UNIDAD PROFESIONAL INTERDISCIPLINARIA DE
INGENIERÍA
CAMPUS GUANAJUATO
Fundamentos de programación
proyecto final : implementación de un sistema de alerta visual y
auditiva de reversa en arduino
POR:
GUSTAVO PADILLA CERNAS
IRVING ALEJANDRO HERNÁNDEZ BAZÁN
BRANDON AVILéS GÓMEZ
ULISES ALFREDO CAMACHO JUÁREZ
Daniel GUTIÉRREZ FERNÁNDEZ
M.C. JUAN PABLO MORALES REYES
Miércoles 09 DE DICIEMBRE DE 2015
SILAO DE LA VICTORIA, GUANAJUATO.
El presente reporte tiene como objetivo mostrar al lector el funcionamiento de un sistema
de alerta trasera preventiva implementado en arduino, simulando a un sistema real de un
automóvil. El lenguaje de programación utilizado en arduino utiliza muchos de los comandos
usados en C/C++ por lo que se consideró pertinente realizar este proyecto como evidencia
final de la materia de Fundamentos de Programación.
A continuación, se definirán conceptos clave para el correcto entendimiento del proyecto en
general, así como algunos de los componentes más importantes que fueron utilizados para
crear el prototipo.
¿Qué es ARDUINO?
Arduino es una plataforma de hardware libre, basada en una placa con
un microcontrolador y un entorno de desarrollo, diseñada para facilitar el uso de la
electrónica en proyectos multidisciplinares. El hardware consiste en una placa con un
microcontrolador Atmel AVR y puertos de entrada/salida. Los microcontroladores más
usados son el Atmega168, Atmega328, Atmega1280, y Atmega8 por su sencillez y bajo
coste que permiten el desarrollo de múltiples diseños. En este caso se utilizó la placa
Arduino UNO.
Por otro lado el software consiste en un entorno de desarrollo que implementa el lenguaje
de programación Processing/Wiring y el cargador de arranque que es ejecutado en la
placa. Se programa en el ordenador para que la placa controle los componentes
electrónicos.
Ilustración 1: Placa ARDUINO UNO, la misma que fue utilizada para este proyecto.
Monitor serial de arduino.
Arduino posee como principal característica la habilidad de comunicarse con nuestra
computadora a través del puerto serie. Esto se conoce como comunicación serial. Debido
a que el uso de este puerto ha quedado un poco en desuso a favor de la tecnología USB,
Arduino cuenta con un convertidor de Serial a USB que permite a nuestra placa ser
reconocida por nuestra computadora como un dispositivo conectado a un puerto COM aun
cuando la conexión física sea mediante USB.
Arduino IDE nos proporciona una herramienta que nos permite enviar y visualizar los datos
que se manejan a través del puerto Serie. Dicha herramienta se conoce como Monitor
Serial y se puede encontrar en el menú de herramientas, en la opción “Monitor Serial”. Es
la forma más simple que existe para establecer la comunicación serial con Arduino.
Sensor Ultrasónico HC-SR04.
El sensor HC-SR04 es una excelente opción como sensor de distancia ultrasónico. Su
relación de costo/beneficio lo hace óptimo para un gran abanico de aplicaciones. El uso de
este módulo es bastante sencillo debido a que toda la electrónica de control, transmisión y
recepción se encuentra contenida en PCB. El usuario solamente debe enviar un pulso de
disparo (mediante el pin “trig”) y medir en tiempo alto del pulso de respuesta (mediante el
pin “echo”). Solamente se requieren 4 hilos para completar la interfaz con el módulo de
sensor HC-SR04.
Ilustración 2: Sensor HC-SR04.
Buzzer.
Zumbador, buzzer en inglés, es un transductor
electroacústico que produce un sonido o zumbido continuo o
intermitente de un mismo tono (generalmente agudo). Sirve
como mecanismo de señalización o aviso y se utiliza en
múltiples sistemas, como en automóviles o
en electrodomésticos, incluidos los despertadores.
Su construcción consta de dos elementos, un electroimán y
una lámina metálica de acero. El zumbador puede ser
conectado a circuitos integrados especiales para así lograr
distintos tonos.
Cuando se acciona, la corriente pasa por la bobina del electroimán y produce un campo
magnético variable que hace vibrar la lámina de acero sobre la armadura.
Display de siete segmentos.
El visualizador de 7 segmentos es un componente que se utiliza para la representación de
números en muchos dispositivos electrónicos, debido en gran medida a su simplicidad.
Aunque externamente su forma difiere considerablemente de un led típico, internamente
están constituidos por una serie de ledes con unas determinadas conexiones internas,
estratégicamente ubicados de tal forma que forme un número '8'.
Los hay de dos tipos: ánodo común y cátodo común (Utilizado en el proyecto).
En los de tipo de cátodo común, todos los cátodos de los ledes o segmentos están unidos
internamente a una patilla común que debe ser conectada a potencial negativo (nivel “0”).
El encendido de cada segmento individual se realiza aplicando potencial positivo (nivel “1”)
por la patilla correspondiente a través de una resistencia que límite el paso de la corriente.
Ilustración 3: Buzzer o zumbador.
Ilustración 4. Configuración de un display 7 segmentos.
A continuación se muestra el código utilizado para el funcionamiento del sistema, con una
breve descripción de cada una de las líneas:
}
Determinación de la distancia que recorre la onda que envía el sensor.
Debido a que el sensor con el que se trabajó es de tipo ultrasónico, éste envía una onda
la cuál viaja a la velocidad del sonido.
𝑉𝑠𝑜𝑛𝑖𝑑𝑜 = 340 𝑚
𝑠
El sensor nos proporciona el tiempo en que la onda viaja, rebota con un determinado objeto
y regresa de nuevo al sensor. Esto es, mediante un flanco de subida enviado al pin “trig”
del sensor, inicializamos el envío de la onda, para posteriormente leer la entrada en el otro
pin del sensor denominado “echo”, el cual nos proporcionará el tiempo de ida y vuelta de la
onda.
Dicho esto, tenemos que la velocidad de un objeto está dada por:
𝑣 =𝑑
𝑡
Y como se quiere obtener la distancia, se despeja de la ecuación…
𝑑 = 𝑣 ∙ 𝑡
Ahora bien, debido a que el sensor trabaja con microsegundos y a que se quiere que la
distancia sea proporcionada en centímetros, se tiene que hacer la conversión de la
velocidad del sonido de metros por segundo a centímetros por microsegundo como sigue:
𝑣𝑠𝑜𝑛𝑖𝑑𝑜 =340𝑚
1𝑠
100𝑐𝑚
1𝑚
1𝑠
1𝑥106𝜇𝑠= 0.034
𝑐𝑚
𝜇𝑠
Antes de sustituir en la ecuación, es necesario comprender que la distancia que se obtendrá
será el doble de la que realmente se necesita, ya que se estaría utilizando el tiempo de IDA
Y VUELTA de la onda, mientras que realmente solo se requiere la mitad de él para realizar
el cálculo correctamente. Es por eso que a la hora de calcular la distancia en el código, ésta
se divide sobre 2.
Resultado del prototipo final.
Ilustración 5. Prototipo final
Conclusiones.
Arduino es una plataforma de desarrollo sumamente interesante e importante en la
implementación de diversos sistemas y prototipos para la industria y la tecnología, ya que
es muy flexible y relativamente fácil de manipular. Es notorio que arduino tiene infinidad de
posibles implementaciones en el sector automotriz, como es el caso de este prototipo de
un sensor de alerta de reversa, las variaciones en programas de arduino van desde lo más
sencillo hasta elaborados programas.
Este programa es de gran utilidad en toda clase de automóviles ya que brinda seguridad a
la hora de estacionarse evitando generar daños en el automóvil propio o de alguna persona
ajena, también al contar con el apoyo visual este es un programa más completo ya que
proporciona con mayor exactitud la distancia a la que se encuentra un determinado objeto
y así el conductor puede imaginarse que tan cerca está. Por otro lado la alarma auditiva es
un elemento clave en el sistema ya que permite al conductor no distraerse en caso de que
se requiera.
Debido a la compatibilidad de comandos con C, arduino resulta una herramienta capaz de
serle útil a estudiantes que apenas se comienzan a adentrar en la programación, lo cual
resulta en una experiencia motivante para desarrollar posteriores proyectos más complejos
y funcionales que posiblemente puedan ser implementados en las tecnologías vehiculares
del futuro.
Fuentes:
[1] Arduino. (2015, 26 de noviembre). Wikipedia, La enciclopedia libre. Fecha de consulta:
diciembre 7, 2015 desde https://es.wikipedia.org/w/index.php?title=Arduino&oldid=87268656.
[2] Zumbador. (2015, 19 de abril). Wikipedia, La enciclopedia libre. Fecha de consulta: diciembre
7, 2015 desde https://es.wikipedia.org/w/index.php?title=Zumbador&oldid=81509685.
[3] HC-SR04 Sensor de distancia ultrasónico. Geekfactory. Fecha de consulta: diciembre 7,
2015 desde http://www.geekfactory.mx/tienda/sensores/hc-sr04-sensor-de-distancia-
ultrasonico/
[4] Comunicación serial con Arduino. García G., Antony. Fecha de consulta: diciembre 7, 2015
desde http://panamahitek.com/comunicacion-serial-con-arduino/
[5] Visualizador de siete segmentos. (2015, 27 de octubre). Wikipedia, La enciclopedia libre.
Fecha de consulta: 06:56, diciembre 9, 2015 desde:
https://es.wikipedia.org/w/index.php?title=Visualizador_de_siete_segmentos&oldid=86131298.
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