diez (10) de los policías de circulación encuestados

que representan un 9% consideran lo contrario , que no se ha hecho

necesaria la presencia permanente de un policía de circulación en las

intercepciones más concurridas para agilizar el tráfico vehicular.

Pregunta 3: ¿Piensa usted que se genera mala interpretación u

omisión de las señales de tránsito porque la presencia del policía de

circulación no es detectada por los conductores?

Tabla #6. Mala interpretación u omisión de las señales de tránsito


SI 90 83%

NO 18 17%

TOTAL 108 100%

Fuente: Los autores

Gráfica C. Mala interpretación u omisión de las señales de tránsito

Fuente: los autores.

SI

NO

84

Análisis: Como se puede observar en la gráfica C, noventa (90) de

los policías de circulación encuestados que representan un 83% consideran

que se generan mala interpretación u omisión de las señales de tránsito

porque la presencia del funcionario no es detectada por los conductores, por

su parte dieciocho (18) de los policías de circulación encuestados que

representan un 17% piensa que no se genere una mala interpretación u

omisión de las señales de tránsito a pesar que la presencia del funcionario

no es detectada por los conductores.

Pregunta 4: ¿Le gustaría utilizar alguna indumentaria que le ayudaría

con sus labores de control de tráfico en horas donde el mismo es más

denso?

Tabla # 7 Utilización de alguna indumentaria que le ayude con sus

labores de control de tráfico.


SI 100 93%

NO 8 7%

TOTAL 108 100%

Fuente: Los autores

Gráfica D. Utilización de alguna indumentaria que le ayude con sus

labores de control de tráfico.

85

Fuente los Autores

Análisis: Como se observa en la gráfica D, cien (100) de los policías

de circulación encuestados que representan un 93% responden que le

gustaría utilizar alguna indumentaria que le ayude con sus labores de control

de tráfico en horas donde es más denso, por su parte ocho (8) de los policías

de circulación encuestados que representan un 7% opinan que no le gustaría

utilizar alguna indumentaria que le ayude con sus labores de control de

tráfico.

Pregunta 5: ¿Considera que la indumentaria fuese un guante

inteligente que emita automáticamente señales lumínicas indicando la orden

de avanzar o detenerse, para así facilitar la visión de los conductores

ubicados en la fila de vehículos?

SI NO

86

Tabla # 8. Indumentaria con guante inteligente que emita señales

lumínicas.


SI 97 90%

NO 11 10%

TOTAL 108 100%

Fuente: Los autores

Gráfica E. Indumentaria con guante inteligente que emita señales

lumínicas.

Fuente: los autores.

Análisis: Como se puede apreciar en la gráfica E, noventa y siete

(97) de los policías de circulación encuestados que representan un 90%

afirman que utilizarían el guante inteligente que emita automáticamente

señales lumínicas para indicar la orden de avanzar o detenerse, para así

contribuir con la visión de los conductores ubicados en la fila de vehículos,

SI NO

87

por su parte once (11) de los policías de circulación encuestados que

representan un 10% opinan que no utilizarían el guante inteligente que emita

automáticamente señales lumínicas para indicar la orden de avanzar o

detenerse.

88

CAPÍTULO IV: SISTEMA PROPUESTO

En el presente capítulo se presentarán por etapas las actividades que

se llevaron a cabo para la construcción de un prototipo de Guante

Inteligente para apoyar a un policía de circulación en la dirección de

tráfico mediante emisión controlada de señales lumínicas y equipado

con sistema alternativo de recarga de batería basado en energía solar.

Son analizados y expuestos los objetivos anteriormente planteados

que permitieron el progreso de la investigación, basados en la selección,

diseño, construcción y pruebas para determinar el funcionamiento apropiado

del prototipo.

La investigación documental fue primordial ya que permitió analizar e

identificar las señales y movimientos físicos que realiza un policía de

circulación en las intercepciones para controlar la dirección de tráfico de

vehículos. En la investigación de campo se pudo apreciar que el policía de

circulación usa un guante y chaleco como parte de su indumentaria

reglamentaria, estos agregados contienen un material reflectivo para una

mayor distinción en horas nocturnas o días con mayor nubosidad.

Se establecieron dos (2) patrones de movimientos básicos con la

mano y el brazo derecho del policía de circulación, donde se precisan las

señales de avanzar y detener. Para indicar la señal de avanzar el policía de

circulación realiza el movimiento específico del brazo derecho, que por medio

de un acelerómetro ADLX335 de tres (3) ejes ubicado en el Guante

89

Inteligente, es captado y convertido en señales eléctricas. Estas señales son

procesadas en un microcontrolador PIC16F676, encargado de controlar las

funciones del prototipo. Las salidas del PIC fueron llevadas a manejadores

(drivers) para producir la activación de señales lumínicas por LEDs de color

verde en la región dorsal de la mano. De igual manera, para indicar la señal

de detenerse, al realizar el movimiento especifico, produce una

desaceleración captada por el acelerómetro, provocando la activación de

señales lumínicas por LEDs de color rojo en la región palmar de la mano. En

la figura # 26 se observan detalladamente los movimientos físicos del policía

de circulación.

Además, el prototipo está equipado con un sistema alternativo de

recarga de batería basado en energía solar conformado por paneles

fotovoltaicos, ubicados en la parte posterior de un chaleco del policía de

circulación, debido que es el área mas conveniente para su instalación y la

mejor captación de la radiación solar.

Figura. # 26. Movimientos físicos del policía de circulación.

Fuente: INTTT (2010) (en línea)

90

4.1 Diagrama en bloque del funcionamiento del prototipo.

En la figura # 27, se presenta el diagrama en bloque del

funcionamiento general del prototipo de Guante Inteligente.

Figura # 27. Diagrama en bloque del funcionamiento general del

prototipo.

Fuente: Los Autores

DIAGRAMA DE BLOQUES DEL

PROTOTIPO DE GUANTE

INTELIGENTE

Módulo de

Recarga de Batería

LiPo

Paneles

Fotovoltaicos

Fuente

USB

Batería

LiPo

Acelerómetro

X, Y, Z

Sensor de

InclinaciónMicrocontrolador

Driver

LEDs

Verdes

Movimiento

de la mano y

ante-brazo

Posición

de l brazo

Radiación

Solar

1. Etapa de alimentación

3. Etapa de captación de movimientos

4. Etapa de control

5. Etapa de salida

Voltaje AC

2.4V

Driver

LEDs Rojos

Reguladores

3.3V 2.4V3.3V

5V

2. Etapa de regulación

91

El funcionamiento esta constituido por cinco (5) etapas:

1. Etapa de alimentación.

2. Etapa de regulación

3. Etapa de captación de movimientos.

4. Etapa de control

5. Etapa de salida

4.2 Descripción del diagrama de bloques

4.2.1 Etapa de alimentación

El almacenamiento de la energía eléctrica y fuente de poder se lleva a

cabo por medio de una batería recargable de Polímero de Litio (LiPo) de

3.3V y 2000mAh, disponible en el mercado nacional. Su selección se debe a

las características de corriente y voltaje necesario para la alimentación de los

distintos componentes, protección contra corto circuitos que nos permite

obtener una mayor autonomía debido al bajo consumo de corriente del

prototipo en condiciones normales, es decir, según la fórmula # 2, con el

consumo del prototipo de 130mAh, la batería dura 15 horas con 38 minutos

cargada. Además por su reducido tamaño (5 x 6 x 0.4 cm.) y peso (36gr.), es

ideal para ser fijada en la indumentaria. Se puede observar en la figura # 28.

92

Fórmula # 2. Autonomía de batería LiPo

Fuente: Los autores

Figura # 28. Batería LiPo

Fuente: los autores

La batería LiPo se puede recargar con un sistema alternativo basado

en energía solar utilizando paneles fotovoltaicos ó a través una fuente

externa por puerto USB (5V), al momento de no encontrarse expuestos los

paneles fotovoltaicos a la radiación solar.

El proceso está controlado por un módulo de recarga especialmente

para baterías de tipo LiPo (LiPo Rider V1.0), se muestra en la figura # 29, el

mismo regula la corriente eléctrica proveniente de los paneles fotovoltaicos o

93

de una fuente externa USB para ser entregada a la batería, se usó este

módulo debido que se necesitaba definir un sistema práctico comercial, ya

que, no hay disponibilidad en el mercado nacional de los componentes que

conforman el módulo para la elaboración propia. Las especificaciones

técnicas se presentan en el anexo B.

Figura # 29. Módulo LiPo Rider V1.0

Fuente: Seeedstudio (2011) (en línea)

El módulo LiPo Rider V1.0 proporciona 5V, independientemente del

voltaje de la batería LiPo a recargar. En la Figura # 30, se observa el

diagrama de bloques para la recarga de batería por paneles fotovoltaicos.

94

Figura # 30. Recarga de batería por paneles fotovoltaicos.


Los paneles fotovoltaicos se conectan al módulo LiPo Rider V1.0 por

medio de un conector JST. El módulo LiPo Rider V1.0, según los datos

técnicos del fabricante, debe ser utilizado por paneles fotovoltaicos que

proporcionen voltaje en un rango de 4.8V a 6.5V y corriente en un rango de

400mA a 600mA.

Se utilizaron paneles fotovoltaicos modelos spf-PRT-07845, que

suministran voltaje de salida de 5V y corriente de 100mAh. Su material es de

silicio mono-cristalino, es por ello que es delgado y ligero. Dichos paneles

fueron fijados en la parte posterior del chaleco, como se aprecia en la figura

# 31.

Módulo de

Recarga de Batería

LiPo

Paneles

Fotovoltaicos

Fuente

USB

Batería

LiPo

Radiación

Solar

Cargador IC

Voltaje AC

5V

95

Figura # 31. Posición de los paneles fotovoltaicos en el prototipo


Se conectaron seis (6) paneles fotovoltaicos en paralelo, ya que al ser

conectados de esta forma el voltaje suministrado será fijo de 5V y la corriente

de 600mA, según el resultado obtenido por la formula # 3. De esta manera

se obtienen los valores acordes a los rangos establecidos por el módulo LiPo

Rider V1.0.

Fórmula # 3. Corriente paneles fotovoltaicos en paralelo

Fuente: Los autores

El módulo LiPo Rider V1.0 posee un swich ON/OFF que permite

controlar la fuente para la carga de la batería LiPo, se utiliza en ON para el

96

caso de recarga por paneles fotovoltaicos y OFF para la recarga por fuente

externa USB. En la Figura # 32 se observa el diagrama de bloques para la

recarga de batería por fuente externa USB.

Figura # 32. Recarga de batería por fuente USB.


4.2.2 Etapa de regulación

El voltaje entregado por el módulo LiPo Rider V1.0 de 5V, fue llevado

a la etapa de regulación, esta etapa esta dividida en dos (2), un voltaje de

3.3V y 2.4V. Los componentes que conforman el prototipo operan en

voltajes diferentes. En la figura # 33 se observa un diagrama de bloques

destacando la etapa de regulación.

Módulo de

Recarga de Batería

LiPo

Paneles

Fotovoltaicos

Fuente

USB

Batería

LiPo

Cargador IC

Voltaje AC

Radiación

Solar

5V

97

Para el sistema de regulación se estudiaron diferentes reguladores de

tensión, tanto ajustables como fijos. Se seleccionaron diodos Zener, ya que

polarizados inversamente regulan un voltaje predeterminado en su salida. El

tamaño físico del diodo Zener es mínimo comparado con otros reguladores

existentes en el mercado nacional, se puede apreciar en la figura # 34, esta

característica que lo hace ideal para la fabricación del circuito impreso.

Figura # 33. Etapa de regulación

Fuente: Los autores

Reguladores

3.3V

5V

Módulo de

Recarga de Batería

LiPo

2.4V

98

Figura # 34 Diodo zener

Fuente: los autores

El regulador de voltaje con diodo Zener debe estar compuesto por una

resistencia (Rs) conectada entre el voltaje de entrada no regulado (Vin) y el

cátodo del diodo, como se muestra en la figura # 35.

Figura # 35. Regulador de voltaje con diodo zener.

Fuente: los autores

99

Se utilizó un diodo Zener de 3.3V para la etapa de captación de

movimientos, etapa de control y para manejar los LEDs Verdes, debido a que

el rango de voltaje de operación de estos componentes se encuentra en

dicha tensión, al igual que un diodo Zener de 2.4V para manejar los LEDs

rojos. Se seleccionaron ambos diodos de una potencia de 1W para la

protección del circuito, así mismo la diferencia de costo de un diodo Zener de

menor potencia con éste es relativamente poca.

El valor de la resistencia (Rs) para regular 3.3V es de 11.88Ω, y para

regular 2.4V es de 18.12Ω según la fórmula # 4, la cual se encuentra

determinada por la corriente máxima que consumirá el prototipo, la cual es

de 130mA.

Formula # 4. Regulador diodo Zener

[ ]

Fuente: Alldatasheet (2010). (En línea).

Donde:

Vinmin: voltaje de entrada no regulado.

Vz: voltaje de diodo zener.

ILmax: corriente máxima de consumo del prototipo.

100

4.2.3 Etapa de captación de movimientos:

La captación de los movimientos realizados por un policía de

circulación se obtiene por medio de un acelerómetro y un sensor de

inclinación ubicado en el prototipo de Guante Inteligente. El acelerómetro

ADXL335 es capaz de medir la aceleración que genera el brazo del policía y

convertirla en una señal eléctrica proporcional al movimiento ejecutado. Así

mismo el sensor de inclinación RPI-1031 se ocupa de ejercer un control

maestro sobre las salidas del prototipo dependiendo de la posición del brazo

del policía el guante se prenderá o se apagara según sea el caso. Se puede

apreciar la etapa de captación de movimientos en la figura # 36. Únicamente

el apagado de las salidas se efectúa al momento que el brazo se encuentra

de manera vertical hacia abajo (en reposo). Ambas mediciones tomadas por

los sensores fueron posteriormente procesadas en un microcontrolador.

Figura # 36. Etapa de captación de movimientos.

Fuente: Los autores

Acelerómetro

Sensor de

InclinaciónPosición

del brazo

Entrada analógica

del microcontrolador

Movimiento

de la mano y

ante-brazo

101

Como sensor electrónico para percibir los movimientos efectuados por

el policía de circulación, se seleccionó un acelerómetro modelo ADXL335, se

puede observar en la figura # 37, tiene un rango de medición de -3G a +3G,

permite medir aceleraciones en tres (3) ejes (X, Y y Z), es tipo capacitivo,

práctico para aplicaciones de robótica debido que es ligero y de reducido

tamaño. En el anexo C, se muestran las especificaciones técnicas del

sensor.

Figura # 37. Acelerómetro modelo ADXL335.

Fuente: Sparkfun Electronics (2010). (En línea)

El acelerómetro se colocó en el ante-brazo del guante inteligente,

siendo el lugar más conveniente para captar la señal de avanzar y detener.

En la figura # 38 se presenta la posición del acelerómetro.

Se analizaron las diferentes señales del acelerómetro ejecutando los

movimientos reglamentarios. Las señales se captaron utilizando un

osciloscopio que permitió observar el comportamiento de salida de cada eje.

Se muestran en la figura # 39 los resultados.

102

Figura # 38. Posición de acelerómetro en el prototipo

Fuente: los autores

103

Figura # 39. Comportamiento de señales X, Y, Z (avanzar).


Al observar el comportamiento del eje Z, resulta ser el eje más

excitado al realizar la señal de avanzar. Los ejes X y Y, no presentan

variaciones considerables. En cambio, la señal detenerse, por ser un

movimiento que concluye en un estado estacionario, origina que las tres

señales se encuentren en reposo.

Se seleccionó un sensor de inclinación modelo RPI-1031, ya que es

capaz de captar cambios de posición del guante en cuatro (4) direcciones

diferentes: arriba, abajo, derecha e izquierda. Este sensor permite a través

de la tecnología de foto interrupción, conformada por la integración de un

LED IR y dos fototransistores, identificar las 4 direcciones de rotación antes

mencionadas, esto implica que dependiendo de la posición del sensor se

obtiene 2 salidas digitales (S1 y S2) que en el caso del brazo ubicado en

reposo (hacia abajo), las salidas del sensor colocado en el guantes, son 1 y 1

Eje Z

Eje X Eje Y

Eje X

104

Su reducido tamaño es ideal para la instalación en el prototipo, como se

observa en la figura # 40.

Figura # 40. Sensor de inclinación RPI-1031

Fuente: Sparkfun Electronics (2010). En línea.

Se deben seguir las instrucciones para el funcionamiento adecuado

del prototipo, se detalla en el anexo D, el manual de usuario.

4.2.4 Etapa de control:

Se usó un microcontrolador para monitorear constantemente las

señales provenientes del acelerómetro y sensor de inclinación ubicados en el

prototipo de Guante Inteligente cuando el policía de circulación ejecute los

movimientos para control vial. Dependiendo de las señales captadas por el

acelerómetro, el microcontrolador acciona los manejadores correspondientes

para encender o apagar los LEDs. De igual manera el microcontrolador se

encarga de controlar el apagado del prototipo automáticamente, basándose

105

en la señal resultante del sensor de inclinación. En la figura # 41. Se observa

el diagrama de bloques de la etapa de control.

Figura # 41. Etapa de control.


El microcontrolador seleccionado es el PIC16F676 de la familia

Microchip, disponible en el mercado nacional y de bajo costo. En el anexo E,

se muestran las especificaciones técnicas del microcontrolador. El

PIC16F676 posee gran capacidad de memoria y datos, opera en un rango

de voltaje de 2V a 5.5V. Puede ser programado en distintos compiladores

como Basic, Lenguaje C y lenguaje Ensamblador (assembler). Este PIC tiene

la capacidad de convertir una señal analógica a digital con una resolución de

10bits, útil para la captación de la señal del acelerómetro ADXL335. La

cantidad de entradas y salidas configurables cumplen con la condición

necesaria para realizar las tareas del prototipo.

Microcontrolador

3.3V

Acelerómetro

Sensor de

inclinación

Driver LEDs verdes

Driver LEDs rojos

106

El PIC se programó utilizando Lenguaje C, debido que es un lenguaje

de alto nivel, ahorra tiempo en el desarrollo de la programación, depuración y

simulación. Se utilizó MPLAB como software para compilar la programación

en C y poder ser cargada al PIC. En el anexo F, se presenta la programación

del PIC.

4.2.5 Etapa de salida

La etapa de salida comprende lo referente a la iluminación del guante

inteligente y el acople con la etapa de control, conformada por manejadores

necesarios para el encendido y apagado de los LED. Como se presenta en el

diagrama de boques en la figura # 42.

Figura # 42. Etapa de salida


Driver

LED

Verdes

Driver

LED

Rojos

Desde el

microcontrolador

107

Los manejadores están constituidos por transistores BJT modelo

2N3904, conectados con voltajes diferentes debido a las especificaciones

técnicas de los LEDs rojos y los LEDs verdes, detalladas en el anexo G.

Se utilizaron transistores BJT 2N3904, para manejar la corriente

entregada por el microcontrolador, ya que no es suficiente para el consumo

de los LED, estos transistores tienen la capacidad de operar en un rango de

corriente máxima de 200mA, necesaria para lograr la óptima luminosidad de

los LEDs. En el anexo H, se muestran las especificaciones técnicas del

transistor.

La selección de los LEDs rojos y verdes se basó en diferentes criterios

que cumplieran con las funciones deseadas en la construcción del prototipo.

Principalmente la luminosidad de los LEDs es un factor importante para el

desempeño del prototipo, ya que deben ser lo más brillante posible para

hacer visible y llamativa frente a los conductores. Igualmente el tamaño es de

vital importancia en el ensamblaje de la matriz de LEDs en el guante

inteligente para la adecuada movilidad de la mano del policía de circulación.

Los LEDs tipo “Piraña” de alto brillo cumplen con los criterios de

selección y son disponibles en el mercado nacional. Son dispositivos que

poseen gran versatilidad en cuanto a disipación de calor, lo que se traduce

en un mejor rendimiento. Su pequeño encapsulado es transparente y plano,

ideal para el montaje en el guante inteligente. Se observa en la figura # 43, el

LED tipo piraña con sus respectivas medidas.

108

Apoyándose en las normativas de transito, se escogieron LEDs tipo

“piraña” de color rojo para indicar la instrucción de detener, que operan en

un rango de 1,8V a 2.4V, fueron ubicados en la región palmar de la mano. De

igual manera se escogieron LEDs tipo “piraña” de color verde para indicar la

instrucción de avanzar, que operan en un rango de 3V a 3,6V, ubicados en

la región dorsal de la mano.

Se colocaron dos (2) arreglos de quince (15) LEDs conectados en

serie para cada color, organizadas en forma de triangulo para obtener

simulación de una señal de transito en el guante inteligente, como se

muestra en la figura # 44. Además se añadió cinta reflectiva por debajo de

cada arreglo para mayor reflexión de la luz entregada por los LEDs.

Figura # 43. LED Piraña

Fuente: Sparkfun Electronics (2010) (en línea)

109

Figura # 44. Arreglo de LEDs


4.3 Circuito eléctrico del prototipo de Guante Inteligente.

4.3.1 Diagrama circuital general del prototipo

Se presenta en la figura # 45 el circuito eléctrico con las conexiones

realizadas en la construcción del prototipo de guante inteligente, el cual esta

conformado por las etapas de regulación, captación de movimientos y

control.

110

Figura # 45. Diagrama circuital del prototipo.


En la figura # 45, se puede apreciar como componente principal el

microcontrolador PIC16F676, se colocó un cristal de 4MHz, que genera la

señal de reloj necesaria para que pueda ejecutar las instrucciones del

programa.

111

Según las señales que genera el acelerómetro ADXL335 en los ejes

X, Y y Z, producidas por los movimientos de la mano y ante-brazo del policía

de circulación, el PIC16F676 realiza la conversión A/D para ejecutar las

instrucciones del programa y obtener en dos (2) pines de salida el voltaje de

activación de los LEDs rojos y LEDs verdes, conectadas a la base de dos (2)

transistores BJT 2N3904 respectivamente. Los transistores operan en los

estados de corte y saturación, permitiendo el paso de corriente y voltaje

regulado por cada diodo Zener a la carga. Los diodos Zener entregan el

voltaje correspondiente a cada arreglo de LEDs, alcanzando a encender los

LEDs rojos con un voltaje de 2.4V y LED verdes con un voltaje de 3.3V.

Finalmente, el microcontrolador tiene conectado un pulsador a tierra en el pin

master clear (borrado) para realizar su reset (reinicio).

4.3.2 Diagrama circuital de arreglo de LEDs

En la figura # 46 y figura # 47 se muestran los diagramas circuital

de los dos (2) arreglos de quince (15) LEDs para ambos colores.

112

Figura # 46. Diagrama del circuito de arreglos de LEDs rojos.


Figura # 47. Diagrama del circuito de arreglos de LEDs verdes.


Los LEDs en cada arreglo se conectaron en paralelo, de manera

que el ánodo de cada LED es llevado al voltaje regulado correspondiente

para cada color y el cátodo a tierra, por medio de resistencias de 22Ω

113

conectadas en serie, con la finalidad de obtener la mayor luminosidad posible

y protección de los LEDs.

4.4 Pruebas y resultados obtenidos

Tras el ensamblaje del prototipo de guante inteligente se procedió a

realizar una serie de pruebas, las pruebas consistieron en verificar el

funcionamiento de todo el proyecto. Se muestra el prototipo de guante

inteligente conectado al chaleco en la figura # 48.

Figura # 48. Prototipo de guante inteligente y chaleco.


114

Se procedió a observar en un osciloscopio las señales resultantes de

cada sensor, simulando los movimientos que realiza un policía de circulación

al controlar el tráfico vehicular. Esto ayudó a entender el comportamiento de

los sensores para luego procesar las señales en el microcontrolador y

activar los LEDs correspondientes.

Los reguladores de voltaje con diodos Zener se conectaron con las

resistencias, cuyos valores se obtuvieron usando la fórmula antes mostrada,

Después de realizar las conexiones en conjunto de los seis (6)

paneles fotovoltaicos y la instalación en el chaleco, se determinó su

funcionamiento realizando las pruebas en un ambiente no techado en

condiciones atmosféricas ideales (día soleado), de manera que la radiación

solar incidiera sobre los paneles. Se midió con un multímetro el voltaje y la

corriente suministrada por los paneles, en la tabla # 9 se muestran los

valores obtenidos.

Tabla # 9. Prueba de paneles solares en ambiente soleado

Condición atmosférica

Voltaje (V) Corriente (mA)

Día soleado 4.89 530


115

El resultado de esta prueba fue satisfactorio, los valores de voltaje y

corriente obtenidos fueron los esperados, ya que se encuentran en el rango

requerido por el módulo de carga LiPo para recargar la batería

apropiadamente.

Se determinó el consumo del prototipo en mili amperes (mA),

haciendo uso de un multímetro, en la tabla # 10 se muestran los valores

obtenidos en cada etapa.

Tabla # 10. Consumo del prototipo de guante inteligente.

Etapas del prototipo Voltaje (V) Corriente (mA)

Etapa de regulación

2,4 13

3,3 15

Etapa de captación de movimiento y control

3,3 43

Etapa de salida

2,4 28

3,3 30


Se realizaron pruebas en un ambiente controlado no vial,

concretamente en los espacios abiertos de las instalaciones de la

Universidad Simón Bolívar, donde se observó en condiciones atmosféricas

ideales (día soleado), a una distancia de 25m, con línea de vista, las señales

emitidas por el guante inteligente. Dando como resultado buena

116

interpretación de las señales avanzar y detener. Igualmente el sensor de

inclinación funcionó correctamente para apagar el prototipo al encontrase de

manera vertical hacia abajo (en reposo).

4.5 Recursos Administrativos

Para realizar el prototipo del Guante Inteligente, se utilizaron

diferentes tipos de recursos, los cuales se presentan a continuación:

4.5.1 Recursos humanos

En este tipo de recursos se encuentran referidos posibles gastos por

tutorías, tanto técnicas como metodológicas, que llevan a cabo el desarrollo

de la investigación. En la tabla #11 se muestra detalladamente las horas

invertidas individualmente.

117

Tabla #11. Recursos humanos

Recurso Descripción Horas Costo

(BsF.)

Marín Mauricio W. Tutor 100 0*

Alvarez C. Daniel Tesista 700 0*

De Vita R. Giovanni Tesista 700 0*

Sánchez, María Elena Asesoría

Metodológica 8 0*

Rivas, Iraiza Asesoría

Metodológica 6 0*

Cardozo, Gisela Asesoría

Metodológica 4 0*

Total 0*


*Los tesista no recibieron remuneración monetaria, al igual que el tutor por la asesoría

brindada, debido a que fue un aporte al desarrollo de la investigación.

4.5.2 Recursos Administrativos

Este recurso corresponde a los gastos de materiales de índole

administrativa, como lo son materiales de oficina y equipos de computación.

Se clasifican en la tabla # 12.

118

Tabla # 12. Recursos administrativos

Recurso Descripción Cant. Costo

(BsF.)

Impresión Tesis 2 500,00

Encuadernación Tesis 2 60,00

Software de

programación MPLAB 1 0*

Software de

programación ISIS 1 0*

Total 560,00


*Software “open source”, de libre distribución.

4.5.3 Recursos técnicos

Los recursos técnicos corresponden a los gastos en materiales y

herramientas utilizados para la construcción del prototipo del Guante

Inteligente. Se presentan en la tabla # 13.

119

Tabla # 13. Recursos técnicos

Recurso Descripción Cant.

Precio

unitario

(BsF.)

Costo

(BsF.)

Microcontrolador PIC16F676 1 23,00 23,00

Panel Solar spf-PRT-07845 6 200,00 1.200,00

Batería LiPo 3.7V – 2000mA 1 110,00 110,00

Módulo de carga LiPo Rider V1.0 1 400,00 400,00

Acelerómetro ADXL335 1 260,00 260,00

Sensor de

inclinación RPI-1031 1 80,00 80,00

Transistores 2N3904 2 5,00 10,00

LED Piranha Rojo 15 4,00 60,00

LED Piranha Verde 15 4,00 60,00

Componentes

electrónicos

Resistencias,

condensadores, diodos,

cristal.

1* 100,00 100,00

Baquelita PCB tamaño carta 1 30,00 30,00

Conectores JST 4 10,00 40,00

Cable USB 2 40,00 80,00

Tela Neopreno 1 200,00 200,00

Tela Textil reflectivo 1 75,00 75,00

Cinta Reflectiva 2 50,00 100,00

Cinta Termo-encogible 1 20,00 20,00

TOTAL 2.848,00


*Componentes electrónicos varios.

120

CAPITULO V: CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES

5.1 Conclusiones

La finalidad que poseen los Trabajo de Grado de esta índole, es

desarrollar cada objetivo propuesto, basándose en investigaciones anteriores

que ayuden a desglosar cada uno de ellos, igualmente se deben realizar

pruebas que contribuirán significativamente a complementar el proyecto a

realizar. Para desarrollar un guante inteligente que apoye a un policía de

circulación mediante emisión controlada de señales lumínicas y equipado

con un sistema alternativo de recarga de batería basado en energía solar. Se

logró identificar las señales y movimientos que realiza el policía para

controlar el tráfico en su jornada laboral. Es de suma importancia conocer

esta información, fue la base para comenzar a definir posibles parámetros

que tendría el prototipo. En el caso del guante inteligente se realizó un

profundo estudio para identificar los sensores de captación de movimiento

según sus prestaciones. Se debió tomar en cuenta que cada sensor de

captación de movimiento dispone de características particulares, es por ello

que se debió definir en primera instancia qué función se desea que cumpla el

proyecto a realizar.

Existen gran variedad de microcontroladores en el mercado, que

pueden ser clasificados por un sinfín de particularidades. Para el prototipo se

tomaron en cuenta características como velocidad de respuesta, capacidad

de almacenamiento, conversor analógico-digital, cantidad de entradas y

121

salidas necesarias que cumplieran a cabalidad con las exigencias del

prototipo.

Con base en investigaciones preliminares de tipo documental, se

determinó que la manera más eficiente de captar y almacenar energía solar

para recargar baterías, es mediante a paneles fotovoltaicos. Esto ayuda a

contribuir con el medio ambiente ya que la energía que se está empleando

para cargar la batería que pone en funcionamiento el guante es energía

renovable. Los paneles fotovoltaicos tienen la particularidad de ser utilizados

razones de conservación del ambiente. Debido a las pruebas realizadas, se

determinó que la ubicación de los paneles fotovoltaicos fuese en la parte

posterior del chaleco, siendo el área más adecuada para captar la radiación

solar incidente. Cabe destacar que el chaleco básico forma parte de la

indumentaria del policía de circulación actualmente.

Para el diseño de hardware y software se tomaron en cuenta varios

factores, como, el tamaño del diseño del circuito electrónico ya que iba a ser

colocado en una parte estratégica del guante, que no interfiriera con la

movilidad de la mano del policía y tampoco con su funcionamiento. Los LEDs

juegan un gran papel en el diseño del prototipo, en el mercado nacional no

se encontraron componentes más pequeños que cumplieran con las mismas

exigencias. Se realizó un arreglo en forma triangular combinados con un

material reflectivo, de esta manera se obtiene más visibilidad a las

indicaciones. Tomando en cuenta que el diseño del guante es el que usa

actualmente la policía de Baruta actualmente.

122

Todas estas observaciones fueron necesarias para alcanzar construir

el prototipo del guante inteligente, realizando las pruebas en ambientes

controlados no viales. Se observó el encendido y apagado de los LEDs

ejecutando los movimientos ya definidos, además de la desactivación total

del prototipo por medio del posicionamiento en reposo. De igual manera se

procedió a recargar la batería LiPo a través de los paneles fotovoltaicos,

obteniendo resultados deseados y satisfactorios. Este proyecto es de gran

potencial ya que serviría para ayudar a la policía de circulación con sus

funciones de dirección de tráfico, mientras que a los conductores le facilita la

interpretación de la señal avanzar o detener. Realizar un prototipo con

componentes antes no utilizados en el transcurso de la carrera, permitió

aprender y reconocer diversas tecnologías. Como el caso del sensor de

aceleración y de inclinación. Adquiriendo igualmente gran conocimiento

sobre paneles fotovoltaicos, que hoy en día son tan necesarios para ayudar a

contribuir con la preservación del medio ambiente.

5.2 Recomendaciones

Existen diversas recomendaciones a tomar en cuenta para optimizar el

diseño del prototipo de Guante Inteligente. Se destaca entre ellas para una

mayor durabilidad, la construcción del guante con revestimiento de material

impermeable en aquellas partes que contengan dispositivos electrónicos

propensos a dañarse por agua (lluvia, derrame de líquidos, etc.).

123

De igual forma se sugiere realizar un estudio ergonómico para mejorar

el desempeño del prototipo, de modo que sea confortable el uso del guante

permitiendo mayor movilidad de la mano sin afectar la electrónica del

prototipo. Los componentes que lo integran como los LEDs podrían ser unos

LEDs de montaje superficial (SMD, por sus siglas en inglés) debido a su

reducido tamaño se realizaría un arreglo de LEDs más visible ayudando así

interpretar mejor la instrucción o señal. Esta recomendación surge ya que,

por motivos económicos, no se incorporaron al prototipo LEDs SMD.

En la selección de dispositivos electrónicos se recomienda adquirir los

componente en un mercado de mayor variedad a la del mercado nacional, de

manera que se puedan obtener paneles solares flexibles construidos de

silicio amorfo y de mayor potencia para recargar la batería más rápido y así

poder obtener un mejor rendimiento en la funciones del guante. Se puede

utilizar un acelerómetro con el mínimo de ejes disponibles (2 ejes (X, Y)) y

menor sensibilidad, debido a que no es indispensable captar un tercer eje (Z)

porque la componente de movimiento de este eje, no aparece cuando el

policía de circulación realiza los movimientos reglamentarios. Tampoco se

requiere el uso de componentes de captación de movimiento de alta

sensibilidad ya que los movimientos y gestos que realiza el funcionario

suelen ser de bastante intensidad.

Finalmente se recomienda presentar el prototipo de guante inteligente

equipado con sistema alternativo de recarga de batería basado en energía

solar, en aquellos Municipios que poseen intersecciones con mayor tráfico

vehicular a fin de despertar el interés de las autoridades competentes, lo que

podría derivar en el financiamiento de futuras investigaciones que mejoren

124

las prestaciones del prototipo desarrollado, con miras a una potencial

incorporación de esta tecnología en la indumentaria del policía de circulación.

125

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http://www.bosch.com.mx/

http://www.sensing.es/Acelerometros_Cm.htm

http://www.ti.com/

131

Anexo A

Cuestionario



Alvarez C. Daniel

De Vita R. Giovanni

La presente encuesta servirá de herramienta de recolección de datos

de una tesis de grado, para optar al Título de Ingeniero Electrónico en la

Universidad Nueva Esparta. Dicha encuesta busca obtener un diagnóstico

preciso sobre la tendencia de conocer su opinión acerca del tráfico vehicular

en el Municipio Baruta.

El aporte que usted nos pueda brindar contribuirá y será de mucha

ayuda.

132

Instrucciones:

Marque con una X la respuesta de su preferencia:

Modelo de Encuesta

# Preguntas Respuesta

s SI NO

1 ¿Considera usted que la congestión vehicular en el

Municipio ha aumentado con el transcurso de los años?

2

¿Se ha hecho necesaria la presencia permanente de un

policía de circulación en las intercepciones más

concurridas para agilizar el tráfico vehicular?

3

¿Piensa usted que se genera mala interpretación u omisión

de las señales de transito porque la presencia del policía

de circulación no son detectadas por los conductores?

4

¿Le gustaría utilizar alguna indumentaria que le ayudaría

con sus labores de control de tráfico en horas donde el

mismo es más denso?

5

¿Considera que la indumentaria fuese un guante

inteligente que emita automáticamente señales lumínicas

indicando la orden de avanzar o detenerse, para así

facilitar la visión de los conductores ubicados en la fila de

vehículos?

133

Anexo B

LiPo Rider V1.0

Features

Jst 2.54 connector

Stable 5V USB power supply regardless of source

Charge/Recharge algorithms built into chip

Charge Lithium Polymer Battery through solar power or USB

Stable supply voltage through either lithium battery or USB

2 x USB ports let you program your kit while charging your Lithium battery

LED indications for battery full or charging states

Simple design means extremely affordable

Scalable to multiple lithium batteries and large/multiple solar panels through simple end-user modifications.

Application Ideas

Green Power and backup supply for distributed outdoor sensor network

Charger for Lithium batteries

Cautions

Live exposed electronic components

The board may get hot when supplying large loads

Potential short circuit or electric shock, especially if device gets wet when placed outdoors for solar power collection

Not recommended for charging mobile phones as module may overheat

Specification

Small Footprint – Dimensions = L47 × H37.5 × D6.6

600mA maximum charging current for Lithium battery

350mA maximum supply current from Lithium battery

Power diodes to prevent back feed from USB device into Lipo battery

134

Key Specification

Items Min Norm Max

Iin Solar 4.8V 5.0V 6.5V

Icharge (RIset=3.9kΩ) 400mA 500mA 600mA

Isupply 0mA

350mA

Vbatt(Rx=0Ω) 4.2V

Vsource USB 5.0V

Vdestination USB 5.0V

Pin definition and Rating

Pin Instruction and LED Statement

CH pin level(Red

LED state)

OK pin level(Green

LED state) Statements

low level(on) high level(off) Charging

high level(off) low level(last on) Complete

pulse signal(flash) pulse signal(on) The battery isn't exist

135

high level(off) high level(off)

Two situations :

Input voltage lower than gate

voltage

The input voltage lower than

battery voltage

136

Anexo C

139

Anexo D

Manual de usuario del Prototipo de Guante Inteligente

El manual de usuario muestra una breve explicación del

funcionamiento general del guante inteligente y los componentes que lo

conforman. Se detallan los puntos necesarios para la manipulación adecuada

de los componentes principales que conforman al prototipo y el

mantenimiento en general.

Contenido:

1. Funcionamiento del prototipo

2. Componentes principales.

3. Precauciones de seguridad.

4. Mantenimiento.

1. Funcionamiento del prototipo.

El prototipo de guante inteligente es una indumentaria orientada a

policías de circulación, es utilizado para indicar instrucciones de control de

tráfico vehicular en intersecciones concurridas, como son las señales de

avanzar y detener. El guante inteligente se debe colocar en la mano

derecha. Se mostrarán imágenes ilustrativas para ayudar a entender el

correcto uso de este prototipo, Para indicar las señales se deben seguir las

siguientes instrucciones

140

Avanzar:

Se debe colocar el brazo derecho de manera vertical hacia arriba, con

la parte dorsal de la mano frente a los vehículos, una vez aportada la

posición, debe mover el brazo hacia delante y atrás realizando el movimiento

correcto de la instrucción. De esta manera se encenderán los LED de color

verde para indicar la señal de avanzar a los conductores.

Detener

Se debe colocar el brazo derecho de manera vertical hacia arriba, con

la parte palmar de la mano frente a los vehículos de forma estática simulando

la instrucción detener. De esta manera se encenderán los LED de color rojo

141

para indicar la señal de detener a los conductores. En la siguiente figura se

muestran los movimientos de avanzar y detener que deben realizarse con el

guante para que el mismo pueda funcionar de forma correcta y eficiente.

2. Componentes principales.

Guante.

Es el componente principal del prototipo. Debe ser colocado en la

mano derecha. Esta conformado por los LED rojos y verdes, conexiones y

circuito impreso.

Circuito impreso.

142

El circuito impreso esta ubicado en el guante inteligente

específicamente en la parte del ante-brazo. Está conformado por un sensor

de movimiento y uno de inclinación los cuales cumple funciones específicas

por separado. Tiene un puerto USB el cual debe ir conectado con el módulo

de carga ubicado en la parte dorsal del chaleco por medio de un cable USB

(A).

Chaleco.

El chaleco debe ser usado en conjunto con el guante. Conectado por

medio del cable USB (A) al guante inteligente.

Batería LiPo.

La batería LiPo de 3.3V debe estar conectada al módulo de carga

para alimentar al guante inteligente. Por medio de conector JST.

143

Módulo de carga para batería LiPo

.

El módulo de carga LiPo Rider V1.0 es el encargado de recargar la

batería LiPo, posee un switch ON/OFF para establecer la recarga, ya sea a

través de paneles solares (switch OFF) o una fuente externa USB (switch

ON). Esta ubicado en la parte dorsal del chaleco. En el módulo LiPo Rider

V1.0 debe ir conectada la batería por un conector JST, los paneles solares

por conectores JST, y el guante inteligente por cable USB (A).

Para la recarga de la batería por fuente externa USB, se debe

conectar el módulo LiPo Rider V1.0 al puerto USB de la PC por medio del

cable USB (B), aproximadamente por 30min.

Paneles solares

144

Los paneles solares (6) se encuentran ubicados en la parte dorsal del

chaleco, encargado de recargar la batería por medio de energía solar. Los

paneles deben estar conectados al módulo LiPo Rider V1.0 por medio de un

conector JST y expuestos al sol para su óptimo funcionamiento.

4. Precauciones de seguridad.

El prototipo en general no debe ser expuesto al agua.

Los conectores JST son de manipulación delicada, se debe

realizar la conexión con precaución.

No alterar ni descomponer el circuito impreso y LEDs ubicados

en el guante inteligente.

Manipular adecuadamente el chaleco y el guante inteligente, ya

que contiene componentes frágiles como los LEDs y paneles

solares. El daño de dichos componentes pueden afectar el

funcionamiento del prototipo.

5. Mantenimiento.

Para una mayor durabilidad de prototipo se debe tener en cuenta que

antes de lavar el chaleco se requiere retirar todos los componentes

electrónico que lo conforman como son los paneles fotovoltaicos, el circuito

impreso, batería y modulo.

145

Anexo E

147

Anexo F

152

Anexo G

154

Anexo H

DESARROLLO DE UN PROTOTIPO DE GUANTE INTELIGENTE …

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