UNIVERSIDAD TECNOLÓGICA EQUINOCCIAL
FACULTAD DE CIENCIAS DE LA INGENIERÍA E
INDUSTRIAS
CARRERA DE INGENIERÍA AUTOMOTRÍZ
DISEÑO Y CONSTRUCCIÓN DE UN SISTEMA ELECTRÓNICO
QUE MIDA LA DISTANCIA, ANCHO Y ALTO EN UN ESPACIO
PARA QUE PUEDA PASAR EL VEHÍCULO
TRABAJO PREVIO A LA OBTENCIÓN DEL TÍTULO DE INGENIERO AUTOMOTRIZ
PABLO ANDRÉS PINO VERGARA
DIRECTOR: ING. MILTON REVELO
FORMULARIO DE REGISTRO BIBLIOGRÁFICO
PROYECTO DE TITULACIÓN
DATOS DE CONTACTO CÉDULA DE IDENTIDAD: 1717430902
APELLIDO Y NOMBRES: Pino Vergara Pablo Andrés
DIRECCIÓN: Issac Barrera y Almería
EMAIL: [email protected]
TELÉFONO FIJO: 2406908
TELÉFONO MÓVIL: 0995418527
DATOS DE LA OBRA
TÍTULO: Diseño y construcción de un sistema electrónico que mida la distancia ancho y alto en un espacio para que pueda pasar el vehículo
AUTOR O AUTORES: Pablo Andrés Pino Vergara
FECHA DE ENTREGA DEL
PROYECTO DE TITULACIÓN: marzo 2017
DIRECTOR DEL PROYECTO
DE TITULACIÓN: Ing: Milton Revelo
PROGRAMA PREGRADO POSGRADO
TÍTULO POR EL QUE OPTA: Ingeniero Automotriz
RESUMEN: La investigación tuvo como finalidad el diseño y construcción de un sistema electrónico que mida la distancia, ancho y alto de un espacio por el que pueda pasar un vehículo en estado de parqueo o en movimiento. El sistema electrónico en un automóvil permitió controlar el correcto funcionamiento del automotor, con el fin de emplear la seguridad activa, además de proveer al usuario confort, ayuda y resguardo mientras conduce. Para ello, el diseño estuvo compuesto de 3 partes fundamentales: adquisición y control de señales e interfaz entre usuario y módulo. Para su construcción se tomó en cuenta la adquisición de señales de distancia, el procesamiento de las mismas, y la visualización de los datos por medio de una pantalla que permitió al conductor prever sus acciones. El dispositivo permitirá al conductor inexperto adquirir experiencia con respecto al manejo, además de ayudar con su ubicación espacial desde el auto hacia los obstáculos que se presenten. Utilizo las señales de los sensores de proximidad obteniendo una alarma de tipo visual
DEDICATORIA
AGRADECIMIENTOS
A mi Padre Celestial por la salud, la vida y por mi familia que ha sido siempre y será mi motor y pilar fundamental para cumplir cada uno de mis sueños.
A mis padres, mi principal motivación, Pablo Gonzalo Pino Barahona y Fanny Esmeralda Vergara Borja por la oportunidad de educarme, por su perseverancia, paciencia, por educarme con amor e inculcarme buenos valores pues con su ejemplo y esfuerzo me que ayudaron siempre a salir adelante como ser humano y como profesional.
A mis queridos hermanos Karen Estephanie Pino Vergara, Michael Javier Pino Vergara que con su apoyo incondicional fueron parte esencial en el desarrollo de mi vida y de mis estudios.
A mis queridos abuelitos maternos Jorge Bolívar Vergara Rodríguez y Teresa Esmeralda Borja Camacho y a mis queridos abuelitos paternos Calos Efrén Pino Pino y Marcia Hilda Barahona Proaño por educar a los mejores padres del mundo, siempre los llevo en mi mente y en mi corazón.
A mi linda familia que contribuyó a lo largo de mi vida con su cariño, apoyo y consejos.
A mi novia, compañera y gran amiga Diana Alejandra Flores Lastra que ha sido incondicional en todo momento, y me ha mostrado con su cariño y afecto.
A mis queridos amigos de universidad con los que día a día luchamos para alcanzar los objetivos anhelados, gracias por todos estos años de amistad y apoyo.
A cada uno de los directivos y docentes de la Universidad Tecnológica Equinoccial, por transmitirme todo el conocimiento necesario para que pueda convertirme en el profesional que siempre anhele.
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ÍNDICE DE CONTENIDO
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RESUMEN 1
ABSTRACT 2
1. INTRODUCCIÓN 3
2. METODOLOGÍA 9
3. RESULTADOS Y DISCUSIÓN 11
3.1. RESULTADOSDEARDUINO 11
3.2. ARDUCAMREV.C+FICHADEDATOS 12
3.3. PRUEBADECOLORESDELAPANTALLAUTFT 13 3.4. PRUEBAYRESULTADODETOUCHDELAPANTALLAUTFT 14 3.5. RESULTADODEINTERCAMBIODEPANTALLAS 16 3.6. PRUEBADELSENSORDEPROXIMIDAD HCSR004 16 3.7. POSICIÓNDELOSSENSORESENMEDIDAS 20
3.8. PRUEBAFUNCIONAMIENTODECÁMARA 23
3.9. PRUEBAALARMAAUDITIVA(BUZZER) 25
3.10. CIRCUITOELÉCTRICODELPROYECTO 25
3.11. CONSTRUCCIÓN,CONEXIÓNYPROGRAMACIÓNDEL
SISTEMA 27
3.12. CONEXIÓNALAFUENTEDEENERGÍA 33
3.13. SOLDADURADECABLES 34
3.14. ALIMENTACIÓNPARAELSISTEMADEALMACENAMIENTO
(SISTEMADEMEDICIÓNDEPROXIMIDAD) 35
3.15. PRUEBASDEFUNCIONAMIENTO 36
3.15.1. PRIMERA PRUEBA 36
3.15.2. SEGUNDA PRUEBA 38
3.16. ANÁLISISTÉCNICOECONÓMICO 43
4. CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES 46
4.1. CONCLUSIONES 46
4.2. RECOMENDACIONES 47
5. BIBLIOGRAFÍA 48
6. ANEXOS 52
ii
ÍNDICE DE TABLAS
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Tabla 1. Características del sensor de proximidad (HC-SR04) 10
Tabla 2. Resultado de medición distancia y ancho en peligro, alto
en buen estado 41
Tabla 3. Resultado de medición distancia, alto y ancho en peligro. 41
Tabla 4. Resultado de medición en buen estado de peligro 42
Tabla 5. Resultado de medición distancia y lado derecho del ancho
en peligro. 42
Tabla 6. Resultado de medición distancia y lado izquierdo del ancho
en peligro. 43
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ÍNDICE DE FIGURAS
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Figura 1. Sensor de proximidad 6
Figura 2. Etapas de diseño: Adquisición de señales. Procesamiento de
señales Presentación de resultados 9
Figura 3. Ejemplo provisto por la librería Arducam para varios tipos de
cámaras 12
Figura 4. Funcionamiento de la cámara, primera prueba 12
Figura 5. Demo UTFT 13
Figura 6. Segunda prueba de la programación de la cámara 14
Figura 7. Programa de calibración de Touch de Arducam 15
Figura 8. Calibración touch de Arducam 15
Figura 9. Prueba de touch, intercambio de pantallas y conexión de
dispositivos 16
Figura 10. Distancia de los sensores, aplicado al ejercicio 18
Figura 11. Señal en funcionamiento 19
Figura 12. Conexión del sensor en la tarjeta Arduino 19
Figura 13. Apoyo de sensores centrales 20
Figura 14. Implementación de sensores laterales 21
Figura 15. Sensores de proximidad, ayuda en la altura del vehículo al
pasar por una parte alta 21
Figura 16. Programa prueba de sensor de proximidad 22
Figura 17. Botón de monitoreo serial 23
Figura 18. Pruebas de funcionamiento del sensor de proximidad en el
proyecto 23
Figura 19. Conexión de cámara a Arducam 24
Figura 20. Resultados de la prueba de cámara 24
Figura 21. Programación de alarma auditiva 25
Figura 22. Alarma auditiva utilizada en el sistema 25
Figura 23. Conexión de sensores 26
Figura 24. Conexión Arducam mediante la unión tarjeta 26
Figura 25. Conexión de circuito partiendo de la batería 27
Figura 26. Fotografía interna y externa de la caja de plástico 27
Figura 27. Perforación de caja del proyecto 28
Figura 28. Sujeción de tarjeta Arduino Mega 2560 28
Figura 29. Forro interior de la caja 29
Figura 30. Resultado de sujeción de Arducam y Tarjeta Arduino Mega 29
Figura 31. Cableado para sensores de proximidad 30
Figura 32. Diseño de cajas protectoras para sensores de proximidad 31
Figura 33. Impresora 3D WANHAO Duplicator 6 y caja 31
Figura 34. Caja de protección de la cámara Arducam 32
iv
Figura 36. Conexión con Arduino Mega y Arducam Rev. C+ 33
Figura 37. Conexión de alimentación del sistema 34
Figura 38. Soldadura de cables y conectores para sensores 34
Figura 39. Toma de alimentación de 12 V 35
Figura 40. Conexión del reductor de voltaje 35
Figura 41. Prueba del regulador de voltaje 36
Figura 42. Calibración del funcionamiento de los sensores 37
Figura 43. Librería Ultrasonic 38
Figura 44. Prueba 2 (caja abierta) 38
Figura 45. Cierre de caja final 39
Figura 46. Resultado final de las pruebas de cada uno de los sensores
con sus medidas 40
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ÍNDICE DE ANEXOS
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Anexo 1. Vehículo utilizado tara las pruebas del proyecto 52
Anexo 2. Materiales 52
Anexo 3. Librerías de programación 55
Anexo 4. Programación del proyecto 56
Anexo 5. Conexión de los diferentes puertos 63
Anexo 6. Implementación del sistema en el vehículo 67
Anexo 7. Causas y siniestros de accidentes de tránsito 68
1
RESUMEN
La investigación tuvo como finalidad el diseño y construcción de un sistema electrónico que mida la distancia, ancho y alto de un espacio por el que pueda pasar un vehículo en estado de parqueo o en movimiento. El sistema electrónico en un automóvil permitió controlar el correcto funcionamiento del automotor, con el fin de emplear la seguridad activa, además de proveer al usuario confort, ayuda y resguardo mientras conduce. Para ello, el diseño estuvo compuesto de 3 partes fundamentales: adquisición y control de señales e interfaz entre usuario y módulo. Para su construcción se tomó en cuenta la adquisición de señales de distancia, el procesamiento de las mismas, y la visualización de los datos por medio de una pantalla que permitió al conductor prever sus acciones. El dispositivo permitió al conductor inexperto adquirir experiencia con respecto al manejo, además de ayudar con su ubicación espacial desde el auto hacia los obstáculos que se presenten. Utilizo las señales de los sensores de proximidad obteniendo una alarma de tipo visual y auditiva en base a parámetros estandarizados, analizados en escuelas de conducción, se esperaba obtener una respuesta de tiempo real del sistema. Esta iniciativa, fue de gran interés debido a que se ha analizado el comportamiento de personas que inician la conducción, se concluyó que tienen problemas para estimar el espacio en maniobras; además este proyecto aportó en gran parte el desarrollo de nuevas tecnologías automotrices en el país e incluso una nueva competencia en el mercado, a nivel nacional e internacional.
2
ABSTRACT
The purpose of the investigation was to design and build an electronic system that measures the distance, width and height of a space through which a vehicle can pass in a state of parking or in motion. The electronic system in a car made it possible to control the correct functioning of the car, in order to use active safety, besides providing the user comfort, help and protection while driving. For this, the design was composed of 3 fundamental parts: acquisition and control of signals and interface between user and module. For its construction, the acquisition of distance signals, the processing of the signals, and the visualization of the data were taken into account by means of a screen that allowed the driver to predict their actions. The device will allow the inexperienced driver to gain experience with handling, as well as help with their spatial location from the car to the obstacles that present themselves. Using signals from proximity sensors to obtain a visual and auditory alarm based on standardized parameters, analyzed in driving schools, it was expected to obtain a real-time response from the system. This initiative was of great interest because it has been analyzed the behavior of people who start driving, it was concluded that they have problems to estimate space in maneuvers; In addition, this project contributed in large part to the development of new automotive technologies in the country and even a new competition in the market, nationally and internationally.
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1. INTRODUCCIÓN
Debido al uso diario del vehículo es complicado no correr peligro al conducir, ya sea por lugares nunca antes vistos o inclusive conocidos. Un vehículo está expuesto a distintos tipos de incidentes, estos pueden ser causados por otros vehículos u objetos, ya sea postes, veredas o personas; esto puede deberse a la falta de precaución, exceso de confianza o imprudencia al manejar, generalmente el conductor no se percata de la distancia existente entre un objeto y otro, Los análisis estadísticos de la Agencia Nacional de Tránsito indican que hay diversos factores de siniestros en los conductores, lo cual por medio de los estudios elaborados muestran los peligros a los que una persona está expuesta al manejar, algunos de ellos están relacionados con: Conducir desatento a las condiciones de tránsito; superar los límites de velocidad, no mantener la distancia prudente respecto al vehículo que antecede; realizar cambios bruscos o indebidos de carril; no guardar la distancia lateral mínima de seguridad entre vehículos, adelantar a otro vehículo en movimiento en zonas peligrosas. El conductor que detenga o estacione vehículos en sitios o zonas que entrañen peligro, lo que conlleva a diversos problemas, incluyendo gastos económicos, daños graves como heridas o muerte de los ocupantes o peatones, este tipo de inconvenientes no permiten al conductor manejar con seguridad y confort.
Las razones mencionadas crean una necesidad en los conductores de cualquier tipo de vehículo, la cual consiste en diseñar y construir un sistema electrónico que mida la distancia, ancho y alto en un espacio para que pueda pasar el vehículo, con ello, tener un dispositivo de aviso que facilite en cualquier momento el paso ya sea por un callejón o entre vehículos estacionados sin ningún problema, además permite conocer y controlar la altura de cualquier tipo de peligro al pasar en una parte baja. Por otro lado el sistema está diseñado para indicar la distancia a la que se encuentra un vehículo del otro, todo esto mediante una cámara central de apoyo que indica la imagen a la que se encuentre el vehículo en la parte frontal, el dispositivo se activa en cualquier momento que se necesite; el sistema electrónico consta con diferentes cables como sensores de proximidad, tarjeta Arduino, cámara, pantalla y sobretodo una programación que envía la señal de alerta por medio de un buzzer en el momento que el conductor lo requiera.
El presente proyecto tiene como objetivos los siguientes: Determinar el estado del arte en relación a estas tecnologías. Diseñar un sistema electrónico que mida la distancia, ancho y alto para que pueda pasar un vehículo. Construir un sistema electrónico e implementarlo en un vehículo Sedan y hacer pruebas de funcionamiento.
4 en el capítulo II de la circulación vehicular lo siguiente. Art.175.- Los conductores, en áreas intracantonales, deberán mantener una distancia prudencial mínima de 3 metros con respecto al vehículo al que antecedan en el mismo carril, de tal forma que le permita detenerse con seguridad ante cualquier emergencia. En áreas perimetrales y rurales, para observar esta distancia se considerará: la velocidad, estado del vehículo, condiciones ambientales, el tipo, condiciones y topografía de la vía, y el tránsito existente al momento de la circulación. Los vehículos, en sus desplazamientos, mantendrán una distancia lateral de seguridad y mínima de 1,5 metros y una mayor distancia cuando rebasen o adelante a ciclistas, motociclista y carretas. Deberán además conducir en los carriles o vías asignados para el efecto (Agencia Nacional de Tránsito, 2015). Con este análisis aplicado al dispositivo de medición de distancia electrónico se espera lograr que se elimine o disminuya los niveles de accidentes de tránsito y mejorará la seguridad de conductores/peatones el momento de la conducción.
El diseño de un sistema electrónico es un proceso donde se crea o innova sistemas, productos o servicios, con el fin de satisfacer las necesidades o mejorar la calidad de vida de los seres humanos, donde, inicialmente se realiza un análisis previo al resultado real, mentalizado con creatividad con lo que se requiere llegar a desarrollar y tener una solución. Este puede ser creado mediante esbozos, bocetos o dibujos; en este caso implementar un correcto diseño que es puesto en práctica para un sistema electrónico mediante un plan propuesto observando las alternativas que favorezca al proyecto deseado (International Council of Societies of Industrial Design, 2005).
Este diseño se aplicó en un sistema electrónico que se encarga de convertir y transportar energía, este consta de redes que se componen de tres partes principales: las líneas de transmisión, las redes de distribución y las centrales generadoras las mismas que son encargadas de dar la señal por medio de un componente que se acciona ya sea por un pulsador, interruptor o por medio de sensores finales de carrera, células fotoeléctricas y boyas. Los eslabones de conexión entre las centrales y las redes de distribución son las líneas de transmisión, estas conducen a otras redes de potencia por medio de interconexiones (Stevenson, s/f). Los tres se encargan de controlar automáticamente el trabajo para su función, todos los sistemas eléctricos necesitan de una alimentación de energía, esta proviene de un acumulador de energía o también llamado generador. En el presente proyecto las baterías del vehículo son las que generan dicha energía (Villafuerte, Alcívar, & Holguín, 2014).
5 Las señales digitales son variables eléctricas que contienen 2 niveles que se alternan en el tiempo transmitiendo información según códigos efectuados. Cada uno de ellos representa un símbolo que puede ser (0 ó 1) o también de (V o F) verdadero o falso. Por otro lado, contienen un número finito de valores posibles es decir tiene valores discretos, estos niveles dependerán del tipo de dispositivo a ser trabajado. Las señales digitales permiten enviar, representar, o guardar información binaria, el conjunto de señales representa una palabra, esta interpretación va dependiendo del código manejado (Miyara, 2004). Las ventajas de trabajar con señales digitales en la fabricación del presente sistema en el que se utilizó únicamente señales digitales, a pesar de que en los dos tipos de señales siempre existirá una pérdida de información durante el proceso de conversión de la señal, las señales digitales son más inmunes al ruido, entendiendo como “ruido”, cualquier variación no deseada de la señal que sucede constantemente a causa de una gran variedad de factores. El ruido altera o modifica la información que aporta una señal y afecta al correcto rendimiento y funcionamiento de los dispositivos electrónicos. El uso de estas señales facilita la recuperación de la información original.
La construcción del presente proyecto parte de la creación de los sensores que con el transcurso de tiempo han sido una herramienta muy importante dentro del campo automotor. Un sensor integra muchas funciones automáticas de identificación, calibración, comprobación, entre otros, esto genera una señal digital, linealizada, calibrada, fuerte y compatible con otros dispositivos, su función es aumentar la eficiencia, calidad y rapidez de los procesos industriales, con ello se puede conocer los parámetros más óptimos para realizar una programación con un buen funcionamiento del sistema aprovechando todas sus características y ventajas al usar un sensor de proximidad. Honeywell fue el primer inventor de un sensor en el año 1969, el interés por crear este tipo de sistema se centró en como procesar la señal del sensor y con ello mejorar la compensación de la temperatura logrando una señal óptima, este sensor fue creado para el sistema de aire en los aviones DC-9 [ 2], posteriormente mejoraron los sistemas digitales proveniente de la conversión de la señal analógica a digital con el fin de reducir costos creando un dispositivo más simple y cada vez más completo (Custodio, Bragós, & Pallás, 1999).
El sensor de proximidad es un transductor que detecta objetos o señales que se encuentran cerca del elemento sensor. Existen varios tipos de sensores de proximidad según el principio físico que utilizan (DACS electrónica, 2013). Entre los sensores de proximidad se encuentran: sensor capacitivo, sensor inductivo, sensor fin de carrera, sensor infrarrojo, sensor ultrasónico, sensor magnético.
Para el efecto de estudio en el proyecto se utiliza el sensor de proximidad de tipo ultrasónico cuyas características se detallan a continuación:
6 reflexión de ondas acústicas. Funcionan emitiendo un pulso ultrasónico contra el objeto a censar, y al detectar el pulso reflejado, se para un contador de tiempo que inició su conteo al emitir el pulso. Este tiempo es referido a distancia y de acuerdo con los parámetros elegidos de respuesta con ello manda una señal eléctrica digital o analógica (DACS electrónica, 2013).
Figura 1.Sensor de proximidad (Temporizadores, 2011)
Para el proyecto se utiliza un sensor HC-SR04 compatible con la tarjeta Arduino cuyas características de funcionamiento son: enviar un pulso de al menos de 10µs mediante el Pin (Trig) Trigger (disparador), enviar 8 pulsos de 40KHz (ultrasonido) y colocando la salida Echo a alto (seteo), en el cual hay un evento e interviene el tiempo. La salida Echo se conservará en alto mientras recibe el eco reflejado por el obstáculo con a lo cual el sensor pondrá su pin Echo a bajo, con lo que este termina de contar el tiempo. Es recomendable mantener un tiempo aproximadamente 50ms de espera después de finalizar la cuenta, en la que la distancia es proporcional a la duración del pulso y se puede calcular con la siguiente fórmula (Utilizando la velocidad del sonido = 340m/s), Distancia en cm (centímetros) = Tiempo medido en µs x 0.017 (Soria, 2013).
Varios de los voltajes que se generan en el vehículo son elevados para el uso de la tarjeta de programación, para ello es fundamental el uso de un regulador de voltaje lm2596s que es un circuito integrado que tiene la capacidad de reducir o aumentar el voltaje desde 1,23 V – 30 V en la salida gracias a un potenciómetro de precisión integrado en el circuito. La corriente máxima de salida es de 3A y posee una eficiencia de conversión del 92% (Electronilab, 2014).
7 Los proyectos de Arduino pueden ser autónomos o se pueden comunicar con software en ejecución en un ordenador, por ejemplo; con Flash, Processing, MaxMSP.
Arduino también simplifica el proceso de trabajo con microcontroladores, pero ofrece algunas ventajas para profesores, estudiantes y a aficionados interesados sobre otros sistemas: las placas Arduino son relativamente baratas comparadas con otras plataformas microcontroladoras. La versión menos cara del módulo Arduino puede ser ensamblada a mano. El software se ejecuta en sistemas operativos Windows, Macintosh OSX y GNU/Linux. La mayoría de los sistemas microcontroladores están limitados a Windows. El entorno de programación es fácil de usar para principiantes, pero suficientemente flexible para que usuarios avanzados puedan aprovecharlo también. El software está publicado como herramientas de código abierto, disponible para extensión por programadores experimentados. Código abierto y hardware extensible, además de que usuarios relativamente inexpertos pueden construir la versión de la placa del módulo para entender cómo funciona y ahorrar dinero (Torrente, 2013).
Arduino Mega 2560 es una placa basada en el microcontrolador ATmega2560. Las características que sobresalen en la tarjeta es que tiene 54 pines de entrada y salida digitales, con los 14 puertos de los cuales pueden usarse como salidas analógicas PWM, 16 entradas analógicas y 4 receptores y transmisores serie TTL-UART. Consta también con una memoria Flash de 256 Kilobytes, de los cuales 8 están reservados para el Cargador de arranque, una memoria SRAM de 8 KB y un EEPROM de 4 KB, el voltaje de trabajo normal es de 5v puede soportar hasta 12v lo cuál se expone, en la sección de la placa dentro del sitio web Arduino se puede descargar todo lo relacionado a librerías, esquemas completos de los pines del microcontrolador con relación a los pines de la placa (Torrente, 2013).
9
2. METODOLOGÍA
El diseño para la construcción del dispositivo consta de 3 etapas ver figura 2; adquisición de señales, procesamiento de señales, presentación de resultados. Las señales son adquiridas por medio de los sensores de proximidad ultrasónicos, cuando detectan un obstáculo, además una cámara a bordo capta en vivo las acciones detectas por los sensores; las señales e imágenes son procesadas por medio de la tarjeta Arduino para la medición de distancias, ancho, alto y profundidad del automóvil con respecto a otro cuerpo que interfiera en las maniobras de conducción y que se encuentre en el rango de la distancia establecida como mínima según la ley de tránsito.
Además de procesar las señales adquiridas se programa una interfaz amigable al usuario que permita visualizar los datos obtenidos por los sensores y las imágenes captadas por la cámara, la interfaz programada se presenta con ayuda de la tarjeta ARDUCAM Rev. C+ que al tener una pantalla de tipo UTFT permite una alta resolución y al ser de tipo touch permite una interacción sencilla entre el usuario y el dispositivo.
Figura 2. Etapas de diseño: Adquisición de señales. Procesamiento de señales Presentación de resultados (Manual HC-SR04 Ultrasonic Range Finder, 2011).
Para la construcción se inicia con la perforación de orificios en la caja plástica, percatándose de las medidas exactas de cada dispositivo y del número de perforaciones para el ingreso de todas las piezas y cables; para la protección de todo el sistema interno se añadió fomix tipo tela a las paredes de la caja. Se realiza la sujeción de la tarjeta en la parte interna de la tapa de la caja, se coloca 4 pernos para su correcta fijación y visualización, además la tarjeta se protege con un estuche que evitará daños en su interior, se sujeta la pantalla Arducam de manera que su posición permita la fácil interacción con el conductor, posteriormente se realiza perforaciones para el ingreso del switch de encendido y apagado, para la conexión de los distintos sensores de proximidad, fusible y conector de entrada.
Una vez sujetas las tarjetas se proceden a la conexión de los puertos necesarios para el correcto funcionamiento del sistema, iniciando con la conexión de los pines utilizados de la Arducam Rev. C+, como segundo paso la conexión y calibración del regulador de voltaje y la alimentación del sistema, finalmente se conecta los puertos que se programaron para cada sensor
10 dejando los tres conectores hacia afuera, donde se conectaran los cables provenientes de la parte frontal donde se instalan los sensores
Para el diseño y construcción del proyecto se toma en cuenta una metodología experimental, la cual permite establecer los parámetros de calibración de cada sensor utilizado para el fin del estudio. Los materiales utilizados son los siguientes y se les puede ver en el anexo 2: Vehículo caja, fomix, tarjeta arduino mega 2560, cobertor de la tarjeta arduino, pantalla utft arducam, cámara, protector de cámara, regulador de voltaje, switch, sensor de proximidad hc-sr04.- especificaciones del sensor son las siguientes como se muestra en la tabla 1:
Tabla 1. Características del sensor de proximidad (HC-SR04)
Parámetros Especificación
Funcionamiento +5V DC
Consumo actual 15Ma
Frecuencia de operación 40KHz
Rango de medición máxima 400cm
Rango de medición Mínima 2cm
Detectar el ángulo 15 grados
Precisión 0.3
Señal de disparo de entrada >10us TTL pulse Señal de salida TTL pulse with representing distance
Dimensión 45 20 x 15 mm
(Manual HC-SR04 Ultrasonic Range Finder, 2011).
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3. RESULTADOS Y DISCUSIÓN
3.1. RESULTADOS DE ARDUINO
Arduino tiene su propia plataforma de programación llamada por su mismo nombre, la misma que es de fácil comprensión para quien la utiliza y es una de las ventajas y razones por las cuales se ha seleccionado dicha tarjeta con su entorno de programación para el procesamiento y el control del sistema de medida de distancia, alto y ancho.
La plataforma permite la utilización de librerías dentro del programa por lo cual como primer paso se descargan las necesarias para la programación de los dispositivos que intervienen en el presente proyecto; siendo necesarias las librerías de Arducam, ArducamTouch, Ultrasonic HC-SR04, UTFT y SPI. Cada librería tiene un objetivo específico en el control de los dispositivos de entrada y salida del proyecto, siendo estos; la librería de Arducam que permite utilizar los comandos necesarios para la obtención y el control de las imágenes obtenidas por la cámara, el dispositivo conectado a la tarjeta por medio del puerto de 20 pines, además permite el reconocimiento del puerto SD excluido en este proyecto; la librería ArducamTouch anexo 3permite utilizar comandos que manejan el touch de la pantalla que pertenece al módulo de Arducam, la librería Ultrsonic HC-SR04 permite disminuir líneas de programación y establecer el tiempo de recepción de datos de los sensores dependiendo de la distancia que se desea obtener como máximo de, la librería UTFT permite controlar, presentar y calibrar la pantalla presente en el módulo de Arducam, y finalmente la librería SPI es la que ayuda a activar el puerto SPI de Arduino por medio del cual se realiza la comunicación entre las dos tarjetas, la misma viene incluida dentro de la librería de UTFT, es decir cuando se llama a la librería se anexa automáticamente la de comunicación SPI.
Una vez descargadas cada una de las plataformas mencionadas se procede a analizar cada uno de los comandos de la librería Arducam, que se utilizan para iniciar la cámara; leer registros; escribir registros; reconocimiento de las imágenes; setiar formato de vinario a JPG; OV2640, para llamar a la cámara. La librería Arducam Touch se utilizó para inicializar el touch; leer; get x/y, para obtener la posición; para la precisión, extrema, alta, media, baja. La librería HC-SR04; tiempo de funcionamiento; rango de aproximación. La librería UTFT inicialización de la LCD; clrScr, para limpiar la pantalla; setiar color; dibujar líneas, rectángulos, círculos; imprimir palabras.
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3.2. ARDUCAM REV.C + FICHA DE DATOS
ArduCAM es una tarjeta de control con cámara para Arduino, con lo cual presenta el entorno que permite al usuario visualizar datos o imágenes gracias a todos los componentes de este módulo figura 3.
Figura 3. Ejemplo provisto por la librería Arducam para varios tipos de cámaras (Arduino, 2016)
La cámara que se incluye en el presente proyecto tiene como objetivo brindar al conductor un respaldo visual del entorno que pueda causar algún peligro de colisión al realizar una maniobra de manejo figura 4.
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3.3. PRUEBA DE COLORES DE LA PANTALLA UTFT
Como primera prueba de funcionamiento se toma un ejemplo de los provistos por las librerías instaladas previamente, para tal efecto se toma el demo de la pantalla UTFT figura 5.
Figura 5. Demo UTFT (Arduino, 2016)
Se procede a cargar el programa provisto en la librería después de haber conectado los pines necesarios para el efecto, con el fin de verificar que la pantalla funcione correctamente, revisando los colores de la misma, la presentación de figuras posibles y así analizar la configuración necesaria que se desea alcanzar en este proyecto.
14 Figura 6. Segunda prueba de la programación de la cámara
Después de analizar los resultados de la prueba se identifica comandos importantes que serán útiles para la programación final del sistema, los comandos más utilizados serán los que permitan establecer el tipo de letras y colores de presentación para cada acción definida en la programación; se observan los programas cargados para los colores y letras en el anexo 4, los colores provistos por la librería y si se requiere colores adicionales se puede consultar el código de programación de cada color en (color-hex, 2010), los tipos de letras que la librería provee y utilizadas en el proyecto son de tipo pequeño que ocupa 8x12 pixeles, letra grande 16x16 pixeles observadas en él manual (UTFT Manual, 2016).
3.4. PRUEBA Y RESULTADO DE TOUCH DE LA PANTALLA
UTFT
15 Figura 7. Programa de calibración de Touch de Arducam
(Arduino, 2016)
Al cargar el programa en la tarjeta se siguen los pasos solicitados en pantalla y se obtiene el siguiente resultado que se visualiza en la siguiente figura 8.
16
3.5. RESULTADO DE INTERCAMBIO DE PANTALLAS
Con el fin de probar la pantalla e identificar los puntos x,y del touch se realiza un programa básico anexo 4 que permite establecer el correcto funcionamiento y los parámetros de programación para los botones que se incluirán en el programa para la comunicación entre el usuario y el dispositivo en desarrollo; en el logaritmo programado se pretende establecer un intercambio de pantallas en el cual se divide la pantalla inicial en dos partes y conforme se presiona la misma, se observa los puntos x,y, en donde se ha efectuado la acción, además se condiciona para que al llegar a cierta ubicación se produzca un intercambio de pantallas permitiendo separar dos distintas para la prueba.
En la siguiente figura se observar los resultados obtenidos, además se ver la conexión de la tarjeta Arduino Mega y el dispositivo Arducam Rev. C+ realizada para el efecto de la prueba figura 9.
Figura 9. Prueba de touch, intercambio de pantallas y conexión de dispositivos
3.6. PRUEBA DEL SENSOR DE PROXIMIDAD HCSR004
17 Distancia =velocidad de sonido × ancho de pulso
2 𝑑 = 𝑣×𝑡
2 [1]
Sabiendo que:
Velocidad =distancia
tiempo 𝑣 = 𝑑
𝑡 d = v × t [2]
Donde, la anchura de pulsos se representa en unidad de segundos; la velocidad del sonido en unidad metro/segundo y la velocidad del sonido es igual a 340m/s a temperatura ambiente.
Cuando aumenta la temperatura la velocidad de sonido va a disminuir.
De igual forma para el cálculo del tiempo mediante pulsos que envía del puerto Trig al puerto Echo, para el efecto del cálculo de cada uno de los sensores de proximidad.
El tiempo de espera predeterminado es 3000µs = 50cm
Tiempo de espera personalizado
t= Máximo de distancia en (cm) × 58 = (µs) (Manual HC-SR04 Ultrasonic Range Finder, 2011)
Aplicación de las respectivas fórmulas para el funcionamiento del sensor con el tiempo que se utiliza en la programación para tener una mejor señal, velocidad.
340m
s = 34000
cm
s = 0,034
cm µs 𝑑 =𝑣 × 𝑡 2 Donde: d: distancia
v: velocidad del sonido t: ancho del pulso “tiempo”
d =
( 0,034 cm
µs ) × t(µs) 2
d =
( 0,034 cm
µs) × 25000(µs)
18
d = ( 850cm )
2
d = 425cm
En la aplicación del ejercicio proyecta una distancia de 135 del sensor que está en la parte de abajo esquinera izquierda, él se encuentra de color rojo que indica peligro de proximidad figura 10. Para ello es necesario saber el tiempo que se demora en enviar el pulso y regresar, para ello el tiempo es despejado de la fórmula antes mencionada
.
Figura 10. Distancia de los sensores, aplicado al ejercicio
Este es el tiempo que automáticamente se calcula por medio del sensor y su pulso, de esa manera emite el tiempo y se halla la distancia.
t = 135cm × 58 t = 7830µs
Aplicando el tiempo ya calculado automáticamente por los circuitos eléctricos.
340m
s = 34000
cm
s = 0,034
cm µs
𝑑 =𝑣 × 𝑡
2
d =
( 0,034 cm
µs ) × t(µs) 2
d =
( 0,034 cm
19
d = ( 266.22cm )
2
d = 133.11cm
Con lo cual se observa la precisión a la que está el sensor.
A continuación se verifica la gráfica de cada pulso mediante la distancia obtenida figura 11.
Figura 11. Señal en funcionamiento (Manual HC-SR04UltrasonicRangeFinder, 2011)
Es importante señalar que la anchura de señal Trig tiene que ser mayor de 10µs, el intervalo de repetición de la señal Trig debe ser mayor de 60ms, para evitar la interferencia entre mediciones conectivas, en la presente imagen se ve la conexión directa a la tarjeta figura 12.
20
3.7. POSICIÓN DE LOS SENSORES EN MEDIDAS
La posición de cada uno de los sensores de proximidad será colocada en el vehículo de tal forma que cumpla con los objetivos, permitirá el cálculo de la medición de la distancia, alto y ancho del vehículo. Como se muestra a continuación realizando el respectivo cálculos se tendrá el apoyo de sensores centrales, que dan medidas de aproximación en distancias del vehículo delantero, es decir, del vehículo, persona u objeto que se encuentre en la parte delantera del mismo esta imagen se puede visualizar en la figura 13, implementación de sensores laterales, los que se encargan de brindar soporte en el ancho del vehículo, es decir que se envía la señal en el momento que el vehículo no pueda pasar por una parte angosta u otro caso de vital importancia es que brinda seguridad en los lados laterales ya sea aproximación de algún vehículo, persona u peligro cercano alguno, este cálculo donde se posicionará los sensores que se puede visualizar en la figura 14, los sensores de proximidad que se sitúan en el techo del vehiculo quienes calculan la altura mediante el correspondiente aviso que se observa en la figura 15.
21 Figura 14. Implementación de sensores laterales, soporte
en el ancho del vehículo
Estas medidas son el resultado que da la posición de cada uno de los sensores con el fin de obtener de la mejor manera las distancias, que permitan enviar la señal a la pantalla, cuando se realicen las diferentes pruebas y situaciones en las que cualquier conductor puede estar sometido durante la conducción.
22 Para poder identificar el rango de medida y la velocidad de transmisión del sensor, además de su funcionamiento se realiza un programa de prueba el cual, permite identificar dichas características además de tomar una decisión con respecto al tipo de programación que se utilizará en la realización del programa final, siendo estas opciones con librería o programación directa en las siguientes figuras se puede apreciar el programa de prueba para un sensor, en el mismo se identifica la declaración de variables, el cálculo de la distancia y el monitoreo de los resultados por medio del puerto serial de Arduino, para proceder a enviar la respuesta de recepción de los sensores se realiza varias pruebas con el fin de hallar la correcta para que por su velocidad de recepción no se pierda la señal de envío u enviar datos basura es decir se altera los valores de manera ilógica fuera del rango real o se pierde de tal forma que no se tiene la respuesta real del sensor para ello como se mencionó anteriormente se debe realizar diferentes pruebas a ver cuál es la ideal para este tipo de sensor HC-sr04 el que por medio de la velocidad por lo general tiende a perder su señal de recepción para ello se necesita colocar de la mejor manera posible cada uno de los sensores de proximidad. Dentro de la comunicación que se envía al sensor se debe transferir el programa por medio de; la alimentación que viene a ser la conexión del computador por un cable USB y la tarjeta la respuesta del sensor lo cual se observa en la figura 16.
23 Después de analizar la programación como siguiente paso se procede a cargar el programa en la tarjeta de control y se conectan los pines del sensor vcc, trig echo y gnd según la declaración realizada inicialmente. Finalmente se abre el puerto serial de Arduino haciendo clic en el botón Serial Monitor que se observa en la figura 17 obteniendo los resultados de la medición del sensor al acercar y alejar lentamente un objeto en este caso se realiza la respuesta con una hoja de papel la cuál acercaba y alejaba de tal forma que vaya cambiando la distancia de aproximación se puede apreciar la prueba de respuesta en la figura 18.
Figura 17. Botón de monitoreo serial (Arduino, 2016)
Figura 18. Pruebas de funcionamiento del sensor de proximidad en el proyecto
3.8. PRUEBA FUNCIONAMIENTO DE CÁMARA
24 la pantalla y cámara por medio del SPI en el anexo 5, como le conectas a la tarjeta todos sus puertos de entrada, pines de la cámara, para la activación del touch pin 2 y 8, para activar la LCD, voltaje, botón de capturas anexo 1, esquema del arducam 30, 31 se borra.
Figura 19. Conexión de cámara a Arducam
25
3.9. PRUEBA ALARMA AUDITIVA (BUZZER)
La alarma auditiva que se selecciona para el proyecto es un buzzer blanco grande de 6V a 12V el cual emite un sonido lo suficientemente alto como para advertir al conductor sobre algún peligro, la conexión y programación se puede observar en la figura 21, este buzzer estará colocado en la parte alta de la caja ya que es el lugar donde más puede escucharse por cualquier persona que esté en el habitáculo del vehículo es de tamaño medio pero lo suficientemente fuerte para cualquier persona.
Figura 21. Programación de alarma auditiva
La prueba consiste en declarar el puerto 9 como la salida de voltaje que permitirá generar el tono del buzzer y al cargar el programa en la tarjeta se puede escuchar el sonido verificando que será el necesario para generar la alarma auditiva del dispositivo que se visualiza en la figura 22.
Figura 22. Alarma auditiva utilizada en el sistema
3.10. CIRCUITO ELÉCTRICO DEL PROYECTO
26 en la parte física del mismo, conexión de sensores que se observa en la figura 23 en la cual se conectó 6 sensores de aproximación 2 en para la parte de la distancia del vehículo, 2 para el ancho del vehículo, 2 para calcular la medida del alto del vehículo, la tarjeta se tiene varias conexiones de entrada, salida y tierra que me permiten colocar la respectiva conexión. La alimentación de todo el sistema antes del regulador de voltaje es 16.59V, la alimentación de la tarjeta es 5.11V, cada uno de ellos envía 4.97V, la cámara se alimenta con un voltaje de 3.95V, de mejor manera se puede visualizar el diagrama electrónico de sensores, alimentación, buzzer y arducam en el anexo 5.
Figura 23. Conexión de sensores
Conexión Arducam mediante la unión tarjeta Arduino con pantalla UTFT de la cuál se realiza la respectiva conexión colocando en el puerto asignado en la programación de cada uno de la carga que envía y recibe por la conexión SPI que es la que me permite interconectar la UTFT con la tarjera Arduino y por ende a la cámara que va situada en la parte superior de la pantalla esta imagen se realizó en el programa fritzing el cual me permite la simulación que se observa en la figura 24, de igual manera se coloca cada uno de los cables en cada puerto que ha sido programado con el fin de colocar en su respectivo puerto teniendo cuidado en las conexiones.
27 La conexión de circuito partiendo de la batería pasa por un pulsador de encendido el que se encarga de abrir el circuito y entregar la carga necesaria a todo el circuito, la energía también hacia el fusible que si es la energía necesaria pasa por el potenciómetro hacia la tarjera Arduino que es la que se encargara de enviar la energía necesaria para activar el buzzer esto se puede visualizar en la figura 25, de tal forma que para la conexión de todos los accesorios se parte de la tarjeta de control que es en la que programara con el fin de obtener los resultados que se muestra en las imágenes, hay que mencionar que para la conexión de todos estos implementos se cubre con tubo termo contraíble que permite una mejor seguridad en cables.
Figura 25. Conexión de circuito partiendo de la batería hacia el swich, fusible
3.11. CONSTRUCCIÓN, CONEXIÓN Y PROGRAMACIÓN DEL
SISTEMA
Se detalla en escrito y por medio de imágenes punto a punto cada paso realizado. Para la construcción del proyecto se ha elegido una caja de plástico, el material que se emplea para la instalación es policloruro de vinilo rígido figura 26 resistente a 60°c con 4 tornillos de sujeción, que permite la protección de los circuitos, la tarjeta de control y el módulo Arducam (ELÉCTRICA, 2013).
28 Para permitir el ensamble de los elementos del sistema se realizan perforaciones justas para sujetarlos con ayuda de la herramienta Dremel 3000 figura 27.
Figura 27. Perforación de caja del proyecto
Como siguiente paso se sujeta la caja protectora de Arduino además de la tarjeta conforme los agujeros provistos por la misma como se observa en la siguiente figura 28. Se coloca de una manera fija con el fin de que está sumamente segura y que no se pueda desconectar por ninguna situación los cables a la que va la tarjeta.
Figura 28. Sujeción de tarjeta Arduino Mega 2560
29 Figura 29. Forro interior de la caja
El resultado final se puede observar en la siguiente imagen, comprobando finalmente que las dos partes de la caja queden lo suficientemente fijas y no tengan riesgo alguno de caerse tanto la pantalla como la tarjeta esta imagen se puede visualizar en la figura 30.
Figura 30. Resultado de sujeción de Arducam y Tarjeta Arduino Mega
30 medirán la distancia de proximidad para mantener siempre una distancia prudente, dos sensores se colocaron en las esquinas del vehículo estos ayudan a cubrir el ancho de esta forma permite abrir un ángulo para el momento de entrar por una parte angosta, dos sensores que van en el techo (parabrisas), todo ello proporcionará medidas en cada uno de los sensores, los cuales están siempre en contacto con el entorno frontal del vehículo en el momento que sea necesario el uso del mismo.
Figura 31. Cableado para sensores de proximidad
31 Figura 32. Diseño de cajas protectoras para sensores de proximidad
Figura 33. Impresora 3D WANHAO Duplicator 6 y caja
32 Figura 34. Caja de protección de la cámara Arducam
Se realiza los siguientes pasos para obtener la conexión deseada aplicando los diseños antes provistos en cada una de las partes. Tener precaución al unir cada uno de los cables mediante cautín y estaño.
La tarjeta Arduino mega 2560 permitirá la unión de todo el circuito, el cableado es conectado por medio de diferentes pines, la pantalla UTFT, la cámara en la parte superior de la pantalla y los sensores de proximidad que van en diferentes partes del vehículo.
Como primera conexión se une la Arducam Rev. C+ y la tarjeta de control Arduino, se utilizan solo los pines necesarios con el fin de no ocupar puertos necesarios para la conexión de los demás elementos con la Arduino Mega, para identificar los pines que se necesitan para la activación de Arducam como primer paso se analiza el diagrama de Arduino anexo 5 y se relacionan los pines necesarios los cuales son:
1. Sin un módulo de cámara (con el propósito de utilizar sólo el UTFT en blanco): Pines usados: ICSP (6 pines), en conjunto son 12 pines reservados para el módulo ArduCam. A4 (1 pin) si sólo desea utilizar el UTFT, A5 (1 pin), 9 (1 pines). Como resultado, tiene 13 pines para usar. 10 (1 pin), 5V (1 pin), GND (1 pin).Así que los pines libres son: digital 0-8, A0-A3
33 Figura 35. Pines necesarios para Arducam Rev. C+ (Pinout, 2013)
Al conectar los pines necesarios se obtiene el siguiente resultado figura 36.
Figura 36. Conexión con Arduino Mega y Arducam Rev. C+
3.12. CONEXIÓN A LA FUENTE DE ENERGÍA
34 Figura 37. Conexión de alimentación del sistema
3.13. SOLDADURA DE CABLES
Se suelda cada cable con su respectivo adaptador utilizando estaño y cautín, una vez soldado se realiza nuevamente la toma de continuidad con el fin de verificar que las conexiones no fallen y por ende saber que la transmisión de datos no se pierda, además se hacen los conectores que se soldaran a la caja y se conectan a la tarjeta de control con el fin de unir los sensores a cada pin necesario para el control; cabe recalcar que las soldaduras y uniones realizadas se protegen con tubo termo contraíble figura 38 con el fin de que el mismo tubo sea un protector y permita una unión al cuerpo del cable al mismo se le somete al temperatura del mismo cautín con lo que procede adaptar el cuerpo del cable con el fin de realizar una cubierta protectora única con el cable.
35
3.14. ALIMENTACIÓN
PARA
EL
SISTEMA
DE
ALMACENAMIENTO (SISTEMA DE MEDICIÓN DE
PROXIMIDAD)
Todas las señales utilizadas en el sistema envían 5 V, excepto la tarjeta de entrada que ocupa 6.4V debido al número de sensores de aproximación. La tensión es adquirida directamente de la batería de 12V como se observa en la figura 39 por lo que es necesario el uso de otro reductor de voltaje LM2596S.
Figura 39. Toma de alimentación de 12 V
Para reducir esta tensión de alimentación y de la señal se conecta el reductor como indica la figura 40 a las extensiones de alimentación de la batería y la salida a la placa, de igual manera se realiza con la señal del freno.
36 Se conecta la alimentación de 12 V a la entrada del regulador del voltaje. Con la ayuda del potenciómetro integrado, se regula el voltaje de salida hasta obtener 5V, ver figura 41.
Figura 41. Prueba del regulador de voltaje
3.15. PRUEBAS DE FUNCIONAMIENTO
Se realiza varias pruebas con las que se obtiene las medidas programadas y analizadas en cada uno de los puntos a ser colocado los sensores.
3.15.1. PRIMERA PRUEBA
Antes de cerrar la caja y sellarla se realizan pruebas de funcionamiento en las cuales se puede observar lo siguiente:
La pantalla funciona de acuerdo a lo programado y presenta el diálogo inicial que permitirá al conductor elegir entre la pantalla de sensores y la pantalla de cámara. Para lo cual es necesario el siguiente proceso: Declaración de variables en el anexo 4 e inicialización de variables, concluyendo con la programación.
37 sensores con el fin de calibrar la medida de recepción de acuerdo a la ley de tránsito; la calibración y los resultados obtenidos de los sensores se muestran en la siguiente figura 42. Para el regreso de pantalla al menú se conecta un botón de RESET o también un botón táctil en la pantalla.
Al realizar el monitoreo del sistema en funcionamiento se puede verificar que funciona de manera correcta ayudando al conductor a advertir sobre algún obstáculo de acuerdo a lo establecido por la ley de tránsito .Al existir algún obstáculo se puede ver la alarma visual cuando en la pantalla de sensores el botón de estado verde se pinta de color rojo y a la vez suena la alarma auditiva.
Al dar clic en el botón cámara se dirige a la monitorización de las acciones en vivo, comprobando que la cámara funciona correctamente; para el regreso de la cámara a la pantalla inicial se presiona el botón conectado a RESET y así poder elegir la opción que el conductor necesite.
38
3.15.2. SEGUNDA PRUEBA
Después de hacer la primera prueba se revisa que los sensores comiencen a dar valores basura entre datos, este rango es correcto ya que al aumentar el rango mínimo de medición se aumenta en tiempo de recepción y al alterar esto los sensores dan un error de 0-7v iniciales, por esto se procede a mejorar la programación y utilizar la segunda opción de programación para los sensores utilizando la librería de Ultrasonic que se visualiza el tiempo y rango en la figura 43, el tiempo y rango es sumamente importante dentro de los resultados depende de estos factores.
Figura 43. Librería Ultrasonic
Esta programación permite tener una respuesta más veloz y al hacer las pruebas por segunda vez se nota una mejoría significativa por lo que se toma la decisión de cargar este código a la tarjeta figura 44; finalmente se cierra la caja con cuidado y acomodando los cables para que no exista ningún corte ni desconexión por lo que se realizará una tercera prueba.
39 El resultado que se obtuvo fue gracias a la reducción de ruido, la programación se altera y se reducen líneas de programación además de aumentar la velocidad de recepción y disminuir el rango de error de los sensores; la programación queda detallada en el anexo 4.
Una vez cerrada la caja se procede a soldar los conectores y a realizar más pruebas de funcionamiento con mejores resultados figura 45 tomando en cuenta que este prototipo permitirá mejoras a futuro.
Figura 45. Cierre de caja final
40 Figura 46. Resultado final de las pruebas de cada uno de los sensores con sus medidas
Una vez analizado y realizadas las diferentes pruebas se tiene el riesgo en cada uno de los momentos de activación que da como peligro el botón pulsador rojo en la pantalla y una señal auditiva para un mayor apoyo en el momento de una conducción, están varios ejemplos de pruebas que a continuación se describirá uno a uno con sus respectivas tablas de medición de resultados.
Se tiene las medidas que indica cada uno de los puntos con sus respectivas distancias en el literal.
41 tenga ningún peligro y en malo= de color rojo cuando esté en peligro, de igual forma se colocará las medidas a las que se encuentre, como se observa en la tabla 2 se tiene precaución en la distancia y ancho del vehículo, mientras que el alto mantuvo su buen estado.
Tabla 2. Resultado de medición distancia y ancho en peligro, alto en buen estado
Tipo de
medición
Estado del sensor izquierdo
Estado del sensor derecho Medición sensor izquierdo Medición sensor derecho
Distancia Malo Malo 144cm 145cm
Alto Bueno Bueno 431cm 431cm
Ancho Malo Malo 160cm 154cm
b.- Se realizará acercamiento a un bus para ver cuál sería los resultados muy cerca o lo cual indica cuidado debido a que se encuentra alto y ancho (todos los sensores activos) las medidas e indicadores se visualiza en la tabla 3. Se denomina el estado del sensor bueno= de color verde cuando no tenga ningún peligro y en malo= de color rojo cuando esté en peligro, de igual forma se colocará las medidas a las que se encuentre.
Tabla 3. Resultado de medición distancia, alto y ancho en peligro.
Tipo de
medición
Estado del sensor izquierdo
Estado del sensor derecho Medición sensor izquierdo Medición sensor derecho
Distancia Malo Malo 097cm 086cm
Alto Malo Malo 261cm 261cm
Ancho Malo Malo 220cm 071cm
Analizando el resultado se tiene precaución en todos los sensores de aproximación debido a que estuvo expuesto delante de un bus sumamente cerca para realización de la respectiva prueba.
42 Tabla 4. Resultado de medición en buen estado de peligro
Tipo de
medición
Estado del sensor izquierdo Estado del sensor derecho Medición sensor izquierdo Medición sensor derecho
Distancia Bueno Bueno 004cm
espacio vacío
431cm
Alto Bueno Bueno 431 cm 004cm
espacio vacío
Ancho Bueno Bueno 005cm
espacio vacío
431cm
Se observa en la tabla anterior que tanto en la distancia, alto y ancho del vehículo no se tiene ninguna precaución, es decir el vehículo se encuentra libre de cualquier accidente, los valores de la distancia del sensor izquierdo con 004cm, alto valor de medición sensor derecho con 004cm y el valor en el ancho del sensor izquierdo con 005cm indica que los sensores están fuera de cualquier rango de medición, es decir no son captados debido a que se encuentran sumamente lejos de cualquier objeto.
d.- Muestra peligro en la parte frontal y parte del lado derecho debido a 2 motos que se encuentran sumamente cerca del vehículo estas medidas se pueden apreciar en la tabla 5. Se denomina el estado del sensor bueno= de color verde cuando no tenga ningún peligro y en malo= de color rojo cuando esté en peligro, de igual forma se colocará las medidas a las que se encuentre.
Tabla 5. Resultado de medición distancia y lado derecho del ancho en peligro.
Tipo de
medición
Estado del
sensor izquierdo
Estado del
sensor derecho Medición sensor izquierdo Medició n sensor derech o
Distancia Malo Malo 127 cm 122 cm
Alto Bueno Bueno 431 cm 004 cm
espacio vacío
Ancho Bueno Malo 431 cm 183 cm
43 004cm lo que de igual forma menciona que se encuentra fuera del rengo establecido, por ello da ese valor.
e.- Muestra peligro de aproximación en la parte de la distancia y lado izquierdo del vehículo debido a una posición cerca de un vitara los datos de aproximación se muestra en la tabla 6. Se denomina el estado del sensor bueno= de color verde cuando no tenga ningún peligro y en malo= de color rojo cuando esté en peligro, de igual forma se colocará las medidas a las que se encuentre.
Tabla 6. Resultado de medición distancia y lado izquierdo del ancho en peligro.
Tipo de
medición
Estado del sensor izquierdo
Estado del sensor derecho Medición sensor izquierdo Medición sensor derecho
Distancia Malo Malo 187cm 234cm
Alto Bueno Bueno 431cm 431cm
Ancho Malo Bueno 203cm 431cm
En la anterior tabla que se tiene precaución en la distancia y solo en el ancho del lado izquierdo, demostrado así el resultado de cada uno de los sensores de aproximación, los sensores del alto y parte del sensor derecho en el ancho se encuentran en perfecto estado.
f.- Se tiene el funcionamiento de la activación de la cámara demostrado de esa manera su resultado en respuesta y visualización. Como se puede observar en el anexo 7 la importancia de haber realizado este proyecto debido a las causas y siniestros de los accidentes de tránsito en el país analizado por la Agencia Nacional de Tránsito del 2016, y el resultado final de la programación realizada se puede observar en el anexo 8 detallado de cada paso a seguir.
3.16. ANÁLISIS TÉCNICO ECONÓMICO
44 Tabla 7. Costos
ITEM CANTIDAD PRECIO
UNITARIO
TOTAL
Tarjeta de control Arduino Mega 2560 con cable serial USB
1 $ 55 $ 55.00
Carcasa protectora de la Tarjeta Arduino Mega 2560
1 $ 10 $ 10.00
Reguladores de voltaje LM2560S 2 $ 5.50 $ 11.00
Cable de proto board macho- hembra macho- macho
40 $ 0.25 $ 10.00
Spaguetti termocontraible 2m $ 0.65 / m $ 1.30
Conectores banana macho 10 $ 0.25 $ 2.50
Conectores banana hembra 10 $ 0.40 $ 4.00
Porta Fusible y fusible 3ª 1 $ 0.60 $ 0.60
Conectores para adaptadores 2 $ 0.25 $ 0.50
Terminales 30 $ 0.05 $ 1.50
Caja protectora de todo el sistema 1 $ 18 $ 18.00
Espuma flex y fómix 1 $ 1.75 $ 1.75
Cajas protectoras en ABS sensores 72 gr. $ 0.65/gr $ 46.80
Broca 0.8mm para acero 1 $ 1.50 $ 1.50
Cinta doble faz 1 $ 0.60 $ 0.60
Espiral para cable 1 paquete $ 4.00 $ 4.00
Amarras plásticas 1 funda $ 2.00 $ 2.00
Sensores de proximidad 6 $ 5.00 $ 30.00
Módulo Arducam cámara +pantalla UTFT 1 $ 100.00 $ 100.00
Sócalo MOLEX 8 pin 6 $ 0.75 $ 4.50
Pulsador 1 $ 0.25 $ 0.25
Buzzer grande 1 $ 1.30 $ 1.30
45
DISCUSIÓN
46
4. CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES
4.1. CONCLUSIONES
Para el presente proyecto se diseñó, construyó e instaló un sistema de medición que permite prever un incidente al realizar una maniobra, obteniendo resultados favorables y alarmas visuales y auditivas que permiten advertir al conductor.
Se logra implementar el sistema de medición de distancia en el vehículo que antecede cumpliendo con la normativa de la Ley Orgánica De Transporte Terrestre Tránsito y Seguridad Vial, con respecto al ancho se obtuvo las medidas requeridas para que el automotor pueda pasar por una parte angosta y la altura envía su respuesta con medidas que indica cuando el vehículo tiene peligro.
Al realizar las pruebas generales del sistema se mejora la programación permitiendo tener mayor velocidad en la recepción de datos y disminuir el error por tiempo de procesamiento que los sensores ultrasónicos de Arduino presentan.
Con el sistema implementado se obtuvo un margen de error del 0,3% esto demuestra que los sensores de aproximación trabajan de la mejor manera según las especificaciones el fabricante.
47
4.2. RECOMENDACIONES
Se recomienda mejorar el sistema con la utilización de sensores de proximidad de tipo laser la utilización de este tipo de sensores ayuda a mejorar la recepción de datos y mejorar la velocidad en tiempo real para el presente proyecto se utiliza los sensores de tipo ultrasónico porque son fácil acceso y económicamente accesibles.
Colocar una cámara de una mayor tecnología de la cual obtendra la imagen más clara, además ubicarla de mejor manera de tal forma que brinde un apoyo de visualización desde otro ángulo, como podría ser en la parte del techo en el vehículo permita al conductor realizar alguna maniobra teniendo en cuenta su ubicación central.
Guardar capturas de imagen y filmar peligrosidades que este expuesto el vehículo de tal forma que evidencia el momente de alguna persona ajena que provoque un daño.48
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