u p i i ta - tesis.ipn.mx

INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL

UNIDAD PROFESIONAL INTERDISCIPLINARIA EN INGENIERÍA Y TECNOLOGÍAS AVANZADAS

U P I I TA

Trabajo Terminal

"Dispositivo ultrasónico inteligente para

personas con deficiencia visual"

Que para obtener el Título de

"Ingeniero en Biónica"

Presenta

Granados Resendiz Diana Ortega Ortega Julián

Asesores

Dr. Fernando Martínez Piñón

M. en C. Abraham Rodríguez Galeotti

Dr. Gerardo Alejandro Valentino Orozco

México, D. F. Agosto, 2007

Contenido

CONTENIDO

Pág.

CONTENIDO ......................................................................................................................... iv

ÍNDICE DE FIGURAS ............................................................................................................ vi

ABREVIATURAS ................................................................................................................ viii

RESUMEN ............................................................................................................................ ix

ABSTRACT ............................................................................................................................ x

CAPÍTULO1 INTRODUCCIÓN ............................................................................................. 1

1.1. Introducción ................................................................................................................ 2

1.2. Objetivos ...................................................................................................................... 4

1.2.1 Objetivo general .................................................................................................... 4 1.2.2 Objetivos particulares ................................ ....,. ....................................................... 4

1.3 Justificación ......................................................... ''. ....................................................... 5

1.3.1 Encuesta................................................................................................................ 8

CAPÍTULO 2. ANTECEDENTES Y ESTADO DEL ARTE .................................................... 14

2.1 Antecedentes .............................................................................................................. 15

2.1.1 Deficiencia visual ..................................................................................................... 15 2.1.2 Mecanismo de orientación del murciélago ............................................................... 17

2.1.2.1 Sonar biológico del murciélago ........................................................................ 17 2.1.2.2 Propiedades acústicas de la señal ultrasónica ................................................. 19 2.1.2.3 Generación y recepción de la señal ultrasónica ............................................... 20 2.1.2.4 Anatomía del oído del murciélago ................................................................... 21

2.1.3 Sistemas sonares .................................................................................................... 22 2.1.4 Sensores ultrasónicos .............................................................................................. 26 2.1.5 Efecto Doppler ......................................................................................................... 30 2.2 Estado del arte ............................................................................................................ 31

CAPÍTULO 3. PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA ........................................................... 34

3.1 Planteamiento del problema ....................................................................................... 35 3.2 Propuesta de solución ................................................................................................ 36

CAPÍTULO 4. DESARROLLO EXPERIMENTAL Y RESULTADOS ..................................... 40

4.1 Desarrollo experimental .............................................................................................. 41 4.2 Selección de los componentes ................................................................................... 41

4.2.1 Sensor ultrasónico SRF05 .................................................................................. 42 4.2.2 Microcontrolador .................................................................................................. 45

¡V

Contenido

4.2.3 LCD 2x16 ............................................................................................................ 47 4.2.4 Motor de corriente continua ................................................................................ 48 4.2.5 Alimentación del sistema .................................................................................... 49

4.3. Obtención de la señal ............................................................................................... 49

4.3.1. Emisor ................................................................................................................ 51 4.3.2. Receptor ............................................................................................................ 52

4.4. Diseño del circuito ..................................................................................................... 53

4.4.1 Sistema de adquisición ........................................................................................... 54 4.4.2 Sistema de control................................................................................................... 58 4.4.2.1 Sistema de alarma ............................................................................................... 59

4.4.2.1.1 Alarma acústica ............................................................................................. 59 4.4.2.1.2 Alarma vibratoria ........................................................................................... 62 4.4.2.1.2 Alarma combinada (acústica y vibración)...................................................... 64

4.5. Resultados ................................................................................................................ 64

CAPÍTULO 5. CONCLUSIONES .......................................................................................... 73

REFERENCIAS .................................................................................................................... 77

GLOSARIO ......................................................................................................................... 79

APÉNDICES.......................................................................................................................... 80

Apéndice A ....................................................................................................................... 81

Costos .......................................................................................................................... 81

Apéndice B ....................................................................................................................... 82

Encuesta ...................................................................................................................... 82

Apéndice C

Hojas de especificaciones (sensor ultrasónico) ......................................................... 83

. v

Contenido

índice de figuras

Pág.

Figura 1.1. Distribución porcentual de la población según tipo de 5

discapacidad

Figura 1.2. Motivos de discapacidad en las personas 7 Figura 1.3. Porcentajes de las diferentes deficiencias visuales de los

integrantes de la asociación de "Discapacitados visuales IAP" 8

Figura 1.4. Porcentajes de las diferentes causas de deficiencias visuales 10

Figura 1.5. Porcentaje de personas que utilizan bastón blanco 10

Figura 1.6 Porcentaje de personas que han sufrido un accidente al 10

trasladarse de un lugar a otro

Figura 1.7. Técnicas utilizadas en la detección de barreras arquitectónicas 11

Figura 1.8. Porcentaje de personas que utilizan alguna técnica para 11

detectar barreras arquitectónicas

Figura 1.9. Técnica utilizada en la detección de barreras arquitectónicas 12

Figura 1.10. Preferencias en el tipo de alarma del dispositivo a desarrollar 13

Figura 1.11. Preferencia en la colocación del sistema de alarma 13

Figura 1.12. Porcentaje de personas interesadas en participar en el 13

desarrollo del dispositivo

Figura 2.1. Sistema de orientación del murciélago 18

Figura 2.2. Interacción entre el sonido producido por un murciélago y el eco 19

que regresa procedente de un objeto situado a cierta distancia. A una distancia diferente la frecuencia del tono del sonido seria

también diferente

Figura 2.3. Laringe del murciélago 20

Figura 2.4 Trago 21

Figura 2.5. Aparato auditivo del murciélago 22

Figura 2.6. Configuración de un par de transductores, transmisor y receptor 25

Figura 2.7. Funcionamiento de un sensor ultrasónico 27

Figura 2.8. Modo opuesto 28

Figura 2.9. Modo difuso 28

Figura 2.10. Margen de detección 29

Figura 2.11 Efecto Doppler 30 .

Figura 2.12 K-sonar 31

Figura 2.13 Ultracane 32

Figura 3.1. Diagrama a bloques del prototipo 37

Figura 3.2. Metodología para el desarrollo del sistema 38

Figura 4.1. Sensor SRF05 43

Figura 4.2. Relación del ancho de pulso con la distancia del objeto 43

Figura 4.3. Diagramas de tiempos en modo 1 44

Figura 4.4. Diagramas de tiempos en modo 2 44

Figura 4.5. Ángulo del haz y foco de trabajo del sensor SRF05 45

Figura 4.6. Microcontrolador PIC16F877A, encapsulado DIP 46

Figura 4.7 LCD 2x16 47

Figura 4.8. Motor de corriente continua 49

Figura 4.9. Batería 49

vi

Contenido

Figura 4.10. Esquema de operación del modulo de transmisión-recepción 49

ultrasónico

Figura 4.11. Configuración del sensor ultrasónico 50

Figura 4.12. Circuito oscilador en configuración astable 51

Figura 4.13. Respuesta del circuito oscilador 51

Figura 4.14. Etapa de emisión 51

Figura 4.15. Respuesta del emisor 52

Figura 4.16. Etapa de recepción 52

Figura 4.17 Etapa transmisión y recepción 52

Figura 4.18. Ancho de pulso de 800 us 53

Figura 4.19. Diagrama esquemático del sensor SRF05 con el PIC16F84A 54

Figura 4.20. Diagrama físico del SRF05 con el PIC16F84A 54

Figura 4.21. Diagrama de flujo del SRF05 con el PIC16F84A 55

Figura 4.22 Datos experimentales obtenidos con el PIC16F84A 55

Figura 4.23. Diagrama esquemático del sensor SRF05 con el PIC16F877A 56

(S_1) Figura 4.24. Diagrama esquemático del sensor SRF05 con el PIC16F877A 56

(S_2)

Figura 4.25. Diagrama de flujo del SRF05 con el PIC16F877A 57

Figura 4.26. Diagrama esquemático del sistema de control 58

Figura 4.27. Diagrama esquemático del sistema de alarma acústico 60

Figura 4.28. Diagrama de flujo para la generación de la alarma acústica 61

Figura 4.29. Diagrama para la generación de la alarma vibratoria 62

Figura 4.30 Diagrama de flujo para la generación de la alarma vibratoria 63

Figura 4.31. Gráficas para la variación del eco a diferentes distancias 66

Figura 4.32. Fotografía del prototipo para comprobación el funcionamiento 68

Figura 4.33. Montaje del sensor cabezal y auxiliar en los lentes y un bastón 68

blanco

Figura 4.34. Sensor cabezal montado en los lentes 68

Figura 4.35. Vista lateral de los lentes con audífonos 69

Figura 4.36. Vista lateral (a) y frontal del sensor cabezal y audífonos (b) 69

Figura 4.37. Sensor auxiliar colocado en un mango adaptable al bastón 69

blanco

Figura 4.38 Prototipo con tableta de control 70

Figura 4.39. Fotografía del prototipo ensamblado en placa de circuito impreso 71

Figura 4.40 Distribución del prototipo en el usuario 71

Figura 4.41 Esquema de colocación del prototipo en el usuario 72

índice de tablas

Pág.

Tabla 1. Porcentaje de la población según tipo de discapacidad para cada entidad federativa ......... 6 Tabla 2. Valores típicos de la impedancia acústica en diferentes medios........................................ 24 Tabla 3. Gama de frecuencias audibles en diferentes seres vivos .................................................. 27 Tabla 4. Características técnicas de los sensores ultrasónicos ....................................................... 41 Tabla 5. Comparación de sensores ultrasónicos ............................................................................. 42 Tabla 6. Tabla de verdad de los sensores ....................................................................................... 59 Tabla 7. Margen de erraren los sensores ultrasónicos ................................................................... 67

vi¡

Abreviaturas

ABREVIATURAS

cm Centímetro

dB Decibel

Hz Hertz

l2C ínter Integrated Circuit

IAP Institución de asistencia privada

IEEE Institute of Electrical and Electronics Engineers

INEGI Instituto Nacional de Estadística, Geografía e Informática

kHz Kilohertz +

Láser Light Amplificaron by Stimulated'Emission of Radiation

m Metro

m/s Metros por segundos

mm Milímetro

OMS Organización Mundial de la Salud

ONCE Organización Nacional de Ciegos Españoles

Radar RAdio Detection And Ranging

s Segundo

Sonar SOund Navigation And Ranging

us Microsegundos

viii

DISPOSITIVO ULTRASÓNICO INTELIGENTE PARA

PERSONAS CON DEFICIENCIA VISUAL

RESUMEN |

En México el 26% de la población total de discapacitados padece algún tipo de deficiencia visual que puede ser: congénita, accidental, debido a la edad o por enfermedad. Lo anterior provoca pérdida de información que es utilizada por el organismo para adaptarse al medio en el que vive.

El desarrollo de este trabajo está dirigido a ofrecer una alternativa para personas que tienen una deficiencia visual, diseñando un dispositivo ultrasónico inteligente que les permita detectar objetos situados a alturas superiores a 1 m, evitando que sufran accidentes y/o golpes entre la cabeza y caja tocácica. De esta forma, el prototipo a desarrollar puede ser un auxiliar para este sector de la población, permitiéndoles recuperar autonomía en el desplazamiento por su entorno, reflejándose en una mejor calidad de vida.

Los murciélagos poseen el sentido de la vista pero utilizan su sonar biológico para orientarse, el cual se conoce como ecolocación. La ecolocación consiste en emitir una señal de alta frecuencia (superior a 20 kHz) y medir el tiempo que tarda en regresar el eco producido por el objeto localizado en el trayecto y estimar la distancia a la que se encuentra el obstáculo.

El proyecto está dividido en dos etapas: sistema de adquisición y sistema de control. La etapa de adquisición se basa en la ecolocación de los murciélagos, que se emula con sensores ultrasónico. Se utilizan dos sensores SRF05, con una frecuencia de 40 kHz, para cubrir el área comprendida entre la cabeza y caja torácica del usuario. El sistema de control procesa la señal proveniente del sensor en un microcontrolador PIC de Microchip, éste hace la transición a la interfaz con el usuario.

La parte de "inteligencia" del prototipo se define en la programación y se refiere a la capacidad de decidir si un objeto representa o no algún peligro para el usuario, enviando señales que son codificadas en sonido, vibración o combinación de las anteriores, la frecuencia de la alarma depende de la cercanía del obstáculo.

Palabras clave: deficiencia visual, ecolocación, dispositivos ultrasónicos.

¡X

ABSTRACT

ln México, 26% of the total disabled population suffers some kind of visual deficiency that can be: congenital, accidental, due to aging or to sickness. This causes loss of information that it used by the organism to adapt to the environment.

The development of this work is aimed to provide an alternative to people that have a visual deficiency by designing an ¡ntelligent ultrasonic device that allows them to detect objects situated at heights above 1 m, avoiding in this way that they suffer accidents and/or blows from the head to the chest. ln this manner, the prototype built can be an aid to this sector of the population permitting to recover autonomous displacement within their surroundings, which is reflected in a better quality of life.

Bats have sight sense but they use the biological sonar for orientation, this is known an echolocation. Echolocation consists in emitting -a high frequency signal (higher than 20 kHz) and by measuring the time it takes in returníng the echo produced by the localized object in the path and estimating the distance to the obstacle in this manner.

The Project is divided in two stages: the acquisition system and the control system. The acquisition system is based on bats echolocation which is emulated with ultrasonic sensors. Two SRF05 sensors are used with a frequency of 40 kHz, to cover the área comprised between the head and the chest of the user. The control system processes the signal generated by the sensor using a PIC microcontroller from Microchip. This microcontroller makes the transition to the interface with the user.

The "intelligence" of the prototype means that it will be able to define whether of not the located object represents or not harm to the user by sending signáis that a coded by means of sound, vibration or a combination of both. The frequency of the alarm depends on the distance to the object.

Key words: visual deficiency, echolocation, ultrasonic devices

x

CAPÍTULO 1

INTRODUCCIÓN

1

Capítulo 1. Introducción

1.1 Introducción

El hombre como sistema, se interrelaciona con el medio que lo rodea mediante un continuo

intercambio de materia y energía. Esta transformación aporta los energéticos necesarios

para el metabolismo e información imprescindible para adaptarse al entorno en el que se

encuentra.

La información captada por el organismo circula de dos formas: mensajeros químicos y

señales eléctricas. Los órganos de los sentidos se encargan de obtener dicha información,

los cuales desde el punto de vista biofísico son sistemas de transducción y amplificación

que detectan señales de diferente tipo proveniente del exterior.

Si alguno de los sentidos llega a dañarse puede provocar una discapacidad, que se define

por el INEGI como la limitación o ausencia de la capacidad para realizar una actividad

dentro del margen que se considera normal para el ser humano [1]. La OMS estima que

aproximadamente 10% de la población mundial tiene alguna discapacidad; sin embargo,

esto varía de un país a otro, de acuerdo con los acontecimientos sociales o naturales que

los hayan afectado, tales como epidemias, guerras y catástrofes naturales, entre otros [2].

Cuando se tiene una discapacidad visual es necesario adoptar el uso de algún apoyo,

como puede ser: un perro guía, otra persona o un bastón, que le ayude a los individuos a

realizar actividades como lo es el desplazamiento por el entorno.

En la actualidad es común encontrar soluciones a problemas de ingeniería que estén

inspirados en algún sistema biológico. Dos ejemplos son el radar y el sonar que emulan la

ecolocación del murciélago. Los murciélagos tienen visión como otros mamíferos, pero

utilizan un sistema de orientación conocido como ecolocación. La ecolocación (de eco y del

lat. locafío, posición) consiste en transmitir una señal ultrasónica (superior a 20 kHz) que se

refleja en diferentes obstáculos, árboles, presas, etc., y recibir el eco de la señal para

analizarla y saber a qué distancia se encuentra del objeto.

Este proyecto propone el diseño y construcción de un dispositivo ultrasónico inteligente

para personas con deficiencia visual, que puede ser auxiliar en la detección de obstáculos

2


situados a alturas superiores a 1 m, que no son percibirlos con un bastón, para evitar que

sufran accidentes entre la caja torácica y la cabeza.

La redacción de esta tesis se divide en cinco capítulos. El capítulo uno se divide en tres

secciones, la primera es la introducción del trabajo, se describe la forma en que influyen los

órganos de los sentidos y una discapacidad en la vida de un individuo, la segunda describe

los objetivos del trabajo, desglosados en general y particulares. La justificación se explica

en la tercera parte en base a las dificultades que enfrenta una persona con deficiencia

visual y los resultados obtenidos de la encuesta aplicada en la asociación "Discapacitados

visuales IAP".

En el segundo capítulo detalla los antecedentes y estado del arte del trabajo, se divide en

dos partes. La primera describe el sistema de orientación del murciélago, su aplicación en

los sistemas sonares por medio de sensores ultrasónicos y otros dispositivos, así como el

efecto Doppler. En el estado del arte se redactan los-avances referidos a la utilización de

sensores ultrasónicos en la detección de objetos, que se han implementado en diferentes

aparatos y se encuentran en el mercado así como los trabajos que se han quedado a nivel

de investigación.

En el capítulo tres se encuentra el planteamiento del problema y la propuesta de solución,

ejemplificada por un diagrama de bloques.

El desarrollo experimental del trabajo se encuentra en el capítulo cuatro. Se presenta una

comparación de sensores ultrasónicos para la elección del transductor, las características

del motor utilizado para la generación de la vibración del sistema, el microcontrolador y la

batería considerada para la alimentación del prototipo. Se describe la metodología llevada a

cabo para la obtención de la señal en la etapa de adquisición, el diseño del circuito y los

diagramas de flujo para programar el microcontrolador. Así como los resultados obtenidos

en el desarrollo.

En el quinto capítulo se despliegan las conclusiones del trabajo, se hace una descripción

comparativa de los resultados obtenidos y su relación con los objetivos planteados al inicio

de la tesis, así como las perspectivas del trabajo.

3


1.2 Objetivos

1.2.1 Objetivo general

Diseñar y construir un dispositivo ultrasónico inteligente para detectar obstáculos situados

a alturas superiores a 1 m, para personas con deficiencia visual.

1.2.2 Objetivos particulares

• Realizar el estudio sobre el mecanismo de orientación del murciélago.

• Estudiar ventajas y desventajas de los tipos*de alarma: i. Acústica ii. Presión iii. Vibración

• Definir el tipo de alarma del sistema, en base a las necesidades del usuario.

• Seleccionar el transductor ultrasónico.

• Diseñar el sistema ultrasónico para ser utilizado en la detección de obstáculos

superiores a 1 m.

• Construir el sistema ultrasónico.

• Procesamiento de la señal ultrasónica en el microcontrolador.

• Probar el prototipo con voluntarios.

4


1.3 Justificación

De acuerdo al XII Censo General de Población y Vivienda 2000, una persona con

discapacidad "es aquella que presenta una limitación física o mental de manera

permanente o por más de seis meses que le impide desarrollar sus actividades en forma

que se considera normal para un ser humano" [1].

En el 2000 se identificaron 1 millón 795 mil personas con discapacidad, las cuales

representaron 1.8% de la población total; es mayor el porcentaje de hombres con

discapacidad (52.6%) en comparación con el de mujeres (47.3%), situación que es similar

en todas las entidades del país [2].

En la figura 1 se muestra la distribución porcentual de la población según el tipo de

discapacidad [3].

Figura 1.1. Distribución porcentual de la población según tipo de discapacidad1

Motriz: se refiere a la pérdida o limitación de una persona para moverse, caminar, mantener algunas posturas de todo el cuerpo o una parte del mismo.

Visual: incluye la pérdida total de la vista, así como la dificultad de ver con uno o ambos ojos.

http://cuentame.inegi.gob.mx/poblacion/discapacidad.aspx?tema=P

http://cuentame.inegi.gob.mx/poblacion/discapacidad.aspx?tema=P


Mental: abarca las limitaciones para el aprendizaje de nuevas habilidades, alteración de la conciencia y capacidad de las personas para conducirse o comportarse en las actividades de la vida diaria, así como en su relación con otras personas.

Auditiva: corresponde a la pérdida o limitación de la capacidad para escuchar.

Del lenguaje: limitaciones y problemas para hablar o transmitir un significado entendible.

Nota: la suma de los porcentajes puede superar el 100% porque algunas personas padecen más de una discapacidad.

En la tabla 1 se presentan los porcentajes de discapacidad de dos entidades federativas de

México.

Tabla 1. Porcentaje de la población según tipo de discapacidad para cada entidad federativa.

Los motivos que producen discapacidad en las personas pueden ser variados, el INEGI los

clasifica en cuatro causas principales: nacimiento, enfermedad, accidente y edad avanzada

[3].

De cada 100 personas discapacitadas:

• 32 la tiene porque sufrieron alguna enfermedad.

• 23 están afectados por edad avanzada.

• 19 la adquirieron por herencia, durante el embarazo o al momento de nacer.

• 18 quedaron con lesión o consecuencia de algún accidente.

Estos datos están representados en la figura 1.2.:

6


Figura 1.2. Motivos de discapacidad en las personas

El resto corresponde a las personas que no especificaron el motivo de su discapacidad

(6.7%) y a las que tienen una causa de discapacidad diferente a las mencionadas fue

ocasionada por otras causas (1.9%).

De las estimaciones más recientes de la carga mundial de discapacidades visuales (2002),

esté problema afectaba a más de 161 millones de personas, de las cuales 124 millones

presentaban disminución de la agudeza visual y 37 millones sufrían ceguera, lo que

representa uno de los problemas de salud pública más urgentes de atender en los países

en desarrollo [4].

En México la población con discapacidad visual corresponde al 26% (46 mil 678 personas,

aproximadamente) del total de discapacitados [3].

Se debe tomar en cuenta que esta cifra va en aumento ya que la diabetes es una de las

causas de ceguera en el país y la perspectiva futura señala que se mantendrá el

incremento en la cantidad de diabéticos [5]. En 1995 el país ocupaba el décimo lugar

mundial con 4 millones de enfermos, actualmente es el cuarto lugar en frecuencia de

diabetes mellitus tipo 2, con 10 millones de afectados y el segundo en obesidad. A escala

mundial, cada 10 segundos se registra una muerte por alguna complicación de la

enfermedad y en el mismo lapso se dan dos nuevos diagnósticos. Esto significa que cada

año se suman 7 millones de nuevos enfermos. De continuar esta tendencia, para 2025

habrá 350 millones de personas afectadas [6].

Cuando se tiene una discapacidad visual, el individuo se ve obligado a utilizar elementos

externos que le permitan imitar o sustituir la función del transductor biológico dañado. Por

7


ejemplo un perro guía o el bastón, que permiten a los individuos desplazarse y detectar

obstáculos a nivel de piso.

Existen objetos que no son detectados con la exploración del bastón, se encuentran

situados a alturas superiores a 1 m, por ejemplo: cables colgados, ramas de árboles,

puertas levadizas, señalamientos viales, protecciones de ventanas, etc., los cuales llegan

a ser peligrosos y en ocasiones pueden generar heridas graves en el individuo.

Con este proyecto se espera obtener una alternativa en la detección de objetos situados a

alturas superiores a 1 m.

1.3.1 Encuesta

Con el propósito de obtener las características necesarias que el prototipo debe cumplir se

consultó mediante un formato de encuesta a miembros de la asociación "Discapacitados

Visuales IAP" de la Cd. de México. La muestra incluyó 15 individuos, que permite conocer

su perfil, - edad, sexo, motivo de discapacidad, etc. - y su opinión sobre el dispositivo a

desarrollar ente otros aspectos. Los resultados se muestran a continuación.

Una primera evidencia cuantitativa que ofrece la investigación es que existen diferentes

tipos de deficiencia visual. La figura 1.3 muestra las discapacidades visuales que padecen

los integrantes de la asociación, los datos obtenidos son: el 50% tiene ceguera, el 19%

debilidad visual, el 13% padece glaucoma, el 6% tiene retinosis pigmentaria, el 6% adquirió

el síndrome de Steven-Johnson y el 6% restante sufre dimaculopatía de estarga.

Figura 1.3. Porcentajes de las diferentes deficiencias visuales de los integrantes de la asociación

de "Discapacitados visuales IAP"


A continuación se definen de manera breve las enfermedades a las que hace referencia la

encuesta:

• Ceguera: enfermedad en la que las personas no ven nada en absoluto o solamente

tienen una ligera percepción de luz (pueden ser capaces de distinguir entre luz y

oscuridad, pero no la forma de los objetos) [7].

• Debilidad visual: enfermedad en que con !a mejor corrección posible podrían ver o

distinguir, aunque con gran dificultad, algunos objetos a una distancia muy corta [7].

• Dimaculopatía de Estarga: degeneración que se caracteriza por la pérdida visual

bilateral debida a la atrofia y degeneración de la retina externa y de la membrana de

Bruch [8].

• Glaucoma: enfermedad caracterizada por una elevación de la presión infraocular

hasta un nivel que produce un daño irreversible en las fibras del nervio óptico y

pérdida del campo visual [8].

• Retinosis pigmentaria: degeneración retiniana hereditaria caracterizada por la

disfunción progresiva de los fotorreceptores, se relaciona con pérdida celular

progresiva y atrofia final de varias capas retinianas [8].

• Síndrome de Steven-Johnson: enfermedad inflamatoria aguda, originada por una

hipersensibilidad a fármacos o alimentos, que incluye la piel, las membranas

mucosas y provoca la oclusión de la glándula lagrimal; en una forma mayor pone en

peligro la vida del paciente [8].

En la figura 1.4 con respecto de las estadísticas a las que se hace referencia2, se muestran

las diferentes causas de discapacidad donde se observa que: el 40% de los individuos

tienen una discapacidad congénita, un 33% por enfermedad, en el 20% se ocasionó por

otros motivos como alergia a un medicamento, etc. el 7% restante por accidente.

2 Las personas con discapacidad en México, una visión censal. Aguascalientes, México, INEGI, 2004

, 9


Figura 1.4. Porcentajes de las diferentes causas de deficiencias visuales

El uso de algún sistema extemo para personas con discapacidad visual, como por ejemplo

el bastón blanco que es considerado como la extensión de su tacto, es muy importante, ya

que les posibilita el desplazamiento por el entorno con conocimiento y seguridad. En la

figura 1.5 se muestra el porcentaje de personas que lo utilizan para trasladarse de un lugar

público a otro, donde se observa que el 87% lo utiliza, mientras que el 13% restante no.

Figura 1.5. Porcentaje de personas que utilizan bastón blanco

Un aspecto importante que se consideró es la cantidad de integrantes de la asociación que

han sufrido algún accidente al trasladarse de un lugar público a otro, la figura 1.6 muestra

que el 87% de personas han tenido percances y el 13% restante no.

Figura 1.6. Porcentaje de personas que han sufrido un accidente al trasladarse de un lugar a otro

Los comentarios que las personas participantes dan testimonio de algunos sucesos

ocurridos:

10


"hay ocasiones en que el caminar por las avenidas es más seguro que hacerlo por la

banqueta no sabes contra que puedes chocar", "una vez caminando no percibí una cadena

y al momento de caer fui a dar sobre un vidrio, me hice esta cicatriz, señalándonos su

frente".

Por lo anterior es necesario saber qué técnicas utilizan los integrantes de la asociación

para detectar barreras arquitectónicas. En la figura 1.7 se observa que el 37% de los

encuestados utiliza una combinación del bastón y tacto, el 25% no maneja técnica alguna, el

19% maneja el bastón blanco, el 13% emplea el tacto, mientras que el 6% restante usa

lentes.

Figura 1.7. Técnicas utilizadas en la detección de barreras arquitectónicas

En la figura 1.8 los resultados indican si los encuestados utilizan alguna técnica para

detectar objetos colocados a una altura superior a 1 m, como: ramas, anuncios, techos,

puertas levadizas, etc. El 33% emplea alguna, la mayoría de ellos no y corresponde al

67%.

Figura 1.8. Porcentaje de personas que utilizan alguna técnica para detectar barreras

arquitectónicas

En congruencia con la tendencia observada en la figura 1.9 anterior, la 8 indica que del

33% total de personas que utilizan alguna técnica para detectar objetos situados a alturas

superiores a 1 m, el 75% usa el tacto mientras que el 25% emplea su resto visual.

11


Figura 1.9. Técnica utilizada en la detección de barreras arquitectónicas

Los integrantes de la asociación, explicaron sus necesidades y definieron algunas

características que el prototipo debe cumplir para que les sea de utilidad. De los

comentarios que se hicieron los que sobresalen son:

• Discreto, es decir que no llame la atención ya que sería un dispositivo nuevo que no

existe en el mercado

• Que fuera un sensor que advirtiera de los obstáculos por medio de un sonido o una

vibración

• Adaptable al bastón blanco, en unos lentes o en una gorra

La forma en que el usuario debe ser advertido sobre el acercamiento hacia un objeto que

represente un peligro es de vital importancia, por tal motivo se presentaron las siguientes

opciones para el tipo de alarma y se les explicó su funcionamiento:

a) Alarma acústica: puede emitir un solo sonido, cambiar los tipos de timbre (agudo y

grave), ó emitir el sonido con mayor frecuencia cada vez que nos aproximemos a un

obstáculo.

b) Alarma de presión: sería un dispositivo parecido al de un baumanometro, es decir,

una bomba que se encuentra conectada a un brazalete y al existir una proximidad al

obstáculo, ejercería una presión en alguna parte del cuerpo.

c) Alarma vibratoria: se activará al existir un obstáculo con el cual nos pudiéramos

golpear, se puede regular la frecuencia.

d) Una combinación de las anteriores

La figura 1.10 muestra las preferencias en el tipo de alarma del dispositivo a desarrollar

donde un 53% opto por una alarma vibratoria, el 20% se decidió por la acústica, el 20%

eligió una combinación de las anteriores (acústica y vibratoria) y el 7% restante prefirió la

de presión.

12

Capitulo 1. Introducción

Figura 1.10. Preferencias en el tipo de alarma del dispositivo a desarrollar

Después de conocer la preferencia en el tipo de alarma lo siguiente es definir en qué lugar

del cuerpo les gustaría colocar este sistema. Los resultados se presentan en la figura 1.11,

donde el 34% pide sea colocado en alguna parte de la cara y/o cabeza, el 18% lo prefiere en

la mano, el 18% lo eligió en el brazo, el 18% lo escogió en la muñeca y el 12% restante

señaló la utilidad de transportarlo en la cintura.

Figura 1.11. Preferencia en la colocación del sistema de alarma

El instrumento aplicado reveló que el 93% de los participantes está de acuerdo en

participar con el desarrollo de este dispositivo, proporcionaron sus números telefónicos

para localizarlos fácilmente y así brindarnos su apoyo. Los resultados se presentan en la

figura 1.12.

Figura 1.12. Porcentaje de personas interesadas en participar en el desarrollo del dispositivo

13

CAPÍTULO 2

ANTECEDENTES Y ESTADO

DEL ARTE

14

Capítulo 2. Antecedentes y estado del arte

2.1 Antecedentes

En el presente capítulo se describen los antecedentes que sirven como referencia para el

prototipo a desarrollar y el estado del arte. Se encuentra dividido en dos secciones. En la

primera se describe el sistema de orientación del murciélago, sensores ultrasónicos, los

sistemas sonares que se inspiran en los sonares biológicos así como su implementación

en la ingeniería y el efecto Doppler.

El estado del arte se encuentra en la segunda sección, se describen los dispositivos que

existen en el mercado y utilizan ultrasonido para la detección de obstáculos y hacen una

estimación de la distancia a la que se encuentra el objeto, así como trabajos de

investigación reportados en revistas especializadas del Instituto de Ingenieros en

Electricidad y Electrónica (IEEE: Institute of Electrical and Electronics Engineers).

2.1.1 Deficiencia visual

Existen muchas definiciones de lo que puede considerarse como ceguera. La Organización

Nacional de Ciegos Españoles considera ciegas a aquellas personas, que con la mejor

corrección posible, tienen menos de 1/10 de visión en los dos ojos, siempre que esta

disminución visual sea de carácter permanente e incurable [9].

Para la Organización Mundial de la Salud, "ciego es quien no sobrepasa con su ojo mejor la

agudeza visual de 0/200 o que, sobrepasándola, padece una reducción del campo visual

por debajo de 35° [9].

Una definición funcional alternativa es la pérdida de visión de grado suficiente para evitar

que la persona se soporte a sí misma en una ocupación, haciendo que el individuo sea

dependiente de las persona, agencias o dispositivos para vivir [9].

La deficiencia visual es una carencia sensorial caracterizada por un daño en el sentido de la

vista [10]. Se consideran tres grados de deficiencia visual:

• Deficiencia visual profunda: dificultad para realizar tareas visuales cotidianas:

Imposibilidad de hacer tareas que requieren visión de detalle.

15


• Deficiencia visual severa: posibilidad de realizar tareas visuales con inexactitudes,

requiriendo adecuación de tiempo, ayudas y modificaciones.

• Deficiencia visual moderada: posibilidad de realizar tareas visuales con el empleo

de ayudas especiales e iluminación adecuada similares a las que realizan las

personas de visión normal.

Cuando se habla de ciegos se hace referencia a una población heterogénea que incluye a

personas con una carencia total de visión y aquellas con problemas de deficiencia visual

los suficientemente profunda como para ser considerados ciegos, aunque tienen restos

visuales que pueden aprovecharse para su desarrollo y aprendizaje.

Para considerar a una persona como ciega deben comprenderse dos parámetros [7]:

• Agudeza visual: es la habilidad de diferenciar detalles finos de objetos a una

distancia dentro de un campo visual, se mide con una exposición de blancos de

tamaño diferente que se muestran a una distancia estándar del ojo. Como la

"gráfica de Snellen"3 donde cada fila esta designada por un número que

corresponde a la distancia, en metros o pies, desde la cual un ojo normal puede leer

las letras de ella. La agudeza se califica con un conjunto de dos números (por

ejemplo "20/40"). Donde el primer dígito representa la distancia de la prueba en pies

entre la carta y el paciente, el segundo número representa la hilera de letras más

pequeña que el ojo del paciente pudo leer desde la distancia de la prueba [8].

• Campo visual: es el área del espacio que percibe el ojo.

Se consideran ambliopes a aquellas personas que tienen carencias visuales, es decir,

conservan visión útil en algunos de los ojos, pero necesitan del bastón blanco, de cierta

iluminación y la presentación de objetos y materiales adecuados a sus necesidades. Son

legalmente ciegos pero no funcionales.

; Constituida por una serie de hileras de letras que de manera progresiva se van haciendo más pequeñas y se disponen al azar, utilizadas para probar la visión a distancia.

16


2.1.2 Mecanismo de orientación del murciélago

Los murciélagos son mamíferos del orden Chiroptera (del griego khéir, mano y ptero, ala).

Según la clasificación de Altringham (1996), forman el segundo orden más largo con 966

especies, sus características más notables son las adaptaciones y modificaciones relativas

al vuelo, dado que sus extremidades superiores se han desarrollado como alas [11], [12],

[13].

Los murciélagos se agrupan en dos subórdenes: megaquirópteros y microquirópteros.

• Megaquirópteros: emplean la visión para orientarse y localizar a sus presas,

algunas especies utilizan el sonar biológico, lo producen chasqueando la lengua y

no vocalizando, como los microquirópteros. Se distribuyen en habitat tropicales de

África, India y Australia [11].

• Microquirópteros: poseen el mecanismo de orientación que les permite percibir su

entorno sin necesidad de usar el sentido de la vista o del olfato, sus oídos son largos

y complejos. Está característica se relaciona con la recepción de ondas ultrasónicas

ya que todas las especies de este orden tienen habilidades de ecolocación

avanzadas. Se encuentran en todos los continentes, salvo en la Antartica [13].

2.1.2.1 Sonar biológico del murciélago

La ecolocación es un método de percepción sensorial por el cual ciertos animales se

orientan en su ambiente, detectan obstáculos, se comunican entre sí y encuentran comida

[14]. Durante la ecolocación un animal emite una serie de ultrasonidos que tanto barren

frecuencias altas y bajas o varían alrededor de una sola frecuencia. Estos sonidos viajan

fuera del animal y luego rebotan sobre los objetos y superficies en su camino formándose

un eco. El eco vuelve al animal y le permite construir un mapa en su cerebro, dándole una

noción de lo que se encuentra en su camino [11], [13].

Los murciélagos emiten y detectan ultrasonidos que son reflejados en sus posibles presas,

tales como pequeños insectos voladores. Pueden percibir frecuencias de hasta 120 kHz,

correspondientes a una longitud de onda de 2.8 mm [15].

17


El sistema de ecolocación de algunos murciélagos es tan preciso que pueden detectar

insectos del tamaño de un mosquito y objetos tan finos como un cabello humano. Es

notable la facultad que tienen los murciélagos de volar en completa oscuridad eludiendo los

obstáculos que pudieran interponérseles, como por ejemplo: las paredes y otros animales

que vuelen en el mismo recinto. Mucho se ha experimentado sobre este fenómeno y son

numerosas las hipótesis propuestas para explicarlo [11].

En 1794, Spallanzani4 observó que los murciélagos a los que se impedía ver podían seguir

su camino sin tropiezo, pero que si se les tapaban los oídos quedaban totalmente

desvalidos [13].

En 1938, Griffin, Pírce y Galambos, demostraron que los murciélagos emitían sonidos de

frecuencias ultrasónicas y escuchaban los ecos de los objetos en el intervalo de emisión del

sonido, como se muestra en la figura 2.1, permitiéndoles orientarse y encontrar alimentos

en la oscuridad. Determinaron este comportamiento de orientación acústico como

"ecolocación" [11].

Figura 2.1. Sistema de orientación del murciélago5

4 Fisiólogo italiano fundador de la biología experimental. 5 Microsoft Encarta 2007

18


Pye señala que cuando se generan al mismo tiempo dos sonidos de alta frecuencia distinta

interactúan para producir un tono de sonido de menor frecuencia, como se muestra en la

figura 2.2. Propone que el murciélago oye el tono del sonido, cuya frecuencia sería

directamente proporcional a la diferencia en frecuencia entre el sonido y el eco, por ende la

distancia al blanco [13].

Figura 2.2. Interacción entre el sonido producido por un murciélago y el eco que regresa procedente de un objeto situado a cierta distancia. A una distancia diferente la frecuencia del tono del sonido seria también diferente.

2.1.2.2 Propiedades acústicas de la señal ultrasónica

Las frecuencias utilizadas en la ecolocación son de 25 a 100 kHz, aunque algunas

especies emiten y analizan componentes altas de 150 kHz [11].

De acuerdo con Altringham [13], los murciélagos emiten los sonidos de ecolocación en

pulsos. Las propiedades de los pulsos varían según la especie y se pueden correlacionar

con las diferentes estrategias de caza y el mecanismo de procesamiento de la información.

Las señales utilizadas se dividen en:

• Las señales de banda ancha: son múltiples frecuencias y favorecen la localización

espacial del blanco y llevan mejor información sobre su textura. Son insuficientes

para detectar objetos que generan ecos débiles.

• Las señales de banda angosta (FC): son de frecuencia constante permiten una

mejor definición del formato y tamaño del blanco, pero no consiguen determinar con

precisión la distancia (localización espacial). Debido al efecto Doppler, estas

19


señales permiten detectar objetos que, por sus características, generan ecos más

débiles.

2.1.2.3 Generación y recepción de la señal ultrasónica

Cuando se transmite una onda ultrasónica es necesario cerrar el receptor de forma que no

reciba el eco, de lo contrario recogería tanto el sonido transmitido como el eco y el

resultado sería una mezcla confusa.

Los murciélagos realizan este funcionamiento con un músculo diminuto que existe en su

oído, en el momento en que es lanzado un chillido, el músculo se contrae y es

desconectado el oído, al terminar el chasquido el músculo se relaja y el oído se prepara

para recibir el eco [11].

El murciélago genera sus sonidos con la laringe (esencialmente igual a la de otros

mamíferos, pero más grande en relación al tamaño del murciélago) y los modifica con su

boca y nariz, mostrado en la figura 2.3. Mergell descubrió que en muchas especies de

microquirópteros existen membranas vocales que son extensiones delgadas de la porción

membranosa de la comisura vocal, se dice que actúan como osciladores y que soportan la

generación de sonidos ultrasónicos [11].

Figura 2.3. Laringe del murciélago

20


2.1.2.4 Anatomía del oído del murciélago

La audición constituye una modalidad sensorial importante en los mamíferos. Aún cuando

el aparato auditivo no es idéntico en todas las especies, las estructuras básicas y las

modalidades de funcionamiento comparten un patrón común.

El oído es el órgano responsable de la audición en todos los animales, convierte con

eficiencia la información acústica del ambiente en impulsos nerviosos que se transmiten al

sistema nervioso central. El oído de los mamíferos en particular es sensible a sonidos de

un amplio intervalo de intensidades y frecuencias. El oído se divide en tres zonas: externa,

media e interna.

El oído externo es la parte del aparato auditivo que se encuentra en posición lateral al

tímpano. Está formado por la oreja y el conducto auditivo externo; las orejas de los

murciélagos tienen forma, tamaño y estructura muy particulares, características del orden

en general y de cada familia. También se encuentran la lamina nasal, el trago y otras

estructuras que se han señalado como órganos destinados a la ecolocación; se ha

observado que cuando se cubren o inutilizan experimentalmente estas partes, aumenta

notablemente la frecuencia de choques.

El trago, mostrado en la figura 2.4, a manera de lóbulo alargado, es un aparato

membranoso de gran sensibilidad, que se aloja en la cavidad de cada oreja, cuya función

parece ser la recepción y amplificación de ondas sonoras; cuando falta el trago o es de

tamaño reducido, como sucede en algunas familias, la bula auditiva y el pabellón de la

oreja acusan enorme desarrollo o están modificados para compensar la deficiencia del

trago [12].

~~ http://home.tiscalinet.ch/kerguelen/murcielagos.html

21

http://home.tiscalinet.ch/kerguelen/murcielagos.html


El oído medio se encuentra situado en la cavidad timpánica, incluye el mecanismo

responsable de la conducción de las ondas sonoras hacia el oído interno. El oído medio

esta en comunicación directa con la nariz y garganta.

La membrana timpánica es relativamente más delgada que en otros mamíferos, aunque no

se correlaciona con el tamaño del cuerpo los murciélagos que operan en altas frecuencias

(50 - 125 kHz) generalmente tienen tímpanos más pequeños que los murciélagos que

operan a frecuencias bajas [12].

La cóclea y el caracol se encuentran ubicados en el oído interno, como se muestra en la

figura 2.5, la primera se especializa en el uso de altas frecuencias mientras que la función

del último es llevar las ondas sonoras al cerebro. Ha sido demostrado que el mecanismo

del oído interno tiene una funcionamiento similar al humano. Hay características como

una alta resonancia a ciertas frecuencias, en la membrana basilar donde el sistema del

oído difiere del humano [11 ], [16]. "' * *

Figura 2.5. Aparato auditivo del murciélago

2.1.3 Sistemas sonares

Con la implementación de sistemas sonares en ingeniería, se puede hacer una estimación

de la distancia a la que se encuentra un objeto y se pueden obtener características como:

su tamaño y posición. Para poder determinarlas es necesario conocer los factores que

influyen en su construcción.

22


El sonido es la sensación que se produce cuando estos cambios alternantes en la presión

llegan a la membrana timpánica. El sonido es producido por el movimiento vibratorio de las

moléculas de un material elástico, su energía mecánica de propagación se absorbe en el

medio por el cual se propaga, que puede ser sólido, líquido o gaseoso, produciéndose una

vibración en la intensidad del sonido, que es mayor o menor según el medio en el que se

absorbe. Esta absorción se debe a la fricción de las ondas con el medio, y a su

transformación en calor. Estos movimientos en el ambiente se denominan ondas sonoras.

Una onda sonora es una onda mecánica longitudinal producida por variaciones de presión

en el medio, estas son captadas por el oído y producen en el cerebro la percepción del

sonido.

Para que una onda sonora se pueda propagar por un medio se requiere que las partículas

del medio (líquido, aire o sólido) oscilen alrededor de su punto de equilibrio [4]. Es

necesario que cumpla las siguientes características:

• Inercia: propiedad que tiene el medio para que la energía de un elemento se

propague al elemento contiguo.

• Elasticidad: propiedad que tienen los elementos a volver a la posición de reposo.

La totalidad de radiación, al incidir sobre un objeto, es reflejada, transmitida y/o absorbida.

Si, además hay un movimiento relativo entre la fuente de radiación y el reflector, se

produce un cambio en la frecuencia de radiación (efecto Doppler) [16 -17].

La velocidad del sonido es la velocidad de propagación de las ondas sonoras, varía ante

los cambios de temperatura del medio. Esto se debe a que un aumento de la temperatura

se traduce en que aumenta la frecuencia con que se producen las interacciones entre las

partículas que transportan la vibración y este aumento de actividad hace que aumente la

velocidad [17]. En general, la velocidad del sonido cambia dependiendo del medio a través

del cual viaje; es mayor en los sólidos que en los líquidos y en los líquidos es mayor que en

los gases.

La velocidad del sonido en el aire (a una temperatura de 20 °C) es de 340 m/s (1224 km/h),

a 0 °C el sonido viaja a una velocidad de 331 m/s y si sube en 1 °C la temperatura,

23


la velocidad del sonido aumenta en 0,6 m/s, mientras que en el agua es de 1.600 m/s y en la

madera es de 3.900 m/s.

La velocidad del sonido en un medio multiplicada por la densidad p del mismo, da una

magnitud que se llama "impedancia acústica característica", Z= vp que constituye una

propiedad importante de los medios transmisores de sonido [18].

En la tabla 2 se muestran los valores típicos de la impedancia acústica en diferentes

medios de propagación.

Medio Impedancia acústica (mP-s/m)

Aire 4.3 x10'4

Agua 1.5

Aluminio 17

Acero 45

Tejido humano 1.6

Tabla 2. Valores típicos de la impedancia acústica en diferentes medios

Las ondas transcurren con facilidad por un medio que tenga una elevada impedancia

acústica característica. Los medios con baja impedancia acústica reflejan las ondas en

forma más acentuada que los de alta impedancia acústica.

Se puede realizar una aproximación para la amplitud de la presión de la propagación del

pulso, la ecuación 1 describe la sensibilidad del transductor ultrasónico y las variables

consideradas se muestran en la figura 2.6. [19]

Donde:

r = distancia radial del transductor [cm]

6 = azimuth [°]

p0 = amplitud de propagación de la presión en el intervalo r0 a lo largo de la línea de

visión [9=0°]

aT= ángulo del haz [°]

24


Figura 2.6. Configuración de un par de transductores, transmisor y receptor

La localización de obstáculos en dos dimensiones, se puede calcular con la ecuación 2,

donde el máximo de ocurre en 0, y 02. En tres dimensiones para un objeto con sección

cruzada, el eco esférico produce en el denominador j1r2 y (2) equivale a la ecuación del radar

[14].

Donde:

r, y r2 = distancias del transmisor al obstáculo y del obstáculo al receptor

respectivamente &: y 92 = desviaciones angulares de la

reflexión del transmisor y el receptor

respectivamente AQ = amplitud del eco

observado cuando T y R coinciden e = coeficiente de

reflexión

La ecolocación es un método que no solo aplica a los animales, el hombre lo ha

implementado en sistemas como el sonar y el radar. Actualmente científicos están

desarrollando tecnologías que permiten a los invidentes obtener información del ambiente

mediante los sonidos que le llegan, es una especie de sustitución sensorial.

25


El radar es un sistema electrónico que permite detectar objetos fuera del alcance de la vista

y determinar la distancia a la que se encuentran, proyectando sobre ellos ondas de radio.

Fue utilizado en la segunda guerra mundial para fijar la posición, forma y tamaño de un

objeto remoto en el espacio, así como su velocidad y dirección de desplazamiento.

Actualmente es usado en la navegación, control de tráfico aéreo, detección de fenómenos

meteorológicos y el seguimiento de aeronaves [20], [21].

El sonar es un sistema de navegación y localización similar al radar, con la diferencia que

emite ondas ultrasónicas, ya que bajo el agua no se propagan los pulsos

electromagnéticos, se utiliza principalmente en los submarinos para detectar minas, barcos

hundidos, grupos de peces y otros objetos sumergidos [21], [22].

El láser es un dispositivo que amplifica la luz y produce un haz de luz coherente (sus ondas

se propagan en fase). Su frecuencia va desde el infrarrojo hasta los rayos X, su luz pueda ser

extremadamente intensa, direccional y con una gran pureza de color (frecuencia). Esta

tecnología se inicia en el año de 1960 con la demostración del primer láser experimental de

rubí y se utiliza en la actualidad para un gran número de aplicaciones entre ellas, soldar,

cortar, comunicaciones espaciales, guía de misiles, aviones y satélites con tecnología

militar y en medicina para cortar y cauterizar ciertos tejidos. Algunos sistemas utilizan un

láser horizontal para la detección de obstáculos. Estos sensores tienen una resolución alta,

pero son costosos [23].

2.1.4 Sensores ultrasónicos

Los ultrasonidos son vibraciones del aire de la misma naturaleza que el sonido audible

pero de una frecuencia mayor a 20 kHz [13]. No son audibles por el oído humano. Debido a

sus longitudes de onda muy cortas pueden emitirse y reflejarse en objetos pequeños.

Los ultrasonidos tienen numerosas aplicaciones para fines de medición. Por ejemplo,

sistemas de medida de distancias, obtención de imágenes de estructuras (ecografías) en

aplicaciones médicas o de estudio de materiales y sistemas de análisis submarinos

(SONAR) o atmosféricos (SODAR).

26


En la tabla 3, se presentan los intervalos de frecuencias audibles y producidas por diferentes

seres vivos, incluyendo el ser humano [11].

Seres vivos Intervalo de frecuencias audibles

Intervalo de frecuencias producidas

Delfín 150 Hz a 150 kHz 7 a 120 kHz

Murciélago 1 a 120 kHz 10 a 120 kHz

Perro 15 Hz a 50 kHz 450 a 1080 Hz

Ser humano 20 Hz a 20 kHz 85 a 1.1kHz

Tabla 3. Gama de frecuencias audibles en diferentes seres vivos

El funcionamiento básico de un sensor ultrasónico como medidor de distancia está basado

en la emisión de un pulso ultrasónico, cuyo patrón de radiación es un lóbulo de forma

cónica. Los sensores producen mediciones mediante la evaluación del tiempo que el

sonido realiza en el trayecto entre transmisión y recepción [24].

En la figura 2.7 se tiene un transmisor que envía un pulso, el cual rebota sobre un

determinado objeto, el tiempo que tarda el eco en regresar al receptor es medido y

relacionado a una distancia.

Figura 2.7. Funcionamiento de un sensor ultrasónico

Midiendo el tiempo que transcurre entre la emisión del sonido y la percepción del eco, se

puede establecer el cálculo de la distancia a la que se encuentra el obstáculo que ha

producido la reflexión de la onda sonora, mediante la siguiente ecuación [25]:

27


Donde:

d = distancia [m]

v = velocidad del sonido en el aire [m/s]

t = tiempo transcurrido entre la emisión y recepción del pulso [s]

El tiempo que tardan en volver los pulsos es proporcional a la distancia del objeto con

respecto al transmisor.

Existen dos formas de operación en los sensores ultrasónicos [24]:

1. Modo opuesto: el sensor emite la onda de sonido y otro, montado en posición

opuesta al emisor, recibe la señal, mostrado en la figura 2.8.

Figura 2.8. Modo opuesto

2. Modo difuso (eco): el transmisor emite la onda de sonido y el receptor, colocado a un

costado del emisor, recibe el eco que rebota del objeto, como se muestra en la figura

2.9.

Figura 2.9. Modo difuso

28


Se denomina zona muerta al intervalo temporal durante el cual aparece una señal en el

receptor debido a condiciones no deseadas, tales como la sobreposición de los lóbulos de

emisión y recepción, la vinculación mecánica que existe entre el emisor y receptor a través

del soporte, fenómenos de difracción, etc. La zona muerta se extiende desde el momento

en que se produce la emisión hasta un instante establecido por los parámetros antes

mencionados, los cuales también fijan el nivel sonoro de la misma.

Si durante este periodo se recibe una señal de eco, la misma que se mezcla con la señal de

zona muerta y dependiendo de los niveles relativos de ambas es probable que no pueda

detectarse el eco [26].

Figura 2.10. Margen de detección

El margen de detección es la distancia dentro de la cual el sensor ultrasónico detectará un

objeto bajo condiciones de temperatura y voltaje. Además tiene una zona ciega inherente

ubicada en la cara de detección, como se muestra en la figura 2.10. Los objetos ubicados

dentro de esta zona no se pueden detectar de manera confiable [25].

Los sensores ultrasónicos son muy utilizados en la industria, en caudalimetros, sistemas de

seguridad y en robots móviles para la detección de objetos, debido a que los cambios de

color no les afectan como a los sensores óptico - reflectivos.

Actualmente la mayoría de los transductores ultrasónicos consisten de un cristal

piezoeléctrico. Los materiales más usados son: las cerámicas piezoeléctricas (cristales

artificiales producidos a base de óxidos metálicos), el cuarzo (Si02), el sulfato de litio

(ü2S04), el fosfato monoamónico y el PZT (Titanato Zirconato de Plomo) que se utiliza en

sistemas ultrasónicos de potencia.

29


Determinados cristales tienen la propiedad que al aplicar un campo eléctrico, sus

moléculas se separan y se juntan produciendo una oscilación en el aire que les envuelve,

es decir, generan una onda sonora [27].

2.1.5 Efecto Doppler

El efecto toma su nombre del físico austríaco Christian Doppler, que formuló por primera

vez este principio en 1842. El efecto consiste en la variación de la longitud de onda de

cualquier tipo emitida o recibida por un objeto en movimiento [28].

Si un observador situado en una posición fija, recibe las ondas sonoras desde una fuente en

movimiento, el sonido producido será percibido en un tono más agudo (de mayor

frecuencia) a medida que la fuente se acerca al observador y en un tono más grave a

medida que se aleja". Como se muestra en la figura 2.11.

Figura 2.11. Efecto Doppler

Cuando la fuente de ondas y el observador están en movimiento relativo con respecto al

medio material en el cual la onda se propaga, la frecuencia de las ondas observadas es

diferente de la frecuencia de las ondas emitidas por la fuente.

30

Capitulo 2. Antecedentes y estado del arte

2.2 Estado del arte

Las líneas de investigación en el área de discapacidad visual son ambiciosas, por ejemplo:

el ojo electrónico, y la visión por medio de estímulos en la corteza cerebral, entre otras.

En la actualidad existen aparatos en el mercado que permiten detectar obstáculos a nivel

del piso, su costo es elevado y de importación, por lo que su adquisición es difícil. Aún no se

han desarrollado dispositivos para personas con discapacidad visual que sean auxiliares

en la localización de objetos colocados a una altura superior a 1 m y permita esquivarlos.

Algunos de los dispositivos existentes son:

i. El bastón k-sonar, mostrado en la figura 2.12, es un sensor espacial que detecta

obstáculos por medio de ultrasonidos, emite upa alerta para que el usuario pueda

esquivarlos, su costo es de 710 dólares aproximadamente y se comercializa en

Nueva Zelanda [29].

Figura 2.12. K-sonar7

ii. El bastón electrónico mide la distancia de los objetos utilizando un láser, el usuario es

advertido por medio de sonidos y vibraciones, su precio oscila entre 762 y 2,286

euros.

iii. El ultracane, mostrado en la figura 2.13, es un bastón que utiliza sensores ultrasónicos

para la detección de objetos, fue desarrollado en la Universidad de Leed, su sistema

de alarma se efectúa a través del tacto y oído. Actualmente es comercial y su costo

es de £499 [30].

7 http://www.batforblind.co.nz

31

http://www.batforblind.co.nz/


iv. El sistema Treboli está constituido por tres sensores ultrasónicos, uno cabezal

colocado a la altura del pecho y dos laterales (izquierda y derecha), contiene una

unidad electrónica ubicada en un cinturón, que realiza las funciones de: excitación,

recepción, procesamiento y comunicación de la información al usuario por señales

acústicas codificadas. El prototipo fue sometido a pruebas de laboratorio y evaluado

por la ONCE y la Universidad Nacional Pedagógica de Bogotá. En ambos casos los

resultados no fueron satisfactorios, había una cantidad excesiva de información en

los entornos domésticos y urbanos [31].

En IEEE se encontraron dos trabajos de investigación relacionados con el tema propuesto:

En la referencia de Ifukube [16] se diseña un modelo para invidentes utilizando un

microprocesador y sensores ultrasónicos. Se evaluó en base a experimentos psicofísicos y

la conclusión fue que el prototipo era efectivo en la detección de pequeños objetos que

estuvieran colocados en frente de la cabeza.

En la referencia de Barshan [19], se hace una emulación de la ecolocación del murciélago

con la implementación de sensores ultrasónicos, en un arreglo circular y el análisis

matemático para la obtención de resultados confiables a partir de las mediciones.

La utilización de sensores acústicos es de gran utilidad en la implementación de sistemas

sonares, como: en la navegación de un robot, que les permite evadir obstáculos y seguir un

trayecto, en la construcción de mapas sonares y para determinar la proximidad de un

objeto. El problema con este tipo de sensores, es que producen mediciones que requieren

interpretación para obtener resultados confiables.

3 http://www.soundforesight.co.uk/

32

http://www.soundforesight.co.uk/


Los sistemas enfocados a ayudar a personas con discapacidad visual y que utilizan

ultrasonido para localizar la presencia de un objeto, están especializados en la detección

de la distancia comprendida entre el mango del bastón y el piso, su sistema de alarma lo

hacen por medio del tacto y el oído del usuario.

Después de revisar los dispositivos e investigaciones que se encuentran dentro del estado

del arte; es factible, realizable y útil el diseño y construcción de un sistema de ubicación

espacial por medio de la implementación de sensores ultrasónicos, que sea un auxiliar para

las personas con deficiencia visual en la detección de obstáculos superiores almo con un

intervalo de trabajo entre la cabeza y la caja torácica del usuario, con la finalidad de avisar

al individuo que se están acercando peligrosamente a un objeto y así poder evitar que

sufran algún accidente o para que sea utilizado como referencia en el desplazamiento por

el entorno.

El sistema propuesto incluirá una interfaz con el usuario, que le permita elegir el tipo de

alarma con el cual prefiere ser advertido de la presencia de algún objeto. Para la función de

la alarma se tendrá la posibilidad de elegir entre dos o más opciones, teniendo un diseño

en el cual no interfiera en la vida del usuario, es decir, si se utilizan sonidos, su volumen

podrá ser modulado a la comodidad de cada individuo.

La alimentación es un factor importante en la construcción del prototipo, ya que se requiere

sea portátil. Durante la elección del microcontrolador se debe considerar un chip de bajo

consumo.

33

CAPÍTULO 3

PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA

34

Capítulo 3. Planteamiento del problema

3.1 Planteamiento del problema

Como se describió en el estado del arte, existen dispositivos en el mercado que utilizan

láser y ultrasonido para detectar objetos; la mayoría son bastones para personas con

discapacidad visual, que indican de la presencia de un obstáculo a nivel de piso, que sea

peligroso para el usuario y le advierten de su presencia, por medio de un sonido o una

vibración en el mango del bastón.

El desarrollo de este trabajo propone un sistema de orientación en un espacio dimensional,

que permita detectar la presencia de un objeto con una altura superior a 1 m; colocando el

dispositivo a la altura de los ojos del usuario, para abarcar una área comprendida entre la

cabeza y la caja torácica; a partir de esta posición el prototipo detecta una distancia

máxima de 4 m. Por medio de ultrasonido se envía una señal y su eco se recibe después de

ser reflejado en el objeto, con estos datos se puede hacer una estimación de la distancia a la

que se encuentra el objeto; y se enciende una alarma, cuya frecuencia depende de la

distancia a la que se encuentre ubicado.

En la actualidad, la implementación de sistemas sonares en ingeniería permite estimar la

distancia a la que se encuentra un objeto; existen dispositivos que se utilizan para estimar la

dicha estimación, como: los sensores óptico - reflectivos, los infrasónicos (frecuencias

menores a 20 Hz), sónicos (frecuencias entre 20 Hz y 20 kHz) y ultrasónicos (frecuencias

mayores a 20 kHz) y el láser.

En el caso del láser es necesario realizar una exploración espacial, debido a la

direccionalidad del haz. Los sensores óptico - reflectivos utilizan luz infrarroja para detectar

objetos o cambios de color (negro blanco), compuestos por un diodo emisor y un receptor

infrarrojo. Con este tipo de transductores solo se tiene la posibilidad de diseñar un sistema

de "todo o nada".

Los infrasónicos, tienen una longitud de onda muy grande, haciendo que solo se detecten

objetos de gran tamaño, por ejemplo un infrasonido de 10 Hz tiene una longitud de onda de

34 m en el aire, el objeto debe tener un tamaño aproximado de 20 m en el aire y 100 m en el

agua, por lo tanto si se utiliza este tipo de sensor en el prototipo las mediciones serían

erróneas, la ventaja es que su funcionamiento no es percibido por el oído humano.

35


Para el caso de los transductores sónicos su funcionamiento es percibido por el Ser

Humano, lo que representa un inconveniente ya que los usuarios podrían perder

información del entorno.

Los sensores ultrasónicos trabajan con una frecuencia superior a la audible, presentan

haces amplios lo que reduce la necesidad de barridos, buena sensibilidad a grandes

distancias, tienen inmunidad al ruido y su funcionamiento no es percibido por el oído

humano.

Por lo anterior, la utilización de ultrasonido representa la técnica más adecuada para la

construcción del prototipo, puesto que es posible hacer estimaciones de la distancia, de

esta forma el sistema puede estar funcionando sin intervenir en las actividades del usuario.

En la naturaleza existen diferentes animales que utilizan la ecolocación para ubicarse en

su medio y estimar la distancia a la que se encuentra el objeto. Esta técnica puede ser

implementada en sonares artificiales del animal; por ejemplo, el sonido viaja cuatro veces

más rápido en el agua que en el aire, por lo tanto el sonar biológico a imitar en este trabajo

es el del murciélago, debido a que las características del ambiente son más parecidas.

3.2 Propuesta de solución

Para realizar el prototipo se consideran dos etapas, cada una de éstas con su problemática

a resolver: sistema de adquisición y sistema de control, el diagrama a bloques se muestra

en la figura 3.1.

A continuación expliquemos brevemente cada una de las etapas, que como propuesta de

solución se tiene para el trabajo.

La etapa de adquisición, es un análogo del sistema de orientación del murciélago, que está

constituido por dos partes que se relacionan en forma unidireccional: la biología y la física

aplicada. De la parte biológica obtenemos información para la ubicación de objetos a partir

de la ecolocación. En la física aplicada es posible realizar un sistema de ubicación

36


de objetos superiores a 1 m de altura, en un campo dimensional, para que a partir de alarmas

indique a personas con discapacidad visual la posición del objeto.

Figura 3.1. Diagrama a bloques del prototipo

La ecolocación del murciélago, se análoga con la implementación de sensores

ultrasónicos con una frecuencia de 40 kHz, el transductor envía una señal ultrasónica, si

existe un obstáculo, el eco será reflejado y captado por el receptor para ser procesada en

un microcontrolador.

En el sistema de control se analiza la señal con la implementación de algoritmos, con un

microcontrolador PIC de la compañía Microchip. Se hace una interpretación de los datos

provenientes del sensor y se realiza la discriminación de distancias para determinar si el

objeto representa o no un peligro para el usuario, se activa una interfaz de alarma con una

frecuencia que depende de la longitud a la que se encuentra el obstáculo, es decir, entre

más cerca se encuentre la frecuencia aumenta y viceversa.

Los pasos a seguir para la solución del problema de ingeniería se representan a

continuación a través de la figura 3.2.

37


Figura 3.2. Metodología para el desarrollo del sistema

A continuación se describe el protocolo que seguiremos para desarrollar la metodología de la

propuesta:

1. Se aplicará un instrumento de encuesta que permita obtener algunas de las

características que debe cumplir el prototipo. Se realizará en la asociación

"Díscapacitados Visuales IAP" de la Ciudad de México. Los resultados se tendrán

como parte de la justificación.

2. En la elección del transductor ultrasónico se realizará una tabla comparativa para

obtener un sensor de dimensiones reducidas y bajo consumo, ya que el prototipo a

construir debe ser portátil. La variables a considerar son: alimentación, corriente

(activo y reposo), tamaño, intervalo y ángulo de detección.

3. El prototipo debe tener un sistema de alarma, ya que las personas con

discapacidad visual necesitan ser alertadas a través de otros sentidos como el oído

o el tacto. Éste se definirá en base a las necesidades de los usuarios, se tienen tres

propuestas. El resultado se obtendrá de la encuesta en la que los integrantes de la

asociación indicarán cual prefieren y porque.

38


4. Se hará un estudio del mecanismo de orientación del murciélago, para realizar un

modelo biomimético de su sistema de ecolocación para utilizarlo en la creación de

un sistema de ubicación espacial para los discapacitados visuales.

5. En el diseño de la etapa de adquisición de la señal, se propone el arreglo

experimental de los sensores basados en la ecolocación del murciélago. Se

realizará el acondicionamiento de la señal si es necesario. El sensor está

compuesto por un transmisor y un receptor, el primero se encarga de generar el

pulso que se envía al espacio, el otro recibe la señal reflejada en el objeto para que

pueda ser procesada en la siguiente fase.

6. Después de tener el arreglo experimental se construye el sistema ultrasónico, para

verificar su funcionamiento y obtener los parámetros adecuados para el

procesamiento de los datos provenientes del sensor. Con esto se podrán realizar

pruebas y hacer correcciones al diseño si es necesario.

7. La señal será procesada en un microcontrolador. En esta etapa se define la

"inteligencia" del prototipo como la capacidad para tomar una decisión y advertir al

individuo de la presencia de algún objeto en base a la programación y el análisis de

la información proveniente del exterior. Se hará una discriminación de distancias

para evaluar si un objeto se acerca peligrosamente y representa un peligro para el

usuario.

8. Se desarrollará un sistema de alarma que informe al usuario de la presencia de un

obstáculo y que le permita estimar la distancia a la cual se encuentra dicho

obstáculo.

9. Se implementará la interfaz con el usuario. El diseño resultante se fijará en algún

dispositivo que permita ser utilizado y realizar pruebas de funcionamiento.

10. Finalmente se mostrarán los resultados obtenidos en el desarrollo experimental.

39

CAPÍTULO 4

DESARROLLO

EXPERIMENTAL Y

RESULTADOS

40

Capítulo 4. Desarrollo experimental y resultados

4.1 Desarrollo experimental

Este capítulo se enfoca al desarrollo experimental para la construcción del prototipo. Se

buscan resolver los objetivos planteados al inicio del trabajo. Se realiza la elección del

transductor ultrasónico, se propone el diseño del circuito de adquisición y se muestran los

resultados obtenidos.

4.2 Selección de los componentes

Una de las partes importantes dentro del desarrollo de este proyecto resultó ser la

búsqueda del transductor ultrasónico (emisor y receptor) para el sistema de adquisición.

Después de investigar varios modelos se llegó a la conclusión de elegir solamente

sensores de naturaleza piezoeléctrica, ya que requieren menor tensión de excitación que

los electrostáticos. Se encontraron siete modelos con características diferentes, por lo que

fue necesario evaluar ventajas y desventajas para obtener el sensor más adecuado para el

prototipo.

La tabla 4 presenta las características y propiedades de los transductores, solo se analizan

las que resultan de mayor interés para el propósito de emisión y recepción de la señal

ultrasónica.

Tabla 4. Características técnicas de los sensores ultrasónicos

41


De la tabla anterior resalta el ángulo de emisión, el cual indica el área que abarca la onda

sónica expansiva. Esta información resulta importante porque se pueden determinar

algunas de las condiciones y características del lugar para colocar el sistema y realizar

pruebas al mismo.

La tabla 5 muestra una comparación de los transductores, así como las características

analizadas para la elección, teniendo en cuenta que el prototipo a desarrollar se requiere

sea portátil. Es importante seleccionar un sensor de dimensiones reducidas y de bajo

consumo, ya que el ahorro de energía es factor clave en los aparatos portátiles.

Tabla 5. Comparación de sensores ultrasónicos

Con respecto a la tabla 5, los sensores que cumplen con las necesidades requeridas para la

realización del proyecto son: SRF05 y SRF10 de Devantech Ltd. [32], los cuales son un

módulo que contiene el emisor receptor en una misma tableta.

4.2.1 Sensor ultrasónico SRF05

El SRF05 es un módulo de sensores por ultrasonidos, capaz de detectar objetos y calcular

la distancia a la que se encuentra en un rango de 3 a 400 cm, su consumo es de 100-150

mW aproximadamente. Su aspecto físico y conexiones se muestran en la figura 4.1.

42

Capitulo 4. Desarrollo experimental y resultados

Figura 4.1. Sensor SRF05

El SRF05 necesita un pulso de entrada de 10 us como mínimo para funcionar, el

microcontrolador integrado emite un tren de pulsos (8 ciclos) que viajan a la velocidad del

sonido, a continuación empieza a contar el tiempo que tarda en llegar el eco. Este tiempo

se traduce en un pulso de anchura proporcional a la distancia a la que se encuentra el

objeto. El sensor, espera un tiempo, si no encuentra algún objeto se queda en modo de

reposo hasta un nuevo ciclo de activación.

Con el objeto de que el módulo se estabilice, se debe dejar un lapso de tiempo de 120 ms

mínimo entre el momento en que la señal de eco pasa a "0" y un nuevo pulso de disparo

que inicie el siguiente ciclo o medida. Esto permite realizar 8 medidas por segundo. La

duración del pulso eco de salida varía entre 100 us y 25 ms, en función de la distancia entre

la cápsula del módulo y el objeto. La velocidad del sonido en el aire es de 29.15 us/cm, la

cual realiza un recorrido de ida y vuelta, quedando establecida en 58.30 us/cm.

Concluyendo con un rango mínimo de medición por el sensor de 1.7 cm (100 us/58) y el

máximo de 431 cm (25 ms/58) [32].

La relación entre la distancia medida y el ancho del pulso se muestra en la figura 4.2. Por

cada centímetro de distancia la anchura del pulso se incrementa en 50 us, siendo el rango

de medida valido entre 100 us y 25 ms, correspondientes a 1.7 y 431 cm respectivamente.

Figura 4.2. Relación del ancho de pulso con la distancia del objeto

43


El sensor cuenta con dos modos de operación: modo 1 y modo 2.

a) En el modo 1, mostrado en la figura 4.3, el sensor emplea pines separados, uno para

aplicar el pulso de inicio y otro para leer el eco.

Figura 4.3. Diagramas de tiempos en modo 1

b) El modo 2, mostrado en la figura 4.4, se selecciona conectando el pin "MODE" a

GND. Esto permite al sensor emplear un único pin de E/S que sirve tanto para dar la

orden de inicio, como para obtener el eco.

Figura 4.4. Diagramas de tiempos en modo 2

El ángulo del haz no se puede cambiar. El patrón de radiación del sensor es un lóbulo cuyo

ancho depende del propio transductor y ésta es fija. El área de trabajo del transductor

ultrasónico es la figura 4.5, tomada de la hoja de características del fabricante.

44


Figura 4.5. Ángulo del haz y foco de trabajo del sensor SRF05.

4.2.2 Microcontrolador

Para el procesamiento de la señal se propone utilizar un microcontrolador PIC16F877A,

mostrado en la figura 4.6, que pertenece a la gama media de Microchip [34-36]. Está

compuesto por un Unidad Central de Procesamiento (CPU) de tipo Computadora de

Conjunto Reducido de Instrucciones (RISC). La CPÜ se integra por la unidad de control,

que interpreta las instrucciones y el camino de datos que los ejecutan. Los pines de un

microprocesador sacan al exterior las líneas de sus buses de direcciones, datos y control,

para permitir conectarle con la memoria y los módulos de entrada - salida dado que reúne

características técnicas a un precio competitivo [34,35].

El microcontrolador tiene las siguientes características:

♦ Conjunto de 35 instrucciones de 14 bits

♦ Tiene un bajo consumo y velocidad alta de procesamiento

♦ Diferentes tipos de empaque

♦ Frecuencia máxima de operación 20 MHz

♦ Memoria de programa flash de 8 k x 14 palabras

♦ Memoria de datos de 368 x 8 bytes

♦ 5 puertos E/S

♦ Puerto Serial Síncrono (SSP) con SPI™(modo maestro) e l2C™

(Maestro/Esclavo)

♦ Tiene tres temporizadores de 8 y 16 bits ♦>

Rango de alimentación entre 2 y 5.5 V

♦ Estado de reposo o de bajo consumo

45


Figura 4.6. Microcontrolador PIC16F877A, encapsulado DIP

Las partes principales de un microcontrolador son:

• Unidad Lógica Aritmética (ALU)

• Memoria no volátil

• Memoria de lectura y escritura para guardar datos

• Líneas de E/S para los controladores periféricos: comunicación paralela,

comunicación serie y diversos puertos de comunicación

• Recursos auxiliares: circuito de reloj, temporizadores, "perro guardián" watchdog,

conversores A/D y D/A, comparadores analógicos, protección ante fallas de

alimentación y estado de reposo o de bajo consumo.

El alto rendimiento y elevada velocidad que alcanzan los microcontroladores se deben a la

conjunción de tres técnicas:

i. Arquitectura Harvard (instrucciones rápidas)

¡i. Arquitectura RISC (instrucciones reducidas)

¡i¡. Segmentación

Junto con los microcontroladores, la compañía Microchip ha creado herramientas de ayuda

al desarrollo del hardware y software de los proyectos de aplicación, que son válidas para

la mayoría de sus modelos. Siendo fáciles de utilizar y de bajo costo (software y hardware)

que permiten depurar, grabar, borrar y comprobar el comportamiento del dispositivo.

46


La memoria EEPROM se graba y borra eléctricamente. La memoria FLASH es una

memoria no volátil de bajo consumo que se puede escribir y borrar al igual que la

EEPROM, pero suelen disponer de mayor capacidad que estas últimas. El borrado solo es

posible por bloques completos y no se puede realizar sobre posiciones complejas.

Los datos que manejan los programas varían continuamente. Lo anterior exige que la

memoria que los contiene deba ser de lectura y escritura por lo que la memoria RAM

estática (SRAM) es la más adecuada, aunque sea volátil.

La elección de este microcontrolador se basa en la disponibilidad de sus puertos y su

capacidad de trabajo. Las características mencionadas permiten establecer los protocolos

de comunicación necesarios para la realización del procesamiento de la señal ultrasónica,

además de que cumple con un bajo costo y consumo.

4.2.3 LCD 2x16

El modelo utilizado para el prototipo es el LM016L (figura 4.7), que es el Display de Cristal

Líquido (LCD) de 2 líneas por 16 caracteres cada una que se muestra en la figura 4.7. Es de

fácil manejo, lo que lo hace ideal para los dispositivos que necesitan una capacidad de

visualización pequeña y media [33].

Las características generales del módulo son:

• Consumo reducido, del orden de 7.5 mW.

• Desplazamiento de los caracteres hacia la izquierda o la derecha.

• Pueden ser gobernados de dos formas:

> Conexión con bus de 4 hilos.

> Conexión con bus de 8 hilos.

Figura 4.7. LCD 2x16

47


El proceso de visualización es gobernado por un microcontrolador incorporado a la

pantalla, el cual cuenta con los siguientes interfaces eléctricos:

o DO - D7: ocho señales eléctricas que componen un bus de datos.

o R/W: una señal que indica si se desea leer o escribir en la pantalla (generalmente solamente se escribe).

o RS: indica si los datos presentes en DO - D7 corresponden a una instrucción, o a

sus parámetros.

o E: activa o desactiva la pantalla.

o V0: señal eléctrica para determinar el contraste de la pantalla. Generalmente en el rango de cero a cinco volts.

o Vss y Vdd: señales de alimentación.

Con la finalidad de visualizar los datos provenientes del sensor, se utiliza un LCD de 2x16,

controlado por un bus de 4 líneas, para dejar la mayor cantidad de puertos libres para el

sistema de adquisición y control del prototipo. La pantalla solo se usará para fines de

demostración, ya que en el dispositivo final no esta contemplado utilizarse por el usuario

final.

4.2.4 Motor de corriente continua

Un motor está compuesto de un estator y un rotor, generalmente, el estator tiene imanes

para crear un campo magnético.

El rotor es el dispositivo que gira en el centro del motor y está compuesto de arrollados de

cable conductores de corriente continua. Esta corriente continua es suministrada al rotor

por medio de las "escobillas" generalmente fabricadas de carbón.

Para el prototipo se eligió un motor, mostrado en la figura 4.8 con eje descentrado, con

corriente nominal de 3.6 - 5 volts, sus dimensiones son 1.5 cm de largo x 0.5 cm de ancho.

El funcionamiento de este motor consiste en girar en su propio eje, produciéndose choques

en el interior, lo que se traduce en vibraciones.

48

Capitulo 4. Desarrollo experimental y resultados

Figura 4.8. Motor de corriente continua.

4.2.5 Alimentación del sistema

Todos los componentes seleccionados para la construcción del prototipo tienen una

alimentación de 5 volts. Se estudiaron las características de cada uno de ellos y se llegó a la

conclusión de utilizar una batería de 9 V, se muestra en la figura 4.9, siendo su principal

ventaja sobre otras pilas el peso y la facilidad de uso.

Figura 4.9. Batería

4.3. Obtención de la señal

La etapa de adquisición está formada por la emisión y recepción de la señal, como se

muestra en la figura 4.10. Para la realización del prototipo se utiliza la configuración modo 1

del SRF05, es decir se emplean pines diferentes para el disparo y el eco.

Figura 4.10. Esquema de operación del modulo de transmisión-recepción ultrasónico.

49


Por la distribución del sensor se propone el arreglo experimental de la figura 4.11. Con esta

configuración la señal tiene un ángulo de emisión de 25°.

Figura 4.11. Configuración del sensor ultrasónico

Los sensores no necesitan ser ajustados, vienen calibrados de fábrica y su funcionamiento

se verificó de la manera siguiente: '• >'

Para la adquisición de la señal ultrasónica es indispensable generar una señal con una

duración mínima de 10 us, de esta forma se puede observar el funcionamiento del SRF05.

Se diseñó un circuito oscilador astable (figura 4.12) que envía un pulso de 10 us para que el

sensor encienda. Para el ciclo de activación se requiere un tiempo en bajo de 30 ms, por lo

que se propone un capacitor de 0.01 uF y RB =120 Q así:

50


Figura 4.12. Circuito oscilador en configuración astable

La salida del circuito oscilador se muestra en la figura 4.13. Los resultados con el circuito

oscilador a la entrada del SRF05 se analiza por etapas, en el emisor y receptor

respectivamente.

Figura 4.13. Respuesta del circuito oscilador.

4.3.1. Emisor

El circuito oscilador envía un pulso de entrada, el sensor emite un tren de pulsos de 8

ciclos. La figura 4.14 muestra el comportamiento del emisor, mientras que la figura 4.15 se

observa la señal generada por el emisor y que posteriormente será recibida.

Figura 4.14. Etapa de emisión

51


Figura 4.15. Respuesta del emisor

4.3.2. Receptor

El receptor, figura 4.16, convierte la onda mecánica que incide sobre él, en una señal

eléctrica denominada señal de eco. La señal reflejada por el obstáculo es captada en el

receptor v acondicionada por e\ mismo sensor, e\ ancho del pulso varia según la distancia a

la que se encuentre del objeto.

Figura 4.16. Etapa de recepción

Cuando el ultrasonido es enviado y choca contra un obstáculo, figura 4,17 (a), regresa al

receptor en forma de eco, figura 4.17 (b), que es convertido por el sensor en un pulso con un

ancho directamente proporcional entre éste y el objeto.

Figura 4.17. Etapa transmisión y recepción.

52


El ancho de pulso es directamente proporcional a la distancia del objeto, en base a la

sinu¡p>nte priiariñrr

Donde:

t = tiempo del ancho de pulso de la señal rebotada en un objeto

d = distancia del objeto detectado

En el osciloscopio se observa como varía el ancho del pulso, haciendo los cálculos con la

ecuación 4, se obtiene la distancia a la que se encuentra el objeto detectado. Por ejemplo,

en la figura 4.18 se observa que el ancho del pulso es de 800 us, si se realiza el cálculo, se

obtiene:

Figura 4.18. Ancho de pulso de 800 us.

4.4. Diseño del circuito

Después de realizar el estudio sobre el mecanismo de orientación de los murciélagos, se

tienen los parámetros para realizar el procesamiento y análisis de la señal ultrasónica,

teniendo los elementos necesarios se diseñó el circuito de adquisición, el cual se

¡mplementa en un microcontrolador.

53


4.4.1 Sistema de adquisición

En esta etapa se genera la señal que el sensor necesita para funcionar por medio de un

microcontrolador, el sensor tiene una frecuencia de 40 kHz, lo que permite tener estabilidad

a distancias de 1 - 3 m aproximadamente.

El primer diseño esta constituido por un PIC16F84A, un LCD y el SRF05. microcontrolador

envía la señal de activación al sensor por el puerto A, éste recibe la señal y envía los pulsos

ultrasónicos, cuando la señal es rebotada en algún objeto, este regresa en forma de eco al

PIC por el mismo puerto, se analiza y después se hace el cálculo de la distancia a la que se

encuentra. Las distancias se despliegan en un LCD de 2x16. En las figuras 4.19 y 4.20 se

muestran el diagrama de conexión y aspecto físico del sensor SRF05.

Figura 4.19 Diagrama esquemático del sensor SRF05 con el PIC16F84A

Figura 4.20 Diagrama físico del SRF05 con el PIC16F84A

54


El diagrama de flujo se muestra en la figura 4.21

Figura 4.21 Diagrama de flujo del SRF05 con el PIC16F84A

Después de que el microcontrolador realiza la estimación de la distancia los datos se despliegan en un

LCD de 2x16, como se muestra en la figura 4.22.

Figura 4.22 Datos experimentales obtenidos con el PIC16F84A

55


El segundo diseño está constituido por un PIC16F877A, un LCD y dos SRF05. El PIC

transmite la señal de activación al sensor cabezal (situado a la altura de la cabeza del

usuario) y este recibe la señal del eco, el dato obtenido se despliega en el LCD, una vez

terminado el proceso se manda la señal al sensor auxiliar, es decir, los transductores

trabajan en forma alternada.

En las figuras 4.23 y 4.24, se realizó la simulación del comportamiento de los sensores,

mediante una LCD, el led verde indica que el sistema esta funcionando, mientras el azul se

refiere a la señal de activación del sensor cabezal (S_1), el led amarillo es el señalizador

para el disparo del sensor auxiliar (S_2).

Figura 4.23 Diagrama esquemático del sensor SRF05 con el PIC16F877A (S_1)

Figura 4.24 Diagrama esquemático del sensor SRF05 con el PIC16F877A (S_2)

56


Figura 4.25 Diagrama de flujo del SRF05 con el PIC16F877A

57


4.4.2 Sistema de control

En el sistema de control se analiza la señal ultrasónica, se hace una interpretación de los

datos provenientes del sensor y se realiza una discriminación de distancias para

determinar si el objeto representa o no un peligro para el usuario, de ser así, se activa una

alarma con una frecuencia que depende de la longitud a la que se encuentra el obstáculo,

es decir, entre más cerca se encuentre la frecuencia aumenta y viceversa.

El sistema de control se muestra en la figura 4.26.

Figura 4.26 Diagrama esquemático del sistema de control

La primera etapa del control esta en la sincronización de tiempos para el sensor cabezal y

sensor auxiliar, para este procedimiento se utilizaron tablas de verdad. A partir de las

combinaciones obtenidas, se puede elegir si los dos sensores estarán funcionando en

forma conmutada, con un tiempo de 500 ms entre cada medición, solo el sensor cabezal o

únicamente el auxiliar, esta tabla de verdad se programó en el PIC como se muestra en la

Tabla 6.

58


Tabla 6. Tabla de verdad de los sensores

i 4.4.2.1 Sistema de alarma

Cuando es detectado un obstáculo y se encuentra dentro del rango en el que el usuario

pueda sufrir algún tipo de accidente, se envía una señal al sistema de alarma para que el

individuo sea advertido.

El prototipo tiene características que debe cumplir, respecto a la encuesta realizada con los

integrantes de la asociación "Discapacitados Visuales IAP"; por medio de este instrumento

se presentó un estudio de ventajas y desventajas de tres tipos de alarma: acústica, presión

y vibración.

Los resultados obtenidos indican que usuario prefiere la posibilidad de poder elegir entre

un sonido y una vibración, o tener una combinación de las anteriores. Por tal motivo se

diseñaron tres opciones para el sistema de alarma: acústica, modo silencioso (vibración) y

una combinación.

4.4.2.1.1 Alarma acústica

La alarma acústica, consiste en generar pulsos de diferente intensidad y duración en el

PIC16F877A. Para este diseño se considero que el sonido debe ser tenue, con la finalidad

de que el usuario no pierda información imprescindible de su entorno.

Para el caso del sensor que será colocado en la cabeza, se presenta la señal al usuario en

forma binaural, es decir la señal es percibida en los dos oídos, mientras que para el sensor

que se ubica en el bastón el sonido solo es percibido en un oído. De esta forma se

59


el individuo puede distinguir a que altura se encuentra el objeto, por medio del sistema de

alarma.

El diseño, mostrado en la figura 4.27, cuenta con un potenciómetro para cada auricular, con

esto se puede variar y limitar el volumen.

Figura 4.27 Diagrama esquemático del sistema de alarma acústico

El diagrama de flujo del programa implementado para generar los sonidos se muestra en la

figura 4.28

60


Figura 4.28. Diagrama de flujo para la generación de la alarma acústica

61


4.4.2.1.2 Alarma vibratoria

El funcionamiento del modo silencioso se realiza con un motor de corriente continua con un

eje descentrado, que es controlado mediante un puerto del PIC16F877A, la frecuencia con

que el rotor gira depende a la distancia a la que se encuentre el usuario del objeto, es decir, a

mayor distancia de separación el motor funcionará rápidamente, de lo contrario, el motor

trabajará pausadamente, reflejándose en la intensidad de la vibración.

El motor es fijado a la tableta de componentes electrónicos, con la finalidad de que la

vibración se encuentre en el área de la cintura, dado que los posibles usuarios explican

que en otro lugar del cuerpo sería incómoda.

En la figura 4.29 se muestra el diagrama para activar el motor.

Figura 4.29 Diagrama para la generación de la alarma vibratoria.

El diagrama de flujo se muestra en la figura 4.30

62


Figura 4.30 Diagrama de flujo para la generación de la alarma vibratoria.

63


4.4.2.1.2 Alarma combinada (acústica y vibración)

El funcionamiento del tipo de alarma combinada, consiste en la emisión de pulsos

acústicos que van acompañados con vibraciones generadas por el motor, es decir, al

momento en que se detecte un objeto sonará la alarma acústica y al mismo tiempo el motor

comenzará a funcionar, para esta operación es necesario que se activen dos puertos del

PIC, uno para cada una de ellas, de esta forma el usuario tiene la posibilidad de percibir la

advertencia, que es generada, al detectar obstáculos en lugares muy ruidosos.

El funcionamiento de este tipo de alarma es igual que los anteriores, es decir, la acústica

será activada en los dos audífonos cuando sea detectado un obstáculo mediante el sensor

cabezal, el sonido solo será percibido por un oído cuando el objeto sea detectado por medio

del sensor auxiliar (el del bastón). La variación de la frecuencia tanto del sonido como de la

vibración está en función de la distancia a laque fue encontrada el objeto.

4.5. Resultados

Con el arreglo de la figura 4.19 (Experimento 1) se obtuvo una distancia mínima de

sensado de 3 cm y una máxima de 250 cm. Los datos se desplegaron en un LCD y se

observó el ancho del pulso del eco en un osciloscopio. El problema con este diseño fue la

capacidad del microcontrolador, puesto que cuando se incorporó un sensor más, la

memoria y los puertos de l/O fueron insuficientes, por este motivo no fue posible su

funcionamiento y se decidió eliminar del prototipo final. Al analizar los datos con este

diseño se llegó a la conclusión de que los sensores tienen un lóbulo de radiación muy

cerrado (menor a 10°) por lo que prácticamente son unidireccionales, por tal motivo se

propone implementar dos niveles de detección (sensor cabezal y sensor auxiliar en el

bastón) y de esta manera tener diversidad en la recepción.

Con el arreglo de la figura 4.23 (Experimento 2) se utilizó un PIC16F877A, se hizo el mismo

procedimiento que con el anterior y los datos de las distancias se desplegaban en un LCD.

Se programó en lenguaje ensamblador, en el software MPLAB 7.5 de Microchip,

64


el problema con esta plataforma fue que al incorporar más instrucciones no se obtuvo la

sincronización que era requerida para el prototipo.

Después de observar el comportamiento que tenía el PIC, con el algoritmo en

ensamblador, se opto por cambiar el software en el que se estaba trabajando. Finalmente la

programación del microcontrolador se realizó en la plataforma PIC Basic Pro (MicroCode

Studio).

Después de cambiar la plataforma de programación, se rediseñó todo el sistema, con lo

que se obtuvo el correcto funcionamiento de los dos sensores sincronizados, es decir,

mientras uno operaba, el otro estaba en espera y viceversa. La distancia máxima de

sensado se limitó a 400 cm y la mínima de 4 cm, esto se hizo con el propósito de evitar

lecturas en el SRF05 erróneas. Los datos obtenidos por el transductor se despliegan en el

LCD y por medio de las lecturas se definió el intervalo de trabajo de los transductores y los

parámetros para la discriminación de las distancias' '

Para verificar la variación de la distancia, se utilizó un osciloscopio, con el cual se observó el

comportamiento que tenia la señal del eco. Estos datos permiten obtener el margen de error

de los sensores, en base a la ecuación 3 se tiene la distancia real a la que se encuentra el

objeto. Las gráficas se muestran en la figura 4.31.

65


Figura 4.31 Gráficas para la variación del eco a diferentes distancias

Con algunos de los valores obtenidos en la tabla anterior se estimó el margen de error que

presenta la medición obtenida mediante el PIC, debido a que la medida captada esta en

ms, el factor de conversión del fabricante es de 5.8, pero al realizar el calibrado de los

sensores se determino que el factor de conversión es de 6, debido a lo anterior se

determinó que el margen de error es de ± 1 cm. En la Tabla 7 se muestran los valores

medidos de distancia contra los valores reales y el porcentaje de error. El porcentaje de

error máximo encontrado fue de 1.25 %.

66


Tabla 7. Margen de error en los sensores ultrasónicos

Para la inteligencia del dispositivo se realizó la discriminación de distancias agrupándolas

en cinco intervalos de detección, estos son los parámetros con lo que se compara la señal

de eco recibida, si el pulso pertenece a alguno, se envía una señal que activa el sistema de

alarma.

En el sistema de alarma se logró implementar e! algoritmo para que el usuario pueda elegir

en tres diferentes modos: acústico, modo silencioso (vibración) y combinación de las

anteriores.

Para el caso de la alarma acústica se generaron señales de diferente tono y duración, esto

depende de la distancia hacia el objeto. Los sonidos imitan el efecto Doppler, es decir, si el

objeto se aproxima el tono de la alarma cambia a un tono más agudo y si se aleja cambia a

un tono más grave.

Para que el usuario pueda notar la diferencia el tipo de alarma de acuerdo al sensor, se

presentan los datos de forma binaural para el caso del sensor cabezal, mientras que para el

sensor auxiliar el sonido solo es percibido en un auricular.

En la figura 4.32, se observa el prototipo con los sensores funcionando en una tablilla de

prueba. Por medio del LCD se verifican las distancias obtenidas por el sensor, y cuando

entre en el sistema de alarma se despliegan el rango en el que se encuentra el objeto.

67


Figura 4.32. Fotografía del prototipo para comprobación del funcionamiento del dispositivo ultrasónico.

Para demostrar el funcionamiento del prototipo, se implementaron los sensores en unos lentes y un

bastón blanco, utilizando la tableta de prueba, como se observa en la figura 4.33.

Figura 4.33. Montaje del sensor cabezal y auxiliar en los lentes y un bastón blanco.

Se propone la utilización de unos lentes, porque los integrantes de la asociación sugirieron que el

diseño fuera discreto y no llamativo, para que pudieran usarlo sin sentirse observados. Los sensores

fueron separados de la placa, el receptor y emisor se colocaron en cada uno de los brazos de los

lentes, con esto se obtuvo el mismo lóbulo de radiación. Para el caso de los auriculares, se fijaron de

igual forma que los sensores, pero a la altura de los oídos.

En la figura 4.34 se observa la distribución del sensor cabezal, el emisor se colocó en el brazo

izquierdo de los lentes y el receptor en el derecho.

68


Figura 4.34. Sensor cabezal montado en lentes.

En la figura 4.35 se observa el montaje del emisor con su auricular, con una toma de fotografía lateral.

Figura 4.35. Vista lateral de los lentes con audífonos.

En las figura 4.36 (a) se muestra el uso del receptor por el individuo, en figura (b) se presenta la

posición del auricular en el oído del usuario.

Figura 4.36. Vista lateral (a) y frontal del sensor cabezal y audífonos (b)

69


El sensor auxiliar se monto en un copie adaptable al bastón blanco, con el propósito de

cubrir en su totalidad la caja torácica del individuo, apoyándose en el rastreo que ellos

realizan para desplazarse. La figura 4.37 (a) y (b), muestra el diseño obtenido.

Figura 4.37. Sensor auxiliar colocado en un mango adaptable al bastón blanco.

En la figura 4.38 se despliega el prototipo obtenido, formado por los lentes, el bastón y el

circuito de control en un protoboard.

Figura 4.38. Prototipo con tableta de control

70


Para probar el funcionamiento del sistema con el usuario, fue necesario realizar el circuito de

control de un circuito impreso. Como se muestra en la figura 4.39

Figura 4.39. Fotografía del prototipo ensamblado en placa de circuito impreso En la

figura 4.40, se muestra distribución del prototipo en el usuario.

Figura 4.40. Distribución del prototipo en el usuario

71


En la figura 4.41, se muestra un esquema de la colocación del prototipo y el área a cubrir por

cada sensor.

Figura 4.41. Esquema de colocación del prototipo en el usuario.

Con el diseño obtenido al termino del desarrollo experimental, se cumplen los objetivos los

requisitos solicitados por los integrantes de la asociación "Discapacitados visuales IAP",

siendo el prototipo un auxiliar en su ubicación espacial sin modificar sus hábitos de

desplazamiento, la alarma les permite mantener la información que ellos reciben del

entorno, es decir, al utilizar el prototipo, no sufren cambios en su vida cotidiana.

72

Capítulo 5. Conclusiones

CAPÍTULO 5

CONCLUSIONES

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Capitulo 5. Conclusiones

A partir de la realización de este trabajo de tesis se desprenden las siguientes

conclusiones principales:

• Considerando el estudio sobre el mecanismo de orientación del murciélago se

concluye, que la realización de un análogo del sistema de ecolocación de dicho ser

vivo para utilizarlo en la creación de un sistema de ubicación espacial para el ser

humano y en especial para los discapacitados visuales, es un desarrollo factible,

realizable y útil.

• De la encuesta realizada con un grupo de personas con deficiencia visual se

encontró que existe una necesidad real del desarrollo de un dispositivo como el que

se presenta en este trabajo para la detección de obstáculos superiores a 1 m.

• La alarma que se utilizó en el diseño del prototipo para advertirles a los usuarios de

que se están acercando a un obstáculo son: la acústica, la vibratoria o la

combinación de ambas, con la característica de que cada una de ellas aumenta su

frecuencia dependiendo de la distancia a la que se encuentre el objeto, es decir,

cuando el obstáculo se encuentre más alejado la alarma sonará pausadamente, si el

objeto se encuentra a una distancia cercana sonará con mayor rapidez. Dicha

alarma se decidió en base a la encuesta aplicada.

• Los transductores ultrasónicos seleccionados para la realización del prototipo son

los: SRF05 y SRF10 de Devantech Ltd., debido a que cumplen con las

características necesarias para que el prototipo sea portátil y estas son: bajo

voltaje, menor consumo de corriente (en estado activo y en reposo), dimensiones,

intervalo y ángulo de detección.

• El diseño del sistema y el procesamiento de la señal ultrasónica se realizó en base a

un microcontrolador de Microchip (PIC16F877A) quien se encarga de enviar un

pulso de activación al sensor y comenzar a transmitir un tren de pulsos

ultrasónicos, al incidir en el receptor el eco reflejado, el PIC hace la estimación de la

distancia a la que se encuentra el objeto y decide si representa algún peligro para el

usuario o no y de ser necesario activará el sistema de alarma para

74


advertirle al usuario, de lo contrario es enviado un nuevo tren de pulsos

ultrasónicos en busca de algún obstáculo.

• La colocación de los sensores en los brazos de los lentes del usuario ofrece una

buena solución para abarcar, en su totalidad, el área comprendida entre la cabeza y

la caja torácica. Asimismo, la circuitería del sistema de control puede ser colocada a

la altura de la cintura y la comunicación entre ambos es realizada mediante cable.

• Se considera que el sistema de alarma con el cual el microprocesador alertará al

usuario de algún objeto es adecuado y consiste en un par de audífonos que son los

encargados de transmitir un sonido de advertencia mientras que la alarma

vibratoria es colocada en la tableta de la circuitería.

• Con el sistema desarrollado el usuario puede elegir, además del tipo de alarma,

entre el sensor situado en la cabeza (sensor cabezal) y el sensor situado en el

bastón, de esta manera puede cubrir la mayoría de los obstáculos aéreos ubicados

a alturas superiores a 1 m. Asimismo, el usuario puede familiarizarse gradualmente

con el uso primero de un sensor, luego el otro y finalmente ambos en forma

alternada.

• Se demostró que el rango del operación (4 a 400 cm) y su resolución

(aproximadamente +/- 1cm) es adecuada para este tipo de aplicación, presentando

de manera simplificada al usuarios las alarmas con diferentes tonos para 5 rangos

de detección.

• Finalmente se consiguió desarrollo un dispositivo ultrasónico de bajo consumo de

corriente lo que ayuda a tener una buena duración de la batería.

75


Trabajo futuro

• Una de las mejoras a realizar en el prototipo es la alimentación del sistema. En este

momento el prototipo funciona con una pila no recargable. Para que el dispositivo

funcione de una forma apropiada y no tener que cambiar la batería constantemente

se propone utilizar una batería recargable de 9 volts.

• Es factible implementar también, para la alimentación, un sistema de paneles

solares, éstos utilizarán luz natural para funcionar durante el día y al mismo tiempo

cargará las baterías para poder trabajar durante la noche, así no habrá necesidad

de sustituirlas cada cierto tiempo o conectar el dispositivo a la fuente de

alimentación.

• Con la finalidad de obtener un dispositivo más pequeño se propone rediseñar las

placas utilizando circuitos de contacto superficial.

• La comunicación del microcontrolador con el sensor y los audífonos se puede

realizar de manera inalámbrica ya sea utilizando bluetooth o radiofrecuencia.

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Referencias

REFERENCIAS

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Apéndices

GLOSARIO

Azimuth: Componente horizontal de una dirección. Medida alrededor del horizonte, usualmente del norte al este, es decir en sentido de las manecillas del reloj y es medida en grados.

Bastón blanco: Instrumento utilizado por los ciegos que les posibilita el desplazamiento por el entorno con conocimiento y seguridad, es la extensión de su tacto.

Binaural: Es la forma en como un sonido es percibido y ubicando, cuando es

recibido por ambos oídos -

Biomimético: Imitación, copia o aprendizaje de la naturaleza.

Decibel: Unidad empleada para expresar la relación entre dos potencias

eléctricas o acústicas; es diez veces el logaritmo decimal de su relación numérica.

Frecuencia: Es el número de vibraciones completas de una

señal electromagnética, u oscilaciones de una señal eléctrica (eventos) que se presentan en un segundo. Su unidad de medida es el Hertz y se representa con las siglas Hz.

Piezoeléctrico: Material que tiene la propiedad de deformarse al aplicarle una tensión al someterlo a una deformación mecánica.

Sensitividad: Potencia mínima necesaria para recuperar la señal.

79

Apéndices

APÉNDICES

80

Apéndices

Apéndice A

Costos

Para la construcción del proyecto se adquirieron los siguientes componentes:

Se tiene un costo de $ 1419.50 por unidad.

81

Apéndices

Apéndice B

Encuesta

82

u p i i ta - tesis.ipn.mx

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