DISEÑO E IMPLEMENTACIÓN DE UN SISTEMA DE SEGURIDAD...
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DISEÑO E IMPLEMENTACIÓN DE UN SISTEMA DE SEGURIDAD PARA MOTO CON APLICACIÓN ANDROID Y COMUNICACIÓN NFC. CESAR LEONARDO VARGAS ROMERO UNIVERSIDAD DISTRITAL FRANCISCO JOSÉ DE CALDAS FACULTAD DE INGENIERÍA INGENIERÍA ELECTRÓNICA Bogotá 2017
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DISEÑO E IMPLEMENTACIÓN DE UN SISTEMA DE SEGURIDAD PARA MOTO
CON APLICACIÓN ANDROID Y COMUNICACIÓN NFC.
CESAR LEONARDO VARGAS ROMERO
UNIVERSIDAD DISTRITAL FRANCISCO JOSÉ DE CALDAS
FACULTAD DE INGENIERÍA
INGENIERÍA ELECTRÓNICA
Bogotá
2017
DISEÑO E IMPLEMENTACIÓN DE UN SISTEMA DE SEGURIDAD PARA MOTO
CON APLICACIÓN ANDROID Y COMUNICACIÓN NFC.
CESAR LEONARDO VARGAS ROMERO
Monografía Presentada En Opción Al Grado De Ingeniero Electrónico
Director: JULIÁN ROLANDO CAMARGO LÓPEZ
Jurado: OSCAR FLORES CEDIEL
UNIVERSIDAD DISTRITAL FRANCISCO JOSÉ DE CALDAS
FACULTAD DE INGENIERÍA
INGENIERÍA ELECTRÓNICA
BOGOTÁ
2017
3
Nota de aceptación
___________________________
___________________________
___________________________
___________________________
Firma del Jurado
Bogotá, 30 de Junio de 2017
A mi pareja, mis padres, hermanos y
sobrino por darme la oportunidad de
estudiar, apoyarme en las decisiones
tomadas y por enseñarme a ser la
persona con grandes valores, mi madre
que día tras día se interesó por mi
bienestar y mi padre que me dio todos
los medios para continuar adelante,
dedicándolo a mi abuelo como promesa
de vida.
5
AGRADECIMIENTOS
Agradezco a mis padres por darme la fuerza de seguir adelante en los momentos
más difíciles, por ayudarme cuando las opciones eran reducidas, sin mirar atrás y
regalándome una sonrisa llena de sinceridad y ánimo para sacar adelante mi
carrera, agradezco a mi pareja por ser el empuje que necesite para sacar adelante
este trabajo y que igual que yo sueña por una vida llena de éxitos y felicidad
juntos, agradezco a mis docentes quien guio este proceso académico y a mi
director de grado que con paciencia me colaboro en todo este documento.
6
RESUMEN
El transporte en una ciudad tan importante como lo es Bogotá, Colombia implica
optar por nuevas alternativas de desplazamiento tal como la bicicleta, el carro, la
motocicleta o el transporte público, gran cantidad de ciudadanos se inclinan por la
motocicleta, como su medio de transporte, ya que presta gran versatilidad en el
momento de maniobrar y el poco espacio que requiere en la vía, sin embargo es
una responsabilidad que cada uno debe asumir.
Un sistema de seguridad que ofrezca un poco de tranquilidad es necesario en una
ciudad donde los índices de inseguridad aumentan, a partir de esta problemática
la elaboración de elementos de seguridad para motos ha tenido un crecimiento
abismal, donde encuentra elementos desde netamente mecánicos hasta con
comunicación bluetooth y aplicación para teléfonos inteligentes móviles, por esto
la tecnología de comunicaciones de campo cercano se abordara en este trabajo,
ya que permite la discreción que el usuario necesita en los casos de hurto, en
comparación de los artículos comerciales que se encuentran disponibles
actualmente.
El desarrollo de aplicaciones con tecnología NFC está en desarrollo constante, por
su accesibilidad, seguridad y rapidez, ya que tiene permitido operar en un espectro
de frecuencia que está libre para los desarrolladores; Esta tecnología se
encuentran en mayor parte en los sistemas de seguridad, tarjetas de identificación,
etiquetas de acceso directo o trasferencia de información.
En este documento se plantea un prototipo de un sistema de seguridad que
muestre las ventajas de las comunicaciones NFC, integrando un microcontrolador
de propósito general y los diferentes periféricos necesarios para cumplir el objetivo
de seguridad e interconectividad con un dispositivo móvil.
7
Tabla de contenido
Resumen ................................................................................................................................. 6
Tabla de contenido .................................................................................................................. 7
Lista de tablas ......................................................................................................................... 9
Lista de figuras ...................................................................................................................... 10
Capítulo 1 Problemática de la modalidad de atraco de motos en Bogotá, Colombia .............. 12
1.1 Introducción ..................................................................................................................... 12
1.2 Resumen del problema ................................................................................................... 12
1.3 Objetivos ......................................................................................................................... 14
1.3.1 Objetivo General .......................................................................................................... 14
1.3.2 Objetivos Específicos ................................................................................................... 14
Capítulo 2 Generalidades de los sistemas de seguridad, interfaz de comunicación y
sensores............................................................................................................................................ 16
2.1 Antecedentes .................................................................................................................. 16
2.2 Sistemas de seguridad comerciales para motocicletas ................................................. 16
2.3 Tecnologías de comunicación en sistemas de seguridad .............................................. 18
2.4 NFC ................................................................................................................................. 21
2.5 Bluetooth ......................................................................................................................... 21
2.6 I2C .................................................................................................................................... 22
2.7 Sensores ......................................................................................................................... 22
2.7.1 MFRC522 ..................................................................................................................... 25
2.7.2 MPU6050 ..................................................................................................................... 29
2.7.3 HC-06 ........................................................................................................................... 32
2.8 Microcontrolador .............................................................................................................. 33
2.9 Consideraciones eléctricas de la moto ........................................................................... 35
8
Capítulo 3 Diseño y construcción de un prototipo del sistema de alarma para moto de bajo
cilindraje ........................................................................................................................................... 40
3.1 Definición de Requerimientos ........................................................................................ 40
3.1.1 Requerimientos Funcionales ........................................................................................ 40
3.1.2 Requerimientos no Funcionales ................................................................................... 41
3.2 Diagrama del sistema de seguridad ................................................................................ 41
3.3 Diseño e implementación del software .......................................................................... 42
3.4 Aplicación Android ........................................................................................................... 47
3.5 Diseño e implementación del hardware ......................................................................... 52
3.6 Análisis de los resultados ................................................................................................ 61
3.7 Conclusiones ................................................................................................................... 62
Referencias ....................................................................................................................................... 63
Apéndice I. Manual de usuario .............................................................................................. 65
Apéndice II. Manual de instalación ...................................................................................... 68
Apéndice III. Código comandos AT ...................................................................................... 72
Apéndice IV. Código fuente ................................................................................................. 73
9
LISTA DE TABLAS
Tabla 1. Cuadro informativo de algunos protocolos de comunicación. 18
Tabla 2. Sensores Contaclees de campo cercano 23
Tabla 3. Sensores Bluetooth comerciales 24
Tabla 4. Especificación sensor acelerómetro 25
Tabla 5. Especificaciones microcontroladores comerciales 34
Tabla 6. Convención de Colores 56
10
LISTA DE FIGURAS
Figura 1. Sensor MFRC522, foto tomada del sistema de seguridad 26
Figura 2 Diagrama detallado del sensor RFID/NFC 27
Figura 3 Diagrama de sincronización SPI 28
Figura 4. Formato de comunicación I2C 30
Figura 5. Sensor HC-06 32
Figura 6. Circuito de encendido AK 125 -150 NE20 36
Figura 7 Circuito de arranque AK 125 - 150 NE.20 37
Figura 8. Circuito de luces AK 125 - 150 NE.20 37
Figura 9. Circuito de direccionales AK125-150 NE 38
Figura 10. Circuito de bocina AK125-150 NE 38
Figura 11. Diagrama de flujo del sistema de alarma 41
Figura 12. Diagrama de flujo del cuerpo del algoritmo 43
Figura 13. Diagrama del protocolo de ALERTA 44
Figura 14. Diagrama de flujo del modo de alarma 45
Figura 15. Diagrama de flujo del interfaz NFC 46
Figura 16. Diagrama de flujo estacionarias 47
Figura 17. Interfaz APP 48
Figura 18. Diagrama de flujo de la APP 49
Figura 19. Programación por funciones MIT App Inventor 52
Figura 20. Circuito regulador de voltaje 54
11
Figura 21. Interruptores de la bocina y luces controlados por software 56
Figura 22. Interruptores encendidos del vehículo 57
Figura 23. PCB regulador de voltaje e interruptores 57
Figura 24. PCB interruptores del control de encendido 58
Figura 25. Shield Microcontrolador ATmega16U2 58
Figura 26. Dipswitch carcasa del sistema de seguridad 59
Figura 27. Sistema de seguridad ensamblado 59
Figura 28. Parte interna del sistema de alarma 60
Figura 29. Aplicación Android 66
Figura 30. Emparejamiento del sistema 67
Figura 31. Carcasa sistema de seguridad 68
Figura 32. Tapa lateral derecha 68
Figura 33. Elementos de la batería 68
Figura 34.Nueva posición del soporte 68
Figura 35. Sistema instalado 69
Figura 36. Ubicación de los cables bajo el sillín 69
Figura 37. Tornillos de la farola 69
Figura 38. Cables dentro de la farola 69
Figura 39. Conectores con los cables soldados 70
Figura 40 Fusible del sistema eléctrico de la moto 70
12
Capítulo 1
Problemática de la modalidad de atraco de motos
en Bogotá, Colombia.
1.1 INTRODUCCIÓN
Este documento muestra diferentes aspectos de la tecnología NFC y una serie de
protocolos de comunicación, aplicándola en un sistema de seguridad para motos,
abordando una problemática social en la ciudad de Bogotá, como lo es el hurto de
motocicletas, utilizando la conectividad que permite los periféricos de un
dispositivo móvil y un microcontrolador de propósito general, además de algunos
sensores. En el proceso se ira encaminando al lector en el repaso del protocolo de
comunicación UART necesario para la conexión Bluetooth, I2C para el
acelerómetro y el protocolo SPI para el sensor NFC. Se mostrará las
características del microcontrolador de propósito general seleccionado, se
mencionará cual es la lógica del algoritmo, las herramientas de programación que
se implementaron, las especificaciones técnicas de los dispositivos, el por qué, se
escogió este microcontrolador y una breve explicación de la elaboración de la
aplicación Android.
1.2 RESUMEN DEL PROBLEMA
En Colombia, según la "Encuesta de convivencia y seguridad ciudadana - ECSC
de Octubre de 2015" del DANE, informa que de la población víctima de hurto a
vehículos o sus partes, es de 511 mil personas de las cuales el 15.2 % son motos
(2014), con un incremento del 1.1% al año inmediatamente anterior(2013) y un
factor de oportunidad (descuido) en la modalidad más frecuente de hurto, sin
embargo, el atraco a vehículo, modalidad de interés en este proyecto es del
13
17.4%, 1.7% más que en el año 2013, esta encuesta se realiza en una población
mayor a 15 años y más, con vehículo. En el año 2014 fueron robadas 78.000
motos y 13.572 casos de hurto a vehículo completo o parte/accesorio en
modalidad de atraco (DANE, 2015), estos indicadores son una perspectiva
cualitativa de la situación que se está viviendo en 28 ciudades del país en el tema
de seguridad.
Empresas privadas ofrecen paquetes de seguros que cubren la mayoría de
eventos ocurridos con la moto, va desde siniestros, accidentes con pérdida total o
parcial, hurto o defensa legal, si un tercero presenta una reclamación extrajudicial
contra el asegurado, esto es por mencionar algunos de los parámetros de
cobertura, sin embargo la mejor seguridad es la prevención y la prudencia en la
vía, aunque ser víctima de atraco es un hecho que en algunos casos no se puede
predecir, la solución en gran parte de los usuarios de motocicletas que se acogen,
son los sistemas seguridad portables. En los últimos años se han desarrollado
diferentes dispositivos de seguridad para motos en vista del incremento de hurto
de estos vehículos; en el mercado se encuentran sistemas con protocolo
bluetooth, sensor de movimiento, sistema de geo-localización, alarma con
mensajería SMS, candado de bloqueo de disco con alarma, sistema anti asalto,
pero hasta el momento no se tiene registro implementando comunicación NFC, el
cual ofrece discreción para el usuario, ya que con un tag de tecnología NFC que
este emparejado permita realizar acciones que controlen algún tipo de actuador
dentro del vehículo.
Por la aplicación del celular se puede controlar todas las funciones del sistema de
alarma, a través de comunicación bluetooth, que es el enlace con el
microcontrolador, este cuenta con tres protocolos, el primero es la función principal
nombrada RUN, es la que está pendiente de cualquier cambio repentino sensado
por el periférico de entrada NFC, en el momento de estar en movimiento, si llega a
ocurrir el evento el usuario debe acercar el tag NFC y activa un temporizador y
luego los periféricos de salida del vehículo (luces y bocina) de manera intermitente
14
y se aterriza el CDI ( Ignición por descarga de capacitor) encargado de generar las
chispas que permiten el funcionamiento del motor, al aterrizar el CDI esto apaga
el motor. El segundo modo de operación llamado alarma, que equipado con un
sensor de movimiento, es decir un acelerómetro será quien cense y traduzca la
información necesaria, para que el microcontrolador la procese y determine si se
ha movido el vehículo, en este modo se ve interrumpido el flujo de corriente del
encendido, los periféricos de salida del vehículo se activaran y se desactiva estos
avisos con la aplicación, el siguiente modo se basa en una situación habitual
cuando se parquea en un estacionamiento grande y se olvide el lugar en que lo
ubico, se realizó la función de Parking, que por medio de la intermitencia
producida por la bocina y las luces permitirá ubicar la moto más fácilmente, en
esta versión se le agrego además la función de estacionarias que en algunas
motos no se encuentra esta opción, gracias a la versatilidad de los
microcontroladores en general, permiten más desarrollos futuros según lo que el
usuario deseé.
1.3 OBJETIVOS
1.3.1 OBJETIVO GENERAL
Diseñar e implementar un sistema de seguridad para moto con aplicación android
y comunicación NFC.
1.3.2 OBJETIVOS ESPECÍFICOS
Identificar y seleccionar cuales son los dispositivos de seguridad remota
más eficientes para los vehículos motorizados de dos ruedas.
Identificación de las variables básicas y específicos más relevantes para el
sistema de seguridad.
Elaborar una aplicación Android que sea capaz de controlar los
requerimientos de las funciones de un sistema de seguridad.
15
Implementar el sistema de seguridad en una moto y hacer las respectivas
pruebas.
Observar y demostrar la fiabilidad por medio de resultados y pruebas en
moto de bajo cilindraje.
16
Capítulo 2
Generalidades de los sistemas de seguridad,
interfaz de comunicación y sensores
2.1 ANTECEDENTES
El tema se desarrolla alrededor de la problemática social de hurto en modalidad de
atraco de motos, generando la necesidad de elaborar un sistema discreto y
confiable, que en este caso se maneja con comunicación NFC, ya que es una
técnica que se ha implementado en seguridad de reconocimiento de personas,
animales u objetos, con muy buenos resultados ya que los elementos que se usan
son objetos cotidianos como manillas, llaveros, tags en general. En esta sección
se mencionara algunas de las diferentes tecnologías de comunicación en sistemas
de seguridad para motocicletas y se expondrá los conceptos necesarios para
familiarizar al lector con la comunicación de campo cercano (NFC), Bluetooth e
I2C, seguido de los sensores implementados para el desarrollo de la solución
planteada.
2.2 SISTEMAS DE SEGURIDAD COMERCIALES PARA MOTOCICLETAS
En Colombia existen variedad de sistemas de seguridad, tales como los
mecánicos, electromecánicos y los electrónicos, el que escoja el usuario ya
depende de sus necesidades y el nivel adquisitivo, se debe tener en cuenta
también que estos sistemas solo son un medio para demorar el hurto de su
vehículo y darle tiempo al usuario para reaccionar y llamar a las autoridades
correspondientes, a continuación se describirán una variedad de elementos de
seguridad.
Horquilla: Es un candado tipo U que permite bloquear alguna de las llantas con
una barra rígida, con las barras delanteras o el amortiguador de la moto, según el
17
modelo del vehículo, normalmente se fabrican con hierro reforzado, no es de los
sistemas más seguros que hay en el mercado, los precios pueden variar según el
fabricante.
Cable: Es un cable en acero cubierto con una capa de un polímero, es
recomendado para paradas esporádicas y que el usuario no se distancie en gran
medida del vehículo, es un elemento pasivo que no tiene periféricos de alerta
visual ni audible, se ubica habitualmente en las llantas.
Cadena: Son elaborados en de acero cementado, un material pesado, es seguro
sin embargo es poco práctico para transportar, es ideal para viajes donde se
aseguren varias motocicletas, es un elemento que puede ser muy costoso por el
material de construcción tiene un nivel de seguridad medio-bajo.
Candado para disco: Son dispositivos que se anclan al disco de freno impidiendo
el giro de la llanta, sin embargo no es muy seguro debido a que es fácil de aflojar
los pernos del disco, hay dispositivos que vienen con periféricos de alerta audible
esto depende de la necesidad del usuario y del nivel adquisitivo.
Sistemas de alarma electrónicos: Existen diferentes sistemas de seguridad
donde el usuario puede escoger el que se ajuste a sus exigencias, habitualmente
estos sistemas controlan el sistema eléctrico y el mecánico con diferentes
periféricos actuadores, candados electromecánicos, relevos en la parte eléctrica
mencionando algunos, además de ser controlados por protocolos de comunicación
como bluetooth que vienen interconectado con el celular o un control que entrega
el fabricante, con el protocolo GSM debe contratarse una empresa de
comunicaciones para el envió de los mensajes de ubicación este protocolo puede
fallar en lugares encerrados en donde la señal sea interrumpida por le edificación,
IrDa es un sistema infrarrojo, el cual no tiene gran alcance para poder transmitir
los comandos al microcontrolador y se debe enfrentar emisor con receptor, debido
a que tiene un abanico de 30° para entablar la comunicación, RFID este protocolo
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permite entablar la comunicación a una distancia considerable, ZigBee son muy
pocos los sistemas que implementan este protocolo debido a que los sensores son
costosos, estos se manejan más a nivel industrial, estos dispositivos pueden ser
bastante invasivos en la parte eléctrica, siendo esto para garantizar su protección,
en el mercado se encuentran de diferentes precios y funcionalidades.
Luego de describir los sistemas más conocidos se debe aclarar que el mejor
sistema de seguridad es la prevención, un plan de seguro de vehículo con
empresa privada le permite al usuario evitar cualquier peligro en forcejeo.
2.3 TECNOLOGÍAS DE COMUNICACIÓN EN SISTEMAS DE SEGURIDAD
Hoy en día existen variedades de comunicaciones inalámbricas de corto alcance
que se diferencian por sus especificaciones técnicas, ya sea por velocidad de
transmisión, consumo de potencia, tiempo de emparejamiento, alcance de trabajo
entre otros, por eso a continuación se muestra una tabla con estos parámetros,
además de una columna de NFC para observar los datos técnicos de este.
Especificaciones NFC BLUETOOTH Zigbee IrDa
Frecuencia 13,56 MHz Libre 2.4- 2.5 GHz ISM 2.4 GHz
Distancia (10-20) cm (10-100) m 100 m
aprox.
<5m
Tiempo inicio <0.1s ~6 s 0.5 s
Velocidad <424 Kbit/s 2.1 Mbit/s 200Kbits/s 115Kbit/s
Conectividad Punto/ punto Punto/ multipunto Multipunto Punto/
Punto
Estándar ISO/IEC 14443,
etc.
IEEE 802.15.1 IEEE
802.15.1
Modo de
operación
Activo/Pasivo
Activo/ Activo
Activo/Activo Activo/
Activo
Activo/
Activo
Seguridad HW / Protocolo Protocolo Protocolo Protocolo
Energía Activo/Pasivo Activo Activo Activo
Tabla 1. Cuadro informativo de algunos protocolos de comunicación. (DIGNANI, Jorge Pablo. 2011)
19
Como se puede observar en la tabla la frecuencia de operación, la distancia de
trabajo, la velocidad de transmisión del interfaz NFC es mucho menor a las demás
sin embargo lo interesante de este protocolo es la velocidad de emparejamiento, el
modo de operación y la seguridad, porque siendo un método tan rápido de
conectarse con otros periféricos permite realizar acciones más eficaces y seguras
ya que no da espacio de que la frecuencia de operación pueda ser captada o
distorsionada por otro dispositivo o emisión de frecuencia libre, y facilitando el
medio de comunicación ya que los tags que contienen la información del ID del
sujeto se pueden conseguir en gran variedad.
Siendo los protocolos de comunicación más seguros implementados en el
mercado, que cumplen la función de comunicación entre usuario-vehículo, y
encargados de enviar las señal para que los periféricos efectúen una acción
específica para tener una posibilidad de conservar su vehículo y que el usuario
pueda avisar a las autoridades competentes y no exponer su vida frente al atraco
nos son totalmente viables, ya que hay la posibilidad de que él ladrón también le
robe las pertenencias que lleva en los bolsillos o maleta, llevándose consigo el
control del sistema de alarma o el celular con el que opera el mismo, inhabilita la
posibilidad de realizar cualquier acción del usuario para que no le hurten el
vehículo esa es la ventaja de un activador no ostentoso.
A continuación se describe el desarrollo de las tecnologías implementadas en el
sistema de seguridad.
2.4 NFC
El concepto de NFC es el producto del desarrollo y avance técnico de las
especificaciones de la tecnología RFID en asociación de otras tecnologías. RFID
es un término asignado para radiofrecuencia de identificación de corto alcance,
implementado principalmente para la comunicación de información digital entre un
receptor estacionario y un objeto móvil o entre objetos en movimiento (LANDT,
Jeremy, 2005).
20
Los primeros registros de RFID se presumen a partir de la segunda guerra
mundial; cuando el ejército alemán observo que podía identificar la señal que
reflejaba el avión mientras el piloto realizaba un movimiento de arriba hacia abajo
con las alas del aeronave, esto fue una ventaja militar que permitió el
reconocimiento entre aeronaves propias o enemigas, dejando un hito para la
investigación de la identificación por radiofrecuencia (FERNÁNDEZ RUIZ, Jesús
2014), sin embrago hasta la década de los 70, Mario Cardullo patenta en Estados
Unidos el primer acercamiento aplicativo de lo que hoy se conoce como RFID
pasiva, un dispositivo que únicamente reacciona al estímulo de los lectores
propios de la tecnología, hoy en día, un ejemplo se observa en la industria textil,
para reconocimiento de personas el modulo lo ubican en los botones del uniforme
militar.
El funcionamiento básico de RFID consta de tres partes; un lector que se encarga
de escanear de manera periódica información emitida por etiquetas o tags RFID,
que pueden ser elementos para adherir a personas, animales u objetos que
necesitan ser identificados, luego de recibir los datos, el lector los envía a un
subsistemas de procesamiento y finalmente los actuadores correspondientes
efectúan las acciones deseadas (ORTIZ, Sergio).
Luego del avance con esta tecnología una de las ramificaciones se dirigió a lo que
se conoce hoy en día como NFC. La tecnología NFC (Near Field Communication)
esencialmente es el reconocimiento de módulos inalámbricos por radiofrecuencia,
con modos de operación Activo-Activo y Pasivo-Activo, compitiendo con otras
tecnologías en tiempo de configuración, modo de operación, facilidad de manejo y
costos; esta comunicación se está abriendo camino en una variedad de
aplicaciones a nivel de mercado, información, pagos, seguridad y movilidad entre
otras, algunos ejemplos son: el pago de compras y servicios, acceso a la
información o a libros en los medios de transporte, pago de transporte público,
seguridad de ingreso a instalaciones restringidas por mencionar algunos.
21
NFC permite ser implementado como sensor responsable de captar la señal de
activación para una acción predeterminada, ya sea para encender luces, un
televisor, abrir cortinas o encender un vehículo, siempre con la ventaja de tener
periféricos tan discretos, como un simple llavero o un tag o etiqueta. Esta
comunicación permite un flujo de información a una tasa de 424 kbps con
modulación ASK, transmisión half duplex y full duplex, en distancias cortas hasta
de 20 cm, en la banda de frecuencia libre 13,56 MHz, facilitando el desarrollo de
cualquier tipo de aplicación sin necesidad de pedir permiso al MINTIC, para el uso
de del espectro de radiofrecuencias del país.
Las empresas pioneras para el desarrollo de la comunicaciones NFC fueron Sony,
Nokia y Philips, las cuales dieron origen al NFC fórum, donde se han realizado
grandes avances en el desarrollo de las especificaciones y aplicaciones que
rodean el mundo de esta tecnología de corto alcance. A este foro se han afiliado
grandes compañías de innovación, organizaciones económicas, y entidades sin
ánimo de lucro, gracias al gran potencial que tiene esta técnica. Actualmente la
mayoría de los dispositivos móviles cuentan con un módulo NFC, que ha permitido
que empresas del ámbito financiero implementen esta tecnología como medio de
pago, siendo una transacción rápida y segura para el usuario, o empresas de
seguridad para el ingreso a sitios restringidos por medio de este dispositivo.
2.5 BLUETOOTH
Este protocolo inicio como medio de unificación en la comunicación inalámbrica
entre dispositivos, su propagación es a partir de la radiofrecuencia por eso no hay
necesidad de mantener junto el receptor y emisor, tiene una frecuencia de
operación de 2.4 GBs, se clasifica en tres clases, clase 1 que tiene una potencia
máxima permitida de 100mW y una distancia de aproximadamente 100m, clase 2
trabaja con una potencia máxima permitida de 2.5mW con distancia máxima entre
5 y 10 m, y en clase 3 maneja una potencia de 1mW con distancia máxima de 1m,
al manejar una frecuencia de alto espectro permite trabajar full-duplex, de modo
22
síncrono y asíncrono con una transferencia de 64kbits/s, en la actualidad es un
modo de comunicación ampliamente utilizado en la mayoría de los dispositivos,
siendo una de las comunicaciones más popular en la cotidianidad, el desarrollo de
aplicaciones es libre, existen varios módulos bluetooth en el mercado pero en este
caso se usara el módulo HC-06, se caracteriza por implementar comunicación
serial, con velocidad de transmisión seleccionable, se implementará de 9600 kbit/s
y configuración por medio de comandos AT, este dispositivo permitirá activar y
desactivara algunos de los parámetros básicos del sistema de seguridad.
2.6 I2C
Este protocolo de comunicación se realizó con el ánimo de poder realizar la
interconexión de dispositivos de diferentes familias, ya que los fabricantes
realizaban sus elementos con la mentalidad de fidelizar al consumidor con la
marca y limitando de igual manera desarrollos con elementos con especificaciones
diferentes a las ofrecidas, para esto se implementa un interfaz de comunicación
bidireccional en donde se envié la orden al integrado y el mismo envié la
respuesta por el mismo canal, pero este debió ser controlado ya que tendría
colisión entre las tramas de información, por eso se usa una línea de
sincronización que permitió el flujo estructurado de la información. Esta interfaz se
pensó como comunicación punto a punto y también como la integración de varios
dispositivos a la vez por eso es tan conveniente cuando se desarrolla un sistema
con varios dispositivos, sin embargo se debe tener en cuenta que no es muy
confiable en el manejo de grandes distancias, ya que maneja niveles de tensión
TTL y necesitaría un dispositivo que eleve el voltaje a grandes distancias, en la
siguiente sección de sensores se explica cómo funciona el protocolo.
2.7 SENSORES
En este proyecto se manejó tres tipos de sensores, el sensor NFC, el
acelerómetro y el modulo Bluetooth, Se indago tres diferentes referencias
23
comerciales de cada uno de los sensores que cumpla con el funcionamiento y
finalmente se describe el sensor seleccionado.
En el mercado se encuentran referencias de módulos que soportan la tecnología
NFC de diferentes fabricantes en general las especificaciones no cambian en gran
medida por eso en este caso se hablara de tres sensores de los siguientes
fabricantes, PN532 de Adafruit, MFRC522 de NXP Y ACR122 de ACS. En la
industria se ven un amplio abanico de aplicaciones con estos sensores están en
puertas de acceso, en parqueaderos para el cobro por tiempo, en domotica solo
con acercar el tag, al lector este enviara un comando de activación a alguna
función especial como encender las luces o el equipo de sonido, a continuación se
muestra,
Especificación PN532 MFRC522 ACR122 USB
Modo Operación R/W R/W R/ Emulador Transponder
Interfaz SPI/UART/I2C SPI/UART/I2C UART USB
Soporte ISO14443A/B ISO14443A ISO14443A/B NFC, FeliCa
Fuente de alimentación
2.7 a 5.4 V 2.5 a 3.3 V 5 V
Distancia 50 mm 50 mm 50 mm
Arquitectura FIFO 64 byte FIFO 64 byte SIMO 64 byte
PRECIO 9.21 USD 1.14 USD 5 USD Tabla 2. Sensores Contaclees de campo cercano
Estos sensores la diferencia más relevante es el precio como se ve en la tabla, ya
que los demás parámetros son muy similares y permiten el funcionamiento del
sistema, por cuestiones de costo se escoge el sensor MFRC522 de NXP, en la
…sección 2.6.1… se explica con más detalle este sensor. Los dos sensores
PN532 y MFRC522 están en su forma de impreso permitiendo mayor
manipulación y diseño de su carcasa, en cambio el ACR122 viene en una carcasa
contra la intemperie, se usa normalmente en parqueaderos y en recepciones de
ingreso.
24
Para el modulo bluetooth se indago de igual manera tres referencias las cuales
cumplen con las especificaciones necesarias para que cumpla con los
requerimientos, se muestra a continuación las especificaciones más relevantes
para el proyecto,
Especificación HC-06 PmodBT2 Wixel 10-01-33
Modo Operación Master/ Slave no modificable
Master/ Slave Auto conexión
Programable
Interfaz UART UART UART
Velocidad de transmisión
115.2kbps 115.2kbps 10kbps
Fuente de alimentación 3.1 a 6.5 v 3.3v 2.7 a 6.5 v
Distancia 40m 10 m 1.25m
Configuración Comandos AT Lenguaje de fabricante
Programación libre
Frecuencia 2.4 GHz 2.4 - 2..5GHz 2.4 GHz
Precio 6.83 USD 49.09 USD 25.39 USD
Tabla 3. Sensores Bluetooth comerciales
Estos módulos bluetooth que se presentan en la anterior tabla son los más fáciles
de conseguir a nivel comercial, por ejemplo la familia de los HC vienen con la
referencia HC-3, HC-4, HC-5 y HC-6 con las siglas M y S, master y Slave según lo
que se necesite, la referencia HC-3 y HC-5 tiene ambos modos de operación, el
módulo HC-3 y HC-4 es de uso industrial y el HC-5 y HC-6 es de uso civil, estos
modulo son bastantes prácticos para configurar ya que se hace por comunicación
serial y por comandos AT. El sensor PmodBT2 es un sensor que tiene dos tipos
de interfaz , UART y SPI donde el interfaz UART es para la comunicación con el
microcontrolador y el sistema de procesamiento y el interfaz SPI es para actualizar
el módulo es de los módulos más costosos de uso civil este módulo además tiene
su propio lenguaje de programación, y esta el módulo Wixel el cual trabaja a la
frecuencia de bluetooth pero a una distancia mucho menor que no es la más
adecuada para la aplicación, por esta razón y por precio se escoge el módulo HC
ya que es fácil de adquirir, es económico y tiene gran alcance de comunicación, en
este caso ya que no se necesita que sea un dispositivo maestro se escoge el
25
módulo HC-06S la versión esclavo, este dispositivo se explica en la …sección
2.6.3…
Para el acelerómetro se observó las especificaciones de tres referencias, el
MMA7361L de FREESCALE, el acelerómetro con giroscopio y sensor de
temperatura MPU6050 de Invensense y el acelerómetro analógico ADXL335 de
ANALOG DEVICES, a continuación se muestra las especificaciones técnicas
necesarias para el proyecto,
Especificación MMA7361L MPU6050 ADXL335
Fuente de alimentación 2.2 a 3.6 v 2.37 a 3.46 v 1.8 a 3.6 v
Output/protocolo 3 Análogas/ ADC 9 digitales/ I2C 3 Análogas/ ADC
Sensibilidad 800mv/1,5g Seleccionable 800mv/1,5g
Rango de temperatura -40 °C a 85°C -40 °C a 85°C -40 °C a 85°C
Rango de medida ±1.5g ±6g ±2g ±4g ±8g ±16g ±3g
Numero de ejes 3 ejes 9 ejes 3 ejes
Precio 5.3 USD 4.95 USD 16.83 USD
Tabla 4. Especificación sensor acelerómetro
En la tabla 4 muestra tres sensores dos analógicos y uno digital, los analógicos cumplen
con su función, sin embargo el rango de medida es bastante limitado a comparación del
MPU6050, el voltaje de operación de los tres sensores está en el nivel de potencial de
salida del microcontrolador, la exactitud depende de la cantidad de medidas y porcentaje
de error que se tome por eso el MPU ofrece mediciones más confiables para el proyecto,
además de tener un bajo costo en el mercado por estas razones se selecciona el sensor
MPU6050 el cual se explica su operación con más detalle en la …sección 2.6.2…
2.7.1 MFRC522
Es un sensor RFID/NFC ideal para control de acceso en sistemas de transporte,
pagos e identificación de personas por medio de antenas dispuestas en diferentes
presentaciones, tarjetas, llaveros, manillas, celulares, cada uno con un número de
identificación integrado de cuatro parejas de números hexadecimales, bajo la
norma llamada MIFARE que se identifica determinando la época de elaboración,
soportando las normas anteriores a la establecida. Este sensor opera en dos
26
modos como receptor y emisor transmitiendo la información por medio de
modulación (receptor) y decodificación (emisor), siendo 100% ASK, de los
emisores de la norma ISO/IEC 14443 A/MIFARE, tiene la funcionalidad de
detección de error controlado por un módulo digital compatible con la misma
norma.
Figura 1. Sensor MFRC522, foto tomada del sistema de seguridad
Este modelo de comunicación es bastante seguro, ya que el modo de paridad
depende de la cercanía en que estén los dos dispositivos, la distancia típica de
operación del sensor es a no más de 5 cm y la velocidad de transmisión depende
de la interfaz, para protocolo SPI es de 10Mbit/s, I2C a 400kBd en modo rápido y
más de 3400kBd en modo de alta velocidad y por UART a más de 1228.8 kBd
dependiendo del voltaje de alimentación. El sensor tiene pines de entrada y salida
programables y un auto testeo sin embargo no se manipularan en esta ocasión.
A continuación se mostrara un diagrama de bloques detallado del sensor.
27
Figura 2 Diagrama detallado del sensor RFID/NFC [MFRC522, pág. 5]
28
Su rendimiento radica en su arquitectura tipo Harvard y su distribución modular en
las funciones de procesamiento. Este módulo es ideal para este servicio ya que es
reconocimiento de un ID, propio que el usuario tiene siendo intransferible, el
módulo MFRC522 cuenta con tres tipos de comunicación UART, SPI e I2C, donde
el protocolo SPI tiene la mayor velocidad de transferencia, como se mencionó
anteriormente, la desventaja radica en la cantidad de líneas físicas de transmisión
necesarias para su funcionamiento, ocupan varios pines del microcontrolador, sin
embargo es fundamental que la velocidad de procesamiento de la información sea
inmediata, ya que la activación de este sensor debe ser de unos pocos segundos
para que empareje, y actué el sistema mientras el usuario es despojado de su
vehículo. El protocolo de comunicación que se implemento es el SPI a
continuación se muestra una gráfica de cómo funciona este protocolo.
Figura 3 Diagrama de sincronización SPI [NXP, pág. 80]
El sensor actúa como esclavo cuando se comunica por SPI con el
microcontrolador, entabla la comunicación a partir de la señal de reloj SDK que
emite el maestro, por medio de la línea MISO se realiza la transferencia de los
datos del maestro al esclavo, la línea MOSI es la encargada de transmitir los datos
29
del esclavo al maestro, la trama de información es enviada cuando hay un flanco
de bajada de reloj y dura mientras hay una subida del flanco de reloj, para la
lectura del dato, primero por la línea MOSI se envía en el Byte 0 la dirección 0 del
campo de memoria para direccionarlo a partir de ese punto y luego por MISO se
envía un dato cualquiera en el byte 0, luego el microcontrolador envía la dirección
al sensor para que este responda por la línea MISO transmitiendo los datos que
tiene el sensor, se sigue el mismo orden hasta recibir todos los datos necesarios,
para la escritura en SPI el esclavo debe enviar inicialmente la dirección del campo
de memoria del sensor seguido de los datos continuamente siendo alternados con
la respuesta del maestro para que el esclavo envié el siguiente dato, el bit más
significativo está destinado para determinar si el byte es de lectura o escritura, los
6 bits continuos son para la dirección y el bit menos significativo es enmarcado
con un 0. El protocolo al ser independiente en la transmisión de datos maestro-
esclavo y esclavo-maestro evita que haya de manera significativa colisión de bytes
por eso se debe su gran velocidad de trasmisión.
2.7.2 MPU6050
En los sistemas de seguridad de vehículos una manera más eficiente de identificar
si el vehículo está siendo manipulado, es sensar el movimiento general del chasis,
por eso es necesario implementar un dispositivo que mida de manera fiable la
posición en la que el usuario lo deja luego de activar el modo de parqueo del
sistema de seguridad, el impreso MPU6050 es un dispositivo capaz de realizar
esta función, debido a que cuenta con un integrado que en su estructura tiene un
acelerómetro de tres ejes y un giroscopio que cuenta también con tres ejes,
además de un sensor de temperatura que corrige parcialmente el error que se
produce en las medidas por los cambios de altura, presión y otros efectos físicos.
MotionFusionTM engine [14], realizo un algoritmo que con un magnetómetro es
capaz de corregir todo el factor de error de la medida, sin embargo para esta
aplicación el sensor cumple con los requerimientos necesarios para sus propósito.
30
El sensor permite al usuario seleccionar el rango del acelerómetro y del
giroscopio, funciona bajo el interfaz de comunicación I2C, este sensor tiene una
entrada de voltaje de 3.3v, aunque en las especificaciones indica que puede ser
manejado a 5v, se va operar con 3.3v ya que el microcontrolador seleccionado
tiene una salida de 3.3v de fábrica, disminuyendo el consumo y evitando otra
etapa de regulador de voltaje.
Para realizar el procesamiento de los datos obtenidos por el MPU, el protocolo I2C
cuenta con dos hilos el SCK y el SDA, el hilo SCK es el encargado de enviar la
señal de reloj que permite el emparejamiento sincrónico de los esclavos con el
maestro y el SDA es la línea por la que transita la información full-duplex, es decir,
master-slave y slave-master, para realizar la comunicación serial se necesita una
resistencia de 10k en cada una de las líneas directo a VCC, para garantizar un
estado lógico 1, ya que esta comunicación se trata de jugar con el corte y
saturación de transistores de cada uno de los periféricos conectados en las líneas,
el sensor ya trae en su impreso esa resistencia.
Figura 4. Formato de comunicación I2C
31
En el algoritmo para entablar el flujo de datos como se muestra en la anterior
figura, primero el maestro debe enviar una condición de inicio seguido por la
dirección del esclavo que en este caso es 0x68, esta dirección también es
configurable con el estado lógico del pin AD0 si está en alto la dirección es 0x69,
permitiendo trabajar hasta con dos sensores de la misma familia en el proyecto,
continuando con el procedimiento de comunicación, con la dirección de 7 bits, se
envía en el bit menos significativo el tipo de operación que va realizar si es lectura
(1) o escritura (0), luego de esto el slave envía un acknowledge indicando que ha
recibido la información y está listo para enviar o recibir los datos siguientes, para
ver cada uno de los datos que tiene la memoria del sensor, se debe mandar la
dirección de memoria esperar el acknowledge y recibir el byte, ya cuando finalice
la comunicación el maestro envía un nacknowledge y el bit de parada, pero si se
requiere cambiar el proceso, por decir de lectura a escritura el maestro debe
enviar un reinicio y cambiar el bit menos significativo de 1 a 0 o viceversa.
Después de recibir los datos el microcontrolador (µC), los procesa para dar una
medida escalada y manejable, el procedimiento se rige bajo las siguientes
formulas;
𝜃𝑥 = 𝑡𝑎𝑛−1 (−𝑎𝑥
√𝑎𝑦2+𝑎𝑧
2) Ecuación 1
𝜃𝑦 = 𝑡𝑎𝑛−1 (𝑎𝑦
√𝑎𝑥2+𝑎𝑧
2) Ecuación 2
Estas fórmulas son obtenidas del datasheet del sensor [14].
Estas fórmulas nos permiten medir dos ángulos de los tres ejes inclinación el eje x
y el eje y, usando netamente la propiedad de acelerómetro del sensor, ya que en
este caso no es tan necesario medir la rotación sobre los ejes, esto implica que se
debe ubicar el sensor de manera que la perturbación en el estado del vehículo sea
capturada por el MPU.
32
2.7.3 HC-06S
Es un módulo que transforma en comunicación Bluetooth el interfaz UART,
permitiendo enviar información a diferentes dispositivos compatibles con el
modulo, las especificaciones del fabricante indican que la distancia máxima de
propagación del módulo es de aproximadamente de 30 a 40 metros dependiendo
de la corriente que pase a través del módulo, el manual indica que son 25mA, sin
embargo por pruebas realizadas se llegó a la distancia estimada de casi 20
metros. Este módulo bluetooth tiene dos modos de operación el primero es el
Master y el otro es Slave (esclavo), siendo esclavo el valor por defecto en el HC-
06 esto depende del módulo que se obtenga porque hay diferentes tipos que
vienen solo para ser esclavos(HC-06S) o solo maestros(HC-06M) y otros con
ambas opciones(HC-05), si el device tiene los dos modo de operación, este es
configurable con los comandos AT, el manual indica cuales son los parámetros
que se pueden cambiar y el código necesario para tal fin, a este dispositivo se le
puede cambiar la velocidad de transmisión, la clave de emparejamiento, el nombre
del dispositivo, entre otros, esta configuración se puede realizar de varias
maneras, con un conversor USB- serial e hyperterminal, o con el mismo
microcontrolador se desarrolla un programa de solo envió y recepción de datos, tal
como se muestra en el apéndice I.
Figura 5. Sensor HC-06
33
El proceso de control del sistema de seguridad es manejado por la aplicación
Android, la cual envía unos comandos específicos y llegan al microcontrolador,
procesa la información y realiza la acción predeterminada, la comunicación como
se menciono es por el interfaz UART (receptor/transmisor universal asíncrono), se
trata simplemente de la conversión del modo de los datos, ya que los datos se
reciben en serie, para traducirlos el modulo los convierte en paralelo realiza la
acción comandada y saca un resultado, estos datos ya que están en serie se
traducen a serie para luego transmitirlos.
Las condiciones necesarias para poder entablar una comunicación por medio de la
interfaz UART, debe iniciar con un bit que ordene el emparejamiento, el bit Start
(S), luego se envía el byte de datos comenzando con el bit menos significativo
seguido de 6 a 9 bits más , habitualmente el bit más significativo (paridad) se
envía para escanear el buffer y reconocer si está libre y detecta si hay errores de
transmisión, luego de terminar la transferencia de datos finaliza con el bit de
parada, en este punto según la orden del algoritmo en el microcontrolador, realiza
las acciones necesarias. [Hc serial bluetooth products].
2.8 MICROCONTROLADOR
En esta etapa de la selección del microcontrolador se toma en cuenta varios
criterios bajo los requerimientos que solicita el sistema de alarma, por eso se
ponen bajo criterio los siguientes microcontroladores para ser el centro de
procesamiento, los criterios fueron la velocidad adecuada de procesamiento,
cantidad de salidas y entradas para los sensores y actuadores, memoria de
programa, el protocolo de comunicación que soporta, mencionando algunos, a
continuación se muestra la tabla de especificaciones,
34
Especificaciones PSOC 5LP Shield ATmega16U2 PIC18F4550
Interfaz UART/ SPI/ I2C/ CAN UART/ SPI/ I2C UART/ SPI/ I2C
Nivel tensión de
salida
0v o 5v 0v – 3.3v - 5v 0v o 5v
Memoria de
programa
256Kbytes 32Kbytes 32Kbytes
Instrucción/s 1.25DMIPS 20 MIPS Seleccionable por
oscilador
Canales análogos 6 13
Oscilador Integrado Si Si No
I/O 72 18 24
Quemador integrado Si Si No
Tabla 5. Especificaciones microcontroladores comerciales
En la tabla anterior se mencionan algunas características específicas que permiten
observar cual es el microcontrolador adecuado, si se observa las características
del PSOC 5 LP de Cypress es un dispositivo que tiene un alto rendimiento con
gran velocidad de procesamiento que se desaprovecharía en el sistema, tiene una
memoria de programa bastante amplia bastante útil para aplicaciones robustas, el
psoc 5lp tiene en su impreso el quemador que facilita su programación, un led y un
switch configurable por software, tiene más de 30 fuentes de interrupción, tiene
acceso directo a la memoria, tiene la posibilidad de realizar aplicaciones con
Capsense, es un microcontrolador que cumple con las necesidades del proyecto
sin embargo se desaprovecharía el micro en general.
En la tabla 5 se muestra el PIC18F4550 un microcontrolador bastante versátil para
cualquier aplicación media, tiene 24 salidas configurables según el caso, soporta
protocolos de comunicación I2C, SPI, UART en este micro se puede configurar la
velocidad de ciclos de instrucción por medio del oscilador, este micro cuenta con
tres fuentes de interrupción configurables, este necesita otro dispositivo para
realizar la programación del PIC esto es un poco incómodo para realizar ese
proceso, sin embargo es un buen dispositivo para el proyecto, la desventaja que
tiene este micro, es que al ser únicamente el integrado se necesita incluir los
35
elementos necesarios como el oscilador, condensadores de acople, reguladores
de voltaje botón de reset y otros.
Finalmente el microcontrolador ATmega16U2 es un dispositivo que cuenta con
una variedad de características adecuadas para el desarrollo del proyecto, a
continuación se mostrara las características que el fabricante expone:
Elaborado bajo la arquitectura RISC, con 131 instrucciones, con más de 20 MIPS
con una frecuencia de trabajo de 20MHZ, retención de datos de 20 años de
funcionamiento a una temperatura de 85°C esto puede variar según el nivel del
mar, tiene bloqueo programable para seguridad del software, interfaz UART
programable, Interfaz SPI Master/Slave programable, Interfaz I2C, interrupciones
por hardware y por software, voltaje de operación entre 1.8v a 5.5v.
Este microcontrolador viene integrado en un shield, compuesto por una variedad
de configuraciones a nivel físico, como regulador de voltaje de 12v, 5v y 3.3v,
botón de reset, un oscilador de 20MHz externo, un led configurable por software,
mencionando algunos, estos datos se obtienen del datasheet del microcontrolador.
Se escogió este dispositivo ya que no se necesita una etapa para regular el voltaje
de alimentación, tiene salidas de 3.3V directos adecuados para los sensores que
trabajan a esa tensión, tiene el programador integrado solo se necesita conectar
un cable USB para subir el programa al microcontrolador, procesa a una velocidad
considerable con respecto a lo que solicita la aplicación, evita parte del PCB en las
conexiones de salidas y entradas, permitiendo realizar el dispositivo de manera
más sencilla y con menos recursos.
2.9 CONSIDERACIONES ELÉCTRICAS DE LA MOTO
Luego de haber hablado de los temas y dispositivos necesarios con que se
desarrolló el proyecto se hará una descripción de la estructura eléctrica de una
36
moto de ciudad de la marca AKT NKD 125 y algo de la descripción mecánica en
donde se podría implementar el dispositivo de seguridad.
A continuación se muestra el circuito eléctrico del encendido,
Figura 6. Circuito de encendido AK 125 -150 NE20 [Manual de usuario akt125sl]
En la figura 6 se puede observar la conexión eléctrica del circuito de encendido el
cual va ser modificado para ser bloqueado en caso en que el vehículo sea robado,
se proponía inicialmente ubicar un dispositivo que cortara el flujo de corriente de la
batería, sin embargo, la perspicacia del ladrón ha llegado a ser tan amplia que
tiene el conocimiento para realizar el puenteo del cable de encendido, por esta
razón se decidió ubicar el dispositivo de bloqueo en la línea de transmisión del CDI
con el switch de encendido, ya que impide la chispa de arranque, hacia la bujía y
de esta manera no enciende el motor por este medio.
37
Figura 7 Circuito de arranque AK 125 - 150 NE.20 [Manual de usuario akt125sl]
En la figura 7 se observa el circuito de arranque luego de evaluarlo se puede
considerar suficiente controlar el flujo de corriente del cable negro, aun siendo una
continuación de la línea de la batería, se anularía el funcionamiento del botón
“start”.
Figura 8. Circuito de luces AK 125 - 150 NE.20 [Manual de usuario akt125sl]
El sistema de luces es uno de los testigos de la respuesta de alarma, cuando
ocurra cualquier tipo de evento mencionado anteriormente en el protocolo de
alarma anti atraco o estacionado, serán activadas bajo un patrón llamativo para
avisar el suceso. Como se observa el sistema de las luces de la farola y el Stop
38
son independientes a las luces direccionales se debe realizar unas conexiones
adicionales para controlar su funcionamiento al mismo tiempo.
Figura 9. Circuito de direccionales AK125-150 NE [Manual de usuario akt125sl]
El sistema de luces de las direccionales hay que controlar la línea azul claro,
naranja para que realicen su función de actuador luminoso, se podría usar el cable
gris para evitar realizar una secuencia con el microcontrolador ya que viene
conectado al flasher, sin embargo esto representa más cable y se convierte en
una instalación estorbosa.
Figura 10. Circuito de bocina AK125-150 NE [Manual de usuario akt125sl]
39
En esta figura 10 se muestra el sistema de bocina que harán parte del sistema de
aviso de cualquier tipo de evento y la activación de los protocolos, en este caso se
debe recurrir a la manipulación del cable negro-rojo para aterrizarlo y completar el
circuito y hacer que la bocina suene.
En cuestiones de la estructura mecánica se dispuso a la instalación del sistema en
varios sectores de la moto sin embargo por el tipo de estructura superficial física el
espacio en donde se puede ubicar la caja del sistema es muy limitado, se propuso
inicialmente debajo del sillín en una sección donde se encuentra el ingreso del aire
al filtro de la moto por obvias razones no se puede bloquear ese ingreso de aire,
luego de evaluar otros lugares se llegó a la conclusión de ubicar el sistema justo al
lado de la batería, realizando una traslación de la misma unos cuantos centímetros
a la derecha dejando el espacio adecuado para guardar el sistema.
40
Capítulo 3
Diseño y construcción de un prototipo del sistema
de alarma para moto de bajo cilindraje
3.1 Definición de requerimientos
En esta etapa se definirá todos los requerimientos necesarios que el sistema
demande, para cumplir con los objetivos de seguridad en modalidad de hurto
atraco, luego se traducirá a lenguaje de programación para un microcontrolador
ATMEL16U2, se realizó pruebas iníciales sin la instalación del dispositivo en el
vehículo, finalmente se desarrolló una aplicación Android que tiene las opciones
esenciales y que sea intuitivo para el usuario.
En este ítem se describirán los requisitos funcionales y no funcionales del sistema
y las restricciones y alcances del mismo.
3.1.1 Requerimientos Funcionales
Se implementa la fuente de alimentación del vehículo para reducir
costos.
Las luces direccionales y de stop actúa como periférico de aviso.
La bocina es el periférico sonoro de aviso.
Un contador es el responsable de temporizar el lapso de tiempo, el cual
el ladrón podrá alejarse hasta quedar bloqueada.
Con un lector NFC es el que permite la activación del protocolo de
marcha denominado RUN.
El sistema de alarma cuenta con dos protocolos de alarma, uno de
marcha y el otro de estacionamiento, además de un modo para las
estacionarias, otro de encendido en caso de haber perdido las llaves y
otro que desactiva todo los protocolos anteriores.
El sistema tiene que ser de bajo consumo.
41
El sistema tiene conexión con una aplicación móvil Android para el
control de los protocolos de alarma.
El sistema de alarma es lo menos invasivo con la estructura eléctrica del
vehículo.
3.1.2 Requerimientos No funcionales
El diseño del hardware es lo más ergonómico para que su instalación
sea práctica y discreta.
El tiempo de respuesta es inmediato al momento de la activación del
sistema.
El lector NFC detecta el periférico predeterminado rápidamente para que
realice la acción predeterminada.
3.2 DIAGRAMA DEL SISTEMA DE SEGURIDAD
Figura 11. Diagrama de flujo del sistema de alarma
En este sistema de seguridad la principal función es reconocer al usuario y
proteger su integridad por eso el algoritmo es lo suficientemente robusto para
asegurar esa función, por eso la aplicación tiene acceso completo del manejo del
INICIO
Señales de
Bloqueo Temporizador Búsqueda
Alarma Intermitencia
42
sistema, como se evidencia en el diagrama, es un código cíclico el cual siempre
está predispuesto para regresar al punto de inicio estas rutas son ejecutadas por
el tag o por la aplicación del celular por comunicación bluetooth.
3.3 DISEÑO E IMPLEMENTACIÓN DEL SOFTWARE
El codigo se realiza en el entorno de Arduino 1.8.2, la operación del algoritmo se
divide por medio de funciones, esto reduce tiempo de ejecución, y evita que
realice operaciones innecesarias de igual manera se maneja interrupciones por
software ya que en momentos determinados esperando la entrada de alguno de
los sensores, si no se saca del bucle puede entrar a un ciclo infinito.La ventaja que
tiene este entorno es que las librerias son libres y facilmente descargables, en el
apendice II se muestra parte del codigo.
43
Figura 12. Diagrama de flujo del cuerpo del algoritmo
El programa inicia on la declaración de las variables necesarias para el
funcionamiento de cada una de las subrutinas, luego se demanda el inicio de los
protocolos de comunicación en la función Wire.begin() para el I2C, la función
44
Serial.begin(Velocidad de transmisión) para el UART y SPI.begin() para el interfaz
SPI y otras configuraciones necesarias para configurar estos tipos de
comunicación, luego de estas configuraciones entre en el cuerpo del
algoritmo,escencialmente este esta en la espera de que el modulo bluetooth envie
algún comando y dependiendo de ese dato se escoge el tipo de función que va
desarrollar si va ingresar al modo “ALARMA”, modo busqueda en parqueadero o
“PARKING”, modo NFC o “INICIO”, modo perdida de llaves “ON” o modo
“ESTACIONARIAS”, cada uno de estos modos se pueden desactivar con un botón
de la aplicación “DESACTIVAR”, en los modos que controlen el evento de atraco
sea cual sea la modalidad entran a el modo de alerta que es el responsable de
activar los perifericos de salida y cortar el flujo de la energia al CDI e inhabilitar el
encendido de la moto.
Figura 13. Diagrama del protocolo de ALERTA
Este protocolo de alerta se encarga de activar los actuadores de salida en
cualquiera de los casos en que perturben el vehiculo desactivando el encendido
de la moto y activando con intermitencia las luces y la bocina del mismo.
45
Figura 14. Diagrama de flujo del modo de alarma
En este diagrama de flujo se muestra el modo de alarma que inicia realizando el
emparejamiento con el sensor MPU6050 enviando la dirección que tiene de
fábrica la 0x68 luego de eso envía la dirección de memoria donde se encuentran
los datos del acelerómetro necesario para aplicar la ecuación 1 y 2 para hallar los
ángulos, luego se reenvía un start con la dirección del periférico por I2C y se
solicita los datos del campo de memoria 0x45 que contiene los datos del
giroscopio y se aplica la siguiente ecuación,
46
𝜃 = 0.98 ∗ (𝜃 + 𝐺𝑦∗0.01) + 0.02 ∗ 𝜃𝑥 Ecuación 3
Esta ecuación es sacada de un foro de Arduino para realizar la compensación de
error del sensor, ya finalmente se realiza esta operación durante diez ciclos, se
hace el promedio de los 10 resultados y si es menor a 3 según las pruebas que se
realizaron es el rango mínimo que detecta el sistema fuera de errores, entonces
regresa a realizar el ciclo la cantidad de veces necesarias hasta que ese promedio
aumente y entre al modo de alerta o sea desactivado con el comando de la
aplicación Android.
Figura 15. Diagrama de flujo del interfaz NFC
En el modo NFC al entrar a esta subrutina lo primero que hace es identificar si el
sensor capta algún tag, si no lo reconoce se sale de la rutina sin embargo la
función se encuentra dentro de un while que esta controlado por una bandera que
47
se modifica al enviar el comando “DESACTIVAR” de la aplicación, por eso
regresa al ciclo hasta que cense algún periferico luego lee el ID del tag seguido
compara con el id ya registrado en el programa, si es el tag este realizara un
conteo mientras el ladron se aleja y empezara el protocolo de alerta.
Figura 16. Diagrama de flujo estacionarias
El modo de las estacionarias únicamente es prender y apagar las luces en caso de que el
usuario este estacionado en un lugar con gran flujo de vehículos, esta opción se realiza,
ya que varias de las motos de bajo cilindraje no tienen esta función en la construcción de
fábrica de sus motos.
3.4 APLICACIÓN ANDROID
La aplicación se desarrolla en el entorno online MITappinventor® el lenguaje que
se emplea es de alto nivel, ya que es programación por bloques, es facil de
modificar y de personalizar debido a un depurador que permite ver las
modificaciones en tiempo real, a demas de facilitar la descarga de la aplicación por
codigos QR o por descarga directa al PC, es bastante sencilla de manejar y
robusta, ya que contiene un amplio abanico de opciones para el uso de los
sensores que los celulares tienen actualmente, la siguiente imagen es la
programación y el formato estandar de la aplicación, a continuación se muestra el
interfaz basico de la aplicación y se explicara el funcionamiento de la aplicación
parte por parte. A continuación se muestra el interfaz de la aplicación.
48
Figura 17. Interfaz APP
La interfaz se realizó lo más sencilla posible para que sea fácil de manejar con
botones grandes para simular la forma de un control, esta app cuenta con 7
botones, el primero es “Conectar” encargado de realizar el enlace con el modulo
bluetooth del sistema de seguridad, luego está el botón “Estacionarias” encargado
de mandar el comando de intermitencia de las luces, el tercer es el botón “Off”
este permite prender y apagar la moto cuando se le pierdan las llaves al usuario,
el cuarto botón es “Run” encargado de activar el protocolo de NFC, el botón
“Parking” es el encargado de activar los periféricos de alerta que son las luces y la
bocina para búsqueda en parqueadero, el sexto botón es “Desactivar” encargado
de cómo lo indica el botón desactivar todos los protocolos que estén en
funcionamiento, y finalmente el séptimo botón es “Alarma” es el que activa el
protocolo de alarma cuando el usuario estacione el vehículo. El siguiente diagrama
es la lógica del programa.
49
Figura 18. Diagrama de flujo de la APP
La aplicación se encarga únicamente de realizar el emparejamiento de los dos
dispositivos y enviar los comandos de activación necesarios para el funcionamiento del
sistema de seguridad, como se observa son ciclos en los cuales se identifica cual es el
botón oprimido y luego envía el dato se puede enviar letras pero se escogió números para
que el microcontrolador no se demore más en el procesamiento de los datos recibidos
porque se demora menos ciclos convertir en hexadecimal que en string
50
51
52
Figura 19. Programación por funciones MIT App Inventor, imágenes tomadas directo del entorno
online MIT App Inventor
Como muestra esta imagen el tipo de programación es de alto nivel facilitando en
gran medida al desarrollador encargarse de las conexiones en las capas inferiores
y solo realizar los comandos necesarios del cual se esta interesado, en algunos
casos se ve un poco redundante el código pero esto se hace para que no se
genere ningún conflicto en el momento de enviar un dato u oprimir algún botón.
3.5 DISEÑO E IMPLEMENTACIÓN DEL HARDWARE
Al tener toda la parte del software ya realizada, se dispondrá a diseñar toda la
estructura física y electrónica del sistema, necesaria para la implementación y
adecuación en la moto, para que sea discreto y práctico para el usuario, y no
afecte la integridad tanto visual como eléctrica del vehículo, posteriormente de la
53
instalación viene el tiempo de prueba en la que se imitarán escenas de hurto por la
modalidad de atraco que permita evidenciar el funcionamiento del dispositivo, se
registrara por medio de videos que muestren los hechos.
En este prototipo se manejara la misma batería del vehículo se hace necesario
una etapa de regulación del voltaje de 12v, esto se hace como un método de
protección a pesar de ser una batería 12v no es exacta y ya que la moto al
encenderla la bobina que genera la chispa del encendido del motor pide bastante
corriente de aproximadamente 2 amperios según lo que se encuentra en los foros
es necesario proteger el sistema, la regulación se realizara con un integrado
LM317, ya que es fiable y a la vez económico tendrá garantizando la vida útil de la
alarma.
Para este circuito los criterios de diseño son los siguientes,
El regulador es ajustable entonces si se desea realizar algún cambio de la
topología del circuito eléctrico es más práctico para manipular el voltaje.
Los elementos tienen pequeñas dimensiones para que no ocupen mucho
espacio dentro de la caja del sistema de alarma.
Ya que la regulación del voltaje es máximo de un voltio aproximadamente,
no es muy necesario el disipador de calor del integrado.
Este regulador es adecuado para la terea debido a que en el datasheet
indica que la corriente limite es de 3.4 amperios, a un máximo de regulación
de 40 voltios.
Para el diseño se emplea la siguiente ecuación obtenida del datasheet del
integrado,
𝑉𝑜𝑢𝑡 = 1.25𝑣 (1 +𝑅2
𝑅1) + 𝐼𝐴𝐷𝐽𝑅2 Despejando R2 se obtiene
𝑅2 = 𝑅1(𝑉𝑜𝑢𝑡 − 1,25)
1 + 𝐼𝑎𝑑𝑗𝑅1
54
El motor de este modelo de moto tipo Street alcanza a llegar a una temperatura
entre 75°C a 95°C, esto depende del tipo de aceite que se utilice, y el tipo de
mantenimiento que se le dé al vehículo, por esto el dispositivo es necesario que se
ubique en un lugar fuera del alcance del motor, para no reducir el tiempo de
funcionamiento del microcontrolador, e incurrir a un daño permanente en el
dispositivo.
Para el diseño del regulador se toma una temperatura de 20°C aproximadamente
a temperatura ambiente, y se tiene una corriente Iadj = 52 uA, se obtiene de la
gráfica del datasheet del regulador LM317,
𝑅2 =240Ω(12𝑣 − 1.25𝑣)
1 + 52µ𝐴 ∗ 240Ω= 2548.19Ω
Esta resistencia se obtuvo con un trimmer de 5𝑘Ω,
La resistencia de 240 Ω es la que indica el fabricante ya que no se consigue
también se usa un trimmer de 1kΩ.
Figura 20. Circuito regulador de voltaje, imagen obtenida del simulador Proteus
VI3
VO2
AD
J1
U1LM317T
R1240
D21N4002
D1
1N4002
CO1uF
CI1uF
72%RV2
1k
CADJ1nF
5.0V
VR1(1)
VR1V9MLN41206WT
55
Para la configuración de la operación de los periféricos de salida ya que se trata
de una moto básica, sin centro de procesamiento que controle todo el sistema
eléctrico de la moto, se tuvo que realizar las siguientes intervenciones en el
cableado para que el vehículo sea asegurado.
Inicialmente se debe controlar el flujo de la corriente, ya que este permite que las
luces y bocina operen, por esto se integra un relé que controlé el flujo de la
corriente directo del borne positivo de la batería, son dos relés, uno se ubicara en
paralelo al switch de la llave en posición normalmente abierto y el otro en el cable
que va directo al switch de encendido en serie en normalmente cerrado para tener
control autónomo de todos los eventos con el encendido que tiene la llave, esto
para no afectar el funcionamiento normal de la moto, cuando se apague la alarma
de la moto, e ingrese la llave al vehículo encienda normalmente. En el circuito de
arranque cuando el estado del switch está en “off”, hay una conexión entre el CDI
y tierra, esto impide la chispa inicial que emite la bobina de alta hacia la bujía y
encienda el motor del vehículo, esa conexión también es relevante en el momento
de impedir el hurto por eso se utilizan dos relés controlados por software que
realicen el cambio de estado uno se ubica en paralelo al switch de la llave de
encendido y el otro en serie en el bale blanco negro que va directo al switch de la
llave de encendido, como se indicó anteriormente en los periféricos de salida se
realizó unas modificaciones del ramaje en su sistema eléctrico, ya que es bastante
complicado encontrar conectores propios de la marca para realizar estas
modificaciones, fue necesario pelar cable, soldar y cubrirlos con forro termo
encogible teniendo el mayor de los cuidados para ser lo más discreto posible para
no afectar el funcionamiento de la moto y que no se note el trabajo.
56
Figura 21. Interruptores de la bocina y luces controlados por software, imagen obtenida en Proteus
En la figura 14 se muestra el diseño de los interruptores de los periféricos de
salida, cada uno esta nombrado como esta en el esquema del circuito de luces de
la figura 8, los cables necesarios son de los siguientes, esto se hace para que la
convención de colores usados en la moto no cambien con respecto al sistema de
seguridad;
Circuito Color
LUCES
AZCLARO Azul Claro
NARANJA Naranja
BR/W Café – Blanco
A/W Azul – Blanco
NEGRO Negro
BOCINA
B/R Negro – Rojo
G Verde
Tabla 6. Convención de Colores
57
Se consiguieron los cables más parecidos para seguir con esta convención se
tuvo que soldar cada uno de los cables como se indicó anteriormente, esto se
requiere para que el sistema no sea tan fácil de identificar.
Figura 22. Interruptores encendidos del vehículo, imagen obtenida de Proteus
Se implementa el circuito del encendido en una tarjeta aparte para facilitar las
conecciones ya que se debe introducir en el espacio que hay en el compartimiento
de la farola.
Figura 23. PCB regulador de voltaje e interruptores
58
Ya después de elaborar el PCB en Proteus® el espacio necesario es de unos 17
cm2 aproximadamente siendo favorable para las dimensiones del sistema, ya con
esta etapa yo solo consta de conectar el microcontrolador con los dispositivos de
entrada y salida.
Figura 24. PCB interruptores del control de encendido
La figura 17 es la PCB del sistema de encendido, que se ubica en la parte de la
farola ya que todos los comandos llegan a ese punto, se deja hay ya que evita
enviar y devolver cable innecesario tan solo con dos líneas de control y tierra ya
funciona esa etapa.
Figura 25. Shield Microcontrolador ATmega16U2
59
La ventaja que trae este entorno es la variedad de configuraciones que incluye en
su shield, como se mencionó en la descripción del microcontrolador, se deben
tener unas consideraciones en el diseño de la parte física, como por ejemplo la
conexión que tiene el micro con el pc es por medio de comunicación serial y para
poder realizar actualizaciones se debe realizar un corte de las líneas del bluetooth
para que no genere conflicto con el quemador, por eso se ubican un dipswitch de
dos posiciones en la carcasa para esta labor,
Figura 26. Dipswitch carcasa del sistema de seguridad
Se deja a un costado de la carcasa para facilitar el cambio de estado de los
interruptores, como se ve en la imagen, se dejó para cada uno de los sensores
conectores que facilitan la ubicación del cableado en la moto.
A continuación se muestra como quedo el diseño del sistema de seguridad,
Figura 27. Sistema de seguridad ensamblado
60
Las cajas que protegen el sistema son artículos comerciales sencillos de adquirir,
con las dimensiones adecuadas para cada uno de los sensores y para el
microcontrolador, se dispone ahora a instalarlo en el chasis del vehículo,
Se realizo una prueba piloto con el modulo bluetooth y la aplicación Android
conectando como salida unos cuantos bombillos para mostrar el cambio de
estado, y funciono perfectamente hasta una distancia aproximada de 10m
aproximado a lo mencionado por el fabricante que es de 25 a 30 metros esto se
puede deber a que se manejaba el puerto USB del portatil para la alimentación del
mecanismo, ya con la bateria de la moto la corriente que fluye a traves del sensor
es mayor y la distancia de igual manera aumento a 20 metros.
Figura 28. Parte interna del sistema de alarma
El sensor MPU6050 se instaló dentro de la carcasa unido al shield de
ATmega16U2 ya que este va a funcionar de igual manera en donde se ubique,
evitando otra carcasa y otro conector en la carcasa principal y como se ve en la
figura 28 ya tiene bastantes conectores a los lados y no hay espacio donde poner
uno nuevo.
61
3.6 ANÁLISIS DE LOS RESULTADOS
La ventaja de un sistema de seguridad frente a un evento de atraco, es la garantía
de que la integridad física del usuario es la prioridad, esto lo permite la adecuación
de los elementos necesarios que cumplan con esa función, por ejemplo el principio
del sensor MFR522 implementado es su discreción, ya que requiere unos cuantos
segundos para emparejar y cumplir con las acciones predeterminadas en el
sistema.
Este dispositivo ya que controla los periféricos de aviso de un tipo de moto básico,
siendo un vehículo netamente mecánico que no contiene una CPU interna,
acceder a cada uno de ellos es un proceso invasivo al sistema del ramaje
eléctrico, por eso para próximos avances se debe realizar algunas modificaciones
en el diseño del hardware para integrarse a la CPU de otro tipo de moto.
El alcance de la comunicación bluetooth depende de la corriente que la fuente sea
capaz de suministrar, al hacer el cambio de alimentación del puerto USB que
suministra 5v a 500 mA a una batería 12v a 6.5 Amp, la distancia aumento entre
10 y 15 metros aproximadamente, como observación también influye el lugar y los
obstáculos que debe atravesar este tipo de comunicación, ya que puede haber
interferencia con otras frecuencias en el aire.
La interfaz de comunicación SPI ofrece gran velocidad, pero trae la desventaja de
requerir varias líneas de trasmisión, sin embrago en esta aplicación era
fundamental la velocidad de respuesta, esto fue de gran ayuda en el momento de
identificar el tag, ya que con solo aproximarlo unos cuantos segundos ya lo
reconocía y ejecutaba las funciones predeterminadas.
Se hicieron unas pruebas iniciales para los interruptores con transistores para
reducir espacio, sin embargo no funciono debido a que la corriente que iba a
manejar es superior al umbral que soportan, por esto se debió utilizar los relevos,
62
esto permitió manejar los periféricos de salida con más facilidad y prolongo la vida
útil del sistema.
La primera condición del sistema de alarma es mantener la calma para realizar el
proceso lo más sutil, para activar el módulo NFC, este deja realizar un recorrido de
300 metros aproximadamente para que el usuario tenga la opción de realizar las
acciones correspondientes y este a salvo.
CONCLUSIONES
Los dispositivos de seguridad en el mercado varían según el tipo de material, el
tipo de anclaje, periféricos de alerta y funcionalidad, pero como se mencionó
anteriormente la mejor seguridad es la prevención y siempre recordar que la vida
es más importante que un bien material, la eficiencia de cada uno de los sistemas
de seguridad depende del usuario y del lugar que se deje el vehículo.
Este sistema se hizo con las especificaciones que se consideraron pertinentes a
nivel funcional, con eventos de la vida cotidiana, tal como se muestra en el modo
de parqueo, cuando lo atracan y lo despojan del vehículo se dispone del tag
pasivo para activar el modo de Run y ejecuta las acciones pertinentes, esto
aumenta las posibilidades para mantener su vehículo a salvo, sin embargo se deja
la posibilidad de realizar actualizaciones del sistema, a nivel de periféricos de
alarma y de funcionalidad del sistema.
El entorno de desarrollo en el que se desarrolló la app permite realizar cualquier
tipo de acción con los sensores y dispositivos que contiene el celular, la aplicación
se puede actualizar y personalizar para cada usuario, como se mencionó en el
documento el interfaz es por el protocolo bluetooth, el cual deja de funcionar
después de una distancia de 20 metros esto se hizo en un espacio abierto y como
lo menciono el fabricante esto depende de la corriente que pase a través del
sensor.
63
La instalación del sistema de seguridad en la motocicleta de bajo cilindraje, es un
proceso en el cual se debió ser cuidadoso para no incurrir en un mal
funcionamiento del sistema eléctrico, siguiendo el manual de instalación anexo en
el apéndice I, las pruebas mostraron un funcionamiento adecuado, se debe
recomendar que al momento de lavar el vehículo, no usar abundante agua en los
sensores debido a que los puede deteriorar.
REFERENCIAS
AGILENT TECHNOLOGIES. Bluetooth® Enhanced Data Rate (EDR): The
Wireless Evolution. 2005
AKT MOTOS. Catálogo de partes akt 125s sl NKD. 2011.
AKT MOTOS. Manual de usuario AKT 125 NKD. 2011.
ANALOG DEVICES. Accelerometer ADXL335. 2010.
AREITIO BERTOLÍN, Javier. Análisis de los riesgos y contramedidas en
seguridad-privacidad de la tecnología NFC en móviles. Universidad de
Deusto.2011.
ATMEL. ATmega48A/PA/88A/168A/328/P16/32 KBYTES INSYSTEM
PROGRAMMABLE FLASH. 2015.
BAJO, Javier. CORCHADO, Juan. CUELI, José. SAAVEDRA, Alberto. TAPIA,
Dante. Identificación por radiofrecuencia: Fundamentos y aplicaciones.Universidad
de Salamanca, 2007.
BUENO DELGADO, María Victoria,PAVÓN MARIÑO, Pablo y DE GEA GARCÍA,
Alfonso.La tecnología NFC y sus aplicaciones en un entorno universitario.
Departamento de Tecnologías de la Información y las Comunicaciones.
Universidad Politécnica de Cartagena.2011.
64
CYPRESS. PSoC 5LP CY8C58LP FAMILY. 2012
DANE. Encuesta de convivencia y seguridad ciudadana - ECSC. 2015.
DIGNANI, Jorge Pablo. Análisis del protocolo Zigbee. Universidad Nacional de la
Plata. 2011.
FERNÁNDEZ RUIZ, Jesús. La tecnología se acerca a la biblioteca. Universidad de
Castilla - la Mancha.2014.
FREESCALE SEMICONDUCTOR, Manual de usuario acelerómetro MMA7361L.
2008.
HC Serial Bluetooth Products, User Instructional Manual.
INVENSENSE INC. MPU-6000 and MPU 6050 Pruduct Specification Revision 3.4
.2013
LANDT, Jeremy. The history of RFID. IEEE Potentials. 2005.
NATIONAL SEMICONDUCTORS .LM117/lm317A/lm317 3-Terminal Adjustable
Regulador. 2004.
NXP. MFRC522. Standard performance MIFARE and NTAG frontend, Rev.3.9-27.
2016
ORTIZ, Sergio. Near Field Communication. Universidad Católica Asunción-
Paraguay.
SEGUÍ MORENO, Juan. Aplicaciones prácticas de NFC. Universidad Politecnica
de Valencia. 2011.
APÉNDICE I
MANUAL DE USUARIO
El sistema de seguridad cuenta con la aplicación Android que será proveída por el
código QR que se encuentra en el empaque y el dispositivo a instalar el cual tiene
respectivamente su manual de instalación en el siguiente anexo.
Se debe tener en cuenta que este sistema es un medio para aumentar las
posibilidades de evitar el hurto del vehículo, sin embargo la mejor seguridad es la
prevención, estacionar el vehículo en parqueaderos oficiales y en el caso de ser
atracado ser consiente que la vida es más importante que cualquier objeto
material.
El dispositivo cuenta con cinco modos de funcionamiento, nombrados a
continuación;
Estacionarias: Este modo es bastante útil debido a que varios modelos de motos
de bajo y medio cilindraje no cuentan con estacionarias de parqueo, siendo
necesarios cuando se está de viaje y se requiere hacer una parada y que lo
conductores que vienen atrás estén pendientes de la maniobra.
On: En ocasiones por cuestiones de descuido se extravían las llaves y la única
opción es llevar el vehículo por grúa, por eso en este modo se puede encender por
medio de la aplicación.
Inicio: Este modo es la diferencia que tiene con otros modelos de sistemas de
seguridad debido a que ofrece una acción de bloqueo con un tag que se encuentra
en el empaque, lo único que hay que hacer es acercar el tag al dispositivo de
reconocimiento que será instalado en su vehículo en el caso de ser atracado,
luego de 10 segundos el sistema actuará bloqueando el flujo de corriente
frustrando el cometido dando un espacio de aproximadamente de 160 metros,
para que usted como usuario llame a las autoridades correspondientes y recupere
su vehiculo.
66
Parking: En centros comerciales o en estacionamientos grandes en ocasiones se
olvida el lugar en donde se ubicó el vehículo por esto se usa las luces del vehículo
y el pito del dispositivo para generar una señal visual y auditiva para encontrar el
vehículo.
Alarma: Cuando se está en un lugar que se desconfía se hace muy necesario una
alarma que indique si el vehículo está siendo movido del lugar que se dejó,
activando las luces del vehículo, el pito del sistema de manera intermitente y
bloqueando el encendido eléctrico de la moto, y poder actuar con precaución y
recuperar el vehículo.
Desactivar: Este último simplemente es el modo en cómo se inhabilita cada uno
de los modos de funcionamiento.
Figura 29. Aplicación Android
67
El primer paso que se debe realizar es entablar la comunicación entre su celular y
el dispositivo, inicialmente activara el modulo bluetooth de su dispositivo y buscara
el sistema de seguridad nombrado “SMset” y lo emparejara previo a la ejecución
del aplicativo, luego de emparejarlo con la clave que tiene en el empaque, se debe
oprimir el botón conectar y escoger la opción “SMset”
Figura 30. Emparejamiento del sistema
Luego de emparejar el dispositivo con el celular, ya está listo para su
funcionamiento.
68
APÉNDICE II
MANUAL DE INSTALACIÓN
La conexión indebida del sistema puede provocar mal funcionamiento del sistema
de luces, encendido y bocina, se recomienda realizar paso a paso el instructivo
para evitar cualquier error.
Realice la instalación luego de haber leído el instructivo paso a paso y guíese con
el mismo, recuerde usar las herramientas adecuadas y termoencogible para
realizar una instalación limpia y de calidad.
Paso 1 Remoción de sensores y cables
Retire cada uno de los sensores y cables
que vienen conectados en la carcasa
principal del sistema de seguridad,
Paso 2 Tapas Laterales
Remueva la tapa lateral derecha, halando
hacia afuera esta viene asegurada a
presión.
Paso 3 Batería
Retire la batería que se encuentra
asegurada con una correa de caucho a
cada lado. Luego retire los tornillos que
aseguran el soporte de la batería y ubique
el soporte en los dos orificios hacia la
derecha y asegúrelo con dos de los cuatro
tornillos.
Figura 31.Carcasa sistema de seguridad
Figura 32. Tapa lateral derecha [AKT MOTOS, pág. 11]
Figura 33. Elementos de la batería [AKT MOTOS, Pág. 78 ]
Figura 34.Nueva posición del soporte
69
Paso 4 Carcasa sistema de seguridad
En el espacio que se obtuvo al correr
el soporte de la batería, ubique la
carcasa del sistema de seguridad y
asegúrelo con un tornillo.
Paso 5 Sillín
A continuación retire los dos tornillos
laterales que aseguran el sillín al
chasis y realice la distribución del
cable de los sensores y el ramaje del
sistema de seguridad, el modulo
bluetooth se ubica debajo del tanque,
el módulo NFC cerca al manubrio
asegurado al chasis y el ramaje
restante directo a la farola del
vehículo, recuerde dejar los cables
de alimentación (rojo+, negro-) para
conectar en la batería y dejar
conectado los terminales de los
sensores y del ramaje del sistema de
alarma.
Paso 6 Farola
Retire los dos tornillos que aseguran
la farola, ingrese los cables que
vienen del sistema de alarma, luego
saque el ramaje que se encuentra
dentro de esa zona e identifique los
conectores de las direccionales, de la
farola y del switch de la llave de
encendido.
Figura 35. Sistema instalado
Figura 36. Ubicación de los cables bajo el sillín
Figura 37. Tornillos de la farola
Figura 38. Cables dentro de la farola
70
Paso 7 Conexión Farola y Stop
Luego de identificar cada uno de los
conectores se observa que los
colores cumplen con la convención,
para la farola y el stop, se separa el
cable Azul – Blanco, el Café – Blanco
y el negro, se pela una sección de
cada uno de estos cables y se soldán
con los del mismo color que ya se
han ingresado del sistema de
seguridad.
Paso 8 Conexión Estacionaria
Luego de identificar el ramaje de las
direccionales de igual manera se
observa que vienen de color naranja
y azul claro, se hace el mismo
procedimiento de pelar una sección
del cable que está en la moto y se
soldán con los que vienen del
sistema de seguridad.
Paso 9 Conexión Switch de la
llave de encendido
Luego de identificar el ramaje del
switch de la llave de encendido, se
observa que los colores de los
cuatro cables que vienen son de
color negro-blanco, verde, rojo y
negro. Ya identificados los cables se
pela una sección del cable negro y el
cable verde del ramaje del vehículo y
se soldán con los cables que vienen
del mismo color del sistema de
alarma, luego para el cable rojo y
cable negro-blanco se deben cortar y
conectar cada uno de los extremos,
en los dos cables rojo y los dos
cables negro- blanco
respectivamente que salen del
sistema de seguridad.
Figura 39. Conectores con los cables soldados
Figura 40 Fusible del sistema eléctrico de la moto
71
Paso 10 Conexión cables de la
fuente
Los cables de alimentación(rojo+,
negro-) que estan debidamente
marcados en el sistema de
seguridad y que se dejaron cerca
a la bateria, se conectan de la
siguiente manera, el cable rojo se
conecta directo al fusible de
protección de la moto que viene
protegido por un contenedor
plastico ubicado a un lado de la
bateria, este debe ser soldado en
la sección superior del fusible y el
cable negro conectado al borne
negativo de la batería.
Luego de haber realizado la instalación de la estructura física del sistema de
alarma, se realiza el re ensamble de cada uno de los elementos retirados del
vehículo (Sillín, farola, batería, tapa lateral), Ahora se debe emparejar la app y el
sistema de seguridad por medio de los módulos bluetooth, donde la clave es
previamente configurada para cada usuario, finalmente queda listo para utilizar el
sistema.
72
APÉNDICE III
El siguiente código es el encargado de entablar la comunicación con el modulo
bluetooth HC-06 y realizar las configuraciones necesarias con los comandos AT,
se debe realizar con la ayuda de hyperterminal o también con el monitor que
ofrece el entorno de desarrollo de Arduino.
#include <SoftwareSerial.h>
SoftwareSerial BT(10,11); // RX y TX
void setup()
BT.begin(9600);
Serial.begin(9600);
void loop()
if(BT.available())
Serial.write(BT.read());
if(Serial.available())
BT.write(Serial.read());
73
APÉNDICE IV
El siguiente algoritmo es el código fuente del sistema de seguridad,
void contador()
if (Serial.available() > 0)
interrupts();
for (j = 0; j < 20; j++)
delay(1000);
alerta();
void alerta()
digitalWrite(REncendido, HIGH);
while (flat2)
if (Serial.available() > 0)
interrupts();
digitalWrite(RBocina, a);
digitalWrite(RLuces, a);
delay(500);
a = ! a;
cont++;
if (cont > 5)
digitalWrite(RBocina, LOW);
digitalWrite(RLuces, LOW);
delay(1000); cont = 0;
void NFC ()
while (flat)
if(x == 1)if (Serial.available() > 0)
interrupts();
if ( !
mfrc522.PICC_IsNewCardPresent())
return;
if ( !
mfrc522.PICC_ReadCardSerial())
return;
Serial.print("UID tag :");
String content = "";
byte letter;
for(byte i = 0; i < mfrc522.uid.size;
i++)
Serial.print(mfrc522.uid.uidByte[i]
< 0x10 ? " 0" : " ");
Serial.print(mfrc522.uid.uidByte[i],
HEX);
content.concat(String(mfrc522.uid.uid
Byte[i] < 0x10 ? " 0" : " "));
content.concat(String(mfrc522.uid.uid
Byte[i], HEX));
Serial.println();
Serial.print("Message : ");
74
content.toUpperCase();
if (content.substring(1) == "7F F4
47 29") //change here the UID of the
card/cards that you want to give
access
Serial.println("Authorized
access");
Serial.println();
delay(3000);
flat = false;
if(x==0)
for(i=0;i++;i<3)a=!a;digitalWrite(RBoc
ina,a);delay(200);
digitalWrite(RBocina, LOW);
digitalWrite(RLuces, LOW);
digitalWrite(REncendido, LOW);
else
Serial.println(" Access denied");
delay(3000);
flat = true;
alerta();
void alarma()
while (flat2)
digitalWrite(REncendido,HIGH);
Wire.beginTransmission(MPU);
Wire.write(0x3B); //Pedir el registro
0x3B - corresponde al AcX
Wire.endTransmission(false);
Wire.requestFrom(MPU, 6, true);
//A partir del 0x3B, se piden 6
registros
AcX = Wire.read() << 8 |
Wire.read(); //Cada valor ocupa 2
registros
AcY = Wire.read() << 8 |
Wire.read();
AcZ = Wire.read() << 8 |
Wire.read();
Acc[1] = atan(-1 * (AcX / A_R) /
sqrt(pow((AcY / A_R), 2) + pow((AcZ /
A_R), 2))) * RAD_TO_DEG;
Acc[0] = atan((AcY / A_R) /
sqrt(pow((AcX / A_R), 2) + pow((AcZ /
A_R), 2))) * RAD_TO_DEG;
Wire.beginTransmission(MPU);
Wire.write(0x45);
Wire.endTransmission(false);
Wire.requestFrom(MPU, 2, true);
//A diferencia del Acelerometro, solo
se piden 4 registros
GyY = Wire.read() << 8 |
Wire.read();
Gy[1] = GyY / G_R;
Angle[1] = 0.98 * (Angle[1] + Gy[1]
* 0.010) + 0.02 * Acc[1];
75
Serial.print("Angle Y: ");
Serial.print(Angle[1]); Serial.print("\n--
----------\n");
delay(10);
if (j < 11)
Prom[j] = Angle[1];
j++;
else
if (j == 11)
int k;
for (k = 0; k < 10; k++)
result = result + Prom[k];
result = abs(Prom[0] - result /
10); j = 0;
Serial.print("Promedio:");
Serial.print(result); Serial.print("\n");
if (result > 2)
digitalWrite(REncendido, HIGH);
while (flat2)
digitalWrite(RLuces, a);
digitalWrite(RBocina, a);
a = !a;
delay(500);
delay(800);
float bluetooth(int dato)
int i;
flat2 = true;
if (dato == 10)
digitalWrite(RLuces, LOW);
digitalWrite(RBocina, LOW);
digitalWrite(test, LOW);
for (i = 0; i < 3; i++)
a = !a;
digitalWrite(RBocina, a);
delay(500);
digitalWrite(RBocina, LOW); flat2 =
false;
if (dato == 20)
flat2 = true; for (i = 0; i < 5; i++)
digitalWrite(RBocina, a);
a = !a;
delay(500);
digitalWrite(RBocina, LOW);
while (flat2)
alarma();
76
if (dato == 30) //Busqueda en
parqueadero
flat3 = true;
digitalWrite(REncendido, HIGH);
alerta();
if (dato == 40)
if (Serial.available() > 0)
interrupts();
flat = true; while (flat)
x = 1;
NFC();
flat = true;
if (flat)
contador();
void setup()
// put your setup code here, to run
once:
//BT.begin(9600);
Wire.begin();
Wire.beginTransmission(MPU);
Wire.write(0x6B);
Wire.write(0);
Wire.endTransmission(true);
Serial.begin(9600);
pinMode(RLuces, OUTPUT);
pinMode(RBocina, OUTPUT);
pinMode(REncendido, OUTPUT);
pinMode(test, OUTPUT);
SPI.begin(); // Initiate SPI bus
mfrc522.PCD_Init(); // Initiate
MFRC522
attachInterrupt(0, interrupt, RISING);
void loop()
if (Serial.available() > 0)
if ( !
mfrc522.PICC_IsNewCardPresent())
x = 0;
NFC();
dato = Serial.read();
Serial.print(dato);
bluetooth(dato);
