SISTEMA DE MONITOREO PARA MEJORAR LA...
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SISTEMA DE MONITOREO PARA MEJORAR LA SEGURIDAD DE LAS PERSONAS QUE SE TRANSPORTAN EN BICICLETA EN ENTORNOS URBANOS DE LA CIUDAD DE MEDELLÍN JAIME ANDRES ALVAREZ ALVARADO UNIVERSIDAD DE SAN BUENAVENTURA SECCIONAL MEDELLÍN FACULTAD DE INGENIERÍAS MEDELLIN 2014
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SISTEMA DE MONITOREO PARA MEJORAR LA SEGURIDAD DE LAS
PERSONAS QUE SE TRANSPORTAN EN BICICLETA EN ENTORNOS
URBANOS DE LA CIUDAD DE MEDELLÍN
JAIME ANDRES ALVAREZ ALVARADO
UNIVERSIDAD DE SAN BUENAVENTURA SECCIONAL MEDELLÍN
FACULTAD DE INGENIERÍAS
MEDELLIN
2014
SISTEMA DE MONITOREO PARA MEJORAR LA SEGURIDAD DE LAS
PERSONAS QUE SE TRANSPORTAN EN BICICLETA EN ENTORNOS
URBANOS DE LA CIUDAD DE MEDELLÍN
JAIME ANDRES ALVAREZ ALVARADO
Proyecto presentado para optar al título de Ingeniero Electrónico
Asesor
Gustavo Meneses Benavides
UNIVERSIDAD DE SAN BUENAVENTURA SECCIONAL MEDELLÍN
FACULTAD DE INGENIERÍAS
MEDELLIN
2014
Tabla de Contenido
1 JUSTIFICACIÓN .............................................................................................................................5
2 OBJETIVO GENERAL ......................................................................................................................6
3 OBJETIVOS ESPECÍFICOS...............................................................................................................6
4 MARCO REFERENCIAL ..................................................................................................................7
5 PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA ............................................................................................ 14
6 MARCO TEORICO ...................................................................................................................... 15
6.1 EL ESTANDAR IEEE 802.11 (RED WiFi) ............................................................................... 16
6.1.1 WIFLY......................................................................................................................... 17
6.2 REDES INALÁMBRICAS DE AREA PERSONAL Y ESTANDARES DE COMUNICACIÓN IEEE
802.15.X ........................................................................................................................................ 18
6.2.1 ESTANDAR IEEE 802.15.1 (Bluetooth) ....................................................................... 18
6.2.2 ESTANDAR 802.15.2 .................................................................................................. 20
6.2.3 ESTANDAR 802.15.3 .................................................................................................. 20
6.2.4 ESTANDAR 802.15.4 .................................................................................................. 20
6.3 SISTEMA OPERATIVO ........................................................................................................ 23
6.3.1 SISTEMA OPERATIVO ANDROID ................................................................................ 23
6.4 SISTEMAS DE PROTOTIPADO RÁPIDO ............................................................................... 25
6.4.1 PLATAFORMA ARDUINO ........................................................................................... 25
6.4.2 PLATAFORMA CHIPKIT .............................................................................................. 25
6.4.3 PLATAFORMA LILYPAD .............................................................................................. 26
6.5 SENSORES A IMPLEMENTAR ............................................................................................. 27
6.5.1 ACELEROMETRO ........................................................................................................ 27
6.5.2 GPS ............................................................................................................................ 28
6.5.3 SENSOR INDUCTIVO .................................................................................................. 29
6.5.4 SENSOR DE TEMPERATURA ....................................................................................... 30
6.5.5 TARJETA SD ............................................................................................................... 31
6.5.6 SENSOR DE PULSO ..................................................................................................... 32
6.5.7 LCD GRAFICO ............................................................................................................. 32
6.6 DESARROLLO DE TARJETA FISICA .......................................... ¡Error! Marcador no definido.
7 RESULTADOS ESPERADOS ......................................................................................................... 33
8 RESULTADOS ............................................................................................................................. 38
8.1 APLICACIÓN ANDROID ...................................................................................................... 38
8.2 CONFIGURACIÓN DISPOSITIVO WiFi ................................................................................. 41
8.3 PROGRAMACIÓN DE COMUNICACIONES.......................................................................... 43
8.4 PROGRAMACIÓN DE ACELERÓMETRO ............................................................................. 45
8.5 PROGRAMACIÓN Y ANALISIS DE TRAMA GPS ................................................................... 46
8.6 PRUEBA DE SENSOR INDUCTIVO EN BICICLETA ................................................................ 47
8.7 DISEÑO DE MANILLA EN SOLID EDGE ............................................................................... 48
8.8 PROGRAMACIÓN SENSOR DE TEMPERATURA .................................................................. 51
8.9 PROGRAMACIÓN SENSOR DE PULSO ................................................................................ 52
8.10 PROGRAMACIÓN DE LCD NOKIA 5110 .............................................................................. 53
8.11 PUESTA EN MARCHA DE DISPOSITIVO EN BICICLETA ....................................................... 55
8.12 PUESTA EN MARCHA DE MANILLA E-TEXITLE ................................................................... 56
8.13 MANUAL ............................................................................................................................ 57
Conclusiones ..................................................................................................................................... 62
9 Bibliografía ................................................................................................................................ 63
10 LISTA DE TABLAS ................................................................................................................... 67
11 LISTA DE FIGURAS ................................................................................................................. 68
5
1 JUSTIFICACIÓN
La constante inseguridad que afronta un ciclista a la hora de movilizarse genera
muchos temores para utilizar este sano medio de transporte diariamente, esto es
debido a que no hay precisamente una infraestructura adecuada para movilizarse
en la totalidad de la ciudad de Medellín y además, no existe ningún tipo de
garantía o apoyo por parte del Estado o las entidades de control de transporte,
para la utilización en todo momento de este medio. Además, la inseguridad que
existe al dejar la bicicleta amarrada mientras se realizan las actividades cotidianas
también genera desconcierto, ya que son constantemente robadas puesto que
generalmente no hay sistemas para monitorear a distancia la ubicación y estado
de la bicicleta. El objetivo de este proyecto es brindarle, a través de un sistema de
monitoreo bicicleta-usuario, una mayor seguridad a las personas a la hora de estar
montando bicicleta y además también al separarse de su medio de transporte.
La utilización de sistemas de comunicaciones facilita la correcta adquisición de
datos en tiempo real, además implementar la herramienta WiFly como alternativa
para la comunicación, genera la posibilidad de crear una conexión fácil y confiable.
La interacción con el micro controlador Arduino proporcionan una conexión directa
entre los dispositivos.
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2 OBJETIVO GENERAL
Desarrollar un sistema de monitoreo, utilizando comunicaciones inalámbricas y
dispositivos periféricos, para mejorar la seguridad de las personas que se
transportan en bicicleta en entornos urbanos de la ciudad de Medellín.
3 OBJETIVOS ESPECÍFICOS
Desarrollar un conjunto de tarjetas electrónicas prototipo que permitan su
integración con el vehículo y con el usuario para el monitoreo de variables
relacionadas con su integridad física y la seguridad de la bicicleta
Diseñar e implementar una interfaz de usuario para teléfono inteligente
(Smartphone) bajo sistema operativo Android
Establecer las comunicaciones entre los diferentes elementos del sistema,
ubicados sobre el vehículo y portados por el usuario, tanto por medios cableados
como inalámbricos.
Elaborar la documentación de proyecto y un manual de usuario que describa la
operación y utilización del sistema.
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4 MARCO REFERENCIAL
El uso de aplicaciones móviles para la implementación de nuevos servicios a la
vida cotidiana de los seres humanos, son un gran avance por todas las
herramientas que se desarrollan día a día para la manipulación de objetos o
servicios de manera remota.
Las primeras aplicaciones móviles datan de finales de los años 90, en las que
básicamente estas se encargaban de administrar archivos en forma de agenda, la
reproducción de ringtones, transmisión de datos en forma de mensajes de texto,
entre otras aplicaciones.
Con el pasar de los años la tecnología en dispositivos móviles fue avanzando lo
que permitió desarrollar nuevas aplicaciones mucho más exigentes que las
mencionadas anteriormente, tales como video juegos, Streams, ringtones
polifónicos, mp3, y formatos de video en HD, y muchas aplicaciones.
Es un hecho que las aplicaciones móviles para la manipulación de sistemas
electrónicos y mecánicos ya ofrecen un sinnúmero de soluciones para facilitar
procesos en muchos ambientes, por ejemplo en sitios de difícil acceso como la
zona submarina, se utilizan robots para en análisis de la superficie marina, la
biodiversidad en la zona, entre otras variables, o también para uso pedagógico
como el caso de un pez robot controlado por una aplicación móvil que promueve
mucho a los niños el entrar en el ambiente de desarrollo tanto informático como de
la electrónica. (Nicole Abaid, 2013)
La tecnología inalámbrica en la actualidad se ha venido utilizando cada vez de
manera más eficiente en las diferentes proceso industriales o de mejora en
rendimientos de sin número de procesos.
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En 2013 se implementó en la Universidad Pontificia Bolivariana un sistema de
monitoreo pos Sistema Global de Posicionamiento –GPS- capaz de almacenar
variables, particularmente de un vehículo eléctrico que se está desarrollando,
además de su transmisión respecto a la eficiencia que presenta el vehículo.
(Alzate, 2013)
También se han desarrollado sistemas que utilizan las comunicaciones
inalámbricas para mejorar el rendimiento y variables de consumo, como es el caso
que Investigadores del grupo CEMOS en la Universidad Industrial de Santander
(UIS), desarrollaron un prototipo para el monitoreo de los medidores de agua por
medio de cable telefónico en tiempo real, el cual resolvía la problemática de tener
que observar manualmente dichas variables. (Lisa Saavedra Moreno)
En 2010 Alberto Sánchez de la Universidad Carlos III de Madrid desarrolló un
sistema que implementa aplicaciones en dispositivos móviles y además monitoreo
de variables de forma inalámbrica de un panel que almacenan energía solar,
ofreciéndonos datos de la tensión y la corriente de la batería por medio del
protocolo de comunicaciones Bluetooth. (Infante, 2010)
Hay empresas ambientales como TECMES que se encargan de realizar redes de
conexiones inalámbricas para obtención de datos hidrometeoro lógicos y prevenir
inundaciones entre otras cosas que son muy útiles para la producción agrícola.
(Tecmes)
Otra de las aplicaciones de la telemetría, la trabajaron estudiantes del CES
quienes analizan de forma detallada los diferentes tipos de la telemedicina, como
se aprovechan las tecnologías tanto para aportar servicio médico como también,
9
dar asistencia educativa, monitoreo de equipos médicos llegando a tal punto de
Tele cirugía.
En la Universidad Distrital Francisco José de Caldas se desarrolló un sistema de
comunicación inalámbrica en la que a través de conexiones WiFi permitiera operar
una plataforma móvil analizando y visualizando videos en tiempo real en un
computador. (Andres Camilo Garcia Lozano)
También se desarrolló un dispositivo de localización GPS llamado BikeSpike que
básicamente te permite mediante una aplicación en ANDROID puedes detectar tu
bicicleta en todo momento y así evitar robos de esta.
Figura 1. Sistema BikeSpike (BikeSpike, 2013-2014).
BikeNet es un sistema que proporciona apoyo sobre una ruta específica, es decir,
toma datos cada que se pasa por una zona que contiene dichos sensores
analizando la velocidad, el ritmo cardiaco en dicha zona. (Shan B Eisenman, 2009)
10
Figura 2. Sistema BikeNet (Shan B Eisenman, 2009)
La función de la electrónica “wearable” o vestible es monitorear diferentes
variables del cuerpo humano, o del entorno que rodean al mismo; cuando se habla
de tecnología “wearable” se refiere al conjunto de elementos electrónicos que se
incorporan con alguna parte del cuerpo humano y que interactúan constantemente
con el usuario.
La tecnología “wearable” se encuentra presente en diferentes sectores, que tienen
como objetivo satisfacer las diversas necesidades de mejorar la calidad de vida de
los seres humanos, mejorando por ejemplo la salud de los pacientes, las
seguridad de las personas que se exponen a ciertos riesgos en sus labores diarias
o el entrenamiento de deportistas entre otros. (Wearablesenging, 2013-2014)
A nivel mundial, varios autores han desarrollado diferentes productos “wearable”,
algunos de los cuales se mencionan a continuación.
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Existen diversas maneras o productos que tratan de proporcionar o brindar una
sensación de seguridad a los ciclistas, pero muchas de ellas son a altos costos,
fáciles de robar o no son un sistema integrado, por lo que toca comprar productos
por separados como el caso del Samsung Galaxy S4 y su Samsung Gear, que son
totalmente compatibles pero tienen costos de aplicación muy elevados
Figura 3. Samsung Galaxy Gear (Nodal, 2013)
La toma de variables cuando los deportistas realizan actividades competitiva en
ciclistas se han venido analizando, en la Universidad de Texas, se han venido
desarrollando la toma de muestras de datos para mejorar el rendimiento de estos
y además un control de variables de importancia como por ejemplo el máximo
ritmo cardiaco. (Asker Jeukendrup, 1998)
Se han desarrollado muchos prototipos de manillas capaces de obtener datos de
Smartphones y mostrarlos en pantallas LCDs de colores realizando graficas de
rendimiento, mostrando temperatura o diversos datos de interés. Un ejemplo de
este tipo de prototipaje es el LEWE TheBiometricWrishtband, que a través de un
Arduino Mega, un Display a color, un Shield de Bluetooth y un RTC Shield provee
esta información.
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Figura 4. LEWE, prototipo de manilla biométrica (Landoni, 2014)
Otra modalidad más compacta que se viene desarrollando para este tipo de
sensados biométricos, es el dispositivo Atomwear que fue financiado y producido
por Kickstarter, es capaz de a través de una aplicación móvil, tomar datos como
los pasos realizados, distancia recorrida y temperatura, además de dar la hora con
este novedoso y pequeño dispositivo.
Figura 5. Atomwear, la manilla biométrica de tamaño compacto con aplicaciones dirigidas directamente de un
Smartphone
Wonjun Lee- Youn-Kyung Lee, quienes proponen desarrollar unos brazaletes para
ser empleados por personas de diferentes edades. Estos tenían la capacidad de
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generar calor o frio, con la finalidad de emplear las mismas para comunicar
emociones a través de la sensación térmica, esto ocurría cuando dos personas lo
usaban, y una le enviaba al otro calor o frio a través del brazalete. Sin embargo, al
momento de ser empleado el mismo se descubrió que las emociones que uno
expresaba no siempre se comprendían de manera adecuada por aquellas que la
recibía. (Lee, 2011)
Lisa K Simone y Derek G Kamper, realizaron el análisis de diseño de un guante
portátil con un enfoque específico, el de emplear sensores para medir los
movimientos de los dedos y de la mano de individuos con discapacidad física en
ambientes no controlados. El guante desarrollado por ellos presentó algunos
problemas con el sensor de flexión que emplearon, pues no era el adecuado y
debieron hacerle varias adaptaciones. (Kamper, 2005)
Marita Canina, Venere Ferraro, llevaron a cabo un proceso de investigación sobre
dos de los principales desarrollos que se han hecho en este campo; el primero de
ellos fue desarrollado por el MIT, llamado Bio-Life, este es un proyecto que
incorpora una red de sensores portátiles que le permitirán a un astronauta ver los
parámetros fisiológicos y de advertencia en una imagen 3D se muestra en una
pantalla portátil, sensores de lecturas como también se muestran en esta pantalla.
El segundo es un dispositivo portátil para el monitoreo fisiológico y formación en el
deporte de alto rendimiento desarrollado en el Laboratorio de Sistemas
Biomédicos (BSL) de la Escuela de Ingeniería Eléctrica y de Telecomunicaciones
de la Universidad de la Nueva Gales del Sur. Este es un sistema de información
en tiempo real, utilizando transmisión inalámbrica y biosensores incrustados en la
ropa y unido al cuerpo, capaz de monitorear diferentes variables del cuerpo
humano. (M. Canina)
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5 PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA
El uso de la bicicleta como medio de transporte es una cultura que se ha tratado
de aplicar en todo el mundo, no solo porque ayuda al medio ambiente reduciendo
las emisiones de combustible, sino porque ayuda al ciclista a mejorar su salud
general combatiendo la obesidad, reduce riesgo de infarto y además es una
actividad de ejercicio que se realiza con regularidad, como es recomendado por
los médicos.
Figura 6. Ventajas de una bicicleta (Gieco)
Debido a la constante inseguridad que se presenta a diario en el uso de
transportes individuales, como es el caso de la bicicleta, existe la posibilidad que
al parquear su vehículo para realizar las actividades diarias, este sea robado,
maltratado. También es posible sufrir un accidente provocado por un tercero o por
problemas de salud.
Con lo anterior se utilizan sistemas de comunicaciones empleando las nuevas
tecnologías, que facilitan la correcta adquisición de datos en tiempo real y con esto
el análisis de los diferentes cambios que se puedan realizar durante el tiempo de
toma de datos.
15
El uso de dispositivos bajo IEEE 802.11b/g como alternativa para la comunicación,
genera la posibilidad de crear unas conexiones confiables en el proyecto, además
que este tipo de dispositivos tienen diversa aplicabilidad y compatibilidad con
micro controladores y tarjetas de desarrollo.
Es por ello se va a desarrollar un sistema de monitoreo para la bicicleta y del
usuario y con ello brindando una mejor seguridad para todas las personas que
deseen utilizar este medio de transporte que ayuda tanto para la salud y aporta a
la disminución de gases que afectan el medio ambiente.
6 MARCO TEORICO
Las redes inalámbricas se han venido implementando como una nueva modalidad
para generar soluciones mucha más económicas en ambientes corporativos, ya
que estas ahorran costos en infraestructura, cableados y además presentan
facilidad de conexión entre cada una de las ramas que conforman la entidad, por
la segura transmisión de datos. También al haber una constante salida de
productos con tecnologías inalámbricas, tales como Smartphones, se han venido
mejorando los estándares de seguridad e incrementando también los de
transmisión de datos, por lo cual, se puede hablar de que esta es una tecnología
en constante crecimiento.
Las redes inalámbricas están regidas por estándares que garantizan seguridad,
velocidad, el uso de componentes que deben tener los dispositivos para
implementar este servicio
16
6.1 EL ESTANDAR IEEE 802.11 (RED WiFi)
El 802.11 o WiFi fue presentado como una nueva posibilidad de redes
inalámbricas presentada en el año 1985 por UnitedStates Federal
CommunicationsCommission (FCC) en donde se pretendía utilizar redes en
bandas de poco uso o de uso solo para electrodomésticos. Operando en este
espectro se evitaban interferencias, fue inventado por la organización WiFi
Alliance el término WiFi viene de Wirelessfidelity ya que para los usuarios recordar
el nombre tan extenso era muy complicado, por lo que se decidió este nombre
mucho más amigable. (Group)
Una red WiFi es toda aquella en la cual, la conexión se realiza de manera
inalámbrica y que cumple con los estándares IEEE 802.11.
Las redes WiFi se localizan en la banda de frecuencias de 2.5GHz según el
estándar 802.11b, 802.11g, 802.11n y para 5GHz el 802.11a, la velocidad de
transferencia va desde 144Mbps para un solo canal de 20MHz y 300Mbps en
unión de canales. (Enterprise) (Belanger, 2007)
Esta modalidad de transferencia de datos es óptima, debido a la gran capacidad
de envío de datos, su costo y además la gran acogida de los usuarios en los
últimos tiempos respecto a esta tecnología. Debido a esto, la gran mayoría de los
dispositivos que se producen hoy en día, llevan un módulo de comunicación
inalámbrico WiFi como Smartphones, Tabletas, Portátiles, etc. Además nos
proporciona una gran facilidad de adaptación ya que gran parte de la población
mundial está familiarizado de alguna manera con ellos.
Otro punto a favor que tiene las redes WiFi son los desarrollos que se realizan
constantemente para ampliar el alcance, a tal punto de realizar redes de 279Km
de distancia, esto demuestra, que se busca crear redes de alcance mundial, para
17
la transferencia de datos y con ello también una mayor cantidad de datos
transferidos. (AL, 2006)
Un módulo ejemplo que trabaja bajo esta norma 802.11, para conexiones WiFi, es
el módulo WiFly, que a pesar de su estructura 802.15.4, opera bajo estos
estándares, presentando grandes ventajas de los dos estándares.
6.1.1 WIFLY
Es un módulo desarrollado por MICROCHIP para la trasmisión de datos de una
forma mucho más sencilla ya que ofrece una transferencia de datos de manera
serial, pero por WiFi, esto permite utilizar ambas tecnologías y sacar su potencial
para la trasmisión de datos. Además su funcionamiento es tan sencillo que solo se
necesitan 4 pines del dispositivo para su configuración y su continua operación,
los cuales son 3.3V, GND, TX, RX. Ya con estos pines se crea una red
inalámbrica.
Las características de WiFly son:
Utiliza el estándar IEEE 802.11
Muy bajo consumo energético
Soporta redes Ad Hoc
3 entradas analógicas de sensores
Velocidad de transferencia de datos de hasta 464Kbps por UART
Soporta TCP/IP
Interfaz TTL UART (Microchip, Microchip)
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Figura 7. Modo de Operación del módulo WIFLY. (Microchip, Microchip)
6.2 REDES INALÁMBRICAS DE AREA PERSONAL Y ESTANDARES DE
COMUNICACIÓN IEEE 802.15.X
El estándar 802.15 genera un control sobre las redes de área personal (WPAN) o
redes de corta distancia, los estándares más conocidos son los siguientes:
6.2.1 ESTANDAR IEEE 802.15.1 (Bluetooth)
Bluetooth es un protocolo de comunicación inalámbrica para ambientes de
conexiones de redes de área personal (WPAN por sus siglas en inglés) que nos
permite la trasmisión de datos y voz entre dos dispositivos. Generalmente se
utiliza para la transferencia de archivos entre equipos móviles con el fin de evitar
los tediosos cables, y aunque no es muy usada, también sirve para crear
pequeñas redes inalámbricas con el fin de sincronizar datos entre ellos.
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Con el avance de los años, se han desarrollado varios tipos de Bluetooth
mejorando cada vez la potencia de dispositivo y con ellos el alcance. Van desde
100mW hasta 1mW, es decir una distancia entre 30m y 1m.
Como también se han mejorado los anchos de banda para la transferencia de
archivos, desde Bluetoothv1.2 con 1Mbit/s hasta el Bluetooth v4.0 con 24Mbit/s
conservando siempre las características principales que son, su bajo consumo
energético.
Con esta última implementación del Bluetooth v4.0 la empresa Special
InterestGroup (SIG) se ha lanzado a desarrollar esta versión con el fin de entrar en
mercados como la salud y el deporte entre otros campos.
Las características principales del Bluetooth v4.0 son:
Se maximizó el ahorro energético por lo tanto mayo tiempo en conectividad.
Ya que tiene una modulación para no causar interferencia con los dispositivos en
las bandas de 2.4GHZ tiene un rango aproximado de 100 metros.
Utiliza una topología en estrella el cual le permite que miles de dispositivos se
conecten al enlace y además se maximizó el tiempo de conexión y desconexión.
(Starr Million Baker, 2009) (Ashish Bhaskar, 2013) (Hackmann, 2006) (IT, 2005)
Figura 8. Dispositivo más común en el que se emplea Bluetooth para conectarse
Al celular con el fin de transferir voz (Espronceda, 2013)
20
6.2.2 ESTANDAR 802.15.2
El estándar IEEE 802.15.2 se encarga de resolver problemáticas en las redes
WPAN y estudia las caídas bajo dos categorías.
Un mecanismo no colaborativo que se basa en evadir interferencias entre las
WLAN y el Bluetooth, esto lo hace mediante un AdaptiveFrecuencyHopping (AFH)
y AdaptivePacketSelection And Scheduling (APSS).
Y un mecanismo colaborativo que trata de controlar la información cuando esta
entra al medio, esto mediante un PacketTrafficArbitration
(PTA),AlternatingWireless Medium Access (AWMA) o
DeterministicSpectralExcision (DSE) (Hackmann, 2006) (IEEE) (IT, 2005).
6.2.3 ESTANDAR 802.15.3
Este entandar se encarga de mostrar las alternativas o tecnologías para una
WPAN de alta velocidad, apareciendo con esto las redes Ethernet PHY y MAC,
estos dos están operando a 1 Mbps y 2Mbps en una banda de 2.4Ghz (IEEE) (IT,
2005)
6.2.4 ESTANDAR 802.15.4
El estándar IEEE 802.15.4 trata de redes WPAN de baja velocidad es decir pocos
datos de transmisión pero con la ventaja de tener un consumo mínimo de energía.
21
En el año 2003 se realizó la propuesta de este estándar, debido a la poca de
infraestructura inalámbrica de baja tasa de transmisión para redes de sensores, ya
que los estándares WiFi de la época estaban orientados a alto ancho de banda y
además su alto consumo de energía. (Arano, 2009-2010)
6.2.4.1 XBEE
Es uno de los módulos de transmisión inalámbrica más comunes y además de una
muy fácil configuración a través del programa X-CTU, el cual nos permite
fácilmente generar una red entre un módulo emisor y un receptor, así como
también administrar su seguridad. También nos proveen de tarjetas de
programación tales como la XBEE EXPLORER USB que facilitan el trabajo con
estos dispositivos.
Sus principales características son:
Bajo consumo: Unos 50mA en funcionamiento
Un alcance de hasta 100mts en línea visible y para los XBEE PRO hasta de
un 1.6Km
Interfaz serial.
Diminuto tamaño (Xbee.cl)
Figura 9. Se observa el tamaño extremadamente pequeño del módulo XBEE (Fickett, 2012) (IT, 2005)
22
6.2.4.2 MiWi
Es un protocolo de comunicación inalámbrica desarrollado por Microchip
Technology con el fin de ser aplicada para redes mucho más pequeñas que las
planteadas con Xbee, pero con ello también nos podemos beneficiar por su bajo
costo.
Las características principales del protocolo MiWi son:
Son redes privadas
Redes caseras o pequeñas
Bajo costo económico
Cumple con los estándares IEE 802.15.4
Un código pequeño para programar, pero limitado en la cantidad de nodos así
como en la cantidad de datos (16kbyte) (Moretto, 2008)
Figura 10. Árbol de Clúster según el estándar IEEE 802.15.4 (Blanco, 2007)
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En la figura 10 se muestra una red estándar, en donde hay un coordinador
principal al cual le llega información de las diferentes de área personal (PAN),
también observamos que hay equipos conectados tanto al PAN coordinador y el
administrador de la red, que tienen restricciones, estos son los RFD
6.3 SISTEMA OPERATIVO
Un sistema operativo es un conjunto de programas que se encargan de gestionar
los diferentes periféricos que posee el dispositivo para proveer con ellos servicios
para los programas de aplicación, generando así la funcionalidad total de cada
uno de los componentes que posee el sistema.
6.3.1 SISTEMA OPERATIVO ANDROID
Android es un sistema operativo diseñado para dispositivos inteligentes tales como
smartphones y tabletas. Es un sistema desarrollado en forma de código abierto
con el fin de que muchos programadores de todo tipo de software puedan realizar
los cambios respectivos a su dispositivo de acuerdo a sus gustos. Es respaldado
económicamente por Googley por desarrolladores de diversas marcas de
software, el cual lo hace un sistema operativo muy versátil y bastante seguro, ya
que se le invierte constantemente en nuevas versionas cada una de ellas mejor
que la anterior. (Gonzales, 2011)
Actualmente Android tiene la intención de incentivar a los grandes, medianos y
pequeños programadores permitiéndoles la creación de aplicaciones, con ello
busca crear un mercado de diversos software que permita al el usuario adquirir la
aplicación que necesite en el momento indicado. (source.android)
(SecurityByDefault, 2011)
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Al ser un dispositivo de gran uso en el mercado mundial, existen también las
desventajas de seguridad que como Windows al ser un sistema operativo global
recibe. Un ejemplo claro es el conocido MALWARE TAP SNAKE, el cual se
instalaba y se ejecutaba en un segundo plano y revelaba la ubicación exacta del
dispositivo sin permiso alguno.
Teniendo en cuenta la información anterior para contrarrestar estas situaciones se
han hecho recomendaciones para la descarga de aplicaciones para este sistema y
además las diferentes compañías como Symantec han diseñado aplicaciones
para combatir los malware. (SecurityByDefault, 2011)
Según las encuestas realizadas en España 9 de cada 10 usuarios utilizan un
sistema operativo Android, cual supone para nuestro caso, que es el sistema
operativo más conveniente para realizar la aplicación, además ofrece muchas
facilidades para el desarrollo de aplicativos que van dirigidos a usuarios
experimentados, hasta usuarios que apenas están empezando en el mundo de la
programación.
En Colombia existe un incremento del 25% del uso de teléfonos inteligentes según
E-commerce, además en el 66.5% de la población adulta usa Smartphones y es el
tercer mercado de mayor crecimiento en dispositivos IOS y Android, por lo que el
uso de aplicaciones Android presenta un amplio campo de operación.
Un ejemplo de ellos es la aplicación Eclipse, el cual es una herramienta de
programación en código abierto, diseñado para realizar diversas aplicaciones
multiplataforma utilizando código de programación Java. (Wikipedia, 2014)
Otra herramienta para usuarios con menos bagaje en el mundo de la
programación es Appinventor, el cual ofrece diversas formas bastante gráficas
para la creación de aplicaciones Android. (Inventor, 2012-2014)
25
6.4 SISTEMAS DE PROTOTIPADO RÁPIDO
Los sistemas de prototipado rápido, nos ofrecen una gran variedad de entradas,
salidas y protocolos sobre los cuales desarrollar diversas clases de aplicación, de
una manera muy fácil, sencilla y económica. Además permite una gran versatilidad
de almacenamiento de información y también un sencillo lenguaje de
programación
6.4.1 PLATAFORMA ARDUINO
Arduino es una plataforma de desarrollo de software libre, la cual ofrece muchas
facilidades para la implementación de aplicaciones en el ámbito electrónico,
además al ser libre, fácilmente se pueden tanto realizar como encontrar cualquier
tipo de librería para la aplicación que necesites.
La configuración del WiFly se realiza mediante dos metodologías, el protocolo
telnet, para ingresar en modo de comandos, o utilizando la comunicación serial
para llegar también a esto último.
Arduino opera bajo varios lenguajes de programación tales como C, C++, C#, Java
entre otros, en nuestro caso, vamos a desarrollar el código en lenguaje C, ya que
facilita la interacción con los dispositivos electrónicos. (Bell, 2013)
6.4.2 PLATAFORMA CHIPKIT
Chipkit es una herramienta de desarrollo libre, diseñado y soportado por la
empresa electrónica Microchip, al ser una empresa de mucho alcance y
26
trayectoria, desarrollaron una plataforma de desarrollo muy similar al Arduino, pero
con las ventajas que tiene los micro-controladores PIC32 frente a los ATMega que
proveen en Arduino, con esto y además de gran variedad de puertos para
desarrollo y cantidad de pinas para la implementación de circuitos, es tomada
como una herramienta muy poderosa al desarrollar aplicaciones electrónicas.
(Microchip, tecnoimprese)
Figura 11. Diagrama de flujo generalizado del dispositivo.
6.4.3 PLATAFORMA LILYPAD
Es una placa con micro-controlador diseñado para prendas y e-textiles; este se
puede utilizar con complementos similares como fuentes de alimentación,
sensores actuadores unidos por hilo conductor.
27
Figura 12. Arduino Lilypad (Sparkfun, Sparkfun)
6.5 SENSORES A IMPLEMENTAR
Durante el transcurso del proyecto se van a implementar diversos sensores que
entregaran de forma oportuna la toma de algunas variables relacionadas con el
ambiente y posicionamiento del objeto.
6.5.1 ACELEROMETRO
Es un dispositivo electrónico digital que es capaz de entregarnos a través de la
aceleración, una posición aproximada en ángulo en grados. En nuestro caso se
implementó un IMU 6D0F el cual es una acelerómetro y giroscopio, es decir nos
da cada una de las posiciones en ángulo y cada uno de los ejes del plano
cartesiano. El chip del acelerómetro es el ADXL345 y el giroscopio ITG-3200.
Este sensor se comunica a través de I2C y nos da 6 grados de libertad.
28
Figura 13. Acelerómetro utilizado en el montaje (Sparkfun, Sparkfun, 2014)
6.5.2 GPS
Sistema de posicionamiento global GPS, es un equipo sofisticado capaz de ubicar
cualquier persona u objetos dentro de la superficie terrestre. El sistema está
conformado por una red de 24 satélites en órbita encargados de tomar cada una
de las posiciones cuando un GPS empieza a emitir.
La ubicación la hace con el tiempo que se demora en enviar la señal del GPS a los
satélites en órbita, devolviendo tramas en horas minutos segundos, norte o sur, y
también horas minutos segundos este u oeste según sea necesario.
El sistema empleado durante el desarrollo del proyecto fue diseñado por Quectel,
el cual cuenta con puertos de trasmisión serial además de un módulo GPSL50
29
Figura 14. Tarjeta de desarrollo con módulo GPS (Quectel)
6.5.3 SENSOR INDUCTIVO
El sensor inductivo es un componente robusto que se encarga de a partir de un
campo electromagnético generado por el dispositivo y al presentar un material
metálico entrando al sistema, éste realiza un switcheo dando como resultado la
detección de un metal. Dependen mucho del núcleo de blindaje ya que de estos
dependen la distancia de emisión y por lo tanto la de detección de metales.
Figura 15. Sensor de proximidad Inductivo (OsiSenseXS)
30
Figura 16. Diagrama de conexión de sensor inductivo proximidad (OsiSenseXS)
6.5.4 SENSOR DE TEMPERATURA
Este es un pequeño sensor tipo termistor. Este sensor tendrá una salida de 0.5V a
0 grados C, 0.75V a 25 grados C y 10mV por cada grado centígrado, el MCP9700
detecta el toque físico basado en el calor del cuerpo y en las condiciones
ambientales.
31
Figura 17. Sensor de temperatura utilizado en el montaje (Sparkfun, Sparkfun)
6.5.5 TARJETA SD
El módulo Shield para tarjetas SD se encarga de almacenar la información
suministrada cada cierto tiempo por los sensores inductivos, GPS y acelerómetro.
La conexión se realiza mediante SPI y se utilizan librerías tales como SD.h para el
control de archivos.
Figura 18. Shield para tarjetas SD (Bolaños, 2014)
32
6.5.6 SENSOR DE PULSO
El cual está formado por un sensor de ritmo cardiaco óptico, una etapa de
amplificación y un filtro para el ruido, lo cual hace que su señal de salida sea
confiable y estable. El consumo de corriente es bajo siendo de 4mA con una
alimentación de 5V.
Figura 19. Sensor de pulso utilizado en el montaje y diagrama (Sparkfun, Sparkfun)
6.5.7 LCD GRAFICO
Se utilizó, un LCD Nokia 5110 para el desarrollo del sistema, ésta tiene una
resolución de 84 x 48 píxeles sobre los que se puede dibujar gráficos o textos,
consta de 4 leds blancos para iluminar la pantalla, por lo que se puede utilizar en
condiciones de poca o ninguna luz.
33
Figura 20. LCD Nokia 5110 implementado (Sparkfun, Sparkfun, 2014)
7 RESULTADOS ESPERADOS
Al final de proyecto se contará con un prototipo de telecomunicaciones inalámbrico
que será capaz de comunicarse de manera autónoma con la interfaz desarrollada
para sistema operativo Android en celulares Smartphones, una manilla que
registrara variables de importancia para el que opera la bicicleta, además de esto
un documento que sustenta lo que se va realizando y bajo que normatividad se
está trabajando, y por ultimo un manual de uso del dispositivo.
El diseño preliminar está basado en la configuración de dispositivos a
implementar, tales como son el módulo de WIFI, sensores tales como
acelerómetro, GPS, medidor de distancia, entre otro, así también como el
desarrollo en paralelo de la aplicación móvil, tomando en cuenta el orden de ideas,
se llega a un fin, la implementación del prototipo.
34
Tomando en cuenta el procedimiento anterior, se espera que cada uno de los
diferentes dispositivos y accesorios se puedan sincronizar de manera efectiva,
enviando y recibiendo datos cada cierto tiempo, esto con el fin de mostrar la
información pertinente de la ubicación y el estado del usuario según se lo requiera
Finalmente con todo lo anterior en orden, se procede a pulir la aplicación
desarrollada para sistema operativo Android y además del posible montaje del
dispositivo en funcionamiento en una bicicleta real de ser posible, ya que la
implementación y montaje en una bicicleta real puede llegar a incrementar costos
del proyecto por lo cual es indispensable analizar con anterioridad esto.
35
El diseño preliminar del desarrollo de la manilla se presenta de la siguiente
manera.
36
ACTIVIDADES DESCRIPCIÓN
Actividad 1 Configuración módulo WiFly a red AdHoc en celular Smartphone
Actividad 2
Configurar mediante el protocolo de red Telnet, el dispositivo
WiFly RN-XV para que pueda conectarse directamente a nuestro
dispositivo Smartphone de manera automática.
Actividad 3
Desarrollo de aplicación Android mediante el software de
programación Eclipse, que realice comunicaciones bidireccional
en protocolo tcp, sin pulir.
Actividad 4
Programación de chipkit para recibir información proporcionada
por la App hecha en Eclipse
Actividad 5
Realizar pruebas de montaje para guardar información en
memoria SD y comenzar pruebas de implementación del
Acelerómetro y Giroscopio
Actividad 6
Montaje de sensor de proximidad inductivo para medir distancia
recorrida en protoboard y posteriormente en bicicleta
Actividad 7
Desarrollo de programación para la implementación del GPS, y
además mezcla del todo el código generado en las aplicaciones
anteriores
Actividad 8
Montaje de protoboard del medidor de pulso cardiaco y pruebas
de transmisión de información
Actividad 9
Diseño de circuito electrónico de las implementaciones
realizadas anteriormente mediante el ambiente de diseño EAGLE
y montaje de la tarjeta prototipo funcional
37
OBJETIVOS DESCRIPCIÓN
Objetivo 1
Configurar mediante el protocolo de red Telnet, el dispositivo
WiFly RN-XV para que pueda conectarse directamente a nuestro
dispositivo Smartphone de manera automática.
Objetivo 2
Desarrollar una comunicación entre el celular y el micro
controlador para el paso de datos a través de protocolos TCP/IP
mediante la aplicación Eclipse y el entorno de desarrollo de
Arduino.
Objetivo 3
Ejecutar un montaje con los sensores o variables a controlar, en
nuestro caso, acelerómetro, giroscopio, GPS, medidor de
distancia, dispositivo medidor de pulso cardiaco.
Objetivo 4
Realizar pruebas de transmisión y recepción de datos, análisis
de información para la realización del circuito final en la
herramienta de desarrollo EAGLE para el montaje final.
Tabla 1. Descripción de las actividades realizadas para cumplir los objetivos
38
8 RESULTADOS
Durante el desarrollo de las diferentes etapas del proyecto, se presentaron varios
retos que finalmente se completaron, tales como el diseño de una App en lenguaje
Java para dispositivos Android, los diferentes resultados obtenidos durante el
desarrollo del proyecto son los siguientes:
8.1 APLICACIÓN ANDROID
El aplicativo para sistema operativo Android se desarrolló mediante el uso del
entorno de desarrollo Eclipse, toda implementación está hecha en código Java.
En la programación de eclipse hay 3 archivos de alta importancia que van a servir
para el desarrollo de la App:
Figura 21. Vista de archivos principales en Eclipse
39
MainActivity: Es donde se desarrollan todas las actividades, es el corazón
del programa allí se configuró la conexión TCP automática a el WiFly,
además del programa encargado de enviar y recibir los datos que se
requieran.
Figura 22. Vista de MainActivity en plataforma Eclipse
Layaout: Es la interfaz gráfica de nuestra App, configuramos botones,
textos, textview, edittext y varios componentes con los que el usuario va a
interactuar.
40
Figura 23. Vista gráfica de App diseñada en Eclipse
AndroidManifest: En este archivo, se configura la versión mínima y máxima
permitida de sistema Android, además de los permisos especiales que
podría llevar nuestra aplicación tales como la conexión a internet o
habilitación de puertos de comunicación
41
Figura 24. Vista de AndroidManifest desde Eclipse
8.2 CONFIGURACIÓN DISPOSITIVO WiFi
WiFly RN-XV es un dispositivo WiFi económico que nos permite de manera muy
simple crear redes inalámbricas de comunicación entre dispositivos con puerto
serial y software de comunicación, esto lo permite ya que tiene comunicación RX-
TX a TCP o UDP según se desee utilizar.
La configuración del dispositivo WiFly se puede realizar de dos maneras,
utilizando la comunicación serial y enviar comandos de configuración, o utilizando
conexión Telnet directamente con el dispositivo, para el desarrollo del proyecto se
utilizó comunicación Telnet hacia la IP de fábrica 169.254.1.1 en el puerto 2000,
para lograr esto, se debe utilizar la conexión AdHoc colocando el pin 8 a VCC,
luego de esto se generará una red a la cual accederemos y procedemos con la
configuración del dispositivo. Se configuró una IP perteneciente a la red en la que
va a conectarse, la red del Smartphone, la red es 192.168.43.13 y la del
dispositivo es 192.168.43.148. También se configuró el protocolo de comunicación
42
TCP para la recepción y envío de datos, y el puerto por el cual se van a recibir los
datos así mismo el nombre SSID de la red, la conexión automática a la red
asignada.
Figura 25. Conexión de pin 8 a VCC para punto de red AdHoc (UC3M, 2013)
Figura26.PinOut de WiFly según DataSheet
43
Figura27. WiFly en funcionamiento junto con los demás componentes
8.3 PROGRAMACIÓN DE COMUNICACIONES
Las comunicaciones en el circuito son de alta importancia para el sistema ya que
de ellas depende la obtención de datos de manera oportuna en cada uno de los
sensores. La comunicación principal que se debe realizar, es la creación de un
Socket de comunicación TCP entre el dispositivo WiFly y el App Android, luego se
realiza un programa en el micro-controlador que se encargue de recibir los
mensajes TCP por el puerto serial, y dependiendo de que diga el archivo el
programa va a entregar la información requerida.
Toda la programación se realizó en los IDE respectivo para cada plataforma de
desarrollo y el código fue realizado en lenguaje C.
44
Figura 28. Entorno de desarrollo Arduino y Chipkit
Ya realizadas las comunicaciones, si se desea obtener los datos se debe enviar
utilizar la App desarrollada en donde tenemos 3 botones para obtener datos de
acelerómetro, distancia y GPS.
El sistema tarda un tiempo en obtener la información ya que constantemente
además de pedirse los datos, está realizando funciones de guardado y conexión a
GPS constantemente, por lo que el proceso es largo y además repetitivo.
45
8.4 PROGRAMACIÓN DE ACELERÓMETRO
El acelerómetro es un dispositivo primordial ya que nos va a dar alternativas de
desarrollo para un trabajo futuro y además forma parte del sistema de alarma
silenciosa cuando el usuario está separado de la bicicleta ya que al tener un
ángulo y tomar una serie de muestras en un tiempo determinado, se puede
adquirir si la bicicleta esta quieta o no. El sistema que se agregó cuenta con
acelerómetro y giroscopio el cual nos permite con 6 grados de libertad certificar un
movimiento ocurrido en la bicicleta.
La programación del acelerómetro digital se hizo mediante protocolo I2C
modificando registros para la obtención de datos en cada eje X,Y, Z, luego se
agregan los caracteres recibidos en un array para procesarlos. También se realiza
una configuración inicial para tomar la referencia sobre la cual el acelerómetro va
a empezar a medir y posteriormente se pone en modo de medición.
Para la conexión I2C se utilizó la librería Wire.h para leer datos I2C que entrega el
dispositivo y además inicialmente enviarle tramas de inicialización o configuración
mencionadas antes como “modo medición”.
Luego de obtener una serie de muestras que representan cada uno de los ejes
realizamos una operación para convertir en un plano YZ el ángulo que deseamos
tomar como referencia en nuestra bicicleta y lo convertimos a grados.
Esta información la almacenamos en una micro SD cada 4s aproximadamente y
además dejamos en espera a recibir un dato por parte de la App para enviar la
información vía WiFi.
También se desarrolló un sistema de detección de movimiento tomando muchas
muestras en un tiempo determinado y observando cuando habían o no movido la
bicicleta, enviado un mensaje de alerta a la App.
46
Figura29. Parte de código de programación acelerómetro
8.5 PROGRAMACIÓN Y ANALISIS DE TRAMA GPS
El GPS que se empleó fue un desarrollo de Quectel compatible con Arduino el
cual es un Shield que contiene un módulo GPS L50 que nos entrega de una
manera sencilla por serial, tramas de conexión en formato NMEA.
Las tramas NMEA que presentaba el sistema eran GPGRS, GPGGA, GPGSV,
GPRMC, las tramas siempre empiezan por GP, y nos presentan información de
interpretación como GPGSV que nos presenta información de los satélites en
alcance, la elevación ángulo y potencia de alcance. (sites)
47
La trama que analizamos para la toma de datos fue la GPGGA la cual nos muestra
la información en gados minutos y segundos norte o sur, grados minutos y
segundos este u oeste, el tipo de conexión, número de satélites siguiendo, altitud;
un ejemplo de esta trama es la siguiente:
Figura30. GPS en funcionamiento enviando tramas de Latitud y Longitud
8.6 PRUEBA DE SENSOR INDUCTIVO EN BICICLETA
Se realizó la instalación de un sensor inductivo en la bicicleta en el marco de la
bicicleta mirando la llanta, esto con el fin de agregar un dispositivo metálico en la
llanta y adquirir el número de vueltas que nos genera el sensor, es decir, cada que
pasa el objeto metálico es una vuelta de recorrida. Con ello podemos calcular la
distancia recorrida máxima en un tiempo determinado y si vamos a tomar la
velocidad sólo se toma el tiempo en ciclos de máquina en que el sensor debe
48
Figura 31. Instalación de sensor inductivo en bicicleta
Figura 32. Vista de los componentes en protoboard y bicicleta
8.7 DISEÑO DE MANILLA EN SOLID EDGE
Durante el proceso de creación de la manilla se realizó un diseño de prototipo
gráfico en Solid Edge para determinar lo forma y la ubicación de componentes, es
decir, como deben ubicarse los componentes para obtener un diseño cómodo para
el usuario y además que cumpla con el tamaño requerido.
Las diferentes capas del diseño son las siguientes:
49
Figura 33. Vista lateral derecha de diseño hecho en Solid Edge
Figura 34. Vista lateral izquierda de diseño hecho en Solid Edge
50
Figura 35. Vista lateral inferior de diseño hecho en Solid Edge
Figura 36. Vista lateral superior de diseño hecho en Solid Edge
51
Figura 37. Diseño Final realizado en Solid Edge
Durante el desarrollo del proyecto, se realizaron ajustes al diseño por ergonomía
de la manilla y además componentes que se han cambiado durante el desarrollo
mismo.
8.8 PROGRAMACIÓN SENSOR DE TEMPERATURA
El sensor de temperatura que se implementó es en base a la tecnología E-Textile
ya que va cosido sobre una manilla con hilo conductor que facilita las conexiones
sobre prendas de vestir.
Es un sensor que nos da 10mV por voltio, por lo que hay que realizar una fórmula
para obtener la temperatura en la conversión análoga digital que se realiza en el
programa del micro controlador.
52
Figura 38. Fragmento de código de Temperatura
8.9 PROGRAMACIÓN SENSOR DE PULSO
El sensor de pulso se trabajó en base a un ejemplo implementado por la compañía
que diseño el sistema de muestras, se le hizo una adaptación para micro
controladores Lilypad ya que utilizaba otro tipo de interrupciones para la obtención
de los datos análogos que posteriormente iban a ser procesados y caracterizados
en una formula en la que finalmente nos entregaba un valor de BPM (Beats Per
Minute).
53
Figura 39. Fragmento de código implementado en sensor de pulso
Se realizaron pruebas de funcionamiento con el demo desarrollado en processing
en donde con una interfaz gráfica podemos ver el pulso como si fuese un
electrocardiograma
8.10 PROGRAMACIÓN DE LCD NOKIA 5110
Sin duda la interfaz de usuario es importante para la observación de los datos a
los cuales se desean hacer seguimiento, para personas que realizan ejercicio
constantemente pero presentan problemas cardíacos , es importante tener
siempre el nivel del pulso y prevenir infartos, o también observar que valores de
temperatura estén dentro de los parámetros.
En la implementación del LCD se utilizó la librería para su operación Adrafruit.h,
en la que se observa claramente la forma de inicialización, limpieza de LCD, se
54
puede modificar tamaño de la letra, al ser gráfico se pueden hacer animaciones
para fondos de pantalla y videos.
La comunicación de la manilla se realiza a través de comunicación SPI (Serial
Peripheral Interface)
Figura 40. Código implementado en la inicialización y escritura del LCD
55
8.11 PUESTA EN MARCHA DE DISPOSITIVO EN BICICLETA
El dispositivo funcionando presenta por dentro y por fuera la siguiente forma:
Figura 41. Diseño Final dispositivo prototipo funcional vista superior
56
Figura 42. Diseño Final prototipo funcional interior
8.12 PUESTA EN MARCHA DE MANILLA E-TEXITLE
La manilla finalmente tiene la siguiente presentación:
Figura 43. Diseño prototipo manilla
57
Figura 44. Diseño Final prototipo manilla vista desde atrás
8.13 MANUAL
1. Crear desde el celular Smartphone una red VPN para permitir conexión del
dispositivo WiFi, se deben seguir los siguientes pasos:
58
59
2. Poner el dispositivo de la bicicleta en encendido
3. Esperar a que el LED del WiFly cambie de amarillo-Rojo a Verde
4. Observar que el LED verde está titilando
5. Abrir el App desarrollada y comprobar que el LED verde deja de titilar
60
6. Esperar aproximadamente 5 minutos mientras el GPS se conecta (Se debe
estar en un espacio abierto para que este pueda conectarse)
7. Observar LED de conexión exitosa de GPS
8. Presionar cualquiera de los botones uno por uno según necesite la
información y esperar respuesta. (No desesperarse, el sistema funciona
pero muchas veces el programa del micro controlador está realizando
diversas tareas y tarda cuestión de segundos extra.
61
9. Si se desea conocer la posición global de un mapa real, pedir valores de
GPS, como respuesta debe recibir Latitud y Longitud, posterior mente
ingresar a https://maps.google.com/
62
Conclusiones
El uso de App móviles para la adquisición de datos aportó información crítica en
tiempo real, información que posteriormente se ve almacenada en una tarjeta mico
SD la cual proporcionará para un médico, datos que estadísticos que analicen el
estado del usuario que porta el sistema, además al ser un dispositivo tan versátil,
el prototipo está abierto a modificaciones para el sensado de otro tipo de
sensores.
Al realizar conexiones con redes WiFi utilizando protocolo TCP y además
configurando directamente las redes a utilizar, el sistema tiene un incremento de
seguridad y además la posibilidad de personalización de un sistema es decir, es
único según la persona lo requiera.
El acelerómetro implementado tiene también un chip giroscopio que complementa
la medida tomada en el eje YZ proporcionada por el sistema. Como trabajo a
implementar existe la posibilidad de crear un sistema de seguridad ante choques,
es decir, al tener información en varios planos, podremos percibir cuando ocurre o
no un accidente y notificar mediante mensaje de texto a un familiar ingresado
previamente, que ocurrió un posible accidente.
La creación de una App que proporcione datos GPS de objetos alejados, se puede
ligar como trabajo futuro a paginas de mapas tales como googleMAPS, ya que al
ingresar latitud y longitud, éstas nos pueden dar la ubicación aproximada de
nuestro sistema en un mapa real.
63
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67
10 LISTA DE TABLAS
Tabla 1.Cronograma de actividades para cumplir los objetivos, además el
desarrollo sistemático de cada actividad
68
11 LISTA DE FIGURAS
Figura 1. Sistema BikeSpike 9
Figura 2. Sistema BikeNet 10
Figura 3. Samsung Galaxy Gear 11
Figura 4. LEWE, prototipo de manilla biométrica 12
Figura 5. Atomwear, la manilla biométrica de tamaño compacto con aplicaciones
dirigidas directamente de un Smartphone 12
Figura 6. Ventajas de una bicicleta 14
Figura 7. Modo de Operación del módulo WIFLY 18
Figura 8. Dispositivo más común en el que se emplea Bluetooth para conectarse
Al celular con el fin de transferir voz 29
Figura 9. Se observa el tamaño extremadamente pequeño del módulo XBEE 21
Figura 10. Árbol de Clúster según el estándar IEEE 802.15.4 22
Figura 11. Diagrama de flujo generalizado del dispositivo. 26
Figura 12. Arduino Lilypad 27
Figura 13. Acelerómetro utilizado en el montaje 28
Figura 14. Tarjeta de desarrollo con módulo GPS 29
Figura 15. Sensor de proximidad Inductivo 29
Figura 16. Diagrama de conexión de sensor inductivo proximidad 30
Figura 17. Sensor de temperatura utilizado en el montaje 31
Figura 18. Shield para tarjetas SD 31
Figura 19. Sensor de pulso utilizado en el montaje 32
Figura 20. LCD Nokia 5110 implementado 33
69
Figura 21. Vista de archivos principales en Eclipse 38
Figura 22. Vista de MainActivity en plataforma Eclipse 39
Figura 23. Vista gráfica de App diseñada en Eclipse 40
Figura 24. Vista de AndroidManifest desde Eclipse 41
Figura 25. Conexión de pin 8 a VCC para punto de red AdHoc 42
Figura 26.PinOut de WiFly segúnDataSheet 42
Figura 27. WiFly en funcionamiento junto con los demás componentes 43
Figura 28. Entorno de desarrollo Arduino y Chipkit 44
Figura29. Parte de código de programación acelerómetro 46
Figura30. GPS en funcionamiento enviando tramas de Latitud y Longitud 47
Figura 33. Instalación de sensor inductivo en bicicleta 48
Figura 34. Vista de los componentes en protoboard y bicicleta 48
Figura 35. Vista lateral derecha de diseño hecho en Solid Edge 49
Figura 36. Vista lateral izquierda de diseño hecho en Solid Edge 49
Figura 37. Vista lateral inferior de diseño hecho en Solid Edge 50
Figura 38. Vista lateral superior de diseño hecho en Solid Edge 50
Figura 39. Diseño Final realizado en Solid Edge 51
Figura 40. Código implementado en la inicialización y escritura del LCD 54
Figura 41. Diseño Final dispositivo prototipo funcional vista superior 55
Figura 42. Diseño Final prototipo funcional interior 56
Figura 43. Diseño prototipo manilla 56
Figura 44. Diseño Final prototipo manilla vista desde atrás 57
