INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL

ESCUELA SUPERIOR DE INGENIERÍA

MECÁNICA Y ELÉCTRICA

Tesis

Diseño y construcción de un bastón con sistema ultrasónico producido por un

microcontrolador PIC16F84 para niños invidentes y débiles visuales

Que para obtener el título de:

Ingeniero en Comunicaciones y Electrónica

Presenta

ROCÍO ÁVILA GUTIÉRREZ

Asesores

Metodológico: M. en C. Jesús Enrique Urbano Noriega

Técnico: Ing. Hugo Jorge Macías Palacios

INDICE GENERAL

PÁGINAS

Objetivo………………………………………………………………………............I

Justificación………………………………………………………………………….II

Resumen....………………………………………………………………….............III

Abstract……………………………………………………………………………….IV

Índice Capitulado ……………………………………………………………………V

Índice de figuras, gráficas y tablas…………………………………………………VI

Introducción…………………………………………………………………………..VII

Capítulo I Contexto Histórico de los equipos de ayuda para invidentes

en México.............................................................................................................1

Capítulo II Análisis de elementos constitutivos del bastón electrónico………….21

Capítulo III Diseño y pruebas del prototipo del bastón…………………………..32

Capítulo IV Viabilidad económica del proyecto…………………………………..40

Siglas empleadas………………………………………………………………………45

Glosario………………………………………………………………………………….46

Referencias Bibliográficas…………………………………………………………….47

Anexos…………………………………………………………………………………...48

Dedicatoria

A mis queridos padres: Marcos y Rosy

que han sido la mejor de las bendiciones

que Dios me ha podido regalar.

A mi hermosa Abuelita: Tere, por todo lo maravillosa

que fue, al entregarme parte de su vida y cariño para

mi formación entera, y ser lo que ahora soy.

A mí querido hermano: Marcos, por su tolerancia y apoyo.

Al amor de mi vida: Hugo, por toda su paciencia,

por su apoyo Incondicional , porque sin ti ,

hubiera sido muy complejo culminar

en un éxito, TE AMO.

Agradecimiento

Agradezco profundamente a:

Ing. Hugo Jorge Macías Palacios

Dr. Roberto Linares y Miranda

Lic. Ma. Celina Díaz Barriga y Martínez

Ing. Ma. Susana Martínez Morales

Dr. Ricardo Salvador Meneses González

Dr. Roberto Baca Arroyo

M. en C. Jesús Enrique Urbano Noriega

Dr. Raúl Ruiz Meza

Los profesores antes mencionados, fueron esenciales en mi carrera pues supieron

motivarme para seguir adelante, me enseñaron cada uno con su propia filosofía a nunca

derrotarme, gracias por enseñarme a confiar en mí misma, y por todo el conocimiento que

pudieron transmitirme con el corazón entero, para que el rigor de la ciencia y la tecnología

llegará a mi vida y a mi formación, todo con el fin de llegar a ser una gran ingeniera.

Objetivo General

Diseñar un bastón electrónico para niños invidentes y débiles visuales con edades

mayores a cinco años, brindando una ayuda en su discapacidad para promover:

movilidad, un grado de autoconfianza e integración en la sociedad.

Objetivos Secundarios

Elaboración de un manual de uso del bastón para niños invidentes.

Desarrollo a futuro de una microempresa.

Estudio socioeconómico de las necesidades de los niños invidentes y débiles

visuales en México.

I

Justificación

De acuerdo con cifras del INEGI1, la población de ciegos y débiles visuales en México es

de 1, 292,201 personas. Por lo que es un problema grave ya que según el “Censo de

Población y Vivienda 2012”, se ubica como la segunda causa de discapacidad en el país.

Por lo que se presenta este trabajo; Un “Bastón” diseñado con características

electrónicas; Útil, económico, y resistente. Siendo innovador, ya que no existen bastones

en el país, que brinden estas particularidades al sector infantil invidente y con debilidad

visual.

1 Instituto Nacional de Estadística Geográfica e Informática. II

Resumen

En este escrito se pretende contribuir con el manejo social y económico de niños

invidentes y de baja visión en México, así como mejorar los intentos de bastones

electrónicos que se han creado en el mundo, se puede decir que muchos proveedores

han olvidado al sector infantil invidente por lo que el objetivo principal es implementar un

dispositivo electrónico “bastón” que permita contribuir a un buen manejo de la

discapacidad visual en el país y promover la autoconfianza del niño y su mejor integración

a la sociedad.

En el Capítulo I se menciona el entorno histórico y cultural que han tenido los invidentes a

través del tiempo, como eran los instrumentos que utilizaban para adaptarse a la

sociedad, técnicas e indicaciones de uso para el bastón blanco , así como los accesorios

que existen en la actualidad para ayudar a la población que sufre alguna discapacidad

visual.

En el Capítulo II se presenta un análisis de los elementos constitutivos del bastón

electrónico, se menciona el porqué de la elección de los dispositivos, sus características

principales, ventajas y desventajas.

En el Capítulo III se refiere al diseño del dispositivo junto con el resultado de las pruebas

de funcionalidad, así como la elaboración bloque por bloque de cómo se fue creando.

En el Capítulo IV se describe la viabilidad económica que existe para la elaboración del

bastón electrónico con sistema ultrasónico en México, con la representación de graficas y

estadísticas que revelan su costo en comparación con otros dispositivos similares en

funcionalidad y que tan factible puede llegar a ser su comercialización.

III

Abstract

The present paper must by objectives make a fast description of the role that the blindness

in Mexico, as well as the attempts of electronics canes improvements that have developed

the producers in the world. It is possible to be said that there are many vendors that have

forgotten the blindness child sector , considering that the principal objective is to show a

electronic device “cane” that allow to contribute to the cause of visual impediment in the

country, and to promote the child self-confidence and society integration.

In the Chapter I is shower the history and cultural environment that the blindness people

have had through the years, how was the instruments that they use to be adapter to the

society, trainer´s and indications of use for the white cane, just like the accessories that is

in the moment for help to people that suffer some visual impairment.

In the Chapter II is present one analysis of the constituent elements of the electronic cane,

is shower the why of the election of the devices, their principal characteristics, vantages

and disadvantages.

In the Chapter III it means the design of the device together with the results of the

functionality proves just like the elaboration block to block of how is making.

In the Chapter IV is describe the economic viability that is in the moment for the

elaboration the electronic cane with ultrasonic system in Mexico, through the

representation graphics and statistics that show the cost in compared to others devices

that have similitude in functionality and how factible to became it commercialization.

IV

Índice Capitulado PÁGINAS

Capítulo I Contexto Histórico de los equipos de ayuda para invidentes

en México..........................................................................................................1

1.1 Entorno histórico y cultural del bastón………………………………………..1

1.2 Tipos de ceguera en México…………………………………………………...6

1.3 Desarrollo de la discapacidad de invidentes en el Mundo y en México…..9

1.4 Acontecimientos importantes con los niño con debilidad visual…………...12

1.5 Despertar el interés de los niños invidentes por el uso del bastón………..17

1.6 Accesorios de ayuda para invidentes…………………………………….......19

Capítulo II Análisis de elementos constitutivos del bastón electrónico………...20

2.1 Tipos de sensores ultrasónicos………………………………………………...21

2.2 Ventajas y desventajas de los sensores ultrasónicos………………………..22

2.3 Elección de sensor ultrasónico…………………………………………………23

2.4 Descripción general del sistema………………………………………………..26

2.5 Diagrama a bloques del sistema ultrasónico…………………………………..27

2.6 Microcontrolador PIC16F84 y su programación………………………………28

2.7 Configuración del ISD ……………………………………………………………31

Capítulo III Diseño y pruebas del prototipo del bastón…………………………..32

3.1Descripción del funcionamiento del sistema……………………………………32

3.2 Diseño del Sistema ultrasónico………………………………………………….33

3.3 Pruebas de funcionalidad del sistema ultrasónico en simulador…………….34

3.4 Pruebas de campo de funcionalidad del sistema ultrasónico………………..36

Capítulo IV Viabilidad económica del proyecto………………………………….40

4.1 Técnicas de aprendizaje en el uso del bastón…………………………………40

4.2 Indicación del uso del bastón blanco……………………………………………43

4.3 Estudio económico del sistema ultrasónico…………………………………….44

Índice de figuras, gráficas, y tablas

Capítulo I PÁGINAS

En el capítulo 1 se encuentran las figuras siguientes:

Fig.1 Luis Vives 1492-1540……………..…………………………………………..2

Fig.2 Girolamo Cardan 1501-1576…………………………………………………2

Fig.3 Valentín Haüy 1745-1822…………………………………………………….2

Fig.4 Sistema de Sonografía………………………………………………………..3

Fig.5 Maquina para escritura Braille……………………………………………….5

Fig.6 Bastón Blanco o Hoover……………………………………………………...5

Fig.7 Anatomía del ojo………………………………………………………………7

Fig.8 Relación de distancia y objeto para determinar agudeza visual…………9

Fig.9 Niños invidentes del Instituto para Ciegos y débiles Visuales

“Ezequiel Hernández Romo” jugando Fútbol……………………………………14

Capítulo II

En el capítulo 2 se encuentran las siguientes figuras:

Fig.10 Diagrama funcionamiento básico del sensor ultrasónico……………….14

Fig.11 Sensor ultrasónico HC-SR04………………………………………………23

Fig.13 Circuito para la caracterización del sensor……………………………….24

Fig.14 Vista frontal y trasera del transductor HC-SR04…………………………25

Fig.15 Diagrama a Bloques del Bastón…………………………………………...27

Fig.16 Programador para ISD1420P……………………………………………....31

Capítulo III

En el capítulo 3 se encuentran las siguientes figuras:

Fig.17 Diagrama del funcionamiento del sistema del bastón………………….32

Fig.18 Diagrama Eléctrico del Bastón con sistema ultrasónico……………….33

Fig.19 Simulación funcionamiento del Sensor HC-SR04…………………….34

Fig.20 Conexión de Microcontrolador con Sensor HC-SR04………………….35

Fig.21 Bastón con Sistema Ultrasónico………………………………………......35

Fig.22 Patrón de radiación del Sensor HC-SR04……………………………….36

Fig.23 Forma de Hacer el montaje del equipo…………………………………...37

Tabla1 Respuesta del transductor de 2cm a 500cm……………………………38

Fig.24 Respuesta del Sensor………………………………………………………39

Capítulo IV

En el capítulo 4 se encuentran las siguientes figuras:

Fig.25 Técnica Diagonal con Bastón………………………………………………40

Fig.23 Técnica Rítmica con Bastón………………………………………………...41

Fig.24 Indicaciones de cómo usar el bastón para niño invidente……………….43

Introducción

El siguiente trabajo tiene como objetivo presentar una opción diferente para el sector

infantil invidente contribuyendo con el diseño de un dispositivo electrónico “bastón” que

permita auxiliar a los niños invidentes y débiles visuales en México.

Tradicionalmente la selección de un instrumento para los invidentes era con el famoso

bastón blanco, e incluso con perros domesticados para tal fin, sin embargo con el tiempo

ha avanzado la tecnología por lo que se busca brindar una ayuda más funcional y

actualizada.

Dichos aspectos se exteriorizan en cuatro capítulos y cada uno de ellos manifiestan

contenidos como la ceguera en México, su historia y desarrollo que ha tenido para el

sector infantil, la innovación y propuesta de un diseño electrónico en un bastón, pruebas

de funcionalidad, características del funcionamiento y manejo del dispositivo. Además se

analiza un estudio económico de su viabilidad en el país, del mismo modo se sintetiza los

conocimientos con respecto al problema de adaptación e integración social de niños

invidentes o débiles visuales en México.

Toda esta información ha sido la más acertada para llevar a cabo con eficacia el

cumplimiento de los objetivos planteados en la propuesta del dispositivo.

VII

CAPÍTULO I

Contexto Histórico de los equipos de ayuda para invidentes

en México

En este capítulo se presenta como ha sido la evolución en los equipos que utilizan

personas con diferentes discapacidades visuales y como se ha brindado la ayuda a los

niños invidentes en México.

1.1 Entorno histórico y cultural

Se tienen registros sobre la presencia de ciegos en civilizaciones tan antiguas como

Grecia, Egipto y Mesopotamia, en donde la mayor parte del tiempo se les asociaba al

limosneo siendo muy pocos los que alcanzaban cierto realce social.

Sin embargo después de la Segunda Guerra Mundial, en un hospital de Estados Unidos

en donde se llevaba a cabo un programa de rehabilitación para ciegos veteranos, el

sargento Richard Hoover (quien se desempeñaba como Director de Rehabilitación Física,

Orientación y Recreación) observa que los ciegos se movían con pesados y cortos

bastones (tramos de palo…) que les servían como soporte pero que les brindaban poco

apoyo a la hora de anticipar obstáculos. Ante tal situación diseñó un bastón largo, liviano,

que les permitió desplazarse en una forma más autónoma y segura. Con anterioridad a

este evento las personas sin vista se movilizaban con perros, varas o una persona que

funcionaba como lazarillo.

1

Es por ello que el “Club de Leones de Toronto, Canadá”, instituye el día 15 de octubre

como el día del Bastón Blanco, emblema de la posibilidad de independencia de la persona

ciega.

Es de gran importancia mencionar que a lo largo de las épocas se han encontrado varios

españoles como: Luis Vives, Blas Antonio de Cevallos, Fray Luis de Olod ,

italianos como: Girolamo Cardan, Francesco Rampazzetto, Francesco Lana y franceses

como: Valentín Haüy, y Chales Barbier interesados en la enseñanza de los ciegos .

Fig.1 Luis Vives Fig.2 Girolamo Cardan Fig.3 Valentín Haüy

1492-1540 1501-1576 1745-1822

Pero en 1821, cabe destacar que el capitán de artillería Charles Barbier, dio un paso más

adelante para su época, pues fue el inventor de un modelo de escritura basada en seis

puntos colocados en una línea recta, un modelo de escritura nocturna pensado para el

ejército y que deberían leerse al tacto evitando así que el enemigo viera una luz que

convertía al combatiente en un blanco seguro, sistema al cual Barbier puso por nombre el

de “sonografía”.

2

Fig.4 Sistema de Sonografía

Pensando de buena fe, en la ambivalencia de dicho sistema, Barbier lo presento en la

escuela de París, y uno de los personajes que mas puso interés en él resultó ser el joven

alumno ciego Luis Braille, al descubrir un tiempo más tarde que basada en aquella misma

idea se podía desarrollar otra similar pero mucho más práctica.

Braille tardo ocho años más en mejorarlo y desarrollarlo, por lo que en 1829, lo presenta

ante su propio colegio como un avance hacia el aprendizaje de la lectoescritura del

invidente.

Por lo que desde 1825, Louis Braille ideó su sistema de puntos en relieve, las personas

ciegas han contado con una herramienta válida y eficaz para leer, escribir, componer o

dedicarse a la informática.

El sistema braille no es un idioma, sino un alfabeto. Con el braille pueden representarse

las letras, los signos de puntuación, los números, la grafía científica, los símbolos

matemáticos, la música, etc. El braille suele consistir en celdas de seis puntos en relieve,

organizados como una matriz de tres filas por dos columnas, que convencionalmente se

numeran de arriba a abajo y de izquierda a derecha.

La presencia o ausencia de puntos permite la codificación de los símbolos. Mediante

estos seis puntos se obtienen 64 combinaciones diferentes.

3

1 2 3 4 5 6

1 A I O u é è

2 An In On un eu ou

3 B D G j v z

4 P T Q ch f s

5 L M N r gn ll

6 Oi Oin ian ien ion ieu

La presencia o ausencia de punto en cada posición determina de qué letra se trata.

Puesto que estas 64 combinaciones resultan claramente insuficientes, se utilizan signos

diferenciadores especiales que, antepuestos a una combinación de puntos, convierten

una letra en mayúscula, número o nota musical. En el braille español, los códigos de las

letras minúsculas, la mayoría de los signos de puntuación, algunos caracteres especiales

y algunas palabras se codifican directamente con una celda, pero las mayúsculas y

números son representados además con otro símbolo como prefijo.

Existen signografías2 braille para representar taquigrafía (generado con una máquina que

marca los puntos sobre una cinta de papel) y para representar notaciones matemáticas,

también llamado Código Matemático Unificado, y musicales.

Con la introducción de la informática, el braille se amplió a un código de ocho puntos, de

tal manera que una letra individual puede ser codificada con una sola celda, pudiendo

representar una celda cualquier carácter ASCII. Las 256 combinaciones posibles de los

ocho puntos están codificadas según el estándar Unicode. Por lo que la introducción de

las Tecnologías de Acceso a la Información ha generado una necesidad de establecer

nuevas signografías sobre informática y electrónica publicadas por la CBE en enero de

2009. Reproducido usando una plancha y un punzón, de forma que cada punto sea

generado desde el dorso de la página, escrito en una imagen a la inversa (como la que se

obtiene al mirar por un espejo), hecho a mano o impreso con una máquina de escribir

braille, por una impresora braille conectada a una computadora, o mediante un dispositivo

braille.

4

2 Consultar Glosario

Fig. 5 Maquina para escritura Braille

El uso del bastón se remonta al inicio de las culturas; el hombre lo usaba como una

extensión de su propio cuerpo para facilitar su tránsito en lugares inhóspitos y la

realización de sus tareas cotidianas. En algunos otros casos era usado como símbolo de

autoridad, respeto, jerarquía, edad, discapacidad, etc.

A través del tiempo, dicha herramienta ha evolucionado hasta convertirse en un

instrumento de apoyo e identificación para las personas con dificultades visuales

significativas; asegurando la libertad y autonomía en su participación sociocultural y

laboral dinámica que responda a las necesidades personales, familiares y de la

comunidad en la que viven.

Actualmente no todos los países han establecido de forma

oficial los lineamientos para el uso del Bastón Blanco

repercutiendo en los costos y posibilidades de su

obtención, ya que pocas empresas nacionales se

interesarían en fabricarlos.

Fig.6 Bastón Blanco o Hoover 5

Existe una gran variedad de modelos de bastones, los más comunes y utilizados son el

bastón largo o de Hoover, generalmente se fabrica con tubos de aluminio hueco

recubierto con material plástico.

En el extremo inferior tiene una puntera metálica recambiable y en el superior un mango

que idealmente debe ser de goma para facilitar la toma. Puede ser rígido o plegable. Este

último modelo trae en su interior un elástico grueso que posibilita su plegado

generalmente en cuatro tramos, es más durable y transmite mejor las sensaciones táctiles

mientras que el plegable se destaca por su portabilidad siendo ideal para quien no

necesita usarlo de forma permanente , el bastón blanco es una vara alargada que

identifica a las personas ciegas y les sirve de guía para desplazarse de manera autónoma

por la vía pública.

1.2 Tipos de Ceguera en México

La limitación visual se clasifica en dos grandes grupos:

Ceguera 3: Es la ausencia de percepción de luz es decir, que el niño o la niña no pueden

ver nada.

Baja visión 4: Es la disminución de agudeza visual (cantidad de visión que tiene una

persona) y/o campo visual (el espacio que los ojos pueden ver sin moverlos), que no

puede corregirse por medio de gafas, lentes de contacto, medicamentos o cirugía. Estas

personas pueden emplear ayudas especiales como lupas, o telescopios, entre otros, lo

que les permitan aprovechar mejor su visión. La visión es un sentido que nos proporciona

el 80% de la información del mundo exterior, de una manera sintetizada es decir , de una

manera rápida y total.

6

3,4 Consultar glosario.

Esta información llega a la corteza a través de un complejo mecanismo formado por el

aparato visual que comprende el ojo, las vías nerviosas de conducción, y los centros

nerviosos corticales y subcorticales. Una persona con trastorno visual presenta una

alteración en las estructuras mencionadas o en la función de los órganos visuales,

cualquiera sea la causa o el grado de deficiencia visual.

Fig.7 Anatomía del ojo

Un niño con trastorno visual aprenderá a vivir en un mundo donde los sonidos, los olores,

la textura o las formas que percibe son de forma diferente para el resto de personas.

Existen diversos casos de ceguera, como la ceguera congénita, o los bebes que pierden

la vista al poco tiempo de nacer, los que presentan alteraciones visuales estructurales o

patológicas, enfermedades progresivas que producen ceguera en la infancia o ceguera

repentina ya sea por accidentes o traumatismos.

La sociedad juega un papel importante en la vida de un niño con ceguera, ya que somos

nosotros quienes debemos hacer que el pequeño se sienta integrado, considerado y

respetado.

7

Existen distintos criterios de clasificación de la ceguera, por ejemplo, la clasificación de

Pierre Henry:

Deficientes visuales absolutos o de nacimiento

Deficientes visuales de nacimiento operados

Deficientes visuales con percepciones luminosas débiles

Deficientes visuales que han pasado de videntes a ciegos

Deficientes visuales que han pasado de videntes a semiciegos

Deficientes visuales que han pasado de semividentes a ciegos

Por otra parte también está la clasificación hecha por Delfour:

Poca afectación: agudeza visual entre 5/10 y 3/10.

Mayor afectación: agudeza visual entre 3/10 y 1/20.

Grave afectación y amenaza de ceguera: agudeza visual entre 1/20 y 1/50.

Ceguera Absoluta: agudeza visual por debajo de 1/50.

Para comprender esta clasificación es necesario explicar qué es la agudeza visual y los

criterios para calcularla.

8

La agudeza visual es el grado de resolución del ojo. Es la capacidad para discriminar

entre dos estímulos o elementos visuales distintos dando como resultado el grado de

agudeza visual. Se calcula de la siguiente manera:

...(1)

Siendo A la distancia a la que se distingue un objeto y B la distancia a la que hay un grado

en el ángulo formado por los ojos al mirar hacia ese objeto.

Fig.8 Relación de distancia y objeto para determinar agudeza visual

1.3 Desarrollo de la discapacidad de invidentes en el Mundo y en México

En términos mundiales, el 80% de los casos de discapacidad visual son prevenibles o

curables. En los últimos 20 años, se han alcanzado mejoras en esferas como las que

siguen:

Implantación, por los gobiernos, de programas para la prevención y el control de la

discapacidad visual.

Incorporación paulatina de los servicios de oftalmología en los sistemas de atención

primaria y secundaria, con énfasis en la prestación de servicios accesibles, asequibles

y de alta calidad.

9

Organización de campañas de sensibilización, por ejemplo en el marco de la

educación escolar.

Fortalecimiento de los lazos de asociación internacionales, con la participación del

sector privado y la sociedad civil.

Según se desprende de los datos correspondientes a los últimos 20 años, se han logrado

en muchos países notables progresos en lo que respecta a la prevención y el tratamiento

de las discapacidades visuales.

Se observa asimismo una drástica reducción de la ceguera relacionada con la

oncocercosis, fruto de la importante disminución de la carga de morbilidad asociada a

esta enfermedad. Estos logros se han obtenido gracias a una serie de alianzas

internacionales muy fructíferas.

Cabe citar a modo de ejemplos concretos el caso de Ghana y Marruecos, que han

notificado la eliminación del tracoma (en 2010 y 2007, respectivamente).

En Brasil se ha ido facilitando desde hace más de diez años servicios de atención

oftalmológica a través del sistema nacional de seguridad social. Desde 2009, China ha

invertido más de 100 millones de dólares en intervenciones de cataratas.

En el último decenio, Omán ha integrado plenamente la prestación de servicios de

oftalmología dentro del sistema de atención primaria, y la India, viene asignando desde

1995 fondos a la prestación de servicios de atención oftalmológica para las personas más

pobres, a nivel de distrito.

La OMS 5 coordina las iniciativas internacionales en favor de la reducción de las

discapacidades visuales.

Su función consiste en:

10

5 Organización Mundial de la Salud

Elaborar políticas y estrategias para la prevención de la ceguera.

Proporcionar asistencia técnica a los Estados Miembros y los asociados.

Hacerse cargo de la labor de evaluación y seguimiento de los programas.

Coordinar las alianzas internacionales.

La OMS aprobó en 2009 el Plan de acción para la prevención de la ceguera y la

discapacidad visual, 2009-2013, a modo de hoja de ruta para los Estados Miembros, la

Secretaría de la OMS y los asociados internacionales.

La labor de la OMS en este ámbito se centra en reforzar los esfuerzos desplegados a

nivel nacional y de países para la eliminación de la ceguera evitable, ayudar a los

dispensadores nacionales de atención sanitaria a tratar las enfermedades oculares,

ampliar el acceso a los servicios oftalmológicos y expandir las intervenciones de

rehabilitación para personas con discapacidad visual residual. Se otorga especial

importancia a la creación y el fortalecimiento de los sistemas de salud.

La OMS dirige una alianza internacional integrada por gobiernos, representantes del

sector privado y organizaciones de la sociedad civil que persigue la eliminación mundial

del tracoma causante de ceguera para 2020.

En 2004 la OMS inició una colaboración con la Asociación Internacional de los Clubes de

Leones para crear una red mundial formada por 35 centros, de 30 países, dedicados a la

lucha contra la ceguera infantil. En estos centros, se ha atendido ya a más de 100

millones de niños, que han podido conservar o recuperar la vista gracias a intervenciones

quirúrgicas o de salud pública.

En respuesta a la creciente carga de enfermedades oculares crónicas, la OMS ha

empezado a elaborar una serie de medidas y directrices referidas a la retinopatía

diabética, el glaucoma, la degeneración macular asociada a la edad y los errores de

refracción.

11

Por último, con el fin de respaldar la consolidación de sistemas integrales de atención

oftalmológica, la Organización facilita a los Estados Miembros apoyo técnico en materia

de salud pública y vigilancia epidemiológica.

1.4 Acontecimientos importantes con los niños invidentes y con debilidad visual

El Consejo Nacional de Fomento Educativo 6 ha asumido el reto de brindar atención

educativa a los niños con discapacidad, conforme al principio de equidad que significa

dar respuesta diferenciada a las necesidades de cada niño, para que logren el mejor

desempeño de acuerdo con sus habilidades y capacidades; este principio también se

aplica en la vida familiar, la comunidad, el trabajo, la diversión y el deporte. Se trata de

aplicar inclusión, es decir, ofrecer las mismas oportunidades de participación que

tienen los otros niños de la comunidad; también los mismos derechos y obligaciones.

Así mismos se les ofrece a los niños invidentes o de baja visión apoyos, que son

recursos y estrategias organizadas para influir en el desarrollo, la educación, intereses

y bienestar personal, que mejoran el funcionamiento de cada persona en los contextos

familiar, educativo y social. Abarcan actividades que corresponden a la diversidad de

los niños con discapacidad visual y pueden prevenir de diferentes disciplinas y áreas

de rehabilitación (educación, familia, empleo, medicina, psicología y vida en la

comunidad).

El concepto de apoyo se relaciona con la distancia entre los problemas que una

persona resuelve de manera independiente y los que debe resolver con ayuda. Así

mismo, se encontraron dos fuentes de apoyos:

12

6 CONAFE Consejo Nacional de Fomento Educativo en México

1. Los apoyos naturales. Que son recursos y estrategias por personas dentro de su

propio ambiente y que posibilitan resultados personales y de rendimiento deseado.

2. Apoyos de Servicio, Son proporcionados por trabajadores de instituciones de

salud, educativa, de rehabilitación o de desarrollo social, y organismos no

gubernamentales de la sociedad civil.

Fútbol para niños invidentes y débiles visuales

El Fútbol para ciegos y débiles visuales que comenzó como un juego de patio de recreo

para los niños en edad escolar en las escuelas especiales para los discapacitados

visuales. Ahora se ha convertido en uno de los deportes más populares para las personas

con discapacidad visual en todo el mundo.

El juego se recogió en varios países, cada uno juega de acuerdo con las costumbres

locales (bolas y diferentes tonos, las normas varían de un país a otro). Muchos países,

como España y Brasil, establecieron campeonatos nacionales, y pronto los países

comenzaron a organizarse los primeros partidos internacionales amistosos.

Blind fútbol – o fútbol sala, como también se le conoce – se unieron al redil IBSA7 en

1996, cuando se tomó la decisión de crear una subcomisión de fútbol sala. La primera

tarea del comité fue la creación de normas internacionalmente reconocidas y aprobadas.

Con un conjunto de normas, el primer Campeonato de Europa de IBSA se celebraron en

1997 en Barcelona, España, y el primer Campeonato Americano se llevó a cabo en

Asunción en Paraguay.

Desde entonces funcionario regional IBSA y campeonatos mundiales se celebran

regularmente y torneos amistosos internacionales como la Copa IBSA son una

característica regular en el calendario de futbol para ciegos.

IBSA tiene dos tipos de fútbol – B1 para los futbolistas que son completamente ciegos, y

B2/B3 para los jugadores que están con deficiencia visual.

13

B1 fútbol se ha convertido en uno de los principales deportes del programa de los

Juegos Paralímpicos después de su debut en los Juegos de Atenas 2004.

Esto fue reconocido en los últimos Juegos Paralímpicos de Londres 2012, cuando el

número de equipos participantes aumentó de seis a ocho. Brasil ganó el torneo

paralímpico y la medalla de oro por tercera vez consecutiva, derrotando a Francia por 2-0

en la final.

El futbol para ciegos cuenta con el apoyo de la UEFA8 por sus actividades de desarrollo

en Europa.

Fig.9 Niños invidentes del Instituto para Ciegos y débiles

Visuales “Ezequiel Hernández Romo” jugando Fútbol.

Software educativo para niños ciegos y débiles visuales

“El caracol Serafín” es un juego didáctico multimedia especialmente elaborado para niñas

y niños con ceguera o deficiencia visual por la Organización Nacional de Ciegos

Españoles (ONCE).

14

7 IBSA (por sus siglas en Inglés) Federación Internacional del deporte para ciegos, 8 (por sus siglas en inglés) Unión

Europea de las Asociaciones de Fútbol, 8ONCE Organización Nacional de Españoles Ciegos.

El programa consta de un cuento interactivo, en cuatro capítulos, y de 17 juegos con los

que podrán disfrutar, por su carácter lúdico y motivador, los alumnos de educación infantil

y primer ciclo de educación primaria.

México que tiene para los niños invidentes y con debilidad visual

Uno de los pocos museos que atienden a personas con discapacidad visual de manera

cotidiana es el Museo de la Luz (UNAM) en la Ciudad México, donde desde hace varios

años se ofrecen talleres de ciencia sobre los fenómenos de la luz y otros temas de física,

los cuales han sido especialmente diseñados con actividades lúdicas y materiales

adecuados para personas con discapacidad visual.

Inspirados por esta labor y para dar respuesta a necesidades particulares en la

comunidad, en CINVESTAV también reflexionó sobre el compromiso que les corresponde

tener para contribuir a la educación en ciencias de poblaciones vulnerables. Es así que en

colaboración con el propio Museo de la Luz y apoyo del Consejo de Ciencia y Tecnología

del Estado de Guanajuato, iniciaron el desarrollo de un programa innovador para crear

propuestas de métodos y materiales táctiles tridimensionales para la enseñanza de la

biología a niños con discapacidad visual o sin ella. En esta tarea ha participado un equipo

multidisciplinario de investigadores y divulgadores de la ciencia, artistas plásticos,

diseñadores gráficos, pedagogos y especialistas en la discapacidad visual pertenecientes

a diferentes instituciones de educación en México. De esta manera, se han obtenido

materiales que cumplen con requisitos de calidad, exactitud científica y utilidad didáctica

para facilitar el aprendizaje por medio de la percepción háptica. Los productos logrados

como resultado de esta peculiar interacción entre ciencia, educación y arte versan sobre

temas selectos de biología y física, tales como la forma y estructura de las células, virus,

bacterias, hongos, órganos y tejidos de plantas y animales, sexualidad humana y

fenómenos de la luz, entre otros.

15

Con estos materiales y estrategias metodológicas adecuadas basadas en actividades

multisensoriales, se han impartido talleres de biología para alumnos con o sin

discapacidad visual en varios estados de la República y en los Estados Unidos, así como

cursos de desarrollo profesional para profesores de educación especial y docentes en

general. Su experiencia ha sido altamente gratificante para todos quienes participan en el

proyecto, particularmente al encontrar aún presentes en los niños y jóvenes la curiosidad

por los temas científicos, la motivación por indagar y la capacidad de maravillarse por lo

que descubren.

Además de los programas mencionados, a lo largo de los últimos años han surgido otros

esfuerzos aislados en algunas ciudades de la República (Zacatecas, Morelia, Tijuana) que

aunque valiosos por el carácter innovador, requieren formalizarse y ser ofrecidos de

manera continua en instituciones educativas que los respalden.

16

1.5 Despertar el interés de los niños invidentes por el uso del bastón

En la educación del niño con discapacidad visual, al igual que en la educación en general,

la familia juega un papel crucial. Desde la experiencia de Instituciones de apoyo y

formación para invidentes, los padres de niños con discapacidad visual con frecuencia

ponen un empeño especial en apoyar las necesidades educativas de sus hijos y lo hacen

de múltiples maneras, desde la búsqueda y adaptación de recursos (juguetes, materiales

didácticos, clases adicionales, etc.), hasta la elaboración de materiales (maquetas,

gráficos táctiles, traducción de libros a Braille) por ellos mismos.

Escuelas de educación especial con prácticas exitosas que guían la participación de los

padres de familia de manera importante ya que con la guía de los docentes, los padres

elaboran materiales didácticos, colaboran en la traducción de libros al Braille y participan

en las actividades educativas y de desarrollo social y psicológico del niño, creando un

ambiente de sostén que tiene un efecto sumamente favorable en la de los niños.

Existe un Proceso de Adquisición de la Orientación y Movilidad en los niños con

discapacidades visuales, por lo que la actividad corporal es un elemento indispensable y

básico que se pone en juego cuando el niño o niña exploran y tienen contacto físico con

su entorno.

• La orientación, se construye cuando, a partir de saber quiénes somos, podemos

identificar dónde nos encontramos ubicados en un momento determinado y hacia

dónde queremos ir.

• La movilidad, por su parte, se vincula con el adecuado desplazamiento y traslado

de un lugar a otro.

17

Con las niñas y los niños ciegos o con baja visión es necesario promover

permanentemente su interés por explorar su ambiente ya que para ellos, el mundo puede

resultar confuso e impredecible. Por esta razón, las ayudas y la diversificación de

estrategias que despliegue el o la docente se constituyen en el medio por el cual van a

adquirir aprendizajes significativos y a desarrollar competencias para la orientación y la

movilidad que les ampliarán sus oportunidades de participación con autonomía.

Adquirir saberes y habilidades para la movilidad y la orientación, implican el desarrollo del

esquema corporal, de la lateralidad y ubicación espacial y de la representación mental por

asociación que adquiera el niño.

En el uso del bastón, existen dos técnicas de orientación (con y sin el uso de auxiliares):

1. La determinación de puntos de referencia e información que van a representar pilares

básicos en los que la alumna o alumno se apoyarán para su orientación. Estos puntos de

referencia pueden ser objetos, sonidos, olores o indicadores táctiles que es posible

identificar por su permanencia en el tiempo y el espacio.

2. Las técnicas de protección, permiten al niño invidente desplazarse de manera

independiente en espacios interiores de la casa o la escuela, es decir, en lugares

conocidos, protegiendo su cuerpo a partir de la identificación de obstáculos altos o bajos

con el dorso de la mano hacia afuera y poder evitarlos antes de que le puedan causar

algún daño. En el afán de facilitar a las personas ciegas o con debilidad visual el

desarrollo de actividades de la vida cotidiana, es necesario implementar estrategias

específicas que les permitan conocer el mundo mediante el despliegue de todas sus

posibilidades sensoriales, perceptuales y verbales, lo cual incluye el reconocimiento de las

características físicas de diversos ambientes naturales y sociales.

18

1.6 Accesorios de ayuda para invidentes

Los avances tecnológicos destinados a los deficientes visuales se agrupan dentro del

término Tiflotecnología, que hace referencia al conjunto de técnicas, conocimientos y

recursos que van destinados a proporcionar a ciegos o deficientes visuales de los medios

necesarios para la utilización de la tecnología, favoreciendo su autonomía personal e

integración social, laboral y educativa.

En el sector de ciegos es fundamentalmente la ONCE, a través de la unidad tiflotecnica

(UTT), quien se encarga de la evaluación, importación, distribución, y reparación de este

tipo de material.

Los sistemas tiflotecnicos pueden clasificarse en sistemas autónomos y sistemas de

acceso y estos, a su vez se pueden clasificar en visuales, táctiles, y audibles, en función

del canal de acceso a la información.

Se presentará una pequeña revisión de las ayudas o apoyos a continuación:

1. Ayudas y técnicas

- Bastones (bastón símbolo, guía y bastón largo) y accesorios para la orientación y

movilidad.

- Punta y punzón, es una regleta con orificios y un punzón que realizan perforaciones en

la hoja y se emplea en la escritura manual en Braille.

- Máquina Perkins: es una máquina mecánica de escribir en braille, que dispone de

teclado donde cada letra corresponde a cada uno de los seis puntos del Braille.

19

- Equipos de grabación: es una grabadora de cuatro pistas ampliando la duración de las

cintas para grabación y reproducción.

- Brújula sonorosa: es una brújula con un altavoz en español o portugués, que se utiliza

para la orientación.

- Agenda digital: es un equipo portátil grabador/reproductor digital de mensajes. Se utiliza

para la toma rápida de mensajes y notas breves.

2. Ayudas ópticas

- Lupas con luz incorporada al lente.

-Lupas sin luz.

- Prismáticos binoculares y telescopios que permiten agrandar los objetos distantes.

- Telescopios monoculares o binoculares incorporados, para ver desde lejos hasta la

distancia de lectura.

- Expansores del campo de visión.

- Lentes para gran amplificación.

- Gafas prismáticas para leer acostado o ver la televisión.

- Filtros de luz que absorben frecuencias de luz determinadas y filtran las no deseadas.

20

CAPÍTULO II

Análisis de elementos constitutivos del bastón electrónico

2.1 Tipos de sensores ultrasónicos

Los sensores de ultrasonidos o ultrasónicos son detectores de proximidad que trabajan

libres de roces mecánicos y detectan objetos a distancias de hasta 8m. El sensor emite

pulsos ultrasónicos. Estos reflejan en un objeto, el sensor recibe el eco producido y lo

convierte en señales eléctricas, las cuales son elaboradas en el aparato de valoración.

Estos sensores trabajan solamente en el aire, y pueden detectar objetos con diferentes

formas, colores, superficies y de diferentes materiales.

Los materiales pueden ser sólidos, líquidos o polvorientos, sin embargo han de ser

deflectores de sonido. Los sensores trabajan según el tiempo de transcurso del eco, es

decir, se valora la distancia temporal entre el impulso de emisión y el impulso del eco.

Fig.10 Diagrama funcionamiento básico del sensor ultrasónico.

21

En el mercado existe una significativa variedad de sensores ultrasónicos, y se establecen

sus distinciones de acuerdo a su función. Por ejemplo:

a) Por Detección Directa

b) Mediante Barrera

c) Por Reflexión

Los sensores de proximidad ultrasónicos generalmente están disponibles en forma de

sensores de reflexión directa, donde el emisor y el receptor se hallan en un mismo cuerpo.

Por otro lado, se dispone de barreras ultrasónicas, que tienen el emisor y el receptor en

cuerpos separados.

2.2 Ventajas y Desventajas de los Sensores ultrasónicos

Se pueden citar las siguientes ventajas:

Rango de detección relativamente amplio (hasta varios metros).

Detección del objeto independientemente del material y del color detección

segura de objetos transparentes (por ejemplo, botellas de vidrio).

Relativamente insensibles a la suciedad y el polvo.

Posibilidad de desvanecimiento gradual del fondo.

Posibilidad de aplicaciones al aire libre y detección sin contacto con puntos de

conmutación de precisión variable.

La zona de detección puede dividirse a voluntad.

Se dispone de versiones programables.

22

Los sensores de proximidad ultrasónicos tienen las siguientes desventajas:

Si se utilizan sensores de proximidad ultrasónicos para superficies inclinadas, el

sonido se desvía. Por ello, es importante que la superficie del objeto a reflejar

esté dispuesta perpendicularmente al eje de propagación del sonido, o bien,

que se utilicen barreras ultrasónicas.

Los sensores de proximidad ultrasónicos reaccionan con relativa lentitud. La

frecuencia de conmutación máxima está entre 1 y 125 Hz.

Los sensores de proximidad ultrasónicos son generalmente más caros que los

sensores de proximidad ópticos (casi el doble de precio).

Pueden sufrir interferencias de otros dispositivos que manejen frecuencias

similares.

2.3 Elección de sensor ultrasónico

En el presente trabajo se ha seleccionado el transductor HC-SR04 porque es muy

económico y fácil de programar, las especificaciones técnicas se describen a

continuación:

Fig.11 Sensor ultrasónico HC-SR04

23

Está formado por un emisor y un receptor. La manera en que funciona es que para medir

la distancia con el HC-SR04 hay que generar un pulso en la terminal Trigger (disparo) de

un ancho o tiempo de 10µs como mínimo. Al mismo tiempo hay que monitorizar la señal

que llega a la terminal del Echo (eco). De esta manera se puede obtener la distancia a la

que se encuentra algún objeto del sensor. Por medio de la formula:

Dobjeto= (Vsonido en el medio) ( Ten recibir el eco del primer frente de onda )

Fórmula para obtener la distancia con el transductor

Este transductor varía su corriente a la salida dependiendo de la distancia a la que se

encuentre el objeto, puede medir distancias desde 2cm hasta 500cm teniendo valores a

su salida desde 4-20mA.

Fig.13 Circuito para la caracterización del sensor

Para caracterizar al transductor se investigo que su salida la aloja en corriente (mA), y lo

que se propone para asegurar su voltaje de 5v (de las hojas de especificaciones que

proporciona el fabricante) es colocar un resistor a la salida del transductor y a tierra del

mismo, para así medir el voltaje.

24

El cual cambia de acuerdo a la variación de la distancia, el resistor a conectar es de un

valor de 330 , se elige este valor para que el voltaje a la salida este dentro de un rango

de .5 V y 5V.

V=RI… (1)

Sustituyendo valores se dice que:

V= (330 ) (15mA)… (2)

V= 4.95 v ≈ 5v… (3)

Para poder realizar las mediciones de las variaciones del voltaje de acuerdo a la

distancia, se coloca un objeto a una distancia de 2cm de la parte frontal del emisor y

receptor, se mide el voltaje que se tiene a la salida para esa distancia, se aleja el objeto

por intervalos de distancia y se mide la distancia y el voltaje correspondiente.

Fig.14 Vista frontal y trasera del transductor HC-SR04

25

2.4 Descripción general del sistema

El bastón está diseñado para brindar una ayuda a los niños invidentes y de baja visión

que les sirve para desarrollar todas las áreas de su cuerpo y de su mente dándoles oportunidades planeadas de experimentar y explorar diferentes cosas y de jugar con

varios objetos a la vez. El bastón se considera una extensión de su cuerpo que permite el

contacto con el entorno cotidiano.

El bastón es capaz de identificar a 500cm de distancia del niño al obstáculo que se

encuentra en su andar, por medio de un sistema de audio que emite un mensaje breve,

comunicando si existen barreras para continuar o no caminando, esto le permite al niño

poner en alerta a su cuerpo y actuar con mayor seguridad al percibir un mejor panorama

de lo que existe en su entorno, ya que esta experiencia le deja la oportunidad de

relacionarse mejor con la gente y con las cosas que lo rodean, más rápido y sin

desesperarse .

Es de fácil uso, ligero y resistente no tiene complejidad alguna puesto que su diseño está

pensado para niños, es innovador en comparación con los demás bastones que existen

en el mundo, ya que no existen bastones diseñados para el sector infantil invidente y de

baja visión. La ceguera es uno de los deterioros más incompetentes del ser humano y un

serio problema de salud pública. En la actualidad existe en México una deficiencia de

información concerniente a las causas principales de la ceguera, lo que dificulta el diseño

de programas de evaluación y de prevención de la misma. Sin embargo se considera que

una causa es la pobreza, debido a los pocos recursos tecnológicos asignados a

hospitales especializados en la ceguera, lo que impide a los médicos y personal de salud

a operar e indicar tratamientos específicos que lograrían mejorar su deficiencia, por lo que

el bastón favorece a una parte del desarrollo y crecimiento de los niños invidentes o de

baja visión.

26

Es importante la aportación que se hace con este sistema, ya que se considera que el

futuro de nuestro país es la población infantil, de esta forma se les brinda la oportunidad

de tener una mejor calidad de vida. Cuando exista una real conciencia hacia la gente

invidente, y se convierta a nuestras comunidades en lugares donde los niños ciegos

puedan desarrollarse plenamente, se mejora la vida de todos.

2.5 Diagrama a bloques del sistema ultrasónico

Fig.15 Diagrama a Bloques del Bastón

En la primera etapa, el sistema ultrasónico con el que opera el bastón es diseñado con un

sensor ultrasónico, el cual funciona bajo el principio del sonar que determina la recepción

y transmisión del sonido. En la segunda etapa se emplea un Microcontrolador que va a

realiza la comunicación con el transductor ultrasónico y el ISD.

27

En la tercera etapa del sistema, el circuito integrado ISD convierte la señal analógica a

digital, también cuenta con la característica de ser un Microcontrolador, en el cual se va

almacenar una dirección programable, previamente enviada por el sensor, en este caso

el tipo de señal a utilizar es la de audio, el desplegado final será por medio de unos

audífonos de esta manera el niño podrá escuchar el comando de voz, que le indica el

próximo obstáculo a su camino.

Se pretende que el usuario tenga mayor comodidad, por lo que se sugiere una tentativa

cuarta etapa la cual opera con tecnología Bluetooth la transmisión del comando de voz,

para omitir estorbosas conexiones alambrícas. Sin embargo esta implementación no está

incluida en el diseño antes mencionado.

2.6 Microcontrolador ATMELMEGA328P-PU y su programación

El Microcontrolador a utilizar por el momento es un ATMELMEGA328P-PU, el cual se

programo bajo el lenguaje C, a continuación se muestra una parte del código para el

HCSR04:

#include <Ultrasonido.h>

#include <Ultrasonido.h>

int Pin_echo = 13;

int Pin_trig = 12;

int Pinrosa=6;

int Pinazul=5;

int morado=4;

void setup()

Serial.begin (9600);

pinMode(Pinazul,OUTPUT); //Definimos los pines

pinMode(Pinrosa, OUTPUT);

28

pinMode(morado,OUTPUT);

pinMode(Pin_trig, OUTPUT);

pinMode(Pin_echo, INPUT);

void loop()

int duracion, cm;

digitalWrite(Pin_trig, LOW);

delayMicroseconds(2);

digitalWrite(Pin_trig, HIGH);

delayMicroseconds(10);

digitalWrite(Pin_trig, LOW);

duracion = pulseIn(Pin_echo, HIGH);

cm = duracion / 29 / 2;

Serial.print("Distancia:");

Serial.print(cm);

Serial.println(" cm");

if (cm==50) //si se cumple la condición cm=50

digitalWrite(Pinazul, HIGH); //Se ejecutan estas sentencia y el LED AZUL ON Y LED MORADO ON

digitalWrite(Pinrosa, LOW);

digitalWrite(morado, HIGH);

delay (500);

digitalWrite (morado, LOW);

delay (500); // checar el ejemplo de blink del encendido y apagado de un led :)

// Y SINO se cumple s e examinan secuencialmente las condiciones siguientes hasta el

último ESLSE

else if (cm==100) //si se cumple la condición cm=100

digitalWrite(Pinazul, LOW);

digitalWrite(Pinrosa, HIGH);

digitalWrite(morado, HIGH);

delay (500);

digitalWrite (morado, LOW);

delay (500);

29

else if (cm==200)

digitalWrite(Pinazul,LOW);

digitalWrite(Pinrosa, LOW);

digitalWrite(morado, HIGH);

delay (500);

digitalWrite (morado, LOW);

delay (500);

digitalWrite (morado, HIGH);

else

digitalWrite(Pinazul,LOW); //Si todas las condiciones son falsas se ejecuta la sentencia correspondiente al ultimo

else osea esta

digitalWrite(Pinrosa,LOW);

digitalWrite(morado,HIGH);

delay(500);

30

2.7 Configuración del ISD

El ISD es un circuito integrado que pertenece a la familia de los CMOS, tiene la principal

característica de grabar voz y almacenarla en periodos cortos de tiempo, para llevar a

cabo su configuración se fundamento en una de sus aplicaciones que viene en la hoja de

datos del ISD 1420, pues para que funcione se tiene realizar la implementación y elaborar

la tarjeta siguiente para el grabado de voz.

Fig.16 Programador para ISD1420P

En la anterior figura se puede observar el programador que se tuvo que copiar de la hoja

de datos del fabricante para poder grabar la voz en el ISD1420.

31

CAPÍTULO III

Diseño y Pruebas del prototipo del bastón

3.1Descripción del funcionamiento del sistema

El presente diseño se describe como un sistema que se basa en el funcionamiento de un

sensor ultrasónico en este caso HC-SR04, un Microcontrolador ATMELMEGA 328P-PU,

enlazado digitalmente a un circuito integrado ISD1420P, para que su salida sea un par de

audífonos.

El funcionamiento del sistema consiste en controlar al sensor ultrasónico HC-SR04 para

que mida tres distancias principalmente, pues el circuito integrado ISD1420P es el que

proporciona el audio en este caso voz, para que el niño invidente por medio de unos

audífonos escuche a qué distancia se encuentra un obstáculo.

Fig.17 Diagrama del funcionamiento del sistema del bastón

32

Sensor Ultrasónico HC-SR04

Microcontrolador ATMELMEGA328P

-PU

Circuito Integrado ISD1420P

Audifonos alambricos

3.2 Diseño del Sistema ultrasónico

El sistema ultrasónico se diseño conforme a las normas estandarizadas de pistas para las

placas y dispositivos electrónicos, por que el diagrama eléctrico es el siguiente:

Fig.18 Diagrama Eléctrico del bastón con sistema ultrasónico

33

3.3 Pruebas de funcionalidad del sistema ultrasónico en simulador

Se realizaron diferentes pruebas de funcionalidad, puesto que la primera prueba se

realizo con un niño invidente, y la segunda prueba con un niño con debilidad visual.

En la primera prueba se pudo observar que el niño se adecuo muy bien, pues no tuvo

ningún problema para caminar con él, también se noto que el niño demuestra mayor

interés por la novedad de que habla y le anticipa cualquier obstáculo a su camino.

En la segunda prueba se pudo observar que el niño tuvo una mayor facilidad para

desplazarse pues asegura que es más sencillo no equivocarse y tropezarse con los

objetos e identificar más rápido las cosas con las que convive a diario, demostró mayor

interés para el uso del bastón, pues a esa edad es difícil involucrar al niño en el uso de

dicho apoyo.

Las pruebas de funcionalidad también fueron realizadas virtualmente con el simulador que

tiene el programador Arduino:

Fig.19 Simulación de funcionamiento sensor ultrasónico HC-SR04

34

Fig.20 Conexión de Microcontrolador con sensor

Fig.21 Bastón con sistema ultrasónico

35

3.4 Pruebas de campo de funcionalidad del sistema ultrasónico

Para obtener su óptimo funcionamiento del sensor se tuvo que caracterizar por lo que el

patrón del haz del sensor es cónico mientras que el ancho del haz es una función del área

de la superficie de los transductores y es fijo, el patrón de radiación se muestra en la

siguiente figura:

Fig.22 Patrón de Radiación del HC-SR04

Para iniciar la medición de la distancia, se suministro un breve pulso de al menos 10 µs

para disparar la entrada de comienzo del cálculo de distancia. El SR04 transmitirá una

ráfaga de 8 ciclos de ultrasonidos a 40 Khz elevando el nivel lógico de la señal del eco,

entonces el sensor escucha un eco, y en cuanto lo detecta, vuelve a bajar el nivel lógico

de la línea de eco. La línea de eco es por lo tanto un pulso, cuyo ancho es proporcional a

la distancia en pulgadas/ centímetros o en cualquier otra unidad de medida. Si no se

detectara nada, entonces el SR04 baja el nivel lógico de su línea de eco después de

30ms.

36

El SR04 proporciona un pulso de eco proporcional a la distancia, Si el ancho del pulso se

mide en µs, el resultado de debe dividir entre 58 para saber el equivalente en centímetros,

y entre 148 para saber el equivalente en pulgadas

µs /58 =cm 0 µs / 148 = pulgadas.

El HC-SR04 puede activarse cada 50 ms, o 20 veces por segundo. Debería esperar 50ms

antes de la siguiente activación, incluso si el sensor detecta un objeto cerca y el pulso del

eco es más corto, de esta forma se asegura que el “bip” ultrasónico ha desaparecido

completamente y no provocará un falso eco en la siguiente medición de distancia.

Para evitar alteraciones en las mediciones se debe colocar un soporte al transductor que

nos ayude a mantenerlo a cierta altura del piso o mesa de laboratorio, evitar tener objetos

ajenos al procedimiento cerca de donde se realizan las mediciones, esto es por el ángulo

de apertura del transductor. La manera de hacerlo se indica en la figura

Fig.23 Forma de hacer el montaje del equipo

37

En las mediciones se pueden tomar 39 muestras de las cuales los intervalos de distancia

se varían cubriendo desde los 2cm hasta los 500cm. Las 29 primeras se toman cada 1cm,

de la distancia posterior se toman 6 muestras cada 10 cm y 3 muestras en intervalos de

100cm. Y la ultima en 200cm. Los resultados esperados se muestran en la tabla:

DISTANCIA (CM)

VOLTAJE (V)

DISTANCIA (CM)

VOLTAJE (V)

2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20

.606 .61

.614

.618

.622 .63

.633

.637

.642

.648

.652

.658

.663

.668

.673

.678

.682

.686

.693

22 23 24 25 26 27 28 29 30 40 50 60 70 80 90

100 200 300 500

.701

.704

.708

.713

.717

.722

.727

.731

.735

.782

.816 .85

.922 .97

1.009 1.06

1.504 1.997

3

Tabla1 Respuesta de transductor desde 2cm a 500cm

38

La gráfica obtenida con los datos medidos se muestra a continuación:

Fig. 24 Respuesta del sensor

39

0

0.5

1

1.5

2

2.5

3

3.5

0 100 200 300 400 500 600

CAPÍTULO IV

Viabilidad económica del proyecto

4.1 Técnicas de aprendizaje en el uso del bastón

El entrenamiento en el uso del bastón largo debe ser progresivo, continuo y lo

suficientemente prolongado como para cerciorarse de que la persona lo utiliza en forma

adecuada y segura. Existen técnicas pre-bastón que deben enseñarse previamente (como

la de rastreo o la del brazo cruzando el cuerpo) ver fig.2 .Las técnicas con bastón son

básicamente dos: Técnica Diagonal y Técnica Rítmica.

a) Técnica diagonal

Es la que se utiliza para deambular en interiores desconocidos. Consiste en colocar el

bastón en forma diagonal, delante del cuerpo a modo de parachoques y no de

explorador. Se toma colocando la parte interna de la muñeca hacia abajo, con el dedo

índice extendido y colocando el bastón a unos 30º del cuerpo de manera que la punta

quede (sin tocar el suelo) delante del pie del lado contrario al que sostiene el bastón.

Es la técnica que se usa por ejemplo para circular en un centro comercial, en un

edificio público, en un hospital, etc.

Fig.25 Técnica Diagonal con bastón

40

b) Técnica rítmica.

Es la que le permitirá a la persona desplazarse en forma segura e independiente en

exteriores conocidos y desconocidos. Consiste en mover en forma rítmica el bastón

delante del cuerpo mientras se camina, con el fin de detectar obstáculos en el suelo.

Fig.26 Técnica Rítmica con bastón

Para ello es importante que:

La toma se efectúe de forma correcta, es decir con la muñeca apoyada en el centro

del cuerpo, el dedo índice en extensión (a fin de posibilitar una buena percepción táctil

e imprimirle direccionalidad al movimiento), ubicando el bastón extendido hacia

delante de modo que la punta quede delante del pie que comenzará la marcha.

41

La posición del brazo sea la adecuada, es decir que esté con el hombro relajado en

posición primaria (sin que se extienda hacia delante ni hacia atrás, ni esté elevado ni

caído), el brazo al costado y el antebrazo apoyado delante del cuerpo formando un

ángulo de 90º con respecto al brazo de forma de posibilitar la correcta toma.

El movimiento de la muñeca se realice en forma recta de derecha a izquierda evitando

movimientos circulares que imprimirían al bastón una dirección incorrecta.

El barrido del arco del bastón sea el adecuado, es decir levemente más ancho que el

ancho del cuerpo de modo que al moverse el bastón anticipe en forma efectiva el sitio

en que la persona va a pisar. El bastón debe tocar el suelo en los extremos derecho e

izquierdo del arco levantándose levemente del piso (en el caso de la técnica de dos

puntos) o deslizándose (en el caso de la técnica de contacto constante).

El ritmo se realice de modo que el bastón toque el suelo del lado derecho mientras que

el pie izquierdo se adelanta y viceversa.

Sólo si se tienen en cuenta todos estos aspectos a la hora de enseñar la técnica, la

marcha será cómoda y segura. Es importante corregir errores de entrada ya que si se

automatiza el movimiento de forma incorrecta provocará vicios posturales que

repercutirán negativamente en la salud física de la persona y en su deambular. Ahora

bien, en las personas adultas, suele ocurrir que cuando se inicia la enseñanza de la

técnica rítmica se evidencien problemas que quizás hayan paso desapercibidos

anteriormente como por ejemplo, imposibilidad de caminar en línea recta, falta de

equilibrio, giros incorrectos, etc.

42

4.2 Indicación del uso del bastón blanco

En el caso de ceguera congénita hay distintas teorías acerca de cuál es el momento más

apropiado para introducir la enseñanza de la técnica de Hoover. Algunos autores indican

la edad preescolar como la más adecuada mientras que otros desaconsejan su uso hasta

una edad comprendida entre los diez y los doce años. Sin embargo es posible que se

presente al niño previamente este auxiliar de ayuda a la movilidad, en forma de juego y

sin exigencia de ningún tipo.

En cuanto a la persona con ceguera adquirida, el momento de indicar el bastón variará

con cada individuo dependiendo del grado de aceptación de su discapacidad. Quizás sea

el tomar al bastón el momento de mayor significación real y simbólica de la nueva

situación de no ver.

Ahora bien, hay casos en los que no se aconseja el uso del bastón, como en personas

con varios problemas que le impidan el uso correcto por ejemplo: debilidad mental severa,

marcha inestable, demencia senil. También hay personas que lo necesitan sin ser ciegas,

como por ejemplo quienes sufren de hemianopsias inferiores o quienes no lo necesitan en

forma permanente, como por ejemplo quienes tienen funcionamiento visual inestable o

baja visión, insuficiencia psicomotriz en las extremidades inferiores.

Fig.27 Indicaciones de cómo debe usar el bastón para niño invidente

43

4.3 Estudio económico del sistema ultrasónico

A continuación se muestran los costos que se invirtieron en el material para realizar el

bastón.

44

No.DE PIEZAS MATERIAL PRECIO UNITARIO PRECIO TOTAL

1 Tubo de metal $300 $300 1 Balero $15 $15 4 Tornillos $8 $32 1 Soporte para el sensor $10 $10 1 Mango para bastón $100 $100 1 Sensor ultrasónico HC-SR04 $90 $90 1 PIC16F84 $71.16 $71.16 1 CRISTAL 16MHZ $20 $20 5 Resistencias 100KΩ $1 $5 1 Resistencias 470KΩ $1 $1 1 Resistencia 1MΩ $1 $1 1 Capacitor 0.33uf $4.50 $4.50 2 Capacitor 0.1uf $3.40 $6.80 3 Capacitor 100nf $1.25 $3.75 1 Capacitor 0.001uf $2.20 $2.20 1 Capacitor 4.7uf $3.40 $3.40 1 Batería 12v 1.2A $200 $200 1 Regulador LM7805 $3.50 $3.50 1 ISD1400 $95.69 $95.69 1 Cableado $3 $3 1 Placa fenólica $15 $15 1 Soldadura $30 $30 1 Disipador de calor $12 $12 2 Base para Microcontrolador $7 $14 1 Programador para Microcontrolador $369 $369 1 Audífonos $39 $39

TOTAL

$1,447

SIGLAS EMPLEADAS

1. INEGI.- Instituto Nacional de Estadística Geográfica e Informática.

2. ASCII.- (por sus siglas en Ingles) American Standard Code

for Information Interchange. Código Estándar Estadounidense para el Intercambio

de Información.

3. OMS.- Organización Mundial de la Salud.

4. CONAFE.- Consejo Nacional de Fomento Educativo en México.

5. IBSA.- (por sus siglas en Inglés) Federación Internacional del deporte para ciegos.

6. UEFA.- (por sus siglas en inglés) Unión Europea de las Asociaciones de Fútbol.

7. ONCE.- Organización Nacional de Españoles Ciegos.

8. UNAM.- Universidad Nacional Autónoma de México.

9. CINVESTAV.- Centro de Investigación y de Estudios Avanzados del Instituto

Politécnico Nacional.

10. UTT.- Unidad tiflotecnica.

45

GLOSARIO

1. Signografias. Representación mediante signos de las diferentes letras, números y

caracteres para la transcripción de textos de lengua española al Braille.

2. Ceguera. Es la ausencia de percepción de luz, es decir que el niño o la niña no

pueden ver nada.

3. Baja Visión. Es la disminución de agudeza visual (que no puede corregirse por

medio de gafas, lentes de contacto, medicamentos o cirugía.

4. Agudeza Visual. Es la cantidad de visión que tiene una persona y/o campo visual

el espacio que los ojos pueden ver sin moverlos.

5. Oncocercosis. Es una enfermedad parasitaria crónica causada por

un gusano llamado Onchocerca volvulus y transmitida por

varias especies de moscas negras. La infestación parasitaria ocasiona lesiones

potencialmente severas en la piel y los ojos, llegando a ser la segunda razón más

importante de ceguera en el mundo.

6. Tracoma. Es una infección bacteriana del ojo. Es causado por infección con la

bacteria CHLAMYDIA TRACHOMATIS.

7. Tiflotécnica. La palabra Tiflotécnica proviene del griego "tiflo" que significa ciego.

Designa el conjunto de ayudas técnicas destinadas a que las personas con

deficiencias visuales consigan una mejor calidad de vida, centrada en autonomía

y facilidad para el desenvolvimiento en su vida diaria.

46

REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS

Libros con un autor

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- Real Academia Española. (1992). Diccionario de la lengua española (21a ed.).

Madrid, España: Espasa-Calpe.

- Sandy Niemann y Namita Jacob.(2012). Como ayudar a os niños ciegos Apoyo

familiar y comunitario para niños con problemas de la vista.La Fundación

Hesperian. Dibujos por Heidi Broner. Callifornia. E.U.A.

Tesis publicadas

-

- Enríquez Herrador Rafael. (2009). Guía de Usuario de Arduino. Tesis de

licenciatura publicada, Universidad de Córdoba.

- Barrera Núñez Daniel. (2012). Diseño e implementación de un cuadracóptero con

sistema de control automático de estabilidad y comunicación inalámbrica de datos

utilizando plataformas de hardware y software libre. Tesis de licenciatura

Publicada, Universidad de Costa Rica.

- Alfie, Alicia. (2012 ) Apuntes de Cátedra para sector infantil en disminución visual y

ceguera ,Tesis de licenciatura, Instituto Nacional Superior del Profesorado en

Educación Especial. México DF.

47

Sitios Web

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conculta el siguiente link: http://discapacidadcero.weebly.com/uso-del-baston-para

ciego.html.

- Jorge enrique Lafourcade, (2008). Orientacion y Movilidad para personas ciegas

.Recuperado 13 de octubre 2008 del sitio Web SlidesShare, consulta el siguiente

link: http://www.slideshare.net/lafourcade/orientacion-y-movilidad-personas-ciegas-

presentation.

- Revista Muy Interesante, (2011). Bastón para Ciegos actua como murciélago.

Recuperado 14 de noviembre 2011 del Sitio Web Revista Muy Interesante,

consulta el siguiente link:

http://www.muyinteresante.com.mx/tecnologia/365264/baston-ultrasonido-ciegos/.

- Biblioteca Argentina para Ciegos (2012).Distribución de Materiales para uso

exclusivo de personas ciegas. Recuperado 2 de enero del 2012. En el sitio Web

Argentina para ciegos, consulta el siguiente link:

http://www.bac.org.ar/distribucion.html.

- Revista Educando Ciegos (2013).Educación para niños ciegos Recuperado 12 de

enero del 2013. En el sitio Web Revista educando ciegos, consulta el siguiente link:

http://www.revistaeducarnos.com/artículos/educación/la-educación-en-ciencia-para-

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- Cuidado Infantil para ciegos (2013).Ceguera Infantil. Recuperado 2 de enero del

2013. En el sitio Web para Cuidados para ciegos, consulta el siguiente link:

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- Escuela Normal de especialización Humberto Ramos Lozano. (2013).Recuperado

11 abril del 2012. En el sitio Web Humberto Ramos Lozano Escuela Monterrey,

Nuevo león , consulta el siguiente link:

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baston-blanco.

- Instituto Universitario de Oftalmobiología Aplicada . (2013). Recuperado 12 d

emarzo del 2013. Día Mundial del Bastón Blanco de Seguridad. Universidad de

Valladolid. Consulta el link: http:// www. Unioftalmologi.com

Organizaciones

España

ONCE Organización Nacional de Ciegos Españoles.

Perú

IRIS Asociación de voluntarios para el desarrollo de Invidentes.

Estados Unidos de América

Fundación Hesperian Berkeley, California .

México

Asociación para el cuidado de niños invidentes.

Avenida Coyoacán no.751. Col. Del Valle tel.55750617.

Hermana: Antonia.

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ANEXOS

En las siguientes páginas se anexan las hojas de datos los componentes utilizados

en el proyecto.