Bastón inalámbrico virtual para personas con poca visibilidad Concepción Martínez Ávila (Becario)

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1 Tlamati Sabiduría Volumen 8 Número Especial 2, Octubre r. Encuentro de Jóvenes en la Investigación de Bachillerato-CONACYT Acapulco, Guerrero 4, 5 y 6 de octubre 2017 Memorias Bastón inalámbrico virtual para personas con poca visibilidad Concepción Martínez Ávila (Becario) avilacony26@gmail.com Preparatoria No. 46 Modalidad Mixta. Universidad Autónoma de Guerrero Dr. Antonio Alarcón Paredes (Asesor) aalarcon@uagro.mx Profesor-investigador de la Maestría en Ingeniería para la Innovación y Desarrollo Tecnológico (MIIDT). Facultad de Ingeniería Universidad Autónoma de Guerrero Resumen El bastón inalámbrico está diseñado para personas con poca y total falta de visibilidad, su diseño está elaborado para que la persona solo lo utilice en la mano, en sustitución a un bastón, y en este caso, al ser un diseño compacto ( un brazalete), la persona pueda moverse con más facilidad y libertad, el funcionamiento de éste está basado en la detección de distancia, la cual a través de la programación nos detecta tres diferentes distancias, las cuales a través de un sensor de proximidad encienden tres motores; el primero está programado para que al metro de distancia de un determinado obstáculo éste se encienda, el segundo a la distancia de medio metro encenderá, el tercero encenderá al detectar el obstáculo a una distancia de 20 cm., los cuales comienzan a transmitir la alerta al usuario que ya está apunto impactar con algo, porque estarán los tres encendidos de una manera serial, esto quiere decir que todos estarán encendidos, evitando que el usuario se impacte y sufra alguna lesión.

2 Tlamati Sabiduría Volumen 8 Número Especial 2, 2017 Introducción Sea por un accidente, una enfermedad o simple genética, el no contar o perder el sentido de la vista es algo inimaginable para cualquier ser humano, pues las personas nos hacemos indispensables de nuestros sentidos, y simplemente nos podemos inmovilizar por la falta de uno de ellos, más si hemos contado con este durante gran parte o toda nuestra vida hasta ese momento, pero cuando por algún factor sea cual sea, nos vemos en la perdida de alguno de ellos, nos vemos en plena necesidad de algún artefacto o producto que nos ayude a llevar una vida más plena. El perder la vista, es algo que puede pasarnos a cualquiera, uno no queda exento a que por diferentes motivos podamos perder el sentido de la vista, ante esta situación se hace una propuesta accesible para que las personas que han perdido la visibilidad, puedan llevar una vida plena, a continuación, a través de diferentes propuestas se realiza el bastón inalámbrico virtual, para personas con poca visibilidad o la total perdida de ella, este producto viene a ser una gran ayuda para las personas que tienen la necesidad de utilizarlo, pues si se investiga el tema a fondo, podemos darnos cuenta de lo que una persona sufre solo por el simple hecho de no encontrar su bastón convencional, es por ello que el bastón inalámbrico viene a ser una gran propuesta. Se busca que este sustituya al bastón convencional al ser un producto más práctico y de más confianza, la persona puede utilizarlo como un simple brazalete, pues su diseño viene a ser esto, a través de un sensor de proximidad detectara los obstáculos que se encuentren en el camino del sujeto. Si este producto se realiza, viene a ser una herramienta más práctica para nosotros. En ocasiones las personas que sufren de la vista suelen tropezar incluso con su mismo bastón, éste al ser inalámbrico nos evita este problema o variante. No genera un gran costo realizarlo. E incluso no conlleva tanto tiempo el realizarlo, únicamente conocer las bases fundamentales. Al realizar un estudio de investigación de diferentes productos en el mercado nos encontramos con la variante que este es un producto muy costoso, que una persona común no puede pagar. Algunos otros productos continúan manteniendo el sistema convencional de un bastón, sus elevados costos imposibilitan el adquerimiento de uno, pues los que existen hoy en día mantienen un precio de arriba de los 15, 000 pesos. Incluso el costo de un bastón convencional sobrepasa el precio de 300 pesos. Además de su complicada elaboración, todos los bastones inalámbricos han sido desarrollados con una complicada tecnología que no cualquier persona desarrolla.

3 Memorias del 4 Encuentro de Jóvenes en la Investigación de Bachillerato-CONACYT Acapulco, Guerrero 4, 5 y 6 de octubre 2017 En cuba se desarrolló un trabajo parecido, con la utilización de Arduino, sensor de proximidad, y algunos otros componentes, la diferencia es que este prototipo continúa con la monotonía del diseño de los bastones convencionales. El bastón inalámbrico de tipo brazalete, que es el diseño propuesto viene cubrir muchas más expectativas, pues no se corre el riesgo de tropezar con él, e incluso solo es cuestión de un guardado adecuado a la hora de dormir u otras actividades que requieran su desprendimiento, cuenta con guarda pilas, en el cual no se corre el riesgo de apagarse y no tener repuesto, un dispositivo cómodo y muy eficiente. Realizar este prototipo vendrá a ayudar a muchas personas que necesitan de este producto, no viene a afectar su bolsillo, pues su costo es mínimo. Se puede ayudar a personas incluso tanto en escuelas como hospitales Justificación Sin duda alguna el Bastón inalámbrico virtual para personas con poca visibilidad debe realizarse para brindarles una mejor calidad de vida a personas que padecen de la vista. Es un producto que no afecta el bolsillo, pues su realización no genera un gran costo, el cual no excede de los 600 pesos, además de su excelente diseño compacto y ajustable a cualquier persona de cualquier edad. Al tener integrado un botón de encendido y apagado podemos ahorrar batería, haciendo que la energía nos dure por más tiempo. ahí muchas variantes en otros prototipos que impiden su desempeño de una forma enfática, el nuestro es así una herramienta de apoyo para las personas que sufren de la ausencia visual y no cuenta con elevado ingreso económico. Pues sus componentes son de bajo presupuesto y es una tecnología que nuestra universidad es capaz de desarrollar al menor costo posible. Objetivos Objetivo General Revolucionar la fabricación de un bastón común, para personas que sufren total o parcialmente de la vista. El cual detecte las distancia por medio del uso de un sensor ultrasónico de proximidad. Objetivos Específicos

4 Tlamati Sabiduría Volumen 8 Número Especial 2, 2017 Diseñar el código específico en plataforma Arduino. Interconectar los componentes electrónicos para un adecuado funcionamiento. Diseñar el prototipo en 3D. COMPONENTES: Arduino nano Sensor de proximidad Motor vibrador (dos en este caso) Driver L293D Placa de baquelita Pila de 9 volts Un dip Swift Impresiones 3D Bastón inalámbrico virtual para personas con poca visibilidad El funcionamiento de este bastón, se pretendió desde primera estancia que fuera a través del programa en Arduino, en el cual se hiciera funcionar un sensor de proximidad el cual emitiera un mensaje a los motores, los cuales alertarían al usuario su aproximación a un obstáculo. Componentes y su funcionamiento para desarrollar nuestro proyecto. Arduino nano. Las placas Arduino son capaces de leer las entradas entradas, y convertirlas en salida, es una herramienta que gracias a su sencillez se ha utilizado y será utilizada en el desarrollo de varios proyectos. Los software y hardware que pueden desarrollarse en esta plataforma, además, son códigos muy sencillos, que lleva a una fácil creación a personas principiantes, pues no es nada difícil de poder utilizar. Cuenta además con una memoria interna, la cual está encargada de conservar el mensaje recibido.

5 Memorias del 4 Encuentro de Jóvenes en la Investigación de Bachillerato-CONACYT Acapulco, Guerrero 4, 5 y 6 de octubre 2017 Figura 1. Arduino nano Sensor de proximidad: Este sensor puede medir distancias, comprendidas entre 2cm y 3 metros, se conecta; a la alimentación VDD (5Volts), GND (tierra), TRIGGER (emisor) y el ECO (receptor) la forma de operación no es complicada: el TRIGGER se encarga de emitir ondas que detectaran un objeto, persona u obstáculo, al encontrarse estas ondas con cualquiera de estos tiene un efecto rebote, el cual llegara nuevamente al sensor enviando la señal a nuestro PIN, para que este genere el mensaje. Figura 2. Sensor ultrasónico de proximidad Motor vibrador: El vibrador de celular es un pequeño motor con un volante, este tiene desbalance de peso del doble de peso, lo que hace que cuando se prende el motor gira, pero por el desbalance de peso hace que este cabecea, generando una vibración.

6 Tlamati Sabiduría Volumen 8 Número Especial 2, 2017 Figura 3. Motor vibrador. Driver L293D: La función principal de este driver es lograr que nuestros motores funcionen adecuadamente, evitando que haya un sobrecalentamiento en ellos, ya que este se encarga de generar el voltaje requerido para hacer funcionar ambos motores. Debido que el Arduino tiende a enviar la carga directamente, provocando que estos motores tengan un calentamiento. La función del driver entonces viene a ser de vital importancia para la función de estos motores. Figura 4. Driver L293D. Placa de baquelita: La placa de baquelita es una placa la cual podemos moldear a nuestras necesidades, en este caso, se evitan gran cantidad de cables requeridos para hacer las conexiones, ésta placa además de ser ahorrativa logra disminuir en gran mediad el espacio donde será colocada, lo cual ayuda a que nuestro diseño exterior sea más compacto.

7 Memorias del 4 Encuentro de Jóvenes en la Investigación de Bachillerato-CONACYT Acapulco, Guerrero 4, 5 y 6 de octubre 2017 Figura 5. Placa de baquelita. Batería de 9 volts Esta batería logra hacer funcionar todo nuestro sistema, pues de ella obtenemos la alimentación para nuestro Arduino, logrando con ello hacer funcionar nuestro programa y todos los componentes antes mencionados. Botón encendido y apagado: Este botón es el encargado de interfer en el paso de la corriente, para lograr con ello que nuestra pila no se descargue y solo sea funcional cuando el usuario lo requiere, en este caso por las noches puede apagarlo. Gracias a este botón. Impresión 3D Las impresiones en 3D fue de vital importancia en la elaboración de nuestro diseño exterior, la impresión 3D es lograda a través de impresoras 3D, a través de la elaboración de un diseño en una App en internet, la cual podemos nosotros utilizar a través de una cuenta de correo, en ella diseñamos nuestro prototipo de una manera exacta, a nuestra imaginación, no es un programa de difícil manejo, una vez teniendo el conocimiento adecuado y las herramientas básicas. Metodología PRIMERA FASE. Código y prueba en protoboard Figura 6. Impresora 3D. Una vez teniendo todos los componentes requeridos, entonces procedemos a la realización de nuestro prototipo.

8 Tlamati Sabiduría Volumen 8 Número Especial 2, 2017 Se crea el código del programa que llevara a cabo la función de echar a andar nuestro prototipo, esto es logrado en la plataforma Arduino, la cual es el apoyo esencial para elaborar nuestro código, Arduino es un software que es fácil de usar para principiantes, pero lo suficientemente flexible para usuarios avanzados. Todas las placas de Arduino son de código abierto, lo que permite desarrollar el proyecto con mayor facilidad. Cuando tenemos dominado nuestro código se lleva a cabo el proceso de conexiones esto en un probar una placa de pruebas, en ella se hacen las diferentes conexiones de los componentes para echar a andar nuestro código. (Imagen 1.1) Imagen 1.1 Conexiones en protobord SEGUNDA FASE. Conexión de los componentes. Posteriormente que los componentes funcionan de acorde al código, esto es; Nuestro código realizara la acción de tomar el mensaje del sensor, el cual emitirá otro mensaje de regreso para los motores, si este detecta un obstáculo, objeto o persona a una distancia menor de (1m.) un metro, el primer motor se encenderá y comenzara la vibración, la cual es la alerta al usuario, si este sigue aproximándose al obstáculo, entonces a una distancia menor de 40 cm. Encenderá el otro motor, para que la vibración sea más fuerte, que solo se detendrá hasta que el usuario se aleje de ese obstáculo cambiando de dirección. (Imagen 2.1).Todo nuestro programa funcionará en conexión al Arduino, el cual es alimentado a través de la batería de 9 volts, por medio de esta única alimentación funciona todo nuestro prototipo, pues alimentado l Arduino logramos sacar las diferentes cargas, tanto positiva como negativa, para alimentar por medio de este todos los componentes.

9 Memorias del 4 Encuentro de Jóvenes en la Investigación de Bachillerato-CONACYT Acapulco, Guerrero 4, 5 y 6 de octubre 2017 Imagen 2.1 Sensor y motores ensamblados. Cuando se ha logrado el objetivo que nuestro código realice los efectos esperados en nuestras prácticas, se procede a elaborar la placa de baquelita (Imagen 3.1), la cual disminuye en un 100% la utilización de cables para las conexiones establecidas. Imagen 3.1. Elaboración de la placa de baquelita. Una vez terminada la placa de baquelita, se soldán e incorporan en ella los componentes; el Arduino nano, el driver, los motores y las conexiones del sensor de proximidad, y las conexiones de la alimentación. (Imagen 4.1)

10 Tlamati Sabiduría Volumen 8 Número Especial 2, 2017 Imagen 4.1. Componentes integrados en placa de baquelita TERCERA FASE. Diseño e impresiones en XYZ (impresora 3D) Teniendo los componentes unidos, lo que prosigue es desarrollar nuestro diseño externo, el cual será en impresión 3D (Imagen 5.1) dejando una abertura par a las conexiones de la alimentación y para el dip Swift, nuestro botón de encendido y apagado. Uno diseño para las baterias, el cual tiene dos compartimientos, para ayudar así al usuario a tener una batería de repuesto. Y un diseño exclusivo para el sensor, el cual permita una total flexibilidad de uso, y pueda detectar obstáculos hacia donde el usuario lo requiera, pues adaptado a la necesidad del usuario de trasladarse con toda seguridad al lugar que necesite, ya sea derecha o izquierda, así como hacia abajo, si dado es el caso que la casa cuente con escalones, hacia donde el sujeto lo requiera podrá trasladarse. (Imagen 6.1) Poco a poco y por partes se termino la elaboración de todas las partes del prototipo en conjunto, en el cual estaba integrada la placa de baquelita con los componentes integrados, y se agrego un resorte para ponerlo en la mano. (Imagen 7.1) Imagen 5.1. Impresora XYZ. Imagen 6.1. Diseño del sensor.

11 Memorias del 4 Encuentro de Jóvenes en la Investigación de Bachillerato-CONACYT Acapulco, Guerrero 4, 5 y 6 de octubre 2017 Imagen 7.1. Partes del prototipo en conjunto. Resultados Al llegar al término del proyecto, de ensamblar correctamente cada componente, logrando que trabajen de manera armónica, con el código de programación correcto obtenemos el Bastón inalámbrico virtual para personas con poca visibilidad. Teniendo este todas las funciones antes mencionadas de detectar obstáculos a una distancia entre 2 y 300cm. Alertando al usuario a través de dos motores que emitirán una vibración, terminando hasta que este cambie de dirección. (Imagen 8.1) Manteniendo un diseño compacto, ajustable a cualquier usuario, teniendo una comodidad al ser utilizado, mejorando la utilización de un bastón común, sustituyéndolo completament (Imagen 9.1) Imagen 8.1 Bastón Inalámbrico Virtual para personas con poca visibilidad. Imagen 9.1 Bastón inalámbrico virtual Para personas con poca visibilidad con resorte ajustable.

12 Tlamati Sabiduría Volumen 8 Número Especial 2, 2017 Conclusiones El Bastón inalámbrico virtual para personas con poca visibilidad es un proyecto, que, a primera vista suena y se ve totalmente sencillo, más sin embargo no es así, durante su desarrollo, hubo muchas variantes que impidieron la más pronta terminación del mismo, una de ellas, por ejemplo, el sobrecalentamiento de los motores, lo cual llevo varios días determinar las resistencias adecuadas, no solo eso, sino además muchos otros factores que de igual forma no se contemplaban, otro ejemplo de ello fue el incluir el Driver L293D el cual no estaba contemplado, pero sin él era imposible hacer funcionar ambos motores al mismo tiempo. Si bien este prototipo es una muy buena herramienta, el terminarlo no fue una tarea nada fácil, desde aprender la electrónica, plataforma de Arduino, cómo programar y utilizar esta plataforma, además de la correcta conexión de nuestros componentes y su uso adecuado. La utilización de Arduino, sin duda alguna es una de las mejores opciones, supera en facilidad y la gran medida el desempeño de esta placa y su plataforma. Siempre y cuando el código se desarrolle correctamente no habrá problema alguno en la funcionalidad. Se logro superar en gran forma otros trabajos ya realizados, logrando perfeccionar el prototipo, quitando el tubo metálico como muchos trabajos existentes lo conservan, dificultando la movilidad del usuario. (Imagen 10.1)

13 Memorias del 4 Encuentro de Jóvenes en la Investigación de Bachillerato-CONACYT Acapulco, Guerrero 4, 5 y 6 de octubre 2017 Imagen Prototipo en ejecución. Bastón inalámbrico virtual para personas con poca visibilidad. Trabajo A Futuro El bastón inalámbrico virtual para personas con poca visibilidad está diseñado solo para ser utilizado en el interior de un inmueble, por ahora nuestro prototipo solamente tiene esa función, pero al ser este desarrollado con más auge, está considerado para ser utilizado fuera de un domicilio, en cualquier lugar que el usuario necesite ir, para ello, se tiene contemplado incorporar algunos otros componentes, como son lector GPS, que puede ser activado en una determinada ciudad por el usuario, o como este lo solicite, también un sensor Bluethooth, que envíe las coordenadas y la dirección del GPS, a un audicular en el oído del usuario, así este podrá tener mayor libertad y confianza de salir de casa, haciendo tenga una vida más plena, claro incorporando todos estos otros componentes. Cualquier persona que lo Alice tendrá esta confianza total de poder salir de casa sin temor de equivocarse de dirección, pues incluso podrá programarlo para que este le indique las coordenadas de camino a casa. Y porque no, a futuro con los avances tecnológicos, algunas otras funciones que sirvan de más ayuda a estas personas, mejorando aún más nuestro Bastón inalámbrico virtual para personas con poca visibilidad.

14 Tlamati Sabiduría Volumen 8 Número Especial 2, 2017 Referencias bibliográficas Fuentes electrónicas: biblioteca virtual de la unidad académica de ingeniería. Google. Plataformas virtuales x75uymWdAc/T34WSyunMQI/AAAAAAAAAAM/Dg1bzo0Uflo/s1600/1293d_bb.png Lizarraga. González. Christian. Baston-para-invidentes-con-sensorultrasonico.pdf. CHRILIGONZA@GMAIL.COM -AREQUIPA-PERU. FUENTES VIDEOGRÁFICAS: YouTube.