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La Mecatrnica en Mxico

Comit Editorial de la Revista

Diseo Grfico Mnica Vzquez Guerrero

Kikey Stephanie Mndez Snchez Alejandra Miguel Vargas Mandujano

Vinculacin Luis Alberto Aguilar Bautista Luis Antonio Salazar Licea

Miguel ngel Bacilio Rodrguez

Revisin de Formato Rodrigo Escobar Daz-Guerrero

Conrado Vargas Cabrera Alejandro de Len Cuevas ngel Jurez Buenrostro

Soporte Tcnico Gonzalo Elas Blanco Silva

Carlos Alberto Ramos Arregun Juan Carlos Moya Morales

DERECHOS DE AUTOR Y DERECHOS CONEXOS. La Mecatrnica en Mxico, Ao 6, No. 3, Septiembre - Diciembre 2017, es una publicacin cuatrimestral editada por la Asociacin Mexicana de Mecatrnica A. C., Calle Fonologa No. 116, Col. Tecnolgico C.P. 76158, Quertaro Qro. Tel. (01- 442) 224 0257. www.mecamex.net/revistas/LMEM/ , Editores responsables: Juan Manuel Ramos Arregun y Jos Emilio Vargas Soto. Reserva de Derechos al Uso Exclusivo en trmite, ISSN: 2448-7031. Responsables de la ltima actualizacin de este nmero: Juan Manuel Ramos Arregun y Jos Emilio Vargas Soto. Este nmero se termin de imprimir el 25 de Septiembre del 2017. Las opiniones expresadas por los autores de los artculos no reflejan la postura de la Asociacin Mexicana de Mecatrnica A.C. Esta revista es una publicacin de acceso abierto, distribuido bajo los trminos de la Asociacin Mexicana de Mecatrnica A. C., la cual permite el uso, distribucin y reproduccin sin restricciones por cualquier medio, siempre y cuando los trabajos estn apropiadamente citados, respetando la autora y el derecho de autor de las personas que realizaron los artculos.

PROLOGO Estimados lectores,

De nueva cuenta, tengo el honor de presentar la revista La Mecatrnica en Mxico, en su edicin de septiembre del 2017. En esta ocasin se han seleccionado tres artculos, los cuales confo encontrarn interesantes, dado el carcter de cada uno de ellos.

Agradezco el trabajo del comit editorial y del comit tcnico de revisores, hago un reconocimiento a su trabajo y dedicacin, gracias a ellos la existencia de la revista mejora en calidad. Confo que se siga logrando la difusin de los trabajos y que se propicie un acercamiento constante con la comunidad acadmica: estudiantes, profesores, profesionistas e investigadores que de alguna manera realizan proyectos y trabajos afines a la Ingeniera Mecatrnica.

Los cambios tecnolgicos y los nuevos proyectos de investigacin que se

llevan en curso en diversos lugares de nuestro Pas nos llevan a redisear productos, procesos y servicios a fin de mejorar su desempeo. Es por ello, que ante las diversas opciones de mejoramiento asumo una relevancia en lograr una certidumbre educativa y tecnolgica que nos permita mejorar la calidad de vida de nuestra sociedad.

Cabe destacar la presentacin de Cdigo de tica del Ingeniero en

Mecatrnica que se presenta en ste nmero de la revista, el cual esperamos sea adoptado por las escuelas de Ingeniera que forman Ingenieros en Mecatrnica.

Dr. Jos Emilio Vargas Soto Fundador Asociacin Mexicana de Mecatrnica A.C.

NDICE Diseo de tarjeta electrnica para monitoreo de temperatura y humedad en apicultura Estrada Barraza Bryan Enrique, Garduo Plata Juan Francisco,, Juvenal Rodrguez Resndiz y Ramos Arregun Juan Manuel.

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Diseo de un algoritmo Fuzzy C-Means para prediccin de contaminacin de aire basado en VHDL Juan M. De la Cruz-Aguirre, Marco A. Aceves-Fernndez, Efren Gorrostieta-Hurtado y Jos Emilio Vargas-Soto.

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Cdigo de tica del Ingeniero en Mecatrnica Aguayo Carmona M.A., Leonardo Prez Mayen L., Gorrostieta Hurtado E. , Ramos Arregun J.A. y Vargas Soto J.E. .

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La Mecatrnica en Mxico, Septiembre 2017, Vol. 6, No. 3, pginas 66 77. Disponible en lnea en www.mecamex.net/revistas/LMEM ISSN: 2448-7031, Asociacin Mexicana de Mecatrnica A.C

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Diseo de Tarjeta Electrnica para Monitoreo de

Temperatura y Humedad en Apicultura

Estrada Barraza Bryan Enrique1, Garduo Plata Juan Francisco2, Rodrguez Resndiz Juvenal 1 y Ramos Arregun Juan Manuel1*

1Universidad Autnoma de Quertaro, Facultad de Ingeniera 2Universidad Tecnolgica de San Juan del Rio

Resumen Este trabajo presenta una propuesta de desarrollo de una tarjeta digital basada en microcontrolador para monitorear la temperatura y humedad interna de una colmena apcola. El sistema desarrollado est basado en un microcontrolador PIC18F4550 y en el sensor digital DHT22. As mismo, se desarrolla software en Visual Basic para el desarrollo de una Interfaz Grfica de Usuario, para realizar la adquisicin y almacenamiento de los datos en una computadora personal. Se muestra el diagrama esquemtico de la tarjeta diseada, la placa de circuito impreso fabricada y armada con los componentes correspondientes. Finalmente, se muestra la interaccin del software con el hardware, siendo ambos adecuados para resolver el problema planteado en este trabajo. Palabras clave: Monitoreo, automatizacin, PCB, apicultura, sensores, microcontroladores.

1. Introduccin

La apicultura es una actividad muy antigua que se ha desarrollado en diferentes partes del mundo, fruto de la relacin entre el hombre y la naturaleza. La referencia ms remota se encuentra en las pinturas rupestres de las cuevas de la Araa en valencia Espaa que datan aproximadamente del ao 7 a.C. [1].

Esta actividad llego a Mxico con la con la conquista de los espaoles, quienes trajeron el

gnero Apis al nuevo continente, el cual fue desplazando paulatinamente a la meliponicultura (cultivo de abejas meliponas), actividad que haba sido la principal forma de obtencin de miel entre los nativos de la pennsula de Yucatn [2], pero que no era tan productiva en lo referente a rendimientos de miel.

En los ltimos aos la situacin se ha tornado crtica para la apicultura en Mxico, ya que se

encuentra afectada por distintos factores biolgicos, ambientales y sociales que marcan una tendencia negativa en cuanto a unidades de produccin apcola a nivel nacional desde finales del siglo pasado [3]. Los nuevos retos a los que se enfrenta este oficio han precisado del establecimiento de nuevas prcticas y manejos entre la comunidad, que aunque necesarios para el desempeo ptimo de la labor, representan un aumento en el grado de dificultad y en la inversin necesaria [4], situacin que ha comprometido la competitividad de muchos apicultores al grado de obligarlos a abandonar el oficio [5].

Al igual que en muchos otros sistemas biolgicos la temperatura juega un papel muy

importante en la colmena y en sus individuos, influyendo directamente en la vulnerabilidad de esta a patgenos y enfermedades [6], as como en el desarrollo de las larvas de abeja y en su posterior


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desempeo como unidad de este sper organismo, siendo 34.5C la temperatura ptima para la cra de las larvas de abeja [7] [8] [9], cualquier temperatura ambiental que oscile alejndose de este rango representar un esfuerzo en termorregulacin extra que las abejas tendrn que compensar.

Como solucin a esta problemtica se ha propuesto la implementacin de estrategias de

climatizacin pasivas las cuales se centran en la incorporacin de materiales de cambio de fase (PCM por sus siglas en ingls Phase Change Material) los cuales son un tipo de medios de almacenamiento de energa trmica, caracterizados por cambiar entre el estado slido, lquido y/o gas, mientras ganan y ceden calor latente [10] [11].

Previamente se ha comprobado como al reducir la variacin de la temperatura interna de la colmena de 2.8C a 1.6C, se ha logrado un ahorro en el consumo de miel con fines de termorregulacin de 3.5kg por colmena durante la temporada invernal [12] solo incorporando materiales aislantes, razn por la cual se espera que la tecnologa de almacenamiento de calor latente tenga un efecto significativamente mayor en la homogeneidad trmica de la colmena y por ende en sus rendimientos y salud.

Debido a esto ha surgido la necesidad de desarrollar un sistema cuyo objetivo sea validar el comportamiento de la temperatura interna de la colmena recopilando datos de sensores de humedad y temperatura para su posterior anlisis estadstico de manera que se pueda observar una mejora significativa en la estabilidad trmica al interior de la cmara de cra. Para tal efecto se ha elegido en el microcontrolador PIC18F4550 como eje central del sistema digital.

2. Metodologa del problema

El desarrollo del sistema digital se realiza conforme al diagrama a bloques de la figura 3, donde se inicia con una comprensin del problema a resolver, para posteriormente realizar una propuesta de solucin. Enseguida, es necesario seleccionar el microcontrolador adecuado, en base al conocimiento que se tenga de ellos. Posteriormente, se disea el circuito esquemtico, as como el circuito de placa impresa. Se realiza la fabricacin del prototipo, y finalmente, se realizaron las pruebas y resultados, para saber si se cumple o no con las caractersticas necesarias se analiza los resultados de acuerdo con la problemtica a resolver.

Figura 3. Diagrama a bloques de la metodologa a seguir.

2.1 Comprensin del problema

Se requiere la elaboracin de una tarjeta electrnica para la obtencin de datos de temperatura y humedad dentro de los panales de las abejas. Esto va a permitir generar informacin y, conociendo los datos, tomar acciones para que la temperatura y la humedad se encuentren en niveles adecuados para una produccin de miel eficiente. Se requiere que los datos sean transferidos a una computadora personal, para su almacenamiento y posterior anlisis.


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2.2 Propuesta de solucin. Se propone el uso del sensor DHT22, utilizado para medir humedad y temperatura. Se propone

utilizar un microcontrolador PIC18F4550, para realizar la comunicacin con el sensor digital para obtener las mediciones de temperatura y humedad al interior del panal. Se propone el uso de hasta 4 sensores.

2.3 Seleccin del microcontrolador. El microcontrolador (C) que se utiliza es el PIC18F4550. Se ha elegido este dispositivo por sus

caractersticas, especialmente bajo costo, manejo de temporizadores, comunicacin serial sncrona y asncrona. En la tabla 1 se muestran las caractersticas principales de este microcontrolador [13], donde se compara con otro modelo de microcontrolador. Es importante mencionar que este microcontrolador cuenta con un puerto USB, lo cual va a permitir a futuro tener una comunicacin ms rpida y directa con otros dispositivos utilizando este medio.

Tabla 1. Caractersticas de algunos dispositivos de la familia PIC18Fxxxx.

Device

Me

mo

ria de

programa

(bytes)

Memoria de datos (bytes) I/O

A/D 10 bit

CC

P/E

CC

P

(PW

M)

SP

P

MSSP

EA

US

AR

T

Com

paradores

Te

mporizadores 8/16 bit

SRAM EEPROM SPI I2C

PIC18F2455 24K 2048 256 24 10 2/0 NO SI SI 1 2 1/3 PIC18F2550 32K 2048 256 24 10 2/0 NO SI SI 1 2 1/3 PIC18F4455 24K 2048 256 35 13 1/1 SI SI SI 1 2 1/3 PIC18F4550 32K 2048 256 35 13 1/1 SI SI SI 1 2 1/3

2.4 Diseo de la tarjeta electrnica. El diseo de la tarjeta de circuito impreso debe pasar por las siguientes etapas: 1. Considerar el consumo de energa elctrica, considerando la posibilidad de tener que

alimentarse de bateras, dependiendo de las restricciones elctricas donde vaya a ser utilizado el circuito.

2. Es importante considerar la restriccin de tamao, para que sea acorde con la solucin del problema.

3. Tipo de dispositivos y sensores a utilizar. Una vez atendidos los puntos anteriores, se trabaja en el desarrollo del circuito por etapas, lo

que puede ser desarrollado utilizando algn simulador de hardware. 1. Diseo del esquema electrnico. 2. Programacin del microcontrolador. 3. Simulacin de la solucin. 4. Correccin de errores 5. Diseo de la placa de circuito impreso. 6. Fabricacin del PCB. 7. Construccin del PCB. 2.5 Pruebas y resultados Se realizan pruebas del sistema para determinar si es acorde con la solucin del problema.


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3. Desarrollo del proyecto

El diseo de la tarjeta se inicia con la seleccin de los sensores a utilizar. Para este proyecto se decide utilizar el sensor DHT22, el cual es un sensor digital que permite obtener la medicin de temperatura y humedad las dos magnitudes que se desean obtener. Este sensor se muestra en la figura 4. El sensor cuenta con cuatro terminales, los cuales son VDD, GND, SEAL, NC.

Figura 4. Pines de conexin del sensor DHT22.

La conexin del sensor con el PIC se muestra en la figura 5.

Figura 5. Conexin del sensor DHT22 con PIC.

La programacin del microcontrolador es realizada de acuerdo con el diagrama de flujo de la figura 6.

Para trabajar con el C, se configura el cristal externo del dispositivo PIC18F4550, y se

complementa el diseo utilizando las herramientas de software MPLAB y compilador C Compiler, con las cuales se realiza la programacin del C. La figura 7 muestra la configuracin de las terminales del microcontrolador PIC18F4550, que es la base del diseo electrnico.


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Para configurar el cristal del C se requiere configurar los bits para indicar si se usa el cristal

externo o interno del dispositivo. De lo contrario, no se puede trabajar con dicho dispositivo. El C tiene 12 modos de configuracin del oscilador, los cuales se muestran en la tabla 2. Debido a que el PLL de 96 MHz requiere una seal de entrada de 4 MHz, el pre-escalador PLL realiza una divisin de frecuencia, con base en la frecuencia del cristal externo. As, si se tiene un cristal de 4MHz, se debe elegir la direccin 000 del multiplexor a travs de los bits PLLDIV del registro de configuracin. Luego de esto, el post-escalador PLL ofrece una opcin como fuente de reloj para el CPU y los perifricos. En este caso, la frecuencia de trabajo se puede escoger en el MUX CPUDIV mediante la divisin de los 96Mhz PLL entre 2, 3 ,4 o 6.

Figura 6. Diagrama de flujo para el desarrollo de programas en un microcontrolador.


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Figura 7. Distribucin de pines de los microcontroladores PIC18f455-2550 (Fuente: Microchip)

Tabla 2. Directivas de compilacin del oscilador para la familia PIC18Fx550.

Directiva Descripcin 1 XT Cristal / Arreglo RC 2 HS Cristal / Arreglo RC de alta velocidad 3 HSPLL Cristal / Arreglo RC de alta velocidad con PLL habilitado 4 EC Reloj externo con salida FOSC/4 5 ECIO Reloj externo con I/O en RA6 6 ECPLL Reloj externo con PLL habilitado y la salida FOSC/4 en RA6 7 ECPIO Reloj externo con PLL habilitado con I/O en RA6 8 INTHS Oscilador interno usado como fuente de reloj del microcontrolador, el oscilador HS

es usado como fuente de reloj USB 9 INTIO Oscilador interno usado como fuente de reloj del microcontrolador, el oscilador EC

es usado como fuente de reloj USB, se cuenta con I/O en RA6 10 INTCKO Oscilador interno usado como fuente de reloj del microcontrolador, el oscilador EC

es usado como fuente de reloj USB, con salida FOSC/4 en RA6

3.1 Diseo de la tarjeta electrnica Se realizaron dos diseos de circuito impreso. En la primera se usa un PIC18F2550 y en la

segunda un PIC18F4550. Sin embargo, ambas tarjetas realizan la misma funcin. La figura 8 muestra el esquemtico del circuito diseado.


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Figura 8. Esquemtico general del circuito diseado.

La tarjeta cuenta con los siguientes componentes electrnicos: Puente de diodos RS406, regulador de voltaje LM317, 5 Conectores CONN SIL, 1 Conector CONN DIL 2, 1 Cristal, 2 Capacitores de 22nF, resistencias.

Se realiza el diseo en PCB a partir del esquemtico que se muestra en la figura 8. El resultado

se muestra en la figura 9. El diseo en 3D de la placa se muestra en la figura 10, donde se observa los componentes que lleva de una forma un poco ms real.

Figura 9. Diseo del PCB.


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Figura 10. Diseo 3D de la PCB. Finalmente, se procede a realizar el maquinado de la PCB, con equipo CNC ubicado en el

laboratorio de Mecatrnica de la Universidad Autnoma de Quertaro, el cual fue adquirido con apoyo de CONACYT, por medio la convocatoria de Apoyo a Infraestructura en el ao 2013. El resultado se muestra en la figura 11. Finalmente, se procede a soldar los componentes en la placa PCB.

Figura 11. Placas maquinadas.


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4. Resultados

La tarjeta electrnica finalizada con componentes soldados se muestra en la figura 12.

Figura 12. Tarjeta electrnica PIC18F4550 con los componentes soldados. Para elaborar la tarjeta con el PIC18F2550 se us un dispositivo de montaje superficial, la cual

se muestra en la figura 13. En la figura 14 se observa la tarjeta armada y funcionando.

Figura 13. Tarjeta gobernada con PIC18F2550 montaje superficial.


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Figura 14. Tarjeta electrnica funcionando. Se procede a realizar un programa en software de Visual Studio, para recabar los datos de

humedad y temperatura. El programa genera una grfica que muestra el comportamiento de la temperatura y de la humedad, generando un documento de texto con el historial de las mediciones. La aplicacin desarrollada en Visual Basic se muestra en la figura 15. Dado que el microcontrolador puede monitorear hasta 4 sensores al mismo tiempo, el programa solamente muestra hasta 4 grficas de humedad o de temperatura.

En la figura 16 se muestra el software adquiriendo datos de los 4 sensores de temperatura.

Figura 15. Aplicacin para el monitoreo de 4 sensores DHT22.


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Figura 16. Monitoreo de los 4 sensores digitales DHT22.

5. Conclusiones

Ante la problemtica de la vulnerabilidad de las abejas a factores biolgicos y climticos en gran

parte de las regiones de Mxico, y en particular, en el estado de Quertaro, se encontr la necesidad regular la temperatura interna de la cmara de cra mediante estrategias de climatizacin pasivas.

Se disearon dos tarjetas, una basada en el microcontrolador PIC18F4550 y la otra en un

PIC18F2550, para una mayor versatilidad. Las cuales fungen como auxiliares en la validacin de la solucin midiendo y almacenando datos de humedad y temperatura al interior de la colmena. Esta informacin permitir corroborar la eficacia de los materiales de almacenamiento de calor latente incorporados.

El programa desarrollado permite observar el comportamiento de la temperatura, as como el

almacenamiento de los datos. Estos datos pueden ser recuperados para graficarlos en el intervalo de tiempo deseado. La comunicacin entre la computadora y el microcontrolador, es realizada utilizando protocolo Bluetooth.

Todo este conjunto de herramientas, permitir eficientar las propiedades trmicas de la

colmena, optimizando el microclima interno para brindar una mejor calidad de vida a las abejas que la habitan. Una posible mejora al proyecto es cambiar el mdulo bluetooth por un mdulo Wi-Fi, para enviar la informacin a una base de datos en la nube o en un servidor especfico. De esta manera, se puede acceder a los datos desde cualquier dispositivo. La comunicacin Wi-Fi permite un mayor rango de distancia en la comunicacin de datos. Adems del mdulo Wi-Fi, se puede agregar la conexin USB, para que los datos sean almacenados en dispositivos compatibles, para su posterior anlisis y toma de decisiones.


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El sistema tiene la capacidad de trabajar con un mayor nmero de transductores (sin exceder

las I/O del microcontrolador) para as obtener una mayor cantidad de lecturas en diferentes puntos. De este modo el sistema puede medir ms puntos de inters.

Referencias

[1] A. Correa Bentez, Historia de la apicultura en Mxico, Imagen veterinaria, vol. 4, n 1, pp. 4-10, 2004.

[2] D. H. Flrez Martnez, Diseo de una minicadena productiva para apicultura orgnica en San Andrs Islas a travs de un itinerario de ruta como herramienta de gestin e integracin, Corporacin Colombiana de Investigacin Agropecuaria, vol. 14, n 2, pp. 129-147, 2013.

[3] INEGI , La apicultura en la Pennsula de Yucatn : Censo Agropecuario 2007, Mxico, 2012.

[4] Coordinacion general de ganaderia, Situacin Actual y perspectiva de la apicultura en Mxico, Claridades Agropecuarias, 2010.

[5] L. M. Saldaa Loza, Manual: Nuevos manejos en la apicultura para el control del pequeo escarabajo de la colmena, Segunda ed., Mxico: Sagarpa, Servicios apicolas de Quertaro, 2014.

[6] D. VanEngelsdorp, Colony Collapse Disorder: A Descriptive Study, PLOSone, 2009.

[7] P. Medrzycki, Influencia de la temperatura de la cra en el desarrollo de la abeja de la miel y susceptibilidad a la intoxicacin por los pesticidas, Journal of apiculture research, pp. 52-59, 2010.

[8] A.-W. Noori, S. Khelod, A.-G. Ahmed and J. A. Mohammad, Antibiotic, Pesticide, and Microbial Contaminants of Honey: Human Health Hazards, A. S. D. X. T. a. L. A. V. N. Ercal, Ed., New York, 2012.

[9] C. A. Mullin, M. Fraizer, J. L. Frazier, S. Ashcraft, R. Simonds, D. Engelsdopr and J. S. Pettis, "High Levels of Miticides and Agrochemicals in North American Apiaries: Implications for Honey Bee Health," Journal Plos one, vol. 5, no. 3, 19 marzo 2010.

[10] J. Jaguemont, N. Omar, P. Van den Bossche and J. Van Mierlo, Phase-change materials (PCM) for automotive applications: a review., Brussels: Applied Thermal Engineering, 2018.

[11] K. Muramoto y . Y. Takahashi, VO2-dispersed glass: A new class of phase change material, Sendai: Nature, 2018.

[12] A. Satta, Effects of the cork on the thermal insulation and the thermoregulation of beehive, 2004.

[13] MICROCHIP, MICROCHIP, 2009. [En lnea]. Available: http://ww1.microchip.com/downloads/en/DeviceDoc/39632e.pdf.

La Mecatrnica en Mxico, Septiembre 2017, Vol. 6, No. 3, pginas 78 90. Disponible en lnea en www.mecamex.net/revistas/LMEM ISSN: 2448-7031, Asociacin Mexicana de Mecatrnica A.C.

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Diseo de un algoritmo Fuzzy C-Means para prediccin de contaminacin de aire basado en VHDL

Juan M. De la Cruz-Aguirre1, Marco A. Aceves-Fernndez2*, Efren Gorrostieta-Hurtado2, Jos Emilio Vargas-Soto2

1 Facultad de Informtica, Universidad Autnoma de Quertaro, Quertaro, Mxico [email protected]

2 Facultad de Ingeniera, Universidad Autnoma de Quertaro, Quertaro, Mxico [email protected]

Resumen Las partculas de suspensin contaminantes, como por ejemplo las PM10 y las PM25, son algunas de las ms dainas para la humanidad dado el dimetro mnimo aerodinmico que ellas tienen. Esto, aunado a la creciente demanda de factores que las producen en las ciudades cada vez ms pobladas, las hacen un riesgo serio para sus habitantes. Los factores de deteccin deben ser cada vez ms efectivos, precisos y accesibles para que puedan llegar a donde ms se necesitan. A lo largo de este trabajo se explora y deduce un algoritmo de prediccin basado en el mtodo de Clustering Difuso C-Means suficientemente capaz de pronosticar estos ndices contaminantes, adems se propone y compara su implementacin en VHDL y en Matlab para determinar la obtencin de los mismos resultados con ambas arquitecturas, complementando de esta forma la factibilidad de que pueda ser implementada de forma ms rpida y con menos recursos. Palabras clave: VHDL, Fuzzy C-Means, PM10, Contaminantes.

1. Introduccin

La accin de respirar obliga a un contacto permanente entre el aparato respiratorio y el medio ambiente. Esta relacin es imprescindible para la vida, aunque nos hace vulnerables a la accin de los contaminantes suspendidos en el aire que respiramos [1]. Los pulmones se convierten en la puerta de entrada, con frecuencia de una manera invisible, para un gran nmero de sustancias con capacidad de causar enfermedad respiratoria, cardiaca o de otros rganos. La preocupacin por conseguir un aire limpio es compartida por cientficos e instituciones [2].

La accin de respirar obliga a un contacto permanente entre el aparato respiratorio y el medio

ambiente. Esta relacin es imprescindible para la vida, aunque nos hace vulnerables a la accin de los contaminantes suspendidos en el aire que respiramos. Los pulmones se convierten en la puerta de entrada, con frecuencia de una manera invisible, para un gran nmero de sustancias con capacidad de causar enfermedad respiratoria, cardiaca o de otros rganos. La preocupacin por conseguir un aire limpio es compartida por cientficos e instituciones [1].

Esto ha servido de fundamento para determinar que la calidad del aire que respiramos es de

vital importancia para nuestra salud y bienestar; esta calidad depende de la presencia en la atmsfera de algunos contaminantes, que en concentraciones superiores a los niveles lmite establecidos pueden resultar peligrosos para la salud y/o el bienestar de las personas, o para la calidad de los ecosistemas naturales. El diseo de las ciudades es de gran importancia en cuanto a la calidad del aire local se refiere, ya que los elementos que lo configuran (principalmente aspectos relacionados con la movilidad y los procesos industriales) determinan, junto con las condiciones meteorolgicas, la emisin, la distribucin y la difusin de los contaminantes atmosfricos [3]. Los principales


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contaminantes atmosfricos son el dixido de azufre, el dixido de nitrgeno, el monxido de carbono, los compuestos orgnicos voltiles, las partculas en suspensin y el plomo [4].

Existe una asociacin directa entre el tamao y la masa de las partculas suspendidas, con los

efectos en la salud humana. La principal va de ingreso al organismo es durante la respiracin, pero no todas las partculas en suspensin ingresan al sistema respiratorio, entre ms pequeas son, ms profundamente ingresan. Las partculas ms grandes se retienen en la regin nasal, mientras que las menores a 10 m pueden penetrar ms all de la laringe. Las ms pequeas, menores a 1 m, son capaces de ingresar hasta la regin alveolar, que es la zona en donde se realiza el intercambio de oxgeno. En el monitoreo de la calidad del aire se utilizan dos indicadores para el monitoreo de las partculas suspendidas: las partculas menores a 10 m (PM10) y las partculas menores a 2.5 m (PM2.5) [5].

En clustering tradicional u otros modelos como los mostrados en [6] [7] [8], una entidad

pertenece nicamente a un solo cluster. En eta contribucin, se presenta la tcnica llamada Fuzzy Clustering Means (FCM), en la cual una entidad puede pertenecer a uno o ms clusters basado en diversos parmetros como su localizacin en el histograma y que grado de pertenencia ocupa en cada cluster. Esta versatilidad provee una mayor certeza en la prediccin, en este caso, de contaminantes.

2. Marco Terico El nombre de ste segundo ttulo depender de cmo se haya estructurado el artculo. En caso de que la estructura del artculo requiera de subsecciones, estas se enumerarn de acuerdo a su orden de aparicin. Todos los ttulos (Resumen, Introduccin, etc.) se escribirn usando el tipo Arial normal de 12 puntos.

2.1 Fuzzy C-Means (FCM) (FCM) es uno de los mtodos de clustering ms utilizados. Desarrollado por Dunn [8], y ms

adelante mejorado por Bezdek [9], permite a un sector de datos pertenecer a uno o ms clusters con grados variantes de membreca. En aplicaciones reales, en ocasiones no hay una frontera puntual visible entre clusters colindantes. Esto conduce a un clustering difuso mejor situado en los datos. Los grados de Membreca entre cero y uno son usados en clustering difuso en lugar de asignaciones llanas de los datos a los clusters. Una descripcin detallada de los fundamentos de clustering difuso, algoritmos bsicos, implementaciones, as como evaluacin de validez de cluster y resultados de visualizacin fueron propuestas por Kruse [10].

En el presente trabajo, y como se espera para el algoritmo, inicialmente los centros estn

ubicados en lugares inexactos y para cada punto de datos se obtiene su correspondiente membreca para cada cluster. Por iteraciones, los centros de los clusters y los grados de membreca son actualizados para cada punto de datos minimizando una funcin objetivo que representa la distancia de cada punto dado a un centro de cluster. El resultado final de un sistema de clustering difuso es una lista de centros de clusters y los respectivos grados de membreca para cada punto de datos, los cuales servirn de antecedente para pronosticar las partculas de agentes contaminantes en el algoritmo a ser implementado. Este Algoritmo est basado en la minimizacin de la funcin objetivo [11] mostrada en (1).

=!!"#$ %&'# ( )$&*, 1 + - < ./

$02

3

#02 (1)


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En donde para desarrollar un algoritmo que pueda ser implementado en cdigo es necesario separarlo en componentes especficos. Primero se definen los datos especficos que soportaran la definicin del algoritmo, dentro de los cuales se encuentran el elemento a evaluar, el centro actual evaluado, la secuencia de centros que formarn parte de la operacin y el Fusificador (Fuzzifier) utilizado como valor constante igual a 2 para las iteraciones de entrenamiento de la red de lgica difusa. Tomando este valor de 2 se puede definir la potencia a la que ser evaluada el divisor, la cual toma un resultado de dos al realizar la operacin respectiva de 2/(m-1) que se define en la ecuacin de Membreca [12] de (2) y (3).

! = 1" #$% & '!$(% & ')(*

+,-./)0.

(2)

'! = " 2 !, 3 % 4 0." 2 !,4 0. (3)

El proceso iterativo de optimizacin termina cuando su criterio de termino se cumple, por

ejemplo, en (4), donde es el criterio de trmino entre 0 y 1 y k es el nmero de iteracin. Despus de la formacin del cluster, la red se separa en agrupaciones (clusters) y el proceso comienza localmente con cada uno de los clusters.

56% ! 782 !9):.; & 2 !9);8< >? >@ (4)

2.2 Modelo del algoritmo Dentro del clustering o agrupamiento de formas de datos existen metodologas diferentes y

cada una de ellas puede aplicarse como mejor corresponda a un objetivo especfico. En el caso del presente desarrollo se opt por el esquema difuso que nos permitir definir un modelo que pronostique de forma efectiva agentes contaminantes en un entorno comn.

El modelo, inicia con un grupo de valores reales de agentes contaminantes que se irn

agrupando en grupos (clusters). Cada uno de estos clusters tiene un valor centro, y cada uno de los elementos reales tiene cierto grado de membreca con respecto al centro de cada grupo.

El primer paso del algoritmo a implementar consiste en definir un umbral inicial con el cual

mediremos la aproximacin de nuestro modelo, este lmite marcar la diferencia mxima que puede existir entre los valores pronosticados que se definen con nuestros centros calculados con respecto a valores proporcionados con un sistema real. Este valor es fundamental ya que de l depender la certeza con el que el algoritmo podr predecir los valores objetivo esperados.

Una vez definido un umbral es necesario establecer un primer modelo con el cual trabajar, para esto se asignan centros aleatorios para cada grupo; estos valores de centros tendrn que ser representativos del grupo en total.

Con estos primeros centros se procede a ir obteniendo los datos reales y junto con los valores

de los centros se contina con los clculos respecto a la membreca. Para proceder a calcular los valores de membreca se requiere tener todos los datos dentro de

un arreglo para poder proceder a la frmula de membreca, a ser descrita en la siguiente parte de este captulo. De esta forma se va preguntando si es el ltimo dato y en caso afirmativo se pasa a calcular los valores de membreca de los elementos del grupo con respecto a los centros predeterminados. Si no es el ltimo dato se va adquiriendo nuevamente hasta completar el arreglo.


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3. Arquitectura 3.1 Definicin El sistema propuesto de prediccin consta de 3 pasos principales. Dichos pasos se ejecutan de

la siguiente manera. Primeramente, se obtienen las lecturas de las membrecas de los grupos actuales. Posteriormente, se calculan los valores de los centros de cada cluster a ser utilizados en la prediccin del da posterior. Por ltimo, se calculan los nuevos centros y se cambia el umbral para realizar la prediccin. Las funciones principales que integran el cdigo en VHDL se mencionan a continuacin.

3.2 Arquitectura del Sistema El algoritmo se implementa por medio de la descripcin de mayor nivel. La arquitectura se

muestra en la figura 1.

PROGRAMA PRINCIPAL

CALCULO DE UMBRALDE CAMBIO

DESCOMPOSICIN DEARCHIVO /

PROCESAMIENTO DETEXTO A DATOS

ARCHIVO DE LECTURASPRELIMINARES

CENTROSESTIMADOS

LECTURA DEL DIAACTUAL

COMPOSICIN DE VECTORDE LECTURAS

CALCULO ENTRECENTRO MAS

CERCANO Y LECTURADIA SIGUIENTE

CALCULO DE MEMBRECIASCALCULO DE NUEVOS

VALORES DE CENTROS

CALCULO DE LECTURA DELDIA SIGUIENTE

VALOR DE LECTURAPRONOSTICADO

Figura 1. Arquitectura del Algoritmo VHDL para pronosticar partculas contaminantes basado en Fuzzy-C Means.

En las siguientes secciones, se habla del resto de los mdulos requeridos para realizar las

predicciones.

4. Definicin de mdulos 4.1 Ciclo de partcula y apertura de archivo de datos El primer paso despus de iniciar el programa de ejecucin principal es darle valores

preliminares a los centros que se utilizarn para las operaciones, los valores que se incluyen son dados de acuerdo con los centros calculados del grupo de datos guardado y que se basa en predicciones anteriores.


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4.2 Valores de centroide inicial y leer los datos de El primer paso en el programa principal es asignar valores preliminares a los centros, ellos

pueden ser definidos de acuerdo con los anlisis estadsticos o crear una tabla de dispersin de la lista de lectura de datos. Los valores de los centros de los grupos donde la mayor concentracin de partculas es percibida son seleccionados como los valores iniciales.

4.3 Calcular umbral de cambio y reemplazo de lecturas Una vez que tenemos los datos de las partculas para realizar el pronstico procedemos a hacer

el clculo del umbral de cambio que nos servir para el pronstico de las partculas; el UMBRAL DE CAMBIO como lo hemos definido es la distancia de la lectura que tenemos guardada en nuestros datos con respecto a la lectura que se est leyendo y de ah definir cuanto estn cambiando los agentes contaminantes. Para esto, primeramente, debemos definir si la lectura del da es mayor o menor que la lectura guardada en los datos para ese da, esta comparacin se hace para sabiendo cul de las dos es mayor proceder a restar una de la otra y obtener la diferencia.

De esta forma ya tenemos cuanto cambia la lectura guardada con respecto a la leda

(UMBRAL DE CAMBIO) y si este valor tiene que ser sumado o restado a la nueva partcula que definiremos con nuestros centros y membrecas. Una vez terminado el clculo del umbral de cambio procedemos a reemplazar los valores ledos en nuestro grupo de valores almacenados, el grupo se encuentra en la variable lecturas y est apuntando al da de lectura actual; los valores guardados del da estn en la variable a la que se iguala y que es lecturaDiaParticula. Tambin en los dos arreglos se indica la partcula actual que est siendo evaluada.

De esta forma, con el nuevo grupo de lecturas, incluyendo las lecturas recientes, podemos dar

paso a la obtencin de los valores de membrecas. Mostrando esta funcin en un diagrama Top-Down queda como se muestra en la figura 3.

Ciclo de partcula y aperturade archivo de datos

Definir valores deCentros Iniciales

Realizar ciclo para tomarvalores de lecturas

numerados

Realizar ciclo que estarcomparando con todos

los centros

CentrosNO2

CentrosPM10

Inicializar ciclo eiteraciones de

lecturas

Escribir en elarchivo cada

lectura con suparticula

Abrir archivo delecturas

Tomar cada lecturapara comparacin

Figura 2. Diagrama Top-Down de Ciclo de partcula y apertura de archivo de datos.


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1.1 Distancia entre centro ms cercano y lectura da siguiente Se procede entonces a calcular la distancia desde el centro ms cercano a la lectura del da

siguiente para tener un parmetro de concordancia el cual tener de referencia para un pronstico ms acertado. La realizacin de este clculo inicia un nuevo ciclo en el que se ir tomando centro por centro para verificar si es el que se encuentra ms cerca.

Algoritmo para el Clculode Membrecias

Determinarvalores paraiteraciones

Elevar potenciade divisiones:elemento i &

centro j

Hacer sumatoriade divisiones yobtener valoresde Membrecaspara cada valorcon cada centro

Asignarvalores de

centrosiniciales

ElevarpotenciaFuzzifier

DeterminarThreshold paraCentros finales

Calcularabsoluto dedividendo:

elemento i cada centro

EfectuarSumatoria:

divisiones deabsolutos

potenciadas

Calcularabsoluto de

divisor:elemento i

centro j

Obtener datoscontaminantepara primera

iteracion

Elevarpotencia de las

divisiones

Dividir 1 entre lasumatoria para

obtener Membreciade cada elementopara cada centro

Figura 3. Diagrama Top-Down para el Clculo de Membrecas. Una vez que se tiene el centro de la iteracin se comienzan a hacer operaciones con l, lo

primero es comparar si este valor o el de la lectura son ms grandes para que se proceda a evaluarse respecto al prximo centro en la iteracin. Para obtener la lectura del da siguiente se le suma un valor de uno al ndice del vector de Lecturas.

En caso de que esta distancia nueva calculada sea mayor, entonces el nuevo valor de la

distancia del centro a esta lectura se guardar como el nuevo valor que estamos buscando, en caso contrario se descarta. Tambin se guarda la iteracin que corresponde al centro que debe usarse para modificar la lectura correspondiente con este valor de centro que se obtuvo de la iteracin.


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1.2 Calcular nuevos valores de centros con membrecas obtenidas. Ya que se han efectuado todas las operaciones necesarias con los valores de centros actuales

se procede a calcular los nuevos valores de centros que servirn de base para el pronstico de la lectura del da siguiente, para esto primeramente se inician dos ciclos uno para ir evaluando cada centro y dentro de este ciclo ir evaluando la lectura.

El clculo de los nuevos valores de centros implica para cada lectura la divisin de, la

sumatoria de la membreca actual correspondiente elevada al valor del fuzzifier multiplicada por la lectura que se est evaluando, entre la sumatoria de todas las membrecas de esta lectura elevadas al valor del fuzzifier con respecto a todos los centros. Para esto, primero se encuentra el valor del divisor para el cual el primer paso es iniciar un ciclo para ir calculando todas las membrecas. De esta forma tendremos los nuevos valores de centros para obtener la lectura del da siguiente por partcula, como se muestra en la figura 4.

Determinar valoresCentros de los clusters

para prediccin

Determinarvalores paraiteraciones

Efectuarsumatorias y

multiplicaciones

Hacer divisin paraencontrar cada

Centro

ElevarpotenciaFuzzifier

ElevarMembrecia ala potencia de

Fuzzifier

Dividendo:Sumatoria de cadamembrecia para elCentro evaluado

Multiplicar cadaelemento por la

membrecia de eseelemento para elcentro evaluado

Divisor: Sumatoriade las

multiplicaciones

Figura 4. Diagrama Top-Down para el Clculo de Nuevos Centros. 1.3 Pronosticar lectura del da siguiente. Una vez que se tienen los valores de membrecas y los nuevos valores de centros calculados

se inician las operaciones para encontrar la lectura del da siguiente. Para esto primeramente tenemos que determinar cmo ser aplicada la variable calculoUmbralDeCambio que pueden ser sumada o restada, de acuerdo a como se haya determinado.


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Despus se procede a evaluar tambin la variable calculoDiaSiguienteCentro y en caso de que

las dos se sumen se procede a realizar la adicin de ambas al parmetro que guardar nuestro valor final de la lectura del da siguiente el cual se denomin lecturaDiaSiguiente, este parmetro tiene un sub-parmetro particula para indicar a cul tipo de esta pertenece y que est siendo evaluada.

En caso de que la condicin resulte en que la distancia del centro sea restada entonces se

procede a restar la variable sumarDistanciaCentro del parmetro que contiene el valor de la lectura anterior y que finalmente contendr el nuevo valor de partcula; habiendo evaluado si ambas condiciones se suman se procede a cerrar el condicional que evala si se suma la distancia hacia el centro. Por ltimo, se cierran el condicional respectivo que se estaba operando, el ciclo correspondiente y el proceso general del programa VHDL respectivo para finalizar con las operaciones. La figura 5 muestra el Diagrama Top-Down correspondiente.

Pronosticar Lectura del DaSiguiente

Verificar si el umbral decambio es positivo o

negativo

Verificar si la distancia alCentro de la Lectura del

da siguiente es positivo onegativo

Sumar o restar el Umbralde Cambio y la Distanciaal centro calculado para

obtener la prediccin

Figura 5. Diagrama Top-Down para Pronosticar la Lectura del Da Siguiente.

En la siguiente seccin se revisarn la simulacin y los resultados que arroja el algoritmo.

2. RESULTADOS 2.1 Simulacin en VHDL. Un sistema de prediccin de partculas contaminantes debe ser capaz de interactuar con

ciudades donde la contaminacin es grave y poder as ser una herramienta til para poder realizar predicciones. De esta forma, para las etapas de simulacin y verificacin, datos reales han sido usados. Datos previamente guardados son evaluados y divididos en archivos de 8760 muestras cada uno. Cada archivo representa un ao de informacin guardada de NO2 y PM10, respectivamente. Sin embargo, la dispersin del ao completo es considerablemente grande y la bsqueda de centros a travs de las iteraciones, es compleja, como se muestra en la figura 6.


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Figura 6. Mapa de dispersin de las partculas medidas por ao.

Estas 8760 muestras proporcionan un escenario maysculo de informacin el cual no puede ser

analizado en conjunto debido a que los parmetros de contaminacin se comportan de manera distinta dependiendo la poca del ao debido principalmente a los factores de humedad y temperatura. Con esto en mente se procede a dividir los datos en los archivos fuente en cuatro partes que representaran las estaciones del ao, en donde se propondra un pronstico ms acertado para condiciones climatolgicas similares.

Despus de implementar el cdigo VHDL, las iteraciones muestran los datos analizados

conjuntados en vectores y el algoritmo va produciendo el pronstico del ms probable entorno de contaminacin que se presentar al da siguiente. En la figura 9 se visualizan los vectores de entrada y procesamiento que se obtienen al simular el algoritmo. En la parte superior de la lista de variables se perciben los vectores de membrecas a evaluar que sirven para la ejecucin del ciclo, despus los valores de centros con los que se hizo la simulacin, las lecturas de entrada, las membrecas resultantes en el vector de membrecas y las variables que conforman la operacin del sistema para cada ciclo. Estas variables son la iteracin del centro, la membreca evaluada, los dividendos y divisores para el clculo del nuevo centro, el umbral de cambio y el factor de separacin con la distancia del Centro correspondiente a la posible lectura del da siguiente.

Figura 7. Vectores de entrada y procesamiento del algoritmo Fuzzy-Clustering


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De la misma forma en un vector de resultados se obtiene la lectura ms probable para el da

siguiente y en este se van acumulando los datos conforme las iteraciones van corriendo. En la figura 8 se muestra este vector que incluye la lectura ms prxima para los dos das siguientes:

Figura 8. Vector de salida que incluye los pronsticos del da siguiente.

3. VALIDACIN Con el objetivo de tener la capacidad de valorar la eficiencia y desempeo del algoritmo que se

implementa en VHDL, el algoritmo descrito en el captulo III se implement en Matlab mediante el cual se deban obtener resultados de MEMBRECIA similares a los que se obtuvieron en las secciones anteriores, ya que se hubieran logrado las similitudes se proceder a la comparacin. Para este desarrollo la interface SIMULINK con la que cuenta el software tuvo un papel preponderante puesto que ms que utilizar o analizar las ventajas de algn modelo existente era precisamente poder situar el modelo que ya se tiene bajo un esquema diferente, pero el mismo modelo que se tiene en VHDL, como se muestra en la figura 9.


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Figura 9. Algoritmo de la ecuacin de membreca en Matlab. Al establecer la simulacin con esta ecuacin en un valor propuesto de 47, y un centro situado

en el valor 20, tal como se muestra en las figuras anteriores, el resultante de la membreca es 0.04455 tal como se muestra en la figura 10.

Figura 10. Valor de MEMBRECIA resultante de Fuzzy-Clustering en SIMULINK. De esta forma, y con ambos resultados del algoritmo se comprueba que los resultados de

ambas implementaciones son similares independientemente de la plataforma.

4. CONCLUSIONES Del presente desarrollo y resultados del trabajo expuesto, se pueden deducir las siguientes

conclusiones: Es posible implementar sobre una arquitectura VHDL un algoritmo de prediccin de partculas

contaminantes basado en Lgica Difusa, an cuando las operaciones sean de programacin por procedimientos ms orientado hacia aplicaciones de PC o en microcontroladores.


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Las caractersticas de desempeo de este algoritmo en comparacin con el mismo algoritmo,

pero desarrollado bajo una plataforma de ms recursos y costos como Matlab son prcticamente iguales, indicando una utilizacin de CPU de menos del 1% y memoria real ocupada de 96 MB para el enfoque VHDL y 268 MB para la ejecucin en Matlab.

La ocupacin en memoria es menor an cuando en la arquitectura VHDL se simula el vector

completo de lecturas. No existen errores de memoria en las simulaciones por lo que la ejecucin de los algoritmos

tanto en VHDL como en Matlab se realiza de forma uniforme. Por lo anterior, ha quedado demostrando que se pueden obtener caractersticas de

desempeo competentes en un proyecto VHDL Fuzzy C-Means de bajo costo, lo cual es sin duda una alternativa preponderante para las ciudades con altos ndices de contaminacin.

Queda validado tambin que no solo la ejecucin en un microprocesador pudiera ser la nica

opcin en el campo de las soluciones embebidas incluso an cuando el algoritmo tenga una estructura de programacin por procedimientos.

La alternativa que se present sera una alternativa de pocos recursos y de fcil despliegue

hacia varios lugares pudiendo ser manejado o instalado por un residente con un grado aceptable de preparacin.

REFERENCIAS [1] C. Martnez, Estudio sobre la Importancia de la calidad del Aire, Departamento de Neumologa del

Hospital Central de Asturias, Prensa Asturiana Media, Espaa, 2009. [2] S. Zhao, L. Chen, Y. Li, Z. Xing and K. Du, Summertime Spatial Variations in Atmospheric

Particulate M and Its Chemical Components in Different Functional Areas of Xiamen, Key Lab of Global Change and Marine-Atmospheric Chemistry of State Oceanic Administration, Third Institute of Oceanography, State Oceanic Administration, Xiamen, China, Atmosphere, 6:234254, 2015.

[3] D. G. Karottki, M. Spilak, M. Frederiksen, Z. J. Andersen, A. M. Madsen, M. Ketzel, A. Massling, L. Gunnarsen, P. Moller, and S. Loft, Indoor and Outdoor Exposure to Ultrafine, Fine and Microbiologically Derived Particulate Matter Related to Cardiovascular and Respiratory Effects in a Panel of Elderly Urban Citizens. Section of Environmental Health, Department of Public Health, Faculty of Health and Medical Sciences, University of Copenhagen, Copenhagen, Denmark. 12:16671686, 2015.

[4] Las Palmas de Gran Canaria, Artculo sobre la Calidad del Aire, Introduccin al Sistema OPANA V3 de informacin de la calidad del aire, 2010.

[5] Ratama-Hernndez, A. (2014) Calidad del Aire en la Ciudad Mxico Informe 2014. Direccin de Monitoreo Atmosfrico, Gobierno del Distrito Federal, Mxico.

[6] M. Caselli, L. Trizio, G. De Gennaro and P. Lelpo, A Simple Feedforward Neural Network for the PM10 Forecasting: Comparison with a Radial Basis Function Network and a Multivariate Linear Regression Model, Water Air Soil Pollution, 201:365377, 2009.

[7] A.B. Chelani and M. Z. Hasan, Forecasting nitrogen dioxide concentration in ambient air using artificial Neural-networks, Air Pollution Control Division, National Environmental Engineering Research Institute (NEERI), Nagpur, India, International Journal of Environmental Studies, 58(4):487499, 2001.

[8] J.C. Dunn, A Fuzzy Relative of the ISODATA Process and Its Use in Detecting Compact Well-Separated Clusters, 3257, 1973.

[9] J.C. Bezdek, Pattern Recognition with Fuzzy Objective Function Algorithms, Kluwer Academic Publishers, Norwell, MA, U.S., 1981.

[10] Kruse, R.; Dring, C.; Lesot, M.J. Fundamentals of Fuzzy Clustering. In Advances in Fuzzy Clustering and its Applications; John Wiley & Sons, Ltd: Hoboken, NJ, US, 2007; pp. 130.


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[11] D. M. Saqib Bhatti, N. Saeed, H. Nam, Fuzzy C-Means Clustering and Energy Efficient Cluster

Head Selection for Cooperative Sensor Network, Department of Electronics and Communication Engineering, Hanyang University, Ansan 15588, Korea, Sensors, 16, 1459; doi:10.3390/s16091459, 2016.

[12] A. Balamashc, W. Pedrycza, R. Al-Hmouzc and A. Morfeqc, An expansion of fuzzy information granules through successive refinements of their information content and their use to system modeling, Department of Electrical & Computer Engineering, University of Alberta, Edmonton, Canada, 2014.


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Cdigo de tica del Ingeniero en Mecatrnica

Aguayo Carmona M.A.1, Leonardo Prez Mayen L.2, Gorrostieta Hurtado E. 3, Ramos Arregun J.A. 3 y Vargas Soto J.E.4

1Tecnolgico de Estudios Superiores de Huixquilucan

2Instituto Tecnolgico de la Laguna 3Universidad Autnoma de Quertaro

4Asociacin Mexicana de Mecatrnica A.C.

[email protected]

Resumen Se muestra un trabajo ampliamente analizado por profesores y estudiantes de la carrera en Ingeniera Mecatrnica en diversas instituciones educativas en Mxico, a fin de dar certeza al sentido tico y profesional de dicha carrera, dado su crecimiento y difusin en la ltima dcada. El cdigo de tica del Ingeniero en Mecatrnica que se presenta en este trabajo aborda diversos deberes que se pretende asuma el profesionista de la Ingeniera Mecatrnica. As mismo, el trabajo muestra algunos conceptos y definiciones de Ingeniera Mecatrnica. Palabras clave: Cdigo, tica, mecatrnica.

1. Introduccin

La presencia de actitudes ticas en la vida del ser humano es indispensable en todos los mbitos

en los cuales se desenvuelve, siendo el espacio profesional uno de ellos. El presente documento se ha realizado dada la carencia de un Cdigo de tica Profesional el cual sirva de gua para la conducta de los Ingenieros Mecatrnicos cuando se encuentren ante dilemas ticos.

En la actualidad, la presencia de la tecnologa en la vida humana es inevitable, as como tambin

las consecuencias que se derivan de ella, por lo que sera fcil perderse entre los fines y lmites de sta, pudiendo quedar supeditados los beneficios reales por actividades en perjuicio de la humanidad. La Ingeniera Mecatrnica es una de las profesiones que mantiene una estrecha relacin con la tecnologa, es por ello que se necesitan ideas claras que orienten ante el caso de alguna vacilacin.

En el actuar diario, el Ingeniero Mecatrnico se encontrar con situaciones para las cuales no ha

sido formado o capacitado, pues esta profesin tambin est relacionada con acciones de sentido humanstico y servicio social, aunque no lo pareciera, pues cada vez son ms los ambientes en los que se encuentra presente y puede aportar mucho al beneficio del ser humano.

Debido a que la formacin de los ingenieros est ms dirigida a cuestiones tcnicas que humanas,

se considera muy importante contar con un documento que sirva de gua en el campo tico. Ser responsabilidad de cada ingeniero atender a las recomendaciones que se describen a continuacin. Los lineamientos descritos se encuentran alineados a las sugerencias de Prototipo de Cdigo de tica Profesional que propone la Direccin General de Profesiones de la Secretara de Educacin Pblica del Gobierno de los Estados Unidos Mexicanos [1], su cumplimiento queda a consideracin de los interesados.


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2. Marco conceptual

La palabra tica se deriva de latn ethcus, y este del gr. thiks; la forma f., del lat. tardo ethca, y este del gr. thik [2]. la primera significa costumbre y la segunda significa la accin propia de uno mismo, el modo de ser de cada uno. La tica se reconoce como la ciencia que impone las normas de la conducta humana anteponiendo la razn. Es un hecho que el ser humano es un ser libre, capaz de gobernase y de decidir los fines que quiere perseguir. Cada ser humano puede actuar de manera diferente y completamente original con respecto a los dems. El ser humano es un ser plural: Es nico porque puede pensar, sentir y actuar de modo personal, pero comparte con todos los dems caractersticas que le permiten relacionarse, comunicarse, dialogar y llegar a acuerdos. Cuando el ser humano decide vivir en sociedad, decide con ello ejercer su libertad en medio de los dems. En esta condicin de vida en medio de otros, puede adoptar dos posiciones: competir con los dems y tratar de excluir o eliminarlos para conseguir sus fines, o unirse a ellos para definir fines comunes y buscar entre todos como comunidad conseguir esos fines. La vida en sociedad le impone al ser humano diversos lmites, pero a la vez lo faculta para realizar grandes actos. Los dems nos limitan pero tambin nos enriquecen, con su ayuda podemos alcanzar metas que son imposibles sin ellos. Por esto es necesario que el Ingeniero en Mecatrnica cuente con un Cdigo de tica fundamentado en la razn y en valores universales como son: la honestidad, la honradez, lealtad, responsabilidad y el compromiso.

En la actualidad el mbito profesional se convierte en un aspecto importante para el desarrollo de todas las sociedades y ste no escapa al terreno de la tica y la moral. El Cdigo de tica recobra aqu su importancia ya que, aunque no tiene un carcter coactivo, cada profesional decidir si lo toma como patrn de conducta a seguir. Un Cdigo de tica Profesional es un conjunto de normas que regulan la conducta de los sujetos en un determinado contexto, dichas normas pueden estar o no vinculadas con las normas legales, es decir, las leyes. Sucede que en muchas ocasiones ambas normas convergen y cuando as sea el caso, se proceder segn lo dispuesto en la Ley. Aunque en el Artculo 5 de la Constitucin Mexicana [3] se habla de que las personas son libres de elegir la profesin que ms le acomode, siempre y cuando sea lcita. En este sentido y siguiendo con el Artculo 5 de la Constitucin Mexicana esta libertad solo quedar privada por una determinacin judicial, cuando se violen derechos a terceros, por resolucin gubernativa o cuando se ofendan los derechos de la sociedad. El contexto en el cual se inscribe este Cdigo, es el relacionado con las profesiones, donde un profesional segn la Ley Reglamentaria del Artculo 5 Constitucional, en su Captulo I Artculo 6 seala que es toda persona a quien legalmente se le haya expedido ttulo profesional o grado acadmico equivalente, todo esto avalado por la Direccin General de Profesiones. De la misma manera, en esta misma Ley, se seala en el Captulo V Articulo 24, que el ejercicio profesional es la realizacin habitual a ttulo oneroso o gratuito de todo acto o la presentacin de cualquier servicio propio de cada profesin, aunque solo se trate de una simple consulta o la ostentacin del carcter del profesionista por medio de tarjetas, anuncios, placas, insignias o de cualquier otro modo.

Es fundamental reconocer, en el caso de Mxico, que el profesional ser solo y nicamente aquella persona que haya obtenido un ttulo respaldado por la Direccin General de Profesiones de la Secretara de Educacin Pblica del Gobierno de los Estados Unidos Mexicanos, ya que si alguna persona se ostentara como tal sin tener el documento estara cometiendo una falta grave. El documento aqu presentado se circunscribe a la profesin especficamente de la Ingeniera Mecatrnica, pero no se descarta que algunos artculos pudieran aplicar para profesiones afines.


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3. Mecatrnica El vocablo de mecatrnica se acu por primera vez en Japn, por el ingeniero Tetsuro Mori en 1969, haciendo referencia a la unin entre dos disciplinas: la mecnica y la electrnica [4]. Conforme fue avanzando la tecnologa surgieron nuevas reas de conocimiento que se agregaron, enriquecindola y haciendo el campo de aplicacin y de estudio ms amplio.

El trmino de mecatrnica ha sido conceptualizado por diferentes autores, aunque hay una definicin que se acepta bastante bien y es la propuesta por J.A. Rietdijk [5] donde mecatrnica la combinacin sinrgica de la ingeniera mecnica de precisin, de la electrnica, del control automtico y de los sistemas para el diseo de productos y procesos", la cual busca crear maquinaria ms compleja para facilitar las actividades del ser humano a travs de procesos electrnicos en la industria. En esta definicin se subraya el carcter interactivo de diferentes disciplinas y no solo la suma de ellas.

Figura 1. Concepto de Mecatrnica de la Asociacin mexicana de Mecatrnica A.C.

El valor del profesionista no solo radica en los conocimientos y habilidades que pueda tener,

sino que vale por lo que expresa como persona, pues, aunque se hable de la dimensin profesional, todas las dimensiones que conforman al ser humano se expresan en cualquiera de los mbitos en los cuales se desenvuelve.


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Por lo tanto, se apela a que el Ingeniero Mecatrnico se desarrolle como un ser integral en cualquier espacio que se exprese, ya que, si se es buen profesionista, seguramente habr una correspondencia en los otros mbitos y como consecuencia ser una buena persona.

4. Cdigo de tica

CAPTULO PRIMERO. DISPOSICIONES GENERALES.

Artculo 1.- El presente Cdigo de tica se orienta en guiar la conducta tica del Ingeniero en Mecatrnica, as como su relacin con la ciudadana, las instituciones, socios, clientes, superiores, subordinados, colegas, la naturaleza y consigo mismo.

CAPTULO SEGUNDO. SOBRE LOS DEBERES COMO PROFESIONISTA.

Artculo 2.- Pondr sus conocimientos cientficos, habilidades profesionales y recursos tcnicos en el desempeo de cualquier actividad relacionada a su campo profesional.

Artculo 3.- Aplicar en el desempeo de su actividad, valores como la justicia, verdad, honestidad, lealtad, respeto, formalidad, discrecin, responsabilidad, rectitud, buena fe y justicia.

Artculo 4.- Aceptar actividades y cargos solo para los cuales tenga la capacidad de desarrollar, ofreciendo sus servicios de acuerdo a su verdadero potencial cientfico y tcnico.

Artculo 5.- Mantendr la confidencialidad de la informacin de uso restringido que le sea confiada en el ejercicio de su profesin, salvo los informes que le sean requeridos conforme a la Ley.

Artculo 6.- Responder individualmente por los actos, que con motivo del ejercicio profesional daen o perjudiquen a terceros, ante la instancia que se le solicite.

Artculo 7.- Dar un uso correcto de su cdula profesional y a su ttulo profesional, no permitiendo que personas utilicen su nombre o documentos profesionales en asuntos inherentes a la profesin o ilcitos.

Artculo 8.- Respetar en todo momento los derechos humanos de sus clientes, colegas y sociedad en general, mantenindose al margen de toda tendencia xenofbica, racial, elitista, sexista, religiosa o poltica.

Artculo 9.- Reconocer que el mayor mrito es el trabajo honesto y cabal, por lo que ejercer su profesin comprometido con el servicio a la sociedad, atendiendo al bienestar y progreso de la mayora.

Artculo 10.- Rechazar los trabajos y actividades que tengan como fin atentar contra el inters general de las personas e instituciones.

CAPTULO TERCERO. SOBRE LOS DEBERES HACIA SUS COLEGAS

Artculo 11.- Dar crdito a sus colegas, asesores y colaboradores, ya sea en investigaciones o trabajos elaborados en conjunto.

Artculo 12.- Repartir de manera justa la retribucin econmica del trabajo realizado en colaboracin con sus colegas, asesores y colaboradores.

Artculo 13.- Respetar la opinin y el trabajo de sus colegas, evitando deteriorar el buen nombre y el prestigio de stos ante autoridades, clientes, profesionistas y cualquier otra persona.

Artculo 14.- Evitar la competencia desleal, interviniendo en asuntos de otro colega, salvo que se le solicite y el otro profesionista est de acuerdo.

Artculo 15.- Intervendr a favor de sus colegas en caso de injusticia y brindar apoyo cuando su conocimiento profesional sea limitado.

Artculo 16.- Desempear sus actividades mostrando un trato justo y amable con sus colegas, y en general con cualquier persona. Fomentando el buen trato humano.

Artculo 17.- Compartir su experiencia, promover y participar las oportunidades para la formacin y la capacitacin de personas interesadas en la Ingeniera Mecatrnica.

Artculo 18.- En la medida de sus posibilidades brindar apoyo moral y material a la institucin educativa en donde realiz sus estudios.

.


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CAPTULO CUARTO. SOBRE LOS DEBERES HACIA SUS CLIENTES

Artculo 19.- Mantendr una relacin profesional y de respeto hacia sus clientes. Artculo 20.- Proteger los intereses de su cliente haciendo su trabajo de manera honesta, efectiva,

eficaz y con calidad evitando el dao del mismo y si detectar alguna situacin desfavorable deber notificarlo para prevenir daos.

Artculo 21.- Cobrar sus honorarios de manera justa y honesta, pudiendo considerar aspectos como el tiempo, grado de especializacin, limitaciones econmicas o dificultades del cliente.

Artculo 22.- Renunciar al cobro de sus honorarios y en su caso devolverlos, si el trabajo realizado no responde a lo acordado, se haya incurrido en negligencia, incumplimiento o error profesional. O bien, se le haya pagado de forma excedente a lo acordado con su cliente.

Artculo 23.- Asumir con responsabilidad sus decisiones, mostrando y reconociendo con seriedad y humildad sus errores cuando as sucediera.

Artculo 24.- Mantendr una excelente comunicacin con su cliente, informndole debidamente en tiempo y forma sobre el trabajo realizado, siempre con los ms altos valores humanos y profesionales.

CAPTULO QUINTO. SOBRE LOS DEBERES HACIA LA PROFESIN

Artculo 25.- Dignificar la profesin mediante el buen desempeo y ejemplo tanto en el ejercicio profesional como en cualquier lugar donde se encuentre.

Artculo 26.- Contribuir a la formacin de estudiantes y egresados, compartiendo su experiencia y conocimientos de manera objetiva y constructiva.

Artculo 27.- Actualizar de forma constante sus conocimientos en los temas relacionados con el buen desempeo de su profesin, lo que le permitir estar a la vanguardia y ser competente.

Artculo 28.- Contribuir al desarrollo de su profesin mediante la investigacin realizada con apego a normas metodolgicas cientficas vlidas y en beneficio de la sociedad.

Artculo 29.- Rechazar realizar sus servicios profesionales y/o participar en proyectos o trabajos relacionados con la construccin de armamento de destruccin masiva.

CAPTULO SEXTO. SOBRE LOS DEBERES HACIA LA SOCIEDAD

Artculo 30.- Prestar el Servicio Social Profesional de manera responsable, entusiasta y provechosa no solo para adquirir experiencia sino tambin aportando elementos para la mejora de la sociedad, Institucin o lugar donde lo realice.

Artculo 31.- Respetar las tradiciones, costumbres y cultura del lugar donde se desenvuelva. Artculo 32.- Pondr a disposicin del Gobierno sus servicios profesionales cuando la situacin as lo

requiera. Artculo 33.- Participar de manera activa en su entorno social difundiendo la cultura, los valores

nacionales y el respeto hacia otras naciones. Artculo 34.- Aceptar proyectos que contribuyan al beneficio de la sociedad y no respondan solo a

intereses propios ya sean econmicos, de reconocimiento social o de poder. Artculo 35.- Procurar contribuir al desarrollo nacional por medio de su ejercicio profesional ya sea de

manera local, regional o global.

CAPTULO SEXTO. SOBRE LOS DEBERES HACIA EL MEDIO AMBIENTE

Artculo 36.- Antepondr la preservacin del medio ambiente ante cualquier inters individualista. Artculo 37.- Optar por proyectos y/o tecnologas de energa renovable y amigables con el medio

ambiente cuando le sea posible. Artculo 38.- Evitar poner en riesgo la diversidad biolgica, los recursos naturales y los ecosistemas

como consecuencia de su ejercicio profesional. Artculo 39.- Rechazar prestar sus servicios en proyectos que no sean ecolgicamente sustentables

y de percatarse de que algn proyecto de su empresa daa la ecologa deber comunicarlo a sus superiores.


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Artculo 40.- Notificar a las autoridades correspondientes cuando est en riesgo el patrimonio natural, un ecosistema o la biodiversidad de una regin de espacio considerable para la sociedad.

Artculo 41.- Procurar adoptar medidas eficientes y eficaces para impedir la degradacin del medio ambiente, evitando el uso de materiales, productos o tecnologas contaminantes.

Artculo 42.- Contribuir a la conservacin del planeta y al desarrollo satisfaciendo las necesidades del presente sin poner en riesgo la satisfaccin de las necesidades de las generaciones futuras.

J U R A M E N T O

Protesto por mi honor, poner todos mis conocimientos y experiencia al servicio de quien me lo solicite, en beneficio de la sociedad y la nacin entera cuando las circunstancias as me lo demanden. Defender siempre con la verdad los derechos de las personas e instituciones para enaltecer con mis actos la profesin a la cual pertenezco. Conozco y me comprometo a seguir el Cdigo de tica del Ingeniero en Mecatrnica de la Asociacin Mexicana de Mecatrnica A.C. y en caso de que as no ocurriera que la sociedad me lo reclame.

5. Agradecimientos.

Los autores agradecen a empresarios, profesionistas de diversas carreras afines a la Ingeniera Mecatrnica, profesores, investigadores, directores de carrera y estudiantes de diversas instituciones educativas mexicanas su participacin en la realizacin del Cdigo de tica del Ingeniero en Mecatrnica presentado en ste trabajo, y de forma especial a la Asociacin Mexicana de Mecatrnica A.C. y a siguientes personas: Andrs Pastelin Juan, ngeles Medina Rodrigo, Avalos Lpez Carlos Alberto, Calvario Gmez Jeric, Casimiro Marcos Christian, Castillo Jurez Gaudencio, Jacinto Dciga Diego, Potenciano Galindo Luis Alberto, Roque Delgado Esau Alberto, Servn Moreno Daniel, Roberto Murillo Suarez, Juan Carlos Lomas Mora, Rodolfo Morillon Maeda, Vctor Rodrguez Puente y Vctor Flores Muoz.

6. Conclusiones En este trabajo se ha propuesto un Cdigo de tica para el profesionista de la Ingeniera Mecatrnica, mismo que al no existir de manera formal con anterioridad se difundir con el propsito de darlo a conocer, procurando que sea tomado en cuenta por aquellas Instituciones educativas que forman Ingenieros en Mecatrnica.

Referencias [1] Direccin General de Profesiones, Prototipo de Cdigo de tica Profesional, Secretara de

Educacin Pblica del Gobierno de los Estados Unidos Mexicanos, 12 de mayo del 2011. Disponible en: www.sev.gob.mx/profesiones/files/2015/03/Cdigo-de-tica.doc , fecha de visita: 03/01/2018.

[2] Real Academia de la Lengua Espaola. Disponible en: http://dle.rae.es/?id=H3y8Ijj|H3yay0R , visita realizada en: 11/12/2017.

[3] Gobierno de los Estados Unidos Mexicanos, Constitucin Poltica de los Estados Unidos Mexicanos, disponible en: https://docs.mexico.justia.com/federales/constitucion_politica_de_los_estados_unidos_mexicanos.pdf ,visita realizada: 20/12/2017.


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[4] Fernando Reyes, Jaime Cid y Emilio Vargas, Mecatrnica. Control y Automa- tizacin, Editorial: Alfaomega Grupo Editor S.A. de C.V., 1 edicin, Formato: papel, 616 pgs. Mxico, ISBN: 978-607-707-548-6, Marzo 2013.

[5] J. A. Rietdijk, "Ten propositions on mechatronics," in Mechatronics in Products and Manufacturing Conf, Lancaster University, UK, Sept. 11-13, 1989.

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