Ingeniera de detalle de una aplicacin tipo sensitive floor para desarrollo de inteligencia kinestsica,

utilizando sensores de fuerza resistivos Paula Gordillo.#1, Jorge L. Jaramillo P.#2

#1Profesional en formacin, Universidad Tcnica Particular de Loja #2 Docente de EET, Universidad Tcnica Particular de Loja

Loja, Ecuador

1priselpg@hotmail.com, 2jorgeluis@utpl.edu.ec

Resumen Se describe los resultados obtenidos en las etapas de diseo e implementacin de una aplicacin tipo sensitive floor para desarrollo de inteligencia kinestsica, utilizando sensores de fuerza resistivos.

ndice de trminos inteligencias mltiples, inteligencia kinestsica, sensitive floor. Aplicaciones electrnicas tipo sensitive floor, Arduino.

I. INTRODUCCIN

En trabajos anteriores, se describi el estado del arte en el diseo e implementacin de aplicaciones electrnicas orientadas a desarrollar la inteligencia kinestsica en los nios, y, se abord el prediseo de un prototipo de creacin propia, conformado por tres mdulos importantes: un mdulo sensitivo para recepcin de seales de entrada, un mdulo de procesamiento de las seales y su conversin en sonido y voz, y, un mdulo de interfaz con el usuario que permite la interaccin entre la aplicacin y el infante (ver Fig.1).

En este documento se describe los resultados obtenidos en las etapas de diseo e implementacin de cada uno de los mdulos constitutivos del prototipo.

II. INGENIERA DE DETALLE DEL PROTOTIPO

A. Generalidades del diseo del prototipo

Para el infante, el prototipo luce como un teclado de piso (sensible), conformado por diez teclas de diferente color, numeradas del 1 al 10.

Desde la perspectiva del operador, el prototipo posee una consola de control, a travs de la cual se selecciona uno de cuatro modos posibles de operacin: musical, vocal, numrico, y, cromtico.

MODULO DE

INTERFACE CON EL

USUARIO

MODULO DE

PROCESAMIENTO

MODULO SENSITIVO

PROGRAMACIN

Visualizacin

FSR

...

Generacin de

voz y notas

Luces LED

9,3V

Ard uino

9,3V

A rdui no

9,3V

A rdui no

9, 3V

Ard ui no

Adaptador/Red Elctrica

Amplificacin de sonido

Fig. 1. Diagrama de bloques del prototipo propuesto. Diseo de autores

En el modo musical, el prototipo reproduce el sonido de uno de seis instrumentos musicales preseleccionados (flauta, flauta de pan, guitarra, violn, piano y saxofn), y asigna a cada tecla, una de 10 diferentes notas musicales.

En 5 de las 10 teclas se muestran las vocales del castellano. En el modo vocal, cada vez que el nio presiona sobre una tecla asignada, el prototipo emite el fonema equivalente. Si se llega a presionar una tecla no asignada, el prototipo emite un mensaje de error.

En el modo numrico, el prototipo permite seleccionar entre 2 rutinas de trabajo. En la primera, cada vez que se presiona una tecla se escucha el nmero asignado (dibujado en la tecla). En la segunda, se escucha el nmero y el infante debe presionar la tecla respectiva, activando una luz indicativa azul si la respuesta es correcta, o roja si es incorrecta.

En el modo cromtico, el prototipo permite seleccionar entre 2 rutinas. En la primera, al presionar una

tecla se escucha el nombre de un color asignado. En la segunda, se escucha el nombre del color y el infante debe presionar la tecla correspondiente, mantenindose los indicativos visuales descritos.

B. Implementacin del mdulo sensitivo

El mdulo sensitivo incluye el teclado y la sealizacin luminosa. El teclado est conformado por 10 teclas ubicadas en un arreglo de piso de 115cm de largo y 35cm de ancho. Considerando que el grupo meta del proyecto est conformado por nios de 3 a 6 aos, la geometra de cada una de las teclas se determin en 20 cm x 10 cm, en funcin de las dimensiones antropomtricas del pie de nios y nias de 6 aos (ver Tabla 1 y 2) [1].

Tabla 1. Dimensiones antropomtricos del pie de nios de 6 aos [1].

Mn

imo

Mx

imo

Perc

entil

5

Perc

entil

25

Perc

entil

50

Perc

entil

75

Perc

entil

95

Pro

med

io

Peso 19,0 34,0 19,2 20,0 22,0 25,0 29,7 23,2

Estatura 107,5 121,0 107,6 110,9 114,5 116,6 120,3 114,0

Ancho metatarsial 6,2 9,0 6,4 6,5 6,8 7,2 8,0 7,0

Largo pie 15,5 20,1 16,1 17,0 17,2 18,0 19,0 17,5

Tabla 2. Dimensiones antropomtricos del pie de nias de 6 aos [1].

Mn

imo

Mx

imo

Perc

entil

5

Perc

entil

25

Perc

entil

50

Perc

entil

75

Perc

entil

95

Prom

edio

Peso 17,0 26,0 18,0 20,0 20,0 23,0 24,8 20,9

Estatura 103,0 124,2 107,0 108,4 111,8 115,5 119,5 112,1

Ancho metatarsial 6,0 8,0 6,0 6,4 6,7 7,0 7,4 6,7

Largo pie 15,5 19,0 1 5,9 16,5 17,0 17,8 18,5 17,1

Fsicamente, el teclado se construy sobre una placa de playwood de 115 cm x 35cm (ver Fig.2), sobre la cual se tall los canales requeridos para el cableado del circuito electrnico (ver Fig.3). Para disear y simular el desempeo del circuito electrnico con sensores de fuerza resistivos (SFR), se utiliz el aplicativo Fritzing [2].

Para activar la cinta genrica de luces LED, tipo 3528RGB para exteriores, se dise circuitera extra con controladores uln2803a, requeridos para proveer los 9V exigidos para su funcionamiento [3].

C. Implementacin del mdulo de procesamiento

El mdulo de procesamiento est formado por un bloque de programacin, y uno de generacin de voces y sonido. Los circuitos electrnicos requeridos se montaron en un case (17cm x 13cm x 6cm) que opera como consola de control.

El bloque de programacin se mont sobre una placa Arduino Atmega 2560 [4]. Para la programacin de la placa se utilizaron diversas libreras como SD (para leer y escribir datos en la tarjeta microSD acoplada a el zcalo de la Sparkfun MP3 Player Shield), Keyboard (para simular un teclado), Audio (para reproducir ficheros de audio en formato mp3), SPI (para comunicacin entre la placa maestro y los dispositivos externos esclavos; Wire (para comunicar la placa con dispositivos externos utilizando el protocolo I2C o TWI), y, Software Serial (para comunicacin serial) [5]. El flujograma general de operacin del prototipo se muestra en la Fig.4.

El bloque de generacin de voz y notas se implement sobre una placa MP3 Player de Sparkfun Electronics, compatible con Arduino Atmega2560. Los sonidos requeridos se obtuvieron de la plataforma Windows en formato wap, se convirtieron al formato mp3 a travs del editor Cool Edit Pro [6], y, se grabaron en una tarjeta micro SD de 2 GB.

FSRFSR FSR FSR FSR FSR FSR FSR FSR FSR

115cm

35cm

20cm

12cm

10cm0,8cm

13c

m

17cm

CASE

TECLA

LED

0,5cm

CAN

ALETAS

Fig.2. Diseo fsico del teclado sobre un tablero de playwood. Diseo de los autores.

Fig. 3. Montaje del teclado definitivo. Diseo de los autores

ENCENDIDO

MENSAJE DE BIENVENIDA

SELECCIN DE MODO

1 / 2 / 3 / 4

INSTRUMENTOS MUSICALES

VOCALES NMEROS COLORES

1 2 3 4

MENSAJE MENSAJEMENSAJEMENSAJE

SELECCIONA INSTRUMENTO

1 / 2 / 3 / 4 / 5 / 6

FLAUTA

GUITARRA

FLAUTA DE PAN

PIANO

SAXOFN VIOLN

1 2

3 4

5 6

DIEZ NOTAS POR INSTRUMENTO

SALTA SOBRE LAS VOCALES

PULSO UNA VOCAL

VOCAL

VUELVE A INTENTARLO

SI

NO

SELECCIONA UNA OPCIN

1 / 2

PULSA LOS NMEROS DEL

1 AL 10

SIGUE LAS INSTRUCCIONES

CUMPLI LA ORDEN MENSAJE DE

FELICITACIN

1 2

SI

NO

SELECCIONA UNA OPCIN

1 / 2

PULSA LOS COLORES

SIGUE LAS INSTRUCCIONES

CUMPLI LA ORDEN

1 2

SI

NO

NMERO COLOR

FIN

MENSAJE MENSAJE MENSAJE MENSAJE

Fig. 4. Flujograma general de operacin del prototipo. Diseo de los autores.

D. Implementacin del mdulo de interfaz con el usuario

El mdulo de interfaz con el usuario est formado por una pantalla de visualizacin, un bloque de amplificacin de sonido, y un bloque de potenciacin a travs de red elctrica pblica.

Como pantalla de visualizacin se utiliz una placa LCD RGB serial, incorporada al case (ver Fig. 4). El case se complet con el teclado de la placa LCD Keypad Shield.

Para la amplificacin de sonido se emple 2 parlantes colocados uno a cada lado del case. El prototipo se alimenta a travs de un adaptador de mercado, conectado a la red elctrica pblica.

La Fig. 5 muestra un diagrama elctrico general del prototipo, mientras que la Fig.6 muestra una panormica general del prototipo implementado.

E. Presupuesto de implementacin

La Tabla 3 muestra el presupuesto final de implementacin del prototipo.

III. TRABAJOS FUTUROS

Con el objetivo de validar la usabilidad del prototipo, se requerir disear, ejecutar y analizar los resultados de una prueba de perfomance del prototipo.

Fig. 5. Diagrama electrnico general del prototipo obtenido en Fritzing. Diseo de los autores.

Tabla 3. Presupuesto de implementacin del prototipo. Diseo de los autores

Item Cant Descripcin Precio U Total

1 1 Teclado para Arduino 7,99 7,99

2 1 Grove - LCD RGB Backlight 22,00 22,00

3 1 MP3 Player Shield 38,00 38,00

4 2 Arduino Stackable Header Kit 4,91 9,82

5 1 Arduino UNO R3 board with DIP ATmega328P 22,00 22,00

6 2 Breadboard jumper wire 75pcs pack 4,98 9,96

7 2 Phantom YoYo 40P dupont cable 200mm male to female 5,73 11,46

8 2 40PCS Dupont wire 20cm cable Line color 1p-1p pin connector 2,50 5,00

9 10 FSR 402, interlink 11,50 115

10 2 Metros de tira LED 3528rgb 2,50 5,00

11 1 Juego de parlantes Genius 7,00 7,00

12 1 Super Power Supply AC / DC Adapter Charger Cord 9V 2A. 9,99 9,99

13 1 Otra circuitera 10,00 10,00

14 1 Madera impresa y case 45,00 45,00

Total $318,22

IV. CONCLUSIONES

Los resultados obtenidos permiten afirmar que existe la factibilidad tcnica y econmica para el diseo e implementacin de una aplicacin tipo sensitive floor en condiciones locales.

V. REFERENCIAS

[1] RUIZ ORTIZ MANUEL RICARDO, Profesor Asociado Universidad Nacional de Colombia, Sede Bogot, Facultad de Artes, Departamento de Diseo Industrial. PDF:TABLAS ANTROPOMTRICAS INFANTILES Nios y nias de 5 a 10 aos Estratos 1 y 2 Bogot Colombia 2001 consultado el 24 de Octubre de 2014 en la siguiente URL: http://www.bdigital.unal.edu.co/3488/1/Ruiz_Manuel,_tablas_antropometricas.pdf

[2] FRITZING VERSIN 0.9.0, Descargado [en lnea], consultado el 26 de Enero de 2015 en la siguiente URL: http://fritzing.org/download/

[3] ARDUINO VERSIN 1.6.5, Descargado [en lnea], consultado 1 de Enero de 2015 en la siguiente URL: https://www.arduino.cc/en/pmwiki.php?n=Main/Software

[4] UNL2803A, Darlington Transistor Array, Datasheet [en lnea], consultado el 26 de Octubre de 2014 en la siguiente URL: https://www.sparkfun.com/datasheets/IC/uln2803a.pdf

[5] TORRENTE ARTERO, OSCAR, Arduino, Curso Prctico de formacin, libro [en lnea], consultado el 29 de junio de 2015 en la siguiente URL: https://www.arduino.cc/en/pmwiki.php?n=Main/Software

[6] COOL EDIT PRO VERSIN 2.1, Descargado [en lnea], consultado 23 de febrero de 2015 en la siguiente URL: http://descargar.mp3.es/cool-edit-pro-p36218

Fig.6. Panormica general del prototipo. Fotografa de los autores.