Tlamati Sabiduría Volumen 8 Número Especial 2, Octubre 2017

4°r. Encuentro de Jóvenes en la Investigación de Bachillerato-CONACYT Acapulco, Guerrero 4, 5 y 6 de octubre 2017

Memorias

Bastón inalámbrico virtual para personas con poca visibilidad

Concepción Martínez Ávila (Becario) avilacony26@gmail.com

Preparatoria No. 46 Modalidad Mixta. Universidad Autónoma de Guerrero

Dr. Antonio Alarcón Paredes (Asesor) aalarcon@uagro.mx

Profesor-investigador de la Maestría en Ingeniería para la Innovación y Desarrollo Tecnológico (MIIDT). Facultad de Ingeniería

Universidad Autónoma de Guerrero Resumen

El bastón inalámbrico está diseñado para personas con poca y total falta de visibilidad, su

diseño está elaborado para que la persona solo lo utilice en la mano, en sustitución a un bastón, y

en este caso, al ser un diseño compacto ( un brazalete), la persona pueda moverse con más

facilidad y libertad, el funcionamiento de éste está basado en la detección de distancia, la cual a

través de la programación nos detecta tres diferentes distancias, las cuales a través de un sensor

de proximidad encienden tres motores; el primero está programado para que al metro de distancia

de un determinado obstáculo éste se encienda, el segundo a la distancia de medio metro

encenderá, el tercero encenderá al detectar el obstáculo a una distancia de 20 cm., los cuales

comienzan a transmitir la alerta al usuario que ya está apunto impactar con algo, porque estarán

los tres encendidos de una manera serial, esto quiere decir que todos estarán encendidos, evitando

que el usuario se impacte y sufra alguna lesión.

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Introducción

Sea por un accidente, una enfermedad o simple genética, el no contar o perder el sentido

de la vista es algo inimaginable para cualquier ser humano, pues las personas nos hacemos

indispensables de nuestros sentidos, y simplemente nos podemos inmovilizar por la falta de uno

de ellos, más si hemos contado con este durante gran parte o toda nuestra vida hasta ese

momento, pero cuando por algún factor sea cual sea, nos vemos en la perdida de alguno de ellos,

nos vemos en plena necesidad de algún artefacto o producto que nos ayude a llevar una vida más

plena.

El perder la vista, es algo que puede pasarnos a cualquiera, uno no queda exento a que por

diferentes motivos podamos perder el sentido de la vista, ante esta situación se hace una

propuesta accesible para que las personas que han perdido la visibilidad, puedan llevar una vida

plena, a continuación, a través de diferentes propuestas se realiza el bastón inalámbrico virtual,

para personas con poca visibilidad o la total perdida de ella, este producto viene a ser una gran

ayuda para las personas que tienen la necesidad de utilizarlo, pues si se investiga el tema a fondo,

podemos darnos cuenta de lo que una persona sufre solo por el simple hecho de no encontrar su

bastón convencional, es por ello que el bastón inalámbrico viene a ser una gran propuesta.

Se busca que este sustituya al bastón convencional al ser un producto más práctico y de más

confianza, la persona puede utilizarlo como un simple brazalete, pues su diseño viene a ser esto, a

través de un sensor de proximidad detectara los obstáculos que se encuentren en el camino del

sujeto. Si este producto se realiza, viene a ser una herramienta más práctica para nosotros. En

ocasiones las personas que sufren de la vista suelen tropezar incluso con su mismo bastón, éste al

ser inalámbrico nos evita este problema o variante. No genera un gran costo realizarlo. E incluso

no conlleva tanto tiempo el realizarlo, únicamente conocer las bases fundamentales.

Al realizar un estudio de investigación de diferentes productos en el mercado nos

encontramos con la variante que este es un producto muy costoso, que una persona común no

puede pagar. Algunos otros productos continúan manteniendo el sistema convencional de un

bastón, sus elevados costos imposibilitan el adquerimiento de uno, pues los que existen hoy en

día mantienen un precio de arriba de los 15, 000 pesos. Incluso el costo de un bastón

convencional sobrepasa el precio de 300 pesos. Además de su complicada elaboración, todos los

bastones inalámbricos han sido desarrollados con una complicada tecnología que no cualquier

persona desarrolla.

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En cuba se desarrolló un trabajo parecido, con la utilización de Arduino, sensor de

proximidad, y algunos otros componentes, la diferencia es que este prototipo continúa con la

monotonía del diseño de los bastones convencionales.

El bastón inalámbrico de tipo brazalete, que es el diseño propuesto viene cubrir muchas

más expectativas, pues no se corre el riesgo de tropezar con él, e incluso solo es cuestión de un

guardado adecuado a la hora de dormir u otras actividades que requieran su desprendimiento,

cuenta con guarda pilas, en el cual no se corre el riesgo de apagarse y no tener repuesto, un

dispositivo cómodo y muy eficiente.

Realizar este prototipo vendrá a ayudar a muchas personas que necesitan de este producto, no

viene a afectar su bolsillo, pues su costo es mínimo. Se puede ayudar a personas incluso tanto en

escuelas como hospitales

Justificación

Sin duda alguna el Bastón inalámbrico virtual para personas con poca visibilidad debe

realizarse para brindarles una mejor calidad de vida a personas que padecen de la vista. Es un

producto que no afecta el bolsillo, pues su realización no genera un gran costo, el cual no excede

de los 600 pesos, además de su excelente diseño compacto y ajustable a cualquier persona de

cualquier edad. Al tener integrado un botón de encendido y apagado podemos ahorrar batería,

haciendo que la energía nos dure por más tiempo. ahí muchas variantes en otros prototipos que

impiden su desempeño de una forma enfática, el nuestro es así una herramienta de apoyo para las

personas que sufren de la ausencia visual y no cuenta con elevado ingreso económico. Pues sus

componentes son de bajo presupuesto y es una tecnología que nuestra universidad es capaz de

desarrollar al menor costo posible.

Objetivos

Objetivo General

• Revolucionar la fabricación de un bastón común, para personas que sufren total o

parcialmente de la vista. El cual detecte las distancia por medio del uso de un sensor

ultrasónico de proximidad.

Objetivos Específicos

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• Diseñar el código específico en plataforma Arduino.

• Interconectar los componentes electrónicos para un adecuado funcionamiento.

• Diseñar el prototipo en 3D.

COMPONENTES:

• Arduino nano

• Sensor de proximidad

• Motor vibrador (dos en este caso)

• Driver L293D

• Placa de baquelita

• Pila de 9 volts

• Un dip Swift

• Impresiones 3D

Bastón inalámbrico virtual para personas con poca visibilidad

El funcionamiento de este bastón, se pretendió desde primera estancia que fuera a través del

programa en Arduino, en el cual se hiciera funcionar un sensor de proximidad el cual emitiera un

mensaje a los motores, los cuales alertarían al usuario su aproximación a un obstáculo.

Componentes y su funcionamiento para desarrollar nuestro proyecto.

Arduino nano.

Las placas Arduino son capaces de leer las entradas entradas, y convertirlas en salida, es

una herramienta que gracias a su sencillez se ha utilizado y será utilizada en el desarrollo de

varios proyectos. Los software y hardware que pueden desarrollarse en esta plataforma, además,

son códigos muy sencillos, que lleva a una fácil creación a personas principiantes, pues no es

nada difícil de poder utilizar.

Cuenta además con una memoria interna, la cual está encargada de conservar el mensaje

recibido.

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Figura 1. Arduino nano

Sensor de proximidad:

Este sensor puede medir distancias, comprendidas entre 2cm y 3 metros, se conecta;

a la alimentación VDD (5Volts), GND (tierra), TRIGGER (emisor) y el ECO (receptor) la forma

de operación no es complicada: el TRIGGER se encarga de emitir ondas que detectaran un

objeto, persona u obstáculo, al encontrarse estas ondas con cualquiera de estos tiene un efecto

rebote, el cual llegara nuevamente al sensor enviando la señal a nuestro PIN, para que este genere

el mensaje.

Figura 2. Sensor ultrasónico de proximidad

Motor vibrador:

El vibrador de celular es un pequeño motor con un volante, este tiene desbalance de peso

del doble de peso, lo que hace que cuando se prende el motor gira, pero por el desbalance de peso

hace que este cabecea, generando una vibración.

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Figura 3. Motor vibrador.

Driver L293D:

La función principal de este driver es lograr que nuestros motores funcionen

adecuadamente, evitando que haya un sobrecalentamiento en ellos, ya que este se encarga de

generar el voltaje requerido para hacer funcionar ambos motores. Debido que el Arduino tiende a

enviar la carga directamente, provocando que estos motores tengan un calentamiento. La función

del driver entonces viene a ser de vital importancia para la función de estos motores.

Figura 4. Driver L293D.

Placa de baquelita:

La placa de baquelita es una placa la cual podemos moldear a nuestras necesidades, en

este caso, se evitan gran cantidad de cables requeridos para hacer las conexiones, ésta placa

además de ser ahorrativa logra disminuir en gran mediad el espacio donde será colocada, lo cual

ayuda a que nuestro diseño exterior sea más compacto.

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• Figura 5. Placa de baquelita.

Batería de 9 volts

Esta batería logra hacer funcionar todo nuestro sistema, pues de ella obtenemos la

alimentación para nuestro Arduino, logrando con ello hacer funcionar nuestro programa y todos

los componentes antes mencionados.

Botón encendido y apagado:

Este botón es el encargado de interfer en el paso de la corriente, para lograr con ello que

nuestra pila no se descargue y solo sea funcional cuando el usuario lo requiere, en este caso por

las noches puede apagarlo. Gracias a este botón.

Impresión 3D

Las impresiones en 3D fue de vital importancia en la elaboración de nuestro diseño

exterior, la impresión 3D es lograda a través de impresoras 3D, a través de la elaboración de un

diseño en una App en internet, la cual podemos nosotros utilizar a través de una cuenta de correo,

en ella diseñamos nuestro prototipo de una manera exacta, a nuestra imaginación, no es un

programa de difícil manejo, una vez teniendo el conocimiento adecuado y las herramientas

básicas.

Figura 6. Impresora 3D.

Metodología PRIMERA FASE. Código y prueba en protoboard

Una vez teniendo todos los componentes requeridos, entonces procedemos a la realización

de nuestro prototipo.

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Se crea el código del programa que llevara a cabo la función de echar a andar nuestro

prototipo, esto es logrado en la plataforma Arduino, la cual es el apoyo esencial para elaborar

nuestro código, Arduino es un software que es fácil de usar para principiantes, pero lo

suficientemente flexible para usuarios avanzados. Todas las placas de Arduino son de código

abierto, lo que permite desarrollar el proyecto con mayor facilidad.

Cuando tenemos dominado nuestro código se lleva a cabo el proceso de conexiones esto

en un probar una placa de pruebas, en ella se hacen las diferentes conexiones de los componentes

para echar a andar nuestro código. (Imagen 1.1)

Imagen 1.1 Conexiones en protobord

SEGUNDA FASE. Conexión de los componentes.

Posteriormente que los componentes funcionan de acorde al código, esto es;

Nuestro código realizara la acción de tomar el mensaje del sensor, el cual emitirá otro mensaje de

regreso para los motores, si este detecta un obstáculo, objeto o persona a una distancia menor de

(1m.) un metro, el primer motor se encenderá y comenzara la vibración, la cual es la alerta al

usuario, si este sigue aproximándose al obstáculo, entonces a una distancia menor de 40 cm.

Encenderá el otro motor, para que la vibración sea más fuerte, que solo se detendrá hasta que el

usuario se aleje de ese obstáculo cambiando de dirección. (Imagen 2.1).Todo nuestro programa

funcionará en conexión al Arduino, el cual es alimentado a través de la batería de 9 volts, por

medio de esta única alimentación funciona todo nuestro prototipo, pues alimentado l Arduino

logramos sacar las diferentes cargas, tanto positiva como negativa, para alimentar por medio de

este todos los componentes.

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Imagen 2.1 Sensor y motores ensamblados.

Cuando se ha logrado el objetivo que nuestro código realice los efectos esperados en

nuestras prácticas, se procede a elaborar la placa de baquelita (Imagen 3.1), la cual disminuye en

un 100% la utilización de cables para las conexiones establecidas.

Imagen 3.1. Elaboración de la placa de baquelita.

Una vez terminada la placa de baquelita, se soldán e incorporan en ella los componentes;

el Arduino nano, el driver, los motores y las conexiones del sensor de proximidad, y las

conexiones de la alimentación. (Imagen 4.1)

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Imagen 4.1. Componentes integrados en placa de baquelita

TERCERA FASE. Diseño e impresiones en XYZ (impresora 3D)

Teniendo los componentes unidos, lo que prosigue es desarrollar nuestro diseño externo,

el cual será en impresión 3D (Imagen 5.1) dejando una abertura par a las conexiones de la

alimentación y para el dip Swift, nuestro botón de encendido y apagado.

Uno diseño para las baterias, el cual tiene dos compartimientos, para ayudar así al usuario

a tener una batería de repuesto. Y un diseño exclusivo para el sensor, el cual permita una total

flexibilidad de uso, y pueda detectar obstáculos hacia donde el usuario lo requiera, pues adaptado

a la necesidad del usuario de trasladarse con toda seguridad al lugar que necesite, ya sea derecha

o izquierda, así como hacia abajo, si dado es el caso que la casa cuente con escalones, hacia

donde el sujeto lo requiera podrá trasladarse. (Imagen 6.1)

Poco a poco y por partes se termino la elaboración de todas las partes del prototipo en

conjunto, en el cual estaba integrada la placa de baquelita con los componentes integrados, y se

agrego un resorte para ponerlo en la mano. (Imagen 7.1)

Imagen 5.1. Impresora XYZ. Imagen 6.1. Diseño del sensor.

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Imagen 7.1. Partes del prototipo en conjunto.

Resultados

Al llegar al término del proyecto, de ensamblar correctamente cada componente, logrando

que trabajen de manera armónica, con el código de programación correcto obtenemos el Bastón

inalámbrico virtual para personas con poca visibilidad.

Teniendo este todas las funciones antes mencionadas de detectar obstáculos a una

distancia entre 2 y 300cm. Alertando al usuario a través de dos motores que emitirán una

vibración, terminando hasta que este cambie de dirección. (Imagen 8.1)

Manteniendo un diseño compacto, ajustable a cualquier usuario, teniendo una comodidad

al ser utilizado, mejorando la utilización de un bastón común, sustituyéndolo completament

(Imagen 9.1)

Imagen 8.1 Bastón Inalámbrico Imagen 9.1 Bastón inalámbrico virtual Virtual para personas con poca visibilidad. Para personas con poca visibilidad con resorte ajustable.

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Conclusiones

El Bastón inalámbrico virtual para personas con poca visibilidad es un proyecto, que, a

primera vista suena y se ve totalmente sencillo, más sin embargo no es así, durante su desarrollo,

hubo muchas variantes que impidieron la más pronta terminación del mismo, una de ellas, por

ejemplo, el sobrecalentamiento de los motores, lo cual llevo varios días determinar las

resistencias adecuadas, no solo eso, sino además muchos otros factores que de igual forma no se

contemplaban, otro ejemplo de ello fue el incluir el Driver L293D el cual no estaba contemplado,

pero sin él era imposible hacer funcionar ambos motores al mismo tiempo.

Si bien este prototipo es una muy buena herramienta, el terminarlo no fue una tarea nada

fácil, desde aprender la electrónica, plataforma de Arduino, cómo programar y utilizar esta

plataforma, además de la correcta conexión de nuestros componentes y su uso adecuado.

La utilización de Arduino, sin duda alguna es una de las mejores opciones, supera en facilidad y

la gran medida el desempeño de esta placa y su plataforma. Siempre y cuando el código se

desarrolle correctamente no habrá problema alguno en la funcionalidad.

Se logro superar en gran forma otros trabajos ya realizados, logrando perfeccionar el

prototipo, quitando el tubo metálico como muchos trabajos existentes lo conservan, dificultando

la movilidad del usuario. (Imagen 10.1)

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Imagen 10.1. Prototipo en ejecución. Bastón inalámbrico virtual para personas con poca visibilidad.

Trabajo A Futuro

El bastón inalámbrico virtual para personas con poca visibilidad está diseñado solo para

ser utilizado en el interior de un inmueble, por ahora nuestro prototipo solamente tiene esa

función, pero al ser este desarrollado con más auge, está considerado para ser utilizado fuera de

un domicilio, en cualquier lugar que el usuario necesite ir, para ello, se tiene contemplado

incorporar algunos otros componentes, como son lector GPS, que puede ser activado en una

determinada ciudad por el usuario, o como este lo solicite, también un sensor Bluethooth, que

envíe las coordenadas y la dirección del GPS, a un audicular en el oído del usuario, así este podrá

tener mayor libertad y confianza de salir de casa, haciendo tenga una vida más plena, claro

incorporando todos estos otros componentes. Cualquier persona que lo Alice tendrá esta

confianza total de poder salir de casa sin temor de equivocarse de dirección, pues incluso podrá

programarlo para que este le indique las coordenadas de camino a casa. Y porque no, a futuro con

los avances tecnológicos, algunas otras funciones que sirvan de más ayuda a estas personas,

mejorando aún más nuestro Bastón inalámbrico virtual para personas con poca visibilidad.

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Referencias bibliográficas

Fuentes electrónicas: biblioteca virtual de la unidad académica de ingeniería.

• Google. Plataformas virtuales. https://www.bejob.com/que-es-la-programacion-con-

arduino-y-para-sirve/

• https://luisllamas.es/medir-distancia-con-arduino-y-sensor-de-ultrasonidos-hc-sr04/

• http://2.bp.blogspot.com/-

5x75uymWdAc/T34WSyunMQI/AAAAAAAAAAM/Dg1bzo0Uflo/s1600/1293d_bb.png

• Lizarraga. González. Christian. “Baston-para-invidentes-con-sensor-

ultrasonico.pdf”. CHRILIGONZA@GMAIL.COM -AREQUIPA-PERU.

FUENTES VIDEOGRÁFICAS:

YouTube.

http://www.yuotube.com/watch?v=RRpUMjMHU6U&list=PLpOqH6AE0tNgrhG4Lca75PMoE-

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