Actas de la II Conferencia de Desarrol o Profesional en Ingeniería Mecatrónica 2012

Transcripción

1 Sistema de registro de acceso y préstamo de material para el Laboratorio de Ingeniería Mecatrónica del Instituto Tecnológico de Celaya José Guadalupe Zavala Villalpando Departamento de Ingeniería Mecatrónica Instituto Tecnológico de Celaya jg.zavala@itcelaya.edu.mx Víctor Hugo Cacique Borrego Departamento de Ingeniería Mecatrónica Instituto Tecnológico de Celaya victor.cacique@itcelaya.edu.mx Juan Ramón Medel Frías Departamento de Ingeniería Mecatrónica Instituto Tecnológico de Celaya gt500.rm@gmail.com Iván Gallegos Pantoja Departamento de Ingeniería Mecatrónica Instituto Tecnológico de Celaya ivanhunter88@gmail.com RESUMEN El presente artículo muestra el desarrollo de un sistema de registro y préstamo de material para el laboratorio de Ingeniería Mecatrónica del Instituto Tecnológico de Celaya (ITC), el cual consta de tres partes esenciales: Hardware, que es el dispositivo con el que interactúa directamente el usuario para registrar su entrada, salida y préstamo/devolución de material por medio del código de barras impreso en la credencial del ITC de los usuarios de laboratorio; una aplicación de escritorio hecha en Java2SE que maneja una base de datos MySQL, donde registran todas las actividades realizadas a través del hardware y una interfaz de comunicación por Bluetooth ~206~

2 que hace posible el flujo de información entre el hardware y el software. Palabras clave: Java, Bluetooth, MySQL, Hardware, código de barras, PCB, modelo relacional. 1. INTRODUCCIÓN Los dispositivos de control de personal posibilitan administrar la asistencia en lugares determinados, esto permite que solo los usuarios registrados tengan acceso. Dichos dispositivos contabilizan asistencia, horas de ocupación, lugar de ocupación para gestionar las actividades de los usuarios. En general funcionan de manera fuera de línea y guardan las actividades o registros en una memoria interna para posteriormente ser utilizados. El Laboratorio de Ingeniería Mecatrónica contaba con un registro para su acceso y préstamo de material, el propósito de este registro era llevar un control de quien entraba o salía y que equipo se utilizaba. Este tipo de registro resultaba insuficiente, pues era realizado en un formato en hojas de papel lo que impedía organizar los registros de manera eficiente y por lo tanto, no se lograba tener una buena interpretación de la información. Considerando el número de personas que acceden al laboratorio, es inconveniente llevar un registro a mano, pues en ocasiones resulta ser ilegible y esto se traduce a pérdida de información. El principal problema era la ineficiente adquisición de la información en cuanto a la ocupación del laboratorio, la cual es de suma importancia para tener una adecuada administración del servicio que se presta. Tomando en cuenta la necesidad de agilizar el proceso de registro y mejorar la administración de los servicios de laboratorio. Se decidió desarrollar un sistema capaz de realizar un registro digital y organizar la información que se genera de este proceso. ~207~

3 2. MÉTODO Pistas Educativas, No. 99, Octubre Número Especial: El sistema que se implementó consiste en un dispositivo (Hardware) en el que los usuarios del laboratorio registran su entrada/salida y préstamo/devolución de equipo; además, de una aplicación de escritorio (Software) implementada en una computadora que permita administrar el uso del laboratorio como se muestra en la Figura 1. Figura 1. Diseño de la solución. Para la realización del sistema se tomaron en cuenta las siguientes características: Comunicación inalámbrica entre el hardware y software del sistema para almacenar los registros en una computadora. Respaldo de información en el hardware en caso de que se vea interrumpida la comunicación. ~208~

4 NIP de seguridad para evitar el acceso de los usuarios sin registro; además, de impedir el préstamo de equipo con una credencial que no corresponde al usuario. Aplicación de escritorio intuitiva y gráfica, que permita ver el estado del laboratorio; además, de generar un reporte de uso de los espacios y equipo. Base de datos de alta capacidad para almacenar los registros de ocupación del laboratorio. Denegar acceso al laboratorio para el usuario que sea registrado que infringió el reglamento. 2.1 Hardware A continuación se resumen los componentes que tiene el dispositivo para realizar la tarea de llevar a cabo los registros de usuarios y la adquisición del material de laboratorio: lector de código de barras, pantalla LCD, teclado numérico, memoria SD para respaldo de datos, comunicación inalámbrica con servidor de base de datos, Reloj en Tiempo Real para referencia de fecha y hora, microcontrolador y alimentación 12 V a 0.5 A. El microcontrolador que se uso cumple los requisitos de comunicación con cada uno de los periféricos a través de sus protocolos específicos de transferencia de información. Dentro de los elementos conectados como periféricos se tiene el teclado, que permite el ingreso de datos numéricos y selección de menús. Una pantalla LCD donde se muestra de forma legible la información necesaria en cuanto al procedimiento de registro. Además, se conectó una memoria SD al microcontrolador que permite almacenar los eventos de registro cuando no se tiene comunicación con el equipo de cómputo. Cabe señalar que si existen registros en la memoria SD, estos serán enviados a la base de datos de la computadora una vez restablecida la comunicación. Para asegurar la validez de los registros el equipo cuenta con un Reloj en Tiempo Real que permite identificar la hora y fecha que será almacenada en la memoria SD al momento de realizarse los eventos de registro. ~209~

5 La comunicación de la computadora y el sistema de registro se realiza mediante dispositivos de Bluetooth. Simulación de hardware El software Proteus es un paquete que permite simular y diseñar diagramas electrónicos con dos programas principales Isis y Ares. Con Isis se realizó la simulación del microcontrolador con sus periféricos que conjuntamente forman el dispositivo (Hardware). En la Figura 3, se muestra el diagrama electrónico de equipo para su simulación. Para la simulación, fue necesario desarrollar un programa para ser cargado en el microcontrolador (Figura 4), el cual fue compilado en ARDUINO 0023 que es un entorno de programación de código abierto escrito en JAVA y basado en Processing, avr-gcc. Este programa realiza todo el proceso de registro y comunicación con la aplicación de escritorio. La simulación del sistema resultó de vital importancia puesto que el paquete Isis permitió depurar el programa del microcontrolador, además de identificar errores y proponer mejoras. Figura 3. Diagrama esquemático general. ~210~

6 Figura 4. Diagrama de flujo del programa final. Creación del PCB Se utilizó el paquete Ares para el diseño de la PCB (printed circuit board), que es la placa donde se montan y conectan los elementos electrónicos. Dentro del diseño se consideró la disipación de calor de los reguladores colocándolos de forma superficial sobre la placa para que funcione como disipador. En la figura 6, se muestran los componentes electrónicos del dispositivo montados y soldados sobre la placa. 2.2 Selección del software La selección del software consistió en buscar un manejador de base de datos y un lenguaje de programación. El manejador de base de datos se seleccionó en base a las siguientes características: ~211~

7 1. La compatibilidad con diversas plataformas. 2. Compatibilidad con diversos lenguajes de programación. 3. El uso de base de datos relacionales. 4. Amplio límite de almacenamiento de datos. 5. Y la principal, software libre. Figura 6. Vista superior e inferior de la placa de control de la terminal. De la misma forma, para la selección del lenguaje de programación se consideró las siguientes características: 1. La facilidad de programación de un ambiente gráfico. 2. La facilidad de establecimiento de conexión a una base de datos. 3. La facilidad de implementar una comunicación bluetooth. 4. Software libre. 5. Aplicación multiplataforma. ~212~

8 El sistema de gestión de bases de datos SQL Open Source más popular, lo desarrolla, distribuye y soporta MySQL AB. Al ser un manejador de base de datos de software libre se convirtió en la principal razón para decidir utilizarlo. Otra razón por la que se decidió utilizar MySQL fue que es la mejor opción para el manejo de bases de datos relacionales, siendo de esta naturaleza la base de datos que gobernará es sistema. El lenguaje de programación de la aplicación que se eligió es JAVA, por su cantidad de librerías, además de ser software libre. Diseño de la base de datos El modelo que se siguió para diseñar la base de datos fue el modelo relacional y para su representación se hizo un diagrama entidad relación, véase Figura 7. Este es un modelo que sirve para crear esquemas conceptuales de bases de datos. De hecho es prácticamente un estándar para crear esta tarea. Inicialmente en este modelo sólo se incluían los conceptos de entidad, relación y atributos. Después se añadieron otras propuestas (atributos compuestos, generalizaciones) que forman el llamado modelo entidad relación extendido (se conoce con las siglas ERE). Siendo este modelo el utilizado en el diseño conceptual de la base de datos que se maneja dentro del sistema. Figura 7. Diagrama entidad-relación de la base de datos. ~213~

9 Programación de la aplicación de escritorio Para la programación del menú de la aplicación se usó como referencia un diagrama de flujo fundamental que se realizó en base a las necesidades del laboratorio de ingeniería Mecatrónica, el cual consta en permitir el registro de usuarios del laboratorio o equipo, generar sanciones a infractores del reglamento del laboratorio, desplegar reporte de ocupación del laboratorio y permitir la comunicación con el dispositivo checador. Dicho diagrama de flujo se muestra en la Figura 8. Figura 8. Diagrama de flujo de la aplicación de escritorio. Enlace base de datos-aplicación En cuanto a la programación del enlace para la tabla de usuarios de la base de datos se siguió el diagrama de flujo que se muestra en la ~214~

10 Figura 9. Este enlace permite generar o borrar usuarios del laboratorio modificando la base de datos. Figura 9. Diagrama de flujo para la conexión de la tabla usuarios. De igual manera que con la tabla usuarios, se realizó la conexión con la tabla de sanciones cuyo funcionamiento se muestra a través del diagrama de flujo de la Figura 10. En esta aplicación se da de alta el número de días que un usuario estaría imposibilitado a ingresar al laboratorio al haber infringido el reglamento de este. Otro enlace de suma importancia es de la tabla bitácora, que es en la que se estará registrando toda la actividad del laboratorio de ingeniería mecatrónica de cada una de sus áreas, el cual se realizó en base al diagrama de flujo mostrado en la Figura 11. ~215~

11 Figura 10. Diagrama de flujo para la conexión de la tabla sanciones Figura 11. Diagrama de flujo para la conexión de la tabla bitácora Por último, el programa para la generación del reporte de uso de laboratorio, que se hará en base a lo seleccionado por el ~216~

12 administrador, para ello se siguió el diagrama de flujo mostrado en la Figura 12. Figura 12. Diagrama de flujo para generar el reporte. Establecimiento de la conexión por bluetooth Uno de los pasos más importantes en la realización de este sistema, fue la programación de la aplicación que se encarga de realizar la comunicación mediante bluetooth. El funcionamiento de esta aplicación se describe mediante el diagrama de flujo de la Figura 13. Figura 13. Diagrama de flujo para realizar la comunicación por bluetooth. ~217~

13 3. RESULTADOS Para la prueba final se realizó una comparación del tiempo que toma registrarse llenado del formato a mano (Figura 14) y con el equipo checador (Figura 15) para ingresar al laboratorio, esto para ver cuánto ahorro de tiempo se lograba disminuir este proceso. Figura 14. Usuarios del laboratorio de ingeniería Mecatrónica registrándose Otro de los puntos importantes fue observar que el registro es más cómodo y fácil. Figura 15. Registro de usuarios. La prueba se desarrolló con una muestra de 20 alumnos que realizaron su registro de acceso al laboratorio. Dichos registros se desarrollaron llenando el formato y con el uso del sistema. Los tiempos registrados se muestran en la gráfica de la Figura 16. ~218~

14 Figura 16. Gráfica alumnos vs tiempo De esta prueba se tiene un tiempo promedio para el registro del llenado del formato de segundos y para el registro electrónico 9.75 segundos. Teniendo una reducción de tiempo por registro de 20.5 segundos. Se puede observar que el registro electrónico es 3 veces más rápido lo que agiliza el acceso al laboratorio. Para tener una idea más clara del ahorro de tiempo, en un día de uso del laboratorio ingresan 250 alumnos en promedio, llenar el formato de registro tomaría 2.1 horas y con el registro electrónico solo se necesitarían 40.6 minutos. En la aplicación de escritorio la ventana de administración de la tabla de usuarios de la base de datos del Laboratorio de Ingeniería Mecatrónica permite dar de alta o de baja a los usuarios. Siendo únicamente los usuarios registrados en esta tabla los que podrán tener acceso. La información necesaria para dar de alta un usuario es el número de control, nombre, carrera, clave de identificación (NIP) y foto. En la Figura 17 se muestra la ventana que despliega esta información de manera muy intuitiva. Se logró implementar un NIP de seguridad por cada usuario para que únicamente la persona correspondiente pueda registrarse, teniendo de esta manera información más confiable. Se logró implementar una forma de aplicar sanciones a usuarios; estas consisten en un periodo de tiempo (determinado por el administrador de la base de datos) de no acceder al laboratorio hasta cumplir dicha sanción. ~219~

15 La bitácora obtenida mediante este sistema de registro de cada una de las áreas del laboratorio (Circuitos Hidráulicos y Neumáticos, Robótica y Control y Sistemas Mecatrónicos), mostró información muy clara con las siguientes características: Eliminación de registros ilegibles Se puede consultar de manera muy rápida y cómoda la información con tan solo abrir la aplicación de escritorio y dar clic en bitácora. Se puede tener un mejor control de préstamo y devolución de material, debido a que el sistema guarda la información permanente y cuando un usuario adquiere material y lo devuelve se indica por medio de un Ok. Figura 17. Registros obtenidos mediante el sistema de registro. Finalmente se logró hacer que este sistema genere un reporte detallado de un determinado periodo sobre el uso del laboratorio y el equipo. 4. DISCUSION La creación de un sistema de registro electrónico surgió de identificar la necesidad de mejora para el laboratorio de Mecatronica del Instituto Tecnológico de Celaya, esto con el fin de agilizar el registro y tener una mejor administración. ~220~

16 Cabe destacar que un sistema hecho a medida en el mercado es de un costo muy elevado ya que la mayoría se diseñan para cubrir necesidades específicas y generalizadas. La idea del uso de registros electrónicos para administración de personal no es algo nuevo; sin embargo, el desarrollo del sistema de registro cubre perfectamente las necesidades de agilizar el proceso de préstamo de material, registro de usuarios y la administración del servicio en el laboratorio. Es un sistema realizado con mínimos recursos económicos, una amplia utilidad y gran impacto para la administración del laboratorio. Logrando gestionar el uso del material para su mantenimiento y aumentar su vida útil. Con la aplicación de escritorio es posible identificar quién, cuando y donde se le está dando mal uso al material o instrumentos del laboratorio. Esto debido a los reportes semanales, mensuales y anuales que se generan de las actividades llevadas a cabo en el laboratorio. BIBLIOGRAFÍA [1]Deitel P. J. & Ditel H. M. Cómo programar en Java. México: Pearson Educación, [2]Johnson J. L. Bases de datos: Modelos, lenguajes, diseño. México: Oxford, [3]Sánchez J. Diseño Conceptual de Base de Datos: Guía de aprendizaje, [4]Oracle Inc. MySQL 5.0 Reference Manual, [5]Lenguaje de referencia programación. En [6]Hand Held Scanner User s Manual January, 2000 version 3. Manual scanner [7]Arduino + Shield Tarjeta SD. En R.: Nov ~221~

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